4 Anyagszétválasztás nélküli lemezalakító eljárások

4 Anyagszétválasztás nélküli lemezalakító eljárások Sok olyan lemezalakító eljárás ismert, amelyeknél a megmunkálandó lemezt nem választjuk szét, hanem a síkbeli elhelyezkedésből eltérítjük, ezáltal egy térbeli alakzatot hozunk létre. Leggyakoribb ilyen eljárások az alábbiak: hajlítás, mélyhúzás, göngyölítés, egyengetés, simítás, vasalás, fémnyomás, domborítás, egyéb eljárások o szájbehúzás, o tágítás o dombornyomás / bordázás A fenti technológiák közül a jegyzet korlátolt terjedelme miatt csak a hajlítással és a mélyhúzással foglalkozunk részletesebben. 4.1 Hajlítás Hajlítás: Anyagszétválasztás nélküli lemezalakító (lemezalkatrész-gyártó) művelet, melynek során sík lemez egy részét adott (kívánt) szög alatt alakítjuk a többi részéhez képest. A hajlításnál a külső erők által létrehozott hajlítónyomaték hozza létre a képlékeny alakváltozást. A hajlítás helyén a lemezben húzó és nyomó feszültség ébred, amelyet a semleges szál választ el (4.1. ábra). A semleges szálban nem ébred feszültség. 4.1. ábra A lemez igénybevétele hajlításkor 85

4.1.1 Hajlítás fajtái, feszültségi állapot 4.2. ábra Különféle feszültségi állapotok Hajlításkor nem csak a jelzett érintő irányú feszültségek ( th. és tny. ) ébrednek a lemezben. A hajlítás helyén ébredő sugárirányú feszültség az ún. nyomott és húzó részeken is mindig nyomófeszültség. A lemezalkatrész szélessége irányában ébredő feszültségek nagysága függ a lemez vastagsági szélességi viszonyától (4.3. ábra). 86

A szélességéhez képest viszonylag vastag lemez keresztmetszete a hajlítás helyén jelentősen deformálódik. A lemezben szélességirányban feszültségek ( b ) nem ébrednek. (Síkbeli feszültségi állapot.) A vékony lemez keresztmetszetre szélesség irányában a hajlítás helyén nem változik. Az alakváltozás tehát síkbeli. A lemez geometriája miatt nem csökken a húzott és nem növekszik a nyomott rész szélessége, a húzott szálban húzó a nyomott szálban nyomó feszültség ébred szélesség irányban is. 4.3. ábra Feszültségi és alakváltozási állapot vastag keskeny, illetve vékony széles lemez esetén 87

4.1.2 V alakú hajlítás koncentrált erővel A V alakú hajlítás történhet nyitott, részben nyitott (félig zárt) és zárt hajlító szerszámban. 1 Hajlító bélyeg 2 mdb. a szerszám zárásának pillanatában 3 Hajlító matrica 4 Lemezalkatrész terítéke a hajlítás előtt s lemezvastagság l lemezteríték hossza w hajlító matrica nyílása α hajlítás szöge r hajlítás sugara r m hajlító matrica lekerekítése 4.4. ábra Zárt szerszámban végzett V alakú hajlítás vázlata 4.1.3 U alakú hajlítás koncentrált erővel 1 Hajlító bélyeg 2 mdb. a szerszám zárásának pillanatában 3 Hajlító matrica 4 Lemezalkatrész terítéke a hajlítás előtt 5 Ellentartós kilökő s lemezvastagság r hajlítás sugara r m hajlító matrica lekerekítése ( ) 4.5. ábra U alakú hajlítás vázlata 88

4.1.4 Hajlítás nyomatékkal (lengőhajlítás) 1 Felső megfogó 2 Lemez hajlítás közben 3 Alsó megfogó 4 Hajlító betét s lemezvastagság l, b lemezteríték hossza, vagy szélessége α köztes köztes hajlítási szöge 4.1.5 Az alakváltozás mértéke hajlításnál 4.6. ábra Lengő hajlítás Hajlításnál az alakváltozást mérnöki alakváltozási mérőszámmal jellemezük. A húzott szál alakváltozását határozzuk meg, mert a húzott szálban következhet be a túlzott nyúlás miatti szakadás. Eredetileg a húzott szélső rész hossza megegyezik a lemez középvonal hosszával, ezért ez a semleges szál hossza (l 0 ). Ehhez képest a húzott rész megnyúlik és l 1 méretű lesz. Ezzel a fajlagos mérnöki nyúlás: ( ) ( ) ( ) (4.1) 4.7. ábra Szélsőszál fajlagos alakváltozása 89

Látható ebből az összefüggésből is,hogy hajlításnál az hányadosnak fontos szerepe van. Ahhoz, hogy a hajlítás az adott esetén elvégezhető legyen feltétel kell, hogy teljesüljön. Látható, hogy az alakváltozás mértéke annál nagyobb, minél kisebb az viszony, azaz minél kisebb az r. A lemezanyag alakíthatósága viszont korlátozott. Ezért a hajlítás sugara nem lehet bármilyen kicsi, azaz létezik az un. minimális hajlítási sugár. 4.1.6 A minimális hajlítási sugár A lemez alakváltozása függ az viszonytól. Minél kisebb ez a hányados, minél kisebb a hajlítás sugara, annál nagyobb az alakváltozás és így a húzott szál nyúlásának mértéke. Ebből az következik, hogy a hajlítás sugara nem lehet akármilyen kicsi. A minimális hajlítási sugár minimális értéke a gyakorlat számára meghatározható az alábbi összefüggéssel: Ahol: c a lemezanyagtól függő tényező, s a lemez vastagsága (4.2) A c tényező értékét különböző anyagú és állapotú lemezek esetén a 4.1. táblázat mutatja. 4.1. táblázat c tényező Hengerlési állapot lágy Hengerlési állapot kemény Lemez anyaga Hajlítás tengelye Hengerlési irányra Hengerlési irányra merőlege megegyező merőlege megegyező Alumínium 0,3 0,8 Vörösréz 0,01 0,3 1,0 2 Sárgaréz CuZn37 0,4 0,8 Karbontartalom, C [%] Ötvözetlen acélok 0,2 0,1 0,5 0,5 1,0 0,3 0,2 0,6 0,6 1,2 0,4 0,3 0,8 0,8 1,5 0,5 0,5 1,0 1,0 1,7 0,6 0,7 1,3 1,3 2,0 Al95Cu4Mg1 lágyított Al95Cu4Mg1 kiválásosan keményítve Alumínium ötvözetek 1,0 1,5 1,5 2,5 2,0 3,0 3,0 7,0 90

