LGB_AJ011_1 - Lemezalakítás SEGÉDLET 3. Konzultáció Ez a segédlet csak kiegészítés az órai anyaghoz és a kötelező irodalmakhoz. Tartalma a konzultációk anyagaival egyezik meg. Az anyag nem mentesíti a hallgatót a kötelező irodalom ismerete alól!
Különleges mélyhúzási, alakítási műveletek 2016/2017/2 2
Falvékonyító mélyhúzás technológiája A falvékonyító mélyhúzás a jellemző feszültségi állapot és a végbemenő falvékonyító alakváltozási folyamat alapján lényegében térfogat-alakító művelet. Kiinduló darab lehet vastag lemez, melyet először edénnyé mélyhúzunk esetleg kismértékű falvastagság csökkenéssel. Kovácsolt vagy folyatott vastag falú edény is lehet a falvékonyító mélyhúzás előgyártmánya. A fal-(ill. lemez) vastagság változása jelentősebb, mint az átmérő (középátmérő) csökkenés. A falvékonyító gyűrű félkúpszöge fontos szerszámozási kérdés. 2016/2017/2 3
A falvékonyító mélyhúzásra jellemző feszültségi és alakváltozási állapot Az alakító kúpban három ( egy húzó és két nyomó) feszültséggel jellemezhető feszültségi, és háromtengelyű (egy nyúlással és kétirányú méretcsökkenéssel jellemezhető) alakváltozási állapot uralkodik (3.43. ábra). Az alakító kúp előtt feszültségtelen az előgyártmány. Az alakító kúp utáni csökkentett (s 1 ) falkeresztmetszetben egytengelyű húzófeszültség hat. Ennek értéke kisebb kell legyen, mint az alakított anyag alakítási szilárdsága, azaz <k f1. Ez azt jelenti, hogy túl nagy falvékonyítás egy műveletben nem érhető el. Ha erre lenne szükség, akkor a falvékonyítást több műveletben lehet csak elvégezni. 2016/2017/2 4
A falvékonyító mélyhúzás feszülségi és alakváltozási komponensei A falvékonyító folyamat húzó feszültség szükséglete három részből falv.mh. = al + súrl. + kúpos torz. ahol: al a falredukció elméleti húzó feszültség igénye, az un. alakító komponens súrl a kúpos falvékonyító gyűrű és bélyeg felültén fellépő súrlódás legyőzésére szükséges komponens kúp.torz a kúpos gyűrűben a feszültségek kétszeres torzító munkáját biztosító komponens Siebel szerint ezek a komponensek, a levezetés részletei nélkül: 1 1 k fköz ö 2 k fköz ö k f 2 ahol: k fköz a közepes alakítási szilárdság, k f 0 k f1 k fköz 2 ö az összehasonlító alakváltozás A0 ö ln A - a súrlódási tényező - a falvékonyító gyűrű félkúpszöge 2016/2017/2 5
A falvékonyító gyűrű optimális félkúpszöge A falvékonyító gyűrű félkúpszöge befolyásolja a művelet erőszükségletét. Ezt csak jellegét tekintve az alábbi diagram mutatja: A komponensek összege egy minimumos görbét ad, azaz lehetséges olyan szerszám félkúpszög, melynél az alakító feszültség (erő) a legkisebb. A falvékonyító művelet biztonsága érdekében a matrica félkúpszögét erre az értékre kell választani. Egy függvény szélső értéke ez esetben láthatóan minimuma ott van ahol első deriváltja egyenlő nullával. Azaz a dσ dα 0 feltételnek kell teljesülnie. dσ μ 1 0 2 k fköz ö k 2 d α 2 1 fköz 0 Ebből: α opt 4 μ φ ö 2016/2017/2 6
A falvékonyító technológia műveletekre bontása A falvékonyító műveletek száma az alábbiak szerint határozható meg: n lg A lg A lg 1 q meg 0 ahol: A 0 a kiinduló falkeresztmetszet A az n művelet után csökkentett falkeresztmetszet q meg a falvékonyító műveletenként megengedett összalakváltozás q össz q D + q s q D q s q D a műveletenkénti átmérőváltozás q s a műveletenkénti falvastagság változás A technológia tervezésekor célszerű betartani, hogy q s =(1.1 1.4) q D feltétel műveletenként teljesüljön. 2016/2017/2 7
Hydroforming (alakítás folyékony közeggel) A technológia alkalmazható: - Lemezek alakítására és - Csövek alakítására. A lemezek alakításánál az alakító bélyeg vagy az alakító matrica (forma) helyettesíthető folyadékkal. Első esetben a munkadarab alakját a matrica (a forma) határozza meg, utóbbiban a bélyeg. Bélyeget helyettesítő folyadéknyomással sík lemez és összehegesztett lemezek is alakíthatók. 2016/2017/2 8
Hidroform eljárás alakítás folyékony közeggel és bélyeggel A sajtó nyomófejére van felerősítve a hidraulikus folyadékot (víz vagy olaj) tartalmazó felső szerszámfél, amelyet alulról egy vastag gumi vagy poliuretán membrán zár le. A terítéket az alsó szerszámfélre helyezik. A prés indításakor először zárja a szerszámot, majd a munkadarab alakjának és méretének megfelelő bélyeget mozgatja felfelé. A bélyeg a terítéket nekinyomja a membránnak, majd azzal együtt behatol a folyadéktérbe. A folyadéktérben növekvő nyomás mind szorosabban nyomja a lemezt a bélyeghez és az ellentartóhoz. Az alakításhoz szükséges kezdeti és végnyomás a nyomásszabályzó szelep segítségével beállítható, sőt a húzási eljárás során programozható. 2016/2017/2 9
