Seite 1. Térfogatalakító eljárások. Zömítés. Térfogatalakító eljárások. Prof. Dr. Tisza Miklós Miskolci Egyetem

Miskolci Egyetem

Mechanikai Technológiai Tanszék

Képlé plékenyalakí kenyalakítás – 10. elő előadá adás Térfogatalakító eljárások

Prof. Dr. Tisza Miklós Miskolci Egyetem Képlékenyalakítás

1

Miskolci Egyetem

Miskolc, 2007. november 14.


Térfogatalakító eljárások • A térfogatalakító eljárások definíciója – olyan képlékenyalakító eljárások, amelyeknél » az alakváltozó zóna egy véges térfogatra terjed ki és » a lemezalakítástól eltérően az alakváltozó zóna méretei a tér mindhárom irányában összemérhető nagyságrendűek. • A térfogatalakító eljárások fő típusai – Zömítés – Huzal-, rúd- és csőhúzás – Redukálás – Folyatás – Kovácsolás – Sűllyesztékes alakítás Képlékenyalakítás

2

Miskolci Egyetem



Zömítés • A zömítés fogalma – Zömítéssel olyan alkatrészek állíthatók elő, amelyeken » jellemzően fejek, vállak vannak kiképezve (pl. szegek, szegecsek, csavarok), illetve » amelyek a keresztmetszet, egész hossz mentén történő növelésével állíthatók elő (pl. hatlapú anya előgyártmánya). – A zömítés kiinduló anyaga a legtöbb esetben hengeres, néha más (pl. hatszög ) szelvényű rúd, illetve huzal

Képlékenyalakítás

3


Seite 1

Miskolci Egyetem


A zömítés alapesetei – zömítés párhuzamos síklapok között – zömítés zárt matricában (teljes térfogaton) – Fejezés » matricába fogott mdb zömítése a fejet határoló üreg nélkül » matricába fogott mdb zömítése a fejet határoló üreggel • az üreg a matricában • az üreg a fejezőben (bélyegben) • az üreg a matricában és a fejezőben

4


Miskolci Egyetem



Zömítés párhuzamos sík lapok között • Az egyszerű zömítés alapesete: a két párhuzamos nyomólap között a munkadarab teljes térfogata alakváltozik. • A zömített darab alakját nem lehet a célnak megfelelően lehatárolni, ezért – ezt az eljárást csak alárendeltebb esetekben, – nem túl szigorú alak- és méret előírások esetén, például a szabadalakító kovácsolásban alkalmazzák


5

Miskolci Egyetem



Teljes térfogat zömítése zárt szerszámüregben • Az alakváltozás zárt szerszámüregben (a matricában) a bélyeg és az ellenbélyeg között történik. Megfelelően alakítható anyag és megfelelően nagy zömítő nyomás alkalmazásakor, a darab felveszi az üreg alakját. • Az előírt alakra sajtolás mellett ezt az eljárást alkalmazzuk nyírásos darabolással előállított rúddarabok kalibrálására is


6


Seite 2

Miskolci Egyetem


Fejezés • A fejezés a zömítés legelterjedtebb változata • A fejezést végezhetjük – a fejezést a fejet határoló üreg nélkül, vagy – a fejet határoló üregben. » ez utóbbi esetben » a fejet határoló üreg lehet a matricában, » a bélyegben (fejezőben), vagy » mindkettőben

7


Miskolci Egyetem



Matricába fogott darab zömítése a fejet határoló üreg nélkül

8


Miskolci Egyetem



Matricába fogott darab zömítése a fejet határoló üreg nélkül • Ha a fejezést a matricába fogott darab matricán kívül levő részének zömítésével a fejet határoló szerszámüreg nélkül végezzük, – csak a matricából kiálló rész zömül – a matricába fogott szárrész alakváltozása elhanyagolható, mert a matrica furat és a nyersanyag játéka legfeljebb 0,1 mm nagyságrendű. – olyan esetekben alkalmazható, ahol a fej pontos, szabályos kialakítása másodlagos (pl. szegek fejezése)


9


Seite 3

Miskolci Egyetem


Matricába fogott darab fejezése a fejet határoló üregben • Nagyobb pontossági követelmények esetén a fejezést a fejet határoló szerszámüregben végezzük. • A keresztirányú alakváltozást a matricában, vagy a fejezőben, vagy mindkettőben kialakított szerszámüreg határolja


10

Miskolci Egyetem



Matricába fogott darab fejezése a fejet határoló üregben • Hasonlóan a zárt üregben végzett zömítéshez, – a fejet határoló üregben végzett zömítésnél is biztosítani kell » az alakításban részt vevő anyagrész szerszámüreggel azonos, vagy » annál kisebb térfogatát, – mert mechanikus működésű présnél a túltöltés ezeknél az eljárásoknál is » a szerszám, » a gép, illetve » a biztosítóelem törését okozhatja.


