ALAKÍTÓ TECHNOLÓGIÁK ELMÉLETE. Házi Feladat. Süllyesztékes kovácsolás

Átírás

1 BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM ANYAGTUDOMÁNY ÉS TECHNOLÓGIA TANSZÉK ALAKÍTÓ TECHNOLÓGIÁK ELMÉLETE Házi Feladat Süllyesztékes kovácsolás Teszt Tomi NEPTUN május 21. Licskó tanár úrnál adtam le, a pirossal írt részeket ő mondta leadáskor (azért csak akkor, mert nem sűrűn jártam konzultálni, így nem tudta máskor), hogy azokkal jobb lett volna megcsinálni a geometriát (jellemzően olyan értékek, amikre a szabvány intervallumot ad meg, amin belül én nem a legjobbat választottam). A szimuláció nem annyira érdekelte. Látta, hogy megvan és nem mentek a feszültség értékek sokkal 1000 MPa fölé. A hőmérsékleti ábrákra is azt mondta, hogy rendben vannak! - 1 -

2 1. Gépész darab 1. ábra: Gépész darab Anyagminőség: 16MnCr5 A kiadott feladatlap 1. melléklet néven csatolva. A Solid Edge V20-as CAD programban modelleztem a gépész darabot. Ennek segítségével meghatároztam a gépész darab térfogatát és tömegét. V gépész = 0,372dm 3 ρ = 7,76 kg dm 3 m gépész = 2,887 kg Az anyagjellemzőket a 2. melléklet néven csatolt táblázatból vettem. 2. A kovácsdarab geometriájának kialakítása 2.1. Kovácsolással nem kialakítható geometriák A kovácsdarab geometriájának kialakításához először meg kell határozni, hogy a gépész darab mely részei nem alakíthatóak ki kovácsolással. Esetemben az oldalsó 2,4 mm széles hornyok nem alakíthatóak ki kovácsolással Kovácsdarab besorolása Bonyolultsági fok MSZ szerint Ahol: m D kovácsdarab tömege S = m D = 2,887 = 0,53 S1 m B 5,41-2 -

3 m B a kovácsdarab befoglaló méretei A behelyettesítéskor a gépész darab méreteit helyettesítettem be, így a kész geometria méreteivel ellenőrizni kell a kapott eredményt! Anyagminőség M1 - MSZ A lentebb ismertetett adatokat minden esetben a szerződő felek határozzák meg a rendelésben. Esetemben átlagos értékeket vettem fel ezekhez. Pontossági fokozat:= II. normál Egyenességi fokozat:= II Forgácsolási hozzáadás MSZ Forgácsolási hozzáadásnak megfelelően: Ahol: Egyenesség H f forgácsolási hozzáadás g egyenesség c süllyesztékelcsúszás H f = A ( T + c + g) 6 T egy oldalra jutó határeltérés 6 A szerződő felek által megállapított korrekciós tényező, esetemben A = 1 MSZ Egyenesség pontjának 7. táblázata szerint: 125mm D max 160mm g = 0, 8 mm Mivel a D 5, így a táblázatbeli értéket nem kell felszorozni konstanssal. H Süllyesztékelcsúszás MSZ Süllyesztékelcsúszás pontjának 5. táblázata szerint: 3,2kg m kovács 5,6kg c = 0, 8 mm - 3 -

4 Határeltérés, módosított átmérők MSZ és 12. táblázata szerint: Üregalakhoz kötött méretek forgácsolási ráhagyásának kalkulálását az 1. táblázat tartalmazza. i d i [mm] f di [mm] c [mm] H fdi [mm] D i [mm] ,4 0,8 1,2 117, ,4 0,8 1,2 72, ,4 0,8 1,2 42, ,4 0,8 1,2 117, ,4 0,8 1,2 151,4 1. táblázat: Üregalakhoz kötött méretek Üregalakhoz nem kötött méretek forgácsolási ráhagyásának kalkulálását a 2. táblázat tartalmazza. i h i [mm] f hi [mm] g [mm] H fhi [mm] H i [mm] ,3 0,8 1,1 42, ,3 0,8 1, ,3 0,8 1, táblázat: Üregalakhoz nem kötött méretek d i gépész darab átmérője h i gépész darab magasság mérete f di határeltérés D i kovácsdarab átmérője H i kovácsdarab magassági mérete A H 2 és H 3 méret esetében látszólag nem történt forgácsolási hozzáadás, valójában a H 1 méret módosításával megtörtént a ráhagyás Oldalferdeség A süllyesztéküregből való kiemelhetőség végett a kovácsoláskor függőleges irányú felületeket ferdeséggel kell ellátni. Ezeknek mértékét MSZ Oldalferdeség 1. táblázatának megfelelően kilökővel ellátott szerszám esetében a következő értékekre választottam: 2.5. Lekerekítési sugár α = 2 belső oldalferdeség 3 β = 2 külső oldalferdeség 5 Az anyagáramlás könnyítése és a megfelelő üregkitöltés érdekében az MSZ Lekerekítés 2. táblázatának megfelelően határoztam meg az alkalmazandó lekerekítési sugarakat, melyek mértéke a kovácsdarab legnagyobb átmérőjétől függenek, amely esetünkben D maxgépész = 149 mm, így az előre láthatólag technológiai ráhagyásokkal is benne marad majd a választott 100 mm D max 160 mm - 4 -