Hidroform eljárás alakítás folyékony közeggel és bélyeggel Az eljárás során erőteljesen érvényesül a munkadarab palástjára ható oldalirányú nyomás, amely jelentősen csökkenti az alakítandó lemez igénybevételét a húzott csésze palástja és feneke közti átmenet helyén. A hagyományos mélyhúzással szemben ezzel az eljárással nagyobb terítékátmérőből kiindulva is elvégezhető a fenékleszakadás veszélye nélkül a mélyhúzás, növelhető a húzási viszony. A húzási viszony a húzási viszony a szokásos 2-2,4 értékről 3-4 értékre is megnövekedhet. A technológia hátránya, hogy a membrán hamar elhasználódik. Alkalmazási területek: - Lapos bonyolult alakú munkadarabok húzásánál - Kúpos, parabolikus alakú munkadarabok mélyhúzásánál, mert nem kell másodlagos ráncképződéstől tartani - Nyomás alatti edények gyártásakor, mert nem kell a fenék és palást átmeneténél jelentős falvastagság csökkenéssel számolni 2016/2017/2 10
Hidromechanikus mélyhúzás A berendezésben a terítéket közvetlen a húzógyűrűre helyezzük. A teríték zárja le a folyadékszekrényben lévő hidraulikus közeget (általában vizet). A húzógyűrűt körben tömítve csavarokkal rögzítik a folyadékszekrényhez. A húzógyűrűn a húzóéltől bizonyos távolságra szintén tömítés található. Ehhez a tömítéshez nyomja hozzá a ráncgátló a terítéket, így zárva a folyadékteret. Ez után indul meg a húzóbélyeg és az alakjának megfelelően nyomja a lemezt a folyadéktérbe. A folyadéktérben a nyomás csak a nyomásszabályzó szelepen beállított értékig növekedhet. A folyadéknyomás egyrészt a bélyeghez nyomja a lemezt, másrészt a bélyeg mellett különösen, ha az kúpos deformálja. Így a lemezen a bélyeg körül egy váll képződik és a mélyhúzás nem a húzógyűrű élén át, hanem ezen a folyadékvállon megy végbe. A folyadéknyomást a bélyeg behatolási útjának függvényében kell szabályozni. A folyadéktároló tartályból a folyadék sűrített levegővel nyomható vissza a folyadékszekrénybe. 2016/2017/2 11
Hidromechanikus mélyhúzás Az eljárás alkalmazhatósága: - Előhúzott munkadarabok hidromechanikus továbbhúzására - Előhúzott munkadarabok kifordító húzására - Alkalmas egy szerszámban egyesíteni a hagyományos mélyhúzást és a hidromechanikus kifordító húzást - Alkalmazható egy szerszámban kivágásra és továbbhúzásra is. 2016/2017/2 12
Alakítás negatív formával és folyadékkal 2016/2017/2 13
Két összehegesztett lemez alakítása folyadékkal 2016/2017/2 14
Csövek alakítása hydroforming eljárással Csövek folyadéknyomással történő alakításával bonyolult keresztmetszetű, bonyolult vonalú üreges tartók, járművek vázszerkezetének részei állíthatók elő. Ezeknek a vázszerkezetet merevítő, rúdszerű alkatrészeknek a keresztmetszeti tényezője nagy, tömegük azonban kicsi, ami a könnyűszerkezetes építésnél igen fontos előny. 2016/2017/2 15
Csövek alakítása hydroforming eljárással A folyadéknyomásos lemez- és csőalakítás előnyei: Kisebb szerszámozási költség, Igen bonyolult lemezalkatrészek alakíthatók, Hegesztéssel történő egyesítés elhagyása (pl. T-idom esetén) Egyenletes falvastagságú alkatrészek gyártása, Alakító és lyukasztó műveletek egybevonása. Az alakítás hátránya: Viszonylag lassú, hosszú ütemidejű művelet, Nagymennyiségű folyadék kezelése körülményes. Lemezek és csövek folyadékkal történő alakításánál a folyadék (víz vagy emulzió) nyomástartománya igen nagy 100-700 MPa. 2016/2017/2 16
Alkalmazási példák 2016/2017/2 17
Alkalmazási példák 2016/2017/2 18
Alakítás rugalmas közeggel Rugalmas közeggel történő alakításkor az egyik szerszámfél merev, a másik szerszámfél valamilyen rugalmas közeg gumi, vagy poliuretán. Ez a szerszám jóval olcsóbb a hagyományosnál, kis sorozat esetén a lemezalakításban jól hasznosítható. 2016/2017/2 19
Hajlítás poliuretán elasztomerrel Hajlítás során merev bélyeggel egy poliuretán párnába nyomjuk bele a hajlítandó lemezt. A hajlítási szög megváltozása esetén csak a merev hajlítóbélyeg cseréje szükséges. Hajlításnál mindig jelentkezik a visszarugózás problémája, amely befolyásolja a hajlítás pontosságát. A hajlításnál alkalmazandó poliuretán elasztomer párna és az azt befoglaló koffer méreteire H. Wilhelm tesz javaslatot. 2016/2017/2 20
Túlhajlítás poliuretán párnával 2016/2017/2 21
Domborítás poliuretán elasztomerrel A gumi és a poliuretán, mint rugalmas közeg nagyon jól alkalmazható domborítási műveletekhez is. A megmunkálás során csak az egyik szerszámfelet kell acélból elkészíteni - általában a negatív felet - így elmarad a két szerszámfél egymáshoz való illesztése, amely különösen bonyolult kontúrok esetén nagyon költséges megmunkálást igényel. A negatív szerszámfélbe a rugalmas közeggel a munkadarabot belenyomjuk. A szükséges nyomás nagysága függ a lemez anyagától, alakítási szilárdságától és vastagságától. A domborítás alakhűségét az alkalmazott nyomáson túl befolyásolja az elasztomer keménysége is. A poliuretánnal való domborításnak akkor van nagy jelentősége, ha a domborítás egy lépésben a kivágással elvégezhető. 2016/2017/2 22
