Alak Elmélet

ÓBUDAI EGYETEM Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Anyagtudományi- és Gyártástechnológiai Intézet

Képlékenyalakító technológiák rendszerezése Oktatási segédlet

Összeállította:

2010.

dr. Horváth László fıiskolai docens

Rendszerezes.doc

TARTALOMJEGYZÉK

1. Bevezetés ........................................................................................................................ 3 2. Képlékenyalakítás fogalma, helye a gyártási eljárások között ................................. 4 2.1 Gyártási eljárások fıcsoportjai .......................................................................... 4 2.2 Képlékenyalakító technológiák rendszerezése .................................................. 5 2.2.1 Alakítás gyártási fıcsoport eljárásai................................................... 5 2.2.1.1 Nyomó igénybevétellel alakító eljárások............................. 6 2.2.1.2 Húzó-nyomó igénybevétellel alakító eljárások.................... 8 2.2.1.3 Húzó igénybevétellel alakító eljárások ................................ 9 2.2.1.4 Hajlító igénybevétellel alakító eljárások.............................. 9 2.2.1.5 Nyíró igénybevétellel alakító eljárások ............................... 10 2.2.2 Szétválasztás gyártási fıcsoport képlékenyalakító eljárásai .............. 11 2.2.3 Egyesités gyártási fıcsoport képlékenyalakító eljárásai .................... 11 2.3 Elérhetı gyártmányjellemzık............................................................................ 12

-2-

Rendszerezes.doc

1. Bevezetés A képlékenyalakító technológiák napjainkban gyakran alkalmazott eljárások. Alkalmazásukkal a tervezett alkatrészt más technológiákhoz képest nagy termelékenységgel, kis anyagveszteséggel és kis energiafelhasználással lehet gyártani, ugyanakkor az így elıállított alkatrész mechanikai tulajdonságai kedvezıek. A képlékenyalakító technológiák kialakulása egyidıs a fémek megismerésével és alkalmazásba vételével. A kovácsolás, edényformázás, lemezek, huzalok, szúró- és vágó fegyverek gyártása mind olyan kézmőipari eljárás volt, melyek alkalmazását számos múzeumi tárgy bizonyítja. Ilyen tárgyakat szemléltetnek az 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 és 1.5 ábrák. A nagyipari technológiák kialakulásával és a gépek megjelenésével a gyártható alkatrészek választéka és mérete jelentısen megnövekedett, különösen a tömegcikkipar fejlıdésével. A korszerő gépkocsikban, híradástechnikai termékekben, háztartási gépekben a képlékenyalakítással gyártott alkatrészek részaránya 90% felett van. Tehát a képlékenyalakító technológiáknak igen jelentıs szerepe van az alkatrészgyártásban. Lemezalakító technológiákkal készült jellegzetes gyártmányok láthatók az 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 1.10, 1.11, 1.12 ábrákon. Térfogatalakító technológiákkal gyártott alkatrészeket, valamint forgácsoló megmunkáláshoz képlékenyalakítással gyártott elıgyártmányokat szemléltetnek az 1.13, 1.14, 1.15, 1.16, 1.17 ábrák. A forgácsnélküli alakítás, vagy képlékenyalakítás mint fogalom a fémek megmunkálásához kötıdik, de más szerkezeti anyagok (kerámiák, mőanyagok) is feldolgozhatók ezekkel az eljárásokkal.

-3-

Rendszerezes.doc

2. Képlékenyalakítás fogalma, helye a gyártási eljárások között A használati eszközök elıállítása, a természetben található nyersanyagok kívánt célnak megfelıen elvégzett feldolgozása. Az átalakítási folyamat, vagy más szóval a technológia: a cél elérését biztosító eljárások összessége. A 2. fejezet rendszerbe foglalja a gyártási eljárásokat, továbbá bemutatja a képlékenyalakítással végzett gyártás fogalmát, röviden jellemzi a fontosabb eljárásokat.

2.1 Gyártási eljárások fıcsoportjai Egy alkatrész elıállítására, vagy használati értékének növelésére szolgáló technológiák az alábbi hat gyártási eljárás fıcsoport valamelyikébe sorolhatók (2.1.1. ábra). • • • • • •

Elsıdleges alakadás (elsı- vagy ısalakadás) Szétválasztás Egyesítés Bevonás Anyagtulajdonságok változtatása Alakítás

Elsıdleges alakadás: ömledékbıl, alaktalan szilárd állapotból (por), vagy gázhalmazállapotból végzett elsı alakadás (pl.: öntészeti, porkohászati és kondenzáláson alapuló technológiák). Nagymérető öntecsek öntése látható a 2.1.2 ábrán. Szétválasztás: az anyag helyi folytonosságának megszüntetésével végzett alakadás (pl.: forgácsolás, vágás, törés, stb.). Különféle forgácsoló eljárásokat szemléltetnek a 2.1.3 és 2.1.4 ábrák. Egyesítés: részelemek, alkatrészek egyesítésével végzett alakadás (pl.: hegesztés, forrasztás, ragasztás, összeszerelés, stb.). AWI hegesztéssel végzett kötés kivitelezése látható a 2.1.5 ábrán. Bevonás: alkatrészek használati értékének növelése, esztétikai megjelenésének javítása felületkikészítéssel (pl.: galvanizálás, zománcozás, lakkozás, festés, porszórás, stb.). Porszórással végzett felület bevonás látható a 2.1.6 ábrán. Anyagtulajdonságok változtatása: az alkatrész mechanikai tulajdonságainak megváltoztatása belsı, anyagszerkezeti struktúrájának átalakításával (pl.: hıkezelı technológiák összessége, pl. lágyítás, edzés, megeresztés, újrakristályosítás). Nagymérető alkatrész látható hıkezelési folyamat közben a 2.1.7 ábrán. Alakítás: alakadás képlékenyalakítással Melegalakítás hımérsékletén végzett sajtolómőveleteket szemléltet a 2.1.8 és 2.1.9 ábra. A gyakorlatban a képlékenyalakító eljárások között kerülnek ismertetésre a "Szétválasztás" és az "Egyesítés" gyártási eljárás fıcsoport olyan eljárásai, amelyek elmélete a képlékenységtan elméletével tárgyalható és szerszámozásuk a klasszikus képlékenyalakító technológiák szerszámozási ismereteivel végezhetı.

-4-

Rendszerezes.doc

A képlékenyalakító technológiák döntı többsége, a technológia végrehajtásával elérendı cél szempontjából az “Alakítás” gyártási fıcsoportba sorolható, ahol elsıdleges cél az alakadás. Néhány eljárás viszont a “Szétválasztás” illetve az “Egyesítés” gyártási fıcsoportba sorolható, mert ezek alkalmazásának célja: alkatrész leválasztása, vagy alkatrész(ek) egyesítése. A képlékenyalakító technológiák elérendı cél szerinti csoportosítását szemlélteti a 2.1.10 ábra.

2.2 Képlékenyalakító technológiák rendszerezése A rendszerezés célja: • fogalommeghatározás, • az áttekintés megteremtése a képlékenyalakító eljárások sokaságában. A csoportosítás különféle rendezıelv szerint végezhetı. A rendezıelv a technológia valamely lényegesnek tartott jellemzıje, vagy jellemzıi, amelyek alapján az egyes eljárások a fontosnak tartott ismérvek szerint csoportosíthatók. A leggyakoribb rendszerezési szempontok: a./ Az igénybevétel jellege a képlékeny zónában és a relatív szerszámmozgás, b./ Az alakítás hımérséklete, Hidegalakító technológiák Melegalakító technológiák Félmeleg-alakító technológiák c./ Az alakított darab és elıgyártmányának geometriai jellemzıi, Térfogatalakító technológiák Lemezalakító technológiák d./ Iparág szerinti csoportosítás Kohászati képlékenyalakító technológiák Gépipari képlékenyalakító technológiák

2.2.1 Alakítás gyártási fıcsoport eljárásai Az alakítás fıcsoportba tartozó technológiák további alcsoportokba sorolása a képlékeny zónában uralkodó igénybevétel jellege szerint végezhetı, amelyet a 2.2.1.1 ábra szemléltet. Valamennyi képlékenyalakító technológiánál kijelölhetı három fıigénybevételi irány. Az egyes irányokban különbözı alapigénybevételek (húzó, nyomó, hajlító, nyíró, csavaró) léphetnek fel. Valamely fıigénybevételi irányban az abszolút legnagyobb alapigénybevételt uralkodó igénybevételnek, egyúttal az alakítási folyamat igénybevételi viszonyaira legjellemzıbbnek tekintjük. Másodlagos rendezı elv az alakító szerszámok fımozgása az alakítási folyamat során, amely lehet: • alternáló, egyenesvonalú fımozgású szerszámokkal végzett alakítás, • forgó fımozgású szerszámokkal végzett alakítás.

-5-

Rendszerezes.doc

Így például a hengerlés: nyomó igénybevétellel, forgó fımozgású szerszámokkal végzett képlékenyalakító eljárás.

2.2.1.1 Nyomó igénybevétellel alakító eljárások A nyomó igénybevétellel alakító eljárások közös jellemzıje, hogy az alakítási folyamat során a képlékeny zónában nyomófeszültség az uralkodó vagy jellemzı feszültségi állapot. Hengerlés A hengerlés ellentétes irányú forgó fımozgást végzı, hajtott hengerekkel végzett nyomóalakítás. A hengerek a munkadarabon legördülnek, így a munkadarabot haladó mozgásra kényszerítik. A lemezhengerlés elvi vázlata látható a 2.2.1.1.1 ábrán. A szalag-, vagy lemezhengerlésnél az elıgyártmány vastagságának csökkentése a cél. A hengerelt vastagságot a hengerpár egymáshoz viszonyított távolsága határozza meg. A fémek képlékenyalakításának legnagyobb tömegő termékmennyiségét elıállító eljárása a hengerlés. A világ acéltermelésének mintegy 85%-át hengerléssel dolgozzák fel. A hengerelt termékek alakja, méretválasztéka és minıségi választéka rendkívül széles. A hengerléssel elıállított termékek alakítását meleghengerléssel kezdik. A melegalakítási hımérsékleten a fém alakváltozó képessége nagy, ezért viszonylag kis hengerlési nyomással nagy mértékő maradó alakváltozás hozható létre. Bizonyos termékeket (lemezek, szalagok) a melegalakítást követıen hidegen tovább hengerlik. A hidegen hengerelt termékek felületminısége, méretpontossága lényegesen jobb mint a melegen hengerelteké. A hengerelt termékek kisebb hányada közvetlenül felhasználásra kerül (pl.: vasúti sín, csı, betonacélok, stb.). A többi hengerelt termék elıtermék jellegő. További feldolgozásukhoz más képlékenyalakító eljárásokat, vagy forgácsolási technológiákat használnak. A hengerlés néhány speciális eljárásával nagy termelékenységgel gyárthatók: menetek (menethengerlés), bordás tengelyek (horonyhengerlés), kovácsdarabok (kovácshengerlés), tárcsaszerő alkatrészek (támolygó hengerlés). Szabadalakító kovácsolás Az álló és az alternáló egyenesvonalú mozgást végzı szerszámok között, nyomóigénybevétellel, a melegalakítás hımérsékletén végzett alakítás. Elvi vázlata a 2.2.1.1.2 ábrán látható. A szerszámok a munkadarab alakját nem, vagy csak részben tartalmazzák. Az alakítás kiterjedhet a darab teljes- vagy résztérfogatára. A szabadalakító kovácsolás elınye, hogy néhány egyszerő szerszámmal sokféle alakú és különbözı tömegő kovácsdarab gyártható. Hátránya, hogy a kovácsolt darabok méretszórása nagy. Az így alakított darabok csak jelentıs forgácsoló megmunkálással alakíthatók készre. Felhasználják a süllyesztékes kovácsoláshoz elıalakított darabok kialakítására is. Süllyesztékes kovácsolás A kovácsolási hımérsékletre hevített elıgyártmány kettı vagy több, egyenesvonalú, alternáló mozgást végzı szerszámrész között, nyomóigénybevétellel végzett alakítás. Elvi vázlatát a 2.2.1.1.3 elvi ábra szemlélteti. A szerszám zárt állapotában a szerszámrészekbe munkált üregek a munkadarab alakját formázzák. A munkadarabot teljesen, vagy túlnyomórészben körülfogják. Az alakadás részben nyitott, vagy teljesen zárt üregben, -6-

Rendszerezes.doc

sorjaképzıdéssel vagy anélkül mehet végbe. A kész geometriát biztosító üreg (kész üreg) kímélése céljából gyakran elıalakító üregeket alkalmaznak (pl. kész elıtti üreg, nyújtó üreg, anyagelosztó üreg, stb.). A süllyesztékben gyártható darabok tömegét a rendelkezésre álló gépi berendezés névleges nyomóereje, vagy ütési energiája, valamint a nagymérető süllyesztékek elıállítási költsége korlátozza. A kovácsolható darabok tömege néhány grammtól több száz kilogrammig terjedhet. Süllyesztékben kovácsolt hajtórúd elıgyártmányát, a kész elıtti üregbıl kikerült munkadarab geometriát és a készre kovácsolt munkadarabot szemlélteti a 2.2.1.1.4 ábra. Több, továbbfejlesztett eljárásváltozata ismert, mint például a vizszintes kovácsolás, és a körkovácsolás.

Érmenyomás Lemezbıl leválasztott (kivágott) tárcsaszerő elıgyártmány felületén rajzolatok (él, domborulat) kialakítása, helyi képlékenyalakítással a 2.2.1.1.5 ábrán látható elvi vázlat szerint. Redukálás Rúdból, vagy huzalból leválasztott csapszerő elıgyártmány keresztmetszetének csökkentése kúpos redukálógyőrőn való részleges átnyomással. Az alakítás elvi vázlata a 2.2.1.1.6 ábrán látható. Az egy mőveletben létrehozható keresztmetszet-csökkenés azzal korlátozott, hogy a szabad (redukálógyőrő által meg nem támasztott) nyomott anyagrész nem zömülhet és nem hajolhat ki. Folyatás Folyatógyőrőbe helyezett elıgyártmány kisajtolása a folyatóbélyeggel -az alakadó nyílás kivételével minden oldalról- zárt üregbıl. A folyatás eljárásváltozatait a munkadarab geometriával és a folyatóbélyeg elmozdulási irányához viszonyított anyagmozgás irányával jellemzik. A leggyakoribb eljárásváltozatok: • tömör test elırefolyatása, (2.2.1.1.7 ábra) • üreges test kétirányú folyatása, (2.2.1.1.8 ábra) • üreges test hátrafolyatása, (2.2.1.1.9 ábra) • tömör test keresztirányú folyatása, • vegyes geometriájú test kétirányú folyatása (2.2.1.1.10 ábra).

Rúd- és profilsajtolás A feldolgozandó fém melegalakítási hımérséklet-tartományába hevített préstuskót a recipiensbıl (felvevıbıl), a recipienst lezáró lap alakadó nyílásán keresztül kisajtolják. Elvi vázlatát a 2.2.1.1.11 ábra szemlélteti. Termelékenyen csak a kiválóan jól alakítható fémek dolgozhatók fel ezzel a technológiával. Sajtolással olyan bonyolult geometriájú szelvények, üreges idomok, bordás csövek is aránylag egyszerően elıállíthatók, amelyeket egyéb képlékenyalakító mővelettel egyáltalán nem, vagy csak bonyolult módszerekkel lehetne elıállítani. Az alumínium-félgyártmányok elıállításában a hengerlés mellet a kisajtolás a legelterjedtebb képlékenyalakító eljárás. Elınyei a hengerléssel szemben: • tömör, üreges és alámetszett szelvényő rudak is sajtolhatók, • a rúdszelvény szigorúbb tőréssel gyártható mint hengerléssel. -7-

Rendszerezes.doc

Hátrányai: • a nagyobb gyártási hulladék (présmaradék), • termelékenysége kisebb, • fajlagos gyártási költségei (Ft/m) nagyobbak mint hengerlésnél. Zömítés Huzalból vagy rúdból leválasztott elıgyártmány, teljes vagy résztérfogatára kiterjedı keresztmetszet-növelés, miközben annak axiális irányú mérete csökken. Az alakadás történhet oldalirányú határolás nélkül, és oldalirányú határolással. A zömítés végezhetı a hideg-, félmeleg- és melegalakítás hımérsékletén. A hidegalakítás hımérsékletén, végzett zömítésnek fontos szerepe van a kötıelem (szeg, szegecs, csavar, csavaranya), a gördülıcsapágyak gördülıelemeinek (csapágygolyó, hengergörgı, kúpgörgı), valamint a fejescsapok tömeggyártása során. Az elıgyártmány résztérfogatára kiterjedı oldalirányú határolással végzett fejzömítés kezdı és befejezı fázisát szemlélteti a 2.2.1.1.12 ábra..

Szőkítés Üreges (csészeszerő) lemezalkatrészek keresztmetszetét helyileg csökkentı eljárás. A falvastagság kismértékő növekedésével és a munkadarab hosszának elhanyagolható mértékő megnyúlásával jár. A munkadarab tengelye irányában mőködtetett nyomóerı az üreges testet (csésze, hüvely, csı, stb.) a szőkítı győrőbe nyomja, ahol létrejön a tangenciális irányú rövidülés. Peremszőkítés (szájbehúzás) elvi vázlatát szemlélteti a 2.2.1.1.13 ábra. Támolygó sajtolás Az elıgyártmány alakjának és méretének megváltoztatása egyidejő forgó és támolygó mozgást végzı, kúpos, alakos bélyeggel, amely egy alakot adó matricába sajtolja a munkadarabot. A támolygó sajtolással végzett alakadás jellegzetes fázisait szemlélteti a 2.2.1.1.14 ábra. Hidegbenyomás Üreges szerszámok bonyolult, de nem túl mély üregeinek kialakítására gazdaságos eljárás lehet a hidegbenyomás, ha a munkadarab (leendı szerszám) anyagának alakítási szilárdsága az összehasonlító alakváltozás függvényében egy bizonyos határérték alatt marad. Az alakítás elvi vázlatát a 2.2.1.1.15 ábra szemlélteti. Az ábra jelölései: 1-benyomó bélyeg, 2-munkadarab, 3-edzett felvevıgyőrő, 4-lágy felvevıgyőrő, 5-alátétlap, 6-munkadarab külsı kontúr benyomás elıtt és után. Villamos duzzasztás Villamos duzzasztással a rúd elıgyártmány meghatározott hosszúságú szakaszán melegítéssel és az ezzel egyidejőleg alkalmazott rúdírányú nyomással keresztmetszet növekedés hozható létre. Igen nagy D/d=8-30 átmérıviszonyú alkatrészek elızömítésére alkalmazzák. A villamos duzzasztással végzett keresztmetszet növelés három jellegzetes fázisát szemlélteti a 2.2.1.1.16 ábra. A zömítendı „a” rudat a villamosan jól vezetı „b” befogó pofa és az „f” elektróda között egy villamos áramkör részévé teszik. A hidraulikusan mőködtetett „d” bélyeg a rudat az „f” üllıelektróda felé nyomja. Az áram bekapcsolása után a munkadarabban kiváló Joule-hı az áramkör részét képezı szakaszt gyorsan felmelegíti. A hideg rudat folyamatosan átnyomva a „b” befogóelektródák között, az anyag felhalmozódása, vagyis az átmérı növekedése a melegített rúdvég környezetében -8-

Rendszerezes.doc

végbemegy. A befogó- és az üllıelektródák közötti távolság lassú növelésével megfelelı nagyságú hely biztosítható a kialakuló „g” fej részére.

2.2.1.2 Húzó-nyomó igénybevétellel alakító eljárások E csoportba sorolt eljárások képlékeny zónájának különbözı tartományaiban egyidejőleg, vagy a folyamat egyes szakaszaiban, közel azonos nagyságú húzó- vagy nyomó igénybevétel uralkodik. Ezért a húzó- vagy nyomó igénybevétellel alakító eljáráscsoportba sorolás nem jellemezné helyesen az uralkodó igénybevételi állapotot. Emiatt indokolt a húzó-nyomó igénybevétellel alakító eljáráscsoport létrehozása. Mélyhúzás Üreges mukadarab kialakítás sík lemezterítékbıl, vagy lemezbıl készült üreges elıgyártmányból egy vagy több mélyhúzási mővelettel. A mővelet során nincs szándékos falvastagság változtatás. Elsı húzás: sík lemezterítékbıl üreges test elıállítása mélyhúzással. Végezhetı ráncgátló nélkül, vagy ráncgátlóval. A ráncgátlóval végzett elsı húzás elvi vázlatát a 2.2.1.2.1 ábra szemlélteti. Továbbhúzás: üreges test továbbhúzása ráncgátlóval vagy anélkül más alak, rendszerint kisebb átmérı létrehozása céljából. Ráncgátlóval végzett továbbhúzás elvi vázlata látható a 2.2.1.2.2 ábrán. Kifordító húzás: mélyhúzott üreges test továbbhúzása olymódon, hogy belsı palástja kívülre kerül, melyet a 2.2.1.2.3 ábra szemléltet. Hidromechanikus mélyhúzás Üreges munkadarab kialakítása, merev (acél) húzóbélyeggel, amely a lemezterítéket a húzási folyamat alatt szabályozott ellennyomású folyadéktérbe nyomja. Elvi vázlata a 2.2.1.2.4 ábrán látható. Falvékonyító mélyhúzás Csésze szerő elıgyártmány továbbhúzása, a húzott palást falvastagságának szándékos vékonyításával, melynek elvi vázlatát a 2.2.1.2.5 ábra szemlélteti. A húzórés (a húzóbélyeg és a húzógyőrő közötti oldalankénti távolság) kisebb mint az elıgyártmány falvastagsága. Huzal- és rúdhúzás Huzal, vagy rúd elıgyártmány áthúzása a kívánt húzott keresztmetszetet biztosító húzógyőrőn, a keresztmetszet csökkentése céljából, melynek elvét a 2.2.1.2.6 ábra szemlélteti. Peremezés Meghatározott magasságú perem felhajlítása lemezteríték, vagy lemezbıl létrehozott üreges test szélén (külsı peremezés), vagy lyuk szélén (belsı peremezés). Lyukperemezés elvi vázlata látható a 2.2.1.2.7 ábrán.

-9-

Rendszerezes.doc

Fémnyomás Lemezterítékbıl forgástest alakú üreges darabok alakítása nyomópadon, vagy nyomógépen, forgó mélynyomó formán, (-formában) nyomógörgıvel a 2.2.1.2.8 ábrán látható elvi vázlat szerint. Bordarogyasztás Lemezbıl kialakított körszimetrikus üreges csésze palástján a teljes kerület mentén körbefutó merevítı borda kialakítása. Elvi vázlata a 2.2.1.2.9 ábrán látható.

2.2.1.3 Húzó igénybevétellel alakító eljárások Az alakítási folyamat során a képlékeny zóna pontjaiban túlnyomóan húzó igénybevétel vagy együttesen fellépı húzó és nyomó igénybevétel uralkodik, de az abszolút legnagyobb igénybevétel mindig húzó. Nyújtóhúzás Befogott szélő, vagy keretre feszített lemez alakos szerszámra húzása. A mővelet a felület kismértékő megnövekedésével jár. Az alakítás elvi vázlatát a 2.2.1.3.1 ábra szemlélteti. Bıvítés Üreges (csészeszerő) lemezalkatrészek keresztmetszetét helyileg növelı eljárás, amely lehet perembıvítés, vagy alakbıvítés. Perembıvítés elvét szemlélteti a 2.2.1.3.2 ábra. Alaknyomás A munkadarab alakjának csekély mértékő megváltoztatása helyi nyúlásokkal, miközben a lemezvastagság alig változik, például: díszítı mintázat, merevítı bordázat kialakítása. Az alaknyomás elvét szemlélteti a 2.2.1.3.3 ábra.

2.2.1.4 Hajlító igénybevétellel alakító eljárások Az alakítási folyamat során a képlékeny zónában a hajlító igénybevételre jellemzı feszültségállapot dominál. Hajlítás Azoknak a képlékenyalakító mőveleteknek a győjtıneve, amelyekkel a munkadarab tengelyvonala, vagy szimmetria vonala adott szögben, vagy ívben megfelelı görbületi sugárral a kívánt alakra változik. Végezhetı egyenesvonalú, alternáló mozgást végzı szerszámokkal és forgómozgást végzı szerszámokkal. Attól függıen, hogy a szerszámok a hajlítandó munkadarab geometriáját nem, részben, vagy teljesen meghatározzák, megkülönböztethetı szabad-, félsüllyesztékes- és süllyesztékes hajlítás. Lemezteríték hajlítószerszámban végzett U és V alakú süllyesztékes hajlítását szemlélteti a 2.2.1.4.1 ábra. Hengerítés Sík lemez hengeresre, vagy ívesre hajlítása sima felülető hajlítóhengerek között. Az alakítás elvi vázlata a 2.2.1.4.2 ábrán látható.

- 10 -

Rendszerezes.doc

Görgıs egyengetés Hajtott egyengetı görgık között végzett szabad hajlítás a hullámos részek eltüntetésére, vagyis a síkszerőség növelésére. Elvi vázlata a 2.2.1.4.3 ábrán látható. Folyamatos görgıs profilhajlítás Szalag, vagy sáv elıgyártmány folyamatos, hosszirányban haladó, hajlító alakítása hajtott hajlítóhengerek között, nyitott vagy zárt szelvényő rúd, vagy profilos rúd létrehozása céljából. Az alakítás elvi vázlatát a 2.2.1.4 ábra szemlélteti. Hullámosítás Sík lemez hullámossá alakítása forgó mozgású fogazott hengerekkel a 2.2.1.4.5 ábrán látható elvi vázlat szerint, vagy egy álló és egy egyenes vonalú alternáló mozgást végzı szerszámpár között, melyet a 2.2.1.4.6 ábra szemléltet. Lengıhajlítás Lemez szélének felhajlítása adott szögben és adott hajlítási sugárral, egy a lemez rögzítését végzı pofapár és az íves elfordulást (lengı mozgást) végzı szerszámfél között. A lengıhajlítás elvi vázlata a 2.2.1.4.7 ábrán látható.

2.2.1.5 Nyíró igénybevétellel alakító eljárások Az alakváltozás a képlékeny zónában túlnyomóan nyíró vagy csavaró igénybevétel hatására megy végbe. A csavaró igénybevétellel alakító eljárások besorolását a nyíró igénybevétellel alakító eljárások csoportjába az indokolja, hogy az utóbbiaknál is τ csúsztató feszültség hatására megy végbe az alakváltozás, valamint az hogy a csavaró igénybevétellel alakító eljárások száma és jelentısége csekély. Áttolás A síkszerő (lemez) vagy rúdszerő munkadarab anyagát a lemez síkjára, illetve a rúd tengelyvonalára merıleges mozgású bélyeggel megnyomva a szomszédos anyagrészeket egymáshoz képest eltolják. Az áttolás elvét a 2.2.1.5.1 ábra szemlélteti. Az anyag a nyomott oldallal ellentétes oldalon a bélyegbehatolás mértékének megfelelı mértékben kiemelkedik. Az áttolás mértékét a törés vagy repedés megjenése korlátozza. Elcsavarás A munkadarab egyes részeinek egymáshoz viszonyított maradandó elfordítása, azaz elcsavarása, melynek elvét a 2.2.1.5.2 ábra szemlélteti. A nyugvó csapok elcsavarásával gyártják a hat- és nyolchengeres motorok forgattyústengelyeit. Lemezbıl készült alkatrészeket szereléskor gyakran egyesítenek az erre kialakított fülek elcsavarásával.

2.2.2 Szétválasztás gyártási fıcsoport képlékenyalakító eljárásai A szétválasztás gyártási fıcsoport eljárásai nem felelnek meg a klasszikus alakítás definíciójának, mert ezeknél az eljárásoknál az anyagfolytonosság nem marad fenn. A képlékenyalakító eljárások közötti tárgyalásukat az indokolja, hogy szerszámozásuk hasonló a hagyományos képlékenyalakító szerszámokéhoz és a szétválasztási folyamat - 11 -

Rendszerezes.doc

kezdeti szakasza a képlékenységtan elméletével tárgyalható. A “Szétválasztás” fıcsoport “Darabolás” alcsoportjába tartozó eljárásváltozatokat a 2.2.2.1 ábra szemlélteti. Nyíróvágás Szétválasztás, az egymás mellett vágórés távolságban elmozduló vágóélek között a 2.2.2.2 ábrán látható elvi vázlatnak megfelelıen. A vágási vonal lehet zárt (önmagába záródó), vagy nyitott. A darab egyik szélét keresztezı, vagy a széleket egyáltalán nem keresztezı nyitott vágási vonallal végzett szétválasztás a részleges szétválasztás. Kivágás Zárt vonalon végzett nyíróvágás, teljes szétválasztással. A kiesı darab a munkadarab. A kivágás elvi vázlata a 2.2.2.3 ábrán látható. Lyukasztás Zárt vonalon végzett nyíróvágás, teljes szétválasztással. A kiesı darab a hulladék. Elvi vázlata a a 2.2.2.4 ábrán látható. A definíciókból következik, a kivágó és a lyukasztó szerszám tőréstechnikai méretezése eltérı. Finomkivágás A hagyományos kivágáshoz képest jobb vágott felületminıséget, alakhőséget és méretpontosságot eredményezı kivágóeljárás. A vágólapon és kivágóbélyegen kívül a szerszámnak további két aktív szerszámeleme van, az ékgyőrőlap és az ellenbélyeg, melyet a 2.2.2.5 ábra szemléltet. Ezek segítségével a nyírási zóna feszültségállapota kedvezıen módosítható, aminek következménye a növelt pontosságú alkatrész. Hasítás Forgó körkésekkel, hasítóollón végzett egyenesvonalú teljes szétválasztás, keskeny szalagok tekercselt lemezbıl való elıállítására, illetve sávok lemeztáblából való leválasztására. A hasítás elvi vázlatát a 2.2.2.6 ábra szemlélteti. Hengerelt lemezek egyenetlen szélének hasítással végzett eltávolítása: a szélezés. Ékvágás Szétválasztás ékalakú élkiképzéső késsel, melynek elvi vázlata a 2.2.2.7 ábrán látható. Az egykéses ékvágást, amelynek a másik aktív eleme síklap, a késes vágás. A kétkéses ékvágás, amelynél a késélek egymással szemben mozognak, a harapóvágás. A vágási vonal lehet zárt, vagy nyitott.

2.2.3 Egyesítés gyártási fõcsoport képlékenyalakító eljárásai E gyártási fıcsoporthoz azok a képlékenyalakító technológiák sorolhatók, amelyekkel kettı, vagy több alkatrész kapcsolható egymáshoz helyi képlékeny alakváltozás létrehozásával. Az eljárásokat a 2.2.3.1 ábra szemlélteti.

- 12 -

Rendszerezes.doc

Korcolás Korcolással lemezek mereven (nem oldhatóan) köthetık össze. Az alkatrészek egymással párhuzamos szélét elıször egymásba akaszthatóra hajlítják. A korcolt alkatrészek összenyomása és az egyik fél behajlítása biztosítja a kötés létrejöttét. A korckötés elvét a 2.2.3.2 ábra szemlélteti. Ezzel az eljárással olyan anyagminıségő lemezek köthetık össze, amelyek jól hajlíthatók. Az adott lemezvastagsághoz a megengedett minimális hajlítási sugarat számításba kell venni. Igénybevétel szerinti besorolásnál a hajlító igénybevétellel jellemezhetı technológiák közé sorolható. Plattírozás A plattírozás nem más mint fémlemezzel borítás. Bevágással részben szétválasztott plattírozott lemezt szemléltet a 2.2.3.3 ábra. Például a gyenge vegyi ellenálló képességő fémbıl készült szalag, lemez vegyi ellenállásának biztosítására fokozott vegyi ellenállású tiszta, vagy ötvözött fémlemezzel borítják. A gazdaságossága abból adódik, hogy csak a vegyi anyaggal érintkezı rész korrózióálló, a hordozó alapfém olcsó szerkezeti acél lehet. A plattírozás egyik lehetséges technológiája, amelynél az alapfém tuskót fedılemezek közé helyezik és a hegedési hımérsékleten végzik a további hengerlést. A lemezek kötésszilárdságát csökkentı oxidációt úgy akadályozzák meg, hogy a borító lemezzel való befedés után a meleghengerlést védıgáz-atmoszférában végzik. Az acél alapanyagot rézzel, nikkellel, sárgarézzel és alumíniummal szokták plattírozni. Igénybevétel szerinti besorolásnál a nyomó igénybevétellel jellemezhetı technológiák közé sorolható. Egyesítés elcsavarással A füleskötések oldható, merev és alakkal záró kapcsolatok, fıként vékony lemezek egymáshoz kötésére, vagy lemezek és nemfémes anyagok összekapcsolására. A füleskötés elvi vázlata a 2.2.3.4 ábrán látható. Az egyik darabon elızetesen kialakított nyúlványok vannak, amelyek a másik alkatrészbe, vagy föléje nyúlva ráhajlíthatók, vagy elcsavarhatók, így a két alkatrész alakzáróan egymáshoz kapcsolható. Igénybevétel szerinti besorolásnál a nyíró igénybevétellel jellemezhetı technológiák közé sorolható. Lemezek egyesítése képlékenyalakítással Lemezalkatrészek összekapcsolása, szerelése végezhetı az eljárással, segédanyag (kötıelem) felhasználása nélkül. A nem oldható kötés a lemez saját anyagának felhasználásával, speciális geometriájú szerszámok között jön létre képlékeny hidegalakítással. A lemezek és a szerszámok alakítás elıtti és utáni helyzetét szemlélteti a 2.2.3.5, és a 2.2.3.6 ábra.

2.3 Elérhetı gyártmányjellemzık Méretpontosság, felületminıség A munkadarab jellemzıi (alak- és méretpontosság, mechanikai tulajdonságok, felületminıség stb.) a gyártási eljárás során jönnek létre. Más szóval a tervezett jellemzık eléréséhez olyan technológiát célszerő választani, amely utólagos mőveletek alkalmazása nélkül biztosítja például a felületminıség, méretpontosság elérését. A gyártási technológia

- 13 -

Rendszerezes.doc

kiválasztásához a technológusnak ismernie kell a választandó eljárással megvalósítható méret és alakpontossági, valamint az elérhetı felületminıség jellemzıket. A 2.3.1 táblázat néhány képlékenyalakító technológiával elérhetı méretpontosságot (átmérı, vastagság, stb.) mutatja be.. A táblázatban szereplı adatok tájékoztató jellegőek. A 2.3.2 táblázat tájékoztató értékeket közöl néhány képlékenyalakító és forgácsoló technológiával megvalósítható átlagos érdességekrıl (Rz). A folytonos vonal az átlagos gyártási körülmények között, a szaggatott vonal a fokozott pontossági követelményeket kielégítı szerszámokkal és technológiai paraméterekkel létrehozható érdesség tartományokról. 2.3.1 táblázat ISO pontosság, IT Gyártási eljárás

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

Süllyesztékes kovácsolás Növelt pontosságú süllyesztékes kovácsolás Folyatás (folyatott átmérı) Hideghengerlés (hengerelt vastagság) Kalibráló hengerlés (hengerelt vastagság) Kalibráló alakítás (vastagság) Mélyhúzás Falredukciós húzás Csı- és huzalhúzás Kivágás, lyukasztás Finomkivágás

2.3.2 táblázat Elérhetı átlagos érdesség Rz, mikrométer Gyártási eljárás

0,1

0,16 0,25

0,4

0,63 1,00 1,60 2,50 4,00 6,30

Süllyesztékes kovácsolás Kalibráló hengerlés Mélyhúzás Hidegfolyatás Érmesajtolás Profilhengerlés Növelt pontosságú süllyesztékes kovácsolás

- 14 -

10

16

25

40

63

100

160

250

400

Rendszerezes.doc

Felhasznált irodalom:

1.

SCHULER: Metal Forming Handbook Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, 1998.

2. Kurt Lange: Handbook of metal forming. McGraw-Hill, Inc., 1985. 3.

Lange: Umformtechnik. Band 1: Grundlagen. Springer Verlag, 1984. Band 2: Massivumformung. Springer Verlag, 1988. Band 3: Blechbearbeitung, 1990.

4.

SKODA: The Production of Nuclear Equipment SKODA Concern, Plzen, 1994.

5. Stephen Bull: Évszázadok fegyverei. A támadó- és védıfegyverek világtörténete Studio Editions Ltd., London, 1991 Hungarian translation: Péri Benedek and Péter Ágnes, 1993 6. Dr. Sárvári József: Képlékeny hidegalakítás. Tankönyvkiadó, Budapest, 1981. 7. Dr. Kiss Ervin: Képlékeny alakítás. Tankönyvkiadó, Budapest, 1987. 8. Avitzur B.: Handbook of metal forming processes 1983. by Wiley and Sons Inc.

- 15 -

Rendszerezes.doc

1. Bevezetés

(az 1. fejezet ábrái)

1.1. ábra. Római bronzsisak, Krisztus után I. századból

1.2 ábra. Kelta szarvas bronzsisak, ünnepi használatra

1.3 ábra. Kelta bronzpajzs, Krisztus után I. század elsı felébıl

1.4. ábra. Középkori nyílhegyek - 16 -

Rendszerezes.doc

1.5. ábra. Thomas Sackville-nek, Dorset grófjának páncélja. Készült 1595 körül a greenwichi fegyvermőhelyben

1.6. ábra. Gépkocsi karosszéria elemek

1.7. ábra. Gépkocsi ajtó - 17 -

Rendszerezes.doc

1.8. ábra. Gépkocsi lemezalkatrészek

1.9. ábra. Lemezbıl készült élelmiszeripari csomagoló eszközök (üdítıitalos-, sörös dobozok, konzervdobozok)

- 18 -

Rendszerezes.doc

1.10. ábra. Háztartási eszközök, berendezések

1.11. ábra. Villamos motorok álló- és forgórészeinek kivágással és lyukasztással készült lemezalkatrészei

- 19 -

Rendszerezes.doc

1.12. ábra. Finomkivágással elıállított lemezalkatrészek

1.13. ábra. Villáskulcs gyártása képlékenyalakítással. Egyes mőveleti lépések utáni alakok

1.14. ábra. Képlékenyalakítással gyártott alkatrészek I.

- 20 -

Rendszerezes.doc

1.15. ábra. Képlékenyalakítással gyártott alkatrészek II.

1.16. ábra. Hideg- és félmeleg-alakítással gyártott alkatrészek és elıgyártmányok

1.17. ábra. Érmesajtolással gyártott érmék

- 21 -

Rendszerezes.doc

2.1 Gyártási eljárások fıcsoportjai

(a 2.1 fejezet ábrái)

2.1.1. ábra. Gyártási eljárások fıcsoportjai

2.1.2. ábra. Nagymérető öntecsek öntése

- 22 -

Rendszerezes.doc

2.1.3. ábra. Reaktortartály-győrő csıcsatlakozó csonkjai külsı felületének megmunkálása vízszintes fúró-marómővön

2.1.4. ábra. Védıgyőrő köpeny radiális irányú furatainak forgácsoló megmunkálása vízszintes fúró-marómővön

- 23 -

Rendszerezes.doc

2.1.5. ábra. Szabályozórúd körvarratának hozaganyaggal végzett AWI hegesztése, forgatóberendezésben

2.1.6. ábra. Felület bevonatolás porszórással

- 24 -

Rendszerezes.doc

2.1.7. ábra. Reaktortartály-győrő hıkezelése

2.1.8. ábra. Reaktortartály-győrő csıcsatlakozó csonkjainak kialakítása képlékenyalakítással (sajtolás) - 25 -

Rendszerezes.doc

2.1.9. ábra. Tartályfenék melegsajtolása hidraulikus sajtológépen

2.1.10 ábra. Képlékenyalakító technológiák gyártási eljárás fıcsoportba sorolása

- 26 -

Rendszerezes.doc

2.2.1 Alakítás gyártási fıcsoport eljárásai

(a 2.2.1 fejezet ábrája)

2.2.1.1 ábra. Az alakítás gyártási fıcsoportba tartozó technológiák csoportosítása a képlékeny zónában uralkodó igénybevétel szerint

- 27 -

Rendszerezes.doc

2.2.1.1 Nyomó igénybevétellel alakító eljárások

(a 2.2.1.1 fejezet ábrái)

2.2.1.1.1. ábra. Lemezhengerlés elvi vázlata

2.2.1.1.2. ábra. Szabadalakító kovácsolással végzett nyújtás elvi vázlata

2.2.1.1.3. ábra. Süllyesztékes kovácsolás elvi vázlata - 28 -

Rendszerezes.doc

2.2.1.1.4. ábra. Süllyesztékben sórjával kovácsolt hajtórúd elıgyártmánya, a kész elıtti üregben végzett alakítás utáni alakja és a készre kovácsolt darab

2.2.1.1.5. ábra. Érmenyomás elvi vázlata

2.2.1.1.6. ábra. Redukálás elvi vázlata - 29 -

Rendszerezes.doc

2.2.1.1.7. ábra. Tömör test elırefolyatás elvi vázlata. Az elıgyártmány és több elırefolyató mőveletben kialakított lépcsıs átmérıjő munkadarab

2.2.1.1.8. ábra. Üreges test kétirányú folyatásának elvi vázlata. Kétirányban folyatott üreges test meridián metszete (nem az elvi vázlatnak megfelelı szerszámkialakítással és elrendezéssel készült)

2.2.1.1.9. ábra. Üreges test hátrafolyatásának elvi vázlata. Az elıgyártmány és a folyatott munkadarab

- 30 -

Rendszerezes.doc

2.2.1.1.10. ábra. Vegyes geometriájú (üreg+szár) darab kétirányú folyatásának elvi vázlata. Kétirányban folyatott munkadarab (nem az elvi vázlaton megjelenített szerszámozással készült)

2.2.1.1.11. ábra. Rúd- és profilsajtolás elvi vázlata

- 31 -

Rendszerezes.doc

2.2.1.1.12. ábra. Zömítés elvi vázlata

2.2.1.1.13. ábra. Szájbehúzás elvi vázlata

2.2.1.1.14. ábra. Támolygó sajtolás elvi vázlata

- 32 -

Rendszerezes.doc

2.2.1.1.15. ábra. Hidegbenyomás elvi vázlata

2.2.1.1.16. ábra. Villamos duzzasztás elvi vázlata

- 33 -

Rendszerezes.doc

2.2.1.2 Húzó - nyomó igénybevétellel alakító eljárások

(a 2.2.1.2 fejezet ábrái)

2.2.1.2.1. ábra. Ráncgátlóval végzett elsı húzás elvi vázlata

2.2.1.2.2. ábra. Továbbhúzás elvi vázlata

2.2.1.2.3. ábra. Kifordító mélyhúzás elvi vázlata

2.2.1.2.4. ábra. Hidromechanikus mélyhúzás elvi vázlata - 34 -

Rendszerezes.doc

2.2.1.2.5. ábra. Falvékonyító mélyhúzás elvi vázlata

2.2.1.2.6. ábra. Huzal- és rúdhúzás elvi vázlata

2.2.1.2.7. ábra. Lyukperemezés elvi vázlata

2.2.1.2.8. ábra. Fémnyomás elvi vázlata - 35 -

Rendszerezes.doc

2.2.1.2.9. ábra. Bordarogyasztás elvi vázlata

- 36 -

Rendszerezes.doc

2.2.1.3 Húzó igénybevétellel alakító eljárások

(a 2.2.1.3 fejezet ábrái)

2.2.1.3.1 ábra. Nyújtóhúzás elvi vázlata

2.2.1.3.2 ábra. Peremıvítés elvi vázlata

2.2.1.3.3 ábra. Alaknyomás elvi vázlata

- 37 -

Rendszerezes.doc

2.2.1.4 Hajlító igénybevétellel alakító eljárások

(a 2.2.1.4 fejezet ábrái)

2.2.1.4.1 ábra. “U” és “V” hajlítás elvi vázlata

2.2.1.4.2 ábra. Hengerítés elvi vázlata

2.2.1.4.3 ábra. Görgıs egyengetés elvi vázlata

2.2.1.4.4 ábra. Folyamatos görgıs profilhajlítás elvi vázlata - 38 -

Rendszerezes.doc

2.2.1.4.5 ábra. Hengerek között végzett hullámosítás elvi vázlata

2.2.1.4.6 ábra. Egyenesvonalú, alternáló mozgást végzı szerszámpár között végzett hullámosítás elvi vázlata

2.2.1.4.7 ábra. Lengıhajlítás elvi vázlata

- 39 -

Rendszerezes.doc

2.2.1.5 Nyíró igénybevétellel alakító eljárások

(a 2.2.1.5 fejezet képei)

2.2.1.5.1 ábra Áttolás elvi vázlata

2.2.1.5.2 ábra Elcsavarás elvi vázlata

- 40 -

Rendszerezes.doc

2.2.2 Szétválasztás gyártási fıcsoport eljárásai

(2.2.2 fejezet ábrái)

2.2.2.1 ábra. A szétválasztás fıcsoport, darabolás alcsoportjába tartozó eljárásváltozatok

2.2.2.2 ábra. Nyíróvágás elvi vázlata

2.2.2.3 ábra. Kivágás elvi vázlata

2.2.2.4 ábra. Lyukasztás elvi vázlata

- 41 -

Rendszerezes.doc

2.2.2.5 ábra. Finomkivágás elvi vázlata

2.2.2.6 ábra. Hasítás elvi vázlata

2.2.2.7 ábra. Kétkéses ékvágás, vagy harapóvágás elvi vázlata

- 42 -

Rendszerezes.doc

2.2.3 Egyesítés gyártási fıcsoport képlékenyalakító eljárásai (2.2.3 fejezet képei)

2.2.3.1 ábra. “Egyesítés” gyártási fıcsoport, “alakítással végzett egyesítés” alcsoportjába tartozó képlékenyalakító technológiák

2.2.3.2 ábra. Korckötés elvi vázlata

2.2.3.3 ábra. Bevágással részben szétválasztott, plattírozott lemez elvi vázlata

- 43 -

Rendszerezes.doc

2.2.3.4 ábra. Elcsavarással végzett lemezegyesítés elvi vázlata

2.2.3.5 ábra. Lemezek egyesítése képlékenyalakítással. Kiinduló helyzet

2.2.3.6 ábra. Lemezek egyesítése képlékenyalakítással. Kötéskialakítás befejezı pillanatához tartozó szerszámhelyzet

- 44 -

BUDAPESTI MŐSZAKI FİISKOLA Bánki Donát Gépész- és Biztonságtecnikai Mérnöki Kar Anyagtudományi és Gyártástechnológiai Intézet

Képlékenyalakítás alapfogalmai Oktatási segédlet.

Összeállította: dr. Horváth László fıiskolai docens

2003.

Alapfogalmak.doc

TARTALOMJEGYZÉK

Oldal 3. Képlékenyalakítás alapfogalmai .............................................................................. 3 3.1 Alakváltozás állapot......................................................................................... 3 3.2 Alakváltozás-sebesség állapot ......................................................................... 5 3.3 Képlékenységi feltétel ..................................................................................... 7 3.4 Anyagtörvény képlékeny állapotban ............................................................... 10 3.5 Folyásgörbe, folyási felület.............................................................................. 12 3.5.1 Folyásgörbe meghatározás módszerei................................................. 14 3.6 Anyagmodellek. Közepes alakítási szilárdság................................................. 18 3.7 Alakítás munkaszükséglete.............................................................................. 23 3.8 Súrlódás szerepe a képlékenyalakítási folyamatokban .................................... 26 3.8.1 Súrlódás mérıszámai........................................................................... 27 3.8.2 Súrlódási tényezı meghatározása........................................................ 30 3.9 Alakíthatóság ................................................................................................... 36 3.10 Hideg- és melegalakítás fogalma, jellemzıi .................................................. 39 4. Definiciók ................................................................................................................... 46

-2-

Alapfogalmak.doc

3. Képlékenyalakítás alapfogalmai

3.1 Alakváltozás állapot Maradó (képlékeny) alakváltozás jellemzésére a valódi, vagy logaritmikus nyúlást használjuk.

3.1.1 ábra. A 3.1.1 ábrán látható, egységnyi élhosszúságú (xo = yo = zo = 1) kockát Fz erıvel, súrlódásmentes körülmények között x, y, z élhosszúságúra alakítva, az egyes élek irányában létrejövı valódi nyúlások mérıszámai a

λ = ln x

x x

λ = ln y

o

y y

λ = ln z

o

z z

o

összefüggésekkel határozható meg. Tételezzük fel, fennáll a λx ≥ λy ≥ λz reláció, ekkor λ1 = λx , λ2 = λy , λ3 = λz , tehát a fınyúlások koordináta-rendszere megegyezik az x, y, z koordináta-rendszerrel. Síkalakváltozásról beszélünk, ha valamelyik tengely irányában nem jön létre méretváltozás, tehát a valódi nyúlás értéke zérus. Az alakítás elıtti és utáni térfogat állandóságát a V = x ⋅y ⋅z = V = x⋅y⋅z o

o

o

o

képlet fejezi ki. A térfogatállandóságból következik a λ +λ +λ =0 x

y

-3-

z

Alapfogalmak.doc

illetve a λ +λ +λ =0 1

2

3

összefüggés. Az alakváltozás során elszenvedett összehasonlító alakváltozás értéke a fınyúlások ismeretében a 2 2 2 2 λ = ⋅ λ +λ +λ ö 1 2 3 3 vagy a

(

λ = ö

2 ⋅ 3

)

(λ − λ ) + (λ 2

1

2

−λ

2

) + (λ 2

3

3

−λ

1

)

2

képlettel számítható. Az utóbbi két összefüggés azonosság, ami a térfogatállandóságból kapott λ +λ +λ =0 1

2

3

összefüggés felhasználásával bizonyítható. 3.1 példa Egy xo = 40 mm, yo = 40 mm és zo = 60mm kiinduló mérető hasábot zömítünk z irányban. A zömítés utáni méretei: x = 55 mm, z = 30 mm. Homogén alakváltozásállapotot feltételezve, határozza meg az x, y és z tengely irányú valódi nyúlást és az alakváltozott hasáb pontjaiban az összehasonlító alakváltozást. 3.1 példa megoldása Kiinduló adatok: A hasáb kiinduló méretei: xo = 40 mm, A hasáb zömítés utáni méretei: x = 48 mm,

yo = 40 mm, z = 30 mm

zo = 60 mm

A térfogatállandóságot felhasználva: x ⋅ y ⋅ z = x ⋅ y ⋅ z o

o

o

x ⋅y ⋅z Amelybıl a z = 30 mm-re zömített hasáb y irányú mérete: y = o o o x⋅z y = 66,67 mm A valódi nyúlások az x, y és z tengely irányában: λ = ln x

x x

λ = ln y

0

λx = 0,182

y y

λ = ln z

0

λy =

0,511

z z

0

λz = -0,693

A fınyúlásokra érvényes λ ≥ λ ≥ λ reláció alapján írható: 1

λ =λ 1

y

2

3

λ =λ 2

-4-

x

λ =λ 3

z

Alapfogalmak.doc

Az összehasonlító alakváltozás a hasáb pontjaiban:

(

2 2 2 2 ⋅ λ +λ +λ 1 2 3 3

λ = ö

)

λö = 0,719

3.2 Alakváltozás-sebesség állapot Az x, y és z tengely irányában létrejövı alakváltozás-sebességek, a valódi nyúlások idıegységre vetített értékeinek tekinthetık, azaz: dλ

λ& = x

λ& =

x

y

dt

dλ

y

λ& = z

dt

dλ

z

dt

összefüggésekkel számítható.

3.2.2 ábra Ismerve a 3.2.2 ábrán látható alakváltozó hasáb x, y és z normálisú lapjainak vx, vy és vz elmozdulássebességeit (amelyekrıl most tételezzük fel, hogy állandók), akkor az elıbbi összefüggések felhasználásával a koordinátarendszer tengelyeinek irányában a pillanatnyi deformált állapothoz (x, y, z élhosszúsághoz) tartozó alakváltozás-sebességek a v &λ = y y y

v λ& = x x x

v λ& = z z z

összefüggésekkel határozhatók meg. Ha teljesül a λ& ≥ λ& ≥ λ& reláció, akkor igaz a x

y

z

λ& = λ& 1

x

λ& = λ& 2

-5-

y

λ& = λ& 3

z

Alapfogalmak.doc

összefüggés-csoport, következésképpen a fınyúlások koordináta-rendszere azonos az x, y, z koordináta-rendszerrel. A térfogatállandóságból következik a λ& + λ& + λ& = 0 x

y

z

illetve a

λ& + λ& + λ& = 0 1

2

3

összefüggés. Az összehasonlító alakváltozás-sebesség a fıalakváltozás-sebességek ismeretében a

(

2 &2 &2 &2 λ& = ⋅ λ +λ +λ ö 1 2 3 3

)

vagy a λ& = ö

2 ⋅ 3

( λ& 1 − λ& 2 ) + ( λ& 2 − λ& 3 ) + (λ& 3 − λ& 1) 2

2

2

összefüggéssel határozható meg. A 3.2.1 táblázat tájékoztató értékeket közöl néhány képlékenyalakító technológia összehasonlító alakváltozás (λö) és összehasonlító alakváltozás-sebesség tartományáról ( λ& ). ö

3.2.1 táblázat Eljárás

λö

Hideghengerlés Huzal- és rúdhúzás Lemezalakítás (pl.:mélyhúzás) Robbantásos alakítás Kovácsolás Rúd- és profilsajtolás Szuperképlékeny alakítás

0,1...0,5 0,05...0,5 0,1...0,5 0,05...0,2 0,1...0,5 2...5 0,2...3

λ&

ö

[1/s] 1...103 1...104 1...102 10...105 1...103 10-1...102 10-4...10-3

3.2 példa Egy xo = 40 mm, yo = 40 mm és zo = 60mm kiinduló mérető hasábot zömítünk z irányban, vz = -0,5 mm/s állandó nyomószán-sebességgel, úgy hogy az y tengely irányában az alakváltozást a szerszám megfelelı kialakításával megakadályozzuk. Homogén alakváltozás-sebesség állapotot feltételezve, határozza meg a hasáb pontjaiban az x, y és z tengely irányú alakváltozás-sebességeket és az összehasonlító alakváltozássebességet, a hasáb z = 30 mm-es zömítési magasságánál.

-6-

Alapfogalmak.doc

3.2 példa megoldása Kiinduló adatok: A hasáb alakítás elıtti méretei: xo = 40 mm,

yo = 40 mm,

zo = 60 mm

A “z” irányú szerszámsebesség: vz = -0,5 mm/s A hasáb adott z=30mm zömítési magasságához tartozó további méretei: A térfogatállandóságot felhasználva: x ⋅ y ⋅ z = x ⋅ y ⋅ z o

o

y = yo

o

és figyelembe véve: y = yo

x ⋅z A hasáb “x” irányú mérete: x = o o z

x = 80 mm

v A “z” irányú alakváltozás-sebesség: λ& = z z z x

y

z

λ& = 0

Mivel: vy = 0, ezért x

z

λ& + λ& + λ& = 0

A kontinuitási törvénybıl következik:

így: λ& = −λ&

λ& = −0, 017 [1 s]

y

λ& = 0, 017 [1 s]

z

x

A fınyúlássebességekre érvényes λ& ≥ λ& ≥ λ& reláció miatt írható: 1

λ& = λ& 1

2

3

λ& = λ&

λ& = λ& = 0

x

2

y

3

z

Az összehasonlító alakváltozás-sebesség:

(

2 &2 &2 &2 λ& = ⋅ λ +λ +λ ö 1 2 3 3

)

λ& = 0, 019 [1 s] ö

3.3 Képlékenységi feltétel Tételezzük fel, hogy a 3.3.1 ábrán látható kocka zömítését Fz erıvel úgy végezzük, hogy közben az x és y normálisú lapokon Fx illetve Fy erıket mőködtetünk. Kérdés: a fenti erık milyen értéke mellett indul meg a képlékeny alakváltozás, majd ezt követıen hogyan változzon az Fz zömítıerı a zömítési út függvényében, hogy a zömítési folyamat fenntartható legyen? A kocka pontjaiban az x, y és z tengelyek irányában ébredı feszültségek az alakítás kezdeti pillanatában a σ = x

F

x

A

x

=

F

σ =

x

y ⋅z o

y

o

F

y

A

=

y

összefüggésekkel határozhatók meg.

-7-

F

y

x ⋅z o

o

F F z σ = z = z A x ⋅y z

o

o

Alapfogalmak.doc

3.3.1. ábra

A képlékeny állapot létrejöttének, illetve folyamatos fenntartásának feltétele, hogy a feszültségekbıl számítható összehasonlító feszültség (σö) érje el az anyag pillanatnyi összehasonlító alakváltozásához tartozó alakítási szilárdság (kf) értéket, azaz: σ =k ö

f

Adott anyagminıség alakítási szilárdsága (kf) az alakváltozás során nem állandó, az állapothatározó paraméterek függvénye. Ebbıl következik, hogy az elıbbi összefüggés bal oldalán szereplı összehasonlító feszültség értékének úgy kell változni, hogy az egyenlıség az alakítási folyamat során fennmaradjon. A gyakolatban ez azt jelenti, hogy a 3.3.1 ábrán látható alakítási modellt hidegalakítás körülményei között zömítve a növekvı alakváltozás (csökkenı „z” irányú méret), növekvı alakítóerıvel tartható fenn. Tételezzük fel, hogy fennáll a σx ≥ σy ≥ σz reláció. Ekkor a fıfeszültségek σ1 = σx, σ2 = σy, σ3 = σz és a fıfeszültségek koordináta-rendszere azonos az x, y, z koordinátarendszerrel. A fıfeszültségekkel az összehasonlító feszültség értéke Tresca elmélete szerint a

(T)

σ

ö

=σ −σ 1

3

Huber - Mises - Hencky elmélete szerint

(HMH)

σ

ö

=

1 ⋅ 2

(

σ −σ 1

) ( 2

2

+ σ −σ

-8-

2

3

) ( 2

+ σ −σ 3

1

)

2

Alapfogalmak.doc

összefüggéssekkel számítható. A két elmélet bizonyos feszültségállapotoknál azonosan, másoknál eltérıen itéli meg a képlékeny állapot létrejöttének, illetve folyamatos fenntartásának feltételét. Legnagyobb az eltérés a σ +σ 3 σ = 1 2 2 összefüggéssel jellemzett feszültségállapot esetén (kb. 15%).

3.3 példa Külsı erıkkel

terhelt

acél

próbatest

2

valamely

2

σ1 = 400 [N/mm ],

pontjában

2

σ2 = 300 [N/mm ], σ3 = -600 [N/mm ] fesültségállapot ébred. A próbatest anyaga homogén és izotróp, ezért valamennyi pontjában az alakítási szilárdság 2 kf = 1000 [N/mm ]. Vizsgálja meg a Tresca és a Huber-Mises-Hencky képlékenységi feltétellel, hogy rugalmas vagy képlékeny állapotban van a vizsgált pont és annak szők környezete?

