Ismételje át a hidegalakítás fogalmát, hatását a fémek tulajdonságaira! Olvassa el a bekezdést! Jegyezze meg a hideg-, félmeleg és melegalakító eljárások jellemzőit és alkalmazási területeit. 1. Hidegalakítás, melegalakítás, félmelegalakítás Hidegalakítás: az anyagra jellemző újrakristályosodási hőmérséklet (kb.0,4 T olv ) alatt végzett alakítás. Jellemzői: Az alakítás során az előtte izotróp, ill. kvázi izotróp fém anizotróppá válik, mechanikai és alakíthatósági tulajdonságai a terhelés irányától függőek lesznek, Az alakítás során a fém szilárdsági jellemzői növekednek, alakíthatósági tulajdonságai és szívóssága csökken, ridegedik. Ezt együtt felkeményedésnek nevezzük. A fém alakíthatósága kisebb, mint melegalakításnál, a munkadarab kevésé lehet bonyolult, mint a melegen alakítotté, Az alakítás erő- és munkaszükséglete nagy, ahogyan az alakító szerszámok mechanikai terhelése is, Az alakított darabok méretpontossága, felületi minősége, alakhűsége sokkal jobb, mint a melegen alakítottaké. Hideg térfogat alakító technológiák: Hidegzömítés, csavar, szegecs és szöggyártás, Redukálás, huzal és dróthúzás, kismértékű keresztmetszet csökkentés nyomó, vagy húzó igénybevétellel, Hidegfolyatás, nagymértékű keresztmetszet csökkentés, cső és edényszerű alkatrészgyártás. A hidegalakítás alkalmazása: nem nagyméretű darabok, pl. csavarok, szegecsek, szögek. viszonylag egyszerűbb alakú darabok, ötvözetlen vagy gyengén ötvözött acélok, színes és könnyűfémek, illetve ötvözeteik esetén. Félmeleg-alakítás: emelt hőmérsékleten, de a fémre jellemző újrakristályosodási hőmérséklet alatt végzett alakítás. Jellemzői: a félmeleg-alakított fém tulajdonságai hasonlóan, de kisebb mértékben változnak, mint a hidegalakítottaké, a félmeleg-alakítás hőmérsékletén a szükséges alakító erő kisebb, a szerszámok mechanikai igénybevétele is kisebb, a félmeleg-alakító szerszámok magasabb hőterhelésnek vannak kitéve, ezt a szerszámanyagok megválasztásánál figyelembe kell venni. A félmeleg-alakítás alkalmazása: hidegen kevésbé alakítható ötvözött acélok, erősen ötvözött szerszámacélok, (csigafúrók, központfúrók, stb.), előalakítása.
Melegalakítás: az anyagra jellemző újrakristályosodási hőmérséklet felett végzett alakítás. Ennek során az alakítással egy időben a magas hőmérsékleten az újrakristályosodás is végbe megy. Jellemzői: a melegen alakított fém szilárdsági tulajdonságai nem változnak jelentősen, a melegalakítással lehetséges homogén finomszemcsés szövetszerkezet hozható létre, a melegalakítással az alakított munkadarabok szálasodása ha az követi a munkadarab alakját és megfelel a darab terhelésének jelentős előnyt jelent, különösen dinamikusan terhelhetőségét illetően, az alakító szerszámok mechanikai terhelése kisebb, hiszen a fémek alakítási szilárdsága függ az alakítás hőmérsékletétől. Pl. ötvözetlen acél alakítási szilárdsága a kovácsolás hőmérsékletén mért értékek 20-30%-a. az alakító szerszámok ismételt hőterhelése nagy, a szerszámanyagnak hőciklus-állónak kell lenni A melegalakítás alkalmazása: nagyméretű, bonyolult darabok, tengelyek, nagy igénybevételű alkatrészek, ötvözött és erősen ötvözött anyagok, abban az esetben, ha az alkatrész dinamikus igénybevétel, megbízhatóság szempontjából fontos a jó szívósság, pl. belsőégésű motorok főtengelye. Olvassa el a bekezdést! Jegyezze meg a hidegalakító technológiák előkészítő műveleteinek a nevét és jellemzőit! Tanulja meg, hogy az előkészítő műveletek menyiben befolyásolják a gyártás költségeit, gazdaságosságát! A hideg-térfogatalakítás előkészítő műveletei. A hideg-térfogatalakító szerszámokat nagy felületi