D I P L O M A M U N K A

Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai Kar Szerszámgépek Intézeti Tanszéke Anyagszerkezettani és Anyagtechnológiai Intézet

Gépészmérnök Mesterszak (MSc) CAD/CAM Szakirány Nappali tagozat

Szám: SZG-2013/14-2-04M.

3515 Miskolc-Egyetemváros

DI PLOMAMU NKA

Szálfutás elemzése kardánperem előgyártmány süllyesztékes kovácsolási technológiájánál

SZABÓ JÁNOS

2014. május 5.

Bőcs Móricz Zsigmond út 53. 3574

Szerszámgépek Intézeti Tanszéke Anyagszerkezettani és Anyagtechnológiai Intézet

Szabó János Diplomamunka

Tartalomjegyzék 1.

Bevezetés ................................................................................................................................. 2

2.

A süllyesztékes kovácsolási technológiatervezés áttekintése .............................................. 3 2.1.

2.1.1.

A kovácsdarab tervezésének lépései ..................................................................................... 5

2.1.2.

A technológiai tervezés lépései ............................................................................................. 6

2.1.3.

A süllyesztékszerszám tervezése ........................................................................................... 9

2.1.4.

A sorjázás megtervezése ..................................................................................................... 10

2.1.5.

A vezető- és a rögzítőelemek .............................................................................................. 11

2.2.

3.

5.

6.

7.

A technológiatervezetés menete a Firth Rixsonnál ................................................................. 11

-os szerszámgarnitúra megtervezésének menete ................................................. 14

A 3.1.

A kovácsdarab megtervezése .................................................................................................... 15

3.2.

Az készrealakító szerszámüreg (FD) megtervezése ................................................................. 22

3.3.

A zömítőlapok megtervezése ..................................................................................................... 28

3.4.

Az előalakító szerszámüreg (SD) megtervezése ....................................................................... 30

3.5.

A sorjázó szerszám (CT) megtervezése .................................................................................... 33

3.5.1.

A fészek megtervezése ........................................................................................................ 33

3.5.2.

A támasz megtervezése ....................................................................................................... 34

3.5.3.

A lyukasztótüske megtervezése........................................................................................... 35

3.5.4.

A vágógyűrű megtervezése ................................................................................................. 36

3.5.5.

Mozgásviszonyok ................................................................................................................ 37

3.6.

4.

Tervezési alapok, a hagyományos tervezés lépései .................................................................... 3

A probléma ismertetése ............................................................................................................. 38

A végeselemes szoftverek alkalmazási céljai ...................................................................... 39 4.1.

A DeForm működésének elvi áttekintése ................................................................................. 41

4.2.

A végeselemes modell felépítése ................................................................................................ 42

A validálás ............................................................................................................................. 50 5.1.

A kovácsdarab mélymaratása ................................................................................................... 50

5.2.

Az eredmények validálása ......................................................................................................... 53

Kísérlet az üregkitöltési probléma megoldására ............................................................... 57 6.1.

Első eset: a zömítési magasság módosítása .............................................................................. 58

6.2.

Második eset: a felső zömítőlap geometriai módosítása ......................................................... 59

6.3.

Harmadik eset: az elő- és készrealakító üreg módosítása ....................................................... 63

Összefoglalás ......................................................................................................................... 66

Köszönetnyilvánítás ..................................................................................................................... 67 Irodalomjegyzék ........................................................................................................................... 68 Mellékletek 1.


1.


Bevezetés A Diplomamunkám fő témája egy a süllyesztékes kovácsolás területén előforduló

olyan alkatrész-specifikus ipari probléma, amellyel a nyári szakmai gyakorlatom során ismerkedtem meg részletesebben. Annak érdekében, hogy megoldást találjak a problémára, az előző félévek során igyekeztem minél jobban elmerülni a süllyesztékes kovácsolás tárgykörében – első körben megismerkedtem a süllyesztékes kovácsszerszámok tervezésének hagyományos módszereivel, majd ezt követte a mai kor követelményeit is kielégítő számítógéppel segített, modern kovácsszerszám-tervezés megismerése. A tudásom elmélyítésében nagy segítséget jelentett számomra, hogy megtapasztalhattam, hogyan is működik mindez a gyakorlatban, ipari körülmények között. Miután sikerült egy kis tervezői gyakorlatot szereznem a témában, arra a döntésre jutottam, hogy a probléma megoldásához egy modern melegalakítási végeselemes szoftver segítségét fogom igénybe venni. A terveim, amelyek megvalósításáról a Diplomamunkám keretein belül szeretnék számot adni, a következők: a problémát úgy fogom megoldani, hogy egy modern VEMszoftver segítségével lemodellezem az egész kovácsolási folyamatot, majd – mivel ez egy jelenleg is létező probléma – egy választott paraméter segítségével validálom azt a valós kovácsdarab felhasználásával. Egy VEM-modell validálása azt jelenti, hogy kiválasztunk egy a valós munkadarabon mérhető paramétert, amit a szoftverben is meg tudunk mérni – ha ez a két paraméter (közel) megegyezik, akkor jól dolgoztam, és onnantól kezdve hihetünk a modellemnek. Amennyiben sikerrel járok, jelentős mennyiségű időt, munkát és költséget takaríthatok meg a vállalat számára azáltal, hogy nem kell felesleges szerszámpróbákat

végezniük,

mivel

a

virtuális

környezetben

történő

szerszámmódosításnak a kovácsdarabra gyakorolt hatása megjósolhatóvá válik. Ahhoz, hogy mindez sikerülhessen, szükségem van a valós szerszámgeometriára. Mivel egy kovácsolási technológia tervezése igen nagyfokú szabadságot ad a tervezőnek, így egy adott termékre annyi féle szerszámot lehet tervezni, ahány mérnök ezzel próbálkozik. Ennek megfelelően, mivel egy létező problémát kell megoldanom, a hibás kovácsdarabot előállító szerszámtervekre van szükségem, amelyek elkészítésében nekem is aktív szerepem volt.

2.


2.


A süllyesztékes kovácsolási technológiatervezés áttekintése Egy süllyesztékes kovácsolási technológia több egymásra épülő és egymástól függő

tervezési folyamat eredménye. A folyamat két fő eleme – beszéljünk akár a hagyományos, akár a modern tervezésről – a kovácsdarab megtervezése, illetve a technológiatervezés. A technológiatervezés magába foglalja az anyagválasztást, a szerszámtervezést, az alakító gép és alakítási erőviszonyok ismeretét, a hőmérsékleti értékek meghatározását, valamint a sorjázó szerszámok megtervezését is. Ezek a részfolyamatok azonban egymással szorosan összefüggenek és hatással vannak egymásra.

2.1. Tervezési alapok, a hagyományos tervezés lépései Rendszerint a tervezés egy forgácsolt alkatrészrajz alapján kezdődik, amelyből előállítjuk az ún. kovácsdarab tervrajzát. Egy kovácsdarab tervezése során számos előírást be kell tartani annak érdekében, hogy a megmunkálás végén a munkadarab kivehető legyen a süllyesztékből. Néhány ilyen kötelező érvényű előírás: 

a kovácsdarab nem tartalmazhat éles sarkokat, helyettük a megengedhető legnagyobb lekerekítéseket kell alkalmazni;



nem lehetnek az ütés irányával párhuzamos oldalfalak, helyettük néhány fokos oldalferdeséget kell tervezni;



amennyiben nem megengedett a nyersfoltos felület (olyan felület, amely nem rendelkezik olyan funkcióval, amely megkövetelné a felület megmunkálását), ún. forgácsolási ráhagyást kell tervezni;



bordákra,

csapokra,

fenékvastagságra

vonatkozó

vastagság/magasság,

átmérő/hosszúság viszonyszámok. Az ilyen módon felkerült anyagtöbbletet közös néven ún. kovácsolási köpenynek nevezzük. Természetesen minél nagyobb egy lekerekítés, vagy egy oldalfal dőlésszöge, az annál előnyösebb a kovácsolás szempontjából, viszont mindez jelentősen megnövelheti a kovácsdarabunk súlyát, ami pedig nem gazdaságos – többek között, mert a köpenyt a folyamat végén le kell forgácsolni. Ezért a köpeny tervezésekor meg kell találni az optimális értékeket. Látható, hogy ezeknek az értékeknek a megválasztása nagymértékben függ a tervezőtől, a vállalati szokásoktól, ezért két egyforma kovácsdarab „nem létezik”.

3.



Ahhoz, hogy a munkadarabot osztott, kétrészes süllyesztékben meg lehessen munkálni, ki kell jelölni az ún. osztófelületet, amely a legkedvezőbb kovácsolási lehetőséget és az anyagfelhasználás minimalizálását biztosítja. Az osztófelület lehet sík, illetve szimmetrikusan vagy aszimmetrikusan tört felület. Annak érdekében, hogy a munkadarab később kivehető legyen a szerszámokból, fontos, hogy az üreg az osztófelület felől nézve csak szűkülhet, alámetszéseket nem tartalmazhat. Természetesen előfordulnak alámetszéseket tartalmazó szerszámok is, ám ez esetben a szerszámnak szétnyithatónak kell lennie. Az optimális osztófelület sík, ami így nem csak a megmunkálását könnyíti meg, hanem a szerszám terhelése is kedvezőbb. Az osztófelület megválasztásakor törekedjünk arra, hogy az lehetőleg két azonos részre ossza a kovácsdarabot, illetve tegye lehetővé a süllyesztékek és a sorjázó szerszám minél egyszerűbb elkészítését. A következő bekezdésben essen szó a legfontosabb tervezési szempontokról, többek között a lekerekítésekről illetve az oldalferdeségről. Az oldalferdeség azt a szöget jelenti, amit a kovácsdarab felülete és az ütés, illetve a darabkiemelés iránya zár be egymással. Ha ez a szög túl kicsi, a darab beragadhat a szerszámba, ha viszont túl nagy, akkor a mély üregrészek nehezen töltődnek ki, így megnő a kovácsdarab tömege, illetve nő az anyag-, energia-, és forgácsolási költsége is. Amennyiben ez lehetséges, a külső illetve a belső oldalferdeségek azonosak legyenek, ám a gyakorlatban ez gyakran nincs így. Fontos szem előtt tartani, hogy – a hőtágulás jelensége miatt – a darab hűlésekor a külső oldalfalak távolodnak, míg a belső oldalfalak közelednek a szerszám falához. A lekerekítési sugarakat a kovácsdarab szempontjából megengedhető legnagyobb méretűre kell megválasztani, mellyel az üreg kopását, deformálódását, a szerszámüreg megrepedését kerülhetjük el, továbbá az anyagáramlást is megkönnyíthetjük vele, illetve elkerülhetjük a becsípődéseket. A fenékrész vastagsága lehet egyenletes, lépcsőzetes, vagy folyamatosan változó, azonban egy meghatározott minimális érték alá nem csökkenhet, mert az alakítási ellenállás növekszik, ami a szerszám terhelését növeli. A terhelés tehát a fenékvastagság növelésével csökkenthető. A belső bordák esetében, azok vastagságát a fenékrész vastagságához kell igazítani, mert a borda alján behúzódhat az anyag. Akkor nevezünk egy elemet bordának, ha a magassága nagyobb, mint a szélessége. Ha egy borda nagyon keskeny, akkor annak üregét nem lehet megfelelően kitölteni, mivel az alakítási ellenállás annál nagyobb, minél szűkebb az üreg. Ha viszont túl keskeny, becsípődés várható.[1] [2] [3]

4.


2.1.1.


A kovácsdarab tervezésének lépései

A süllyesztékek és a sorjázó szerszám méretei és alakja értelemszerűen a kovácsdarabtól függenek, ezért annak tervezésével szorosan összekapcsolódnak. A kovácsdarabok hagyományos tervezésének egy lehetséges sorrendje lehet a következő: 1.

az osztófelület meghatározása;

2.

a bonyolultsági csoportszám meghatározása;

3.

a gépészeti darab tömegének a meghatározása;

4.

a forgácsolási és technológiai hozzáadások meghatározása;

5.

a fal- és a bordaméretek meghatározása;

6.

a fenékvastagság meghatározása;

7.

az oldalferdeségek meghatározása;

8.

a lekerekítési sugarak meghatározása;

9.

a kovácsdarab tömegének meghatározása;

10.

a kovácsolási tűrések meghatározása.

A tervezési lépések közül csak azt szeretném egy-két mondatban kifejteni, amiről eddig még nem esett szó. Így az osztófelülettel kapcsolatos ismereteket nem közölném újra, hanem a bonyolultsági csoportszámmal kezdeném a sort. A jellegzetes geometriai alakokat a szabvány bonyolultsági csoportokba sorolja. Ez alapján meghatározható a bonyolultsági szám, amely a technológiai tervezés során segítségünkre lesz a forgácsolási ráhagyások, illetve a tűrések meghatározásánál. Az egyszerűbb alakzatok esetén a gépészeti darab tömegét alap geometriai formákra bontva határozhatom meg, a bonyolultabb darabok esetében azonban már keresztmetszetdiagram készítésére van szükség. A darab súlyának ismerete a zömítés megtervezésében játszik nagyobb szerepet, mivel eszerint határozzuk meg az előgyártmány méreteit, továbbá az előalakítás módját. A 4-es ponttól a hagyományos tervezés két fő irányvonalat különböztet meg a Magyar Szabvány (MSZ 5745) és a Német Szabványügyi Intézet (DIN 7523 és 7526) vonatkozásában. A DIN szerint a ráhagyásokat minden esetben a szabványok határozzák meg, míg az MSZ szerint a megrendelő és a gyártó félnek közösen kell megegyeznie a ráhagyást illetően. A hazai szabvány szerint, ha egy ráhagyási érték nem éri el a 5.


minimumot – ami


– akkor ezzel az értékkel kell tovább számolni. A Magyar

Szabvány karbontartalom (M1, ha

, egyébként M2), bonyolultság (S1, S2, S3,

S4), és pontosság (I., ha finom, II., ha normál) szerint csoportokba sorolja a kovácsdarabokat. A német tervezési irány szerint az oldalferdeségek mértékét, a lekerekítésekre, fenékvastagságokra, bordákra vonatkozó előírásokat a szabvány tartalmazza, míg a magyar irány szerint mindez függ a gép és a szerszám sajátosságaitól, a darab alakjától és a technológiától – ezért kell különféle csoportokba sorolni a kovácsdarabot. A tűrések meghatározásánál az MSZ szerint úgy kell eljárni, hogy a kovácsdarab valamennyi hosszúsági, szélességi és magassági méretére a darab legnagyobb méretéhez tartozó tűréseket kell alkalmazni. Ezzel szemben a DIN szintén elvégzi a korábban az MSZ esetében ismertettet anyagminőségi és bonyolultsági csoportosításokat, kiegészítve egy sajátos minőségi csoportosítással (F, ha általános gyártási feltételek szükségesek, E, ha nagyobb költségráfordítással jár), majd e kategorizálás ismeretében szabvány írja elő az alkalmazandó tűréseket. A kovácsdarab tervezésének eredménye az ún. kovácsrajz, ami a további technológiai tervezés alapjául szolgál.[1] [2] [3]

2.1.2.

A technológiai tervezés lépései

A kovácsrajz birtokában megkezdődhet a kovácsolási technológia tervezése. Meg kell határozni a kívánt minőségű késztermék előállításához a gyártási-, valamint a gazdaságossági feltételeket. Ahhoz, hogy ezt megtehessük, tisztában kell lennünk az adott üzem lehetőségeivel. A hagyományos technológiai tervezés lépései a következők: 1.

a gyártási módszer meghatározása;

2.

az alakító gép megválasztása;

3.

a kiinduló darab alakjának és nagyságának a meghatározása;

4.

az optimális hevítési hőmérséklet meghatározása;

5.

a süllyesztékszerszám megtervezése;

6.

a sorjázás módja és a szerszám megtervezése, a berendezés megválasztása.

6.



