GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR DIPLOMATERV Feladat címe: SOROZATSZERSZÁM TERVEZÉSE NX PDW ALKALMAZÁSÁVAL Készítette: CSERNUS ATTILA MSc szintű, gépészmérnök szakos CAD/CAM szakirányos hallgató Tervezésvezető: KOVÁCS PÉTER ZOLTÁN egyetemi adjunktus Miskolci Egyetem Mechanikai Technológiai Tanszéke Konzulens: LUKÁCS ZSOLT egyetemi adjunktus Miskolci Egyetem Mechanikai Technológiai Tanszéke Miskolc, 2013.05.03
SKOLCIEGYETEM Gépészmérnök mesterszak CAD-CAM szakirány Szám: SZG-2012113-2-1ML. Szerszámgépek Tanszéke 3515 Misko1c- Egyetemváros DIPLOMATERV FELADAT CSERNUS ATTILA Neptun kód: MIJEPW gépészmérnök jelölt részére A TERVEZÉS TÁRGYKÖRE: Számítógéppel segített technológiatervezés A FELADAT CÍME: Sorozatszerszám tervezése NX Progressive Die Wizard modul segítségével A FELADAT RÉSZLETEZÉSE: - Irodalomkutatás útján mutass be lemezalakító sorozatszerszám tervezésének hagyományos technológia tervezésének jellegzetes logikai felépítését. - Ismertesse a számítógéppel segített szerszámtervezés terül etén milyen szoftverek segítik a tervezőmérnökök munkáját. Részletesen mutassa be az NX PWD programmodul logikai felépítését. - Tervezze meg a mellékletben található lemezalkatrész előállítására alkalmas szerszámot a NX PWD szoftver segítségével. 1'ERVEZÉSVEZETŐ: KONZULENS: A DIPLOMATERV KIADÁSÁNAK IDŐPONTJA: Kovács Péter Zoltán egyetemi adjunktus Lukács Zsolt egyetemi adjunktus 2013. február 22. A DIPLOMATERV BEADÁSÁNAK HATÁRIDEJE: 2013. május 03. Dr. Takács Gy rrgy egyetemi docens tanszékvezető
TARTALOMJEGYZÉK TARTALOMJEGYZÉK...3 Tartalmi összefoglaló...6 Abstract...6 Bevezetés...8 1. Sorozatszerszámok hagyományos tervezése...9 1.1. Az alkatrész elemzése... 10 1.2. Kiterített méret meghatározása... 10 1.3. Elrendezési terv készítése... 11 1.4. Sávterv készítése... 13 1.5. Nyomásközéppont meghatározása... 13 1.6. Erőszükséglet meghatározása... 14 1.7. Vágórés meghatározása... 15 1.8. Szerszámtervezés... 16 1.8.1. Szerszámház kiválasztása... 16 1.8.2. Aktív elemek tervezése... 18 1.9. A változtatás kényszere... 24 2. Számítógéppel segített tervezés... 26 2.1. CAx rendszerek integrációja... 28 2.2. Szerszámtervező szoftverek általános áttekintése... 30 2.2.1. B&W Progressive Dies... 30 2.2.2. CimatronE... 31 2.2.3. VISI Progress... 33 2.2.4. Logopress 3... 34 2.2.5. NX Progressive Die Wizard... 36 3. Az NX PDW logikai felépítése... 38 3.1. Technológiatervezés... 41 3.1.1. Projektindítás Initialize Project... 41 3.1.2. Terítékgenerálás Blank Generator... 41 3.1.3. Elrendezési terv Blank Layout... 41 3
3.1.4. Hulladékterületek tervezése Scrap Design... 42 3.1.5. Sávterv Strip layout... 43 3.1.6. Erőszükséglet számítás Force Calculation... 43 3.2. Szerszámtervezés... 43 3.2.1. Szerszámház tervezés Die Base... 43 3.2.2. Szerszámtervezés beállításai Die Design Setting... 44 3.2.3. Kivágó-lyukasztó bélyegtervezés Piercing Insert... 44 3.2.4. Alaksajtoló bélyegtervezés Forming Insert... 45 3.2.5. Hajlító bélyegtervezés Insert Group... 46 3.2.6. Bélyegek kiegészítése Insert Auxiliary... 46 3.2.7. Szabványos elemtár Standard Parts... 47 3.2.8. Kikönnyítés tervezés Relief Design... 47 3.2.9. Süllyesztés tervezés Pocket Design... 48 3.3. Dokumentálás... 49 3.3.1. Anyagjegyzék Bill of Material... 49 3.3.2. Összeállítási és alkatrész rajz Assembly and Component Drawing... 49 3.3.3. Furattáblázat Hole Table... 49 3.3.4. Jóváhagyás Tooling Validation... 49 4. Lemezalakító sorozatszerszám tervezés... 50 4.1. Technológiatervezés... 50 4.1.1. Alkatrész elemzése... 50 4.1.2. Terítéktervezés, köztes állapotok létrehozása Intermediate Stage Tools... 51 4.1.3. Projektindítás... 52 4.1.4. Teríték létrehozása... 53 4.1.5. Elrendezési terv... 53 4.1.6. Hulladékterületek tervezése... 56 4.1.7. Sávterv... 57 4.1.8. Erőszükséglet számítás... 59 4.2. Szerszámtervezés... 60 4.2.1. Szerszámház... 60 4.2.2. Megvezetések... 65 4.2.3. Aktív elemek... 65 4
