Dr. Danyi József dr. Végvári Ferenc LEMEZMEGMUNKÁLÁS

Átírás

1 Dr. Danyi József dr. Végvári Ferenc LEMEZMEGMUNKÁLÁS KECSKEMÉT

2 Szerkesztette: Dr. Végvári Ferenc főiskolai tanár Fejezeteket írták: Dr. Danyi József főiskolai tanár Fejezetek Dr. Végvári Ferenc főiskolai tanár Fejezetek Ábrákat rajzolta: Kecskés Bertalan Lektorálta: Xy 4

3 Tartalomjegyzék 1 Képlékenységtani alapfogalmak Lemezalakító technológiák Az anyagszétválasztással történő lemezalkatrész-gyártás technológiái Ollón végzett lemezvágás technológiája Lemez befordulása a vágórésbe Vágás párhuzamos élű ollón Vágás ferde élű ollón Vágórés Vágókés kialakítása Lemezvágás rezgőollón Lemezvágás körollón Körolló, ívolló Kivágás lyukasztás technológiája Kivágás, lyukasztás elve Kivágó- és lyukasztó szerszámok szerkesztése Sávterv készítése Lyukasztással kivágható legkisebb méretek Vágórés meghatározása Kivágás, lyukasztás erő- és munkaszükségletének meghatározása Nyomásközéppont meghatározása számítással és szerkesztéssel Vágólap kialakítása Vágólap áttörései közti távolság ellenőrzése, vaklépés A vágólap szélességi és hosszúsági méretei Vágólap és bélyeg tűrésszámítása Vágólap anyagai Kivágó- és lyukasztó bélyegek Bélyegek szilárdsági méretezése Kivágó és lyukasztó bélyegek kialakításai Kivágó és lyukasztó bélyegek anyagai Előtoláshatárolási módok Oldalvezetők Befogócsap Kivágó, lyukasztó szerszámok kialakítása Vezetőlapos szerszám Vezetőoszlopos szerszám Blokkszerszám Pontossági vágás, utánvágás, borotválás, (repasszálás) Finomkivágás A finomkivágás vázlata A finomkivágás elve A finomkivágás erőkomponensei Finomkivágott munkadarab jellemzői (3.62. ábra) A finomkivágás gazdaságossága Anyagszétválasztás nélküli lemezalakító eljárások Hajlítás Hajlítás fajtái, feszültségi állapot V alakú hajlítás koncentrált erővel

4 4.1.3 U alakú hajlítás koncentrált erővel Hajlítás nyomatékkal (lengőhajlítás) Az alakváltozás mértéke hajlításnál A minimális hajlítási sugár A hajlítás nyomatékszükséglete A V alakú hajlítás erőszükséglete Az U alakú hajlítás erőszükséglete A hajlított lemezalkatrész terítékének meghatározása A visszarugózás oka, mértéke és kiküszöbölési módjai Hajlító szerszámok kialakítása, méretei Hajlítás élhajlító sajtón Hajlítás alakos hengereken Hajlítási számpélda Mélyhúzás technológiája Feszültségi állapot mélyhúzás során Ráncosodás, ráncgátlás Ráncgátló nyomás Húzási fokozat vagy húzási tényező, húzási viszony A mélyhúzás erő- és munkaszükséglete Teríték méretének meghatározása Közelítő számítási mód a teríték méretének meghatározására A falvastagság, lemezvastagságfigyelembe vétele Húzások számának meghatározása, közbenső lágyítás Mélyhúzásra alkalmas anyagok Mélyhúzó szerszámok geometriai kialakítása Húzó élek lekerekítése Húzórés Mélyhúzó szerszámok Rugós ráncgátlós mélyhúzó szerszám Hidraulikus ráncgátlós mélyhúzó szerszám Kifordító húzás Falvékonyító mélyhúzás technológiája A falvékonyító mélyhúzásra jellemző feszültségi és alakváltozási állapot A falvékonyító mélyhúzás erőszükséglete A falvékonyító gyűrű optimális félkúpszöge A falvékonyító technológia műveletekre bontása Különleges mélyhúzó eljárások Mélyhúzás elasztikus szerszámelemmel Hidromechanikus mélyhúzás Mélyhúzás fűtött ráncgátlóval Robbantásos lemezalakító eljárások Elektrohidraulikus lemezalakítás Elektromágneses lemezalakítás

5 Előszó A Gépipari és Automatizálási Műszaki Főiskolán az 1994-es tanévtől folyik Műszaki menedzser szakon képzés. A korábbi tanterv a 157/1996 kormányrendeletnek megfelelően átdolgozásra került nagyobb hangsúlyt kaptak a műszaki tárgyak és 1997-től ezen tanterv szerint folyik az oktatás. A műszaki tárgyak alapozásaként 2 félévet tanulnak a hallgatók Anyagismeret, egy félévben Gépipari technológiai alapismeretek tárgyakat. Az 5. és 6. félévben kerül sor a Gépipari technológiák c. tárgy elsajátítására. A Gépipari technológiák II. tárgyban mechanikai technológiák oktatására kerül sor. Az egy féléves tárgy heti két óra előadás és két óra gyakorlat kiméretű. Ebben a kiméretben megismerkednek a hallgatók a lemezalkatrészek gyártási technológiájával, az alapvető hőkezelési technológiákkal és hegesztési eljárásokkal. A Gépipari technológiák II. című főiskolai jegyzet ennek a tárgynak a megismeréséhez járul hozzá. A jegyzet három kötetben kerül kiadásra, hogy külön-külön témánként is megvásárolható legyen: I. kötet: Lemezalkatrész gyártása II. kötet: Hőkezelés III. kötet: Hegesztési eljárások. Az egyes kötetek terjedelme nagyobb mint az a műszaki menedzserek számára oktatásra kerül. A nagyobb terjedelemmel célunk az is, hogy a gépészmérnöki szakon folyó képzéshez is adjunk egy olyan alapvető ismereteket tartalmazó tankönyvet, amelyre az előadásokon támaszkodhatunk, a további ismeretanyag elsajátítását megalapozza. Kecskemét, november 26. Dr. Végvári Ferenc főiskolai tanár 7

6 Bevezetés A lemezalkatrész-gyártó technológiák mindegyikében még az anyagszétválasztó eljárásokban is szerepe van a megmunkált anyagban végbemenő képlékeny alakváltozásnak. Ezért a konkrét eljárások tárgyalása előtt szükséges emlékeznünk korábban tárgyalt ismeretekre. Ilyenek: a fémek szerkezetével, abból adódó tulajdonságaikkal kapcsolatos ismeretek, a képlékeny alakváltozásnak a fémek tulajdonságaira való hatásával, az ebből adódó technológiai kérdésekre, a szilárdságtanból megismert kérdések, a mechanikai feszültség, a feszültségi állapot, az alakváltozási állapot fogalma. A különbség lényegében csak az, hogy szilárdságtanból azt vizsgáltuk, milyen terhelést bír el a test (alkatrész) képlékeny alakváltozás nélkül. Képlékenységtanból pedig azt, hogy milyen feszültségi állapot, mekkora feszültségek hozzák létre a megkívánt maradandó alakváltozást. A fémek szerkezete kristályos, ami azt jelenti, hogy atomjaik geometriailag meghatározott rend szerint helyezkednek el. A képlékenyalakítási gyakorlat számára fontos fémek (vasalapú ötvözetek, alumínium- és rézötvözetek) szerkezetét részletesen megismertük az anyagismeret tárgy keretén belül. Tárgyaltuk a képlékeny alakváltozás anyagszerkezeti mechanizmusát, a legtömöttebb síkok, irányok, a koordinációs szám fogalmát és szerepüket a képlékeny alakváltozásban. Ismert a fémek atomos szerkezetében jelenlévő rendezetlenségek, rácshibák szerepe és hatása is. Jegyzetünkben nem anyagszerkezeti, hanem makroszkópikus megközelítésben foglakozunk az idevonatkozó alapfogalmakkal. 1 Képlékenységtani alapfogalmak Rugalmas alakváltozásról beszélünk, ha a külső erőkkel terhelt test a terhelés megszűnte után visszanyeri eredeti méretét és alakját. Képlékeny alakváltozás esetén a külső erőkkel terhelt test méretei és alakja maradandóan megváltozik úgy, hogy anyagszerkezete és folytonossága nem változik meg. Fontos törvényszerűség még, hogy a képlékeny alakváltozás során az anyag térfogata is változatlan. A képlékenység az anyagoknak (a fémeknek) nem tulajdonsága, hanem állapota. Minden fém képlékeny állapotba hozható, de viselkedhet ridegen is. A képlékeny vagy rideg viselkedést az állapottényezőkkel lehet befolyásolni. Az állapottényezők a következők: Az alakítás hőmérséklete. Magasabb hőmérsékletre hevítve a fémek képlékenyebben viselkednek. Feszültségi állapot. A képlékeny viselkedés szempontjából a legkedvezőbb a háromtengelyű nyomó feszültségi állapot. Az alakváltozási sebesség a harmadik állapottényező. Minél nagyobb az alakváltozási sebesség, (az időegység alatt bekövetkező fajlagos alakváltozás) annál ridegebben viselkedik a fém. Közismert példa, hogy Kámán Tódor [1] magyar tudós, a köztudatban ridegnek ismert márványt magas hőmérsékleten, háromtengelyű nyomó feszültségi állapotban, kis alakváltozási sebesség mellett képlékenyen alakította. (Figyelem: ez esetben nem az a lényeg, hogy könnyen, vagy milyen mértékben, hanem az, hogy képlékeny alakváltozást szenvedett el a ridegnek tudott márvány!) Ridegtörés, rideg viselkedés azt jelenti, hogy elég nagy külső terhelés hatására az anyag úgy törik el, hogy a törést nem kíséri maradandó képlékeny alakváltozás, deformáció. 8