3.3 példa megoldása Kiinduló adatok: A vizsgált pontban a fıfeszültségek értékei: 2 2 σ1 = 400 [N/mm ], σ2 = 300 [N/mm ],

2

σ3 = -600 [N/mm ], 2

Alakítási szilárdság a vizsgált pontban: kf = 1000 [N/mm ]

σ

Összehasonlító feszültség Tresca szerint:

(T ) ö

= σ −σ 1

(T)

σ

3

ö

2

= 1000 [N/mm ]

Összehasonlító feszültség Huber-Mises-Hencky szerint:

(HMH)

σ

ö

1 ⋅ 2

=

(σ − σ ) + (σ 2

1

2

2

−σ

3

) + (σ 2

3

−σ

1

)

2

(HMH)

σ

ö

2

= 953, 94 [N/mm ]

A képlékeny állapot létrejöttének a feltétele, hogy az összehasonlító feszültség érje el az adott pont alakítási szilárdságát, azaz:

σ

(T ) ö

= k , illetve σ f

(HMH) ö

=k

f

A számított értékek alapján megállapítható, hogy a Tresca hipotézis szerint a vizsgált pont képlékeny állapotban, a Huber-Mises-Hencky szerint rugalmas állapotban van.

-9-

Alapfogalmak.doc

3.4 Anyagtörvény képlékeny állapotban Ha a képlékeny állapotban létrejött valódi nyúlás értékek mellett (λx, λy, λz), a képlékeny alakváltozás megindulását mindig megelızı rugalmas alakváltozások elhanyagolhatóak (mert egy-két nagyságrenddel kisebbek a képlékeny alakváltozás során létrejött alakváltozásokhoz képest), akkor a feszültségek és az alakváltozások kapcsolatának jellemzésére jól használhatók a Mises által javasolt λ =

1  1  ⋅ σ − ⋅  σ + σ   z  D  x 2  y

λ =

1  1  ⋅ σ − ⋅ σ + σ  x z  D  y 2

λ =

1  1  ⋅ σ − ⋅  σ + σ   z x y D  2  

x

y

z

)

(

egyenletek. ahol: D - a képlékenységi modulus. Az alakítási folyamat során D értéke nem állandó, hanem az összehasonlító alakváltozás függvénye a

( )

D=f λ

ö

elvi összefüggésnek megfelelıen (ha állandó összehasonlító alakváltozás-sebességgel és állandó hımérsékleten megy végbe az alakváltozás). A Mises-egyenletek és a folyási feltétel felhasználásával levezethetı a k = D( λ ) ⋅ λ f

ö

ö

összefüggés, amelynek elvi diagramja a 3.4.1 ábrán látható, s tulajdonképpen az anyagtörvény grafikus formája.

3.4.1 ábra

- 10 -

Alapfogalmak.doc

A kf - λö függvényt az adott anyagminıség folyásgörbéjének nevezzük. Az origóból a folyásgörbe egy tetszıleges pontjához egyenest húzva, az egyenes vizszintes tengellyel bezárt hajlásszögének tangense: k tan ( α ) = f λ ö

Ez nem más mint az adott folyásgörbe ponthoz tartozó képlékenységi modulus (lásd: a Mises egyenletekbıl felírt összefüggést). A képlékenységi modulus értéke a folyásgörbe pontjaiban más és más, ezért a fent felírt Mises egyenletek csak az adott ponthoz tartozó feszültség- és alakváltozásállapot közötti kapcsolatot jellemzik.

3.4 példa: Síkbeli feszültségállapottal (σa > 0, σb > 0, σc = 0) terhelt lemez "A" pontjában -az alakváltozási állapot mérésére- a lemez felületére do = 5 [mm] átmérıjő kört viszünk fel. Az alakítás után ellipszissé torzult kör nagy- és kistengelyének méretei: a = 7,3 [mm], b = 6.2 [mm]. Határozza meg: a./ a λö összehasonlító alakváltozást az "A" pont környezetében b./ az összehasonlító alakváltozás λa, λb komponenseit létrehozó σa, σb feszültségeket, ha a lemez anyagának folyásgörbe paraméterei: c = 147 [N/mm2], n = 0,2. 3.4 példa megoldása: Kiinduló adatok: Az etalon kör átmérıje: do = 5 [mm] Az alakváltozás során ellipszissé torzult etalon kör nagy- és kistengelyének mérete: a = 7,3 [mm], b = 6.2 [mm]. A lemez anyagának folyásgörbe paraméterei: keményedési együttható: c = 147 [N/mm2], keményedési kitevı: n = 0,2 a Valódi nyúlás a nagytengely irányában: λ = ln λ = 0, 378 a a d o

λ = ln

Valódi nyúlás a kistengely irányában:

b

b d

λ = 0, 215 b

o

A lemez síkjára merıleges valódi nyúlás a λ + λ + λ = 0 összefüggés felhasználásával

(

számítható: λ = − λ + λ c

a

b

)

a

b

c

λ = −0, 594 c

Az összehasonlító alakváltozás a három egymásra merıleges valódi nyúlással:

λ = ö

(

2 2 2 2 ⋅ λ +λ +λ a b c 3

)

λ = 0, 601 ö

Az alakítási szilárdság a vizsgált pontban:

k = c⋅λ f

- 11 -

n ö

k = 157,8 [N/mm2] f

Alapfogalmak.doc

k D= f λ

A képlékenységi modulusz:

D = 262,6 [N/mm2]

ö

A Mises-egyenletek az a, b és c irányban az alábbi alakúak: λ = a

)

(

)

(

1  1 1  1   ⋅ σ − ⋅ σ + σ  λ = ⋅ σ − ⋅ σ + σ  b c  b D  b 2 a c  D  a 2 1  1  λ = ⋅ σ − ⋅ σ + σ  c D  c 2 a b 

)

(

Figyelembe véve, hogy a lemez csak a síkjában terhelt, azaz a lemez síkjára merıleges feszültség zérus ( σ = 0 ), ezért a fenti egyenletek az alábbi alakra egyszerősödnek: c

1  1  λ = ⋅ σ − ⋅ σ  a D  a 2 b

λ = b

1  1  ⋅ σ − ⋅ σ  b a D  2 

λ = c

(

1 ⋅ σ +σ a b 2 ⋅D

)

Mivel bármelyik két egyenlet meghatározza a harmadikat, ezért nem függetlenek egymástól. Például az elsı két összefüggést felhasználva a σa, σb feszültségek kifejezhetık.

σ = b

(

D⋅ 2⋅λ + 4⋅λ a

b

)

σ =

2 ⋅D ⋅ λ + σ

a

3

σ = 141,57 [N/mm2] b

a

b

2

σ = 170,16 [N/mm2] a

3.5 Folyásgörbe, folyási felület Adott anyagminıség alakítási szilárdságát a o k = f  λ , λ& [1 s] , T  C   f ö ö    

háromváltozós függvény írja le. A három változó közül (az összehasonlító alakváltozás-sebességet állandó értéken tartva) és az alakítási szilárdságot a másik két változó függvényében ábrázolva, olyan kétváltozós függvényt kapunk, amelynek összetartozó értékei egy felületen helyezkednek, amelyet a 3.5.1 elvi ábra szemléltet. Az így kapott felületet folyási felületnek nevezzük. Szobahımérsékleten, kis összehasonlító alakváltozás-sebességgel ( λ& ≤ 1 [1 s] ) végezve ö

az alakítást, az alakítási szilárdság jó közelítéssel csak az összehasonlító alakváltozás függvényeként kezelhetı, mivel a másik két paraméter befolyásoló hatása ezen a hımérsékleten nem jelentıs.

- 12 -

Alapfogalmak.doc

A folyásgörbe adott összehasonlító alakváltozássebesség értékhez tartozó folyási felület, T = áll. hımérsékleten vett metszete, tehát a

( )

k =f λ f

ö

függvénykapcsolatot jelenti, vagyis az alakítási szilárdság változását az összehasonlító alakváltozás függvényében, miközben a másik két paramétere állandó értékő.

3.5.1 ábra A 3.5.2 ábra néhány anyag T = 20°C alakítási hımérsékleten, 0,1 [1/s] összehasonlító alakváltozás-sebességgel felvett folyásgörbéjét és a deformáció során a térfogategységben elnyelt ideális alakváltozási munkát szemlélteti.

3.5.2 ábra

- 13 -

Alapfogalmak.doc

3.5.1 Folyásgörbe meghatározás módszerei A képlékenyalakító technológia erı- és munkaszükségletének meghatározásához ismernünk kell az alakított fém folyásgörbéjét, a technológia által meghatározott összehasonító alakváltozás-sebességen és alakítási hımérsékleten. Az alakítandó anyag folyásgörbéje a fenti paraméterek ismert értékei mellett méréssel és a kapott mérési adatok felhasználásával végzett számítással határozható meg. A folyásgörbe meghatározása méréstechnikailag nem egyszerő feladat, mert a mérés során nehéz biztosítani, hogy az alakváltozás -az alakítási szilárdság definíciójának megfelelıenegytengelyő feszültségállapotban menjen végbe, továbbá a próbatest hımérséklete és összehasonlító alakváltozás-sebessége mérés közben állandó értékő legyen. A kifejlesztett módszerek más és más megközelítésben oldják meg a fenti feltételek teljesülését. A fontosabb mérési módszerek: • Hengeres próbatest zömítıvizsgálatával végzett folyásgörbe meghatározás, • Hengeres próbatestek zömítıvizsgálatával végzett folyásgörbe meghatározás (extrapolációs módszer), • Lapos próbatest zömítıvizsgálatával végzett folyásgörbe meghatározás (Watts - Ford módszer),

Folyásgörbe meghatározás hengeres próbatest zömítıvizsgálatával Az egytengelyő feszültségállapot jó közelítéssel megvalósítható a do kiinduló átmérıvel és ho kezdı magassággal rendelkezı hengeres próbatest zömítése során, ha gondoskodunk arról, hogy az alakváltozó próbatest véglapjai és a szerszámfelületek (nyomóbetétek) között a súrlódás elhanyagolhatóan kis értékő legyen. Ez elérhetı az érintkezı felületek elızetes polírozásával és megfelelı kenéssel. A h magasságra zömített d átmérıjő próbatest véglapjain az átlagnyomás a  µ d p = k ⋅ 1 + ⋅  f  3 h összefüggéssel határozható meg (lásd: [2]). Ha a súrlódás elhanyagolhatóan kis értékő (µ ≈ 0), akkor az átlagnyomás az alakítási szilárdsággal vehetı azonosnak, amelyet a

p≈k

f

összefüggés szemléltet. A p=

F A

összefüggéssel az átlagnyomás meghatározható a h magassághoz tartozó F zömítıerı és a nyomott „A” felület hányadosaként, ahol a h magassághoz tartozó keresztmetszet a térfogatállandóságból felírható h A=A ⋅ o o h - 14 -

Alapfogalmak.doc

képlettel számítható. Tehát a zömítési tartományban az összetartozó F és h értékek felhasználásával az alakítási szilárdság a F h k = ⋅ f A h o

o

az összehasonlító alakváltozás pedig h λ = ln o ö h

összefüggésekkel határozható meg.

Mérés gyakorlati kivitelezése A mérés gyakorlati kivitelezése a 3.5.2.1 ábrán látható elvi vázlat szerint végezhetı. Az erımérés a nyomóbetét és a nyomószán közé épített erımérı cellával, az útmérés pedig az útadóval történik. A mérıegységek analóg jelét az X - Y író megfelelı bemeneteire kapcsolva, a zömítés erı - út diagramja regisztrálható. A regisztrátumból -az erı- és útlépték ismeretében- az összetartozó F - ∆h, illetve a h = h − ∆h o

összefüggés felhasználásával az F – h adatpárok elıállíthatók. A zomites.ppt Power Point file diasorozata „Diashow” üzemmódban lejátszva, a GO3 MSZ17789 anyagminıségő, ho = 20 mm kiinduló magasságú és do = ∅10 mm kiinduló átmérıjő hengeres próbatest súrlódásmentes körülmények között (µ = 0), szobahımérsékleten, h = 5 mm végsı magasságig végzett zömítési szimulációját szemlélteti. Jól megfigyelhetı a kezdeti rácsháló −a súrlódásmentes viszonyok miatt− nem torzul, tehát az alakváltozás egytengelyő feszültségállapotban megy végbe. A zömítés során az alakváltozási munka hıvé alakul, s a darab pontjainak

3.5.2.1 ábra hımérsékletét növeli. A színskála a darab hımérséklet eloszlásáról tájékoztat. Az ábrán a zömítés erı-út diagramjának egy részlete is megfigyelhetı.

- 15 -

Alapfogalmak.doc

Függvényillesztés

Alakítási szilárdság [MPa]

Az összetartozó kf - λö értékeket diagramban ábrázolva a kapjuk.

3.5.2.2 ábrán látható pontsort

kf i

λö i Összehasonlító alakváltozás

3.5.2.2. ábra. A számított pontsorra célszerő egy alkalmasan megválasztott függvényt illeszteni. A gyakorlatban gyakran alkalmazzák a folyásgörbe leírására a k = c⋅λ f

n ö

Alakítási szilárdság [MPa]

alakú egyszerő hatványfüggvényt, azon hibája ellenére, hogy a kis alakváltozások tartományában (λö = 0...0,3) pontatlanul jellemzi a kf - λö kapcsolatot, viszont matematikailag jól kezelhetı (könnyen deriválható, integrálható, stb.).

kf i c. λ ö i

n

λö i Összehasonlító alakváltozás

3.5.2.3 ábra

- 16 -

Alapfogalmak.doc

A függvény paraméterei a „c” keményedési együttható és az „n” keményedési kitevı. Az utóbbi értéke 0 ≤ n ≤ 1 tartományban van. Bizonyítható (lásd: [1]), hogy a keményedési együttható értéke az egységnyi összehasonlító alakváltozáshoz (λö = 1) tartozó alakítási szilárdság értékével azonos, továbbá az „n” keményedési kitevı értéke nem más, mint az adott anyag szakítóvizsgálata során, az egyenletes nyúlás felsı határához tartozó összehasonlító alakváltozás. A teljes tartományban hibátlanul jellemzi a folyásgörbét a k = a +b⋅λ +c ⋅e f

d⋅λ

ö

ö

alakú négyparaméteres folyásgörbe egyenlet, amely a kis alakváltozások tartományában is jól illeszkedik a mért értékekre. A c és n, illetve az a, b, c és d paraméterek értékeinek meghatározását a legkisebb négyzetek módszerével végezzük, hogy a keresett függvény a legkisebb hibával illeszkedjék a mért pontsorra. A 3.5.2.3 ábra az illesztett egyszerő hatványfüggvény diagramját szemlélteti, feltüntetve a mért pontsor diszkrét értékeit is.

3.5.2 példa C25 MSZ61 anyagminıségő, hengeres próbatest zömítése során felvett erı – út diagramból az alábbi összetartozó értékpárokat ( próbatest magasságcsökkenése, zömítıerı) határoztuk meg: ∆hi [mm]

1,2

2,1

3,05

4,0

4,9

5,9

6,81

7,7

8,7

9,65

Fi*10 [N]

3,25

4,1

4,7

5,35

6,0

6,6

7,25

8,0

8,8

9,9

4

A próbatest kiinduló adatai: átméröje: magassága:

do = 20,35 mm, ho = 9,95 mm

a./ Határozza meg a folyásgörbe fenti mért adatpárokhoz tartozó pontjait b./ A folyásgörbe pontokra –a legkisebb négyzetek módszerével- határozza meg a n ö

k = c ⋅ λ alakú folyásgörbe egyenlet „c” és „n” paramétereit. f

3.5.2 példa megoldása Az összetartozó összehasonlító alakváltozás és alakítási szilárdság értékek az alábbi összefüggésekkel számíthatók:  h  F 4 h − ∆h o i  k = 2i ⋅ ⋅ o λ = ln  f ö π h  h − ∆h  i i o i  o d o

A fenti összefüggésekkel számított értékek: 0,06 0,11 0,16 0,22 λ ö i

k

2

f i

[N/mm ]

393,4

472,8

513,9

553,0

- 17 -

0,28

0,34

0,41

0,48

0,56

0,64

585,8

602,7

620,6

639,6

648.0

669,7

Alapfogalmak.doc

A legkisebb négyzetek módszerének felhasználásával az ”n” keményedési kitevıre és a “c” keményedési együtthatóra az alábbi két összefüggés vezethetı le: N

N

∑ ln k ⋅ ∑ ln λ  i=1 fi i=1 öi ∑  ln k f ⋅ ln λö  − N i i i =1 n= 2 N  2  ∑ ln λ  N ö    ∑  ln λö  − i=1 N i  i i =1 N

c=e

N  N  ∑ ln k ∑ ln λ ö  i =1 fi i = 1 i  N −n⋅ N   

      

ahol: N – a mért pontok száma, jelen példában: N = 10 A fenti összefüggésekkel számított „n” és „c” értékek: 2 n =0,218 c = 754,79 [N/mm ] A folyásgörbe számított pontsorát és a meghatározott paraméterekkel megrajzolt függvényt szemlélteti a 3.5.2.4 ábra:

Alakítási szilárdság [MPa]

800

600 kf i n c. λ ö i

400

200

0 0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

λö i Összehasonlító alakváltozás

3.5.2.4 ábra

3.6 Anyagmodellek. Közepes alakítási szilárdság Fémes anyag képlékeny alakváltozása során, az alakváltozási állapot és feszültségi állapot közötti nemlineáris kapcsolatot az anyag folyásgörbéje jellemzi. A nemlineáris viselkedés, a képlékenyalakító technológia modelljének matematikai megfogalmazásánál (pl.: alakítás erı-, munka- és teljesítményszükséglete) legtöbbször nem

- 18 -

Alapfogalmak.doc

teszi lehetıvé a keresett ismeretlen zárt alakban történı kifejezését. Ekkor az ismeretlen meghatározása numerikus módszer alkalmazásával történhet. A zárt alakú megoldhatóság érdekében a valós anyagmodellt idealizált anyagmodellel helyettesítik. Ez a megoldás pontatlanságát növeli, de általában még kielégíti a gyakorlat támasztotta pontossági követelményeket.

3.6.1 ábra Ideálisan merev, tökéletesen képlékeny anyagmodell Ideálisan merev, tökéletesen képlékeny anyagmodellt szemléltet a 3.6.1 ábra. Az ilyen viselkedéső anyag rugalmassági modulusza végtelen (E = ∞), tehát nincs rugalmas alakváltozása a képlékeny alakváltozás megindulása elıtt. Amint az összehasonlító feszültség elérte a folyáshatárt, annak értéke változatlan marad (kf = áll.) a képlékeny alakváltozás teljes tartományában (nincs felkeményedés). Például a 3.6.2 ábrán látható kúpos csatornában végzett alakítások modellezése során feltételezik, hogy az alakváltozási zónában (a csonkakúp alakú térfogatrészben) az alakítási szilárdság helytıl függetlenül állandó értékő. A csatorna be- és kilépı keresztmetszete közötti tartományban (kfk = áll.) közepes alakítási szilárdsággal modellezzük az alakított anyagot, vagyis ideálisan merev, tökéletesen képlékeny anyagmodellt alkalmazunk. A közepes alakítási szilárdság a képlékeny zóna legkisebb és legnagyobb összehasonlító alakváltozást szenvedett pontjaihoz (a be- és kilépı keresztmetszet pontjai) tartozó összehasonlító alakváltozás tartomány integrálközép értékeként határozható meg a λ

ö (1)

∫

k

fk

=

0

( ) ⋅ dλ

k λ f

λ

ö

ö

ö(1)

összefüggéssel, ahol a kúpos csatorna kilépı keresztmetszetében az összehasonlító alakváltozás R λ = 2 ⋅ ln o ö(1) R f

képlettel számítható.

- 19 -

Alapfogalmak.doc

3.6.2 ábra A közepes alakítási szilárdság kevésbé pontos értékét megkaphatjuk a képlékeny zóna legkisebb és legnagyobb alakítási szilárdságú pontjainak számtani középértékeként. A kúpos csatorna példát felhasználva, tételezzük fel: a belépı keresztmetszethez kfo alakítási szilárdsággal érkezik az anyag (nincs elıalakítás), a kilépı keresztmetszetben (a felkeményedés miatt) az alakítási szilárdság k

f (1)

= c ⋅λ

n ö(1)

képlettel számítható. A számtani középpel számított közepes alakítási szilárdságot a k k

fk

=

fo

+k

f (1)

2

összefüggés adja. Meg kell jegyezni, a számtani középpel akkor határozható meg elfogadható pontossággal a közepes alakítási szilárdság, ha a két szomszédos kf érték a folyásgörbe közel lineáris szakaszán van, vagy a kezdeti szakaszon akkor ha közel helyezkednek el egymáshoz képest.

Ideálisan merev, lineárisan keményedı anyagmodell Ideálisan merev, lineárisan keményedı anyagmodell elvi vázlatát szemlélteti a 3.6.3 ábra. A nemlineáris viselkedést a valós folyásgörbe pontokra illesztett egyenessel −amely átmegy a kfo ponton− linearizálja.

- 20 -

Alapfogalmak.doc

3.6.3 ábra Az idealizált anyag folyásgörbe egyenlete: k =k f

ahol

fo

+ H⋅λ

ö

H = tan ( β )

az illesztett egyenes vizszintessel bezárt β hajlásszögének iránytangense. 3.6 példa C10 minıségő, do= 5 mm átmérıjő huzalt, α = 15° félkúpszögő húzógyőrőben df = 4.2 mm átmérıjőre húzunk, szobahımérsékleten. A húzógyőrőbe befutó anyag teljesen kilágyított állapotban van, alakítási szilárdsága kfo = 186,4 N/mm2. A húzott anyag folyásgörbe paraméterei: keményedési együttható: c = 683,5 N/mm2, keményedési kitevı: n = 0,235 A Coulomb-féle súrlódási tényezı értéke a húzás során: µ = 0,1 Határozza meg: a./ a húzógyőrő kilépı keresztmetszetében a huzal alakítási szilárdságát, b./ a be- és kilépı keresztmetszet között lévı anyag közepes alakítási szilárdságát, c./ a kihúzás fajlagos és teljes erıszükségletét.

3.6 példa megoldása Kiinduló adatok: Huzal átmérı a húzás elıtt: do= 5 mm , húzás után: df = 4.2 mm Húzógyőrő félkúpszöge fokban: α = 15° radiánban: α = π/12 Az alakított anyag egyszerő hatványfüggvénnyel jellemzett folyásgörbéjének paraméterei: c = 683,5 N/mm2, n = 0,235

- 21 -

Alapfogalmak.doc

Az alakítatlan anyag alakítási szilárdsága: kfo = 186,4 N/mm2. Súrlódási tényezı a húzógyőrő kúpos palástján: µ = 0,1 A kilépı keresztmetszetben a λr radiális, a λt tangenciális írányú valódi nyúlás: d λ = ln f a hengerszimmetria miatt: λ = λ λ = − 0,174 r t r r d o

Az axiális irányú valódi nyúlás a térfogatállandóságból levezetett λ + λ + λ = 0

(

r

λ =− λ +λ

összefüggés felhasználásával határozható meg:

z

r

t

)

t

z

λ = 0, 349 z

Az összehasonlító alakváltozás a kilépı keresztmetszetben: λ

ö( f )

=

(

2 2 2 2 ⋅ λ +λ +λ r t z 3

)

λ

ö( f )

= 0, 349

Alakítási szilárdság a kilépı keresztmetszetben: k

f (f )

= c⋅λ

n

k

ö( f )

f (f )

= 533,6 N/mm2

Az eddigi eredmények birtokában a húzógyőrő ki- és belépı keresztmetszete közötti anyag (képlékeny zóna) közepes alakítási szilárdsága számtani középpel egyszerően meghatározható, bár pontossága kifogásolható, mert ebben a tartományban a folyásgörbe nem tekinhetı közel lineárisnak.

k

k +k f1 = fo fk 2

k

fk

= 360 N/mm2

Az integrálközéppel történı meghatározás elve, hogy k ⋅ λ fk

meg a 0 − λ

ö( f )

ö( f )

téglalap területe egyezzen

tartományban vett folyásgörbe alatti területtel. λ

k

Tehát:

fk

⋅λ

ö( f )

=

∫

0 λ

A jobboldali integrált meghatározva:

ö( f )

ö( f )

∫

0

n ö

c ⋅λ ⋅ dλ

n ö

ö

c ⋅λ ⋅ dλ = ö

c n +1 ⋅λ n + 1 ö( f )

majd helyettesítve az elıbbi összefüggésbe, rendezés után írható: k

fk

=

c n ⋅λ n + 1 ö( f )

k

fk

= 432 N/mm2

Mint várható volt jelentıs az eltérés a két módszerrel számított érték között. A fajlagos húzóerıt a Siebel összefüggéssel határozhatjuk meg. E szerint a húzási folyamat folyamatos fenntartása érdekében a kilépı keresztmetszetben mőködtetendı húzófeszültség :

- 22 -

Alapfogalmak.doc

 )  µ 2 α   σ = k ⋅λ ⋅ 1+ ) + ⋅  x fk ö ( f )   α 3 λö( f )    összefüggéssel határozható meg. Az integrálközéppel számított közepes alakítási szilárdsággal a húzás fajlagos erıszükséglete: σ = 283,6 N/mm2 x

Ez kielégíti a húzás feltételét: σ < k x

f (f )

, így a húzás biztonságosan elvégezhetı.

A teljes húzóerı a fajlagos húzóerı és a kilépı keresztmetszet szorzataként határozható meg. 2

A húzógyőrőbıl kilépı huzal keresztmetszete: A húzóerı:

F =σ ⋅A x

x

A =d ⋅ f

f

π 4

A = 13,85 mm

2

f

f

F = 3929,4 N x

3.7 Alakítás munkaszükséglete A technológia által meghatározott úton, megfelelı nagyságú alakítóerı mőködtetésével valósítható meg a kezdeti alak megváltoztatása a kívánt geometriára.. A legtöbb képlékenyalakító technológiánál az alakítóerı értéke nem állandó, az alakítási út függvényében változik. Tehát az alakítás munkaszükséglete nem más mint az alakítási út során rendszerint változó alakítóerı munkája. Ideális körülmények között (súrlódás elhanyagolhatóan kicsiny, azaz µ ≈ 0) az alakítóerı által végzett munka döntı részben a képlékeny alakváltozás munkaszükségletét fedezi és a képlékeny zónában nyelıdik el. A meghatározásának elvét a hengeres darab axiális irányú nyújtásával szemléltetjük.

Térfogategységben elnyelt elemi alakítási munka

3.7.1 ábra - 23 -

Alapfogalmak.doc

Hengeres darab axiális irányú nyújtásának elvi vázlatát a 3.7.1 ábra szemlélteti. A do átmérıjő és ho hosszúságú hengeres darabot F erıvel axiális irányban dh értékkel megnyújtva a végzett elemi munka a dW = F ⋅ dh összefüggéssel határozható meg. A megnyújtás következtében a kezdeti Ao keresztmetszet A-ra csökkent, miközben a hossza ho-ról h-ra nıtt. Az elıbbi egyenlet mindkét oldalát az alakváltozásban résztvevı V térfogattal elosztva amely a

V = A ⋅h

összefüggéssel számítható- kapjuk a térfogategységben elnyelt elemi munkát: dw =

dW F dh dh = ⋅ = σ⋅ A ⋅h A h h

A folyási függvénybıl következik a σ =k ö

f

formula. Hengeres darab axiális irányú nyújtásánál írható a dh = dλ = dλ z ö h

valamint a σ =σ ö

összefüggés. A fentiek figyelembevételével a térfogategységben elnyelt elemi munka a következı összefüggéssel is kifejezhetı: dw = k ⋅ dλ f

ö

ahol az alakítási szilárdság maga is az összehasonlító alakváltozás függvénye, tehát:

( ) ⋅ dλ

dw = k λ f

ö

ö

Térfogategységben elnyelt alakítási munka és a folyásgörbe alatti terület kapcsolata Az axiális irányú nyújtás során a kezdeti ho hosszt h1-re növelve, az alakváltozás során a térfogategységben elnyelt munka az elemi munkára felírt összefüggés felhasználásával határozható meg a

- 24 -

Alapfogalmak.doc

λ

w =

ö (1)

∫

1

( ) ⋅ dλ

k λ f

0

ö

ö

összefüggéssel, ahol: λ

h = ln 1 ö(1) h o

A folyásgörbe jellemzésére, a

( ) = c ⋅λ

k λ f

ö

n ö

alakú, egyszerő hatványfüggvényt használva, kapjuk a λ

w = 1

ö (1)

∫

c ⋅λ

0

c n n +1 ⋅ dλ = ⋅λ ö ö n + 1 ö(1)

térfogategységben elnyelt alakváltozási munkát.

Teljes térfogatban elnyelt alakítási munka Homogén alakváltozási állapot esetén (a képlékeny zóna valamennyi pontjában az alakváltozási állapot, ennek következtében az összehasonlító alakváltozás azonos értékő (lásd: hengeres rúd nyújtása). Ekkor a teljes térfogatban elnyelt alakváltozási munka a térfogategységben elnyelt muka és a képlékeny zóna térfogatának szorzataként számítható a W = w ⋅V 1

1

összefüggéssel. Ha a képlékeny zóna pontjaiban az alakváltozási állapot a hely függvényében más és más értékő (inhomogén alakváltozási állapot), akkor a teljes térfogatban elnyelt alakítási munka a térfogategységben elnyelt munka képlékeny zóna térfogatára vett integráljával állítható elı. Például Descartes-féle derékszögő koordinátarendszerben a W = 1

∫ w1 ( x, y, z ) ⋅ dV

V

összefüggést írhatjuk fel, ahol dV az adott koordinátarendszerben felírható térfogatelem. Henger- illetve gömbkoordináta rendszerben W = 1

W = 1

∫ w1 ( r ,Φ , z ) ⋅ dV

V

∫ w1 ( r , θ,Φ ) ⋅ dV

V

- 25 -

Alapfogalmak.doc

3.7 példa A 3.6 példa adataival adott huzalhúzásnál határozza meg a húzógyőrőben a do és df átmérık közötti tartományban lévı anyagrészben elnyelt ideális fajlagos és teljes alakváltozási munkát. 3.7 példa megoldása Kiinduló adatok: Huzal átmérı a húzás elıtt: do= 5 mm , húzás után: df = 4.2 mm Húzógyőrő félkúpszöge fokban: α = 15° radiánban: α = π/12 Az alakított anyag egyszerő hatványfüggvénnyel jellemzett folyásgörbéjének paraméterei: c = 683,5 N/mm2, n = 0,235 Az alakítatlan anyag alakítási szilárdsága: kfo = 186,4 N/mm2. A térfogategységben elnyelt ideális alakváltozási munka a 0 − λ

ö( f )

tartományban vett

folyásgörbe alatti területtel arányos. A 3.6 példában integrálközéppel meghatározott közepes alakítási szilárdság felhasználásával: k = 432 N/mm2 fk

A következı összefüggéssel számítható (a téglalap területe a folyásgörbe alatti területtel azonos):

w

id

= k ⋅λ fk

ö( f )

V=

A csonkakúp térfogata:

w

m ⋅π 12

id

= 150,66 ⋅ 10

−3

J/mm

3

2  2  ⋅d + d + d ⋅ d   o f o f  

ahol: m- a csonkakúp magassága, jelen példában az do és df átmérıjő körökkel jellemezhetı be- és kilépı keresztmetszetek közötti távolság, amely a félkúpszög ismeretében: m=

d −d o

f

2 ⋅ tan(α )

m = 1,493 mm

összefüggéssel számítható. 3 A térfogatot meghatározva: V = 24,87 mm A térfogatban elnyelt ideális alakváltozási munka:

W = w ⋅V id

id

W = 3,75 J id

3.8 Súrlódás szerepe a képlékenyalakítási folyamatokban A képlékenyalakító technológiáknál fellépı súrlódási viszonyok jelentısen eltérnek a gépek üzemtanában megismert súrlódási körülményektıl. Például a csúszócsapágyak, csúszó vezetékek esetében a kapcsolódó alkatrészek (tengelycsap és csapágypersely) a terhelés hatására rugalmas alakváltozást szenvednek, mert az érintkezı felületeken fellépı nyomás ritkán haladja meg a 15 – 20 MPa-t. - 26 -

Alapfogalmak.doc

Ezzel szemben a képlékenyalakító mőveletekben a szerszám rugalmas, a vele érintkezı munkadarab képlékeny állapotban van. A felületi nyomás a munkadarab és a szerszám között elérheti az 1000 – 2000 MPa-t is. Eltérı nagyságrendő a csúszó felületek között létrejövı relatív elmozdulás mértéke és sebessége. Ezért járulékos problémák keletkeznek a normál súrlódás jelenségeihez képest: • az érintkezı felületek között fellépı rendkívül nagy felületi nyomások, • a képlékenyen alakváltozó munkadarab felületkialakulása és • a szerszám és a munkadarab között kialakuló hideghegedések miatt.

3.8.1 Súrlódás mérıszámai A képlékenyalakító technológiák tervezésekor, az alakított darab és a szerszám között fellépı súrlódási viszonyok ismerete a technológus számára alapvetıen fontos mert: • befolyásolja a képlékeny zóna feszültségi és alakváltozási állapotát, • növeli az alakítóerıt, az alakítás munka- és teljesítményszükségletét, • döntı hatással van a szerszámkopás mértékére, ebbıl következıen a gyártmány alakés méretpontosságára, • befolyásolja a termék felületi minıségét. A gyakorlatban a súrlódás nagyságának jellemzése többnyire a Coulomb-féle súrlódási tényezıvel, vagy a Kudo-féle súrlódási mérıszámmal történik. A súrlódást leíró mérıszám nagysága függ: az alakított darab és az alakító szerszám érintkezı felületeinek érdességétıl, az érintkezı felületek között lévı kenıanyag tulajdonságaitól, az alakítási hımérséklettıl (az érintkezı felületek hımérsékletétıl), az érintkezı felületek relatív sebességkülönbségétıl, az érintkezési nyomástól.

• • • • •

Coulomb-féle súrlódási tényezı Ha sík felülettel "A" felületen érintkezı csúszó hasábot Fn erı szorítja a sík felülethez a 3.8.1.1 ábra szerint, a súrlódási tényezı az Fs súrlódó- és az Fn összeszorítóerı hányadosaként határozható meg a F µ= s F n

összefüggéssel. Az erıket a súrlódó felületre vonatkoztatva, a µ súrlódási tényezı értéke a felületen ébredı τs súrlódó feszültség és a σn normálfeszültség hányadosával is kifejezhetı a τ µ= s σ n

képlettel. Ha a felületen ébredı normálfeszültség eléri a súrlódó darab anyagának alakítási szilárdságát (σn → kf), akkor a két felület között ébredı súrlódó feszültség eléri a képlékeny állapotba került darab anyagának nyírófolyáshatárát (τs → τf). Ismerve az alakítási szilárdság és a nyírófolyáshatár közötti a - 27 -

Alapfogalmak.doc

τ =

k

f

f

3

képlet szerinti kapcsolatot, a Culomb-féle súrlódási tényezı maximális értéke a µ

max

=

1 ≈ 0, 577 3

értékő.

3.8.1.1 ábra A Coulomb-féle súrlódási tényezı tehát a 0≤µ≤

1 3

tartományban változhat, ahol: µ = 0 súrlódás mentes állapotot, µ = 0,577 tapadásos súrlódást jellemez. Kudo-féle súrlódási szám A Kudó-féle értelmezés szerint a súrlódási feszültség a nyírófolyáshatárral arányos, tehát írható a k τ = m⋅τ = m⋅ f s f 3 összefüggés. ahol: 0 ≤ m ≤ 1 m = 0 súrlódásmentes állapotot, m = 1 tapadásos súrlódást jellemez.

- 28 -

Alapfogalmak.doc

Súrlódás hatása a zömítés fajlagos alakítóerı-szükségletére A súrlódás fajlagos alakítóerıre gyakorolt hatását a hengeres darab axiális irányú zömítésére és a kúpos csatornában végzett alakításra levezetett összefüggések jól szemléltetik. Hengeres darab axiális irányú zömítésének fajlagos erıszükségletét a pillanatnyi zömítési magasság függvényében a  µ d p = k ⋅ 1 + ⋅  f  3 h összefüggéssel számítható (lásd: [2]), ahol: kf - a pillantnyi zömítési magassághoz tartozó alakítási szilárdság, µ - Coulomb-féle súrlódási tényezı értéke a nyomólapok és az alakított darab között, h - a pillanatnyi zömítési magasság, d - a pillantnyi zömítési magassághoz tartozó átmérı. do = 10 mm kiinduló átmérıjő, ho = 20 mm kiinduló magasságú Al99,5 anyagminıségő, hengeres próbatest zömítésének µ = 0,05, µ = 0,2, µ = 0,35 és µ = 0,45-ös súrlódási tényezıvel számított erı - út diagramját szemlélteti a 3.8.1.2 ábra.

3.8.1.2 ábra

Súrlódás hatása a huzal- és rúdhúzás fajlagos alakítóerı szükségletére és a húzógyőrő optimális félkúpszögére Kúpos csatornában végzett huzal- vagy rúdhúzás fajlagos erıszükséglete

 )  µ 2 α   σ ≈ k ⋅λ ⋅ 1+ ) + ⋅  x fk ö ( f )   α 3 λö( f )    összefüggéssel határozható meg (lásd: [2]), ahol:

- 29 -

Alapfogalmak.doc

σ - a a húzás során, a kilépı keresztmetszet felületegységére mőködtetendı húzóerı, x

kfk - a kúpos csatornában lévı anyag közepes alakítási szilárdsága,

λ - a kúpos csatorna kilépı keresztmetszetében létrejövı összehasonlító alakváltozás, ö( f ) ) α - a kúpos csatorna félkúpszöge, radiánban. do = 3,6 mm belépı- és df = 3,2 mm kilépı átmérıjő húzógyőrőben CuZn36 anyagminıségő huzal húzásának fajlagos erıszükségletét szemlélteti a húzógyőrő félkúpszögének függvényében, µ = 0,05, µ = 0,15, µ = 0,3 és µ = 0,45-0s súrlódási tényezık esetén a 3.8.1.3 ábra szemlélteti. Az ábra szerint a kúpfal és az áramló anyag közötti súrlódási tényezı növekedésekor növekszik az optimális félkúpszöghöz tartozó fajlagos erıszükséglet és maga az optimális félkúpszög is. Optimális félkúpszögnek a fajlagos húzóerı minimumához tartozó félkúpszöget tekintjük.

3.8.1.3 ábra

3.8.2 Súrlódási tényezı meghatározása A súrlódási viszonyok vizsgálatára, illetve a súrlódást jellemzı mérıszámok meghatározására számos módszer ismert, mint például a: • szalaghúzó próba, • nyújtva hajlító próba, • győrőzömítı vizsgálat. A mérési módszerek –mérési elvüket tekintve- lényegében két csoportba sorolhatók.

- 30 -

Alapfogalmak.doc

Az egyik csoportba tartozó eljárásoknál a képlékenységtan elméletének felhasználásával az adott alakítási modellre levezetett összefüggés(sek)bıl állítható elı a súrlódás jellemzésére szolgáló mérıszám. Ezeknél lényegében a kisérleti alakítás végén kapott próbatest geometria hordozza a súrlódási viszonyokra vonatkozó információt. E csoportba tartozó módszerek klasszikus képviselıje a nyújtva-hajlító próbával és a győrőzömítı vizsgálattal végzett súrlódási mérıszám meghatározás. A másik csoportba tartozó eljárások közös jellemzıje, hogy az alakítási modell szerszámozását úgy alakítják ki, hogy azon az Fn és Fs erı külön-külön mérhetı legyen és a kettı felhasználásával határozzák meg µ értékét (lásd szalaghúzó próba). Meg kell jegyezni, hogy a második csoportba tartozó mérési módszereknél az erık pontos mérése bizonyos alakítási modelleknél (kúpos csatorna, zömítés) bonyolult feladat, viszont a súrlódási tényezı értéke a mért erıkkel egyszerő összefüggésekkel határozható meg. Az elsı csoportba tartozó módszerek méréstechnikailag viszonylag egyszerőek, de a súrlódási mérıszám az alakított próbatest képlékenységtani elemzésével levezetett bonyolult összefüggésekbıl fejezhetı ki, vagy ha ez nem lehetséges akkor numerikus módszerek alkalmazásával állítható elı.

Szalaghúzó próba A szalaghúzó próba a legegyszerőbb kisérleti módszer a súrlódási tényezı meghatározására. A mérés elvi elrendezését a 3.8.2.1 ábra szemlélteti. Két szorító betét között -amelyeket Fn erı szorít össze- a szalag húzásához szükséges erı a: F = 2 ⋅ µ ⋅F s

n

összefüggéssel, az ebbıl kifejezett µ súrlódási tényezı pedig a: F µ= s 2 ⋅F n

összefüggéssel számítható. A kisérlet során biztosítani kell a szalag egyenletes, kis sebességgel végzett húzását, közben mérni kell az Fn és Fs erıket. E kisérlet során a szalag rugalmas alakváltozásállapotban van. A vizsgálat során különbözı anyagminıségő lemezt és szorító betétet (például rugalmas gumi, vagy poliuretán) is lehet alkalmazni

3.8.2.1 ábra

- 31 -

Alapfogalmak.doc

Nyújtva-hajlító próba A nyújtva-hajlító próba elvi vázlata a 3.8.2.2 ábrán látható. A vizsgálat során, a két végén elmozdulásmentesen befogott so kezdeti vastagságú és bo>>so kezdeti szélességő szalag képlékenyen nyúlik, ebbıl következıen elmozdulást végez a hajlító henger felületén. A szalagban az 1-es és 2-es szelvényekben (a súrlódás következtében) eltérı nagyságú tangenciális irányú húzófeszültségek ébrednek. Bizonyos mértékő maradó alakváltozás létrehozása után a próbatestet a készülékbıl kiveszik. Az 1es és 2-es szelvényekben megmérik az s1, s2 lemezvastagságot és a b1, b2 ) lemezszélességet, valamint a két szelvény közötti α átfogási szöget. A lemezanyag folyásgörbéjének ismeretében, a Mises egyenletek felhasználásával az 1-es és 2-es , ,, keresztmetszetekben ébredı σ és σ tangenciális feszültségek meghatározhatók. A kötélsúrlódás törvényének felhasználásával, ezek közötti kapcsolatot a: ,,

,

) µ⋅α

σ = σ ⋅e

) összefüggés jellemzi, ahol: α - az 1-es és 2-es hely között mérhetı átfogási szög radiánban mérve. Az elıbbi összefüggésbıl a Coulomb-féle súrlódási tényezı értékére a: ,,

σ 1 µ = ) ⋅ ln , α σ összefüggést kapjuk.

3.8.2.2 ábra Győrőzömítı vizsgálat elve A gyakorlatban −egyszerő méréstechnikája miatt− különös jelentısége van a győrőzömítı vizsgálattal végzett súrlódási tényezı meghatározásnak. A módszer azon a gyakorlati megfigyelésen alapszik, hogy egy hengeres győrőt két síklap között axiális irányban ho-ról „h” magasságra zömítve, a külsı és belsı átmérıjének megváltozása a szerszámmal érintkezı felületek között ébredı súrlódás nagyságától függ, melyet a 3.8.2.3 elvi ábra szemléltet. Ha a súrlódási tényezı kicsi, akkor a győrő belsı átmérıje gyakorlatilag nem változik (esetleg kis mértékben nı), a külsı átmérı jelentısen növekszik. Kedvezıtlen súrlódási viszonyok mellett a külsı átmérı kevésbé nı, a belsı átmérı csökken. Tehát a „h” magasságra zömített győrő geometriája hordozza a súrlódási viszonyokra vonatkozó információt.

- 32 -

Alapfogalmak.doc

3.8.2.3 ábra Az alakváltozási folyamat analízisével méretváltozásból elıállíthatók.

a

súrlódási

mérıszámok

a

geometriai

Győrőzömítı vizsgálat méréstechnikája A próbatest kiinduló és zömítés utáni geometriáját a 3.8.2.4 ábra szemlélteti. A zömítés során a külsı és belsı átmérık -a nyomólapok közelében lévı anyagrészek radiális irányú mozgásának súrlódás okozta fékezettsége miatt- hordósodnak. A h zömítési magassághoz tartozó idealizált (hordósodás nélküli állapothoz tartozó) geometriai méretek, valamint a semleges (helyben maradó) réteg helyzete a térfogatállandóság felhasználásával határozható meg. A Dk idealizált külsı átmérı a viszonylag jól mérhetı D' és D'' átmérıkbıl a D = k

2 ⋅ D′′ + D′ 3

összefüggéssel számítható. A teljes térfogatra felírt térfogatállandóságból az rb idealizált belsı sugarat kifejezve a 2 k

(

b

)

h 2 2 −r ⋅ o ko bo h

r = R − R

összefüggést kapjuk.

- 33 -

Alapfogalmak.doc

A semleges réteg sugarát az r > ro térfogatrészre felírt térfogatállandóságból kifejezve jutunk a

r = o

2 ⋅h ko o

R

2 k

− R ⋅h

h −h o

összefüggéshez. A győrő feszültség- és alakváltozás analízise során, a semleges réteg két oldalára felírható σr(r) és σz(r) feszültségfüggvények felhasználásával meghatározható az "m" Kudo - féle súrlódási szám és a "µ" Coulomb - féle súrlódási tényezı.

3.8.2.4 ábra

Kudo-féle súrlódási szám meghatározása Az „m” súrlódási szám abból a feltételbıl határozható meg, hogy a semleges réteg helyén (r = ro helyen) a radiális irányú feszültségek értéke megegyezik, azaz: σr1(ro) = σr2(ro), A feszőltségfüggvények helyettesítése és rendezés után, az "m" súrlódási számra kapott összefüggésben csak a sajtolt győrő geometriai méretei (rk, rb, h) és a semleges réteg (ro) sugara szerepel: 2  2 4 4 r ⋅ r + 3 ⋅r + r  k  o b o  h 1 m= ⋅ ⋅ ln 2 r + r − 2⋅r 2  2 4 4 k b o r ⋅ r + 3 ⋅r + r  b  o k o 

- 34 -

Alapfogalmak.doc

Coulomb-féle súrlódási tényezı meghatározása A µ Coulomb-féle súrlódási tényezı abból a feltételbıl határozható meg, hogy a zömített darab félmagasságában (a h/2 helyen), a semleges réteg jobb- és baloldalára levezetett axiális irányú feszültség értéke az r = ro helyen megegyezik, tehát σz1(ro) = σz2(ro), ahol σz1 a

  2 2⋅µ 2⋅µ r ⋅ r −r  − ⋅ − r r r k  2 k k o σ = k ⋅e h ⋅ 1 + ⋅∫ ⋅e h ⋅ dr  z1 f 3 r r ⋅ 3 ⋅ r4 + r4   o   −

( )

( )

σz2 a

  2 2⋅µ 2⋅µ r ⋅ r −r  − ⋅ r − r r b  2 b b o σ = k ⋅e h ⋅ 1 + ⋅∫ ⋅e h ⋅ dr  z2 f 3 r r ⋅ 3 ⋅ r4 + r4   o   −

( )

( )

összefüggésekkel határozható meg.

3.8.2.5 ábra A kapott σz1 = σz2 egyenletben szereplı integrálok zárt alakban nem oldhatók meg, így az adott zömítési magassághoz tartozó győrőméretekre numerikus integrálással lehet a feladatot megoldani. A mért geometriai méretekbıl a µ súrlódási tényezı gyors meghatározását teszi lehetıvé a Burgdorf által −a fenti egyenlet alapján− szerkesztett nomogram, amely a 3.8.2.5 ábrán - 35 -

Alapfogalmak.doc

látható és az ott feltüntetett kiinduló méretekkel rendelkezı győrő zömítése során alkalmazható a súrlódási tényezı meghatározására.

3.9 Alakíthatóság Az alakíthatóság a fémek képlékeny alakváltozási képességét számszerően fejezi ki a repedés, illetve a törés bekövetkeztéig elviselt összehasonlító alakváltozás mérıszámával. Azt az összehasonlító alakváltozást, ameddig az alakítás káresemény (pl. képlékeny instabilitás, repedés, törés) bekövetkeztéig folytatható a képlékenyen alakított darabon határalakváltozásnak, az esemény bekövetkeztéhez tartozó állapotot pedig határállapotnak nevezik. E határállapot pontos ismerete nélkül korszerő alakítástechnológiai CAD rendszer nem hozható létre. Meg kell jegyezni, hogy az alakítási határállapotnak van egy tágabb értelmezése is. A további alakítás számára ugyanis nemcsak az alakváltozóképesség kimerülése jelenthet korlátot, hanem számos egyéb tényezı is. Például azok a körülmények amikor a káresemény az alakváltozási zónán kívül következik be (pl. fenékleszakadás, ráncosodás mélyhúzásnál, kihajlás zömítésnél, felzömülés redukálásnál, az alakítószerszám korlátozott teherbíró képessége, vagy a kenıképesség kimerülése a kent felület nagymértékő megnövekedése miatt). A továbbiakban az alakíthatósági határállapot elsıként említett szőkebb értelmezését használjuk.

Alakíthatósági határállapot értelmezése Fémek képlékenyalakításakor a törésig elviselt képlékeny alakváltozást befolyásoló tényezıket a o t λ ö = f T  C , λ& ij  1s  , σij [MPa] , A

{

}

elvi összefüggés szemlélteti. A T[°C] hımérséklet befolyásoló hatása közismert. Az alakítási hımérséklet növelése az alakítási szilárdságot csökkenti, az alakíthatóságot növeli. Ezt a körülményt régen kihasználják az alakíthatóság növelésére (lásd: kovácsolás). Az összehasonlító alakváltozás-sebesség állapot λ&  1  hatása kevésbé ismert. ij  s  Gyakorlati jelentısége a melegalakítás körülményei között jelentıs. Hatását hidegalakításnál legtöbbször nem veszik figyelembe. A

σ

ij

feszültségállapot

alapvetıen

meghatározó

paramétere a törésig

elviselt

alakváltozásnak. Törés-, illetve repedésmentes alakítás szempontjából döntı jelentıségő, hogy az adott eljárás során milyen a feszültség- és alakváltozásállapot a képlékeny zónában. Az újabb kutatások során bebizonyosodott, nem csak a törés pillanatában fennálló feszültségállapot döntı az alakíthatóság szempontjából, hanem a deformáció teljes folyamata alatt bekövetkezı feszültségállapot, illetve a hatására létrejövı alakváltozásállapot, vagy más szóval a deformációtörténet is.

- 36 -

Alapfogalmak.doc

A negyedik befolyásoló paraméter az "A"-val jelölt, az anyagszerkezet hatását kifejezı függvény. Az "A" paraméter magába foglalja mindazokat az anyagjellemzıket (kristályszerkezet, szemcseszerkezet, szövetszerkezet, ötvözık, hıkezeltségi állapot stb.) amelyek az alakításra kerülı anyagot jellemzik. A törésig elviselt alakváltozás elıbb felírt elvi képlete általános esetre nem ismert és eddig elméletileg sem sikerült levezetni. A legtöbb képlékenyalakító technológiánál nem szükséges az alakíthatósági határ problémáját ilyen általánosan vizsgálni. Megbízható következtetés vonható le az alakíthatósági határra vonatkozóan megfelelı számú egyszerő kisérlet eredményébıl is. Az alakíthatósági határállapot a két fı alakítási módnál -a lemez- és térfogatalakításnál- jól elkülöníthetı. Az alakíthatósági határ megállapítására szolgáló kisérletek mérési eredményeit diagramban rögzítik, amelyet térfogatalakításnál alakíthatósági diagramnak, a lemezalakításnál alakíthatósági határgörbének neveznek.

Alakíthatósági diagram Az alakíthatósági diagram a törésig elviselt összehasonlító-alakváltozást λ = f (k ) t ö

tartalmazza a feszültségállapot-mutató függvényében: • adott anyagminıségre és anyagszerkezetre, • adott hımérsékleten és • adott összehasonlító-alakváltozássebesség mellett. A fentiekbıl következik, hogy a diagram független változója a feszültségállapottal kapcsolatos mennyiség, a többi befolyásoló tényezıt csak mint paramétert veszi figyelembe. Az alakíthatósági diagram jellegzetes megjelenési formáját szemlélteti a 3.9.1 ábra. A k feszültségállapot-mutató, a képlékeny állapotban lévı térfogat valamely pontjában a σm középfeszültség és az adott pontban érvényes kf alakítási szilárdság ismeretében határozható meg a σ k= m k f

képlettel. A középfeszültség I = 1 m 3

σ

összefüggéssel számítható, ahol: I1 a feszültségtenzor elsı skalárinvariánsa. A 3.9.1 ábrából látható, a feszültségállapot-mutató értékének csökkenésekor (többtengelyő nyomófeszültség állapot) a törésig elviselt összehasonlító-alakváltozás értéke nı. Az alakíthatósági diagram összetartozó kf - λ öt értékeit különbözı feszültségállapot mellett (szakítás, csavarás, zömítés) törésig végzett alakítással kisérletileg határozzák meg. A mért pontsorra leggyakrabban a: - 37 -

Alapfogalmak.doc

t ö

λ = α⋅e

−k

alakú függvényt illesztik, ahol: α - anyagtól függı állandó.

3.9.1 ábra

Alakíthatósági határállapot beépítése a képlékenyalakító technológia tervezırendszerébe Az alakíthatósági határállapot képlékenyalakító technológia tervezırendszerbe való beépítésének két feltétele van. Az elsı az alakított anyag törésig elviselt összehasonlító alakváltozásának ismerete a feszültségállapot-mutató függvényében, vagyis az alakíthatósági diagram ismerete az adott alakítási hımérsékleten és deformációsebesség mellett. A második a technológiai folyamat feszültségi és alakváltozási állapotának ismerete az alakítási folyamat teljes tartományában. Ezek ismeretében meghatározható az anyag képlékenységi tartalékának kihasználtsági foka (ψ). Továbbá lehetıség nyílik az alakíthatóság szempontjából optimális technológiai paraméterek (pl. szerszámgeometria, alakítási hımérséklet, szerszámsebesség, stb.) megállapítására.

Alakíthatósági határgörbe A lemezek hidegalakításának területére dolgozta ki Keeler és Goodwin a lemezek határalakváltozásának elméletét. Az elmélet lényege: lemezek sík feszültségi állapotban végzett alakításakor, a feszültségállapot hatására -a károsodás helyén- a lemez síkjában létrejövı valódi nyúlások folytonos határgörbét alkotnak. Az alakítási határgörbe pontjait tehát a károsodási helyen a lemez síkjában mért összetartozó legkisebb és legnagyobb valódi nyúlások határozzák meg. A határgörbe alatti -összetartozó- legkisebb és legnagyobb valódi nyúlásértékeknél károsodás nem keletkezik a lemezben, a határgörbe feletti értékeknél igen. A károsodás bekövetkezését kétféle módon szokás jellemezni: • a törés (repedés) megjelenésével, • a képlékeny instabilitás megjelenésével. - 38 -

Alapfogalmak.doc

A képlékeny instabilitás azt jelenti, hogy a további alakításnál az alakváltozás nem a lemez teljes térfogatában megy végbe, hanem csak egy szők térfogatrészben, vagyis a helyi kontrakció kialakulásának megjelenésével hozható kapcsolatba. Mivel a képlékeny instabilitás kialakulása mindig megelızi a törést, ezért a képlékeny instabilitáshoz kötött határalakváltozás szigorúbb korlátot jelent, mint a töréshez kapcsolt határ. Míg a törés megjelenésével jellemzett határalakváltozást csak kisérletileg lehet t ö

meghatározni, addig a λ instabilitási határt jelentı görbe elméleti úton is számítható. Az alakítási határgörbe (Keeler - Goodwin diagram) jellegzetes megjelenési formáját szemlélteti a 3.9.2 ábra, feltüntetve a töréshez és a képlékeny instabilitáshoz tartozó határgörbéket. A térfogatalakításhoz hasonlóan, a diagram közvetve a feszültségállapot függvényében kezeli az alakíthatósági határt. A hımérséklet, az alakváltozás-sebesség, az anyagminıség, az anyagszerkezet paraméternek tekinthetı.

3.9.2 ábra Az alakíthatósági határgörbe használatához ismerni kell a tervezett képlékenyalakító technológiával alakított lemez kritikus helyein a lemez síkjában fellépı legnagyobb és legkisebb valódi nyúlás értékeket. Az összetartozó értékeket az adott lemez alakítási határgörbéjét tartalmazó koordináta-rendszerben kell felmérni. Amennyiben a kapott pont(ok) a határgörbe alatti tartományban helyezkedik el, akkor a tervezett technológiával nagy valószínőséggel selejtmentes gyártás valósítható meg.

3.10 Hideg-, félmeleg- és melegalakítás fogalma, jellemzıi A képlékenyalakító technológiák rendszerezésének egyik –gyakran alkalmazott- rendezı elve az alakítás hımérséklete. A hideg- és melegalakítás szerinti felosztás régóta ismert, jóllehet a technológiai, illetve fémtani megfogalmazás szerinti definíciók eltérıen fogalmazzák meg azok jellemzıit. Technológiai szempontok szerinti megitélés: a hıközlés nélkül –vagyis szobahımérsékleten végzett- alakítást tekinti hidegalakításnak és az alakítás elıtt, vagy közben végzett hıközléssel történı alakítást melegalakításnak.

- 39 -

Alapfogalmak.doc

A fémtani megfogalmazás szerint: az újrakristályosodási hımérséklet (Trekr) felett végzett alakítás a melegalakítás, a megújulási hımérséklet (Tm) alatti hımérsékleten végzett alakítás a hidegalakítás. Például a 800 °C-on végzett volfram huzal gyártás fémtani megitélés szerint hidegalakítás, mert ez alatta van a volfram megújulási hımérsékletének. Technológiai megitélés szempontjából viszont melegalakítás, mert a szerszámanyagok, berendezések hıigénybevétele miatt hasonló nehézségek merülnek fel mint például az acél melegalakításánál. A 3.10.1 ábrán látható elvi diagram a fémtani felosztást szemlélteti, a hidegen alakított, majd különbözı hımérsékletre hevített darab mechanikai tulajdonságainak (szilárdság, keménység, alakíthatóság), szemcseméret és maradófeszültségek ábrázolásával.

3.10.1 ábra A hideg- és melegalakítás közötti hımérséklettartomány (Tm
és

melegalakítás

A fentiekbıl következik, hogy a hideg-, félmeleg- és melegalakítás nem egy meghatározott hımérsékletet, hanem fémtıl függıen más és más hımérséklettartományt jelent.

- 40 -

Alapfogalmak.doc

Hidegalakítás A fémek képlékeny alakváltozásának folyamata a diszlokációelmélettel írható le. A polikrisztallin fémek hidegalakítás elıtt homogén, izotróp testként kezelhetık. Szemcsézetük poligonális, melyet a 3.10.2 ábra szemléltet. Hidegalakítás után a fém izotrópiája megszőnik. Az alakváltozás során minden kristály mőködı csúszási síkja és iránya igyekszik elfordulni a legnagyobb fınyúlás irányába, s az alakváltozás mértékének növekedésével egyre tökéletesebb rendezettség alakul ki. Az alakított fém hidegalakítás után is polikrisztallin szemcsézető, de a benne fellépı rendezettség miatt (az alakítás irányába megnyúlt, rendezett szemcsézet) a mechanikai tulajdonságai (pl. Rp0,2, Rm, Z, A) attól függnek, hogy a vizsgálathoz felhasznált próbatest az alakítás irányához képest milyen irányból lett kivéve.

