- III. 1- Az energiakarakterisztikájú gépek őse a kalapács, melynek elve a 3.1 ábrán látható. A kalapácsot egy m tömegű, v

- III. 1-

ALAKÍTÁSTECHNIKA Előadásjegyzet

Prof Ziaja György

III.rész. ALAKÍTÓ GÉPEK

Az alakítási folyamatokhoz szükséges erőt és energiát az alakító gépek szolgáltatják. Az alakképzés többnyire az alakító gépekre felfogott, két félből álló célszerszámok segítségével történik. A célszerszámok aktív elemei az esetek többségében a munkadarabok negatív másai, az alakítási folyamat pedig lényegében egy pozitív másolat készítése. A szerszámfelek rendszerint egyenes vonalú alternáló relatív mozgást végeznek, és az alakképzési folyamat az alternáló mozgás egyik holtpontjában fejeződik be. Kevéssé gyakori, - de a fejlődés egyik iránya ez – hogy a szerszám és a munkadarab nem-egyenesvonalú, térbeli relatív mozgása generálja a munkadarabot. A szerszám a folyamat közben mindig csak a munkadarab egy kis részelemével érintkezik, tehát annak nem a negatív mása. Ennek az elvnek alapján tervezhetők olyan alakítási eljárások és gépek, melyek univerzális szerszámkészleteket alkalmazva nem teszik szükségessé a célszerszámok tervezését és gyártását. Ilyen módon pusztán a relatív térbeli mozgások irányításával, (vagyis szoftveresen) megoldhatják az egyedi jellegű gyártást – automatizálva. Az ilyen jellegű gépekből, megfelelő anyagmozgató berendezésekkel kombinálva, rugalmas gyártócellák építhetők fel. Az alakító gépeket a fenti elveken túl számos elv alapján lehet osztályozni. Ilyen például a technológiai folyamat, mely szerint beszélhetünk például a süllyesztékes kovácsolás, a hideg térfogatalakítás vagy a lemezalakítás gépeiről. Feloszthatók a meghajtás módja szerint mechanikus, hidraulikus, elektrodinamikus vagy pneumatikus gépekről. A gép elrendezése (fekvő, álló, ferde) vagy a gépállvány konstrukciója (C állvány, zárt keret, két oszlop, négy oszlop stb) azaz együttesen a morfológiája is lehet szempont, és így tovább. A leggyakoribb, ismételt alternáló szerszámmozgással működő gépeket a felhasználásukat megszabó karakterisztikájuk alapján osztályozzuk. E szerint az alakító gépek lehetnek energia, elmozdulás vagy erőkarakterisztikájú gépek. A karakterisztika itt azt jelenti, hogy melyik az a gépjellemző, melyet a gépen beállítani, szabályozni lehet. Ez a felosztási mód független a technológiától és a morfológiától.

3.1 Energiakarakterisztikájú gépek 3.1.1 Kalapácsok. Az energiakarakterisztikájú gépek őse a kalapács, melynek elve a 3.1 ábrán látható. A kalapácsot egy m tömegű, v m sebességű úgynevezett medve és egy M tömegű, v M sebességű üllő alkotja, ahol v M lehet zérus, és lehet nem zérus és v m -el azonos vagy ellentétes értelmű (előjelű).

Ziaja György.: Alakítástechnika. Előadásjegyzet III.rész: Alakító gépek

- III. 2-

v m

munkadarab

vM

M

A legegyszerűbb eset, ha v M = 0 . Ekkor a befektetett energia mv 02 W0 = , a munkadarab alak2 változtatására fordított energia legyen W . Az ütés után a m és a M tömegek együtt mozdulnak el valamilyen v k közös sebességgel. Az impulzus megmaradás törvénye alapján v m m + v M M = v k (m + M )

(3.1)

A veszteségként számítható (sőt a talajba jutható, környezetkárosító rezgést okozó) energia: Wk =

3.1 ábra A kalapács elve

η=

(m + M )v k2

(3.2) 2 Mivel W0 = W + Wk , írható, hogy az ütés hatásfoka, figyelembe véve, hogy vM = 0 :

W W k − W0 = W0 W0

(3.3)

A (3.1)-ből kifejezve v k -t, behelyettesítve (3.2)-be majd az energiákat (3.3)ba kapjuk, hogy

η=

M m+M

(3.4)