Mélyhúzás poliuretán elasztomerrel Ennél a műveletnél a bélyegkontúr határozza meg a kívánt munkadarab alakját. Az ellenszerszám egy rugalmas közegből álló egyszerű geometriai alakú, könnyen alakítható párna. Rendszerint gumi vagy poliuretán elasztomer. A kettő között helyezkedik el az alakítandó lemez. a) Régi eljárás b) Guerin eljárás c) Marform eljárás d) Hidraw eljárás 2016/2017/2 23
Mélyhúzás poliuretán elasztomerrel (a) A gumipárna egy köpenyen belül meg van vezetve és ezen belül nyomjuk rá a lemezt a szilárdan nyugvó bélyegre. Gyakorlatilag ez ráncfogó nélküli mélyhúzásnak számít, így a mélyhúzási viszony igen korlátozott. Jelentős a köpenyben fellépő csúszósurlódási erő is, amely megnöveli az erőszükségletet és jobban igénybe veszi az alkalmazott gumipárnát. (b) A fent nevezett hátrányok kiküszöbölésére kifejlesztett eljárást a b ábrán látható. Itt már a rugalmas párna nem súrlódik olyan nagy mértékben a köpenyben, de ez is ránctartó nélküli mélyhúzásnak számít, és itt is korlátozott a húzási viszony. Mindkét eljárás megfelel lapos és héjszerű alkatrészek - pl. burkolóelemek - előállítására. A húzott alkatrészeken a meredek függőleges oldalfal biztosítás szinte nem lehetséges, mert ez a rugalmas párna alsó helyzetében annak nagymértékű nyúlását igényelné. (c) Ezen hátrány kiküszöbölésére fejlődött ki a Marform eljárás, amely már tulajdonképpen egy ráncfogós mélyhúzás. Ebben az esetben az alakítandó lemezt az egy szintben elhelyezkedő ráncfogóra és bélyegre helyezzük. Az alakítás során a rugalmas párna hozzászorítja a lemezt a ráncfogóhoz, amely a beállított ellennyomás elérése után folyamatosan süllyed, míg a mereven rögzített bélyeg elvégzi a mélyhúzást. (d) A Marform eljárás egy másik variációja a Hidraw eljárás (d), amelynél a bélyeg is elmozdul a ráncfogóval ellentétes irányban. Ez utóbbi két módszer előnye, hogy nagy húzási viszony érhető el és a mélyhúzott csésze lemezvastagságának az eltérése nem nagy. 2016/2017/2 24
Rugalmas közeggel történő lemezalakítás előnyei és hátrányai Az eljárás előnyei: 1) Lemezalkatrészek gyártási költségeit kis szériánál tulajdonképpen a szerszámköltség határozza meg. A poliuretán elasztomerrel kialakított szerszám költsége ötöde, tizede, esetenként akár huszada a hagyományos merev szerszám árának. 2) A lemezből alakított - különösen a mélyhúzott és domborított alkatrészek esetén - nagyon nehéz előre meghatározni a térbeli alkatrész merevségét. Sok esetben kiderül, hogy az alkatrészt lehetne vékonyabb lemezből is készíteni, mert még úgy is elég merev marad. Poliuretán elasztomer szerszámmal való lemezmegmunkálás független a lemezvastagságtól, vagyis ugyanabban a szerszámban különböző vastagságú lemezek is megmunkálhatók. Így a lemezvastagság 10-20 %-os csökkentésével jelentős mértékű anyagmegtakarítás érhető el. 3) A rugalmas közeggel történő lemezmegmunkálás előnyösen alkalmazható festett, lakkozott, műanyag bevonatú lemezek alakításánál. A poliuretán vagy gumi szerszámfél nem sérti meg alakítás közben a lemezen lévő bevonatot. 4) Cső, csőszerű alkatrészek vagy mélyhúzott csészék oldalfala lyukasztható, kivágható, rugalmas közeggel, amely csak bonyolult acélszerszámmal biztosítható. 5) Rugalmas közeggel történő mélyhúzás esetén jóval nagyobb húzási viszony érhető el. A mélyhúzott csésze falvastagsága egyenletesebb. 6) Rugalmas közeggel történő alakításnál esetenként több művelet is összevonható és elvégezhető egy olcsó szerszámban pl.: kivágás, domborítás, feliratozás. 2016/2017/2 25
Rugalmas közeggel történő lemezalakítás előnyei és hátrányai Az eljárás hátrányai: 1) Rugalmas közeggel történő alakításkor a megfelelő nyomás kifejtéséhez össze kell nyomni a gumi vagy poliuretán elasztomert, ami megnöveli az alakítás erő- és munkaszükségletét. Alakítási műveletektől függően az erőszükséglet 2...10-szerese az acélszerszámban történő alakításnak. A nagyobb alakítási erő nagyobb teljesítményű, nyomóerejű alakító gépeket kíván. 2) Rugalmas közeggel történő alakítás lassúbb, így a műveleti idő növekszik. 3) A munkadarab alakja méretei és geometriai viszonyai (rádiuszok) jobban behatároltak, kevésbé ismertek és kidolgozottak mint a hagyományos szerszámoknál. 2016/2017/2 26
