Seite 1. Térfogatalakító eljárások. Zömítés. Térfogatalakító eljárások. Prof. Dr. Tisza Miklós Miskolci Egyetem

Átírás

1 10. előad adás Térfogatalakító eljárások Prof. Dr. Tisza Miklós 1 Térfogatalakító eljárások A térfogatalakító eljárások definíciója olyan képlékenyalakító eljárások, amelyeknél» az alakváltozó zóna egy véges térfogatra terjed ki és» a lemezalakítástól eltérően az alakváltozó zóna méretei a tér mindárom irányában összemérető nagyságrendűek. A térfogatalakító eljárások fő típusai Zömítés Huzal-, rúd- és csőúzás Redukálás Folyatás Kovácsolás Sűllyesztékes alakítás 2 Zömítés A zömítés fogalma Zömítéssel olyan alkatrészek állítatók elő, amelyeken» jellemzően fejek, vállak vannak kiképezve (pl. szegek, szegecsek, csavarok), illetve» amelyek a keresztmetszet, egész ossz mentén történő növelésével állítatók elő (pl. atlapú anya előgyártmánya). A zömítés kiinduló anyaga a legtöbb esetben engeres, néa más (pl. atszög ) szelvényű rúd, illetve uzal 3 Seite 1

2 A zömítés alapesetei zömítés páruzamos síklapok között zömítés zárt matricában (teljes térfogaton) Fejezés» matricába fogott mdb zömítése a fejet atároló üreg nélkül» matricába fogott mdb zömítése a fejet atároló üreggel az üreg a matricában az üreg a fejezőben (bélyegben) az üreg a matricában és a fejezőben 4 Zömítés páruzamos sík lapok között Az egyszerű zömítés alapesete: a két páruzamos nyomólap között a munkadarab teljes térfogata alakváltozik. A zömített darab alakját nem leet a célnak megfelelően leatárolni, ezért ezt az eljárást csak alárendeltebb esetekben, nem túl szigorú alak- és méret előírások esetén, például a szabadalakító kovácsolásban alkalmazzák 5 Teljes térfogat zömítése zárt szerszámüregben Az alakváltozás zárt szerszámüregben (a matricában) a bélyeg és az ellenbélyeg között történik. Megfelelően alakítató anyag és megfelelően nagy zömítő nyomás alkalmazásakor, a darab felveszi az üreg alakját. Az előírt alakra sajtolás mellett ezt az eljárást alkalmazzuk nyírásos darabolással előállított rúddarabok kalibrálására is 6 Seite 2

3 Fejezés A fejezés a zömítés legelterjedtebb változata A fejezést végezetjük a fejezést a fejet atároló üreg nélkül, vagy a fejet atároló üregben.» ez utóbbi esetben» a fejet atároló üreg leet a matricában,» a bélyegben (fejezőben), vagy» mindkettőben 7 Matricába fogott darab zömítése a fejet atároló üreg nélkül 8 Matricába fogott darab zömítése a fejet atároló üreg nélkül Ha a fejezést a matricába fogott darab matricán kívül levő részének zömítésével a fejet atároló szerszámüreg nélkül végezzük, csak a matricából kiálló rész zömül a matricába fogott szárrész alakváltozása elanyagolató, mert a matrica furat és a nyersanyag játéka legfeljebb 0,1 mm nagyságrendű. olyan esetekben alkalmazató, aol a fej pontos, szabályos kialakítása másodlagos (pl. szegek fejezése) 9 Seite 3

4 Matricába fogott darab fejezése a fejet atároló üregben Nagyobb pontossági követelmények esetén a fejezést a fejet atároló szerszámüregben végezzük. A keresztirányú alakváltozást a matricában, vagy a fejezőben, vagy mindkettőben kialakított szerszámüreg atárolja 10 Matricába fogott darab fejezése a fejet atároló üregben Hasonlóan a zárt üregben végzett zömítésez, a fejet atároló üregben végzett zömítésnél is biztosítani kell» az alakításban részt vevő anyagrész szerszámüreggel azonos, vagy» annál kisebb térfogatát, mert mecanikus működésű présnél a túltöltés ezeknél az eljárásoknál is» a szerszám,» a gép, illetve» a biztosítóelem törését okozatja. 11 Hidegzömítés A zömítés akkor nevezető idegzömítésnek, a az alakítást az anyag újrakristályosodási őmérséklete alatt végezzük. A gyakorlatban mivel túlnyomórészt acél alapanyagok zömítését végezzük az anyag előmelegítése nélkül végzett zömítést nevezzük idegzömítésnek. A idegzömítéssel feldolgozott nyersanyagok átmérője általában nem aladja meg a 25 mm-t 12 Seite 4

