PROIZVODNE TEHNOLOGIJE

Proizvodne tehnologije

U procesu oblikovanja sila i rad se sa mašine za obradu preko alata prenose na radni predmet. Geometrijski oblik i dimenzije izratka obezbjeđuje alat. A l a t i za obradu deformisanjem su složeni i pri njihovom projektovanju treba „pomiriti" zahtjeve rentabilnosti i funkcionalnosti. P r i konstrukciji alata treba prioritet dati jednostavnijim izvedbama, sa većim brojem standardnih elemenata. Na taj način se smanjuje cijena alata. Jednostavnost u konstruktivnoj izvedbi alata ne smije ugroziti njegovu funkcionalnost i tačnost u radu. Na Slici 1.2 prikazani su alati koji se koriste u tehnološkim postupcima obrade deformisanjem.

a. Alat za probijanje i prosijecanje Slika 1.2

b. Alat za savijanje

Alati za obradu deformisanjem

Za obradu deformisanjem koriste se univerzalne i specijalne mašine. Univerzalne mašine se, uz upotrebu odgovarajućih alata, mogu koristiti za različite procese obrade deformisanjem. U univerzalne mašine spadaju: krivajne, hidraulične, frikcione prese, parni i vazdušni čekići, itd. Specijalne mašine se koriste samo za određene operacije, npr. mašine za savijanje cijevi, mašine za valjanje navoja, itd. Na Slici 1.3

dat je izgled mašina za obradu deformisanjem.

Slika 1.3

Mašine za obradu deformisanjem


Zastupljenost u primjeni, prednosti u odnosu na obradu skidanjem strugotine, ekspanzija u razvoju mašina za obradu i novih materijala najbolji su pokazatelji značaja obrade deformisanjem, kao modernog vida prerade materijala. Prednosti ovog načina obrade mogu se definisati sa tehničko-tehnološkog i ekonomskog aspekta, i to: 1) Izrada proizvoda komplikovanog oblika ostvaruje se u jednom hodu mašine za deformaciju. Izrada istih proizvoda na drugi način i l i ne bi bila moguća i l i bi zahtjevala više radnih operacija. 2) Postiže se velika dimenzionalna tačnost proizvoda uz uske izradne tolerancije. 3) Proizvodi imaju visoke mehaničke karakteristike i relativno malu težinu. 4) Postiže se značajna ušteda u potrošnji materijala i energije. 5) V i s o k stepen produktivnosti, stabilnosti i pouzdanosti u radu. 6) Mašine za obradu su jednostavne za posluživanje, tako da za proizvodnju nije neophodna visokokvalifikovana radna snaga. 7) Ekonomičnost u uslovima serijske i masovne proizvodnje.

Pored navedenih prednosti, mogu se uočiti i ograničenja u primjeni kao što su: 1) Neekonomičnost u uslovima pojedinačne i maloserijske proizvodnje. 2) V i s o k i investicioni troškovi prouzrokovani upotrebom skupih mašina i uređaja za obradu. 3) Složeni i komplikovani alati, čija je konstrukcija i izrada skupa.

1.1 Područje obrade deformisanjem Obrada deformisanjem je v i d obrade kod kojeg se materijal dovodi u stanje plastičnog tečenja, tj. opterećuje iznad granice razvlačenja. Deformacija koja nastaje u materijalu je trajna. U k o l i k o se opterećenje povećava u nekom momentu doći će do razdvajanja čestica materijala. Područje obrade deformisanjem sa stanovišta deformacije m o ž e se podijeliti na: plastičnu deformaciju i deformaciju do razaranja materijala.

4


Grafička interpretacija područja obrade deformisanjem data je preko dijagrama istezanja za elastično-plastičan materijal.

Slika 1.4

Dijagram

Svi procesi obrade deformisanjem odvijaju se u obilježenom području, o g r a n i č e n o m linijama VAiRB. Procesi obrade materijala razdvajanjem odvijaju se po liniji R B . Razdvajanje materijala se m o ž e vršiti po otvorenoj reznoj liniji i l i po zatvorenoj konturi. Pored podjele obrade deformisanjem prema vrsti deformacije, u literaturi je prisutno više podjela i klasifikacije prema: 1) 2) 3) 4) 5)

temperaturi obrade; naponsko - deformacionom stanju; namjeni proizvoda; brzini deformacije; tečenju materijala u zahvatu alata.

Sa aspekta temperature na kojoj se vrši obrada, obrada deformisanjem se m o ž e vršiti u hladnom stanju (na sobnoj temperaturi) i l i u vrućem stanju (na povišenoj temperaturi). Sa rastom temperature olakšavaju se uslovi obrade i opada otpor kojim se materijal suprotstavlja deformaciji. Deformisanje u hladnom stanju ima niz prednosti u odnosu na deformisanje u vrućem stanju. Hladnim deformisanjem se postiže visok kvalitet i dimenzionalna tačnost proizvoda, a proizvodni troškovi su niži u odnosu na deformisanje u vrućem stanju. Prema obliku početnog materijala obrada deformisanjem se m o ž e podijeliti na: - Preradu limova; - Preradu kompaktnih tijela.


Prema brzini deformacije obrada deformisanjem se m o ž e podijeliti na:

kvazistatičko deformisanje

2

-5-IO

s

2

J

v superplastično deformisanje

^ = 10~ -^10~ 5

3

s~

]

V

visokobrzinsko deformisanje

('

<^>10

3

^

V

S v i klasični postupci obrade deformisanjem (deformisanje lima i zapreminsko deformisanje) spadaju u kvazistatičko područje (područje sa srednjim brzinama deformacije).

Tehnološki postupci obrade deformisanjem (Slika 1.5), u ovoj knjizi, grupisani su u: Tehnologije oblikovanja lima; Tehnologije razdvajanja; Tehnologije zapreminskog oblikovanja i Nove tehnologije.

OBRADA DEFORMISANJEM

TEHNOLOGIJE OBLIKOVANJA LIMOVA

TEHNOLOGIJE RAZDVAJANJA

Slika 1.5

U Tabelama tehnologija.

6

1.1 do 1.4 dati

TEHNOLOGIJE ZAPREMINSKOG OBLIKOVANJA

NOVE TEHNOLOGIJE

Podjela obrade deformisanjem

su tehnološki postupci

sa skicama za svaku od navedenih


TEHNOLOGIJE OBLIKOVANJA LIMOVA

Duboko izvlačenje

Savijanje

Rotaciono izvlačenje

Specijalni postupci Provlačenje

Sužavanje

Proširivanje

Clinching

Razvlačenje

Tabela

1.1 Tehnologije oblikovanja limova

1


2. T E O R E T S K E OSNOVE 2.1 Vrste deformacija Pod deformacijom se u postupcima obrade deformisanjem podrazumijeva promjena oblika i dimenzija radnog predmeta pod dejstvom vanjskih sila. Najjednostavniji način za defmisanje pokazatelja (vrsta) deformacija je idealizirani slučaj sabijanja paralelopipeda (sabijanje bez trenja). Dimenzije paralelopipeda prije deformisanja definisane su visinom h , širinom b , i d u ž i n o m 0

0

/ . Pod dejstvom vanjske sile F paralelopided se deformiše u paralelopiped dimenzija h\, 0

b i /,. (Slika2.1) x

I

Slika 2.1

Sabijanje paralelopipeda

Odnos dimenzija paralelopipeda prije i nakon deformisanja m o ž e se iskazati relacijom:

(2.1) Promjene dimenzija paralelopipeda u pravcu osa pravouglog koordinatnog sistema mogu se izraziti preko tri pokazatelja:

13


1. Apsolutna deformacija

Apsolutne deformacije predstavljaju razliku dimenzija parelelopipeda prije i nakon deformisanja. Pozitivne deformacije su one koje dovode do povećanja početnih dimenzija radnog predmeta, a negativne one koje prouzrokuju njihovo smanjenje. Od ovog pravila se odstupa kada to olakšava analizu postupka obrade. 2.

Relativna deformacija

Relativna deformacija predstavlja paralelopipeda (radnog predmeta). 3.

odnos

apsolutne

deformacije

i

početne

dimenzije

Logaritamska deformacija

Logaritamska deformacija predstavlja određeni integral odnosa beskonačno malog priraštaja dužine i trenutne dužine posmatrane stranice paralelopipeda.

14


Na osnovu hipoteze o konstantnosti zapremine pri plastičnom deformisanju dobija se:

Obrazac (2.5) m o ž e se napisati na slijedeći način:

Logaritmiranjem izraza (2.6.) dobija se:

Izraz (2.7) definiše dvije karakteristike logaritamske deformacije: 1) pri plastičnoj deformaciji zbir logaritamskih deformacija u tri m e đ u s o b n o okomita pravca je jednak nuli. 2) Jedna logaritamska deformacija po apsolutnoj vrijednosti je najveća i odgovara zbiru ostale dvije deformacije sa suprotnim predznakom.