4.2.4. Szabványos elemek... 67 4.2.5. Járulékos lépések... 67 4.3. Dokumentálás... 68 4.4. Tervezés összegzése... 68 5. Összefoglalás... 69 IRODALOMJEGYZÉK... 70 5
Tartalmi összefoglaló Napjaink fokozott minőségi igényeket támasztó világában egyre fontosabb a gyors, de mindemellett kellően pontos, precíz tervezési munka. A hagyományos elveken alapuló gépészeti tervezés önmagában már nem tudja biztosítani a piaci versenyképességet, így szükségessé vált a tervezési módszerek továbbfejlesztése. Ennek eredményeképpen egyre több számítógépes tervezőrendszer, technológiai folyamatokat modellező végeselemes elven alapuló programrendszereket alkalmaznak a tervezés termelékenységének fokozására. Diplomamunkám célja, olyan számítógépes programok bemutatása, amelyek segítséget nyújtanak a lemezalakító sorozatszerszám tervezésében. Továbbá annak ismertetése, hogy ezen komplex tervezőrendszerek miként teszik lehetővé a tervezési idő csökkentését a tervezés egyes szakaszaiban. Végezetül a lemezalakító sorozat szerszámok technológiai és szerszámtervező szoftverei közül a Siemens NX tervezőrendszer Progressive Die Wizard moduljának segítségével megtervezzek egy jellemzően lemezalkatrészekkel összefüggésbe hozható alaksajátosságokat tartalmazó lemezalkatrész gyártására alkalmas sorozatszerszámot. Abstract In our quality-demanding world it is more and more important to perform designing work not only quickly but also accurately and precisely. Engineering design with traditional principles in itself can no longer ensure market competitiveness, therefore designing methods had to be improved. As a result more and more computer aided designing systems, finite element principle based program systems modelling technological processes are used to increase productivity of designing. My thesis aims to find computer programs assisting in designing a plate forming tandem die. It is also a goal to define how these complex designing systems can reduce designing time in the individual phases of designing. Finally I will design a tandem die typically related to plate components and involving form characteristics for plate components manufacture using - out of the technological and tool designing softwares of tandem dies module Progressive Die Wizard of Siemens NX designing system. 6
EREDETISÉGI NYILATKOZAT Alulírott Csernus Attila; NEPTUN-kód: MIJEPW a Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai Karának végzős gépészmérnök szakos hallgatója ezennel büntetőjogi és fegyelmi felelősségem tudatában nyilatkozom és aláírásommal igazolom, hogy a Sorozatszerszám tervezése NX PDW alkalmazásával című szakdolgozatom/diplomatervem saját, önálló munkám, az abban hivatkozott szakirodalom felhasználása a forráskezelés szabályai szerint történt. Tudomásul veszem, hogy szakdolgozat esetén plágiumnak számít: - szószerinti idézet közlése idézőjel és hivatkozás megjelölése nélkül; - tartalmi idézet hivatkozás megjelölése nélkül; - más publikált gondolatainak saját gondolatként való feltüntetése. Alulírott kijelentem, hogy a plágium fogalmát ismerem, és tudomásul veszem, hogy plágium esetén szakdolgozatom visszautasításra kerül. Miskolc-Egyetemváros, 2013.05.03. Hallgató 7
