A szár átmérőjével megegyező átmérőjű, a munkadarabbal azonos térfogatú félkemény előgyártmány rajza: Látható, hogy a karcsúság miatt fennáll a kihajlás kockázata. Az egy lépésben maximálisan megengedhető szabad kihajlási hossz meghatározása a szabad hossz és az átmérő arányával[2]: s= 47mm 24mm mm=2,875> 2 8 tehát egy lépésben nem alakítható ki a végleges alak, szükséges egy köztes lépés. Az előzömítés megvalósítása az alábbi segédlet alapján[2]: 2. Ábra: Az előgyártmány 3. Ábra: Az első zömítés utáni alak
2. Számítások, szimuláció Az alakításhoz szükséges erő kiszámítása [1] (6.47b): F= d2 π 4 f( k 1+ μ d 3 h ) Maximális erő az első lépésben számítással: F max 1 = 14 mm2 π 4 ( 110 MPa+510 MPa 23mm ln ( 17mm ) Maximális erő az első lépésben szimulációval: 0,309) ( 0,08 mm 1+ 14 3 17mm ) =72,7kN 4. Ábra: Az első lépés erőszükséglete A diagramon látható maximális erő 70kN jó közelítéssel megegyezik a számított értékkel.
A második lépés erőszükséglete számítással: F max 1 = 14 mm2 π 4 ( 110 MPa+510 MPa ( A második lépés erőszükséglete szimulációval: ln 17mm 6 mm ) 0,309) ( 0,08 mm 1+ 14 3 6 mm ) =102,4kN Az eltérés okai 5. Ábra: A második lépés erőszükséglete Ez esetben a szimulációval kapott maximális erő durván kétszerese a számítottnak, ugyanakkor megfigyelhető a diagramban egy töréspont, 122 kn nagyságú erőnél, mely így csak 16%-kal tér el a számítottól. A szimulációban a töréspont után hirtelen megnövekedő erőszükséglet akkor jön létre amikor a munkadarab a kész alak közelében van a szerszám pedig közel zárt állapotában. Az eltérés további oka lehet, hogy a képlet hengeres munkadarab hengeres munkadarabbá zömítésére van levezetve, ami ennél a folyamatnál egy félig kúpos fejű előgyártmány hengeres fejjé alakítása, ráadásul a hengeres fej az alsó felén szintén kúpos, így a képlet, csak közelítő meghatározásra lehet alkalmas, valószínűleg az első lépésnél lévő közel pontos eredmény sem jönne ki minden esetben.
Az alakításhoz szükséges munka meghatározása [2] W=F (h 0 h 1 ) x W [J]a munkavégzés F [kn] az erő h 0 és h 1 [mm] az alakítás előtti és utáni magasságok x [-] műveleti tényező x= F m F max 0,6 ahol F m [kn] átlagos erő F max [kn] maximális erő Az alakításhoz szükséges munkavégzés az első lépésben számítással: W 1 =72,7 kn (23mm 17mm) 0,6=259,2 J 6. Ábra: Erő az alakítás függvényében és szimulációval: A szimuláció szerint a munkavégzés 340 J, ez 23%-kal tér el a számított értéktől 7. Ábra: A munkavégzés az első lépésben
Az alakításhoz szükséges munkavégzés a második lépésben számítással: W 1 =102,4 kn (17mm 6mm) 0,6=675,8J és szimulációval: A szimuláció szerint a munkavégzés 700 J, ami a számított 675,8 J-hoz képest 3% eltérés. 8. Ábra: A munkavégzés a második lépésben