Pored navedenih pokazatelja deformacije koristi se i kontrakcija poprečnog presjeka. Kontrakcija poprečnog presjeka pri sabijanju paralelopipeda data je izrazom:

Gdje su: A - površina poprečnog presjeka prije deformisanja; 0

A - površina trenutnog poprečnog presjeka.

2.2 Nominalni i stvarni naponi U procesima hladne deformacije sa rastom deformacije raste i otpor kojim se materijal suprotstavlja deformaciji. Istovremeno dolazi i do promjene njegovih mehaničkih osobina, tako da se povećavaju jačina i tvrdoća, a smanjuju istezljivost i žilavost.

15


U toku hladne obrade materijal očvršćava, tj. gubi svoja plastična svojstva. Očvršćavanje raste sa rastom hladne deformacije, tako da pri određenom stepenu deformacije materijal može izgubiti sposobnost za daljnje plastično oblikovanje. K r i v a očvršćavanja predstavlja pokazatelj obradivosti materijala. Za iznalaženje krivih očvršćavanja, određivanje mehaničkih osobina materijala i ocjenu njegove plastičnosti koriste se ispitivanja jednoosnim istezanjem. Ispitivanje materijala jednoosnim istezanjem vrši se na kidalici, uz istovremenu registraciju zavisnosti sile od izduženja probne epruvete. Za ispitivanja se koriste epruvete od lima, standardnih dimenzija, k r u ž n o g i l i pravougaonog presjeka. Na S l i c i 2.2 dat je prikaz mjernog područja epruvete i izgled epruvete prije istezanja i neposredno prije prekida. Na Slici 2.3 prikazano je ispitivanje jednoosnim istezanjem na kidalici.

a) Mjerno područje epruvete Slika 2.2

a) Šematski prikaz kidalice Slika 2.3

16

b) Skica epruvete Probna epruveta

b)Izgled epruvete

c)Epruveta nakon prekida

Ispitivanje jednoosnim istezanjem


Istezanjem epruvete dolazi do promjene njenih dimenzija. Dužina epruvete se p o v e ć a v a a poprečni presjek se smanjuje deformacije Deformacije probne epruvete mogu se izraziti preko j e d i n i č n o g izduzenja prvog reda, kontrakcije poprečnog presjeka deformacije

i l i deformacije drugog reda i logaritamske

ih deformacije trećeg reda, koie se definišu izrazima:

(2.9)

Dijagram istezanja je grafička interpretacija zavisnosti nominalnih napona

od jediničnog

izduzenja Nominalni napon se dobije kad se sila redukuje na početni poprečni presjek probne epruvete: (2.10)

Na Slici 2.4 prikazanje dijagram nominalnih napona.

Slika 2.4

Dijagram nominalnih

napona

17


Do tačke P veza između napona i deformacija ima linearan karakter i m o ž e se izraziti relacijom:

nominalni napon relativno izduženi e

modul elastičnosti Jednačina (2.11.) naziva se Hook-ov zakon. Do tačke E deformacije su elastičnog karaktera, što znači da probna epruveta nakon rasterećenja ima početnu d u ž i m označava granicu početka plastičnog tečenja U tački V počinje tečenje materijala. Napon materijala tj. granicu razvlačenja. K o d velikog broja materijala granica razvlačenja se ne m o ž e uočiti sa dijagrama, pa se, po standardu, za granicu razvlačenja uzima napon koji odgovara trajnoj deformaciji od 0,2 %.

Način određivanja granice razvlačenja prikazanje na Slici 2.5.

Slika 2.5

18

Određivanje granice razvlačenja


Od tačke E do tačke Z na dijagramu (Slika 2.4) nakon rasterećenja dolazi do trajnih deformacija probne epruvete. Linija rasterećenja za tačku

paralelna je sa linearnim dijelom krive

pa trajna

deformacija epruvete iznosi:

(2.13)

Napon u tački M predstavlja napon u momentu početka lokalizacije deformacije i naziva se jačina materijala na kidanje i l i zatezna čvrstoća:

(2.14)

gdje je : F - maksimalno opterećenje probne epruvete m

U tački M sila istezanja je maksimalna. Zbog lokalizacije deformacije na uskom području od tačke M do tačke Z dolazi do pada nominalnih napona.

Stvarni naponi dobiju se kad se sila redukuje na trenutni (stvarni) presjek probne epruvete:

(2.15)

Do početka lokalne deformacije (do tačke M) može se uspostaviti veza između stvarnih i nominalnih napona i deformacija I, II i III reda:

(2.16)

Kako je trenutna površina manja od početne, stvarni napon je veći od nominalnog Slika 2.6.

19


Slika 2.6 Dijagram nominalnih i stvarnih napona

Stvarni napon se u uslovima primjene naziva specifični deformacioni otpor, jer predstavlja otpor materijala deformaciji kojoj je izložen.

Dijagram istezanja za čelik i aluminijum dat je na Slici 2.7, a na Slici 2.8 dat je dijagram istezanja za različite materijale.

20


a) Dijagram istezanja za čelike

Slika 2.8

b) Dijagram istezanja za: A - krte materijale; B - jake ali ne i istegljive (duktilne); C - istegljive (duktilne); D - plastične. Dijagram istezanja za razne materijale

2.3 Krive očvršćavanja K o d hladnog deformisanja otpor kojim se materijal suprotstavlja deformaciji neprekidno raste. K r i v e očvršćavanja predstavljaju grafičku interpretaciju funkcionalne zavisnosti specifičnog deformacionog otpora od deformacije. U zavisnosti od toga da li se ta zavisnost izražava preko deformacije prvog i l i trećeg

razlikuju se krive očvršćavanja prvog, drugog i trećeg reda:

N a Slici 2.9 date su krive očvršćavanja prvog, drugog i trećeg reda.

Slika 2.9 Krive očvršćavanja prvog, drugog i trećeg reda

21


K r i v e očvršćavanja predstavljaju jedan od pokazatelja obradivosti materijala. Njihovo poznavanje je neophodno za određivanje osnovnih parametara procesa obrade deformacione sile i deformacionog rada. Svako stanje strukture čeličnog materijala ima svoju krivu očvršćavanja. Za konstrukciju krivih očvršćavanja koriste se dijagrami nominalnih napona (Slika 2.4) dobijeni probama na istezanje i l i pritisak. Na svakoj krivoj očvršćavanja (Slika 2.9) uočavaju se dvije karakteristične tačke: 1)

Granica razvlačenja, tj. stvarni napon početka tečenja:

Zbog malih razlika između :stvarnog napona početka plastičnog tečenja (k ) i nominalnog uzima se da vrijedi: napona na granici razvlačenja 0

2)

Stvarni napon u momentu početka lokalizacije deformacije.

Na osnovu obrasca (2.16) dobija se:

U praksi se najčešće koristi kriva očvršćavanja trećeg reda, koja se računa po izrazu:

gdje su: C - konstanta koja zavisi od vrste materijala; n - eksponent krive očvršćavanja trećeg reda.

U Tabeli 2.1 date su vrijednosti eksponenta krive očvršćavanja trećeg reda n i koeficijenta C za različite grupe materijala.

22


C (MPa)

n

180 690 205 410 400

0.20 0.16 0.20 0.05 0.17

70-30 žaren 85-15 hladno valjan

900 580

0.49 0.34

Bakar (žaren)

315

0.54

530 1015 1100 640 1275 960

0.26 0.17 0.14 0.15 0.45 0.10

MATERIJAL Aluminij 1100-O 2024-T4 6061-0 6061-T6 7075-0

Mesing

Čelik Niskougljenični, žaren 4135 žaren 4135 hladno valjan 4341 žaren 304 nerđajući, žaren 410 nerđajući žaren

Tabela 2.1 Vrijednosti C i nza različite materijale U literaturi se može pronaći veliki broj izraza za približno izračunavanje krivih očvršćavanja. Neki od tih izraza su:

(2.21)

23


gdje su: A, B, C, n i n1 - konstante koje zavise od vrste materijala. Najveću primjenu imaju obrasci oblika eksponencijalnih funkcija.

2.4 Uslovi plastičnog tečenja Uslov plastičnog tečenja definiše prelaz materijala iz elastičnog u plastično stanje. K o d jednoosnog naponskog stanja do plastičnog tečenja dolazi kada vrijednost napona istezanja (pritiska) dostigne vrijednost napona na granici razvlačenja:

Uslov plastičnog tečenja za jednoosno naponsko stanje za realne procese moze se napisati u obliku:

Gdje je : k - specifični deformacioni otpor materijala

Realni procesi obrade deformisanjem odvijaju se u uslovima složenog (ravanskog i prostornog) naponskog stanja. Hipoteze o plastičnom tečenju definišu ponašanje materijala u uslovima složenog naponskog stanja, ako je ono poznato u uslovima linearnog opterećenja. Uslov plastičnog tečenja za prostorno naponsko stanje m o ž e se definisati funkcijom:

Funkcija (2.24) predstavlja zakonitost koju glavni naponi moraju zadovoljiti da bi došlo do plastičnog tečenja materijala. U literaturi postoji više hipoteza o plastičnom tečenju materijala. Danas se najčešće koriste dvije, i to: Hipoteza najvećeg tangencijalnog napona;

24


Hipoteza najveće deformacione energije utrošene na promjenu oblika - energetski uslov plastičnosti.