A 4.2. táblázatban a minimális hajlítási sugár értéke látható az anyagminőség (szakítószilárdság) és lemezvastagság függvényében. A táblázatban látható az is, hogy a minimális hajlítási sugár függ attól is, hogy a hajlítás tengelye merőleges (hosszirány) vagy párhuzamos (keresztirány) a hengerlés irányával. 4.2. táblázat A lemez szakítószilárdsága, [ ] >390 390 490 490 640 A lemez szakítószilárdsága, [ ] >390 390 490 490 640 Minimális hajlítási sugár A lemez hengerlési iránya hajlítási szögig A legkisebb hajlítási sugár a hajlítandó lemez vastagságának függvényében >1 1 1,5 1,5 2, 5 2,5 3 3 4 4 5 5 6 6..7 Keresztirányban 5 6 8 10 1 1,6 2,5 3 Hosszirányban 6 8 10 12 Keresztirányban 5 8 10 12 1,2 2 3 4 Hosszirányban 6 10 12 16 Keresztirányban 6 8 10 12 1,6 2,5 4 5 Hosszirányban 8 10 12 16 A lemez hengerlési iránya A legkisebb hajlítási sugár a hajlítandó lemez vastagságának függvényében 7 8 8 10 10 12 12 14 14 16 16 18 18 20 Keresztirányban 12 16 20 25 28 36 40 Hosszirányban 16 20 25 28 32 40 45 Keresztirányban 16 20 25 28 32 40 45 Hosszirányban 20 25 32 36 40 45 50 Keresztirányban 16 20 25 32 36 45 50 Hosszirányban 20 25 32 36 40 50 63 Érdekes, hogy a minimális hajlítási sugár, vagy más kifejezéssel a lemez hajlíthatósága szorosabb összefüggésben a lemez szakítóvizsgálatánál tapasztalt kontrakció mértékével van. Ezért a fenti c tényező meghatározható a következő kifejezéssel: Ahol: q a szakítóvizsgálattal meghatározható kontrakció mértéke. 4.1.7 A hajlítás nyomatékszükséglete Látható, hogy a lemez feszültségi állapota és alakváltozása hajlítás közben bonyolult, két vagy háromtengelyű. Bonyolítja a kérdést az is, hogy a valóságban lemeznek a semleges réteget körülvevő húzott és nyomott részei együttesen s r vastagságban csak rugalmasan, a semleges rétegtől távolabbi részei képlékenyen alakváltoznak. Ezért a hajlítás nyomatéka két nyomaték összegeként is számítható (4.8. ábra): (4.3) 91

4.8. ábra Hajlítás nyomaték szükséglete rugalmas képlékeny, keményedő anyag esetén ( ) ( ) Ha Az egyszerűség kedvéért, de a gyakorlat számára elegendő pontossággal a hajlítás nyomatékszükségletének meghatározásához a hajlított lemez ébredő feszültségek egyszerűsített ábráját vesszük figyelembe(4.9. ábra). (4.4) (4.5) 92

4.9. ábra Hajlítás nyomaték szükséglete képlékeny, keményedő anyag esetén A húzott és nyomott részen is a lemez fél vastagsága és b szélessége által meghatározott keresztmetszetben fellépő erő: Ez a két erő erőpárt alkot az erőpár nyomatéka adja a hajlítás nyomatékszükségletét: (4.6) (4.7) 93

4.1.8 A V alakú hajlítás erőszükséglete A V alakú hajlítás esetén (ha a hajlítás koncentrált erővel történik) a hajlító erővel szemben fellépő (F r ) erők karja (x) a szerszám zárásának pillanatában a legkisebb. Ezért az F r erők ekkor a legnagyobbak (4.10. ábra) 4.10. ábra A V alakú hajlítás erőszükséglete (4.8) Ahol: az hajlítási szög fele. a hajlítás karja (4.9) (4.10) Derékszögű hajlítás esetén: (4.11) 94

4.1.9 Az U alakú hajlítás erőszükséglete U alakú hajlításnál a hajlító erőnek az alábbi vázlat szerint fellépő reakció erők és a matrica élén fellépő súrlódó erők függőleges összetevőit kell legyőzni (4.11. ábra). 4.11. ábra U alakú hajlítás erőszükséglet x az F r reakció erő karja a közbenső geometriai összefüggésből határozható meg (4.12) ( ) (4.13) ( ) ( ) ( ) ( ) (4.14) itt is a reakció erő a hajlító nyomatékból határozható meg: Az erők egyensúlya pedig: Behelyettesítés után: ( ) ( ) (4.15) (4.16) ( ) ( ) ( ) ( ) A trigonometrikus kifejezések határ értékei, ha hoz ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) (4.17) (4.18) és 95

(4.19) de ez utóbbi valószínűségi statisztikai alapon a legnagyobb gyakoriságot figyelembe véve 14 nek vehető. Ezzel a 90 os U alakú hajlítás erőszükséglete: ( ) (4.20) 4.1.10 A hajlított lemezalkatrész terítékének meghatározása Az ábrán látható lemezalkatrész kiterített hossza öt rész összegéből határozható meg (4.12. ábra): 4.12. ábra Lemezalkatrész Ahol: az a műhelyrajzon adott. az és az a semleges szál v. réteg hosszaként számító (4.21) Hosszának meghatározásához a r N ismerete szükséges. A r N a gyakorlat számára elegendő pontossággal az alábbi összefüggés és táblázat segítségével határozható meg: Ahol: x korrekciós tényező az től függően: 0,5 0,8 1,2 2 3 4 5 x 0,25 0,3 0,35 0,4 0,44 0,47 0,49 Esetünkben a korrekciós tényező: (4.22) 4.3. táblázat (4.23) 96

A lemezalkatrész kiindulási teríték hossza: ( ) ( ) (4.24) A hajlításnál fellépő feszültségek analíziséből a r N mértani középarányos a húzott és nyomott szélső szálak nyomai között. Azaz a semleges réteg sugara a képlettel is meghatározható. 4.1.11 A visszarugózás oka, mértéke és kiküszöbölési módjai A visszarugózás a hajlított munkadarab méret és alak pontosságát, minőségét befolyásolja. Mértékének meghatározásához és kiküszöbölésének csökkentésének megoldásához ismernünk kell az okát is. A visszarugózás okai: 1. A hajlított lemezdarabban a semleges réteg két oldalán (összesen s 1 vastagságú) rétegben az alakváltozás csak rugalmas. Ez az s 1 vastagságú rugalmasan deformálódott réteg képvisel egy nyomatékot (, ahol keresztmetszeti tényező). Ez a nyomaték a hajlító erő, vagy nyomaték megszűnte után rugalmasan kinyitja az szögben meghajlított darabot. 2. A lemez képlékenyen hajlított külső és belső húzott és nyomott rétegeinek összalakváltozása rugalmas és képlékeny alakváltozások összege. (Lásd a szakítódiagramban az egyenletes nyúlás szakaszát.) A hajlítás befejezésekor a rugalmas deformáció megszűnik, azaz az szögre hajlított darab kinyílik (4.13. ábra). 4.13. ábra Visszarugózás okai 97

4.14. ábra Hajlításnál használatos jelölések r a hajlítás sugara r N a semleges réteg sugara R a húzott szélső szál sugara s lemezvastagság hajlítás szöge a hajlítás szöge a visszarugózás után a visszarugózási szög. r a hajlítás sugara a visszarugózás után A visszarugózás mértékét () a gyakorlat számára elegendő pontossággal az alábbi összefüggésekből határozhatjuk meg (4.15. ábra): 4.15. ábra A K visszarugózási tényező a hajlítási sugár lemezvastagság hányados függvényében (4.25) 1) V alakú hajlításnál: (4.26) Ahol: w a szerszám nyílása K visszarugózási tényező;, ahol az x az r/s viszonytól függő tényező 98