3.10.2 ábra Az alakítás irányába kialakult rendezettség az alakítási textúra. Következménye a mechanikai tulajdonságok irányfüggése, vagyis az anizotrópia. A hidegalakítás során megváltozott tulajdonságok az alakítás után is megmaradnak. E változások megszüntetése, az eredetihez közelálló jellemzık visszaállítása újrakristályosító izzítással lehetséges. Ennek során -öndiffúzióval, csírából- az alakítás során eltorzult szemcsézet kristályhatárairól kiindulva, új poligonális, arányos mérető szemcsék keletkeznek, amelyekben a diszlokációsőrőség közel az alakítás elıtti értékre csökken. A rekrisztallizáció utáni szemcsék térfogata: • az alakváltozás mértékétıl, • az újrakristályosító izzítás hımérsékletétıl és • idejétıl függ. A hidegalakítást követı hevítés hatását az alakított fém mechanikai tulajdonságaira a 3.10.1 ábrán látható elvi digram szemlélteti. A képlékeny hidegalakítás elınyei: • A képlékeny hidegalakítással gyártott munkadarabok felületi minısége jó és bizonyos feltételek megléte esetén lényegesen jobb felületi minıséggel lehet gyártani, mint más technológiákkal.

- 41 -

Alapfogalmak.doc

• • •

A képlékeny hidegalakítással gyártott darabok átmérı méretei IT6-IT9 méretpontossággal gyárthatók. Meghatározott alakváltozás létrehozásához szükséges energia kisebb, mint ha ezt melegalakítással hozták volna létre. Az alakítási keményedés kihasználásával növelt szilárdságú alkatrészt lehet gyártani. Ezzel ötvözött acélok felhasználása és a szilárdságnövelés létrehozásához szükséges hıkezelési technológia takarítható meg.

Az elınyök felsorolásával egyidejőleg meg kell említeni a képlékeny hidegalakítás korlátait is, amelyek a következık: • Hidegalakítással gazdaságosan elsısorban a kis C- és Si tartalmú ötvözetlen acélok alakíthatók. A növekvı ötvözıtartalom jelentısen növeli az alakítási szilárdságot és így az alakítási ellenállást is. Ez jól megfigyelhetı az ötvözetlen C15 és a kb. 1% Crtartalmú BC3 acél folyási görbéin. A két acél széntartalma kb. ugyanannyi, de a BC3 ötvözıtartalma miatt az alakítási szilárdsága, keményedı képessége lényegesen nagyobb mint a C15-ös acélé (3.10.3 ábra) • Hidegalakítással -közbensı lágyítás nélkül- az elérhetı alakváltozás kisebb, mint a melegalakítással megvalósítható érték. • Bonyolult alakú, sarkos alkatrészek gyártásánál az alakító üreg kitöltése nehezen biztosítható, mert vagy az anyag alakíthatósága merül ki, vagy a szerszámterhelések növekednek a szerszámacélokra megengedhetı érték (kb. 2000-2500 N/mm2) fölé.

3.10.3 ábra A hidegalakításnál a felsorolt nehézségek leküzdésére elvileg a következı lehetıségek kínálkoznak: • Új szerszámanyagok kifejlesztésével (amelyek nagyobb szilárdságúak és szívósabbak), a szerszámanyagok terhelhetısége növelhetı. • Olyan technológiai folyamatokat kell megvalósítani, amelyekben a hidegalakítást elıalakítással kombinálva, a hidegalakítás során csak kismértékő alakváltozást valósítanak meg és így a hidegalakítás készrealakító technológiaként szerepel. • Megoldásként kínálkozik az is, hogy az alakításhoz szükséges energia egy részét a munkadarab melegítésével közlik a darabbal. Ezen alapulnak a félmelegalakítási technológiák és a gyakorlatban viszonylag egyszerően megvalósíthatók.

- 42 -

Alapfogalmak.doc

A hımérséklet növelésének hatását az alakítási szilárdságra (kf), a határalakváltozásra (törésig elviselt összehasonlító alakváltozásra) és a revésedés mértékére (Fev) acél esetén a 3.10.4 ábrán látható elvi vázlat szemlélteti.

3.10.4 ábra Az ábrán megfigyelhetı, hogy a hımérsékletet addig érdemes növelni, amíg a nagyobb mértékő revésedés nem indul meg. A feldolgozandó acélanyagtól függıen ez a hımérséklettartomány kb. 550-700 °C között van. Ezzel a módszerrel csökkenthetı az alakítási ellenállás, a hidegalakításnál megjelenı értékekhez képest. A csekély mértékő revésedés miatt pedig lényegesen jobb a felületi minıség, mint melegalakításnál. A 3.10.4 elvi ábrával szemben a 3.10.5 ábra a C15-ös anyag mért fenti jellemzıit szemlélteti a hımérséklet függvényében. Az alakítási szilárdság (kf) változását λ& = 0,05 1 s és λ& = 70 1 s összehasonlító alakváltozás-sebességhez tartozóan, a törésig ö

ö

elviselt összehasonlító alakváltozást ( λ

(t) ö

) pedig

λ& = 0,25 1 s ö

és

λ& = 40 1 s ö

összehasonlító alakváltozás-sebességhez tartozóan szemlélteti. Ezeken kívül feltünteti a t=2 perces és t=32 perces hıntartás során létrejövı reveveszteséget (Fev), valamint a készre alakított munkadarabok méretszórásának elvi változását.

Félmeleg-alakítás A félmeleg-alakítás hımérséklettartománya elméletileg a megújulási (Tm) és rekrisztallizációs (Trekr) hımérsékletek között jelölhetı ki. A gyakorlatban, acéloknál a felsı határát az intenzív revésedés kezdı hımérséklete korlátozza. A félmeleg-alakítás elınyei: A növekvı alakváltozóképesség és a csökkenı alakítási szilárdság miatt javul az üregtöltés. • Nagyobb ötvözıtartalmú acélok is folyathatók, mint pl. saválló, hıálló acélok. • Azonos alakítógép terheléssel nagyobb tömegő acél alakíthatók, mint hidegalakítással. •

- 43 -

Alapfogalmak.doc

3.10.4 ábra A félmeleg alakításnál a következı nehézségek fellépésével kell számolni: • Az alakítás során -folyamatos üzem esetén- az alakító szerszám aktív elemei is felmelegednek kb. 200-300 °C-ra, ezért drágább, általában Mo-ötvözéső gyorsacélt kell választani szerszámanyagnak. • A technológia tervezéshez szükséges alapadatok ismerete -az alakítási szilárdság hımérséklettıl és deformációsebességtıl való függése- elengedhetetlenül szükséges, amelyek a vonatkozó irodalomban többnyire hiányosan állnak rendelkezésre. • Kenési problémák lépnek fel, mert az acélok hidegfolyatásánál jól bevált foszfátozás nem ad megoldást, mert az acél felületén kialakított cinkfoszfát réteg 200-300 °C-on szétbomlik és kenıanyag-tárolóképessége megszőnik. Az ugyancsak jól bevált molibdéndiszulfid (MoS2) és wolframdiszulfid (WS2) kenıanyagadalékok a félmelegalakítás hımérsékletén trioxiddá alakulnak. A kenıanyagként használt grafitpor 450-480 °C-on CO2-vé alakul. Hasonlóképpen csıdöt mondanak az olajbázisú kenıanyagok, mert a félmeleg-alakítás hımérsékletén már kokszosodnak. • A munkadarabok felhevítése a félmeleg-alakítás hımérsékletére rendszerint indukciós hevítéssel történik. A hevítıberendezések gyártósorba való telepítését el kell végezni .

Melegalakítás Melegalakításkor az alakváltozás okozta keményedés és -az újrakristályosodási hımérsékletnél (Trekr
Alapfogalmak.doc

folyamat, a másodperc tört részétıl több percig, esetleg óráig tartó folyamat lehet. Ezért csak bizonyos feltételek teljesülése esetén jelenthetı ki, hogy a felkeményedés jelensége melegalakításnál nem észlelhetı. A melegalakítás elınyei: • Az alakítandó darab anyagának az alakítási szilárdsága a melegalakítás hımérsékletén a legkisebb (lásd: 3.10.5 ábrát). • Képlékenyen nagy ötvözı tartalmú acélok is feldolgozhatók. • Teljes-, vagy résztérfogatra kiterjedı alakítással nagyobb tömegő munkadarabok alakíthatók mint hideg-, vagy félmeleg-alakításnál. • Az üregtöltı képesség kedvezıbb, ezért tagoltabb, bonyolultabb geometriájú üregek feltöltése is elvégezhetı, mint hideg-, vagy félmeleg-alakításnál. A melegalakítás hátrányai: • Az alakítási energia egyrészét hıenergia formájában viszik be a darabba, amely jelentıs gyártóeszköz- (pl. hevítı berendezés) és költségtöbbletet (energia költség) jelent. • A melegalakítás hımérsékletén is megfelelı szilárdságú, nagy ötvözı tartalmú szerszámacélokkal oldható meg a szerszámozás. • Acélok melegalakítási hımérsékletre hevítésénél jelentıs revésedéssel kell számolni. Revés elıgyártmány revétlenítését el kell végezni, mert revésen alakítva fokozott szerszámkopást okoz és a kész darabon –a további megmunkálhatóság, valamint esztétikai okok miatt- nem engedhetık meg revemaradványok. Megoldás lehet a védıgázas környezetben történı alakítási hımérsékletre hevítés. Ezek a kiegészítı technológiai mőveletek további költségnövekedést okoznak. • A megfelelı súrlódási viszonyok biztosítása a melegalakítás hımérsékletén fokozott kenéstechnológiai problémákat jelent. A magas hımérsékleten stabil és megfelelı kenıképességgel rendelkezı kenıanyagok korlátozottan állnak rendelkezésre és drágák. • Az alakított darabok méretszórása az alakítási hımérséklet növelésével növekszik, azaz a gyártási pontosság csökken (lásd: 3.10.5 ábrát).

- 45 -

Alapfogalmak.doc

4. Definíciók Alakítási szilárdság: Anizotróp: Anyagtörvény: Diszlokációelmélet: Folyásgörbe: Fajlagos alakítóerı: Félmeleg-alakítás: Félmeleg-alakító technológiák: Feszültségi állapot: Fıfeszültségek: Gépipari képlékenyalakító technológiák: Hidegalakítás: Hidegalakító technológiák: Homogén: Izotróp: Képlékenység: Képlékeny zóna: Képlékenyalakítás: Képlékenységi feltétel: Képlékenységtan: Kohászati képlékenyalakító technológiák: Lemezalakító technológiák: Megújulás: Megújulási hımérséklet: Melegalakítás: Melegalakító technológiák: Összehasonlító alakváltozás: Összehasonlító alakváltozás-sebesség: Összehasonlító feszültség: Szuperképlékenység: Térfogatalakító technológiák: Újrakristályosodási hımérséklet: Valódi, vagy logaritmikus nyúlás: Alakítási szilárdság (kf): az alakított anyag mindenkori folyáshatára, egytengelyő feszültségállapotban az állapothatározó paraméterek (összehasonlító alakváltozás, összehasonlító alakváltozássebesség, hımérséklet) adott értékei mellett. Adott anyagminıség képlékenyen alakváltozó zónájának valamely pontjában az alakítási szilárdság függvénye a pont pillanatnyi: - összehasonlító alakváltozásának ( λ ö ), - összehasonlító alakváltozássebességének ( λ& [1/s]), ö

- hımérsékletének (T [°C]), azaz: kf = f ( λ ö , λ& ö [1/s], T [°C]) Anizotróp: különbözı irányokban eltérı tulajdonságokkal rendelkezı anyagi rendszer. - 46 -

Alapfogalmak.doc

Anyagtörvény: az az összefüggés, amely megfogalmazza az anyag adott pontjában ébredı feszültségállapot következményeként létrejövı alakváltozásállapotot. Fémek rugalmas alakváltozás tartományában az anyagtörvényt az általános Hooke-törvény írja le. A rugalmas - képlékeny alakváltozás tartományban -ahol a képlékeny alakváltozások nagyságrendje megegyezik az azt megelızı rugalmas alakváltozások nagyságrendjével- az anyagtörvény például a Pradtl - Reuss egyenletekkel fogalmazható meg. A nagy maradó alakváltozások tartományában (ahol a létrejövı képlékeny alakváltozások nagyságrenddekkel nagyobbak mint az azokat megelızı rugalmas alakváltozások) például a Mises-anyagtörvény alkalmazható. Diszlokációelmélet: A fémek képlékeny alakváltozása során a kristálysíkok egymáson több rácsállandónyi távolságra elcsúsznak anélkül, hogy az atomok közötti kötés megszakadna. A rácssíkok egymáshoz képest végzett elmozdulása irreverzibilis folyamat, mert a terhelés megszőnése után nem kerülnek az eredeti (kiinduló) helyzetükbe. A valóságos kristály rácshibákat, például diszlokációt tartalmaz. A diszlokációkat tartalmazó kristály rácssíkjainak egymáshoz képesti eltolása lényegesen kisebb τ csúsztatófeszültséget igényel, mint az ideális, rácshibát nem tartalmazó kristályrács esetén. A rácssíkok elmozdulásának következményeként a diszlokációk mozgásra kényszerülnek, találkozásukkor reakcióba lépnek egymással. A reakció eredménye lehet, hogy két diszlokáció kioltja egymást, de bekövetkezhet a két diszlokáció blokkolódása, azaz mozgásképtelenné válása. Ezek a folyamatok a hidegen alakított fém felkeményedéséhez vezetnek. Folyásgörbe: adott anyagminıségő fém alakítási szilárdságának változása az összehasonlító alakváltozás függvényében, adott állandó alakítási hımérsékleten és összehasonlító alakváltozássebesség mellett. Fajlagos alakítóerı: az alakított darab (technológia által meghatározott) felületén, az alakváltozás megindításához, illetve folyamatos fenntartásához felületegységenként mőködtetendı erı. Félmeleg-alakítás: a szobahımérsékletnél magasabb hımérsékleten végzett alakítás, amelyen az alakítási szilárdság csökkenése jelentıs mértékő, de a revésedés (felület minıség romlása) még nem számottevı. A kenési problémák is kisebb mértékőek mint a melegalakítás hımérsékletén végzett alakító eljárásoknál. Félmeleg-alakító technológiák: azok a képlékenyalakító eljárások, amelyek az alakítást az újrakristályosodási hımérséklet közelében végzik. Tulajdonképpen kompromisszumos megoldásnak tekinthetık, mert a hımérséklet növelése az alakítás erıszükségletét jelentısen csökkenti a hidegalakításhoz képest, viszont a melegalakítás hımérsékleténél lényegesen alacsonyabb alakítási hımérsékleten a revésedési folyamat elmarad, ezért munkadarab felületi minısége lényegesen jobb mint a melegalakítással gyártott daraboké. A szerszám és a munkadarab kenési problémái is egyszerősödnek a melegalakító eljárásokhoz képest. - 47 -

Alapfogalmak.doc

Feszültségi állapot: a külsı erıkkel terhelt darab valamely tetszıleges pontján átmenı, három egymásra merıleges sikon ébredı feszültségek összesége. Fıfeszültségek: a külsı erıkkel terhelt darab valamely tetszıleges pontján kitüntetett helyzetben átmenı, három egymásra merıleges sikon ébredı feszültségek összesége. A kitüntetett helyzet a síkok azon elhelyezését jelenti, amikor azokon csak normális irányú feszültségek ébrednek, csúsztató feszültségek nem. Másképpen fogalmazva: a pont feszültségállapotát jellemzı feszültségtenzor sajátértékei az alábbi relációnak megfelelıen sorba rendezve: σ1 ≥ σ2 ≥ σ3 Gépipari képlékenyalakító technológiák: a hagyományos gépipari üzemek gyártási folyamatába telepíthetık, a kész munkadarab kialakításához egymással kombinálhatók (pl. folyatott alkatrész bizonyos - folyatással nem gyártható - felületeinek kialakítása forgácsolással). E technológiák a zömítés, redukálás, folyatás, süllyesztékes kovácsolás és a lemeztechnológiák nagy része (kivágás, lyukasztás, finomkivágás, mélyhúzás, hajlítás, stb.). Hidegalakítás: Fémtani szempontok szerinti megfogalmazás: az alakított fém újrakristályosodási hımérséklete alatti hımérséklettartományban végzett alakítás. Technológiai szempontok szerinti megfogalmazás: az elıgyártmány hıközlés nélkül (szobahımérsékleten) végzett képlékenyalakítása. Hidegalakító technológiák: közé azokat a képlékenyalakító eljárásokat sorolják, amelyek olyan hımérsékleten végzik az alakítást, amelyen az újrakristályosodási folyamatok az alakváltozással azonos idıben nem mennek végbe. Az anyag keménysége az alakváltozással egyidejőleg növekszik, ezért az alakítás csak egyre nagyobb erıvel folytatható. Az alakításnak határt szab az, hogy a fém alakváltozási képessége kimerül és a további alakváltozás helyett repedés vagy törés következik be. A hidegalakítás során létrehozható alakváltozás mértékének határa van, ami vagy a rendelkezésre álló erıtıl (alakítógép névleges nyomóereje), vagy a repedések bekövetkezésének veszélyétıl függ. A munkadarabon a további hidegalakítás akkor végezhetı, ha a repedések megjelenése elıtt az alakítást befejezzük, majd valamilyen regenerálási eljárással (lágyítás, újrakristályosítás) visszaállítjuk a fém lágyabb állapotát. A hidegalakítást általában szobahımérsékleten végzik. Elınye, hogy a munkadarab felülete kiváló minıségő. Hátránya a nagy erıigénye, amely az alakított darab tömegének növekedésével rohamosan nı. Homogén: minden pontjában azonos tulajdonságokkal rendelkezı anyagi rendszer. Izotróp: minden irányban egyenértékő, azonos tulajdonságokkal rendelkezı anyagi rendszer.

- 48 -

Alapfogalmak.doc

Képlékenység: Képlékenységen a fémek és ötvözetek azon tulajdonságát értjük, hogy mechanikai igénybevétel hatására az alakjukat képesek megváltoztatni, az anyag kontinuitásának – folytonosságának– megmaradása mellett. A jelentıs maradó alakváltozásra képes fémeket képlékenynek tekintjük. Ezek ellentéte a rideg viselkedés. A rideg anyag, melynek alakváltozási képessége kicsi, gyakorlatilag nem, vagy csak igen kis mértékő alakváltozásra képes. Azokat az anyagokat tekintjük jól alakíthatónak, amelyek nagy maradó alakváltozást képesek elviselni a törés bekövetkezése elıtt. A képlékenység (alakíthatóság) nem abszolút tulajdonsága az anyagnak, hanem az állapottényezıknek is függvénye. Az állapottényezık: feszültségállapot, hımérséklet, alakváltozássebesség állapot. Képlékeny zóna: amelyben a geometriai méretváltozás, azaz a képlékeny alakváltozás, ennek következményeképp az anyagi tulajdonságok megváltozása végbemegy. Az alakító technológiától függıen kiterjedhet az alakított darab teljes térfogatára, vagy annak csak egy részére, valamint térfogata, elhelyezkedése az alakított darabban az alakítási folyamat során lehet állandó vagy változó. Képlékenyalakítás: olyan ipari gyártási módszer, amely kihasználva a fémek képlékeny alakváltozó képességét, megfelelı nagyságú külsı, vagy belsı erı(k) mőködtetésével az elıgyártmány kezdeti alakját a kívánt geometriai formára változtatja úgy, hogy eközben az atomok közötti kötés nem szakad meg (repedés, törés) és térfogata állandó marad. Szinonímái: forgácsnélküli alakítás, forgácsmentes alakítás. Képlékenységi feltétel: az az összefüggés, amely megadja a feszültségek minden olyan kombinációját, amelynek fennállásakor a rugalmas alakváltozásállapot végetér, a képlékeny alakváltozás megindul. Ezt az úgynevezett folyási függvény (f) fogalmazza meg. Képlékeny állapotban f = 0, rugalmas állapotban f < 0. Ideálisan merev, tökéletesen képlékeny anyagmodell esetén f > 0 fizikailag nem lehetséges. Izotróp anyag esetén a képlékenységi feltétel: f(σij, k) = 0, alakban írható fel, ahol: σij -a képlékeny zóna vizsgált pontjában a feszültségállapotot jellemzı feszültségtenzor, k – az adott pontban a képlékeny állapot létrejöttéhez tartozó anyagjellemzı. Anizotróp anyagok esetén a képlékenységi feltétel a Hill-féle anizotrópia paraméterek segítségével fogalmazható meg. Képlékenységtan: a rugalmasságtan mellett a szilárdságtan másik nagy részterülete, amely a szilárd testek viselkedésének törvényszerőségeit írja le nagymértékő maradó alakváltozások során. Kohászati képlékenyalakító technológiákat: a nagy anyag és energia igényük, valamint a gyártási hulladék újrahasznosítása, a szállítási, anyagmozgatási útvonalak minimálisra csökkentése miatt célszerő kohómővek közelébe telepíteni. Ezek közül a leggyakoribbak: a hengerlés, a rúd- és profilhúzás, a varratnélküli csıgyártás, a rúd- és profilsajtolás. - 49 -

Alapfogalmak.doc

Lemezalakító technológiák: közé azokat a képlékenyalakító eljárásokat sorolják, amelyek kiinduló terméke hengerelt lemez vagy szalag, vagyis olyan elıgyártmány melynek egyik mérete (a vastagsága) nagyságrendileg kisebb mint a másik két irányú mérete. Az elıállított termék síkszerő vagy vékony "héjjal" körülzárt üreges test. A lemezalakító technológiák többségénél a sikszerő elıgyártmány lemezvastagsága gyakorlatilag nem változik. Megújulás: Megújulásnak nevezzük azt a jelenséget, amikor a fém hidegalakítása során megváltozott tulajdonságok az alakítás elıtti tulajdonságok irányában változnak, a kristályszerkezet megváltozása nélkül. Megújulási hımérséklet: Azt a T hımérsékletet, amelyen a hidegalakítás során felkeményedett fém szilárdsága csökkenni kezd, -vagyis a fém kilágyulása megkezdıdik- megújulási hımérsékletnek (Tm) nevezzük. A Tm hımérsékletnél kisebb hımérsékleten izzítva a hidegalakítás során létrejött mechanikai tulajdonságok (pl. folyáshatár, keménység) változatlanok maradnak, Melegalakítás: Fémtani szempontok szerinti megfogalmazás: az alakított fém újrakristályosodási hımérséklete feletti hımérséklettartományban végzett alakítás. Technológiai szempontok szerinti megfogalmazás: az elıgyártmány hıközlés után, vagy közben (szobahımérsékletnél magasabb hımérsékleten) végzett képlékenyalakítása. Melegalakító technológiák: közé azokat a képlékenyalakító eljárásokat sorolják, amelyek olyan hımérsékleten végzik az alakítást, amelyen az újrakristályosodási folyamatok az alakváltozással gyakorlatilag egyidejőleg mennek végbe. Az alakváltozást ez esetben elméletileg csak a kifejtendı erı korlátozza. Hátránya viszont, hogy a melegalakítás hımérsékletén az acél munkadarab revésedik, ami a felületminıséget rontja. Összehasonlító alakváltozás: a képlékeny alakváltozásállapotban érvényes anyagtörvénybıl (Mises egyenletek) levezethetı, az alakváltozás állapotot jellemzı tenzor ( λ ij ) elemeinek felhasználásával, az alábbi összefüggéssel számítható: 2 λö = ⋅ λ ij ..λ ij 3 az alakváltozás mértékét jellemzı skalár mennyiség. Összehasonlító alakváltozás-sebesség: az összehasonlító alakváltozás analógiájára, az alakváltozás-sebesség állapotot jellemzı tenzor ( λ& ij ) elemeinek felhasználásával, az alábbi összefüggéssel számítható:

2 & & λ& ö = ⋅ λ ij ..λ ij 3

- 50 -

Alapfogalmak.doc

az alakváltozás-sebesség mértékét jellemzı skalár mennyiség. Összehasonlító feszültség: az a -többtengelyő feszültségállapotot jellemzı feszültségtenzor elemeibıl számíthatófeszültség, amely a képlékeny állapot létrejötte, illetve folyamatos fenntartása szempontjából azonos értékő az egytengelyő húzás körülményei között képlékeny állapotot létrehozó, illetve folyamatosan fenntartó feszültséggel. Meghatározása a Mises egyenletekbıl levezethetı:

σ = ö

3 ⋅ S ..S 2 ij ij

összefüggéssel végezhetı, ahol Sij a vizsgált pontban érvényes feszültségtenzor deviátortenzora. Szuperképlékenység: bizonyos ötvözetek azon tulajdonsága, hogy melegen nem úgy viselkednek mint általában a polikristályos fémek, hanem inkább nagyviszkozitású folyadékként. Extrém nagy egyenletes nyúlás -a kezdeti jeltávolság többszörösére, esetleg tízszeresére történı megnyújtásának- elviselésére képesek, kontrakció vagy törés létrejötte nélkül. A szuperképlékenység létrejöttének feltételei: • az anyag rendkívül finom szemcseszerkezete (1,4...7µm), amely alakítás közben is változatlan marad, 1 • az alakítás hımérséklete T > ⋅ T tartományban legyen, al olv 2 & = 10−5...10−2  1  ) történjen az alakítás. • kis összehasonlító alakváltozás-sebességgel ( λ ö  s  Néhány szuperképlékeny tulajdonságokkal rendelkezı ötvözetet, a hozzájuk tartozó alakítási hımérséklettel és összehasonlító alakváltozás-sebességgel mutat be az alábbi táblázat. Tal [°C] 20 250 400 520 950 1010

Ötvözet 62% Sn + 38% Pb 78% Zn + 22% Al 67% Mg + 33% Al 67% Al + 33% Cu 90% Ti + 6% Al + 4% V 92,5% Ti + 5% Al + 2,5% Sn

λ& ö ⋅10 −4 [1/s] 3 1 300 4 1,5 6

Térfogatalakító technológiák: közé sorolják azokat a képlékenyalakító eljárásokat, amelyek kiinduló terméke öntött tuskó, vagy öntött elıtermék, illetve különbözı mérető és többnyire egyszerő keresztmetszető (négyzet, kör, téglalap, hatszög) rúd, vagy buga. Az alakváltozási zónában az alakváltozási állapot általában térbeli, amely többtengelyő feszültségállapot hatására megy végbe. Az alakítás erıszükséglete viszonylag nagy. A gyártott termék általában tömör és térbeli kiterjedése háromdimenziós.

- 51 -

Alapfogalmak.doc

Újrakristályosodási hımérséklet: alatt azt a hımérsékletet értjük, amelyen egy adott mértékő alakváltozással alakított fém egy óra alatt tökéletesen újrakristályosodik. Nagymértékő alakváltozással alakított színfémek újrakristályosodási hımérséklete a homológ hımérsékletskálán a hom Trekr ≈ 0,4

képlettel fejezhetı ki. Homológ hımérséklet, a Kelvin fokban kifejezett, valamely jellemzı hımérsékletnek a fém olvadáspontjára vonatkoztatott relatív értéke a

T

hom

=

T T

olv

összefüggésnek megfelelıen.

Újrakristályosodás homológ hımérséklete tehát a

Trekr  o K  Tolv  K  o

hom ≈ 0,4 ≈ Trekr

- 52 -

Alapfogalmak.doc

képlettel írható fel, amelyet a fenti ábra alapján értelmezhetünk. A diagram vízszintes tengelyén a fém olvadáspontja, baloldali függıleges tengelyén az újrakristályosodási hımérsklete szerepel Kelvin fokban. Az ábrában szereplı fémek a 0,5 és 0,33 iránytangenső (Trekr=0,33…0,5⋅Tolv) egyenesek között helyezkednek el, tehát a 0,4-es iránytangens közelítıleg az elıbbi értékek átlagaként fogadható el. Néhány fém olvadáspontja és a fenti képlettel számított rekrisztallizációs hımérséklete az alábbi táblázatban látható.

Fém Ólom (Pb) Volfram (W) Vas (Fe)

Tolv [°C]

Tolv [°K]

Trekr [°K]

Trekr [°C]

327 3410 1539

600 3683 1812

240 1473 725

- 33 1200 452

Valódi, vagy logaritmikus nyúlás: a méretváltozást (dl) a pillanatnyi jeltávra (l) vonatkoztatva kapjuk az elemi valódi, vagy logaritmikus nyúlást: dl dλ = l Az lo - ról l1 - re változott jeltáv esetén a valódi, vagy logaritmikus nyúlás mérıszáma:

λ=

l 1 dl

l = ln 1 l l l o

∫

o

- 53 -

Alapfogalmak.doc

Felhasznált irodalom: [1] dr.Horváth L.: Képlékenyalakító technológiák elméleti alapjai BMF jegyzet [2] dr.Horváth L.: Képlékenyalakítási alapfeladatok elemzése a képlékenységtan módszereivel BMF jegyzet [3] K. Lange: Handbook of Metal Forming McGraw-Hill, Dearborn, Michigan, U.S.A. 1985 [4] Kalpakjian: Manufacturing Processes for Engineering Materials [5] Dr.Szabadíts Ö.- Dr,Ziaja Gy.: A félmeleg alakítás, mint a képlékeny hidegalakítás alkalmazási területének kiterjesztése Hidegfolyatási Tanácskozás elıadásai 1977 Szeptember 20.

- 54 -

BUDAPESTI MŐSZAKI FİISKOLA Bánki Donát Gépészmérnöki Fıiskolai Kar Anyagtudományi és Gyártástechnológiai Intézet

Folyásgörbe meghatározás módszerei Oktatási segédlet.

Összeállította: dr. Horváth László fıiskolai docens

2005.

Folyásgörbe.doc

TARTALOMJEGYZÉK

Oldal 1. Az alakítási szilárdság és a folyásgörbe fogalma, mérési módszerek áttekintése .................... 3

2. Folyásgörbe meghatározás hengeres próbatest zömítıvizsgálatával........................................ 7 2.1. A mérés elméleti alapjai .............................................................................................. 7 2.2. A mérés végrehajtása, a mérési eredmények kiértékelése ........................................... 10 2.3. Az alakítási szilárdságot befolyásoló paraméterek értékének meghatározása............. 12 2.3.1. Az összehasonlító alakváltozás-sebesség a mérés során ................................... 12 2.3.2. A próbatest hımérséklete a mérés során............................................................ 14

3. Folyásgörbe meghatározás hengeres próbatestek zömítıvizsgálatával (Extrapolációs módszer) .......................................................................................................... 16 3.1. A mérés elméleti alapjai .............................................................................................. 16 3.2. A mérés elıkészítése, végrehajtása, a mérési eredmények értékelése ......................... 17

4. Folyásgörbe meghatározás lapos próbatest zömítıvizsgálatával (Watts - Ford módszer)............................................................................................................ 22 4.1. A mérés elméleti alapjai .............................................................................................. 22 4.2. A nyomóbetétek kiválasztása....................................................................................... 26 4.3. A mérési eredmények értékelése.................................................................................. 27

5. Folyásgörbe-egyenletek paramétereinek meghatározása.......................................................... 29 5.1. Az egyszerő hatványfüggvénnyel jellemzett kétparaméteres folyásgörbe-egyenlet paramétereinek meghatározása .................................................................................... 30 5.2. Négyparaméteres folyásgörbe-egyenlet paramétereinek meghatározása ..................... 33

6. Kidolgozott feladatok ............................................................................................................... 38

7. Mellékletek............................................................................................................................... 53

-2-

Folyásgörbe.doc

1. Az alakítási szilárdság és a folyásgörbe fogalma, mérési módszerek áttekintése A fémek képlékeny hidegalakítása során, egytengelyő feszültségállapotban, az alakváltozás hatására növekvı folyáshatárt −megkülönböztetésül az anyagvizsgálatban a folyás megindulásához tartozó (Rp0,2) statikus folyáshatártól− alakítási szilárdságnak nevezzük és többnyire kf−el jelöljük. Az alakítási szilárdság tehát az alakváltozás hatására felkeményedı fém mindenkori folyáshatára, egytengelyő feszültségállapotban. Az alakítatlan fém alakítási szilárdsága megegyezik a statikus folyáshatárral (kfo = Rp0,2). Az alakítási szilárdság −az alakítás mértékén kívül− egyéb paramétereknek is függvénye, melyet az alábbi elvi összefüggés szemléltet:  o  1  k = f  A , λ , T  C , λ&    f ö   ö  s   

1.1

amelyben az alakított darab − anyagminıségét A, − összehasonlító alakváltozását λ ö, − hımérsékletét T [°C], & [1/s] jelöli. − összehasonlító alakváltozás-sebességét λ ö

Adott anyagminıség alakítási szilárdságát a:  o  1  k = f  λ , T  C , λ&    f  ö   ö  s  

1.2

háromváltozós függvény írja le. A λ& összehasonlító alakváltozás-sebességet, mint független változót állandó értéken ö

tartva, olyan kétváltozós függvénykapcsolathoz jutunk, amely egy felülettel ábrázolható. A folyási felület elvi ábráját az 1.1 ábra szemlélteti.

1.1 ábra -3-

Folyásgörbe.doc

Bizonyos alakítási körülmények között (például: szobahımérsékleten, kis ( λ&

ö

≤ 1 1s )

összehasonlító alakváltozás-sebességgel végezve az alakítást) az alakítási szilárdság csak az összehasonlító alakváltozás függvényeként kezelhetı. A folyásgörbe ekkor a

( )

k =f λ f

1.3

ö

függvénykapcsolatot jelenti (az alakítási szilárdság változását az összehasonlító alakváltozás függvényében), miközben a másik két paraméter értéke állandó. Az elıbbiekbıl következik, hogy az 1.3 összefüggéssel megadott folyásgörbe csak akkor tekinthetı ismertnek, ha mellette megadásra kerül, hogy milyen hımérsékleten és milyen összehasonlító alakváltozás-sebességgel történt a meghatározása. Néhány anyagminıség szobahımérsékleten (T = 20 °C), és λ& = 0,1 1 / s ö

összehasonlító alakváltozás-sebességgel meghatározott folyásgörbéjét szemlélteti az 1.2 ábra. A hımérséklet (T) és az összehasonlító alakváltozás-sebesség ( λ& ) folyágörbére gyakorolt ö

hatása látható az 1.3 ábrán. Az 1.3/a ábra a technikai tisztaságú (Al99,5) alumínium különbözı hımérsékleten, λ& = 0,1 1 / s összehasonlító alakváltozás-sebességgel meghatározott folyásgörbéit ö

szemlélteti.

1.2 ábra. Az ábrán megfigyelhetı, hogy 200[°C] alakítási hımérséklet felett a növekvı λ

ö

értékekhez csökkenı kf értékek tartoznak. A jelenség magyarázata, hogy 200[°C] feletti hımérsékleteken a diszlokációk "mászásához" egyre kedvezıbb feltételek alakulnak ki, ami az alakítási szilárdság csökkenéséhez vezet. Az 1.3/b ábrán a C15 jelő acél 1100 °C-on, különbözı összehasonlító alakváltozássebességgel felvett folyásgörbéi láthatók.

-4-

Folyásgörbe.doc

1.3 ábra A λ&

nagyobb értékeinél ugyancsak megfigyelhetı, hogy bizonyos összehasonlító

ö

alakváltozás értékek felett a növekvı λ értékekhez csökkenı kf értékek tartoznak. Ennek ö magyarázata, hogy λ& nagy értékeinél az alakítási folyamat adiabatikus jellegővé válik. ö

Az adiabatikus folyamat olyan termodinamikai állapotváltozás, amelyben a változó anyagi rendszer és környezete között hıcsere nem történik (a gyakorlatban a megfelelı hıszigetelés vagy a változás gyorsasága miatt). A λ& > 100 1 / s összehasonlítóalakváltozás-sebességgel végzett alakítási ö

folyamatoknál a darabban nagyobbrészt hıvé váló alakítási munka a képlékeny zóna hımérsékletét növeli, mivel a folyamat gyorsasága miatt nincs idı a környezetnek átadódni. Ekkor az alakítás nem a tervezett (az 1.3/b ábrán 1100[°C]-on), hanem attól nagyobb hımérsékleten megy végbe, ami az alakítási szilárdság csökkenéséhez vezet. A folyásgörbe meghatározás méréstechnikailag nem egyszerő feladat, mert mérés során nehéz biztosítani, hogy az alakváltozás egytengelyő feszültségállapotban menjen végbe, valamint azt, hogy a próbatest hımérséklete és összehasonlító alakváltozás−sebessége a mérés közben állandó értékő legyen. -5-

Folyásgörbe.doc

Az alakítandó anyag folyásgörbéjének meghatározására számos mérési módszer ismert. A módszerek rendszerezése elvégezhetı aszerint, hogy az adott mérési eljárásnál, milyen mérési elv felhasználásával valósítható meg a közel egytengelyő feszültségállapot a képlékenyen alakváltozó próbatest pontjaiban. A mérési módszerek az alábbi három csoportba sorolhatók: a./ A képlékenyen alakváltozó próbatestben - több, különbözı mértékő deformációnál kialakuló többtengelyő feszültségállapot komponenseit a megfelelı összefüggésekkel meghatározzuk, majd azok ismeretében valamelyik képlékenységi hipotézisbıl (HMH, vagy TM) levezetett σö összehasonlító feszültséget kiszámítva, az: f = σö - kf = 0

1.4

folyási függvénybıl következıen egyúttal kf értékét is elıállítottuk. Például a hengeres próbatest szakítóvizsgálatával végzett folyásgörbe meghatározásnál − a kontrakció tartományában − ezen elv felhasználásával végezhetı a folyásgörbe pontok meghatározása. A módszer méréstechnikailag nehézkes, ezért a gyakorlatban nem terjedt el. b./ Az egytengelyő feszültségállapot jó közelítéssel megvalósítható, ha a mérés során biztosítjuk az alakváltozó próbatest- és szerszámfelület (pl. nyomóbetét felület) között az elhanyagolhatóan kis értékő súrlódást. Ezen az elven alapul a hengeres próbatest zömítıvizsgálatával és a lapos próbatest zömítıvizsgálatával végzett folyásgörbe meghatározás. c./ A harmadik csoportba azok az eljárások sorolhatók, amelyeknél a mérés feltételeit úgy választjuk meg, hogy a mérés eredményeinek feldolgozása során az egytengelyő feszültségállapotra a mérési adatokból következtetni lehessen. Ezen az elven alapul a hengeres próbatestek zömítıvizsgálatával végzett folyásgörbe meghatározás (extrapolációs módszer). A "b./" és "c./" csoportba tartozó módszerek viszonylag egyszerő mérıeszközökkel és könnyen gyártható próbatestekkel kivitelezhetık. A mérési adatok feldolgozása, a folyásgörbe pontok grafikus megjelenítése számítógéppel gyorsan elvégezhetı. A továbbiakban az alábbi folyásgörbe mérési módszereket ismertetjük: • Folyásgörbe meghatározás hengeres próbatest zömítıvizsgálatával. • Folyásgörbe meghatározás hengeres próbatestek zömítıvizsgálatával (Extrapolációs módszer). • Folyásgörbe meghatározás lapos próbatest zömítıvizsgálatával (Watts-Ford módszer).

-6-

Folyásgörbe.doc

2. Folyásgörbe meghatározás hengeres próbatest zömítıvizsgálatával 2.1 A mérés elméleti alapjai A mérés elvi vázlata a 2.1 ábrán látható.

2.1 ábra. Hengeres próbatest axiális irányú zömítése során felvett erı (F) − út (∆h) diagram felhasználásával határozzuk meg a folyásgörbe pontjait. A zömítıerı mérésére a mozgó pofa és a nyomóbetét közé épített erımérı cella szolgál, amelynek villamos jele − erısítés után − az X−Y író függıleges kitérítését végzi. A próbatest magasságcsökkenésével - vagyis a zömítési úttal - arányos villamos jelet az útadó állítja elı, amely az X−Y író vízszintes kitérését biztosítja. A mérés során a mozgó pofa vo = állandó sebességgel zömíti a próbatestet. A próbatest véglapjain − a ∆hi magasságcsökkenésnél − létrejövı pi nyomáseloszlást és p i

átlagnyomást a 2.2 ábra szemlélteti. A zömülés közben a próbatest hordósodik (a palástalkotók nem tartják meg párhuzamosságukat). A hordósodás jelenségét az okozza, hogy a nyomólapok és a próbatest véglapjai között fellépı τ súrlódási feszültség fékezi a radiális irányú anyagmozgást. A τ megjelenése miatt a próbatestben a feszültségállapot többtengelyő. Ha a zömítésnél sikerül biztosítani, hogy a súrlódás elhanyagolhatóan kis értékő legyen a véglapokon (tehát a τ súrlódási feszültség értéke kicsi), akkor a próbatestben jó közelítéssel egytengelyőnek tekinthetı a feszültségállapot.

-7-

Folyásgörbe.doc

2.2 ábra. Adott hi próbatest magassághoz tartozó átlagnyomás a próbatest véglapjain (levezetését lásd: [2]):

i

 µ d ⋅ 1 + ⋅ i  f i  3 h  i

( )

p ≈ k

2.1

ahol: ho

d i = do ⋅

hi

2.2

A 2.1 és 2.2 képletek jelölései: (kf)i - a próbatest anyagának hi zömítési magasságához tartozó alakítási szilárdsága, µ - a Coulomb féle súrlódási tényezı a nyomóbetétek és a próbatest felülete között, hi - a próbatest pillanatnyi magassága, di a próbatest hi magasságához tartozó névleges átmérı. Az átlagnyomásra felírt képlet alapján belátható, hogy µ ≈ 0 esetén:

( )

p ≈ k i

f i

-8-

2.3

Folyásgörbe.doc

Az adott hi magassághoz tartozó Fi zömítıerı és az Ai nyomott felület ismeretében az átlagnyomás egyszerően meghatározható, ami a fentiek alapján egyben az alakítási szilárdság meghatározását is jelenti:

( ) k

F ≈p = i f i i A

2.4

i

π

2 i

A = d ⋅ i

2.5

4

ahol: Fi - a hi zömítési magassághoz tartozó (mért) zömítıerı, Ai - a hi zömítési magassághoz tartozó nyomott felület. A térfogatállandóság felhasználásával a képletet úgy alakítjuk át, hogy a nyomódiagramból vett adatok közvetlenül helyettesíthetık legyenek. A térfogatállandóság: 2 o

d ⋅

π

⋅h

4

π

2 i

= d ⋅

o

4

⋅h

i

2.6

amelyıl:

h

2 2 = d ⋅ o i o h i

d

2.7

( )

2.8

Helyettesítés és rendezés után:

k

F h 4 ≈ i ⋅ i ⋅ 2 f i d ho π o

amely kifejezhetı a próbatest ∆hi magasságcsökkenésével is, a: ∆h = h i

összefüggés felhasználásával:

− h

2.9

i

F h − ∆h 4 i⋅ i ⋅ o 2 π h

(k ) ≈ d f i

o

2.10

o

o

A ∆hi magasságcsökkenéshez tartozó összehasonlító alakváltozást tömör, hengeres próbatest axiális irányú zömítésekor a: h h o λ = ln o = ln ö i h h − ∆h

( )

i

összefüggéssel számítjuk (lásd:[1]) . -9-

o

i

2.11

Folyásgörbe.doc

2.2 A mérés végrehajtása, a mérési eredmények kiértékelése A mérést nyomó−üzemmódban dolgozó, hidraulikus mőködtetéső szakítógépen végezzük. A ho és do kiinduló magasságú illetve átmérıjő próbatestet − a gépasztalhoz, illetve a mozgó pofához erısített − nyomóbetétek közé helyezzük. A kihajlásveszély elkerülésére: ho/do ≤ 2 feltételt a próbatest kiinduló méreteinek ki kell elégíteni. A próbatest véglapjait polírozzuk, a ho magasságát és do átmérıjét tolómérıvel megmérjük, a mért értékeket feljegyezzük. A nyomóbetétek és a próbatest felületére kenıanyagot viszünk fel. A tökéletes kenés biztosítása érdekében a próbatest véglapjain szokás olyan süllyesztést kialakítani (2.3 ábra) amelyek alkalmasak arra, hogy a kenıanyagot a zömítés során megtartsák. Az ilyen véglapkialakításnál a felületek között kialakuló kenıanyagpárna a súrlódási tényezıt minimálisra csökkenti. Ekkor a τ súrlódási feszültség elhanyagolhatóan kis értéke miatt, a próbatestben ébredı feszültségállapot jó közelítéssel egytengelyőnek tekinthetı.

2.3 ábra. A kenıanyagfészek alkalmazásának hatékonyságát szemlélteti a 2.4 ábra. A 2.4/a ábra do=10 mm és ho=16 mm kiinduló átmérıjő és magasságú próbatestet szemléltet, amelybıl egy darab hagyományos és egy darab kenıanyagfészkekkel kerül kialakításra. A 2.4/b ábrán a hagyományos kialakítású próbatest λö = 0,7 összehasonlító alakváltozásnál létrejött alakja látható. A 2.4/c ábra a kenõanyagfészekkel ellátott próbatest alakját szemlélteti λö = 1,3 összehasonlító alakváltozásnál. Jól látható, hogy az utóbbi esetben közel kétszer akkora összehasonlító alakváltozásnál a próbatest palástalkotói megtartották párhuzamosságukat, tehát az alakváltozás közel egytengelyő feszültségállapotban ment végbe.

2.4 ábra.

- 10 -

Folyásgörbe.doc

A próbatestet a nyomóbetétek közé helyezve elvégezzük a zömítést, az X−Y íróval megrajzoltatjuk a nyomódiagramot (F − ∆h diagram, 2.5 ábra).

2.5 ábra. A diagram "B" jelő tartományában a görbén kijelölünk legalább hat pontot (imin = 6), egymástól közel egyenlı távolságra. Az "A" jelő tartományban a részben rugalmas viselkedés, a "C" tartományban (erısen emelkedı tartomány) a többtengelyő feszültségállapot miatt pontot nem célszerő kijelölni. A felvett pontokból a leterhelés vonalával ("a") párhuzamost húzva, a vizszintes tengelyen kijelölhetı a ∆h1, ∆h2 .... ∆hi maradó magasságcsökkenés. Az erı és az elmozdulás lépték ismeretében az összetartozó Fi − ∆hi értékek a nyomódiagramból meghatározhatók. A ∆hi magasságcsökkenéshez tartozó (kf)i − (λö)i értékeket a 2.10 és 2.11 összefüggéssekkel határozzuk meg. A számítási eredményeket a 2.1 táblázat szerint célszerő összefoglalni: 2.1 táblázat. i

Fi

∆hi

(kf)i

[N]

[mm]

[N/mm2]

(λö)i

1. 2.

imax A (kf)i - (λö)i értékeket diagramban ábrázolva, a folyásgörbét − a kis képlékeny alakváltozások tartományát kivéve − meghatároztuk (2.6 ábra). A kfo értéke − vizsgált anyagminıségbıl készített szakítópróbatest elszakítása során mért, a folyás megindulásához tartozó (Fp vagy Fp0,2) erı és a próbatest kiinduló (Ao) keresztmetszetének hányadosa − a statikus folyáshatárral azonos (kfo = Rp0,2).

- 11 -

Folyásgörbe.doc

k

= R

fo

=

p0 ,2

F

p

A

2.12

o

2.6 ábra. Mint az elızıekbıl ismert, a kf = f(λö) mérése során a próbatest (λö) összehasonlító alakváltozzás-sebességét és T(°C) hımérsékletét állandó értéken kell tartani és ezek értékét −mint paramétereket − a folyásgörbéhez mellékelni kell. A továbbiakban megvizsgáljuk, hogy az állandó vo nyomószánsebességgel végzett zömítés során hogyan alakul a próbatest pontjaiban az összehasonlító alakváltozás-sebesség. A próbatest hımérsékletének állandó értéken tartásánál figyelembe kell venni, hogy az nem csak külsı hıközlés, vagy hıelvonás következtében változhat meg. A képlékenyalakítás során az alakváltozási munka jelentıs része hıvé alakul és a próbatest hımérsékletét növeli. Tehát ismernünk kell, hogy a felszabaduló hımennyiség következtében a próbatest milyen mértékő hımérsékletváltozására számíthatunk.

2.3 Az alakítási szilárdságot befolyásoló paraméterek értékének meghatározása 2.3.1 Az összehasonlító alakváltozás-sebesség a mérés során Az összehasonlító alakváltozás-sebesség hengeres tömör próbatest axiális irányú, vo = állandó nyomószánsebességgel végzett zömítésekor (levezetést lásd: [1]-ben): v λ& = o 2.13 ö i h

( )

i

vagy a ∆hi magasságcsökkenéssel kifejezve:

( ) λ&

ö i

=

v

o

h − ∆h o

i

- 12 -

2.14

Folyásgörbe.doc

A fenti összefüggésekben a hi és a ∆hi független változók értelmezési tartománya ho ≥ hi > 0, illetve 0 ≤ ∆hi < ho. Az összehasonlító alakváltozás-sebességet ábrázolva a hi próbatestmagasság függvényében a 2.7 ábrán látható diagramot kapjuk, amely alapján megállapítható, hogy vo = állandó nyomószánsebesség esetén a képlékenyen alakváltozó próbatest pontjaiban az összehasonlító alakváltozás-sebesség monoton növekszik. Például egy ho = 20 mm kiinduló magasságú próbatestet vo = 1 mm/s nyomószánsebességgel hi = 5 mm magasságra zömítve, az összehasonlító alakváltozássebesség a zömítés kezdetén λ& = 0, 05 [1/s], a zömítés befejezésekor

( λ& ) = 0,2 ö i

( )

ö 0

[1/s]. Az adott geometriai méretek mellett négyszeres összehasonlító

Összehasonlító alakváltozás-seb. [1/s]

alakváltozás-sebesség növekedés jött létre a zömítés kezdeti és befejezı pillanata között. 0.25

0.2

0.15

0.1

0.05

0

20

15

10

5

Próbatest magasság [mm]

Összehasonlító alakváltozás-sebesség Integrálközép 2.7 ábra.

A probléma megoldására két lehetıség kínálkozik: 1./ A nyomószán sebességét a pillanatnyi próbatestmagasság függvényében úgy kell szabályozni, hogy λ& ö állandó értékő legyen a mérés során. (A szakítógépek ilyen szabályozóegységgel általában nincsenek felszerelve). 2./ Tudomásul vesszük a mérés során változó összehasonlító alakváltozás-sebességet és annak ho - hi tartományra vett λ& integrálközépértékét fogadjuk el a folyásgörbe ö

( )

köz

mérésnél alkalmazott összehasonlító alakváltozás-sebességnek. Az utóbbi lehetıséget alkalmazva, tehát a 2.13 összefüggés integrálközép-értéke:

- 13 -

Folyásgörbe.doc

h

)

(

( )

h dh o &  i = v ⋅ ln o = v ⋅ λ λ ⋅ h − h = v ⋅  ö (köz )  ∫ o h o i o o ö i h  i h i i

2.15

i

Rendezés után a közepes összehasonlító alakváltozás-sebesség:

( ) ( )

( )

v ⋅ λ v ⋅ λ &  o ö i o ö i λ = =  ö (köz )  ∆h  i h −h i o i

2.16

Az elızı példa adataival, az adott ∆hi = 15 mm−es zömítési úthoz tartozó közepes &  összehasonlító alakváltozás-sebesség: = 0, 0924 [1 s] .  λö (köz )   ∆h =15 i

2.3.2 A próbatest hımérséklete a mérés során A szobahımérsékleten végzett zömítı vizsgálatnál a próbatest kezdı hımérséklete a környezet hımérsékletével azonos. A vizsgálat során az alakváltozás létrehozásához szükséges munka nagyobb részben hıvé alakul és a próbatest hımérsékletét növeli. Ismernünk kell, hogy a hıvé alakuló deformációs munka milyen mértékben változtatja meg a próbatest hımérsékletét. A térfogategységben elnyelt ideális alakváltozási munka, a − zömítés során létrehozott összehasonlító alakváltozásig terjedı − folyásgörbe alatti területtel arányos (levezetést lásd: [1]-ben). A folyásgörbe alatti terület: λ

w=

ö

∫

0

( ) ⋅ dλ

k λ f

ö

ö

2.17

Ha a vizsgált anyagminıség folyásgörbéjét az alábbi egyszerő hatványfüggvény: k

n ö

2.18

c n +1 ⋅λ n +1 ö

2.19

= c ⋅λ

f

írja le, ahol: c - a keményedési együttható, n - a keményedési kitevı. akkor a helyettesítés és az integrálás elvégzése után: λ

w=

ö

∫

n ö

c ⋅ λ ⋅ dλ =

0

ö

ahol, λö az összehasonlító alakváltozás:

λ ö = ln

ho h

2.20

Például egy do=10 mm és ho=20 mm kiinduló átmérıjő és magasságú C10 anyagminıségő acél próbatestet (amelynek folyásgörbe paraméterei:

- 14 -

Folyásgörbe.doc

c = 683,51⋅106 [N/m2],

n = 0,2249,

h = 5 [mm] végsı magasságra zömítve, a térfogategységben elnyelt alakváltozási munka: w = 8.325⋅108 [J/m3]. A bevitt alakváltozási munka kb. 2...5%−a a kristályrács energiatartalmát növeli (diszlokációk, üres rácshelyek számának növekedése révén). Adiabatikus alakváltozásnál (nincs hıcsere a próbatest és a környezet között) az energiaegyensúly:

w ⋅ η = ρ ⋅ C ⋅ ∆T

ahol: w - az alakítás során a próbatest térfogategységben elnyelt alakváltozási munka η - a hıvé alakult és a teljes munkamennyiség viszonyszáma (η=0,98 ... 0,95), 3 ρ - az alakított anyag sőrősége (acélra: ρ = 7,87 ⋅ 10 [kg/m3]),

2.21

[J/m3],

3

C - az alakított anyag fajhıje (acélra: C = 0,46 ⋅ 10 [J/kg °C]), ∆T - az alakított darab hımérsékletnövekedése [°C] A zömített darab hımérsékletváltozását az elıbbi összefüggésbıl kifejezve:

∆T =

η⋅w ρ ⋅C

2.22

η = 0,95 értékkel és az acélanyagra megadott ρ és C értékekkel számolva, a hımérsékletnövekedés:

∆T =

0,95 ⋅ 832,5 ⋅ 10 3

6

7,87 ⋅ 10 ⋅ 0,46 ⋅ 10

3

= 218,5 [°C]

2.23

A számított hımérséklet-növekedés adiabatikus körülmények között érvényes, amikor nincs hıközlés a próbatest és a környezet között. A mérés körülményei között ez nem áll fenn. Ugyanis a nyomóbetétek intenzív hıelvonást valósítanak meg, de nem hanyagolható el a környezı levegınek leadott hımennyiség sem. A zömített próbatesten tapintással észlelhetı a hımérsékletnövekedés. A fentiekbıl következik, hogy a próbatest hımérséklete a zömítés közben nem állandó. Ha a zömítést kellıen kicsi (vo ≤ 0,1 mm/s) nyomószánsebességgel hajtjuk végre, akkor a zömítési folyamatot idıben megnyújtjuk, ezzel lehetıséget biztosítunk a hıelvonásra. Ekkor a darab hımérséklet-növekedése elhanyagolható mértékő, s alig befolyásolja a zömítıvizsgálat mérési eredményeibıl meghatározott alakítási szilárdság értékeket.

- 15 -

Folyásgörbe.doc

3. Folyásgörbe meghatározás hengeres próbatestek zömítıvizsgálatával (Extrapolációs módszer) 3.1 A mérés elméleti alapjai A 2. pontban tárgyalt módszernél látható volt, hogy egy "hi" magasságra zömített hengeres próbatest felületén az átlagnyomás meghatározható a:  µ d  ⋅ 1 + ⋅ i  f i  3 h   i

( )

p = k i

3.1

összefüggéssel. A térfogatállandóság felhasználásával kifejezve a próbatest "hi" magasságához tartozó névleges átmérıt: d =d ⋅ i

o

h

o

h

=d ⋅ o

i

h

i

h

o

⋅

3 o 3 h i

h

3.2

di/hi értéket kifejezve, majd helyettesítve az elıbbi összefüggésbe, egyszerősítés után írható:  3   µ do ho  p = k ⋅ 1 + ⋅ ⋅ 3.3 3  i f i 3 h h   o i  

( )

Az átalakított összefüggés alapján belátható, hogy a:

( )

p ≈ k i

f i

3.3

(egytengelyő feszültségállapot) elvileg úgy is elérhetı, ha olyan próbatestet zömítünk a mérés során amelynek "ho" értéke végtelen nagy "do"−hoz képest, mert ekkor:

d

o = 0

h

3.4

o

A gyakorlatban ilyen geometriájú próbatest nem készíthetı, sıt a próbatest kezdı méreteinek viszonyszáma, − a kihajlásveszély elkerülése miatt − ki kell elégítse a következı feltételt:

d

o ≥ 1

h

o

2

- 16 -

3.5

Folyásgörbe.doc

3.2 A mérés végrehajtása, a mérési eredmények értékelése Az extrapolációs módszernél több, különbözı (ho, do) kezdımérettel rendelkezı − de az elıbbi feltételt kielégítı − próbatest nyomódiagramját regisztráljuk. A kölönbözı kezdı geometriával rendelkezı próbatestek sorszámát a "j" indexváltozó jelölje. A gyakorlatban do = constans átmérıjő, különbözı (ho)j hosszúságú próbatest sorozatot készítünk a zömítéshez, amelyeknél a kiinduló geometria viszonyszáma Xj = do/(ho)j összefüggéssel számítható. Egy ilyen lehetséges próbatest sorozatot szemléltet a 3.1 ábra, feltüntetve a próbatestek kezdıméreteit.

3.1 ábra. A 3.2 ábra a különbözı do/(ho)j kinduló viszonyszámú próbatestek zömítése során, egyetlen koordináta-rendszerbe rajzolt elvi erı - út diagramjait szemlélteti.

( ) összehasonlító alakváltozás értékekhez

A következı lépésben, elıre rögzített (felvett) λ

ö i

meghatározzuk a próbatestek hij magasságát, ∆hij magasságcsökkenését és Aj keresztmetszetét.

( ) összehasonlító alakváltozás felírható a zömített próbatest kezdeti

Az i - ik sorszámú λ

ö i

és pillanatnyi magassági méretével, vagy a pillanatnyi és az eredeti keresztmetszetével, az alábbi összefüggések szerint:

(h )

( λ ) = ln

o j

ö i

= ln

h

ij

A A

i

3.6

o

Az összefüggésbıl hij értéke kifejezhetı az összehasonlító alakváltozással:

( ) ⋅e

h = h ij

( ö )i

− λ

o j

illetve a hozzá tartozó magasságcsökkenés:

( ) −h

∆h = h ij

o j

- 17 -

ij

3.7

3.8

Folyásgörbe.doc

3.2 ábra. A próbatestek pillanatnyi magasságára, illetve magasságcsökkenésére az alábbi mátrixokat kapjuk: h  11 h  21 h =  h31 ij   h41   h51

h

12

h

22

h

32

h

42

h

52

  h h h  23 24 25  h h h  33 34 35  h h h  43 44 45  h h h  53 54 55  h

13

h

14

- 18 -

h

15

3.9

Folyásgörbe.doc

 ∆h  11  ∆h  21 ∆h =  ∆h31 ij   ∆h41   ∆h51

∆h

∆h

∆h

∆h

∆h

∆h

∆h

∆h

∆h

∆h

∆h

12

13

22

23

32

∆h

  25  ∆h  35  ∆h  45  ∆h  55 

∆h

34

∆h

43

∆h

52

15

24

33

42

∆h 

14

44

∆h

53

54

3.10

amelyeknek a hij illetve ∆hij eleme a j-ik sorszámú próbatest i-ik összehasonlító alakváltozásához tartozó magassága, illetve magasságcsökkenése.

