FÉMEK FORGÁCS NÉLKÜLI ALAKÍTÁSA

0

/ CSAK ISKOLAI HASZNÁLATRA /

FÉMEK FORGÁCS NÉLKÜLI ALAKÍTÁSA

SZERKESZTETTE: SZEKERES GYÖRGY

1

1. Az anyagok belsı szerkezete Természettudományos megfigyelések hosszú sora bizonyítja, hogy minden anyag atomos szerkezető. Az atomok az elemek legkisebb kémiai vagy egyszerő fizikai módszerekkel felbonthatatlan részei. Az atom szó görög eredető, és oszthatatlant jelent. Ma már azonban vannak módszerek, amelyekkel az atomok is további alkotó részekre bonthatók. Az atom egy atommagból és egy vagy több elektronból áll. Az atommagnak pozitív elektromos töltése van, s körülötte keringenek a negatív töltéső elektronok. Minden elektronnak azonos tömege és azonos töltése van. Ezzel szemben az atommag töltése és tömege különbözı aszerint, hogy milyen elem atomjáról van szó. A legkisebb atommag tömege is kb. 2000-szer nagyobb, mint a legnagyobb elektroné, a legnagyobb atommag tömege pedig mintegy 400 000-szerese az elektronénak. Tekintetbe véve, hogy még a legnehezebb atomok is csak mintegy száz elektront tartalmaznak, belátható az, hogy az atom tömege közel egyenlı az atommag tömegével, s az elektronok tömege emellett elhanyagolható. Ennek ellenére az atommag méretei körülbelül megegyeznek az elektron méreteivel. Ez annyit jelent, hogy az atommagnak, pl. 2000-szer nagyobb a sőrősége, mint az elektronnak, mert ugyanakkora térfogatban kétezerszer nagyobb tömeg van. De még az elektronnak is nagyobb a sőrősége, mint az ólomnak. Ma már az atommagot is fel lehet bontani még elemibb alkotórészekre. Ezen alapszik az atomenergia felhasználásának a lehetısége. Az anyag molekulákból áll. A molekulák az anyagnak azok a legkisebb építıkövei, melyek már a makro fizikai módszerekkel nem bonthatók tovább, viszont kémiai módszerekkel atomjaikra bonthatók. A molekulák állhatnak egy atomból, mint például a nemesgázok molekulái, vagy több atomból épülhetnek fel, mint például a hidrogén-molekula, amely két atomból, a vízmolekula, amely három atomból áll. Vannak szerves vegyületek, amelyeknek molekulái az atomok ezreibıl épülnek fel. A molekulák állandó rendezetlen mozgásban, úgynevezett hımozgásban vannak. Ez a mozgás annál élénkebb, minél magasabb a hımérséklet. Az ilyen rendezetlen mozgás azt eredményezné, hogy az eleinte kicsiny térfogatra korlátozott molekulacsoport mindig nagyobb és nagyobb teret töltene be. Hogy ez mégsem következik be minden esetben, annak oka az, hogy a molekulák között erık hatnak. Hasonló jellegő erık hatnak az atomok között is. A molekulák és atomok között ható erık nagysága a két egymásra ható atom vagy molekula egymástól való távolságával igen erısen változik. Kisebb távolságoknál az erık igen nagyok lehetnek, nagyobb távolságoknál viszont erısen csökkennek. Gázoknál a molekulák egymástól való távolsága általában nagyobb, mint a cseppfolyós vagy szilárd halmazállapotú testeknél. A fentiek szerint -tehát a gázmolekulák között hatóerı kicsiny. Ennek következménye az, hogy az eleinte kis teret betöltı gázmolekulák csakhamar betöltik az egész rendelkezésükre álló teret. Ha a külsı nyomást növeljük, vagy a hımérsékletet csökkentjük, a gázmolekulák oly közel jutnak egymáshoz, hogy jelentıs összetartó erık lépnek fel közöttük. A nyomás növelésével ugyanis a gáz kisebb térfogatra szorul össze, a molekulák közelebb kerülnek egymáshoz. A hımérséklet csökkentésével csökken a molekulák sebessége, és így hosszabb idıszakokat töltenek egymás közelében. A vonzóerık miatt a molekulák már nem mozoghatnak szabadon az edényben. A gáz ebben az esetben folyékony vagy szilárd halmazállapotba megy át. A folyadékok molekulái sokkal közelebb vannak egymáshoz, mint a gázoké. Ennek következtében a molekulák mozgása már nem annyira szabad, az egyes molekulák nem mozoghatnak úgy az edényben, mint gáz esetén. Minden molekulát sok más molekula vesz körül. A molekulának a folyadékból való kilépéséhez munkát kell végeznie, mert a folyadék belseje felé ható erı ellenében kell a folyadékból kijutnia. Ha viszont a folyadék feletti térbıl közeledik egy molekula a felszínhez, arra már a felszín felett kezd hatni a vonzóerı, és így a folyadékba való belépéssel a molekula energiát nyer. Ha a folyadékból a gázba több molekula lép át, mint a gázból a folyadékba, akkor a folyadék párolog. Ha viszont a gázból lép át több molekula a folyadékba, mint fordítva, akkor a gáz lecsapódik. A folyadékból való kilépéshez munkavégzésre van szükség. Viszont a folyadékba belépı molekulák munkát végeznek. Mivel párolgásnál több a kilépı molekula, mint a belépı, a rendszernek több munkavégzésre volt szüksége, mint amennyit a belépı molekulák szolgáltatnak. Tehát az elpárolgó anyagnak a párolgáshoz valahonnan energiát kell szereznie. Ezt az energiát általában a környezetbıl veszi fel hı alakjában vagy saját hıkészletébıl fedezi. Ezért hől le a párolgó anyag. Lecsapódáskor ugyanezt az energiát a lecsapódó anyag visszaadja. Azt az energiamennyiséget, melyet párolgáskor elvon, lecsapódáskor pedig visszaad a halmazállapotát változtató anyag, rejtett hınek nevezik. Szilárd testeknél a molekuláknak már határozott rendje alakul ki. Ekkor az atomok vagy molekulák már nem-csak tömörülnek, hanem szabályosan helyezkednek el. A szilárd test mindig mértani szabályosságú alakzatot ölt. Az ilyen szabályos testet kristálynak nevezik. Szilárd testben tehát az atomok szabályos rendben, de igen sokféle mértani alakzatban helyezkednek el. Például a grafit olyan szénatomokból áll, amelyek szabályos hatszögeket alkotnak. A hatszögek síkjai egymás fölött párhuzamosak (a ábra). Az egymás fölötti szomszédos síkok atomjai között nagyobb a távolság, mint ugyanazon sík atomjai között, és így a síkok közötti vonzóerı kisebb, mint egy síkon belül. Ez azt eredményezi, hogy az

2

egyes síkok aránylag könnyen elválnak egymástól. Ezért lehet grafitbelő ceruzával írni. Az írás során a grafit kis megnyomásával a laza síkok mentén letördeljük a kristályt, és a letördelt kis kristályok a papírra tapadnak. Másik példa az ugyancsak szénatomokból felépülı gyémánt. A gyémántban minden szénatomnak négy közeli szomszédja van. Ezek mindegyike azonos távolságra van a vizsgált szénatomtól, és a térben szimmetrikusan helyezkednek el a középsı szénatom körül úgy, hogy két - két szomszédos szénatom felé mutató irány közötti szög mindig ugyanakkora (b ábra). Annak ellenére, hogy a grafit is, a gyémánt is szénatomokból épül fel, tulajdonságaik teljesen eltérıek, ami a különbözı kristályszerkezet következménye. A szilárd testekben az atomok szabályos rendjétıl való eltérést a hımozgás okozza. Hımozgást végez minden atom és molekula, akár gáznemő, akár folyékony, akár szilárd halmazállapotban van. Gázhalmazállapotban a molekulák hımozgása élénk és rendszertelen. Folyékony halmazállapotban is megvan ez a mozgás, bár itt rövidebb szakaszokat tesznek meg a molekulák. Szilárd testeknél nem túl magas hımérsékleten ez a mozgás arra korlátozódik, hogy az egyes atomok egyensúlyi helyzetük körül kis rezgéseket végeznek. Ez a rezgés azonban teljesen szabálytalanul megy végbe Ez azt jelenti, hogy ha pillanatfelvételt készítenének a kristályról, nem kapnának teljesen szabályosmértani alakzatot. Magasabb hımérsékleten elıfordulhat, hogyegy egy atom rezgéseinek amplitúdója olyan nagy, hogy az atom elszakad- a szerkezet által meghatározott egyensúlyi helyzettıl. Ebben az esetben az atomok szabályos rendje felbomlik. Ez az olvadás. Ha egy folyékony oldatban több az oldott anyag, mint amennyi a telítettséghez szükséges, akkor megkezdıdik a kristályosodás. A kristályok fokozatosan növekednek az oldott anyag atomjaiból. A meglevı kristály sajátságos rend szerint növekszik tovább. A kristály felépülésekor addig nem kezdıdik el új sor, amíg a megkezdett sor be nem fejezıdött. Hasonlóan nem kezdıdik el új lap, amíg a másik megkezdett lap be nem fejezıdött. Ez azért van, mert a legkedvezıbb hely a 3. ábrán a-val jelzett hely, ennél kedvezıtlenebb a b-vel jelzett, és csak azután következik a c-vel jelzett hely. Amíg tehát van a kristályon az a-hoz hasonló hely, addig ezekre a helyekre kristályosodnak az atomok (megkezdett sorok), ha ilyen már nincs, akkor a b-vel jelzett helyekre (megkezdett síkok), és csak ha már ezek sincsenek, akkor kezdıdik egy új sík a c helyzettel. E jelenség oka az, hogy az atomok különbözı helyzete nem egyenértékő a kötés szilárdsága szempontjából. A kristály belsejében levı atomra, az ábránkon hat szomszédos atom hat. Az ilyen atomot hatszor akkora energia köti a kristályhoz, mint azt az atomot, amelynek csak egy szomszédja van.

1.1 A fémek jellemzése Az elemeket általában két nagy csoportba osztják: a fémek és a nemfémek csoportjába. Azonban vannak olyan elemek is (a metalloidok), amelyeknek sok sajátsága a fémekéhez hasonló, `más tulajdonságaik szerint pedig a nemfémekhez tartoznak. Az elemek nagyobb része - mintegy 70 elem - a fémek csoportjába tartozik. Gyakorlati alkalmazás szempontjából ezek közül mintegy 30 elsırendő fontosságú. A fémek színe a réz és az arany kivételével fehér vagy szürkésfehér, felületük csillogó, fémes fényő. A fémek szilárd állapotban kristályos szerkezetőek. Kevés kivételtıl eltekintve (pl. higany, nátrium, kálium stb.) szobahımérsékleten eléggé szilárdak. A legtöbb fém alakítható melegen - esetleg hidegen is - kovácsolással, illetve hengerléssel. Hidegen, forgácsolással (esztergálás, marás, köszörülés stb.) is megmunkálhatók. A fémek legjellemzıbb tulajdonsága a jó villamos - és hıvezetı képesség.

3

Fajsúlyuk szerint: könnyő- és nehézfémeket különböztetünk meg. Könnyőfémeknek általában az 5 kg/dm3-nél kisebb fajsúlyú elemeket, nevezzük. Ebben a csoportban az alumínium és a magnézium a legjelentısebbek. A nehézfémek közül a vas; réz, ón, nikkel, cink és az ólom a legfontosabbak. A fémek jellemzı tulajdonsága a mechanikai szilárdság is. Az egyes fématomokat összetartó erık - amelyeknek nagysága a különbözı fémeknél más és más - eredményezik a fémes anyagoknak külsı terhelı erıkkel szembeni ellenállását. / A fémes anyagok jellemzésére szolgáló szakítószilárdság fogalma már ismert./ A fémeket ritkán használják tisztán. Egyes tulajdonságaik ötvözéssel javíthatók. Ötvözet úgy jön létre, hogy két vagy több fémet folyékony vagy szilárd halmazállapotban egyesítenek. A fémek közül a vasnak illetve ötvözeteinek ipari jelentısége a legnagyobb. A nagyobb szilárdsági igénybevételő, továbbá a nagymérető szerkezetek túlnyomórészt vasötvözetekbıl készülnek. A vas nagyarányú ipari felhasználása azzal magyarázható, hogy ércei a természetben viszonylag nagy mennyiségben fordulnak e1ı, s ezekbıl a vas elég könnyen elıállítható. A vasnak nagy elınye továbbá, hogy ötvözéssel a tulajdonságai tág határok között változtathatók. 1.2. A fémek belsı szerkezete Az elemek legnagyobb része fém. A periódusos rendszerbe foglalt elemek közül ugyanis elhagyva a gázokat (He, Ne, Kr, X, Em, H, N, O), a haloid elemeket (FI, Cl, Br, J) és a metalloidokat (C, B, Si, P, S, As, Bs, Se, Te), mintegy hetven fémtermészető elem marad. Ezek közül a gyakorlat nem sokat használhat. A fémek egy része nagyon ritka, és ezért drága is. Ilyenek a Ga, Ge, Y, Nb, Rn, Rh, Pt, In, Re, Ir, Tl, továbbá a ritka földfémek és a radioaktív elemek. Az alkálifémek és az alkáli földfémek nem használhatók, mert levegın és vízben gyorsan oxidálódnak, ezek a Li, K, Na, Rb, Cs, Ca, Sr, Ba; a Hg folyékony, a Ti, V, Cr, Mn, Be pedig technikai célra túlságosan rideg. Van néhány fém, amelyek majdnem mindig helyettesíthetık olcsóbb fémmel: a Co-ot Ni-lel, a Cd-ot Zn-kel, a Bi-ot Pb-mal. Ezek elhagyása után már csak 13 olyan fém marad, amelyek színállapotban, vagy ötvözetek fı alkotórészeként nagyobb mennyiségben használhatók. Ezek a következık: a, vas: Fe, b, könnyőfémek: Al, Mg, c, színesfémek: Cu, Zn, Pb, Sn, Ni, d, nagyon nehezen olvadó fémek: W, Mo, e, nemesfémek: Ag, Au, Pt. A legtöbb fajta fématom külsı elektronpályáján csak egy, két vagy három elektron kering. Ezek a külsı elektronok nem kapcsolódnak nagyon szorosan az atommagjukhoz, hanem attól könnyen elszakadnak. Ezért ezeket szabad elektronoknak is nevezik. Ha az ilyen fématom olyan másik atommal találkozik, amelynek külsı elektronhéjában 5, 6 vagy 7 elektron kering (ilyenek a haloid elemek, metalloidok), akkor a fém szabad elektronjai feltöltik a másik elem külsı elektronhéját; így mindkét atom villamos töltést kap, ionná lesz, az ionok pedig egymáshoz kapcsolódva vegyületet alkotnak. A fémkristályokban a szabad elektronok az atommagok közt szabadon mozognak, illetve atommagtól atommagig vándorolhatnak. Ezek a szabad elektronok a fémkristályokra jellemzık, így a fémes fény, a villamos és hıvezetı képesség e sajátosságoknak tulajdoníthatók valamint az ötvözhetıség is. A kristályban az atomok szabályosan, egymástól meghatározott távolságban helyezkednek el. Az ilyen mértani alakzat egy kristályon belül folytonosan és szabályosan ismétlıdik. Így keletkezik a kristály tömege. Az atomoknak ezt a szabályos elrendezıdési módját térrácsnak nevezik. A kristályos anyagok tehát szabályos térrácsból épülnek fel. Ma már valamennyi fém rácsszerkezete ismeretes. 1.3. A színfémek fontosabb elemi rácsalakzatai: A felületen középpontos köbös rácsban (a ábra) az atomok, illetve azok súlypontja, az atommagok, a hexaéder csúcspontjaiban, továbbá a hexaéder lapok középpontjaiban helyezkednek el. Ilyen rácsszerkezete van a γ vasnak, réznek, aranynak, nikkelnek, alumíniumnak, ólomnak. A térben középpontos köbös rácsban (b ábra) a hexaéder csúcspontjaiban és térbeli középpontjaiban helyezkednek el az atomok. Ilyen az α vas és β vas, a wolfram, a titán és az alkáli fémek kristályrácsa. Tetragonális rendszerbeli rács látható a c ábrán. A fontosabb fémek közül az ón kristályosodik így. A hexagonális rendszerbeli rács látható a d ábrán, ilyen a horgany, kadmium és magnézium kristályszerkezete. A trigonális rendszerbeli rács alapalakja a felületen középpontos romboéder. Ide tartozik az ólom és az arzén (e, ábra).