11

Miskolci Egyetem



Hidegzömítés • A zömítés akkor nevezhető hidegzömítésnek, ha az alakítást az anyag újrakristályosodási hőmérséklete alatt végezzük. • A gyakorlatban – mivel túlnyomórészt acél alapanyagok zömítését végezzük – az anyag előmelegítése nélkül végzett zömítést nevezzük hidegzömítésnek. • A hidegzömítéssel feldolgozott nyersanyagok átmérője általában nem haladja meg a 25 mm-t


12


Seite 4

Miskolci Egyetem


A hidegzömítés alaki jellemzői • A technológusnak úgy kell megtervezni a hidegzömítést, hogy az alábbi három feltétel minden esetben teljesüljön: – A zömítendő anyagrész a zömítés közben ne hajoljon ki: erre utal a zömítési viszony – A zömítendő anyag törés, illetve repedés nélkül viselje el a kívánt mértékű képlékeny alakváltozást: erre utal az átmérő viszony – A fejező homlokfelületén ébredő átlagos nyomás ne haladjon meg egy megengedett értéket: erre utal az alakviszony » ha az túl nagy, • a szerszámok gyors kopását, esetleg törését és • az üreg nem megfelelő kitöltését idézi elő.

13



Miskolci Egyetem


A zömítés alaki jellemzőinek értelmezése • Az alaki jellemzők e három feltétel betartását teszik lehetővé, s ezek a zömítendő és a zömített anyagrész méreteiből számíthatók, nevezetesen

14



Miskolci Egyetem


A hidegzömítés alaki jellemzőinek értelmezése


– zömítési viszony:

rz =

l d

– átmérőviszony:

rd =

D d

– alakviszony:

rk =

D k

15


Seite 5

Miskolci Egyetem


A zömítési viszony • A zömítési viszonyt az l/d viszonyszámmal jellemezzük • A kihajlás veszélyéről tájékoztat. • Tisztán geometriai jellemző • Értéke a befogási peremfeltételektől függ • A határértékek túllépése esetén előzömítést kell alkalmazni – két ütéssel 2.3 < l/d < 4.5 – három ütéssel 4.5 < l/d < 8 – több ütéssel 8 < l/d

Zömítési viszony és határ értékei

⎛l⎞ ⎜ ⎟ =2 ⎝ d ⎠meg ⎛l⎞ ⎜ ⎟ = 2,3 ⎝ d ⎠ meg ⎛l⎞ ⎜ ⎟ = 2, 6 ⎝ d ⎠ meg

16


Vázlat


Miskolci Egyetem


Átmérőviszony • Az összehasonlító alakváltozásra jellemző:

ϕ = ln

l D = 2 ln k d

• Megengedett értéke az anyagtól függő – acélra » C > 0.2 % : 1.5 < D/d < 2.2 ; » C < 0.2 % : 2.0 < D/d < 2.7 – Alumínium és ötvözetei: 2.0 < D/d < 2.7 – Réz és ötvözetei: 2.5 < D/d < 3.0 • a határérték túllépése esetén: tengelyirányú repedés • elkerülése: közbenső hőkezeléssel

17


Miskolci Egyetem



Alakviszony • az üregtöltésre és a szerszám igénybevételére jellemző • megengedett értéke az anyagtól függő – acélra » C > 0.2 % : D/k < 5 » C < 0.2 % : D/k < 7 – Alumínium és ötvözetei: D/k < 7 – Réz és ötvözetei: D/k < 9 • a határérték túllépése esetén: – nem megfelelő üregtöltés – szerszám törés, tönkremenetel • elkerülése: melegzömítés alkalmazása