( ) értékekhez a próbatest keresztmetszeteket a 3.6 összefüggés rendezése után az:

A λ

ö i

A = A ⋅e i

( λö )i

3.11

o

formulával számítjuk. A j-ik próbatest véglapjain az i-ik összehasonlító alakváltozásnál fellépı átlagnyomás: F ij p = 3.12 ij A i

összefüggéssel számítható, melynek eredményeként az alábbi mátrixot kapjuk:

p  11 p  21 p =  p31 ij   p41   p51

  p p p p  22 23 24 25  p p p p  32 33 34 35  p p p p  42 43 44 45  p p p p  52 53 54 55  p

12

p

13

p

14

p

15

3.13

A mátrix elsı oszlopa a j=1 sorszámú próbatest i-ik összehasonlító alakváltozáshoz tartozó érékeit tartalmazza. A mátrix elemeinek meghatározásához ismernünk kell a véglapon mőködı Fij erıt, amely a j-ik sorszámú próbatest i-ik összehasonlító alakváltozásához tartozó erıt jelöli. Fij értékeihez a nyomódiagrammok felhasználásával úgy jutunk, hogy a vizszintes tengelyre felmérjük (az elmozduláslépték figyelembevételével) a j=1 sorszámú próbatest ∆ hi,1 magasságcsökkenéseit, amelyeket felvetítünk az X1 = do/(ho)1 - hez tartozó görbére. A metszéspontok függıleges tengelyre vetítése után (az erılépték figyelembevételével) leolvassuk az Fi,1 erıértékeket (3.2 ábra). Hasonló módon állítjuk elı a többi próbatest zömítése során az i-ik összehasonlító alakváltozáshoz tartozó erıket. A leolvasott értékeket az alábbi mátrixba foglaljuk:

- 19 -

Folyásgörbe.doc

F  11 F  21 F =  F31 ij   F41   F51

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

F

12

13

22

23

32

33

42

43

52

53

14 24

34 44

54

F  15  F  25  F  35  F  45  F  55 

3.13

A mátrix elsı oszlopa a j=1 sorszámú próbatest i-ik összehasonlító alakváltozásához tartozó Fi,1 erıket tartalmazza. Az erıket tartalmazó mátrix ismeretében p elemei a 3.12 ij

összefüggéssel számíthatók. A p mátrix elsı sora  p  a j-ik próbatest véglapjain a λ összehasonlító ij ö 1  1j  alakváltozáshoz tartozó átlagnyomásokat tartalmazza. A mátrix sorait az X1 = do/(ho)j függvényében ábrázolva egy - egy összehasonlító alakváltozáshoz tartozó pontsort kapunk (3.3 ábra).

( )

( ) , (λ )

A λ

ö 1

ö 2

... stb -hez tartozó pontsorokra a legkisebb négyzetek módszerével

egy - egy egyenest illesztve megkeressük az egyenesek függıleges tengellyel alkotott metszéspontját. A metszéspontokhoz tartozó p értékek olyan próbatesten "mérhetı" i0

átlagos felületi nyomásokat adnak, amelyek X0 = do/(ho)0 = 0, azaz (ho)0 = ∞ geometriai jellemzıkkel rendelkezı próbatesten lennének mérhetık, vagyis amelyben az alakváltozás egytengelyő feszültségállapot hatására ment végbe. A 3.3 összefüggésnek megfelelıen tehát:

( )

p =p = k i

i0

f i

3.14

A kapott (kf)i értékeket a (λö)i függvényében ábrázolva a folyásgörbe néhány pontját meghatároztuk (3.4 ábra).

- 20 -

Folyásgörbe.doc

p

p p p

2 ,j 900

3 ,j 4 ,j

800

5 ,j

y1 X y2 X y3 X y4 X y5 X

j j

700

j j

600

j 500

0

0.5

1

1.5

2

2.5

X

j Próbatest kezdõ átmérõ/magasság viszonya

3.3 ábra.

800 Alakítási szilárdság [N/mm^2]

A j-ik db véglapján i-ik ö.av.-nál a "p

p

1000

1 ,j

600 kf i

400

200

0

0

0.2

0.4

0.6

λöi Összehasonlító alakváltozás

3.4 ábra.

- 21 -

0.8

1

Folyásgörbe.doc

4. Folyásgörbe meghatározás lapos próbatest zömítıvizsgálatával (Watts − Ford módszer) 4.1 A mérés elméleti alapjai A mérés a síkalakváltozást végzı hasáb párhuzamos síklapok között végzett zömítésének elméletén alapul (részletesen lásd: [2]), melynek elvi vázlatát az 4.1 ábra szemlélteti.

4.1 ábra. Jelölések: ho - a hasáb kiinduló magassága, lo - a hasáb kiinduló szélessége, bo - a hasáb kiinduló hossza, h - a hasáb zömítés közbeni, pillanatnyi magassága, l - a hasáb zömítés közbeni, pillanatnyi szélessége. Zömítésnél síkalakváltozás állapotban (b ≈ bo = áll.) megy végbe a zömülés, ha a próbatest kezdı méretei kielégítik az alábbi feltételt: b o > 5 4.1 l o

A szerszám felületén a (h) zömítési magassághoz tartozó nyomáseloszlás a 4.2 ábrán látható. A nyomólapokat terhelı felületi nyomás a (h) és (x) függvényében:

p ( h, x ) =

2 ⋅ k (h) ⋅ e 3 f

 2⋅µ  l( h ) ⋅ − x h  2 

ahol: µ - Coulomb-féle súrlódási tényezı, kf - a (h) zömítési magassághoz tartozó alakítási szilárdság.

- 22 -

4.2

Folyásgörbe.doc

4.2 ábra. A Watts − Ford vizsgálat elvi elrendezése, a próbatest kiinduló méretei, a (h) zömítési magassághoz tartozó állapot a 4.3 ábrán látható.

4.3 ábra. A 4.3 ábra jelölései: w - nyomóbetét szélességi mérete, bo - próbatest szélessége a zömítés kezdetekor, ho - próbatest vastagsága a zömítés kezdetekor, h - próbatest vastagsága a zömítés közben, B - a nyomóbetét hosszmérete, F - a zömítés erıszükséglete, p - a nyomóbetét felületén a nyomáseloszlás a próbatest (h) méretőre zömítésekor.

- 23 -

Folyásgörbe.doc

A 4.3 ábrán látható elrendezésnél a síkalakváltozás feltétele: b

o > 5

4.3

w

egyenlıtlenséggel fogalmazható meg. A zömítıbetétek homlokfelületén a nyomáseloszlás a 4.2 összefüggés értelemszerő alkalmazásával: 2⋅µ  w



⋅ − x  2 h 2  p ( h, x ) = ⋅ k (h) ⋅ e  f 3

4.4

formában írható fel. A szerszám nyomóbetéteinek és a próbatest geometriai kialakításához a 4.3 és 4.4 összefüggések adnak útmutatást. 1./ A síkalakváltozás biztosítására a próbatest (bo) szélessége és a nyomóbetét (w) szélessége ki kell elégítse a: B > bo > 5 w 4.5 feltételt. A gyakorlatban ez azt jelenti, hogy az adott (w és B) mérető betéthez kell a próbatest (bo) szélességi méretét megválasztani a vizsgálat elıtt, hogy a 4.5 feltétel teljesüljön. 2./ A (w) értéke két egymással ellentétes követelmény kompromisszumos megoldásával határozható meg. Az egyik követelmény szerint elınyös, ha (w) értéke jóval kisebb a pillanatnyi (h) értéknél, mert ekkor a 4.4 összefüggés kitevıje kicsi, tehát a súrlódás befolyásoló hatása a nyomáseloszlásra elhanyagolható. A vizsgálatnál a másik követelmény, hogy a nyomó betétek alatt az alakváltozási zóna homogén legyen. Ez a (w) és a (h) bizonyos aránya mellett biztosítható. A nyomóbetétek között kialakuló inhomogén és közel homogén alakváltozási zónát szemlélteti a 4.4 ábra.

4.4 ábra.

- 24 -

Folyásgörbe.doc

A két ellentmondó feltétel kompromisszumos kielégítését jelenti, ha a zömítés során biztosítjuk, hogy a nyomóbetét (w) mérete és a zömített darab vastagsága megfeleljen az alábbi feltételnek: w 2 ≤ ≤ 4 4.6 h A fenti feltétel kielégítése mellett a folyásgörbe szők tartománya határozható meg. A mérési tartomány növelése érdekében a zömítı szerszámhoz több, különbözı (w) mérető, cserélhetı nyomóbetétpár tartozik. A betétek cseréjével a folyásgörbe széles tartományban meghatározható az 4.6 feltétel megsértése nélkül. A mérés megkezdése elıtt a rendelkezésre álló szerszám nyomóbetét méreteinek és a vizsgálandó anyag kiinduló vastagsági méretének ismeretében a 4.5 és 4.6 feltételek alapján a szükséges betétpárok kiválaszthatók, a próbatest (bo) szélességi mérete és az egyes betétpárokkal létrehozható (h) zömítési magasság meghatározható. A vizsgálat során a zömítést megállítva az összetartozó erı (F) és vastagság (h) értékeket leolvassuk, illetve mikrométerrel megmérjük. A kritikus (h) értékek elérése után a szerszámban a betétpárt a szükséges méretőre cserélve, a zömítést folytatjuk. Egy − egy betétpárral legalább három összetartozó F − h értéket célszerő meghatározni. A mérési eredmények felhasználásával a folyásgörbe pontjainak meghatározása a következı. Az összehasonlító alakváltozás az alakváltozási zónában: λ = ö

2  2 2 2 ⋅  λ + λ + λ  y z 3  x

Figyelembe véve:

λ λ λ

így:

x

z

+ λ

λ

x

y

≈ 0

= ln y

4.8

h h

+ λ

o

z

= −λ

4.7

z

4.9 = 0

4.10 4.11

A 4.7 ... 4.11 felhasználásával a "h" magasságra zömített alakváltozási zóna összehasonlító alakváltozása: h 2 λ = ⋅ ln o 4.12 ö h 3 A (kf) alakítási szilárdságot a 4.4 összefüggés felhasználásával, az alábbi elhanyagolások figyelembevételével határozzuk meg. Ha a • betétpárok homlokfelülete leppelt, • a próbatest nyomott felülete az elıkészítés során köszörüléssel készül, • valamint a zömítés során megfelelı minıségő kenıanyagot használunk, akkor a súrlódási tényezı értéke elhanyagolhatóan kicsi.

- 25 -

Folyásgörbe.doc

µ ≈ 0

4.13

így a 4.4 - bıl p ≈

2 ⋅k f 3

4.14

p =

F w ⋅b

4.15

ahol o

A 4.14 és 4.15 felhasználásával k

f

=

3 F ⋅ 2 w ⋅b

4.16 o

Az összetartozó kf − λö értékekkel meghatározott folyásgörbe elvi vázlatát az 4.5 ábra szemlélteti.

4.5 ábra. 4.2 A nyomóbetétek kiválasztása Tételezzük fel, hogy a zömítıszerszámhoz az 4.1 táblázatban feltüntetett mérető betétpárok tartoznak.

A betétpár jele a. b. c. d. e. f. g.

Szélessége w [mm] 8 6 5 4 3 1,5 1

- 26 -

4.1 táblázat. Hossza B [mm] 40 40 40 40 40 40 40

Folyásgörbe.doc

A vizsgálandó próbatest vastagsági mérete ho = 3 [mm], anyaga: Al99,5. A (b.) jelő betétpárral kezdve (ekkor w = 2⋅ho) a zömítést, ho-ról h = 1,5[mm]-ig (ekkor w = 4⋅h) végezhetjük a (4.6) feltétel megsértése nélkül. A betétek kicserélése után az (e.) jelő betétpárral h = 0,75[mm]-ig, majd a (g.) jelő betétpárral h = 0,375[mm]-ig zömíthetünk. Az elsı betétpárral létrehozott maximális összehasonlító-alakváltozás: λ

ö(I)

=

2 3 ⋅ ln = 0, 8003 2 3

a második betétpárral létrehozott maximális összehasonlító-alakváltozás: λ

ö(II)

=

2 3 ⋅ ln = 1, 601 0, 75 3

a harmadik betétpárral létrehozott maximális összehasonlító-alakváltozás:: λ

ö(III)

=

2 3 ⋅ ln = 2, 401 0, 375 3

Ilyen mértékő összehasonlító alakváltozás elviselésére csak képlékenyen jól alakítható anyagok képesek (pl. Al99,5). Képlékenyen kevésbé jól alakítható anyagoknál ekkora deformációt ( λ ) a mérés során ö(III)

létrehozni nem tudunk, mert a törésig kisebb alakváltozás elviselésére képesek, továbbá a felkeményedés és a betétek vékonyodása miatt a szerszám fajlagos terhelése nı, terhelhetısége csökken. A fenti okok miatt például Cr1-es anyagot − az adott méretviszonyok mellett − valószínő csak az elsı két betétpárral zömíthetnénk. A (4.5) feltétel figyelembevételével a próbatest szélességi méretét célszerő bo = 32 [mm]re megmunkálni a zömítés megkezdése elıtt. Ekkor a síkalakváltozás feltétele teljesül (bo > 5 w) és a zömítés közben kis mértékben szélesedı próbatest a nyomóbetétek közül nem folyik ki (B > bo). 4.3 A mérési eredmények értékelése Az egyes betétpárokkal mért (Fij), (vij) értékeket és a mérési eredményekbıl számolt (λö)ij, (kf)ij értékeket a 4.2 táblázat tartalmazza, ahol:

(λ )

h 2 ln o 3 h

4.17

F 3 ij k = ⋅ f ij 2 w ⋅b

4.18

ö ij

=

ij

és

( )

i

- 27 -

o

Folyásgörbe.doc

A 4.17 és 4.18 összefüggésekben az elsı index a betétpár sorszámát, a második az adott betéttel mért érték mérési sorszámát jelöli. A 4.2 táblázat számított értékeivel megrajzolt folyásgörbét a 4.6 ábra szemlélteti. Alakítási szilárdság [N/mm^2]

300

200

kf i c. λöi

n 100

0

0

0.5

1

1.5

2

2.5

λöi 4.6 ábra

4.2 táblázat Betét sorszáma (i)

1.

2.

3.

Mért értékek Fij hij

Szélessége

Számított értékek

(λ )

(k )

0,188 0,497 0,800 1,002 1,403 1,601 2,002 2,191 2,401

[N/mm2] 110 125 140 150 160 163 173 176 178

ö ij

wi [mm] 6 6 6 3 3 3 1,5 1,5 1,5

[N]

[mm]

24387 27713 31038 16628 17736 18069 9589 9755 9866

2,55 1,95 1,50 1,26 0,89 0,75 0,53 0,45 0,375

f ij

A 4.6 ábrán a mérésbıl meghatározott kf − λö értékeket "+" jelöli. A szaggatott görbe a

( ) k

f i

( )

=c⋅ λ

n

ö i

4.19

alakú egyszerő hatványfüggvénnyel számított kf értékeket szemlélteti. A függvény "c" és "n" paramétereit a legkisebb négyzetek módszerével határoztuk meg (c = 149,1 [N/mm2], n = 0,199).

- 28 -

Folyásgörbe.doc

5. Folyásgörbe egyenletek paramétereinek meghatározása A képlékenyalakító technológiák tervezésekor az alakított fémre vonatkozó adatbázisnak tartalmaznia kell a folyásgörbe adatait. A számítógéppel végzett tervezésnél − a méréssel meghatározott folyásgörbe − függvény formájában kell, hogy rendelkezésre álljon. Ekkor az adatbázis nem a mért pontok adathalmazát, hanem a pontokra illesztett függvény paramétereit tartalmazza. 5.1 táblázat.

Ssz.

1./

2./

Folyásgörbe egyenlet

n k = c⋅λ f ö

Al

k = a +b⋅λ f

3./

Anyagminıség

n ö

(

k =a+ b+λ f

)

n

ö

4./

k = a + b ⋅ log λ

5./

k = a − (a − b) ⋅ e

f

AlMgSi ötvözetek kis széntartalmú acél Ni Zirkónium Inkonel ötvözet Uránium AlCu ötvözet 18/8 CrNi acél Al

30...480 30...1100

0,25...16 0,25...12

30...700 30...700 30...700 30...700 100...600 1000 -50...400

10...1000 10...1000 10...1000 10...1000 0,24...16 300...680 --------

99,99% Al Cu Al

-50...400 30 -50...400

----------------------

-50...400 -50...400 30 800...1100

---------------------10...1000

Al

-50...400

--------

Cu CuZn CuSn

-50...400 -50...400 -50...400

----------------------

Cu CuZn rozsdamentes acél acélok

ö

− c ⋅λ

ö

T[°C] -50...400

Összehasonlító alakváltozássebesség tartomány [1/s] --------

Hımérséklet tartomány

f

6./

7./

n

c ⋅λ   k = a + b ⋅ 1− e ö  f  

k

f

= a + b⋅ λ

ö

+ c⋅e

d⋅ λ

ö

Ni

--------

Ni ötvözetek kis széntartalmú acél rozsdamentes acél Al Al ötvözetek

--------

- 29 -

20...30 20...30 20...30 20...30

0,1...1 0,1...1 0,1...1 0,1...1

Folyásgörbe.doc

A vonatkozó irodalomból [5] számos függvénykapcsolat ismert. Ezek különbözı igényességgel írják le az adott fém, vagy fémötvözet alakítási szilárdságának változását az összehasonlító alakváltozás függvényében. A különbözı fémekhez és fémötvözetekhez javasolt folyásgörbe egyenleteket, az érvényességi határukhoz tartozó hımérséklet és összehasonlító alakváltozás-sebesség tartományt az 5.1 táblázat tartalmazza. A folyásgörbe egyenlettel szemben az alábbi követelmények fogalmazhatók meg: • egyszerő, a technológiai számításokban jól kezelhetı képlettel írja le az összehasonlító alakváltozás (λö) és az alakítási szilárdság (kf) kapcsolatát, • a folyásgörbe egyenlet paramétereinek fizikai tartalma legyen, • a kis és nagy alakváltozások tartományában azonos pontossággal jellemezze a kf(λö) kapcsolatot, • egyformán jól alkalmazható legyen valamennyi − képlékenyalakítással gazdaságosan feldolgozható − fém és fémötvözet folyásgörbéjének jellemzésére. A fenti követelmények egyidejőleg általában nem elégíthetık ki. Például az 5.1 táblázat 1. sorszámú képlete egyszerőségénél fogva elınyösen alkalmazható, paramétereinek fizikai tartalma van, de a kis alakváltozások tartományában pontatlan. Az összetettebb, kettınél több paramétert tartalmazó folyásgörbe egyenlet a teljes alakváltozástartományban pontosan jellemzi az alakítási szilárdságot valamennyi fémnél, viszont paramétereihez fizikai tartalom általában nem köthetı. A továbbiakban a folyásgörbe paraméterek meghatározását − a legkisebb négyzetek módszerével − az 5.1 táblázat 1. és 7. sorszámú összefüggéseire mutatjuk be.

5.1 Az egyszerő hatványfüggvénnyel jellemzett kétparaméteres folyásgörbe egyenlet paramétereinek meghatározása. A folyásgörbe meghatározására szolgáló valamely mérési eljárással (pl. hengeres próbatest zömítıvizsgálatával, extrapolációs módszerrel, Watts - Ford módszerrel) mért (a lábindexben alkalmazott "mt" utal a méréssel meghatározott értékekre), összetartozó összehasonlító alakváltozás és alakítási szilárdság értékeket jelölje: (λömt)i és (kfmt)i, ahol az "i" indexváltozó a mért adatpár sorszámát jelöli. A folyásgörbe egyenlete:

(k ) = c ⋅ ( λ )

n

f i

5.1

ö i

amelynek "c" és "n" paramétereit kívánjuk meghatározni. Logaritmizálva a hatványfüggvényt:

( ) = ln c + n ⋅ ln ( λ )

ln k

f i

ö i

5.2

( ) − ln ( λ ) síkon egy egyenes egyenlete, amelyet az 5.1 ábra

a kapott összefüggés az ln k

f i

ö i

szemléltet.

- 30 -

Folyásgörbe.doc

5.1. ábra.

( )

Ugyanebben a diagramban "x" jelöli a méréssel meghatározott összetartozó ln k

(

ln λ

)

ömt i

fmt i

és

értékeket. A feladat tehát: megkeresni a folyásgörbe "c" és "n" paramétereinek

azon értékét amelyekkel az egyenes a legkisebb hibával illeszkedik a mért pontsorra. A hiba értéke az i-ik pontban:

( ) − ln (k )

H = ln k i

( ) értékét, kapjuk:

Helyettesítve ln k

f i

5.3

fmt i

f i

)

(

( )

 − ln k H =  ln c + n ⋅ ln λ i  ömt i  fmt i

5.4

Tekintve, hogy az i-ik pontban az egyenes által reprezentált függvényérték és a mért függvényérték különbsége pozitív és negatív egyaránt lehet, ezért nem a hibaösszeg függvényt, hanem a hibanégyzetek összegfüggvényét állítjuk elı. Míg a hibaösszeg függvénynél a hibák kiolthatják egymást, addig a hibanégyzetek összegzésénél ez nem fordulhat elı. Tehát a hibanégyzet-összeg függvény: N

2 H i i =1

∑

N

(

)

( )

2

 = Ω c ,n = ∑  ln c + n ⋅ ln λ − ln k ( ) ömt fmt i i  i =1 

5.5

amelyet egy Ω ( c ,n ) kétváltozós függvénynek tekintve, szélsıérték számítással a "c" és "n" azon értékei meghatározhatók, amelyeknél az egyenes a legkisebb hibával illeszkedik a mért pontsorra. Az Ω ( c ,n ) függvényt parciálisan deriválva "c" szerint: - 31 -

Folyásgörbe.doc

∂ Ω ( c ,n ) ∂c

)

(

( )

5.6

( ) =0

5.7

N ⋅ 1 = 0 = ∑ 2 ⋅ ln c + n ⋅ ln λ − ln k  ömt i fmt i  c i =1 

Az "i" szerinti összegzést elvégezve, majd rendezve kapjuk:

(

N

N ⋅ ln c + n ⋅ ∑ ln λ i =1

)

ömt i

N

− ∑ ln k i =1

fmt i

Az Ω ( c ,n ) függvényt parciálisan deriválva "n" szerint:

∂ Ω ( c ,n )

)

(

N

( )

)

(

 ⋅ ln λ = ∑ 2 ⋅ ln c + n ⋅ ln λ − ln k =0  ömt fmt ömt i  i i  i =1

∂n

5.8

Az "i" szerinti összegzést elvégezve, majd rendezve kapjuk: N

(

ln c ⋅ ∑ ln λ i =1

)

)

(

N

2

) ( )

(

N

 − ln λ =0 + n ⋅ ∑ ln λ ⋅ ln k ∑   ömt i ömt i  ömt i fmt i  i =1  i =1  5.9

Az utóbbi összefüggésbıl lnc-t kifejezve:

) ( ) ∑ ln ( λ )

(

N

)

(

N

∑ ln λömt i ⋅ ln k fmt i  − n ⋅ ∑ ln λömt i  i =1 i =1

ln c =

2

5.10

N

ömt i

i =1

majd helyettesítve az 5.7 összefüggésbe: 2 N  N  − n ⋅  ln λ   + ... N ⋅ ln c + N ⋅  ∑ ln λ ⋅ ln k  ∑  ömt i fmt i  ömt i   i =1  i =1 

) ( )

(

N

(

n ⋅ ∑ ln λ i =1

)

N

(

⋅ ∑ ln λ

ömt i i =1

)

ömt i

(

N

(

− ∑ ln λ i =1

)

N

)

( ) =0

⋅ ∑ ln k

ömt i i =1

fmt i

5.11

"n"-re rendezve, kapjuk:

( )

(

)

N  N   ∑ ln k  ⋅  ∑ ln λ  fmt i ömt i  N i =1   i =1  ∑ ln λömt i ⋅ ln k fmt i  −  N n = i =1 2 N   ∑ ln λömt  2 N i  ln λ  − i =1 ∑  ömt i  N i =1

(

) ( ) (

(

)

- 32 -

)

5.12

Folyásgörbe.doc

A "c" szerinti deriválás után kapott összefüggésbıl "c"-t kifejezve:

)

(

c=e

(

N  N  ∑ ln k ∑ ln λ fmt i ömt  i =1 i = − n⋅ 1  N N   

)i  

   

5.13

a "c" és "n" folyásgörbe paramétereket meghatároztuk.

5.2 Négyparaméteres folyásgörbe egyenlet paramétereinek meghatározása. A folyásgörbe egyenlete:

( ) k

f i

( )

= a + b⋅ λ

ö i

+ c⋅e

( ö )i

d⋅ λ

5.14

A görbe illesztést ismét a legkisebb négyzetek módszerével kívánjuk elvégezni és a hibanégyzet-összeg minimumához tartozó "a", "b", "c" és "d" értékeket keressük. A hibanégyzet-összeg függvény:

( ) ( )

N

 F ( a,b, c , d ) = ∑  k − k f fmt i i  i =1  A folyásgörbe egyenletet helyettesítve:

(

2

5.15

)

  d⋅ λ ömt i   F ( a, b, c , d ) = ∑ a + b ⋅ λ + c⋅e − k ömt i fmt i   i =1    Parciálisan deriválva a paraméterek szerint:   d⋅ λ ∂ F ( a, b, c , d ) N  ömt i =0 = ∑2⋅ a + b⋅ λ + c ⋅e − k ömt i fmt i   ∂a i =1   

(

)

(

N

)

(

)

( λömt )i −

(

)

(

(

)

(

 d⋅ N = ∑ 2⋅a + b ⋅ λ + c ⋅e  ömt i ∂b i =1    d⋅ ∂ F ( a, b, c , d ) N  = ∑2⋅ a + b⋅ λ + c ⋅e  ömt i ∂c i =1    d⋅ ∂ F ( a, b, c , d ) N  = ∑2⋅ a + b⋅ λ + c ⋅e  ömt i ∂d i =1   ∂ F ( a, b, c , d )

)

(

( )

2

5.16

( )

5.17

 ⋅ λ 5.18 =0 fmt i  ömt i   d⋅ λ λ ömt i ömt i ⋅e 5.19 − k =0 fmt i    λ d⋅ λ ömt i ömt i ⋅c ⋅ λ − k ⋅e =0 fmt i  ömt i  5.20

- 33 -

( ) (

)

k

)

( )

(

)

)

( )

(

)

(

)

Folyásgörbe.doc

A szummázást elvégezve és rendezve: N

(

N⋅a + b ⋅ ∑ λ i =1

N

)

ömt i

)

(

N

+ c⋅∑e

( ömt )i

d⋅ λ

i =1

( )

i =1

)

(

N

N

=∑ k

2

N

5.21

fmt i

)

(

 + c⋅ + b ⋅ ∑  λ ∑ λömt i ⋅ e  ömt i ömt  i i =1 i =1 i =1

a⋅ ∑ λ

N

a⋅ ∑e

( ömt )i

d⋅ λ

i =1

(

N

+ b⋅ ∑ λ i =1

) ⋅e

( ömt )i

d⋅ λ

ömt i

( ömt )i

d⋅ λ

N

N

(

=∑ λ i =1

+ c⋅∑e

( ömt )i

2 ⋅ d⋅ λ

) ⋅ (k )

ömt i

N

( ) ⋅e

=∑ k

i =1

fmt i

i =1

5.22

( ömt )i

d⋅ λ

fmt i

5.23

N

(

a⋅c ⋅ ∑ λ i =1

)

ömt i

⋅e

( ömt )i

d⋅ λ

2

N

(

... + c ⋅ ∑ λ i =1

N

)

(

2

 ⋅e + b ⋅ c ⋅ ∑  λ ömt i  i =1 

)

ömt i

⋅e

( ömt )i

2 ⋅ d⋅ λ

N

( ömt )i

d⋅ λ

(

=c⋅∑ λ i =1

+ ...

)( )

ömt i

⋅ k

fmt i

⋅e

( ömt )i

d⋅ λ

5.24

Az így kapott négy egyenlet elvileg lehetıséget ad az a, b, c és d ismeretlen paraméterek meghatározására, azonban a nem lineáris tag miatt az egyenletrendszerbıl az ismeretleneket nem tudjuk zárt alakban kifejezni. Az elsı három egyenlet felhasználásával az egyenletrendszert célszerő numerikusan megoldani. Az elsı három egyenlet bal oldalán levı együtthatók mátrixa:   N    N A= ∑ λ  i =1 ömt i   N d⋅ λ ömt i ∑ e  i =1 

∑ ( λömt )i N

i =1

)

(

(

)

N

(

)

∑  λömt i  i =1 ∑ ( λömt )i ⋅ e N

2

( ömt )i

d⋅ λ

i =1

- 34 -

( ömt )i

  ∑e  i =1   d⋅ λ N ömt i  5.25 ∑ λömt i ⋅ e  i =1   N 2 ⋅ d⋅ λ ömt i  ∑e  i =1  N

(

d⋅ λ

)

(

)

(

)

Folyásgörbe.doc

A jobboldal elemeibıl felírható oszlopvektor:   N   k ∑ fmt i   i =1   r  N  u= ∑ λ ⋅ k ömt i fmt i   i =1    d⋅ λ N ömt i   ∑ k fmt i ⋅e  i =1 

( )

(

)( )

( )

(

5.26

)

r Az "A" együttható mátrix és az u oszlopvektor egyes elemei a mért értékekbıl közvetlenül számítható, míg a többi elemet a "d" függvényeként kapjuk, tehát az "A" mátrix és az r u vektor is "d" függvényének tekintendı.

 a a a ( d)  01 02  00   A ( d) = a a a ( d)  11 12  10  a ( d ) a ( d ) a ( d )   21 22  20

5.27

 u   0  r u ( d) =  u   1  u ( d )   2 

5.28

r r u ( d) = A ( d) ⋅ v ( d)

5.29

A 5.21 ... 5.23 egyenletrendszer

r alakban is kifejezhetı, ahol v ( d) az ismeretlen paraméterek oszlopvektora:  v ( d)   0  a ( d )  r   v ( d) =  v ( d )  = b ( d)  1    v ( d)  c ( d)   2 

5.30

A 5.29 vektoregyenletbıl kifejezve az ismeretlen paraméterek oszlopvektorát: r −1 r v ( d) = A ( d ) ⋅ u ( d) −1

ahol, A ( d) az együttható mátrix reciprok mátrixa:

- 35 -

5.31

Folyásgörbe.doc

 A A A ( d)  01 02  00  −1  A ( d) = A A A ( d)  11 12  10   A ( d) A ( d) A ( d)   20  21 22

5.32

r Ezzel a v ( d) oszlopvektor elemei: v

0

( d) = a ( d) = A 00 ⋅ u0 + A 01 ⋅ u1 + A 02 ( d) ⋅ u2 ( d)

v ( d ) = b ( d) = A

( d) ⋅ u2 ( d)

5.34

( d) = c ( d) = A 20 ⋅ u0 + A 21 ⋅ u1 + A 22 ( d) ⋅ u2 ( d)

5.35

1

v

2

5.33

10

⋅u + A 0

11

⋅u + A 1

12

Az 5.14 egyenlet a "c" és "d" paramétereinek negatív értékei mellett felfogható egy:

( )

a + b⋅ λ egyenes és egy: − c ⋅e

ö i

( ö )i

− d⋅ λ

exponenciális tag összegének. E megfontolást figyelembe véve ar "d" független változó értékét futtatva 0-tól egy alkalmasan megválasztott "-t" értékig, v a vektor elemeit "d" függvényeként kapjuk. A 5.33 ... 5.35 egyenleteket a hibanégyzet-összeg függvénybe (5.16 egyenlet) helyettesítve olyan összefüggést kapunk, amely csak a "d" függvénye, vagyis egyváltozós függvényre vezettük vissza. A feladatnak az a "d" érték lesz a megoldása, amelynél a:

(

)

2

  d⋅ λ ömt i   F a ( d) ,b ( d) , c ( d)  = F ( d ) = ∑ a ( d ) + b ( d ) ⋅ λ + c ( d) ⋅ e − k ömt i fmt i   1    5.36 függvénynek minimuma van (5.2 ábra). N

(

)

5.2 ábra. - 36 -

( )

Folyásgörbe.doc

A minimumhoz tartozó "dopt" leolvasható a felrajzolt F[a(d),b(d),c(d)] = F(d) függvény képérıl, vagy numerikusan kereshetı meg a szélsıérték. Tehát:

∂ F a ( d ) ,b ( d ) , c ( d )  ∂d

=0

5.37

egyenlet megoldása a "dopt" értékét adja. A "dopt" és a hozzá tartozó vektor elemei szolgáltatják a folyásgörbe egyenlet keresett paramétereit:     v 0  dopt     r    5.38 = v d  v opt  1  opt      v  d    2  opt   ahol: v  d  = a 5.39 0  opt  v  d  = b 5.40 1  opt  v  d  = c 5.41 2  opt  5.42 d = d opt

A regressziós egyenlet, mint matematikai modell megfelelıségének (a kapcsolat szorosságának) jellemzésére − nem lineáris regressziós egyenlet alkalmazása esetén − a korrelációs indexet célszerő alakalmazni. i

I=+

( ) ( )

∑  k f i − k fmt i  1 i

( ) ( )

2

  ∑  k f i − k fmt átlag   1 

2

5.43

A korrelációs index 0 ≤ I ≤ 1 értéktartománnyal jellemzi a kapcsolat szorosságát. A korrelációs index alacsony értékeinél a kapcsolat szoros és fordítva.

- 37 -

Folyásgörbe.doc

6. Kidolgozott feladatok

Oldal 6.1. Folyásgörbepontok meghatározása hengeres próbatest zömítıvizsgálatával........ 39 6.2 A mért pontsorra a k

f

n ö

= c ⋅ λ alakú egyszerő hatványfüggvény "c" és

"n"paramétereinek meghatározása a legkisebb négyzetek módszerével ............... 41 6.3. Folyásgörbe meghatározás hengeres próbatestek zömítıvizsgálatával (extrapolációs módszer) ........................................................................................ 43 6.4. Négyparaméteres folyásgörbe-egyenlet paramétereinek meghatározása .............. 50

- 38 -

Folyásgörbe.doc

6.1. Folyásgörbepontok meghatározása hengeres próbatest zömítıvizsgálatával Indexváltozó kezdıértékének beállítása: Zömítıdiagramból leolvasott pontok száma: Indexváltozó tartományának definiálása: Próbatest kiinduló magassága:

ORIGIN 1 N 10 i 1 .. N h o 20.35 [mm]

Próbatest kiinduló átmérıje:

do

9.95 [mm]

A próbatest zömítése során felvett zömítıdiagram [F - ∆h] tengelyein alkalmazott léptékek: UL - útlépték UL 0.104054 [mm/mm] 1 [mm] (a diagram vizszintes tengelyén) megfelel 0.104054 mm magasságváltozásnak a próbatesten EL 1075.2688 [N/mm] EL – erılépték 1 [mm] (a diagram függıleges tengelyén) megfelel 1075.2688 [N]-nak A zömítıdiagram görbéjén felvett pontokhoz leolvasott távolságok a vízszintes (Ui) és függıleges (Ei) tengelyen: Ui Ei [mm] [mm] 11.5 20.2 29.3 38.4 47.1 56.7 65.4 74 83.6 92.7

30.2 38.1 43.7 49.8 55.8 61.4 67.4 74.4 81.8 92.1

A leolvasott távolságokhoz tartozó ∆hi magasságcsökkenés és Fi zömítıerı értékek:

∆hi ∆hi

Ui. UL

Fi

Ei. EL Fi

[mm]

1.2 2.1 3.05 4 4.9 5.9 6.81 7.7 8.7 9.65

32473.1 40967.7 46989.2 53548.4 60000 66021.5 72473.1 80000 87957 99032.3

- 39 -

[N]

Folyásgörbe.doc

Az összetartozó összehasonlító alakváltozás és alakítási szilárdság értékek: kf

i

Fi 4 h o ∆hi . . 2 π ho do

λö

ln i

ho ho

λö

[N/mm2]

kf

i

∆hi

393.1 472.5 513.8 553.5 585.8 602.9 620.4 639.6 647.6 669.9

i

0.06 0.11 0.16 0.22 0.28 0.34 0.41 0.48 0.56 0.64

Alakítási szilárdság [MPa]

A kapott összetartozó értékeket diagramban ábrázolva a kf - λö síkon, a 6.1.1 ábrán látható pontsort kapjuk: 1000

kf i

500

0 0

0.1

0.2

0.3

0.4 0.5 λö i Összehasonlító alakváltozás

6.1.1. ábra

- 40 -

0.6

0.7

Folyásgörbe.doc

6.2. A mért pontsorra a kf = c (λ λö)n alakú, egyszerő hatványfüggvénnyel jellemzett folyásgörbe "c" és "n" paramétereinek meghatározása a legkisebb négyzetek módszerével A 6.1 feladatban kapott (kf)i-(λö)i pontsorra a: n k f c. λ ö alakú hatványfüggvényt kívánjuk illeszteni. Az "n" és "c" paramétereket a legkisebb négyzetek módszerének felhasználásával kapott 5.12 és 5.13 összefüggésekkel határozzuk meg: N N . ln k f ln λ ö i N i i = 1 i = 1 ln k f . ln λ ö i i N i=1 n N N . ln λ ö ln λ ö N i i i=1 i=1 2 ln λ ö i N i=1 n = 0.22 N

N ln λ ö i

ln k f i i= 1

c c = 754.04

e

i= 1 n.

N

N

[N/mm2]

A mért pontsort ("+" jelöli) és az illesztett egyenes képét (folytonos vonal jelöli) az ln(kf)i-ln(λö)i síkon a 6.1.2 ábrán látható diagram szemlélteti: 6.6 6.4 ln k f i n. ln λ ö i

6.2 ln( c ) 6 5.8 3

2.5

2

6.1.2 ábra

- 41 -

1.5 ln λ ö i

1

0.5

0

Folyásgörbe.doc

A folyásgörbe mért pontjai közötti hiányzó pontokat például parabolikus interpolációval határozhatjuk meg. A (λö)i értéktartománya, melyekhez az alakítási szilárdság interpolált értékeit kívánjuk meghatározni: λ 0 , 0.005 .. 0.65 Az interpolálás bemenõ adatainak oszlopvektorai: vxi

λö

vyi

i

kf

i

Segédfüggény a parabolikus interpolációhoz: vs

pspline( vx , vy)

kf interpolált értékeinek meghatározása a λ tartományban:

k finterpolalt( λ )

interp( vs , vx , vy , λ )

A (kf)i mért ("+" jelöli) és az interpolálással számított értékeit (szaggatott vonal) a 6.1.3 ábrán látható diagram szemlélteti, valamint bemutatja a fent meghatározott "c" és "n" értékek felhasználásával és a: n k f c. λ alakú, egyszerő hatványfüggvénnyel számított kf értékeket is (folytonos vonal). A függvénnyel a kis alakváltozások tartományában (λö < 0,1) kevésbé pontosan, az ettıl nagyobb értékeknél a gyakorlat számára elfogadható pontossággalszámítható a kf alakítási szilárdság.

Alakítási szilárdság [N/mm^2]

800

kf i

600

k finterpolalt( λ ) 400 n c. λ

200

0 0

0.1

0.2

0.3 0.4 0.5 λ ö ,λ i Összehasonlító alakváltozás

0.6

6.1.3 ábra 6.3 Folyásgörbe meghatározás hengeres próbatestek zömítõvizsgálatával

- 42 -

0.7

Folyásgörbe.doc

(extrapolációs módszer) Az indexváltozó kezdıértékének beállítása: Próbatestek kiinduló átmérıje [mm]:

ORIGIN 1 d o 10 [mm]

A próbatestek kiinduló keresztmetszete [mm2]:

Ao µ

Feltételezett súrlódási tényezı: j

Próbatest sorszáma:

2 π do . 4 A o = 78.54

0.05

1 .. 5

Próbatestek kiinduló magassága [mm]-ben: ahol: (ho)j - a j-ik próbatest kiinduló magassági mérete. ho

j

[mm]

19.98 14.92 9.99 7.87 4.87

A próbatest geometriai viszonya: do Xj ho j

Xj 0.5 0.67 1 1.27 2.05

ahol: Xj - a j-ik próbatest geometriai viszonya A felvett összehasonlító alakváltozások sorszáma: i A felvett (λö)i összehasonlító alakváltozások: λö

1 .. 5

i

0.2 0.4 0.6 0.7 0.85

A (λö)i értékekhez tartozó próbatest magasságok [mm]-ben:

- 43 -

[mm2]

Folyásgörbe.doc

hi , j

h o .e

λö i

j

16.36 12.22 8.18 6.44 3.99 h=

13.39 10

6.7

5.28 3.26

10.97 8.19

5.48 4.32 2.67

9.92

7.41

4.96 3.91 2.42

8.54

6.38

4.27 3.36 2.08

[mm]

ahol: hij = a j-ik próbatest, i-ik összehasonlító alakváltozáshoz tartozó magassága [mm]-ben. A (λö)i értékekhez tartozó próbatest keresztmetszetek [mm2]-ben:

Ai

A o. e

λö i

95.93 117.17 A =

143.11

[mm2]

158.16 183.76 Ai - valamely próbatest i-ik összehasonlító alakváltozáshoz tartozó keresztmetszete [mm2]-ben A (λö)i értékekhez tartozó próbatest magasságcsökkenések [mm]-ben: ∆hi , j

ho

j

hi , j

∆h =

3.62

2.7

1.81 1.43 0.88

6.59

4.92 3.29 2.59 1.61

9.01

6.73 4.51 3.55 2.2

[mm]

10.06 7.51 5.03 3.96 2.45 11.44 8.54 5.72 4.51 2.79 ∆hij = a j-ik próbatest, i-ik összehasonlító alakváltozáshoz tartozó magasságcsökkenése [mm]-ben. L1 - az 1-es útlépték L1 0.104054 [mm/mm] 1mm (a diagramon) megfelel 0.104054 mm magasságváltozásnak a próbatesten. L2 - a 2-es útlépték L2 0.0416216 [mm/mm] 1mm (a diagramon) megfelel 0.0416216 mm magasságváltozásnak a próbatesten. lij - a j-ik próbatest i-ik összehasonlító alakváltozásához a regisztrátumon az origótól felmérendõ távolság mm-ben, amelynél az Fij erõérték leolvasandó.

- 44 -

Folyásgörbe.doc

1. ∆hi , 1 L1 1. ∆hi , 4 li , 4 L2

1. ∆hi , 2 L1 1. ∆hi , 5 li , 5 L2

li , 1

li , 1

[mm]

34.81 63.3 86.64 96.66 109.95

li , 2

li , 2

[mm]

25.99 47.27 64.69 72.18 82.1

li , 3

[mm]

li , 3

1. ∆hi , 3 L2

li , 4

[mm]

43.51 79.13 108.29 120.83 137.43

34.28 62.34 85.31 95.19 108.27

li , 5

[mm]

21.21 38.57 52.79 58.9 67

A próbatestek zömítése során felvett erı-út diagrammokról (lásd: 6.3.1 ábra) a ∆hij magasságokhoz tartozó Fij zömítıerı értékek [mm]-ben:

Ki , 1

[mm]

46.5 66 86 99 122

Ki , 2

[mm]

46.5 66 88 101 126

Ki , 3

[mm]

Ki , 4

47 69 94 110 141

49 72 100 118 153

[mm]

Ki , 5

[mm]

50 75 108 130 175

EL – erılépték EL 1075.2688 [N/mm] A diagram 1 mm-e megfelel 1075.2688 [N]-nak A leolvasott távolságokhoz tartozó erıértékek [N]-ban az erılépték ismeretében

EL. Ki , j

Fi , j

A próbatestek zömítése során felvett erı-út diagrammokról (lásd: 6.3.1 ábra) a ∆hij magasságokhoz tartozó Fij zömítıerı értékek [N]-ban:

F=

50000

50000

50537.63

52688.17

53763.44

70967.74

70967.74

74193.55

77419.35

80645.16

92473.12

94623.65

101075.27 107526.88 116129.03

106451.61 108602.15 118279.57 126881.72 139784.94 131182.79 135483.87 151612.9

- 45 -

164516.13 188172.04

[N]

Folyásgörbe.doc

F [N]

5 1.5 10

5 1 10

4 5 10

0 0

2

4

6

8

10

12

14

Xj

do/(ho)1=X1=0.5 do/(ho)2=X2=0.6667 do/(ho)3=X3=1.0 do/(ho)4=X4=1.25 do/(ho)5=X5=2.0

6.3.1 ábra A ∆hij értékekhez tartozó átlagos felületi nyomások [N/mm2]-ben: pi , j

Fi , j Ai

521.22 521.22 526.82 549.24 560.45 605.69 605.69 633.23 660.76 688.29 p=

646.17 661.2

706.28 751.36 811.47

[N/mm2]

673.06 686.66 747.85 802.24 883.82 713.9

737.31 825.08 895.3

1024.04

ahol: pij = a j-ik próbatest véglapjain, az i-ik összehasonlító alakváltozáshoz tartozó átlagos felületi nyomás [N/mm2]-ben.

A pij átlagnyomások az Xj=do/(ho)j függvényében (6.3.2 ábra):

- 46 -

Folyásgörbe.doc

1200

pij [N/mm^2]

1000

800

600

400 0

0.5

1

1.5

2

2.5

Xj

Lambda(ö)=0.25 Lambda(ö)=0.5 Lambda(ö)=0.75 Lambda(ö)=1.0 Lambda(ö)=1.25

6.3.2 ábra A (λö)i=állandó értékekhez tartozó pontsorokra regressziós egyenes illesztése a legkisebb négyzetek módszerével: Jelölések: b(i)=intercept(X,Y) m(i)=slope(X,Y)

Y1j

- az egyenes függıleges tengellyel alkotott metszészpontja, - az illesztett egyenes meredeksége

p1 , j

Y2j

p2 , j

b1 intercept( X , Y1 ) b1 = 505.08 m1 slope( X , Y1 ) y1( x ) b1 m1. x m1 = 27.94

b2 intercept( X , Y2 ) b2 = 575.7 m2 slope( X , Y2 ) y2( x ) b2 m2. x m2 = 57.34

Y3j

Y4j

p3 , j

b3 intercept( X , Y3 ) b3 = 594.9 m4 slope( X , Y4 ) y4( x ) b4 m4. x m3 = 109.54

Y5j

p5 , j

b5

intercept( X , Y5 )

p4 , j

b4 intercept( X , Y4 ) b4 = 603.95 m3 slope( X , Y3 ) y3( x ) b3 m3. x m4 = 140.82 m5

slope( X , Y5 ) y5( x ) b5 m5. x - 47 -

Folyásgörbe.doc

b5 = 613.61 m5 = 205.17 A függıleges tengely és az illesztett egyenesek alkotta metszéspontokhoz tartozó alakítási szilárdság értékek [N/mm2]-ben: kf i kf [N/mm2] i b1 505.1 b2 575.7 b3 594.9 b4 603.9 b5 613.6 A mért pontsorok és az illesztett egyenesek szemléltetése (6.3.3 ábra):

A j-ik db véglapján i-ik ö.av.-nál a "p"

1000

900

800

700

600

500 0

0.5

1

1.5

2

2.5

Xj

Lambda(ö)1=0.25 Lambda(ö)2=0.5 Lambda(ö)3=0.75 Lambda(ö)4=1.0 Lambda(ö)5=1.25 Lambda(ö)1=0.25 Lambda(ö)2=0.5 Lambda(ö)3=0.7 Lambda(ö)4=1.0 Lambda(ö)5=1.25

6.3.3 ábra A do/ho=0 értékhez tartozó alakítási szilárdságokat a (λö)i függvényében ábrázolva a keresett folyásgörbéhez jutunk (6.3.4 ábra):

- 48 -

Folyásgörbe.doc

Alakítási szilárdság [N/mm^2]

800

600 k f 400 i 200

0 0

0.2

0.4

0.6 0.8 λö i Összehasonlító alakváltozás

1

6.3.4 ábra A köztes hiányzó pontokat például köbös interpolációval határozhatjuk meg λ

0 , 0.05 .. 0.85

vxi

λö

vs

cspline( vx , vy)

vyi

i

k f.interpolalt( λ )

kf

i

interp( vs , vx , vy , λ )

[N/mm^2]

A mért diszkrét pontsort, illetve az interpolált kf értékek görbéjét a 6.3.5 ábra szemlélteti:

kf i

500

k f.interpolalt ( λ )

0 0

0.2

0.4 λ ö ,λ i

0.6

0.8

6.3.5 ábra

6.4 Négyparaméteres folyásgörbe egyenlet paramétereinek meghatározása Anyagminıség: C10 - 49 -

Folyásgörbe.doc

A mért folyásgörbe pontok száma: N

10

Az összetartozó (kf)i-(λö)i értékek bevitele: Az indexváltozó tartománya: i 0 .. N 1 λö i

kf

i

[N/mm2]

393.1 472.5 513.8 553.5 585.8 602.9 620.4 639.6 647.6 669.9

0.061 0.109 0.162 0.219 0.276 0.342 0.407 0.475 0.558 0.642

A mért pontpárok ábrázolása a kf-λö síkon (6.4.1 ábra): Alakítási szilárdság [N/mm^2]

800

600 k f 400 i 200

0 0

0.2

0.4 0.6 λö i Összehasonlító alakváltozás

0.8

6.4.1 ábra Az "A" mátrix "d"-tıl nem függı elemeinek számítása:

a 00

N

a 01

λö

i

a 11

λö

i i a 00 = 10 a 01 = 3.251 a 11 = 1.398 Az "u" vektor "d"-tõl nem függı elemeinek számítása:

- 50 -

2 i

Folyásgörbe.doc

u0

kf

λ ö .k f

u1

i

i

i

i

i

u 0 = 5.699 10

3

u 1 = 1.996 10

3

A "d" paraméter futtatása: d 12 , 11.9 .. 2 Az "A" mátrix "d"-tõl függı elemeinek számítása: a 22 ( d )

e

2. d. λ ö i

a 02 ( d )

e

d. λ ö i

a 12 ( d )

e

i i Az "u" vektor "d"-tõl függı elemeinek számítása:

λö

i

i

k f .e i

u 2( d )

d. λ ö i.

d. λ ö i

i Az "A" mátrix és az "u" vektor a "d" függvényében:

A( d )

a 00

a 01

a 02 ( d )

a 01

a 11

a 12 ( d )

u0 u( d )

a 02 ( d ) a 12 ( d ) a 22 ( d )

u1 u 2( d )

v( d )

A "v" megoldásvektor a "d" függvényében:

1 A( d ) . u( d )

A hibanégyzet-összeg függvény a "d" függvényében:

F( d )

v( d ) 0

v( d ) 1. λ ö

i

v( d ) 2. e

d. λ ö i

2

kf

i

i Grafikusan ábrázolva az F(d) függvényt, a minimumhely környezetében (6.4.2 ábra): 1500

1000 F( d ) 500

0 12

10

8

6

4

2

d

6.4.2 ábra a minimumhoz tartozó dopt értéke numerikusan megkereshetı, amelyet az alábbi programmal végzünk: dd 0.1

- 51 -

Folyásgörbe.doc

d OPT( F , dd , d )

FF

F( d

dd )

while FF < F( d ) d

d

FF

dd F( d

dd )

d

d opt

d OPT( F , dd , 9.5 )

d opt = 9.5 a

v d opt 0

a = 555.512

b

v d opt 1

c

b = 176.349

v d opt 2

d

d opt

c = 305.508

A mért pontok ("+" jelöli)és a négyparaméteres függvénnyel számított folyásgörbe diagramja, tehát az illesztett görbe (folytonos vonal) a 6.4.3 ábrán látható: λ

0 , .01 .. 0.642

Alakítási szilárdság [N/mm^2]

k f.illesztett( λ )

b. λ

a

c. e

d. λ

800 600 kf i 400 k f.illesztett ( λ ) 200 0 0

0.1

0.2

0.3 0.4 0.5 λ ö ,λ i Összehasonlító alakváltozás

6.4.3 ábra

- 52 -

0.6

0.7

Folyásgörbe.doc

7. Mellékletek

Oldal 7.1. Képlékeny hidegalakítással gazdaságosan feldolgozható fémek folyásgörbéi............... 54 7.2 A k

f

n ö

= c ⋅ λ alakú egyszerő hatványfüggvénnyel felírt folyásgörbe egyenlet

"c" és "n"paramétereinek értékei néhány anyagminıségre............................................. 56 7.3. A k

f

= a + b ⋅ λ

ö

+ c ⋅e

d⋅ λ

ö alakú négyparaméteres folyásgörbe egyenlet

"a", "b", "c" és "d" paramétereinek értékei néhány anyagminıségre............................. 57 7.4. A Hajduk-féle k = k f

f (a)

⋅A ⋅e 1

−m ⋅ T 1

m

m ⋅ A ⋅ λ 2 ⋅ A ⋅ λ& 3 alakú 2

ö

3

ö

folyásgörbe egyenlet paramétereinek értékei néhány anyagminıségre .......................... 58

7.1. Képlékeny hidegalakítással gazdaságosan feldolgozható fémek folyásgörbéi [4]

- 53 -

Folyásgörbe.doc

7.1.1 ábra. Kis széntartalmú acélok folyásgörbéi

7.1.2 ábra. Ötvözött acélok folyásgörbéi

- 54 -

Folyásgörbe.doc

7.1.3 ábra. Ötvözetlen és ötvözött aluminium folyásgörbéi

7.1.4 ábra. Réz és rézötvözetek folyásgörbéi

- 55 -

Folyásgörbe.doc

7.2 A k

f

n ö

= c ⋅ λ alakú egyszerő hatványfüggvénnyel felírt folyásgörbe egyenlet

"c" és "n" paramétereinek értékei néhány anyagminıségre  λ&  A táblázatban szereplı "m" a k = k ⋅ ö & f f (a) λ  ö(a)  & sebességkitevı értékei, ahol λ = 1 [1 s]

m

    

Alder - Phillips formula

ö(a)

Anyagminıség

c [N/mm2]

n

m

kfo [N/mm2]

Szénacélok C10 MSZ 31-85 C15 MSZ 31-85 C25 MSZ 61-85 C35 MSZ 61-85 C45 MSZ 61-85

683,51 724,02 764,76 892,2 939,63

0,2350 0,2650 0,2352 0,244 0,1964

0,0222 0,011 0,0046 0,0078 0,0053

186,4 206,0 264,9 282,5 353,2

Gyengén ötvözött acélok BC3 MSZ 31-81 Cr1 MSZ 61-85 Cr2 MSZ 61-85 CrV3 MSZ 61-85 CMO3 MSZ 61-85 CMO4 MSZ 61-85 GO3 MSZ 17789

915.86 891,92 958,74 1062,82 903,78 1028,54 1064,86

0,204 0,1814 0,217 0,1644 0,1928 0,131 0,177

0,0284 0,0102 0,0171 0,0143 0,00038 0,0178 0,014

290,4 327,7 332,6 416.9 462,1 476,8 399,3

Korrózióálló acél KO13 MSZ 3460

1423,99

0,148

Alumínium és ötvözetei Al99,5 MSZ 3745 AlMgSi MSZ 3714/1 AlMgSi1 MSZ 3714/1 AlMg1Si1 MSZ 3714/1 AlMg3 MSZ 3714/1 AlCuMg1 MSZ 3714/1 AlCuMg2 MSZ 3714/1 AlZnMgTi MSZ 3714/1

145,63 182,12 222,89 229,94 414,98 337,87 336,15 335,98

0,1995 0,281 0,142 0,166 0,2245 0,187 0,155 0,133

0,0069 0,0168 0,0076 0,0099 0,0176 0,0096 0,0097 0,0028

31,4 31,4 71,1 71,3 139,3 110,9 147,2 150,1

Réz és ötvözetei CuE MSZ 64/1 CuZn28 MSZ 770/1 CuZn37 MSZ 770/1

364,71 614,80 642,63

0,270 0,335 0,220

0,012 0,0094 0,001

82,4 104,0 120,7

- 56 -

492,5

Folyásgörbe.doc

7.3 A k

f

= a + b ⋅ λ

ö

+ c ⋅e

d⋅ λ

ö alakú négyparaméteres folyásgörbe egyenlet

"a", "b", "c", és "d" paramétereinek értékei néhány anyagminıségre

Anyagminõség Szénacélok C10 MSZ 31-85 C15 MSZ 31-85 C25 MSZ 61-85 C35 MSZ 61-85 C45 MSZ 61-85 Gyengén ötvözött acélok BC3 MSZ 61-85 Cr1 MSZ 61-85 Cr2 MSZ 61-85 CrV3 MSZ 61-85 CMO3 MSZ 61-85 CMO4 MSZ 61-85 GO3 MSZ 17789

a

b

c

d

565,047 578,582 619,118 679,416 748,07

117,07 133,209 130,264 193,139 170,33

-338,431 -378,731 -365,824 -405,933 -400,421

-5,15 -7,20 -7,40 -8,70 -9,90

687,753 666,745 718,0 813,868 679,804 821,714 846,303

206,6 212,059 204,465 236,087 222,342 196,308 183,283

-396,749 -323,844 394,052 -381,059 -233,089 -342,33 -445,496

-14,1 -12,7 -11,0 -12,3 -6,15 -21,1 -12,8

Korrózióálló acél KO13 MSZ4360

1103,293

257,798

-605,626

-30,25

Alumínium és ötvözetei Al99,5 MSZ 3745 AlMgSi MSZ 3714/1 AlMgSi1 MSZ 3714/1 AlMg1Si1 MSZ 3714/1 AlMg3 MSZ 3714/1 AlCuMg1 MSZ 3714/1 AlCuMg2 MSZ 3714/1 AlZnMgTi MSZ 3714/1

114,984 127,137 176,208 177,965 324,715 301,97 285,839 307,565

30,716 47,621 35,467 40,126 77,183 26,311 45,148 26,649

-74,803 -85,393 -103,477 -102,436 -191,848 -199,026 -136,304 -156,749

-8,706 -6,30 -31,10 -24,15 -9,95 -13,15 -9,95 -13,15

Réz és ötvözetei CuE MSZ 64/1 CuZn28 MSZ770/1 CuZn37 MSZ 770/1

341,695 593,484 674,384

32,829 60,165 54,654

-254,511 -467,101 -552,689

-5,32 -3,35 -3,00

- 57 -

Folyásgörbe.doc

7.4. A Hajduk-féle k = k f

f (a)

⋅A ⋅e

−m ⋅ T 1

1

m

m ⋅ A ⋅ λ 2 ⋅ A ⋅ λ& 3 alakú folyásgörbe 2

ö

3

ö

egyenlet paramétereinek értékei néhány anyagminıségre

Anyag

C10 C15 C35 C45 C60 S82 S131 KL3 BC3 BCMo2 CMo3 NCMo5 Cr3 CrV3 W5 K4 W9 W7 KO2 KO11 KO16 KO13 KO14 H12 H13 H14 Al99,5 Al99 AlMn AlMn1 AlMg3 AlMg5 AlMgMn AlMgSi1 E-Cu99,9 Cu99 CuZn42 CuZn37 CuZn28

kf(a) 2 [N/mm ] 98,2 98,0 143,0 115,7 121,6 110,3 110,0 135,5 120,6 134,7 106,2 144,9 112,3 141,2 150,3 132,3 146,5 300,8 125,4 147,8 186,7 136,7 188,6 117,4 127,5 135,8 38,0 43,0 49,1 47,1 107,1 160,7 103,6 67,2 63,5 68,2 39,2 87,2 97,0

A1

m1

A2

m2

A3

m3

12,231

0,0025

1,494

0,174

0,726

0,139

11,657

0,00247

1,435

0,155

0,703

0,153

18,170 14,586

0,00280 0,00268

1,516 1,629

0,181 0,212

0,750 0,726

0,124 0,139

13,235

0,00258

1,532

0,186

0,761

0,118

12,538

0,00253

1,309

0,117

0,750

0,125

16,540

0,00281

1,393

0,144

0,786

0,105

19,946

0,00299

1,177

0,071

0,732

0,135

4,867

0,00396

1,490

0,173

0,775

0,111

5,114

0,00429

1,134

0,055

0,815

0,089

12,438

0,00317

1,631

0,213

0,813

0,090

44,600

0,00547

1,039

0,017

0,710

0,149

- 58 -

Folyásgörbe.doc

Felhasznált irodalom: [1]

dr.Horváth L.: Képlékenyalakító technológiák elméleti alapjai BMF jegyzet

[2]

dr.Horváth L.: Képlékenyalakítási alapfeladatok elemzése a képlékenységtan módszereivel BMF jegyzet

[3]

Dr.Artinger I. – Bauer F. – Dr.Ziaja: Hegesztéstechnológia, hıkezelés, képlékeny alakítás Gyakorlati jegyzet Tankönyvkiadó, Bp.1972

[4]

Szabványgyőjtemények 52. kötet. Hidegalakító és térformázó szerszámok Szabványkiadó, Bp. 1986

[5]

Metals Handbook, Forming and Forging ASM International, OHIO, 1988

- 59 -

Budapesti Mőszaki Fıiskola Bánki Donát Gépészmérnöki Fıiskolai Kar Anyagtudományi- és Gyártástechnológiai Intézet

Zömítés, redukálás Technológia- és szerszámtervezés Oktatási segédlet

Összeállította:

2009.

dr. Horváth László fıiskolai docens

Zömítés, redukálás

TARTALOMJEGYZÉK

1. Zömítés fogalma, alkalmazási területe............................................................................. 3 2. Alakváltozásállapot jellemzése zömítésnél...................................................................... 5 3. Alaki jellemzık ................................................................................................................ 3.l Zömítési viszony................................................................................................... 3.2 Átmérıviszony ...................................................................................................... 3.3 Alakviszony .........................................................................................................