4

1.4. A fémek fontosabb tulajdonságai A vegyi tulajdonságok A fémek egy része savakban, másik része lúgokban oldódik és olyan vegyületek keletkeznek, amelyekben az eredeti tulajdonságok már nem ismerhetık fel. A fémeknek ezt a viselkedését vegyi tulajdonságoknak nevezzük. A gyakorlati életben az egyik legismertebb ilyen jelenség a vas oxidálódása, a víznek és a levegı oxigénjének hatására. Az oxidálódás (rozsdásodás) folyamán rozsdabarna színő anyag keletkezik; amely már nem rendelkezik a vas eredeti tulajdonságaival. A fémeknek egy másik vegyi tulajdonsága az ötvözhetıség. Lényege, hogy az alapfémhez más fémet, vagy `fémeket - ötvözıket -- adagolunk, miközben közöttük belsı szerkezeti kapcsolat létesül Az ötvözés következtében az alapanyag tulajdonságai megváltoznak: / Ha az acélhoz megfelelı mennyiségő krómot vagy nikkelt ötvözünk, akkor az ötvözet -egyéb kedvezı tulajdonságai mellett - nem oxidálódik. Az ilyen acélt rozsdamentes acélnak nevezzük./ A fizikai tulajdonságok: .Az anyag külsı és belsı szerkezetével kapcsolatos tulajdonságokat fizikai tulajdonságoknak nevezzük. Az acélok, és a többi fémek legfontosabb fizikai tulajdonságai a következık: a, Szerkezet .. Minden fém kristályos szerkezető. Szilárd állapotban a fém atomjai valamilyen mértani rend szerint helyezkednek el. Ezek a mértani rend szerint csoportosult atomok az anyagban ismétlıdnek. A jelenséget úgy képzelhetjük el, hogy az atomokat valamilyen mértani test jellemzı pontjaiba helyezzük: Ha az atomokat a kockának csak bizonyos pontjain képzeljük el, akkor ebbıl az következik, hogy az anyag nem tölti ki az egész teret (kockát), hanem az atomok rácsot alkotnak. Kristályos anyagoknak ezt a szerkezetét rácsszerkezetnek nevezzük. A fémek fokozódó hevítése rohamosan növeli a térrácsban helyet foglaló atomok rezgı mozgását. Bizonyos hımérsékleten az atomok mozgása olyan erıteljessé válik, hogy legyızi a szerkezetet összetartó - kohéziós.erıt; és a kristályrács széthullik, a fém folyékonnyá válik. Azt a hıfokot, amelyen ez a változás bekövetkezik, a fém olvadáspontjának nevezzük. Az anyag; hevítése közben az atomok állandóan változtatják helyüket következésképpen a rácsszerkezet is meg változik. E változások ismerete az acélok hıkezeléséhez nélkülözhetetlen. Hıkezelés alkalmával ugyanis mind melegítéskor, mind lehőtéskor változik a rácsszerkezet, s ez döntı hatást gyakorol az anyag tulajdonságaira is. b, Olvadáspont, dermedéspont: Minden tiszta fém meghatározott hıfokon olvad. Állandó nyomás eseten a fémek olvadáspontja állandó. A színvas olvadáspontja ~1538 ° C. Az ötvözetek olvadáspontja mindig eltér az alkotók olvadáspontjától. Ha a folyékony fémet hőtjük, a fém tömegében több helyen szilárd kristályok képzıdnek. A szilárd kristályok száma mindaddig nı, amíg azok összeérnek, és a fém megdermed. A gyakorlatban az olvadáspont mindig magasabb hımérsékleten jelentkezik, mint a dermedéspont. c, Fajsúly A fajsúly az a viszonyszám, amely megmutatja, hogy a kérdéses anyag térfogategységének súlya hányszor nagyobb a víz térfogategységnyi súlyánál. A fémek fajsúlya különbözı, de mindegyik meghaladja a vizét. A különbözıség lehetıvé teszi a fajsúly szerinti csoportosítást. Ilyen értelemben beszélhetünk könnyőfémekrıl és nehézfémekrıl.

5

d, Villamos és hıvezetı képesség: A fémek az elektronok áramlásának kisebb-nagyobb mértékben ellenállnak. Ha az áramlással szembeni ellenállás viszonylag kicsi, akkor a fémet jó vezetınek tekintjük (pl. ezüst, réz, alumínium), más fémek a fentieknél nagyobb ellenállást tanosítanak. Azok a fémek, amelyék a villamosságot jól vezetik, rendszerint jó hıvezetık is. e, Mágnesezhetıség: Mágnesezhetıségnek nevezzük a fémeknek azt a tulajdonságát, hogy mágneses térbe kerülve, maguk is mágnesessé válnak. Mágnesezhetı fémek a vas, a nikkel, a kobalt, valamint ezek ötvözetei. Ezeknek nagy szerepük van a villamos gépek gyártásában. f, Hıtágulás: A fémek-más anyagokhoz hasonlóan -- hımérsékletük emelkedésével kiterjednek. Ezt a tulajdonságot hıtágulásnak nevezzük. A hıtágulás mértéke az anyag minıségétıl, halmazállapotától, és a hımérséklet nagyságától függ. A mechanikai tulajdonságok: Az anyag külsı erıkkel szembeni viselkedését mechanikai tulajdonságnak nevezzük a, Képlékenység: Képlékenynek nevezzük azt a fémet, amelyet, ha állandó erıvel (húzó, nyomó, hajutó stb.) terhelünk, alakját - az erı hatására -- állandóan változtatja. A képlékeny anyag az erı megszőnése után, nem nyeri vissza eredeti alakját (pl. ólomcsı). Az ilyen alakváltozást maradó alakváltozásnak nevezzük. b, Ridegség: A ridegség a képlékenység ellentétes állapota. A rideg fém nem képes jelentıs mértékő alakváltozásra, ezért a megengedettnél nagyobb terhelés vagy ütésszerő (dinamikus) igénybevétel hatására eltörik (pl. öntöttvas) c, Rugalmasság: Rugalmasság a képlékenység és a ridegség közötti állapot. A fémeknek azt a tulajdonságát, hogy terhelés hatására alakjukat megváltoztatják, majd a terhelés megszőntével visszanyerik eredeti alakjukat, rugalmasságnak nevezzük d,) Szilárdság: A fémeknek azt a jellemzı tulajdonságát, hogy a különbözı igénybevételekkel szemben ellenállást tanúsítanak, szilárdsági tulajdonságnak nevezzük. Ha a különbözı anyagú (vas, réz, alumínium), azonos keresztmetszető huzalokat fokozatosan növekvı húzóerıvel terhelünk, azt tapasztaljuk, hogy mindegyik más-más nagyságú erınél szakad el. Az egységnyi keresztmetszető fémhuzal szakítóerejét, a huzalanyag szakító-szilárdságának nevezzük. Ez a fémek egyik legjellemzıbb tulajdonsága. Ha az anyagot - húzással ellentétesen - nyomó erıvel terheljük, meghatározható az a maximális nyomóerı, amelynél az anyag összetörik. Ez lesz az anyag jellemzı nyomó-szilárdsága. Az anyagra ható külsı erınek az anyag szemcséit összetartó be1sı erı álI ellen. Az egységnyi keresztmetszetre jutó erıket feszültségnek nevezzük. Aszerint, hogy milyen a külsı igénybevétel, húzó, nyomó, hajlító, csavaró és nyírófeszültség keletkezhet. Egyidıben azonban kettı vagy többféle erı /. igénybevétel / is mőködhet. Ilyenkor összetett igénybevételrıl, összetett terhelésrıl beszélünk. e, Keménység: A keménység a szilárd állapotú fémeknek az a tulajdonsága, amely gátolja az anyag felületébe való behatolást, benyomódást: A keménység tehát az anyag ellenállása a külsı behatásokkal szemben. Különbözı fémek keménysége is különbözı. Ilyen értelmezésben megkülönböztetünk lágy és kemény szerkezető fémeket. Lágyabb anyagba az acélgolyó vagy gyémántgúla jobban benyomódik, a forgácsoló szerszám könnyebben behatol, mint a nagyobb keménységő anyagba. A keménység nagymértékben függ az anyag állapotától és összetételétıl. Más a keménysége ugyanannak az acélnak edzett és lágyított állapotban. A szerkezetileg keményebb anyagoknak rendszerint a szakítószilárdsága is nagyobb. f, Szívósság: Azokat a fémeket, amelyek. kisebb terheléskor rugalmasak, nagyobb terheléssel viszont alakíthatók, és növekvı. alakváltozásukhoz növekvı terhelés szükséges, szívós anyagoknak nevezzük. A szívósság igen elınyös és sok esetben elengedhetetlen tulajdonság. A szívós anyagra jellemzı a húzó, nyomó, hajlító, nyíró és csavaró igénybevételekkel szembeni jó ellenállás. A technológiai tulajdonságok: A fémek gazdaságos feldolgozását döntı módon befolyásolja alakíthatóságuk, megmunkálhatóságuk. Könnyen alakítható anyagokból olcsóbban /egyszerőbb eljárásokkal / lehet elıállítani a kívánt tárgyat. Az anyagok megmunkálásuk, alakításuk közbeni viselkedését technológiai tulajdonságoknak nevezzük. a, Önthetıség Önthetıségnek nevezzük a fémeknek azt a tulajdonságát, ami híg folyósságukra, formakitöltésükre, zsugorodásukra és tömörödésükre jellemzı. Egyes fémek megolvasztva hígfolyósak, a formát jól kitöltik, lehőlés közben méretüket alig változtatják és dermedés után szerkezetük tömör. Ezeket jól önthetı fémeknek nevezzük.

6

Mások viszont olvadt állapotban nem eléggé hígfolyósak, lehőlés közben erısen zsugorodnak, dermedés után szerkezetük laza, nem egyszer üreges marad, ezért rosszul önthetık. b, Kovácsolhatóság: A fémek kovácsolhatóságát nyújtásuk, alakíthatóságuk, formálhatóságuk, vagyis lényegében a mechanikai tulajdonságuk határozza meg. Megfelelı hımérsékleten a képlékeny és a rugalmas anyagok kovácsolhatók vagyis ütéssel, nyomással alakíthatók, a rideg anyagok azonban nem. c, Hegeszthetıség, forraszthatóság: Ha két vagy több darabból álló azonos szerkezető fémet összeillesztünk és az illeszkedés helyén megolvasztjuk, az ömledék egyesül. Hagy a dermedés után egyenletes, szilárd kötés mutatkozik, vagyis ha a két vagy több részanyag egységesnek mondható, akkor az adott fém hegeszthetı. Nem hegeszthetı az a fém, amelynek varrata a dermedés után megrepedezik vagy elválik az alapanyagtól. Ha két illeszkedı fémtárgy között más; alacsonyabb olvadáspontú fémmel -úgynevezett forrasszal -- kapcsolatot létesítünk úgy, hogy a forrasztandó anyagok nem olvadnak meg, forrasztásról beszélünk. d, Forgácsolhatóság: A fémek forgácsolás (reszelés, fúrás, marás, esztergálás stb.) közben egymástól eltérıen viselkednek. A forgácsolhatóság a fémeknek az a jellemzı tulajdonsága, amely megmutatja, hogy a kérdéses fém milyen mértékben rendelkezik azokkal a feltételekkel, melyek kielégítik a gazdaságos forgácsolás követelményeit. f, Edzhetıség: Az edzhetıség a fémeknek - acéloknak - az a tulajdonsága, amellyel fokozhatjuk keménységüket, szilárd ságukat, egyszóval használhatóságukat. Az edzhetıségnek is tulajdonítható az acéloknak a technikában tapasztalható hatalmas szere.

2. A fémek forgácsnélküli alakítása. A fémiparban alkalmazott megmunkálásokat, alakító eljárásokat rendszerezhetjük úgy is, hogy azokat milyen állapotú fémeken hajtjuk végre. A szilárd (forgácsoló, hıkezelı stb.) eljárás mellett ismerünk: I. Folyékony megmunkálást: a. öntés, b. hegesztés, c. forrasztás II. Képlékeny megmunkálást: 1. meleg megmunkálást: a, kovácsolás: szabadalakító: kézi, gépi, sőlyesztékes b. sajtolás, c. hengerlés: lemez, rúd, csı, 2. hideg megmunkálást: A hideg lemezalakítási mőveleteket az alakítás módja szerint két fı csoportra oszthatjuk és e csoportokon belül több mint 20-féle mőveletet különböztet meg. 1.Anyagszétválasztással alakító vágómőveletek: levágás- darabolás, kivágás-lyukasztás, bevágás, kicsípés, lenyírás, sorjázás, pontossági vágás /borotválás / szúrás, 2.Anyagszétválasztás nélkül alakító mőveletek: hajlítás, göngyölítés, anyagvastagság változtatása nélkül és anyagvastagság csökkentésével való mélyhúzás egyengetés, simítás, bordázás, alaknyomás, bıvítés, szőkítés, peremezés, duzzasztás, lapítás, ,fémnyomás, hidegfolyatás 2.1. Folyékony megmunkálás a. Öntés: .Az anyag részecskéi közt ható összetartó (kohéziós) erı megszőntethetı olvasztással és oldással. Ha az anyagot olvadáspontjára hevítjük, és biztosítjuk az olvadási hıt, az anyag folyékony lesz. A folyékony állapotban végrehajtott alakítások közül a legjelentısebb az öntés. Az egyik legısibb megmunkálási mód. A folyékony anyagot a munkadarab alakjának megfelelı formába öntik, ahol az megszilárdul. Alkalmazása széles körő. Napjainkban egyaránt alkalmazzák fémek, mőanyagok és egyéb nemfémes anyagok megmunkálására. b. Hegesztés: Az anyagot folyékony állapotba hozva, kötések is készíthetık. Ömlesztı hegesztés alkalmával a munka-daraboknak azokat a felületeit ömlesztik meg, ahol azokat össze akarják kötni. Az ömlesztı hegesztéseket aszerint csoportosítjuk, hogy az ömlesztéshez szükséges hıt hogyan állítják elı (pl. lánghegesztés, ívhegesztések). Lángvágáskor csak a darabolás helyén ömlesztik meg az anyagot. Az ömledéket nagynyomású oxigénnel kiégetik, ill. kifúvatják. Az így keletkezı hézag következtében darabolódik az anyag. c. Forrasztás: Forrasztás alkalmával a munkadarab szilárd marad, csak a forraszanyag olvad meg. A folyékony forrasz-anyag bediffundál a munkadarabok felületi rétegeibe, és így hozza létre köztük a kötést. A