Mélyhúzás fűtött ráncgátlóval Egyes rosszul alakítható fémek,illetve ötvözetek mélyhúzásakor csak kis húzási viszony érhető el. Különösen igaz ez a nagyszilárdságú ötvözetekre, amelyek nagy az alakítási szilárdsága és keményedési görbéje is meredeken emelkedik az alakítás mértékének függvényében. Ilyenkor az alakíthatóságot lényegesen megkönnyítené, ha az alakítási szilárdságot csökkenteni tudnánk. Ez valósítható meg a fűtött ráncgátlójú szerszámmal. A ráncgátló alatti teríték fűtésével biztosítható a mélyhúzott lemez alakítási szilárdságának a csökkentése. Mivel a meleg anyagnak kisebb az alakítási szilárdsága, így lecsökken a fenékleszakító erő is, amely meghatározza az egy húzási fokozatban megvalósítható húzási viszonyt. A megfelelő mértékű fenéklaszakító erő biztosítása végett a ráncgátló alól kihúzott anyagot hűtjük. Hűtjük egyrész a hűtött bélyegen keresztül, másrészt a húzóél hűtésével. A fűtött ráncgátlóval való húzás előnyei: Nagyszilárdságú, erősen keményedő anyagok is mélyhúzhatók Nagyobb húzási viszony érhető el Előnyös a nem körszimetrikus darabok mélyhúzásánál Csökken a húzási fokozatok száma Csökken a gyártóeszköz költség A fűtött ráncgátlóval való húzás hátrányai: Bonyolultabb a szerszám Lassabb a húzási művelet Szabályozni kell a szerszám hőmérsékletét 2016/2017/2 27
Robbantásos lemezalakító eljárások A robbantásos lemezalakító eljárásoknál a munkadarabot (legtöbbször) vízben terjedő nyomáshullám alakítja. A lemez csak az alakítási folyamat végén érintkezik a szerszámmal, ami rendszerint a negatív forma. Az alakításhoz szükséges energiát robbanóanyag kémiai energiája biztosítja. A robbanóanyagot gömb, csonka kúp, vagy huzal alakúra sajtolják, attól függően, hogy gömb alakú vagy henger alakú nyomáshullámra van szükség a lemezalkatrész kialakításához. 1- robbanó töltet 2- nyomásközelítő közeg (víz) 3- negatív forma (szerszám) 4- alakítandó lemez 5- leszorító (ráncgátló) Alkalmazási terület: nem nagy darabszámban, nagyméretű lemezalkatrészek gyártása. Megjegyzés: a robbantásos technológiáknál a lemez mozgási sebessége elérheti a 200-300 m/s-t is. 2016/2017/2 28
Elektrohidraulikus lemezalakítás Az elektrohidraulikus alakító eljárásnál a nyomást átadó közegben (vízben) szikrakisülés vagy vékony rézhuzal megolvadása (elgőzölgése) révén víz- gőz fázis keletkezik. Ennek fajtérfogata a vízének sok ezerszerese, ezért a vízben gömb, vagy henger alakú nyomáshullám keletkezik. 2016/2017/2 29
Elektromágneses lemezalakítás Az elektromágneses alakításnál a kondenzátor telepben tárolt villamos energiát az alakító tekercsen keresztül sütik ki. Az indukciós tekercsben csillapított lengésű áram alakul ki. A tekercs változó mágneses tere a munkadarabban, mint egyetlen zár menetben áram indukálódik. Az indukciós tekercs és a munkadarab örvényáramának mágneses terei a egymásra hatásából a munkadarabra mechanikai nyomás hat, mely a rendszer villamos jellemzőiből meghatározható. Elegendően nagy áramerősséget alkalmazva ez a nyomás elegendő lehet a lemez előgyártmány alakítására. Jellegzetes alakító műveletek: csőtágítás, szűkítés, szerelő alakítás. 1- alakító tekercs 2- mágneses erővonalak 3- alakítandó előgyártmány 4- alakított (bevonatoló fémcső) 5- porcelán, fa, ill. fémtest melyre az előgyártmányt ráalakítjuk 6- kondenzátor telep Az elektromágneses alakítás néhány másodperces ütemidővel alkalmas, pl. porcelán, fa, műanyag vékony lemezzel (csővel) való bevonatolására. Ez egy szerelő-alakító műveletnek is nevezhető. 2016/2017/2 30
Súrlódási körülmények A lemezalkatrész-gyártó műveletekben az érintkező szerszám és munkadarab felületek között fellépő súrlódás jelentősen befolyásolja: az alakítás erő-, munka- és teljesítményszükségletét, a szerszám élettartalmát, a szerszám kopás mértékét, a munkadarab felületi minőségét, az alakító művelet stabilitását, az egy műveletben elérhető alakváltozás mértékét, az alakváltozás munkadarabon belüli egyenletes vagy egyenetlen eloszlását, valamennyi tényező együttes hatásaként a gyártás gazdaságosságát. 2016/2017/2 31
Súrlódási körülmények A súrlódási erő Coulomb féle törvény alapján a súrlódási tényezőtől és a felületeket összeszorító erőből számítható: Fs=µ FN [N] Ahol Fs - a súrlódó erő, µ- a súrlódási tényező, FN- a felületeket összenyomó erő. Alakító eljárásokban a súrlódás körülményei jelentősen eltérnek a gépelemekben fellépő súrlódás körülményeitől. A legfontosabb eltérések: alakító műveletben a súrlódó párok egyike rugalmas, a másik képlékeny állapotban van (gépelemekben mindkettő rugalmasan terhelt), alakító műveletekben a felületek közötti nyomás sokszor nagyságrenddel nagyobb, mint a súrlódó gépalkatrészek közötti nyomás, alakítási műveletekben a súrlódó párok relatív sebessége általában sokkal kisebb mint pl. a csapágyakban. Pl. mélyhúzó vagy nyújtva húzó műveletben a lemez és a bélyeg felülete között az elmozdulás csak a lemez nyúlásából adódik, a felületek relatív sebessége is nagyon kicsi. 2016/2017/2 32