Bevezetés A huszadik század utolsó évtizedeiben a világpiacokon az ipari termékek túlkínálata és ebből kifolyólag viszonylagos telítettség állt elő. Ezzel együtt szigorúbbá váltak a termékekkel és a termeléssel szembeni elvárások. Rövidebb idő alatt kell a piacra juttatni a termékeket a legkisebb költségráfordítással, azaz Elsőre jót kell tervezni. Az újszerű termékek iránti igény és a termelés vagy szolgáltatás nyereségorientáltsága alapjában véve öngerjesztő folyamatot hozott létre, ami ösztönzően hat a termelési technológiák korszerűsítésére is. Ebből a helyzetből adódóan az ipari vagy ipari jellegű termékek gyártásának és szerelésének korszerűsítése mellett egyre nagyobb hangsúlyt kap a tervezésük és a fejlesztésük. [1] A piaci igényeket szem előtt tartva szükségessé vált a hagyományos gépészeti tervezés folyamatának felgyorsítása. Ennek bemutatására szolgál a diplomamunkám negyedik fejezetében bemutatott számítógéppel segített lemezalakító sorozatszerszám tervezése. Ebben a fejlesztésben nyújtottak és jelenleg is nyújtanak nagy segítséget a különböző CAD szoftverek célorientált moduljai, amelyek remekül beilleszthetőek a tervezés egyes szakaszaiba. Kezdetekben ezek a rendszerek csak egy új eszközt jelentettek a mérnöki gondolatok megjelenésében. Az informatikai megoldások teljesítőképességének fejlődésével új lehetőségeket jelentettek. Számos olyan alkalmazás jelent meg, mely egyszerűsíti, hatékonyabbá teszi a tervezőmérnökök munkáját. A fejlődés természetesen kölcsönhatás eredményének tekinthető, hiszen a számítógépek fejlődése új eszközt biztosított a gépészeti tervezésnek, azonban a tervezés elvárásai újabb célokat jelöltek ki a számítógép tervezők számára. [2] Napjaink számítógépes rendszerei (CAD, CAM, CAE) nem önmagukban, elszigetelten dolgoznak, hanem egy adott feladat megoldása során egyetlen rendszert alkotnak. Az integráltságnak köszönhetően a tervezőrendszer egy rendszeren belül tervezési, gyártási és analizálási feladatot képes megoldani. A műszaki tervezőrendszer kiválasztása és üzemeltetése a vállalat működésére jelentős kihatással van, ezért ezek a tevékenységek igen nagy szakértelmet és körültekintést igényelnek. A tervezőrendszer hiánya éppúgy hozzájárulhat egy vállalat sikertelenségéhez, mint egy magas színvonalú, ám a feladathoz alkalmatlan tervezőrendszer. [1] 8
1. Sorozatszerszámok hagyományos tervezése Diplomamunkám fő célkitűzése egy áttekintés nyújtása napjainkban a piacot vezető szoftverek logikai felépítéséről. Ennek elérése végett célszerű áttekinteni, hogy honnan indult a fejlődési folyamat. Ezért bemutatom a hagyományos tervezési folyamatok felépítését, áttekintve, hogy milyen folyamatok során állt elő egy lehetséges alkatrész gyártástechnológiája a CAD alkalmazások megjelenése előtt. A legfőbb jellemzője a hagyományos tervezési folyamatnak, hogy az egyes munkafázisok sorban követik egymást, úgymint: piaci igények felmérése, koncepcionális tervezés, elvi megoldások, design megtervezése, rajzi megjelenítés, technológia tervezése, termék ütemezése, előállítás, gyártás, minőségbiztosítás. A tervezés különösen fontos terület, jelentősen befolyásolja a termékek megvalósításával együtt járó és az árban tükröződő költségeket. Alapjaiban kijelenthető, hogy a termék életciklusának mozgatója a vásárlók és a piac (1.1. ábra). 1.1. ábra Hagyományos gépészeti tervezés blokk diagramja [3] 9