7

forrasztásokat az alkalmazott forraszanyag olvadáspontja szerint rendszerezzük, megkülönböztetünk keményforrasztást és lágyforrasztást. Az ömlesztést nemcsak alakításnál és kötések létrehozásánál alkalmazzák. Ömlesztéssel bevonatokat készíteni és darabolni is lehet. 2.2. Képlékeny megmunkálás A fémek képlékenysége. A gyakorlatban felhasznált fémek és ötvözetek külsı igénybevételekkel szembeni viselkedésük alapján képlékenyek, alakíthatók vagy ridegek, nem alakíthatók. A fémek alakíthatósága, képlékenysége abból származik, hogy megfelelı erı hatására a fémkristályok egyes részei egymáshoz képest elcsúszhatnak anélkül, hogy a kristály egysége megszőnne. A képlékenységnek ez a meghatározása általános jellegő, és csak a fogalmi körét szemlélteti, a képlékenység mértékére felvilágosítást nem ad. A képlékenység ugyanis a fémnek nem abszolút tulajdonsága. A képlékenység mértékének egyértelmő, matematikailag is megalapozott mennyiségi meghatározására nincs megfelelı összefüggés. A mechanikai vizsgálatokkal (szakító-, nyomó- stb. próba) megállapított mechanikai tulajdonságok, a szakítószilárdság, folyási határ, nyúlás, kontrakció, a képlékenység mértékére csak közvetve adnak fel világosítást. Kis szakítószilárdság, nagy nyúlás, de még inkább a nagy kontrakció nagymértékő képlékenységre enged következtetni A mechanikai tulajdonságok alapján feltételezett képlékenység azonban csak megfelelı külsı körülmények között érvényesül. A mechanikai tulajdonságok mellett a képlékenység szempontjából igen nagy szerepe van a kristály szerkezetének is. A szemcsenagyság döntı fontosságú lehet a képlékenységre. A képlékenységre a fém mechanikai tulajdonságaiból következtethetünk. Mivel képlékeny alakváltozást a folyási határnál nagyobb feszültség létesít, az egyenletes nyúlás és a kontrakció mellett, a fém folyási határa és a szakítószilárdság viszonya is utal a képlékenység milyenségére. A képlékenységre jellemzı továbbá az alakváltoztatásra fordított munka nagysága. Annál képlékenyebb a fém, minél kevesebb munka szükséges ugyanakkora mértékő alakváltozásra. Az alakváltozás mechanizmusa Ha a fémkristályt a rugalmassági határt meghaladó igénybevételnek vetjük alá, a kristály alakja maradandóan megváltozik. Az alakváltozás úgy megy végbe, hogy a kristály egyes részei kristálytanilag meghatározott csúszási síkok mentén bizonyos csúszási irányban egymáson elcsúsznak anélkül, hogy a két kristályrész elválna egymástól. Ez a transzláció jelensége, melyet úgy foghatunk fel, mintha két egymáson elhelyezkedı atomsor a közöttük lévı síkon egymáshoz képest elmozdulna. Az igénybevétel mely a transzlációt megindítja a fémkristály rugalmassági határa. Az alakváltozás folyamán a fémkristály alakja is megváltozik, mégpedig általában ugyanabban az értelemben mint a mdb. alakja. A fémes atomkapcsolatok megbontásából származó feszültég - a számítások alapján – ~.2000~10000 MPa, mely kb. ezerszerese a valóságban észlelt feszültségnek. A különbség abból származik hogy, a kristályrácsok nem tökéletesek, rácshibásak. A rácshibákat diszlokációnak nevezzük. A diszlokáció legfontosabb következménye az, hogy megkönnyíti a fémek alakváltoztatását. A képlékenyen alakító technológia célja, az elıírt geometriai alak elıállítása és a tárgy mechanikai tulajdonságainak javítása. Képlékeny alakítással a munkadarabot – tömegének együttartása mellett – céltudatosan erıhatásokkal formáljuk. A képlékeny anyagok alakja erı hatására megváltozik, részecskéik elcsúsznak egymás mellett. A csúszások következtében az anyag belsı szerkezete (struktúrája) is változik, ezért a képlékeny alakítás az anyag tulajdonságait is változtatja. Képlékenyek azok az anyagok, amelyeknek alakját megfelelı igénybevétellel, az anyagi összefüggés megszakítása nélkül, jelentékeny mértékben maradandóan változtatni lehet. Vannak anyagok, mint pl. a magasabb széntartalmú acélok, amelyek képlékenyen csak megfelelı hımérsékletre hevítve alakíthatók jól. A képlékeny alakításoknak jelentıs elınyei vannak, s ezek közül a legjelentısebbek a következık: - anyagveszteség vagy csak kicsi anyagveszteséggel állítható elı a munkadarab. - viszonylag kis munkabefektetéssel nagy alakváltoztatások érhetık el - az anyagtulajdonságai kedvezıbbek lesznek A képlékeny alakításokat a kiinduló anyag alakja szerint is csoportosítjuk, ahol a kiinduló anyag lehet : - fémtömb - lemez 2.2.1. Melegmegmunkálás. 2.2.1.a. Kovácsolás A kovácsolás az a képlékeny alakító mővelet, amelynél az a1akítandó anyagokat nagy hımérsékleten — a lágyítási hımérséklet felett — ütı - nyomó igénybevétellel formáljuk. A fenti meghatározás szerint azok az anyagok kovácsolhatók kedvezıen, amelyek lágyítási hımérsékletük felett a kívánt mértékben alakíthatók. Ilyen anyagok: az acélok és a legtöbb iparilag alkalmazott színesfém, és ezek ötvözetei.

8

Kovácsolás célja, nagy az anyagnak a legkisebb alakító munkával (ütımunkával) a felhasználás céljának megfelelı alakot adjon, továbbá, hogy az anyag tulajdonságait megjavítsa. A kovácsolással alakítandó képlékeny fémek között legnagyobb jelentıségőek a szénacélok és az ötvözött acélok. Az acél kovácsolhatósága kémiai összetételétıl függ. Legképlékenyebb a tiszta vas. Az idegen ötvözıelem csökkenti az alakíthatóságot. A széntartalom növekedésével is csökken a képlékenység és 1,7 % széntartalomnál teljesen megszőnik. Gyakorlatilag az acélok 0,9 % széntartalomig kovácsolhatók, 0,9...1,3 % széntartalomig a kovácsolhatóság korlátozott, ezen felül csak kismértékő az alakíthatóság. A 'kovácsolhatóság az ötvözıelemeken kívül függ a szennyezıelemektöl, az acélgyártás módjától, valamint a további megmunkálásoktól (hengerlés, húzás, hıkezelés stb.). A szennyezık közül különösen az oxigén, a réz, és a kén rontja a kovácsolhatóságot, amelyek 700 és 1100°C között vöröstörékenységet okoznak. A kovácsolhatóság fontos feltétele az anyag megfelelı hımérséklete. Hideg állapotban az acél nyomószilárdsága a széntartalomtól függıen 340..1000 MPa. Ilyen nagy szilárdság mellett alakítási mőveletrıl nem lehet szó, ezért az acélt egész tömegében 900...1300 °C-ra kell melegíteni. A kovácsolást a megengedhetı legnagyobb hımérsékleten kell kezdeni és csak addig folytatni, amíg a hımérséklete 900 °C-ra nem csökken. Ha a kovácsolást folytatni akarjuk, akkor az anyagot újra kell melegíteni. A melegítési határokat az ábra szemlélteti:

A kovácsolás hatása a fémek szövetszerkezetére. Amikor az acélgyártás során a folyékony acél elérte a kívánt összetételt, lecsapolják az öntıüstbe, majd ezekbıl kokillákba öntik. A kokillákban lassan lehőlı acélt öntecsnek vagy ingotnak nevezzük. Az ingot szövetszerkezete durva sıt annál durvább, minél nagyobb a keresztmetszete, vagyis minél lassabban hől le. A kokilla falával érintkezı, gyorsabban lehőlt rétegben a szemcseszerkezet finomabb, mint a lassabban hőlı belsı részekben. Az öntecsnek a durva kristályosodás melletti további hibái a szívódási üregek, helyi kiválások, gázzáródmányok és a nemfémes zárványok lehetnek. A szívódási üregképzödés oka az, hogy a kokillába öntött acél szilárdulása egyenetlen. A lehőlés tetemes térfogat csökkenéssel jár és ezért az ingot belsı részében levı, még folyékony anyag körül a lassúbb lehőlés következtében kisebb-nagyobb üregek képzıdnek. Az üregek képzıdését az ingot felsı részére terelhetjük, annak folyékony állapotban való tartásával. A helyi kiválások oka, hogy a ötvözı és szennyezıelemek a különféle hıfokú vasban különféleképpen oldódnak. Az ingot utoljára megdermedı része az ötvözı- és szennyezı-anyagokból többet tart oldva, mint a külsı rétegek, mert az oldhatóság a hımérséklet emelkedésével nı, ezáltal az ingot egyes részeinek tulajdonságai különfélék lesznek. A folyékony fémek gázoldó képessége a hıfok emelkedésével nı. Amint a hımérséklet csökken, a gázok szabadulni igyekeznek, azonban az elıször megszilárdult rétegekben (a gyors dermedés következtében) a gázbuborékok zárványok alakjában megmaradnak. Ezek a buborékok kisebb belsı repedések kiindulópontjai lehetnek. A nem fémes zárványok (salak, homok) a kemence és az üst falazatából kerülhetnek az ingotba, amelynek alakíthatóságát, ill. tulajdonságait kedvezıt lenül befolyásolhatják. Noha a szivódási üregek és zárványok többsége az öntecs felsı részébe húzódik, amit feldolgozás (kovácsolás, hengerlés) elıtt eltávolítanak, mégis az öntecs olyan átkovácsolása szükséges, amely egyenletes tömör és egységes kristályszerkezetet biztosit Az egyenletes, finom szemcsenagyság elérése megkívánja, hogy a kovácsolandó darab teljes keresztmetszetében egyenletes legyen az alakváltozás Az alakváltozás a nyomókúpok mentén megy végbe. A nyomókúpok a nyomó szerszám és munkadarab valamint a feltámasztó felület és munkadarab érintkezési felületébıl kiindulva 45...550 – os szögben keletkeznek. A jó átkovácsolás érdekében arra kell törekedni, hogy a nyomókú-

9 pok zártak legyenek, amit úgy érünk el, hogy a munkadarabot / ha szükséges többször / 900 – al elforgatva tovább kovácsoljuk.

Nyomókúpok

Nyomókúpok kocka alakú munkadarabon.

Nyomókúpok záródása.

Az átkovácsolás mértékén a munkadarab kiinduló és végsı keresztmetszetének viszonyát értjük:

Y=

A kez A bef /

Y

Pld.: Egy 320×320 mm keresztmetszető acéltuskót 150 mm átmérıjő kör keresztmetszetőre kell kovácsolni. Mekkora lesz az átkovácsolás értéke?

Y=

A kez A bef

=

320⋅320⋅4 2502

=

409600 62500

= 6,55

Szabadalakító kovácsolás: A szabadalakító kovácsolással az alakítandó fémet üllı és kalapács között, egyszerő szerszámokkal, a munkadarabot mozgatva, megfelelı méretre alakítjuk. Ha az alakító erıt emberi erı szolgáltatja kézi, ha gépi erı szolgáltatja, gépi kovácsolásról beszélünk. A szabadalakító kovácsolás szerszámai akár a kézi, akár a gépi alakításról van szó, céljukat tekintve általában megegyeznek. A gépi kovácsolás szerszámai a munkadarab nagyságához mérten nagyobbak. A legfontosabb szerszámok az üllı, a kalapács, és a m unkadarab megfogására szolgáló különbözı fogók, ezek mellett azonban a különbözı alakításokra különleges kovácsszerszámokat is alkalmazunk. A kézi kovácsüllı anyaga acélöntés vagy kovácsolt acél, megmunkált, edzett, simára csiszolt munkalappal. Alakja olyan, hogy azon a különbözı kézi kovácsmőveletek elvégezhetık legyenek. Lényeges, hogy alakítás közben az üllı el ne mozduljon, ezért megfelelı súlyúra kell készíteni. Általában a legnehezebb kalapács súlyának 30-40-szeresére. A kovácsolandó munkadarab súlyától és az alakítás természetétıl függıen az üllı súlya 15-400 kg, leggyakoribb a 150 kg-os. Kivitelére nézve lehet az ü11ı egy és kétszarvú. Felsı munkalapján a különbözı üllıbetétek befogadására négyzetes lyuk van. Kovácsoló szerszámok:

Üllı

Kalapács

Simító kalapács

Határmérı

Hengeres és kúpos simítófogó

Kerek és szögletes tőzifogó

Idomverık

Kovácsmérce

Egyszerő és nyeles lyukasztó

Nyelesvágó

10

Egyenes daraboló Félkörös daraboló Fejszorító A szabadalakító kovácsolás gyakorlatában az alábbi kovácsolási mőveletek ismertek: - nyújtás és szélesítés: célja a mdb. hosszának növelése keresztmetszetének csökkentésével és az átkovácsolás - duzzasztás vagy szélesítés: a nyújtás ellentétes mővelete, az anyag hossza csökken, kereszt-metszete nı. - lyukasztás: a mdb. – ba lyukakat vagy üregeket készítenek. - vágás / leszabás /: célja, hogy anyagleválasztással eltávolítsuk a munkadarab felesleges részeit. - betörés és vállazás: célja, hogy a mdb. egy részét az eredeti keresztmetszettıl eltérı méretre ill. alakra kovácsoljuk. - hajlítás: célja, hogy a mdb. – ot - helyi melegítéssel -, ívben stb, alakítsuk.- csavarás: célja, hogy a mdb. – ot – helyi melegítéssel – tengelye körül adott szögben elforgatva alakítsuk. Nagyobb darabok kovácsolásához az emberi erı nem elegendı. Már évszázadokkal ezelıtt is vízikerekekkel hajtott gépi kalapácsokat használtak a nagyobb darabok alakítására, átkovácsolására. A korszerő gépek mőködı részét, az ütıkost (medvét) általában öntöttvas vagy acélállványban, párhuzamosan futó felületek között vezetik, és gépi erıvel mozgatják. A leghasználatosabb kovácsológépek a rugós (Ajax) kalapács, a súrlódó kalapácsok és a különbözı típusú lég- és gızkalapácsok: Az általánosan használt „Ajax” kalapács (ábra) rugókötege csapágyazott tengely körül leng. Jobb oldali vége az ütıkos szárába illeszkedik, bal oldali vége a hajtórúdhoz kapcsolódik. A hajtórúd alsó végét az excenterhez kötik. Sőlyesztékes kovácsolás. Sőlyesztékes mővelet A bonyolult és nagy db. számú munkadarabokat sőlyesztékes kovácsolással állítják elı. A sőlyesztékes kovácsolás olyan melegalakító mővelet, ahol a képlékeny anyagot a munkadarab alakjának megfelelı üregbe /sőlyesztékbe / verik vagy sajtolják. A mőveletet valamely típusú kalapáccsal v. sajtológéppel végzik. 2.2.1.b. Sajtolás.