5 kategóriában Lyukasztási hártya R külső = 4 mm R belső = 8 mm MI szerint kiszámított lyukasztási hártya méreteihez használt összefüggés ahol: S = 0,45 (d 0,25 h 5) 0,5 + 0,6 h 0,5 d a lyukasztási hártyát tartalmazó üreg legnagyobb átmérője h a lyukasztási hártyát tartalmazó üreg mélysége S = 0,45 (42,6 0,25 23,1 5) 0,5 + 0,6 23,1 0,5 = 5,79 5,8 mm 2.7. Kovácsolható üregmélység MI szerint, ha a kovácsdarabot kilökő távolítja el, akkor a kovácsolandó üreg mélységének és átmérőjének viszonya: 0,7 h d = h S 2 d = 23,1 2,9 42,6 = 0,47 megfelelő Mérettűrés MSZ Mérettűrések pontjának 3. és 4. táblázata szerint: üregalakhoz kötött méretek tűrése T ük = 2,2 mm ( +1,5 0,7 ) Az érték kiválasztásakor mm közti legnagyobb kovácsdarab átmérőt feltételeztem, amely a 149 mm-es legnagyobb gépész darab átmérőhöz viszonyítva megfelelőnek látszik. A geometria kialakítása után ellenőrzöm a feltételezés helyességét! üregalakhoz nem kötött méretek tűrése T ünk= 2,2 mm ( +1,5 0,7 ) Az érték kiválasztásakor 3,2-5,6 kg közti kovácsdarab tömeget feltételeztem, amely a 2,9 kg-os gépész darab tömeghez viszonyítva megfelelőnek látszik. A geometria kialakítása után ellenőrzöm a feltételezés helyességét! Mivel a két esetben megegyező értéket kaptam, a továbbiakban nem különböztetem meg őket, és T-vel jelölöm majd a mérettűrést. A lekerekítési sugarak mérettűrése az MSZ Lekerekítési sugarak 8. táblázata szerint: T R= +0,5 R 025 R - 5 -

6 Kovácsdarab geometriája 2. ábra: Kovácsdarab geometriája a szabvány által kialakítva 2.9. Méretek ellenőrzése A kapott geometriai méretekkel módosított kovácsdarab m kovács = 3,852 kg megfelelő S = m Dkovács = 3,852 = 0,628 S1 megfelelő m Bkovács 6,128 Süllyesztékelcsúszás: 3,2kg m kovács = 3,852kg 5,6kg megfelelő Egyenesség: 125mm D max = 152,91mm 160mm megfelelő A fenti ellenőrzés után belátható, hogy a előtervezés során felvett értékek ugyanazokba a kategóriákba esnek, mint a módosítottak, így nincs szükség további módosításokra! Sorjacsatorna Mivel az általam alkalmazott mechanikus kovácssajtó útkrakterisztikájú gép, így nyitott sorjacsatornát alkalmaztam, amely geometriai kialakítása CSMSZ lapja szerint: ábra: Sorjacsatorna kialakítása a szabvány szerint - 6 -

7 3. Alapanyag előkészítés Az anyag hevítése gázkemencében történik ra, így 3% leégési veszteséggel kell számolni. Ezért az alakításra kerülő anyag térfogata: V darab = ,03 = mm 3 = 0512 dm 3 Figyelembe véve, hogy a darabolás után az L/D viszonynak 1 és 2 közötti értéket kell felvennie, valamint, hogy a darabolás csökkentése és a kihajlás elkerülése végett lehetőleg 1,7 körüli értékre érdemes beállítani, így: D = 75mm L = 115mm L H = 1,53 Mivel az átmérő meghaladja a 40 mm-t, ezért az alapanyagot melegen daraboljuk! A feladatomban nem számoltam a hőmérséklet okozta hőtágulással, mivel a szerszám tervezése nem része a feladatnak, a szimulációt pedig nem befolyásolja jelentősen. Fontos megjegyezni azonban, hogy a valóságban a szerszám kialakítása során minden méretet 1,5%-kal meg kell növelni a hőtágulás miatt, hogy a kihűlt munkadarab valóban a kívánt méret legyen! 4. Szimuláció Simufact Froming szoftverrel Több konstrukciót kipróbáltam házi feladatom elkészítése során. Először két lépésben próbáltam meg kialakítani a kovácsdarabot. Elsőre két sík lap között zömítettem a szerszámot a végleges átmérőtől 5 mm-el kisebb átmérőre, majd megadtam neki a végleges alakot. A forgattyús kovácssajtó fordulatszámának finomhangolásával a szerszámokban ébredő feszültséget 1302 MPa-ig sikerült csökkentem. A zömítéshez használt szerszámoknak különféle geometriákat adtam, így próválva csökkenteni a készre alakító szerszámban ébredő feszültségeket. Végül beiktattam egy harmadik alakító üreget, így a következőkben ismertetett technológia mellett döntöttem. A forgattyús prés adatai: R=300 mm L=1000 mm f=58 1/min A szimulációkban 5 mm-es hálózást alkalmaztam, és 0,2 nagyságú Coulomb-féle súrlódást feltételeztem Zömítés Mivel a szimulációkból látható, hogy a legnehezebben a külső üregek töltődnek ki, ezért zömítés során az alsó és a felső szerszám is domború geometriát kapott. A 4. és 5. ábra mutatja az alakítás során ébredő legnagyobb feszültségeket. A 6. ábrán a zömítés utáni alakot lehet látni. A csont szerű alaknak köszönhetően könnyen felöltődnek majd a szélső üregek. A maximálisan ébredő 785 MPa-os feszültség elfogadható mértékű