6 7 9 10

4. Elızömítı szerszám méreteinek meghatározása .............................................................. 11 4.l Elızömítés egy lépésben....................................................................................... 11 4.2 Elızömítés két lépésben........................................................................................ 13 5. Zömítés erı-, munka- és teljesítményszükséglete............................................................ 5.l Hengeres fejalak ................................................................................................... 5.1.1 A zömítés fajlagos erıszükséglete........................................................... 5.1.2 A zömítés munkaszükséglete................................................................... 5.2 Hengerestıl eltérı fejalak .................................................................................... 5.2.1 A zömítés fajlagos erıszükséglete........................................................... 5.2.2 A zömítés munkaszükséglete...................................................................

16 16 16 18 22 22 24

6. Redukálás ......................................................................................................................... 24 7. Zömítés, redukálás technológia tervezés lépései ............................................................. 31 8. Hidegzömítı sajtók .......................................................................................................... 8.l Általános jellemzés................................................................................................ 8.2 A zömítısajtók kiválasztási szempontjai ............................................................. 8.3 Hidegzömítı sajtók kinematikai vázlatai ............................................................. 8.3.1 Egynyomású hidegzömítı sajtó ................................................................... 8.3.1.1 Egynyomású, osztott matricájú hidegzömítı sajtó ............................... 8.3.1.2 Egynyomású, zárt matricájú hidegzömítı sajtó.................................... 8.3.2 Kétnyomású hidegzömítı sajtó .................................................................... 8.3.2.1 Kétnyomású, osztott matricájú hidegzömítı sajtó................................ 8.3.2.2 Kétnyomású, zárt matricájú hidegzömítı sajtó ...................................

37 37 38 39 39 39 42 43 43 45

9. Hidegzömítés szerszámai ................................................................................................. 9.l Általános jellemzés............................................................................................... 9.2 Levágóhüvely, levágókés ..................................................................................... 9.3 Matrica ................................................................................................................. 9.3.1 Zárt matrica .................................................................................................. 9.3.2 Osztott matrica ............................................................................................. 9.4 Zömítıbélyeg ...................................................................................................... 9.4.1 Készrezömítı bélyeg .................................................................................... 9.4.2 Elızömítı bélyegek ..................................................................................... 9.4.2.1 Merev elızömítı bélyeg ..................................................................... 9.4.2.2 Rugós elızömítı bélyeg ...................................................................... 9.5 Kilökı ...................................................................................................................

47 47 49 50 50 54 55 55 56 57 57 58

-2-

Zömítés, redukálás

1. Zömítés fogalma, alkalmazási területe Zömítéssel huzal-, vagy rúdanyagból leválasztott elıgyártmány teljes, vagy résztérfogatára kiterjedı keresztmetszet növeléssel lehet alkatrészeket gyártani. Az elıgyártmány leggyakrabban hengeres, néha más (pl. hatszög, négyzet) szelvényő hengerelt vagy húzott huzalból vagy rúdból kerül leválasztásra. A hidegzömítés és a melegzömítés az iparban egyaránt elterjedt eljárás. Jellegzetes felhasználási területei: (1.1/a. és 1.1/b ábra.) • a teljes térfogat zömítésével gyártható: csavaranya, csapágygolyó, görgı, stb. • résztérfogatra kiterjedı zömítéssel gyártható: fejes csap, különféle kötıelemek (pl. csavarok, szegecsek, szegek stb.) • redukálással együtt alkalmazva: lépcsıs tengely.

1.1/a. ábra.

-3-

Zömítés, redukálás

1.1/b. ábra.

-4-

Zömítés, redukálás

2. Alakváltozásállapot jellemzése zömítésnél A képlékenyalakítással gyártott kötıelemeknél, fejes csapoknál a fejkialakítás az elıgyártmány résztérfogatára kiterjedı zömítéssel történik. A do átmérıjő huzalból vagy rúdból leválasztott "Lo" hosszúságú elıgyártmányból − a fejtérfogatból meghatározott − "l" hosszt a matrica elıtt szabadon hagyunk. A 2.1 ábrán különbözı fejalakok zömítéséhez tartozó elvi vázlatok láthatók.

2.1 ábra. Hengeres fejalak (2.1/a ábra) készrezömítésekor létrejövı mérnöki nyúlás:

k − l k = −1 l l

ε = illetve összehasonlító alakváltozás:

λ

ö

= ln

l D = 2 ⋅ ln k d

o

amely a mérnöki nyúlással is kifejezhetı:

λ

ö

= ln

1 1+ ε

Hengerestıl eltérı fejalaknál (2.1/b és 2.1/c ábra) a mérnöki nyúlás ugyancsak az:

ε =

k − l k = −1 l l

összefüggéssel határozható meg.

-5-

Zömítés, redukálás

A fej inhomogén alakváltozása miatt az ln(l/k) egy közepes összehasonlító alakváltozást jellemez: l λ = ln ö( köz ) k Az összehasonlító alakváltozás maximális értéke:

λ

ö( max )

= 2 ⋅ ln

D d

o

ahol: D − a forgástest alakú fej legnagyobb átmérıjét (2.1/b. ábra.), nem forgástest alakú fej esetén a zömítés irányára merıleges legnagyobb keresztmetszet köré írható kör átmérıjét jelöli (2.1/c ábra).

3. Alaki jellemzık A zömítı technológiát úgy kell megtervezni, hogy • a zömítendı rész zömítés közben ne hajoljon ki, • repedés nélkül viselje el a kívánt mértékő alakváltozást, • a szerszám felületén ébredı átlagos nyomás ne haladja meg a szerszámanyagra megengedett értéket. Az alaki jellemzık a kész fej méreteibıl és a kialakításához szükséges elıgyártmány méreteibıl határozhatók meg. A megfogalmazott követelmények teljesítéséhez az alaki jellemzıknek ki kell elégíteniök az alábbi feltételeket: Zömitési viszony: S=

 l  l ≤  d d  o  o meg

Átmérıviszony: D  D  ≤ d d  o  o meg

Alakviszony:

D D ≤  k  k meg

-6-

Zömítés, redukálás

3.l Zömítési viszony A zömítési viszony a kihajlás veszélyrıl téjékoztat. A befogás módjától függ a megengedett értéke. Az alábbiakban közölt tapasztalati értékek a zömítendı anyag minıségétıl, hıkezeltségi állapotától függetlenek, viszont a véglapok alakhibái a megengedett értékeket erısen befolyásolják. A ferdén levágott, torzult, tehát nem merıleges véglapok esetén kisebb értékek engedhetık meg.

3.1 ábra. Teljes térfogat zömítésekor (3.1/a. ábra) a kihajlásveszély a legnagyobb. A zömítési viszony megengedett értéke:  l    =2 d   o meg

Száras darabok zömítésekor a szárrész a zömítı matricába van befogva (3.1/b ábra). Ekkor kihajlásveszély kisebb, tehát:  l    = 2, 3 d   o meg

Ha a zömítés során a keresztmetszet növelést a "do" átmérıjő elıgyártmány középsı részén kell létrehozni, akkor az egyik vége a zömítı matricában, a másik vége a fejezıben van befogva (3.1/c ábra). A kihajlásveszély ekkor a legkisebb:  b    = 2, 6 d   o meg

A matrica elıtt szabadon maradó "l" hosszúság a zömítendı fej térfogatából határozható meg. Kis "do" szárátmérıjő és nagy fejtérfogatú darabok feje a −kihajlásveszély miatt − egy lépésben nem zömíthetı készre.

-7-

Zömítés, redukálás

Tehát ha: l d

> 2,3

o

akkor a darab fejét − az l/do értékétıl függıen − egy elı- és egy készrezömítéssel, vagy két elı- és egy készrezömítéssel lehet elkésziteni. Elızömítéskor, az elızömítı szerszám az "l" hosszúságból "a" mérető részt befog és a szabadon maradó "b" hosszt, csonkakúppá zömíti (3.2 ábra). Az "a" illetve a "b" méret a 3.1/b ábrán látható megfogási modellre érvényes, megengedett zömítési viszonyból határozható meg.

3.2 ábra. Ilyen megfogásnál kihajlásveszély nincs, ha: b ≤ 2,6 d o

amelybıl:

illetve:

b ≤ 2,6 ⋅ d

o

a = l − b

A zömítési viszony értékétıl függıen a fej elızömítés nélkül gyártható, ha: l d

≤ 2,3

o

-8-

Zömítés, redukálás

egy elı- és egy készrezömítéssel gyártható, ha: l d

2,3 <

≤ 4,5

o

két elı- és egy készrezömítéssel gyártható, ha :

l d

4,5 <

≤ 8

o

Szerszámkúpszög (3.2 ábra) − zömítési viszonytól függı − javasolt tapasztalati értékei: ha: l o ≤ 4,0 γ = 15 d o

ha: 4,0 <

l d

≤ 5,0

γ = 20

o

l d

≤ 8,0

γ = 25

o

o

ha: 5,0 <

o

3.2 Átmérıviszony Az átmérıviszony − közvetetten − a fej zömítésekor megvalósított összehasonlító alakváltozást jellemzi. Az adott anyagminıségre megengedett átmérıviszony pedig a törésig elviselt összehasonlító alakváltozással hozható kapcsolatba. Tehát a zömítési feladatnál számítható átmérıviszony és a zömítendı anyagminıséghez tartozó megengedett átmérıviszony ismeretében dönthetı el, hogy elvégezhetı a zömítés repedés nélkül, vagy sem. A D/do megengedett értékeit a 3.1 táblázat tartalmazza. Ha D  D  > d d  o  o meg

akkor több részalakítással végezhetı el a zömítés, melyek közé lágyitó hıkezelést kell iktatni.

-9-

Zömítés, redukálás

3.3 Alakviszony Az alakviszony megengedhetı értékét a szerszám felületi terhelhetısége korlátozza. A zömítés befejezı pillanatában a fajlagos erıszükséglet:  µ D p = k ⋅ 1+ ⋅  f  3 k

Az összefüggésbıl látható, hogy a szerszám felületére ható átlagos nyomás a zömítı mővelet végén az anyag alakítási szilárdságán kívül elsısorban a D/k viszonytól függ. Kis keményedı képességő anyagnál nagyobb, nagy keményedı képességőnél kisebb alakviszony engedhetı meg. Anyagcsoportonként megengedhetı értékeit a 3.1 táblázat tartalmazza. Ha a megvalósítandó fej alakviszonya túllépi a megengedett értéket, a darab hidegzömítéssel nem gyártható. Ekkor meg kell vizsgálni a melegzömítéssel történı gyártás lehetıségeit. Melegzömítésnél a zömítés fajlagos erıszükséglete, a szerszám felületi terhelése, az alakítási szilárdság kisebb értéke miatt, kisebb mint hidegzömítésnél. Alaki jellemzık megengedett értékei:

3.1táblázat Anyag

Acél C>0,2% Acél C<0,2%, Alakítható Al ötvözet, Alakítható sárgaréz Ötvözetlen Al, Cu

Megengedett zömítési viszony (l/do)meg

megfogástól függıen 2,0; 2,3 illetve 2,6

- 10 -

Megengedett átmérıviszony (D/do)meg

Megengedett alakviszony (D/k)meg

2,2

5,0

2,7

7,0

3,0

9,0

Zömítés, redukálás

4. Elızömítı szerszám méreteinek meghatározása 4.l Elızömítés egy lépésben A 4.1 ábra az alakítandó huzalrészt és az elızömítés utáni alakját, méreteit szemlélteti.

4.1 ábra. Elızömítési viszony: S

e

b ≤ 2,6 d

=

o

Határesetben:

b = 2,6 ⋅ d

o

Az elızömítı által befogandó hossz: a = l − b = l − 2,6 ⋅ d

o

A 4.2/a ábra "összecsengéssel", a 4.2/b ábra "összecsengés nélkül" dolgozó elızömítı szerszám méreteit szemlélteti. Az utóbbi esetben a matrica és az elızömítı homlokfelülete nem találkozik. Az elızömítı mellsı holtponti helyzetében közöttük "δm" távolság marad, amelynek javasolt tapasztalati értéke:

δ m = 0,1 K 0,35 mm Az elızömítı szerszám ismeretlen méretei:

m ′ és D ′

- 11 -

e

Zömítés, redukálás

4.2 ábra. Térfogatállandóságot felírva a 4.1 ábrán kétirányban metszetvonalkázott térfogatokra:

(

m⋅π 2 π 2 2 ⋅ (l − a ) = ⋅ D +D ⋅d + d o 4 e e o o 12

d ⋅

)

ahol: m =

D

e

− d

2 ⋅ tan

o

γ

2

Helyettesítve "m" értékét a térfogatállandóságot leíró öszefüggésbe:

(

D −d π o ⋅ π ⋅ D2 + D ⋅ d + d2 ⋅ (l − a ) = e e e o o γ 4 2 ⋅ tan 12 2 majd "De" értékét kifejezve: 2 o

d ⋅

D = d ⋅ 3 1+ e

o

)

6 γ ⋅ ( l − a ) ⋅ tan d 2 o

Ha összecsengés nem engedhetı meg, az elızömítı De' és m' méretei a következı összefüggésekkel határozhatók meg:

tan

γ 2

=

D

e

−D ′ e

2⋅δm

- 12 -

Zömítés, redukálás

D ′ = D e

− 2 ⋅ δ m ⋅ tan

e

γ 2

m′ = m − δ m

4.2 Elızömítés két lépésben Az alakítandó huzalrészt és az elsı elızömítı szerszám méreteit a 4.3 ábra szemlélteti.

4.3 ábra. Ha a 4,5 < l/d < 8 feltétel teljesül, a fej két elı- és egy készrezömítéssel gyártható. Az elsı és második elızömítésnél a δm1 és δm2 javasolt értéke:

δm = δm 1

= 0,1 K 0,35

2

Az elsı fokozat méreteit a 3.1 pontban megismertek szerint határozhatjuk meg. = l − 2,6 ⋅ d

a

1

m

1

D

e1

=

D

− d

2 ⋅ tan

= d ⋅ 3 1+ o

e1

o

o

γ

2

6 γ ⋅ ( l − a ) ⋅ tan d 2 o

D ′ = D e1

e1

− 2 ⋅ δ m ⋅ tan 1

- 13 -

γ 2

Zömítés, redukálás

m′ = m − δ m 1

1

l

1

1

= a + m 1

1

Az elsı fokozatban megvalósított geometriát és a második fokozat szerszámméreteit a 4.4 ábra szemlélteti.

4.4 ábra. A második fokozatban az elızömítıvel az "l1" -bıl olyan "a2" méretet kell befogni, hogy a zömítendı hossz max. 2,6 do legyen. a

2

= l − 2,6 ⋅ d 1

o

A második fokozatban megvalósítandó csonkakúp térfogata az elsı fokozatban elkészült csonkakúp térfogatából és a "do" átmérıjő és "t" magasságú henger térfogatából alakul ki.

(

t =l − a +m 1

2

1

) = 2,6 ⋅ d

o

−m

1

A térfogatállandóságot felírva: V

csk 2

= V

csk1

+ V

t

ahol: a második fokozatban megvalósítandó csonkakúp térfogata: V

csk2

=

m ⋅π 2

12

(

2 e2

⋅ D

- 14 -

+D

e2

2 o

⋅d + d o

)

Zömítés, redukálás

a "do" átmérıjő és "t" magasságú henger térfogata:

π

2 o

V = d ⋅ t

⋅ t

4

az elsı fokozatban elkészült csonkakúp térfogata: V

csk1

=

m ⋅π 1

12

(

2 +D ⋅d e1 e1 o

⋅ D

2 o

+d

)

a második fokozatban megvalósított csonkakúp magassága: m

2 o

d ⋅

D

=

2

e2

− d

2 ⋅ tan

(

o

γ

2

)

(

m ⋅π m ⋅π π 2 2 2 2 ⋅t + 1 ⋅ D +D ⋅d + d = 2 ⋅ D +D ⋅d + d e1 e1 o o e2 e2 o o 4 12 12

"m2" értékét helyettesítve, majd "De2" értékét kifejezve:

D

e2

24 = 3 ⋅ V

π

A második elızömítı szerszám D

D

e2

e2

⋅ tan

csk 2

γ 2

+ d

3 o

′ és m ′ méretei: 2

′ = D

e2

− 2⋅δm

m ′ = m 2

l

2

= a

- 15 -

2

2

2

− δm + m

2

⋅ tan

2

γ 2

)

Zömítés, redukálás

5. Zömítés erı-, munka- és teljesítményszükséglete 5.l Hengeres fejalak (5.1 ábra)

5.1 ábra.

5.1.1 A zömítés fajlagos erıszükséglete Hengeres fejalak zömítésénél, az alakítás fajlagos fejmagasság függvényében (levezetését lásd: [2]-ben):

erıszükséglete a pillanatnyi "h"

 µ d (h)  p ( h ) = k ( h ) ⋅  1 + ⋅  f  3 h 

ahol: k (h ) = c ⋅ λ f

λ

n h) ( ö

( h) = ln ö

l h

a "h" magassághoz tartozó középátmérı a térfogatállandóságból:

d (h ) = d ⋅ o

l h

Fajlagos alakítóerınek azt a felületegységre esı erıt tekintjük, amelyet az alakítást végzı szerszámnak az alakításirányában a munkadarab szerszámmal érintkezı felületén létre kell hozni, hogy az adott mértékő alakváltozás (magasságcsökkenés) létrejöjjön. A fentiek alapján a zömítési út három pontjában a fajlagos alakítóerı és a zömítıerı: a/ A zömítés kezdetén: (5.1/a. ábra) - 16 -

Zömítés, redukálás

p =k o

 µ d  ⋅ 1+ ⋅ o  fo    3 l 

F

= p ⋅ A

A

= d ⋅

o

o

o

2 o

o

π 4

b/ A zömítés egy közbensı állapotában: (5.1/b. ábra) n  l   µ d (h )  p ( h ) = c ⋅  ln  ⋅  1 + ⋅   h   3 h 

ahol:

l h

d (h ) = d ⋅ o

A zömítıerı:

F (h) = p (h) ⋅ A (h)

ahol:

2 π

A (h ) = d ( h ) ⋅

4

c/ A zömítés befejezésekor: (5.1/c ábra) n

 l   µ D = c ⋅  ln  ⋅  1 + ⋅  max  k  3 k 

p A zömítıerı:

F

max

= p

⋅ A

max

ahol:

A

max

= D

2

⋅

max

π 4

Hengeres fejalak esetén, a fej alakítási szilárdságának változását az összehasonlító alakváltozás függvényében az 5.2/a ábra szemlélteti. Az alakítóerı változása a "∆h" magasságcsökkenés (zömítési út) függvényében az 5.2/b ábrán látható.

- 17 -

Zömítés, redukálás

5.2 ábra.

5.1.2 A zömítés munkaszükséglete A munkaszükséglet (levezetését lásd: [2]-ben), az erı-út diagram alatti területtel arányos (5.2/b ábra).

dW = − F ( h ) ⋅ dh k

W = − ∫ F ( h ) ⋅ dh l

ahol: 

n 

d ⋅

µ o  l F ( h ) = p ( h ) ⋅ A ( h ) = c ⋅  ln  ⋅  1 + ⋅ h  h  3  

l h

  ⋅A ⋅ l  o h  

Az "n" keményedési kitevı tört értéke miatt, az integrálás zárt alakban nem végezhetı el. Ezért az alakítási szilárdságot a zömítési úthoz tartozó közepes alakítási szilárdsággal figyelembe véve, az F(h) függvény a következı formában írható:

- 18 -

Zömítés, redukálás

 l  d ⋅   µ o h l  F ( h ) = p ( h ) ⋅ A (h ) = k ⋅ 1 + ⋅ ⋅A ⋅ fk  3 h  o h    

Rendezve:    1 µ do ⋅ l  F (h) = k ⋅  + ⋅ ⋅V 5 fk h 3   o 2 h  

ahol: 2 o

V =d ⋅ o

π ⋅l = A ⋅l o 4

ezért: 

 1 µ do ⋅ l  W = − k ⋅ V ⋅ ∫ + ⋅  ⋅ dh 5 fk o h 3  l  h2   k

Az integrálást elvégezve, a zömített térfogat alakításának munkaszükséglete:   l 2 µ d W = k ⋅ V ⋅  ln + ⋅ ⋅ o fk o k 3 3 l  

3    l 2  ⋅    − 1   k    

vagy az összehasonlító alakváltozással kifejezve:  d 2  W = k ⋅ V ⋅ λ + ⋅ µ ⋅ o fk o ö 9 l  

3   l   2  ⋅    − 1   k    

ahol:

k

fk

=

n

c  l ⋅  ln  n +1  k 

A térfogategységben elnyelt munka:

d W 2 w= = k ⋅λ + k ⋅ ⋅µ ⋅ o fk ö fk 9 V l o

amely az ideális munkaszükségletbıl: w

id

= k

fk

- 19 -

⋅ λ

ö

3   l   2  ⋅    − 1  k    

Zömítés, redukálás

és a súrlódás okozta fajlagos munkamennyiségbıl tevıdik össze:

d 2 w = k ⋅ ⋅µ ⋅ o veszt fk 9 l

3     l 2  ⋅    − 1  k    

Az alakítás hatásfoka:

η

al

w

=

id

w

Helyettesítve és rendezve: 1

η =

3    l 2  ⋅    − 1  k   ö   Az alakítási hatásfok közelítı értéke az alakítás fajlagos erıszükségletével is felírható: al

d 1 2 1+ ⋅ ⋅µ⋅ o λ 9 l

p (h ) = k

p (h ) = k



(h ) ⋅ 1 + fk 

µ d (h )  ⋅  3 h 

(h ) + k fk ( h ) ⋅ fk

p

id

µ d (h) ⋅ 3 h

(h ) = k fk (h )

p (h ) = p

id

(h ) + pveszt (h )

p (h) h = ( ) id = al p (h )

1

η

1+

µ d (h ) ⋅ 3 h

Az alakítási munkával és az alakítás fajlagos erıszükségletével felírt hatásfok képlet közel azonosan írja le az alakítási hatásfok változását az alakítási út függvényében. A 5.1 táblázat adatai és a 5.3 ábra, egy do =10 [mm] átmérıjő és l = 20 [mm] kiindulási magasságú hengeres próbatest k = 5 [mm] magasságra zömítésekor számított hatásfok értékeket szemlélteti. 5.1 táblázat. ∆h 0,1 10 15

η

w al

0,9835 0,9715 0,9438 - 20 -

η

p al

0,9834 0,9549 0,8823

Zömítés, redukálás

A táblázatból látható, hogy ∆h = l5 [mm] zömítési úthoz számított hatásfok értékek között mindössze 6 % különbség van. Az egyszerőbb kezelhetısége miatt az alakítás fajlagos erıszükségletével felírt hatásfok képletet célszerő alkalmazni.

5.3 ábra. A zömítés teljesítményszükséglete az idıegységre esı alakítások számának ismeretében − amelyet a választott alakítógép percenkénti löketszáma határoz meg − számítható. A percenkénti löketszámot "i" -vel jelölve a zömítés teljesítményszükséglete:

P

al

=

W ⋅ 60 i

villamos motor teljesítményszükséglete: P

mot

=

P

η

ahol: ηgép - a gép hatásfoka

- 21 -

al

gép

Zömítés, redukálás

5.2 Hengerestıl eltérı fejalak (5.4 ábra) 5.2.1 A zömítés fajlagos erıszükséglete A hengeres fej zömítésére felírt: p=k

fk

 µ d ⋅ 1+ ⋅   3 h

5.4 ábra. fajlagos alakítóerı összefüggésben a "d/h" érték kifejezhetı az "ε" fajlagos hosszváltozás és az "S" zömítési viszony segítségével. Elınye, hogy "ε" és "S" valamennyi fejalak esetén értelmezhetı, így a hengeres fejalaknál megismert fajlagos erı számítására felírt összefüggés más fejalakra is alkalmazhatóvá válik. A zömített térfogatra felírt térfogatállandóság: 2 o

2

d ⋅l = d ⋅h

a zömítési viszony: S =

l d

o

amelybıl: d

2 o

l

=

2

S

2

Helyettesítve a térfogatállandóságra felírt összefüggésbe, majd rendezés után írható:

- 22 -

Zömítés, redukálás

1 S

2

⋅

l

3

h

3

d

=

h

2 2

Figyelembe véve:

l 1 = h 1+ ε 3

d 1  1  = ⋅   h S  1+ ε 

A helyettesítéseket elvégezve a hengeres fejalak fajlagos erıszükségletébe:  3 µ 1  1    p = k ⋅ 1+ ⋅ ⋅   f  3 S  1+ ε     A technológiai paraméterek számításánál rendszerint a p

max

erımaximumot kell

meghatározni, a szerszám szilárdsági méretezéséhez és a gépkiválasztáshoz. "ε" és "S" értékét a kész fejalak, vagy ha elızömítés is van, az elızömített alak méreteibıl lehet számítani. Az összefüggésben szereplı alakítási szilárdság a következı meggondolás alapján határozható meg. Hengeres fejalaknál a fej deformáció eloszlása jó közelítéssel homogénnak tekinthetı. Hengerestıl eltérı fejalaknál az inhomogén alakváltozás következtében az alakítási szilárdság pontról-pontra jelentısen változik. Ekkor az összehasonlító alakváltozás maximuma és az ehhez tartozó alakítási szilárdság, illetve a fej közepes alakítási szilárdsága a következô összefüggésekkel számítható.

λ

k

ö( max )

f ( max )

k

fk

=

= 2 ⋅ ln

= c ⋅λ

D d

o

n ö( max )

1 ⋅k n + 1 f ( max )

Tehát a fej készrezömítésének fajlagos erıszükséglete:

- 23 -

Zömítés, redukálás

  µ 1 p =k ⋅ 1 + ⋅ ⋅ max f ( max )  3 S 

 1   1+ ε max 

3        

ahol: S =

l d

o

ε

k − 1 l

=

max

5.2.2 A zömítés munkaszükséglete Az alakítás hatásfoka a fej készrezömítésekor: η

al( h = k )

1

=

µ 1  1 1+ ⋅ ⋅  3 S  1+ ε max 

3

   

A térfogategységben elnyelt fajlagos ideális munka:

w

id

=k

⋅λ

fk ( max )

ö ( max )

A térfogategységben elnyelt fajlagos munka:

w =

w

η

id

al

A zömített térfogatban elnyelt teljes munka:

W = V ⋅ w ahol:

V = A

o

⋅l

A teljesítményszükséglet meghatározása a hengeres fejalaknál megismertek szerint történik. A fenti gondolatmenettel az elızömítés munka- és teljesítményszükséglete is meghatározható.

6. Redukálás

- 24 -

Zömítés, redukálás

A redukálást a zömítéssel gyakran egy mőveletben végzik. Például a kötıelem gyártásban, amikor a menetet képlékeny alakítással (mángorlás, hengerlés) készítik. Ekkor a kötıelem szárátmérıjét a menetes résznek megfelelı hosszon, a menet középátmérıjére kell gyártani. A fejezı szerszám elıremozgása közben tolja be a huzaldarabot a matricába (6.1 ábra). Amikor a huzalvég eléri a matrica redukáló kúpját, elkezdıdik a szárátmérı csökkentése, vagyis a redukálás. Ez mindaddig folytatódik, amíg a redukált huzalrész vége el nem éri a kilökıt. Amikor felütközött, elkezdıdik az anyag matricán kívüli részének zömítése, amely a fejezı mellsı holtponti helyzetében fejezıdik be. A munkadarabot a kilökı távolítja el matricából. Redukálásnál az átmérı csökkentés mértékét az alábbi két feltétel közül a szigorúbb korlátot állító határozza meg: • A redukálás során, a redukálás fajlagos erıszükséglete ( p ) nem érheti el az r

elıgyártmány alakítási szilárdságát (kfo), vagyis a darab zömülése nem következhet be az áttoló erı hatására.

p < k r

•

fo

A darab betolásához szükséges redukálóerı nem okozhat kihajlást a darabon. Fr < Ft

ahol: Fr - a redukálás erıszükséglete, Ft - a kihajlást okozó erı.

- 25 -

Zömítés, redukálás

6.1 ábra.

A zömülési feltétel ellenırzése A redukálás fajlagos erıszükséglete a kúpos üregben végzett alakításra levezetett összefüggéssel számítható (Siebel-formula, levezetését lásd: [2]-ben). )  µ 2 α   p = k ⋅ λ ⋅ 1+ ) + ⋅ r fk ö  α 3 λ  ö  d λ = 2 ⋅ ln o ö d 2

k

fk

=

c n ⋅λ ö n +1

ahol: ) α - a redukáló győrő félkúpszöge radiánban, µ - Coulomb-féle súrlódási tényezı a redukáló győrő és a munkadarab között, do - a redukálandó átmérı, d2 - a redukált átmérı, kfk - a redukáló csonkakúpban lévı anyag közepes alakítási szilárdsága. Tehát a zömülési feltétel teljesül, ha:

- 26 -

Zömítés, redukálás

)  c µ 2 α  n +1  ⋅λ ⋅ 1+ ) + ⋅ ≤k fo n +1 ö  α 3 λ  ö 

A kihajlás feltétel ellenırzése Az elıgyártmány helyzetét a redukálás megkezdése elıtt a 6.2 ábra szemlélteti:

6.2 ábra A 6.2 ábra jelölései: Lo – az elıgyártmány darabolási hossza, do - az elıgyártmány átmérıje, w - az elıgyártmány matricában befogott hossza, A fejezınek Fr erıt kell kifejteni az elıgyártmány végére, hogy a redukálás folyamata elindítható és folyamatosan fenntartható legyen. Az ábrán látható elrendezésben az elıgyártmányt axiális irányban Fr erıvel nyomott rúdnak tekinthetı. A redukálás biztonságos elvégzése érdekében ellenırizni kell az alábbi feltétel teljesülését: Fr < Ft mely szerint a redukálás erıszükséglete (Fr) legyen kisebb a kihajlást okozó úgynevezett törıerınél (Ft). A redukálás erıszükséglete: )  µ 2 α  2 π  F = p ⋅ A = k ⋅ λ ⋅ 1+ ) + ⋅ ⋅d ⋅ r r o fk ö  α 3 λ  o 4 ö  összefüggéssel határozható meg. A kihajlást okozó törıerıt (Ft) a rúd (elıgyártmány) karcsúságának (κ) függvényében vagy az Euler

(E )

F

t

(E )

( κ ) = σt ( κ ) ⋅ A o

vagy a Tetmayer

- 27 -

Zömítés, redukálás

(T)

F

t

(T)

( κ ) = σt ( κ ) ⋅ A o

összefüggéssel számítjuk, ahol: Ao – az elıgyártmány keresztmetszete,

(E )

σ

t

(T)

σ

t

( κ)

- az Euler szerinti törıfeszültség rugalmas kihajlásnál a karcsúság függvényében,

( κ)

- az Tetmayer szerinti törıfeszültség rugalmas-képlékeny kihajlásnál a

karcsúság függvényében. A kihajlást okozó törıfeszültség (σt) változását a rúd (elıgyártmány) karcsúságának (κ) függvényében a 6.3 ábra szemlélteti. Az ábrán látható, hogy κe értéke rugalmas, illetve rugalmas-képlékeny tartományra bontja a kihajlási határfeszültség (törıfeszültség) számítását. A κ ≥ κ tartományban (rugalmas kihajlás) a határfeszültséget az Euler-összefüggéssel, e

a 0≤κ≤κ

e

tartományban (rugalmas-képlékeny kihajlás) a Tetmayer összefüggéssel

számítjuk. Az Euler-hiperbola egyenlete:

(E )

σ

t

( κ) =

2

π ⋅E κ

2

A Tetmayer-egyenes egyenlete:

(T)

σ

t

( κ ) = σF +

σ −σ e

κ

F ⋅κ

e

ahol: E – a rúd (elıgyártmány) anyagának rugalmassági modulusa (E = 2,1⋅105 N/mm2) κ - a rúd karcsúsága σF – a rúd anyagának folyáshatára (teljesen kilágyított elıgyártmány esetén azonos a kfoal) κe – a rugalmas kihajlás kezdetéhez tartozó karcsúság (lágyacélokra κe ≈ 86….118) σe – a κe értékéhez tartozó Euler-féle határfeszültség, amely a 2

σ = e

π ⋅E κ

összefüggéssel határozható meg.

- 28 -

2 e

Zömítés, redukálás

6.3 ábra A rúd (elıgyártmány) karcsúságát a: 2 o o

A ⋅l

κ=

I

2

összefüggéssel számítjuk, ahol: Ao – a rúd keresztmetszete, lo – a kihajló hosszúság (a rúd kihajlott alakjában az inflexiós pontok távolsága) I2 – a rúd keresztmetszetének legkisebb (2-es fıtengelyre számított) másodrendő nyomatéka. A do átmérıjő rúd esetén a keresztmetszet másodrendő nyomatéka:

I = 2

4 o

d ⋅π 64

a keresztmetszet:

A = o

2 o

d ⋅π 4

Helyettesítve a κ-ra felírt összefüggésbe, kapjuk: l κ = 4⋅ o d

o

Az lo értéke függ a rúd megfogásának módjától. A lehetséges megfogási módokat a 6.4 ábra szemlélteti.

- 29 -

Zömítés, redukálás

6.4 ábra Az lo kihajló hosszúság, a különbözı megfogási módoknál: I. eset: II. eset: III. eset: IV. eset:

lo=l lo=2⋅l lo≈0,7⋅l lo=l/2

ahol: l – a rúd szabad hossza. Redukálásnál az elıgyártmány megfogását az I. megfogási esettel szokás modellezni, mivel a matricában “w” hosszban illeszkedı elıgyártmány a H7/h9 (h11) (h13) tőrésezés miatt nem tekinthetı befalazott megfogásnak. A fentiek figyelembevételével és a 6.2 ábra jelöléseivel, a rúd szabad hossza: Tehát a kihajló hosszúság:

l =L o

l=L

o

o

A redukáló matrica félkúpszögét a munkadarab mőhelyrajza szerint kell elkészíteni. Ha a do és d2 átmérık között az átmeneti rész tetszıleges félkúpszögő lehet, akkor célszerő az optimális félkúpszöggel végezni a redukálást, amelynél a fajlagos erıszükséglet a legkisebb. A Siebel összefüggést az (α) függvényeként kezelve, a pr(α) szélsıértékéhez tartozó (αopt) az optimális félkúpszög:

- 30 -

Zömítés, redukálás

∂ p

r

∂α

= − k

fk

⋅λ

ö

⋅

µ α

2

+ k

fk

⋅

2 = 0 3

Rendezés után: )

α

opt

=

3 ⋅ µ ⋅λ ö 2

Az összefüggés szerint az optimális félkúpszög a súrlódási viszonyoktól szerszámban megvalósított összehasonlító alakváltozástól függ.

és

a

7. Zömítés, redukálás technológia tervezés lépései A szárrészén állandó átmérıjő, vagy redukálással gyártható átmérıt tartalmazó fejescsap technológia tervezési lépéseinek blokkdiagramját a 7.1 ábra szemlélteti. A tervezés kiinduló adatainak rögzítése (1. mővelet) után a 2. mőveletben megvizsgáljuk, hogy a szárrész végig állandó átmérıjő (α = 0), vagy redukált átmérıt tartalmaz (α ≠ 0). Állandó szárátmérıjő fejescsap (α = 0) esetén a térfogatállandóság felhasználásával az elıgyártmány "L" darabolási hossza számítható (6. mővelet). Ezt követıen a 11. mőveletben rá lehet térni a zömítendı fej alaki jellemzıinek vizsgálatára. Amennyiben a szárrészen redukálást kell végezni (α ≠ 0) a 3. mőveletben megvizsgáljuk, hogy az átmérılépcsı közötti átmenet "α" félkúpszöge a gyártmányon a beépíthetıség miatt kötött értékő, vagy értékének funkcionálisan nincs jelentısége. Az elsı esetben az elıírt "α" félkúpszögő szerszámban, a második esetben viszont a technológia szempontjából legkedvezıbb félkúpszögő szerszámban kell elvégezni a redukálást. Ekkor a 4. mőveletben a redukálás optimális félkúpszögét (αopt) meghatározzuk.

- 31 -

Zömítés, redukálás

Az 5. mőveletben − az elızıektıl függıen − vagy a bemenı adatok között megadott α értékkel, vagy a 4. mûveletben meghatározott αopt felhasználásával a munkadarab térfogata, a térfogatállandóság felhasználásával pedig az elıgyártmány "L" darabolási hossza meghatározható. A redukálhatóság ellenırzése (7. mővelet) a zömülésveszély (8. mővelet) és a kihajlásveszély (9. mővelet) vizsgálatát foglalja magába. Ha a feltételek közül bármelyik nem teljesül, akkor a do átmérı lecsökkentése az elıírt redukált átmérıre csak több lépésben valósítható meg (10. mővelet). Ez egyben azt is jelenti, hogy az alkatrész hagyományos zömítısajtón nem gyártható, mert azokon csak egy lépésben elvégezhetı redukáló mőveletre van lehetıség. A redukálhatósági feltételek teljesülése esetén a fej zömítés elvégezhetıségének technológiai korlátait vizsgáljuk meg (11. mővelet, alaki jellemzık vizsgálata). Az alakviszony (12. mővelet) és az átmérıviszony (14. mővelet) vizsgálatánál elıírt feltételek nem teljesülése esetén a hagyományos hidegzömítısajtókon a gyártás nem végezhetı el (13. vagy 15. mővelet). Ugyancsak nem végezhetı el, ha a zömítési viszony értéke nagyobb mint nyolc (19. mővelet). Egyébként a zömítési viszony értékétıl függıen (16, 17 illetve 18. mővelet) a fej egy, két vagy három nyomással alakítható készre (20, 21 vagy 22. mővelet). Az egy lépésben készrezömíthetı hengeres fejalakra levezetett összefüggésekkel a 27. mőveletben, a nem hengeres fejalak esetén pedig az erre érvényes összefüggésekkel a 31. mőveletben meghatározzuk a zömítés erı− és munkaszükségletét. Ezek birtokában a 28. mőveletben az egynyomású sajtók közül kiválasztható, amelynek névleges nyomóereje és munkavégzıképessége nagyobb mint a számított erı− és munkaszükséglet. Az elıgyártmány gyártási jellemzıinek (húzott, hengerelt) ismeretében pedig eldönthetı, hogy zárt− vagy osztott matricás zömítısajtó választandó a feladat elvégzésére.

- 32 -

Zömítés, redukálás

1 Kiinduló adatok: -geometriai méretek, -anyagminôség, anyagjellemzôk, -súrlódási tényezô

2

i

Redukálás félkúpszöge α=0 ?

n n

3 α=αopt ?

i 4 αopt meghatározása

6

5

Darabolási hossz meghatározás

Darabolási hossz meghatározás

7 Redukálhatóság ellenôrzése.

n

8 pr
i

10 Többlépéses redukálás

n

9 Fr
i 11 Alaki jellemzôk vizsgálata (D/ k), (D/ do),(l/ do)

7.1 ábra.

- 33 -

Zömítés, redukálás

12

n

Alakviszony ( D/ k) <( D/ k) meg ?

13 Melegzömítés

i 14

i

Átmérôviszony (D/ do)<(D/ do)meg ?

n

15 Többlépéses zömítés, közbensô lágyítással.

19 Zömítôsajtón nem gyártható.

16 Zömítési viszony

n

( l/ do) ≤ 2,3

17 Zömítési viszony 2,3<(l/ do) ≤ 4,5

i

n

i

18 Zömítési viszony 4,5<(l/ do)<8

i

20

21

22

A fej egy lépésben készre zömíthetô.

A fej egy elô- és egy készrezömítéssel gyártható.

A fej két elô- és egy készrezömítéssel gyártható.

32 Α

42 Β

23

n

Fejalak hengeres ?

i 26

30

H engeres.

27 Készrezömítés erô- és munkaszükséglete.

Nem hengeres.

28

31

Zömítôsajtó kiválasztás.

Készrezömítés erô- és munkaszükséglete.

29 Zömítô szerszámok ( fejezô, matrica) tervezése.

7.1 ábra. (folytatás)

- 34 -

n

Zömítés, redukálás

32

A

33 Elôzömítô méreteinek meghatározása

34 Elôzömítés erô- és munkaszükségletének meghatározása.

36 H engeres

i

35 Fejalak hengeres ?

n

40 Nem hengeres

37

38

41

Készrezömítés erô- és munkaszükségletének meghatározása.

Zömítôsajtó kiválasztás.

Készrezömítés erô- és munkaszükségletének meghatározása.

39 Zömítô szerszámok ( fejezô,matrica) tervezése.

7.1 ábra. (folytatás)

- 35 -

Zömítés, redukálás

42

B

43 Elsô elôzömítô méreteinek meghatározása.

44 Második elôzömítô méreteinek meghatározása.

45 Elsô elôzömítés erô- és munkaszükséglete.

46 Második elôzömítés er- és munkaszükséglete.

48 H engeres

i

47

n

Fejalak H engeres ?

52 Nem hengeres

49

50

53

Készrezömítés erô- és munkaszükségletének meghatározása.

Zömítôsajtó kiválasztás.

Készrezömítés erô- és munkaszükségletének meghatározása.

51 Zömítô szerszámok ( fejezô, matrica) tervezése.

7.1 ábra. (folytatás)

- 36 -

Zömítés, redukálás

A sajtológép kiválasztása után a szerszámfészkek (zömítıbélyeg, matrica) méreteinek ismeretében a 29. mőveletben a szerszámok megtervezhetık. Amennyiben a fej két (21. mővelet) vagy három (22. mővelet) nyomással alakítható készre, akkor a tevékenységi sorrend úgy módosul (32A illetve 42B ág) az egy lépésben készre alakítható fejhez képest, hogy a készrezömítés erı− és munkaszükségletének (37, 41 illetve 49, 53. mőveletek) meghatározása elıtt el kell végezni az elızömítı(k) (33 illetve 43, 44. mőveletek) méreteinek meghatározását és az elızömítés(ek) (34 illetve 45, 46. mőveletek) erı− és munkaszükségletének meghatározását. Az ezt követı tevékenységek megegyeznek az egy lépésben készre alakítható fejnél megismertekkel, azzal a megjegyzéssel, hogy a zömítısajtó névleges nyomóerejének és munkavégzıképességének megválasztása az elı− és készrezömítés(ek)re meghatározott értékek közül a legnagyobbra történik, mert ezek nem egyidejőleg, hanem egymást követıen jelentkeznek a zömítısajtó üzemében.

- 37 -

Zömítés, redukálás

8. Hidegzömítı sajtók 8.1 Általános jellemzés A hidegzömítés alakító gépei fekvı elrendezéső, forgattyús (ritkán könyökemelıs) hajtómővel hajtott sajtológépek. Egymunkahelyzetes alakító berendezések, ami azt jelenti, hogy a munkadarab a teljes alakítási folyamat alatt ugyanabban a matricában helyezkedik el, helyzetét nem változtatja. Mőködési elvük tisztázása azért lényeges, mert ezzel különböztethetık meg a folyató sajtóktól. Ezek több mőveleti helyen (több matricában) végzik a darab készrealakítását. Az egyes mőveleti helyek között belsı továbbító mechanizmus mozgatja a félkész darabokat. A hidegzömítı sajtók, névleges löketszámuktól függıen 20 - 400 darabot készítenek percenként, tehát nagy termelékenységő berendezések. Felkészítésük egy adott munkadarab gyártására, a megfelelı geometriájú és mérető matrica és készrezömítı bélyeg, esetleg elızömítı bélyeg(ek), illetve kilökı legyártását, felszerelését és beállítását jelenti, ami idıigényes mőveletsor. A termelékenységgel és a jó anyagkihozatallal járó elıny gazdaságosan nagysorozatok gyártása esetén használható ki. A zömítendı fej kialakításához szükséges l/do viszony értékétıl függıen egy-, kettı-, vagy háromnyomású sajtológépen végezhetı a gyártás. Ez azt jelenti, hogy a sajtó nyomószánján egy (a készrezömítı fejezı), kettı (egy elızömítı és egy készrezömítı fejezı) vagy három (két elızömítı és egy készrezömítı fejezı) zömítıbélyeg helyezkedik el. A két- és háromnyomású sajtókon az alakítási sorrendnek megfelelıen kerülnek az álló szerszámfélben (matricában) lévı munkadarab tengelyvonalába. A zömítısajtó álló szerszámfele, a matrica zárt vagy osztott kialakítású lehet. Ennek megfelelıen a zárt- és osztottmatricás sajtológépeket különböztetünk meg. A zömítısajtók csoportosítását az 8.1 ábra szemlélteti. Zártmatricás Egynyomású Osztottmatricás

Zártmatricás

Hidegzömítõ sajtók

Kétnyomású Osztottmatricás

Zártmatricás Háromnyomású Osztottmatricás

8.1. ábra. A különféle kialakítású hidegzömítı sajtók mőködés szempontjából megegyeznek abban, hogy a huzal, vagy rúd az elıtoló és egyengetı görgık között halad a munkatérbe, ahol

- 38 -

Zömítés, redukálás

ütköztetés után a darabolási hosszra vágják. Ezt követıen kerül a lenyírt darab a matricaüreg tengelyvonalába.

8.2 A zömítısajtók kiválasztási szempontjai A géptipus kiválasztást számos tényezı befolyásolja, amelynek kapcsolat rendszerét a 8.2 ábra szemlélteti. Zárt matricás sajtológépet kell a feladathoz választani, ha a gyártandó darabnál az alábbiak közül bármelyik követelmény, vagy jellemzı fennáll: • követelmény a szár jó alakhősége, • a szár redukált átmérıt tartalmaz, • a zömítés teljes térfogatra kiterjed (pl. csavaranya gyártás), • követelmény, hogy a matrica keményfémbetéttel készüljön, • a zömített darab szárhossza nem éri el a 10⋅do hosszt. Zárt matricában megbízhatóan csak a viszonylag szők átmérı tőréső húzott huzal, vagy rúd dolgozható fel. Osztott matricás sajtológépen végezhetı a zömítés ha: • a szár alakhőségével szemben nincs különösebb követelmény, • a szár nem tartalmaz redukált átmérıt, • csak résztérfogatra kiterjedıen kell zömítést végezni (pl. fej zömítés), • a zömítı matricát nem kívánjuk keményfémbetéttel ellátni, • a zömített darab szárhossza meghaladja a 10⋅do hosszt (ekkor követelmény az osztott matrica alkalmazása). Osztott matrica kevésbé érzékeny a feldolgozandó félgyártmány átmérıjének szórására. Tehát lehetıvé teszi az olcsóbb huzal vagy rúd félgyártmány feldolgozását, ha azt a munkadarabra vonatkozó pontossági követelmények megengedik. Osztott matricában természetesen húzott elıgyártmány is feldolgozható. A technológia tervezés során meghatározott zömítési viszony ismeretében a megfelelı nyomásszámú zömítısajtó kiválasztása, az alábbi relációk figyelembevételével történik: • ha l/do ≤ 2.3, akkor egynyomású, • ha 2.3 < l/do ≤ 4.5, akkor kétnyomású, • ha 4.5
- 39 -

Zömítés, redukálás

Zömítõsajtók kiválasztási szempontjai Szár alakhûsége

követelmény

nem követelmény

Feldolgozható elõgyártmány:

húzott huzal ill. rúd

Szár redukált átmérõt

tartalmaz

nem tartalmaz

Zömítés

csak résztérfogatra terjed ki

teljes térfogatra kiterjed

Zárt matrica

l/do <= 2.3

Matrica kialakítás

keményfémbetétes

szerszámacél

Osztott matrica

l/do=?

4.5 < l/do <= 8.0

Munkadarab szárhossz:

<10do

>10do

Feldolgozható elõgyártmány:

húzott vagy hengerelt huzal ill. rúd

2.3 < l/do <= 4.5

Egynyomású

Kétnyomású

Három nyomású

Fal <= Fnévl W al <= W névl Pal <= Pnévl

8.2. ábra. vagyis bármelyik alakító mővelet (elızömítés, készrezömítés) során fellépı (Fal) alakítóerı, (Wal) alakítás munkaszükséglete és (Pal) teljesítményszükséglete egyenlı vagy kisebb legyen, mint a kiválasztott sajtológép (Fnévl) névleges nyomóereje, (Wnévl) névleges munkavégzıképessége és (Pnévl) névleges teljesítménye. Ellenırizni kell, hogy a választott zömítısajtón beállítható maximális kilökési úthosszal megvalósítható-e a munkadarab kilökése.

8.3. Hidegzömítı sajtók kinematikai vázlatai 8.3.1 Egynyomású hidegzömítı sajtó Az egynyomású sajtókon csak kis fejtérfogatú zömített darabok készíthetık (amelyek zömítési viszonya: (l/do ≤ 2,3). Többnyire szeg, szegecs és csapágygolyó gyártására használják. Zártmatricás változataikon a szárredukálás elvégzésére lehetıség van.

8.3.1.1. Egynyomású, osztott matricájú hidegzömítı sajtó A 8.3 ábra egynyomású, osztott matricájú hidegzömítı sajtó kinematikai vázlatát szemlélteti.

- 40 -

Zömítés, redukálás

Az 1 villamos motor ékszíjhajtással hajtja a 3 lendítıkereket, amelyet közvetlenül a 2 forgattyús (vagy fı-) tengelyre építettek. A fıtengelyen helyezkednek el a 7, 8 és 9 vezértárcsák, amelyek a 4 huzalelıtoló görgıpárt, az 5 anyagütköztetı mechanizmust és a 11 matricafelek zárására szolgáló mechanimust mőködtetik. Az elıtolt huzal a 12 levágóhüvelyen és a nyitott matricán keresztül fut az ütközıig. A mozgó matricafél a levágóhüvellyel együtt dolgozva lenyírja az elıgyártmányt a huzalról.

8.3 ábra.

- 41 -

Zömítés, redukálás

A gépágyban egyenesbe vezetett 10 nyomószán a forgattyústengelyhez a hajtórúddal kapcsolódik. A 8.4 ábrán egynyomású szeggyártó sajtológép szerszámhelyzetei láthatók.

8.4. ábra. Az a./ ábra a hátsó holtponti helyzetben levı fejezıt, valamint az elızı ciklusban készre fejezett, majd a nyitott pofák között a szeghossznak megfelelıen elıretolt huzalról a kész szeg csípıkésekkel történı leválasztását szemlélteti. A lecsípés helyét úgy állítják be, hogy a huzalból a matricák elıtt a szeg fejtérfogatának megfelelı hossz maradjon szabadon.

- 42 -

Zömítés, redukálás

A b./ ábrán a matricafelek (szorítópofák) által megfogott huzalt, a munkatérbıl oldalirányba távozó csípıkéseket és az elıre, a mellsı holtponti helyzet felé mozgó fejezıt szemlélhetjük. A c./ ábra a fejezıt a mellsı holtponti helyzetében ábrázolja, a fej zömítés befejezésének pillanatában. A pofák a huzalt szorosan megfogják, ezért a fejzömítés során a huzal nem csúszik hátra pofák között. A d./ ábrán a fejezı a hátsó holtponti helyzete felé mozog. A matricafelek (szorítópofák) nyitnak, a huzalt az elıtológörgık az elıtolási hossznak megfelelıen elıre tolják. A csípıkések a huzal felé mozognak, majd létrejön az a./ ábrán látható állapot. Ezzel befejezıdött egy alakítási ciklus. A fenti mőveletsort végzı szegverı sajtó kinematikai vázlata annyiban eltér a 8.3 ábrán láthatótól, hogy itt a kész szeg leválasztása a huzalról csípıkésekkel történik, amelyek a megfelelı kialakítású hegyezést is elvégzik.

8.3.1.2. Egynyomású, zárt matricájú hidegzömítı sajtó A 8.5 ábrán egynyomású, zárt matricájú hidegzömítı sajtó kinematikai vázlata látható.

8.5. ábra. A 10 villamos motor a 11 ékszíjtárcsákkal és ékszíjakkal hajtja a 12 fıtengelyt. A fıtengelyre ékelt ékszíjtárcsa a lendítõkerék feladatát is ellátja. A segédmőveletek vezérlésére szolgáló 2 és 16 vezértárcsák az 1 vezértengelyen helyezkednek el. A vezértengely a fıtengelyrıl kapja a hajtást a 18 jelő 1:1 áttételő fogaskerékpáron keresztül. A vezértengelyen lévı forgattyús mechanizmus mozgatja a 7 vezérpályát, amelyhez a 7 levágókés kapcsolódik.

- 43 -

Zömítés, redukálás

A 4 elıtológörgıpárt a 2 vezértárcsáról a 3 rúd a hozzá kapcsolódó kilincsszerkezet mőködteti. Az 5 levágóhüvelyen keresztül elıtolt huzal ütköztetését a 6 ütközı végzi. Az elkészült munkadarab kilökését a 9 matricából a 16 vezértárcsáról mőködtetett 17 karos mechanizmus biztosítja. A gépágyban egyenesbe vezetett 14 nyomószán homlokfelületére rögzítik a 15 fejezıt. A medve a fıtengelyhez a 13 hajtórúddal kapcsolódik. Egynyomású, zártmatricás hidegzömítı sajtón végzett golyósajtolás jellegzetes szerszámhelyzeteit szemlélteti a 8.6 ábra.

8.6. ábra. Az elıtoló görgık által szakaszosan elıtolt huzal a (b) levágóhüvelyen keresztül a (d) ütközıig fut. A levágóhüvely elıtt kereszsztirányban elmozduló (c) levágókés a levágóhüvellyel együtt lenyírja a darabot és a kés az (e) alakító matrica tengelyvonalába viszi azt. Amint az elıre mozgó (h) rugós kilökıvel felszerelt fejezı eléri az elıgyártmány véglapját a levágókés távozik a matrica elıl, helyet adva a fejezésnek. A készre zömített (a2) golyót a matricából az (f) kilökıcsap, a fejezı bélyegbıl a rugós mőködtetéső (i) kilökıtüske távolítja el.

8.3.2. Kétnyomású hidegzömítı sajtók A kétnyomású sajtó szerkezete abban különbözik az egynyomásúétól, hogy a készre zömítı bélyeg és az elızömítı bélyeg felváltva, egymást követı mőveletekben végzi a fej alakítását, ezért csak minden második löket után készül el egy munkadarab.

8.3.2.1. Kétnyomású, osztott matricájú hidegzömítı sajtó Kétnyomású osztott matricájú hidegzömítı sajtó kinematikai vázlatát szemlélteti a 8.7 ábra. A villamos motorról ékszíjhajtás viszi át a teljesítményt a lendítıkerékként is funkcionáló ékszíjtárcsára, amely a forgattyús tengelyre van felékelve. A fıtengelyrıl kapja a hajtást 1:2 áttételő fogaskerékpáron keresztül a vezértengely. Az 1:2-es áttételt az indokolja, hogy a segédmőveletek csak minden második

- 44 -

Zömítés, redukálás

fıtengelyfordulatra kell hogy ismétlıdjenek, ezért a vezértengely fordulatszáma a fıtengelyfordulatszám fele. A vezértengelyen helyezkednek el a huzalelıtoló görgık mozgatását, a matricafelek zárását végzı mechanizmus és az ütközı mozgást mőködtetı vezértárcsák. Ugyancsak a vezértengelyrıl kapja a hajtást egy kúpkerékpáron keresztül a nyomószánon elhelyezkedı szerszámszán, amely felváltva az elızömítıt, majd a készre zömítıt mozgatja az alakítás tengelyvonalába.

8.7 ábra. Kétnyomású, osztott matricájú hidegzömítı sajtó jellegzetes alakítási fázisai láthatók a 8.8 ábrán. Az elıtoló görgık által elıtolt huzal, vagy rúd a (b) levágóhüvelyen és a (c, d) nyitott osztott pofapáron keresztül jut el az (a) ütközıig. A matricafeleket mozgató mechanizmus zárja a pofákat. Alsó síkja a levágóhüvellyel együtt dolgozva, az elıgyártmányt lenyírja a félgyártmányról, egyúttal kb. egy átmérınyit eltolja az elıtolás tengelyvonalából. A levágott elıgyártmány véglapja felfekszik a levágóhüvely homlokfelületére, mintegy alakzárással megakadályozva a fejezımőveletek során a darab visszatolását a matricafelek közé. Az ütközı kifordul a munkatérbıl, helyet adva az elõre mozgó elızömítınek. Az elsı zömítı mőveletben az (e) elızömítı végzi a matricafelkek elıtt szabadon maradt huzalrész alakítását, majd a második löketben a készrezömítı kerül az alakított darab tengelyvonalába és készre alakítja a fejet.