Az 1.1. ábra alapján megfogalmazhatók az ún. hagyományos gépészeti tervezés hátrányai: a tervezési folyamat hosszadalmas, elhúzódik a piacra kerülés, számos módosítást igényel a termékfejlesztési fázisban, a változtatások növelik a költségeket és a piacra kerülés idejét, a gyárthatósági követelmények háttérbe szorulnak a tervezés során. A sorozatszerszám tervezési folyamatára is érvényes a sorrendiség, ami a következőkből épül fel: 1.1. Az alkatrész elemzése Az előtervezés részeként az alkatrész elemzése történik meg gyártástechnológiai szempontok szerint. A műhelyrajzon feltüntetett információkon túl (pl.: anyagminőség gyártási előírások, stb.), meghatározhatjuk a szükséges műveleteket és azok elvégezhetőségét az adott feltételekkel. Az esetleges problémák felbukkanásakor meg kell vizsgálni, hogy milyen módosítások segíthetnek a megoldásban és azok milyen hatással vannak a szerszám felépítésére és költségeire. A gondos elemzés végrehajtásával ezek a fontos tényezők jól kalkulálhatóvá válhatnak. 1.2. Kiterített méret meghatározása A teríték meghatározásának nehézsége nagyban függ az alkatrész geometriai kialakításától. Azon alkatrészek, amelyek több hajlítást vagy akár mélyhúzást is tartalmaznak jelentősen megnövekedhet a teríték meghatározásának ideje. Egy viszonylag egyszerűbb hajlított alkatrész (1.2. ábra) kiterített hosszának meghatározását a következő példa mutatja be. 1.2. ábra Hajlított alkatrész 10
A hajlított részhez tartozó kiegyenlítő érték kiszámítása 0 és 90 közötti hajlítási szög esetén (DIN6935): 180 β υ = π r + s k 2(r + s) 180 2 ahol: β a hajlítási szög [ ] r a hajlítási sugár [mm] s lemezvastagság [mm] k k-faktor A befoglaló méretek összege: l = 50 + 200 + 80 = 330 mm I. hajlított rész kiegyenlítő értéke: β = 90, r = 6 mm, s = 4 mm, k = 0,73 υ 1 = 8, 26 mm II. hajlított rész kiegyenlítő értéke: β = 90, r = 20 mm, s = 4 mm, k = 1 υ 2 = 13, 44 mm Kiterített hossz: L = l + υ + υ = 330 mm + ( 8,26 mm) + ( 13,44 mm) = 308, 3 mm 1.3. Elrendezési terv készítése A tervezés során törekedni kell a gazdaságosságra, a legjobb anyagkihozatalra. Az elrendezési terv készítésekor ennek figyelembevételével célszerű a terítékek külső kontúrját egymáshoz képest elhelyezni. Bár a legjobb kihozatali tényezőre igyekszünk, természetesen nem mindig szerencsés azt az elrendezést választani, ha az jelentősen megbonyolítja a szerszám kialakítását. A sáv készülhet tekercs vagy táblalemez felhasználásával. Az anyagkihozatalt százalékosan megadhatjuk az alábbi összefüggéssel: η = A A ö 100 [%] ahol: A h az A ö felületű lemezből készült alkatrészek összes hasznos felülete [mm 2 ] A ö a gyártáshoz felhasznált lemez felülete [mm 2 ] 11
A sávszélesség mérete a teríték elhelyezéséből és a hozzáadott hídráhagyások méretéből adódik (1.3. ábra). A hidak szerepe egyrészt a vágás biztonságossá tétele (ne forduljon be a lemez a vágórésbe) másrészt a hulladék esetleg a munkadarab továbbítása a szerszámban. Ha az előtolás határolására oldalvágó bélyeget használunk, akkor a sávszélességet meg kell növelni az oldalkés által levágott méretekkel is. [4] 1.3. ábra Hídráhagyások elhelyezése [4] A hídszélesség függ (MSZ52): - a vágandó lemez anyagától, - a vágandó lemez vastagságától, - a vágandó híd hosszúságától. A sáv kialakítása a munkadarabok elhelyezése alapján lehet: - egysoros elrendezésű - többsoros elrendezésű 12