A kovácsolásnak - így a sőlyesztékesnek is –az a hátránya, hogy nagy környezeti rezgéssel, zajjal jár. E hátrányokat a nyugodt, zajtalan, rezgésmentes egyenletes nyomással mőködı sajtológépekkel küszöböljük ki. A munkadarab sajtolásához szükséges nyomást csavar, körhagyós, forgattyús, hidraulikus, pneumatikus sajtókkal állítjuk elı.

Körhagyós sajtó Hidraulikus sajtó 2.2.1.c. Hengerlés A hengerlés folyamatossá tett sajtolás. A hengerlésnek is kettıs célja van: - kívánt alak elérése és a szemcseszerkezet finomítása Lemezhengerlés: A felhevített öntecset, erıs állványokba helyezett, forgó hengerek közé helyezik. Az egy-mással ellentétesen forgó hengerek között – szükség szerint többször - áteresztett izzó, képlékeny acél felveszi a hengerpalást formáját. A hengerrés fokozatos csökkentésével a fémlemezt elvileg tetszés szerinti vastagságúra készíthetik

11

Rúdhengerlés: A hengerelt gyártmányok jelentıs része rúd. A hengerelt rúd kereszt-metszete változatos: kör, négyszög és a legkülönbözıbb alakos idomok. Az ábra a vasúti sín zárt járatának hengereit mutatja. A rudat az ábrán látható üreges hengerek között fokozatosan alakítják. A kiindulási szelvény kör vagy négyszög. A rúdhengerlés gazdaságossága és a hengerelt rúd minısége elsı-sorban a hengerüregek helyes kialakításától függ.

Csıhengerlés A hengerelést varrat nélküli csövek gyártására is felhasználják. Legismertebb a Mannesmann-féle csıgyártás. Ennél az eljárásnál a hengerlést olyan hengerekkel végzik, amelyeknek átmérıje aránylag kicsi, a tárgy vastagságához képest. A hengerek alakító hatása csak az anyag felsı rétegére terjed, a hengerek a felsı réteget az anyagról valósággal lenyúzzák, míg a középsı rész változatlanul visszamarad. A hengerek tengelyei egymáshoz képest ferde helyzetőek. Forgásirányuk egymással egyezı. Az anyag középsı részének visszatartása céljából a csı be1sı átmérıjének megfelelı acélmagot - tüskét - alkalmaznak. Az így kapott termék falvastagságát az ún „Pilger járattal” megfelelı méretre lehet csökkenteni. A vastag falú csı acéltüskére kerül, olyan hengerek közé, ahol a henger csak a palást egy részével ér az anyag felületéhez. A henger ütésszerően nyomja, nyújtja a csövet.

Mannesmann – féle hengerlés

Pilger járat

2.2.2. Hidegmegmunkálás. A fémek forgácsnélküli hidegalakításán, megmunkálásán, alapvetıen, a hıhatás nélküli megmunkálást értjük A forgács nélküli hidegalakítás a korszerő termelés egyik vezetı módszere. Legelterjedtebb csoportja a lemezek hidegalakítása, hideg sajtolása. A lemezbıl készített alkatrészek és használati tárgyak területén jelentkezı fokozódó igények miatt a lemezalakító eljárások jelentısége állandóan nı. Széles kőrő elterjedését és nagy jelentıségét a következı elınyöknek köszönheti: - a munkamővelet általában rövid ideig tart; - kevés utánmunkálást kívánó munkadarabokat állit elı; - a munkadarabok alakja és méretei azonosak; - az alapanyagnak esetenként kiváló mechanikai tulajdonságokat kölcsönöz: - a gyártási folyamat egyszerően automatizálható, Hátrányai között említésre méltó, hogy a szerszámok költségessége, valamint az, hogy az így elérhetı pontosság messze elmarad a forgácsoló alakítás méretpontosságától. A forgácsoló megmunkálás pontosságát fokozatos forgácslevétellel állítjuk elı, sajtolással a munkadarab minden mérete mőveletenként egyszerre készül. Sajtolt alkatrészek gyártási tőrését, pontosságát a szerszámgép fajtája, a szerszám, a gyártási eljárás és az anyagminıség befolyásolja. A gyártmány nyersanyagának (lemez, szalag stb.) méretpontossága szintén szerepet játszik a méretpontosság kialakításában, különösen akkor, ha a munkadarabot egy mővelettel készítik el. 2.2.2.1. Anyagszétválasztással alakító vágómőveletek: Levágás - darabolás: - Olyan hideg, lemezalakító mővelet ahol az anyagot / lemezt, szalagot / nem zárt vonal mentén választjuk szét. A vágás történhet kéziszerszámmal ill. géppel. A lemezmunkadarabok és elı-gyártmányok le, ill kiszabásához egyenes és ferdekéső táblaollókat alkalmaznak. A kör tárcsák v. bonyolult alakú munkadarabokat körollóval ill. rezgıollóval vágnak. A vágás / darabolás / erıszükséglete: Párhuzamos késő ollók esetén:

[

Vágott felület: A mm

2

[

F = A ⋅ τ B [N ] A = l ⋅ s mm 2

]

] Vágási hossz: l[mm] Lemez vastagság: s[mm]

12

Ferdekéső ollók esetén:

F=

0,5⋅s 2 ⋅τ tg α

B

[N] Kések által bezárt szög: α

Ferdekéső lemezolló Kivágás – lyukasztás: Olyan hideg lemezalakító mővelet, ahol a lemezbıl, zárt körvonal mentén meghatározott körvonalú és mérető anyagot választanak le. Ha a leválasztott anyag a munkadarab s a maradó a hulladék, úgy kivágásról beszélünk, ha viszont a levágott rész a hulladék s a maradó a munkadarab, úgy lyukasztásról van szó. A megfelelıen kiképzett szerszám biztosítja a munkadarab alak és mérethőségét. Az alakító gép lehet excenter, forgattyús vagy hidraulikus sajtó. A kivágó- és lyukasztószerszám alakító elemei a vágólap és a vágótüske vagy vágóbélyeg. Ezek mellett még egyéb szerszám és gépelemek is vannak, melyek a lemez adagolását, elıtolását, vezetését stb. biztosítják. A legbonyolultabb szerszám is összeszerelhetı egyszerő elemekbıl. A vágóbélyeg keresztmetszete, a vágólap nyílásának alakja és méretei azonosak az elkészítendı munkadarab alakjával és méreteivel. Vágás során a vágó-lapra helyezett lemezt a vágóbélyeg megnyomja és a lemezbıl a vágólap nyílásának megfelelı részt leválasztja. A vágótüske megfelelı méretei kisebbek, mint a vágólap nyílásának méretei, tehát a bélyeg behatolhat a vágólap nyílásába. Ebben a helyzetben a bélyeg és a vágólap közötti rést, vágórésnek vagy robbantási hézagnak nevezzük. A vágás folyamatának három, egymástól jól elkülöníthetı fázisát különböztetjük meg: 1.A vágótüske a lemezt megnyomja és rajta rugalmas alakváltozást létesít (a,ábra). 2.A szerszám vágóélei behatolnak a lemezbe és kismérető képlékeny alakváltozás után az éleknél megkezdıdik az anyag szétvágása, amit az úgynevezett nyírási repedések megjelenése mutat (b,ábra). 3.A vágóbélyeg további elıhaladásával a nyírási repedések öszeérnek, az anyag szétválik, mielıtt a vágóbélyeg síkja elérte volna a vágóláp síkját (c. ábra). A vágás folyamán lejátszódó folyamatok a vágott felületen jól követhetık. A vágólap felıli részen keskeny, fényes szalagot látunk, ami az ott fellépı kismértékő képlékeny alakváltozás miatt keletkezik. A kivágott lemezrész kissé kúpos. A kúposság mértéke a vágórés nagyságától függ. A vágólap felé esı határoló lap mérete a nyílás méretének, a bélyeg felé esı mérete a bélyeg méretének felel meg. Emellett a vágólap felé esı lap a fellépı hajlító igénybevétel miatt a vágóélek közelében meghajlik. A vágás folyamán fellépı jelenségek, a leirt módon akkor lépnek fel, ha a vágórés nagysága a legkedvezıbb. Ennél az úgynevezett optimális vágórésnél nagyobb vagy kisebb vágórés esetén a nyírási repedések nem találkoznak a vágott felület sorjás, szakadozott lesz. Éppen ezért a szerszám megszerkesztésekor külön gondot kell fordítani a vágórés nagyságának meghatározására. A kivágás és lyukasztás szerszámai: A vágószerszámok szerkezetüket és mőködésüket tekintve igen sokfélék lehetnek, ennél fogva nehezen rendszerezhetık. Szerkezetileg minden szerszám az eddig ismertetett szerszámelemek többé-kevésbé bonyolult összeépítése. A gyakorlatban a vágószerszámokat a bélyegvezetés rendszere és a szerszám mőködési módja alapján szokás osztályozni. A bélyegvezetés rendszere alapján megkülönböztetünk: - vezetés nélküli, - vezetılapos és - vezetıoszlopos szerszámokat. A mőködés módja alapján a szerszám: - egyszeres vagy - többszörös mőködéső.

13

Egyszeres mőködéső az a szerszám, amely a sajtológép egy löketére a munkadarabon egyetlen mőveletet végez. Ezek a szerszámok egyszerő kivitelőek, elıállításuk olcsó. Hátrányuk, hogy termelékenységük kicsi. Készülhetnek: - vezetés nélküli, - vezetılapos és - vezetıoszlopos kivitelben Többszörös mőködéső az a szerszám, amely .a sajtológép egy löketére a munkadarabon kettı vagy több mőveletet végez. A többszörös mőködéső szerszámoknak két nagy csoportja van: sorozat szerszám és egyesített vagy kombinált szerszám. A sorozatszerszámon a különbözı mőveleteket végzı szerszámelemeket a szerszámtömbön egymásután sorban erısítik fel. Innen ered a sorozat elnevezés. A munka megkezdésekor elıször az elsı szerszámelem dolgozik, a második löketnél már a következı is mőködésbe lép és így tovább. A szerszám lehet kettı vagy több mővelető. Általában kilenc – tíz mőveletnél többet nem építenek be, mert a ezerszám nagyon bonyolult lenne. Azután, hogy a gép a mőveleteknek megfelelı számú löketet megtette, az összes mővelet egyidıben zajlik. A sorozat szerszám az egyes mőveleteket különbözı helyen, de azonos idıben végzi. Az ábra kétszeres mőködéső sorozat lyukasztó-kivágó szerszámot mutat, mellyel alátétárcsa gyártható. A lemez-sávot jobbról bal felé adagoljuk. Az elsı mőveletként a lyukasztó tüske kilyukasztja a lemezsávot, a másodikban a kivágótüske kivágja a tárcsát, ugyanakkor azonban a lyukasztótüske a következı darabot lyukasztja. A sorozatszerszám az egyes mőveleteket azonos idıben, de különbözte helyen végzi. Az ábra egyesített / kombinált / szerszámot mutat. Az egyesített vagy kombinált ezerszám vágóelemeit egy tengely körül, tehát azonos helyen építik be. A kombinált szerszám az egyes mőveleteket –ugyancsak – egyidıben de azonos középpontú helyen végzi. Célszerőségi szempontból a kombinált szerszám vágóelemei –vágólap és bélyeg – helyet cserélnek. A gép nyomószánja a vágólapot mozgatja s a bélyeget rögzítik az alaplapon. A lemezsávot itt is jobbról bal felé adagoljuk. A szerszámot rugós kivetıvel és rugós lehúzóval készítik. Mind a sorozat, mind a kombinált szerszám ugyanazt a munkadarabot a gép egyetlen löketére készíti el. Az alkalmazandó szerszámtípust elsısorban a gyártandó darabszám és a munkadarab méretpontossága dönti el. Kisebb darabszámú és kisebb méretpontosságú munkadarab gyártására sorozatszerszámot, nagypontosságú tömeggyártásra kombinált szerszámot készítenek, figyelembe véve a bélyegvezetés rendszerét is. Arra kell törekedni, hogy a munkadarab tőrése minél nagyobb legyen. Szigorú tőrések azonban növelik a szerszámköltséget. A kivágó és lyukasztó szerszámok alapvetı, funkcionális elemei:

A kivágó /lyukasztó/ szerszám szerkezetileg néhány egyszerő szerszámelem többé-kevésbé bonyolult össze-építése. Ma már - néhány kivétellel - a legtöbb szerszámelem szabványos. A vágószerszámok két legfontosabb eleme a vágótüske és a vágólap.

A vágótüske (bélyeg):

14

Leggyakoribb a tüske alkotójára merıleges sík vágóél. Egyszerő, könnyen elkészíthetı, jól élezhetı. A gyakorlatban majdnem kivétel nélkül ezt használjak. A vágóerı csökkentése céljából nagymérető vágótüske élét kúposra képezik ki. A kúpösszeg 2°-4°. A vágótüskét a tüsketartó laphoz rögzítik. A rögzítés leggyakoribb módja illesztés, valamint peremes biztosítás. Kisebb mérető tüskét illesztéssel és a tartólap süllyesztett furatába zömítéssel rögzítik.

A tüsketartó lapot a fejlaphoz erısítik csavarokkal és illesztı szegekkel. A fejlaphoz rögzítik a befogó csapot. A két lap közé úgynevezett nyomólapot tesznek azok élettartamának növelése céljából. A befogócsapot a fejlaphoz szegecseléssel vagy csavarral erısítik.

A vágólap: A vágólap kis vastagságú tömb, melyen az eltávolítandó lemezrész (kivágott munkadarab) alakjával és méreteivel megegyezı átmenı nyílást munkálnak ki. A vágólap mőködı része a vágóöv. A vágóövet hengeresre vagy kúposra képezik ki. A hengeres öv magassága a lemez-vastagságtól függıen 3 - 12 mm, ehhez 3-5°-os kúpos rész csatlakozik. Elınye a hengeres övő vágólapnak, hogy nagy élettartamú, mert többször utánköszörülhetı anélkül, hogy a nyílás méretei megváltoznának.A kúpos övő vágólap kúp félszöge 30’-10 30’. Élettartama kisebb, mint a hengeres övőé, mert utánköszörüléskor a nyílás méretei növekednek. A vágólap vastagsága –legtöbb esetben – a munkadarab szélességének 0,2 – 0,5 szöröse. A kivágással és lyukasztással készült munkadarab alak és mérethősége, valamint a vágott felület minısége elsısorban a vágórés nagyságától függ. A munkadarab csak akkor elégíti ki a vele szemben támasztott méret-pontossági és minıségi követelményeket, ha a vágórés optimális mérető, mivel csak az optimális mérető vágórés teszi lehetıvé a nyírási repedések találkozását. Akár kisebb, akár nagyobb a vágórés az optimálisnál, a munkadarab méretei nem egyeznek meg a szerszám vágóelemeinek méreteivel, a vágott felület pedig réteges, repedezett lesz. Nagyon fontos tehát, hogy a szerszám szerkesztésekor az optimális vágórés méretet helyesen válasszuk meg. Használat közben a vágótüske és vágólap kopnak. A kopás és az utánélezés minden esetben a vágórés növekedését vonja maga után. Ezért a vágórést, illetve a vágóelemeket megfelelı tőréssel kell elkészíteni. A vágórés nagysága a lemez vastagságától és anyagától függ. A tapasztalat szerint a teljes vágórés legkisebb értéke: Lemezvastagság: Anyagtényezı:

s[mm]

- réz, sárgaréz, lágyacél:

m=

- közepes keménységő acél: - kemény acél: - alumínium:

z min = m ⋅ s

1 20

1 m = 16

1 m = 14

1 m = 12

A vágóbélyeg és vágólap, tőrését a munkadarab tőrése határozza meg. Ha a munkadarab tőrése ∆, úgy általában :a vágótüske tőrése: δB =0,2∆~0,3∆, a vágólap tőrése: δM = 0,25∆~0,35∆. Ezekkel az értékekkel a vágórés tőrése:

z max − z min = δ M + δ B

15

Kivágással és lyukasztással a munkadarabon elérhetı méretpontosság IT9 - IT12 minıségének felel meg. Ennek megfelelıen a szerszám elkészítési tőrésese 1T6 – IT8. A vágólapnak pozitív, a vágó-tüskének negatív tőrést kell adni. A vágórést kivágáskor a bélyeg rovására, lyukasztáskor a vágólap rovására képezzük ki. δ

δ

∆

Kivágás:

δ

Lyukasztás:

∆

δ

Mivel a kivágott darab méreteit a vágólap nyílásának méretei határozzák meg, kivágáshoz a vágólap nyílásának méreteit a munkadarab megengedhetı legkisebb méreteire készítjük pozitív tőréssel. Ezzel szemben a lyuk méreteit a vágótüske méretei határozzák meg, tehát lyukasztáshoz a bélyeg méreteit a lyuk megengedett legnagyobb méretére készítjük negatív tőrésessel.