U alakú hajlításnál: (4.27) A hajlított munkadarab rugalmas képlékeny alakváltozásának korrektebb analíziséből a levezetést mellőzve a visszarugózás szöge a következő összefüggésből is meghatározható: ( ) (4.28) A visszarugózás mértéke sokszor csak ellenőrző kísérletekkel (hajlító próbákkal) határozható meg. A fenti összefüggések és további tapasztalatok alapján megállapítható, hogy a visszarugózás mértékét az alábbi tényezők befolyásolják: - az anyag minősége (acél, alumínium, réz, stb.) - az anyag állapota (lágy, negyed-, félkemény, stb.) - a hajlítás szöge () - az r/s viszony (minél nagyobb az r/s, annál nagyobb a ) - a hajlítás sebessége (a gyakorlatban ez azt is jelentheti, hogy excenterprésen, vagy hidraulikus présen dolgozik-e a hajlítószerszám.) A visszarugózás kiküszöbölése (kompenzálása) A visszarugózás kiküszöbölésére (mérséklésére) a legkézenfekvőbb az ún. túlhajlítás. Ez azt jelenti, hogy a lemezalkatrészre előírt szögnél a darabot kisebb, szögűre hajlítjuk (4.16. ábra). Ez egyszögű (pl. V alakú) hajlításnál egyszerűen megoldható. Legfeljebb a visszarugózási szög mértékének bizonytalansága vagy lemezanyag adagonkénti változása okoz gondot. a lemezalkatrészt jellemző szög szöge a szerszámok jellemző a visszarugózási szög r a visszarugózás miatt a hajlítási módosított sugár 4.16. ábra Visszarugózás kiküszöbölése módosított hajlítási szöggel A túlhajlítás U alakú hajlításnál mozgó szerszámelem nélkül is megoldható a hajlítóbélyeg megfelelő kialakításával (4.17. ábra). 99

4.17. ábra Túlhajlítás U alakú hajlításnál Vastag, ill. lágyabb lemezek esetén a visszarugózás kiküszöbölhető vasalással is. V alakú hajlításnál, ha a szerszám zárása pillanatán túl kb. ( ) túlnyomást gyakorolunk a munkadarabra, csökken a visszarugózás mértéke (4.18. ábra). Igaz ez alakhibát okozhat a munkadarabon. 4.18. ábra Hajlítási sugáron történő vasalás V alakú hajlításnál U alakú hajlításnál a vasalóerő csökkentése érdekében a hajlított lemeznek csak egy részét vasaljuk meg (4.19. ábra). 100

4.19. ábra Vasalás U alakú hajlításnál Többszögű (pl. U alakú) hajlításnál a túlhajlítás rendszerint valamilyen pótlólagos mozgással valósítható meg. Ilyen megoldások a billenőtuskós (4.20. ábra), forgó görgős (4.21. ábra) vagy, oldalékes (4.22. ábra), szerszámokban történő hajlítás. 101

Billenő tuskós hajlítószerszám 4.20. ábra Billenő tuskós túlhajlítás 102

Forgógörgős hajlítószerszám 4.21. ábra Forgógörgős túlhajlítás 103

Oldalékes hajlító szerszám 4.22. ábra Oldalékes túlhajlítás 104

4.1.12 Hajlító szerszámok kialakítása, méretei 4.4. táblázat ( ) ( ) Lemez vastagság, s 1 2 3 4 5 6 7 8 t méret 4 7 11 15 18 22 25 28 Hajlító matrica magassága, H 20 30 40 45 55 65 70 80 ( ) ( ) Lemez vastagság, s 1 2 3 4 5 6 7 8 m méret 3 4 5 6 8 10 15 20 n tényező 0,15 0,1 0,1 0,08 0,08 0,07 0,07 0,06 105

4.1.13 Hajlítás élhajlító sajtón A több hajlítási szöggel bíró hosszú darabok hajlítása élhajlító gépeken történik. A hajlított darab egyes méreteit ütközővel biztosítjuk. Fontos a hajlító műveletek sorrendjének meghatározása. Különösen több szögű munkadarabok esetén. Általános elvként elfogadható, hogy a hajlító műveletek közül mindig a teríték végein lévő hajlításokat kell először elvégezni. A 4.23. ábra egy hajlítási sorrendet mutat be. 4.23. ábra Élhajlítás sorendje 106

Ha a 3 as és 4 es sarkokkal kezdtük volna a hajlítást, a hozzáférhetőség hiánya miatt az 1 es és 2 es sarkok nem lennének meghajlíthatók. Bonyolult, többszögű hajlításkor ugyancsak a hozzáférhetőség érdekében igen bonyolult keresztmetszetű bélyegek kellenek. Mivel a bélyegek is igen hosszúak lehetnek, ezeket a gyakorlatban hajlító pengéknek is nevezik. A hosszú hajlító matricákat úgy alakítják ki, hogy többféle hajlító műveletre is alkalmasak legyenek (4.24. ábra). 4.24. ábra Élhajlító szerzsámok 107

Korszerű élhajlító gépeken több mozgás automatizálható és programozható. Ilyenek: ütközők helyzete a hajlító bélyeg gyors, ún. közelítő sebessége, ill.a munkamozgás sebessége a vasaló erő a matrica forgatása megfelelő helyzetbe, stb. Az ilyen NC/CNC vezérlésű élhajlító gépek, különösen nem nagy darabszámú, de sokféle bonyolult darab esetén az ún. mellékidők csökkentése révén jelentős idő és költségmegtakarítást jelentenek. Erre láthatók példák az 4.25. ábra. Darabszám 100, megtakarítás 30% Darabszám 50, megtakarítás 50% Darabszám 50, megtakarítás 70% 4.25. ábra Példák az élhajlítás gazdaságosságára Az élhajlító gépek jellegzetes darabjai: műszerszekrények (dobozok) vázát képező 500 2000mm hosszú hajlított darabok ajtókeretek polcrendszerek vázkeretei burkolatlemezek, ahol mélyhúzással a gyártás a szerszámozási költségek miatt nem gazdaságos. 1 vezérlés és hidraulika 5 hidraulika munkahenger 9 gépállvány 2 vezérlő panel 6 prés (gerenda) 10 vezérlő állás 3 felső szerszám megfogó 7 infrakapu 4 ütköző 8 alsó szerszám megfogó 4.26. ábra TruBend 5130 típusú CNC vezérlésű élhajlító Az 4.26. ábra egy német gyártmányú TRUMF TruBend 5130 típusú, számítógéppel programozható élhajlító gépet mutat be. 108

Jellemző adatai: Adat tábla Kifejthető erő 1400kN Hajlítási hossz 3230mm Oszlopok közötti távolság 2690mm Maximális asztal gerenda közötti távolság 505/735 1 mm Használható hajlítóbélyeg hossz 385/615 1 mm Nyílás méret 420mm Gerenda meghajlás Bélyeg sebesség Y irányú gyorsjárati 220 Y irányú munkamenet 20 Y irányú visszajárat 220 Ütköző mozgási sebesség X irányú 1000 R irányú 330 Z irányú 1000 1) opció 4.5. táblázat 109

4.1.14 Hajlítás alakos hengereken Hosszú, később 6 m es darabokra vágandó, esetleg végül zárt profilokká hegesztett szelvények folyamatos gyártása történhet hajlító hengersoron. Az ábrán egy egyszerű, két hajlító hengerpárból álló hajlító művelet látható. 4.27. ábra Lemezből hengerelt U profil hajlítási sorendje 4.28. ábra U profil hajlítása hengerléssel 110