8 4. ábra: Zömítés a kezdeti státuszban 5. ábra: Zömítés közbeni hordósodás - 8 -

9 6. ábra: Zömítés utáni alak 4.2. Előalakítás A zömítés után 67 MPa nagyságú feszültség maradt a munkadarabban. Ezt a 7. ábra mutatja. Az előalakítás során használt geometria majdnem kész alakot ad a munkadarabnak. A feszültségek csökkentése érdekében azonban nagyobb lekerekítési sugarakat alkalmaztam. 7. ábra: Maradó feszültségek - 9 -

10 8. ábra: Üregkitöltés Az előalakítás során az üregkitöltés közben a felső szerszám középső részében ébred nagy feszültség. Ennek csökkentése érdekében homorú felületet adtam a kúpnak, amely következtében megnövekszik a középső hártya vastagsága, csökkentve ezzel az ott ébredő feszültséget. 9. ábra: Előalakítás utáni geometria Az előalakítás során 581 MPa-os maximális feszültség ébred. A 9. ábra az előalakítás végén kialakuló geometriát mutatja Készre alakítás A 10. ábra mutatja az előalakítás után visszamaradó feszültséget

11 10. ábra: Visszamaradó feszültség 11. ábra: Üregkitöltés a készre alakítás során A 11. ábra az üregkitöltés közbeni feszültség eloszlást szemlélteti

12 12. ábra: Készre alakítás közben ébredő maximális feszültségek 4.4. Geometria módosítás A készre alakításhoz alkalmazott szerszám geometriáját a szimulálások során módosítottam. Az oldalferdeségeket növeltem az MSZ 5745-ben megadott intervallumban maradva, valamint a lekerekítési sugarakat növeltem meg egyes helyeken úgy, hogy a megadott ráhagyás még mindig biztosítva legyen a sarkoknál is. Az így módosított végső geometriát a 13. ábra mutatja. 13. ábra. Végső kovácsdarab geometria

13 Mivel módosult a geometria ezért szükséges újra ellenőrizni, hogy nem került-e a kovácsdarab újabb csoportba a szabvány szerint. A módosított geometriai méretekkel rendelkező kovácsdarab m kovács = 3,929 kg besorolás megfelelő S = m Dkovács = 3,929 = 0,63 S1 besorolás megfelelő m Bkovács 6,231 Süllyesztékelcsúszás: 3,2kg m kovács = 3,929kg 5,6kg besorolás megfelelő Egyenesség: 125mm D max = 154,2mm 160mm besorolás megfelelő A fenti ellenőrzés után belátható, hogy a előtervezés során felvett értékek ugyanazokba a kategóriákba esnek, mint a módosítottak, így nincs szükség további módosításokra! Az alapanyag méreteit nem kell módosítani, hiszen a geometria módosítással olyan kicsiny változások keletkeztek csak a térfogatban, hogy mindössze kevesebb sorja keletkezik. Szimuláció során is a már ismertetett módon előkészített alapanyaggal dolgoztam Szerszámok hőmérsékleti viszonyai A munkadarab hőmérséklete az alakítás következtében mintegy 70 -al növekszik. A szerszám kezdetben 300 -os hőmérsékletű. Az alakítási folyamat végére 578 legnagyobb hőmérséklet mérhető benne. 14. ábra: Zömítés hőmérsékleti viszonyai

14 15. ábra: készre alakítás hőmérsékleti viszonyai 5. Felhasznált irodalom 1. MSZ ide vonatkozó fejezetei 2. CS.MSz Háziszabvány 3. Licskó lászló: Süllyesztékes kovácsolás tanszéki segédlet 4. Kovács József: A képlékeny alakítás szerszámai (Budapest, 1981) 5. Böhler katalóguslap

15 1. melléklet - Feladatlap

16 2. melléklet Alapanyag katalóguslapja (