Odlévání vs. kování: Pochopení klíčových výrobních procesů

Odlévání a kování jsou dvě nejčastěji používané metody zpracování kovů, které mají ve výrobním odvětví různé využití. Tyto techniky jsou nezbytné při výrobě kovových dílů, které se různě uplatňují v automobilovém, leteckém, obranném a strojírenském průmyslu. Ačkoli obě usilují o vytvoření funkčních dílů tvarováním kovu, nakonec tohoto cíle dosahují definitivně odlišnými způsoby, čímž vytvářejí rozdílné vlastnosti a použití materiálu.

Při odlévání se využívá tavení kovu a jeho lití do formy, kde získá trvalý tvar. Je nejvhodnější pro výrobu složitých a komplikovaných tvarů, které by jinak bylo obtížné získat pomocí jiných strojů. Velmi dobře se osvědčuje v hromadné výrobě, zejména tam, kde se vyrábí velké objemy stejných dílů. Odlévání je velmi flexibilní a lze při něm použít obrovské množství kovů a slitin, a tak se odlévání může uplatnit v průmyslových odvětvích, kde záleží na jemném provedení, v leteckém, automobilovém a uměleckém průmyslu.

Kování je naproti tomu proces tvarování kovu pomocí tlakových sil, obvykle při vysoké teplotě materiálu. Tento proces zpevňuje kov tím, že narovnává jeho zrnitou strukturu, čímž se díly stávají pevnějšími a odolnějšími. Zvláštní výhodou kování je, že je velmi dobře použitelné při výrobě dílů, které musí být kaleny nebo vystaveny extrémním podmínkám, včetně vysokého namáhání, jako je tomu v automobilovém, leteckém a obranném průmyslu.

V tomto článku se budeme zabývat hlavními rozdíly mezi odléváním a kováním, výhodami a nevýhodami každého z nich, oblastmi použití v moderní výrobě a úlohou, kterou v těchto procesech jednotlivé procesy hrají.

Co je casting?

Výrobní proces zachovaný při odlévání spočívá v nalévání tekutého materiálu, obvykle kovového, do formy, aby se zpevnil a získal tvar dutiny formy. Začíná tím, že se materiál roztaví, nalije do speciálního tvaru a ochladí. Po ztuhnutí tohoto materiálu se forma odstraní a zůstane pevný předmět, který je téměř dokonalou kopií tvaru formy.

Co je kování?

Kování je proces zpracování kovů, při kterém se využívá tlaková síla a kov se obvykle zahřívá na vysokou teplotu. Kov se buď tluče, lisuje do tvaru, nebo válcuje do požadovaného tvaru. Kování se běžně provádí při vysokých teplotách, kdy se kov stává kujným a mnohem lépe se s ním pracuje. Jedná se o proces, který se většinou používá k vytváření robustních, opotřebitelných součástí a je široce využíván v takových odvětvích, jako je automobilový a letecký průmysl a také těžké strojírenství.

Proces odlévání

Odlitek zahrnuje několik důležitých kroků:

• Vytvoření vzoru: Zhotoví se vzor předmětu, obvykle z materiálu, který je schopen odolávat žáru roztaveného kovu (typicky písek nebo kov).
• Tvarování forem: Příspěvek se vloží do formovacího média (písek, kov nebo keramika) a společně se vloží do lisu, aby držel tvar.
• Tání: Kov nebo materiál se zahřeje do kapalného stavu a nalije se do formy.
• Chlazení a tuhnutí: kapalný kov se ochladí a ve formě ztuhne ve svém tvaru.
• Odstranění plísní: Po ztuhnutí materiálu se forma odstraní a odlitek se odkryje.