Súrlódási körülmények Az előző dián felsorolt jellemzők miatt alakító műveletekben a folyadéksúrlódás (a hidrodinamikus kenés) nem következhet be. A súrlódási esetek közül elképzelhető: a vegyes (v. fél-folyadék) súrlódás, melynél a felületek érdesség csúcsai összeérnek, a mélyedésekben kenőanyag tárolódhat, a száraz súrlódás során fémes a felületek közötti érintkezés, aminek következtében a keményebb szerszám, nyomot hagy a munkadarab felületén. Ez olyan alkatrészeknél, ahol dekoratív felület fontos, nem engedhető meg. Ezen túl pedig a szerszám gyors kopását is előidézi. 2016/2017/2 33
Súrlódás hatásai A súrlódás hatása kedvezőtlen: ha növeli a lemezben ébredő húzófeszültséget, ha növeli a művelet erőszükségletét, ha egyenetlen deformáció eloszlást okoz, ezzel helyi lemezvékonyodást, szakadást okoz. A súrlódás hatása kedvező: ha csökkenti a lemezben ébredő húzófeszültséget, elősegíti az egyenletesebb deformáció eloszlást, ezzel növeli az egy műveletben elérhető alakváltozás mértékét. 2016/2017/2 34
Kenés alkalmazása finomkivágásnál A finomkivágás technológiájához szükséges a kenés. Ennek hiánya gyorsabb szerszám él kopást eredményez. Ezért biztosítani kell, hogy a kenés egyenletes legyen. Az egyenletes kenés érdekében gyakran alkalmaznak olajködözést. 2016/2017/2 35
Kenőanyagok A kenőanyagok csoportosítása halmazállapotuk alapján: a) Folyékony kenőanyagok Kőolajszármazékok Szintetikus olajok Állati és növényi eredetű olajok b) Pasztaszerű, vagy plasztikus kenőanyagok c) Szilárd kenőanyagok 2016/2017/2 36
Mélyhúzható anyagok és azok vizsgálata. Határ-alakváltozási diagram és gyakorlati használata. 2016/2017/2 37
Bevezetés a témába A finomlemezeket széles körben alkalmazzák a feldolgozóiparban: a készterméket gyakran bonyolult alakító műveletek sorozatával dolgozzák fel. A lemezanyagok alakíthatósági megítélésére, a jelenlegi, szabványos, az anyagvizsgálatban általánosan alkalmazott anyagjellemzők önmagukban nem alkalmasak. További probléma, hogy a hidegalakítás céljára alkalmazott lemezek szilárdsági és alakváltozási tulajdonságai rendszerint irányfüggők: a lemezanyagok anizotróp anyagként viselkednek. Ezek figyelembevételére, a konkrét lemezminőségek, alakítási és hőkezelési eljárások sajátosságainak megfelelően sokféle minősítő vizsgálatot alkalmaznak az egyszerű szakítóvizsgálattól a deformáció-történetet is jellemző alakítási határgörbék módszeréig. 2016/2017/2 38
Lemezek minősítése szakítóvizsgálattal A lemez alkalmassága a mélyhúzással vagy nyújtóhúzással való feldolgozásra pontosan jellemezhető, ami ennél is fontosabb, hogy számszerűsíthető a normális irányú anizotrópia (r) mérőszámával. Meghatározása a lemezből kivett szakító próbatest kiinduló méreteivel, illetve az egyenletes nyúlástartomány valamely pontjáig képlékenyen alakváltozott próbatest méreteivel történik. 2016/2017/2 39
Lemezek minősítése szakítóvizsgálattal Lemezek és szalagok szakítóvizsgálatához a próbatest kiinduló alakját az a, az egyenletes nyúlástartományban a kiinduló Lo jeltávolság L növekményét a b, a L megnyúláshoz tartozó próbatest méreteket a c ábra szemlélteti. Az egyenletes nyúlástartományában a próbatest jeltávolságon belüli méreteire érvényesek a következő relációk: s< so, b < bo, L > Lo 2016/2017/2 40
Lemezek minősítése szakítóvizsgálattal ISO 6892-1 szabvány lemez próbatest méretek 2016/2017/2 41
Lemezek minősítése szakítóvizsgálattal A próbatest jelölései: Lo - a kezdeti jeltávolság, Lc - a vizsgálati hossz, bo - a kezdeti szélessége, so - a kezdeti lemezvastagság, Ao - a kiinduló keresztmetszet (Ao = bo so), L - a próbatest jeltávolsága a L megnyúlásnál (L = Lo + L), b - a L megnyúláshoz tartozó próbatest szélesség, s - a L megnyúláshoz tartozó lemezvastagság, A - a L megnyúláshoz tartozó próbatest keresztmetszet (A = b s) 2016/2017/2 42
Normális irányú anizotrópia A normális irányú anizotrópia: a ΔL megnyúlást szenvedett szakító próbatest szélességi és vastagsági irányában létrejött valódi nyúlások hányadosa: ahol: λb - a próbatest szélességi irányában létrejövő valódi nyúlás a Δ L megnyúlásnál, λ s - a próbatest vastagsági irányában létrejövő valódi nyúlás a Δ L megnyúlásnál, A szakítóvizsgálat során az "s" lemezvastagság helyett méréstechnikai okokból célszerűbb a próbatest "b" szélességét mérni és az "s" értékét a jeltávolságon belüli térfogatrészre felírt térfogatállandóságból meghatározni: 2016/2017/2 43