1.4. Sávterv készítése A tervezési fázis ezen szakaszában meghatározzuk az aktív elemek helyzetét és kialakítását. Ezáltal képet kapunk a műveletek számáról, illetve az egyes lépések alatt elvégzett alakításokról (1.4. ábra). A sávterv alapján modellezhető a gyártási művelet. Az elkészült sávterv méreteinek felhasználásával tudjuk meghatározni a szerszámházunk, szerszámlapok méretét. 1.4. ábra Sávterv 1.5. Nyomásközéppont meghatározása A szerszám helyes működése, a nem kívánatos terhelő nyomatékok 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. [4] A nyomásközéppont meghatározása történhet: Számítási eljárással, ahol az erők helyett lehet a kerületeket a képletbe behelyettesíteni, mivel a vágóerő arányos a kivágott darab kerületével. Szerkesztési eljárással, ahol a nyomásközéppont szerkesztéses meghatározása lényegileg a számításos eljárás grafikus megoldása, vagyis több párhuzamos erőből álló erőrendszer eredőjének, ill. az eredő támadáspontjának megszerkesztése kötélpoligon segítségével. [4] A számított és szerkesztett nyomásközéppontnak meg kell egyeznie, figyelembe véve a szerkesztés kismértékű pontatlanságát. 13
1.6. Erőszükséglet meghatározása Az erőszükséglet meghatározása a gépkiválasztás szempontjából nagyon fontos. Számításaink során a maximális vágóerőt határozzuk meg (F v ). F = f τ L s [N] ahol: f korrekciós tényező (f=1,1 1,3) L a vágás kerülete [mm] s a vágott lemez vastagsága [mm] τ β nyírószilárdság [N/mm 2 ] 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). [4] Aláköszörült vágólap esetén (1.5. ábra) a vágóerő csökken, de a vágási út megnövekedik. 1.5. ábra Aláköszörült vágólap [4] Ebben az esetben a vágóerő meghatározásának képlete: F = 0,67 f τ L s [N] 14
1.7. 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. [4] Meghatározása, ha a lemezvastagság s 3 mm: z 2 = c s 0,1 τ [mm] Ha a lemezvastagság s>3 mm, a vágórést az alábbiak szerint számítjuk: z 2 = (1,5 c s 0,015) 0,1 τ [mm] ahol: s a vágandó lemez vastagsága [mm] τ β a vágandó lemez anyagának nyírószilárdsága [N/mm 2 ] 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 acélok Ha a vágandó anyag nyírószilárdsága nem ismert, jó közelítéssel meghatározhatjuk a szakítószilárdságból az alábbi összefüggéssel: τ = (0,6 0,8) R [N/mm 2 ] ahol: R m az anyag szakítószilárdsága [N/mm 2 ] 15
Az eddig elmondottak alapján a számítások elvégzése során elvégeztük a technológiai és szerszámtervezés technológia tervezési részét. A következőkben a szerszám tényleges tervezésével foglalkozunk tovább. 1.8. Szerszámtervezés A szerszámtervezési folyamat alapja a megfelelően kialakított sávterv. A következő folyamatokból épül fel: - szerszámház kiválasztás - aktív alakító elemek tervezése 1.8.1. Szerszámház kiválasztása Az aktív elemeket, a vágólapot és a bélyegeket szerszámházba építik be. A szerszámháznak biztosítania kell a bélyeg pontos vezetését a vágólaphoz képest. A viszonylag kis méretű vágórésnek a bélyeg körül lehetőleg mindenhol azonos méretűnek kell lennie. A szerszámházakat csoportosíthatják az egy szerszámban elvégzett műveletek száma szerint és a vezetőelemek fajtája szerint. [4] Műveletek száma szerint: - Egy műveletes szerszámok - Több műveletes szerszámok - Sorozatműködésű szerszámok - Egyesített, vagy blokkszerszámok A szerszámok vezetése szerint megkülönböztetünk: - Vezetés nélküli szerszámok - Vezetőlapos szerszámok - Vezetőoszlopos szerszámok A vezetőlapos szerszámok esetén a bélyeg vágólaphoz viszonyított vezetését a vágólap felett elhelyezkedő vezetőlap biztosítja. Ennek megfelelően a bélyegek a felső szerszámfélben viszonylag lazán illesztettek. Az alsó szerszámfélben a vezetőlap és a vágólap helyzete egymáshoz képest illesztett, hiszen így biztosítható a bélyegek pontos megvezetése. [4] 16