7 Alakváltozási mérőszámok Az alakváltozás mértékének számszerű megadása fontos, hiszen tudjuk, hogy a képlékeny alakváltozás hatással van a fémek tulajdonságaira. Hidegalakítás során a fémek mechanikai tulajdonságai közül a szilárdsági jellemzőik növekednek, alakíthatóságuk csökken, ridegednek. Ezt egyszóval felkeményedésnek nevezzük. Nem lehet célszerű az alakváltozás mértékét csak méretváltozással jellemezni, hiszen nem mindegy, hogy milyen kiinduló méretű munkadarab szenved el egy bizonyos méretváltozást. Ezért úgynevezett fajlagos alakváltozási mérőszámokat képezünk. A méretváltozást a munkadarab méretéhez viszonyítjuk. Attól függően, hogy a méretváltozást az eredeti (az alakváltozási folyamat során már nem létező) mérethez vagy a valóban aktuális mérethez viszonyítjuk, beszélünk mérnöki, és valódi (vagy logaritmikus) alakváltozási mérőszámokról (1.1. ábra) ábra Az alakváltozás folyamata zömítéskor és húzáskor 9

8 A mérnöki (a) és valódi (b) alakváltozási mérőszám meghatározása az 1.1. ábra alapján: a., (1.1) b., (1.2) A teljes alakítási folyamatra (amikor is h 0 -ból h 1 vagy l 0 -ból l 1 méret lesz) az alakváltozás a differenciálisan kis alakváltozások összegezéséből adódik: Mérnöki alakváltozás esetén: Zömítésre: [ ] illetve, (1.3) Húzásra: [ ] illetve, (1.4) Valódi alakváltozás esetén: Zömítésre: [ ] illetve, (1.5) Húzásra: [ ] illetve, (1.6) Megjegyezzük, hogy kis alakváltozás esetén nincs nagy eltérés a két megközelítés eredménye között. Képlékeny alakváltozás esetén azonban a valódi (logaritmusos) alakváltozással kell számolni. A két alakváltozási mérőszám között az átszámítás egyszerű az alábbiak szerint: (1.7) ( ) (1.8) Hangsúlyozzuk, képlékenyalakító technológiák esetén, amikor a képlékeny alakváltozás jelentős mértékű, számunkra a valódi alakváltozási mérőszám ( ) a mérvadó. Még akkor is így van, ha a gyakorlatban technológiai tervezésnél a mérnöki módon meghatározott alakváltozási mérőszámok is használatosak. 10

9 Az alakváltozási sebesség ezek után nem lehet más, mint az időegységre jutó fajlagos alakváltozás. A sebesség általában a folyamat időszerinti deriváltját jelenti, azaz: [ ] [ ] [ ] (1.9) A a méretváltozás idő szerinti deriváltja, azaz mozgási sebesség, például az alakító szerszám sebessége. Az alakváltozási sebességnek jelentős befolyása van a fémek képlékeny vagy rideg viselkedésére, az egyéb, más tényezőkkel is befolyásolt anyagi tulajdonságaikra. Alakítási szilárdság A képlékenyalakító technológia számára fontos, de nem elégséges a fémek szakítóvizsgálatból meghatározható jellemzőinek, a folyáshatárnak, szakítószilárdságnak és az alakíthatósági mérőszámoknak az ismerete. Ezek ugyanis nem valódi, hanem inkább mérnöki mérőszámok, hiszen mindegyikük a próbatest eredeti méretének figyelembevételével határozható meg. Az alakítási szilárdság az a feszültség jellegű anyagjellemző, amelynél egytengelyű feszültségi állapotban megindul a képlékeny alakváltozás. A képlékeny alakváltozás egytengelyű húzó feszültségi állapotban is a rugalmas alakváltozás után következik be, úgy tekinthető, mint a 0,2%-os maradó alakváltozáshoz szükséges feszültség, ami már mérhető képlékeny alakváltozáshoz tartozik. Amíg a szakítópróbatest az egyenletes nyúlás állapotában van, az alakítási szilárdság úgy is tekinthető, mint az ún. valódi feszültség. Az alakítási szilárdság jele: k f. Mértékegysége: MPa, vagy. Befolyásoló tényezői: - az alakváltozás mértéke (összehasonlító alakváltozás, ld. később), - az alakítás hőmérséklete, - az alakváltozási sebesség. Az alakítási szilárdságok ezektől a tényezőktől való függését diagramunkban mutatjuk be, ezek az ún. folyásgörbék. 11

10 1.2. ábra Az alakítási szilárdság változása az alakváltozás mértékének (az összehasonlító alakváltozás) függvényében 1.3. ábra Az alakítási szilárdság változása az alakítási hőmérséklet függvényében 12

11 A folyásgörbékből kiolvasható: 1.4. ábra Az alakítási szilárdság és az alakváltozási sebesség kapcsolása - különböző fémek alakítási szilárdsága különböző és még fontosabb, hogy keményedésük alakítás hatására jelentősen eltérő. Az alumínium kevésbé, a lágyacél jobban, a korrózióálló ausztenites acél nagyobb nagymértékben keményedik, azaz 3 > 2 > 1 (1.2. ábra) - a színfémek alakítási szilárdsága exponenciálisan csökken a hőmérséklet növekedésével. Felírható az alábbi összefüggés: (1.10) ahol: k f0 a szobahőmérsékleten mért alakítási szilárdság, b hőmérséklet kitevő [ C] az alakítás hőmérséklete. Nem színfémek esetén különböző anyagszerkezeti változások a k f hőmérséklet függvény módosíthatják. Lágyacélok k f görbéje C között eltérést mutat a színfémhez képest (1.3. ábra). - az alakváltozási sebesség hidegalakításkor kevésbé befolyásolja az alakítási szilárdságot. Melegalakítás esetén azonban a sajtón vagy kalapácson végzett ( ) vagy ( ) alakítás esetén az alakítási szilárdság 100%-os eltérést is mutathat (1.4. ábra). 13

12 Fentiek alapján a folyásgörbék általánosan az alábbi összefüggéssel írhatók le hidegalakításnál: (1.11) Ahol: k f0 a szobahőmérsékleten esetén mért alakítási szilárdság n a keményedési kitevő hidegalakításkor n 0 melegalakításkor n 0 m sebességkitevő, hidegalakításkor m 0 melegalakításkor m 0 Szobahőmérsékleten felvett folyásgörbék gyakorlatban is alkalmazott alakjai: Nádai szerint [-]: (1.12) Ludwig szerint [-]: (1.13) Ahol: A és B anyagra jellemző konstansok n a keményedési kitevő Tekintettel a gyakorlat számára fontos fémek tényleges folyásgörbéinek alakjára, mindkét összefüggés jól használható. 14

13 Képlékeny alakváltozás munkája A képlékeny alakváltozás fajlagos (térfogategységre vonatkoztatott) és ideális munkája egyenlő a folyásgörbe alatti területtel. Az 1.5. ábra alapján: 1.5. ábra A képlékeny alakváltozás fajlagos, ideális munkája (1.14) Ahol: k fköz. közepes alakítási szilárdság; Az alakított térfogat egészére vonatkozó ideális munkaszükséglet: (1.15) Ahol: V az alakított térfogat A teljes valós munkaszükséglet pedig: (1.16) Ahol: a műveletre vonatkozó hatásfok tényező 0,5 0,9 között. 15

14 Szilárdságtani, képlékenységtani alapok: A mechanikai feszültség fogalma. Ha egy testet külső erőkkel terhelünk, a test akkor marad nyugalmi állapotban, ha a ráható erők eredője a tér (koordináta rendszer) mindhárom irányban zérus, ill. a testre ható nyomatékok értéke is nulla (1.6. ábra) ábra A külső erőkkel terhelt test egyensúlya A külső erők hatására a test minden pontjában, a pontokon átfektetett síkokban belső erők lépnek fel. Ezen belső erők intenzitása (pontonként és a rajtuk átfektetett síkonként) jelenít a pontban ébredő feszültséget. Ezt matematikailag az alábbiak szerint fejezhetjük ki: (1.17) Egy-egy adott ponton sok-sok sík átfektethető, de mechanikából ismerjük, hogy ha adottak az egy ponton átfektetett három egymásra merőleges síkban a feszültségek, bármelyik másik síkban meg tudjuk határozni az ébredő feszültséget, azaz ismerjük a pont feszültségi állapotát. Ezért mi minden pont feszültségi állapotát a rajta átfektetett három egymásra merőleges síkban ébredő feszültségekkel adjuk meg. 16