Prema hipotezi najvećeg tangencijalnog napona do plastičnog tečenja materijala dolazi kada razlika između maksimalnog i minimalnog glavnog normalnog napona dostigne vrijednost specifičnog deformacionog otpora, što se definiše izrazom:

Prema energetskom uslovu plastičnosti, plastično tečenje nastaje kada intenzivnost napona dostigne vrijednost napona tečenja, tj.:

2.5 Brzina deformacije i brzina deformisanja Brzina deformisanja predstavlja brzinu kretanja alata i zavisi od mašine na kojoj se vrši obrada. A k o se u vremenskom intervalu izvrši sabijanje radnog predmeta za brzina deformisanja se m o ž e izračunati preko izraza:

(2.27)

Obzirom da se brzina deformisanja kod većine mašina mijenja u toku procesa, uvodi se srednja brzina deformisanja u obliku:

(2.28)

Brzina deformacije je brzina kretanja čestica materijala koji se deformiše:

Srednja brzina deformacije je promjena logaritamskog stepena deformacije po vremenu za koje je deformacija izvršena:

(2.30)

25


2.6 Deformaciona sila i deformacioni rad Deformaciona sila i deformacioni rad su osnovni parametri tehnološkog procesa obrade deformisanjem. Pri projektovanju tehnološkog postupka neophodno je odrediti maksimalnu deformacionu silu i potrebni deformacioni rad. Na osnovu tih parametara se bira mašina za obradu. Deformaciona sila za idealizovani slučaj sabijanja paralelopipeda (sabijanje bez trenja) (Slika 2.1) može se izračunati po izrazu: (2.31) Gdje su: k - specifični deformacioni otpor; A - trenutna pritisnuta površina.

Rad ove sile na elementarnom putu dat je relacijom: (2.32)

Ukupni deformacioni rad dobije se integraljenjem izraza (2.32):

(2.33)

Specifični deformacioni otpor je konstantan za sabijanje u vrućem stanju, pa se deformacioni rad računa po izrazu:

(2.34)

Gdje je: istisnuta zapremina Najveća deformaciona sila za vruće deformisanje dobija se po izrazu: (2.35) gdje je: Ai - površina paralelopipeda nakon sabijanja

26


K o d sabijanja u hladnom stanju specifični deformacioni otpor nije konstantan, pa se za proračun uzima njegova srednja vrijednost:

Gdje su: ko - specifični deformacioni otpor na početku deformacije ki - specifični deformacioni otpor na kraju deformacije za

Deformacioni rad za sabijanje u hladnom stanju m o ž e se izračunati p o m o ć u izraza:

(2.37)

Najveća deformaciona sila za sabijanje u hladnom stanju iznosi:

F^=K-A

(2.38)

X

Dobivene vrijednosti deformacionog rada po izrazima (2.34) i (2.27) odgovaraju idealnom radu. Stvarni rad je je veći veći od od idealnog idealnog i dobije se ako se vrijednost idealnog rada podijeli sa Na taj taj način način se se uzimaju uzimaju uu obzir gubici uslijed trenja. stepenom korisnog korisnog dejstva dejstva tj. Na Vrijednost rj određuje se prema Siebelu: za hladno hladno sabijanje sabijanje rj = 0,85 * 0,95 ; za vruće vruće sabijanje sabijanje rj = 0,60 H- 0,80.

2.7 Primjeri za teoretske osnove Zadatak broj 1 Poznate su dimenzije paralelopipeda prije deformisanja: h =100 mm b = 80 mm l = 70 mm 0

0

0

i nakon deformisanja: h1, = 70 mm b1 = 100 mm /1 = 80 mm . Koje vrijednosti imaju različiti pokazatelji promjene oblika paralelopipeda (kolike su vrijednosti različitih stepana deformacije)?

27


Riješenje: Apsolutne deformacije

Relativne deformacije

Logaritamske deformacije

Uslov konstantnosti zapremine:

Uslov konstantnosti zapremine je zadovoljen, jer je zbir logaritamskih deformacija u tri međusobno okomita pravca jednak nuli. Zadatak broj 2 Okrugli profil početnog prečnika do=25 mm treba vučenjem da se reducira na prečnik di=20 mm. Odrediti kontrakciju presjeka i logaritamske deformacije. Riješenje: Kontrakcija poprečnog presjeka:

28


Glavne logaritamske deformacije su: (p, = cp

x

(aksijalna (aksijalna deformacija);

(p -
2

(radijalna (radijalna deformacija) i

r

(tangencijalna (tangencijalna deformacija).

3

Zbog osnosimetričnog Zbog osnosimetričnog deformisanja deformisanja je

cp =

t

pomoću izraza: / d 25
2

2

0

Druge dvije logaritamske deformacije određuju se iz uslova konstantnosti zapremine, pa je: (p =(p = -Q,5q>, = -0,5 • 0,446 = -0,223 t

r

29


3. T E H N O L O G I J E O B L I K O V A N J A L I M O V A 3.1 Duboko izvlačenje

Duboko izvlačenje je tehnološki postupak obrade deformisanjem kod koga se iz ravne ploče dobijaju posude različitog oblika poprečnog presjeka sa zatvorenim dnom. Duboko izvlačenje predstavlja jedan od najvažnijih postupaka prerade lima i ima veoma široko područje primjene u: automobilskoj i avionskoj industriji ( dijelovi karoserije automobila, vrata, blatobrani, dijelovi točkova, itd.); elektronskoj industriji (razni dijelovi radio i tv aparata i si.); industriji aparata za domaćinstvo (dijelovi hladnjaka, štednjaka, itd.).

Na Slici 3.1 dati su primjeri proizvoda koji su u cjelini i l i su neki njihovi dijelovi izrađeni dubokim izvlačenjem.

Slika 3.1 Primjeri primjene dubokog izvlačenja

35


Iz pripremka u obliku ravne ploče postupkom dubokog izvlačenja dobijaju se gotovi radni predmeti oblika posuda sa zatvorenim dnom. U zavisnosti od oblika i dimenzija obratka, izvlačenje obuhvata: -

izvlačenje cilindričnih komada sa i bez vijenca; izvlačenje komada stepenastog oblika; izvlačenje komada konusnog oblika; izvlačenje komada sfernog oblika; izvlačenje komada nerotacionog oblika; izvlačenje komada iz trake i izvlačenje komada velikih dimenzija (dijelovi karoserije automobila).

Na Slici 3.2 dat je izgled pripremka i izratka za najjednostavniji slučaj izvlačenja cilindričnih komada.

*

a) pripremak

Slika 3.2

di

*

b)izradak c)izradak (cilindrični komad bez vijenca) (cilindrični komad sa vijencem) Izgled pripremka i izratka za izvlačenje cilindričnih komada

Proces se izvodi sa posebnim alatima na m e h a n i č k i m i hidrauličnim presama. Šematski prikaz dubokog izvlačenja dat je na Slici 3.3. Sa Slike 3.3 se može uočiti da su osnovni izvršni dijelovi alata za duboko izvlačenje izvlakač i presten za izvlačenje. Ploča držača lima koristi se da bi se spriječilo obrazovanje nabora i gužvanje lima u toku procesa izvlačenja. Za izvlačenje se koriste prstenovi sa radijusom, konusom i profdom traktrix krive.

36


U početnoj fazi izvlačenja pripremak se postavlja na prsten za izvlačenje i fiksira p o m o ć u držača lima. Sila izvlačenja se preko izvlakača prenosi na pripremak i on se pod dejstvom izvlakača uvlači u otvor prstena za izvlačenje. Izradak se formira postepeno vertikalnim pomjeranjem izvlakača. Rezultat izvlačenja je cilindrična posuda .(Slika 3.2.b) Debljina zida izratka je ista kao i debljina pripremka. U toku izvlačenja dolazi do raznorodne naponsko- deformacione slike u vijencu i zidu obratka, kako je prikazano na Slici 3.4.