A vágólap és vágótüske méretei: Kivágáskor: A vágólap nyílás mérete:

D M = (D N − ∆ )

+ δM

A vágótüske mérete:

D B = (D N − ∆ − z min )

A vágótüske mérete:

d B = (D N + ∆ )

−δB

Lyukasztáskor:

A vágólap nyílás mérete: Minta példák. 1, Kivágás: 2 mm vastag lágyacél lemezbıl

m=

Minimális vágórés:

d M = (D N + ∆ + z min )

+ δM

D N = 50 mm névleges átmérıjő és IT 9 tőréső tárcsát kell kivágni.

Méretezzük a vágólapot és a bélyeget! A munkadarab tőrése: IT 9 → ∆ = Anyagtényezı:

−δB

74 µm = 0,074 mm

1 20

z min = m ⋅ s =

1 20

⋅ 2 = 0,1 mm

IT 6 → 19 µm = 0,019 mm = +δ M A bélyeg tőrése: − δ B = −0,019 mm A vágólap tőrése:

A vágólap nyílásának átmérıje:

D M = (D N − ∆ )+ δM = (50 − 0,074 )+0,019 = 49,926 +0,019 mm A vágóbélyeg átmérıje:

D B = (D N − ∆ − z min )−δB = (50 − 0,074 − 0,1)−0,019 = 49,826 −0,019 mm A maximális vágórés: z max = z min + δ M + δ B = 0,1 + 0,019 + 0,019 = 0,138 mm 2.Lyukasztás: A bélyeg átmérıje:

d B = (D N + ∆ )−δB = (50 + 0,074 )−0,019 = 49,926 −0,019 mm

16

A vágólap nyílás átmérıje:

d M = (D N + ∆ + z min )+ δM = (50 + 0,074 + 0,1)+0,019 = 50,026 + ,019 mm

Szerszámház: Vezetı lapos

Vezetı oszlopos

Nyitott

Bélyegvezetéses

Lemezlehúzós

Késes

A szerszám alapja a ráerısített vágólappal és vezetılappal, továbbá a bélyegtartó lap, a fejlap és a befogólap együtt alkotják a vezetılapos szerszámházat. A bélyeget a sajtógép nyomószánja /medve/ mozgatja, mely vezetékének bizonyos játéka van. E játék miatt a bélyeget meg kell vezetni a vágórés körkörös megtarthatósága érdekében. A bélyeget vezethetjük: vezetı lappal, vezetı oszloppal, vezetı hengerekkel. A vezetı lap vágólappal megegyezı mérető s a bélyeggel azonos üregő szerszám elem. Vastagsága általában 15~35 mm. Mivel a bélyeg a vezetılapban mozog, annak nyílása kopik, így folyamatosan csökken a vágás pontossága. E miatt csak kis lökethosszat igénylı munkadarabok esetén alkalmazzák. A vezetıoszlopos vezetés az elıbbinél pontosabb megvezetést s így pontosabb munkadarab létrehozást biztosít. A bélyeget az alaplapba erısített, 2~4 db. vezetıoszlop vezeti. A vezetıoszlopok a fejlap furatában vezetıperselyek közbeiktatásával illeszkednek. Sávvezetık és elıtolás határolók: A lemezsávot vagy szalagot vezeték segítségével juttatják a szerszámba. Az anyagvezetı feladata, hogy a lemezsáv oldalirányú elmozdulását megakadályozza. A vezeték lényegében két egymástól a sávszélességnek megfelelı távolságban felerısített léc. A lécek vastagsága a sáv vastagságának kétszerese. A sáv egyik oldala felfekszik a vezetéken, a vezeték másik oldalát rugósan képezik ki a sávszélesség méretkülönbségének kiegyenlítése céljából. A gazdaságos anyagfelhasználás érdekében a sávbál vagy szaalagb61 több munkadarab készül. A lemezsávot vagy kézi erıvel, vagy automatikusan adagolják. Egy munkadarab készítéséhez meghatározott hoszszúságú sávdarabra van szükség. A sávot tehát szakaszosan az elıtolásnak megfelelı hosszúságban kell adagolni. Az elıtolás mértékét ütközıkkel állítják be. A legegyszerőbb ütközı a hengeres feje ütközıcsap, melyet a vágólapban rögzítenek. Ennek hátránya, hogy gyorsan kopik, az adagolás ütemét lassítja, mert a sávot a gép minden lökete után át kell emelni az ütközıcsapon. Fejlettebb megoldása mozgó ütközı. A sávot itt nem kell megemelni, hanem az ütközı emelkedik fel. Az ütközıt a fejlapra szerelt rúd mőködteti rugóerı vagy önsúly ellenében. A legpontosabb elıtoláshatárolást az oldalkéses ütköztetés biztosítja. Ennek lényege, hogy a sáv egyik vagy

17

mindkét oldalán az elıtolással azonos hosszúságú, 0,5 ~ 3 mm széles anyagrészt vágunk ki és a vágott szélő sáv a vezetılapra szerelt ütközıbe ütközik. Nagypontosságú munkadarabok kivágásakor az ütközıkkel az elıtolás pontossága nem kielégítı. Az elıtolás kisebb pontatlanságait keresı vagy helyrehúzó csap egyenlíti ki. E csapok megelızik a vágóbélyeget, úgy hogy a vágott lyukba illeszkedve biztosítja a pontos elıtolást.

Sáv

Hengeres ütközı csap

Különálló keresı csap

Csappantyús ütközı

Keresı csap a kivágóbélyegben

Oldalkéses ütközı

Rugós sávvezetı megoldások

Anyaglehúzók és kidobók: Vágómőveletek során a munkadarab rugalmas alakváltozást is szenved, amely az erıhatás megszüntetése után megszőnik. Emiatt a munkadarab, illetve a megmaradó hulladék beszoru1 a vágólapba vagy rászorul a bélyegre. Eltávolításukra az anyaglehúzók, illetve kidobók szolgálnak. Az anyaglehúzók lehetnek rögzítettek vagy merevek. A rögzített lehúzók legjellegzetesebb típusa a vezetılap, amely a vágótüske hátramenetekor a tüskére szorult anyagot lehúzza. A vezeték nélküli és az oszlopos vezetéső szerszámokba a lehúzót önálló szereszámelemként építik be. Mőködésük az anyageltávolítás szempontjából ugyanaz, mint a vezetı lapé. A lehúzót vagy sajtóállványba, vagy magára a vágólapra erısítik A vágólapba beszorult munkadarabot vagy hulladékot kidobóval távolítjuk el. A kidobót mechanikus úton, vagy rugóerıvel, hidraulikusan, vagy sőrített levegıvel mőködtetik. A rugós anyagkidobónál a rugóerıt támasztócsapok viszik át a kidobóra. A lehúzáshoz és a kidobáshoz szükséges erıt a gyakorlatban a vágóerı 10 % - ára szokás felvenni. Ha a kidobó vagy lehúzó erı túl nagy hidraulikus vagy pneumatikus megoldást alkalmaznak. Merev lehúzó

Rugós kidobó

A gazdaságos anyagkihozatal: A kivágásos lemezalakító mőveletek 60 ~ 70 % - át az anyagköltségek teszik ki, így fontos a gazdaságos anyagfelhasználás. A mőveletek alapanyagát a lemezt derékszögő négyszögletes táblákban vagy szalagtekercs formában gyártják. Mivel a lemezsávból ill szalagból egymás után több munkadarabot vágunk ki, az anyagfelhasználás nagymértékben függ a munkadarab kontúrjának a sávhoz ill. egymáshoz viszonyított helyzetétıl. A keletkezı anyagveszteség oka a munkadarab derékszögőségétıl való eltérés /alakveszteség / , valamint a technológiai okokból szükséges szél és híd veszteség. Az alakveszteség a munkadarab sávon való ésszerő elhelyezésével valamint alakjának megengedhetı mértékő változtatásával csökkenthetı. Példa az alakveszteség csökkentésére- a hulladék: / „A”a léptetési távolság vagy elıtolás. / Tárcsa kivágás egysoros elrendezése:

a, 61% b, 39% c, 37% d, 27%

B = D + 2⋅a A = D+a

18

Híd szélessége: a /táblázati /

Tárcsa kivágás kétsoros és háromsoros elrendezése:

A gazdaságos anyagkihozatali tényezı a kivágott munkadarab mennyiségének és a visszamaradó hulladék mennyiségének hányadosa.

η=

T B⋅A

⋅ 100 (% )

- az egy elıtolásból származó kivágott munkadarab felülete: T - a sáv szélessége: B - elıtolás: A Diagram a hídszélességhez:

A szerszám nyomásközéppontja: A szerszám nyomásközéppontján a vágóerı támadási pontját értjük. Fontos, hogy a ezerszám befogó csapjának tengelye egybeessen a szerszám nyomásközéppontjával Ha ugyanis a nyomásközéppont és a befogó csap tengelye excentrikus, a szerszám gyorsabban kopik esetleg eltörik, tönkre megy. A szerszám nyomásközpontjának meghatározása elvileg egy súlypont ill. párhuzamos erırendszer eredıjének meghatározása a nyomatéki tétel felhasználásával. E szerint az eredı nyomatéka a sík tetszıleges pontjára egyenlı az összetevık nyomatékainak algebrai összegével. A nyomásközéppontot számítással vagy szerkesztéssel határozhatjuk meg. Kiszámítjuk az egyes idomok kivágásához szükséges erıket, melyeket az adott idom súlypontjában mőködtetünk. Ezután meghatározzuk az egyes idomok súlypontjának távolságát a szerszám egymásra merıleges – bázisként jelölt – oldalától. Az egymásra merıleges, algebrailag összegzett eredıerık nyomatékának metszéspontja lesz a szerszám nyomásközéppontja. A szerkesztéses meghatározás az ismert erı és kötélsokszög segítségével történik.

R = F1 + F2 + F3

F1 ⋅ x1 + F2 ⋅ x 2 + F3 ⋅ x 3 = Rx x =

F1⋅x1 + F2 ⋅x 2 + F3 ⋅x 3 R

F1 ⋅ y1 + F2 ⋅ y 2 + F3 ⋅ y 3 = Ry y =

F1⋅y1 + F2 ⋅y 2 + F3 ⋅y3 R

A kivágáserı, munka és teljesítmény szükséglete: Kivágási erı: F = A ⋅ τ B N Kivágáshoz szükséges munka:

[ ]

W = F ⋅ s ⋅ c [J ][Nm ]

19

[ ]

A maximális kivágási erı: Fmax = (1,1...1,3) ⋅ A ⋅ τ B = (1,1...1,3) ⋅ l ⋅ s ⋅ τ B N Ha: s ≤ 2 mm → c = 0,55...0,75

s = 2...4 mm → c = 0,45...0,60 s ≥ 4 mm → c = 0,35...0,45

Kivágáshoz szükséges teljesítmény:

P = W ⋅ n [W ]

A sajtológép motorteljesítménye:

A vágott felület: A

Pm =

f ⋅P ηg

[Nms ]

[W ]

[m ], A lemez vastagság: s [m] , A gép löketszáma: n [ ] A gép hatásfoka: η 2

1 s

[

]

g,

A dinamikus tényezı: f = 1,1...1,3 A nyírószilárdság: τ B MPa Pontossági vágás v. borotválás: A nagy sorozatban, hidegalakítással kivágott, lyukasztott munkadarabok vágási felülete – esetenként – nem merıleges, repedezett, sorjás stb. E hibák nem engedhetık meg az olyan munkadarabokon, melyeknek vágási felületét – további megmunkálás céljából – bázisként használják. A „borotválás” mővelete e hibákat forgácsleválasztással, finom, pontos méretrevágással küszöböli ki. A pontossági vágással az elızıleg kivágott munkadarab vágási felületérıl forgácsot választunk le. A vágólap nyílásánál nagyobb keresztmetszető munkadarabot a bélyeg megnyomja s a vágólap a forgácsot leválasztja. A mővelethez a munkadarabon elıre meghatározott nagyságú „ráhagyást” kell hagyni. A sima, pontos felület eléréséhez a vágólap vágóövét 6…8 mm – esre készítik. A munkadarab elérhetı pontossága: 0,01…0,03 mm Lyuk pontossági vágása Pontossági vágás pozitívés negatív vágóréssel

2.2.2.2. Anyagszétválasztás nélkül alakító mőveletek. Hajlítás: Olyan megmunkáló mővelet, ahol a kiindulási anyagot – általában sík lemezt – ill. egyes részeit egymáshoz viszonyítva szögbe állítjuk, hajlítjuk. A hajlítás legegyszerőbb szerszáma a hajlítótüske és a hajlítómatrica. A szerszámok alakító felületét a munka-darab alakjának megfelelıen képezzük ki. Az alakváltozás úgy j ön létre, hogy a sík lemezt az alakítószerszám mőködı felületei által alkotott üregbe kényszerítjük. Az ütés vagy sajtolás hatására a hajlítótüske felé esı anyagrészeken nyomó, a matrica felé esı anyagrészeken húzóigénybevétel lép fe1. Így a nyomott anyagrészek megrövidülnek. a húzottak meghosszabbodnak. A nyomott és húzott részeket a semleges szál választja el, amelyben igénybevétel nem lép fel, tehát hosszúsága nem változik. Ennél fogva a hajlított munkadarab elıállításához szükséges anyaghosszúság a semleges szál hosszával egyenlı. A szélsı rétegek hosszabbodása ill. rövidülése vastagabb lemezek esetén keresztmetszet változást okoz. A változás mértékét megállapítva azt a szerszám tervezésekor figyelembe vesszük. Ezenkívül még más tényezık is -- p1. az anyag rugalmassága, a hajlítási profil bonyolultsága befolyásolják a szerszám szerkesztését és kivitelét. A szerszám szerkezeti felépítése hasonlít a vágószerszáméhoz. Mőködésük módja szerint lehetnek: egyszeres és többszörös mőködésők il1. vezetés nélküli vagy oszlopos vezetésőekre. Egyszerő hajlításra általában vezetés nélküli, nagyabb pontossági követelmény esetén vezetékes szerszámot használunk. Az egyszerő szerszámok gyártási költsége kicsi, hátrányuk hogy nem termelékenyek. Egyért csak kis darabszámú alkatrészek gyártására gazdaságosak. Csuklókat, peremeket lemezbıl készítenek, csöveket rövid

20

alakú hajlítással –göngyölítéssel - formálunk. Tiszta göngyölítés csak akkor ál1 elı, ha a mővelet elıtt az anyag végét kisé meghajlítják, melyhez külön szerszámot alkalmaznak Vékonyabb anyagon az elıhajlítást a kivágással egyidejőleg a kivágószerszámban végzik. Vastagabb anyag elıhajlításához külön szerszámot használnak. A hajlítás értelmezése: A lemez eredeti és hajlítás utáni helyzete által bezárt szög a hajlítás szöge: α Ha a hajlítási sugár túl kicsi, úgy a külsı – húzott – anyagrészben repedések jönnek létre. A legkisebb belsı görbületi sugár a hajlítás belsı – tüske - sugara: rb rb min = s ⋅ c mm s: lemez vastagság, c: anyagtényezı

[

]

cacél =0,5.. 0,6

calu = 0,6..0,9

créz = 0,25

ccink = 0,4

A hajlítás fázisai: l0 > l1 > l2 > l3

Hajlításkor az anyag jobban vagy kevésbé visszarugózik. Ez azt jelenti, hogy a hajlított lemez hajlítási szöge a szerszámban kialakított szöghöz képest nagyobb lesz. A legnagyobb visszarugózási szög függ az anyag minıségétıl, a lemez vastagságtól, és a görbületi sugártól. A tervezett szög végleges elérését kísérletekkel állapítjuk meg.