5 A idegzömítés alaki jellemzői A tecnológusnak úgy kell megtervezni a idegzömítést, ogy az alábbi árom feltétel minden esetben teljesüljön: A zömítendő anyagrész a zömítés közben ne ajoljon ki: erre utal a zömítési viszony A zömítendő anyag törés, illetve repedés nélkül viselje el a kívánt mértékű képlékeny alakváltozást: erre utal az átmérő viszony A fejező omlokfelületén ébredő átlagos nyomás ne aladjon meg egy megengedett értéket: erre utal az alakviszony» a az túl nagy, a szerszámok gyors kopását, esetleg törését és az üreg nem megfelelő kitöltését idézi elő. 13 A zömítés alaki jellemzőinek értelmezése Az alaki jellemzők e árom feltétel betartását teszik leetővé, s ezek a zömítendő és a zömített anyagrész méreteiből számítatók, nevezetesen 14 A idegzömítés alaki jellemzőinek értelmezése zömítési viszony: átmérőviszony: alakviszony: l rz = d D rd = d D rk = k 15 Seite 5

6 A zömítési viszony A zömítési viszonyt az l/d viszonyszámmal jellemezzük A kiajlás veszélyéről tájékoztat. Tisztán geometriai jellemző Értéke a befogási peremfeltételektől függ A atárértékek túllépése esetén előzömítést kell alkalmazni két ütéssel 2.3 < l/d < 4.5 árom ütéssel 4.5 < l/d < 8 több ütéssel 8 < l/d Zömítési viszony és atár értékei l d l d l d meg meg meg = 2 = 2,3 = 2,6 Vázlat 16 Átmérőviszony l D Az összeasonlító alakváltozásra jellemző: ϕ = ln = 2ln k d Megengedett értéke az anyagtól függő acélra» C > 0.2 % : 1.5 < D/d < 2.2 ;» C < 0.2 % : 2.0 < D/d < 2.7 Alumínium és ötvözetei: 2.0 < D/d < 2.7 Réz és ötvözetei: 2.5 < D/d < 3.0 a atárérték túllépése esetén: tengelyirányú repedés elkerülése: közbenső őkezeléssel 17 Alakviszony az üregtöltésre és a szerszám igénybevételére jellemző megengedett értéke az anyagtól függő acélra» C > 0.2 % : D/k < 5» C < 0.2 % : D/k < 7 Alumínium és ötvözetei: D/k < 7 Réz és ötvözetei: D/k < 9 a atárérték túllépése esetén: nem megfelelő üregtöltés szerszám törés, tönkremenetel elkerülése: melegzömítés alkalmazása 18 Seite 6

7 Zömítési atárdiagram Származtatása a térfogat-állandóságból 2 2 d π D π l = k 4 4 l D D = d k d 3 lg D = 3lg D lg l k d d atárdiagram szerkesztése a megengedett alaki jellemzőkkel 19 Zömítési atárdiagram 20 Hidegzömítés feszültségi állapotának elemzése az átlagfeszültségi módszert alkalmazzuk a feszültségi állapot elemzéséez lényege olyan egyszerűsítő feltételezések alkalmazása, amelyekkel a több ismeretlenes parciális differenciál egyenletrendszer, közönséges (egyváltozós) lineáris differenciál egyenletre redukálató 21 Seite 7

8 22 Hidegzömítés feszültségi állapotának elemzésénél alkalmazott egyszerűsítő feltételezések Bizonyos síkokon a feszültségeket átlagértékükkel elyettesítjük és állandónak tekintjük a σ z feszültséget a z-tengely mentén állandónak tekintjük, azaz σ z = 0 z Bizonyos síkokat akkor is fősíkoknak tekintünk, a ott atnak ugyan csúsztatófeszültségek, de nagyságuk a normál feszültségek mellett elanyagolató a mdb és a szerszám között Coulomb súrlódási állapotot feltételezünk: τ = μ p A fősíkokat koordináta síkokkal páruzamosnak vesszük (a z = 0 szimmetriasík, egyben fősík, koordináta sík Hidegzömítés feszültségi állapotának elemzése az átlagfeszültségi módszerrel Vetületi egyensúlyi egyenlet felírása r-irányban dθ ( σr + dσr)( r + dr) dθ σrrdθ 2σtdr sin prdrdθ= 0 2 elemi átalakítások és a másodrendűen kicsiny tagok elanyagolása után σ σr σt p + = 0 r r mivel tömör test engerszimmetrikus alakváltozásáról van szó σ r = σ t, ezért σ p = 0 r 23 A folyási feltétel bevezetése Mivel ϕ r > ϕ z, ezért σ r > σ z, ezért mivel σ z = -p, ezért a folyási feltétel amelyet differenciálva r-szerint σ σ = k r z f σ + p = k r d dr σ r = f dp dr A parciális differenciál egyenletbe beelyettesítve a következő közönséges differenciál egyenletet kapjuk dp p + = 0 dr 24 Seite 8