A süllyesztékes kovácsolás olyan képlékeny alakítási eljárás, amely során a kiinduló alakból a kívánt kész alakot fokozatosan lehet, illetve kell megközelíteni. Ennek oka az alapanyag alakíthatósága, az üregkitöltési viszonyok, a takarékos anyagfelhasználás, és a süllyesztékszerszám kíméletes igénybevétele. Az, hogy a készterméket hány lépcsőből érjük el, függ a kovácsdarab méretétől, alakjától, anyagminőségétől, a hőmérsékleti viszonyoktól, a rendelkezésre álló gépektől, a sorozatnagyságtól és még számos más tényezőtől. A leggyakrabban zömítést, előalakítást és készrealakítást alkalmazunk. Az előkovácsolás feladata a készalak lehető legjobb megközelítése, ezáltal a készüreg élettartamának megnövelése. A gyártás lehetséges módszerei a következők: 

történhet

egy üregben,

előkovácsolás

nélkül:

kissorozat

esetén,

nagy

anyagfelesleg, sok ütés, nagy munkaigény és jelentős szerszámterhelés; 

kovácsolás egy üregben, előkovácsolással: kis- és középsorozatok esetén, csökken a szerszámterhelés és az anyagfelhasználás, javul a késztermék minősége;



kovácsolás egy gépen, több üregben: közép- és nagysorozat esetén, tovább nő az élettartam és csökken az anyagfelhasználás, azonban drágák a szerszámok;



végül történhet több gépen és több üregben: nagysorozat és tömeggyártás esetén, jól automatizálható, olcsóbb szerszámok, viszont hátránya a nagy átállási idő.

A gépekkel szemben támasztott alapkövetelmény, hogy az adott alakító gépre jellemző

(erő-magasságcsökkenés) görbe a képlékenységi görbe felett haladjon.

Különösen fontos a teljesen kitöltött üreghez tartozó erőmaximum (

) ismerete.

Süllyesztékes kovácsolás esetén a legfontosabb alakító gépek a kalapácsok, valamint a mechanikus (forgattyús) sajtók, és a csavarsajtók, legfontosabb paraméterük pedig a maximális alakító erő. Erő tekintetében a kalapácsok a meghatározóak, míg a hasznos munka vonatkozásában a mechanikus sajtók. A kalapácsok olcsóbbak, viszont a forgattyús sajtók megfelelő előalakítás esetén az üregtöltést egyetlen lépésben (egy lökettel) is elvégezhetik, ezért gazdaságossági szempontból kissorozat esetén az előbbit, míg nagysorozat esetén az utóbbit célszerű választani. Az alakító gépek kiválasztásának másik fontos szempontja a kovácsdarabok szélesség/magasság viszonya. A tapasztalatok szerint, ha ez a viszony kisebb 3-nál, akkor a sajtókat, ha nagyobb 8-nál, akkor mindig a kalapácsokat érdemes választani. A gazdaságos kovácsolás egyik fontos alapja tehát a kovácsdarab alakjához, méretéhez és tömegéhez legjobban illő típusú és nagyságú gép 7.



megválasztása. Miután kiválasztottuk az alakító gép típusát, meg kell határozni annak nagyságát. Ehhez elkerülhetetlen a fellépő alakító erő meghatározása. Az alakító erő ismerete tehát több szempontból is fontos, hisz ennek tükrében választhatjuk ki az alakító gép nagyságát, és ennek az értéknek a segítségével ellenőrizzük a süllyesztékszerszám felületét ütközésre. Miután meghatároztuk a gyártási módot, illetve az alakító gépet, következhet az alakítás megtervezése. Először az ideális elméleti előgyártmány méreteit kell meghatároznom, ami olyan előalakot jelent, amely keresztmetszeteinek nagysága megegyezik a késztermék sorjával megnövelt keresztmetszeteivel, illetve körvonala minél jobban megközelíti a késztermékét kontúrját. Az ideális előgyártmány alakját és méreteit a keresztmetszeti-diagram segítségével állapíthatjuk meg. Ha a kiinduló darabom nem zömök, hanem hosszúkás jellegű, akkor előzetes anyagelosztásra van szükség. Az előgyártmány méreteinek és alakjának ismeretében már eldönthetjük, szükséges-e előalakítást végezni. Előalakításra leggyakrabban előalakító üregeket alkalmazunk, amelyeket a süllyesztékekben helyezünk el, de előalakíthatunk kovácshengerléssel, lemezidom-vágással, vagy villamos duzzasztással is. Az alkalmazható üregek a következők: nyomóüreg, alakító üreg, anyagelosztó üreg, nyújtóüreg, hajlító üreg, levágó kés, duzzasztó felület. Az alkalmazott hőmérséklet felső határát kohászati tényezők is befolyásolják (revésedés és dekarbonizáció léphet fel). A tartomány alsó határánál ugyan javulnak az acélok mechanikai tulajdonságai, de ugyanakkor nő az alakítási szilárdság is. A leggyakrabban alkalmazott kovácsolható acélok hőmérséklet-tartománya

.

A különböző ötvözők megváltoztatják a vas-karbon diagram jellemző pontjainak a helyzetét – például a ferritképzők (Cr, W, Mo, V, Nb, Si, stb.) növelik, az ausztenitképzők (Mn, Ni) pedig csökkentik az kovácsolás befejező hőmérséklete:

hőmérsékletet –, így ezek figyelembe vételével a (

).

A befejező hőmérséklet mellett a kiindulási hőmérsékletet is meg kell határozni, azonban ehhez több tényezőt is figyelembe kell venni. Miután a kiindulási hőmérsékletre hevített munkadarabot kiemeltük a hevítő berendezésből, és áttettük a szerszámüregbe, máris hőt adott le a szállításkor, továbbá a szerszámfelülettel történő érintkezés során is veszít hőt. Ezen felül az alakítás során minden ütéssel további hőmérsékletvesztést szenved 8.



a darab, igaz az alakváltozási munka visszamelegíti a darabot – tapasztalati számítások azt mutatták ki, hogy e két folyamat kiegyenlíti egymást, azaz e tényezők miatt a darab hőmérséklete nem változik. A darab fokozatos hűlésével azonban ez az állítás már nem igaz, így az utolsó ütések már csak részben melegítik vissza a darabot.[1] [2] [3]

2.1.3.

A süllyesztékszerszám tervezése

A szerszámtervezéshez ismernünk kell bizonyos adatokat. Ismernünk kell a kovácsdarab méreteit, alakját, anyagminőségét, ismernünk kell a technológiai adatokat (például az előalakítás jellegét, a kovácsolás módját, stb.). Tudnunk kell, hogy milyen alakító gépen történik majd a megmunkálás, és arra milyen méretű és alakú süllyesztékszerszámok szerelhetők fel. Tisztában kell lennünk azzal is, hogy az adott célra mely szerszámanyagok a legmegfelelőbbek, továbbá ismertnek kell lennie a megmunkálás hőmérséklet- és erőviszonyainak is. A süllyesztékszerszám tervezésének menete röviden összefoglalva: 1.

A szerszámkészítésre alkalmas acélok közül ki kell választani az adott feladatra legalkalmasabb anyagminőséget.

2.

Meg kell tervezni az előalakító üregeket, valamint a készrealakító-, és a kész előtti üregeket, továbbá a fogónyúlvány üregeket a hőtágulás figyelembe vételével.

3.

Meg kell határozni az üregek közötti, illetve az üregek és a szerszám szélei közti minimális távolságot, majd el kell helyezni az üregeket a vonatkozó szabályok szerint. Továbbá meg kell határozni a szerszám méreteit: az üregméretek és a köztük lévő távolságok összege, valamint – amennyiben a szerszám szélére nem kerültek üregek – a tömb két szélén lévő távolság összege adják meg a minimális szerszámméretet.

4.

Az így kapott tömbméretet összevetjük az ajánlásokban található méretekkel, és a következő felső határ szerinti méretet választjuk meg a szerszám végleges méretének.

5.

Ki kell választani a megfelelő vezetőelem(ek)et és el kell helyezni azokat a szerszámtömbön.

9.


6.


Meg kell határozni a tényleges és a szükséges ütközőfelület nagyságát. Amennyiben a tényleges kisebb, mint a szükséges, meg kell növelni az ütközőfelület méretét úgy, hogy az elérje a szükséges méretet.

7.

Meg kell határozni az adott szerszámra vonatkozó vastagsági méreteket (3-4szeri utómunkálatot feltételezve), majd ki kell választani az adott alakító géphez, illetve süllyesztékszerszámhoz tartozó rögzítő elemeket (fecskefarok, rögzítőék, retesz).

A készüreg alakját a technológiailag helyesen megtervezett kovácsdarab határozza meg. Tervezéskor figyelembe kell venni a darab hőzsugorodását és leégési veszteségét, illetve a szerszám munka közbeni felmelegedéséből adódó hőtágulást is. A kész előtti üreg a készüreg kopásának csökkentése céljából kerül a szerszámba, így az alakítás nagyobb része itt megy végbe. Az üreg oldalferdesége

-kal nagyobb a

készüregétől, lekerekítési sugarai pedig lényegesen nagyobbak. A kész előtti üreg általában magasabb és keskenyebb, mivel a készüregben duzzasztás jellegű alakváltozás megy végbe.[1] [4]

2.1.4.

A sorjázás megtervezése

A süllyesztékben sorjával elkészített darabokon rajtamarad az anyagfelesleget jelentő sorja, amelyet az alakítás után el kell távolítani, leggyakrabban nyírással. A sorjázásnak két fajtája van: 

melegsorjázás: közvetlenül az alakítás után végezik el; melegsorjázáskor a vágási felület sima; repedésre hajlamos, ötvözött acélok esetén mindig ezt alkalmazzák;



hidegsorjázás: a munkadarab lehűlése után végezik el; előtte lágyítást kell végrehajtani; termelékenyebb; ha a darabokat sorjázás előtt revétlenítik, megnő a szerszám élettartama.

A kiszámolt sorjázó erő ismeretében tudunk berendezést választani. A közepes és kisméretű munkadarabokat excentersajtón, a nagyobbakat forgattyús sajtón, míg a legnagyobbakat hidraulikus sajtón sorjázzuk. Sorjázáskor a kovácsdarabot az alakjának megfelelő vágólapon nyomóbélyeggel átnyomják, és így megy végbe a sorjátlanítás. Ha a vágórés nagy, akkor csak a vágólap, ha kicsi, akkor a vágólap és a bélyeg együttesen végzi a nyírást. Továbbá ha a vágórést túl 10.



nagyra választjuk, akkor a sorja helyén éles, erősen deformált sorjarész marad, ha túl kicsire, akkor a vágási felület beszakadozik. Amennyiben a munkadarabon elegendő síkfelület van, akkor a bélyeg felfekvő felületet is sík, ám a tagolt, bonyolult alkatrészek esetén ez nem megoldható. Ekkor a bélyeg felfekvő felülete pontosan leköveti a munkadarab felületét – ez a gyakoribb eset. A vágólap alakját az osztófelület határozza meg. Az élszalag előnye, hogy szerszámkopás esetén könnyedén utánköszörülhető a vágóél.[1] [3]

2.1.5.

A vezető- és a rögzítőelemek

Az alsó és a felső süllyesztékszerszám-feleket egymáshoz képest vezetni kell, amit csapokkal, vállakkal, bütykökkel, vagy gyűrűs vezetéssel oldanak meg. A vezetőcsapokat általában az alsó szerszámfélben helyezik el és a felső félbe munkálják bele a furatokat. Általában kis süllyeszték esetén kettő, míg nagy süllyeszték esetében négy vezetőcsapot alkalmaznak. További vezetőelemek a bütykök és a gyűrűk – míg a vállak csak egy irányban adnak vezetést, addig a vezetőbütykök és a vezetőgyűrűk nagyon jó, kétirányú megvezetést biztosítanak. A legtöbb süllyesztéktömbön fecskefarkat alakítanak ki, és ezzel, továbbá egy vagy két rögzítőékkel rögzítik a szerszámot az alakító géphez. A fecskefarok megakadályozza a szerszám oldalirányú elmozdulását, a reteszek pedig a hosszirányú elmozdulását. A fecskefarok kialakításakor ún. emelőcsap-furatokat is készítenek a szerszám szállításának megkönnyítése miatt.[1]

2.2. A technológiatervezetés menete a Firth Rixsonnál Ebben a fejezetben röviden be szeretném mutatni a süllyesztékes kovácsolási technológiáról szerzett ismereteimet, amire eddigi tanulmányaim során, a nyári szakmai gyakorlatom alkalmával tettem szert. Természetesen nem volt lehetőségem a kovácsolás összes területének a megismerésére, ismeretanyagom csupán a tárcsaszerű alkatrészek gyártására vonatkozik, mivel az egri Firth Rixson Hungária Kft-nek ez az ág a fő profilja. A tárcsaszerű alkatrészek alapvetően két részre oszthatók fel: körszimmetrikus termékek – mint például koronakerekek, kapcsolóperemek, szinkrontárcsák vagy fogaskerekek –, illetve nem körszimmetrikus termékek – például aszimmetrikus peremek, kardánkeresztek, tengelyek vagy kengyelek. 11.



Az általam megismert technológia keretein belül kör- vagy négyzet keresztmetszetű, ötvözött, ötvözetlen és rozsdamentes acélból dolgoznak minimum

és maximum

-es szelvényméretig. Általában a kovácsdarab formája dönt arról, hogy éppen körvagy négyzet alakú előgyártmányt választanak-e. Ezt a korlátot az üzem berendezései szabják meg. Az alapanyagot az előzetesen meghatározott vágási hossz szerint fűrészelik (ami pontosabb, és a munkadarab középvonalára merőleges felületet eredményez – viszont lassabb), vagy hidegen darabolják (ami olcsóbb és gyorsabb, viszont kevésbé pontos, illetve nem szabályozható a kialakítandó vágott felület – így zömítésnél a munkadarab nem áll merőlegesen a szerszámlap síkjához képest). A ledarabolt előgyártmányokat először

fölé hevítik egy indukciós

kemencében. A hevítési hőmérséklet egy fontos paraméter, mivel bizonyos hőmérséklet felett erős revésedés állhat be. A reve több szempontból is káros: ha rárakódik a szerszámra, az selejtes termékeket eredményez, továbbá feleslegesen megnöveli a szerszámok terhelését, ezáltal csökkenti azok élettartamát. A hevítést követően az izzó bugákat előírt magasságra zömítik (pogácsa lesz belőlük), így a káros zárványok, és helyi dúsulások szétrobbannak az anyagban, emellett a reve nagy része is „lerobban”. A zömítéshez állítva kell betenni a munkadarabot a szerszámba, ami általában két sík, vagy alakos tárcsaszerű szerszámlap. Miután a présgép egy ütéssel előállította a pogácsát, az operátor egy megfogó segítségével, kézzel átteszi a munkadarabot az előalakító üregbe (Second Die, röviden SD). Az előalak után a készrealakító szerszámüregbe (Final Die, röviden FD) kerül a munkadarab, ahol egy végső ütést követően elkészül a jelenleg még sorjás kovácsdarab. Ugyan az alakítás során a munkadarab hőmérséklete folyamatosan csökken a szerszámmal való érintkezés miatt, de az alakítás olyan mértékű belső hőt termel, ami visszamelegíti a darabot a kellő hőmérsékletre. Ennek köszönhetően a hűlés nem befolyásolja nagymértékben az anyagáramlást. Az alakítás után történik a sorjátlanítás. A felesleges sorját sorjacsatorna tervezésével és egy sorjázó szerszám (Cutting Tool, röviden CT) segítségével könnyedén levághatják a darabról. A sorjázó szerszám két fő részből áll – az egyik a kovácsdarab rögzítésére szolgál, a másik a sorja eltávolítására. Az alakos fészek feladata a kovácsdarab illesztésének megkönnyítése (ez az ún. „spárolás”), a támasz feladata pedig a darab rögzítése és a vágóélek megvezetése. A lyukasztó tüske és a gyűrű távolítja el a nem kívánt sorját. A sorjázó szerszám mozgása igen bonyolult – a fészek az állórész, amelyre először a 12.