E szerint pusztán a medve és üllő tömeg-arányának megválasztásától jelentősen függ a gép hatásfoka. A kívánatos arány M = (30 − 50 )m . A kalapácsok szerkezeti felépítését meghatározza, hogy szabadalakításra vagy süllyesztékes kovácsolásra kívánják-e felhasználni. A szabadalakító kovácsolásnál az üllő jól körüljárhatósága miatt nyitott a gépkeret. A medve a tartó-és mozgatószerkezetével együtt az üllőtől elkülönítve van alapozva. A süllyesztékes kovácsológépeken ezzel szemben a süllyesztékfelek pontos összevezethetősége miatt zárt gépkeretet kell alkalmazni, mely az üllővel együtt egységes egészet alkot.(3.2 ábra)


- III. 3-

3.2 ábra A szabadalakító (bal) és a süllyesztékes (jobb) kalapács vázlata

A süllyesztékes kovácsoló gépek esetében alkalmazott, pontos összevezetést biztosító zárt gépkeret szerves egységet alkothat az üllővel, úgy, hogy a megfelelő tömegarány biztosításán túl szükségtelenné teheti a mélyalapozást. (3.3 ábra) A fenti gépelrendezés lényege, hogy a gép nincs mereven a talajhoz, vagy egy mélyalaphoz rögzítve, hanem rugókon áll. Az m tömegű medvét a p nyomású gáz expanziójából eredő – a p rendszerben belső erő – gyorsítja lefelé. Ez az erő azonban az M tömegű gépkeretet is gyorsítja ellentétes irányban. A mozgás m közben a rendszer súlypontja helyben marad. Felírható az impulzustétel:

vm m + vM M = 0

M

ahonnan

m (3.5) M Ha a medve lökete s m és a gépkeret elmozdulása s M , akkor a fenti egyenletből: v M = −v m

3.3 ábra Az üllő és gépkeret együttes

ds m ds M =− m dt dt M

amiből


- III. 4-

s M = −sm

m M

(3.6)

Ha egy szokásos rövidlöketű kalapács adataival számolunk, akkor M / m ≈ 30 , s m = 300mm , ezekkel s M = 10mm . A gép tehát kb 10mm-es amplitúdóval fel-le ugrál. A 3.3 ábrán szimbólikusan jelölt rugókat és lengéscsillapítókat ezek ismeretében lehet lengéstani alapon méretezni. Az ábra szerinti elrendezés jó méretezés esetén nem károsítja a környezetet. A jelenlegi gyakorlatban kétféle korszerűnek mondható süllyesztékes kalapács található az üzemekben. Az első az u.n hosszúlöketű kalapács, mely felépítésében hasonlít a 3.2 ábra jobboldalán bemutatott géphez.(3.4.ábra) Jellegzetessége a hosszú, 1000 mm körüli löket. A (2) medvét nagyon kis átmérőjű (3) dugattyúrúddal és dugattyúval emelik fel kismennyiségű, de nagynyomású olajjal. A kis folyadékmennyiség teszi lehetővé a viszonylag nagy percenkénti ütésszámot. A dugattyú felett (4) nitrogénpárna van. A medve emelésekor komprimált gáz 3.4.ábra. Hosszúlöketű kalapács

expanziója gyorsítja a medvét. Az ilyen gépeknél a medve beütési sebessége kb 7 m/s. A hidraulikus eszközöket a gép tetején helyezik el. A gép hátránya a dugattyúrúd fokozott. fáradt törési érzékenysége Ez utóbbi hátrány elkerülésére szolgál az u.n. rövidlöketű kalapács, melynek jellegzetessége a viszonylag igen nagy dugattyúrúdátmérő. A lökethossz mindössze 300 mm körüli.

3.5 ábra. Rövidlöketű kalapács

A nagyméretű süllyesztékes kovácsdarabok kovácsolására szolgálnak az ellenütős (kétmedvés) kalapácsok. A lényege az, hogy a két közel azonos, egymással szemben mozgó medve úgymond a levegőben ütközik, ezért ebből nincs a környezetet terhelő rezgés a megmozgatott esetenként rendkívül nagy (pld