Proces kování

Kování je méně komplikovaný výrobní proces, je však třeba lépe kontrolovat teplotu a tlak:

• Výběr materiálu: Podle toho, co je požadováno u konečného výrobku (pevnost nebo pružnost), se volí kov.
• Vytápění: Kov se zahřeje do té míry, že změkne.
• Tvarování: Zahřátý kov se tvaruje v zápustce, která se lisuje kladivem nebo lisem. Toho lze dosáhnout v několika variantách: kování v otevřené zápustce, kování v uzavřené zápustce a válcování kroužků.
• Chlazení: Po vytvarování dílu se kovaný díl ochladí, případně se dále tepelně upraví, protože se tím zlepší vlastnosti použitého materiálu.

Výhody odlévání a kování

Výhody odlévání:

• Složité tvary: Odlévání se zde hodí k výrobě dílů, které mohou mít komplikované a složité tvary, jež by bylo obtížné nebo spíše nemožné vyrobit alternativními způsoby. Umožňuje vytvářet jemné prvky a detailní konstrukce, a proto jej lze využít v leteckém, automobilovém a uměleckém průmyslu.
• Velkosériová výroba: Vytvořená forma může vést k odlévání jako vysoce efektivnímu prostředku hromadné výroby, takže bude schopna replikovat stejný díl ve velkých deskách velmi konzistentním způsobem. To je nákladově efektivní při snižování spotřeby práce a surovin při výrobě velkých objemů.
• Nákladově efektivní: Odlévání je velmi hospodárné při výrobě dílů ve velkých objemech. Přestože náklady na výrobu první formy jsou vysoké, náklady na jeden kus jsou při velkosériové výrobě velmi nízké, a proto se nejlépe hodí pro aplikace, jako je automobilový průmysl a spotřební zboží.
• Rozmanitost materiálů: Počet materiálů a slitin, které lze odlévat, je poměrně velký a zahrnuje běžné materiály, jako je hliník a železo, a/nebo speciální slitiny. To umožňuje výrobcům volit materiály v závislosti na vlastnostech, které výrobek potřebuje.
• Méně odpadu: Odpadní materiál je při odlévání menší než při jiných procesech. Používá se pouze tolik materiálu, kolik je potřeba k naplnění formy, což omezuje množství vznikajícího odpadu, což je obzvláště příznivé z hlediska udržitelnosti.
• Flexibilita designu: Odlévání je také flexibilní v konstrukci, takže lze do odlévaného dílu přidat složité vnitřní prvky v podobě chladicích kanálků nebo dutých profilů s propracovaným designem. To může vést ke snížení nákladů na montáž, protože díly, které by se musely svařovat, mohou být vyrobeny v jednom odlitku.

Výhody kování:

• Pevnost a odolnost: Kované díly jsou obvykle pevnější než odlévané díly, protože struktura zrn materiálu se během procesu kování vyrovnává, a je tak vystavena zvýšené odolnosti proti namáhání, únavě a mechanickému zatížení. To je kvalifikuje pro vysoce výkonné aplikace.
• Vylepšené vlastnosti materiálu: Materiálové vlastnosti výrobků se zlepšují s ohledem na materiály, které mají lepší vnitřní strukturu, tj. jsou homogenní a nejsou náchylné k vadám, jako je pórovitost. To by vedlo ke konstrukci kvalitnějších dílů, které budou mít lepší mechanické vlastnosti, díky kvalitě budou mít delší životnost a budou fungovat v náročných podmínkách.
• Vysoká přesnost: Kováním lze dosáhnout vysoké přesnosti nebo těsných tolerancí hotových výrobků. Nejlépe se hodí tam, kde jsou vyžadovány přísné požadavky, například v leteckém a automobilovém průmyslu.
• Vysoká odolnost: Kované díly jsou odolné. Díky této vylepšené struktuře zrn jsou schopny odolávat vysokým nárazovým zatížením a extrémním podmínkám, a proto jsou vhodné pro letecký, automobilový a vojenský průmysl.