A hajlítási visszarugózás megakadályozására több módszer is létezik:

Hajlítási és visszarugózási szög

Túlhajtás kúpos szerszámmal

Túlhajtás fenékrádiusszal

Túlhajtás sarokmegnyomással

A hajlított munkadarab kiinduló méretét a végtermék pontos méretének elérése érdekében elıre kiszámítják:

(

)[ ]

Íves szakasz hossza: l h = 0,0175 ⋅ β ⋅ rb + k2⋅s mm rb = belsı hajlítási sugár, k = korrekciós tényezı Ha

β = hajlítás szöge A teljes kiterített hossz:

s = lemezvastagság

L = l1 + l 2 + l 3 + l 4 + l h1 + l h 2 + l h 3 + l h 4

[mm]

21

A hajlítás szerszámai:

Egyetemes hajlító szerszám

„U” alakú hajlító szerszám

Egyszeresmőködéső nyitott hajlító szerszám

Lengıszorítós hajlító szerszám

1.Alaplap 2.Lengı szorító 3.Csapok 4. Hajlító bélyeg

Elıhajlító szerszám

Göngyölítı szerszám

A hajlítás erı és munkaszükséglete: A hajlításhoz szükséges erı és munka pontos meghatározását nehezíti, hogy a keresztmetszetben fellépı feszültség értéke változó azaz a semleges rétegben nem ébred feszültség a szélsı szálakban viszont a legnagyobb a feszültség. Ha a hajlító prizma „α”szöge 900! R el ⋅b⋅s 2 2⋅ς

[N]

A „V” alakú hajlítás esetén az erı szükséglet:

Fv =

A „U” alakú hajlítás esetén az erı szükséglet:

FU = (1 + 7 ⋅ µ ) ⋅

[]

R el ⋅b⋅s 2 rb +s

A hajlítás munkája mindkét esetre: W = F ⋅ h J A lemez alsó folyáshatára: Rel (MPa) A lemez terített szélessége: b (mm) A semleges szál hajlítási sugara: ζ (mm) A belsı hajlítási sugár: r (mm) A lemez vastagság: s (mm) A szerszám és lemez közötti súrlódási tényezı: µ A hajlító tüske, a hajlítás során megtett útja: h (mm) 2.2.2.2.b. A lemezek mélyhúzása. A mélyhúzás az a lemezalakító eljárás, mellyel sík lemezbıl az anyag szétválasztása nélkül, egyik végén nyitott, a másikon zárt üreges testet állítunk elı. Az üreges test keresztmetszete tetszıleges síkidom lehet. A kiinduló mélyhúzólemez alakja a húzandó üreges test keresztmetszetétıl, méretei az üreges test méreteitıl függ. A mélyhúzó mővelet lefolyása a lemez alakváltozása körkeresztrnetszető üreges testek húzásakor a legegyszerőbb. Ezért a mély húzás, vizsgálatához kör keresztmetszető üreges test húzását vesszük alapul. Az itt megállapítottakat értelemszerően alkalmazhatjuk bármely más tetszıleges keresztmetszető üreges test húzására.

22

A mélyhúzás legegyszerőbb szerszáma a húzógyőrő és húzótüske vagy húzóbélyeg. A két egyszerő szerszámelern úgy alakít, hogy a húzógyőrőn elhelyezett lemezt a húzótüske behúzza a győrőbe. Körkeresztmetszető üreges testet „D” átmérıjő „s” vastagságú lemezbıl húzzuk. A húzótüske „d” átmérıje adja meg az üreges test belsı, a húzógyőrő „d1” átmérıje a külsı átmérıjét. Ennek megfelelıen a húzógyőrő átmérıje:

d1 = d − 2 ⋅ s 0 [mm]

Az üreges test falvastagsága tehát egyenlı a lemezvas-tagsággal. A valóságban a falvastagság nem egyenletes, bizonyos esetekben szándékosan csökkentjük. Egyszerősítés céljából feltételezzük, hogy a lemezvastagság a húzás folyamán nem változik. A húzógyőrő és húzótüske átmérıkülönbségének felét húzórésnek nevezzük:

Z=

vagy :

d1 −d 2

≈ (1,05...1,1) ⋅ s 0 -

z = s 0 + 0,07 ⋅ 10 ⋅ s 0 [mm]

A húzó győrő és bélyeg alakító éleit megfelelı sugárral lekerekítjük. Feltételezve, hogy a lemezvastagság nem változik, a sík, „D” átmérıjő lemeztárcsát a mélyhúzó szerszám úgy alakítja üreges testté, hogy annak d győrő alakú része „d” átmérıjő része lesz az üreges test feneke, a D− 2

pedig a „h” magasságú palástja.

d ” szélességő győrő alakú részének anyaga A lemeztárcsa „ D− 2

nagyobb mint az üreges test palástjához szükséges anyag. Mivel a mélyhúzás egyrészt anyagelválasztás nélkül alakít, másrészt a cél, összefüggı palástú üreges test elıállítása, a fémlemez felesleges részeit nem vághatjuk ki., A húzás folyamán a felesleges lemezrészek győrıdést, ráncosodást okoznak a paláston. Mivel az a célunk, hogy mélyhúzással összefüggı és sima, ráncnélküli palástfelülető üreges testet alakítsunk, a ráncosodást meg kell akadályoznunk. Az aránylag kis vas-tagságú lemez nagyobb mértékben ráncosodik, mint az aránylag nagy vastagságú. Kísérletek azt mutatják, hogy a lemez nem ráncosodik, ha a kiinduló tárcsa átmérı és a lemez vastagság arány D s

< 40 ,mivel a ráncosodás alapvetıen e két tényezıtıl függ.

Ha az átmérı – lemez-vastagság aránya D s

> 40 , a ráncosodást

ráncfogóval akadályozhatjuk meg. A ráncfogó a lemezt olyan nagy erıvel szorítja a győrőre, hogy a felesleges anyagmennyiség nem győrıdhet. A ráncfogó mintegy „kivasalja" a lemezt. A ráncfogó nyomásának megfelelıen nagyobb húzóerı szükséges, mint ránchárító nélkül, mivel a húzóbélyegnek a lemezt ki kell húzni a ráncfogó és a húzógyőrő közül. A ráncosodás megakadályozásának módja szerint tehát megkülönböztetünk ránchárító nélküli és ránchárítós mélyhúzást. Az alakváltozás és alakítás mértéke. A technológia megállapításához, a szerszám megszerkesztéséhez, a húzott munkadarab alak és mérethőségének megítéléséhez feltétlenül szükséges a mélyhúzólemez alakváltozásának ismerete. Feltételeztük, hogy a mélyhúzólemez átmérıjének változása mellett a lemezvastagság állandó. A valóságban az átmérı csökkenése a lemezvastagság változását vonja maga után. Ha ”D” átmérıjő mélyhúzó tárcsából „d”

23

átmérıjő üreges testet húzunk, az átmérıcsökkenés a palást mentén nem egyenletes. A mélyhúzó tárcsának „d” átmérıjő kör alakú részén elvileg alakváltozás nincs, közvetlen a fenék felett az átmérıcsökkenés nulla és innen a palást felsı széléig fokozatosan nı. A gyakorlati szempontból legfontosabb: - A legnagyobb átmérıcsökkenésbıl eredı alakváltozás:

qd =

D −d . Elsı húzásra általában 0,5 körüli' érték. d

- A lemezvastagság változásából származó alakváltozás: s1 +s 2 +s3 +s 4 +s n n s0 −s k - Teljes alakváltozás: s0

=

- közepes falvastagság: s k

qs =

q t = qd + qs − qd ⋅ qs Az alakváltozás mértéke, mely után hıkezelni kell a húzott munkadarabot: Acél: qt =0,5 – 0,6 Réz, sárgaréz :qt = 0,7 – 0,8 Alu.: qt = 0,55 – 0,65 A mélyhúzás nyúlási tényezıje: α

=

sk s0

≈ 0,85...0,95

A húzások számának, geometriai méreteinek meghatározása A gazdaságos anyagfelhasználást a kiinduló lemez / teríték / alakjának és méretének pontos meghatározásával biztosítjuk. A kiinduló lemez méreteit általában a térfogat ill. területazonosság elvén alapuló számításokkal végezzük, feltételezve, hogy a falvastagság nem változik. Legegyszerőbb a körkeresztmetszető üreges testek, terítékének a meghatározása, mert a teríték köralakú lemez. Az üreges testet olyán részekre bontjuk, melyeknek területét – a részterületek algebrai összegzésével – könnyen ki tudjuk számítani.

Az egyszerősített számítás menete, ahol az üreges test: aljának felülete: teljes felülete:

A1 =

A=

d 2 ⋅π 4

D 2 ⋅π 4

[mm ] 2

= A1 + A 2

palástjának felülete: teríték átmérıje:

[

A 2 = d ⋅ π ⋅ h mm 2

]

D = d n 2 + 4 ⋅ d n ⋅ h n [mm]

Ha figyelembe vesszük a lemezvastagság változását, úgy a teríték valóságos átmérıje:

D val = α ⋅ D

A mélyhúzott test peremét –utólagosan – a fenékkel párhuzamosan - egyenesre vágják. E miatt a terítéket eleve 3…5 % - al nagyobbra méretezzük. Megadott mérető üreges testet nem minden esetben tudjuk egyetlen húzással kész méretre alakítani, hanem két vagy több húzásra van szükség. A húzások száma a mélyhúzási tényezı, másképpen a húzási fokozat segítségével állapítható meg. Körkeresztmetszető üreges test húzásakor húzási tényezı vagy húzási fokozat alatt mindig a húzás utáni és húzás elıtti átmérık viszonyszámát értjük és „m” - mel jelöljük, ahol „dn” a húzás utáni, a „dn-1” a húzás elıtti átmérı. Húzási fokozatok Húzási tényezı:

mn =

dn d n −1

Mive1 az elsı húzás „D” átmérıjő tárcsából indul, melybıl „d1” átmérıjő üreges testet húzunk, a további húzásokkal a „d1” átmérıt csökkentjük „ d2, d3”stb. átmérıre, megkülönböztetünk elıhúzási tényezıt, és továbbhúzási tényezıt. d1 / táblázati érték / D d d d A továbbhúzó fokozat /tényezı /: m1 = d2 = d 3 = ... = d n /táblázati érték / 1 2 n −1

Az elıhúzó fokozat /tényezı./:

m=

24

Ha a húzási tényezıket táblázatból kiválasztottuk, akkora húzások száma már meghatározható a teríték átmérı ismeretében. Az üreges test elsı húzás utáni átmérıje: d1 = m ⋅ D mm

[ ] A következı – továbbhúzott –átmérı: d 2 = m1 ⋅ d1 [mm] ………….”…………….”…………..: d n = m1 ⋅ d n −1 [mm]

A számítást mindaddig folytatjuk míg a végtermék átmérıjénél kisebb átmérıt nem kapunk! A húzási fokozatok palástmagassága:

hn =

D 2 − (d n + 2⋅s0 )2 4⋅(d n +⋅s 0 )

[mm] ..Egyszerősített: h n

=

D 2 −d 2 n 4⋅d n

[mm]

A húzások számának meghatározása:

n = 1+

lg d n −lg (m⋅D ) /a „dn” a késztermék átmérıje, azaz az utolsó húzási fokozat / lg m1

A mélyhúzás erı, munka, teljesítmény igénye. Erıszükséglet: F = c ⋅ d n ⋅ π ⋅ s 0 ⋅ R m

[N]

/ „c” korrekciós tényezı – táblázati /

W = e ⋅ F ⋅ h n [J ] / „e” korrekciós tényezı – táblázati // „h”a tüske útja / Teljesítmény szükséglete: P = W ⋅ n h [W ] / „nh {1/s}” a gép löketszáma / A sajtológép teljesítménye: Pm = P [W ] / „ηg” a gép hatásfoka / η Munka szükséglet:

g

A „c” és az „e ”táblázati értéke:

Mintafeladat mélyhúzásra: Lágyacéllemezbıl, hengeres – üreges testet kell, mélyhúzással elıállítani. Az ismert adatok birtokában – feltételezve a lemezvastagság állandóságát - határozzuk meg: - A húzások számát - Az egyes húzások geometriai méreteit Ismert adatok: Lemezvastagság: s 0 = 1,5 mm

d n = 55 mm Magassága: h n = 155 mm Szakítószilárdsága: R m = 320 MPa A gép löketszáma: n h = 100 1 = 1,66 1 min s Belsı /végleges/ átmérıje:

Megoldás: Az elıhúzó fokozat táblázati értéke: m

= 0,6 A továbbhúzó fokozat táblázati értéke: m1 = 0,8

A teríték átmérıje:

D = d n 2 + 4 ⋅ d n ⋅ h n = 55 2 + 4 ⋅ 55 ⋅ 155 = 3025 + 34100 = 185,54 mm

A húzások száma:

n = 1+

lg d n −lg (m⋅D ) lg m1

= 1+

lg 55−lg (0,6⋅185,54 ) lg 0,8

Fı méretek: Átmérı az elsı húzás után:

− 2,046 = 1 + 1,74 = 1+ −0,097

−0,306 −0,097

= 1 + 3,15 = 4,15 → 5

d1 = m ⋅ D = 0,6 ⋅ 185,54 = 111,324 mm Átmérı a második húzás után: d 2 = m1 ⋅ d1 = 0,8 ⋅ 111,324 = 89,059 mm Átmérı a harmadik húzás után: d 3 = m1 ⋅ d 2 = 0,8 ⋅ 89,059 = 71,25 mm Átmérı a negyedik húzás után: d 4 = m1 ⋅ d 3 = 0,8 ⋅ 71,25 = 56,99 mm Átmérı az ötödik húzás után: d 5 = d n = 55 mm

25

Magasság az elsı húzás után:

h1 =

Magasság a második húzás után:

D 2 −d 21 4⋅d1

h2 =

−111,324 = 185,54 = 4⋅111,324

D 2 −d 2 2 4⋅d 2

2

=

2

34425, 09−7931,5 356, 236

22032,06 445,3

= 49,478 mm

= 74,37 mm

Magasság a harmadik húzás után:

h3 =

D 2 −d 23 4⋅d 3

=

34425,09−5076,56 285

= 102,97 mm

Magasság a negyedik húzás után:

h4 =

D 2 −d 24 4⋅d 4

=

34425,09−3247,86 227,96

= 136,76 mm

Magasság az ötödik húzás után: h 5

= h n = 155 mm

Az elsı húzás erı, munka és teljesítményszükséglete:

m = 0,6 → c = 0,86.....e = 0,76 F = c ⋅ d1 ⋅ π ⋅ s 0 ⋅ R m = 0,86 ⋅ 111,324 ⋅ π ⋅ 1,5 ⋅ 320 = 144370 N W = e ⋅ F ⋅ h1 = 0,76 ⋅ 144370 ⋅ 0,0495 = 5431,2 J P = W ⋅ n h = 5431,2 ⋅ 1,66 = 9052 W

Mélyhúzó szerszámok és fı jellemzıik: A mélyhúzó szerszámok két leismertebb változat a: ráncfogó nélküli és ráncfogós mélyhúzó szerszám

Ráncfogó nélküli Ráncfogós A ráncfogós szerszámok legfontosabb eleme -a húzógyőrő és a húzótüske mellett - a ráncfogó. A ráncfogó mindig elıbbre jár mint a húzótüske, vagyis mire az utóbbi a lemezhez ér, a ráncfogó már megfelelı nyomással leszorítja a lemezt. A ráncfogók mőködési módjuk és a ráncfogó erı elıállítása alapján lehetnek: merev és rugalmas ráncfogók. A merev ráncfogók két fı típusa: a rögzített és a kényszervezérléső,- mechanikusan mozgatott - ráncfogó.