15 1.7. ábra A vizsgált pontban ébredő feszültségek Az 1.7. ábrán a test vizsgált pontja az origó, három egymásra merőleges sík pedig a három koordinátor sík. A vizsgált ponton átfektetett n normálisú síkban ébredő feszültség az x-y-z tengelyek irányában felírt egyensúlyi egyenletek felírásával, de a szilárdságtanból ismert tenzoralgebrai úton is meghatározható. Az 1.7. ábra jelöléseivel a vizsgált pontra érvényes feszültség tenzor: [ ] (1.18) Sőt azt is feltételezzük, hogy valamennyi általunk vizsgált képlékenyalakító technológiánál ismerjük azt a három egymásra merőleges síkot, amelyekben csak a síkokra merőleges feszültségek ébrednek. Ezek a fősíkok, a bennük ébredő feszültségek a főfeszültségek. Erre az esetre jellemző feszültségtenzor: [ ] (1.19) ahol: a főfeszültséget melyek az 1, 2, 3 főirányokra merőleges fősíkokban ébrednek. A tetszőleges (n normálisú) síkban ébredő feszültség az alábbi művelettel határozható meg: [ ] [ ] (1.20) ahol: az x, y, z irányú irányvektorok vagy 17

16 [ ] [ ] (1.21) Sík lapok között történő zömítés (pl. egy hengeres test összenyomása) esetén a darab minden pontja háromtengelyű nyomó feszültségi állapotban van (1.8. ábra). A 1.8. ábrán a 1.8. ábra Hengeres test zömítése során a feszültségi állapot térfogatú differenciálisan kis test jelenti egy vizsgált pont környezetét. A már kontrakció állapotában lévő szakító próbatestben a kontrakció helyén is háromtengelyű a feszültségi állapot, háromtengelyű húzás (1.9. ábra) ábra Szakító vizsgálat során a kontrahált rész feszültségi állapota A képlékeny alakváltozás megindulásának feltétele Valamennyi alakítási műveletre jellemző feszültségi állapot szemlélet alapján megállapítható. Annak megállapítására, hogy egy adott terhelés, azaz a pont, illetve a test feszültségi állapota elegendő-e a képlékeny alakváltozás megindítására, több elmélet született. A Tresca Guest Mohr féle határfeszültségi elmélet (folyási feltétel) szerint akkor indul meg a képlékeny alakváltozás, ha a legnagyobb és legkisebb főfeszültségek különbsége eléri az anyagra jellemző alakítási szilárdságot. Tresca Guest Mohr szerint tehát a feszültségi állapot a max. - min. feszültségkülönbséggel 18

17 jellemezhető. Ezt kell összehasonlítani az anyagjellemzővel, ezért ezt összehasonlító feszültségnek nevezzük. Azaz: az alakváltozás megindulásának feltétele. (1.22) Ez az elmélet tehát a közbülső főfeszültséget nem veszi figyelembe. Az ún. munkaelmélet (úgy is hívják, hogy Huber-Mises-Hencky elmélet) szerint akkor indul meg a képlékeny alakváltozás, ha a befektetett munka alakváltoztató része eléri az anyagra jellemző értéket. (A befektetett munkának van térfogat változtató része is.) A munkaelmélet szerint az ún. összehasonlító ( ö. ) feszültség az alábbiak szerint határozható meg: [( ) ( ) ( ) ] (1.23) Ha ez egyenlő az anyag alakítási szilárdságával, megindul és fennmarad a képlékeny alakváltozás. Ebből adódik, hogy az alakítási szilárdságot úgy is definiálható, mint azaz összehasonlító feszültség amely a képlékeny alakváltozást megindítja és fenntartja. Az egyes alakítási technológiák ismeretében eljuthatunk annak a feszültségnek a meghatározására, melynek fel kell lépni az alakító szerszám felületén (mint nyomás) vagy az alakított munkadarab keresztmetszetében, amelyből az alakítás erőszükséglete meghatározható. A térfogat-állandóság törvénye A képlékeny alakváltozás során az alakított munkadarab térfogata nem változik. Ez az alapja a képlékeny alakítással történő gyártáshoz szükséges előgyártmány méretei meghatározásának. Ebből a törvényből fontos következtetés vonható le, nevezetesen az, hogy a valódi alakváltozások összege zérus ábra A térfogat-állandóság törvénye Az eredetileg méretű test, alakítás után méretű lesz (1.10. ábra). Alakváltozási állapot A térfogat állandóság törvényéből következik, hogy nem lehetséges az egyirányú (egytengelyű) alakváltozási állapot. Az egytengelyű húzó feszültségi állapotban levő szakítópróbatest hosszirányban nyúlik, keresztirányban mérete csökken. Sík lapok között zömített darab magassága csökken másik két mérete növekszik, de ha mindkettő nem is, egyik biztosan. Tehát az alakváltozási állapot vagy két, vagy háromtengelyű, azaz síkbeli vagy térbeli. A több irányban is méretét változtató 19

18 próbatest alakításának mértékét az ún. összehasonlító alakváltozással ( ö. ) adjuk meg. Ennek meghatározása (levezetés nélkül): ( ) ( ) ( ) (1.24) Ha hengeres darabot húzunk, vagy zömítünk ( 2 = 3 vagy 1 = 2 ) az összehasonlító alakváltozás egyenlő lesz az abszolút értékre legnagyobbal alakváltozással. ö. = 1 vagy ö. =. Ha az alakváltozási állapot síkbeli ( 1 =- 3 ) akkor a szélesedés nélküli nyújtás és hengerlés. A térfogat-állandóság szerint:. Ilyen alakítási művelet a átosztva és logaritmizálva mindkét oldalt (1.25) (1.26) három, egymásra merőleges (fő) alakváltozás összege zérus. Az összehasonlító alakváltozás (1.27) (1.28) Láttuk, hogy a feszültségi állapot egy feszültséggel, az ún. összehasonlító feszültséggel jellemezhető. Azt is belátjuk éppen a térfogat-állandóság okán hogy az alakváltozási állapot is három, ún. főalakváltozással jellemezhető az alakítás alakítottság mértékének meghatározására képezni kell az összehasonlító alakváltozás mérőszámát is. Ez pedig a levezetés mellőzésével: ( ) ( ) ( ) (1.29) A jobb megértés végett célszerű példákat kidolgozni egyes alakítási technológiákra jellemző összehasonlító feszültségre és összehasonlító alakváltozás meghatározására. Ilyenek pl. hengerszimmetrikus alakváltozás, ahol és, (1.30) vagy és, (1.31) (Előző, a hengeres darab síklapok között történő zömítése, a második a szélesedés nélküli nyújtás, hengerlés esetére érvényes.) Az itt leírt alapfogalmak, alapismeretek szükségesek, de nem elégségesek a képlékenyalakító technológiák mindegyikének megértéséhez. 20

19 2 Lemezalakító technológiák A lemezalakító technológiák az alkatrészgyártás nagyon jelentős területét képviselik és szerepük az ipari technológiákon belül nem csökken. Ebben a jegyzetben a fémlemezekből, a finomlemezekből történő alkatrészgyártás technológiai, szerszámozási, gazdaságossági és gyártásszervezési kérdéseivel foglalkozunk. A nemfémes lemezek, a durvalemezek megmunkálásáról csak érintőleges említés történik. A finomlemezek hidegen történő megmunkálásának sajátságai, megfelelő anyagismeret birtokában kiterjeszthetők nemfémes lemezanyagokból, ill. vastagabb fémlemezekből történő alkatrészgyártásra is. A lemezalakító technológiákra általában érvényesek a képlékenyalakító ill. forgácsmentes technológiák jellemzői. Ezek pl.: - az alkatrészek jó mechanikai tulajdonságai, - anyagtakarékos gyártás lehetősége, - nagy termelékenység, - automatizálhatóság. - tömeggyártásra alkalmasak, - a gyártmányok jó alak és mérettűrésekkel rendelkeznek, pontosak, - a gyártási folyamat nem igényel szakmunkát Kifejezetten a lemezalakítással történő alkatrészgyártás sajátossága, hogy az alkatrész önköltségében az anyagköltség elérheti a 80-90%-ot is. Ez azt jelenti, hogy a lemezalkatrészek előállításának gazdaságossági kérdései vizsgálatánál nagy jelentősége van az anyaggal történő takarékosságnak, a minél jobb anyagkihozatalnak. 21

20 Technológiák csoportosítása alakítási mód szerint: A lemezalakító technológiák több szempont szerint is csoportosíthatók. A leggyakoribb csoportosítás szerint a lemeztechnológiák két csoportba oszthatók: - Az anyagszétválasztással történő lemezalakító eljárások során az alkatrészek a lemezanyag nyíró igénybevételével, vágással, darabolással jönnek létre. - Az anyagszétválasztás nélküli technológiák során anyageltávolítás nélkül, a lemezanyag formálásával kapjuk meg az alkatrész alakját és méretét. A fenti két alapvető csoportba sorolható technológiák közül a gyakorlatban leginkább alkalmazott lemezalakító műveleteket mutatjuk be: a) Anyagszétválasztással dolgozó lemezalakító eljárások: darabolás, leszabás, kivágás, lyukasztás, pontossági vágás, finomkivágás, egyéb módszerek bevágás, kicsípés b) Anyagszétválasztás nélküli lemezalakító eljárások hajlítás, mélyhúzás, göngyölítés, egyengetés, simítás, vasalás, fémnyomás, domborítás, egyéb eljárások szájbehúzás tágítás dombornyomás / bordázás 22