A vezetőlapos szerszámházak alkalmazásának előnyei: - A szerszám felépítése egyszerű - A szerszám könnyen elkészíthető, önköltsége alacsony - Kis sorozatnál gazdaságos A vezetőlapos szerszámházak alkalmazásának hátrányai: - A pontatlanabb vezetés miatt a szerszámban gyártott alkatrészek kevésbé pontosak - Gyorsan kopik a vezeték, nagyobb sorozat gyártására nem felel meg A vezetőoszlopos szerszámoknál a bélyegek és a vágólap összevezetését a munkatéren kívül elhelyezkedő vezetőoszlopok biztosítják. Amelyeknél a vezetés lehet csúszóvezetésű ill. golyósvezetésű. A vezetőoszlopok átmérői nem egyformák (az eltérés általában 1mm), így biztosítják a szerszámot az esetleges helytelen összejáratás ellen. A másik módszer a helytelen összejáratás elkerülésére, ha az oszlopok kiosztását asszimmetrikusan végzik, ezzel megakadályozva a helytelen összeszerelést. A fejlapon, ill. az alaplapon elhelyezett elemek helyzetét illesztőszegekkel kell biztosítani. Az oszlopos szerszám alkalmazásának előnyei: - Pontosabb vezetés miatt pontosabbak a kivágott munkadarabok - Nagy a szerszámvezetés élettartama, nagysorozatban történő alkatrészgyártásra alkalmas. Az oszlopos szerszám alkalmazásának hátrányai: - Bonyolultabb a szerszám felépítése, pontosabb megmunkálást igényel, nehezebb elkészíteni. - A szerszám önköltsége relatív nagy. - Kissorozatú gyártásnál nagyon drága az alkalmazása. A tervezés során lehetőségünk van rá, hogy az egyedi kivitelű szerszámházak használata mellett, az említett ház típusokat szabványos kivitelben is elérhessük. Ebben nyújt segítséget az MSZ 52 szabvány, ahol számos szerszámház kialakítás közül választhatunk, melyek öntött vagy acél lapos kivitelben épülnek fel. 17
1.8.2. Aktív elemek tervezése Elsőként a vágólap tervezésével foglakozunk. Vágólap ellenőrzése hajlítási igénybevételre történik, aminek eredményeként meghatározható a vágólap vastagsági mérete. 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. [4] - Meghatározzuk a maximális hajlító nyomatékot M hmax. - Kiszámítjuk a vágólapban ébredő hajlító feszültséget. σ. = M. K [N/mm 2 ] K keresztmetszeti tényező - A σ. < σ. feltételt ellenőrizzük. A σ. értéke a vágólapnak alkalmazott anyagtól, annak hőkezeltségi állapotától függ. Általában σ. = 300 500 N/mm. Ha a vágólap végig alá van támasztva, vastagságának meghatározására használhatjuk az alábbi közelítő képletet is: h = 0,1 F ö ahol: h 2 vágólap vastagsága [mm] F ö vágólapon fellépő összes erő, eredő erő [N] Megjegyzés: A vágólap vastagságának megválasztása során célszerű a különböző szerszámacél forgalmazók által kínált raktári méretsorozatból választani. Természetesen ettől eltérő vastagságú egyedi tervezésű vágólapok is használhatók a mindennapi gyakorlatban. A vágólapnak nem csak szilárdságilag, hanem a további gyártástechnológiai lépések helyes technológia tervezési szempontjainak (pl.: forgácsolás, hőkezelés) és későbbi üzemeltetési szempontoknak is meg kell felelnie. Így egyes vágólap áttörések nem lehetnek túl közel egymáshoz. 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, ezt a járatos szakirodalomban vaklépésnek nevezik. 18