4.1.15 Hajlítási számpélda 4.29. ábra Hajlítandó munkadarab A munkadarab (4.29. ábra) szilársági és alakíthatósági jellemzői: Szakítószilárdság Folyáshatár Szakadási nyúlás Kontrakció A munkadarab anyagának folyásgörbéje (4.30. ábra): 4.30. ábra DC03 jelű anyag folyásgörbéje Számítsuk ki a 4.29. ábra szerinti hajlított munkadarab hajlítási technológiai adatait: 111

a) a darab kiterített hosszát, b) a húzott szélső szál alakváltozását c) a várható visszarugózási szöget d) a hajlítás nyomatékát e) az alakítás erőszükségletét f) a szükséges vasaló nyomást, ha vasalással kívánjuk csökkenteni a visszarugózást g) mennyi lenne a megengedett minimális sugár A munkadarab kiterített hosszának meghatározása: (4.29) A hajlítási sugár lemezvastagság hányadosa: (4.30) A lekerekítéseknél a semleges szál sugara: (4.31) A munkadarab kiterített hosszának meghatározása: (4.32) A húzott szélső szál alakváltozását: (4.33) A valódi alakváltozás mértéke: ( ) ( ) (4.34) Alakítási szilárdság értéke hajlítás után: (4.35) 112

Közepes alakítási szilárdság: (4.36) A várható visszarugózási szöget: ( ) ( ) (4.37) Hajlítás nyomaték szükséglete: ( ) (4.38) Ha a hajlítás élhajlíton történik, akkor egy V alak hajlításának erőszükséglete: ( ) (4.39) A vasaló nyomás függ a vasalt felülettől. Ha a vasalást a hajlítási sugáron végezzük, akkor a vasalt felület nagysága: (4.40) A vasaló nyomás értéke: (4.41) A vasalás erőszükséglete: (4.42) A hajlítás minimális sugara: (4.43) 113

4.2 Mélyhúzás technológiája Mélyhúzás során sík lemezből elsősorban húzó igénybevétellel üreges testet alakítunk ki. Vékonyfalú üreges testek tömeges előállítására a leggazdaságosabb képlékeny alakító technológia. Elrendezése 4.31. ábrán. Mélyhúzó szerszám fő részei: 4.31. ábra mélyhúzás elvi vázlata mélyhúzó bélyeg alakja a mélyhúzott munkadarab alakjának felel meg mélyhúzó gyűrű alakja követi a mélyhúzó bélyeg alakját, attól a húzóréssel nagyobb ráncgátló a húzandó lemez teríték ráncosodásának megakadályozására. Nem minden esetben szükséges teríték a kiinduló mélyhúzandó lemez. 4.2.1 Feszültségi állapot mélyhúzás során A mélyhúzás során a lemez egyes részei különböző feszültségi állapotba kerülnek. Alapvetően 5 jól elkülöníthető részt különböztethetünk meg (4.32. ábra): 114

4.32. ábra Feszültségi állapot mélyhúzás során A legfontosabb szakaszok jellemzése: I. Ráncgátló alatti lemez feszültségi állapota: Háromtengelyű feszültségi állapot. s - húzófeszültség (ez a feszültség igyekszik behúzni a lemezt a húzórésbe), a lemez síkjában ébred ráncosodást okozhat t nyomófeszültség σ z nyomófeszültség, a ráncosodást megakadályozó nyomás, ráncgátló nyomás Főfeszültségek tekintetében: 1 s 2 = σ z (p) 3 = t II. III. Húzott csésze falában a feszültségi állapot. Egytengelyű feszültségi állapot z húzófeszültség a húzóbélyegről viszi át a húzóerőt a csésze peremére. Ebből ébred a keresztmetszetben ez a húzófeszültség. Csésze fenekén a feszültségi állapot. Síkbeli feszültségi állapot a jellemző. A húzóerőt a bélyeg a csésze fenekén keresztül közvetíti a mdb-ra. s húzófeszültség t húzófeszültség Körszimmetrikus darabok esetén s = t ill. 1 = 2 115

4.2.2 Ráncosodás, ráncgátlás A mélyhúzás folyamatára jellemző, hogy egy nagyobb átmérőjű sík tárcsából (D) egy kisebb átmérőjű csészét (d) hozunk létre (4.33. ábra). Mint az ábrán is látható ez csak úgy jöhet létre, hogy az ábrán vonalkázott szegmensek az oldalmagasság növelésére fordítódnak. Erre egy nyomó igénybevételre van szükség. Ez biztosítja a t feszültség. Ezen nyomófeszültség hatására a lemez kihajlana, felülete hullámosodna, ráncosodna. Ezt a ráncosodást akadályozza meg a ráncgátló. Ha a lemez vastagabb, a kiinduló tárcsaátmérő (D) kisebb a ráncosodás veszélye nem áll fenn, ráncgátló nélkül is eredményes lehet a mélyhúzás. Ráncgátlót kell alkalmazni: 4.33. ábra Mélyhúzás folyamata ha D/s>40 (30) ha nagy a teríték átmérője ha kicsi a lemez vastagsága Ráncgátló nem kell: ha D/s< 30 (40) vagyis ha kicsi a teríték átmérője ha vastag a lemez 116

4.2.3 Ráncgátló nyomás A megfelelő ráncgátló nyomást végleges értékre a gyakorlati próbahúzások során állítják be. Tervezéshez egyes szerzők olyan összefüggéseket adnak, amelyek által meghatározott ráncgátló nyomások a kísérletek számára jó irányértéknek bizonyulnak. Siebel szerint: p r 2,5 1 0,5 d R 100 s m 2 0 N 2 / cm Romanovszki szerint: p r D D 2 1,2 d 100 s 2 N / cm 0 A gyakorlatban a mélyhúzható anyagminőségekre alkalmazott ráncgátló nyomásokat a 4.6. táblázat foglalja össze. Anyagminőség Mélyhúzható acéllemez Lemezvastagság mm p r N/mm 2 s<0,5 2,5 3 s>0,5 2 2,5 Sárgaréz 2 2,4 Al 99,5 1 1,2 Al-Mg-Si, Al-Mn 1,2 1,4 Al-Cu-Mg 1,5 1,8 4.6. táblázat 4.2.4 Húzási fokozat vagy húzási tényező, húzási viszony A mélyhúzás mértékének jellemzésére használjuk a húzási fokozatot. Húzási fokozat 4.31. ábra jelöléseivel: m ahol: d a húzott csésze közepes átmérője [mm] (kis lemezvastagság esetén a bélyegátmérő) D teríték (tárcsa) átmérője [mm] d D Többfokozatú húzásnál: Első húzás: Második húzás (első továbbhúzás): d m 1 1 D d m1 d 2 1 117

A húzási fokozati tényező 1-nél mindig kisebb, legkisebb elérhető értéke a fokozati határtényező. Elméleti határértéke m e =0,368 Húzási viszony: A húzási fokozat reciproka: Mélyhúzási fokozat irányértékei. Anyag Kezdő húzás Továbbhúzás m m 1 Kereskedelmi lágyacél 0,65 1,54 0,8 1,25 Mélyhúzható acél 0,6 1,76 0,8 1,25 Karosszéria lemez (kiválóan mélyhúzható lemez) 0,55 1,82 0,75 1,34 Ferrites korrozióálló acél 0,58 1,73 0,8 1,25 Ausztenites korrozióálló acél 0,59 1,69 0,83 1,2 4.2.5 A mélyhúzás erő- és munkaszükséglete 1 m D d 4.7. táblázat A hagyományos mélyhúzási eljárásoknál a mélyhúzó erő számítására több eljárás is ismert. A mélyhúzásnál az erőszükséglet több komponensből tevődik össze. Ezen komponensek az alábbiak: az alakításhoz szükséges erőkomponens [F al ], ráncgátló alatti súrlódó erő legyőzéséhez szükséges erőkomponens [F s ], a húzóélen végbemenő kettős hajlításának erőszükséglete [F hajl ], belső anyagelmozdulások létrejöttéhez szükséges erő [F bs ]. A különböző számítási eljárások a fenti komponensekből egy-kettőt, vagy többet vesznek figyelembe. Kevesebb komponens figyelembe vételénél bevezetnek olyan tényezőket, amellyel a többi komponens hatását igyekeznek ellensúlyozni, figyelembe venni. Számítási eljárások: a) Geleji szerint a mélyhúzás erőszükséglete [F m ] [2], F m k k d 0,2 0 b 2 p b 2 D 0 db s0 0,03 s0 Rp0,2 2 Fr e 1 e 2 s 0 R d 4 r m s 2 2 ahol: k k k fk D d 2 d 1 0 b b b) A fenékleszakító erő is alkalmazható a maximális mélyhúzó erő közelítő meghatározására. F dk s0 Rm max y 118