21 3 Az anyagszétválasztással történő lemezalkatrész-gyártás technológiái. A lemezeket a hengerművek vagy táblalemez, vagy tekercs formában szállítják. Ezek további darabolásával tudunk kisebb munkadarab méreteket biztosítani. 3.1 Ollón végzett lemezvágás technológiája A lemezek nyírásának, szétválasztásának folyamata. A lemezek szétvágásához általában két aktív szemszám-elem szükséges, mint például a hétköznapi életből ismert olló két éle. A 3.1 ábrán az s vastagságú lemeznek az élek közötti igénybevételét, helyzetét mutatjuk be. A vágás folyamatának fázisai: 3.1 ábra Ollón való vágás A vágóél behatol a lemezbe, rugalmasan deformálja, a deformációs zónában a feszültségi állapot (összehasonlító feszültség) meghaladja az alakítási szilárdságot, megindul a képlékeny alakváltozás, a deformációs zónában kezd kimerülni az anyag alakváltozó képessége, megjelennek a nyírási repedések, a nyírási repedések összeérnek, befejeződik a vágás. A vágóélek nyíró igénybevétellel hatnak a lemezanyagra. Mivel azonban a vágóélek között rés, ún. vágórés van, a lemez hajlításra is igénybe van véve. Az, hogy a lemez igénybevétele mennyiben tételezhető fel tiszta nyírásnak, elsősorban a vágóréstől, és mint később látni fogjuk, a vágóélek állapotától is függ. Az ollókések közti távolság a vágórés általában a lemezvastagság 5-10%-a lehet. A vágóéleknek a lemezanyagba történő rugalmas, majd képlékeny benyomódását a nyírási repedések megjelenése, terjedése és találkozása követi. A képlékeny deformáció a lemezanyag igen kis térfogatára terjed ki, mértéke nagyon nagy. Az adott igénybevételnél nyírás plusz hajlítás az élekről kiinduló repedések találkoznak, az anyagszétválasztás végbemegy. A lemez vágási felületén a fenti folyamatok is követhetők (3.2. ábra). 23

22 3.2. ábra A vágott lemez felülete. Az, hogy a nyírási repedések pontosan találkoznak-e, a vágott felület jó minőségű nyírt és érdes szakadt felületének aránya milyen, azt szerszámozási kérdések, a szerszám állapota, a művelet gyorsasága is befolyásolja. Az optimális vágórésről később részletesen lesz szó. 3.2 Lemez befordulása a vágórésbe Az ollón történő 90 -os szögű élekkel különösen darabolásnál jelentkezik a lemez vágórésbe való befordulási hajlama (3.3. ábra). Ennek oka az, hogy a vágás képlékeny deformációs szakaszában a vágóerő nem a vágóél mentén hat, hanem megoszlik a vágóél homlokfelületén, megoszló terhelésként. A vágóerő és az ellentartó erő eredői egymástól eltávolodnak és egy forgató nyomatékot M f hoznak létre, amely be akarja fordítani a vágandó lemezt a vágórésbe. Ezen forgató nyomatékkal szemben dolgozik ugyan a M t támasztó nyomaték, amelyet a vágóél oldalfelületére ható erők nyomatéka hoz létre, de ez jóval kisebb mértékű. Ez káros jelenség, mert deformálja a vágási felületet, vékonyabb lemezek vágásánál akár a vágórésbe szorulva megakadályozhatja a vágást ábra A lemez vágásakor ható nyomatékok 24

23 A lemez befordulásának csökkentése, megakadályozása: a vágóél 90 -nál kisebb szögben történő kialakításával csökkenthető a M f nyomaték nagysága, kisebb a befordulási veszély (3.4. ábra) A vágandó lemez vágási helytől távolabbi leszorításával megnöveljük m F N nyomatékkal az M t ellennyomatékot, amely megakadályozza a lemez befordulását (3.5. ábra) ábra A lemezt befordító nyomaték csökkentése a vágóél kialakításával 3.5. ábra Az ellennyomaték növelése a lemez leszorításával Vágás párhuzamos élű ollón A párhuzamos élű táblaollón való vágást mutatjuk be a 3.6. ábra. A vágás erőszükséglete meghatározásánál tiszta nyírással számolunk, így a vágóerőt megkapjuk, ha a nyírt keresztmetszetet szorozzuk az anyag nyírószilárdságával ahol: b a vágott szélesség [ ] s -. a lemezvastagság [ ] B a lemezanyag nyírószilárdsága [ ] f vágás körülményeit figyelembevevő tényező (1,1 1,4) [ ] (3.1) Ha számításba akarjuk venni a vágás közbeni hajlító igénybevételt, az ollókések állapotát, a gépi olló rugalmas deformációját, a fenti erőértéket 10 30%-kal növelve vesszük figyelembe. Az anyagok nyírószilárdsága kevésbé ismert, szemben a szakítószilárdsággal, ezért jó közelítéssel a nyírószilárdságot az alábbi tapasztalati összefüggéssel származtatjuk: ( ) [ ] (3.2) 25

24 3.6. ábra Vágás párhuzamos élű ollón 26

25 3.2.2 Vágás ferde élű ollón A lemezek egyszerre teljes keresztmetszetben történő vágása nagyobb lemezvastagságok esetén túl nagy vágóerőt eredményez. A vágóerő csökkentésére alkalmazzák a ferde élű ollót. Kialakítása a 3.7 ábrán látható. Ferde élű ollón történő daraboláskor a vágóerő: Ahol: a ferde élű olló vágási szöge ábra Vágás ferde élű ollón A ferde élű ollón történő vágás erőszükséglete kisebb, de a levágott darab deformálódik. Ez nem jelent gondot, ha a levágott darab a hulladék. A párhuzamos élű ollón a levágott darab nem deformálódik, viszont a művelet erőszükséglete nagyobb (3.3) 27

26 3.2.3 Vágórés A vágórés (3.1 ábra) jelentős hatással van a vágási felület minőségére. Helytelenül kialakított vágórés erősen deformálja a vágási felületet. Vágórés nagysága függ: - vágandó lemez szilárdságától anyagminőségtől hidegalakítás mértékétől esetleges hőkezeltségi állapottól - vágott lemez vastagságától. Kis vágórés hatása: - torzul a vágott felület - nagyobb a súrlódás vágás közben - gyorsabban kopnak a kések Nagy vágórés hatása: - vágott élet torzítja, szakítja - görbíti a sávot Ajánlott vágórés: nagyobb szilárdságú anyagok hidegen hengerelt anyagok } A lemezvastagság 3 6%-a vékony lemezek vágása lágy, lágyabb anyagok vágása vastag lemezek vágása } a lemezvastagság 6 10%-a Vágókés kialakítása A vágókések kialakítását a 3.8. ábra mutatja be ábra Vágókés kialakítása 90 -os élszög kialakítása 3.8.a. ábra Előnye: - a téglalap keresztmetszetű vágókés mind a négy vágóéle használható, négyszer átfordítható, és csak utána kell újraélezni. Hátránya: - nagyobb a vágórésbe befordulási hajlam os élszög alkalmazása 3.8. b. ábra Előnye: - kisebb a vágórésbe való befordulási hajlam - jobb a vágóhatás - az ékhatás csökkenti a kések szétfeszítését. Hátránya: egy vágókésen csak 2 él alakítható ki. 28

27 os élszög alkalmazása 3.8.c. ábra Előnye: - csökken a kés lemezbe hatolása során fellépő működő erő - kisebb lesz a vágórésbe való befordulási hajlam - az ékhatás csökkenti a kések szétfeszítését. Hátránya: - egy vágókésen csak 2 él alakítható ki ezzel a geometriával Lemezvágás rezgőollón A rezgőolló elnevezés onnan származik, hogy működés közben a felső kés percenként löketet végez. Szokás alakollónak is nevezni, mert segítségével görbe vonalú vágás is végezhető ábra Rezgő olló kialakítása Elve: a vágást egy helyben függőleges mozgást végző ferde élű kés végzi. A lemez vágókések közötti vezetésével a vágás vonala meghatározható. (3.9. ábra) Jellegzetes késkialakítások a ábra segítségével mutatjuk be. a) b) ábra Rezgőolló késkialakításai A ábra alapján: a) a szerszám mindkét kése négyszög keresztmetszetű, az anyagok a két vágóhegy választja szét. 29

28 b) alsó szerszámkés kör keresztmetszetű, felső szerszámfél négyszög keresztmetszetű, ferde élű. Az alsó kés kerületének vágásra csak egy pontja van igénybe véve. Kopása esetén a vágási hely a kerülete mentén elfordítható. Felső kés helyzete: Helyesen beállított felső kés csak a lemez fél vastagságával közelíti meg az alsó kést. Ebben a helyzetben a nyírási repedések már összeérnek, a vágás megtörtént. A kések nem haladnak el egymás mellett, így a kés felületére lerakódó kemény fémrészek nem kerülnek a kések közé. Rezgőollókon a lemezt görbe vonal mentén vágva a minimális rádiusz kb. 15mm lehet. A vágható lemezvastagság maximálisan kb. 10mm. Alkalmazása: - lemezek görbe vonal menti vágására - mélyhúzáshoz terítékek kivágására - sablon melletti alakos lemezek vágására Lemezvágás körollón. Táblalemezen ollóval csak egyenes vonalú vágást végezhetünk. Körkés alkalmazásával egyenes vonalú és görbe vonalú vágás is lehetséges. A táblalemez olló kése egy végtelen nagy sugarú körkésként definiálható A körkéses vágás elvben nem különbözik az egyenes késes vágástól. A vágás első fázisában a kések képlékenyen alakítják a lemezt, majd a lemez a nyíróerő hatására felszakad és szétválik. Ez a folyamat a körkések forgása folytán folytonos. A két vágási folyamat összehasonlítása (3.11. ábra) Rezgő olló ábra Két vágási folyamat összehasonlítása Körkés Körkéssel általában 20mm lemezvastagságig vághatunk. A vágórést körkés esetén nem alkalmazzuk, mert így minimális sorjaképződés mellett vághatunk. A két körkés beállítás során szinte súrolja egymást. Függőlegesen a két kés ne álljon egymáson, ne járjanak össze. A lemezek leszorítását gumihengerek végzik (3.12. ábra). 30