A szélességi és hosszúsági méretek meghatározására a nyomásközéppontban 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 egybeesik a nyomásközépponttal. Általában erre kell törekednünk (1.6. ábra). [4] 1.6. ábra A vágólap szélességi és hosszúsági méreteinek maghatározása [4] A méretek meghatározásánál ügyelni kell arra, hogy a vágólap rögzítését szolgáló furatoknak és az illesztését biztosító illesztőszeg furatoknak is legyen megfelelő hely a vágólapban. A vágólap áttörések kialakítása nagypontosságú kivágás esetén a legáltalánosabban elterjedt az 1.7. ábra c-változat szerinti megoldás. A vágólap áttörés az anyagvastagság és a vágólap vastagság függvényében egy bizonyos szakaszon párhuzamos (hengeres), majd innen α szög alatt aládolgozott. Kis darabszám esetén alkalmazzák a b-változat szerinti megoldást. Ami szerint a vágólap áttörés végig kúposan aládolgozott, mivel még a rövid hengeres vágóvezetés is kopást elősegítő zömítést, elkenődést okoz. Ha kidobó távolítja el a munkadarabot a vágólapból, abban az esetben a vágólap nincs aládolgozva. A vágófelület merőleges az alsó, ill. felső felületre (a-változat). 19
1.7. ábra A vágólap áttörések kialakítása [4] A vágólap anyagát az igénybevételnek ismeretében tudjuk meghatározni. A vágóélek állapotától nagymértékben függ az anyagban kialakuló feszültségi és alakváltozási állapotoktól. A kivágásnál ébredő F vágóerő a vágólapot nyomásra és hajlításra veszi igénybe. 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 keletkező sorja magasságát is. A vágólap anyagának az előbb említett igénybevételeknek kell megfelelnie. Az igénybevétel, ill. a koptató hatás természetesen függ a vágandó lemez anyagától is. Anyagmegválasztásnál figyelembe kell venni 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 az 1.1. táblázat foglalja össze a javasolt vágólap anyagminőségeket. A vágólapokat hőkezelt állapotban (edzve és alacsony hőmérsékleten megeresztve) kell beépíteni. 20
Ajánlott vágólap anyagminőségek: 1.1. táblázat [4] Vágandó anyag Műanyag Al, Mg, Cu ötvözetek Ö tvözetlen és gyengén ötvözött acélok Ausztenites saválló acélok Rugóacélok 52 HRC alatt Transzformátorlemez 10 3 10 4 10 5 10 6 >10 6 C80W - C100W X210Cr12 (S8 - S10) 100Cr6 X210CrW2 X210Cr12 100Cr6 (K4) (K9) X210CrW12 (K4) 105WCr6 X155CrVMo12 1 (K9) 105WCr6 (W9) (K8) nitridált (W9) X165CrMoV12 S 6-5-2 (R6) 90MnCrV8 90MnCrV8 S 2-10-1-8 (M1) (M1) (R11) X210Cr12 100Cr6 S 6-5-2 X210Cr12 X210CrW12 (K4) (R6) X210CrW12 (K9) 105WCr6 S 2-10-1-8 (K9) (w9) (R11) X155CrVMo12 1 (K8) S 6-5-2 90MnCrV8 90MnCrV8 (R6) S 6-5-2 (M1) (M1) S 2-10-1-8 (R6) 100Cr6 100Cr6 (R11) S 2-10-1-8 (K4) (K4) X210Cr12 (R11) 105WCr6 105WCr6 X210CrW12 X210Cr12 (W9) (W9) (K9) X210CrW12 X210Cr12 X210Cr12 X210CrW12 (K9) X210CrW12 X155CrVMo12 1 (K9) (K8) X155CrVMo12 1 S 6-5-2 (K8) (R6) S 2-10-1-8 (R11) X155CrVMo12 1 (K8) X155CrVMo12 1 X210Cr12 X210Cr12 (K8) X210CrW12 X210CrW12 (K9) X210Cr12 (K9) X210Cr12 X155CrVMo12 1 X210CrW12 X210CrW12 (K8) (K9) (K9) X155CrVMo12 1 S 2-10-1-8 (K8) Kivágandó darabszám [db] (R11) (K9) porkohászati keményfémek porkohászati keményfémek porkohászati keményfémek porkohászati keményfémek porkohászati keményfémek porkohászati keményfémek A kivágó és lyukasztó bélyegek igénybevétele hasonló a vágólaphoz, így anyagainak hasonló acélokat választunk, mint a vágólapoknak. 21
A szerszámba beépítendő bélyegek szükséges hosszát a szerszám egyes elemeinek vastagsági méretei határozzák meg (1.8. ábra). [4] 1.8. ábra Bélyeg hosszának meghatározása [4] Az így meghatározott bélyeghosszt kihajlásra ellenőrizni kell. 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. F = π E I l [N] ahol: E a bélyeg anyagának rugalmassági modulusa [N/mm 2 ] I másodrendű nyomaték [mm 4 ] L bélyeg hossza [mm] A kivágó-lyukasztó bélyegek méretezésekor nem egy adott hosszúságú bélyeget vizsgálunk, hogy milyen erővel terhelhető a kihajlás veszélye nélkül, hanem adott a kivágás, vagy lyukasztás erőszükséglete, a kérdés milyen hosszúságú bélyeg alkalmazható a kihajlás veszélye nélkül. Az előző egyenletet felhasználva kiszámítható a bélyeg maximális hossza. [4] l. = π E I F [mm] ahol: F v az adott bélyeget terhelő kivágó, vagy lyukasztó erő 22