- III. 5500 kJ) mozgási energiák ellenére. Az ellenütős kalapács elve a 3.6 ábrán látható. A két medve közül általában az egyik a közvetlenül, a másik a közvetetten mozgatott tömeg. Az ábrán bemutatott legegyszerűbb esetben közvetlenül az M 1 tömeg van mozgatva (régebben gőzzel, manapság melegített levegővel vagy M1 nagynyomású gázzal). Ezen a legegyszerűbb konstrukción a közvetett mozgatást úgy valósították meg, hogy a két medvét nagyszilárdságú acélszalag és görgők M2 segítségével összekötötték (Béche kalapács). Az ilyen kalapácsoknál annak érdekében, hogy alapállapotban nyitott legyen a gép, az alsó medve kb 10%-al nehezebb. A korszerű gépeknél a két medve kapcsolatát más módon oldják meg, speciális mechanizmusokkal vagy 3.6 ábra Kétmedvés (ellenütős) kalapács hidropneumatikus áttételekkkel. 3.1.2 Csavarorsós sajtók. Az energiakarakterisztikájú gépek következő csoportját a csavarorsós sajtók azon változatai képezik, melyeknek legalább egy állandóan forgó lendkerekük van, és az ebben tárolt mozgási energiát akár teljes egészében is, egy alakítási művelet energiaigényének fedezésére fel lehet használni. Legrégebbi változata az u.n. frikciós sajtó. A gép vázlata a 3.7. ábrán látható. A gépen három lendkerék van. A két közös vízszintes tengelyű dörzskerék vízszintesen ide-oda elmozdítható, és ezzel a függőleges tengelyű lendkerék egyik vagy másik irányban forgatható. A lendkerék tengelye egy nem-önzáró 3.7.ábra A háromtárcsás frikciós sajtó vázlata


- III. 6csavarorsóban (rendszerint hárombekezdéses, meredek emelkedésű) folytatódik, melynek anyája a gépkeretben van rögzítve. Ha tehát a csavarorsó forog, a lendkerék függőlegesen mozog a forgásiránytól függően fel vagy le. A tengely (csavarorsó) másik végére csatlakozik a gép medvéje. Mivel ilyen gépeket, helyenként korszerű irányítástechnikával felszerelve még a mai napig is használnak, érdemes a fő jellemzőit meghatározni. Az ütési energia attól függ, hogy a dörzskerék és a lendkerék hol és mennyi ideig érintkeztek. Az érintkezés helyén (eltekintve az esetleges megcsúszástól) a dörzskerék és lendkerék kerületi sebessége azonos, tehát a 3.7 ábra jelöléseivel írható, hogy ha az n1 , n 2 fordulat/perc –ben adott, akkor 2rπn1 Dπn 2 = 60 60

vk =

(3.7)

ahonnan

2r n1 D

n2 =

Ha a csavar emelkedése α , a csavarorsó középátmérője d o , menetemelkedése h = d oπtgα , akkor a csavarorsó Φ szögelfordulásához d h Φ x = Φ o tgα = 2 2π dΦ 2πn tengelyirányú elmozdulás tartozik. Mivel a szögsebesség ω = = , ezért a dt 60 medve sebessége: v=

h r dx h dΦ hn 2 n1 = = = 60 30 D dt 2π dt

A beütési sebesség legnagyobb értéke az r =

v max =

(3.8) DT helyen van, ezzel: 2

hn1 DT 30 D 2

(3.9)

Ez a technológiai fontos érték a szokásos gépek esetén 0,1 ∼ 1 m/s. Ezt az elrendezést már nem gyártják, helyette a közvetlen meghajtású gépeket alkalmazzák. A gép vázlata a 3.8 ábrán látható.


- III. 7-

A gép lelke itt is egy meredek emelkedésű, általában három bekezdéses nem önzáró csavar, mely az előzővel ellentétben a gépállványban van csapágyazva. Az orsót egy tárcsa elrendezésű motor hajtja. A motor forgórésze, a rotor egyben a gép lendkereke, melyet a sztátor tekercsei ívalakban fognak közre. A csavar anyája, mely a forgást haladó mozgássá alakítja, a medvében van. A gép mozgását a medve útjában elhelyezett érintkezés nélküli induktív vagy kapacitiv jeladók segítségével lehet vezérelni. Az energiát lényegében a motor bekapcsolásának idejével, illetve a motor forgásirányának átkapcsolásával, erősáramú elektronikus vezérléssel lehet szabályozni. A gép jellemzői az ütési energia és a megengedett maximális erő. Ez utóbbi kapcsolatban van a gép merevségével, vagyis a gép eredő rugóállandójával. A merevség minden alakítógép fontos jellemzője. Meghatározása az alakító erő helyén történő, ismert F erővel történő terheléssel (pld hidraulikus hengerrel) és az ezen a helyen bekövetkező, rugalmas alakváltozás okozta f elmozdulás mérésével lehetséges. A mérés megismétlése különböző terhelésekkel egy gépjellemző f – F diagramot eredményez, melynek jellegzetes alakja a 3.9. ábrán látható.