támasz fekszik rá, majd ezt követi a vágóélek és a sorjaledobó mozgása. A darab külső peremén sorjagyűrű, míg a belső részén egy ún. „dugó” keletkezik, amiket természetesen el kell távolítani. A süllyesztékszerszám-felek a zömítőlapokkal egyetemben, illetve a sorjázó szerszám is egy-egy szabványos kazettában foglalnak helyet, ami megkönnyíti és lerövidíti az egyik munkadarabról a másikra történő átállást. A termékek méretskálájából adódóan egy kovácsolási kazettában többnyire egy zömítő szerszám, egy előalakító üreg és egy készrealakító üreg található. Az előalakító üreg a készrealakító üreg terhelését hivatott csökkenteni, ezáltal annak élettartamát növelni. Azonban hiába vannak megelőző intézkedések a szerszámok élettartamára nézve (többek között ilyen a revétlenítés, az előalakítő üreg alkalmazása, a nagy tűréstartomány), előbb-utóbb törvényszerűen elkopnak az üregek. Ám ezeket bizonyos keretek között fel lehet újítani – a kovácsdarab geometriájától, azaz az üreg komplexitásától függ, hogy hányszor tehetik ezt meg. A sorjázó szerszámok élei is elkopnak, ezeket újra és újra fel kell hegeszteni, amivel hosszabb éltartamot érhetünk el. A sorjázást követően történik a még izzó darabok hűtése, amely többnyire levegőn zajlik. Hiába van revétlenítő hatása a zömítésnek, a sorjázás után még mindig tartalmaz ilyen jellegű szennyeződést a kovácsdarab. Ezt homokfúvással, vagy sörétezéssel oldják meg. Ezt követően a darabok még átesnek a megfelelő minőségellenőrzésen, majd csomagolják és kiszállítják a termékeket. A mérnökök tehát minden egyes megrendeléshez külön megtervezik a kovácsdarabot (amennyiben persze a megrendelés csak a készre munkált alkatrészrajzot tartalmazta), a süllyesztékszerszámokat, valamint a sorjázó szerszámot. A szerszámokat szerszámacélból készítik. A tervezőmérnök első feladata tehát a kovácsdarab előállítása a készre munkált alkatrészrajz alapján. Ennek fő vezérfonala az, hogy a megtervezett kovácsdarab formája a lehető legjobban megközelítse a kész alkatrész formáját a kovácsolási szabályokat betartva (ilyen szabályok például, hogy ne legyenek alámetszések, sarkok, vékony falak, de a darab rendelkezzen a megfelelő oldalferdeséggel). A tervezés során szem előtt kell tartani, hogy a bugának nagyobb tömegűnek kell lennie, mint a kész kovácsdarabnak, mivel csak így biztosítható a megfelelő szerszámkitöltés. A kovácsdarab alapján először a készüreget kell megtervezni, majd az előalakítót, ellátva azokat a megfelelő sorjacsatornával. Ezt követi 13.



végül a sorjázó szerszám megtervezése. A szerszámtervezésen túl a mérnökök feladata a technológiai paraméterek meghatározása is. Ilyen paraméter például a zömítésnél a vágási hossz. A vágási hossz megállapításánál ügyelni kell arra, hogy az ne legyen túl nagy, illetve a szelvényméret se legyen túl kicsi, mert akkor zömítéskor fennáll a kihajlás veszélye. A buga szelvényalakjának (kör- vagy négyzet keresztmetszet) meghatározásánál olyan szempontokat is figyelembe kell venni, mint a szálirány – nem lehet például kocka alakú előgyártmányt választani, mert akkor a dolgozó nem tudja egyértelműen megállapítani a szálirányt és rosszul üti le a terméket, tönkretéve így a kedvező szálirány nyújtotta kovácsolási előnyöket.

3.

A

-os szerszámgarnitúra megtervezésének menete

A nyári szakmai gyakorlatom alkalmával találkoztam először a

-os kódnevet

viselő kovácsdarabbal, illetve az ezt a terméket előállító szerszámgarnitúrával. Ugyan nem én végeztem el a teljes szerszám megtervezését, azonban aktív szerepet vállaltam a folyamatban, betekintést nyerve így a szerszámtervezés gyakorlatába. Azért, hogy számot adjak a tervezési témában szerzett ismereteimről, ismét végigmegyek a tervezés lépésein, aminek köszönhetően még jobban megismerhetem a szerszámokat, amely ismeretet majd a későbbi javítási javaslat megtételénél tudok kamatoztatni. A szerszámtervezés jelen esetben egy esztergált munkadarab alkatrészrajzából indul ki, amiből meg kell tervezni a kovácsdarabot. A kész kovácsdarab előállítása pedig három lépésben történik majd – zömítés, előalakítás, majd végül a készrealakítás. Mindhárom műveletet egy szerszámkazettában végzik el összesen három leütés útján. Az így kapott kovácsdarab még sorjás, aminek eltávolítása egy negyedik, külön lépésben történik majd – ehhez viszont további sorjázó szerszámokat kell tervezni. Így kapjuk meg a korábban tervezett

tényleges

kovácsdarabot.

Végső

lépésként

következik

a

kovácsdarab

forgácsolása, aminek köszönhetően testet ölt a megrendelő által kért esztergált alkatrész. A további munkálatokat – ami például fogaskerekek esetében a fogazást jelenti – a megrendelő végzi el. A tervezés menete logikailag eltér a megmunkálás folyamatától. Itt első lépésként a kézhez kapott esztergált alkatrészrajz alapján meg kell tervezni a kovácsdarabot, amiből legegyszerűbben a készrealakító szerszámüreg (FD) tervezhető meg. Ugyan a készüreg tervének megléte nem feltétele a zömítőszerszám megválasztásának, azonban mégis 14.



célszerű annak birtokában elvégezni a tervezést, mivel számos fontosabb zömítési paraméter az FD alapján határozható meg. Ugyancsak az FD terveinek segítségével, azaz annak méreteinek módosításával lehet előállítani legkönnyebben az előalakító üreg (SD) terveit. Végül a sorjázó szerszám (CT) tervezése következik, aminek végeztével elkészült a megmunkáláshoz szükséges teljes szerszámgarnitúra tervdokumentációja. Az 1. ábra a

-o megrendelés tárgyát képező kapcsolóperem (kardánperem)

háromdimenziós modelljének képét mutatja be – a tűrésekkel ellátott alkatrészrajz megtalálható az 1. sz. mellékletben.

1. ábra: A tervezés alapjául szolgáló kapcsolóperem renderelt háromdimenziós modelljének képe

A következő alfejezetekben a fentebb ismertetett logika szerint bemutatom a teljes szerszámgarnitúra tervezésének lépéseit, részletesen ismertetve a fontosabb tervezési szempontokat.

3.1. A kovácsdarab megtervezése A kovácsdarab megtervezésekor bizonyos szabályokat be kell tartani. Ezek közül az egyik legfontosabb, hogy a kovácsdarab az alakítást követően kivehető legyen a süllyesztékből, abba ne ragadjon bele. Ennek érdekében a darab nem tartalmazhat alámetszéseket, illetve megfelelő oldalferdeséggel és lekerekítésekkel kell ellátni. Ezen felül ügyelni kell arra, hogy a tervezett kovácsdarab lehetőleg egyszerű legyen, és ha lehetséges, forgásszimmetrikus. Ennek érdekében olykor plusz anyag hozzáadásával geometriai egyszerűsítéseket kell alkalmazni a tervezés során – ilyen eset lehet tervezésnél például egy beszúrásnak, alámetszésnek, vagy éppen furatoknak az elhanyagolása. 15.



A kovácsdarab megtervezése leegyszerűsítve úgy jellemezhető, hogy az esztergált alkatrész köré egy kovácsolási ráhagyást, kovácsolási köpenyt húzunk, ami biztosítja azt, hogy a kovácsolás során sehol sem metszünk bele a számunkra szükséges anyagrészbe – ugyanis ha ez megtörténik, selejtet gyártottunk. A tervezéséhez így nem kell egy teljesen új modellt alkotni, elegendő a már meglévő esztergált alkatrészmodell méreteinek módosítása. Ehhez meg kell nyitnom a SolidWorks vázlatszerkesztőjét, amelynek rajzfelületét – az esztergált alkatrész méreteivel egyetemben – a 2. ábra szemlélteti. A vázlat vonalai feketét, ami azt jelenti, hogy a vázlat megfelelő, azaz teljesen kényszerezett.

2. ábra: Az esztergált alkatrész méretei a vázlatszerkesztőben

A kovácsolási köpeny alkatrészre húzásakor a vállalatnál bevett gyakorlati tapasztalatok alapján használt értékeket alkalmazzák. Amennyiben ezek a méretek (például az oldalferdeségek, vagy a lekerekítések) mégsem bizonyulnak megfelelőnek, úgy módosításuk a későbbiek folyamán egyszerűen megoldható. A gyakorlat alapján így a következő lépés egy

-es köpeny felvitele. Ha a

ráhagyás értéke túl nagy lenne, az indokolatlanul megnövelné a kovácsdarab súlyát, ha viszont túl vékony, akkor kimunkálásnál nyersfoltos maradhat az alkatrész. A köpeny felvitele egyszerű, hisz csupán egy offset parancs kiadásával létrehozom az alkatrészrajzot 16.



tartalmazó vázlatból. Az így kapott kovácsolási köpenyt a 3. ábra jobb oldali vázlata mutatja be. Ezzel természetesen még nincs kész, hisz most jönnek többek között az oldalferdeségek és a rádiuszok felhelyezése, illetve a korábban említett geometriai elemzés az elhanyagolások miatt. Ehhez első lépésként meg kell határozni a leütés irányát és az osztófelület hozzávetőleges helyzetét – a megfelelőnek ítélt pozíciót ugyancsak a 3. ábra szemlélteti.

3. ábra: A leütés tervezett iránya

A zömítés után a pogácsát az SD alsó szerszámfelére helyezik, melyet az első ütés követ – a nyíl a leütés irányát szemlélteti. A pozícionáláskor itt még csak annyi volt a követelmény, hogy a süllyeszték közepére helyezzék a pogácsát. Az előalakítást követően azonban már megközelítjük a készalakot, így a készrealakító üregbe történő behelyezés fokozott odafigyelést igényel, hogy elkerüljük a selejtet. Bizonyos tárcsaszerű darabok esetében azonban lehetőség van az ültetés megkönnyítésére. Jelen esetben is igaz ez az állítás. Amennyiben az ábrán látható pozíciót választják, akkor az FD alsó szerszámfelébe történő ültetését megkönnyíti a kovácsdarab alsó nyúlványa, így kisebb az esélye a félreütésnek. Mindezt figyelembe véve tehát a leütés és a szerszámkitöltés szempontjából is ez a pozíció az optimális. Az osztósíkot azért kell ott elhelyezni, mert a munkadarab így nem tartalmaz alámetszéseket. Olyan esetekben, amikor a kovácsolás tekintetében nincs 17.



jelentős különbség a pozicionálást illetően, akkor egyéb szempontok szerint kell dönteni – például, hogy melyik pozícióban kisebb az esélye annak, hogy a rossz illesztésből adódóan selejtet gyártsunk, vagy egyéb megmunkálási, használati szempontok szerint is dönthetünk. A fent bemutatott pozíciót nézve eltekintve a darab alsó részén található kisebb alámetszésektől – amelyeket a köpeny és az oldalferdeség felvitele kiküszöböl – nincs szükség komolyabb geometriai elhanyagolásra, így e szempontból csak a 6 darab furattól kell eltekinteni – amelyeket majd a későbbi forgácsolásnál alakítanak ki. További meglátás, hogy mivel elég mély ülésű lesz a kovácsdarab – az osztósíkhoz viszonyítva viszonylag mélyen lesz a darab alja –, a kivételhez szükség lehet kilökő alkalmazására is. A tervezés e fázisában arra is kell gondolni, hogyan lehet majd megmunkálni a szerszámfeleket. Sok esetben ez semmiféle módosítással nem jár, most azonban az alsó süllyeszték forgácsolása problémás lehet. Ennek érdekében az alsó szerszámfelet úgy kell megtervezni, hogy az tartalmazzon egy kivehető szerszámbetétet a forgácsolás megkönnyítése végett. A geometria szempontjából további problémás terület véleményem szerint nem található a munkadarabon. Most következik a köpeny realizálása a kovácsolás szempontjából, azaz az oldalferdeségek és a rádiuszok felvitele, melyek értékei a cég gyakorlati tapasztalatinak megfelelvén a következők: 

belső / külső oldalferdeségek:



saroklekerekítés:



hornyolat lekerekítés:

,

, .

Mind, a rádiuszok és a falferdeségek esetében is a lehető legnagyobb értékeket kell megadni, ami még megengedhető. A kovácsolás szempontjából előnyös, ha minél magasabbak ezek az értékek, ám ez jelentősen megnövelheti a kovácsdarab súlyát, amit viszont minimalizálni kell. Ezen ellentmondások miatt meg kell találni azokat az optimális értékeket, amelyek mindkét szempontnak megfelelnek. A köpeny felvitelekor az alábbi pontokat kell szem előtt tartani:

18.





A leütés által kijelölt iránnyal nem lehetnek párhuzamos oldalfalak, mivel ez beragadáshoz vezetne – kivételt képeznek ez alól a sorjázott illetve a lyukasztott felületek, ám ezek csak a sorja eltávolítása után jelennek meg a kovácsdarabon.



Az

-es rádiuszok főleg a sarkokra, élekre vonatkoznak, ám ha ennél nagyobb

lekerekítés is megengedhető, akkor dönthetünk amellett is – a lényeg tehát, hogy a választott lekerekítési érték ne növelje meg nagymértékben a darab súlyát. Mindezeknek megfelelően a 4. ábra szerint fog kinézni a kovácsdarab. Ez az ábra csupán a köpeny méreteit tartalmazza, amelyeket az esztergált darab kontúrjához viszonyítva mutatok be.

4. ábra: A kovácsolási köpeny a készre esztergált kontúrhoz viszonyítva

A fentebb említett saroklekerekítés értékétől egy helyen van eltérés – a munkadarab felső részén, az

-es rádiusznál –, mivel így kapunk szépen összefüggő tangenciális

íveket. A kovácsdarab kontúrjának alsó részén található törésre azért van szükség, mert itt kap helyet majd a korábban említett szerszámbetét. Mivel ez a terv már a kész, sorjázott kovácsdarabot szemlélteti, így a leütés irányával párhuzamos oldalfalakat is tartalmaz a sorjázás illetve a lyukasztás helyén. Ezek a területek a tervezés következő fázisában kapják meg a szükséges oldalferdeséget.

19.



Mivel a darab nem tartalmazhat az ütéssel párhuzamos oldalfalakat, ügyelni kell az átmérők méreteinek megadásánál arra, hogy a minőségellenőrök azokat mérni tudják. Abban az esetben, amikor nincs oldalferdeség, könnyű dolgunk van a mérésnél, hisz az adott átmérőt megmérjük a lekerekítéstől távolabb. Jelen esetben azonban ez azért nem lehetséges, mert a rádiuszok nem

-ban elhelyezkedő felületeket kötnek össze, mivel

legalább az egyik oldalfal ettől eltérő szögben áll. Mivel a két felület metszéspontját nem mérhetjük meg a levegőben – ami pontatlan mérést jelentene –, így a rádiuszkifutásokat kell beméretezni. Ezt szemlélteti az 5. ábra – látható, hogy az

-es méretvonal nem

a lekerekítés végéhez, és nem is a két lekerekítendő vonal metszéspontjához, hanem egy olyan ponthoz tartozik, amely rajta van a rádiusz körívén, illetve egy olyan függőleges egyenesen, amely érintője a lekerekítésnek. Ez a méret már pontosabban mérhető az elkészült szerszámon.

5. ábra: A rádiuszkifutás értelmezése

A 6. ábrán a megtervezett kovácsdarab háromdimenziós modelljének képe látható, valósághű megjelenést biztosító renderelést követően.

20.



6. ábra: A kovácsdarab renderelt, háromdimenziós modelljének képe

Látható, hogy a kovácsdarab megfelelő, mert – a sorjázott és a lyukasztott felületeken kívül – nem tartalmaz függőleges oldalakat, illetve nincsenek sarkok. Tehát elméletileg kivehető a szerszámból. A kovácsdarab megtervezésénél előírásokat készíthetünk az ún. sorjázási élek méretének maximálisára – erről bővebben a sorjázó szerszámoknál ejtek szót. A sorjázási élekre vonatkozó megkötések megfelelnek a vállalati gyakorlatnak. A kovácsdarab tűrésezése – ha nincsenek kitüntetett felületek – viszonylag egyszerű feladat, ami a következők szerint történik. Annak érdekében, hogy a minimális köpenyvastagság – ami jelen esetben

– ne sérüljön, a külső átmérőket és azokat a

hosszméreteket, amiket megnövelve az darab térfogatát növelik átmérőket és a térfogatcsökkentő hosszméreteket

tűréssel, míg a belső

tűréssel kell ellátni. Azért engedünk

meg ekkora tűréseket, mert ezek a méretek magukba foglalják a forgácsolási ráhagyásokat is. Azért szükséges a kovácsdarab megléte, mert ez szolgál alapul a további szerszámtervezésnek. Az elkészült kovácsdarab betűrésezett műszaki rajzát a 2. sz. melléklet tartalmazza.[1] [4]

21.



