Moderní technologie využívané v kovářství


Ohřev materiálů a moderní výhně

Ohřevy kovaného materiálu

Materiál, aby mohl být kovářsky zpracováván, je třeba ohřát na správnou kovářskou teplotu. Tato teplota umožňuje snížit potřebu práce nutnou k jeho tváření. Dále kovací teplota zabraňuje vzniku trhlin, které by v materiálu mohly nastat při opracování chladného kovu. Teplota, vhodná ke kování, je rozdílná podle druhu práce, která má být na materiálu vykonána, a podle jakosti materiálu. Pro jednoduchost se dá říct, že čím je materiál jakostnější, tím přesnější musí být kovací teplota.

Měření teploty

Teplota kovu se dá měřit různými způsoby. Nejjednodušší způsob zjištění teploty je odhad podle barvy materiálu. Barva materiálu by se měla odhadovat v mírně osvětlené místnosti (ne, na přímém světle), rozhodně ne, je-li přímo ve výhni nebo plynové peci. Teplotu odhadujeme dle tabulky:

Černá 100°C
Modročerná 250 °až 300°C
Tmavočervená 680°až 740°C
Třešňově červená 800°až 900°C
Světločervená 900°až 1000°C
Bílá zářivá 1100°až 1200°C
Bílá zářivá s jiskřením přes 1350°C

 

V minulosti se pro měření teploty používaly různá zařízení, např. žároměrky, tj. keramické jehlánky, které se při určité teplotě začaly deformovat, žároměrné křídy, porovnávací pyrometry a další zařízení.

Keramické jehlánky

V dnešní době je nejjednodušším způsobem zjišťování teploty laserový pyrometr do teploty 1400°C, který ukáže okamžitě teplotu naměřenou v konkrétním místě nahřátého předmětu. Při měření teploty ohřívané v plynových pecích je dobré, do pece, mimo nahřívaný předmět, ještě vložit kus jiného materiálu, např. 4hran 30x30 mm s navařenou vkládací rukojetí a následně měřit dosaženou teplotu, nikoliv ve spalovacím prostoru, ale na vyjmutém předmětu z pece.

Zařízení určená ke kovářskému ohřevu

Kovářská výheň

Je zařízení, ve kterém se spaluje uhlí za dodatečného přifukování spodního vzduchu ve výhni se většinou topí kovářským uhlím, ale může být použit i koks nebo dřevěné uhlí. Kovářským uhlím označujeme drobné kamenné uhlí, které se dobře spéká ve vrchní vrstvě škváry, pod níž se udržuje velký žár. Tato vrstva nesmí prohořet a proto se musí často kropit vodou. Materiál určený k ohřátí se vkládá do středu výhně až po dokonalém rozhoření ohně. Vkládá se do žhavého uhlí, z něhož je již vypálena síra. Tímto žhavým uhlím také materiál zakryjeme. Pokud na horký kov přidáme čerstvé uhlí, tento kov přijímá z uhlí síru a fosfor. Při kování pak přehne a láme se. Kvalitní ocel většinou ohříváme v koksu, protože je v něm méně síry než v uhlí. Koks hoří bez kouře, nespéká se, a odhořívá zvolna. Nástrojová ocel, měď a její slitiny hliník, apod. se ohřívají většinou v dřevěném uhlí, ve kterém není síra.

Kovářská výheň

Technologie ohřívání v kovářské výhni je stará několik tisíc let, byla používána ve všech kulturách na ohřev kovů ještě v době bronzové. Jako zdroj primárního vzduchu se zprvu používal vítr, výhně byly stavěny jako stacionární na návětrné straně kopce. Postupně se začaly používat další technologie pro zdroj vzduchu, jako měchy z celé zvířecí kůže, časem se tyto měchy upravily do podoby klínových fukarů a z prostorových důvodů i do válcových fukarů (označovány lidově jako doutníky). Pro mobilní aplikace byly vyvinuty ruční radiální ventilátory, tyto ventilátory byly použity v polních výhních, tzv. šlapačkách. Zde mohl kovář pracovat již bez pomocníka, protože si potřebný zdroj vzduchu vytvářel sám šlapáním. Do té doby byl odkázán buď na další osobu, která mu s kovářskými měchy pumpovala, nebo na externí zdroj energie, jako bylo např., vodní kolo na vodních hamrech. Základní koncepce výhně se nezměnila od roku 1910, dle katalogu firmy Wolman, v dnešní době se používají modernější, více otvorové výhně. Přesto, že se jedná o technologii velmi starou, je neustále pro značné množství výhod využíváno.

Kovářské pece

Jedná se o velké výhně, které jsou ale uzavřeny včetně horní strany. Jsou vyzděny žáruvzdornou vyzdívkou, která udržuje
stejnoměrnou vysokou teplotu a materiál je ohříván ze všech stran. Tyto pece se používají již několik set let. Výhody pece jsou větší rychlost ohřevu, přesnější teplota, možnost ohřevu velkých kusů, eliminace části síry a fosforu. Nevýhodou je jejich přesně určená velikost a nutnost dlouhého a plného roztápění. Jsou vhodné pro častou případně sériovou výrobu.