3.8 ábra Közvetlen hajtású csavarorsós sajtó

f

fe

F

fo F

Az F terhelő erő hatására létrejövő elmozdulás két részből áll: egy az erőfolyamba eső illesztési hézagok és egyéb kotyogások összenyomódásából álló f 0 és a rugalmas deformációkból adódó f e . A rugalmas elmozdulás és a terhelő erő között jó közelítéssel lineáris kapcsolat van, vagyis

3.9 ábra. Sajtológép jellegzetes merevségi ábrája

F = C tot f e


(3.10)

- III. 8ahol C tot [kN/mm] a gép eredő merevsége. Minél nagyobb, annál laposabb a fenti ábra szerinti egyenes, annál pontosabb lehet a gép. A gép működése során kifejtett erő nem csak a munkadarabot alakítja képlékenyen, hanem a gépet is rugalmasan. Az ehhez szükséges munka

f e2 1 F2 = Ff e = 2 2 2C tot

Wel = ∫ Fdf e = ∫ C tot f e df e = C tot

(3.11)

A képlékeny alakítási műveletre írható, hogy a folyamatra jellemző erő – szerszámelmozdulás diagram alatti terület helyettesíthető az átlagos erő és az alakítási úthossz szorzatával (3.10.ábra)

W pl = ∫ Fds = Fm s F

(3.12)

Bevezetve az eljárásra jellemző, az átlagos Fm és a maximális Fmax viszonyát jellemző

Fmax Fm

m= s 3.10.ábra Alakítási folyamat jellegzetes

W pl Fm = Fmax sFmax

(3.13)

tényezőt, írható, hogy

W pl = msFmax

(3.14)

erő-elmozdulás függvénye

Az alakítási folyamathoz tehát a gépnek a képlékeny alakításhoz és a rugalmas deformációhoz szükséges energiát kell biztosítania, vagyis (3.11) és (3.14) figyelembe vételével: 2 Fmax W = Wel + W pl = + msFmax 2C tot

a W energiájú gépre jellemző maximális erő: Fmax = C tot

2W 2 + (ms ) − ms C tot

(3.15)

Bár a közvetlen hajtású csavarorsós sajtó energiakarakterisztikájú gép, jellemző adataként legtöbbször mégis az üzemszerűen megengedett maximális erőt adják meg, és csak második adat az energia. Ha tehát az erő adott felső korlát, akkor a gépet csak olyan alakítási folyamatokra szabad alkalmazni, amelyeknél az alakítási út hossza (a medve fékútja) a fenti képletből számítható kritikus értéknél nagyobb: s deform ≥ s min =

F 1 W  − max m  Fmax 2C tot

  


(3.16)

- III. 9-

A gép szélsőséges igénybevételt szenved el, ha a géppel úgy ütnek, hogy nincs a medve alatt munkadarab, tehát az ütés energiáját teljes egészében a gépállványnak kell felvennie. Ekkor a (3.15)-ben ms = 0 , tehát

Fextrem = 2C tot W

(3.17)

A csavarorsós sajtóval alakítás hatásfoka mindezekkel

η=

W pl W

=

W − Wel W = 1 − el W W

(3.18)

A közvetlen hajtású csavarorsós sajtók csaknem minden alakítási művelethez használhatók, hátrányuk csak a viszonylag kisebb percenkénti ütésszám, valamint az, hogy megfelelő pontosság érdekében az alakító erők eredőjének hatásvonala egybe kell hogy essen a csavarorsó tengelyével.

3.2 Löketkarakterisztikájú gépek 3.2.1 Forgattyús mechanizmussal működő sajtók alapegyenletei.

Az alkatrészgyártásban alkalmazott sajtológépek zöme mechanikus sajtó, amelyek többsége a forgattyús mechanizmus elvén alapul. A forgattyús mechanizmus vázlata a 3.11.ábrán látható. Az ábra jelöléseivel írható, hogy a medve alsó holtponttól mért x M ω távolságát az alábbi elemi geometriai összefüggősből lehet meghatározni: R R' α R R + L = R cos α + L cosψ + x

ahonnan

T

x = R(1 − cos α ) + L(1 − cosψ )

L

L L' ψ

x

(3.20)

továbbá írható, hogy

R sin α = L sin ψ

v

A medve sebessége (3.20)-ból:

F

v=

dψ dx dα = R sin α + L sin ψ dt dt dt

3.11 ábra A forgattyús mechanizmus


(3.21)

(3.22)