29 3.12. ábra Körkéses vágás Az alkalmazandó körkés átmérője a vágandó lemezvastagságtól függ. A vágott szél berepedésének veszélye nélkül os vágószöget lehet alkalmazni 18 -os vágásszögnél az alkalmazandó körkés átmérője a lemezvastagság 40-szerese, vagyis. Hengerművekben szalagok szélezésére, lemezek hasítására alkalmazzák (3.13. ábra) ábra Szalaghasító 31

30 3.2.7 Körolló, ívolló Körkések alkalmazhatók görbe vonalú vágásra, többek közt körtárcsák kivágására is. Az egymással szembeforgó kések biztosítják a lemeznek az előtolást. A vágandó lemezt elmozdulás ellen nagyon erős leszorítással biztosítani kell. Ívolló a körolló egyik változata. Ezen a lemezt központi befogás nélkül előrajzolt vonal mentén vezetve vágják ki. Általában 400 szakítószilárdságig és 2,5mm lemezvastagságra alkalmazzák 150mm-nél nagyobb sugarú lekerekítések vághatók. Az ívolló késeinek alakja és elhelyezésük a ábrán látható. Mélyhúzott alkatrészek terítékeinek kivágására, tartályok körülvágására alkalmazzák. A ábra egy tárcsavágó ollót mutat be ábra Ívolló kialakításai ábra Tárcsavágó olló 32

31 3.3 Kivágás lyukasztás technológiája Kivágás, lyukasztás elve. Ollón való vágásra jellemző volt, hogy a lemezt nyílt vonal mentén választottuk szét. Kivágás és lyukasztás műveletén általában zárt vonalú vágást értünk (3.16. ábra) ábra Vágás elve A kivágó és lyukasztó bélyegek keresztmetszete különböző formában kiképezhetők, így igen bonyolult alakú munkadarabok is gyárthatók lemezből. A vágás folyamatának fázisai hasonlóak az ollón történő vágáshoz (3.17. ábra): A vágóél behatol a lemezbe, rugalmasan deformálja, a deformációs zónában a feszültségi állapot (összehasonlító feszültség) meghaladja az alakítási szilárdságot, megindul a képlékeny alakváltozás, a deformációs zónában kimerül az anyag alakváltozó képessége, megjelennek a nyírási repedések, a nyírási repedése összeérnek, befejeződik a vágás, a szétválasztott darab kitolása ábra Kivágás folyamata 33

32 3.3.2 Kivágó- és lyukasztó szerszámok szerkesztése Sávterv készítése A kivágandó lemezalkatrészek, a hajlított vagy mélyhúzott terítékek gyártása során törekedni kell a gazdaságosságra, a legjobb anyagkihozatalra. Sávterv készítésekor az a feladat, hogy hogyan helyezhetjük el a munkadarabot egy adott szélességű sávon úgy, hogy a legjobb legyen az anyagkihozatal. Az anyagkihozatalt százalékosan megadhatjuk az alábbi összefüggéssel [ ] (3.4) ahol: S mdb a munkadarab hasznos területe [mm 2 ] S sáv az a négyzet-, vagy téglalapterület, amelyből 1 munkadarabot ki tudunk vágni. Táblalemezből történő gyártás esetén meghatározzuk, hogy egy táblából hány darab sáv vágható (n 1 ), egy sávból hány munkadarab gyártható (n 2 ) és az anyagkihozatalt az egész táblalemezre (T tábla ) vonatkoztatjuk az alábbiak szerint: [ ] (3.5) Sávterv készítésekor az egyes munkadarabok közt egy hidat kell hagyni, amely szerepe egyrészt a vágás biztonságossá tétele (ne forduljon be a lemez a vágórésbe) másrészt a hulladék esetleg a munkadarab továbbítása a szerszámban (3.18. ábra) ábra Sávterv Ha az előtolás határolására oldalkést használunk, akkor a sávszélességet meg kell növelni az oldalkés által levágott méretekkel is. A hídszélesség függ: - a vágandó lemez anyagától, - a vágandó lemez vastagságától, - a vágandó híd hosszúságától. 34

33 A fentiek figyelembe vételével az ajánlott hídszélességeket az A lemez anyaga Acél, sárgaréz, bronz Réz, cink, alumínium Keménypapír, fíber, tömítőanyag, karton Lemezvastagság s [mm] felett ig 0,2 0,4 0,4 0,6 0,6 1,0 1,0 1,5 1,5 0,2 0,5 0,5 1,0 1,0 1,5 1,5-0,2 0,4 0,4 1,0 1,0 Filc - Legkisebb hídszélesség, ha a hídhosszúság kisebb 10mm nél 1,0 0,6 0,8 1,0 1s 2,0 1,0 1,5 1,2s 2,0 1,5 2s 1s, de minimum 4mm A sávterv a munkadarabok elhelyezkedése alapján lehet: - egysoros elrendezésű (3.19. ábra) 3.1. táblázat tartalmazza. Legkisebb hídszélesség, ha a hídhosszúsága 10 80mm közötti 1,5 1,0 1,5 2,0 1,2s 3,0 2,0 2,5 1,5s 3,0 2,5 2,5s 1,5s, de minimum 6mm 3.1. táblázat Oldalkéssel levágott szélesség, hídszélesség, ha a hídhossz nagyobb 80mm nél 2,5 1,5 2,0 2,5 1,5s 4,0 3,0 3,5 2s 5,0 4,0 3s ábra Egysoros elrendezésű sávterv 35

34 - többsoros elrendezésű (3.20. ábra) ábra Többsoros sávterv Lyukasztással kivágható legkisebb méretek 3.2. táblázat Acél R R R e e e Megmunkált anyag 2 R 400N mm p0,2 2 R N mm p0,2 2 R 600N mm p0,2 Réz, sárgaréz Alumínium, cink Textil és papírbakelit d mm, d 1 s d 1,3 s d 1,5 s a, A nyílás alakja mm mm b, a 0,9 s b 0,75 s mm c, c 0,8 s a 1,2 s b 0,9 s c 1 s a 1,3 s b 1,1 s c 1,2 s d 0,9 s a 0,8 s b 0,65 s c 0,7 s d 0,8 s d 1,1 s a 0,7 s b 0,6 s b 1,1 s c 0,6 s c 1 s 36

35 Vágórés meghatározása Kivágás lyukasztás során a bélyeg és a vágólap közti résnek, a vágórés nagyságának igen fontos szerepe van. A vágórés befolyásolja: - a vágás erő- és munkaszükségletét, - a vágási felület minőségét, - a vágás pontosságát, - a fellépő oldalirányú erőket (nyitott egyoldalú vágásnál, mint pl. oldalkésnél) - kismértékben a visszahúzó erőt. A vágórés nagysága elsősorban a vágandó lemez vastagságától és anyagától függ. A vágórés jelölése z az empirikus összefüggésekben az oldalankénti vágórést z/2 határozzák meg. Meghatározása, ha a lemezvastagság s 3 mm. [ ] (3.6) ha a lemezvastagság s>3 mm, a vágórést az alábbiak szerint számítjuk: ( ) [ ] (3.7) Ahol: s a vágandó lemez vastagsága [ ] B a vágandó lemez anyagának nyírószilárdsága [ ] c tényező értékei: c= 0,005 ha a vágás pontossága a fontos c= 0,035 a legkisebb vágóerő és munkaszükséglet esetén c= 0,015 0,018 keményfém betétes szerszámokhoz c= 0,01 gyakorlatban legtöbbször használt érték c= 0,01 ausztenites acélokhoz. Ha a vágandó anyag nyírószilárdsága nem ismert, jó közelítéssel meghatározhatjuk a szakítószilárdságból az alábbi összefüggéssel: Ahol: R m az anyag szakítószilárdsága [ ] Részletesebben lásd a fejezetben. ( ) [ ] (3.8) 37

36 A különböző anyagok nyírószilárdságát a 3.3. táblázat tartalmazza. Anyag megnevezése B [N/mm 2 ] Lágy acéllemez 0,1% C 260 0,2% C 320 0,3% C 360 0,4% C 450 0,6% C 560 0,8% C 720 1,0% C 800 Ausztenites acél (lágy) Alumínium 99, Al-Mg (lágy) 250 Al-Mn (lágy) Al-Cu-Mg (lágy) Al-Mg-Si (lágy) Al-Mg-Mn (lágy) Ónbronz Réz Sárgaréz Sárgaréz (rugókemény) táblázat Kivágás, lyukasztás erő- és munkaszükségletének meghatározása A kivágás erő- és munkaszükségletének meghatározása a gépkiválasztás szempontjából nagyon fontos. A vágás során a vágóerő változását a vágási út függvényében a ábra ábra mutatja be ábra A vágóerő változása a vágási út függvényében Számításaink során a maximális vágóerőt határozzuk meg (F v ). Ahol: f korrekciós tényező (f=1,1 1,3) L a vágás kerülete [ ] s a vágott lemez vastagsága [ ] B nyírószilárdság [ ] [ ] (3.9) 38