3.2. Az készrealakító szerszámüreg (FD) megtervezése A következő lépés az FD megtervezése, amelynek alapja tehát az előzőekben megtervezett kovácsdarab. Azért célszerű először a készalakot megtervezni, mert abból sokkal egyszerűbben visszafejthető az előalak, mint fordítva. Mivel melegen alakítunk, ezért a kovácsolás során számolni kell a hőtágulás jelenségével. Az FD tervezése úgy zajlik, hogy a korábban a kovácsdarabon ellátott méreteket

-rel megnöveljük, míg a

tűréssel

tűréssel rendelkezőket pedig

ugyanennyivel csökkentjük a hőtágulás miatt. Természetesen ez csak irányadó, ettől el lehet térni, ha egy méret ezt megköveteli. Az így kapott méreteket már nem kell tűrésezni – kivétel lesz ez alól a szerszámbetét miatti illesztett méretek. A kovácsdarabot ún. hidegméretekkel kellett megtervezni, tehát az előzőleg meghatározott méretek a kész, már lehűlt darabra vonatkoznak. Az FD méreteit ugyancsak hidegméretekre kell tervezni – többek között a megmunkálás miatt is. Viszont miután megnöveljük, vagy éppen csökkentjük a kovácsdarab adott méretét a fent említett értékkel, az még mindig melegméret. Erre a magyarázat, hogy miután megnövelünk egy méretet -rel, azt azért tesszük, mert ezt szeretnénk kapni a leütés után. Azonban ekkor nem csak a munkadarabon jelentkezik a hőtágulás, hanem a szerszámon is, tehát ez a méret a szerszám esetében is melegméret. Ahhoz, hogy megkapjuk a süllyesztékek hidegméretét, ezt az értéket meg kell szorozni az ún. hőtágulási együtthatóval, ami jelen esetben

.

Bemutatom ezt egy konkrét példán keresztül is: vegyük a kovácsdarab legnagyobb külső átmérőjét, ami

. A hidegméretet kék, míg a melegméretet piros színnel jelölöm:

Tehát ahhoz, hogy megkapjuk az FD végleges méreteit, az összes méretét újra kell számolni az előbb ismertetett úton. Természetesen ez a módszer itt is csupán az általános méretekre vonatkozik, így ha egy méretnél szükség van módosításra, azt megtehetem – természetesen a hőtágulást szem előtt tartva. A méretek újraszámolása után a kovácsdarab sorjázott és lyukasztott felületeit is el kell látni a szükséges oldalferdeséggel, valamint meg kell tervezni a kovácsdarab 22.



forgástengelyére eső szerszámrészt – az ún. „csöcsöket”, majd az alsó szerszámbetétet –, illetve a sorjacsatornát is. Első lépésként a csöcsöket kell megtervezni – mindkettőt, az alsót és a felsőt is, majd módosítva az alsót meg kell tervezni a kivehető szerszámbetétet is. A csöccsel szemben támasztott követelmények hasonlóak az eddig ismertetettekkel, kiegészítve néhány további fontos megkötéssel. Azért van szükségünk erre a köztes szerszámrészre, mert ennek köszönhetően az anyag préseléskor a szerszám belsejéből a széle felé áramlik. A legtöbb esetben a csöcsök közti távolságnak a présterhelés csökkentése, és a kedvezőbb anyagkitöltés érdekében minimum

-nek kell lennie – és általában ezt a minimumot

is írják elő a technológiák tervezésekor. Továbbá a csöcsöket – amennyiben ez lehetséges – ugyancsak a présterhelés csökkentése miatt egyetlen, kiadódó körívvé kell tervezni (a rajzi jelölése RAD). Az alsó csöcs esetében az ültetés megkönnyítése miatt a magasság minimalizálására kell törekedni. Azonban ilyen tekintetben ez a munkadarab problémás, mivel eléggé szűk átmérőjű és mély ülésű. Emiatt meg kell növelni a csöcsök közti távolságot, valamint a szerszámbetét miatt az alsó csöcs magassága is nagyobb lesz. A szerszám e része viszonylag szabadon alakítható, mivel a csöcsök közti rész – a dugó – lyukasztáskor eltávolításra kerül. Az így megtervezett csöcsöket a 7. ábra mutatja be a hozzátartozó méretekkel együtt.

7. ábra: A kialakított csöcsök kontúrja

A következő teendő a kivehető szerszámbetét megtervezése az alsó szerszámrészt illetően. A betét alakjának meghatározását könnyedén megtehetjük az alsó csöcs 23.



kontúrjának lemásolásával, ügyelve arra, hogy el kell helyezni rajta egy átmenő

-

es furatot, amiben a kilökő fog mozogni. A kilökő rúd végének kialakításával nem kell külön foglalkoznom, mivel a dugót a sorjázás során eltávolítjuk a darabból, így az egy sík homlokfelületű tengely lesz. Tehát a szerszámbetét kontúrjának azon részét, amely érintkezik a kovácsdarabbal, teljes egészében le lehet másolni az előzőleg megtervezett csöcs kontúrjáról, annyi különbséggel, hogy el kell helyezni rajta az részén a

-es furatot. Mivel a munkadarab alsó

-os ferdeséggel rendelkező oldalfal a darab alján

a kovácsdarabbal már nem érintkező szerszámkontúr is

-ben végződik, így -es átmérőben

folytatódik majd – a betét ezen átmérője az előírásnak megfelelően viszont lesz. Az oldalferdeség hiányában a szerszámbetétet nem tudjuk majd kivenni a kovácsolás során – amire nincs is szükség –, aminek így előnye, hogy nem fog elmozdulni az alakítás folyamata alatt. A betét további kialakítása a gyár saját tapasztalatai alapján történik. A cég a megrendelt darabokat a méretük és a súlyuk alapján három méretkategóriába sorolja: M-es, L-es, és XL-es kovácsdarabok. A kategóriáknak megfelelően háromféle szerszámtartó harang van a befoglaló átmérőt (D) és a magasságot (H) illetően – az erre vonatkozó vázlatot a 8. ábra szemlélteti.

8. ábra: Az átmérőhöz ( ) és a magassághoz ( ) tartozó geometriai jelentések

Jelen kovácsdarab a cég besorolása alapján M-es méretkategóriába tartozik, amely típus esetén a cserélhető szerszám külső átmérője magasság pedig

, a hozzá tartozó

(az L-es méret esetén

, míg az XL-es esetében

és

és ). A szerszám 24.



magasságát természetesen az új szerszámokra kell értelmezni, mivel a folyamatos kopás miatt ezeket újra és újra fel kell újítani – az első felújítás alkalmával le a magasságból, majd ezt követően követően, hogy kompenzálják az

-t forgácsolnak

-es lépésekben javítják őket. Az újramunkálást eltávolított

anyagrészt

különböző magasságú

alátétlemezeket helyeznek el a süllyesztékek alatt, hogy a kovácsdarab magassága változatlan maradjon. Természetesen a felújítások számát illetően is van előírás, hisz minden kategóriának van egy minimális magassága. A befoglaló méretek mellett a kivehető szerszámbetétek méreteire is tartalmaznak előírásokat a különböző kategóriák: M-es darab esetén az egyedileg megtervezett betétprofil egy

-es és

magas talpra kerül, ami egy

-es furatba kerül majd beillesztésre. Mindennek megfelelőn a 9. ábra mutatja be a megtervezett kivehető alsó szerszámbetét kontúrját és méreteit.

9. ábra: A kivehető alsó szerszámbetét méretei

A következő lépés a sorjacsatorna megtervezése, amely szintén a vállalaton belüli gyakorlatot követi, illetve méreteiben megfelel az M-es kategóriára vonatkozó előírásoknak. A korábban említett M-es típushoz tartozó átmérő itt jelenik majd meg a süllyesztékeken. A magasságot a terveken a rajzok jobb áttekinthetősége miatt nem jelöljük pontosan, azok helyett csak egy névleges értéket adunk meg – a magasságra

25.



vonatkozó előírásokat egy a szerszámméretekre vonatkozó belsős minőségügyi vázlat tartalmazza. Korábban – többet között – a présterhelés csökkentése miatt az osztósík a kovácsdarab felső harmadában lett elhelyezve a 4. ábrának megfelelően. A sorjacsatornát az üregek összezárt helyzetében kell megtervezni. Az M-es kategória szerint, összezárt állapotban a megengedett sorjavastagság

, így ennek megfelelően ekkora rést kell

hagyni a két szerszámfél között, majd ezt kibővítve helyet kell hagyni az anyagtöbblet szabad kiáramlásának. A csatorna megtervezésekor ugyancsak ügyelni kell arra, hogy a munkadarab palástfelületét ellássuk a megfelelő oldalferdeséggel, mivel ezt korábban, a kovácsdarab megtervezésekor sorjázott felületként az ütéssel párhuzamosan tervezték meg. A sorjacsatorna geometriáját a 10. ábra mutatja be.

10. ábra: A sorjacsatorna geometriája

A következő feladat az alsó szerszámbetét helyének a kialakítása, ami tehát egy -es furat, továbbá az

-es átmérő, ami

egészen az üregig húzódik. A kivehető betét helyét az alsó süllyesztékben a 11. ábra szemlélteti.

26.



11. ábra: A kivehető szerszámbetét helye az FD-üregben

Utolsó lépésként el kell különíteni egymástól a két süllyesztékfelet, amivel kialakul a készrealakító FD-üreg. Az M-es kategóriának megfelelően tehát a süllyesztéküregek átmérője

, magasságuk külön-külön

– ahogy azt korábban már

említettem, a pontos magasság a dokumentáción nem jelenik meg, így az alsó szerszám (Final Bottom, röviden FB) magasságát – a sorjacsatornától mérve – szerszám (Final Top, röviden FT) magasságát pedig

-ben, a felső

-ben állapítjuk meg. Az így

elkészült FD háromdimenziós modelljének metszetét, illetve a helyére illesztett alsó szerszámbetétet a 12. ábra mutatja be.

12. ábra: A készrealakító szerszámüreg metszetének háromdimenziós modellje

27.



Ez idáig tehát megterveztük a kovácsdarabot, illetve a készrealakítás szerszámait. A következő lépés a zömítőlapok megtervezése, illetve a fontosabb zömítési paraméterek meghatározása. Ahogy azt már korábban említettem, logikailag a zömítési technológia megtervezése bárhol elhelyezkedhet a folyamatban, azonban számomra itt, az FD terveinek birtokában célszerű ezzel foglalkozni. A készrealakító szerszámüreg alkatrészrajza – a kivehető betéttel egyetemben – megtalálható a 3. sz. mellékletben.[1] [4]

3.3. A zömítőlapok megtervezése Mire elérünk a tervezésnek e fázisához, már részletesen megismerkedtünk a termékkel. Erre szükség is van, mivel mind, a zömítőlapok típusa, illetve a zömítési magasság megválasztása is a tervező saját tapasztalatai alapján történik. Első lépésként meg kell határozni az előgyártmány vágási hosszát. Erre a célra a vállalat a gyakorlatban szerzett eddigi tapasztalatai alapján elkészített egy ún. vágási hossz kalkulátort, amely segítségével a beírt súly alapján megkapjuk az ajánlott előgyártmány alakot, illetve vágási hosszt. A munkadarab súlyának meghatározása nem a kovácsdarab alapján történik, hisz az már a lyukasztott-sorjázott termék. A valós, sorjával és lyukasztással megnövelt tömeget a megtervezett FD-üreget kitöltő térfogat súlya jelenti számunkra. Ennek meghatározásához, miután hozzárendeltem a

-ös acélt (DIN-

szabvány szerinti jelölése: 1.0503) a kovácsdarabhoz, létre kell hoznom a készüreg tervének inverzét, majd le kell hívnom a megfelelő parancsot, aminek eredményét a 13. ábra mutatja be.

13. ábra: A készüreget kitöltő térfogat tömege

Az így megkapott vágási súly tehát ⁄

(

, ahol

,

), amit beírva az említett vágási hossz kalkulátorba, megkapom az 28.



ajánlott adatokat az előgyártmányra vonatkozóan. A kalkulátor vonatkozó részét a 14. ábra mutatja.

14. ábra: A vágási hossz kalkulátor alkalmazás közben

Látható, hogy a kalkulátor négyzet és kör keresztmetszetre is ad ajánlást – e termék esetében a körszelvény mellett kell dönteni, így az

-es rúdanyagot

-esre

kell darabolni a zömítéshez. A következő lépés a zömítési magasság meghatározása. Erre nincs konkrét számítási eljárás, a magasságot a hasonló jellegű kovácsdarabok megmunkálása terén szerzett eddigi tapasztalatok alapján határozzák meg. Amire figyelni kell, hogy a zömített buga jól üljön bele az előüregbe, illetve, hogy az előalak geometriájától függően az anyagáramlást figyelembe véve a legjobb kitöltésre törekedjünk. Mivel ez a termék szűk átmérő mellett igen mély ülésű, ez az érték először

volt. Az első sorozat alapján a kitöltetlenség

gyakori oka lett a selejtek keletkezésének, így a következő sorozatot már

-es

bugamagassággal ütötték. Ugyan csökkent a selejtarány, ám még így is sokkal több hibás termék kerül leütésre, mint a megengedett. Az utolsó teendő a szerszámok megválasztása. A kovácsdarab jellegéből adódóan a zömítőlapok egyszerű tárcsák lesznek bármiféle előalakítást végző geometriai elem nélkül (például domború vagy homorú szerszámlapok), ennek megfelelően különösebb tervezési feladat a zömítőszerszámok esetében nincs. A szerszám átmérője lényegesen nagyobb, mint a bugáé – ez azért lényeges, mert nem várhatjuk el az operátoroktól, hogy minden egyes előgyártmányt pontosan a zömítőlapok közepére illesszenek. A szerszámnak a kazettához csatlakozó felületei adottak. Az 15. ábra a zömítőlapok háromdimenziós modelljét mutatja be metszetben. 29.



15. ábra: A zömítőlapok háromdimenziós modelljének metszete

A zömítőlapok tűrésezett alkatrészrajza – a csatlakozó felületekkel együtt – a 4. sz. mellékletben található. Ahogy az a zömítési magasság esetében is látható, ezek az értékek csupán becslésre, iránymutatásra alkalmasak. Az, hogy pontosan mekkora lesz a kovácsdarab súlya, illetve, hogy mennyire lesz kitöltött, vagy éppen kitöltetlen a szerszám, gyakran csak az első gyártást követő elsőmintázás (PPAP, magyarul termékek jóváhagyási folyamata) alkalmával derül ki. Ennek eredményeképp gyakran szükség van a zömítési paraméterek utólagos módosítására.[1] [3]

3.4. Az előalakító szerszámüreg (SD) megtervezése A süllyesztékes kovácsolás során az alakítást végző szerszámok közül utolsóként az előalakító szerszámüreg következik, amelynek tervezése hasonló lépéseket igényel meg, mint a készalaké. Azért alkalmazunk előalakítást, hogy csökkentsük az FD terhelését, ezáltal a kopását, így megnő a szerszám élettartama. A tervezés alapja itt a készüreg lesz. A térfogatigény az SD esetében nagyobb, mint az FD-nél. Tervezésekor így a fő szempont, hogy az FD belső átmérőit megnövelem, külső átmérőit pedig összehúzom – a gyakorlati tapasztalatok alapján –

-rel. A magassági méretek tekintetében az a fő

elv alakult ki a tapasztalat útján, hogy az alsó szerszámfél dimenzióit felső szerszámfélét

-rel, míg a

-rel változtatom meg. Természetesen ez csupán itt is irányadó,

ettől el lehet térni indokolt esetben. Minderre azért van szükség, hogy az SD-üregben elkészült munkadarab könnyebben beleüljön az FD-üregbe. A méretek módosítása közben 30.



így ügyelni kell arra, nehogy olyan geometriát állítsunk elő, amelyben a buga ahelyett, hogy szépen beülne a készüregbe, kitart attól. Az áttervezés során a rádiuszok értékét is meg kell növelni, mivel az előalakító szerszámüreg sokkal nagyobb alakítási munkát végez, mint a készalak. Amennyiben lehetséges – jelen esetben azonban nem előnyös –, itt is egyetlen kiadódó körívként kell megtervezni a csöcsöket (RAD). Az előalak esetében – persze ésszerű keretek között – bátran lehet geometriai elhanyagolásokat is alkalmazni, mivel ez csak egy közbenső lépés. Jelen alkatrész esetében jelentős egyszerűsítést csupán a felső szerszámfél (Second Top, röviden ST) terveiben hajtottak végre a présterhelés csökkentése végett. Az ST esetében eszközölt elhanyagolásokat a 16. ábra mutatja be – középvonallal az FT kontúrja látható, míg vastag vonallal az áttervezett előalak.