- 45 -

Zömítés, redukálás

A készre zömítı a hátsó holtpont felé mozog, a matricazáró mechanizmus nyit. A nyomórugók a matricafelekkel együtt visszanyomják a készre alakított darabot a levágóhüvely tengelyvonalába. Az elıtolt félgyártmány egyben kilökıként funkcionál és a nyitott matricák közül kilöki a darabot, miközben a munkatérbe beforduló ütközıig fut.

8.8. ábra.

8.3.2.2. Kétnyomású, zárt matricájú hidegzömítı sajtó Kétnyomású, zártmatricás hidegzömítı sajtó jellegzetes szerszámhelyzeteit szemlélteti a 8.9 ábra.

8.9. ábra. A (b) levágóhüvelyen keresztül elıtolt félgyártmány az (a) ütközıig halad. A (c) levágókés a levágóhüvellyel együtt dolgozva lenyírja az elıgyártmányt. Rugós megfogó szerkezetével megtartva a levágott darabot a matrica tengelyvonalába viszi, miközben az ütközı kifordul az ütköztetési helyzetébıl, hogy helyet adjon az elıre mozgó (e) rugós elızömítınek.

- 46 -

Zömítés, redukálás

Az elıgyártmány végére felütközött elızömítı elkezdi a darabot a matricába tolni. Amint az alsó vége kb. do átmérı hosszban a matricába került, a levágókés oldalirányban távozik. Az elızömítı tovább tolja a matricába az elıgyártmányt, miközben megtörténik a szárátmérı redukálása. A megfelelı redukált hossz kialakulása után a redukált szár felütközik az (i) kilökıcsapon. A matrica elıtt ekkor a fejtérfogatnak megfelelı hengeres darab marad szabadon. A rugós elızömítı elvégzi a fej elıalakítását, majd a hátsó holtponti helyzetbe mozog, ahol a szerszámszán a készrezömítıt mozgatja az alakítás tengelyvonalába. A következı löketben a (h) készrezömítı elvégzi a fej készrealakítását. Amint a készrezömítı megfelelı távolságban hátra mozgott, a kilökı mechanizmus mőködteti az (i) kilökıcsapot, amely kilöki a matricából a készre alakított munkadarabot.

- 47 -

Zömítés, redukálás

9. Hidegzömítés szerszámai 9.1 Általános jellemzés Adott munkadarab gyártására kiválasztott zömítısajtó felszerszámozása a: • levágóhüvely, • levágókés (csak zártmatricás sajtónál), • matrica, • zömítıbélyeg(ek) • kilökı (csak zártmatricás sajtókon) megtervezését és legyártását jelenti. Ezeken túlmenıen a zártmatricás sajtóknál a kilökı kialakítása is a szerszámozás feladatkörébe tartozik. A zömítıszerszámokat és lehetséges kialakítási változataikat a 9.1 ábra szemlélteti. A zömítıszerszámok feladatukat tekintve két csoportba rendezhetık: a./ Nyírószerszámok: a levágókés és a levágó hüvely, b./ Alakadást végzı szerszámok: a matrica és a zömítıbélyeg(ek). A nyírószerszámok feladata az “Lo” hosszúságú elıgyártmány leválasztása huzalból, vagy rúdból. A nyíró mőveletet az osztott matricás sajtókon a levágóhüvely az egyik matricaféllel, a zártmatricás sajtókon pedig a levágóhüvely a levágókéssel együtt végzi. Az alakadást végzı szerszámokkal szemben támasztott követelmények: • kopásállóság, • nagy nyomószilárdság, • méret− és alakpontosság, • jó felületminıség. A zömítıszerszámokhoz javasolt anyagminıségeket és keménységüket a 9.1 táblázat tartalmazza. 9.1 táblázat. Anyagminıség S101 MSZ4354 K14 MSZ4352 K4 MSZ4352 K13 MSZ4352 W5 MSZ4352 W6 MSZ4352 R3 MSZ4351 R6 MSZ4351 R11 MSZ4351 60SM1 MSZ4217 Keményfémek DG40 MSZ3426 DG60 MSZ3426

Beépítési keménység HRC 56...61 58...62 58...60 48...55 56...58 56...58 59...62 59...62 58...62 HV30 890 800

--- nem ajánlott, x ajánlott,

Bélyegek, fejezık

Matricák

Foglalógyőrők

Kilökık, határolók

x ------x x xx xx x ---

x x --x x x x xx -----

-----HRC 48...52 HRC 48...52 --HRC 48...52 ------xx

x --x x x x --x -----

Levágó hüvelyek, nyírókések x --------x --x -----

x xx

x xx

-----

-----

xx x

xx különösen ajánlott.

- 48 -

Zömítés, redukálás

H idegzömítô szerszámok osztályozása. 2

3

Levágó hüvely

Levágókés

1

H idegzömítô szerszámok

4

5

Matricák

Zömítô bélyegek

6

7

8

9

Zárt

Osztott

Elôzömítôk

Készrezömítôk

10 Szerszámacél

13 Redukálókúp nélkül

17 Szersz. ac. 21 Keményfém bet.

14 Redukálókúppal

18 Szersz. ac.

15 Merev

19 Szersz. ac.

22 Keményfém bet.

23 Keményfém bet.

9.1 ábra.

- 49 -

16 Rugós kilökôvel

20 Szersz. ac. 24 Keményfém bet.

Zömítés, redukálás

9.2 Levágóhüvely, levágókés Zártmatricás sajtológépen rugós anyagszállító fogóval rendelkezı levágókést (9.2 ábra) alkalmaznak, amely levágás közben megfogja, levágás után a késen tartja a levágott darabot. A tovább mozgó kés az alakító matrica tengelyvonalába szállítja az elıgyártmányt, majd a matricába tolás közben a visszafelé mozgó kés elengedi azt. A kés vágóéle félig körülfogja a vágandó darabot. A vágóél alakja megegyezik a vágandó anyag szelvényével (R = do/2), mérettőrése H11. A levágott darab biztonságos megtartásához a félszelvényen túlnyúló egyenes rész van, amelynek hossza ∆L = 0,3 ... 0,4 ⋅ do.

9.2 ábra. A 9.3/a ábra zártmatricás sajtókon alkalmazott szerszámacél levágóhüvelyt szemléltet, amely együtt dolgozik a levágókéssel. A huzalbevezetı részét 10°-os kúpszöggel alakítják ki. A vágókés felöli oldal, a vágóéltıl indulva 3°-os alámunkálással készül. A vágóhüvely hosszát úgy kell kialakítani, hogy a hüvelyt a fészkébe helyezve, a kés vágóéle és a hüvely vágóéle között optimális mérető vágórés jöjjön létre. Ha túl nagy a vágórés akkor a vágott felület környezete jelentısen torzul. Optimálisnál kisebb vágórést alkalmazva a kés és hüvely vágóélei jelentısen túlterhelıdnek, élettartamuk csökken.

a./

b./ 9.3 ábra.

A levágóhüvely készülhet keményfémbetétes kialakítással, amelyet a 9.3/b ábra szemléltet. A keményfémbetétes változat éltartama többszöröse a szerszámacélból készültnek. Osztottmatricás sajtológépen a levágókés szerepét az egyik matricafél veszi át. A vele együtt dolgozó levágóhüvely kialakítását a 9.4 ábra szemlélteti. Hossza a sajtón kialakított

- 50 -

Zömítés, redukálás

levágóhüvely-fészek mélységével azonos. A vágóéltıl 3°-os alámunkálással és anélkül is készülhet. Kialakítható keményfémbetéttel is.

9.4 ábra. 9.3 Matrica A matrica zárt vagy osztott kivitelő lehet. A két matricatipus összehasonlítását a 9.2 táblázat tartalmazza. 9.2 táblázat. Zárt matrica Elınye 1./ A munkadarab alakhősége, méretpontossága jobb mint az osztott matricában gyártotté. 2./ Redukálás elvégzésére is alkalmas. 2./ Keményfémbetétes kivitelben is kialakítható, ezáltal élettartama 50 ... 100-szorosra növelhetı a szerszámacélból készülthöz képest.

Osztott matrica Hátránya

Elınye

1./ Csak húzott rúd, vagy huzalanyagból leválasztott elıgyártmány dolgozható fel benne.

1./ Hengerelt huzalból vagy rúdból leválasztott elıgyártmány is feldolgozható benne.

2./ (8 - 10)do - nál hosszabb szárrésszel rendelkezı gyártmányok zárt matricában nem gyárthatók, mert biztonságosan nem tolhatók be a matricába, valamint a kilökésnél a hosszú száron ébredı jelentıs súrlódóerık miatt a kilökıtüske kihajlik, vagy törik.

2./ Bonyolult fejgeometria esetén könnyebben gyártható, mint a zárt matrica. 3./ (8 - 10)do - nál hosszabb szárrésszel rendelkezı gyártmányok is biztonságosan feldolgozhatók.

Hátránya 1./ Osztott matrica keményfémbetétes kivitelben nem gyártható. 2./ Redukálás osztott matricában nem végezhetı. 3./ Teljes térfogat zömítése (pl. csavaranya gyártás) csak zárt matricában végezhetı.

3./ Zárt szerszámacél matricában IT11, IT12; keményfémbetétes matricában IT9, IT8 pontossági fokozatú munkadarabok is elıállíthatók.

9.3.1 Zárt matrica A zárt matrica a zömítısajtón kialakított matricafészekbe kerül beépítésre. Alakja a matricafészeknek megfelelı, legtöbbször hengeres. A hengerpalástot csak a rögzítéshez szükséges lapolás szakítja meg. A matricatömb gyártási méreteit és beépítésének elvi vázlatát a 9.5 ábra szemlélteti. Az ábrán látható jelölések: A matricafészek mélysége: l1±0,05 A matrica külsı átmérıjének illeszkedése a matricafészekbe: ∅d2H7/g6 A kilökı illesztése a megvezetı furatban: ∅d1H7(H8)/f7

- 51 -

Zömítés, redukálás

A kilökıcsap matricában megvezetett minimális hossza: 1,5 ⋅ d1, ami a matricahossz (a matricafészek mélység, tulajdonképpen a sajtológép) megválasztásávál biztosítható.

9.5 ábra. A matrica belsı üregének geometriája attól függ, hogy a matrica milyen mértékben vesz részt az alakadásban. A 9.6 ábra szerszámacélból készült matricatipusokat szemléltet.

9.6 ábra. A 9.6/a ábrán látható matrica hengeres furatában a munkadarabot csupán pozicionálja. A fej alakadását teljes egészében a zömítıbélyeg végzi. A matrica a homlokfelületével a fejezést csak határolja. A matrica a külsı palástján két lapolást tartalmaz. A furat megengedettnél nagyobb kopása esetén átfordítható, ezzel gazdaságosabban kihasználható.

- 52 -

Zömítés, redukálás

A 9.6/b ábrán látható változat a fej alakadásában, a 9.6/c ábrán látható a fej alakadáson kívül a kúpos szárvégzıdés kialakításában is résztvesz. A 9.6/d ábrán redukálást végzı, a fejezést csak határoló matrica látható. A 9.6/e ábra redukálást és a fej alakadását is végzı matricát szemléltet. A 9.6/f ábra a teljes térfogat zömítéssel gyártható csavaranya zömítımatricájának kialakítását szemlélteti. A 9.6/g ábrán látható változatnál a zömítıbélyeg, a matrica és a kilökı által határolt zárt térben, a teljes térfogat zömítése során kapja meg végsı alakját a kúposszeg. A 9.7/a ... h ábrákon az elıbbi matrica kialakítások keményfémbetétes kivitelő változatai láthatók.

9.7 ábra. A redukálást is végzı matricák redukáló részének kialakítását szemlélteti a 9.8 ábra.

9.8 ábra.

- 53 -

Zömítés, redukálás

A zárt matricákban feldolgozott húzott huzal vagy rúdanyag átmérıjének tőrése: h9(h11)(13). A szárrészt befogadó do átmérı névleges mérete megegyezik a gyártáshoz használt elıgyártmány do átmérıjével, tőrése: ∅doH7(H8). A redukálást végzı dr átmérı névleges mérete a munkadarab redukált átmérıjének alsó határméretével azonos, tőrése: ∅drH6(H7). A dr redukáló átmérıhöz tartozó palást hossza a következı empírikus összefüggéssel számítható: a ≈ dr A do és dr átmérık közötti kúpos átmenet félkúpszöge α, amelynek névleges értékét a munkadarab geometria határozza meg. Ha a munkadarabon a d2 és do átmérık közötti átmenet tetszıleges hajlásszögő lehet, akkor az átmenetet célszerû αopt optimális félkúpszöggel kialakítani, ami a redukálás erıszükségletének minimalizálása alapján határozható meg. A dr redukáló átmérı után egy rövid kúpos átmenettel d3 átmérıre bıvül a szerszámüreg. Az átmérıkülönbség a dr és d3 átmérı között csekély Ød3 névleges mérete megegyezik Ødr-el, tőrésmezı szélessége viszont H8(H9), tehát Ød3 = Ødr, tőrése: Ød3H8(H9)]. A d3 átmérıjő hengeres rész szerepe, hogy a dr átmérın átlépı szár rugalmas visszarugózásának teret adjon, a kifutó szárrészen a súrlódást csökkentse, de a szárrész esetleges elgörbülését megakadályozza. A munkadarab és a redukáló szerszám tőrésmezıinek elhelyezkedését a 9.9 ábra szemlélteti.

9.9. ábra.

- 54 -

Zömítés, redukálás

9.3.2 Osztott matrica Az osztott matrica szerszámacélból készült két négyzetes hasáb, amelynek egymás felé fordított oldallapjaiba munkált üregrészek együtt adják a matricaüreget. Mind a négy oldallapon üregrészek képezhetık ki, így a pofapárral négyszer annyi munkadarab gyártható, szemben azzal amelyiknek csak egyetlen felületpárjába munkálnak alakító üreget. A két matricafelet oldallapjaival összeszorítva együtt munkálják meg úgy, hogy közéjük alumínium fóliát, vagy papírlapot helyeznek. A papírlap eltávolítása után a keletkezı rés elegendı ahhoz, hogy a matricafelek a szárrészt megfelelıen szorítsák, viszont nem olyan mérető, hogy az deformálódjon. Az együtt megmunkált oldalakat számokkal összejelölik. Használatkor a számozás szerint azonos felületükkel összefektetve szerelik fel a zömítısajtóra. Egy egyszerő osztott pofapárt szemléltet a 9.10 ábra. A matricapár a fej alakadásában nem vesz részt, csak a homloklapjával a fejezést határolja. A fejezést határoló véglapjánál a furat kopik, a vele szemközti véglapon lévı vágóél tompul. Ez a matricatipus - mert nem tartalmaz a fej alakadásához üregrészt - a két véglapjával átfordítható, ezzel élettartama tovább növelhetı.

9.10 ábra. Kapupántcsavar gyártására alkalmas osztott pofapár látható a 9.11 ábrán. A fej és a szárrész közötti átmenet, valamint a fej alsó részének alakadása is a pofapárba történik.

9.11 ábra. A matricafelek "b" oldallaptávolságát a zömítısajtón lévı matricafészek mérete, "l" hosszát a munkadarab hossza határozza meg. Az osztott matrica, a zárt matricával - 55 -

Zömítés, redukálás

ellentétben (ahol a kilökıcsap hosszának megfelelı kialakításával többféle hosszúságú) csak egy adott hosszúságú munkadarab gyártásához használható. Ez a készletgazdálkodás szempontjából elınytelen, mert az azonos átmérıjő, de különbözı hosszúságú darabokhoz (például csavarok) egy-egy pofapár szükséges. Kisérleteket végeztek hat- és nyolclapú pofapárok kialakítására, de ezek nem hoztak pozitív eredményt, mert a pofapár felfekvése a matricafészekben bizonytalanná vált.

9.4 Zömítıbélyeg A zömítıbélyeg kialakítását tekintve lehet: 1. készrezömítı bélyeg 2. elızömítı bélyeg a./ merev b./ rugós kialakítású Valamennyi tipusa készülhet szerszámacélból, vagy keményfémbetétes kivitelben. A bélyegek megengedhetı felületi terhelése, ha anyagminısége: szerszámacél: pmeg ≤ 1800 N/mm2 gyorsacél: pmeg ≤ 2500 N/mm2 keményfém: pmeg ≤ 1800 N/mm2 9.4.1 Készrezömítı bélyeg A készrezömítı bélyeg feladata a munkadarab fejének készrealakítása. Az egynyomású sajtón gyártható munkadarabnál az elsı zömítı mőveletben, a kettı vagy háromnyomású sajtón gyártható munkadaraboknál az elsı vagy második elızömítı mővelet elvégzése után történik. A készrezömítı szerszám belsı üregét a zömítendı munkadarab fejalakja, külsı méreteit a zömítısajtó nyomószánján kialakított szerszámtartó fészek méretei határozzák meg. A fej geometriát a készrezömítı bélyeg: • teljes egészében tartalmazhatja (ekkor a matrica a fej zömítést csak határolja), • részben tartalmazhatja (a mésik rész a matricába kerül kialakításra), • nem tartalmazza (a fej geometriát teljes egészében a matrica tartalmazza). A 9.12 ábrán szerszámacélból készült, mindkét végén alakítóüreggel ellátott készrezömítı bélyeg kialakítása látható.

9.12 ábra.

- 56 -

Zömítés, redukálás

Keményfémbetéttel ellátott készrezömítı bélyeg kialakításokat szemléltet a 9.13 ábra.

9.13 ábra. A keményfémbetét beépítésénél ügyelni kell arra, hogy a betétet ne érje közvetlen ütés. Ezért a betétfészket a betétmagasságnál 0,2 ... 0,35 mm-el mélyebbre kell készíteni. A fészekben a betét felfekvését a véglap teljes felületén biztosítani kell. A betétek besajtolása a fészekbe túlfedéssel történik, ezért a betét alatti térbıl a levegı eltávozást megfelelı furattal kell biztosítani. Ugyancsak levegıfurattal kell ellátni a készrezömítı bélyeg alakadó üregét, ha éles sarkokat akarunk kialakítani a fejen, vagy mély üreget akarunk kitölteni anyaggal. Ezzel elkerülhetjük a levegı, vagy kenıanyag párna kialakulását. Fontos a furatátmérı helyes megválasztása. A túl kis átmérıjő furat eltömıdik, a túl nagy átmérıjőbe betüremkedhet az anyag. Ha a munkadarab feje a készrezömítı bélyegbe beragadhat, a rugós elızömítı bélyegekhez hasonló megoldással kell abból eltávolítani (9.14 ábra).

9.14 ábra.

- 57 -

Zömítés, redukálás

9.4.2 Elızömítı bélyegek Feladatuk a matrica elıtt - fej kialakításhoz - szabadon hagyott hossz csökkentése, a kihajlásveszély elkerülésére. 9.4.2.1 Merev elızömítı bélyeg Merev elızömítı bélyeget lehet alkalmazni, ha a munkadarab szára kellıen hosszú. Nem alkalmazható rövid szárú darabok - zárt matricában végzett - elızömítésére, mert kihúzza a darabot a matricából. A matricában maradás szempontjából rövid szárúnak kell tekinteni a darabot, ha Lsz<1,5⋅m (lásd: 9.15 ábrát). Merev elızömítı bélyeget szemléltet a 9.16 ábra.

9.15 ábra.

9.16 ábra.

A bélyeg mindkét végébe bemunkálható az elızömítõ üreg, ezzel a szerszám kihasználása megkétszerezhetı. Kialakítható keményfémbetétes kivitelben is amit az ábra jobboldali része szemléltet.

9.4.2.2 Rugós elızömítı bélyeg Ha a rövid szár miatt fennáll a zárt matricában elızömített darab kihúzásának veszélye, akkor rugós elızömítõ bélyeget kell alkalmazni. A szerszám elvi vázlatát - az alakítás különbözı fázisaiban - a 9.17 ábra szemlélteti. Az a./ ábra a szerszám alaphelyzetét mutatja. Az 1 elızömítıházban axiális irányban elmozduló 2 elızömítıcsapot a 3 támasz a 4 rugó nyomásával elülsı helyzetbe tolja. A nyomószán elıre mozgásakor a 2 elızömítõcsap felütközik a matricából kiálló huzal vagy rúdvégre, majd az 1 házban hátrafelé elmozdul a 4 rugó nyomása ellenében mindaddig míg a 3 támasz csapja felütközik az 5 edzett zárólapon (b./ ábra). Ebben a helyzetben az elızömítı csonkakúpos és hengeres térfogatrésze képezi a számításokkal meghatározott elızömítı üreget. A nyomószán további elıre mozgása során a rugós elızömítı bélyeg zömítıürege kialakítja az elızömített fejalakot (c./ ábra). A nyomószán hátramozgásának kezdetekor az 1 elızömítıház a nyomószánnal együtt mozog, viszont a 2 elızömítıcsap a 4 rugó nyomása következtében a matricába nyomva tartja az elızömített darabot, mindaddig amíg a 2 elızömítı csap fejének alsó síkja - 58 -

Zömítés, redukálás

felütközik az 1 elızömítıház üregének fenékrészére. Ekkorra az elızömített fej a kúpos faltól már eltávolodott, tehát a kihúzásveszély megszünt.

9.17 ábra. A rugós elızömítıszerszám keményfémbetétes változatban is kialakítható amelyet a 9.18 ábra szemléltet.

9.18 ábra. 9.5 Kilökı Elvi vázlata a 9.19 ábrán látható.

9.19 ábra.

- 59 -

Zömítés, redukálás

Feladata: • a zömítıtér határolása a matrica furatában, • a zömítés befejezése után a munkadarab kitolása a matricából. A kilökı hosszának meghatározásánál feltételezzük, hogy a munkadarabot a kilökés során a matrica teljes hosszán kisérni tudja. Ezért a kilökık általában hosszú, vékony (karcsú) szerkezeti elem. Fennáll annak a veszélye, hogy a munkadarabon keresztül ható nagy zömítıerı, vagy a kilökéskor fellépõ súrlódóerı hatására kihajlik, eltörik. A kilökı és a matrica között csak olyan szők mérető rés engedhetı meg, amely csökkenti a kihajlásveszélyt, de nem akadályozza az axiális irányú elmozdulását. A tapasztalat szerint ez H7(H8)/f7 pontosságú matricához való illesztésével megvalósítható.

Felhasznált irodalom: [1]

dr.Horváth L.: Képlékenyalakító technológiák elméleti alapjai BMF jegyzet

[2]

dr.Horváth L.: Képlékenyalakítási alapfeladatok elemzése a képlékenységtan módszereivel BMF jegyzet

[3]

Dr.Artinger I. – Bauer F. – Dr.Ziaja: Hegesztéstechnológia, hıkezelés, képlékeny alakítás Gyakorlati jegyzet Tankönyvkiadó, Bp.1972

[4]

Szabványgyőjtemények 52. kötet. Hidegalakító és térformázó szerszámok Szabványkiadó, Bp. 1986

[5]

Metals Handbook, Forming and Forging ASM International, OHIO, 1988

- 60 -

BUDAPESTI MŐSZAKI FİISKOLA Bánki Donát Gépészmérnöki Fıiskolai Kar Anyagtudományi- és Gyártástechnológiai Intézet

Folyatás technológiája Oktatási segédlet

Összeállította: dr. Horváth László fıiskolai docens

2011. január

Folyatás technológiája

TARTALOMJEGYZÉK

1. Alapfogalmak, eljárásváltozatok ............................................................................................3 1.1 A folyatás fogalma, hidegfolyatással gyártott darab jellemzıi ...................................3 1.2 Eljárásváltozatok.........................................................................................................3 1.3 Gyártás több lépésben végzett alakítással ...................................................................8 2. Hidegfolyatás technológia tervezése, tervezési folyamat lépéseinek elemzése .....................11 2.1. A technológia tervezés kiinduló adatai .....................................................................12 2.2. Geometriai alakegyszerősítés.....................................................................................13 2.3. Alapfolyató mővelet(ek) kiválasztása .......................................................................15 2.4. Folyathatóság feltételeinek vizsgálata alapfolyató mőveletenként ............................17 2.5. Hidegalakítás anyagai ................................................................................................22 2.6. Elıgyártmány méreteinek meghatározása..................................................................24 2.7. Darabolás módjának megválasztása ..........................................................................25 2.8. Kalibráló zömítés.......................................................................................................27 2.9. Hıkezelés...................................................................................................................29 2.10. Felületkezelés...........................................................................................................30 2.11. Kenıanyag, kenıanyag felvitel ................................................................................31 2.12. Hidegfolyató üzem folyamatábrája ..........................................................................32 2.13 Alapfolyató mőveletek technológiai paramétereinek meghatározása.......................34 2.13.1 Tömör test elırefolyatás ...............................................................................34 2.13.2 Optimális félkúpszöggel végzett tömör test elırefolyatás. Optimális félkúpszög meghatározása ..........................................................39 2.13.3 Üreges test elırefolyatás...............................................................................45 2.13.4 Optimális félkúpszöggel végzett tömör test elırefolyatás. Optimális félkúpszög meghatározása ..........................................................50 2.13.5 Üreges test hátrafolyatás...............................................................................55 2.14. Gyártási módszer kiválasztás ...................................................................................58 2.15. Alakítógép kiválasztás .............................................................................................61

- 2 -

Folyatás technológiája

1. Alapfogalmak, eljárásváltozatok 1.1 Folyatás fogalma, hidegfolyatással gyártott darab jellemzıi A folyatás során az elıgyártmányt bélyeg benyomásával szorítják ki -az alakot adó nyílás kivételével minden oldalról zárt üregbıl- a folyatógyőrőbıl. Az alakítási folyamat kezdetén az elıgyártmány teljes térfogata a folyatógyőrőben van és a folyatási folyamat során az alakadó nyíláson keresztül távozhat a folyatott térfogatrész. Az alakváltozási zónában a képlékeny alakváltozás többtengelyő nyomófeszültség hatására megy végbe. Ilyen feszültségállapotban az alakított anyag törésig elviselt képlékeny alakváltozása a legnagyobb (lásd: dr. Horváth László: Képlékenyalakító technológiák elméleti alapjai, 8.fejezet, Alakíthatósági határállapot). Ezért az egy mőveletben létrehozható alakváltozás maximumát bizonyos esetekben nem az alakított anyag törésig elviselt alakváltozó képessége, hanem a szerszámanyag terhelhetısége korlátozza. Az alakítás hımérséklete szerint: - hideg-, - félmeleg- és - melegfolyatásról beszélünk. Hidegfolyatás: hıközlés nélkül (szobahımérsékleten) végzett folyatás. Félmeleg folyatás: rekrisztallizációs hımérséklet környezetébe hevített elıgyártmány folyatás. Melegfolyatás: a melegalakítási hımérséklet-tartományba hevített elıgyártmány folyatás. Hidegfolyatás általános jellemzıi: • az alakított anyag szilárdsága, kopásállósága, kifáradási határa a hidegalakítás következtében nı, • a folyatott darab szálelrendezıdése jó, • az átmérı méreteknél IT9 - IT11, a hosszméreteknél IT14-IT15 gazdaságosan tartható, • a felületminıség Ra = 0,3 - 3,5 [µm], • termelékeny gyártási eljárás 15 - 200 [db/perc], • kevés hulladék, • korszerő technológia, amelynek elınyei fıleg a tömeggyártásban használható ki. Kezdetben csak a képlékenyen kiválóan alakítható fémek (ón, ólom, horgany, alumínium, réz, sárgaréz) folyatása volt gazdaságos. 1930-ban Dr. Singer kidolgozta az acél gazdaságos folyathatóságának a technológiáját .

1.2 Eljárásváltozatok Az eljárásváltozatok jellemzése: • az alakított anyag a bélyeghez viszonyított relatív mozgásiránya, • és a folyatott darab geometriája alapján történik. Az anyagmozgás szerint megkülönböztethetı: 1. Elırefolyatás: anyagmozgás a bélyeg mozgásával azonos irányú, 2. Hátrafolyatás: anyagmozgás a bélyeg mozgásával ellentétes irányú, 3. Kombinált, vagy kétirányú folyatás: az anyag egy része a bélyegelmozdulással megegyezı, másik része azzal ellentétes irányban áramlik, - 3 -

Folyatás technológiája

4. Keresztirányú folyatás: az anyagáramlás döntı mértékben a bélyegelmozdulásra merıleges irányban történik.

A munkadarab geometriája szerint megkülönböztethetı: a./ b./ c./

Tömör test: üreget nem tartalmazó száras darabok (1.2.1/a ábra). Üreges test: belsı - fenékkel, vagy anélküli - üreget tartalmazó csésze vagy csıszerő alkatrészek (1.2.1/b, c, d ábra). Vegyes: a darabnak tömör száras és belsı üreget tartalmazó része is van (1.2.1/e ábra).

1.2.1 ábra. A munkadarab geometria és a relatív anyagmozgás változatainak párosításával elvileg 12 féle alapfolyató eljárás képezhetı. A leggyakrabban alkalmazott változatokat az 1.2.2 ... 1.2.8 ábrák szemléltetik. Az ábrákon I. a folyatóbélyeg mozgásirányát, II. az anyagáramlás irányát jelöli. Az eljárásváltozatok elvi vázlatai alatt az elıgyártmány és a készrefolyatott munkadarab elvi vázlata is látható.

Tömör test elırefolyatás (1.2.2 ábra), Az 1.2.2 ábra jelölései: 1 - folyatóbélyeg, 2 - folyatógyőrő, 3 - munkadarab, 4 - kilökı Tömör test elırefolyatás elıgyártmánya leggyakrabban hengeres pogácsa, a folyatógyőrő alakadó nyílása kör keresztmetszető. Ettıl eltérı szelvényő elıgyártmányból és más geometriájú alakadó nyílással is végezhetı elırefolyatás. Az anyag áramlási iránya a folyatóbélyeg mozgási irányával azonos.

1.2.2 ábra.

- 4 -

Folyatás technológiája

Üreges test hátrafolyatás (1.2.3 és 1.2.4. ábrák)

Az 1.2.3 ábra jelölései: 1 - folyatóbélyeg, 2 - folyatógyőrő, 3 - munkadarab, 4 - ellenbélyeg és alsó kilökı, 5 - lelökı hüvely .

1.2.3 ábra.

Az 1.2.4 ábra jelölései: 1 - folyatóbélyeg, 2 - folyatógyőrő, 3 - munkadarab, 4 - ellenbélyeg és alsó kilökı, 5 - felsı kilökı, 6 - központi csap. Üreges test hátrafolyatás elıgyártmánya legtöbbször hengeres rúdból leválasztott pogácsa, vagy szalagból kivágott lemeztárcsa, illetve csıbıl leválasztott győrő, de lehet hátrafolyatással elıállított, fenékrésszel rendelkezı csésze, továbbá a fenékrész lyukasztással történı eltávolítása után létrejövı győrő is. Az alakadó nyílás a bélyeg és matrica, illetve a bélyeg és a központi csap közötti körgyőrő keresztmetszet. Az anyagáramlás iránya a bélyeg mozgásával ellentétes irányú. 1.2.4 ábra.

- 5 -

Folyatás technológiája

Tömör test hátrafolyatás (1.2.5. ábra), Az 1.2.5 ábra jelölései: 1 - folyatóbélyeg, 2 - folyatógyőrő, 3 - munkadarab, 4 - ellenbélyeg és alsó kilökı, 5 - kilökı. Elıgyártmánya, huzalból, vagy rúdból leválasztott pogácsa. Az alakadó nyílás hengeres szárrész folyatásakor kör keresztmetszető, amelyet a csıszerő üreges bélyegben képeznek ki. Ez a legtöbb esetben szilárdságilag kedvezıtlenebb megoldást eredményez, a tömör test elırefolyatásánál használt folyatóbélyeghez képest. Az anyagmozgás iránya ellentétes értelmő a bélyeg mozgásirányához képest. 1.2.5 ábra.

Üreges test elırefolyatás (1.2.6 ábra),

Az 1.2.6 ábra jelölései: 1 - folyatóbélyeg, 2 - folyatógyőrő, 3 - munkadarab, 4 - kilökı.

Elıgyármánya megegyezik az üreges test hátrafolyatás elıgyártmányával. Az anyagmozgás iránya megegyezik a bélyegmozgás irányával.

1.2.6 ábra.

- 6 -

Folyatás technológiája

Üreges test keresztirányú folyatás (1.2.7 ábra)

Az 1.2.7 ábra jelölései: 1 - folyatóbélyeg, 2 - folyatógyőrő, 3 - munkadarab, 4 - ellenbélyeg és kilökı, 5 - központi csap. Elıgyártmánya győrő, vagy furatos tárcsa. Az anyagmozgás iránya döntıen a bélyegmozgás irányára merıleges.

1.2.7 ábra.

Tömör test kétirányú folyatása (1.2.8 ábra) Tömör test kétirányú folyatását szemlélteti az 1.2.8 ábra. Az elıgyártmány tömör hengeres test. Az anyag mozgásiránya a bélyegmozgással megegyezı és azzal ellentétes irányú. Az ábrán az ellentétes irányú mozgás az üreges kialakítású bélyegben valósul meg.

1.2.8. ábra.

Kombinált folyató eljárások (1.2.9 ábra)

1.2.9. ábra. Az 1.2.9/a ábra vegyes geometriájú test kétirányú folyatását szemlélteti. Üreges test kétirányú folyatása látható a (b) ábrán. Kettıs falú csésze hátrafolyatását szemlélteti a (c) ábra. Vegyes geometriájú test hátrafolyatásának elvi vázlata látható a (d) ábrán. Az 1.29. ábrán bemutatott folyató eljárások elıgyártmánya tömör hengeres test. - 7 -

Folyatás technológiája

1.3 Gyártás több lépésben végzett alakítással A gyakorlatban a hidegfolyatással gyártandó alkatrész -a technológia alakadási korlátai miattáltalában nem állítható elı egyetlen alapfolyató mővelettel. A viszonylag bonyolult geometriájú alkatrészek hidegfolyatással rendszerint csak több lépésben, a megfelelıen kiválasztott alapfolyató mőveletek egymás után töténı végrehajtásával gyárthatók. A folyató technológiák tervezésének éppen az egyik kulcskérdése annak meghatározása, hogy mely alapfolyató mőveletek alkalmazásával gyártható kész geometriára az alkatrész úgy, hogy az alakítási lépések száma minimális legyen (gazdaságosság!). Jellegzetes, több lépésben hidegalakítással gyártott alkatrész mőveletsorát szemléltetik az 1.3.1, 1.3.2 és 1.3.3 ábrák.

1.3.1. ábra Az 1.3.1 ábrán lépcsıs-csap hidegalakítási mőveleti sorrendje látható. A (0) ábra az elıgyártmányt, az (I) ábra az elırefolyatás utáni geometriát szemlélteti. A második alakítási lépcsıben [(II) ábra] a kúpos ámenetet zömítéssel merıleges vállá alakítják és itt végzik el a fej készre zömítését is. Tehát az alakadás során a folyató és zömítı mőveletek összekapcsolásával valósítják meg az elıírt geometriát.

1.3.2. ábra. Az 1.3.2 ábrán egy alakos fenékkel rendelkezı (III) munkadarab, annak (I) elıgyártmánya és a (II) hátrafolyatás utáni geometriája látható. Az alakítás mőveletsorának elsı lépése üreges test hátrafolyatás, a második lépése a fenék alakra sajtolása. A palástmagasság pontos értékét - 8 -

Folyatás technológiája

(32,5 mm) utólagos forgácsolással állítják be. A túlfutás anyagtöbbletét az (I) elıgyártmány térfogatának meghatározásakor figyelembe veszik.

1.3.3. ábra. Az 1.3.3 ábrán belsı üregekkel kialakított tengely mőveleti sorrendje látható. A (0) ábrán látható elıgyártmányt az elsı alakítási lépésben üreges test hátrafolyatásával az (I) ábra szerinti geometriára folyatják. A munkadarab átfordítása után, a munkadarab másik végén a második lépcsıben egy speciális kialakítású, úgynevezett mozgó matricás szerszámban ugyancsak üreges test hátrafolyatást és ezt követıen zömítést végeznek. A zömítés során alakul ki a darabon körbefutó ék alakú rész, valamint az e fölötti ∅31,5 mm-nél nagyobb átmérıjő hengeres rész.

Egy- vagy többlépéses folyatással gyártható jellegzetes munkadarabokat szemléltetnek az 1.2.4, 1.3.5 és 1.3.6 ábrák. Az 1.3.4 ábrán elıre- és kétirányú folyatással gyártható tömör- illetve vegyes geometriájú darabok láthatók. Az 1.3.5 ábrán látható munkadarabok hátrafolyatással, illetve kétirányú folyatással, utánmunkált fenékrésszel készültek. A csıszerő, átmenı furatot tartalmazó fenékrésszel rendelkezı darabok mőveleti lépései között a lyukasztás mővelete is megtalálható. Üreges test elırefolyatásával (+ lyukasztással), kalibráló sajtolással, vagy forgácsolással utánmunkált fenékrésszel rendelkezı darabokat szemléltet az 1.3.6 ábra.

- 9 -

Folyatás technológiája

1.3.4. ábra.

1.3.5. ábra.

1.3.6. ábra.

- 10 -

Folyatás technológiája

2. Hidegfolyatás technológia tervezése, a tervezési folyamat lépéseinek elemzése A technológia tervezés során elvégzendı feladatokat, a megoldás sorrendjét az 2.1 ábra szemlélteti. A szaggatott vonallal keretezett tevékenységek betervezése a technológiai mőveletek közé opcionális, azaz szabadon megválasztható, vagy elhagyható mővelet a körülmények megfelelı kialakítása esetén. A technológia tervezés kiinduló adatai

Alapfolyató mûvelet(ek) technológiai paramétereinek meghatározása

Geometriai alakegyszerûsítés

Gyártási módszer kiválasztása

Alapfolyató mûvelet(ek) kiválasztása

Alakítás egyetemes sajtológépeken, egyedi szerszámokban

Alakítás többmûveletes folyatósajtón

Alakító gép(ek) kiválasztása

Több mûveleti helyes folyatósajtó kiválasztása

Egyedi folyatószerszámok tervezése

Mûveleti helyek szerszámainak tervezése

Folyathatóság feltételeinek vizsgálata mûveletenként

Elõgyártmány méreteinek meghatározása

Elõgyártmány leválasztás módjának meghatározása

Kalibráló zömítés

Hõkezelés

Felületkezelés

Kenõanyag kiválasztás, felvitel

2.1 ábra.

- 11 -

Folyatás technológiája

2.1 A technológia tervezés kiinduló adatai A folyatástechnológia tervezés kiinduló adatai: • munkadarab geometria, • méret- és alaktőrések, • felületi érdesség, • anyagminıség, • gyártandó darabszám. A fenti adatokat a gyártandó alkatrész mőhelyrajza és az alkatrészt tartalmazó gyártmány gyártási terve tartalmazza. A 2.1.1 ábra olyan alkatrészt szemléltet, amely a hátrafolyatással készült elıgyártmány bizonyos felületeinek forgácsoló megmunkálásával készül. Az a./ ábrán a folyatandó csésze elıgyártmánya, a b./ ábrán a hátrafolyatással készült csésze, a c./ ábrán a folyatott csészébıl forgácsolással készre munkált alkatrész látható.

2.1.1 ábra. A gyakorlatban ritkán fordul elı, hogy a kívánt munkadarab geometria, illetve elıgyártmánya egyetlen alakító mővelettel létrehozható. A 2.1.2 ábra egy peremes persely mőhelyrajzát szemlélteti. A peremes persely – a következıkben látható lesz – klasszikus példája a többlépéses folyatással végzett gyártásnak.

2.1.2 ábra. - 12 -

Folyatás technológiája

2.2 Geometriai alakegyszerősítés A folyató technológiák alakadási korlátai, a technológiai kötöttségei miatt és az elfogadható szerszám-élettartam érdekében, a folyatott darab geometriáját az alábbi szempontok figyelembevételével kell kialakítani. Fenékrész kialakítása csésze szerő alkatrészeknél Csésze szerő alkatrészek hátrafolyatásánál a palástra merıleges csészefenékkel végzett folyatás kedvezıtlen anyagáramlási viszonyokat okoz a bélyeg homlokfelülete alatt. Hasonló ok miatt nem lehetséges a fenék és a csésze belsı palástfelülete között éles (lekerekítés nélküli) átmenet kialakítás (2.2.1. ábra). A folyatástechnológia szempontjából helyes kialakítást a b./ ábra szemlélteti. A b./ ábrán látható munkadarab folyatóbélyegének homlokfelülete, nagy sugarú gömbsüveg felület, amelyet a fenék és palást felület átmeneténél lekerekítési sugárral alakítottak ki.

a./

b./ 2.2.1 ábra.

A 2.1.1 ábrán látható alkatrész hátrafolyatással készült elıgyártmánya a fenti szempontok figyelembevételével került kialakításra. Amennyiben a kész alkatrészen követelmény a sík belsı fenékrész és az éles átmenet a fenék valamint a belsı palást között, úgy azt utólagos kalibráló sajtolással, vagy forgácsoló megmunkálással lehetséges kialakítani. Lépcsıs csapok folyatása A gépiparban nagy mennyiségben fordulnak elı különféle lépcsıs csapok, tengelyek, amelyeket többnyire rúdanyagból forgácsolással állítanak elı. Képlékenyalakítással végzett gyártásuk bizonyos korlátok betartásával – az alkatrész konstrukciós módosítása nélkül megoldható. Merıleges vállal rendelkezı lépcsıs tengelyek is folyathatók és a folyatott munkadarabok nagyrésze nem igényel befejezı forgácsoló megmunkálást. Tömör test elırefolyatással egyszerő geometriájú merıleges vállú csapokat (2.2.2 ábra) lehet gyártani az ábrán látható geometriai korlátok betartásával.

2.2.2 ábra. - 13 -

Folyatás technológiája

Hosszú szárral rendelkezı merıleges vállú csapot két lépésben folyathatunk (2.2.3 ábra).

2.2.3 ábra. Ilyenkor az elsı mőveletben hagyományos, kúpos átmenető elırefolyatást kell végezni és a második mőveletben lehet a váll merılegességét kialakítani. A gyárthatóság geometriai korlátai az ábrán láthatók. Folyatás és zömítés kombinálásával gyártott zömített fejő csapot szemléltet a 2.2.4 ábra.

2.2.4 ábra. Tömör test elırefolyatással elıállított elıgyártmányból gyártott különféle zömített fejalakokat szemléltet a 2.2.5. ábra.

2.2.5 ábra.

Alámetszett darabok folyatása Több osztósíkú, szegmensekbıl összeállított szerszámban külsı oldalukon alámetszett darabok is folyathatók. Osztott szerszámban folyatott kéthornyos alumínium ékszíjtárcsát és elıgyártmányát szemlélteti a 2.2.6 ábra.

2.2.6 ábra. - 14 -

Folyatás technológiája

Kerékpár fıtengely osztott szerszámban folyatott elıgyártmánya látható a 2.2.7 ábrán. A további alakadási mőveleteket forgácsolással végzik

2.2.7 ábra. Azokat az alkatrészeket amelyek alámetszése csekély viszonylag egyszerő folyatószerszámokban lehet gyártani. Azokat amelyeknél az alámetszés mértéke nagy (D/d > 1,3) csak célgépen, vagy igen bonyolult szerszámozással lehet folyatni. Ilyen alkatrészt szemléltet a 2.2.8 ábra.

2.2.8 ábra. A folyatással a darab belsı palástján alámetszett felületek nem alakíthatók ki. A 2.2.9 a./ ábra a megvalósítandó munkadarabot, b./ ábra a folyatással megvalósítható geometriát szemlélteti. Az alámetszést és a merıleges lépcsıt a folyatás után alkalmazott forgácsoló megmunkálással lehet létrehozni.

a./

b./ 2.2.9 ábra.

2.3 Alapfolyató mővelet(ek) kiválasztása Az alapfolyató mővelet(ek) kiválasztása a folyató technológiát tervezı technológustól körültekintést és gyakorlati tapasztalatokat igényel. Ennek elsajátítását segítheti a már sikeresen technologizált és a technológiával legyártott más hasonló alkatrészek mőveleti sorrendjének tanulmányozása. A 2.1.2 ábrán bemutatott peremes persely képlékenyalakítással végzett gyártásának egy lehetséges mőveleti sorrendjét szemlélteti a 2.3.1 ábra.

- 15 -

Folyatás technológiája

2.3.1 ábra. Fejes, lépcsıs csap folyatással, redukálással kombinált lehetséges mőveleti sorrendjei tanulmányozhatók a 2.3.2 ábrán.

2.3.2 ábra. - 16 -

Folyatás technológiája

Az alapalakító mőveletek kiválasztásánál és sorrendjük meghatározásánál figyelembe veendı szempont lehet a kész alkatrész egyes (különbözı alakítottságot szenvedett) részeinek eltérı mechanikai tulajdonságai.

2.4 Folyathatóság feltételeinek vizsgálata alapfolyató mőveletenként a./ Geometriai feltételek vizsgálata Az alapfolyató technológiák kisérleti vizsgálata során végzett megfigyelések és tapasztalatok szerint a biztonságos és selejtmentes folyatás érdekében az elıgyártmány és a folyatott darab geometriájának bizonyos határértéken, vagy határérték tartományon belül kell lenni. A geometriai határérték nagysága függvénye a folyatott anyagminıségnek. Tömör test elırefolyatásához, üreges test elırefolyatásához és üreges test hátrafolyatásához közöl határértékeket a 2.4.1 és a 2.4.2 táblázat. A táblázatbeli határértékek értelmezéséhez nyújt segítséget a 2.4.1 ábra. 2.4.1 táblázat.

Anyagcsoport

Tömör test elırefolyatás

1. 2. 3. 4. 5. 6.

ψ

max

0,98 0,85 0,75 0,75 0,67 0,6

(λ )

h 

4 1,9 1,4 1,4 1,1 0,9

------10 6 4

ö max  o 

Üreges test elırefolyatás

ψ

max

d   o max 0,98 0,85 0,75 0,75 0,67 0,6

(λ )

ö max

4 1,9 1,4 1,4 1,1 0,9

h  o d  o

Üreges test hátrafolyatás

ψ ψ  h  min max   2 d    1 max max

------15 12 8

0,1 0,12 0,15 0,15 0,25 0,35

0,98 0,8 0,75 0,75 0,67 0,6

6 4 3 3 2 1,5

Megjegyzés:  nincs adat

2.4.2 táblázat. Anyagcsoport 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Anyagminıség [Acéloknál EN (MSZ!)] Al99.5, AlMgSi1 CuE, AlCuMg1, AlMg3 CuZn27, CuZn28 C8C (D10Z!), C10E2C (C10Z!), C15E2C (C15Z!) C35EC (C35Z!), 20Cr4 (BC2Z!), 16MnCr5 (BC3Z!), 34CrMo4 (CMo3Z!) C45EC (C45Z!), 34Cr4 (Cr1Z!), 37Cr4 (Cr2Z!), 41Cr4 (Cr3Z!), 42CrMo4 (CMo4Z!), 40NiCrMo2KD (NCMo3Z!), 30CrNiMo8 (NCMo6Z!)

- 17 -

Folyatás technológiája

2.4.1 ábra. Tömör test elırefolyatás Korlátozott a létrehozható keresztmetszet váltás (Ao és A1 között), amelyre a 2.4.1 táblázat két egymással egyenértékő határértéket [a ψmax és (λö)max] ad meg. A fajlagos keresztmetszet-változás felírható a folyatott darab folyatás elıtti (Ao) és a folyatás utáni (A1) keresztmetszetével (lásd: 2.4.1 a./ ábra): ψ=

A −A o

A

1

= 1−

o

ahol:

A

1

A

o

2 π o 4

A =d ⋅ o

és

2 π 1 4

A =d ⋅ 1

A folyatandó darab geometriai méreteivel meghatározva ψ értékét, a folyathatóság feltétele: ψ≤ψ

max

A folyatott szár összehasonlító alakváltozása, a folyatott darab geometriai méreteivel az alábbi összefüggéssel számítható: A λ = ln o ö A 1

A folyathatóság feltétele az összehasonlító alakváltozás felhasználásával:

( )

λ ≤ λ ö

ö max

Adott Ao kiinduló keresztmetszet és a 2.4.1 táblázat adatainak ismeretében meghatározható a folyatható minimális keresztmetszet:

(A )

1 min

(

= A ⋅ 1− ψ o

- 18 -

max

)

Folyatás technológiája

(A )

A

=

1 min

o

( λö )max

e

A (ho/do)max megadásával a súrlódó palásthosszt korlátozzák. A maximális érték túllépése esetén a palástsúrlódás, ezzel együtt a fajlagos folyatóerı kedvezıtlenül megnı. Ennek elkerülése érdekében teljesülni kell az alábbi feltételnek: h ≤ o d d o  o

   max

h

o

Üreges test elırefolyatás A tömör test elırefolyatásánál megismert elvek szerint végezhetı az üreges test folyathatóságának geometriai ellenırzése. A folyatás elıtti és utáni keresztmetszetek (lásd: 2.4.1 b./ ábra jelöléseit): A = d −d

(

2 o

2 π ⋅ b 4

)

(

2 1

2 π ⋅ b 4

)

o

A = d −d 1

ψ = 1−

A kontrakció:

A

1

A

o

A keresztmetszetekre vonatkozó geometriai feltétel, a kontrakcióval felírva: ψ≤ψ

max

Ugyanezen feltétel ellenırzése elvégezhetı az összehasonlító alakváltozással is. A redukált szárban az összehasonlító alakváltozás:

(

2 2 2 2 ⋅ λ +λ +λ r t z 3

λ = ö

ahol a radiális irányú valódi nyúlás:

)

d −d s λ = ln 1 = ln 1 b r s d −d o

o

b

a tangenciális irányú valódi nyúlás: d +d d λ = ln k1 = ln 1 b t d d +d ko

az axiális irányú valódi nyúlás:

o

(

λ =− λ +λ z

r

- 19 -

t

b

)

Folyatás technológiája

A keresztmetszetekre vonatkozó geometriai feltétel az összehasonlító alakváltozással felírva:

( )

λ ≤ λ ö

ö max

A palástsúrlódás korlátozása érdekében itt is teljesülnie kell az alábbi feltételnek: h ≤ o d d o  o

h

o

   max

Üreges test hátrafolyatás Üreges test hátrafolyatásánál a minimális

(ψ )

és maximális

min

(ψ ) max

kontrakció

megadásával korlátozzák egy adott anyagcsoportban, adott “do” külsı csészeátmérınél megvalósítható minimális és maximális belsı átmérıt (d1). Az üreges test hátrafolyatásnál megvalósított kontrakció: A −A A ψ= o = 1− A A o

o

A keresztmetszetek: 2 o

A =d ⋅ o

(

2 o

2 1

A = d −d

π 4

) ⋅ 4π

Helyettesítve a kontrakció összefüggésébe: ψ=

2 1 2 d o

d

A kontrakció korlátok ismeretében, adott do külsı átmérınél folyatható belsı átmérı minimális és maximális értéke:

(d )

=d ⋅ ψ

(d )

=d ⋅ ψ

1 min

1 max

o

o

min

max

Adott d1 belsı átmérınél a folyatott palástmagasság nem lépheti át a (h2/d1)max által meghatározott értéket. Ez akkor teljesül ha: h  h 2 ≤ 2  d  d 1  1 max ahol: h2 – a folyatott csésze belsı palástmagassága d1 – a folyatott csésze belsı átmérıje

- 20 -

Folyatás technológiája

b./ Tőrések A hidegen folyatott alkatrészek méretpontosságát több tényezı (pl. a folyatott alkatrész tőrésezett méretének nagysága, a folyatószerszám állapota, a folyatósajtó állapota, az elıgyártmány tömegének szórása, a folyatott anyag minısége, stb.) befolyásolja. Átlagos technológiai körülmények között hidegfolyatásnál, átmérı méretekre IT9-IT11, hosszméretekre: IT14 - IT15 méretpontosság - különösebb a technológiára és a sszerszámpontosságra tett megszorító intézkedések nélkül - biztosíthatók. Az átmérı méretek pontossága a gépipari követelményeket általában kielégíti, a hosszméretek méretpontossága nem. Ezért a hosszméretek pontos beállítása esetenként kalibráló alakítással, vagy forgácsoló megmunkálással történhet. Amennyiben az alkatrész bizonyos méreteit szőkebb tőréssel kell megvalósítani, akkor az egyik megoldás lehet a szerszám és szerszámgép pontosság és merevség növelés (fokozott pontosságú szerszámban az IT8 is elérhetı). A másik lehetıség, hogy az adott átmérıt ráhagyással folyatják és a végleges méretet olyan megmunkálással állítják be (pl. forgácsolással), amelyik képes biztosítani az alkatrészen elıírt méretpontosságot. c./ Felületminıség A folyatott alkatrész szerszámmal érintkezett felületein elérhetı érdesség: Ra = 0,3...3,5 µm. A gépipari követelményeket ez az értéktartomány többnyire kielégíti. Amennyiben a gyártandó alkatrész bizonyos felületein jobb felületi minıséget kell elıállítani, akkor a felületet ráhagyással kell folyatni és valamilyen felületi finommegmunkálással kell a kívánt értéket beállítani. d./ Gazdaságosság: Folyatással elvileg bármilyen, képlékeny alakváltozásra képes anyag feldolgozható, de nagy alakítási szilárdságú, nagy keményedı képességő anyagnál (2.4.2 ábra “a” görbe) az egy lépésben létrehozható alakváltozás - a szerszám korlátozott terhelhetısége miatt - olyan kicsire adódhat, hogy az eljárás nem gazdaságos. A folyásgörbe alapján az alakíthatóságra vonatkozó megállapításokat a 2.4.2 ábra szemlélteti. Gazdaságosnak akkor tekinthetı, ha a bélyeg felületén fellépı p = 2500 [N/mm2] nyomással legalább ψ = 25% fajlagos keresztmetszet változás hozható létre. Folyatással a kis (kfo) kezdı alakítási szilárdságú és kis keményedı képességő anyagok dolgozhatók fel gazdaságosan (2.4.2 ábra “b” görbe). A folyatással történı alkatrész, vagy elıgyártmány gyártás versenyképességét a kizárólag forgácsolással végzett gyártással szemben gazdaságossági számításokkal lehet eldönteni. Az elemzésnél a folyatással végzett gyártás kisebb anyag és energia felhasználásából, valamint a rövidebb mőveleti idejébıl adódó megtakarításokat kell szembe állítani a magas szerszámozási és az esetleges forgácsolási utómunkálatok költségeivel. Ha a gyártandó alkatrész bonyolult geometriájú, akkor nehéz folyatni (több lépésben folyatható), több folyatószerszámot igényel és az esetleges utólagos forgácsoló megmunkálás is jelentıs lehet. Ebben az esetben a kritikus darabszám (nkrit) rendkívül magas, tehát a folyatással végzett gyártás gazdasági elınyei csak jóval a kritikus darabszám fölötti gyártásnál (vagyis a tömeggyártásban) jelennek meg. (Megjegyzés: Kritikus darabszámnak azt az éves gyártási darabszámot nevezzük, amelynél a képlékenyalakítással és valamilyen más alternativ gyártási eljárással pl.: forgácsolással végzett gyártás költsége azonos.). Ha a gyártandó darab egyszerő geometriájú, ezért kevés folyató mővelettel és egyszerő szerszámozással készre alakítható, akkor a kritikus darabszám kisebb, tehát a képlékenyalakítással végzett gyártás gazdasággossági elınyei már kisebb sorozatnagyság esetén is jelentkezik. Durva becslés szerint acél alkatrészeknél általában 200000 – 300000 db/év, szinesfémeknél néhány tizezer db/év-re tehetı a kritikus darabszám, amelyek értéke a képlékenyalakítással gyártott alkatrész tömegének is függvénye. - 21 -

Folyatás technológiája

2.4.2 ábra. 2.5 Hidegalakítás anyagai A./ Acélok képlékeny hidegalakításhoz.. 2.5.1 táblázat. Felhasználási terület Hıkezeletlen, kötıelemekhez, alkatrészekhez

Betétedzéső alkatrészekhez

Nemesítéssel hıkezelt alkatrészekhez

MSZ D08Z !MSZ6251-87 D10Z !MSZ6251-87 C10Z !MSZ6251-87 C15Z !MSZ6251-87 BC2Z !MSZ6251-87 BC3Z !MSZ6251-87 BCMo1Z !MSZ6251-87 C25Z !MSZ6251-87 C35Z !MSZ6251-87 C45Z !MSZ6251-87 Cr1Z !MSZ6251-87 Cr2Z !MSZ6251-87 Cr3Z !MSZ6251-87 CMo1Z !MSZ6251-87 CMo3Z !MSZ6251-87 CMo4Z !MSZ6251-87 CrV2Z !MSZ6251-87 CrV3Z !MSZ6251-87 NCMo3Z !MSZ6251-87 NCMo6Z !MSZ6251-87

Acélminıség jele EN ---C8C EN10263/2-2001 C10E2C EN10263/3-2001 C15E2C EN10263/3-2001 20Cr4 EN ISO683/17-99 16MnCr5 MSZ EN10084 15CrMo5 D ----

Számjele --1.0213 1.1122 1.1132 1.7027 1.7131 1.7262 ----

C35EC EN10263/-2001 C45EC EN10263/-2001 34Cr4 MSZ EN10083-1 37Cr4 MSZ EN10083-1 41Cr4 MSZ EN10083-1 ----

1.1172

34CrMo4 MSZ EN10083-1 42CrMo4 MSZ EN10083-1 ----

1.7220

51CrV4 MSZ EN10083-1 40NiCrMo2KD EU119/3-74 30CrNiMo8 MSZ EN10269

1.8159

- 22 -

1.1192 1.7033 1.7034 1.7035 ----

1.7225 ----

1.6546 1.6580

Folyatás technológiája

Például C10Z-nek hidegfolyatással Rm = 850-890 [N/mm2]-re növelhetı a szakítószilárdsága. Jól cementálható, ezért vele bizonyos esetekben ötvözött acél helyettesíthetı. C10Z folyatás elıtt: - melegen hengerelt, lágyított, - húzott és feketén lágyított, - húzott és revementesen lágyított, - lágyított köszörült állapotban Rm = 440 [N/mm2], Z = 65%. Ötvözık hatása az alakíthatóságra Minden ötvözı rontja az alakíthatóságot. Az acélok közül legjobban a tiszta vas alakítható, ezért elınyös a kis széntartalom. C < 0,1% széntartalmú acél ferrit + lemezes perlites szerkezet mellett is jól alakítható. C > 0,1% széntartalmú acél hidegfolyathatóságának feltétele a ferrit + szemcsés perlites szerkezet, minél kevésbé diszperz eloszlásban. C > 0,3% széntartalmú acélban a perlitértékszám pe > 80% legyen. A perlitértékszám a gömbcementites perlit (szferoidit) és az összes perlit viszonyát adja meg százalékban. C > 0,45% feletti acélok csak bizonyos feltételek mellet folyathatók hidegen. P < 0,03%, S < 0,03% alatti mennyiségben nem érezteti hatását a hidegfolyathatóságra, nagyobb mennyiségben csökkenti azt. Cr, V, Mo a hidegalakíthatóságot csökkentik. B./ Szinesfémek 2.5.2 táblázat. Szinesfém csoport Ónbronz MSZ710/1 Alumíniumbronz MSZ711/1 Sárgaréz MSZ770/1

Felhasználási terület Csavargyártáshoz Érmék készítéséhez Érmegyártás, csavargyártás, elektrotechnikai alkatrészek

Anyagminıség jele CuSn2, CuSn4, CuSn6, CuSn8. CuAl5, CuAl8 CuZn5, CuZn10,CuZn15, CuZn20, CuZn30, CuZn32, CuZn37, CuZn40. CuE

Vörösréz Elektrotechnikai alkatrészekhez MSZ64/1 A vörösréz (CuE) és a 70%-nál több rezet tartalmazó rézötvözetek hidegen kiválóan alakíthatók. C./ Könnyőfémek Az Al99,5 és ettıl tisztább alumínium hidegfolyatással kiválóan feldolgozható. Az alumíniumötvözetek feldolgozhatóság szerinti csoportosítása a 2.5.1 ábrán látható.