Alakváltozások meghatározása szimulációval: A félkemény előgyártmányt egy redukálással lehet modellezni: Ekkor sajnos kialakul egy üreg a munkadarab felső végén, ami a valóságban a félkemény előgyártmány darabolása után nem áll elő, ugyanakkor ennek nincs jelentősebb hatása. 9. Ábra: A félkeményre alakított előgyártmány egyenértékű közepes alakváltozása 10. Ábra: Az első zömítés utáni alak egyenértékű közepes alakváltozása 11. Ábra: A kész alak egyenértékű közepes alakváltozása
3. Szerszám kialakítása, műhelyrajzok, hőkezelés Előfeszítő gyűrű méretezése Az előfeszítő gyűrű méretezése a tanszéki segédlet [3] alapján: (méretek mm-ben, sugár helyett átmérőkkel behelyettesítve) Rk: 36.88714081 amin: 2.634795772 p1max: 900 n ki Ei mi ai Rbi di 1500 210000 0.3 1.651445648 14 1400 210000 0.3 1.59544807 23.12023907 0.09358192 210000 0.3 210000 0.3 210000 0.3 p2`: 190.9248957 stb: 602.9207232 pkrit: 6229.248617 A szerszám anyagának kiválasztása, hőkezelés A szerszámok anyagának a nagy keménység és kopásállóság miatt gyorsacélok alkalmasak, ezek közül Böhler S600, (EN-jel: HS6-5-2C) megfelelő. A hőkezelés során 64-66 HRC keménység elérhető, a műhelyrajzokon 65 HRC-t jelöltem meg [4]. Az előfeszítő gyűrűknek nagy szilárdságúnak kell lennie, ehhez a Böhler K600 (EN-jel: 45NiCrMo16) alkalmas, 1300-1600 N/mm 2 szilárdságra megereszthető [5].
Előfeszítő gyűrű illesztése Túlfedés T =2(δ+e)=2 ( 0.0936 mm +0.0008mm 2 ) =0.0952mm ahol T: túlfedés δ: átfedés (sugár) e: érdesség Zsugorítás: T =2 r α t ahol r: a hengerfelület sugara α: hőtágulási együttható t: hőmérséklet ebből: t= T 2 r α = 0.0952mm 2 23.1202 mm11.8 10 6 1 =174.4 C C Kúpos sajtolóillesztés: c= T 2tan ( γ 2) = 0.0952mm =5.45 mm 2tan(0.5 ) 12. Ábra: Kúpos sajtolóillesztés
Források [1] ALAKÍTÁSTECHNIKA Előadásjegyzet Prof Ziaja György Dsc [2] http://www.att.bme.hu/oktatas/bmegemtage1/letoltes/lecture/06_upsetting.pdf Upsetting,upset forging Metal forming jegyzet Dr. Bobor Kristóf [3] Tanszéki segédlet: gyurumeretezes.xlsm [4] Böhler szerszám- és nemesacélok S600 [5] Böhler szerszám- és nemesacélok K600 Mellékletek: Böhler szerszám- és nemesacélok S600 Böhler szerszám- és nemesacélok K600 AGM1-100 Összeállítási rajz és darabjegyzék AGM1-101 Munkadarab AGM1-102 Matrica AGM1-103 Bélyeg AGM1-104 Kilökő
BÖHLER S600 (S600 ISORAPID) VEGYI ÖSSZETÉTEL (%) EN-SZÁMJEL: 1.3343, ~1.3554 LW EN-JEL: HS6-5-2C AISI: ~M2 reg. C RÉGI MSZ: R6 C Si Mn Cr Mo Ni V W Co Egyéb 0,90 0,25 0,30 4,10 5,00 1,80 6,20 JELLEMZŐK Volfrám-molibdén ötvözésű standard gyorsacél nagyon jó szívóssággal és jó vágótulajdonságokkal. Univerzálisan alkalmazható. Elektrosalakos átolvasztással gyártott, nagy tisztasági fokú, javított homogenitású, kitűnő szívósságú kivitelben (S600 ISORAPID) is rendelhető. Nagyon jól CVD- és PVD-bevonatolható. Alkalmas sófürdős, plazma- és gáznitridálásra. ALKALMAZÁSI TERÜLET Mindenféle nagyoló és simító forgácsolószerszám: menet- és spirálfúrók, menetvágók és -metszők, dörzsárak, üregelőszerszámok, fémfűrészek, mindenfajta marószerszám, süllyesztők, vésőszerszámok, körfűrészek szegmensei, famegmunkáló szerszámok. Hidegalakító szerszámok, pl. hidegfolyató bélyegek és matricák, vágó- és kivágószerszámok (vágólapok és bélyegek): R m < ~600 N/mm 2 lemezekhez kb. 6 mm vastagságig, R m = ~600 1000 N/mm 2 lemezekhez kb. 3 mm-ig, R m > ~1000 N/mm 2 lemezekhez 2 mm felett is, ausztenites acélokhoz kb. 3 mm-ig; finomkivágó szerszámok kb. 12 mm-ig. HŐKEZELÉS Lágyítás: 770 840 ºC, szabályozott lassú hűtés kemencében (10 20 ºC/óra) kb. 600 ºC-ig, további hűtés levegőn. Keménység lágyítás után: max. 280 HB. Feszültségcsökkentő izzítás: 600 650 ºC, hőntartás semleges atmoszférában a teljes átmelegedés után 1 2 óra, lassú hűtés kemencében. Edzés: 1190 1230 ºC, hűtés olajban, levegőn, sófürdőben (500 550 ºC), gázban (vákuum). A magasabb hőmérséklet-tartományt az egyszerű kialakítású, az alacsonyabb hőmérséklet-tartományt a bonyolult kialakítású szerszámoknál kell alkalmazni. Hidegalakító szerszámok esetén a jobb szívósság eléréséhez szintén az alacsonyabb edzési hőmérsékletek ajánlottak. Az elegendő karbidoldódáshoz szükséges hőntartási idő a többlépcsős előmelegítés és a teljes átmelegedés után sófürdőben legalább 80 másodperc, de legfeljebb 150 másodperc a szerszámkárosodások elkerülése érdekében. A gyakorlatban a hevítési időt (korábban: a sófürdőbe történő bemerítési időt) alkalmazzák = felmelegedési idő + hőntartási idő az edzési hőmérsékleten. A szükséges hevítési idő diagram alapján határozható meg. A hevítési idő vákuumkemencében függ a munkadarab nagyságától és a kemence paramétereitől. Megeresztés: Szokásos hőmérséklet-tartomány: 540 570 C. Lassú felmelegítés közvetlenül az edzés után > hőntartási idő a kemencében 1 óra/20 mm munkadarab-vastagság, de legalább 2 óra > levegőhűtés (legalább 1 óra). 1. és 2. megeresztés a kívánt munkakeménységre. A megeresztés után elérhető keménység-irányértékek a megeresztési diagramon láthatóak. 3. megeresztés a feszültségcsökkentéshez 30 50 ºC-kal a legnagyobb megeresztési hőmérséklet alatt. Elérhető keménység a megeresztés után: 64 66 HRC. GYORSACÉLOK (ESU) 70 MEGERESZTÉSI DIAGRAM RAKTÁRI PROGRAM RÚDACÉL keménység (HRC) 65 60 55 50 20 300 400 500 600 700 megeresztési hőmérséklet ( C) Edzési hőmérséklet: 1210 C Próbakeresztmetszet: 20 mm négyszög kör négyzet lapos TÖMB LEMEZ SZÁLLÍTÁSI ÁLLAPOT lágyított (max. 280 HB) BÖHLER Kereskedelmi Kft. 25