- III. 10A (3.11)-ből kapjuk, hogy: dψ R cos α dα = dt L cosψ dt Bevezetve a szokásos ω =

(3.23) dα jelölést, behelyettesítve (3.23)-at (3.22)-be, rendezve dt

kapjuk, hogy v = Rω

sin (α + ψ ) cosψ

A mechanizmus jellemzésére gyakran alkalmazzák a λ =

(3.24) R sin ψ mennyiséget. = L sin α

A mechanizmust hajtó nyomaték teljesítménye a súrlódási veszteségek elhanyagolásával azonos a gépnek az alakításra fordítható teljesítményével: P = Mω = Fv

Az ábra jelöléseivel M = TR , tehát: TRω = Fv

(3.24) felhasználásával ebből

F=

cosψ TRω =T v sin (α + ψ )

(3.25)

Közelítő számításoknál azzal egyszerűsíthetünk, hogy a sajtológépeknél nagyságrendileg λ ≈ 0,1 − 0.01 , tehát ψ mindig sokkal kisebb, mint α . Ezért durva sin (α + ψ ) ≈ sin α (a közelítésként úgy vesszük, hogy cosψ ≈ 1 és gépszerkezettanban ez az u.n végtelen hajtórúd, mely a valóságban a kulisszás mechanizmusokban testesül meg). E szerint a forgattyús sajtó karakterisztikája a F≈

T sin α

(3.26)

egyenlettel írható le. A fenti képlet szerint a mechanizmus az alsó holtpontjában, ahol α → 0 , a gép végtelen nagy erőt képes leadni. Ez arra int, hogy egyrészt szükség van egy a gép szilárdsági ellenőrzéséhez elengedhetetlen méretezési (névleges, megengedhető) erőre, másrészt olyan üzemviteli előírásokra, melyek megakadályozzák azt, hogy a gép összetörje saját magát. A névleges sajtolóerőre vannak olyan megállapodások, melyek a medvének az alsó holtponttól mért adott távolságához, mások a forgattyúkar adott szögállásához


- III. 11rendelik a névleges sajtolóerőt. A legtöbb európai gépgyár az alsó holtpont elötti 30°os szöget használja. Ezzel ugyanis sin 30 o = 0.5 , tehát a névleges sajtolóerő Fn =

2M T = 2T = o R sin 30

(3.27)

A gép karakterisztikája T = 100kN feltételezésével az alábbi ábrán látható:

1200

1000

F [kN]

800

F=T/sinα F=F =2T n

600

T = 200 kN

400

200

0

0

15

30

45

60

75

alsó holtponttól mért szög

90

105

120

αo

3.12.ábra A forgattyús sajtó jelleggörbéje

A szögekkel jellemzett medve-pozíció nem érzékelteti a valódi elmozdulások arányait. Az átszámításra a (3.20) egyenlet szolgálhat, mely az eddig is használt közelítésekkel x ≈ R (1 − cos α ) = h

(3.28)

-ra egyszerűsödik. Ha a példaként választott gép lökete s = 2 R = 200mm , akkor a fenti diagram a 3.13. ábrán láthatóra módosul. Ha a fenti egyenletbe behelyettesítjük a névleges sajtolóerőt kijelölő 30º-ot, akkor h = 13,4mm adódik, ami a felvett löket mindössze 6.7%-a. E szerint a sajtológépet a névleges sajtolóerővel csak a löket 6.7%-ában használhatjuk. hn = 0.067 s

(3.29)

A 3.13 ábrán látható vonalak határgörbék, amelyek az alakítási folyamatokra jellemző erő-elmozdulás függvények felső burkológörbéi. Az alakítási folyamatot úgy kell a gépen elhelyezni, hogy az a határgörbe alatt maradjon (3.14.ábra)


- III. 12-

1200

1000

F [h] n

F[h]

F [kN]

800

600

400

200

0

0

25

50

75

100

125

150

175

200

az alsó holtponttól mért távolság h [mm]

3,13 ábra Erő-elmozdulás jelleggörbe

A sajtoláshoz szükséges energiát a forgattyús sajtó kinematikai láncában lévő, állandóan forgó elemek mozgási energiái, illetve ezek limitált csökkentése biztosítják. A gép 3.15 ábrán látható n számú forgó elemeinek a főtengelyre redukált mozgási energiája