Ha a határhúzási viszonyhoz közel vagyunk, akkor y=1, ha < max, akkor az y értékei a 4.8. táblázatból vehetők ki. A mélyhúzás erőszükségletének változását a mélyhúzási út (csészemagasság h, bélyeg útja) függvényében a 4.34. ábra mutatja be különböző méretű húzórés esetén. 4.34. ábra A mélyhúzás erőszükségletének változása a mélyhúzási út (bélyeg útja) függvényében A mélyhúzás munkaszükséglete arányos a görbe alatti területtel. Ez alapján e F h W 1000 e értékei a húzási tényező mértékétől függnek. A 4.8. táblázatból a tájékoztató értékei kivehetők. 4.8. táblázat m 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,90 y 1,00 0,86 0,72 0,60 0,50 0,40 0,20 e 0,80 0,77 0,74 0,70 0,67 0,.64 0,60 4.2.6 Teríték méretének meghatározása Mélyhúzáskor nagyon fontos a kiinduló teríték méretének helyes meghatározása. Ha a kiinduló teríték kicsi: a mélyhúzás biztonságosan elvégezhető a mélyhúzott edény magassága nem adódik ki fülesedés miatt nem teljes kerület mentén biztosítható a mélyhúzott edény magassága Ha a kiinduló teríték nagy:. [J] a mélyhúzás esetleg nem végezhető el, fenékleszakadás lép fel anyagpazarlás, rossz anyagkihozatal a jellemző. 119

4.2.6.1 Közelítő számítási mód a teríték méretének meghatározására. A számítási mód jellemzői: térfogatállandósággal számolunk nem vesszük figyelembe a falvastagság változását, ezért a térfogatállandóságot felületi megegyezőségre egyszerűsítjük nem vesszük figyelembe a mélyhúzott edény lekerekítési sugarát. Ha ez kicsi, kisebb hibát vétünk, nagyobb sugárnál pontatlanabb a számítás, nem alkalmas a kiinduló teríték meghatározására. a lemez anizotrópiájából keletkező fülesedés miatt a mélyhúzott edény kívánt magasságánál 5%-kal nagyobb magasságot veszünk figyelembe. Hengeres üreges test kiinduló teríték méretének meghatározása: 3.34. ábra jelölései alapján fenti egyszerűsítések figyelembe vételével: Teríték átmérője: D Bélyeg átmérője: d Üreges test magassága: h Felületállandóság alapján: A munkadarab felszíne 2 2 D d d h 4 4 4.35. ábra Teríték átmérője: 2 D d 4 d h 120

Ha a húzott hengeres üreges test átmérője változó a lekerekítések nagyobbak, nem hanyagolhatók el, úgy a palást felületének meghatározása a Pappus-Guldin tétel segítségével történik. 4.36. ábra Pappus-Guldin tétel Bármely forgástest felületét kiszámíthatjuk, ha a forgástest meridián metszetének hosszát L szorozzuk a görbe súlypontjának a forgástengely körül leírt kör kerületével. 4.2.6.2 A falvastagság, lemezvastagság figyelembe vétele Mélyhúzás során a lemezvastagság nem marad változatlan. Egyes helyeken elvékonyodhat, más helyeken a lemezvastagság nőhet. A 4.37 ábrán bemutatjuk a lemezvastagság változását a mélyhúzott csésze keresztmetszeteiben. 4.37. ábra Mélyhúzás során legnagyobb lemezvastagság-csökkenés a 3-4 hely között (4.37. ábra) a fenékrádiuszból a hengerpalást felé való átmenet helyén lép fel. Ha nagy a mélyhúzás erőszükséglete, itt kell számítani lemezszakadásra (fenékleszakadás). A 6 jelű keresztmetszettől kezdve a lemezvastagság nő, mértéke függ az alkalmazott húzórés méretétől. A lemezvastagság-változás figyelembe vételéhez bevezetünk egy nyúlási számot (). 121

Ahol: s o a teríték lemezvastagsága s k a húzott csésze átlagos falvastagsága s k s 0 A mélyhúzás során a falvastagság általában növekszik, ezért <1. A fentiek figyelembe vételével a teríték átmérője az alábbiak szerint számítható: D 4 A nyúlási szám függ a mélyhúzó szerszám jellemző méreteitől, a húzás sebességétől és a ráncgátló nyomástól is. A fentiek függvényében tapasztalati adatok alapján a nyúlási szám a 4.9. táblázatból kivehető. r r M B s 0 0 z 0 dm d 2s B p N/mm 2 A forg v m/s 3 1,1 1 2 0.2 1,0 0,97 3 2 1,1 1,0 2 2,5 0,2 0,4 0,97 0,93 2 1,0 0,98 2,5 3 0,4 0,93 0,90 4.9. táblázat Az elméletileg meghatározott teríték végleges méretét próbahúzások során kell megállapítani, és csak ezután lehet teríték-kivágó szerszámot legyártani vagy a terítéket megrendelni. 4.2.7 Húzások számának meghatározása, közbenső lágyítás Mélyhúzott üreges testet gyakran nem tudunk egy lépésben kész méretre gyártani. Ilyen esetben többlépcsős mélyhúzással érhetjük el, a végső méretet. (4.38. ábra). A mélyhúzás hidegalakító művelet, amely velejárója a megmunkált lemez felkeményedése, az alakváltozásának a kimerülése. Tovább alakítva az anyag tönkremegy. Ennek megakadályozására a mélyhúzási fokozatok közé újrakristályosító lágyítást kell beiktatni. Húzási tényező: m d D Átmérőcsökkenésből származó alakváltozást kifejezhetjük a húzási tényezővel: D d d q 1 1 m D D Ha a kiinduló tárcsaátmérő D, akkor az egyes húzási fokozatokban az alábbi húzási tényezők határozhatók meg: 122

123 4.38. ábra Előhúzó fokozat: D m d D d m 1 1 1) továbbhúzó fokozat: D m m d D m d d d m 1 2 2 1 2 1 2) továbbhúzó fokozat: D m m d D m m d d d m 2 1 3 1 3 2 3 1 n) továbbhúzó fokozat: D m m d d d m n n n n n 1 1 1 Ha a húzási tényező az előhúzó fokozatban m, a továbbhúzó fokozatok mindegyikében m 1, akkor a szükséges húzási fokozatok az alábbi összefüggéssel határozható meg: 1 lg ) lg( lg 1 m D m d n n Ha eltekintünk a falvastagság változásától, akkor az egyes húzásokban elért alakváltozásokat az alábbiak szerint írhatjuk fel: Előhúzó fokozat: m D d D q 1 1 1 1) továbbhúzó fokozat: m m D d D q 1 2 2 1