Normális irányú anizotrópia Az utóbbi összefüggést felhasználva a normális irányú anizotrópia tehát: A gyakorlatban a szakítóvizsgálat során a kb. 20% maradó megnyúlásnál (L 1,2Lo) a szakítási folyamatot megállítjuk, az "L" és "b" értékeket megmérjük és ezekkel határozzuk meg a fenti összefüggéssel az "r" normális irányú anizotrópiát. 2016/2017/2 44
A normális irányú anizotrópia és a mélyhúzhatóság kapcsolata A lemez jó mélyhúzhatóságához az szükséges, hogy vastagság irányban ("s" irány) kevésbé, szélesség irányban ("b" irány) könnyen változtassa méretét a szakító próbatest az egyenletes nyúlás tartományban. Az állítás a mélyhúzás közben alakváltozó, félig kihúzott csésze jellegzetes helyein (ráncgátló alatti perem és a már kihúzott csészefal) alakváltozási állapotával igazolható A peremben kijelölt térfogatelem alakváltozását szemlélteti az a ábra, amely szerint radiális irányban jelentős mértékű nyúlás, kerület irányban rövidülés jön létre, ugyanakkor a lemezvastagság irányban alig van méretváltozás. A kihúzott csészepalástban (b ábra) kijelölt térfogatelem elsõsorban a húzóbélyeg mozgásirányában nyúlik, kerület irányban a mérete változatlan, lemezvastagság irányban rövidülés jön létre. 2016/2017/2 45
A normális irányú anizotrópia és a mélyhúzhatóság kapcsolata A térfogatelemek helyére képzeljünk el a peremben egy radiális irányban, a csészefalban egy húzás irányban elhelyezett szakító próbatestet. A peremben a kerület irányú rövidülés a próbatest "b" irányú méretváltozásának felel meg. Tehát ha a próbatest "b" irányban könnyen változtatja a méretét, akkor a perem kerület irányú rövidülése viszonylag kis húzóerővel létrehozható. Ugyanakkor ha a lemezvastagság irányú változásra ("s" irány) a próbatest nem hajlamos, akkor a lemez a be nem húzott peremrészen nem vékonyodik el. Továbbá, ha a lemezvastagság nem, vagy csak alig csökken a szakítóvizsgálat során, akkor a mélyhúzás körülményei között az alakítóerőt az alakítás helyére (a be nem húzott peremrészbe) továbbító palást falvastagsága, így a csészefal keresztmetszete sem csökken jelentős mértékben, s ez a csészefal leszakadás elleni biztonságát növeli. A kis széntartalmú lágyacéllemez első közelítésben akkor rendelkezik jó mélyhúzhatósággal, ha normális irányú anizotrópiája r > 1. Azért első közelítésben mert a hengerléssel előállított lemez normál irányú anizotrópiája irányfüggő. Ugyanazon lemeztáblából a hengerlési iránnyal megegyező (0), 45-ot és 90-ot bezáró irányból kivett szakítópróbatesteken egymástól eltérő értékű r0, r45 és r90 normál anizotrópia értékeket határozunk meg. 2016/2017/2 46
A normális irányú anizotrópia és a mélyhúzhatóság kapcsolata Kis széntartalmú csillapítot lágyacéllemez normálirányú anizotrópiájának változását a hengerlési iránnyal bezárt szög függvényében 2016/2017/2 47
Anizotrópiai térkép 2016/2017/2 48
Átlagos normál irányú anizotrópia, Lankford szám A normál irányú anizotrópiánál megbízhatóbban jellemzi a mélyhúzhatóságot a Lankford szám, amely: Lágyacél lemezek jó mélyhúzhatóságához az r > 1,1 feltétel teljesülése szükséges, ami biztonsággal akkor valósul meg, ha valamennyi irányban (0, 45, 90) mért normálirányú anizotrópia értéke egy felett van. 2016/2017/2 49
Síkbeli anizotrópia A síkbeli anizotrópia mérőszáma a normálirányú anizotrópia mérőszámainak felhasználásával az alábbi összefüggéssel határozható meg: A lemez fülesedési hajlama szoros kapcsolatban van a síkbeli anizotrópiával. Δr 0 esetén "f" értéke kicsi, vagyis a fülesedés elhanyagolható mértékű. Kedvezőtlen esetben f 0,1... 0,15 értéket is elérheti. 2016/2017/2 50
Erichsen féle mélyítő próba A vizsgálattal a lemez szakadásig elviselt nyúlása (nyújthatósága) állapítható meg kéttengelyű húzóigénybevétel mellett. A próbatest mérete: 70x70 [mm]. A próbatest vastagsága: s = 0,2...2,0 [mm]. A bélyeg sebessége: 5-10 [mm/min]. A próbatestet a ráncgátló elcsúszásmentesen szorítja a matricához. A bélyeg és a lemez között kenést alkalmazva, az első repedés megjelenéséig kell a bélyeggel a mélyítést végezni. Az Erichsen - féle mélyítési szám (IE) az elsô repedés megjelenéséig mérhető bélyegelmozdulás mm-ben. 2016/2017/2 51
Erichsen féle mélyítő próba A vizsgálat előnyei: - az alakváltozott rész felületének minősége jellemző a lemez anyagának szemcsenagyságára (durva szemcsézet esetén a felület narancshéjra emlékeztet). - a repedés alakja, illetve a repedés környezetében kialakuló kontrakciós vonal jellemző a lemez anizotróp tulajdonságaira. A vizsgálat hátrányai: - a vizsgálat végrehajtás és a kiértékelés szubjektív hibái miatt csak nagy szórással jellemzi a lemezanyagot. - a vizsgálatnál kialakuló feszültség- és alakváltozás állapot eltér a mélyhúzásétól, ezért a mérőszám elsősorban a nyújthatóságot jellemzi, a mélyhúzhatóságot csak közvetetten. 2016/2017/2 52