Nevýhody odlévání a kování

Nevýhody odlévání:

• Pórovitost a vady: Vlivem procesu chlazení se u odlitků mohou vyskytnout vady, jako jsou pórovitost, praskliny a další vnitřní vady. Takové vady mohou poškodit pevnost a integritu konečného výrobku a vyžadují další kontrolu a řízení kvality.
• Pevnost materiálu je také omezená: i když lze odlévat složité tvary, pevnost materiálu může být ve srovnání s kovaným materiálem nižší. To činí lité díly nevhodnými pro místa, kde je důležitá mimořádná pevnost a odolnost, zejména v místech s vysokým namáháním.
• Náklady na plísně: Vývoj vysoce kvalitních odlitků, zejména u složitých kusů nebo malých množství, může být velmi nákladný. To může zvýšit cenu celého procesu odlévání, a proto není tak vhodný pro výrobu v malých objemech.

Nevýhody kování:

• Omezené tvary: Kování funguje dobře u dílů jednoduchých tvarů a není nejvhodnější metodou pro vytváření geometricky složitých tvarů. Tento postup se hodí pro díly, které musí být pevné, ale ne složité.
• Zvýšené náklady na malé série: Ve srovnání s velkými sériemi vznikají při kování v malých sériích vysoké náklady kvůli nákladům na zřízení nástrojů a zápustek, ačkoli je to nákladově efektivní, pokud se vyrábí velké množství výrobku.
• Úzký výběr materiálu: Kování je možné pouze u kovů, které snesou vysoké teploty, jako je ocel, hliník a titan. Méně univerzální z hlediska vhodnosti materiálů, které se při potřebných teplotách těžko kují, je tento proces.

Odlévací a kovací materiály

Odlévací materiály

Tento proces odlévání je rozmanitý proces, který lze provádět za použití široké škály materiálů v závislosti na potřebách aplikace. Kovy běžně používané v odlitky jsou hliníkové, ocel, železo, bronz a mosaz, které se vyznačují jedinečnými vlastnostmi, jež je předurčují k využití v různých průmyslových odvětvích. Jako další příklad lze uvést hliník, který je lehký a má dobrou odolnost proti korozi, což se ideálně uplatní v automobilovém a leteckém průmyslu. Ocel a železo jsou preferovány spíše díky své odolnosti a pevnosti a obvykle se používají v součástech těžkých strojů a v průmyslu. Bronz a mosaz lze vidět při použití kovu, kdy je zapotřebí prvek pevnosti, ale také je třeba zohlednit potřebu odolnosti proti korozi a líbivosti na pohled, jako jsou dekorativní kusy nebo vybavení na lodích.

Kromě těchto běžných kovů se při odlévání mohou používat také specializované slitiny, jako je hořčík, slitiny zinku a slitiny na bázi mědi, které se vybírají pro určité aplikace, protože mají specifické funkční vlastnosti. Příkladem jsou slitiny hořčíku, které se používají v průmyslových odvětvích, jež potřebují lehké součásti, dalším příkladem jsou slitiny zinku, které se mohou uplatnit v různých průmyslových odvětvích, kde je třeba odlévat určité díly, které by neměly být náchylné k opotřebení. Takové slitiny mědi jsou dominantní v elektrotechnických a instalatérských pracích, protože mají vysokou odolnost proti korozi a elektrickou vodivost. Při odlévání lze použít různé kovy a slitiny, což znamená, že výrobci mohou díly upravit tak, aby co nejlépe vyhovovaly danému použití.

Kovací materiály

Materiály používané k výrobě výkovků se obvykle vybírají kvůli jejich pevnosti z hlediska odolnosti proti namáhání a tlaku. Nejčastěji používanými materiály pro kování jsou ocelové slitiny zahrnující uhlíkovou ocel, nerezovou ocel a nástrojovou ocel. Uhlíková ocel je pevná a tvrdá, a proto se používá při stavbě konstrukcí a součástí těžkých strojů. Výhodou nerezové oceli je, že nemůže snadno podléhat korozi, a proto je ideální v místech, kde jsou součásti nehostinné, jako je automobilový a zdravotnický průmysl. Nástrojová ocel je obzvláště dobře vyrobena a dobře odolává opotřebení, a proto je použitelná v nástrojích, zápustkách a dalších částech vysoce výkonných strojů.