Slika 3.4 Naponi u vijencu (a) iziđu (b) obratka

u toku izvlačenja

37


Naponsku sliku u vijencu obratka čine radijalni naponi istezanja i naponi pritiska normalni na element A, zbog dejstva držača lima. U zidu obratka elemet B je podvrgnut naponima istezanja. V e l i k o istezanje m o ž e dovesti do razaranja materijala , čiji je prikaz dat na Slici 3.5.

a)

b) Slika 3.5

Greške u procesu izvlačenja

Na Slici 3.5.a uzrok razaranja je mali radijus zaobljenja na prstenu za izvlačenje, a na Slici 3.5.b malo zaobljenje na izvlakaču. Do razaranja može doći i zbog velikih napona istezanja u zidu obratka, koji su posljedica velike razlike u odnosu prečnika pripremka i izvlakača. Izvlačenje cilindričnih radnih komada izvodi se u jednoj i l i u više operacija izvlačenja. U k o l i k o se radni predmet izrađuje u više operacija izvlačenja, analiza procesa se, zbog niza specifičnosti, vrši posebno za prvu operaciju izvlačenja, a posebno za ostale operacije. Na Slici 3.6 dat je šematski prikaz druge i narednih operacija izvlačenja cilindričnih komada.

1

Slika 3.6

Druga operacija izvlačenja

Pozicije na Slici 3.6 označavaju: 1 - izvlakač, 2- držač, 3- radni predmet, 4-prsten za izvlačenje.

38


Prese za drugu i naredne operacije izvlačenja moraju imati dva cilindra. Sila izvlačenja (F) se sa glavnog cilindra preko izvlakača prenosi na radni predmet. Sila držanja (Fd) se sa p o m o ć n o g cilindra preko držača prenosi na radni predmet.

Pripremak za drugu operaciju izvlačenja je prethodno izrađen postupkom dubokog izvlačenja.

3.1.1 Određivanje dimenzija pripremka Pripremak za izvlačenja rotaciono simetričnih tijela ima kružni oblik, tako da se problem određivanja dimenzija pripremka svodi na određivanje prečnika tog kruga. K o d izvlačenja nerotacionih tijela određivanje dimenzija pripremka je znatno složenije, pa je postupak određivanja dimenzija pripremka dat samo za rotaciono simetrična tijela. Uslov konstantnosti zapremine u toku deformisanja m o ž e se napisati u obliku: (3.1) V = V k

Gdje su: V - volumen pripremka; Vk - volumen gotovog komada. K o d izvlačenja bez promjene debljine materijala ovaj uslov se svodi na uslov konstantnosti površina u toku deformisanja, tj:

(3.3) Iz relacije (3.2) se može uočiti da se površina obratka u bilo kojoj operaciji izvlačenja ne mijenja i da je jednaka površini pripremka:

(3.4) Gdje su:

Iz uslova (3.3) slijedi izraz za izračunavanje prečnika pripremka:

(3.5)

39


Obratci složenog oblika dijele se na niz parcijalnih rotacionih površina: koje vrijedi:

3.1.2 Deformaciona sila i deformacioni rad Da bi se odredila deformaciona sila izvlačenja potrebno je izvršiti naponsko deformacionu analizu procesa izvlačenja. Za taj postupak su neophodne šire teoretske podloge, koje nisu predmet razmatranja u ovoj knjizi. Zbog toga će za sve postupke obrade deformisanjem biti ponuđeni približni izrazi za proračun deformacione sile. Maksimalna sila izvlačenja cilindričnih komada može se izračunati po slijedećem izrazu:

F^=M s).s.o .\,2--?^ -^1-m _ m 1

+

m

[N]

(3.8)

m - stvarni odnos izvlačenja; m - maksimalni odnos izvlačenja. m a x

Odnosi izvlačenja za prvu i naredne operacije izvlačenja računaju se po formuli: d\ d ^=-z-\m =-f;...;m =-f2

2

d

(3.9)

n

n

D Gdje su:

d

x

d_ n

x

Gdje su: D D -- prečnik prečnik pripremka; pripremka; ddi, i , d 22, . ,. .d, d --prečnici prečnici izratka izratka nakon nakon prve,druge, prve,druge, n-te n-te operacije izvlačenja n n

40


Maksimalna vrijednost odnosa izvlačenja zavisi od osobina materijala i drugih uticajnih faktora:

U prostim proračunima m o ž e se uzeti daje za prvo izvlačenje maksimalna vrijednost odnosa izvlačenja m = 0 , 5 . max

U prostim proračunima m o ž e se uzeti daje za prvo izvlačenje maksimalna vrijednost odnosa izvlačenja m = 0 , 5 . Deformacioni rad izvlačenja, pri izvlačenju na presama dvostrukog dejstva, m o ž e se dobiti kao proizvod deformacione sile, puta izvlačenja i korekcionog faktora: max

W = x-F -h imx

[Nm]

(3.11)

gdje su: x - korekcioni faktor Fmax - maksimalna sila izvlačenja [n] h - put izvlačenja [m] Vrijednost korekcionog faktora x zavisi od odnosa izvlačenja m i kreće se u granicama od 0,5 do 0,80.

3.1.3 Alati i mašine za duboko izvlačenje Osnovni izvršni dijelovi alata za duboko izvlačenje su presten za izvlačenje i izvlakač. Geometrijski oblik prstena za izvlačenje utiče na osnove parametre izvlačenja, kvalitet izratka i stepen deformacije izvlačenja. U praksi se koriste tri vrste prstenova za izvlačenje: sa radijusom; sa konusom i sa profilom traktrix krive. Izgled navedenih prstenova za izvlačenje dat je na Slici 3.7. Prsten za izvlačenje sa radijusom se najviše koristi u prvoj operaciji izvlačenja. M o ž e se koristiti i za ostale operacije, ako se ne upotrebljava držač lima. U k o l i k o se u slijedećim operacijama izvlačenja upotrebljava držač lima bolje je koristiti prsten sa konusom. Prsten za izvlačenje sa profilom traktrbc krive koristi se za izvlačenje debljih limova.

41

SI. 3.7 Prs tenovi za izvlačenje

Na Slici 3.8 prikazanje alat za istovremeno prosijecanje pripremka prečnika D i izvlačenje cilindričnog elementa sa vijencem iz trake. Pozicije na Slici 3.8 označavaju: 1- izvlakač, 2- izbacivač radnog predmeta iz prstena za izvlačenje, 3- prosjekač po vanjskoj konturi i izvlakač po unutarnjoj konturi, 4- stubne vodice, 5- čaura za vođenje stubne vodice, 6-motka izbacivača, 7- nosač gornjeg dijela alata, 8-gornja međuploča, 9- nosač prosjekača odnosno prstena za izvlačenje, 10- ploča za vođenje, 11-rezna ploča , 12- donja međuploča, 13-nosač donjeg dijela alata, 14 - motka izbacivača, 15- držač lima i svlakač cilindričnog elementa sa izvlakača. Alat je konstruisan tako da se izvlakač nalazi u donjem dijelu alata, a prsten za izvlačenje, koji je po vanjskoj konturi prosjekač, u gornjem dijelu alata. U početnoj fazi gornji dio alata se nalazi u krajnjem gornjem položaju, što omogućava pomjeranje trake za propisani korak do graničnika, gdje se ista zaustavlja. Kretanjem pritiskivača prese naniže, prosjekač (pozicija 3) prosječe pripremak, nakon čega počinje izvlačenje cilindričnog elementa sa izvlakačem 1, uz istovremeno držanje pripremka držačem (pozicija 15). Na kraju izvlačenja gornji dio alata se vraća u svoj početni položaj, a svlakač (pozicija 15) i izbacivač (pozicija 2) skidaju radni predmet sa izvlakača, odnosno izbijaju ga iz prstena za izvlačenje (pozicija 3). Nakon uklanjanja radnog predmeta sa alata, postupak se ponavlja.

42


14 Slika 3.8 Alat za izvlačenje (istovremeno prosijecanje i izvlačenje iz trake)

Na Slici 3.9 dat je izgled alata za drugu operaciju izvlačenja. Pozicije na Slici 3.9 označavaju: 1 - izvlakač, 2 - graničnik, 3- stubne vodice, 4 - čaura za vođenje stubnih vodica, 5 - motka izbacivača, 6 - nosač gornjeg dijela alata, 7- prsten za izvlačenje, 8 - držač cilindričnog elementa, 9 - donja međuploča, 10 - nosač donjeg dijela lata, 11 - motka držača, 12 - instalacija zraka. Alat za drugu operaciju izvlačenja je konstruisan tako da se izvlakač (pozicija 1) i držač pripremka (pozicija 8) nalaze u donjem dijelu alata, a prsten za izvlačenje (pozicija 7) u gornjem dijelu alata. U početnoj fazi alata je otvoren, pa se pripremak cilindričnog oblika postavlja na držač (pozicija 8), čiji je vrh u tom trenutku poravnat sa vrhom izvlakača (pozicija 1). Kretanjem gornjeg dijela alata naniže počinje izvlačenje. Na kraju izvlačenja držač pripremka (pozicija 8) nalazi se u položaju prikazanom na Slici 3.9. Vraćanjem gornjeg dijela alata u početni položaj, pod dejstvom motke izbacivača (pozicija 5) cilindrični element se izbija iz prstena za izvlačenje (pozicija 7). Nakon uklanjanja izvučenog elementa iz zone alata, postupak se ponavlja.