Csészehúzó vizsgálat A csészehúzó vizsgálat a mélyhúzási folyamatot modellezi, tulajdonképpen kisérleti húzásnak tekinthető. A csészehúzó vizsgálat elvében eltér az Erichsen-féle mélyítővizsgálattól. A Erichsen - vizsgálat és a csészehúzó vizsgálat mérési eredményei között nincs kapcsolat, ezért nem helyettesítik egymást. A vizsgálat elve: a vizsgálandó lemezből a mintavételi szabvány előírásainak megfelelő helyről kivágott, fokozatosan növekvő Do átmérőjű tárcsákat, adott lekerekítés, azonos átmérőjű húzóbélyeggel csészévé húznak. A még szakadás nélkül csészévé húzható tárcsaátmérőt tekintik a mélyhúzhatóság jellemzőjének és IG - vel jelölik. A kihúzott csészén meghatározható a vizsgált anyag fülesedési hajlama is. A húzóbélyeg átmérője: d = 33 [mm]. A szerszámkészlethez három darab húzóbélyeg tartozik egységesen 33 [mm]-es átmérővel, de különböző (RL = 5 [mm], RA = 12 [mm], RG = 16,5 [mm]) lekerekítési sugárral. 2016/2017/2 53
Csészehúzó vizsgálat A vizsgálat során Do = 58 [mm] terítékátmérőtől indulva 2 [mm]-es lépcsőzéssel Do = 74 mm-ig növekvő terítékeket mélyhúznak, kisérletileg meghatározott optimális ráncgátlónyomást és megfelelő kenést alkalmazva. A vizsgálat eredménye: a még károsodás nélkül kihúzható csésze terítékátmérője, amelyet IGL, IGA, IGG -el jelölünk a bélyeg lekerekítési sugarától függően. A növekvő tárcsaátmérőt húzva azonos átmérőjű húzóbélyeggel, a húzási viszonyszám értéke egyre kisebb lesz. Természetesen egy lemez mélyhúzhatósága annál jobbnak tekinthető azonos húzási körülmények között minél kisebb húzási viszonnyal húzható ki. 2016/2017/2 54
FLD, FLC elmélete Összetettebb alakítások esetén a hagyományos mérőszámok nem elégségesek. A bonyolultabb alakítás követelményeit jobban jellemző, és a lemez anizotrópiáját is tartalmazó, komplex mérőszámok kifejlesztése és alkalmazása vált szükségessé. Előtérbe kerültek az alakíthatósági határállapotot jellemző mérőszámok, diagramok. A napjainkban széles körben elterjedt végeselemes módszereket alkalmazó, számítógépes technológiai- és szerszámtervező rendszerek a hagyományos anyagjellemzők mellett az alakíthatóság értékelésére alapvetően az alakíthatósági határdiagramokat (FLD) alkalmazzák. 2016/2017/2 55
FLD, FLC elmélete Az alakítási határdiagramok alkalmazásának fő célja, hogy meg tudjuk határozni alakítás során azt a biztonságos tartományt, ahol az alakítás törés, repedés veszélye nélkül, biztonsággal elvégezhető, illetve azt a kritikus zónát, ahol nem-kívánt mértékű elvékonyodás, vagy törés legvalószínűbben bekövetkezik. Egy adott pontban az alakváltozási állapot, a síkban értelmezett főalakváltozásokkal (φ 1, φ 2 ) egyértelműen jellemezhető. Az FLD-k a legnagyobb és a legkisebb főalakváltozások (φ 1, φ 2 ) koordináta rendszerében ábrázolják a károsodási határeseteket. A tönkremenetelt eredményező károsodási pontokat összekötő görbét nevezik alakítási határgörbének. Az alakítási határgörbék (FLC)-k meghatározhatók elméleti úton és kísérleti módszerekkel is. A kísérleti módszereknél az alakítás előtt, valamilyen gyakran célszerűen köröket tartalmazó hálót, visznek fel a lemez felületére. A körök, az alakítás hatására ellipszisekké torzulnak. Az eredeti kör átmérőjéből és az ellipszis nagy és kis tengelyeiből a főalakváltozások közvetlenül meghatározhatók. Egy ilyen hagyományos diagramot szemléltet a következő ábra, a jellegzetes alakváltozási utakat is feltüntetve. 2016/2017/2 56
FLD, FLC elmélete Az alakítási határdiagram egy megbízható eszköz az alakítási technológiákban, amellyel minősíthetjük az alakítási folyamatot, figyelembe véve az anyag alakíthatósági tulajdonságait. A kísérleti mért értékek a diagramon egy ponthalmazként jelennek meg, amelyet könnyen összehasonlíthatunk az anyagra vonatkozó alapadatokkal, azaz az alakíthatósági határgörbével. 2016/2017/2 57
FLD, FLC elmélete Az alakítási határdiagramokon a töréshez tartozó alakítási határgörbén kívül, a lokális befűződés bekövetkezéséhez tartozó határgörbét is fel szoktuk tüntetni. A két görbe a töréshez, illetve a lokális befűződéshez tartozó határgörbe közötti sáv az ún. helyi kontrakció sávja, amelyen belül még a törés nem következik be, amelyet azonban az előzőkben említett okok miatt, az alakítás során lehetőleg el kell kerülni. A törés és lokális befűződés mellett, az alakítás során a ráncképződést is lehetőleg el kell kerülni, amelyet a ráncosodás bekövetkezését jelölő határgörbével, illetve a ráncosodási tartomány feltüntetésével szokás jelezni. 2016/2017/2 58