2) továbbhúzó fokozat: k) húzás után: q q k D d D 3 3 1 D d D k m 1 m 2 1 m k1 1 m Ha az alakítás során q k q max akkor olyan mértékű az anyag felkeményedése, hogy közbenső lágyítás nélkül nem végezhető el e mélyhúzott edény gyártása. Húzások száma első lágyításig: lg 1 qmax lg m k 1 lg m 1 Különböző anyagminőségek megengedhető húzási tényezőit, ill. alakváltozások maximális értékeit a 4.10. táblázat tartalmazza. Húzási fokozat szokásos értékei és a maximálisan megengedhető alakváltozások mélyhúzható anyagminőségekre. 4.10. táblázat Anyag Előhúzó fokozat m Továbbhúzó fokozat m 1 Max. alakváltozási mérték q össz max Kereskedelmi lágyacél 0,60 0,65 0,80 0,45 0,55 Mélyhúzható acél 0,55 0,60 0,75 0,80 0,55 0,65 Sárgaréz CuZn37 0,52 0,55 0,75 0,80 0,65 0,70 Sárgaréz CuZn32 0,50 0,55 0,70 0,75 0,75 0,85 CuZn28 Réz Cu 0,55 0,60 0,80 0,85 0,70 0,80 Al 99,5 0,52 0,55 0,70 0,75 0,55 0,65 Al-Mg-Cu 0,55 0,60 0,80 Fenti adatok Schuler- szerint pneumatikus ráncgátlón érvényesek, merev ráncgátló esetén 5-10%-kal nagyobbak. PÉLDA Példa a húzási műveletek számának, ill. a közbenső lágyítás helyének meghatározására. Gyártandó 100 mm-es belső méretű, 200 mm magas mélyhúzott edény. a) Kiinduló teríték átmérőjének meghatározása (falvastagság változásától eltekintünk) 2 100mm 4100mm 200mm mm 2 D d 4 d h 300 124

b) A tervezett húzási fokozatok száma ha m=0,55 m 1 = 0,8: lg d lg( m D) lg100 lg(0,55 300) n 1 1 3,24 lg m lg0,8 1 Tehát a szükséges húzási fokozatok száma n=4, mert a húzási fokozatokat csak felfelé szabad kerekíteni. A húzási fokozatok számát háromra választva előfordulhat, hogy a mélyhúzás nem valósítható meg, mert az egy műveletre eső alakváltozás, illetve annak erőszükséglete nagy lesz és az edény feneke leszakad. A húzási műveletekben kapott átmérők: d 100 d3 125mm 0,8 0,8 d3 125 d2 156mm 0,8 0,8 d2 156 d1 195mm 0,8 0,8 Tehát: m D d 195 300 1 0,65 Teríték átmérője D= 300 mm Előhúzó fokozat d 1 =195 mm m=0,65 Első továbbhúzó fokozat d 2 =156 mm m 1 =0,8 Második továbbhúzó fokozat d 3 =125 mm m 1 =0,8 Harmadik továbbhúzó fokozat d 4 =100 mm m 1 =0,8 Mint látható, az előzetesen az első előhúzó fokozatban tervezett m=0,55 húzási fokozat a felfelé való kerekítés miatt véglegesen m=0,65-re adódott. c) Közbenső lágyítás szükségessége: Húzások száma az első lágyításig, ha q max =0,60 k lg(1 qmax ) lg m 1 lg m 1 lg(1 0,6) lg 0,65 1 3,18 lg 0,8 Tehát a 3. húzás után lágyítani kell, mert a negyedik húzást már nem bírná elviselni az anyag. Az alakváltozás mértéke a harmadik húzás után: q D d D 300 125 300 3 3 0,58 < qmax 125

4.2.8 Mélyhúzásra alkalmas anyagok Mélyhúzásra alkalmas anyagok lehetnek: acélok kis széntartalmú ötvözetlen acélok ferrites korrózióálló acélok ausztenites korrozióálló acélok vörösréz sárgaréz alumínium és ötvözetei Az anyagok jellemzői: kémiai összetételük keménységi fokozat felületi minőség Keménységi fokozat szerint az anyagok: 1) lágy (R mlágy, vagy HB lágy ) 2) negyed kemény (R m =1,1 R mlágy, vagy HB=1,1 HB lágy ) 3) félkemény (R m =1,2 R mlágy, vagy HB=1,2 HB lágy ) 4) kemény (R m =1,4 R mlágy, vagy HB=1,4 HB lágy ) 5) rugó kemény (R m =1,8 R mlágy, vagy HB=1,8 HB lágy ) Mélyhúzásra legalkalmasabb a negyed, nyolcad keménységű anyag. A keménységi fokozatot általában a lemezek hideghengerlésével biztosítják. A hengerelt lemezek egyirányú alakítást szenvednek a hengerlés során és a mechanikai tulajdonságaik a hengerlési iránytól függővé válnak. Az mondjuk, hogy a lemez anizotróp. Mélyhúzás során a lemez körszimmetrikus igénybevételnek van kitéve. Mivel a lemez tulajdonságai nem szimmetrikusak a mélyhúzás során a csésze fülesedni fog (4.39. ábra). A fülesedés számszerűen is kifejezhető: H f 4.39. ábra max H H min min 100% A mélyhúzott edényről a képződött füleket el kell távolítani, így növeli a teríték méretét, rontja az anyagkihozatalt. 126

4.2.9 Mélyhúzó szerszámok geometriai kialakítása A mélyhúzó szerszám egyes elemeinek geometriai kialakítása hatással van a mélyhúzás folyamatára. Rosszul kialakított geometriával esetleg el sem végezhető a mélyhúzás. 4.2.9.1 Húzó élek lekerekítése Ráncgátló nélküli mélyhúzás: A húzógyűrű lekerekítési sugara befolyásolja az alakítás erőszükségletét. Minél nagyobb az R M annál kisebb lesz a húzóerő. Ráncgátló nélküli mélyhúzásnál a körívvel lekerekített húzógyűrű maximális sugara: Ráncgátlós mélyhúzás: R max D d 2 Ebben az esetben kisebb lekerekítés valósítható meg, mert csak így biztosítható a szükséges ráncgátlás. Gyakorlati adatok alapján a húzógyűrű lekerekítési sugarára ajánlott értékeket az 4.11. táblázatban foglaltuk össze. 4.11. táblázat Anyagminőség Lemezvastagság (mm) R M (mm) s 0 3 (5-10) s 0 Mélyhúzható acéllemez 3< s 0 6 (4-6) s 0 6 s 0 <20 (2-4) s 0 Alumínium, réz, sárgaréz s 0 3 (3-5) s 0 3 s 0 <20 (1,5-3) s 0 Oehler a következő összefüggést ajánlja: R m 50 D d1 0 0,05 s A tapasztalatok szerint az így meghatározott lekerekítési sugárnál kisebb sugárral is biztonságosan elvégezhető a mélyhúzás. A bélyeg lekerekítési sugara főként a lemez elvékonyodását befolyásolja. Általában az a célszerű ha megegyezik a húzógyűrű lekerekítési sugarával. Ha a késztermékre ennél kisebb lekerekítési sugár van előírva, ezt az utolsó fokozatban kell biztosítani. De ebben az esetben sem lehet kisebb az alábbi értékeknél: s 0 6 mm R Bmin = 2,5 s 0 6<s 0 <20 mm R Bmin =1,5 s 0 4.2.9.2 Húzórés Nem falvékonyító mélyhúzásnál a húzórésnek akkorának kell lennie, hogy a megnövekedett vastagságú palást is könnyen áthúzható legyen. A húzórés méretének meghatározására több összefüggés is ismert, de ökölszabályként elfogadható, hogy a húzórés megegyezik a lemezvastagsággal, vagy a húzóerő csökkentése végett kis mértékben nagyobb. Így: ( ) 127