Rögzített merev ráncfogós

Kényszevezérléső merev

A rögzített, merev ráncfogó -lényegében - furatos, megfelelı vastagságú győrő, melyet csavarokkal erısítenek a húzógyőrőre. A ráncfogót a csavarok meghúzásával állítják be (ábra). Ennek a megoldásnak elınye,

26

hogy a ráncfogónyomás közel állandó. Hátránya, hogy minden egyes hózás után oldani kell, beállítása hosszadalmas és bizonytalan. Alkalmazási területe korlátozott, fıleg kísérleti szerszámokra szerelik. A kényszervezérléső, mechanikusan mozgatott ráncfogót a sajtológép fıtengelyérıl excentertárcsával vagy bütyköstárcsával mőködtetik. A ráncfogó nyomást a lökethosszúság szabályozásával állítják be.

A merev ráncfogók hátránya, .hogy nehézkesen állíthatók be és nem követik a lemezvastagság változását. E hátrányt kiküszöbölik a rugalmas ráncfogók. A ráncfogó erıt rugóval, sőrített levegıvel vagy hidraulikus nyomással állítják elı. Leggyakrabban használt típus a rugós ráncfogó. Alsórugós ráncfogós szerszám Hidraulikus ráncfogós szerszám A ráncfogó nyomásának jelentós hatása van a ráncképzıdésre, valamint a lemez vastagságának változására. Ha a nyomás a szükségesnél kisebb, úgy a lemez ráncosodik, ha nagyobb, úgy a lemez vékonyodik ill. szakad. A ráncfogó nyomásának nagysága alapvetıen a lemez anyagától valamint vastagságától függ.

A technológiai racionalitás alapján gyakran alkalmazzák az egyesített vagy kombinált szerszámokat. A mélyhúzó szerszá – mokat gyakran - az elımővelet végrehajtása érdekében - kivágó szerszámmal kombinálják melyek zömében többszırös mőködésőek.

Egyesített kivágó – mélyhúzó szerszám 2.2.2.2.c. Hidegfolyatás. Ha a fémet a folyási határnál nagyobb igénybevétellel terheljük, a fém úgy viselkedik, mint a folyadék, s a rendelkezésére álló teret igyekszik kitölteni. A fémeknek e a tulajdonságát használja ki a legtöbb képlékenyalakító eljárás. Minél kisebb teret biztosítunk a fém áramlására annál képlékenyebbnek mutatkozik, ezzel szemben annál nagyobb az alakítást létrehozó igénybevétel. A hidegfolyatás az a képlékenyalakító eljárás, amellyel lemezbıl vagy rúdból üreges testet állítunk elı ill. a tömör test keresztmetszetét csökkentjük. Az alakító szerszám a folyató győrő és a folyató tüske. Az anyag áramlására szükséges helyet vagy a győrő megfelelıen kialakított ürege, vagy a győrő és a tüske közti rés biztosítja Alapvetıen a hidegfolyatás sőlyesztékes hideg kovácsolás. Mivel a fémet zárt szerszámban alakítjuk, a hidegfolyatással egyetlen mőveletben nagymértékő alakváltoztatást tudunk létrehozni. Ehhez azonban igen nagy alakító igénybevétel szükséges. Az alakváltozás mértéke nem ritkán 90 % a szükséges nyomás 2500 MPa. A nagy igénybevételt csak különlegesen kiképzett, kiváló minıségő anyagól készült szerszám tudja elviselni. Ezért a hidegfolyatás nagyrészt a szerszámtól függ. Az anyag áramlásának jellege szerint a hidegfolyatásnak két alapmőveletét szokás megkülönböztetni: Egyenes irányú vagy direkt folyatás

Az anyagáramlásának iránya és értelme megegyezik az alakító nyomás irányávés értelmével. A kiinduló anyag tömör rúd, melynek keresztmetszetét csökkentjük vagy üreges test, melynek falvastagságát csökkentjük a

27

magasság egyidejő növekedésével. Egyenes irányú vagy direkt folyatást tehát tömör test keresztmetszetének csökkentésére vagy üreges test falvas-tagságának csökkentésére alkalmazzák. Fordított irányú vagy indirekt folyatás Az anyag áramlásának iránya megegyezik, de értelme ellenkezı, mint az alakító nyomásé. A kiinduló nyers anyag lemezbıl vagy rúdból leszabott tárcsa, melyet üreges testté alakítunk. Folyatással alakítható üreges test falvastagsága tág határok közt változik

Tubus kombinált folyatása Fordított irányú folyatás tüskéje Az üreges test keresztmetszete tetszıleges síkidom lehet A két alapmővelet kombinációja az úgynevezett vegyes folyatás, amikor az anyag áramlásának értelme részben azonos, részben ellenkezı az alakító nyomás értelmével. / Ily módon gyártják pld. a hétköznapi életben használt fogpasztás tubusokat. /Hidegfolyatással alakítható minden olyan fém, amelynek szakító szilárdsága kisebb, mint 500 MPa, s nyúlása nagyobb mint 15%. Különösen jól folyatható a tiszta cink, az alumínium, a réz, a 65%-nál nagyobb réztartalmú alakítható sárgare-zek. Újabban nagymértékben elterjedt az acélok hidegfolyatása. Legfontosabb követelmény a folyatható fémek-kel szemben a nagyfokú tisztaság. A folyatáshoz az anyagot gondosan elı kell készíteni, mely hıkezelés és felületi kezelés / foszfátozás /. A hidegfolyatás eredményessége nagymértékben függ a szerszám kialakításától. Egyenes irányú folyatáskor a tüske alakja az alakítás jellegéhez igazodik. A folyatógyőrő alakját és méreteit az alakítandó munkadarab határozza meg. A hidegfolyatáshoz igen nagy erı szükséges. Az alakító nyomás: - alumínium folyatáshoz: pf = 800 -1200 MPa, - réz és sárgaréz folyatásához: pf =1500 - 2000 MPa, - acél folyatásához: pf = 2000 - 3000 MPa, Az alakító erıt megkapjuk; ha a folyató tüske alakító felületét szorozzuk a folyatónyomással:

F = A t ⋅ p f [N ]

2.2.2.2.d. Drót, rúd, csıhúzás. A huzalt, a rudat és a csövet öntött, megfelelıen elıkészített tuskóból melegen sajtolják; vagy hengerlik, melyek így nem felelnek meg a velük szemben támasztott méretbeli, méretpontossági és felületet minıségi követelményeknek. Melegalakítással 5 mm-nél kisebb átmérıjő huzalt, illetve 1,5 mm-nél kisebb falvas-tagságú csövet nem lehet gazdaságosan gyártani. A melegen alakított termék felülete revés, méretpontossága nem kielégítı. Kismérető, illetve falvastagságú, nagy méretpontosságú huzalt, csövet és rudat kiváló felületi minıségben hideg-húzással állítanak elı. Hideg húzást alkalmaznak akkor is, ha a hidegalakítás okozta keményedést akarják hasznosítani. A hideghúzás célja, hogy megfelelı mérető, méret pontos és kiváló felület minıségő félkész ill. készterméket állítsanak elı. A drót és rúdhúzás elvi megoldása:

Dugónélküli csıhúzás

Hideghúzással a drót, a rúd és a csı átmérıjét csökkentjük, úgy, hogy azokat egyre csökkenı átmérıjő kúpos győrőn /győrőkön / húzzuk át. Csövet dugóval vagy dugó nélkül húznak. Dugó nélküli húzással a csı átmérıje csökken, falvastagsága elvileg változatlan, dugóval a csı átmérıje és a falvastagsága is csökken. Drótot, rudat és csövet minden olyan fémbıl és ötvözetbıl gyárthatunk, mely megfelelıen nagy képlékenységő. Leginkább

28

használt anyagok a lágyacél - 0,3 %-nál kisebb széntartalommal.- , a réz és ötvözetei, nikkel és ötvözetei, valamint az alumínium és ötvözetei. A melegen hengerelt vagy sajtolt huzalt a hideghúzáshoz elı kell készíteni. Legfontosabb a reve eltávolítása. Az elıírt mérető drót, rúd, csı gyártásához, rendszerint több húzás szükséges. Az egy húzással létesíthetı átmérıcsökkenést a megengedhetı keresztmetszet csökkenés szabja meg Egy húzással – a képlékenységtıl függıen - 10 - 30%-kal csökkenthetjük az átmérıt

Dugós csıhúzó megoldások Ha húzás közben az anyag annyira megkeményedik, hogy tovább húzni nem tudjuk, ki kell lágyítani. Drótot húzódobon vagy húzógépen, rudat és csövet húzópadon vagy húzódobon húznak. A húzópadon rendszerint egyszerre egy ill. három darabot húznak. A húzás sebessége igen nagy határok közt változik 10 m/min tıl, néhány ezer m/min – ig A húzás közben fellépı súrlódás csökkentése céljából a munkadarabot kenik. A kenıanyag lehet szappanos víz, faggyú, gépolaj, grafitpor keverék, stb. Azért hogy a drótot, rudat, csövet a szerszámba be tudjuk húzni, a. végén a keresztmetszetetét le kell csökkenteni, ki kell hegyezni. A dróthúzás igen nagy fontosságú az elektromos iparban, mert a réz és alumínium huzalokat hideghúzással gyártják. Emellett azonban – többcélú ipari felhasználásra - az acélhuzal gyártás is nagyon fontos 3. Forgácsolás nélküli alakítás gépei. 3.1.Forgácsolás nélkül daraboló gépek: 3.1.1. Egyenes és ferde élő ollók:

Tıke ollók

Tábla olló 3.1.1. Kör ollók:

Kör olló

29

3.1.2. Rezgı ollók: Tetszıleges vonalú vágásra használhatók. A felsı kés 1000… 1500 ütés/min frekvenciával rezeg. A kések e1 rendezését az ábra szemlélteti. A rezgıolló rögzített állványos kivitelben készül. A nagymérető lemezek miatt nagy állványkinyúlásra van szükség, ezért az állvány merevségét különös gonddal ellenırzik. Rezgıollóval általában 5 mm lemezvastagságig egyenes és görbe profilok vághatók.

3.2. Forgácsolás nélkül alakító gépek. 3.2.1.Dróthúzás gépei:

Húzópad egyszerősített vázlata

Többgyőrős / többszörös / dróthúzó Egygyőrős dróthúzó gép 3.2.2. Kovácsolás gépei.

„Ajax” laprugós kalapács.

Légkalapács.

30

Gız ill. légkalapácsok Ejtıkalapácsok:

Dugattyús,

Láncos,

Léces,

Hevederes

Mechanikus hajtású ellenütıs kalapács: a, medvék; b, emelıkarok; c, motor; d, tengelykapcsolónak kiképzett lendkerék; 1,11 rudazatmozgató csapok; e, rugalmas kapcsolat az emelıkarok és a medvék között

Deszkás ejtıkalapács

Pneumatikus ellenütıs kalapács Vízszintes ellenütıs kalapács

31

3.3 Sajtoló gépek:

Körhagyós sajtó.

3.4. Hengerlés gépei:

„Lauth” járat Egyszerő trió járat

„Quatró” hengerjárat

Sexo” hengerjárat.

32

„ Duó” hengerjárat

Univerzális hengermő

Többhengeres hengermő

4.1. Sajtológépek terhelhetısége. A gépek terhelhetıségi vizsgálataival határozzák meg a gépek munkatartományát. Ekkor az erı, a munkavégzı képesség és a teljesítmény számszerő megállapítása a legfontosabb, mivel az alakítás erı-, munkaszükségletét és teljesítmény szükségletét a gépnek kell biztosítani. Túlzott igénybevétel hibás üzemet, vagy az egyes szerkezeti elemek tönkremenetelét okozhatja, ezért az elızı három jellemzı mellett a szerkezeti elemek terhelhetıségét is célszerő megvizsgálni.

33

4.1.1. .A forgattyús hajtómő erı- és mozgásviszonyai.