Použití odlévání a kování

Odlévání a kování mají v různých průmyslových odvětvích více podobných aplikací a každý typ je specializován tak, aby vyhovoval potřebám konečného výrobku. Typ odlitku nebo výkovku se určuje podle pevnosti, složitosti, vlastností použitého materiálu a konečného použití. Hlavní aplikace těchto procesů jsou následující.

Použití odlévání

Odlévání se osvědčilo také při výrobě dílů složitých tvarů nebo velkých objemů. Některé z nejdůležitějších aplikací v průmyslu jsou následující:

• Automobilový průmysl: Mezi díly vyráběné litím patří například bloky motorů, skříně převodovek a výfukové potrubí. Tvary těchto dílů jsou obvykle složité a odlévaných dílů je velké množství, proto je odlévání efektivní metodou. Odlévání navíc umožní využití lehkých, ale pevných materiálů, jako jsou hliníkové slitiny, které jsou potřebné pro zvýšení úspory paliva vozidel.
• Letectví a kosmonautika: Dalším průmyslovým odvětvím, které je na odlévání velmi závislé, je letectví a kosmonautika, protože umožňuje výrobu složitých konstrukcí, jako jsou skříně turbín, konstrukce křídel a části motorů. Dalšími hojně používanými materiály pro odlévání jsou slitiny titanu a hliníku, které zajišťují pevnost a nižší hmotnost, jež mají zásadní význam pro výkon letadel a úsporu paliva.
• Námořní průmysl: V námořním průmyslu se odlévají prvky, jako jsou lodní šrouby, části motorů a další důležité součásti lodí. Většina těchto součástí vyžaduje, aby odolávaly korozi způsobené slanou vodou, a proto se mohou odlévat slitiny jako bronz, mosaz a speciální slitiny. Tento proces zaručuje, že tyto součásti vydrží nehostinné námořní podmínky.
• Umění a sochařství: Odlévání hraje velkou roli také při výrobě uměleckých děl a soch. Schopnosti forem pro jemné detaily umožňují umělcům vytvářet nenápadné vzory na jiných materiálech, jako je bronz a hliník a další kovy. Odlévání lze využít k vytvoření všestranného výrazového prostředku v historii i v současném umění.

Použití kování

Kování. V případech, kdy se od konečného výrobku vyžaduje vysoká pevnost, odolnost a celistvost materiálu, se proces provádí kováním. Jedná se o běžná průmyslová odvětví a součásti, v nichž je kování důležité:

• Automobilový průmysl: Automobilový průmysl využívá kování také při výrobě automobilů. V tomto odvětví se kování používá v oblastech, jako je vnitřek motoru, které jsou málo namáhané a vysoce namáhané. Mezi vysoce namáhané díly, u nichž se používá kování, patří například klikové hřídele, ojnice a součásti zavěšení. Jsou vystaveny velkým silám a brutálnímu provoznímu prostředí, proto jsou pevnost a odolnost kování rozhodující pro úspěch a životnost těchto dílů.
• Letectví a kosmonautika: Letecký průmysl se na kování spoléhá také při výrobě vysoce pevných součástí, jako jsou podvozky, disky turbín a konstrukční díly. Tyto odlévané součásti musí pracovat při vysokých teplotách a zatíženích a zvýšená zrnitostní struktura, kterou lze získat při kování, dodá požadované mechanické vlastnosti a zaručí bezpečnost a spolehlivost v leteckém průmyslu.
• Ropa a zemní plyn: Odvětví ropy a zemního plynu zahrnuje kování jako jednu z nejdůležitějších oblastí, kde jsou díly, jako jsou ventily, armatury a části čerpadel, vystaveny velkému tlaku nebo korozi. Mezi kované kovové slitiny patří díly, které zvládnou extrémně náročné podmínky vysokého tlaku a vysoké teploty, chemickou korozi a korozi plynů.
• Obranná a těžká technika: V obranném průmyslu a v těžkém strojírenství se běžně používají díly vyrobené kováním. Automobilové díly, jako jsou buldozery, bagry a různá vojenská technika z tanků, jsou konstruovány s takovou silou a tuhostí, jakou mají díly odlévané, protože při svém používání snášejí větší namáhání než obvykle. Kování také dodává těmto dílům celistvost a umožňuje jim spolehlivě snášet vysoké zatížení.