nyomások terhelik. Ilyenkor a fellépő súrlódó erők csökkentése és így az alkalmazott kenőanyagok és kenési eljárások hatékonysága nagyon fontos tényező. Ezért az alakító műveleteket megelőző előkészítő műveletek, a felületek tisztasága, a kenőanyagok megválasztása is különös figyelmet igényelnek. Ezen műveletek rövid leírása: Zsírtalanítás Mechanikus tisztítás egyedi gyártás esetén. Lúgos marószeres zsírtalanítás. Oldószeres zsírtalanítás. Hideg-, meleg vizes mosás, szárítás. Pácolás (acélok esetén), az acélok felületén lévő oxidréteg(ek) eltávolítása. Sósavas (HCl) pácolás 20 C-on. Kénsavas (H 2 SO 4 ) pácolás 90 C-os oldatban. A pácridegség megszüntetése 200 C-on, kb. egy órás hőntartással. Hideg-meleg vizes mosás, szárítás. Foszfátozás
Acél előgyártmányok felületére 5-10 µm vastag porózus foszfátréteget visznek fel elektrokémiai eljárással. A foszfátréteg kenőanyagtároló-képessége sokszorosa a fémtiszta felületnek. Alakítás közben sem szakad meg, és nagy felületi nyomások esetén is a benne tárolt kenőanyag jó kenést biztosít. Ez fontos egyaránt a munkadarab jó felületi minősége és az alakító szerszám hosszabb élettartama szempontjából is. Hőkezelés A hidegalakítással egy műveletben elérhető alakváltozás mértéke, az alakított darab minősége szempontjából is fontos, az alakítandó darabok szövetszerkezete, szemcsefinomsága. Acélok esetén a 25-50.µm-es szemcseméret és a gömbszemcsés perlites szövetszerkezet a legkedvezőbb. Ez az ún. szferoidizáló lágyítással érhető el. Alumínium, réz és ötvözetei esetén a 45µm-körüli szemcseméretet célszerű beállítani. Gyűjtse ki az előkészítő műveletek környezetvédelmi hatásait! Környezetvédelmi kérdések Az ismertetett előkészítő műveletek, az alkalmazott vegyszerek, kenőanyagok és kenési technológiák a szakadatlan korszerűsödésük ellenére is sok gondot okoznak a környezetvédelem számára. A pácolásnál, vegyszeres tisztításnál, a foszfátozásnál keletkezett hulladékok veszélyes hulladékoknak számítanak. Az alkalmazott kenőanyagok gyártás utáni maradékát el kell távolítani. Ez újabb nehezen kezelhető hulladékot eredményez. A technológiák megválasztásánál az eddig főként a hideg-térfogatalakítások előnyeiről beszéltünk. Fontos, hogy a környezeti hatások is szerepeljenek a gyártási eljárások kiválasztásánál. A hidegalakításokat jellemző nagy nyomások miatt a kenés nem hagyható el, sőt törekedni kell a szerszám és a munkadarab felületeinek minél jobb elválasztásáról, hiszen a jellemzően nagy nyomások miatt az összehegedés veszélye nagyobb, mint más megmunkáló eljárásoknál. Fentiek alapján a környezeti problémák megoldására hideg térfogat alakítás esetén az ún. környezetbarát kenőanyagok és technológiák kutatása, kiválasztása és alkalmazása látszik reális célkitűzésnek. Fontos, hogy a közismerten jó tapadást és kenőhatást biztosító adalékok (kén, klór, nehézfém vegyületek) helyett nem mérgező adalékanyagokat (pl. CaCO 3 port), lágy fémbevonatokat (pl. alumínium, vörösréz) használjunk. Ismételje át a képlékenyalakítás hatását a fémek szövetszerkezetére és mechanikai tulajdonságaira vonatkozóan! Olvassa el a bekezdést! Tanulmányozza a 4.1. a és b ábrát! Jegyezze meg a hidegalakítás hatásait a szövetszerkezetre! 2. A hidegalakítás hatása a fémek tulajdonságaira 2.1. Az alakítási textúra kialakulása Az alakítatlan fém szövetszerkezetét szabálytalan, de lényegében gömbökkel körülírható szemcsék alkotják (4.1.a. ábra). Hidegalakítás során a szemcsék megnyúlnak a legnagyobb főalakváltozás irányába. A szemcséken belül a képlékeny alakváltozásban fontos szerepet