Oehler különböző anyagok esetén az alábbi húzórés méreteket ajánlja: Acélra Alumíniumra Nem vas fémekre Melegszilárd ötvözetekre z s 0,07 10s z s 0,02 10s z s 0,04 10s z s 0,2 10s 4.2.10 Mélyhúzó szerszámok 4.2.10.1 Rugós ráncgátlós mélyhúzó szerszám 4.40. ábra 128

4.2.10.2 Hidraulikus ráncgátlós mélyhúzó szerszám 4.41. ábra 129

4.42. ábra 4.43. ábra 4.2.11 Kifordító húzás 4.44. ábra 130

4.3 Nyújtva húzás Nagyméretű, vékony lemezből készülő lemezalkatrészek (pl. burkolatok, gépjármű karosszéria elemek) alakítása közben az alakváltozás nem a mélyhúzásnál fellépő feszültségi állapotban megy végbe. Ezekben a műveletekben a lemezt a szélein szilárdan leszorítják vagy mozdulatlan, vagy némi mozgásra képes megfogókkal. A lefogott sík lemezt merev alakító forma (bélyeg) domborítja rendszerint nem mély edénnyé (4.45. ábra). Ez a műveletet nyújtva húzásnak nevezzük. (Előfordulhat, hogy a kiinduló teríték csak két végén van megfogva. Ekkor lényegében nyújtva hajlításról beszélünk. A merev bélyeg hajlítja, feszíti a lemezt. Ez a megoldás a hajlításnál fellépő visszarugózás kiküszöbölésére, csökkentésére is alkalmazható módszer (4.46. ábra) 4.45. ábra Nyújtva- húzás művelete 4.46. ábra Nyújtva-hajlító művelet A nyújtva húzás tehát elsősorban abban különbözik a mélyhúzástól, hogy a teríték pereme nem mozog a szerszám középpontja felé. A nyújtva húzó bélyeg felet (alatt) lévő lemezben síkbeli (kéttengelyű) húzó feszültségi állapot lép fel. A két főfeszültség értéke annál inkább közel van egymáshoz, minél kisebb az alakító bélyeg felületén fellépő súrlódás. Ellentétben a mélyhúzással, ahol a bélyeg felületén fellépő súrlódás segítheti a folyamatot, nyújtva húzásnál fontos, hogy minél kisebb súrlódás legyen a bélyeg és a lemez felülete között. Ez azért fontos, hogy a kifeszített lemez teljes felületére minél egyenletesebben terjedjen ki a lemez alakváltozása, azaz ne legyen helyi elvékonyodás. Így érhető el a nyújtva húzással alakított lemez legnagyobb felületnövekedése. 131

Hasznos következmény az is, hogy így lesz a viszonylag kis mértékben alakított lemezalkatrész elég merev. Húzó, vagy fékező bordás mélyhúzás egyébként már részben nyújtva húzásnak tekinthető. A húzó, vagy fékező bordák bizonyos fokig csak nehezítik a lemezperem befelé mozgását, és általában nem is terjednek ki a teríték teljes kerületére. A 4.47 ábrán egy bonyolult kerületű karosszéria elem gyártásánál alkalmazott fékezőborda elrendezés és egy nagyméretű sajtoló szerszám alsó és felső része látható. 4.47. ábra Fékező borda elrendezés és nagyméretű karosszéria elem sajtolószerszám Nyújtva húzással azok a lemezanyagok dolgozhatók fel előnyösebben, melyeknek a keményedési kitevője nagyobb (jó ha n>0,215). A kevésbé keményedő lemezanyagok ugyanis hajlamosak arra, hogy bennük az alakváltozás (az elvékonyodás) egyre szűkebb helyre korlátozódjon. Ez pedig az alakítási folyamat stabilitását veszélyezteti. Ezzel szemben a helyi elvékonyodás veszélye kisebb, az esetleges vékonyosodással járó keményedés eredményeként. Egyenletesebb lehet tehát a deformáció eloszlása a teljes lemezben [23]. 132

4.4 Dombornyomás Nagyfelületű lemezalkatrészek, karosszéria lemezek kis merevséggel rendelkeznek. Rázó igénybevétel esetén rezegnek, hangot adnak, energiaelnyelő képességük is kicsi. Ezeknek a problémáknak a kiküszöbölésére merevítő dombornyomást lehet alkalmazni. Ez a lemezbe helyi benyomásokat jelent, úgy hogy az alakváltozást a lemez megnyúlása, nem jelentős vékonyodása biztosítja. Ilyenkor csak a benyomott borda környezete szenved képlékeny alakváltozást, tehát a karosszériaelem terítéke méretének meghatározásánál nem kell figyelembe venni. A dombornyomott bordát úgy kell kialakítani, hogy a fenti célok elérése mellett a karosszériaelemet díszítse, ne rontsa a esztétikai tulajdonságát. A 4.48. ábrán példák láthatók bordanyomással merevebbé tett lemezalkatrészekre. 4.48. ábra Dombornyomással merevített, díszített lemezalkatrészek A dombornyomás helyi nyújtva húzó műveletnek tekinthető, az alakító szerszámba behelyezett (cserélhető) betétekkel oldható meg. Az alakítás erőszükségletét abból a feltételezésből lehet meghatározni, hogy a borda kerülete mentén a lemezben az alakítási szilárdságának (itt elfogadható, hogy folyáshatárának) megfelelő húzófeszültség kell, hogy ébredjen (4.49. ábra). 4.49. ábra A dombornyomásnál ébredő húzófeszültség Az erőszükséglet a gyakorlat számára elegendő pontossággal: Ahol: K a borda kerülete (mm) s 0 a kiinduló lemezvastagság (mm) R e a lemezanyag folyáshatára. F= Ks 0 R e cosα [N] 133

4.5 Alakítás folyékony közeggel (Hydroforming) [21] A folyékony közeggel történő alakítás széles körben alkalmazott eljárás: 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. 4.5.1 Lemezalakítás folyékony közeggel és bélyeggel (Hidroform eljárás) A hidroform eljárás szerszáma a 4.50. ábrán látható. A sajtó nyomófejére van felerősítve a hidraulikus folyadékot (általában vizet vagy olajt) tartalmazó felső szerszámfél, amelyet alulról egy kb. 20 mm 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. 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 szokásos 2-2,4 értékről 3-4 értékre is megnövekedhet. A húzási viszony jelentős növekedése ellenére sem használatos magas mélyhúzott edények gyártására, mert az alkalmazott membrán túl gyorsan elhasználódik. Alkalmazható: 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 134

4.50. ábra Hidroform eljárás 4.5.2 Hidromechanikus mélyhúzás (4.51. ábra) Az ábrán látható 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. 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. 135

4.51. ábra Hidromechanikus mélyhúzás 4.5.3 Lemezalakítás matricával (negatív formával) és folyadékkal A 4.52. ábrán olyan folyadékkal történő alakítás látható, amelynél sík lemezt folyadéknyomás kényszerít a munkadarab negatív formájába, a matricába. 4.52. ábra Alakítás negatív formával és folyadékkal 136