α+β

α

α+β

β

β

Fns= nyomószánerı; Fq= nyomószánvezetékre merıleges erı; Fs= rúderı; Fkf= tangenciális erı a forgattyúsugáron; Fkt= kerületi erı a tengelykapcsolón; Ffs= forgattyúsugár irányú erı; Rk= a tengelykapcsoló közepes sugara; l= hajtórúd hossza; s a teljes szánút; h= nyomószánút pillanatértéke az alsó holtponttól mérve; α= a forgattyú elfordulási szöge; β= hajtórúdszög; ω= fıtengely szögsebessége A forgattyú kör tangenciális ereje és a nyomószán erı összefüggése:

(α +β ) Fkf = Frs ⋅ sincos α

Állandó nyomaték esetén a nyomószán erı:

A névleges sajtoló erı /a forg. mechanizmus A nyomószán út: h

α n = 30 0 –os állásánál /:

Fnévl =

= 2s ⋅ (1 − cos α ) = r ⋅ (1 − cos α )

A nyomószán sebessége: v

Frs =

Fkf sin 300

Fkf sin α

= 2 ⋅ Fkf

n ⋅ sin α = r ⋅ ω ⋅ sin α = r ⋅ 2 ⋅ π ⋅ 60

A nyomószán gyorsulása: a

= ω 2 ⋅ cos α

4.1.2. Lendkerekes forgattyús hajtómő: A sajtológép hajtómővének nem csupán az alakítás erı szükségletét, hanem a munka- és a teljesítményszükség letét is biztosítani kell. A forgattyúkar 3600 fordulatából a munkaút csak igen kis ívre korlátozódik, mintegy 90°ra, így a munkavégzés alatt leadott energiát a sajtológép holtmenet alatt fokozatosan pótolja, ennek alapján a motor teljesítmény lényegesen csökkenthetı. A sajtológép szükséges munkavégzı képességét a lendítıkerék tárolja kinetikus energia formájában. A sajtológép névleges munkavégzı képességét úgy definiáljuk, mintha a névleges munkaúton állandóan név leges erıvel dolgozna:

h a ⋅ α n = Fnévl ⋅ h névl , A névleges munkavégzı képesség:

1 ⋅s h névl = 15 max ,

s max = 15 ⋅ h

Wnévl = Fnévl ⋅ s max = 0,0066 ⋅ Fnévl ⋅ s max

34

Mintapéldák 1.Képlékenyalakítási feladat: /kivágás-lyukasztás/ Az ábrázolt mdb.-ot,-nagy sorozatban-kivágólyukasztó szerszámmal, 0,6% C tartalmú lágyacélból készítjük. Az ismert és számított adatok alapján határozzuk meg!: 1, A kivágás-lyukasztás maximális erıigényét? / Fmax = F ⋅ 1,2 N /

[ ]

2, A kivágóbélyegben ébredı nyomófeszültség nagyságát? 3, A lyukasztóbélyegben ébredı nyomófeszültség nagyságát? Ismert adatok: A munkadarab: mm , b = 32 mm ,

R = 22 τ B = 550 MPa

c = 58 mm , m = 12,5 mm , s = 3,5 mm

Megoldás: 1, A kivágás-lyukasztás maximális erıigénye: A

-alakú bélyeg oldalhossza: a

=

m⋅2 3

=

m sin 600

= 12,5⋅2 = 3

12,5 sin 600

= 14,43mm

A kivágás-lyukasztás mértékadó „nyírt” felülete: A kly = s ⋅ [2 ⋅ c + 2 ⋅ R + R ⋅ π + 3 ⋅ a ] = 3,5[116 + 44 + 69,12 + 43,29] = 953,44mm 2 Fmax = F ⋅ 1,2 = τ B ⋅ A ⋅ 1,2 = 550 ⋅ 953,44 ⋅ 1,2 = 629270,4 N 2. A kivágóbélyegben ébredı nyomófeszültség: A kivágás mértékadó „nyírt” felülete:

A kny = s ⋅ [(2 ⋅ c ) + (2 ⋅ R ) + (R ⋅ π )] = 3,5[116 + 44 + 69,12] = 802 mm 2

A kivágó bélyeg keresztmetszete:

A kb = c ⋅ 2 ⋅ R +

R 2 ⋅π 2

= 58 ⋅ 2 ⋅ 22 + 22 ⋅ π = 2552 + 760,26 = 3312,26 mm 2

A kivágás maximális erıigénye:

Fk max = τ B ⋅ A kny ⋅ 1,2 = 550 ⋅ 802 ⋅ 1,2 = 529320 N A kivágóbélyegben ébredı nyomófeszültség:

σ nk =

Fk max A kb

=

= 159,8 MPa

529320 3312, 26

3, A lyukasztóbélyegben ébredı nyomófeszültség: A lyukasztás mértékadó „nyírt” felülete:

A lyny = s ⋅ 3 ⋅ a = 3,5 ⋅ 3 ⋅ 14,43 = 151,51 mm 2 A lyukasztó bélyeg keresztmetszete:

A lyb =

a⋅m 2

=

m2 2⋅sin 600

=

12,52 2⋅sin 600

, 25 = 156 = 90,21 mm 2 1, 732

A lyukasztás maximális erıigénye:

Fly max = Fly ⋅ 1,2 = τ B ⋅ A lyny ⋅ 1,2 = 550 ⋅ 151,51 ⋅ 1,2 = 99996,6 N A lyukasztóbélyegben ébredı nyomófeszültség:

σ nly =

Fly max A lyb

=

99996, 6 90, 21

= 1108,5 MPa

2. Képlékenyalakítási feladat: /Anyag-kihozatali tényezık meghatározása./

35

Az ábrán megadott módon, sávokból vágjuk ki a munkadarabot. A sávokat /1000×2000 mm/ táblákból, lemezollóval szabjuk fel a szükséges szélességre. Az ismert adatok alapján határozzuk meg az anyag-kihozatali tényezıket: - Egy sávra, -Egy táblára, Ismert adatok: Az ívelt oldal rádiusza: R = 22 mm

= 58 mm Lemezvastagság: s = 3,5 mm A „c” távolság: c

≈ 2,75 mm → a = 3 mm A sáv szélesség: B = R + c + 2 ⋅ a = 22 + 58 + 2 ⋅ 3 = 86 mm Az elıtolás: A = 2 ⋅ R + a = 44 + 3 = 47 mm A híd szélesség /lemezvastagság függvénye-diagram alapján/: a

= c ⋅ 2 ⋅ R + R 2⋅π = 58 ⋅ 2 ⋅ 22 + A lemeztábla méretei: Szélessége: H = 1000 mm = A sávok hossza Hosszúsága: L = 2000 mm 2

Egy munkadarab /kivágott/ felülete: T1

Felülete: Tt A sávok db. száma: S B

=

L B

=

2000 86

484⋅π 2

= 3312,26 mm 2

= H ⋅ L = 1000 ⋅ 2000 = 2000000 mm 2

= 23,25 → 23 db

Egy sávból készült mdb.-ok száma: n A

=

Egy táblából készült mdb.- ok száma: n ö

H A

= 1000 = 21,27 → 21 db 47

= S B ⋅ n A = 23 ⋅ 21 = 403 db

T1 , 26 ⋅ 100 = 3312 ⋅ 100 = 81,94 % B⋅A 86⋅47 n ⋅T 403⋅3312, 26 Egy tábla anyag-kihozatali tényezıje: η t = ö 1 ⋅ 100 = ⋅ 100 = 66,74 H⋅L 1000⋅2000

Egy sáv anyag-kihozatali tényezıje: ηs

=

%

3. Képlékenyalakítási feladatok: /Mélyhúzási feladat/

Határozzuk meg az ábrázolt mélyhúzott edény szükséges technológiai adatait ha ismertek az alábbi adatok: Magasság: h = 100 mm

= 30 mm Falvastagság: s = 1 mm Belsı átmérı: d

/A favastagság közel állandó./ Megoldás: A nyers teríték /a felületegyenlıség alapján/: D 2 t ⋅π 4

=

d 2 ⋅π 4

+ d⋅π⋅h

D t = d 2 + 4 ⋅ d ⋅ h = 30 2 + 4 ⋅ 30 ⋅ 100 = 113,58 mm A szélek visszjavítása miatt a teríték átmérıt növeljük meg:

D′t = 115 mm

36

A terítékátmérı / falvastagság arány:

D′t s

= 115 = 115 > 40 → így ráncfogót kell alkalmazni. 1

Az alakváltozás mértéke a peremen /állandó falvastagság mellett /:

qd =

D′t −d D′t

−30 = 0,739 > 55 ≈ 60°% így egyszer lágyítani kell! = 115 115

= 0,6 A továbbhúzás foka: m1 = 0,8 Az elıhúzási tényezı: m

A húzott testek méretei:

d1 = m ⋅ D′t = 0,6 ⋅ 115 = 69 mm d 2 = m1 ⋅ d1 = 0,8 ⋅ 69 = 55,2 mm Itt az alakítás mértéke:

q2 =

D′t −d 2 D′t

−55, 2 = 115115 = 0,52

d 3 = m1 ⋅ d 2 = 0,8 ⋅ 55,2 = 44,16 mm Itt az alakítás mértéke: q 3 Készrehúzás:

=

D′t ⋅d 3 D′t

−44,16 = 115115 = 0,616 → LÁGYÍTÁS!

d 4 = d = 30 mm - ahol a húzási fok m 2 =

d4 d3

=

30 44,16

= 0,679

A munkadarab 4 húzással,.- közben egy lágyítással - készül el! 4. Képlékenyalakítási feladatok: kovácsolás Határozzuk meg a kovácsolási alakítás erıszükségletét, a magasságcsökkenést, a felhasznált energia értékét, ha ismertek az alábbi adatok: A kalapács ütési sebessége: v k A „medve” súlya: FQ

= 2000 N

A gépegység hatásfoka: η = Az alakítási kiinduló hımérséklet: t A súrlódási tényezı: µ Méretek: b = 85 mm Megoldás:

= 12 ms

70 %

= 1100 C 0

= 0,3

s = 125 mm h1 = 90 mm = b ⋅ s = 85 ⋅ 125 = 10625 mm 2 Az alakítási szilárdság a táblázatból: k f ≈ 130 MPa Az alakítási felület: A

Az alakítási ellenállás: k

=

kf 1−µ⋅ b

→

2⋅h1

→k=

130 1−0,3⋅ 85

2⋅90

A nyújtás erıszükséglete: F =

=

130 0,858

= 151,51 MPa

k ⋅ A = 151,51 ⋅ 10625 = 1609793,75 N

A magasságcsökkenés: ∆h

=

FQ ⋅v 2 k ⋅η g⋅2⋅F

→

⋅144⋅0, 7 → ∆h = 102000 = 0,0062 m = 6,26 mm ⋅2⋅1609793, 75

Az alakításhoz felhasznált energia:

Wa = k ⋅ A ⋅ ∆h = F ⋅ ∆h = 1609793,75 ⋅ 0,0062 = 9980,72 J[Nm]

37

5. Képlékenyalakítási feladatok: hajlítás. k. tényezı értékei LÁGY KEMÉNY ANYAG: A hajlítás tengelye a hengerlés irányára ACÉL MERİLEGES MEGEGYEZIK MERİLEGES MEGEGYEZIK C<0,2% 0,4 0,4 0,8 C=0,2%

0,1

0,5

0,5

1,0

C=0,3%

0,2

0,6

0,6

1,2

C=0,4%

0,3

0,8

0,8

1,5

C=0,5%

0,5

1,0

1,0

1,7

C=0,6%

0,7

1,3

1,3

2,0

A 3 % „C” tartalmú lágyacél lemezbıl, hajlítással készül az ábrázolt mdb. A hajlítás tengelye a hengerlés irányával megegyezik. Határozzuk meg a kiterített kiindulási lemez hosszt, a hajlító erıket, ha ismertek az alábbi adatok /a hajlítás két lépésben, külön - külön történik/:

β1

β2

l1 = 80 mm l 3 = 30 mm l 5 = 50 mm β1 = 40 0 Anyagtényezı: c = 0,6 Lemez szélesség: b = 60 mm A lemez hajlítási folyáshatára: σ hajF = 170 MPa

β 2 = 92 0

Megoldás: A semleges szál sugara: ς

= rb +

Mindkét hajlítás belsı sugara: rb

s 2

= 3+

= 3 mm

4 2

= 5 mm

rb min = s ⋅ c = 4 ⋅ 0,6 = 2,4 mm < rb = 3 mm

Ellenırzés a minimális belsı sugárra:

Az egyenlıtlenség alapján a választott hajlítási sugár biztonságos! Az ívhosszok méretei:

(

l 2 = 1,75 ⋅ 10 −2 ⋅ β1 ⋅ rb +

(

l 4 = 1,75 ⋅ 10 −2 ⋅ 92 ⋅ 3 +

) = 1,75 ⋅10 −2 ⋅ 40 0 ⋅ (3 + 0,26⋅4 ) = 2,94 mm

k⋅s 2 0,6⋅4 2

) = 6,76 mm

A teljes kiterített hossz:

L = l1 + l 2 + l 3 + l 4 + l 5 = 80 + 2,94 + 30 + 6,76 + 50 = 169,7 mm A hajlító erı β1-nél: /„V” hajlítás /

Fβ1 =

σ

hajF⋅b⋅s 2

2⋅ς

⋅ tg

β1 2

⋅16 ⋅ tg 40 = 16320 ⋅ 0,364 = 5939,9 N = 1702⋅60 ⋅5 2

β2 2

⋅16 ⋅ tg 92 = 16320 ⋅ 1,035 = 16899,85 N = 1702⋅60 ⋅5 2

0

A hajlító erı β2-nél: /„V” hajlítás /

Fβ1 =

σ

hajF⋅b⋅s 2

2⋅ς

⋅ tg

0

38

6. Képlékenyalakítási feladat: hajlítás

A 0,18 % „C” tartalmú keményacél lemezbıl, hajlítással készül az ábrázolt mdb. A hajlítás tengelye a hengerlés irányára merıleges. Határozzuk meg a kiterített kiindulási lemez hosszt, a hajlító erıt a 1220 –os hajlításnál, ha ismertek az alábbi adatok /hajlítások lépésenként, külön - külön történnek/:

= 0,55 Lemez szélesség: b = 45 mm A lemez hajlítási folyáshatára: σ hajF = 220 MPa Anyagtényezı: c

L1 = 45,5 mm L 3 = 32 mm L 5 = 75 mm L 7 = 45,5 mm s = 3 mm

rb = 5 mm

Megoldás: A „k” tényezı táblázati értéke:

k = 0,4 Minden hajlítás belsı sugara: rb = 5 mm A semleges szál sugara: ς

= rb +

Ellenırzés a minimális belsı sugárra:

s 2

=5+

3 2

= 6,5 mm

rb min = s ⋅ c = 3 ⋅ 0,55 = 1,65 mm < rb = 5 mm

Az egyenlıtlenség alapján a választott hajlítási sugár biztonságos! Az ívhosszok méretei: l n

(

= 1,75 ⋅ 10 −2 ⋅ β ⋅ rb +

k⋅s 2

)

( ) ) = 5,39 mm ⋅ 55 ⋅ (5 + ) = 11,956 mm ⋅ 122 ⋅ (5 +

L 2 = 1,75 ⋅ 10 −2 ⋅ 90 ⋅ 5 + 0,24⋅3 = 8,82 mm L 4 = 1,75 ⋅ 10 −2 L 6 = 1,75 ⋅ 10 −2

0, 4⋅3 2 0, 4⋅3 2

A teljes kiterített hossz:

L = L1 + L 2 + L 3 + L 4 + L 5 + L 6 + L 7 = → → = 45,5 + 8,82 + 32 + 5,39 + 75 + 11,956 + 45,5 = 224,16 mm A hajlító erı 1220-nál: /„V” hajlítás /

F6 =

σ

hajF⋅b⋅s 2

2⋅ς

0

⋅ tg 122 = 2

220⋅45⋅32 2⋅6,5

0

⋅ tg 122 = 6853,85 ⋅ 1,804 = 12364,35 N 2

7. Képlékenyalakítási feladat: hidegfolyatás Az ábrázolt hüvelyt, hidegfolyatással állítjuk elı. Térfogatazonosság alapján határozzuk meg a kiindulási korong magasságát! Megoldás: d 2 ⋅π 4

⋅ l = V1 + V2 → l =

4⋅(V1 + V2 ) d 2 ⋅π

V1 = 1,5 ⋅ [(25 − 1,5) ⋅ π ⋅ 50] = 5537,05 mm 3 2

V2 = 254 ⋅π ⋅ 1,5 = 736,3 mm 3 4⋅(V1 + V2 ) 4⋅(5537, 05+ 736,3) l= = = 35,5 mm 2 706,85 d ⋅π

39

8. Képlékenyalakítási feladat: mélyhúzás

Az ábrázolt hüvelyt, mélyhúzással állítjuk elı. Felületazonosság alapján határozzuk meg a kiindulási tárcsa átmérıjét!

Megoldás: D 2 ⋅π 4

= T = T1 + T2

T1 = 25 ⋅ π ⋅ 50 = 3926,9 T2 = D=

252 ⋅π 4

= 490,87 mm 2

4⋅(T1 + T2 ) π

=

4⋅(3926,9+ 490,87 ) π

= 74,99 mm