θ i ω i2 θω 2 = 2 2 i =1

F

i =n

E=∑

Fn

0,067s

3.14 ábra. Az alakítási folyamatra jellemző függvény és a terhelhetőségi határgörbe

h

(3.30)

ahol ω a főtengely szögsebessége. Mivel a forgó elemek tehetetlenségi nyomatéka állandó, a kicsatolható energia a forgó elemek szögsebességének csökkenésével jár. A forgó elemek, így a lendkerekek, fogaskerekek, stb közvetlen kapcsolatban vannak a hajtómotorral, ezért az elemek fordulatszámának csökkenése a hajtómotor megengedett szlipjétől függ. A hajtómotor teljesítményének meghatározása azon alapszik, hogy a gépnek egy löket alatt maximum Wn = Fn hn = 0.067 sFn

(3.31)

energiát kell (lehet) leadnia. Ezt az energiát az alatt az idő alatt kell a motornak a forgó rendszerbe visszatáplálni, amíg a medve az alsó holtpontból a felsőig visszajár.


- III. 1360 ,a n visszajárás ideje ennek fele. A motor teljesítményigénye tehát (3.29) és a hajtómű η hatásfokának figyelembe vételével: Ha a gép percenkénti névleges löketszáma n, akkor egy löket ideje t l =

P=

Wn Fh F sn = n n = 2.23.10 −3 n tl 60 η η η 2n 2

(3.32)

Ha [Fn ] = kN , [s ] = mm és [n] = 1 / perc , akkor [P ] = W Ha a motor teljesítménye ennél kisebb, akkor a gép automata motor lendkerék üzemmódban néhány löket fogaskerék után lefullad. Ennek elkerülése érdekében minden esetben ki lendkerék tengelykapcsoló kellp számítani a folyamat W munkaszükségletét (mely a fogaskerék 3.14 ábrán berajzolt görbe fék alatti terület). Ha ez kisebb, mint a (3.31)-el kiszámolt névleges munka, és a fenti teljesítmény kritérium is teljesül, akkor a folyamat üzembiztos. Ha a 3.14 ábra szerinti statikai feltételek teljesülnek, de a fenti energetikaiak nem, akkor is lehet sajtolni, de nem automata üzemmódban. Azaz egy sajtoló művelet után csak a akkor szabad ismét sajtolni, ha 3.15. ábra Forgattyús sajtó meghajtása a lelassult forgó elemek visszanyerik az eredeti fordulatszámaikat. (nagyon jól hallható). Az ehhez szükséges idő a következő módon számítható. Legyen a motorra megengedett fajlagos fordulatszámcsökkenés (szlip)

δ=

∆n ∆ω = ω n

(3.33)

A rendszer mozgási energiájának változása (3.30)-ból, felhasználva (3.32)-t és egyenlővé téve az alakítási folyamat W P munkaszükségletével:

dE = θωdω = θω 2 δ = 2 Eδ = W

p

(3.34)

A képletből látszik, hogy adott megengedett szlip mellett annál nagyobb a sajtó munkavégző képessége, minél nagyobb a forgó elemekben tárolt energia. Ezért


- III. 14építenek olyan gépeket, amelyekben a kinematikai láncba, a szükségletekhez igazodóan be lehet kapcsolni újabb lendkereket is. A lelassult rendszer visszapörgetéshez szükséges teljesítmény ezzel P=

dE 2 Eδ = dt ∆t

ahonnan az időszükséglet (azért számoljuk, mert a termelékenységet befolyásolja) WP 2 Eδ ∆t = ≈ P Pmotorη

(3.35)

3.2.2 Excentersajtók alapegyenletei.

Az excentersajtó olyan forgattyús sajtó, melynek R forgattyúkör sugara egy állítható excenter segítségével változtatható. Annak érdekében, hogy a mechanizmus alsó holtpontja ne változzon meg, a hajtórúd L hossza is, egy menetes orsó és anya segítségével változtatható, az elmozdult holtpont utánállítható. A forgattyúkör sugarának csökkentésének két célja van. Az első az a munkavédelmi szabály, hogy minden sajtolási műveletet a lehető legkisebb lökettel kell végrehajtani, mert ezzel csökkenthető a gépkezelők csonkolásos kézsérülésének esélye. A löket minimális nagyságát az elő- és készgyártmány biztonságos szerszámba adagolhatósága, illetve onnan eltávolíthatósága (u.n. elvezetése) határozza meg. A löketállítás másik, műszaki oka azon alapszik, hogy a gépre jellemző névleges sajtolóerő és a hajtónyomaték állandó, ezért a forgattyúsugár R-ről R ' -re csökkentésével a 3.11 ábrán T-vel jelölt tangenciális erő T ' -re nő: M = TR = T ' R ' →