játszó legtömöttebb atomsíkok (csúszósíkok) is rendeződnek, közel azonos szöget zárnak be a legnagyobb főalakváltozás irányával. Az ilyen szövetszerkezet az alakítási textúra (4.1.b.ábra) Ez a szövetszerkezet anizotróp, azaz a mechanikai és alakíthatósági jellemzői a terhelés irányától függnek. Ez a hidegalakítás kedvezőtlen hatása. 4.1. ábra Alakítatlan (a) és alakított (b) fém szövetszerkezete Olvassa el a bekezdést! Jegyezze meg a hidegalakítás hatásait a fémek tulajdonságaira! Tanulmányozza/rajzolja le a 4.2. ábrát! 2.2. A hidegalakítás hatása a fém mechanikai tulajdonságaira Hidegalakítás hatására a fém szakítószilárdsága, folyáshatára és keménysége növekszik. A folyáshatár közeledik a szakítószilárdsághoz. Ez azt jelenti, hogy csökken az alakíthatóság. Ez a szakítóvizsgálattal, különböző mértékben alakított fémek esetén kapott szakadási nyúlás, kontrakció és fajlagos ütőmunka értékek is bizonyítják (4.2. ábra). 4.2. ábra Az alakítás hatása a fémek mechanikai tulajdonságaira Jegyezze meg az újrakristályosító hőkezelés célját és hatásait! Tanulmányozza/rajzolja le a 4.3. ábrát! A hidegalakítás okozta szövetszerkezeti változás, anizotrópia, az alakíthatóság csökkenése (a ridegedés) káros a további alakítás és a gyártott alkatrész felhasználása szempontjából is. Ezért szükség lehet újrakristályosító hőkezelésre. Ennek során a darab mechanikai
tulajdonságai, a fém szemcsefinomsága függ a hőntartás hőmérsékletétől, időtartamától és az alakítottság mértékétől. Az anizotrópia általában teljesen nem szüntethető meg. Újrakristályosító hőkezeléssel a fém keménysége az eredeti lágy állapotára csökkenthető. Képlékenyalakító szakember számára a felkeményedést jól szemléltetik a fémek szobahőmérsékleten felvett folyásgörbéi. Folyásgörbe: a fém alakítási szilárdságának változása az összehasonlító alakváltozás függvényében. A 4.3. ábrán különböző fémek jellemző folyásgörbéi láthatók. 4.3. ábra Alumínium, lágyacél és ausztenites korrózióálló acél folyásgörbéi Jegyezze meg a felkeményedés hatását a hidegalakító technológiákra! Látható az ábrán, hogy a három különböző, a hidegalakítás gyakorlata számára fontos fém alakítási szilárdsága különböző. A hidegalakítási technológiák szempontjából azonban még fontosabb a görbék meredeksége, a felkeményedési képesség, hiszen ettől függ alakítás során, hogy milyen mértékben nő az alakítás erőszükséglete és a szerszámokat terhelő mechanikai igénybevétel pl. felületi nyomás. Fontos az is, hogy a felkeményedés együtt jár az alakíthatóság csökkenésével. Olvassa el a bekezdést! Jegyezze meg a hidegalakítás és a forgácsolás jellemzőit, hatásait a munkadarabra! Rajzolja le a forgácsolással és a hidegalakítással készített csavar keresztmetszetének jelképes makroszkopi képét! Hasonlítsa össze a hidegalakítás és a forgácsolás jellemzőit! 2.3. Hidegalakítással, vagy forgácsolással készüljön egy alkatrész? A hideg- és melegalakítás előnyeit, hátrányait is mérlegelve kell eldönteni, hogy egy alkatrészt teljes egészében forgácsolással vagy alakított darabból történő készre munkálással állítsunk-e elő. További szempont a darabszám. Az alakító technológiák közismerten anyagtakarékosak is, de felszerszámozási és energia költségeik jelentősek. Ezt a két alapvetően gazdaságossági kérdést együtt kell számításba venni. Döntésünket befolyásolhatják még ún. műszaki szempontok, pl. jármű főalkatrészek esetén az alakított