Hlavní rozdíly mezi kováním a litím

Přestože jsou odlévání a kování poměrně podobné výrobní techniky, je důležité si uvědomit hlavní zvláštnosti každé z nich, aby bylo možné zjistit, která z nich je v konkrétním případě nejvhodnější:

Problematika odlévání a kování

Odlévání je výrazně výhodné, ale má i své nevýhody a podobně je tomu i u kování. U odlévání může být velkým problémem kontrola kvality. Často může být nutné použít speciální techniky a udržovat přísnou pozornost, aby bylo zajištěno, že se v odlitku nevyskytnou žádné vady, a problémy se smršťováním, pórovitostí nebo prasklinami obvykle nezklamou. Na kvalitních rozhodnutích velmi záleží v odvětvích, kde je přesnost nezbytně nutná. Spolu s tím je odlévání procesem vyžadujícím mnoho energie, protože je zapotřebí energie k roztavení a zahřátí kovů na vysoké teploty, což vyvolává určité problémy s životním prostředím a emisemi. Vlastní výroba forem, zejména ty, které zahrnují složité a komplexní cesty, mohou být také nákladné, zejména pokud jde o malé množství vyráběných dílů. K tomu přistupuje skutečnost zvyšující počáteční náklady.

Naopak kování představuje problém s nástroji a objevilo se. Při kování je třeba používat špičkové zápustky a špičkové stroje, což většinou vyžaduje velké investice. Tím se snižuje hospodárnost malých výrobních sérií. Kování je také omezeno, pokud jde o flexibilitu výroby složitých geometrií. Na rozdíl od odlévání, které je schopno vytvářet složité tvary, je kování také více omezující, vzhledem k tomu, že lze vyrábět jednodušší struktury a tvary. Při kování také vzniká materiálový odpad, protože se běžně vyskytují malé kousky, které je třeba při tvarování kovu oříznout. Takové plýtvání může přispívat k výrobním nákladům, a ovlivňovat tak efektivitu procesu.

Způsob, jakým se průmysl přizpůsobuje

V odvětví odlévání a kování dochází ke změnám v souvislosti s technologickými změnami. Mezi nejnovější pokroky patří:

Obsazení: Odlévání: Výroba forem a odlitků pomocí 3D tisku se stává běžnou záležitostí a poskytuje možnost rychlejší výroby prototypů a složitých typů tvarů. Aditivní výroba se uplatňuje i v procesu odlévání, aby bylo možné vytvořit více dílů s menším počtem vad a potíží.

Kování: Použití automatizovaných kovacích linek a robotických zařízení zvyšuje přesnost a cenu. Nové tepelné úpravy také zlepšují vlastnosti kovaných dílů, protože v extrémních situacích lze dosáhnout ještě lepších vlastností.

Odlévání a kování jsou budoucností

Technologie odlévání i kování zaznamenávají technologický pokrok, který vede k dalšímu zvyšování efektivity a jejich možností:

• Obsazení: Pokročilejší technologie výroby forem, jako je 3D tisk, se používají k vývoji složitějších a komplexnějších forem za nižší cenu. Pokračuje také zdokonalování materiálů a procesů odlévání, což vede ke kvalitnějším odlitkům s menším počtem vad odlitků.
• Kování: Dalším krokem v kování jsou automatizované systémy a počítačem řízené procesy, které vedou k větší přesnosti a nižším nákladům. Také použití nových materiálů a tepelných úprav rozšíří oblast použití kovaných dílů na podniky, jako je letecký a kosmický průmysl a energetika.