T' =

T M R= ' ' R R

(3.36)

továbbá, a névleges sajtolóerő állandósága miatt az átállított mechanizmusban nem az alsó holtpont elötti 30°-nál hanem ettől eltérő α ' -nél van a jelleggörbe metszéspontja: T T' M = = ' (3.37) o ' sin 30 sin α R sin α ' A mechanizmus a teljes löket alatt ( sin α ' = 1 ) képes a névleges sajtolóerőt produkálni, ha a forgattyúkör sugarát legalább Fn =

M TR R = = Fn 2T 2 -re állitjuk. Ez az előző példa adataival 50 mm. R' ≤

(3.38)

Az átállított mechanizmus jelleggörbe egyenlete az alsó holtponttól mért szög függvényében:


- III. 15F' =

M R sin α

(3.39)

'

Mivel az alsó holtponttól mért távolság: h ' = R ' (1 − cos α ) , ezért ennek függvényében is ábrázolható az erő. Az összehasonlítás kedvéért berajzoltuk a két görbét a 3.16 és 3.17 ábrába, ha a forgattyúkör sugara 100 mm-ről 25 mm-re változik. 3000

2500 F R=100mm T=100kN F

sajtolóerõ [kN]

2000

névleges

F' R'=25mm T=400kN 1500

1000

500

0

0

15

30

45

60

75

90

105

120

alsó holtponttól mért szög αo

3.16.ábra A forgattyúkör sugarának hatása az excentersajtó jelleggörbéjére

3000

2500 F F

sajtolóerõ [kN]

2000

R=100 mm T=100 kN

névleges

F' R'=25 mm T'=400 kN 1500

1000

500

0 0

20

40

60

80

100

alsó holtponttól mért távolság h [mm]

3.17 ábra A forgattyúkör sugarának hatása az excentersajtó erő – alakítási út görbéjére


- III. 16A fenti két ábra azt mutatja, hogy az excentersajtó forgattyúkör sugarának (a löket felének) 100 mm-ről 25 mm –re csökkentésével a névleges sajtolóerő hatótávolsága 13.4 mm-ről a löket teljes 50 mm hosszára, 6.7%-ról 100%-ra nőtt. Az átállítással fokozottan megnő a túlterhelés veszélye, hiszen a gép a megengedett névleges sajtolóerő négyszeresét képes leadni, ugyanakkor a szilárdságtani terhelhetősége nem nőtt meg. Ugyan ez vonatkozik a munkavégző képességre, az sem lett nagyobb! Egy hagyományos C állványos excenter sajtó rajzát mutatja a 3.18. ábra.

3.18 ábra. Hagyományos körhagyó sajtó.

3.2.2 Könyökemelős sajtók

A könyökemelős sajtó (KES) egy lehetséges elrendezése látható a 3,19.ábrán. A könyökemelőt ott β L 1 használjuk, ahol rövid úton nagy erőkre van szükség. Ilyen eljárás pld a tubusok folyatása, melyhez fekvő elrendezésű L KES-t, vagy a pénzérmék α R dombornyomása, melynél függőleges elrendezésű KES-t alkalmaznak. L2 ψ A KES mechanizmusa az elrendezéstől és a karok arányától függően sokféle lehet. Minden megoldásnál mások a sebességi és erőviszonyok. Ennek megfelelően a KES 3.19. ábra. A könyökemelős mechanizmus elrendezése az alakítási eljárástól függő lehet. A mechanizmus analízisével itt nem foglalkozunk, de felhívjuk az olvasó figyelmét, hogy a szűkebb, a gépek és


- III. 17mechanizmusok elméletével illetve analitikus szakirodalomban bőségesen foglalkoznak a témával.