16. ábra: Az SD kontúrja összevetve az FD kontúrjával

További jelentős geometriai változás – a méretek módosításán kívül – nincs a két szerszámüreg között. A süllyesztékeken kívül azonban a kivehető szerszámbetét méreteit is módosítani kell, természetesen a csatlakozó méreteken kívül. Az elkészült előalakító szerszámüreg háromdimenziós modelljének metszetét, illetve a beillesztett alsó szerszámbetétet a 17. ábra mutatja be.

31.



17. ábra: Az előalakító szerszámüreg metszetének háromdimenziós modellje

A 18. ábra csupán azt a célt szolgálja, hogy szemléltessem vele, melyik szerszám milyen alakítást végez a munkadarabon. A piros színnel jelölt kontúr az előalakító szerszám munkáját, míg a kék színnel jelölt kontúr a készrealakító szerszám munkáját mutatja.

18. ábra: A két szerszámüreg munkájának összehasonlítása

Látható, hogy az alakítás nagy részét az SD már elvégezte az első ütés során, és látható az is, milyen feladat vár még a végső ütésre. Az előalakító üreg, és az alsó betét alkatrészrajza az 5. sz. mellékletben látható.[1] [4]

32.



3.5. A sorjázó szerszám (CT) megtervezése A sorjázó szerszámok megléte ugyan nem feltétele a végeselemes modell megalkotásának, mégis szeretnék végigmenni a tervezési lépéseken, hisz a sorjázás is szerves része a technológia megtervezésnek – továbbá a tervezési lépések ismertetésén túl az ebben a témában szerzett ismereteimet is be szeretném mutatni. Miután megterveztük mindhárom képlékeny alakítást végző szerszámot, már csak a sorjázó szerszám megtervezése van hátra. A sorja eltávolítása közvetlenül a készrealakítás után történik egy külön berendezés segítségével. E berendezés – a sorjázás tekintetében – négy fő elemből áll: fészek, támasz, lyukasztótüske és vágógyűrű. Maga a vágószerkezet úgy lett kialakítva, hogy átállásnál csupán e négy alkatrészt kell kicserélni. Mivel az említett elemek csatlakozófelületei adottak, így csupán a kovácsdarabbal közvetlenül érintkező felületeket kell megtervezni.

3.5.1.

A fészek megtervezése

A fészek fő feladata, hogy meggátolja a kovácsdarab elmozdulását a sorjázás alatt. Ennek érdekében úgy kell megtervezni a darabbal érintkező kontúrt, hogy abba tökéletesen beleüljön a készrealakító üreget kitöltő sorjás munkadarab. Ezek alapján a tervezés alapja a fészek esetében is az FD-üreg. A szerszám főbb méretei tehát az M-es típusnak megfelelően adottak, így csak a fészek külső átmérőjét és a belső profilját kell megtervezni. A külső átmérőt úgy kapjuk meg, hogy a kovácsdarab legnagyobb átmérőjéhez – ami

– hozzáadok

-t. Ez az ún. robbantási hézag, amire azért van szükség, nehogy véletlenül belevágjunk az esztergálási kontúrba. A fészek belső kontúrját pedig a készüreg vonatkozó kontúrjának negatívjával kell kialakítani. Ugyan kovácsolásnál nem megengedettek az éles sarkok, most mégis ezt kell alkalmazni a munkadarab aljának felütköztetésére, mivel a szerszámbetét és az FD érintkezése szögben történik. Az utolsó pont, amire ügyelni kell, a lyukasztótüske mozgása, illetve az általa eltávolított dugó, aminek szabadon el kell távoznia a szerszámból. Ennek érdekében – mivel a kovácsdarab lyukasztott belső átmérője

– a fészek belső furata

lesz. A fészek tervét a megfelelő

profillal a 19. ábra mutatja be.

33.



19. ábra: A fészek kontúrja

A lemásolt kontúrnak köszönhetően a munkadarab sem oldalirányban, sem függőlegesen nem tud elmozdulni a fészekben. A szerszám alkatrészrajza megtalálható a 6. sz. mellékletben.[1] [2]

3.5.2.

A támasz megtervezése

A támasz tervezésénél ugyanúgy a készüreg kontúrját kell lekövetni, mint a fészek esetében. A szerszám főbb méretei itt is adottak, egyedül azt az átmérőt kell meghatározni, ahol a vágógyűrű mozogni fog. Mivel ennek az alkatrésznek csupán a kovácsdarab leszorítása, illetve ennek köszönhetően a darab oldalirányú pozícionálása a feladata, ezért az előzőleg meghatározott fészekátmérőből le kell vonni

-t. A kovácsdarab ilyen

jellegű leszorítását – azaz hogy a saját profiljának inverzével történik a pozicionálás –, spárolásnak nevezzük. Tehát a spároláshoz szükséges felső kontúrt a 20. ábra szemlélteti.

34.



20. ábra: A támasz kontúrja

A támasz belső furata – amiben szintén a lyukasztótüske hivatott mozogni – itt is . A szerszám tervrajza a 7. sz. mellékletben látható.[1] [2]

3.5.3.

A lyukasztótüske megtervezése

Miután megterveztük a spárolást biztosító alkatrészeket, következzenek a konkrét sorjázó szerszámok. Fontos, hogy az előző két elemtől eltérően a vágószerszámok tervezése már hidegméretekkel történik, valamint szem előtt kell tartani a robbantási hézagot is. A lyukasztótüskének a dugó eltávolítása a feladata – ennek érdekében a szerszámnak túl kell haladni a kovácsdarabon, hogy teljes egészében kivágja az anyagfelesleget. Ennek viszont az lesz a következménye, hogy újabb sorjás felület, ún. sorjázási él keletkezik. Ezért a vágószerszámok tervezésekor ügyelni kell arra, hogy az előírt maximális sorjázási élt kivágásnál ne lépjük túl. A jelen alkatrész esetében előírt lyukasztási élt a 21. ábra

résznézete mutatja be.

21. ábra: A megengedett lyukasztási ( ) és sorjázási (

) élek

35.



A kovácsdarab belső lyukasztott átmérőjét korábban

-ben határoztuk meg –

felszorozva ezt a méretet a hőtágulási együtthatóval megkapjuk a tüske átmérőjére vonatkozó hidegméretet:

. Mivel a tüske illesztési felületei

adottak, így már csak a vágóélt kell definiálni. Az élgeometria – ugyancsak a vállalati gyakorlatnak megfelelően – a 22. ábrán látható.

22. ábra: A tüske élgeometriája

Az ábrának megfelelően a kék színnel jelzett anyagrészt forgácsolással el kell távolítani, majd a hőkezelést követően újra fel kell hegeszteni, hogy visszakapjuk a kiinduló geometriát. Erre azért van szükség, hogy megnöveljük a vágóél éltartamát. Amennyiben kopik a szerszám, úgy újra el kell végezni egy felrakó hegesztést. A lyukasztótüske alkatrészrajzát a 8. sz. melléklet tartalmazza.[1] [2]

3.5.4.

A vágógyűrű megtervezése

Az utolsó feladat a vágógyűrű megtervezése. A tervezés során tehát figyelembe kell venni a hidegméretet, a robbantási hézagot, valamint a 21. ábra

résznézetén látható

sorjázási élre vonatkozó előírást is. Ügyelni kell arra, hogy a gyűrű nem ütközhet a spárolást végző elemekkel, illetve nem vághat bele az esztergált alkatrész kontúrjába. Ennek érdekében a fészek esetében korábban meghatározott átmérőhöz hozzá kell adni egy

-es külső

-es robbantási hézagot. Mivel a támasz átmérőjét

ezzel az indokkal korábban már csökkentettük, így azzal most nem kell foglalkozni. A vágógyűrű esetében nincs szükség külön felrakó hegesztésre, ezt csupán akkor alkalmazzuk, amikor elkopik a szerszám. A trimmelő gyűrű élgeometriáját a 23. ábra mutatja be.

36.



23. ábra: A vágógyűrű élgeometriája

Ezzel elkészültek a CT-szerszámok tervei is. A vágógyűrű tervdokumentációja a 9. sz. mellékletben látható.[1] [2]

3.5.5.

Mozgásviszonyok

Ebben a pontban szeretném röviden bemutatni a sorjázó szerszámok egymáshoz viszonyított mozgását. A sorjázás alatt a fészek mindvégig mozdulatlan marad, annak egyetlen feladata a még sorjás kovácsdarab ütköztetése és a spárolásban való részvétel. A további három alkatrész azonban kombináltan mozog. Első lépésben a támasz ereszkedik a munkadarabra, hogy létrejöjjön a szorítás (lásd a 24. ábra bal oldalát), majd elindulnak a vágószerszámok is. Először a lyukasztótüske érintkezik a munkadarabbal, amit rögtön követ a vágógyűrű is. A lyukasztás után a dugó a fészek furatán keresztül kiesik, azonban a gyűrű által levágott sorjagyűrű még a fészek körül marad. Ennek érdekében a vágógyűrű mozgásával szorosan összekapcsolva létezik egy ún. sorjalehúzó is – a vágás során a sorja a vágógyűrű és a lehúzó közé kerül (lásd a 24. ábra jobb oldalát).

24. ábra: A sorjázási folyamat szerszámpozíciói

37.



Miután elindul visszafelé a gyűrű, a lehúzó szintén felfelé mozogva leemeli a sorját a fészekről, így az operátor könnyedén eltávolíthatja a felesleges anyagrészt a CT-ből.

3.6. A probléma ismertetése Mint azt korábban már említettem, a

-os szerszámgarnitúra jelenleg is

működésben van, hisz egy-egy megrendelés esetén közel 1000 darab terméket állítanak vele elő az egri üzemben. A probléma az, hogy nagyon nagy számban jelentkeznek minőségi problémák a legyártott termékeken, és ezek közül sok javíthatatlan selejt. A kitöltetlenség szinte minden egyes munkadarabon megjelenik, azonban – szerencsére – túlnyomó részben ez a hiba nem nyúlik túl a kovácsolási köpenyen. Ennek ellenére ez az állapot természetesen nem tartható fenn, meg kell találni a hiba okát és ki kell javítani. A tervezőmérnökök már több apróbb változtatást is elvégeztek a technológiában – mindeddig sikertelenül –, a szerszámok terveit azonban eddig még nem módosították jelentősen. Ennek oka az, hogy a szerszámpróbák költségesek – ha például lecsökkentenek egy átmérőt, vagy egy magassági méretet, az ugyan forgácsolással megoldható, de ha nem vált be a módosítás, akkor – ha ez lehetséges – vissza kell hegeszteni az eltávolított anyagmennyiséget. Viszont ha ez az út már nem járható egy adott szerszám esetében, akkor teljesen új üreget kell gyártani. A forgácsolási költségeken túl természetesen a kovácsolási folyamat működtetésének költségei (például felfuttatási költség, rezsiköltség, munkabér) sem elhanyagolhatóak. Mindemellett közvetett költségek is megjelennek, hisz a szerszámpróba idején tényleges gyártásra nem tudjuk használni a gépeket, késik a megrendelés teljesítési ideje, ezáltal vevőket veszíthetünk el. A probléma egyik költséghatékony megoldása lehet a végeselemes célszoftverek alkalmazása. Amennyiben sikerül összeállítanom egy validált szimulációt, úgy a továbbiakban nem kell minden jelentősebb változtatás esetén szerszámpróbát végezni, hanem elegendő csupán akkor, amikor a szoftver hiba nélküli darabot ad eredményül. A kitöltetlenség oka a kovácsdarab méreteiből adódik, ugyanis túl mélyen ül bele az alsó szerszámfélbe, valamint igen szűk helyen kell áramlania az anyagnak, amire így sokkal jelentősebb hatást gyakorol a szerszám és a kovácsdarab közötti hőmérsékletkülönbség. A kovácsdarab hibáját az 25. ábra mutatja be.[3]

38.


25. ábra: A


-os kovácsdarab problémás területe

A darab külső peremének a szerszámgeometriából adódóan sarkosnak kellene lennie, ezzel ellentétben jelentős rádiusszal rendelkezik. Igaz, hogy a kovácsolás egyik szabálya az, hogy az anyagkitöltés és a kivehetőség miatt nem lehetnek éles sarkok, azonban nem emiatt jelentkezik a kitöltetlenség. (Az üregből való kivehetőséget itt egy kilökő szerkezet biztosítja majd.)

4.

A végeselemes szoftverek alkalmazási céljai Annak igénye, hogy akár már azelőtt rájöjjünk az esetleges szerszámhibákra, vagy

modellezni tudjuk a képlékenyalakítási folyamatokat annak érdekében, hogy kiszűrjük a selejteket, szinte már a technológiák kialakulásának napjától él. Azonban régebben ez elképzelhetetlen volt, hisz nem voltak meg hozzá a megfelelő feltételek. Természetesen már akkor is léteztek papír alapú ellenőrző számítások, valamint tapasztalati összefüggések, ám nagy áttörést a számítástechnika fejlődése jelentett. Mára eljutottunk odáig, hogy egy mérnöknek nem feltétlenül kell értenie az egyes VEM-szoftverek mechanikai, matematikai hátteréhez, elegendő csupán a szoftver és az adott ipari terület megfelelő ismerete, hogy valóban olyan információkat nyerjen ki az adott programból, ami későbbi munkája segítségére válhat. Mára az elvárások is megnőttek az alakításokkal szemben, amik már meg is követelik e szoftverek létezését, komplexitását, hisz a geometriailag egyre növekvő funkció-összevonási elv miatt egyre bonyolultabbá válnak az előállítandó formák. 39.



Napjainkban a tervezés egyik fő irányelve a Right at first-elv, ami magyarra fordítva „elsőre jót” jelent – és természetesen mindezt a lehető legolcsóbban és legrövidebb határidővel. Mindezek csak akkor biztosíthatók, ha a mérnökök rendelkezésére állnak a legkorszerűbb VEM-szoftverek, amikkel még bármiféle gyártási folyamat elvégzése nélkül, virtuális környezetben képesek megvizsgálni a szerszámokat, hogy tényleg elsőre jót tervezzenek. A validálás során a DeForm elnevezésű meleg- és hidegalakítási célszoftver lesz a segítségemre. Sok más rendszerhez hasonlóan a DeForm is egy olyan végeselemes számításokon alapuló szoftver, amelynek fő profilja a fémek különféle képlékenyalakítási és

hőkezelési

folyamatainak

modellezése.

Azzal,

hogy

ezeket

a

feladatokat

számítógépeken, azaz virtuális környezetben oldjuk meg, lehetőséget nyújtunk a tervezőmérnökök számára, hogy: 

csökkentsék a szerszámok tesztelésére, újratervezésére és átalakítására szánt költségeket és időt;



a szoftverek segítségével újabb és jobb megoldásokkal állhassanak elő annak érdekében, hogy csökkentsék az anyag-, valamint a gyártási költségeket;



jelentősen lerövidíthessék egy új termék piacra dobásának időszükségletét.

A piacon található legtöbb VEM-szoftverrel ellentétben a DeForm fő profilja a deformációk vizsgálatán alapszik. Felhasználóbarát grafikus kezelőfelület teszi lehető az adatok kényelmes és egyszerű előkészítését, valamint a szimuláció lefuttatását, így a mérnökök ahelyett, hogy egy bonyolult program betanulására szánnák drága idejüket, nyugodtan

koncentrálhatnak

a

deformációs

feladatokhoz

szükséges

modellek

megalkotására. A szoftver kulcseleme a teljesen automatizált és optimalizált hálózóalgoritmus, amit kifejezetten a nagyobb deformációs problémák megoldásához fejlesztettek ki. A szoftver adaptív újrahálózást alkalmaz, ami azt jelenti, hogy a számolás közbeni újrahálózás során ott sűríti az új hálót, ahol alakváltozás történik.[5] [6]

40.



4.1. A DeForm működésének elvi áttekintése Ma a DeForm rengeteg célterületnek szolgáltat végeselemes almodulokat, mint például a forgácsolás, a hengerlés, a hőkezelés, vagy éppen a kovácsolás. E sokrétűségét azért tudta megvalósítani, mert a melegalakítási folyamatok modellezését leíró egyenletei továbbfejleszthetők voltak más alakítási problémák megoldására is. Így a DeForm a kapcsolt

termo-mechanikai

folyamatok

modellezésének

területén

számos

képlékenyalakítási problémát iparilag elismert módon képes vizsgálni. A szoftver logikai felépítését a 26. ábra mutatja be.