FLD görbék felvétele Nakazima vizsgálat A vizsgálat lényege, hogy különböző szélességű, négyszög-alakú próbatesteket félgömb végződésű bélyeg és hengeres matrica alkalmazásával alakítunk (3.9. ábra). A próbatest szélességét és az alkalmazott kenőanyagot változtatva, az alakítási határdiagram pozitív és negatív tartományát is meg tudjuk határozni. A vizsgálat előnye a szerszám egyszerűsége, a próbatestek egyszerű alakja és a teljes FLD meghatározásának lehetősége. Hátránya viszont a ráncosodás lehetősége, és a nyomófej görbülete okozta mérési hibák 2016/2017/2 59
FLD görbék felvétele Nakazima vizsgálat 2016/2017/2 60
FLD görbék felvétele Nakazima vizsgálat 2016/2017/2 61
FLD görbék felvétele Nakazima vizsgálat 2016/2017/2 62
Alkalmazási példák Jármű alkatrész gyárthatósági vizsgálata Alakváltozások számítása és ábrázolása Összehasonlítás az alakíthatósági határgörbével 2016/2017/2 63
Források A segédlet készítése során az alábbi források kerültek felhasználásra: [1] Dr. Kardos Károly, Dr. Danyi József, Dr. Végvári Ferenc: Képlékeny alakítás, 2011, Széchenyi István Egyetem, Elektronikus jegyzet, TÁMOP 4.2.5 Pályázat könyvei, Digitális Tankönyvtár, <www.tankonyvtar.hu> [2] Dr. Kardos Károly, Dr. Danyi József: Szerelés és karosszériagyártás, 2011, Széchenyi István Egyetem, Elektronikus jegyzet, TÁMOP 4.2.5 Pályázat könyvei, Digitális Tankönyvtár, <www.tankonyvtar.hu> [3] Farnady Ernő: Forgácsnélküli alakítás, Tankönyvkiadó, Budapest, 1991, Jegyzetszám: J 19-329 [4] Dr. Danyi József, Dr. Végvári Ferenc: Lemezmegmunkálás, Kézirat, Kecskeméti Főiskola, Kecskemét, 2011 [5] Professor Taylan Altan: Schuler Metal Forming Handbook, Springer, Berlin, Germany, 1998, ISBN 3-540-61185-1, 543p [6] Z. Marciniak, J.L. Duncan, S.J. Hu: Mechanics of Sheet Metal Forming, Butterworth-Heinemann, London, Engalnd, 2002, ISBN 0-7506-5300-0, 211p [7] Dr. Horváth László: Mélyhúzás lemezanyagai és minősítési módszereik, Oktatási segédlet, Budapesti Műszaki Főiskola, Budapest, 2004, 27p [8] Dr. Weltsch Zoltán: Lemezalkatrész gyártás - Mélyhúzás, Előadás Anyag, Kecskeméti Főiskola, GAMF, 2014 [9] Dr. Weltsch Zoltán: Lemezalkatrész gyártás Alkatrészgyártás kivágással, lyukasztással, Előadás Anyag, Kecskeméti Főiskola, GAMF, 2014 [10] Dr. Weltsch Zoltán: Lemezalkatrész gyártás - Hajlítás, Előadás Anyag, Kecskeméti Főiskola, GAMF, 2014 [11] Balla Sándor,Dr. Bán Krisztián, Dr. Dömötör Ferenc, Dr. Kiss Gyula, Dr. Markovits Tamás, Vehovszky Balázs, Dr. Pál Zoltán, Weltsch Zoltán: Járműszerkezeti anyagok és technológiák I., BME, Budapest, 2011, TÁMOP 4.1.2 Pályázat könyvei Digitális Tankönyvtár, <www.tankonyvtar.hu> [12] Fazekas Gábor: Hulladékcsökkentés rugalmas közeggel való kivágásnál, XI. Fiatal Műszakiak Tudományos Ülésszaka, Kolozsvár, 2006. március 24-25, pp103-106 [13] Dr. Végvári Ferenc: Négyzetes lyukasztás és kivágás poliuretán párnával, XI. Fiatal Műszakiak Tudományos Ülésszaka, Kolozsvár, 2004. március 26-27, pp233-236 [14] Dr. Végvári Ferenc: Ellennyomás alkalmazása rugalmas közeggel történő kivágásnál, XI. Fiatal Műszakiak Tudományos Ülésszaka, Kolozsvár, 2003. március 21-22, pp339-342 [15] Dr. Maros Zsolt: Az abrazív vízsugaras vágás minőségének és hatékonyságának vizsgálata, PhD értekezés, Miskolci Egyetem, Sályi István Gépészeti Tudományok Doktori Iskola, Miskolc, 2011, 112p [16] Kovács Péter Zoltán: Alakítási határdiagramok elméleti és kísérleti elemzése, PhD értekezés, Miskolci Egyetem, Sályi István Gépészeti Tudományok Doktori Iskola, Miskolc, 2012, 110p [17] Lukács Zsolt: Nagyszilárdságú acélok visszarugózásának modellezése és kísérleti vizsgálata, PhD értekezés, Miskolci Egyetem, Sályi István Gépészeti Tudományok Doktori Iskola, Miskolc, 2014, 113p [18] Sz Szalai, D Pék, U Koser: Alumínium karosszéria lemezanyagok mélyhúzhatóságának technológiai és szimulációs kutatása, In: Dr Csibi Vencel-József (szerk.), OGÉT 2012: XX. Nemzetközi Gépészeti Találkozó. Kolozsvár, Románia, 2012.04.19-2012.04.22., Kolozsvár: Erdélyi Műszaki Tudományos Társaság, pp. 428-431. (2012) [19] Sz Szalai, I Czinege, D Dogossy: Nagyszilárdságú karosszéria lemezek alakíthatóságának vizsgálati lehetőségei, In: Dr Csibi Vencel-József (szerk.), OGÉT 2013: XXI. Nemzetközi Gépészeti Találkozó. Arad, Románia, 2013.04.25-2013.04.28., Kolozsvár: Erdélyi Műszaki Tudományos Társaság, pp. 367-371. (2013) [20] Szalai Szabolcs: Nagy szilárdságú karosszéria lemezek alakíthatósági vizsgálatai, Bányászati és kohászati lapok, Kohászat, Országos Magyar Bányászati és Kohászati Egyesület, 147. évfolyam, 2014/5-6. szám, 2014, ISSN 0005-5670, pp34-38 2016/2017/2 64