37 Ha egy lépésben több lyukasztást és kivágást végzünk, akkor a fellépő vágó és lyukasztó erőket össze kell adni akkor is, ha a vágólap igénybevételének csökkentésére nem egyforma hosszúra készítjük a bélyegeket. (Így időben eltolva jelentkeznek a különböző műveleteknél fellépő erők). A vágás munkaszükséglete: [ ], vagy [ ] (3.10) A fenti összefüggésben meghatározott munka arányos a ábrán a görbe alatti területtel váltószám, mivel a lemezvastagságot s mm-ben helyettesítjük be. c állandó (0,3 0,7 ), figyelembe veszi, hogy a lemezvastagság hány százalékánál fejeződik be a vágási folyamat. Gyakorlatban általában c=0,6. Aláköszörült vágólap esetén (3.22. ábra) a vágóerő csökken, de a vágási út megnövekedik ábra Aláköszörült vágólap Így a vágóerő: A vágás munkaszükséglete [ ] (3.11) ( ) [ ], vagy [ ] (3.12) Nyomásközéppont meghatározása számítással és szerkesztéssel A szerszám helyes működése, a nem kívánatos oldalerők fellépésének csökkentése végett meg kell határozni a szerszám nyomásközéppontját. A sajtológépre való felhelyezésnél a szerszám nyomásközéppontjának a gép nyomószánja tengelyébe kell esnie. A nyomásközéppont meghatározásának alapja a súlyponti tétel, amely szerint a hatóerők tetszés szerinti tengelyre vonatkoztatott nyomatékainak algebrai összege egyenlő az eredő erő ugyanazon tengelyre vonatkoztatott nyomatékával. 39

38 a) Számítási eljárás menete: - Meghatározzuk az egyes darabok kivágásához szükséges erőket. - Megkeressük ezen síkbeli idomok vagy vágási szakaszok súlypontjának koordinátáit egy tetszőlegesen felvett koordináta rendszerben. - Az egyes idomok kivágásának erőszükségletét F 1, F 2, F n -nel jelöljük, a hozzá tartozó súlypontok koordinátáit pedig x 1, x 2, x n, ill. y 1, y 2 y n. A nyomásközéppont S koordinátái (x s és y s ) számíthatók (3.23. ábra). - Nyomásközéppont x s koordinátája: - Nyomásközéppont y s koordinátája: - A számított nyomásközéppont a koordináták alapján elhelyezhető (3.23. ábra). (3.13) (3.14) b) Szerkesztési eljárás ábra Nyomásközéppont számítása A szerkesztéses eljárás a több párhuzamos erőből álló erőrendszer eredőjének, illetve az eredő támadáspontjának megszerkesztése kötélpoligon segítségével (3.24. ábra). Menete: - megszerkesztjük egy x, y koordináta rendszerben a vágólap áttöréseket, vagy vágási szakaszokat (oldalvágó kés), - megszerkesztjük ezen síkbeli idomok vagy szakaszok súlypontját, 40

39 - felvesszük a súlypontokon átmenő erők y tengellyel párhuzamos hatásvonalát, - erőléptéket választunk [, ] ügyelve arra, hogy az eredő erő is elférjen a szerkesztésen, - felmérjük az egyes erőket léptékhelyesen a hatásvonalukra, - felvesszük (kicsit távolabb) az eredő erő hatásvonalát x tengely menti sorrendben az eredő erő hatásvonalára. Ezek összege adja meg az eredő erőt. - az eredő hatásvonalától jobbra egy tetszőleges helyen felveszünk egy 0 pontot. - összekötjük a részerők (F 1, F 2 F 7 ) kezdő és végpontjait a 0 ponttal. Ezeket a segédvonalakat a, b, c, d, e és f betűkkel jelöljük. - az F 1 erő hatásvonalán kijelölünk egy tetszőleges pontok, amelyen keresztül párhuzamost húzunk az a és b segédvonalakkal. - ahol a b vonal metszi az F 2 erő hatásvonalát, azon a ponton keresztül párhuzamost húzunk a c segédvonallal. - továbbiakban a párhuzamos vonalakkal metsszük a hozzá tartozó erők hatásvonalát a fent említett módon. - a párhuzamos egyenesek egy kötélsokszöget alkotnak. - az első és az utolsó segédvonalnak (a és f) metszéspontja adja az eredő erő x irányú hatásvonalát, x irányú koordinátáját. - az erőket 90 -kal elforgatva hasonló módon szerkesztve (lásd ábra) megkapjuk az y irányú hatásvonalat, az y irányú koordinátát. - a két hatásvonal metszéspontja adja meg a nyomásközéppont helyét S. - a számított és szerkesztett nyomásközéppontnak meg kell egyeznie, figyelembe vége a szerkesztés kismértékű pontatlanságát ábra Nyomásközéppont szerkesztése 41

40 Figyelem: körök, ellipszisek, négyszögek, rombuszok, paralelogrammák vonalsúlypontja egybeesik a terület súlypontjával. Körívek súlypontja számítható i súlyponttávolság az r sugarú kör középpontjából mérve félkörív (3.15) negyed körív (3.16) középponti szögű körív: (3.17) Vágólap kialakítása Vágólap ellenőrzése hajlításra, a vágólap vastagsági méretének meghatározása. A vágólap hajlító igénybevételre való méretezése akkor szükséges, ha nincs teljesen alátámasztva. Ebben az esetben a méretezést úgy végezzük el, mint a kéttámaszú tartó esetén. - Meghatározzuk a maximális hajlító nyomatékot M h max. - Kiszámítjuk a vágólapban ébredő hajlító feszültséget (3.18) K keresztmetszeti tényező - A h max. < h.meg. feltételt ellenőrizzük. A h meg. értéke a vágólapnak alkalmazott anyagtól, annak hőkezeltségi állapotától függ. Általában h meg. = N/mm 2. Ha a vágólap végig alá van támasztva, vastagságának meghatározására használhatjuk az alábbi közelítő képletet is: Ahol: h 2 vágólap vastagsága [mm] F ö. vágólapon fellépő összes erő, eredő erő [ ] (3.19) A műszaki irányelvek (MI) az alábbi javaslatot adja s=0,8 3,0mm vastag lemezek vágása esetén h 2 = (0,5 0,35) b h 2 = (0,35 0,22) b h 2 = (0,22 0,18) b h 2 = (0,18 0,12) b b= 15-50mm b= mm b= mm b > 200mm b a kivágott munkadarab legnagyobb mérete [mm]. A vágólap vastagságának megválasztása során célszerű a különböző szerszámacél forgalmazok (pl.: BÖHLER kereskedelmi Kft.; ThyssenKrupp Ferroglobus), által kínált raktári méretsorozatból választani. (3.25. ábra) 42

41 3.25. ábra BÖHLER által kínált raktári méretsorozat K110 jelű (X155CrMoV12-1) acélból Természetesen ettől eltérő vastagságú egyedi tervezésű vágólapok is használhatók a mindennapi gyakorlatban Vágólap áttörései közti távolság ellenőrzése, vaklépés. A vágólapnak nem csak szilárdságilag, hanem hőkezelhetőség és későbbi üzemeltetési szempontoknak is meg kell felelnie. Így egyes vágólap áttörések nem lehetnek túl közel egymáshoz. Két áttörés közti pár milliméter vágólap vastagság már az első vágások során kitörhet a rajta fellépő nagy igénybevétel miatt. Ilyen keskeny hídszélességek hőkezelésnél is problémát okozhatnak, mivel az egyenlőtlen lehűlés miatt ébredő feszültségek akár már edzésnél repedést okozhatnak. Ezért a nagyobb méretű áttöréseknek minimum a vágólap vastagságának megfelelő távolságra szabad esniük. Ha ez nem lehetséges, akkor a két kivágás közti távolságot megnöveljük egy lépéstávolsággal. Beiktatunk egy olyan lépést, ahol alakítás nem történik, ez a vaklépés. A vágólap felerősítésére ajánlott furatok középpontja a vágólap szélétől minimum 1,5 d távolságra lehet. A vágólap menetes furattal való rögzítése mindenképp kerülendő. A lépcsős furat helyett is kedvezőbb a hengeres átmenő furat (3.26. ábra). 43

42 3.26. ábra Vágólap kialakítása A vágólap szélességi és hosszúsági méretei A vágólap fenti méreteit elsősorban a választott sávterv, illetve a vaklépések szükségessége befolyásolja. A szélességi és hosszúsági méretek meghatározására a nyomásközéppontba használt ábrát vehetjük alapul. Ha már ismerjük a vágólap vastagságát (h 2 ), akkor ezt a méretet hozzáadjuk a nagyobb áttörésekhez, így megkapjuk a vágólap minimális szélességi és hosszúsági méreteit. Ha a súlyponttól távolabb eső szélességi, ill. hosszúsági méretet áttükrözzük a súlypontban, akkor olyan vágólapot terveztünk meg, amelynek súlypontja összeesik a nyomásközépponttal. Általában erre kell törekednünk (3.27. ábra). 44