43


12

S/z&a 5.9 Alat za drugu operaciju izvlačenja Na Slici 3.10 dat je šematski prikaz i izgled mehaničke prese, koja se najčešće koristi u obradi deformisanjem.

a) Šematski prikaz Slika 3.10

44

b) Izgled prese Mehanička presa


3.2 Savijanje Savijanje je tehnološki postupak obrade deformisanjem kod kojeg se oblikovanjem lima dobijaju različiti izratci u konačnom obliku i l i se postupak koristi u kombinaciji sa drugim tehnologijama (probijanjem, prosjecanjem, izvlačenjem, itd.) za izradu istih. Postupkom savijanja mogu se prerađivati i drugi poluproizvodi, kao što su: šipke, cijevi, žica, vučeni i valjani profili itd. Savijanje se koristi kako u velikoserijskoj i masovnoj proizvodnji, tako i u maloserijskoj i pojedinačnoj proizvodnji, što omogućava relativno jednostavna izvedba alata. Tehnologija se primjenjuje u: -

teškoj mašinogradnji, u kombinaciji sa zavarivanjem, za izradu tankostjenih kotlova, kućišta turbina, cijevi pod pritiskom, kućišta teških presa itd.; u izradi dijelova za laka i teška vozila, poljoprivredne mašine.

Na Slici 3.11 prikazani su neki primjeri savijenih dijelova.

Slika 3.11

Primjeri savijenih dijelova

45


Na osnovu tehnoloških karakteristika procesa, oblika i dimenzija pripremka proizvodnje, savijanje se može podijeliti na:

i karaktera

1) Savijanje na presama pomoću alata; 2) Savijanje valjcima na rotacionim mašinama za savijanje i 3) Savijanje na specijalnim mašinama za savijanje. Na presama se, pomoću specijalnih alata, savijaju dijelovi preko malog radijusa. Na Slici 3.12 dat je šematski prikaz savijanja dvostrukog ugaonika (U profila) i savijanja V profila.

tiskač

1 "t* Y

—Mravs!

1 /

/

radni predmet kalup

/

Slika 3.12 Savijanje U i Vprofila

Sa slike se može uočiti da su osnovni izvršni dijelovi alata za savijanje tiskač i kalup za savijanje. K o d savijanja V profila, zavisno od konstrukcije alata, razlikuje se slobodno savijanje i savijanje u kalupu. Šematski prikaz slobodnog i savijanja u kalupu dat je na Slici 3.13.

a) Slobodno savijanje

46


b) Savijanje u kalupu Slika 3.13

Savijanje Vprofila

Za savijanje limova na jednom kraju i l i izradu dvostrukih ugaonika velikih dužina koristi se jednostrano savijanje. K o d izrade dvostrukih ugaonika većih dužina ekonomičnije je jednostranim savijanjem saviti jedan pa drugi krak nego praviti velike alate za istovremeno savijanje oba kraka. Sematska ilustracija jednostranog savijanja dataje na Slici 3.14.

Slika 3.14

Jednostrano savijanje

Profilnim savijanjem, pomoću specijalnih alata na presama, oblikuju se limeni obratci velike dužine. Sematska ilustracija profdnog savijanja dataje na Slici 3.15. Alat za profdno savijanje sastoji se od matrice, koja sadrži više različitih profila i nalazi se u donjem nepokretnom dijelu alata i pritiskivača u gornjem pokretnom dijelu alata. Pritiskivač se pričvršćuje za pokretni dio mašine i izrađuje se prema obliku obratka.

47


Slika 3.15

Profilno savijanje

Savijanje preko valjaka na rotacionim mašinama za savijanje koristi se za savijanje preko velikih radijusa, tj. za izradu cilindričnih sudova tipa rezervoara, kotlova itd. Mašina za savijanje sastoji se od gornjeg i dva donja valjka. Gornji valjak ima mogućnost podešavanja po visini u zavisnosti od prečnika komada koji se savija. Šematski prikaz savijanja preko valjaka dat je na Slici 3.16.

predmet

Slika 3.16

Savijanje preko valjaka

K o d savijanja na specijalnim mašinama za savijanje pripremak u vidu žice i l i uske trake uvodi se u automat, a na izlazu se dobijaju gotovi izratci. Postupak se koristi u velikoserijskoj i masovnoj proizvodnji za izradu metalne galanterije. Da bi se analizirao proces savijanja, potrebno je definisati određene karakteristike procesa (osu savijanja, neutralnu osu) i veličine (ugao savijanja, radijus savijanja). Na Slici 3.17 prikazanje savijeni radni predmet u obliku V profda. Na Slici 3.17.a obilježena je neutralna osa na kojoj ne dolazi do deformacije vlakana u toku savijanja, kao i osa u odnosu na koju se vrši proces savijanja. Ugao savijanja (p je suplement zadanog ugla radnog predmeta a .

48


Vlakna koja se nalaze iznad neutralne ose opterećena su na istezanje, a vlakna koja se nalaze ispod neutralne linije opterećena su na pritisak (Slika 3.17.b ).

/

Zona istezanja

a) Parametri procesa

b) Naponi u savijenom dijelu Slika 3.17 Prikaz savijenog dijela

3.2.1 Određivanje dimenzija pripremka - razvijanje elemenata Dimenzija pripremka, tj. razvijena (početna) dužina elementa određuje se na osnovu konstruktivnog crteža izratka. A k o se savijeni komad podijeli na n ravnih dijelova i N dijelova savijenih pod određenim radijusom (Slika 3.18), onda se dimenzija pripremka (razvijena dužina elementa) može dobiti njihovim sumiranjem po izrazu:

^t^—ivin + Šrs) i=i tou , ,

(3-12)

=

gdje su: li - dužine ravnih dijelova; cp - uglovi savijanja; t

r; - unutrašnji radijusi savijanja; - koeficijent pomjeranja neutralne linije

(A

£=/

\s ) s - debljina lima. Slika 3.18

Razvijanje elementa

49


3.2.2 Elastično ispravljanje Kod projektovanja tehnološkog procesa savijanja treba uzeti u obzir činjenicu da plastičnu deformaciju uvijek prati elastična deformacija. Zbog toga dolazi do elastičnog ispravljanja, tj. promjene dimenzija plastično deformisanog komada nakon rasterećenja. Sematska ilustracija elastičnog ispravljanja prikazana je na primjeru jednostranog savijanja po fazama (Slika 3.19) i savijanja V profda (Slika 3.20).

a) Početna faza

b) Faza savijanja

Slika 3.19

Slika 3.20

c) Kraj procesa

d) Elastično ispravljanje

Elastično ispravljanje kod jednostranog savijanja

Elastično ispravljanje kod savijanja Vprofila

Sa Slike 3.19.d može se uočiti da nakon uklanjanja alata dolazi do "vraćanja" radnog predmeta u odnosu na konačni položaj nakon deformisanja ( Slika 3.19.c) tj. do elastičnog ispravljanja. Elastično ispravljanje treba uzeti u obzir pri konstrukciji alata za savijanje. Na osnovu proračunate veličine elastičnog ispravljanja treba dimenzionisati izvršne dijelove alata, tiskač i kalup, kako bi se nakon savijanja dobili izratci zadane geometrije. Neki načini smanjenja i eliminacije elastičnog ispravljanja kod savijanja dati su na Slici 3.21.

50


Slika 3.21

Metode smanjenja i eliminacije elastičnog ispravljanja

3.2.3 Deformaciona sila

Maksimalna deformaciona sila u procesu savijanja može se izračunati po približnom obrascu:

C F =

-^.-b-s

2 (

3

1

3

)

D gdje su: a - napon na istezanje; m

b - širina komada; s - debljina materijala; C - koeficijent D- rastojanje oslonaca Za savijanje V profila C = 1,33 , a za jednostrano savijanje C = 0,33 .

3.2.4 Alati i mašine za savijanje Sa Slika 3.13-3.15 može se uočiti da su osnovni izvršni dijelovi alata za savijanje tiskač i kalup za savijanje. Izgled alata za savijanje V profila dat je na Slici 3.22.