Závěr

Odlévání i kování jsou důležité výrobní procesy, které mají své výhody i nedostatky. Odlévání je nejvhodnější pro výrobu složitých tvarů a velkých objemů při nižších nákladech. Je vhodné, když součásti nemají maximální pevnost nebo trvanlivost. Kování je však nejlepší při výrobě dílů, které vyžadují vysokou pevnost a odolnost proti namáhání. Nejlépe se hodí v případech kritických dílů, kde je nejdůležitější otázka výkonu a spolehlivosti.

Zda odlévat, nebo kovat, se určuje podle konstrukce a účelu dílu. Složité konstrukce, velké objemy a případy, kdy jde o hospodárnost, jsou výhodnější pro použití odlévání. Vysoce výkonné odlitky pro drsné podmínky se lisují pomocí kování, které má větší pevnost materiálu.

S měnícími se průmyslovými odvětvími jsou oba procesy vystaveny výhodám technologických změn. Automatizace s využitím inovací, jako je 3D tisk při odlévání, je zpřesňuje a zároveň zefektivňuje. Schopnost rozlišit potřeby určitého projektu umožňuje výrobcům zvolit vhodný proces a tato strategie zaručí, že konečný výrobek bude schopen splnit všechny požadavky týkající se kvality, výkonu a ceny.

Nejčastější dotazy

1. Hlavní rozdíl mezi odléváním a kováním?

Základním rozdílem je tvar kovu. Odlévání je proces, při kterém se kov roztaví a nalije do formy, která mu pomůže získat požadovanou strukturu. Kování naopak ohýbá kov působením vysokého tlaku na materiál za tepla, který mění strukturu kovu. Odlévání je vhodné tam, kde se jedná o složité konstrukce, naopak kováním vznikají trvanlivé prvky.

2. Za jakých podmínek bych měl místo kování odlévat?

Odlévání je vhodné, pokud potřebujete vyrobit složité tvary nebo vyžadujete velké objemy součástí se složitými tvary. Nejlépe se hodí pro komponenty, které by bylo obtížné nebo nákladné vytvořit jiným způsobem, především pokud jsou požadovány přesné údaje a velkosériová výroba. Odlévání je také levnější, pokud jde o tenkostěnné díly nebo díly se složitými tvary.

3. Jsou materiály, které mohu odlévat, stejné jako materiály, které mohu kovat?

Ne, odlévací a kovací materiály se mohou lišit. Při odlévání lze použít desítky různých kovů a slitin, hliník, železo, bronz i exotické materiály, jako je hořčík a zinek. Kování se však obvykle provádí na kovy, které při vysokých teplotách nekřehnou, např. slitiny oceli, slitiny hliníku, titanu a mědi.

4. Jaké jsou nevýhody odlévání a kování?

Při odlévání dochází k pórovitosti a trhlinám a pevnost materiálu je u odlitku obvykle nižší než u výkovku. Je to také nákladný proces, zejména při složité nebo malosériové výrobě, protože vyžaduje nákladné zakázkové formy. Ačkoli však dokáže vyrobit pevnější a odolnější díly, poradí si pouze s jednoduššími formami a podobně jako u odlévání je kování dražší na zřízení, zejména pokud se má vyrábět v malých sériích.

5. Která průmyslová odvětví mají největší výhody odlévání a kování?

Výrobní provozy, které vyžadují výrobu jemných tvarů a součástí ve velkém množství, jako je automobilový, letecký, lodní a umělecký průmysl, vyžadují ve velké míře odlévání. Mezi oblasti, které dávají přednost kování před jinými postupy, patří automobilový, letecký, obranný a ropný a plynárenský průmysl, kde jsou důležitými faktory pevnost, houževnatost a trvanlivost takových kritických dílů, jako jsou klikové hřídele, lopatky turbín a konstrukční součásti.