mechanikával

foglalkozó

3.3 Erőkarakterisztikájú gépek 3.3.1 Hidraulikus sajtók


Akkumulátor

Differenciál dugattyú

A tipikus erőkarakterisztikájú sajtológép a hidraulikus sajtó. Az alakítástechnikában kétféle hidraulikus sajtót (HS) használnak. Az első a szabadalakító kovácsolásban alkalmazott, főleg egyedi- és nagyméretű kovácsolt előgyártmányok készítésére alkalmas, rendszerint rendkívül nagy méretű (több emelet magas) és – nyomóerejű kovácsprés. Nyomóereje elérheti a GN (1000 MN, 100000 tonna) nagyságrendet. Többnyire vízzel vagy emulzióval működik, a folyadéknyomás 1000 bar körüli. A hagyományos kovácsprés elrendezése a 3.20.ábrán látható. 3.20 Hidraulikus kovácsprés A kovácsprés jellemzője a négy oszlopon (4) megvezetett a (6) nyomófej, melynek elkülönített egy búvárdugattyús (2) nyomóhengere (1), és többhengeres visszahúzó rendszere (8..11) van. A folyadékellátást állandóan működtetett dugattyús szivattyúk biztosítják, melyek akkumulátort töltenek fel. A szivattyú és az akkumulátor rendszerint térben el van különítve a sajtológép(ek)-től. Az utóbbi időben kétoszlopos és alsó hajtású gépeket építenek. Ennek előnye, hogy elég nagy hely marad a nagyméretű munkadarabokat mozgató manipulátornak. A manipulátor és a gép A, p, v együttesen programvezérelhető, amely a Vezérlés csaknem automatizált egyedi gyártást teszi lehetővé. A kovácsprés speciális változata a főleg az alumíniumés Tápegység szinesfém kohászatban F P, Q használatos, fekvő elrendezésű extrudáló sajtó. A másik, a gépipari alkatrészgyártásban alkalmazott HS, ettől 3.20.ábra Hidraulikus sajtó jelentősen különbözik. Kisebb méretű, nyomó-ereje ritkán nagyobb 10 MN – nál. Egyetlen, differenciál-dugattyús munkahengere a visszahúzási feladatokat is ellátja. A

- III. 18hidraulikus tápegység a gép integráns része, a hidraulika folyadék ásványolaj származék, vagy szintetikus anyag. A hidraulikus rendszer nagyon jól vezérelhető, ezért természetes a gép számítógépes felügyelete és programvezérelhetősége. A gép változó nyomású- és mennyíségű folyadék igényét ez esetben is akkumulátor alkalmazásával lehet kiegyenlíteni. Az itt alkalmazott akkumulátorok leginkább a szokásos gázpalackokhoz hasonlóak. A hidraulikus sajtók jellemzője a p nyomás. Ha a differenciál-dugattyú alatti nyomást p 0 -al jelöljük, és a dugattyú alsó felülete A0 , akkor a gép által kifejtett erő F = pA − p 0 A0

(3.40)

A p 0 A0 szorzat el kell hogy érje a a medve-dugattyú-szerszám rendszer súlyát, mert ez biztosítja a lezuhanás elleni védelmet akkor is, ha a tápegység nem működik. Ennek érdekében a visszafolyó ágba egy nyomásszabályozót kell elhelyezni, ami a körben minimum p 0 nyomást tart fenn. A medve sebessége v, akkor a teljesítmény P = Fv = pAv − p 0 A0 v = pQ − p 0 Q0

(3.41)

Mivel rendszerint p 0 Q0 pp pQ , ezért a tápegység teljesítményigénye legalább pQ. Ez egyben azt jelenti, hogy a gép vagy kis erővel de nagyobb sebességgel, vagy nagy erővel, de lassan dolgozik. E miatt építenek két tápegységes HS –kat. A kis nyomást, de nagy folyadékmennyiséget csavarszivattyúval, a nagy nyomást és kis folyadékmennyiséget pedig dugattyús- vagy fogaskerék szivattyúkkal állítják elő. A nagy nyomás mellett nagy sebességet csak viszonylag rövid úton lehet fenntartani. A rövid út a következőkből adódik: A nagy sebesség miatt megnövekedett folyadékmennyiség többletet az akkumulátorban tárolt folyadék szolgáltatja. A folyadék feletti gázpárna nyomása, ami azonos a folyadéknyomással, a folyadékelvétel során a gáztörvényeknek megfelelően csökken, jó közelítéssel úgy, mint egy adiabatikus expanzió során. Az akkumulátorból kivehető folyadékmennyiséget ez a nyomáscsökkenés korlátozza. Ha a megengedett nyomáscsökkenés kisebb, akkor a kivehető folyadékmennyiség, és ezzel a sajtó lökete is kisebb és fordítva. A hidraulikus sajtó előnye, összehasonlítva a mechanikus sajtóval a nagyon jó szabályozhatóság, továbbá az a biztonság, mely ebből adódik: ez a gép nem töri össze sajátmagát. Ennek az ára a viszonylag kisebb termelékenység illetve nagyobb teljesítményigény egyrészt, másrészt a lényegesen magasabb szaktudást igénylő karbantartás igényesség.


- III. 1- Az energiakarakterisztikájú gépek őse a kalapács, melynek elve a 3.1 ábrán látható. A kalapácsot egy m tömegű, v

Recommend Documents