Ha a bélyeg hossza nagyobb, mint a kihajlásból meghatározott maximális bélyeghossz, ebben az esetben lépcsős kialakítású bélyeget kell alkalmazni (1.9. ábra). 1.9. ábra Lépcsős bélyegek [4] Gyakran előfordul, hogy a lépcsős bélyegeket kör keresztmetszetre készítjük a rögzítés és a megvezetés végett, és a kisebb keresztmetszetű rész alakos szelvénykeresztmetszetű. Ezeket a bélyegeket elfordulás ellen biztosítani kell. [4] A bélyegek a szerszámba való beépítésekor fontos, hogy azok merőlegesek legyenek a bélyegtartólap és vezetőlap síkjára. Vágórés egyenletes legyen a kerület mentén. A nyomólap edzett legyen, mert ellenkező esetben a felfogólapba nyomódnak, idő előtt törnek. Az edzett nyomólap teljes felületén takarja a bélyegeket. A bélyegtartólapban a bélyegfej magassága egyenlő legyen a süllyesztés mélységével, mert különben a bélyeg löketenként hosszirányban elmozdul. A bélyegek fejmagasságát síkba kell köszörülni. Utánköszörült vágólap esetén a vezetőlap és a vágólap közötti hézag ne legyen nagyobb, mint a lemezvastagság 1,5x-se. Túl nagy hézag esetén a ledobó és a lemez közé kerülő hulladék a bélyeg felfelé haladásakor töréshez vezethet. Ha a ledobó és lemez közé hulladék kerül, a bélyeg hajlító igénybevételnek is ki van téve, és eltörik. 23
1.9. A változtatás kényszere A következő néhány gondolattal be szeretnénk mutatni, hogy milyen változások eredményezték a számítógépi technológiatervező rendszerek térhódítását. Megváltoztak a termékre jellemző követelmények: - megnőtt a változatok sokfélesége (1.10. ábra) - lerövidült a termékek életciklusa (1.11. ábra) - megnőtt a termékek bonyolultsága (1.12. ábra) - a megkövetelt határidők lecsökkentek (1.13. ábra) 1.10. ábra A változatok sokfélesége [3] 1.11. ábra A termékek életciklusa [3] 1.12. ábra A termékek bonyolultsága [3] 1.13. ábra Megkövetelt határidők [3] A tervezéshez alapvetően információfeldolgozási folyamatok kapcsolódnak, amelyek számítástechnikai eszközökkel és módszerekkel jól támogathatók, fejlesztése ily módon szervesen összefonódott a számítástechnikai eszközök fejlesztésével és alkalmazásával. [1] A tervezői tevékenység megoszlásának vizsgálata egyértelműen rámutatott arra, hogy a tervezési idő legnagyobb részét a megtervezés, azaz a léptékhelyes főterv kidolgozása, az alkatrészek megrajzolása és a darabjegyzék összeállítása, valamint a változtatások elvégzése és átvezetése teszi ki. A tervező napi munkájának jelentős részét képezik még a szükséges információk összegyűjtése, a számítás, méretezés és ellenőrzés, amelyeket a számítógéppel segített tervezés körébe szintén be kell vonni. [1] 24
Vizsgálatok alapján a konstrukciós tervezésre a következő megállapított adatok jellemzőek: - A termék gyártási költségének kb. 75%-át a konstrukciós tervezés folyamata határozza meg. - A termék átfutási idejének kb. 50%-át a tervezés és a gyártás-előkészítés teszi ki. - A termelésre ma a magasfokú automatizáltság jellemző. A tervezés automatizáltsága viszont ehhez képest nagymértékben elmaradt. - Egy termelői munkahely kialakítása átlagosan 2 000 50 000 EUR, a tervezői munkahely költsége ezzel szemben kb. 3-5000 EUR. Mindezek a változások és a költséghatékonyságra való törekvések együttesen teremtették meg az igényét a technológiai tervezés számítógépre történő áthelyezésére. Természetesen ehhez elengedhetetlen volt az informatikai környezet utóbbi évtizedekben tapasztalt robbanásszerű fejlődése. 25