18


Seite 6

Miskolci Egyetem


Zömítési határdiagram • Származtatása a térfogat-állandóságból

d 2π D 2π ⋅l = ⋅k 4 4 l D ⎛D⎞ ⋅ =⎜ ⎟ d k ⎝d⎠ lg

3

D D l = 3lg − lg k d d

• határdiagram szerkesztése a megengedett alaki jellemzőkkel


19

Miskolci Egyetem



Zömítési határdiagram


20

Miskolci Egyetem



Hidegzömítés feszültségi állapotának elemzése •

az átlagfeszültségi módszert alkalmazzuk a feszültségi állapot elemzéséhez

•

lényege – olyan egyszerűsítő feltételezések alkalmazása, amelyekkel a több ismeretlenes parciális differenciál egyenletrendszer, közönséges (egyváltozós) lineáris differenciál egyenletre redukálható


21


Seite 7

Miskolci Egyetem


Hidegzömítés feszültségi állapotának elemzésénél alkalmazott egyszerűsítő feltételezések •

Bizonyos síkokon a feszültségeket átlagértékükkel helyettesítjük és állandónak tekintjük – a σz feszültséget a z-tengely mentén állandónak tekintjük, azaz ∂σ z

∂z

=0

–

•

Bizonyos síkokat akkor is fősíkoknak tekintünk, ha ott hatnak ugyan csúsztatófeszültségek, de nagyságuk a normál feszültségek mellett elhanyagolható – a mdb és a szerszám között Coulomb súrlódási állapotot feltételezünk: τ = μ p A fősíkokat koordináta síkokkal párhuzamosnak vesszük (a z = 0 szimmetriasík, egyben fősík, koordináta sík Képlékenyalakítás

22


Miskolci Egyetem


Hidegzömítés feszültségi állapotának elemzése az átlagfeszültségi módszerrel • Vetületi egyensúlyi egyenlet felírása r-irányban dΘ − 2 μ prdrd Θ = 0 (σ r + dσ r )( r + dr )hd Θ − σ r rhd Θ − 2σ t hdr sin 2 • elemi átalakítások és a másodrendűen kicsiny tagok elhanyagolása után ∂σ σ r − σ t 2 μ p + − =0 ∂r r h • mivel tömör test hengerszimmetrikus alakváltozásáról van szó σr = σt, ezért

∂σ 2μ p − =0 ∂r h


23


Miskolci Egyetem


A folyási feltétel bevezetése • Mivel ϕr > ϕz, ezért σr > σz, ezért – mivel σz= -p, ezért a folyási feltétel – amelyet differenciálva r-szerint

σ r −σ z = k f σr + p = kf dσ r dp =− dr dr

• A parciális differenciál egyenletbe behelyettesítve a következő közönséges differenciál egyenletet kapjuk

dp 2 μ p + =0 dr h


24


Seite 8

Miskolci Egyetem


A differenciál egyenlet megoldása dp 2 μ p + = 0 differenciál egyenletben a változókat szétválasztva dr h

•

A

•

a következő egyenletet kapjuk

dp 2μ dr =− p h

2μ r + ln, C h 2μ − r • amely elemi átalakítás után a p = Ce h kifejezésre vezet. •

megoldva:

ln p = −

25


Miskolci Egyetem



A technológiai peremfeltétel • A mdb felületét radiális irányban nem terheli külső erő, ezért – a technológiából adódó peremfeltétel

r= – amiből

d -nél σ r = 0, ebből p = kf 2 2μ ⎛ d ⎞ ⎜ −r ⎟ ⎠

p = kf e h ⎝2

mint végső megoldás következik.

26


Miskolci Egyetem



p = kf e

2μ ⎛ d ⎞ ⎜ −r ⎟ h ⎝2 ⎠

Nyomáseloszlás a munkadarab homlokfelületén


27


Seite 9

Miskolci Egyetem


A zömítés erőszükséglete • Az erőszámítás alapösszefüggése

F = ∫ pdA = A

2μ ⎛ d ⎞ ⎜ −r ⎟ ⎠

d 2 2π

∫ ∫

p = kf e h ⎝2

rdrd Θ

r = 0 Θ= 0 2μ ⎛ d ⎞ ⎜ −r ⎟ ⎠

u=r

v' = e h ⎝2

u' =1

v=−

2μ ⎛ d

• amely az

⎞

h h ⎜⎝ 2 − r ⎟⎠ e 2μ

• helyettesítéssel szorzatintegrálással számítható:

F = 2π k f

μd ⎞ h2 ⎛ h μd e − − 1⎟ 2 ⎜ h 4μ ⎝ ⎠ 28



Miskolci Egyetem


A zömítés erőszükséglete F = 2π k f

• Az

μd ⎞ h ⎛ h μd − 1⎟ ⎜e − h 4μ 2 ⎝ ⎠ 2

kifejezésben szereplő exponenciális

függvény Taylor sorának első négy tagját véve μd

e h = 1+

μd h

+

μ 2d 2 2h 2

+

μ 3d 3 6h3

+ ...