26. ábra: A kapcsolt termo-mechanikai folyamatok a szoftverben [5] (2.1. ábra) [6]

A modellezendő folyamatok így az alábbi fő csoportokra bonthatók: 

a képlékenyalakítás során bekövetkező deformáció;



a hőfolyamatok okozta deformáció;



a szimuláció tárgyát képező anyag metallográfiai sajátosságaiból adódó fázisátalakulások.

Mivel a DeFormban az egyes folyamatokat leíró modellekben a karbontartalom az egyik jellemző paraméter, így ez mindhárom csoportra hatást gyakorol. Az egymás mellett lejátszódó folyamatokat az alábbi fizikai jelenségek kötik össze: 

az alakítás során végzett munka egy része hővé alakul, ami hőfolyamatokat generál;



a hőközléssel bevitt energia a hőtágulás eredményeképpen alakváltozást indukál; 41.





a hőmérséklet mező miatt fázisátalakulások indulnak el, amik a felszabaduló hő útján visszahatnak a mezőre;



a fázisok fajtérfogatának megváltozása lokális és strukturális feszültségeket okoz, ami deformációhoz vezet;



az alakítás hatására közvetlenül is elindulhatnak fázisátalakulások (lásd TRIPacél).

A szoftver három jól elkülöníthető modellezési részfolyamata a következő: 

Pre Processor: alapvetően a modell összeállítására szolgál. Itt konkretizáljuk a megoldandó végeselemes problémát, illetve itt jelöljük ki a feladathoz szükséges adatbázist a program számára.



Simulator: ez a részfolyamat felel a problémák megoldásáért. Itt történnek a végeselemes számítások a modellezéssel összefüggő matematikai iterációk útján.



Post Processor: feladata a végeredmény grafikus megjelenítése.[5] [6]

4.2. A végeselemes modell felépítése A következő fejezetben a

-os kovácsdarabot előállító kovácsolási technológia

végeselemes modellezését fogom megkísérelni. A szimuláció során igyekezni kell ugyanazokat a körülményeket megteremteni a virtuális környezetben, mint amit a megmunkálás és technológiai feltételeket biztosítanak a valós kovácsolás során. Természetesen csak azokat az inputokat kell vizsgálni, amelyek hatással vannak a kovácsolási technológiára – ezáltal a szerszámkitöltésre, és így a jelentkező probléma okára. A következőkben a modellezéshez szükséges beviteli adatokat gyűjtöm össze: 

a kovácsdarab alapanyaga



a kiinduló buga vágási hossza



a bugát a megmunkálás előtt egy indukciós kemencében



a kovácsolás megkezdése előtt a szerszámokat gázégővel előmelegítik: a zömítőlapokat

-ös acél (egyéb jelölései: , amit

,

);

-re kell zömíteni; -ra hevítik;

körüli hőmérsékletre, míg az SD- és FD-üregeket

körüli értékre. A munkadarab méretétől és hőmérsékletétől függően ez az átlagolt érték értelmezhető a kovácsolási művelet során; 

az alakítás során a környezeti hőmérséklet



az alakító gép egy P3-as mechanikus excenter sajtó

körüli; alakítóerővel; 42.




a gép másodpercenként



a lökethossz


ciklust tud végrehajtani;

, amit nyitott állapotban mérhetünk a zömítőlapok között.

Az inputok ismeretében a következő lépés az első modell megalkotása a végeselemes szoftverben – ezt a DeForm Pre Processor segítségével tudom elkezdeni. A modellalkotás bemutatása során igyekszem csak a jelentősebb beállításokra kitérni. Az első modell esetében a célom csupán egy működő (lefutó) szimuláció összeállítása, amit a továbbiakban már csak finomítani kell. A képlékeny alakításon túl a hőmérsékleti viszonyok miatt (hűlés és visszamelegedés) a szerszámok zárását és nyitását is szimulálni fogom. A háromdimenziós környezet megnyitása után az első teendőm, hogy beimportáljam a munkadarab (Workpiece) és a zömítőlapok (Top Die, Bottom Die) háromdimenziós modelljét – ezt a rendszersemleges STEP kiterjesztés segítségével tehetem meg (megkönnyíti a későbbi pozícionálást, ha a 3D-s tervező szoftverben már eleve egytengelyűként rajzolom meg a testmodelleket). Arra ügyelnem kell, hogy miután behívtam a munkadarabom modelljét, a Geometry fülön a Scale GEO gomb segítségével meg kell növelnem a geometriát a hőtágulási tényező értékével (tehát

-szorosára),

mivel szerszámtervezésnél is ezt az értéket használtam, a szimulációban pedig könnyebb a munkadarabot módosítani, mint külön-külön mind a hat szerszámot. A munkadarabot képlékenynek (Plastic), míg a szerszámokat rideg (Rigid) testeknek tekintem, ennélfogva csak az előbbi anyagát kell definiálnom, illetve azt kell behálóznom. (A

-ös acélra

vonatkozóan található anyagtörvény a szoftverben.) Ez azért lehetséges, mert nem a szerszámot, hanem a kovácsdarabot akarom vizsgálni. A hálózás (Mesh) tekintetében azt írjuk elő, hogy a kész kovácsdarab

vastag sorjacsatornájába vertikálisan

csomópont essen. Ennek érdekében először munkadarab hőmérsékletét

-es hálóelemmel futtatok. A

-ra állítom be, míg a zömítőlapokét

-ra. A

hálógenerálást követően egymáshoz pozícionálom a három objektumot az Object positioning menüpont segítségével – a munkadarabot az alsó zömítőlapra ejtem, majd a lökethossznak megfelelően

-re állítom a két szerszámlap közti távolságot –, majd

megadom a szimmetriasíkokat. Ha megfelelően állítom be a szimmetriát, úgy elegendő a modellek egynegyed körcikkét bevinni a szoftverbe, mivel körszimmetrikus geometriákról van szó. A behálózott, pozícionált munkadarabot a 27. ábra mutatja be. 43.



27. ábra: A hálóval ellátott munkadarab modellje a DeFormban

A következő lépés a szerszámmozgás megadása: jelen esetben csak a felső zömítőlap fog mozogni

irányban. A Movement pont alatt tudom beállítani az alakító gép típusát

(Mechanical Press), a lökethosszt, a kovácsolási löketet illetve a ciklusidőt ( ciklus/másodperc). Több lehetőségem is van annak beállítására, hogy mikor álljon le a szimuláció: meg tudok adni egy minimális távolságot a két szerszám között, amit ha elér, leáll a számítás, vagy definiálni tudom előre a lépések számát. Mivel az utóbbi esetében egyszerűbb a szerszámnyitás modellezése, így én ezt választom. Ennek megfelelően ki kell számolnom a lökethosszt:

. Ha ezt az opciót választom,

akkor a lökethosszt és a kovácsolási löketet azonos értékűre kell beállítanom.[10] Az általános beállításokat a Simulation Controls menüpontban találom, ahol a Main fülön jeleznem kell, hogy jelen modellezése esetén az alakváltozás (Deformation) mellett hőátviteli folyamatokat (Heat transfer) is számítson a szoftver. A Simulation Steps fülön meg kell adnom, hogy hány lépésből álljon a számítás, illetve, hogy hány lépésenként mentse el a kiszámított értékeket a Post Processor számára. Mivel a Step Increment fülön azt állítom be, hogy az inkrementálás a szerszámmozgás alapján történjen (Die displacement), mégpedig

-enként, és mivel

-es a lökethosszom, így a

szerszámzárást, a –nyitást, és a nulladik lépést is beleszámolva (

lépésre van szükségem

). A folyamatot minden lépés után elmentem. Mivel a szimulációt a lépések

számával vezérlem, így a Stop fülön már nem kell megadnom semmilyen leállítási

44.



kritériumot. Az újrahálózási kritériumot a Remesh Criteria fülön környezeti hőmérsékletet a Process Conditions pont alatt

-re állítom, míg a

-ra.

Az utolsó lépés a peremfeltételek megadása (Inter-Object). Itt tudom definiálni, hogy mely objektumok érnek össze, és az ütközés során melyik szenvedi az alakváltozást (Slave). Továbbá itt kell beállítanom a súrlódási tényezőt, amire elfogadom a szoftver által a melegalakításhoz ajánlott

-ös értéket. Mivel korábban bekapcsoltam a hőátviteli

folyamatokat, így itt a Thermal fülön beállíthatom a hőátadási tényező értékét (jele: k) – első körben itt is elfogadom az alakításra vonatkozó ajánlást, ami jelen esetben ⁄

. Ezzel az adott szimuláció esetében befejeztem a Pre Process modul

beállításait, így egyedüli teendőm már csak az adatbázis generálása a Database Generation menüpontban. Amennyiben mindent hiánytalanul elvégeztem, elindíthatom a megoldó modult (Simulator). Miután lefutott a zömítés, jöhetnek az előalakítás szerszámai. Természetesen az utolsó zömítési lépés után kell áttérnem a következő műveletre, amire a későbbiekben 2-es műveletként fogok majd hivatkozni. Mivel a kivehető szerszámbetét és a kilökő mozgását nem szimulálom, így az SB (és az FB) geometriáját átalakítva egy modellként építem fel a három szerszámelemet. A geometriák beimportálásánál ügyelni kell arra, hogy pozícionálásnál a munkadarab egy helyben maradjon, és csak a szerszámokat mozgassam, azt érintsem hozzá a darabhoz – ennek a szálirányelrendeződés számításánál mutatkozik majd meg a jelentősége. Az előalakítás során ugyanazokat a beállításokat kell alkalmaznom, mint zömítésnél – kivételt képez ez alól a szerszámok közti távolság, valamint a szerszámhőmérséklet, ugyanis az SD (és később az FD is)

-os. (A

munkadarab hőmérsékletét nem kell beállítanom, azt ugyanis hozza magával a zömítési műveletnek megfelelően.) Pozícionálásnál a sorjacsatornák közti távolság a korábban meghatározott lökethossz ( tehát

), megnövelve a sorjacsatorna vastagságával (

)–

. A peremfeltételek frissítése, és az adatbázis ismételt generálása után újból

elindíthatom a futtatást. Az előalakítás kiszámítása után utolsó lépésként a készrealakítás következik. A 3-as művelet beállításai teljesen megegyeznek a 2-es művelet paramétereivel – természetesen a megfelelő szerszámgeometria becserélése után –, annyi különbséggel, hogy itt már felesleges a szerszámnyitás szimulációja. Ennek érdekében már csak

számítási lépésre 45.



van szükségem (a lökethossz plusz a nulladik lépés). Leállítási kritériumként így most már azt is megadhatom, hogy a sorjacsatornák közötti távolság

irányban

legyen.

A három művelet lefuttatása után az eredmények kiértékelése következik a Post Processor segítségével. A 28. ábra az elkészült kovácsdarabot mutatja be az összezárt készüregben a hőmérsékleti zónák feltüntetésével.[5] [6] [7] [8]

28. ábra: Az üregkitöltés

esetén, a hőmérsékleti zónák feltüntetésével

A kialakult geometria jó közelítéssel megfelel a valóságnak (lásd a kiszorított anyagtérfogatot), azonban látható, hogy az anyag nem éri el az üreg alját. Mivel ezen a területen jelentkezik a probléma, és ezt szeretném jobban megvizsgálni, így tovább folytatom a modellezést. Az újabb szimuláció elindításához szükségem van egy olyan paraméterre, aminek a változtatása kihat az anyagkitöltésre. A korábban leírtak alapján úgy vélem, hogy a következő futtatásnál a hőátadási tényezőt módosítom. Annak érdekében, hogy kiderüljön, mekkora változást mutat az eredményben e tényező módosítása, veszem a szoftver által ajánlott előírtam, hogy legalább

⁄

tízszeresét illetve tized részét. A modellezés elején csomópontot tartalmazzon a

-es sorjacsatorna

irányban. A 29. ábra ezen a területen mutatja meg a generált hálót.

46.



29. ábra: A kovácsdarab csomópontjai a sorjacsatornában

Ez alapján elfogadom az csomópont helyezkedik el Először az

⁄

-es elemtagú hálót, hisz az előírt területen átlagosan irányban – így a modellezést ezzel a hálóval folytatom.

-os hőátadási tényezővel kezdek. Fontos, hogy e kivételével

minden más paramétert változatlanul hagyjak, mivel csak így láthatom meg, hogy valóban ezzel a paraméterrel kell-e játszanom. Amennyiben a változtatás nem befolyásolja az eredményt, úgy a következő lépés az anyagtörvény finomítása lehet. Annak érdekében, hogy a hálóm is ugyanaz legyen, mint az első futtatásnál, egyszerűen csak beimportálom a munkadarabom

az

előző

futtatásom

lépéséből.

Miután

minden

beállítást

megismételtem, valamint lefuttattam a zömítést, az előalakítást és a készrealakítást, a 30. ábrán látható eredményt kaptam.



47.



Látható, hogy a nagyon magas hőátadási tényező (

⁄

)

nagymértékben és negatívan módosította a szerszámkitöltést. Emellett míg az előző futásnál

volt a minimum hőmérséklet, addig most a kilökőnél csupán ⁄

Lássuk, hogyan alakul az anyagáramlás

.

-nál – az eredményt a 31. ábra

szemlélteti.



A három futtatás eredményéből arra a következtetésre jutottam, hogy jó volt az első feltételezés, és valóban ezt a paramétert kell megfelelően beállítanom. Míg az ajánlott ⁄

-os hőátadási tényező túl magas értéknek bizonyult – tehát nem tölti ki

megfelelően az üreget –, addig a

⁄

-os érték már túl alacsonynak – ami

sokkal jobb üregkitöltést eredményez, mint ami a valóságban jelentkezik. A megfelelő érték keresését többnyire intervallumfelezéssel fogom végezni: 

a negyedik futtatást

⁄

-kal végeztem el – az eredmény

alapján ez az érték sem megfelelő, mivel az anyag nem éri el az üreg alját; 

a sorban az ötödik futtatást egy a értékkel végzem el, szám szerint

intervallum közötti ⁄

-os tényezővel – ez esetben

már leér az anyag az üreg aljáig, azonban a kérdéses helyen még túl kicsi a rádiusz; 48.




a hatodik szimulációt


⁄

-kal hajtottam végre, aminek az

eredménye hasonló ez előző futtatáshoz, így a következő számítás alkalmával nagyobb mértékben növelem meg a hőátadási tényezőt; 

így a hetedik futtatást

⁄

-kal indítottam el – ennek

eredménye, hogy az anyag megint csak nem éri el az üreg alját, tehát ennél kisebb értékre van szükségem; 

a nyolcadik szimuláció esetében megfelezem a hatodik és hetedik érték közötti intervallumot, így

⁄

-ot állítok be – az eredményen azt látom,

hogy az anyag eléri az üreg alját, és a rádiusz is nagyobb lett. A következő futtatások során azt szeretném kideríteni, melyik az az utolsó érték, ami még eléri az üreg alját, és így a legnagyobb lekerekítést eredményezi 

ennek megfelelően a kilencedik szimulációt ismét intervallumfelezéssel, ⁄

-os hőátadási tényezővel indítom el: az anyag még mindig

hozzáér az üreg aljához; 

a tizedik futtatást a felezésnek megfelelően

⁄

-os

tényezővel indítottam el, amikor is az anyag már nem érte el az üreg alját. A szimuláció-sorozatból tehát azt az eredményt kaptam, hogy a hőátadási tényező ⁄

-os érték mellett adja vissza leginkább a valós megmunkálás

körülményeit. A 32. ábra a sorozat eredményeit mutatja be a kritikus terület vonatkozásában.

32. ábra: Az üregkitöltés alakulása az egyes hőátadási tényezők esetében

49.



Látható, hogy a kritikus pontban nem szép íves az anyag kontúrja, hanem egy ponton megtörik – ez a háló miatt van. Nagyobb elemszám esetén az ívek szintén tartalmaznának ilyen töréseket, mivel egyenesekből áll a háló, azonban ez finomítható, viszont a nagyobb elemszám nagyobb gépkapacitást és gépidőt igényel. Látható továbbá, hogy a valóságban (lásd a 25. ábrát) a kitöltetlenségből adódó rádiusz sokkal nagyobb, mint a szimulációban – ennek az az oka, hogy én a szimuláció során konstans hőmérsékleti értékeket feltételezek a szerszámok esetében (

és

), ami viszont a valóságban nem megvalósítható.