2.5.1 ábra.

- 23 -

Folyatás technológiája

Alminium és ötvözetei képlékeny hidegalakításhoz. 2.5.3 táblázat. Alumíniumötvözet csoport Al-Mg ötvözetek MSZ3714/2 Al-Cu ötvözetek MSZ3714/1 Al-Si ötvözetek MSZ3714/1 Al-Zn ötvözetek MSZ3714/1 Ötvözetlen alumínium MSZ3745

Felhasználási terület

Anyagminıség jele

C1=4,4%, C2=17,4% Nem nemesíthetık C1=0%, C2=5,7% Nemesíthetık C1=0%, C2=1,95% Nemesíthetık C1=2%, C2=32% Nemesíthetık

AlMg1, AlMg2, AlMg3. AlCu2Mg, AlCu4Mg1, AlCu4Mg2 AlMgSi, AlMgSi1, AlSi1MgCu. AlZn4Mg2, AlZn5Mg1 Al99,5

Nem nemesíthetı

2.6 Elıgyártmány méreteinek meghatározása Tömör test elırefolyatás elıgyártmányának átmérıjét annak figyelembevételével határozzuk meg, hogy az elıgyártmány a folyatógyőrőbe könnyen behelyezhetı legyen. A folyatógyőrő átmérıjét do-al jelölve, az elıgyártmány átmérıje 0,2...0,5mm-el kisebb a könnyő behelyezhetıség érdekében, azaz: de = do - 0,2...0,5 mm Üreges test elırefolyatás elıgyártmánya győrő. Külsı átmérıjét az elıbbi meggondolás alapján a fenti összefüggéssel határozzuk meg. Belsı átmérıje, a folyatóbélyeg csapjára (amelynek átmérıje megegyezik a folyatott darab db belsı átmérıjével) történı könnyő felfőzhetıség miatt 0,2...0,5mm-el nagyobb, azaz: dbe = db + 0,2...0,5 mm Hengerestıl eltérı elıgyártmány esetén (pl: négyzet, téglalap, hatszög stb. keresztmetszet) a laptávra kell értelemszerően alkalmazni a fenti összefüggéseket. Az elıgyártmány darabolási hossza (he), a kész darab és az elıgyártmány térfogatára felírható térfogatállandóság felhasználásával határozható meg akkor, ha a folyatási mőveletsorban nincs lyukasztási mővelet lyukasztási hulladékkal, illetve a folyatott darabon semmilyen utólagos forgácsolási mőveletet (pl. beszúrás, belsı lekerekítési sugarak eltüntetése forgácsolással, hosszméret pontos méretre szabályozása forgácsolással) nem kell végezni. Tehát: A ⋅h = V e

e

md

amelybıl: V h = md e A e

ahol: Ae - az elıgyártmány keresztmetszete he - az elıgyártmány darabolási hossza Vmd - a munkadarab térfogata Ha a folyatási mőveletsorban lyukasztási mővelet van akkor a lyukasztási hulladék térfogatával meg kell növelni az elıgyártmány térfogatát. A térfogatállandóság: A ⋅h = V + V e

e

md

- 24 -

lyh

Folyatás technológiája

amelybıl: h =

V

md

e

+V

lyh

A

e

Ha a folyatott darabot utólagos forgácsolási mőveletekkel kell készre munkálni, akkor az elıgyártmány térfogatát meg kell növelni a forgácsolási hulladék térfogatával. Ekkor a térfogatállandóság: A ⋅h = V + V e

amelybıl:

e

md

fh

V +V fh h = md e A e

Amennyiben a mőveleti sorrend lyukasztást és utólagos forgácsolási mőveleteket is tartalmaz, akkor értelemszerően a térfogatállandóság: A ⋅h = V + V + V e

e

md

amelybıl: h =

V

md

lyh

+V

e

lyh

A

fh

+V

fh

e

ahol: Vlyh - a lyukasztási hulladék térfogata Vfh - a forgácsolási hulladék térfogata Tömör hengeres elıgyártmány esetén az elıgyártmány keresztmetszete: 2 π e 4

A =d ⋅ e

győrő alakú elıgyártmány keresztmetsze:

(

2 e

2 be

A = d −d e

) ⋅ 4π

összefüggésekkel határozható meg.

2.7 Darabolás módjának megválasztása A folyatás elıgyártmányát: • hengerelt, • húzott, • sajtolt profil, huzal, rúd, csı, vagy • hidegen hengerelt lemez. félkésztermékbıl válasszák le. A daraboló eljárás megválasztásánál figyelembe kell venni: • a darabolási veszteség mértékét, • a létrejövı darabolt felület geometriai jellemzıit, • az eljárás termelékenységét. Az elıgyártmány leválasztására leggyakrabban alkalmazott eljárások: Rúdanyagok darabolására: • leszúró esztergálás, • főrészelés, • mőanyagtárcsás darabolás, • ollón végzett darabolás, • síkfolyatásos darabolás, - 25 -

Folyatás technológiája

Huzal darabolására: • nyírással végzett szétválasztás, ollón vagy sajtológépen mőködtettet nyírószerszámban. Lemezbıl tárcsaszerő elıgyártmány leválasztására: • nyírással végzett szétválasztás, sajtológépen mőködtetett egy- vagy többsoros kivágószerszámban (kivágás).

2.7.1 ábra. Rúdanyagok nyírással végzett darabolásakor a vágott felületek környezetének torzulását szemlélteti a 2.7.1 ábra. A levágott darab torzulása annál erısebb, minél kisebb l/d viszonya. Ezért a daraboló eljárás fontos jellemzıje, hogy milyen l/d viszonyú elıgyártmányt lehet vele leválasztani elfogadható torzulások mellett. Hagyományos nyíró eljárással e viszonyszám minimális értéke (l/d)min = 0,8. Már ebben az esetben is olyan torzulások lépnek fel, melyet a folyató mővelet elıtt végzett kalibráló zömítéssel kell megszüntetni. Ez a mővelet az alakítási lépések számát, ezzel esetleg a szükséges hıkezelések és felületkezelések számát is megnövelheti. Ezért kis l/d viszonyú elıgyártmányok leválasztásánál a forgácsolással végzett rúddarabolás -a kisebb darabolási teljesítmény és a nagyobb darabolási veszteség ellenéregazdaságosabb lehet. Az egyes daraboló eljárások fıbb jellemzıit a 2.7.1 táblázat tartalmazza. A táblázatban felsorolt daraboló eljárások közül külön kiemelendı a rúd- és huzaldarabolásra használható síkfolyatásos darabolás, amellyel elsısorban könnyő- és szinesfémbıl készült félkésztermékek darabolása végezhetı darabolási veszteség nélkül, nagy termelékenységgel, jó minıségő vágott felülettel. A síkfolyatásos darabolás elvi vázlatát a 2.7.2 ábra szemlélteti.

2.7.2 ábra. A síkfolyatásos darabolás lényege, hogy a vágandó rúdban, a vágási sík környezetében az illetı anyag folyáshatáránál nagyobb feszültséget hoznak létre, tengelyirányú erı mőködtetésével, majd - 26 -

Folyatás technológiája

a mozgótömböt (2) megfelelı erıvel a a vágás síkja mentén elcsúsztatják. Az ilyen feszültségállapotban levágott darab nyírt felülete a hidegfolyatott termékek fényes, sima felületének megfelelı minıségő, kevés és kismérető alakhibát tartalmaz. 2.7.1 táblázat. Darabolási teljesítmény [db/perc]

Darabolási veszteség [%]

Merılegességi hiba [fok]

1./ Főrészelés Főrésztárcsa Szalagfőrész Keretesfőrész

7-9 4 - 12 4 - 10

8 - 15

< 0,1°

2./ Olló

40 - 80

nincs

3 - 8°

3./ Sajtó, nyíró szerszámmal

40 - 100

15 - 40

1 - 4°

4./ Lyukasztósajtó

40 - 100

15 -40

30′ - 1°

5./ Leszúró utomata

3-5

10 - 15

< 0,1°

Sima felület

>0,2

6./ Mőanyagtárcsás darabolás 7./ Síkfolyatásos darabolás

10 - 50

8 - 15

30′ - 1°

Recés, érdes felület

>0,8

60-80

nincs

< 0,1°

Fényes, polírozotthoz hasonló felület

Eljárás

Vágott felület minısége

Sima, fényes felület Szakadozott felület, repedésekkel, kagylósan tört zónával szakadozott felület, repesdésekkel, kitöredezéssel, ovalitás kivágó szerszámban elıállított nyírt felületre jellemzı geometria

l/d viszony

>0,8

>0,8

>0,8

<0,8

0,2 - 0,3

2.8 Kalibráló zömítés A kalibráló zömítés során az ∅d < ∅de átmérıjő huzalból, vagy rúdból leválasztott l > he hosszúságú elıgyártmányt, zárt szerszámban az ellenbélyeg és a zömítıbélyeg között he magasságra zömítjük, miközben átmérıje felveszi a matrica de átmérıjét (2.8.1 ábra).

2.8.1. ábra.

- 27 -

Folyatás technológiája

A kalibráló zömítés célja kettıs lehet: 1./ Ha az elıgyártmány leválasztás nyírásos darabolással történt, a torzult véglapok környezetében jelentkezı alakhibák megszüntetése, egyidejőleg a szabatos ∅de, és he méretek beállítása. 2./ Alkalmazásra kerülhet akkor is ha a választott daraboló eljárás a véglapokon nem okoz torzulást. A gyakorlatban ritkán fordul elı, hogy a járatos (szabványos) huzal- és rúdátmérı választékból a számított ∅de átmérıvel megegyezı átmérıt találunk. Ekkor két lehetıség közül választhatunk. a./ A gyártómővel megegyezve -rendszerint felárért- megrendeljük a nem szabványos ∅de huzalt vagy rudat. b./ A járatos méretválasztékból ∅d < ∅de átmérıt választunk, amelybıl a térfogatállandóságnak megfelelıen l > he hosszúságú darabot választunk le, majd kalibráló zömítéssel állítjuk be a kívánt ∅de átmérıt és a he elıgyártmány hosszt. A kalibráló zömítés hátrányai: a./ az alakítási lépések számát növeli, t ö

b./ alkalmazásával a további alakító mőveletekre a ( λ ) törésig elviselhetı összehasonlító alakváltozás értékéig -a kritikus térfogatrészben- kisebb kihasználható összehasonlító alakváltozás tartalék marad. Nyírásos darabolással végzett elıgyártmány leválasztás és az ezt követı kalibráló zömítés alkalmazásánál a kiválasztható szabványos ∅d huzal- vagy rúdátmérıket az alábbi feltételrendszer korlátozza: 1./ A választott ∅d átmérınek kisebbnek kell lenni mint a ∅de átmérı, tehát: ∅d < ∅de 2./ A kalibráló zömítés során a kihajlás elkerülése érdekében: l ≤ 2 ⋅ d 3./ Ahhoz, hogy az alakos késsel végzett nyírásos darabolásnál a darab véglapjainak (nyírt keresztmetszeteinek környezetében) létrejövı torzulás még elfogadható érték alatt legyen az szükséges, hogy a kés által nyomott felület ( d ⋅ l ) egyenlı, vagy nagyobb legyen mint a nyírt keresztmetszet területe, azaz: 2 π d⋅l ≥ d ⋅ 4 figyelembe véve:

π

4

Helyettesítés és rendezés után írható:

≈ 0,8

l ≥ 0, 8 ⋅ d

4./ A negyedik feltétel az elıgyártmány térfogatára felírható térfogatállandósággal fogalmazható meg: 2 π d ⋅ ⋅l = V e 4 amelybıl: 4 V l= ⋅ e π d2 - 28 -

Folyatás technológiája

Az 1./ ... 4./ pontban megfogalmazott korlátokat l - ∅d koordináta-rendszerben ábrázolva (2.8.2 ábra) behatárolható az a l - ∅d tartomány, amely a fenti összefüggéseket kielégíti, egyben kijelölhetık azok a járatos, vagy szabványos átmérık amelyek az ∅dmin és ∅dmax tartományban helyezkednek el, ezért kiválaszthatók.

2.8.2. ábra.

2.9 Hıkezelés A hıkezelés egyes technológiáira az alakítási folyamat különbözı fázisaiban lehet igény. Például szükség lehet az alakítási folyamat elıtt a leglágyabb állapot beállítására, a folyató mőveletek között a hidegalakítás következményeinek megszüntetésére, az alakváltozóképesség visszaállítására (újrakristályosító hıkezelés) és az alakító mőveletek után esetleg szükség lehet a maradó feszültségek, vagy az alakítási anizotrópia megszüntetésére. Az alkalmazott hıkezelı eljárásokat a 2.9.1 táblázat foglalja össze. 2.9.1 táblázat. Hıkezelı mővelet helye a gyártási Anyagminıség folyamatban Acélok Szines és könnyőfémek normalizálás, - teljes lágyítás Alakítás elıtt Alakítási mőveletek közben Alakítási mőveletek után

- teljes lágyítás - újrakristályosító hıkezelés - feszültségmentesítı izzítás, - normalizálás, - teljes lágyítás, - nemesítés

- újrakristályosító hıkezelés - teljes lágyítás, - nemesítés

Az acélok képlékeny hidegalakításánál alkalmazott fontosabb hıkezelési eljárásokat a 2.9.2 táblázat foglalja össze. - 29 -

Folyatás technológiája

2.9.2 táblázat. Hıkezelı eljárás

Technológiája

Normalizálás:

Hevítés: GOS + 30 - 50 [° C]-ra, Hőtés: szabad levegın kb. 20 [ C/perc]

Teljes lágyítás:

- edzés + A1 alatti megeresztés 5 óra, vagy: - edzés + A1 körüli lengedeztetés Hőtés:

Rekrisztallizációs lágyítás: Feszültségmentesítı hıkezelés:

Hevítés: - 400...450 [ C]-on 3...5 óra hıntartás, Hûtés: - 200...300 [ C]-ig hőtés kemencével együtt, majd levegın.

Alkalmazása - ha elızıleg az elıgyártmány durvaszemcsésedett, s a szemcsézetet finomítani akarjuk, - ha hideg alakítást követıen az anyag öregedett, - ha meg akarjuk szüntetni az elızı hidegalakítás okozta rossz szálelrendezıdést. - /gömbszemcsésítés/ leglágyabb állapot,

- torzult anizotróp szemcsézet megszüntetése, - felkeményedett ferrit keménysége visszaáll a kezdeti értékre, - alakítás okozta maradó feszültségek megszüntetésére.

2.10 Felületkezelés A felületelıkészítés eltérı technológia szerint történik acélanyagok illetve szines és könnyőfémek hidegfolyatásakor. Szines- és könnyőfémek elıkészítése az esetlegesen sórjás, szennyezett felülető elıgyártmány koptatódobos sórjátlanításából és a felület zsírtalanító fürdıben végzett megtisztításából áll. A fürdımaradványok öblítıkádban történı eltávolítása után szárítás, majd forgódobban a kenıanyag felvitele következik. Acélanyagok csak úgy folyathatók hidegen, ha felületük foszfátozott. Az acél hidegfolyatása közben a szerszám és az alakított anyag között olyan nagy felületi nyomás lép fel, amelynél megfelelı kenıanyaghordozó-réteg hiányában- a kenıanyag kiszorul onnan és az acélszerszám valamint a munkadarab felülete -az egymáson való elcsúszás következtében- berágódik. Az acél felületére felvitt porózus foszfátréteg alkalmas arra, hogy a kenıanyagot ezen a nagy nyomáson is megtartsa, de jó siklási tulajdonságai következtében maga is részt vesz a kenésben. A foszfátréteg szokásos vastagsága 1-15 µm. Rendszerint Zn, Mg és Fe tercier foszfátjaiból áll, sötétszürke színő. Olajfelvevı képessége -a fémes felülethez viszonyítva- kb. 13-szor nagyobb. Foszfátozás technológiája: A megfelelı tulajdonságokkal rendelkezı foszfátréteg csak fémtiszta felületen alakítható ki, ezért a foszfátréteg felvitelére csak gondosan végzett elıkészítı mőveletek után kerülhet sor. A foszfátozást megelızı és követı mőveletek blokkvázlata a 2.10.1 ábrán látható: Mechanikus revétlenítés: Célja: az elıgyártmány sorjás, revés felületének tisztítása, koptatódobban. Zsírtalanító fürdı: Célja: az elıgyártmány felületérıl az olajos, zsíros szennyezıdések eltávolítása. Elvégezhetı szerves zsírtalanitókkal (pl. triklóretilén, toluol, benzin), vagy 80-90°C-ra - 30 -

Folyatás technológiája

melegített lúgos zsírtalanító fürdıben, kosaras bemerítéssel. A foszfátozás elıkészítésére az utóbbit alkalmazzák. 1 Mechanikus revétlenítés

2 Zsírtalanítás

3 Hidegvizes mosás

4 Melegvizes mosás

5 Pácolás

6 Melegvizes mosás

7 Hidegvizes mosás

8 Foszfátozás

9 Hidegvizes mosás

10 Szárítás

11 Kenôanyag felvitel

2.10.1 ábra Hideg- és melegvizes mosás: Célja: a fürdımaradványok eltávolítása. A melegvizes öblítés célja, a mártókosárban lévı betét hımérsékletének megtartása. Így biztosítható a következı vegyi kád hımérsékletének közel állandó értéken tartása, mert a betét behelyezésekor kevésbé veszít a hımérsékletébıl. Pácolás: Célja: a munkadarab felületének oxidmentesítése. Az oxidmentesítést 80-90 °C-ra melegített, 20..25%-os sósavas (H2SO4) pácfürdıben végzik. A merítési idı 8...15 perc. A munkadarabban a H2 dúsulást inhibitorok fürdıbe adagolásával akadályozzák meg. Foszfátozás: A foszfátréteg kialakítása foszfátozó kádban, 90-95 °C-ra hevített foszfátozó fürdıben, 5...10 perces merítési idı alatt alakítható ki. A fürdı foszfáttartalmát gyakran ellenırzik és a szükséges koncentrációt fürdıadalékok adagolásával állítják be. A gyakoribb fürdıadalékok: SZINFAT, FOSZFORAL, BONDERIT FOSZFATIN 10A + FOSZFATIN 10E . A merítési idı alatt 5...15 µm vastag foszfátréteg alakul ki. Szárítás: Célja: a foszfátozás utáni vizes öblités vizmaradványainak eltávolítása a porózus felületi rétegbıl. A szárítást 120-130 °C-ra melegített villamos főtéső, ventillátoros légkavarású szárító kádban végzik. Foszfátréteg eltávolítása folyatás után (ha indokolt) savas, vagy lúgos fürdıben történhet.

2.11 Kenıanyag, kenıanyag felvitel A hidegfolyatásnál alkalmazott kenıanyag minıség függ: • folyatott anyag minıségétıl, • folyatás körülményeitıl (pl. folyatás egyetemes sajtológépen, vagy folyató automatán), - 31 -

Folyatás technológiája •

egyes üzemekben meghonosodott szokásoktól, a rendelkezésre álló kenéstechnikai berendezésektıl. A kereskedelemben kapható -speciálisan a hidegalakító technológiákhoz kifejlesztettkenıanyagok rendszerint több komponensbıl állnak. Az alkotókat és azok százalékos mennyiségét a gyártók gyártási titokként kezelik. A többkomponenső kenıanyagok leggyakoribb összetevıi: • hengerolaj, • repceolaj, • disznózsír, • faggyú, • glicerin, • molibdéndiszulfid, • grafit, • kén. A kenıanyag felvitelét - a szükséges tömegő elıgyártmány és kenıanyag kimérése utánforgódobban végzik. A kenés után rövid idın belül el kell végezni a folyatást.

2.12 Hidegfolyató üzem folyamatábrája Egy hidegfolyatásra specializálódott üzem folyamatábrája látható a 2.12.1 ábrán. A nyersanyagraktár és a készárú raktár közötti anyagáramlás többféle gyártási folyamat során valósulhat meg, a feldolgozandó anyag minıségétıl, a félkésztermék geometriájától, hıkezeltségi állapotától és az utómegmunkálás mennyiségétıl függıen. A lehetséges útvonalak közül néhány változat. A legegyszerőbb gyártási folyamattal gyártható az alumínium tárcsából hátrafolyatással készült kondenzátorház, ha az elıgyártmány a technológia által elıírt hıkezeltségi állapotban kerül a gyártómőtıl a nyersanyagraktárba. A raktárból közvetlenül a sajtolómőhelybe szállítva, a kenıanyag felvitele után készre folyatható. A hosszméret készre szabályozása után a kenıanyag maradványok eltávolítása a felület utókezelı mőhelyben történik, ahonnan a készárú raktárba kerül. Az útvonal tehát: Nyersanyagraktár (1) - Sajtoló mőhely (5) - Felület utókezelı mőhely (7) - Készárú raktár (8). Lényegesen bonyolultabb folyamattal gyártható például egy C10-es anyagminıségbıl folyatott “Zárósapka” (2.12.2 ábra), amely többlépéses folyató mőveletsorral, közbensı lágyítással, bizonyos felületein utólagos forgácsoló megmunkálással és a foszfátozási maradványok eltávolításával gyártható készre. Egy lehetséges elvi mozgatási útvonal: Nyersanyagraktár (1): rúdanyag tárolás, Daraboló mőhely (2): elıgyármány darabolás rúdanyagból, Felület elıkezelı mőhely (3): foszfátozás, kenıanyag felvitel, Sajtoló mőhely (5):kalibráló zömítés, Hıkezelı mőhely (4): közbensı lágyítás, Felület elıkezelı mőhely (3): hıkezelés során elbomlott foszfátréteg eltávolítása, felület újra foszfátozása a további folyatómőveletekhez, kenıanyag felvitel, - 32 -

Folyatás technológiája

2.12.1 ábra Sajtoló mőhely (5): hátrafolyatás + elırefolyatás + lyukasztás Felület utókezelı mőhely (7): a foszfátréteg maradványok eltávolítása, Készremunkáló mőhely (6): a folyatási technológia kötöttségei miatt nem folyatható felületek (pl. beszúrások, alámetszések, menetvágás, lyukhártya eltávolítása lyukasztással) forgácsoló megmunkálása, hosszméretek méretre szabályozása, Készárú raktár (8): kész munkadarabok tárolása. A fenti mőveletsorral gyártható “Zárósapka” egyes folyató mőveletek utáni alakját szemlélteti a 2.12.2 ábra. - 33 -

Folyatás technológiája

Zárósapka mőveleti lépései: 0-darabolás, 1 – foszfátozás, kenıanyag felvitel, 2-kalibráló zömítés (I), 3 - lágyítás, 4 – foszfátozás, kenıanyag felvitel, 5-hátrafolyatás (II), 7 – elırefolyatás (III), 8lyukasztás (IV), 9 - foszfátlanítás. 2.12.2 ábra.

2.13 Alapfolyató mőveletek technológiai paramétereinek meghatározása 2.13.1 Tömör test elırefolyatás Tömör test elırefolyatásával gyártott darabot és elıgyártmányát szemlélteti a 2.13.1.1 ábra. Az ábra jelölései: ∅do – a folyatott darab fejátmérıje, ∅d1 - a folyatott darab szárátmérıje, L1 – a folyatott darab szárhossza, L – a folyatott darab teljes hossza, m – a csonkakúp magassága, α - a folyatott darab félkúpszöge Ao – a fej kereszmetszet-területe hp – a fej palásthossza

V3 – a fej térfogata V2 – a csonkakúp térfogata V1 - a szár térfogata Ve – az elıgyártmány térfogata Ae – az elıgyártmány kereszmetszet-területe de – az elıgyártmány átmérıje [de=do-0,2…0,5] he – az elıgyártmány hossza A1 – a szár keresztmetszet-területe

Az a./ ábra a folyatott darabot a névleges méreteinek feltüntetésével szemlélteti. A zárójelbe tett méretek, a nem zárójelezett méretek ismeretében számíthatók. A b./ ábrán a folyatott darab résztérfogatai (V1, V2, V3) és keresztmetszetei (Ao, A1) láthatók. Feltételezzük, hogy az ábrán látható folyatott darab valamely többlépéses képlékenyalakító mőveletsor egyik mővelete. A térfogatállandóságból következik, hogy a mőveletsorban elıállított geometriák térfogata meg kell egyezzen a készre alakított munkadarab térfogatával, tehát: V1 + V2 + V3 = Vmd A c./ ábra az elıgyártmányt és névleges méreteit mutatja be. A térfogatállandóságból következik: Ve = Vmd - 34 -

Folyatás technológiája

2.13.1.1 ábra. A 2.13.1.2 ábra a tömör test elırefolyatás folyamatának jellegzetes szakaszait szemlélteti, amelyek: I. a zömülési szakasz, II. a csonkakúp feltöltés szakasza, III. a d1 átmérıjő szár feltöltés szakasza (a folyatás állandósult szakasza). Az a./ ábrán a folyatógyőrőbe helyezett elıgyártmány látható a folyatás kezdeti pillanatában. A folyatási folyamat elsı szakaszában (I. szakasz) az elıgyártmány zömül és felveszi a folyatógyőrő átmérıjét. Magassága he-rıl ho-ra csökken, átmérıje de-rıl do-ra nı, miközben a folyatóbélyeg s1 elmozdulást végez (lásd: b./ ábra). A folyatás következı szakaszában (II. szakasz) a csonkakúp alakú térfogatrész feltöltıdik, miközben a folyatóbélyeg további s2 elmozdulást végez (lásd: c./ ábra). A d1 átmérıjő L1 hosszú szár feltöltése (III. szakasz), a folyatóbélyeg s3 elmozdulása során valósul meg. A d./ ábra a folyatást befejezésének pillanatában szemlélteti.

2.13.1.2 ábra.

- 35 -

Folyatás technológiája

Az e./ ábrán a folyatás, a folyatási folyamat állandósult (III.) szakaszában (a szár folyatás egy tetszıleges pillanatában) látható, feltüntetve a folyamat fenntartásához szükséges "p" fajlagos folyatóerıt és a folyatógyőrő falával érintkezı palást pillanatnyi "h" hosszát. Ezt megelızıen már végbement az elıgyártmány zömülése és a csonkakúp alakú térfogatrész feltöltıdése (a folyatás I. és II. szakasza). A 2.13.1.3 ábrán a fajlagos folyatóerı – bélyegút diagram elvi vázlata látható. A diagram elsı része (s1+s2), a fajlagos folyatóerı maximumáig (a folyatási folyamat I. és II. szakasza), a második része (s3) a folyatás befejezéséig (a folyatási folyamat III. szakasza) jellemzi a fajlagos folyatóerı lefutást a bélyegút függvényében.

2.13.1.3 ábra. A térfogatállandóság felhasználásával, a folyatás I, II és III szakaszához tartozó bélyegutak egyszerően meghatározhatók. Az I. szakaszban (zömülési szakasz) az elıgyártmány átmérıje „de”-rıl „do”-ra nı, miközben magassága „he”-rıl „ho”-ra csökken. A térfogatállandóságot felírva:

A ⋅h = A ⋅h e

e

o

o 2 π e 4

A =d ⋅

ahol: Ae – az elıgyártmány keresztmetszete,

e

2 π Ao – a „ho” magasságra zömített elıgyártmány keresztmetszete. A = d ⋅ o o 4 2 h =h ⋅ =h ⋅ e 2 o e A e d o o

A

ebbıl:

d

e

 d2  s = h − h = h ⋅ 1− e A zömülési szakaszhoz tartozó bélyegelmozdulás: 2 1 e o e  d o  A II. szakaszban (csonkakúp feltöltıdés szakasza) a bélyegelmozdulás: V = s ⋅A = 2

2

o

(

m⋅π 2 2 ⋅ d + d + d ⋅d o 1 o 1 12

)

- 36 -

ahol:

m=

d − d o

1

2 ⋅ tan ( α )

    

Folyatás technológiája

amelybıl:

s = 2

V

2

A

o

A III. szakaszban (a „d1”- átmérıjő szár folyatás szakasza) a bélyegelmozdulás: V 2 π s ⋅A = V amelybıl: s = 1 ahol: V = A ⋅ L és A = d ⋅ 3 o 1 3 1 1 1 1 1 4 A o

A folyatási folyamat egyes szakaszaiban létrejövı összehasonlító alakváltozások, illetve a folyatott darab résztérfogatainak alakítottsága (összehasonlító alakváltozása) és alakítási szilárdsága a 2.13.1.4 ábrán látható elvi folyásgörbén szemlélhetı (feltételezzük, hogy a de átmérıjő és le hosszúságú elıgyártmány teljesen kilágyított állapotban kerül a folyatógyőrőbe).

2.13.1.4 ábra Az ábra jelölései: λöz – az I. szakaszban zömült elıgyártmány összehasonlító alakváltozása:

λ

d = 2 ⋅ ln o öz d e

kfz - az I. szakaszban zömült elıgyártmány alakítási szilárdsága, egyben a folyatott darab "do" átmérıjő fejrészének alakítási szilárdsága, d λöf – a folyatás során létrejött összehasonlító alakváltozás: λ = 2 ⋅ ln o öf d 1

λö1 – a folyatott szár összehasonlító alakváltozása:

λ

ö1

=λ

öz

+λ

öf

kf1 - a folyatott szár alakítási szilárdsága kfkf – a szár folyatás során (III. szakasz) a csonkakúp alakú térfogatban lévı anyag közepes alakítási szilárdsága. A tömör test elırefolyatás III. állandósult szakaszában (III. szakasz, a pmax-tól enyhén lejtı tartomány) a fajlagos folyatóerı szükséglet az alábbi (Siebel) összefüggéssel határozható meg: )  µ 2 α  p = k ⋅ λ ⋅ 1+ ) + ⋅ fkf öf  α 3 λ öf 

 4 ⋅µ ⋅k ⋅h fz +  d o 

ahol: kfkf – a csonkakúp alakú térfogatrészben lévı anyag közepes alakítási szilárdsága, λöf – a folyatás során létrejött összehasonlító alakváltozás, µ - a Coulomb féle súrlódási tényezı a folyatógyőrő és a munkadarab érintkezı felületei között, - 37 -

Folyatás technológiája

α - a folyatógyőrő félkúpszöge, radiánban, kfz – az I. szakaszban zömült elıgyártmány alakítási szilárdsága, egyben a folyatott darab "do" átmérıjő fejrészének alakítási szilárdsága, h – a do átmérıjő fejrész palásthossza (a súrlódó palásthossz) (lásd: 2.13.1.2/e ábrát).

A folyatás állandósult (III.) szakaszában a fajlagos folyatóerıt leíró képlet elsı tagja állandó értékő. A második (fejsúrlódást leíró) tagban a „h” értéke (a súrlódó palásthossz) folyamatosan csökken. A II. szakasz befejezı, illetve a III. szakasz kezdeti pillanatában a fej palásthossza: h

=h −s o

max

2

A III. szakasz befejezésének pillanatában a fej palásthossza:

(

h =h − s +s p

o

2

3

)

Tehát a folyatási folyamat III. szakaszában a súrlódó palásthosszra érvényes az alábbi reláció: h

max

≥h≥h

p

A fajlagos folyatóerı maximuma (α [rad]):

p

max

=k

fkf

⋅λ

 µ 2 α ⋅ 1+ + ⋅ öf  α 3 λ öf 

 4 ⋅µ ⋅k ⋅h fz max +  d o 

A fajlagos folyatóerı a folyatás befejezésének pillanatában (α [rad]):  4 ⋅ µ ⋅ k fz ⋅ hp +  d o 

 µ 2 α p = k ⋅ λ ⋅ 1+ + ⋅ bef fkf öf  α 3 λ öf 

A folyatóerı meghatározható a fajlagos folyatóerı és a bélyeg homlokfelületének szorzataként. A folyatóerı maximális értéke: F =p ⋅A max

max

Folyatóerı a folyatás befejezésének pillanatában: F =p bef

bef

o

⋅A

o

A tömör test elırefolyatás munkaszükséglete a folyatóerı – bélyegút függvény ismeretében az alábbi összefüggéssel határozható meg: s

W=

max

∫

F ( s ) ⋅ ds

0

A munkaszükséglet az erı – út diagram alatti területtel arányos. A gyakorlatban általában az F(s) függvény nem áll rendelkezésünkre, ezért a munkaszükségletet az alábbi közelítı összefüggéssel számítjuk: W = c ⋅F

max

⋅s

- 38 -

max

Folyatás technológiája

A c ⋅F

max

szorzattal tulajdonképpen a változó folyatóerıt úgy átlagoljuk, hogy az a teljes

bélyegút alatt állandó, s az így kapott téglalap területe körülbelül megegyezik az erı – út diagram alatti területtel. A „c” szorzót tömör test elırefolyatásánál c = 0,85…0,9 tartományban célszerő felvenni. A teljes bélyegút (smax): s =s +s +s összefüggéssel határozható meg. max 1 2 3 A folyamatos üzemben (nem egyes löketben) dolgozó sajtológépen a folyatás teljesítményszükséglete: P = W ⋅N ahol: W – egy folyató mővelet munkaszükséglete [Nm] N – a sajtológép másodpercenkénti löketszáma [1/s] A sajtológép kinematikai láncának hatásfokát (ηgép ≈ 0,5…0,7) figyelembe véve a sajtológépet meghajtó villamos motor szükséges teljesítménye: P

mot

=

P η

gép

2.13.2 Optimális félkúpszöggel végzett tömör test elırefolyatás. Optimális félkúpszög meghatározása Ha a folyatott darabon az α értéke szabadon megválasztható akkor a folyatást célszerő optimális félkúpszögő (αopt) szerszámban végezni, mert ekkor csökken a folyatóerı és az energia felhasználás, növekszik a szerszámélettartam. Az optimális félkúpszöggel folyatott darab csonkakúp alakú részének, valamint a fejének méretei különböznek a nem optimális félkúpszöggel folyatott darab geometriai méreteitıl, de nyilvánvaló, hogy itt is érvényesülni kell a térfogatállandóságnak, vagyis a résztérfogatok összege a kész munkadarab térfogatával azonos, tehát: V1 + V2(αopt) + V3(αopt) = Vmd = Ve Az optimális félkúpszög [(αopt)] meghatározása után,a csonkakúp magassága [m(αopt)], a csonkakúp térfogata [V2(αopt)], a fej térfogata [V3(αopt)], a fej palásthossza [hp(αopt)], valamint a folyatott darab teljes hossza [L(αopt)] meghatározható. A jelöléseket a 2.13.2.1 ábra szemlélteti. Az optimális félkúpszög meghatározásánál, a folyatás állandósult (III.) szakaszában, a fajlagos folyatóerıt az α függvényének tekintjük (α [rad]): p (α) = k

fkf

⋅λ

 µ 2 α ⋅ 1+ + ⋅ öf  α 3 λ öf 

 4 ⋅ µ ⋅ k ⋅ h (α ) fz +  d o 

A p(α) függvény aktualizálható az állandósult szakasz kezdeti ("a" bélyeghelyzet) vagy a befejezı ("b" bélyeghelyzet) pillanatára, mint azt a 2.13.2.2 ábra szemlélteti:

- 39 -

Folyatás technológiája

2.13.2.1 ábra Az állandósult szakasz kezdeti pillanatában ("a" bélyeghelyzet): 

p

( α ) = k fkf ⋅ λöf ⋅  1 + max  

µ 2 α  4 ⋅ µ ⋅ k fz ⋅ hmax ( α ) + ⋅ + α 3 λ  d öf  o

2.13.2.2 ábra Az állandósult szakasz befejezı pillanatában ("b" bélyeghelyzet):

 µ 2 α p ( α ) = k ⋅ λ ⋅ 1+ + ⋅ bef fkf öf  α 3 λ öf  Bármelyik bélyeghelyzetre felírt p(α) függvényt meghatározására, ugyanazt a végeredményt kapjuk. - 40 -

 4 ⋅ µ ⋅ k fz ⋅ hp ( α ) + d  o  használhatjuk

az

αopt

félkúpszög

Folyatás technológiája

αopt félkúpszög meghatározása az "a" bélyeghelyzetre felírt p(α) függvény felhasználásával: md

(α) = 2

V

a csonkakúp térfogata:

12

m (α) =

helyettesítve a csonkakúp térfogatba, kapjuk:

V

md

(α) + max

= A ⋅h o

(

max

2 o

2 1

⋅ d + d + d ⋅d o

1

)

d −d o

1

2 ⋅ tan ( α )

(α) = 2

helyettesítve a térfogatállandóság összefüggésébe:

V

o

m(α) ⋅ π

ahol, a csonkakúp magassága:

( α ) + V2 ( α )

= A ⋅h

V

A térfogatállandóságot kifejezı összefüggés:

(

)

π 1 3 3 ⋅ d −d ⋅ o 1 tan ( α ) 24

(

)

π 1 3 3 ⋅ d −d ⋅ o 1 tan ( α ) 24 3

3

π do − d1 1 h α ) = md − ⋅ ⋅ ( max A 24 A tan ( α ) V

innen:

o

o

Helyettesítések után a fajlagos erıszükséglet: p (α) = k

fkf

⋅λ

öf

+k

fkf

⋅λ

öf

⋅µ⋅

4 ⋅µ ⋅k 1 2 fz ⋅ h α +k ⋅ ⋅α + ( ) fkf 3 α d o

4 ⋅µ ⋅k 1 2 fz p α = k ⋅ λ + k ⋅ λ ⋅ µ ⋅ + k ⋅ ⋅ α + ( ) fkf öf fkf öf max fkf α 3 d o

p

( α ) = k fkf ⋅ λöf max

+k

fkf

⋅λ

öf

⋅µ⋅

3 3 V  d −d π 1   md o 1 ⋅ − ⋅ ⋅ A 24 A tan ( α )   o o  

V 4 ⋅µ ⋅k 1 2 fz ⋅ md − K +k ⋅ ⋅α + fkf 3 α d A o

K−

o

3

o

o

Az egyenletben szereplı állandókat új jelölésekkel jelölve: A =k

D=

⋅λ

fkf

4 ⋅µ ⋅k d

o

B=k

öf

fz

V

⋅ md A

fkf

⋅λ

öf

⋅µ

E=

C=k

o

o

- 41 -

2 fkf 3 ⋅

3

3

d −d 1 fz ⋅ π ⋅ o d 24 A

4 ⋅µ ⋅k

3

d −d 1 1 fz ⋅ π ⋅ o ⋅ d 24 A tan ( α )

4 ⋅µ ⋅k

o

Folyatás technológiája

a p ( α ) függvény az - új jelöléseket felhasználva - alábbi formában írható:

p (α) = A + B ⋅

A függvény szélsıértékét meghatározva, α

1 1 + C⋅α +D−E⋅ α tan ( α )

opt

illeve p

min

= p  α  értékek meghatározhatók.  opt 

2.13.2.3 ábra A p ( α ) függvény derivált függvénye:

F(α) =

dp ( α ) d(α)

= − B⋅

1 α

2

+C +E⋅

1

( sin ( α ) )2

A szélsıérték helyén a derivált függvény értéke nulla:  dp ( α )  F(α) =    d ( α )  α =α  

 opt 

=0

tehát:

− B⋅

A kapott összefüggésbıl α meghatározható. Az α

opt

opt

1 α

2

+C +E⋅

1     sin  αopt     

2

=0

értéke zárt alakban nem fejezhetı ki, viszont numerikusan

meghatározásának ezen változatát nevezzük egzakt megoldásnak.

Az egzakt megoldástól a gyakorlat által támasztott pontossági követelményeket kielégítı ) megoldáshoz jutunk, ha az eredeti p ( α ) függvényben a tan ( α ) ≈ α közelítést alkalmazzuk, tehát: 1 1 + C⋅α +D−E⋅ α α Az egyszerősített p ( α ) függvény derivált függvénye: p (α) ≈ A + B ⋅

- 42 -

Folyatás technológiája

F(α) =

dp ( α ) d(α)

= − B⋅

1 α

2

+C +E⋅

1 α

2

A szélsıérték helyén a derivált függvény értéke nulla:  dp ( α )  F(α) =    d ( α )  α =α  

− B⋅

tehát:

Rendezés után írható:

amelybıl α Az α

opt

opt

1 2 α opt

+C+E⋅

1 2 α opt

− B + C⋅α

 opt 

=0

=0

2 +E = 0 opt

értéke zárt alakban kifejezhetı: α

opt

≈

B −E C

) meghatározásának ezen változatát közelítı megoldásnak nevezzük, a. tan ( α ) ≈ α

közelítés miatt. Az α

opt

ismeretében meghatározható a folyatott darab hiányzó méretei, amelynek térfogata

megegyezik a nem optimális félkúpszöggel folyatott darab (Vmd) térfogatával. Az optimális félkúpszöggel folyatott darab csonkakúp magassága: d −d o 1 m  α  = opt   2 ⋅ tan  α   opt   

(

)

π 1 3 3 ⋅ d −d ⋅ A csonkakúp térfogata: V  α  = 2  opt  24 o 1 tan  α   opt  A fej térfogata:

V  α  = V − V − V  α  3  opt  md 1 2  opt 

ahol:

V  α  = A ⋅ h  α  3  opt  o p  opt 

V  α  3  opt  amelybıl do átmérıjő heneres fej palástmagassága kifejezhetı: h  α  = p  opt  A o

- 43 -

Folyatás technológiája

Az optimális félkúpszöggel folyatot darab teljes hossza: L  α  = L + m  α  + h  α  1  opt   opt  p  opt 

A folyatási folyamat egyes szakaszaihoz tartozó bélyegutak meghatározása: A zömülési szakaszhoz (I. szakasz) tartozó s1 bélyegút hossza megegyezik a nem optimális félkúpszöggel folyatott darabnál meghatározott bélyegúttal, mert az elıgyártmány térfogata nem változott (Ve = Vmd). A csonkakúp feltöltéséhez tartozó bélyegút (II. szakasz):

V  α  2  opt  s  α  = 2  opt  A o

A szár folyatás szakaszához tartozó (III. szakasz) tartozó s3 bélyegút hossza megegyezik a nem optimális félkúpszöggel folyatott darabnál meghatározott bélyegúttal, mert a szár térfogata (V1) nem változott. Az optimális félkúpszögő folyatógyőrőben folyatott darab folyatásának maximális fajlagos erıszükséglete: α    4 ⋅ µ ⋅k ⋅h α   fz max  opt  µ 2 opt     p + ⋅ +  α  = k fkf ⋅ λöf ⋅  1 + max  opt  α 3 λ  d opt öf  o  ahol:

h

max

α  = h − s α   opt    o 2  opt   

Az optimális félkúpszögő folyatógyőrőben folyatott darab folyatásának befejezı pillanatához tartozó fajlagos erıszükséglet:   4 ⋅ µ ⋅ k ⋅ h  α  α fz p  opt  µ 2 opt  p  α  = k ⋅ λ ⋅  1 + + ⋅ + bef  opt  fkf öf  α 3 λ  d opt öf  o  ahol:

h  α  = h − s  α  − s p  opt  o 2  opt  3

- 44 -

Folyatás technológiája

2.13.3 Üreges test elırefolyatás Üreges test elırefolyatásával gyártott darabot és elıgyártmányát szemlélteti a 2.13.3.1 ábra.

2.13.3.1 ábra. Az ábra jelölései: ∅do – a folyatott darab fejátmérıje, V3 – a furatos fej térfogata ∅d1 - a folyatott darab szárátmérıje, V2 – a furatos csonkakúp térfogata ∅db - a folyatott darab furatának ámérıje, V1 - a furatos szár térfogata L1 – a folyatott darab szárhossza, Ve – a furatos elıgyártmány térfogata L – a folyatott darab teljes hossza, Ae – az elıgyártmány kereszmetszet-területe α - a folyatott darab félkúpszöge m – a csonkakúp magassága, Ao – a fej kereszmetszet-területe he – az elıgyártmány hossza hp – a fej palásthossza A1 – a szár keresztmetszet-területe dbe – az elıgyártmány belsı átmérıje de – az elıgyártmány átmérıje ( d = d + 0, 2 K 0, 5 ) ( d = d − 0, 2 K 0, 5 ) be

e

e

o

Az a./ ábra a folyatott darabot a névleges méreteinek feltüntetésével szemlélteti. A zárójelbe tett méretek, a nem zárójelezett méretek ismeretében számíthatók. A b./ ábrán a folyatott darab résztérfogatai (V1, V2, V3) és keresztmetszetei (Ao, A1) láthatók. Feltételezzük, hogy az ábrán látható folyatott darab valamely többlépéses képlékenyalakító mőveletsor egyik mővelete. A térfogatállandóságból következik, hogy a mőveletsorban elıállított geometriák térfogata meg kell egyezzen a készre alakított munkadarab térfogatával, tehát: V1 + V2 + V3 = Vmd A c./ ábra az elıgyártmányt és névleges méreteit mutatja be. A térfogatállandóságból következik: Ve = Vmd A 2.13.3.2 ábra a tömör test elırefolyatás folyamatának jellegzetes szakaszait szemlélteti, amelyek: I. a zömülési szakasz, II. a csonkakúp feltöltés szakasza, III. a d1 átmérıjő szár feltöltés szakasza (a folyatás állandósult szakasza). - 45 -

Folyatás technológiája

Az a./ ábrán a folyatógyőrőbe helyezett elıgyártmány látható a folyatás kezdeti pillanatában. A folyatási folyamat elsı szakaszában (I. szakasz) az elıgyártmány zömül, külsı átmérıje nı, belsı átmérıje csökken. Magassága he-rıl ho-ra csökken, külsı átmérıje de-rıl do-ra nı, belsı átmérıje dbe-rıl db-re csökken, miközben a folyatóbélyeg s1 elmozdulást végez (lásd: b./ ábra). A folyatás következı szakaszában (II. szakasz) az üreges csonkakúp alakú térfogatrész feltöltıdik, miközben a folyatóbélyeg további s2 elmozdulást végez (lásd: c./ ábra). A d1 átmérıjő L1 hosszú üreges szár feltöltése (III. szakasz), a folyatóbélyeg s3 elmozdulása során valósul meg. A d./ ábra a folyatást befejezésének pillanatában szemlélteti.

2.13.3.2 ábra. Az e./ ábrán a folyatás a folyatási folyamat állandósult (III.) szakaszában (a szár folyatás egy tetszıleges pillanatában) látható, feltüntetve a folyamat fenntartásához szükséges "p" fajlagos folyatóerıt és a folyatógyőrő falával érintkezı palást pillanatnyi "h" hosszát. Ezt megelızıen már végbement az elıgyártmány zömülése és a csonkakúp alakú térfogatrész feltöltıdése (a folyatás I. és II. szakasza). A 2.13.3.3 ábrán a fajlagos folyatóerı – bélyegút diagram elvi vázlata látható, amely alakilag hasonló a tömör test elırefolyatásánál megismert erı – út diagramhoz. A diagram elsı része (s1+s2), a fajlagos folyatóerı maximumáig (a folyatási folyamat I. és II. szakasza), a második része (s3) a folyatás befejezéséig (a folyatási folyamat III. szakasza) jellemzi a fajlagos folyatóerı lefutást a bélyegút függvényében. A térfogatállandóság felhasználásával, a folyatás I, II és III szakaszához tartozó bélyegutak egyszerően meghatározhatók. Az I. szakaszban (zömülési szakasz) az elıgyártmány átmérıje „de”-rıl „do”-ra nı, miközben magassága „he”-rıl „ho”-ra csökken. A térfogatállandóságot felírva:

A ⋅h = A ⋅h e

e

o

ahol: Ae – az elıgyártmány keresztmetszete,

o

(

2 e

2 be

A = d −d e

) ⋅ 4π

(

)

2 2 π Ao – a „ho” magasságra zömített elıgyártmány keresztmetszete. A = d − d ⋅ o o b 4

- 46 -

Folyatás technológiája

2.13.3.3 ábra. A

h =h ⋅ e =h ⋅ o e A e

ebbıl:

2 e 2 d o

2 be 2 −d b

d −d

o

 d2 − d2  be A zömülési szakaszhoz tartozó bélyegelmozdulás: s = h − h = h ⋅ 1 − e 2 2 1 e o e  d −d o b  A II. szakaszban (csonkakúp feltöltıdés szakasza) a bélyegelmozdulás: V = s ⋅A = 2

2

o

(

)

m⋅π 2 2 2 π ⋅ d + d + d ⋅d − d ⋅ ⋅m o 1 o 1 b 4 12

ahol: m =

    

d −d o

1

2 ⋅ tan ( α )

amelybıl rendezés után az üreges csonkakúp térfogata: 2  2  π  do + d1 + do ⋅ d1 2 V = m⋅ ⋅ −d  2 b 4  3    V és a feltöltéséhez szükséges bélyegút: s = 2 2 A o

A III. szakaszban (a „d1”- átmérıjő szár folyatás szakasza) a bélyegelmozdulás: s ⋅A = V 3

o

1

amelybıl: s = 3

V

1

A

ahol: V = A ⋅ L 1

o

1

1

és

(

2 1

2 b

A = d −d 1

) ⋅ 4π

A folyatási folyamat egyes szakaszaiban létrejövı összehasonlító alakváltozások, illetve a folyatott darab résztérfogatainak alakítottsága (összehasonlító alakváltozása) és alakítási szilárdsága a 2.13.3.4 ábrán látható elvi folyásgörbén szemlélhetı (feltételezzük, hogy a de átmérıjő és le hosszúságú elıgyártmány teljesen kilágyított állapotban kerül a folyatógyőrőbe).

- 47 -

Folyatás technológiája

2.13.3.4 ábra Az ábra jelölései: λöz – az I. szakaszban zömült elıgyártmány összehasonlító alakváltozása:

λ

öz

=

(

2 2 2 2 ⋅ λ +λ +λ rz tz zz 3

)

ahol a zömülés során létrejött radiális, tangenciális és axiális irányú valódi nyúlások: λ

rz

= ln

d −d o

b

d −d e

be

λ

tz

= ln

d +d o

b

λ

d +d e

be

zz

(

=− λ

rz

+λ

tz

)

kfz - az I. szakaszban zömült elıgyártmány alakítási szilárdsága, egyben a folyatott darab "do" átmérıjő fejrészének alakítási szilárdsága, λöf – a folyatás során létrejött összehasonlító alakváltozás: λ

öf

=

(

2 2 2 2 ⋅ λ +λ +λ rf tf zf 3

)

ahol a folyatás során létrejött radiális, tangenciális és axiális irányú valódi nyúlások: d −d λ = ln 1 b rf d −d

d +d λ = ln 1 b tf d +d

λ

λö1 – a folyatott szár összehasonlító alakváltozása:

λ

o

b

o

b

zf

ö1

(

=− λ +λ =λ

öz

rf

+λ

tf

)

öf

kf1 - a folyatott szár alakítási szilárdsága kfkf – a szár folyatás során (III. szakasz) a csonkakúp alakú térfogatban lévı anyag közepes alakítási szilárdsága. A tömör test elırefolyatás III. állandósult szakaszában (III. szakasz, a pmax-tól enyhén lejtı tartomány) a fajlagos folyatóerı szükséglet az alábbi (Siebel) összefüggéssel határozható meg:

- 48 -

Folyatás technológiája

p=k

fkf

⋅λ

)  µ 1 α ⋅ 1+ 2 ⋅ ) + ⋅ öf  α 2 λ öf 

 4 ⋅µ ⋅k ⋅d ⋅h fz o + 2 2  d −d  o b

ahol: kfkf – az üreges csonkakúp alakú térfogatrészben lévı anyag közepes alakítási szilárdsága, λöf – a folyatás során létrejött összehasonlító alakváltozás, µ - a Coulomb féle súrlódási tényezı a folyatógyőrő és a munkadarab érintkezı felületei között, α - a folyatógyőrő félkúpszöge radiánban, kfz – az I. szakaszban zömült elıgyártmány alakítási szilárdsága, egyben a folyatott darab "do" átmérıjő fejrészének alakítási szilárdsága, h – a do átmérıjő fejrész palásthossza (a súrlódó palásthossz) (lásd: 2.13.3.2/e ábrát). A folyatás állandósult (III.) szakaszában a fajlagos folyatóerıt leíró képlet elsı tagja állandó értékő. A második (fejsúrlódást leíró) tagban a „h” értéke (a súrlódó palásthossz) folyamatosan csökken. A II. szakasz befejezı, illetve a III. szakasz kezdeti pillanatában a fej palásthossza: h

max

=h −s o

2

(

h =h − s +s

A III. szakasz befejezésének pillanatában a fej palásthossza:

p

o

2

3

)

Tehát a folyatási folyamat III. szakaszában a súrlódó palásthosszra érvényes az alábbi reláció: h

max

≥h≥h

p

A fajlagos folyatóerı maximuma (α [rad]):

p

max

=k

fkf

⋅λ

 µ 1 α ⋅ 1+ 2 ⋅ + ⋅ öf  α 2 λ öf 

 4 ⋅µ ⋅k ⋅ d ⋅h fz o max + 2 2  d −d  o b

A fajlagos folyatóerı a folyatás befejezésének pillanatában (α [rad]):

p

bef

=k

fkf

⋅λ

 µ 1 α ⋅ 1+ 2 ⋅ + ⋅ öf  α 2 λ öf 

 4 ⋅ µ ⋅ k fz ⋅ do ⋅ hp + 2 2  d −d  o b

A folyatóerı meghatározható a fajlagos folyatóerı és a bélyeg homlokfelületének szorzataként. A folyatóerı maximális értéke: F =p ⋅A max

max

Folyatóerı a folyatás befejezésének pillanatában:

- 49 -

o

F

bef

=p

bef

⋅A

o

Folyatás technológiája

A tömör test elırefolyatás munkaszükséglete a folyatóerı – bélyegút függvény ismeretében az alábbi összefüggéssel határozható meg: s

W=

max

∫

F ( s ) ⋅ ds

0

A munkaszükséglet az erı – út diagram alatti területtel arányos. A gyakorlatban általában az F(s) függvény nem áll rendelkezésünkre, ezért a munkaszükségletet az alábbi közelítı összefüggéssel számítjuk: W = c ⋅F

max

A c ⋅F

max

⋅s

max

szorzattal tulajdonképpen a változó folyatóerıt úgy átlagoljuk, hogy az a teljes

bélyegút alatt állandó, s az így kapott téglalap területe körülbelül megegyezik az erı – út diagram alatti területtel. A „c” szorzót üreges test elırefolyatásánál c = 0,85…0,9 tartományban célszerő felvenni. A teljes bélyegút (smax): s =s +s +s összefüggéssel határozható meg. max

1

2

3

A folyamatos üzemben (nem egyes löketben) dolgozó sajtológépen a folyatás teljesítményszükséglete: P = W ⋅N ahol: W – egy folyató mővelet munkaszükséglete [Nm] N – a sajtológép másodpercenkénti löketszáma [1/s] A sajtológép kinematikai láncának hatásfokát (ηgép ≈ 0,5…0,7) figyelembe véve a sajtológépet meghajtó villamos motor szükséges teljesítménye: P

mot

=

P η

gép

2.13.4 Optimális félkúpszöggel végzett üreges test elırefolyatás. Optimális félkúpszög meghatározása Ha a folyatott darabon az α értéke szabadon megválasztható akkor a folyatást célszerő optimális félkúpszögő (αopt) szerszámban végezni, mert ekkor csökken a folyatóerı és az energia felhasználás, növekszik a szerszámélettartam. Az optimális félkúpszöggel folyatott darab csonkakúp alakú részének, valamint a fejének méretei különböznek a nem optimális félkúpszöggel folyatott darab geometriai méreteitıl, de nyilvánvaló, hogy itt is érvényesülni kell a térfogatállandóságnak, vagyis a résztérfogatok összege a kész munkadarab térfogatával azonos, tehát: V1 + V2(αopt) + V3(αopt) = Vmd = Ve Az optimális félkúpszög [(αopt)] meghatározása után, a csonkakúp magassága [m(αopt)], a csonkakúp térfogata [V2(αopt)], a fej térfogata [V3(αopt)], a fej palásthossza [hp(αopt)], valamint a folyatott darab teljes hossza [L(αopt)] meghatározható. A jelöléseket a 2.13.4.1 ábra szemlélteti. - 50 -

Folyatás technológiája

2.13.4.1 ábra

Az optimális félkúpszög meghatározásánál, a folyatás állandósult (III.) szakaszában, a fajlagos folyatóerıt az α függvényének tekintjük (α [rad]):  µ 1 α p ( α ) = k ⋅ λ ⋅ 1+ 2 ⋅ + ⋅ fkf öf  α 2 λ öf 

 4 ⋅ µ ⋅ k ⋅ d ⋅ h(α) fz o + 2 2  d −d  o b

A p(α) függvény aktualizálható az állandósult szakasz kezdeti ("a" bélyeghelyzet) vagy a befejezı ("b" bélyeghelyzet) pillanatára, mint azt a 2.13.4.2 ábra szemlélteti: Az állandósult szakasz kezdeti pillanatában ("a" bélyeghelyzet):  µ 1 α p ( α ) = k fkf ⋅ λöf ⋅  1 + 2 ⋅ + ⋅ max α 2 λ  öf 

2.13.4.2 ábra - 51 -

 4 ⋅µ ⋅k ⋅d ⋅h (α) fz o max + 2 2  d −d  o b

Folyatás technológiája

Az állandósult szakasz befejezı pillanatában ("b" bélyeghelyzet):  µ 1 α p ( α ) = k ⋅ λ ⋅ 1 + 2 ⋅ + ⋅ bef fkf öf  α 2 λ öf 

 4 ⋅ µ ⋅ k fz ⋅ do ⋅ hp ( α ) + 2 2  d −d  o b

Bármelyik bélyeghelyzetre felírt p(α) függvényt meghatározására, ugyanazt a végeredményt kapjuk.

használhatjuk

αopt

az

félkúpszög

αopt félkúpszög meghatározása az "a" bélyeghelyzetre felírt p(α) függvény felhasználásával:

V

A térfogatállandóságot kifejezı összefüggés:

az üreges csonkakúp térfogata:

md

m(α) ⋅ π

(α) = 2

V

12

(

= A ⋅h o

max

( α ) + V2 ( α )

)

⋅ d + d + d ⋅ d − m(α) ⋅ d ⋅ 2 o

2 1

o

1

2 b

π 4

2  2  π  do + d1 + d.o ⋅ d1 2 rendezés után: V (α) = m (α) ⋅ ⋅  −d  2 b 4 3   d −d 1 ahol, az üreges csonkakúp magassága: m (α) = o 2 ⋅ tan ( α )

helyettesítve a csonkakúp térfogatba, kapjuk: 3  3  1 π  do − d1 2 V (α) = ⋅  − d − d ⋅d  ⋅ 2 o 1 b tan ( α ) 8 3  

(

)

helyettesítve a térfogatállandóság összefüggésébe: 3  3  π  do − d1 1 2 V = A ⋅h α) + ⋅  − d − d ⋅d  ⋅ ( md o max o 1 b tan ( α ) 8 3  

)

(

3  3  π  do − d1 2 ⋅ − d −d ⋅d  o 1 b 8 3 V   1  h α ) = md − ⋅ ( max A A tan ( α )

(

innen:

o

Helyettesítve a pmax(α) függvényébe:

- 52 -

o

)

Folyatás technológiája

p

( α ) = k fkf ⋅ λöf max

+k

fkf

⋅λ

öf

4 ⋅µ ⋅k ⋅d V 1 1 fz o +k ⋅ ⋅α + ⋅ md − K 2 2 fkf 2 α A d −d o o b

⋅2⋅µ ⋅

3  3  π  do − d1 2 ⋅ − d −d ⋅d  o 1 b 8 3 4 ⋅µ ⋅k ⋅d   1  fz o K− ⋅ ⋅ 2 2 A tan ( α ) d −d

)

(

o

o

b

Az egyenletben szereplı állandókat új jelölésekkel jelölve: A =k

fkf

⋅λ

B=k

öf

D=

4 ⋅µ ⋅k 2 d o

⋅λ

fkf

fz

⋅d

öf

o

2 −d b

⋅2⋅µ

C=k

1 fkf 2 ⋅

V

⋅ md A o

3  3  π  do − d1 2 ⋅ − d −d ⋅d  o 1 b 8 3 4 ⋅µ ⋅k ⋅d    fz o E= ⋅ 2 2 A d −d

)

(

o

o

b

illetve: E=

4 ⋅µ ⋅k

3

3

2

2

d −d − d ⋅d + d ⋅d fz o 1 o 1 o b 1 b ⋅ ⋅ 2 2 2 2 6 d −d d −d o

⋅d

b

o

b

alakban írhatjuk. a p ( α ) függvény az - új jelöléseket felhasználva - alábbi formában írható:

p (α) = A + B ⋅

A függvény szélsıértéke α

opt

illeve p

1 1 + C⋅α +D−E⋅ α tan ( α )

= p  α  a 2.13.2 pontban ismertetettek szerint min  opt 

meghatározható. Az α

opt

ismeretében számítható a folyatott darab hiányzó méretei, amelynek térfogata

megegyezik a nem optimális félkúpszöggel folyatott darab (Vmd) térfogatával. Az optimális félkúpszöggel folyatott darab csonkakúp magassága: d −d o 1 m  α  = opt   2 ⋅ tan  α   opt   

- 53 -

Folyatás technológiája

3  3  π  do − d1 1 2   A csonkakúp térfogata: V  α  = ⋅  − d −d ⋅d ⋅ 2  opt  8 o 1 b 3     tan  αopt   

(

A fej térfogata:

V  α  = V − V − V  α  3  opt  md 1 2  opt 

ahol:

V  α  = A ⋅ h  α  3  opt  o p  opt 

)

V  α  3  opt  amelybıl do átmérıjő heneres fej palástmagassága kifejezhetı: h  α  = p  opt  A o

Az optimális félkúpszöggel folyatot darab teljes hossza: L  α  = L + m  α  + h  α  1  opt   opt  p  opt 

A folyatási folyamat egyes szakaszaihoz tartozó bélyegutak meghatározása: A zömülési szakaszhoz (I. szakasz) tartozó s1 bélyegút hossza megegyezik a nem optimális félkúpszöggel folyatott darabnál meghatározott bélyegúttal, mert az elıgyártmány térfogata nem változott (Ve = Vmd). V  α  2  opt  A csonkakúp feltöltéséhez tartozó bélyegút (II. szakasz): s  α  = 2  opt  A o

A szár folyatás szakaszához tartozó (III. szakasz) tartozó s3 bélyegút hossza megegyezik a nem optimális félkúpszöggel folyatott darabnál meghatározott bélyegúttal, mert a szár térfogata (V1) nem változott. Az optimális félkúpszögő folyatógyőrőben folyatott darab folyatásának maximális fajlagos erıszükséglete: α    4 ⋅µ ⋅k ⋅d ⋅h α  opt  fz o max µ 1 opt    α  = k ⋅ λ ⋅ 1+ 2 ⋅  p + ⋅ +   2 2 max  opt  fkf öf  α 2 λ  d −d opt öf   o 1 ahol:

h

max

α  = h − s α   opt    o 2  opt   

Az optimális félkúpszögő folyatógyőrőben folyatott darab folyatásának befejezı pillanatához tartozó fajlagos erıszükséglet:   4 ⋅ µ ⋅ k ⋅ d ⋅ h  α  α fz o p  opt  µ 1 opt   + p  α  = k ⋅ λ ⋅ 1 + 2 ⋅ + ⋅ 2 2 bef  opt  fkf öf  α 2 λ  d −d opt öf   o

- 54 -

1

Folyatás technológiája

ahol:

h  α  = h − s  α  − s p  opt  o 2  opt 

2.13.5 Üreges test hátrafolyatás A hátrafolyatással gyártandó csésze, annak elıgyártmánya, valamint az elıgyártmány zömülési szakasz után létrejövı geometriai méreteit szemlélteti a 2.13.5.1 ábra.