51


Slika 3.22 Alat za savijanje Vprofila Na Slici 3.23 prikazanje alat za savijanje U profila na kome su prethodno probijena tri otvora. Pozicije na Slici 3.23 označavaju: 1 - nosač donjeg dijela alata, 2 - donja međuploča, 3 - kalup za savijanje, 4 - svlakač radnog predmeta sa tiskača, 5 - nosač tiskača, 6 - gornja međuploča, 7 nosač gornjeg dijela alata, 8 - cilindrični kočić, 9 - cilindrični rukavac, 10 - čaura za vođenje stubne vodice, 11 - stubna vodica, 12 - tiskač, 13 - izbacivač radnog predmeta iz kalupa za savijanje. Alat za savijanje prikazan na Slici 3.23 konstruisan je tako da se tiskač nalazi u gornjem pokretnom dijelu alata, koji je preko cilindričnog rukavca (pozicija 9) vezan za pritiskivač prese. Kalup za savijanje (pozicija 3) nalazi se u donjem nepokretnom dijelu alata. Donji dio alata se pomoću određenog broja elemenata za stezanje veže za radni sto prese. Pripremak se postavlja na kalup za savijanje između dva fiksna graničnika. Kretanjem gornjeg dijela alata naniže, tiskač izvrši savijanje radnog predmeta u kalupu. Povratkom gornjeg dijela alata u početni položaj radni predmet se skida sa tiskača (pozicija 12) pomoću svlakača (pozicija 4) ako je radni predmet zaglavljen na tiskaču.

52


A k o radni predmet ostane u kalupu za savijanje on se pomoću izbijača (pozicija 13) izbija iz kalupa. Nakon uklanjanja radnog predmeta sa alata, postavljanjem novog pripremka, postupak savijanja se ponavlja.

Slika 3.23 Alat za savijanje U profila

Na Slici 3.24.a dat je šematski prikaz , a na 3.24.b izgled prese za profilno savijanje limova. Izgled standardnih alata za profilno savijanje limova prikazanje na Slici 3.25. Na Slici 3.25.a dat je šematski prikaz standardnog alata, a na Slici 3.25.b prikazane su faze savijanja limova na istom alatu. Mogući oblici savijanja limova na standardnom alatu prikazani su na Slici 3.25.C.

53


3.3 Rotaciono izvlačenje Rotaciono izvlačenje je tehnološki postupak obrade deformisanjem p o m o ć u kojeg se, od pripremka iz lima, dobijaju šuplji rotaciono simetrični dijelovi. Rotaciono izvlačenje, uz kovanje predstavlja jedan od najstarijih postupaka obrade deformisanjem. Nagli razvoj i primjena ove tehnologije ide uporedo sa razvojem NC i C N C upravljačkih sistema na mašinama za rotaciono izvlačenje. Postupak se koristi u uslovima maloserijske i srednjoserijske proizvodnje. U velikoserijskoj proizvodnji ekonomičnije je duboko izvlačenje, zbog veće brzine deformisanja. Radne predmete dobijene rotacionim izvlačenjem karakteriše visoki kvalitet površine, tako da nije potrebna naknadna obrada. Primjeri proizvoda izrađenih rotacionim izvlačenjem prikazani su na Slici 3.27.

Slika 3.27

Primjeri primjene rotacionog izvlačenja

Rotacionim izvlačenjem mogu se dobiti radni predmeti velikih dimenzija, prečnika i do 6 m. Veličina izradaka najbolje je ilustrovana na Slici 3.28 gdje su oni prikazani sa radnicima, tako da se m o ž e napraviti komparacija.

56


Slika 3.28

Veliki radni predmeti izrađeni rotacionim izvlačenjem

Šematski prikaz rotacionog izvlačenja u početnoj i krajnjoj fazi dat je na Slici 3.29.

trn

pripremak

izradak

n CL rolnica

Slika 3.29

Šematski prikaz rotacionog izvlačenja

Pripremak oblika ravnog lima oblikuje se preko trna. Zahvat alata i materijala je parcijalan, tako da se proces odvija postupno sa relativno malom silom deformisanja. Alat se može voditi ručno i l i kompjuterski. Prednost postupka ogleda se u tome što oblik rolnice nije uslovljen oblikom izratka. K o d rotacionog izvlačenja pripremak kružnog oblika, pričvršćen držačem uz trn, izvodi obrtno kretanje, a rolnica koja postepeno oblikuje pripremak prema obliku trna izvodi translatorno kretanje. Glavna kretanja alata i radnog predmeta kod rotacionog izvlačenja šematski su predstavljena na Slici 3.30.

57


Slika 3.30

Šematski prikaz glavnih kretanja kod rotacionog izvlačenja

Rotaciono izvlačenje koristi se za dobijanje koničnih i l i krivolinijskih oblika izradaka, koje je na drugi način nemoguće i l i vrlo teško dobiti. Oblikovanje se odvija na sobnoj temperaturi, iako se m o ž e vršiti i na povišenim temperaturama ukoliko se radi o debljim elementima i l i materijalu čije mehaničke osobine to uslovljavaju ( povišena čvrstoća i niska žilavost). Mašine koje se koriste u procesu rotacionog izvlačenja su slične strugovima sa određenim specifičnostima. Izgled mašina za rotaciono izvlačenje dat je na Slikama 3.31 i 3.32.

Slika 3.31

58

Mašina za rotaciono izvlačenje


3.4 Specijalni postupci 3.4.1

Provlačenje

Provlačenje je tehnološki postupak obrade deformisanjem kod koga se na radnom predmetu, sa prethodno izrađenim otvorom prečnika d , formira grlo prečnika D i visine H. Provlačenje se koristi za izradu prstenova iz prethodno izvučenih komada, izradu čaura sa vijencem i l i za spajanje komada. Šematski prikaz procesa dat je na Slici 3.33.

Slika 3.33

Šematski prikaz provlačenja

Sa Slike 3.33 može se uočiti da su osnovni izvršni dijelovi alata za provlačenje provlakač (1) i prsten za provlačenje (3). Na pripremku (2) se prethodno izradi otvor bušenjem i l i probijanjem u alatu na presi. Pripremak i izradak prikazani su na Slici 3.34.

a) pripremak Slika 3.34

60

b) izradak Pripremak i izradak za provlačenje


K o d dimenzionisanja pripremka potrebno je odrediti prečnik otvora d, iz uslova jednakosti zapremine komada prije i poslije provlačenja. Prečnik otvora se može izračunati pomoću približnog obrasca: d = D-(DH-0,S6r -1,43*)

(3.14)

M

gdje su: D - srednji prečnik grla; H - visina grla; r - radijus prstena za provlačenje; s - debljina lima prije provlačenja. M

Vrijednost deformacione sile može se dobiti p o m o ć u približnog obrasca: F = \,\-7r-s-CF (D-d)

(3.15)

m

gdje je: a

m

- čvrstoća materijala na istezanje.

3.4.2 Sužavanje Sužavanje je tehnološki postupak obrade deformisanjem kod koga dolazi do smanjenja prečnika i promjene oblika jednog kraja radnog predmeta. Na Slici 3.35 dati su primjeri proizvoda izrađenih sužavanjem.

Slika 3.35

Primjeri sužavanja

61


K a o pripremak se kod sužavanja koriste cijevi i l i dijelovi prethodno izrađeni dubokim izvlačenjem. Izgled pripremka i izratka za sužavanje cijevi prikazan je na S l i c i 3.36.a, a proces sužavanja rotacionim kovanjem prikazanje na Slici 3.36.b. Pozicije prikazane na slici rotacionog kovanja označavaju: 1-struktura mašine, 2-obrtni valjci, 3-nosači udaraca, 4-pogon udaraca i 5-udarači. K o d rotacionog kovanja pripremak u obliku cijevi miruje, a udarači izvode obrtno kretanje oko cijevi i translatorno kretanje u momentu udara u cijev.

Proces sužavanja m o ž e se izvoditi: p o m o ć u alata na presama (u hladnom, polutoplom i toplom stanju), rotacionim kovanjem i radijalnim kovanjem. K o d alata na presama izvršni dijelovi alata za sužavanje su kalup za sužavanje i vodica radnog predmeta. Ugradnja grijača oko kalupa za sužavanje i hladnjaka oko cijevi o m o g u ć a v a sužavanje u toplom stanju sa optimalnom temperaturom za materijal od kojeg je izrađena cijev. Dimenzije pripremka određuju se iz uslova jednakosti zapremine prije i poslije deformisanja. Dimenzionisanje pripremka i proračun deformacione sile zavisi od tipa sužavanja. Obzirom da je ovdje proces prikazan informativno, bez dublje analize i detaljnijeg osvrta, proračun neće biti predmet razmatranja, a m o ž e se naći u literaturi.

62


3.4.3

Proširivanje

Proširivanje je tehnološki postupak obrade deformisanjem kod koga dolazi do povećanja poprečnih dimenzija radnog komada. Proces se najviše primjenjuje u vazduhoplovnoj industriji za izradu profdnih prstenastih elemenata. Izgled pripremka i izradaka dobivenih proširivanjem cijevi dat je na Slici 3.37.

Slika 3.37 Izgled pripremka i izradaka Kao pripremak za proširivanje koriste se cijevi i cilindrični elementi izrađeni dubokim izvlačenjem. Dimenzije pripremka određuju se iz uslova jednakosti zapremine prije i poslije deformisanja. Proširivanje se vrši u alatima na hidrauličnim i krivajnim presama prostog i dvostrukog dejstva. Izvršni dijelovi alata za proširivanje su tiskač i nosač radnog predmeta.