Mivel az objektumok hőmérséklete alapvetően kihatással van az anyag folyási tulajdonságaira, a szerszám hőmérsékletmezőit pedig nem tudom egyértelműen meghatározni a valós megmunkálás során – valamint annak szimulálása is igen nagyszabású feladat lenne –, a szimuláció eredményét elfogadom. A szerszámok hőmérséklete mellett a munkadarab hőmérséklete is csökken – többek között a szerszám és a darab közti hőmérséklet-különbség miatt –, azonban az alakításból származó hő visszamelegíti azt. Annak érdekében, hogy lássuk, valóban megfelel-e a valóságnak az általam összeállított virtuális szimuláció, el kell végezni a modell validálását – ennek megfelelően a következő lépés a végeselemes modell érvényesítése.

5.

A validálás Azért van szükség a szimuláció validálására, hogy alátámasszuk annak működését,

aminek a probléma virtuális megoldása esetén van jelentősége. Ahogyan a bevezetésben is említettem, a szimuláció validálásához választani kell egy a modellen és a valós darabon is mérhető paramétert. Az általam választott paraméter a kovácsdarab szálfutása lesz, amely a meghatározott előkészületek elvégzése után szabad szemmel is láthatóvá válik a valós darabon.

5.1. A kovácsdarab mélymaratása A vizsgálati mintadarab előkészítésének első lépése, hogy kivágjunk egy szeletet a kovácsdarabból. Mivel a szoftverben is az egyik szimmetriasík mentén vizsgálódok majd, így a valós darabból is innen vágok ki egy

-es szeletet, amelyen ezután további

műveleteket kell elvégeznem. A darabolást egy keretes fűrészgépen hajtottuk végre az

50.



Anyagszerkezettani és Anyagtechnológiai Intézet műhelyében, amelynek folyamatát a 33. ábra szemlélteti.

33. ábra: A kovácsdarab darabolása egy keretes fűrészgépen

Mivel a maratást fényesített felületen kell elvégezni, ezért a következő lépés a munkadarab

felületének

finommegmunkálása

síkköszörűgépen.

Természetesen

az

erővonalak az abrazív megmunkálás után még nem lesznek láthatóak, azok csupán a mélymaratást követően vállnak észlelhetővé. A művelet során

-t munkáltunk le a

fényesítendő felületből. A köszörülést a 34. ábra szemlélteti.

34. ábra: A mintadarab előkészítése síkköszörűgépen

A következő feladat a maratás. Ha nem végeznénk el a maratást, akkor a fényesített felületen általában csak a nemfémes zárványok és grafitlemezek, fészkek lennének 51.



láthatóak. A fémes jellegű szövetelemeket, fázisokat makromaratással kell láthatóvá tenni, ami a vas- és acélgyártmányok esetében az egyik legjobb módszer. A mélymaratást különböző savakkal, savkeverékekkel kell elvégezni, amik az által teszik szabad szemmel is láthatóvá az acélban található finom repedéseket, lyukacsosságot, illetve a szálirányelrendeződést, hogy ezeken a helyeken erősen kimarják az acélt. A dúsulásos zónák alakja és iránya alapján tehát lehetőség van a szálirányok kimutatására, ami alapján többek között megítélhető a melegalakítási technológia, illetve az én esetemben a VEMmodell megfelelősége. A mélymaratáshoz használt számos marószer közül jelen esetben az Oberhoffer-féle marószert (primer marószer) alkalmaztuk, melynek összetétele a következő:[9]   

desztillált víz, -os etilalkohol, ón-klorid,



réz-klorid (kupri-klorid),



vas-klorid (ferri-klorid),



konc. sósav (fs.

).

A maratáshoz a finomköszörülést követően sok esetben még csiszolni és polírozni is kell a próbadarabot. A maratás megkezdése előtt alkohollal gondosan le kell tisztítani a mintadarabot, majd szárazra kell törölni. A maratás közben ügyelni kell arra, hogy a marószer egyenletesen lepje el a csiszolatot, ellenkező esetben foltos felületet kaphatunk. A maratás szobahőmérsékleten

másodperces folyamat.

A maratás végeztével lehetőség nyílik a makroszkópos vizsgálatra. A 35. ábra a kovácsdarab felületének egy részét mutatja be a mélymaratást követően.

52.



35. ábra: A mintadarab felülete mélymaratás után

A felvétel készítésekor ügyelni kell a megvilágítás szögére, hogy a legjobb betekintést kapjuk az erőhatásvonalakra. A mintadarabon további műveletet nem kell végeznem, így a következő lépés a szálfutás kimutatása a végeselemes modellen.[9]

5.2. Az eredmények validálása Miután

megalkottam

a

-os

kovácsdarab

technológiájának

virtuális

szimulációját, az utolsó lépésem a szálirányelrendeződés kimutatása, amit a Post Processor Flow Net parancsával tudok megvalósítani. Miután kijelöltem, hogy az első lépéstől az utolsóig mutassa az erővonalakat, ki kell választanom a rács típusát: egyszerű vertikális vonalakból álló rácstípust választok. A következő lépésben megadom, hogy az síkban szeretném kimutatni a szálirányokat. Mivel a buga rádiusza érdekében, hogy 10 rácselemet kapjak,

, ezért annak

-es rácsközt adok meg. A számítási idő letelte

után a DeForm lehetővé teszi, hogy az egész kovácsolási folyamaton át végigkövethessem a szálirány alakulását az anyagban. Abban az esetben, ha az egyes műveletek között elmozdítottam volna a munkadarabot, akkor a szálirány meghatározása eredménytelen lenne, ugyanis az önkéntes mozgatást a szoftver nem képes lekövetni. Annak érdekében, hogy megfelelően összevethessem a valós darab és a szimulált darab

szálirányelrendeződését,

AutoCAD-ben

ún.

„szplájn

görbék”

segítségével

igyekeztem a lehető legjobban lekövetni a szabad szemmel látható erővonalak irányát. (Mivel az így bemutatott ábrán nem látni tisztán a valódi szálirányokat, a 10. sz. 53.



mellékletben megtalálhatók a mintadarabról készített további, nagyfelbontású képek is.) A 36. ábrán egymás mellé helyezve mutatom be a valós darab és a szimulált munkadarab szálirányelrendeződését.

36. ábra: A szálirányelrendeződés összehasonlítása a valós és a virtuális munkadarabon

54.



Az utolsó feladatom az eredmények kiértékelése. Jobban megvizsgálva a látható szálirányokat, valamint összehasonlítva azt a valós darabon és a szimulált modellen, arra a következtetésre jutottam, hogy a szálirányok közel azonos lefutásúak, az ívekben fellelhetőek az azonos irányultságok. Jól látható az ábrán, hogy a munkadarabnak a szerszámokkal érintkező részei csak kis mértékben szenvedtek alakváltozást. Ezeket a részeket ún. nyomókúpoknak nevezzük. Megállapítom, hogy a végeselemes modellem validálása sikerrel zárult. Ez a szimuláció innentől kezdve reális kiindulási alapként szolgálhat a

-os termék

üregkitöltési problémájának megoldásához. Végül, felhasználva a végeselemes modellt, szemléltetem az egyenértékű alakváltozási feszültséget (Strain - Effective) mindhárom műveletnél a szerszámok összezárásának pillanatában. A 37. ábra a zömítés esetén jelentkező alakváltozási feszültséget mutatja be.

37. ábra: Az egyenértékű alakváltozás a zömítés utolsó lépésekor

A zömítés során az alakváltozás a munkadarab közepén a legnagyobb, a szerszámlapokkal érintkező részén pedig a legkisebb. Ennek oka a munkadarab és a szerszám között fellépő súrlódás, amely meggátolja az anyag mozgását – itt alakulnak ki a 55.



nyomókúpok. Ez okozza a zömített munkadarabra jellemző hordósodást. A 38. ábra az előalakítás (bal oldali ábra) és a készrealakítás (jobb oldali ábra) esetén szemlélteti az egyenértékű alakváltozást.

38. ábra: Az egyenértékű alakváltozás az előalak és a készalak esetében

Látható, hogy a legnagyobb alakváltozási feszültség a sorjacsatornák kialakítása során jelentkezik, illetve látható az is, hogy a nyomókúpok a szerszámmal érintkező felületeken alakulnak ki.[7] [11] [12] Az egyenértékű alakváltozás mellett a munkadarab hőmérsékletét-alakulását is megvizsgálom, mert kíváncsi vagyok a mag visszamelegítő hatására. A 1. diagram így a munkadarab minimális és maximális hőmérsékletének alakulását mutatja be a lökethosszhoz viszonyítva (a lökethossz azért ilyen magas értékű, mert tartalmazza a zömítő- és előalakító szerszámok nyitását és zárását, valamint a készrealakító szerszám zárását).

56.



1. diagram: A minimum és maximum hőmérsékleti értékek alakulása a lökethosszhoz viszonyítva

Látható, hogy a munkadarab

-ra történő felhevítését követően rögtön esni

kezd a minimum hőmérséklet, ami a zömítőlapok nyitásáig folyamatosan csökken (a szerszámnyitásokat a függőleges vonalak jelzik). A nyitást követően az alakváltozási munka hatására a mag elkezdi visszamelegíteni a munkadarabot, igaz a maximális hőmérséklet csak az előalakítás alatt kezd el emelkedni – ennek az a magyarázta, hogy a zömítés során nincs olyan mértékű alakváltozás, mint az előalakítás során.[11]

6.

Kísérlet az üregkitöltési probléma megoldására Ebben a fejezetben az előzőleg validált végeselemes modell segítségével kísérletet

teszek az üregkitöltési probléma megoldására. A kísérlet során három esetet szeretnék megvizsgálni. Az első esetben csupán a zömítési magasság változtatásának hatására vagyok kíváncsi, ugyanis előfordulhat, hogy már ennyi változtatás is megoldja a problémát. Nem mellesleg siker esetén ez a változat semmilyen plusz költséggel nem jár a vállalat számára, hisz nincs szükség egyetlen szerszám utómunkálatára sem. A második próba alkalmával megvizsgálom, hogy milyen hatást gyakorol a végeredményre, ha már a zömítés során is végzek valamilyen mértékű előalakítást a munkadarabon. Ugyan ez az eset már új zömítőlapokat igényel, azonban siker esetén még így is jelentősen kisebb ennek a költsége, mint az SD és FD-geometriák módosításának. Mivel virtuális környezetben lehetőségem van a szerszámgeometriák módosítására anélkül, hogy ez bármiféle költséget jelentene a cégnek, így az utolsó esetben meg szeretném változtatni az elő- és a 57.



készrealakító üregek kontúrját. Véleményem szerint jelentős javulást a harmadik esetben érhetek majd el.

6.1. Első eset: a zömítési magasság módosítása A költségek szempontjából tehát a zömítési magasság módosítása a legkedvezőbb, így ezzel kezdem a tesztelést, amelyre az előzőleg validált modellemet fogom használni. Az újabb szimuláció beállításai így megegyeznek a

⁄

-os hőátadási

tényezővel lefuttatott eset paramétereivel, az egyetlen eltérés a lökethossz beállításánál jelentkezik. Először

-rel növelem az eredetileg

-es zömítési magasságot, majd

ugyanennyivel csökkentem, és megnézem, mely irányba hogyan változik az üregkitöltés. Az első futtatást

-es zömítési magassággal kezdem. Tehát az egyetlen

technológiailag változó paraméter a felső szerszámlap lökethossza, amit így állítok (

-re

). A lökethossz átállítása viszont befolyással van a

futtatás lépéseinek számára is, ami így szerszám nyitása és zárása, tehát

39. ábra: A

-re módosul (a nulladik lépés, valamint a ). A futtatás eredménye a 39. ábrán látható.

-es zömítési magasság hatása az üregkitöltésre

58.



Látható, hogy a pogácsa magasságának emelésével negatív hatást értem el, így további változtatást ebben az irányban nem próbálok meg. A következő lépés így a zömítési magasság lecsökkentése

-re.

A változtatandó paraméter tehát csak a lökethossz, ami ebben az esetben lesz, a lépések száma pedig

-es

. Az ezzel a módosítással lefuttatott szimuláció eredménye

a 40. ábrán látható.

40. ábra: A

A

-es zömítési magasság hatása az üregkitöltésre

-es magassághoz hasonlóan a

magas pogácsa is kedvezőtlen

eredményt hozott, ami ugyan igazolja a vágási hossz kalkulátor megfelelőségét, azonban a várt pozitív hatás elmaradt. Belátható, hogy – a végeselemes modell alapján – a zömítési magasság módosítása nem jelent megoldást a problémára.

6.2. Második eset: a felső zömítőlap geometriai módosítása A második tesztsorozat tehát a felső zömítőlap geometriájának módosítására fókuszál, igaz csak elméleti síkon, ugyanis egy ilyen lap alkalmazása – amellett, hogy költségeket jelentene a vállalatnak – meglehetősen megnehezítené a pozícionálást, hisz minden darabot pontosan a lapok közepére kellene illeszteni. Természetesen megoldható, hogy az alsó lapot már úgy alakítjuk ki, hogy az megkönnyítse a pozícionálást, azonban 59.



így, ebben a formában, ahogy a szimulációt el fogom végezni, a valóságban nem megvalósítható a zömítés. A kovácsolási folyamat ez esetben a következőképpen fog zajlani: először elvégezzük a zömítést az alakos szerszámlappal, majd 18 -kal elfordítva a munkadarabot áthelyezzük azt először az előalakító, majd a készrealakító üregbe. Azért van szükség forgatásra, mert a zömítés során csak a buga felső felületébe tudjuk benyomni az ültetést megkönnyítő kúpot, hisz ellenkező esetben nem tudna megállni a munkadarab az alsó szerszámlapon. A kúpot az előalakító üreg geometriájáról kell lemásolni annak érdekében, hogy az valóban ráüljön az alsó csöcsre. A kialakított kúpot az előalakító üreg alsó csöcséhez viszonyítva a 41. ábra szemlélteti (az SB ide vonatkozó kontúrja középvonallal látható az ábrán).

41. ábra: Az alakos zömítőlap kúpja összevetve az SD-üreg alsó csöcsével

A futtatás paraméterei mindenben megegyeznek a validált modell beállításaival, egyedül a felső zömítőlap geometriáját cseréltem ki – illetve a szerszámlap mozgása nem , hanem

irányú. Azonban a zömítés leszimulálása után nem folytattam a futtatást a

további alakításokkal, mivel a kúp túlzott mértékben deformálja a bugát, ami így nem tud beülni az SB-üregbe (lásd a 42. ábrát). (Azért van fejjel lefelé a munkadarab, mert ha a -os forgatást azon végezném el, akkor az esetleges későbbi szálfutás-kimutatás nem valósulhatna meg a korábban ismertetett okok miatt.)

60.



42. ábra: A túl nagy kúp hatása az ültetésre

Annak érdekében, hogy megfelelően beleüljön a munkadarab az üregbe, módosítom a felső lap geometriáját a 43. ábrán látható módon.

43. ábra: A módosított kúp, összevetve az SB-üreg csöcsével

A szimulációt ugyancsak le kellett állítanom a zömítés után, mivel most sem tudott beülni az üregbe a munkadarab. Így ismét módosítom a kontúrt a 44. ábra szerint.

61.



44. ábra: A kúp a harmadik módosítást követően, összevetve az SB-üreg csöcsével

Látható, hogy a kúp magasságát a kezdeti méretéhez képest drasztikusan lecsökkentettem, azonban így, a harmadik futtatás alkalmával már sikeres volt az ültetés, hisz közel olyan mélységet értem el, mint az előalakítás nélküli pogácsa esetében. A futtatás eredménye a 45. ábrán látható.

45. ábra: Az alakos felső zömítőlap hatása az eredményre

A zömítési magasság változtatásával ellentétben az alakos zömítőlapok alkalmazása már pozitív eredménnyel zárult, hisz megvizsgálva a szerszámkitöltést jelentős javulást értem el. Látható ugyan, hogy az üregkitöltés még itt sem

-os, azonban sokkal

kedvezőbb, mint az alapesetben. Való igaz, hogy a pozícionálás nehézségei miatt ez a 62.



megoldás így önmagában nem alkalmazható, azonban ha a harmadik futtatás negatív eredménnyel zárulna, akkor ez az eredmény reális kiindulási alap lehet a kitöltetlenségi probléma megoldásához.

6.3. Harmadik eset: az elő- és készrealakító üreg módosítása Az eddigi két esetben szem előtt tartottam a költségek minimalizálását, azonban a harmadik futtatás során – kihasználva a végeselemes szoftverek nyújtotta előnyöket –, jelentős módosításokat végzek el a szerszámokon. Korábban már említettem, hogy a szerszámtervezés során arra kell törekedni, hogy az alsó csöcs magassága minél alacsonyabb legyen. Ezt szem előtt tartva mind, az SD- és az FD-üreg geometriáját is módosítottam. Az előalakító üreg megváltozott kontúrját a 46. ábra mutatja be (annak érdekében, hogy a sok méret mögött kivehető legyen a módosított geometria, halványan kiemeltem kék színnel).