43 3.27. ábra A vágólap szélességi és hosszúsági méreteinek kialakítása A méretek meghatározásánál ügyelni kell arra, hogy a vágólap rögzítését szolgáló furatoknak és az illesztését biztosító illesztőszeg furatoknak is legyen megfelelő hely a vágólapban Vágólap és bélyeg tűrésszámítása. A vágólap és bélyeg tűrésszámításánál az alábbi szempontokat kell figyelembe venni: - Kivágás vagy lyukasztás történi-e - A kivágott munkadarab pontossága IT9 IT11, nagyobb méretek esetén IT12 - A munkadarabon előírható egyes méretekre IT9, IT10 pontossági fokozat. A nem tűrésezett méretekre az IT12-es pontossági fokozatot ajánlott alkalmazni. - A bélyegek elkészítési pontossága normál gyártási körülményeket feltételezve IT6 IT7 - Kivágásnál a munkadarab méretét a vágólap mérete határozza meg - Lyukasztáskor a munkadarab méretét a bélyeg mérete határozza meg - A vágólap kopása az áttörés méreteinek növekedéséhez a bélyeg kopása méreteinek csökkenéséhez vezet - A vágólap tűrése pozitív a bélyeg tűrése negatív legyen - Kivágásra AH v = AH m - Lyukasztásra FH b = FH m Kivágásra és lyukasztásra a tűrésszámítást a ábra és a ábra mutatjuk be. 45

44 Jelölések: Kivágás FH m munkadarab felső határmérete AH m munkadarab alsó határmérete T m munkadarab tűrése FH b bélyeg felső határmérete AH b bélyeg alsó határmérete T b bélyeg tűrése FH v vágólap felső határmérete AH v vágólap alsó határmérete T v vágólap tűrése z/2 oldalankénti vágórés z min. legkisebb vágórés legnagyobb vágórés z max ábra Kivágás tűrésezése 46

45 Lyukasztás ábra Lyukasztás tűrésezése 47

46 A vágólap áttöréseinek szokásos kialakítását a ábra mutatjuk be. a) b) c) d) ábra A vágólap élének kialakítása Az egyes típusok jellemzése: a) Előnye: - könnyen kivitelezhető - gyorsan elkészíthető, egyszerű - sokszor után élezhető Hátránya: - a vágási felületet deformálja - a munkadarab kitolása hosszú löketet kíván b) Előnye: - rövidebb löketet igényel - többször után élezhető - kevésbé deformálja a vágási felületet Hátránya: - nehezebb elkészíteni c) Előnye: - rövid löketigény - alig deformálja a vágási felületet Hátránya: - kevés az után élezhetőségi lehetőség - nagyobb terhelésnek van az él kitéve d) Előnye: - csökkenti a vágóerőt - után élezhető Hátránya: - nehezebben elkészíthető - egy vágólapon több áttörés esetén nem alkalmazható - drágább - nagyobb az él terhelése 48

47 Vágólap anyagai A vágólap anyagát az igénybevételnek ismeretében tudjuk megválasztani. A vágólap egy viszonylag nem vastag lap, amelyben a kivágandó munkadarab, ill. a lyukasztandó furat alakjának és méretének megfelelő átmérőnyílások találhatók. A vágóélek állapotától nagy mértékben függ az anyagban kialakuló feszültség és alakváltozás. A kivágásnál ébredő F vágóerő a vágólapot nyomásra és hajlításra veszi igénybe (3.31. ábra) ábra Vágólap igénybevétele ábra Vágóél kopása Az él menti nagy nyomás az él tompulására, a húzófeszültség jelenléte pedig kitöredezéshez vezethet. A nagy felületi nyomás hatására az anyagsúrlódás a vágólapon jelentő koptatóhatást okoz. További koptató-, ill. ismétlődő igénybevétel keletkezhet a gép nyomófejének rezgéséből is. Használat során az él kopik, amely megnöveli a kivágás erőszükségletét, ill. a munkadarabon a sorja magasságát. A vágóél használata során az ábrán látható kopást szenvedi el. 49

48 Ajánlott vágólap anyagminőségek: Vágandó anyag Műanyag Al, Mg, Cu ötvözetek Övözetlen és gyengén ötvözött acélok Asztenites saválló acélok Rugóacélok 52 HRC alatt Transzformátorlemez Kivágandó darabszám [db] >10 6 C80W C100W (S8 S10) 100Cr6 (K4) 105WCr6 (W9) 90MnCrV8 (M1) 100Cr6 (K4) 105WCr6 (W9) 90MnCrV8 (M1) 100Cr6 (K4) 105WCr6 (W9) X210Cr12 X210CrW12 (K9) X155CrVMo12 1 (K8) X155CrVMo12 1 (K8) X155CrVMo12 1 (K8) 100Cr6 (K4) 105WCr6 (W9) 90MnCrV8 (M1) S (R6) S (R11) 90MnCrV8 (M1) 100Cr6 (K4) 105WCr6 (W9) X210Cr12 X210CrW12 (K9) X155CrVMo12 1 (K8) S (R6) S (R11) X210Cr12 X210CrW12 (K9) X210Cr12 X210CrW12 (K9) X155CrVMo12 1 (K8) X210Cr12 X210CrW 2 (K9) X155CrVMo12 1 (K8) X165CrMoV12 S (R6) S (R11) X210Cr12 X210CrW12 (K9) X155CrVMo12 1 (K8) S (R6) S (R11) X210Cr12 X210CrW12 (K9) X155CrVMo12 1 (K8) X210Cr12 X210CrW12 (K9) X210Cr12 X210CrW12 (K9) S (R11) X210Cr12 X210CrW12 (K9) nitridált X210Cr12 X210CrW12 (K9) S (R6) S (R11) X210Cr12 X210CrW12 (K9) porkohászati keményfémek 3.4. táblázat porkohászati keményfémek porkohászati keményfémek porkohászati keményfémek porkohászati keményfémek porkohászati keményfémek A vágólap anyagának a fenti igénybevételeknek kell megfelelnie. Az igénybevétel, ill. a koptató hatás természetesen függ a vágandó lemez anyagától is. Anyagmegválasztásnál figyelembe veszi a szerszám várható élettartamát, a kivágandó munkadarabok számát. Kis darabszám esetén nem gazdaságos a jó minőségű, nagy darabszám kivágását is biztosító drága, erősen ötvözött szerszámacélokat választani. A vágandó anyag és darabszám függvényében a 3.4. táblázatban foglaltuk össze a javasolt vágólap anyagminőségeket. A táblázatban kövéren szedtük a jelenleg szabványos anyagminőségeket. A vágólapokat hőkezelt állapotban (edzve és alacsony hőmérsékleten megeresztve) kell beépíteni. A javasolt keménységi értékeket a 3.5. táblázat foglalja össze. 50

49 Vágólap anyagok javasolt keménységértékei: Munkadarab lemezvastagsága [mm] 2<s <5 s > 6 transzformátor lemez Vágólap anyagminősége 100Cr6 X155CrVMo WCr6 X210Cr12 90MnCrV8 X210CrW12 (K4, W9, M1) (K8, K9) S S (R6, R11) s < 2 mm HRC HRC HRC HRC HRC HRC HRC HRC HRC HRC 3.5. táblázat C80W- C100W: Ötvözetlen szerszámacélok kis átmérőben edződnek át, így csak 10-15mm vastag vágólapok készítéséhez ajánlottak. Ötvözőket, amelyek kemény kopásálló karbidokat képeznének, nem, a vaskarbid kevésbé kopásálló. 100Cr6: Az 1% C mellett 1,5%-ban tartalmaznak krómot, amely növeli az átedzhetőségüket, illetve kopásállóságukat mm vastag vágólapok készítéséhez ajánlottak közepes élettartammal. 105WCr6: Az 1% C mellett 1,5%-ban tartalmaznak krómot, illetve volframot, amely növeli az átedzhetőségüket, illetve kopásállóságukat mm vastag vágólapok készítéséhez ajánlottak közepes élettartammal. 90MnCrV8: A 0,9%C mellet 2%-ban tartalmaz mangánt, illetve 0,35%-ban krómot és 0,1%-ban vanádiumot, amelyek növeli az átedzhetőségüket, illetve kopásállóságukat. A mangán ötvözésnek köszönhetően már C-ról elvégezhető az edzés. Az alacsonyabb ausztenitesítési hőmérséklet kisebb mértékű edzési feszületséget eredményez mm vastagságban edzhetők. X155CrVMo12 1, X210Cr12, X210CrW12: Krómmal erősen ötvözött szerszámacélok, amelyek mm vastagságban is átedzhetők. Kemény kopásálló karbidokat tartalmaz, amely nagy kopásállóságot, hosszú élettartamot biztosít a vágólapnak. Nitridálva a felületen képződő nitridréteg tovább növeli az él élettartamát. Méretpontos vágólapok készítésére alkalmasak. S 6-5-2, S : Erősen ötvözött gyorsacélok. Az S betű után írt számok az ötvözők mennyiségére utalnak az alábbi sorrendben: W, Mo, V, Co. Nagy mennyiségben tartalmaznak kemény kopásálló karbidokat. Az acélok jól edzhetők olajban, sófürdőben, de fúvott levegőn is beedződnek kisebb szelvényméretben. Másodlagos keményedésre hajlamosak o C-on megeresztve. Az elérhető keménység HRC. Nitridálva élettartamuk tovább növelhető. Edzhető keményfémek: Böhler K190 (ISOMATRIX PM) FerroTiC. A nagy C tartalom (2-4%) miatt porkohászati úton állítják elő, majd hőkezeléssel biztosítják a kellő keménységet, kopásállóságot. Sokáig megőrizik élüket, nagy darabszámok kivágására alkalmasak. Drágák. 51