• elemi átalakítások után a zömítőerőre kapjuk

F=

d 2π ⎛ μ d ⎞ k f ⎜1 + ⎟ = Ap 4 3 h⎠ ⎝

• ahol a p az átlagos alakítónyomás Siebel féle összefüggése 29



Miskolci Egyetem


A zömítés munkaszükséglete • A munka számításának alapösszefüggéséből ho

W = ∫ Fdh = h

• ahol

A=

• bevezetve a

ho

∫ Apdh h

dπ 4 2

d = do

⎛ μd⎞ p = k f ⎜1 + ⎟ 3 h⎠ ⎝

ho h

és a

V = Ah

összefüggéseket

• a zömítés munkaszükségletére kapjuk: ⎡ h 2μ ⎛ d do ⎞⎤ W = Vk fk ⎢ln o + ⎜ − ⎟⎥ 9 ⎝ h ho ⎠ ⎦ ⎣ h Képlékenyalakítás

30


Seite 10

Miskolci Egyetem


Hidegzömítő szerszámok • A hidegzömítő sajtók aktív szerszámelemei – a különféle zárt és osztott matricák, – a fejezők és előverők, valamint – a munkaciklus szempontjából fontos szerep jut a különböző » megfogó, » levágó és » továbbító elemeknek is.

31


Miskolci Egyetem



Hidegzömítő szerszámok – Zárt matricák • előnye – redukálás, ill. teljes térfogatú zömítés csak zárt matricában végezhető • hátrányai – csak húzott huzal (rúd) alkalmazható – max. l/d < 8-10

Zárt matrica kialakítások különféle munkadarabok zömítéséhez 32


Miskolci Egyetem



Keményfém betétes zárt matricák • A betétes matricák betétje a legtöbb esetben keményfém. • A keményfém betéteket előfeszítve foglalják a matrica köpenyébe. • Előnyeik – Alkalmazásukkal az egy darabra eső szerszámköltség jelentősen csökken, – élettartamuk 50-100-szorosa az ötvözetlen acélból készült matricákénak. – Nagy szilárdságú anyagok hidegzömítésekor csak ezek használata gazdaságos.


33

Keményfém betétes zárt matricák


Seite 11

Miskolci Egyetem


Hidegzömítő szerszámok – Osztott matricák • A pofa-párokat előre gyártott hasáb anyagból készítik. • A pofák mind a négy oldalába bemunkálják a matricaüreget, így ezek egy üregpár kopása után átfordítással újra használhatók. • Anyaguk rendszerint S10 anyagminőségű ötvözetlen szerszámacél

34


Miskolci Egyetem



Hidegzömítő szerszámok – Osztott matricák • Osztott matrica alkalmazásának előnyei – hengerelt huzal alapanyag is alkalmazható – redukálás, ill. teljes térfogatú zömítés nem végezhető – betétezés nem alkalmazható – több oldala felhasználható – bonyolultabb alak esetén egyszerűbb megmunkálás • Hátrány – redukálásra nem alkalmas

35


Miskolci Egyetem



Hidegzömítő szerszámok - Fejezők • Fejezők – Előverő fejezők » betét nélküli » keményfémbetétes » rugós kilökővel ellátott – Készreverő fejezők » betét nélküli » keményfémbetétes


36


Seite 12

Miskolci Egyetem


Hidegzömítő sajtók fajtái és működésük • Osztályozás – a matrica típusa szerint » Zárt matricás sajtó » Osztott matricás sajtó – működés szerint » egynyomású » kétnyomású » többnyomású


37

Miskolci Egyetem



Egynyomású zárt matricás zömítő sajtó


38

Miskolci Egyetem



Kétnyomású, osztott matricás zömítő sajtó


39


Seite 13

Seite 1. Térfogatalakító eljárások. Zömítés. Térfogatalakító eljárások. Prof. Dr. Tisza Miklós Miskolci Egyetem

Recommend Documents