előgyártmányból előállított alkatrészek nagyobb üzembiztonsága, kisebb súlya, dinamikus terhelhetősége, pl. a gépkocsik kerékfelfogó csavarjai. A kötőelemek (csavarok, szegecsek, szögek) gyártása az anyagtakarékosság okán is hidegalakítással, zömítéssel, fejezéssel történik. A csavarok előgyártmánya huzal, vagy rúd. Ezeket a kohászat meleghengerléssel, majd huzal, vagy rúdhúzással állítja elő. Ismert, hogy a hengerelt anyag megőrzi a melegalakításban kialakult szálasodott szerkezetét. A 4.4. ábrán látható egy forgácsolással készített csavar jelképes metszete (a,), valamint egy hidegen fejezett csavar keresztmetszete (b.) 4.4. ábra Telibe forgácsolt és hidegen fejezett csavar keresztmetszetének jelképes makroszkopi képe Az ábra szemléletesen mutatja, érzékelteti, hogy a hidegalakított csavar statikus és dinamikus terhelhetőség szempontjából is sokkal jobb. (Megjegyzés: A meleghengerlésnél szálasodott, hidegalakítás során alakítási textúrát nyerő fém tulajdonságai iránytól függőek. Ezért fontos tudni, hogy az alakítási textúrás, szálasodott szövetszerkezetű fém nagyobb szilárdsága, szívóssága csak akkor érvényesül, ha a szálasodás jól követi a munkadarab alakját, és megfelel a darab igénybevételének. Ez nagy felelősséget ró az alakító technológusra.) Olvassa el a bekezdést! Tanulja meg a hideg-térfogatalakító technológiák nevét! Tanulmányozza/rajzolja le a zömítés, a redukálás és a hidegfolyatás ábráját a szükséges jelölésekkel! Hasonlítsa össze a műveleteket! 2.4. Hideg-térfogatalakító technológiák Egy száras vagy fejezett munkadarab, melynek végét vagy közbülső részét nagyobb átmérőre kell alakítani, elkészíthető hidegzömítéssel, redukálással és hidegfolyatással is, geometriai viszonyaiktól függően. A 4.5. ábrán ezeknek a technológiáknak az elvi vázlatait láthatjuk.
zömítés redukálás hidegfolyatás 4.5. ábra Fejes-száras darabok készítésének lehetséges műveletei Írja fel/tanulja meg az összehasonlító alakváltozás mértékét meghatározó összefüggést! Nézzen utána, hogy milyen állapottényezők befolyásolják a fémek képlékeny vagy hideg viselkedését! Mindhárom eljárásnál az összehasonlító alakváltozás mértéke: D ϕ ö = 2ln (4.1.) d Ahol: d= a munkadarab szárrészének átmérője D= a fej átmérője zömítésnél, ill. a kiinduló méret redukálásnál és hidegfolyatásnál. Tanulmányozza a 4.1. példát (lásd függelék)! Végezze el önállóan is a szükséges műveleteket, elemezze az eredményt! Példa 4.1. Összehasonlító alakváltozás számítása és értékei Olvassa el a következő bekezdést! Tanulja meg a hidegzömítés, redukálás és hidegfolyatás célját, jellemzőit! A hideg-térfogatalakító technológiák rövid leírása: Hidegzömítésnél lényegében szabadalakításról van szó, legfeljebb művelet legvégén határozhatja meg a fej méretét a zömítő üreg. Zömítés során a huzal vagy rúd hosszmérete csökken, átmérője növekszik. A hidegzömítésnek több változata lehet. A zömített rész lehet a szárrész végén, közbülső részén, a zömítés lehet két síklap között is.
Redukálás esetén belátható, hogy az alakító F erő nem lehet túl nagy, nehogy az alakító kúp előtt a darab bezömüljön. Ez a műveletben elérhető átmérőviszonyt korlátozza, azaz D/d 1.1 1.2 (4.2.) Hidegfolyatásnál az előgyártmány belezömülhet a folyató matrica hengeres részébe. A fellépő háromtengelyű nyomó feszültségi állapotban az anyag képlékenyebben viselkedik. Így az elérhető alakváltozás (D/d viszony) mértékének lényegében a folyató szerszám terhelhetősége szab határt. A hidegfolyatásnak is sok változata van. Valamennyire jellemző a jelentősen zárt szerszámüreg, azaz a munkadarab anyaga viszonylag kis nyíláson folyik ki, a műveletekre jellemző a háromtengelyű nyomófeszültségi állapot, így az alakváltozás mértéke sokkal nagyobb lehet, mint húzófeszültségekkel jellemzett technológiáknál. A hidegzömítésnek és a hidegfolyatásnak több alapesete, változata van.. (Lásd következő lecke!)