9 A differenciál egyenlet megoldása dp p A + = 0 differenciál egyenletben a változókat szétválasztva dr a következő egyenletet kapjuk dp = dr p megoldva: ln p = r+ ln, C r amely elemi átalakítás után a p= Ce kifejezésre vezet. 25 A tecnológiai peremfeltétel A mdb felületét radiális irányban nem tereli külső erő, ezért a tecnológiából adódó peremfeltétel amiből d r = -nél σ r = 0, ebből p= kf 2 p = k e f d 2 r mint végső megoldás következik. 26 p = k e f d 2 r Nyomáseloszlás a munkadarab omlokfelületén 27 Seite 9

10 Az erőszámítás alapösszefüggése A amely az A zömítés erőszükséglete d 2 2π d r 2 f r= 0 Θ= 0 F = pda = p = k e rdrdθ u = r v' = e d r 2 u' = 1 v = e d r 2 elyettesítéssel szorzatintegrálással számítató: 2 μd μd F = 2π kf e 1 2 4μ 28 A zömítés erőszükséglete 2 μd μd Az F = 2π kf e 1 2 kifejezésben szereplő exponenciális 4μ függvény Taylor sorának első négy tagját véve μd μd μ d μ d e = elemi átalakítások után a zömítőerőre kapjuk 2 d π μ d F = kf 1+ = Ap 4 3 aol a p az átlagos alakítónyomás Siebel féle összefüggése 29 A zömítés munkaszükséglete A munka számításának alapösszefüggéséből o o W = Fd = Apd 2 d π μ d aol A = p = kf o bevezetve a d = do és a V = A összefüggéseket a zömítés munkaszükségletére kapjuk: o d d o W = Vkfk ln + 9 o 30 Seite 10

11 Hidegzömítő szerszámok A idegzömítő sajtók aktív szerszámelemei a különféle zárt és osztott matricák, a fejezők és előverők, valamint a munkaciklus szempontjából fontos szerep jut a különböző» megfogó,»levágóés» továbbító elemeknek is. 31 Hidegzömítő szerszámok Zárt matricák előnye redukálás, ill. teljes térfogatú zömítés csak zárt matricában végezető átrányai csak úzott uzal (rúd) alkalmazató max. l/d < 8-10 Zárt matrica kialakítások különféle munkadarabok zömítéséez 32 Keményfém betétes zárt matricák A betétes matricák betétje a legtöbb esetben keményfém. A keményfém betéteket előfeszítve foglalják a matrica köpenyébe. Előnyeik Alkalmazásukkal az egy darabra eső szerszámköltség jelentősen csökken, élettartamuk szorosa az ötvözetlen acélból készült matricákénak. Nagy szilárdságú anyagok idegzömítésekor csak ezek asználata gazdaságos. Keményfém betétes zárt matricák 33 Seite 11

12 Hidegzömítő szerszámok Osztott matricák A pofa-párokat előre gyártott asáb anyagból készítik. A pofák mind a négy oldalába bemunkálják a matricaüreget, így ezek egy üregpár kopása után átfordítással újra asználatók. Anyaguk rendszerint S10 anyagminőségű ötvözetlen szerszámacél 34 Hidegzömítő szerszámok Osztott matricák Osztott matrica alkalmazásának előnyei engerelt uzal alapanyag is alkalmazató redukálás, ill. teljes térfogatú zömítés nem végezető betétezés nem alkalmazató több oldala felasználató bonyolultabb alak esetén egyszerűbb megmunkálás Hátrány redukálásra nem alkalmas 35 Hidegzömítő szerszámok - Fejezők Fejezők Előverő fejezők» betét nélküli» keményfémbetétes» rugós kilökővel ellátott Készreverő fejezők» betét nélküli» keményfémbetétes 36 Seite 12

13 Hidegzömítő sajtók fajtái és működésük Osztályozás a matrica típusa szerint» Zárt matricás sajtó» Osztott matricás sajtó működés szerint» egynyomású» kétnyomású» többnyomású 37 Egynyomású zárt matricás zömítő sajtó 38 Kétnyomású, osztott matricás zömítő sajtó 39 Seite 13