3.4.4 Clinching Clinching je tehnološki postupak spajanja deformacijom. To je metoda mehaničkog spajanja materijala, koja se sastoji od djelimičnog ubadanja i naknadnog pritiska, tako da se veza ostvaruje hladnim deformisanjem. Razvoj novih materijala uticao je na povećanje primjene ovog postupka spajanja. Ovaj postupak spajanja zbog jednostavnosti sve više zamjenjuje klasične postupke , kao što je tačkasto zavarivanje. Upotreba ovog postupka koristi se kod konstrukcija izloženih dinamičkim opterećenjima. Spojevi dobiveni na ovaj način odlikuju se dobrim statičkim i dinamičkim osobinama. Clinching se danas najviše primjenjuje u: automobilskoj industriji; industriji elektronskih aparata; proizvodnji kompjutera; industriji kućanskih aparata, itd.

63


Clinchingom se spajaju materijali koji pokazuju dobru deformabilnost na sobnoj temperaturi. Na ovaj način se mogu spajati čelici, aluminijum i drugi neželjezni materijali. Spajati se mogu limovi iste i l i različite vrste materijala i različitih debljina (Slika 3.40). A k o se spajaju limovi od istog materijala, deblji l i m se postavlja sa strane tiskača, a tanji sa strane kalupa. K o d spajanja limova različitih materijala preporuka je da se tvrđi materijal postavlja sa strane tiskača, a mekši sa strane kalupa. A k o se spajaju limovi od različitih materijala i različite debljine, onda je pravilo da se deblji l i m postavlja sa strane tiskača, a tanji sa strane kalupa.

Slika 3.40

Izgled spojeva

Na Slici 3.41 prikazana je presa za clinching.

Slika 3.41

Presa za clinching

65


3.5 Razvlačenje Razvlačenje je tehnološki postupak obrade deformisanjem koji predstavlja kombinaciju savijanja i istovremenog istezanja. Postupak se primjenjuje u vazduhoplovnoj industriji za izradu napadnih ivica i sličnih dijelova aviona, a u automobilskoj industriji za izradu krupnih elemenata (dijelova autobusa). Pri procesu razvlačenja pripremak se oblikuje pod dejstvom istežućih sila. Fiksiran je na krajevima, a oblikovanje se vrši pomoću alata za oblikovanje, kako je to prikazano na Slici 3.42 u realnim uslovima.

Slika 3.42 Proces razvlačenja Faze procesa razvlačenja prikazane su na Slici 3.43.

c.

d. Slika 3.43 Faze razvlačenja

66


U početnoj fazi procesa (Slika 3.43.a) radni sto prese sa alatom za oblikovanje nalazi se u donjem položaju, a lim za oblikovanje se postavlja u stezne čeljusti. Nakon toga vrši se zatezanje lima na unaprijed proračunatu silu zatezanja (Slika 3.43.b). Kretanjem radnog stola naviše zajedno sa alatom za oblikovanje, izvrši se oblikovanje lima (Slika 3.43.c). Na kraju procesa, otvaraju se stezne čeljusti i radni sto prese sa alatom za oblikovanje vraća se u svoj početni položaj zajedno sa oblikovanim limom (Slika 3.43.d). Nakon skidanja radnog predmeta sa alata za oblikovanje, process se ponavlja, postavljanjem novog lima u stezne čeljusti. Kao pripremak se koriste trake od lima. Dimenzije pripremka računaju se iz jednakosti površina , uz dodatak površina za stezanje. Zbog dodatka za stezanje, stepen iskorištenja materijala je znatno manji u odnosu na klasično izvlačenje. Nakon operacije razvlačenja, dodatak za stezanje se obrezuje. Deformaciona sila razvlačenja može se dobiti po približnom obrascu: F = k-b-s

(3.14)

gdje su: k- specifični deformacioni otpor materijala; b - širina materijala; s - debljina lima. Razvlačenje se može izvoditi i na hidrauličnim presama, uz konstrukciju specijalnih alata za razvlačenje. Na Slici 3.44.a i b dat je izgled dvije različite konstrukcije prese za razvlačenje sa alatom za razvlačenje za izradu radnih predmeta velikih dimenzija.

67


4. TEHNOLOGIJE RAZDVAJANJA

4.1 Probijanje i prosijecanje Probijanje i prosijecanje je postupak obrade deformisanjem kod koga se razdvajanje materijala vrši po zatvorenoj konturi, pomoću alata na presama. K o d ovog postupka iz pripremka u vidu ploča i traka od lima dobijaju se izratci različitog oblika unutrašnje i vanjske konture. Tako dobijeni izratci mogu se koristiti kao gotovi proizvodi i l i kao pripremci za druge tehnološke postupke npr. duboko izvlačenje i savijanje. Na Slici 4.1 prikazani su različiti proizvodi izrađeni ovom tehnologijom.

Slika 4.1

Primjeri probijanja i prosijecanja

Probijanje i prosijecanje su operacije koje se razlikuju samo u načinu tolerisanja alata. K o d probijanja probijeno jezgro otpadak, a kod prosijecanja prosječeno jezgro radni komad. (Slika 4.2)

78


otpadak

radni predmet

radni predmet

otpadak

• ?

a. Slika 4.2 Prosijecanje (a) i probijanje (b) Sematski prikaz probijanja i prosijecanja prikazanje na Slici 4.3.

1

06 1

i i

f

"•"1 i i

Slika 4.3 Sematski prikaz procesa Sa Slike 4.3 se vidi da se u početnoj fazi procesa pripremak od lima debljine (s) postavlja na prsten za probijanje (prosijecanje). Sila sa prese se preko prosjekača (probojca), koji se nalazi u gornjem dijelu alata, prenosi na materijal. Oblik probojca (prosjekača) i otvora prstena za probijanje i prosijecanje određuje se na osnovu oblika izratka. Faze procesa probijanja i prosijecanja date su na Slici 4.4.

79


a.

b.

c.

d.

e.

Slika 4.4 Faze probijanja i prosijecanja Slika 4.4.a prikazuje početnu fazu procesa kada dolazi do kantakta između probojca (prosjekača) i pripremka. Na Slici 4.4.b prikazan je trenutak nastajanja elastičnih, a onda i plastičnih deformacija i početak razdvajanja materijala (Slika 4.4.c). Pomjeranjem probojca (prosjekača) na dole dolazi do potpunog razdvajanja materijala i propadanja izratka kroz otvor prstena za probijanje (prosijecanje) (Slika 4.4.e). Na Slici 4.5.a prikazan je radni predmet dobijen probijanjem i prosijecanjem, a na Slici 4.5.b.

Slika 4.5 Izgled gotovog radnog predmeta i trake Iz prikaza trake se vidi da se izradak može dobiti u 4 koraka. U prvom koraku izvršeno je probijanje središnjeg otvora i 12 otvora po obimu, u drugom (nakon pomicanja trake za proračunatu dužinu koraka) probijena su još četiri kružna otvora. U trećem koraku izvršeno je probijanje središnjeg otvora na konačnu dimenziju i na kraju je prosječena kontura izratka.

80


Pored klasičnog prosijecanja postoji i fino prosijecanje. Postupak se koristi za izradu radnih predmeta kod kojih se zahtijevaju uže tolerancije i veći kvalitet izrade. Sematski prikaz finog prosijecanja dat je na Slici 4.6.

a.

b. Slika 4.6

Sematski prikaz finog prosijecanja

Sa Slike 4.6 može se uočiti da se postupak u odnosu na klasično prosijecanje bitno razlikuje po konstrukciji alata. Radni predmet se postavlja na prsten za prosijecanje (Slika 4.6.a) i sa gornje strane pridržava pomoću zateznog V rebra, koje vrši zatezanje u materijalu prije prosijecanja. Sa donje strane u reznu ploču se postavlja držač (izbijač) radnog predmeta, koji u svim fazama prosijecanja pridržava radni predmet. Pri projektovanju procesa probijanja i prosijecanja treba voditi računa o veličini zazora između izvršnih dijelova alata (probojca i l i prosjekača) i prstena. (Slika 4.7)

Slika 4.7

Zazor kod probijanja i prosijecanja

81


Optimalna vrijednost zazora garantuje ravnu ivicu prosječenog (probijenog) komada i dobar kvalitet. Ukoliko se izabere mala i l i suviše velika vrijednost zazora kao posljedica se javlja neravna prekidna površina. Na Slici 4.8 dat je izgled rezne ivice radnog predmeta. Ravni dio rezne ivice nastao je rezanjem, a neravni dio nastao je čupanjem materijala. L- SCI

tUI- JO.i) Ml l.CO*» i

kt>-

»K- X :'»." —i

riniliJ- -I

Slika 4.8 Izgled rezne ivice u radnom predmetu

Za projektovanje procesa i konstrukciju alata veoma je važno pravilno odrediti raspored radnih komada u traci. Radni predmeti se mogu u traci rasporediti u jednom redu i onda se govori o jednorednom rasporedu i l i u više redova (višerednom rasporedu). Prikaz rasporeda radnih komada u traci dat je na Slici 4.9.