4.5.4 Összehegesztett lemezek folyadéknyomással történő alakítása A peremükön összehegesztett lemezek közé préselt nagynyomású folyadékkal bonyolult keresztmetszetű alkatrészek alakíthatók. A folyadéknyomás a lemezek közé hatol, a lemezek pedig felveszik az osztott szerszámüreg alakját (4.53. ábra) 4.5.5 Csövek alakítása folyadéknyomással 4.53. ábra Két összehegesztett lemez alakítása folyadékkal 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. A folyadéknyomásos csőformálás egyik alapesete a T-idom gyártás, a 4.54. ábrán látható. 137

4.54. ábra T-idom alakítás folyadéknyomással Az ábra alsó részén látható, hogy alakítás után, a kinyomott rész felső részének levágásával jön létre a T-idom. A 4.55. ábrán, bonyolult keresztmetszetű, nagy keresztmetszeti tényezőjű üreges tartó alakítás látható. 4.55. ábra Csőszerű tartó alakítása folyadéknyomással Folyadéknyomással alakított bonyolult alakú csőszerű alkatrészek láthatók a 4.56. ábrán. 138

4.56. ábra Folyadéknyomással alakított bonyolult csőszerű alkatrészek Folyadéknyomásos csőalakítást (bővítés) során lyukasztó műveletek is végezhetők. Ilyen csőbővítés és lyukasztási műveletek láthatók a 4.57. ábrán. 4.57. ábra Lyukasztással egybekötött folyadéknyomásos csőbővítés 139

A folyadéknyomással alakított lyukasztott csőszerű rudak jelentős szerepet játszanak a gépjármű önhordó vázszerkezetében (4.58. ábra). 4.58. ábra Folyadéknyomással alakított tartó egy személygépkocsiban 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. 140

4.6 Poliuretán elasztomerek alkalmazása a lemezalakítás területén Kissorozatú lemezalkatrész gyártás esetén jelentős hányadot alkot az alkatrész önköltségében a szerszámköltség. A szerszámozási költségek csökkentésének egyik útja a merev szerszámfelek közül az egyiknek rugalmas közeggel, poliuretánnal vagy gumival történő helyettesítése. Ezáltal szerszámtípustól függően a szerszámköltség ötödére, tizedére, huszadára csökkenhet. 4.6.1 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, amelyet a 4.59. ábrán mutatunk be [13, 14]. 4.59. ábra Poliuretán elasztomer és a befoglaló koffer méretei H.Wilhelm szerint Az U alakú szárak 90 -os felállítása lemezvastagságtól, hajlítási sugártól függően a visszarugózás miatt csak 1-5 -os pontossággal lehetséges. Párhuzamos szárakkal rendelkező U alakú hajlítás túlhajlítással biztosítható. 141

4.60. ábra Túlhajlítás poliuretán elasztomerben A túlhajlítás megvalósítása merev acélszerszámokban bonyolult szerszámkonstrukcióval lehetséges. Poliuretán elasztomer párnában történő hajlítással ez egyszerűen, könnyen megoldható. Egy ilyen szerszámot mutat be a 4.60. ábra. Az ábrán az 1 és r i1 a visszarugózással korrigált értékek, míg az 2 és r i2 a kész munkadarab méretei (visszarugózott állapotban). Az ilyen konstrukciójú szerszám a hagyományos szerszám költségeinek a huszadrészét sem éri el. 4.6.2 Kivágás, lyukasztás poliuretán elasztomerrel A rugalmas közegként alkalmazott gumi, vagy poliuretán alkalmas vékonyabb lemezek kivágására is. Ma már 0,05...0,1 mm és 2,0...2,5 mm közötti vastagságú acéllemez is vágható poliuretán elasztomerrel. A vágás pontossága az IT 8...12 fokozatnak felel meg. A kisebb vastagsági lemezek vágásához tartozik a nagyobb pontosság, amely különösen figyelemre érdemes, mert a kisebb lemezvastagsághoz tartozó kis vágórés elkészítése igen pontos megmunkálást igényel hagyományos szerszámoknál. A kivágás elvi elrendezése a 4.61. ábrán, a különböző elrendezésű lyukasztás a 4.62. ábrán látható [15]. Lyukasztásra a legkedvezőbb kialakítás a b ábrán látható. Ebben az esetben a legkisebb a vágás után visszamaradó sorja magassága. 4.61. ábra Poliuretán párnával történő kivágás 142

4.62. ábra Lyukasztás rugalmas közeggel Kivágásnál, lyukasztásnál nagyon lényeges a kivágó- illetve a lyukasztósablon magassága. A lyukasztósablon optimális magassága a minimális sorjaképződés szempontjából: 1 0,01 A s H 3 11, 3 kell hogy legyen. [16, 17, 18]. Az összefüggésben: s - lemezvastagság [mm], A 11,3 L 10 d 11, S 0 0 3 0 [mm] mérési hosszhoz tartozó százalékos nyúlás. 4.6.3 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. Ezen művelet önmagában is jelentőséggel bír nagyobb felületű burkolati elemek merevségének megnövelésére. Különböző elhelyezésű és méretű bordákkal növelhető meg a lemez merevsége. A poliuretánnal való domborításnak akkor van nagy jelentősége, ha a domborítás egy lépésben a kivágással elvégezhető. A 4.63. ábrán látható egy szellőzőrács jellegű alkatrész egy lépésben való készre munkálását biztosító szerszám elvi felépítése [19]. 143

4.63. ábra Kivágás, lyukasztás, domborítás egy lépésben A kivágás és domborítás egy műveletben történő elvégzése esetén ügyelni kell a helyes nyomásérték megválasztására. Ha előbb történik meg a kivágás, mint ahogy a domborítás befejeződne ez magával húzhatja a már kivágott lemezt, és így rontja a kivágás pontosságát, alakhűségét. A kivágáshoz szükséges nyomást a kivágósablon magasságával lehet szabályozni. A domborítás felhasználható lemezalkatrészekbe különböző számok, feliratok, forgásirányt jelző nyilak sőt dísztárgyak plakettek készítésére is. 4.6.4 Bővítés, tágítás poliuretán elasztomerrel Cső és csészeszerű munkadarabok tágítására, bővítésére, hordósítására a poliuretán elasztomer optimális megoldást biztosít. Merev acélszerszám esetén a tágítást biztosító tüskét osztottan kell elkészíteni, azokat egymáshoz képest pontosan kell illeszteni. A szegmensek közti hézag, amely tágításkor megnő nyomot hagy a munkadarabban, sőt a szegmensek száma befolyásolja a munkadarab alakhűségét is. Poliuretán elasztomer alkalmazása esetén csak a külső alakadó szerszámfelet kell elkészíteni acélból - rendszerint osztottan, hogy a kész munkadarab kivehető legyen - a merev tüskét egy rugalmas elem helyettesíti. Ez a rugalmas elem a sajtó munkalökete alatt összenyomódik, az erő hatásvonala alól igyekszik kitérni, így a tágítandó darabot az acél szerszámfélbe nyomja. Ilyen megoldások láthatók a 4.64. ábrán. A két ábrát összehasonlítva látható, hogy más a poliuretán elasztomer igénybevétele. A 4.64.a. ábrán beépített tárcsa alakú poliuretánt igen nagy nyomásnak kell alávetni, hogy a nyomás irányára merőlegesen biztosítsa a szükséges alakítási nyomást. Ez a poliuretán viszonylagosan gyors tönkremeneteléhez vezet. Az ábrán a poliuretán kialakítása olyan, hogy könnyen kitér a függőleges alakító erő elől és nagy nyomásokat biztosít oldalra. 144