BÖHLER K600 (1.2767 ESU/ESR) VEGYI ÖSSZETÉTEL (%) C Si Mn Cr Mo Ni V W Co Egyéb 0,48 0,23 0,40 1,30 0,25 4,00 AISI: RÉGI MSZ: JELLEMZŐK Nikkelötvözésű hidegalakító szerszámacél nagyon jó szívóssággal, nyomószilárdsággal és átedzhetőséggel. Egyszerűen hőkezelhető, egyenletes beedződés nagyobb keresztmetszetek esetén is. Olajban és levegőn edzhető, a hőkezelési méretváltozás csekély. Nagyon jól (magas fényre) polírozható, fotomaratható, szikraforgácsolható, keménykrómozható. Elektrosalakos átolvasztással előállított kivitelben is rendelhető (1.2767 ESU/ESR), melynek nagyobb tisztasági foka, finomabb és egyenletesebb eloszlású karbidjai, homogénebb szövetszerkezete miatt még jobbak a polírozhatósági tulajdonságai. ALKALMAZÁSI TERÜLET Alkalmas közepes vagy akár nagyon nagy méretű műanyag-alakító vagy szívós hidegalakító szerszámokhoz: nagy szívóssági igénybevételű tömörsajtoló szerszámok, evőeszközök kivágószerszámai, hidegbenyomó szerszámok, hidegollókések, vágó- és kivágószerszámok (vágólapok és bélyegek) vastag lemezekhez (R m < ~1000 N/mm 2, 12 mm vastagság felett), ócskavas- és öntecsvágó ollókések, nehéz hidegalakítások és hajlítások szerszámai. Húzópofák, nagy esztergapontozók és hasonló, nagy szívóssági követelményű szerszámok. Vasalatok, zsugorgyűrük igény szerinti szilárdságra (1300 1600 N/mm 2 ) megeresztve. Műanyag-alakítás: sajtoló- és fröccsöntőformák, ahol a nagy keménység, abrazív kopásállóság mellett a magas felületi minőség és a jó szívósság is követelmény. Jó szívóssági tulajdonságai alapján mély kimunkálású formákhoz is felhasználható. Alkalmazható: átlátszó formamasszákhoz, termoplasztokhoz és duroplasztokhoz, erősített műanyagokhoz. Nagy formákhoz a kontúrnemesítés (nagyoló megmunkálást követően kb. 5 mm ráhagyással nemesítve) ajánlott. HŐKEZELÉS Lágyítás: 610 (620) 650 ºC, szabályozott lassú hűtés kemencében (10 20 ºC/óra) kb. 600 ºC-ig, utána levegőn. Keménység lágyítás után: max. 285 HB. Feszültségcsökkentő izzítás: Kb. 650 ºC, hőntartás semleges atmoszférában a teljes átmelegedés után 1 2 óra, lassú hűtés kemencében. Edzés: 840 870 ºC, hőntartás a teljes átmelegedés után 15 30 perc. Hűtés: olaj, sófürdő (300 400 ºC), levegő, gáz (vákuum). Elérhető keménység edzés után: 53 57 HRC levegőhűtés esetén, 54 58 HRC olaj-, sófürdős vagy gázhűtés esetén. EN-SZÁMJEL: 1.2767 EN-JEL: 45NiCrMo16, (X45NiCrMo4) Megeresztés: Lassú felmelegítés közvetlenül az edzés után > hőntartási idő a kemencében 1 óra/20 mm munkadarab-vastagság, de legalább 2 óra > levegőhűtés. A megeresztés után elérhető keménység-irányértékek a megeresztési diagramon láthatóak. Szokásos munkakeménység: 50 56 HRC. Bizonyos esetekben ajánlott a megeresztési hőmérséklet csökkentése és a hőntartási idő növelése. HIDEGALALKÍTÓ SZERSZÁMACÉLOK (ESU) 60 MEGERESZTÉSI DIAGRAM RAKTÁRI PROGRAM RÚDACÉL keménység (HRC) 55 50 45 40 20 100 200 300 400 500 megeresztési hőmérséklet ( C) Edzési hőmérséklet: 850 C Próbakeresztmetszet: 20 mm négyszög kör négyzet lapos TÖMB LEMEZ SZÁLLÍTÁSI ÁLLAPOT lágyított (max. 285 HB) Az 1.2767 ESU/ESR csak tömb formában van a raktári programban. BÖHLER Kereskedelmi Kft. 49