Kovářské pece

Kovářské plynové pece

Plynové pece vznikly původně plynofikací velkých uhelných pecí. Do stejných pecí, jaké byly určeny pro koks se zabudovávaly velké hořáky na zemní plyn, se samostatným přívodem vzduchu, složené do baterií obsahujících někdy i desítky hořáků. Tyto hořáky byly rozptýleny tak, aby ohřev byl co nejvíce stejnoměrný.

Pro běžnou kovářskou praxi se vyrábějí plynové pece, jejichž příkon nepřesáhne 25 Kw, nejčastěji dva hořáky 12 kW. Horní hranice, kterou legislativa dovoluje je 50 kW. Tyto pece mají většinou hořáky, které si berou vzduch samostatným přifukováním. Plamen těchto hořáků hoří v krátké vzdálenosti od ústí rozptylovací spirály. Je žádoucí, aby plamen byl co nejkratší a co nejvyšší teploty. Zvláštní kategorii (u které není známo, že by ji měl někdo certifikovanou) je tzv. odtrhovací hořák, kdy proud směsi plynu a vzduchu nehoří v těsné blízkosti hořáku, ale až odražen od horkého dna plynové pece.
Malé plynové pece se vyrábí v různých tvarech. Nejčastější tvar je tunelová pec ve tvaru půl oblouku s uzavřeným zadním dnem. Další používaný tvar je válcová pec, kdy válec je umístěn svisle a ohřívaný předmět se do ní vkládá příčně v drážce vytvořené ve válci. Pro potřeby podkovářů, se vyrábějí (amatérsky bez atestace) hranaté pece konstruované tak, aby se do nich vešly 4 podkovy zároveň a rovnoměrně se ohřály. Dále byly vyráběny různé tvary pecí zakázkově, např. pec určená na kování radlic na pluhy.

Kovářské plynové peceKovářské plynové pece

Plynové výhně

Plynové výhně jsou mezistupeň mezi kovářskou výhní na uhlí a plynovou pecí. Jedná se o zařízení, které je vizuálně velmi podobné kovářské výhni, ale na místo spodního vzduchu je přiváděna směs vzduchu a topného plynu. Tento plyn je následně spalován v teplonosiči, který je vysypán v prostoru, kde běžně bývá uhlí. Jako teplonosič se nejčastěji používají kuličky ze syntetického korundu. Plynové výhně se používají pouze výjimečně, zejména pro nahřívání větších kusů nerezového materiálu. Při provozu se často vložený materiál v plynové výhni zakrývá rohoží se sibralu.

Plynové výhně

Olejové pece

Olejové pece jsou obdobné pece jak plynové, akorát jako palivo není použit plyn, ale topný olej. Tyto pece nejsou v České republice využívány, jsou používány často kováři v Polsku.

Elektrické pece

Tyto pece se v kovářské praxi vzhledem k jejich ekonomické náročnosti využívají pouze minimálně a to pro nahřívání speciálních materiálů, jako je např. kování barevných kovů, měď, mosaz, hliník, titan a jejich spojování, např. mokume gane.
Jako palivo v pecích se využívá středotlaký propan butan, nebo čistý propan. Reálné hodnoty teplot, které je možné v těchto pecích dosáhnout, se pohybují při dodržení všech schválených bezpečnostních předpisů okolo 1050°C. jsou známy nelegální úpravy, které tuto teplotu dokáží zvednout i o víc než 100°C.

Elektrické pece

Středofrekvenční nebo vysokofrekvenční indukční ohřev

Indukční ohřev využívá principu indukčního přenosu energie z cívky na jádro cívky, v tomto případě na ohřívaný předmět. Při vysoké frekvenci dochází, při poměrně malém počtu závitů, k přenosu energie, která může být přesně usměrněna na konkrétní místo nahřívaného předmětu. Předmět je nahříván s vysokou účinností, při srovnání s ostatními nahřívacími technologiemi, např. s plynovou, je minimálně 4x účinnější. Jeho velkou výhodou je relativně krátká doba ohřevu v řádu několika sekund a nahřátí pouze požadovaného místa, bez nutnosti nahřívat větší díl předmětu. Výhody: předmět je možno zahřát na přesnou teplotu s přesným určením ohřívaných
míst. Je velmi vysoká hustota výkonu pro jednotlivá místa a tím dosaženo vysoké rychlosti ohřevu. Bez nutnosti kontaktu mezi nahřívaným materiálem a cívkou. IO je čistá práce bez negativního vlivu na okolní životní prostředí, nevznikají žádné spaliny.
V současné době se používají elektrické, tranzistorové HFR generátory s MOSFET technologiemi, které mají 90% účinnost. Celé zařízení je nutno chladit cirkulačním chladicím okruhem s výměníkem. Mimo vlastní elektronické výkonové díly je nutno chladit i vlastní indukční cívky. Tvar cívek si většinou vyrábí zákazník sám, dle průměru a délky požadovaného ohřevu.

Středofrekvenční nebo vysokofrekvenční indukční ohřev

 


POKRAČOVAT V KURZU