46. ábra: Az előalakító üreg általam módosított geometriája, összevetve az eredeti kontúrral

Középvonallal látható az eredeti szerszámgeometria. Ugyan a csöcsök közti távolság még most sem az ideális

(amit a mély ülés miatt nem is célszerű

megvalósítani), azonban az alsó csöcs magassága már jóval kisebb, mint korábban. (A szerszámbetétet nem tervezem meg külön, hisz szükség esetén a kontúrja lemásolható a 63.



megváltozott vonalvezetés alapján.) A módosított SD-üreget szem előtt tartva elvégeztem az FD-üreg módosítását is, amit a 47. ábra szemlélti.

47. ábra: A készrealakító üreg általam módosított geometriája, összevetve az eredeti kontúrral

Megtévesztő lehet a felső csöcs átmérője, hisz a mély benyúlás mellett igen vékonynak tűnik, azonban azt észben kell tartani, hogy ezen az ábrán csupán metszetben látjuk a geometriát. A következő lépés a futtatás, amely során – az előző esethez hasonlóan – nem változtattam meg a geometriákon kívül egyetlen paramétert sem. A harmadik szimuláció eredményét a 48. ábra mutatja be.

64.



48. ábra: Az alakítóüregek módosításának hatása az üregkitöltésre

Jól gondoltam korábban, hisz a három teszt közül ez hozta a legnagyobb mértékű javulást. Ugyan itt is látható a csöcs körül egy kisebb hézag, azonban ez a háló korábban ismertetett hibájából fakad. Előfordulhat, hogy az általam tervezett új szerszámgeometria nem elégít ki minden tervezési és kovácsolási követelményt (gondolok itt a magasság/átmérő viszonyra), azonban látva az eredményt, el lehet gondolkozni a valódi szerszámok módosításán, amit már egy tapasztalt mérnök végezne el.

65.


7.


Összefoglalás A Diplomamunkám során arra vállalkoztam, hogy segítséget nyújtok egy létező ipari

probléma megoldásában, aminek érdekében tanulmányaim során igyekeztem elmélyíteni tudásomat a körszimmetrikus alkatrészek süllyesztékes kovácsolási technológiájában. CAD/CAM szakirányos, mesterszakos gépészmérnök hallgatóként azt a feladatot vállaltam, hogy egy végeselemes melegalakítási célszoftver segítségével elkészítem a problémás kovácsolt termék virtuális legyártásának szimulációját. Ennek érdekében először megismerkedtem a süllyesztékes kovácsszerszámok tervezésének folyamatával, majd részleteiben is tanulmányoztam a

-os kovácsdarabot

előállító szerszámok terveit. A szerszámtervezés ismerete mellett elengedhetetlen követelmény, hogy a kovácsolási technológiával is megismerkedjek, így a gyártás helyszínén adatokat gyűjtöttem a későbbi szimuláció megalkotásához. A modellalkotás mellett a valós kovácsdarabon is dolgoznom kellett, hisz a validálás egyik alapja a szálirányelrendeződés láthatóvá tétele. Ennek érdekében darabolást, finomköszörülést és mélymaratást végeztem el a mintadarabon, melynek eredményeképp szabad szemmel is láthatóvá váltak az erővonalak. Miután sikerült megalkotnom egy működő, lefutó szimulációt, a megfelelő paraméter módosításával iteráció útján addig finomítottam a modellt, míg a valós kovácsdarabbal közel meg nem egyező eredményt kaptam. Ezt követte a virtuális szálfutás kimutatása. A valós és a virtuális szálirányelrendeződés megfelelő összehasonlításához tanulmányoznom kellett a képlékenyalakítás vonatkozó ismeretanyagát, így végül kijelenthetem, hogy a validálás sikerrel zárult. Az általam megalkotott modell így reális kiindulási alapként szolgált ahhoz, hogy megpróbáljam megoldani a problémát. Három különböző lehetőséget vizsgáltam meg, amelyek közül kettő megoldás pozitív eredménnyel zárult a kitöltetlenségi probléma megoldását tekintve. Úgy gondolom, sikerrel zártam a munkámat, hisz az eredményes validálás mellett a probléma megoldására is javaslatot tettem.

66.



Köszönetnyilvánítás Köszönettel tartozom Témavezetőmnek, Lukács Zsoltnak, hogy megteremtette a lehetőségét a dolgozat megírásának, illetve, hogy a dolgozat megírása közben – annak ellenére, hogy saját doktori munkáján is dolgozott – a segítségemre volt. Ezúton szeretnék köszönetet mondani az egri Firth Rixson Hungária Kft. mérnökeinek is, hogy minden szükséges információval elláttak, és a rendelkezésemre bocsátottak egy mintadarabot. Köszönettel tartozom továbbá a Dr. Gál Gasztonnak, és az Anyagszerkezettani és Anyagtechnológiai Intézet műhelyében dolgozóknak, hogy segítettek a mintadarab előkészítésében, illetve Csurilláné Balogh Ágnesnek, aki a labormunkák elvégzésében volt a segítségemre. Emellett köszönöm a Tanszéknek, és Kerekes Gábornak, hogy rendelkezésemre bocsátották a tanszéki számítógépeket a számítások idejére. A szakmai köszönetnyilvánításon túl köszönettel tartozom még a Páromnak, aki a munka kezdetétől fogva mellettem állt és támogatott az elmúlt félév nehezebb időszakaiban.

67.



Irodalomjegyzék [1]

Dr. Szabó László: Süllyesztékes kovácsolás Internetes jegyzet, Miskolci Egyetem, Miskolc, 1997 http://www.uni-miskolc.hu/~wwwfemsz/kovacs.htm (2014. február 16.)

[2]

Dévényi György, Dr. Mecseki István: Képlékenyalakítás I., Kovácsolás Tankönyvkiadó, Budapest, 1979

[3]

Geleji Sándor, Schey János: A fémek képlékeny alakításának technológiája Tankönyvkiadó, Budapest, 1955, 73-315. o.

[4]

Dr. Mecseki István: Kovácsolás, sajtolás Példatár, Tankönyvkiadó, Budapest, 1981.

[5]

Dr. Tisza Miklós, Kovács Péter Zoltán, Lukács Zsolt: Számítógépes technológiatervező rendszerek folyamatmodellezése Oktatási segédlet, Miskolci Egyetem, Miskolc, 2010

[6]

Lukács Zsolt: Integrált tervező rendszerek II. Előadásvázlat, Miskolci Egyetem, Miskolc, 2013

[7]

Dugár Zsolt: Aszimmetrikus horonyhengerlés szimulációja tudományos cikk, Kolozsvár, 2010

[8]

DeForm 3D Version 6.1 User’s Manual használati utasítás, 2007

[9]

Szabó Ödön: A vas- és acélipar gyakorlati metallográfiája Műszaki Könyvkiadó, 2. átdolgozott és bővített kiadás, Budapest, 1968

[10]

Dr. Kiss Ervin, Dr. Voith Márton: Kohógéptan Tankönyvkiadó, Budapest, 1974, ISBN: 963-17-07385

[11]

Dr. Voith Márton: A képlékenyalakítás elmélete Miskolci Egyetemi Kiadó, Miskolc, 1998, ISBN: 963-661-315-x

[12]

Dr. Kiss Ervin szerk., Dr. Mecseki István: Képlékenyalakítás Tankönyvkiadó, Budapest, 1987, 303-432. o., ISBN 963-17-9492-x.

68.


MELLÉKLETEK




1. SZ. MELLÉKLET

A KAPCSOLÓPEREM ALKATRÉSZRAJZA

1

2

4

3

6

5

7

8

0

83 -0,6

A

A

0

7 -0,5

39

+0,3 0

0

° 60 × 6

3,5 -0,5 2,3

0 -0,2

R0

,6 R2 , 5

A

R4 B

B

15

°

0

70,5 -0,2

0

64 -0,3

0

50 -0,16

+1 0

39

0

50,4 -0,046

35

0

50,8 -0,2

+0,36 0

+1 0

52

0

57 -0,3

0

100 -0,5

R

B

2 1,

8,1

C

2 ±0,4

R0

,7

C

+0,2 0

0

69,9 -0,6

34

+1 0

29

+1 0

A METSZET A-A

D

D

0

8,7 -0,1 0

2,5 20 °

R1 ,2

2 -0,5

+1 0

7°

R2 E

20 °

E

DETAIL B SCALE 2 : 1

F

F

Anyag:

Megnevezés:

C45 1

2

3

4

5

Súly:

A3

esztergált rajz Méretarány:

1:1

Rajzolta:

Szabó J.



2. SZ. MELLÉKLET

A -OS KOVÁCSDARAB ALKATRÉSZRAJZA

1

2

4

3

6

5

7

8

A

A

A

86

+1,5 0

2,3

+1,5 0

+1

25 - 4 Metszéspont B

B

0

15 -1,5

II.

+1,5

103 0 Sorjázott

60,9

0

0

+1,5 0

48,6 -1,5

28 -1,5 Lyukasztott

0

+1,5 0

53,6

C

36 -1,5

+1,5 0

67,1

R4

C

0

35,7 -1,5 Metszéspont

I.

A

D

10

+1,5 0

D

METSZET A-A

Megengedett sorjázási él

Megengedett lyukasztási él

2,5 max. E

0,8 max.

E

1,6 max. DETAIL I. SCALE 5 : 1

DETAIL II. SCALE 5 : 1

F

F

Sarok lekerekítése: Hornyolat lekerekítése:

R2

Belső oldalferdeség:

6°

Külső oldalferdeség:

Anyag:

3°

Megnevezés:

C45

R10 2

3

4

5

Súly:

H116 kovácsdarab Méretarány:

1:1

Rajzolta:

Szabó J.

A3



3. SZ. MELLÉKLET

A KÉSZREALAKÍTÓ SZERSZÁMÜREG ALKATRÉSZRAJZA

1

2

4

3

6

5

7

8

A

A

104,8 Mindkét szerszámon

12

62,2 48,7 B

B

30 Ref.

3,8 R2

3 3

30

14,7

D

C

6°

3 × 45

+0,05 0

R2 D

R6

2 × 45

0 -0,05

0

54,47

68,5 20 -0,13

10 × 45

20

+0,13 0

R6

54,6

2 × 45

46,2

R2

D

2×

80,8

R1 2

R4

2,8 22

3,8

45,1 Metszéspont

C

°

36

RA

20

Alsó szerszámbetét

2×

27,9

100

+0,25 0

0

99,8 -0,25 Névleges sorjahézag: 3 mm

E

E

F F


R2


6°


Anyag:

Megnevezés:

3°

A3

H116 FD

R10 2

3

4

5

Súly:

Méretarány:

1 : 1.5

Rajzolta:

Szabó J.



4. SZ. MELLÉKLET

A ZÖMÍTŐLAPOK ALKATRÉSZRAJZA

1

2

4

3

6

5

7

8

A

A

210 ±0,5 180 ±0,5 0

2 × 45

+0,1 0

8

B

R1 R1 ,5 ,5

24 ±0,5

B

100,25

+0,25 0

10 ±0,5

164 -2

2 × 45

55 ±0,5

R2 R2

C

C

D

20

R5

+1 0

45 ±0,5

2 × 45

D

E

R8

E

0

125 -0,5 210 ±0,5 F F

Anyag:

Megnevezés:

A3

zömítőlapok 1

2

3

4

5

Súly:

Méretarány:

1:1

Rajzolta:

Szabó J.



5. SZ. MELLÉKLET

AZ ELŐALAKÍTÓ SZERSZÁMÜREG ALKATRÉSZRAJZA

1

2

4

3

6

5

7

8

A

A

104,3 Mindkét szerszámon

12 4,6

12 5,6

3

44 Metszéspont

C

80,4

R1 0 R 10

R4

46,6

3 × 45

27 Ref. D

°

R1 2

20

22

R2

C

6°

2×

36,7

R4

Alsó szerszámbetét

2×

49

B

3

B

53,6

+0,05 0

R2 D

100

+0,25 0

2 × 45

0

R6

20 -0,13

R6

2 × 45

10 × 45

20

+0,13 0

67,2

0

53,47 -0,05 Névleges sorjahézag: 3 mm

0

99,8 -0,25

E

E

F F


R3


6°


Anyag:

Megnevezés:

3°

A3

H116 SD

R12 2

3

4

5

Súly:

Méretarány:

1 : 1.5

Rajzolta:

Szabó J.



6. SZ. MELLÉKLET

A SORJÁZÓ FÉSZEK ALKATRÉSZRAJZA

1

2

3

4

5

6

A

A

103,8

10 × 45

95

B

(A belső kontúr az FD tervei alapján.) B

27

18

32

20

éles sarok

R5

35 (

21

3 × 120 215.9-es lyukkörön.

54,6) C

C

D

D

Anyag:

Megnevezés:

A4

fészek 1

2

3

Súly:

Méretarány:

1:2

Rajzolta:

Szabó J.



7. SZ. MELLÉKLET

A TÁMASZ ALKATRÉSZRAJZA

3

4

6

3 × 120 190.5-ös lyukkörön

228,35

R3

A

100

M16

15 × 45

10 × 45

A

5

97,5

2

12,5

1

B

155

B

45° 45°

C

C

35

A külső kontúr az FD-tervei alapján.

102,8 125

D

D

Anyag:

Megnevezés:

A4

támasz 1

2

3

Súly:

Méretarány:

1:2

Rajzolta:

Szabó J.



8. SZ. MELLÉKLET

A LYUKASZTÓTÜSKE ALKATRÉSZRAJZA

1

2

3

4

5

6

A

A

33

12

40

158

3 45°

3

Az él kialakítása az előírtak szerint.

10

8

B

28,4

50

30

25

M30

B

33,85

1,5 × 45

C

10

C

3 × 120

D

D

Anyag:

Megnevezés:

A4

lyukasztó tüske 1

2

3

Súly:

Méretarány:

1:1

Rajzolta:

Szabó J.



9. SZ. MELLÉKLET

A VÁGÓGYŰRŰ ALKATRÉSZRAJZA

1

2

3

4

5

6

A

A

14 3°

B

20

104,8

3 × 120 244.5-ös lyukkörön

6

13

32

B

R3

R6

7°

263,35

C

C

D

D

Anyag:

Megnevezés:

A4

gyűrű 1

2

3

Súly:

Méretarány:

1:2

Rajzolta:

Szabó J.



10. SZ. MELLÉKLET

A SZÁLIRÁNYELRENDEZŐDÉSRŐL KÉSZÜLT NAGYFELBONTÁSÚ KÉPEK


1. ábra / 10. sz. melléklet: A szálirányok a mintadarab középső felületén




2. ábra / 10. sz. melléklet: A szálirányok a mintadarab baloldali sorjacsatornájánál



3. ábra / 10. sz. melléklet: A szálirányok a mintadarab jobboldali sorjacsatornájánál


4. ábra / 10. sz. melléklet: A szálirányok a mintadarab alsó felületén




Summary In my Diploma work I try to solve an industrial problem of forging. The exact problem is an unfilled die cavity. In order to solving the problem I had to learn about open die forging, tool designing and forging technology. As an undergraduate of CAD/CAM engineer I undertook the task of making a simulation of a forging technology about the problematic forged piece. To solve the problem I used special FEM software of hot forming as named DeForm. In order to learn about forging technology I worked four weeks in a forging company at Eger last summer. I was involved the designing of tool

, so I know in details about

their problematic product. In addition I could see the whole forging process and collected data. In order to solve the problem I had to make a FEM simulation what I also had to validate. I had the exact geometries of tools so I made the simulation about forging of with DeForm. To validate the FEM-model I also need the real forged piece, because I have to prepare a sample and after I have to make visible the flownet on its surface. After I made a working simulation I had to find a parameter which I could modify to get the same result as in the real process. When I got the right result I had to show the virtual flownet on the model. After I compared the results I could state the validation is successful. With this FEM-simulation I could try to solve the problem of unfilled die cavity. I tried to solve the problem three different ways. First I changed the height of upsetting. Secondly I changed the geometry of top tool of upsetting. And at the last time I changed the geometries of tools of blocking and finishing. Two tests of three were closed with success. I think the outcome of my Diploma work is successful, because also the validation and the problem solving are ready. I think the engineers at Eger could use my results to solve their forging problem.

D I P L O M A M U N K A

Recommend Documents