2.13.5.1 ábra Az elıgyártmány méreteit a térfogatállandóság felhasználásával határozzuk meg. A 2.13.5.2 ábra az üreges test hátrafolyatásának jellegzetes fázisait szemlélteti, feltüntetve a fajlagos folyatóerı meghatározásához szükséges jelöléseket.

2.13.5.2 ábra Az a./ ábra a folyatás kezdeti pillanatában szemlélteti a folyatógyőrőbe helyezett elıgyártmány és a bélyeg helyzetét. A folyatás elsı fázisában az elıgyártmány zömül és átmérıje felveszi a folyatógyőrő belsı átmérıjét (b./ ábra). A zömülési szakaszban létrejövı folyatóbélyeg elmozdulás: s1. A c./ ábra a folyatás II. szakaszában, a palást hátrafolyatás egy tetszıleges pillanatában szemlélteti a szerszámhelyzetet. Üreges test hátrafolyatásánál a teljes bélyegút, a zömülési szakaszban megtett bélyegút (s1) és a csésze fenékvastagság megvalósításához szükséges további (s2) bélyegelmozdulás összege: - 55 -

Folyatás technológiája

s

=s +s

max

1

2

A zömülési szakaszhoz tartozó bélyegelmozdulás: s = h −h 1

e

o

A térfogatállandóságból: A ⋅h = A ⋅h e

e

o

o

A h =h ⋅ e o e A o

 d2  A   s = h ⋅ 1 − e  = h ⋅ 1 − e 2 1 e  e A   d o  o 

    

A második szakaszhoz tartozó bélyegút: s = h −h 2

o

1

2.13.5.2 c./ ábra a hátrafolyatás második szakaszának adott pillanatában szemlélteti a szerszámot és a munkadarabot. A folyatóbélyeg homlokfelületén ébredı fajlagos folyatóerı a folyatás második szakaszában az alábbi Dipper-féle formulával határozható meg, amely a gyakorlat számára elfogadható pontosságú erdményt szolgáltat, ha a folyatandó csésze geometriájára teljesül a v ≤ 0,14⋅d1 reláció.  µ d   h  µ  p=k ⋅ 1 + ⋅ 1  + k ⋅ 1 + ⋅  0, 25 +   f (1)  3 h  f ( 2)  v  2    ahol: kf(1) – a folyató bélyeg alatti hengeres térfogatrész (I. zóna) alakítási szilárdsága, µ - a Coulomb-féle súrlódási tényezı a folyató bélyeg, illetve a folyató győrő munkadarabbal érintkezı felületei között, d1 – a folyató bélyeg, egyben a folyatott csésze belsı átmérıje, h – a folyató bélyeg homlokfelületének pillanatnyi távolsága a folyatógyőrő fenéktıl, kf(2) – a II-es zóna alakítási szilárdsága, d −d 1 v – a folyatott csésze falvastagsága. v= o 2 A folyató bélyeg homlokfelülete alatti térfogatrész összehasonlító alakváltozása: h λ = ln o ö (1) h alakítási szilárdsága: k

f (1)

= c ⋅λ

n ö (1)

A folyatott csészefal összehasonlító alakváltozása: - 56 -

Folyatás technológiája

λ

ö( 2)

=λ

d   ⋅ 1 + 1  ö (1)  8⋅v   

Célszerő az alábbi p(h) függvényt felrajzoltatni: n

n

 h  d   h   h   µ d  µ  p ( h ) = c ⋅  ln o  ⋅ 1 + ⋅ 1  + c ⋅ ln o ⋅  1 + 1   ⋅ 1 + ⋅  0, 25 +    h   3 h h  8 ⋅ v   v  2         amely a folyatott csésze geometriai és súrlódási viszonyaitól függıen a 2.13.5.3 ábrán látható a./, vagy b./ alakú lehet.

2.13.5.3 ábra Tehát az üreges test hátrafolyatás körülményeitıl függıen a fajlagos folyatóerı – bélyegút diagram lehet monoton növekvı (b./ ábra), vagy helyi maximummal rendelkezı (a./ ábra). Midkét változatra jellemzı, hogy ha a fenékvastagságot (h1) a csészepalást (v) falvastagságánál kisebb értékőre kívánjuk beállítani, úgy ezt rohamosan növekvı fajlagos folyatóerıvel tehetjük. A monoton növekvı fajlagos folyatóerı esetén a legnagyobb folyatónyomás a folyatás befejezı pillanatához tartozik és az alábbi összefüggéssel határozható meg: n

 h   µ d   h p = c ⋅  ln o  ⋅ 1 + ⋅ 1  + c ⋅ ln o max  h   3 h   h  1  1  1

n

d   h   µ  ⋅  1 + 1   ⋅ 1 + 1 ⋅  0, 25 +    8 ⋅ v   v  2     

A helyi maximummal rendelkezı fajlagos folyatóerı – bélyegút diagram esetén a helyi maximum lehet alatta, vagy fölötte a befejezés pillanatához tartozó fajlagos folyatóerınek. A 2.13.5.3 a./ ábrán pbef < pmax A helyi maximumhoz tartozó bélyeghelyzetet (hmax) a p(h) függvény szélsıértékének meghatározásával számíthatjuk. A függvényben szereplı törtkitevık miatt ezt zárt alakban nem, csak numerikusan tudjuk meghatározni. A hmax ismeretében meghatározható a helyi maximumhoz tartozó folyatónyomás, s eldönthetı, hogy a helyi maximumnál, vagy a folyatás befejezésének pillanatában jeletkezik – e a szerszámban a legnagyobb folyatónyomás.

- 57 -

Folyatás technológiája

Üreges test elırefolyatásánál a folyatóbélyeget axiális irányban terhelı folyatóerı:

F ( h ) = p (h ) ⋅ A

1

π 1 4 Mivel az F(h) függvény rendelkezésünkre áll, ez könnyen átírható folyatóerı – bélyegút fügvénnyé [F(s)], így a folyatás munkaszükséglete numerikus integrálással egyszerően meghatározható: A =

ahol a folyatóbélyeg homlokfelülete:

s

W=

2 d 1

⋅

2

∫ F ( s ) ⋅ ds 0

A munkaszükséglet és a sajtológép idıegységre esı löketszámának ismeretében a folyatás teljesítménye és a szükséges motorteljesítmény meghatározható a tömör test elırefolyatásánál megismertek szerint.

2.14 Gyártási módszer kiválasztása Többlépéses folyató technológia kivitelezhetı a lépésszámmal azonos számú hagyományos (hidraulikus, vagy mechanikus) sajtológépeken alkalmazott egyedi folyatószerszámokban, vagy a lépésszámnak megfelelı számú mőveleti hellyel rendelkezı folyatósajtón. A korszerőbb, termelékenyebb gyártást az utóbbi megoldás jelenti. Az egyedi sajtológépeken végzett gyártásnál az élımunka ráfordítás jelentıs nagyságú, mert a gépek kiszolgálása, a gépek közötti anyagmozgatás betanított munkaerıt igényel. Egyedi sajtológépen üzemeltethetı tömör test elırefolyató szerszámot szemléltet a 2.14.1 ábra.

2.14.1 ábra A tömör test elırefolyató szerszám tételszámozott szerkezeti elemeinek megnevezése: 1 – Vezetı oszlop, 2 – Vezetı persely, 3 – Peremes felfogó tárcsa, 4 – Nyomótárcsa, 5 – Befogócsap, 6 – Fejlap, 7 – Nyomóhenger, 8 – Homlokfuratos, mnetes győrő, 9 – Folyató bélyeg, 10 – Alaplap, 11 – Központosító győrő, 13 – Folyató győrő, 14 – Folyatott munkadarab, 12 – Leszorító győrő, 15 – Kilökı, 16 –Vezetıgyőrő, 17 – Foglalógyőrő, 18 – Közbensı győrő - 58 -

Folyatás technológiája

A 2.14.1 ábra a folyató szerszámot az alsó holtponti helyzetében (amikor a folyatott darab éppen elkészült) szemlélteti. A szerszám alsó, álló részét, a (10) alaplapot, a sajtológép asztalára szorítóvasakkal rögzítik. A szerszám (13) folyatógyőrőjének külsı palástjára túlfedéssel a (17) elıfeszítı győrőt illesztették (a folyatógyőrőt egyszeresen elıfeszítették), a (13) folyatógyőrő megfelelı szilárdságának érdekében. A (18) közbensı győrő lehetıvé teszi a megfelelı szárhossz folyatást, s a folyatott szár elgörbülését is megakadályozza. A (16) vezetıgyőrő feladata a (15) kilökı vezetése és a folyatóerı (10) alaplapra, illetve a gépasztalra történı átvezetése. Az elırefolyatásnál – a zömítéssel ellentétben – a (15) kilökı és a (14) munkadarab között, csak a szerszám nyitását követıen ébredhet erı. Az elıfeszített folyatógyőrő a (12) leszorító győrővel éa a belsı kulcsnyílású csavarokkal a (11) illesztıgyőrőhöz kerül rögzítésre. A (11) illesztıgyőrőt ugyancsak belsı kulcsnyílású csavarokkal a (10) alaplaphoz rögzítik. A mozgó felsı szerszámfél és az álló alsó szerszámfél pontos összevezetését szolgálják az (1) vezetıoszlopok és a (2) vezetıperselyek. A (10) alaplapba az (1) vezetıoszlopokat, a (6) fejlapba a (2) vezetıperselyeket szilárd illesztéssel, vagy ragasztással rögzítik (rendszerint 4 darabot). A (6) fejlaphoz kapcsolódik az (5) befogócsap, amely lehetıvé teszi a szerszám mozgó felsı részének a sajtológép nyomószánjához való csatlakoztatását. A (9) folyatóbélyegen jelentkezı axiális irányú folyatóerıt a (7) nyomóhenger és a (4) nyomótárcsa vezeti át a (7) fejlapra, amely a nyomószán alsó homloksíkjára fekszik fel. A (9) folyatóbélyeg (6) fejlaphoz kapcsolását és megfelelı pozicionálását a (13) folyatógyőrőhöz képest a (3) peremes felfogótárcsa és a (8) homlokfuratos, menetes győrő végzi. Miután a szerszám felsı része (mozgórész) a felsı holtpontba emelkedett, a (15) kilökı a (14) készre folyatott munkadarabot függıleges irányban megemeli úgy, hogy a fejrésze a folyatógyőrő felsı síkja fölé kerül. A gépet kezelı személy ekkor a fejrészt – rendszerint csipesszel – megfogva távolítja el a szerszámtérbıl a folyatott darabot. A 2.14.2 ábrán látható hátrafolyató szerszám sok tekintetben azonos kialakítású a tömör test elırefolyató szerszámával, ezért itt csak a jellegzetes eltéréseket tárgyaljuk.

2.14.2 ábra - 59 -

Folyatás technológiája

Az üreges test hátrafolyató szerszám tételszámozott szerkezeti elemei: 1 – Vezetı oszlop, 2 – Vezetı persely, 3 – Fejlap 4 – Nyomótárcsa és henger, 5 – Illesztı hüvely, 6 – Peremes felfogótárcsa 7 – Kúpos illesztıhüvely, 8 – Ütközı rúd, 9 – Folyató bélyeg, 10 – Lengı lehúzólap, 11 – Folyatott munkadarab, 12 – Folyatógyőrő, 13 – Rugóvezetı rúd, 14 – Nyomórugó, 15 – Közbensı győrő, 16 – Kilökı, 17 – Ellenbélyeg, 18 – Vezetı győrő, 19 – Alaplap, 20 – Központosító győrő, 21 – Foglaló győrő, 22 – Leszorító győrő, 23 – Lengılehúzólap persely A matricaüreget a (18) vezetıgyőrőn felfekvı (17) ellenbélyeg zárja. A készre folyatott munkadarab kilökését is az ellenbélyeg végzi, az alakítógép által mozgatott (16) kilökı segítségével. A (23) lengılehúzólap perselyeit és a (2) vezetıperselyeket az (19) alaplap és a (10) lengılehúzólap közé beépített (14) nyomórugók szorítják össze. Ezek mindaddig együtt mozognak, amíg a magasság irányban állítható (8) ütközı rúd feje a (10) lengılehúzólapon fel nem ütközik. Amint a szerszám nyitása közben a (10) lengılehúzólap eléri a (8) ütközırúd fejét, megáll és a tovább felfelé mozgó bélyegrıl a lehúzó-betét lehúzza a kész munkarabot a (9) folyatóbélyegrıl. Üreges testek hátrafolyatásánál a lengı lehúzó alkalmazásával a bélyeg szerkezeti hossza, ezzel a kihajlás veszélye csökkenthetı. Többlépéses hidegfolyatással gyártható alkatrész, több mőveletihelyes hidegfolyató sajtón végzett gyártását szemléltetjük a következı példával.

2.14.3 ábra. A 2.3.1 ábrán bemutatott peremes hüvely, négy mőveletihelyes folyatósajtón végzett gyártásakor az egyes mőveleti helyek szerszámozását szemlélteti a 2.14.3 ábra.

- 60 -

Folyatás technológiája

A huzalból levágott elıgyártmányt foszfátozzák, majd ezt követıen a folyatósajtó táras adagolójába kerül. Az adagolóból megfelelı pályán az alakítótérbe jut, ahol az elsı mőveleti helyen az elıgyártmány kalibráló zömítése történik. A (2) sajtolóbélyeget és a (3) ellenbélyeget homorú, ill. domború végzıdésőre készítik. A kalibráló zömítés erıszükséglete és a matrica terhelése nagy, ezért az (1) foglalógyőrővel elıfeszítve foglalják. A (3) ellenbélyeg a (4) alátétre támaszkodik, amely az (5) kidobócsap mőködésekor kilökıként is funkcionál. A második mőveleti helyen üreges test hátrafolyatása történik. A matrica a (6) győrővel kétszeresen foglalt. A (8) ellenbélyeg a kilökıszerkezetet teljesen tehermentesíti. A (7) folyatóbélyeg elıtt lehúzószerkezet mőködik, amely a folyatott csészét a folyatóbélyegrıl a szerszámszán hátramozgásakor letolja. A harmadik mőveleti helyen üreges test elırefolyatására kerül sor. A (9) folyatómatrica kétszeres foglalású. A (10) folyatóbélyeg a lehúzó szerepét is betölti, ha a folyatott munkadarab a (11) központi tüskére ragadna. A lelökést a három (13) nyomócsapon keresztül a (12) kényszerkidobó végzi. A negyedik mőveleti helyen a fenékrész lyukasztása és a perem készre sajtolása történik. A fejet a foglalt (14) acél matrica, a szárat az ugyancsak foglalt (15) keményfém matrica veszi körül, amelyeket a (16) győrő foglal egy egységbe. A perem készresajtolásával egyidıben megtörténik a fenék lyukasztása is. A lyukasztási hulladék a (18) ellenbélyegben lévı nyíláson és a (19) betéten esik át. A (18) ellenbélyeget elfordulás ellen a (21) illesztıszeg biztosítja. A szerszámszán hátramozgásakor a (22) peremsajtoló bélyeg tolja le az esetlegesen a (17) lyukasztótüskén maradt munkadarabot.

2.15 Alakítógép kiválasztása. 2.15.1 Többlépéses folyatás, hagyományos sajtológépeken, egyedi folyatószerszámokban A sajtológépek kiválasztási szempontjai: a./ A sajtológép névleges nyomóereje nagyobb (vagy határesetben egyenlı) legyen a folyatóerı maximumánál F ≥F névl

max

b./ A sajtológép munkavégzıképessége nagyobb (vagy határesetben egyenlı) legyen a folyatás munkaszükségleténél. W ≥W névl

c./ A sajtológép meghajtó motorjának teljesítménye nagyobb (határesetben egyenlı) legyen a folyatás – hajtási lánc hatásfokával korrigált – teljesítményszükségleténél P P ≥ mot η gép

d./ A szerszámtér méretei olyanok legyenek, hogy a tervezett folyatószerszám rögzítése és a szerszám szélsı helyzetei - a nyomószán lökethosszának és lökethelyzetének beállításával biztosítható legyen. 2.15.2 Többlépéses folyatás hidegfolyató sajtón Valamennyi mőveleti hely technológiai paramétereit (maximális folyatóerı, munkaszükséglet, teljesítményszükséglet stb.) kükön – külön meg kell határozni a folyatósajtó kiválasztása elıtt. Tekintve, hogy valamennyi mőveleti helyen egyidejőleg történik alakítás, ezért a folyatósajtó kiválasztása a mőveleti helyek összegzett értékeire történik, tehát: - 61 -

Folyatás technológiája

A névleges nyomóerı:

F

névl

(

)

≥∑ F

max i

A munkavégzıképesség: W

névl

≥ ∑W

i

a meghajtómotor teljesítményszükséglete: P

mot

≥∑

P η

i

gép

- 62 -

BUDAPESTI MŐSZAKI FİISKOLA BÁNKI DONÁT GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR Anyag- és Alakítástechnológia Tanszék

Elıfeszített folyatógyőrők méretezése. Oktatási segédlet.

Összeállította: dr. Horváth László fıiskolai docens

2004.

Tartalomjegyzék.

1.

A folyatógyőrő méretezés összefüggései.............................................................................. 3

2.

Acél folyatógyőrő méretezésénél használt jelölések ............................................................ 8

3.

Keményfém folyatógyőrő méretezésénél használt jelölések ................................................ 9

4.

Képletgyőjtemény................................................................................................................. 10 4.1 Foglalás nélküli acélszerszám, optimális méretezés ...................................................... 10 4.2 Foglalás nélküli acélszerszám, nem optimális méretezés ............................................. 11 4.3 Egyszeresen foglalt acél folyatógyőrő, optimális méretezés ......................................... 12 4.4 Egyszeresen foglalt acél folyatógyőrő, nem optimális méretezés ................................. 14 4.5 Kétszeresen foglalt acél folyatógyőrő, optimális méretezés.......................................... 15 4.6 Kétszeresen foglalt acél folyatógyőrő, nem optimális méretezés.................................. 17 4.7 Keményfém folyatógyőrő, egyszeres foglalás, optimális méretezés ............................. 19 4.8 Keményfém folyatógyőrő, egyszeres foglalás, nem optimális méretezés ..................... 21 4.9 Keményfém folyatógyőrő, kétszeres foglalás, optimális méretezés.............................. 22 4.10 Keményfém folyatógyőrő, kétszeres foglalás, nem optimális méretezés ..................... 24

5.

Szerszámanyagok ................................................................................................................. 26

-2-

1. Folyatógyőrő méretezés összefüggései A segédlet összefoglalja a méretezéshez használt képleteket, acél és keményfém folyatógyőrőre, kétszeres foglalással bezárólag. A szerszám szilárdsági méretezése elıtt a gyártandó munkadarabszám és gazdaságossági vizsgálat alapján el kell dönteni, hogy acél, vagy keményfém folyatógyőrővel célszerő gyártani a szerszámot. A döntésnél figyelembe kell venni: • a keményfémbetétes szerszámban mindig kisebb folyatónyomás engedhetı meg, mint ugyanolyan mérető acél folyatógyőrőben, • a keményfémbetétbıl készült folyatógyőrőben, két felújítás között 10x...30x több munkadarab készíthetı mint acél folyatógyőrőben, • a keményfém folyatógyőrő falában húzófeszültség kialakulása sem terhelt, sem terheletlen állapotban nem engedhetı meg, ezért foglalás nélküli kialakításra nincs lehetıség. A foglalást úgy kell megtervezni, hogy terhelt és terheletlen állapotban a falában csak nyomófeszültségek ébredhetnek. Az 1.1 táblázat tájékoztató adatokat közöl a szerszám két felújítása között folyatható darabszámról. 1.1. táblázat. nkrit x 103 A folyatás módja és a folyatott anyagminıség Alumínium tubus folyatás Acél munkadarab elıre folyatás

Szerszám anyaga

szerszámacél, keményfém szerszámacél, gyorsacél, keményfém

A munkadarab bonyolultsága egyszerő 30...35 300...350 12...15 25...35 250...35ö

közepes 25...30 250...300 8...12 15...25 150...250

bonyolult ----------6...8 10...15 100...150

A szerszámanyagok gazdaságos szilárdsági kihasználása érdekében az elıfeszítı győrők számát a folyatónyomás függvényében a 1.2 táblázat szerint célszerő megválasztani. Ha a technológiai számítások során meghatározott folyatónyomás nagyobb mint a kétszeres foglalású szerszámban megengedett felsı határ, akkor a folyató technológiát kell módosítani (pl. többlépéses folyatás, közbensı lágyítással). A méretezés következı lépése attól függ, hogy a szilárdsági méretezés három kulcsadata közül melyik rögzített érték és melyik módosítható. A kulcsadatok: • a foglalt folyatógyőrő méretviszonyai (az aij sugárviszonyokkal jellemezhetı), • a folyatónyomás (p1), • a folyató és foglalógyőrők megengedett szilárdsága (ki).

-3-

1.2. táblázat. Szerszámkialakítás

Folyatónyomás határértéke [N/mm2]

Foglalás nélküli acélszerszám

p1 ≤ 1000

Egyszeresen foglalt acél folyatógyőrő

p1 ≤ 1600

Kétszeresen foglalt acél folyatógyőrő

p1 ≤ 2200

Egyszeresen foglalt keményfém folyatógyőrő

p1 ≤ 1500

Kétszeresen foglalt keményfém folyatógyőrő

p1 ≤ 2000

A gyakorlatban az alábbi két eset lehetséges: 1./ Ha a foglalt folyatógyőrő külsı átmérıje és a foglalógyőrők átmérıi nem kötöttek, akkor a méretezés során a sugárviszonyokat (a21opt, a32opt, stb.) kell meghatározni. A három kulcsadat közül ekkor a kiinduló adatok: • p1 folyatónyomás és a • szerszámanyagok megengedett szilárdsága (ki). Ezt a módszert optimális méretezésnek nevezzük, mert az így meghatározott szerszámméretek a szerszámanyag maximális szilárdsági kihasználását biztosítja. A lehetıségek szerint törekedni kell az optimális méretezés alkalmazására, mert a nem optimális osztású szerszám folyatógyőrőjében mindig kisebb folyatónyomás engedhetı meg mint az optimális osztásúéban. 2./ Az optimális szerszámosztás nem biztosítható minden esetben. Például egy meglévı szerszámház, amelybe foglalt vagy foglalatlan folyatógyőrő beépítésre kerül, az eredı sugárviszonyt már elıre meghatározza. A gyakorlatban gyakran elıfordul az is, hogy a folyatógyőrők átmérıi valamilyen szabványos számsor szerint elıre elkészülnek. Ekkor a kiinduló adatok: • a sugárviszonyok (a21, a32, stb.), amelyek kielégítik a minimális falvastagságra vonatkozó feltételt, • a folyatónyomás (p1), • a folyató és foglalógyőrők megengedett szilárdsága (k1, k2, k3). A méretezés során ellenırizni kell, hogy a folyatógyőrőben megengedhetı (p1meg) folyatónyomásra és a ténylegesen fellépı folyatónyomásra teljesüljön a következı feltétel: p1meg ≥ p1 A méretezésnek ezt a változatát nem optimális méretezésnek nevezzük.

-4-

Bármelyik változattal történik a szerszámmértezés a számítások során meg kell határozni: • az illesztı átmérıkön szükséges elıfeszítı nyomásokat (pe1, pe2), • ezek megvalósításához szükséges túlfedéseket (δ2, δ3). A méretezés során ellenırizni kell a gyárthatósági feltételek kielégítését és el kell végezni a folyatónyomással nem terhelt szerszám szilárdsági ellenırzését. A gyárthatósági feltételek kielégítése azt jelenti, hogy bizonyos falvastagság alatt (smin) folyató- és foglalógyőrőt -gyártástechnológiai okokból- nem célszerő tervezni. A minimális falvastagság függ a szerszámgyártás technológiai lehetıségeitıl (pl. a forgácsolás és hıkezelés gépi berendezéseinek tipusától, állapotától). A terheletlen állapot szilárdsági ellenırzése során meg kell vizsgálni az elıfeszítı nyomások hatására az illeszkedı átmérıkön létrejövı redukált feszültség és a szerszámelem megengedett szilárdságának viszonyát (σred ≤ ki), továbbá el kell végezni a folyatógyőrő stabilitásvizsgálatát (az elıfeszítı nyomás nem okozhatja a folyatónyomással nem terhelt folyatógyőrő horpadásos károsodását). Az 1/a ábra az acél folyatógyőrő, az 1/b ábra a keményfém folyatógyőrő tervezési lépéseit szemlélteti

-5-

START

Acél folyatógyûrû

Yes

Kritikus darabszám n
Keményfém folyatógyûrû

No

?

A p<1000 N/mm2

No

?

Yes

Elõfeszítés nélküli folyatógyûrû

Nem optimális méretezés

Kiinduló adatok

Optimális méretezés

p<1600 N/mm2 ?

No

Yes

Egyszeresen elõfeszített folyatógyûrû

Nem optimális méretezés

Optimális méretezés

Kiinduló adatok ?

p<2200 N/mm2 ?

No

Technológia módosítás

Yes

Kétszeresen elõfeszített folyatógyûrû

Nem optimális méretezés

Kiinduló adatok ?

1/a. ábra. -6-

Optimális méretezés

A

Keményfém folyatógyûrû

p<1500 N/mm2 ?

No

Yes

Egyszeresen elõfeszített keményfém folyatógyûrû

Nem optimális méretezés

Kiinduló adatok

p<2000 N/mm2 ?

Optimális méretezés

No

Yes

Kétszeresen elõfeszített keményfém folyatógyûrû

Nem optimális méretezés

Kiinduló adatok ?

Technológia módosítás

1/b. ábra.

-7-

Optimális méretezés

2. Acél folyatógyőrő méretezésénél használt jelölések p1= pb r1 k1 k2 k3 E ν a21opt a32opt a43opt a31opt a41opt a21 a32 a43 a31 a41 r2opt r3opt r4opt r2 r3 r4 p1meg pe2opt pe3opt pe2 pe3 δ2 δ3

a folyatógyőrő üregében fellépı folyatónyomás [N/mm2], a folyatógyőrő üregének sugara [mm], folyatógyőrő anyagának megengedett szilárdsága [N/mm2], elsı foglalógyőrő anyagának megengedett szilárdsága [N/mm2], második foglalógyőrő anyagának megengedett szilárdsága [N/mm2], acél rugalmassági modulusa [N/mm2] acél Poisson-tényezıje optimálisan méretezett foglalt folyatógyőrő sugárviszonya (a21opt = r2opt/r1), optimálisan méretezett elsı foglalógyőrő sugárviszonya (a32opt = r3opt/r2opt), optimálisan méretezett második foglalógyőrő sugárviszonya (a43opt = r4opt/r3opt), optimálisan méretezett egyszeresen foglalt szerszám eredı sugárviszonya, optimálisan méretezett kétszeresen foglalt szerszám eredı sugárviszonya, nem optimálisan méretezett foglalt folyatógyőrő sugárviszonya, nem optimálisan méretezett elsı foglalógyőrő sugárviszonya, nem optimálisan méretezett második foglalógyőrő sugárviszonya, nem optimálisan méretezett egyszeresen foglalt szerszám eredı sugárviszonya, nem optimálisan méretezett kétszeresen foglalt szerszám eredı sugárviszonya, optimálisan méretezett folyatógyőrő külsı sugara [mm], optimálisan méretezett elsı foglalógyőrő külsı sugara [mm], optimálisan méretezett második foglalógyőrő külsı sugara [mm], nem optimálisan méretezett folyatógyőrő külsı sugara [mm], nem optimálisan méretezett elsı foglalógyőrő külsı sugara [mm], nem optimálisan méretezett második foglalógyőrő külsı sugara [mm], nem optimálisan méretezett folyatógyőrő üregében megengedhetı nyomás [N/mm2], optimálisan méretezett szerszám r2 sugarú felületén az elıfeszít[ nyomás [N/mm2], optimálisan méretezett szerszám r3 sugarú felületén az elıfeszítı nyomás [N/mm2], nem optimálisan méretezett szerszám r2 sugarú felületén az elıfeszítı nyomás N/mm2], nem optimálisan méretezett szerszám r3 sugarú felületén az elıfeszítı nyomás N/mm2], oldalankénti túlfedés az r2 sugarú illeszkedı felületen [mm], oldalankénti túlfedés az r3 sugarú illeszkedı felületen [mm].

-8-

3. Keményfém folyatógyőrő méretezésénél használt jelölések: p1 = pb r1 k1 k2 k3 E1 E2 E3 ν1 ν2 = ν3 a21opt a32opt a43opt a31opt a41opt a21 a32 a43 a31 a41 r2opt r3opt r4opt r2 r3 r4 p1meg pe2opt pe3opt pe2 pe3 δ2 δ3

a folyatógyőrő üregében fellépı folyatónyomás [N/mm2], a folyatógyőrő üregének sugara [mm], folyatógyőrő (keményfém) anyagának megengedett szilárdsága [N/mm2], elsı foglalógyőrő (acél) anyagának megengedett szilárdsága [N/mm2], második foglalógyőrő (acél) anyagának megengedett szilárdsága [N/mm2], keményfém folyatógyőrő rugalmassági modulusa [N/mm2], elsı acél foglalógyőrő rugalmassági modulusa [N/mm2], második acél foglalógyőrő rugalmassági modulusa [N/mm2], a keményfém Poisson-tényezıje, az acél Poisson-tényezıje, optimálisan méretezett foglalt folyatógyőrő sugárviszonya (a21opt = r2opt/r1), optimálisan méretezett elsı foglalógyőrő sugárviszonya (a32opt = r3opt/r2opt), optimálisan méretezett második foglalógyőrő sugárviszonya (a43opt = r4opt/r3opt), optimálisan méretezett egyszeresen foglalt szerszám eredı sugárviszonya, optimálisan méretezett kétszeresen foglalt szerszám eredı sugárviszonya, nem optimálisan méretezett foglalt folyatógyőrő sugárviszonya, nem optimálisan méretezett elsı foglalógyőrő sugárviszonya, nem optimálisan méretezett második foglalógyőrő sugárviszonya, nem optimálisan méretezett egyszeresen foglalt szerszám eredı sugárviszonya, nem optimálisan méretezett kétszeresen foglalt szerszám eredı sugárviszonya, optimálisan méretezett folyatógyőrő külsı sugara [mm], optimálisan méretezett elsı foglalógyőrő külsı sugara [mm], optimálisan méretezett második foglalógyőrő külsı sugara [mm], nem optimálisan méretezett folyatógyőrő külsı sugara [mm], nem optimálisan méretezett elsı foglalógyőrő külsı sugara [mm], nem optimálisan méretezett második foglalógyőrő külsı sugara [mm], nem optimálisan méretezett folyatógyőrő üregében megengedhetı nyomás [N/mm2], optimálisan méretezett szerszám r2 sugarú felületén az elıfeszítı nyomás [N/mm2], optimálisan méretezett szerszám r3 sugarú felületén az elıfeszítı nyomás [N/mm2], nem optimálisan méretezett szerszám r2 sugarú felületén az elıfeszítı nyomás N/mm2], nem optimálisan méretezett szerszám r3 sugarú felületén az elıfeszítı nyomás N/mm2], oldalankénti túlfedés az r2 sugarú illeszkedı felületen [mm], oldalankénti túlfedés az r3 sugarú illeszkedı felületen [mm].

-9-

4. Képletgyőjtemény 4.1. Foglalás nélküli acélszerszám, optimális méretezés a./ Kiinduló adatok: p1 = pb = ? k1 = ? r1 = ? b./ Feltételvizsgálat:

2⋅p

1

≤ k

1

igen ⇒ c./ nem ⇒ a./ új szerszámanyag választás (1/a), vagy egyszeres foglalás (3.illetve 4.) c./ Optimális sugárviszony:

a

21opt

d./ Folyatógyőrő külsı sugara: r

2opt

e./ Falvastagság ellenırzés: r

2opt

k

=

1

k − 2⋅p 1

= r ⋅a 1

1

21opt

− r ≥ s 1

min

igen ⇒ f./ nem ⇒ a./ új szerszámanyag választás (1/a), vagy egyszeres foglalás (3. vagy 4.) f./ Szerszámgyártáshoz szükséges adatok: r1 = r2opt = k1 = g./ STOP.

- 10 -

4.2 Foglalás nélküli acélszerszám, nem optimális méretezés a./ Kiinduló adatok: a21 = ? k1 = ? p1 = ? b./ Megengedett belsı nyomás:

= k ⋅

p

1meg

1

c./ Feltételvizsgálat: p

1meg

a

2 21

− 1

2⋅a

2 21

≥ p

1

igen ⇒ d./ nem ⇒ a./ új szerszámanyag választás (2/a), vagy egyszeres foglalás (3. illetve 4.)

d./ Szerszámgyártáshoz szükséges adatok: r1 = r2 = k1 = e./ STOP.

- 11 -

4.3 Egyszeresen foglalt acél folyatógyőrő, optimális méretezés a./ Kiinduló adatok: p1 = ? k1 = ? k2 = ? E=? b./ Feltételvizsgálat:

2⋅p

< k + k

1

1

2

igen ⇒ c./ nem ⇒ a./ új szerszámanyag választás (3/a), vagy kétszeres foglalás (5. illetve 6.) c./ Optimális sugárviszonyok: a

31opt

a

=

k ⋅k 1

(

2

)

1 ⋅ k + k −p 2 1 2 1

k = 4 1 ⋅ 21opt k

a

2

a

32opt

d./ Optimális sugarak: r

= a

r

= a

2opt 3 opt

e./ Falvastagság ellenırzés: r

2opt

r

3 opt

a

=

a

31opt 21opt

21opt 31opt

− r ≥ s 1

− r

2opt

31opt

⋅r

1

⋅r

1

min

≥ s

min

igen ⇒ f./ nem ⇒ a./ új szerszámanyag választás (3/a), vagy nem optimális méretezés (4.). f./ Elıfeszítı nyomás:

p

e2opt

= p − 1

k

1

2

- 12 -

+

k ⋅k 1

2⋅a

2

31opt

g./ Túlfedés:

 2 2opt  δ = ⋅ − p ⋅ +p 2 e2opt E  1 a2 −1 21opt  r

h./ Szerszámgyártáshoz szükséges adatok: r1 = r2opt = r3opt = δ2 = k1 = k2 = i./ STOP.

- 13 -

2  a2 +1 a + 1    32opt  21opt ⋅ +  2 2 −1 a − 1 a 21opt  32opt 

4.4 Egyszeresen foglalt acél folyatógyőrő, nem optimális méretezés a./ Kiinduló adatok: a21 = ? a32 = ? p1 = ? k1 = ? k2 = ? E=? b./ Megengedett belsı nyomás:   k k 1   p = ⋅ k + k −  1 + 2 2 2 1meg 2 1 2 a a  32  21

)

(

c./ Feltételvizsgálat: p

1

     

≤ p

1meg

igen ⇒ d./ nem ⇒ a./ új szerszámanyag választás (4/a), vagy kétszeres foglalás (5. illetve 6.) d./ Elıfeszítı nyomás:

p

e2

= k

2

⋅

a

2 32

−1

2⋅a

2 32

e./ Túlfedés:   a 2 + 1 a2 + 1   2    δ = ⋅ − p ⋅ + p ⋅  32 + 21  2 2 2 2 1meg e2 E a −1  a − 1 a − 1  21 21  32  r

2

f./ Szerszámgyártáshoz szükséges adatok: r1 = r2 = r3 = δ2 = k1 = k2 = g./ STOP.

- 14 -

4.5 Kétszeresen foglalt acél folyatógyőrő, optimális méretezés a./ Kiinduló adatok: p1 = ? k1 = ? k2 = ? k3 = ? E=? b./ Feltételvizsgálat:

2⋅p

< k + k

1

1

+ k

2

3

igen ⇒ c./ nem ⇒ a./ új szerszámanyag választás (5/a), vagy nem optimális méretezés (6.), illetve a folyató technológia módosítás. c./ Sugárviszonyok: a

41opt

a

a

a

k ⋅k ⋅k 1

=

2

3

)

(

2 1   3 ⋅ k1 + k 2 + k 3 − 3 ⋅ p1 

21opt

32opt

43 opt

a

= 3a

41opt

= 3a

= 3a

31opt

41opt

41opt

= a

d./ Optimális sugarak:

= a

r

= a

r

= a

3 opt 4 opt

⋅

⋅

21opt

r

2opt

⋅

k 3k

k 3k

⋅a

21opt 31opt 41opt

- 15 -

2

2

32opt

⋅r

1

⋅r

1

⋅r

1

⋅k

3

⋅k

3

3

⋅k

1

2

2

⋅k

1

k 3k

1

⋅k

1

3

⋅k

3

e./ Falvastagság ellenırzés: r

2opt

− r ≥ s

r

− r

r

− r

3 opt

1

2opt

4 opt

min

≥ s

≥ s

3 opt

min min

igen ⇒ f./ nem ⇒ a./ új szerszámanyag választás (5/a), vagy nem optimális méretezés (6.), illetve a folyató technológia módosítás. f./ Elıfeszítı nyomások: p

e2opt

=

k ⋅k ⋅k 1 ⋅ k +k − 3 1 2 3 2 2 3 2 a

(

)

41opt

 k ⋅k ⋅k 1  p = ⋅k − 3 1 2 3 2 e3opt 2  3 a 41opt 

    

g./ Túlfedések: 2   a2 +1 a + 1   32opt  2 2opt 21opt δ = ⋅ − p ⋅ +p ⋅ + −K 2 2 2 2 1 e2opt E  a −1 −1 a − 1 a 21opt 21opt  32opt   2  2⋅a 32opt  K−p ⋅  2 e3opt a − 1 32opt 

r

2   a2 +1 a + 1     43opt  2 32opt δ = ⋅ − p ⋅ +p ⋅ +  2 2 3 e3opt E  e2opt a2 −1 −1 a − 1  a 32opt 32opt  43opt  

r

3opt

h./ Szerszámgyártáshoz szükséges adatok: r1 = r2opt = r3opt = r4opt = δ2 = δ3 = k1 = k2 = k3 = i./ STOP - 16 -

4.6 Kétszeresen foglalt acél folyatógyőrő, nem optimális méretezés a./ Kiinduló adatok: a21 = ? a32 = ? a43 = ? p1 = ? k1 = ? k2 = ? k3 = ? E=? b./ Megengedett belsı nyomás:   k 1   p = ⋅ k + k + k −  1 + 2 1meg 2 1 2 3 a   21

)

(

c./ Feltételvizsgálat:

k

2 2 a 32

+

k

3 2 a 43

     

≥ p

p

1meg

1

igen ⇒ d./ nem ⇒ a./ új szerszámanyag választás (6/a), vagy folyató technológia módosítás.

d./ Elıfeszítı nyomások:   k k   1   2  + 3  p = ⋅ k +k −  2 2 e2 2 3 2 a a   43    32

)

(

p

e3

= k

3

⋅

a

2 43

−1

2⋅a

2 43

e./ Túlfedések:   a2 + 1 2   δ = ⋅ − p ⋅ + p ⋅  32 + 2 2 2 1 e2 E a − 1  a − 1  21  32 r

2

2 + 1  21  − pe3 2 a − 1 21 

a

  ⋅  2 a − 1 32 

  a2 + 1 a 2 + 1   2    δ = 3 ⋅ − p ⋅ + p ⋅  43 + 32  2 2 2 3 e2 e3 E a −1  a − 1 a − 1  32 32  43  r

- 17 -

2 32

2⋅a

f./ Szerszámgyártáshoz szükséges adatok: r1 = r2 = r3 = r4 = δ2 = δ3 = k1 = k2 = k3 = g./ STOP

- 18 -

4.7 Keményfém folyatógyőrő, egyszeres foglalás, optimális méretezés a./ Kiinduló adatok: p1 = pb =? k1 = ? k2 = ? E1 = ? E2 = ? ν1 = ? ν2 = ? b./ Feltételvizsgálat: p

<1

1

k

2

igen ⇒ c./ nem ⇒ a./ új szerszámanyag választás (7/a), vagy kétszeres foglalás (9. vagy 10.). c./ Sugárviszonyok:

p

2⋅ a

a

a

31opt

21opt

32opt

= 1−

2

p

1

k

2

=

a

2 + 1− 1 31opt

=

a

2 + 1+ 1 31opt

d./ Optimális sugarak: r

= a

r

= a

2opt

3 opt

e./ Falvastagság ellenırzés: r

2opt

r

1

k

3 opt

21opt 31opt

− r ≥ s

− r

1

2opt

⋅r

1

⋅r

1

min

≥ s

min

igen ⇒ f./ nem ⇒ a./ új szerszámanyag választás (7/a), vagy nem optimális méretezés (8.).

- 19 -

f./ Elıfeszítı nyomás: p

p ⋅k p 1 2 = 1+ e2opt 2 2⋅a

31opt

g./ Túlfedés:

   1  p1 2 δ =r ⋅ − ⋅ +p ⋅ 2 2 2opt e2opt E  E1 a −1  2 21opt  

 a2  +1  32opt  ⋅ + ν +K 2 2 −1 a  32opt  

 a2  +1  21opt  ⋅ −ν  2 1  1  a21opt − 1  

1 K+ E

h./ Szerszámgyártáshoz szükséges adatok: r1 = r2opt = r3opt = δ2 = k1 = k2 =

i./ STOP

- 20 -

4.8 Keményfém folyatógyőrő, egyszeres foglalás, nem optimális méretezés a./ Kiinduló adatok: p1 = pb = ? a21 = ? a32 = ? k1 = ? k2 = ? E1 = ? E2 = ? ν1 = ? ν2 = ? b./ Megengedett belsı nyomás:  k  2  2   k 2 − 2  ⋅ a21  a  32   p = 2 1meg a +1 21

c./ Feltételvizsgálat:

≥ p

p

1meg

1

igen ⇒ d./ nem ⇒ a./ új szerszámanyag választás (8/a), vagy kétszeres foglalás (9.) d./ Elıfeszítı nyomás:

p

e2

= k

2

⋅

a

2 32

− 1

2⋅a

2 32

e./ Túlfedések:

 a2 + 1   32  ⋅ + ν  +K 2 2 a −1   32   2   1  a21 + 1   K+ ⋅ − ν   E  a2 − 1 1   1  21    f./ Szerszámgyártáshoz szükséges adatok: r1 = r2 = r3 = δ2 = k1 = k2 =  p  1 2  1meg δ = r ⋅ − ⋅ + p ⋅ 2 2 2 e2  E E a −1  2 1  21

g./ STOP

- 21 -

4.9 Keményfém folyatógyőrő, kétszeres foglalás, optimális méretezés a./ Kiinduló adatok: p1 = pb =? k1 = ? k2 = ? k3 = ? E1 = ? E2 = ? E3 = ? ν1 = ? ν2 = ? ν3 = ? b./ Feltételvizsgálat:

< k

p

1

2

+ k

3

igen ⇒ c./ nem ⇒ a./ új szerszámanyag választás (9/a), vagy a folyató technológia módosítás. c./ Sugárviszonyok: 3

  3   a = p ⋅k ⋅k ⋅ 41opt 1 2 3 k + k − p  3 1  2

a

a

a

= 3

21opt

k a

= 3

32opt

41opt 2

⋅p

1

⋅k

41opt

⋅k

p ⋅k 1

a

a

= 3

43 opt

41opt

p ⋅k

31opt

= a

d./ Optimális sugarak:

21opt

r

= a

r

= a

r

= a

2opt 3 opt 4 opt

⋅a

21opt 31opt 41opt

- 22 -

2

3

⋅k

1

a

3

3

2

32opt

⋅r

1

⋅r

1

⋅r

1

e./ Falvastagság ellenırzés: r

2opt

− r ≥ s

r

− r

r

− r

3 opt 4 opt

1

2opt 3 opt

min

≥ s

≥ s

min min

igen ⇒ f./ nem ⇒ a./ új szerszámanyag választás (9/a), vagy a folyató technológia módosítás. f./ Elıfeszítı nyomások:

 p ⋅k ⋅k 1  p = ⋅ p + 3 1 2 3 2 e2opt 2  1 a 41opt 

    

 p ⋅k ⋅k 1  p = ⋅ p − k + 2 ⋅ 3 1 2 3 2 e3opt 2 2  1 a 41opt 

    

g./ Túlfedések:  a2  +1  32opt  ⋅ + ν +K 2 2 −1 a   32opt  2   a2  p +1 2 ⋅ a  1  21opt e3opt 32opt   K+ ⋅ − ν  − ⋅  2 2 1 E a E  − 1 a − 1   1 2 32opt  21opt  

 p 2 δ =r ⋅ − 1 ⋅ +p 2 2 2opt e2opt E  1 a −1 21opt

 1 ⋅ E  2

 a2  +1  43opt  ⋅ + ν +K 2 3 −1 a  43opt    a2   +1    1  32opt K+ ⋅ − ν   2 E  a2 −1   2  32opt    h./ Szerszámgyártáshoz szükséges adatok: r1 = r2opt = r3opt = r4opt = δ2 = δ3 = k1 = k2 = k3 = i./ STOP  p 2  e2opt δ =r ⋅ − ⋅ +p 2 3 3opt e3opt E a −1 2  32opt

- 23 -

 1 ⋅ E  3

4.10 Keményfém folyatógyőrő, kétszeres foglalás, nem optimális méretezés a./ Kiinduló adatok: p1 = pb = ? a21 = ? a32 = ? a43 = ? k1 = ? k2 = ? k32 = ? E1 = ? E2 = ? E3 = ? ν1 = ? ν2 = ? ν3 = ? b./ Megengedett belsı nyomás:   k   2  k2 + k3 −  2 + a   32 p = 2 1meg a +1

)

(

k

3 2 a 43

  2   ⋅ a21   

21

c./ Feltételvizsgálat: p

1

≤ p

1meg

igen ⇒ d./ nem ⇒ a./ új szerszámanyag választás (10/a), vagy a folyató technológia módosítás. d./ Elôfeszítı nyomások:   k k   1   2  p = ⋅ k + k −  + 3  2 2 e2 2 3 2 a a   43    32

)

(

p

e3

= k

3

⋅

a

2 43

− 1

2⋅a

2 43

e./ Túlfedések:

 a2 + 1   32  ⋅ + ν +K 2 2 a −1   32  2   2  p 2⋅a  1  a21 + 1  32 K+ ⋅ −ν − e3 ⋅  E  a2 − 1 1   E a2 − 1 1  21 2   32 

 p  1 2 δ = r ⋅ − 1 ⋅ + p ⋅ 2 2 2 e2  E  E1 a − 1  2 21

- 24 -

 a2 + 1   43  ⋅ + ν +K 2 3 a −1   43    +1   − ν   2 −1     

 1  p 2 δ = r ⋅ − e2 ⋅ + p ⋅ 3 3 E a2 − 1 e3  E  2  3 32  a2  ⋅  32 2 2  a32

1 K+ E

f./ Szerszámgyártáshoz szükséges adatok: r1 = r2 = r3 = r4 = δ2 = δ3 = k1 = k2 = k3 = g./ STOP

- 25 -

5. Szerszámanyagok Az 5.1 táblázat a folyatógyőrőhöz és folyatóbélyeghez javasolt anyagminıségeket foglalja össze, megadva a mértezésükhöz szükséges megengedett szilárdság értéket, melynek meghatározása az alábbiak szerint történt. A szerszámacélok szakítószilárdságát (Rm) a szabványok nem tartalmazzák. A technológiai elıírásokban a szerszámanyag szilárdsági jellemzıi közül csak a keménységérték szerepel, melyet edzéssel és az azt követı megeresztéssel állítanak be. A szerszámot erıvel terhelt szerkezetnek tekintve, a méretezéshez nincs más adat mint a keménység. Az MI15191 összehasonlító táblázatának felhasználásával megkereshetı a keménységhez tartozó közelítı szakítószilárdság. Az edzett szerszámacélok folyáshatára a szakítószilárdságnak legalább 90%-a. Mivel pontosabb szám nem áll rendelkezésre, a szerszám méretezéséhez szükséges (Rp0,2) folyáshatárát úgy határozzák meg, hogy a keménységértékbıl átszámított szakítószilárdság 90%-át tekintik folyáshatárnak. A (k) megengedett szilárdságot az (n) biztonsági tényezıvel a folyáshatárból számítják. A biztonsági tényezıt a szerszám igénybevételi módjától és a gyártás körülményeitıl függıen választják meg. Az elıforduló bizonytalanságokat az alábbi módosító tényezıkkel veszik figyelembe: • a folyás bekövetkezésének bizonytalanságát az n1, • a lehetséges túlterhelést az n2, • a feszültségállapot meghatározásának bizonytalanságát az n3, • a dinamikus hatásokat az n4, • a szerszám melegedését az n5, • a szerszám anyaghibáit az n6 tényezıvel. Az eredı biztonsági tényezıt az: n = n ⋅n 1

2

⋅n

3

⋅n

4

⋅n

5

⋅n

6

a szerszám anyagának megengedett szilárdságát a folyáshatárból a: k =

R

p0 ,2

n

összefüggéssel határozzák meg. Az 5.2 táblázat az acél és keményfém rugalmassági moduluszát, valamint a méretezéshez szükséges Poisson-tényezı értékeket tartalmazza. A 5.3 táblázat a foglalógyőrőkhöz, az 5.4 táblázat a folyatószerszámok egyéb szerkezeti elemeihez javasolt anyagminıségeket foglalja össze.

- 26 -

Folyatógyőrőhöz és folyatóbélyeghez felhasználható anyagminıségek: 5.1. táblázat Keménység Szerszámelem

Anyagminôség

MSZ [HRC]

Folyatógyőrő

Folyatóbélyeg

W5 W6 K8 K9 R6 R8 R9 R11 DG40 DG50 S101 S102 W5 W6 R6 R8 R9 R11 Maraging nitridálva DG40

4352 4352 4352 4352 4351 4351 4351 4351 3426 3426 4354 4354 4352 4352 4351 4351 4351 4351

56 - 60 56 - 60 60 - 64 60 - 64 63 - 65 63 - 65 63 - 65 63 - 65

56 - 60 56 - 60 56 - 60 56 - 60 63 - 65 63 - 65 63 - 65 63 - 65

Nyomó folyáshatár Rp0,2 [N/mm2]

Megengedett feszültség k [N/mm2]

2300 2300 2500 2600 3150

1530 1530 1670 1730 2100

3600 3300 3850 3500 2100 2150 2200 2300 3150 3200 3600 3300

2400 2200 2570 2330 1400 1430 1470 1530 2100 2130 2400 2200

2100 3850

1400 2570

acél 51 - 55 3426

Acél és keményfém rugalmassági modulusa, POISSON-tényezıje: 5.2. táblázat.

Acélok Keményfémek DG40 DG50

Rugalmassági modulus E [N/mm2] 210000

Poisson-tényezô µ

480000 430000

0,25 0,25

- 27 -

0,3

Foglalógyőrőkhöz ajánlott anyagminıségek: Ausztenitesítés Anyag jele

MSZ száma

C60 CMo4 NK

61 61 4352

M1

4352

W1 W2

4352 4352

W3

4352

hımérséklete [°C] 830 830 870 800

ideje [perc] 30 30

850

1000 1120 1120 1120 1040

120 30 120

1080

hımér-séklete [°C] 550 550 200 180 250 100 150 200 260 300 200 630 630 630 550

3 3 3 3 10 24 48 10 48 1 2 10 1 2 5 2 2 2 6 2 2 6 2 6 2 6 2 2 6 3 3 2 3 2 6 3 2 6 3 3 3 3 1 3 27 3 3 1 3 9 27 54 1 3 9

580

K12

18Ni (300) Maraging acél

30 30

980

30

1040

30

980

30

1000

120

1040

30

1040

120

720 820

920 820

60 20 60 60 60 180 60 60

610 580 610 610 670 580 580 580 580 610 610 640 580 580 600 630 580 600 610 610 630 640 640 630 600 480 480 480 480 480 480 480 430

820

60

570

4352

K13

K14

580

980 1040

4352

ideje [óra] 1 1

520

1120

5.3. táblázat.

Megeresztés

- 28 -

Folyáshatár Rp0,2 [N/mm2] 550 750 1500 2580 3090 2300 2400 2600 2800 2800 1500 1380 1320 1520 1520 1515 1480 1440 1490 1470 1430 1470 1430 1450 1480 1450 1150 1700 1440 1240 1070 1800 1820 1780 1850 1630 1250 1230 1800 1820 1500 1260 1230 1460 1400 1290 1400 1220 1040 1400 1510 1860 1770 1510 1650 1780 1740 1660 1450 1520 1630 1760 1870 1580 1560 1460

Megengedett szilárdság k [N/mm2] 370 500 1000 1720 2060 1530 1600 1730 1870 1870 1000 920 880 1010 1010 1010 990 960 990 980 950 980 950 970 990 970 770 1130 960 830 710 1200 1210 1190 1230 1090 830 820 1200 1210 1000 840 820 970 930 860 930 810 690 930 1010 1240 1180 1010 1100 1190 1160 1110 970 1010 1090 1170 1250 1050 1040 970

Folyatószerszámok nem aktív elemeihez javasolt anyagminıségek:

5.4. táblázat. Megnevezés Alap- és fejlap Vezetıoszlop Vezetıhüvely Nyomólap Matrica és bélyegtartó Vezetıgyőrő Alátétlapok Állítóék Illesztôszeg

Anyagminıség A42 A60 C15 M1 M1 A60 C45 C60 M1 K9 C60 CrV1 M1 K9 W8 K4

Keménység HRC

58 - 60 58 - 60 58 - 60

56 - 58 56 - 58

56 - 58 56 - 58 58 - 62 58 - 62

- 29 -

Megjegyzés Hıkezelés nélkül Hıkezelés nélkül Cementálva, betétedzve

Hıkezelés nélkül Nemesítve: Rm = 700 - 900 [N/mm2] Nemesítve: Rm = 700 - 900 [N/mm2] Alakítóbélyeg vezetéséhez Alakítóbélyeg vezetéséhez Nemesítve: Rm = 700 - 900 [N/mm2] Nemesítve: Rm = 700 - 900 [N/mm2]