50 Kivágó- és lyukasztó bélyegek A kivágó és lyukasztó bélyegek hosszúsági méretei. A szerszámba beépítendő bélyegek szükséges hosszát a szerszám egyes elemeinek vastagsági méretei határozzák meg (3.33. ábra)., ábra Bélyeg hosszának meghatározása Az így meghatározott bélyeghosszt kihajlásra ellenőrizni kell. Ha a bélyegek túl hosszúra adódnának, akkor a biztonsági távolság ami a balesetveszély csökkentését szolgálja rovására csökkenthető, de ebben az esetben a vezetőlapra erősített biztonsági hálóval kell zárttá tenni a szerszámot, nehogy a dolgozó úját a szerszám alsó és felső része közé tegye Bélyegek szilárdsági méretezése A bélyegek a vágóélen fellépő nyomás és kopás mellett kihajlásnak is ki vannak téve. A kihajlás veszélye a kisebb átmérőjű méretű lyukasztóbélyegek esetén a legnagyobb. Adott szabad, kihajlásra igénybevett bélyeghossz esetén a kihajlási erő (F k. ) az Euler képlet szerint meghatározató [ ] (3.20) Ahol: E a bélyeg anyagának rugalmassági modulusa (acélra E= N/mm 2 ) I másodrendű nyomaték [ ] L bélyeg hossza [ ] Másodrendű nyomaték számítása néhány jellegzetes bélyegkeresztmetszet esetén (3.6. táblázat): 52

51 3.6. táblázat kör keresztmetszet d körgyűrű keresztmetszet D külső átmérő d belső átmérő ( ) négyzetkeresztmetszet a oldalhosszúság téglalap keresztmetszet a rövidebb oldal b hosszabb oldal háromszög keresztmetszet h legkisebb magasság a hozzátartozó alapoldal I= I= hatszög keresztmetszet a oldalhosszúság nyolcszög keresztmetszet a oldalhosszúság ellipszis keresztmetszet a nagytengely hossza b kistengely hossza Kivágó-lyukasztó szerszámok esetén nem úgy vetődik fel a kérdés, hogy adott hosszúságú bélyeg milyen erővel terhelhető a kihalás veszélye nélkül. Adott a kivágás, vagy lyukasztás erőszükséglete, a kérdés, milyen hosszúságú bélyeg alkalmazható a kihalás veszélye nélkül. A fenti egyenletből kifejezve: [ ] (3.21) Ahol: F v. az adott bélyeget terhelő kivágó, vagy lyukasztó erő: [ ] (3.22) Ha a bélyeg hossza nagyobb, mint a kihajlásból meghatározott maximális bélyeghossz, ebben az esetben lépcsős kialakítású bélyeget kell alkalmazni (3.34. ábra, ábra). 53

52 3.34. ábra Lépcsős bélyeg ábra Szerelt kialakítású lépcsős bélyeg (VDI3374) 54

53 Lépcsős bélyeget a nagyobb átmérőn kell megvezetni! (3.36. ábra) ábra Lépcsős bélyeg megvezetése Ha a furat átmérőjének és a lemez vastagságának aránya d/s>1,5, akkor a lyukasztáshoz állandó keresztmetszetű bélyeget használhatunk. Ha a d/s<1 vezetőperselyt kell használni a bélyeg megvezetéséhez (3.37. ábra) Kivágó és lyukasztó bélyegek kialakításai ábra Vezetőperselyes megvezetés A bélyegeket a bélyegtartó lapban rögzíteni kell. A rögzítésnek biztosítania kell, hogy a bélyeg hossztengelye merőleges legyen a vágólapra. A rögzítés akkor megbízható, ha biztosítani tudja a bélyegek sávból való kihúzásakor jelentkező erőt. Ez a visszahúzó erő tapasztalatok szerint a vágóerőnek 5-15%-a. A fejrész jellegzetes kialakításait a ábra mutatja be a jellemző méretek feltüntetésével. 55

54 3.38. ábra Bélyegek fejkialakítása ábra Gyorsan cserélhető bélyeg 3.7. táblázat [ ] Lépcsős bélyegnél [ ] [ ] [ ] [ ] 3 4 ( ) 3 0,25 ISO ,3 ( ) ,4 56

55 3.8. táblázat ISO 6752 [ ] Lépcsős bélyegnél [ ] 0,5 Lépcső, [ ] 0,55 1 0,65 0,05 1,2 0,7 0,75 1,3 [ ] [ ] 0,9 0,6 1,1 0,8 0,85 1,4 0,9 0,95 1,6 1 1,1 1,2 1,3 2 1,8 1,4 1,5 2,2 1,6 1,7 2,5 1,8 1,9 2, ,1 2,2 3,2 2,3 2,5 3,5 2,6 2,9 0, ,4 4,5 3,5 3, ,4 5,5 4,5 4, ,4 6,5 5,5 5, ,4 8 6,5 7 7, , , , , , ,5 14 0, , , , , , , ,2 0,4 0,5 1 1,5 Gyakran előfordul, hogy a lépcsős bélyegeket kör keresztmetszetre készítjük a rögzítés és a megvezetés végett, és a kisebb keresztmetszetű rész alakos szelvény-keresztmetszetű. Ezeket a bélyegeket elfordulás ellen biztosítani kell. Ilyen biztosítási módokat mutat be a ábra. 57

56 3.40. ábra Bélyegek biztosítása elfordulás ellen A bélyegek élkiképzése többféle lehet. A 90 -os homlokfelülettel rendelkező bélyeg nem deformálja a kivágott darabot, ezért kivágáshoz ezt kell alkalmazni (a.,) Előnye, hogy könnyen és gyorsan többször is után élezhető. Lyukasztó bélyegeknél a homlokfelületet a lyukasztási erő csökkentésére ezáltal a kihalási veszély is csökken különböző módon (3.41. b; c; d; e; f) alakítják ki ábra Bélyegek vágóélének kialakítása A ábrán (b), (c) látható kialakítás 10mm alatt célszerű alkalmazni, a (d) és (e) kialakítást 10mm felett, míg az (f) ábra szerinti kialakítás 50 mm felett célszerű alkalmazni. 58

57 Kivágó és lyukasztó bélyegek anyagai A kivágó és lyukasztó bélyegek igénybevétele hasonló a vágólaphoz, így anyagainak hasonló acélokat választunk mint a vágólapoknak. A bélyegek anyaga szintén függ a megmunkálandó anyagtól, annak szakítószilárdságától és a kivágandó darabszámtól. Így a fenti paraméterek figyelembevételével az anyagmegválasztás a 3.4. táblázat alapján elvégezhető. A kivágóbélyegek mérete esetenként nagy, ebben az esetben figyelembe kell venni az átedződő szelvényátmérőt is, hogy a felületen biztosítani tudjuk az előírt keménységet, kopásállóságot Előtoláshatárolási módok Az előtoláshatárolók a szalag-, sáv-, vagy lemezanyag bélyeghez viszonyított helyzetét határozzák meg. Az anyag előtolását szabályozzák, a kivágott munkadarab pontossága és a gazdaságos anyagfelhasználás biztosítható velük. Elhelyezésük úgy történik, hogy a művelet megkezdésénél és a két egymást követő művelet között az anyaghulladék a tervezett minimális méretnek megfelelő legyen Előtoláshatárolás ütközőcsap Legegyszerűbb előtoláshatárolási mód. Egyszerűbb szerszámokban használatos 2mm lemezvastagságig. Kialakítása a ábra szerinti ábra Ütközőlap Az ütközőcsapnak kopásállónak kell lennie. Anyagminősége C100W 56 2 HRC-re edzve, vagy C15 betétedzve min. 0,3 mm mélyen 58 2 HRC-re. Kézi üzemű adagolásnál alkalmazható, a lemezsávot minden előtolásnál át kell emelni a csap fején. Az ütköző csap ajánlott méreteit a 3.9. táblázat tartalmazza. [ ] [ ] [ ] k 1 ) ) k=1,2 s; de minimum a táblázatban feltüntetett értékek s a megmunkálandó anyag vastagsága táblázat 59

58 Csappantyús ütköző Tömeggyártásnál 0,5 mm-nél vastagabb lemezeknél gazdaságos alkalmazása. Alkalmazásával a sajtológép minden lökete kihasználható. Csak rövidebb 60mm-es előtolást igénylő alkatrészek kivágásánál ajánlatos alkalmazni (3.43. ábra) ábra Csappantyús ütköző 60

59 Rugós működésű ütközőcsap Nagyon egyszerű kivitelű ütközőcsap, amely meggyorsítja a kézi adagolást. Nem kell a sávot átemelni az ütközőcsap fején, amely művelet nehézkes. Át kell tolni az ütközőcsap vége alatt, amely ferdén van kialakítva és a rugó ellenében felemelkedik. Majd az ütköztetni kívánt helyen ütközésig visszahúzzuk a sávot. Általában 0,5mm-nél vastagabb, de 2mm-nél vékonyabb lemezek esetén alkalmazható. A csapot az elfordulás ellen biztosítani kell.(3.44. ábra) Oldal vágókéses előtoláshatárolás ábra Rugós működésű ütközőcsap A legpontosabb előtoláshatárolást az oldalkéses ütköztetés biztosítja. A fejlapba beépített oldalkések (bélyegek) a sáv vagy csak az egyik, de akár mindkét oldalán is az előtolásnak megfelelő hosszúságban kb. a hídszélességnek megfelelő darabot levágnak. Az oldalvágókés mellett a sávhaladás irányában elhelyezett ütköző (ütközők) közt csak a keskenyebb, lecsípett sáv tud áthaladni. Az oldalkés vastagsága mm, szélessége az előtolásnak megfelelő ( táblázat). Szabványos kialakítását a ábrán mutatjuk be. 61