Stepen iskorištenja: 56,8%

65%

67,4%

73,2%

Slika 4.9 Primjeri jednorednog, dvorednog, trorednog i šestorednog rasporeda Širina trake treba da bude nešto veća od širine radnog predmeta (kod jednorednog rasporeda). Sa Slike 4.9 može se uočiti da se stepen iskorištenja trake povećava sa povećanjem redova u višerednom rasporedu. U praksi je opravdano težiti smanjenju gubitka materijala (otpatka), ali taj zahtjev treba «pomiriti» sa zahtjevima vezanim za konstrukciju alata. Alati za jednoredni raspored su znatno jednostavniji i njihova izrada je jeftinija od alata za višeredni raspored radnih komada u traci.

82


4.1.1. Deformaciona sila i deformacioni rad Deformaciona sila za alate sa paralelnim reznim ivicama može se odrediti po obrascu:

F = f L -s-r J

i

m

[N]

(4.1)

gdje su: ^L, - o b i m svih dijelova koji se probijaju i l i prosijecaju; i=i

s - debljina lima; r - čvrstoća smicanja. m

Mehaničke osobine limova za različite materijale date su u Tabeli 4.1.

Materijal C.0145 Č.0146 C.0147 C.0148 A l 99,5 A l 99,0 Al Mg 2 AlMg 5 C u 99,5 Cu72Zn

cr

N1 mm

2

m

2 8 0 - 500 280 - 420 280 - 400 280 - 380 7 0 - 100 80-110 180 - 230 230 - 270 250 - 300 250 - 320

r

NI mm

2

m

240 - 400 240 - 340 240-320 240 - 340 50-60 60-75 115-150 140-180 200 - 240 220 - 270

Tabela 4.1. Mehaničke osobine limova Rad probijanja i prosijecanja za alate sa paralelnim reznim ivicama može se odrediti pomoću obrasca: W = x•F •s m

[Nmm]

(4.2)

gdje su: F - maksimalna sila probijanja (prosijecanja); m

x - faktor koji se bira u zavisnosti od debljine i vrste materijala

83


Iz izraza (4.1.) može se uočiti daje sila direktno proporcionalana sa veličinama L, s, x . Ukoliko m

se radi o materijalu velike debljine (s), velikih dimenzija (L) i l i tvrdom materijalu ( r ) može m

doći do velikog rasta sile probijanja i prosijecanja. Ukupna sila probijanja i prosijecanja može se smanjiti na slijedeće načine: 1) Upotrebom alata sa zakošenim reznim ivicama; 2) Upotrebom alata sa različitom dužinom probojaca i prosjekača; 3) Probijanjem (presijecanjem) na povišenim temperaturama. Prva dva načina smanjenja sile probijanja i prosijecanja prikazana su na Slici 4.10.

b

p o

p o

li

1

e

f

rq

• g po

po

—+

Slika 4.10 Načini smanjenja sile K o d probijanja se zakošenje izvodi na probojcu (Slika 4.10. b,c,d) a kod prosijecanja na prstenu (Slika 4.10 e,f). K o d alata sa različitom dužinom probojaca i prosjekača (Slika 4.10. g) dolazi do vremenski pomjerenog kontakta između probojaca i prosjekača i pripremka. Zbog toga su i maksimumi sila probijanja i prosijecanja vremenski pomjereni, te je rezultat smanjenje ukupne sile. Pri presijecanju na povišenim temperaturama opada čvrstoća smicanja materijala, što direktno utiče na smanjenje deformacione sile. U proračunima sile treba uvrštavati vrijednost r

m

za

zadanu temperaturu.

4.1.2 Alati i mašine za probijanje i prosijecanje Proces probijanja i prosijecanja vrši se najčešće na mehaničkim ( krivajnim, ekscentar, koljenastim) presama pomoću specijalnih alata. Na Slikama 4.11 i 4.12 dat je izgled alata za izradu radnog predmeta u obliku ključa i radnog predmeta u obliku pločice s otvorima.

84


3D prikaz jednog jednostavnog alata za probijanje i prosijecanje dat je na Slici 4.13.

Slika 4.13 3D prikaz alata Sematski prikaz alata za probijanje i prosijecanje dat je na Slikama 4.14 i 4.15. Pozicije na Slici 4.14 označavaju: 1 - nosač donjeg dijela alata, 2 - rezna ploča (prsten za prosijecanje), 3 - vodica trake i prosjekača, 4 - opruga, 5 - nosač prosjekača, 6 - kaljena međuploča, 7 - nosač gornjeg dijela alata, 8 - cilindrični kočić, 9 - cilindrični rukavac, 10 čaura za vođenje stubne vodice, 11 - prosjekač, 12 - stubna vodica, 13 - imbus vijak.

13 Slika 4.14 Alat za prosijecanje

86


Pozicije na Slici 4.15 označavaju: 1 - nosač donjeg dijela alata, 2- rezna ploča probijanje), 3 - graničnik radnog predmeta, 4- vodica probojaca i svlakač trake, probojaca, 64ialjena međuploča, 7- nosač gornjeg dijela alata, 8-zavojna opruga, svlakača, 10-cilindrični rukavac, 11-imbus vijak, 12-čaura za vođenje stubne vodice, vodica, 14-probojac, 15-otpadak, 16-cilindrični kočić.

(prsten za 5- nosač 9-vođica 13-stubna

2 1

16

Slika 4.15 Alat za probijanje

Alati za probijanje i prosijecanje postavljaju se na mehaničke prese prikazane na Slici 3.10. Donji dio alata se veže za radni sto prese i on je nepokretan, a gornji dio alata se preko cilindričnog rukavca veže za pritiskivač prese. Preko pritiskivača prese obezbjeđuje se sila potrebna za probijanje i prosijecanje.

87


4.2 Odsijecanje na makazama Odsijecanje na makazama je postupak razdvajanja materijala pomoću noževa različitog oblika. Odsijecanjem se iz limova dobijaju trake, koje se koriste za dalju preradu u alatima na presama. Postupkom odsijecanja materijal se priprema za druge tehnološke postupke. Na Slici 4.16 prikazanje postupak odsijecanja.

Slika 4.16 Odsijecanje na makazama Prema obliku i položaju u toku procesa razlikuju se tri vrste noževa: ravni paralelni noževi; ravni nagnuti noževi; kružni noževi. Ravni paralelni i ravni nagnuti noževi koriste se za odsijecanje traka iz tabli lima i l i za odsijecanje komada. Pomoću ovih noževa mogu se odsijecati materijali debljine do 40 mm. Sematski prikaz odsijecanja sa ravnim paralelnim noževima dat je na Slici 4.17.

a. b. Slika 4.17 Sematski prikaz odsijecanja sa ravnijn paralelnim noževima

88


Sa Slike 4.17 može se uočiti da su rezne ivice noževa u toku procesa paralelne. Deformaciona sila pri odsijecanju na makazama s ravnim paralelnim noževima može se dobiti pomoću približnog obrasca: F = 0,7-b-s-z

(4.3)

m

gdje su: b - širina materijala; s - debljina materijala; r - čvrstoća na smicanje. m

Deformacioni rad može se dobiti pomoću izraza: W = a-A-s

(4.4)

gdje su: a - specifični deformacioni rad

a = jrde o

€

ol

- relativna dubina prodiranja noža.

Ravni nagnuti noževi koriste se za sječenje obradaka kod kojih je debljina relativno mala u odnosu na širinu. Upotrebom ovih noževa smanjuje se sila odsijecanja, jer je u toku razdvajanja samo dio ukupne dužine linije razdvajanja u procesu deformisanja. Sematski prikaz odsijecanja sa ravnim nagnutim noževima dat je na Slici 4.18.

nož

-" _______

•*

1

donji nož

Slika 4.18 Odsijecanje sa ravnim nagnutim noževima

89


Deformaciona sila pri odsijecanju sa ravnim nagnutim noževima može se dobiti po približnom obrascu:

F = 0,75--

(4.5)

£ • Tm

tga

gdje su: s - debljina lima; a - ugao između noževa; s - relativna dubina prodiranja noža u material. Deformacioni rad za odsijecanje sa ravnim nagnutim noževima može se dobiti po istom obrascu kao kod odsijecanja sa pravim paralelnim noževima (4.4). Kružni noževi koriste se za: odsijecanje traka iz tabli lima, uzdužno i poprečno odsijecanje traka i odsijecanje okruglih pripremaka. Pomoću ovih noževa, zavisno od vrste mašine mogu se odsijecati materijali debljine do 30 mm. Sematski prikaz procesa dat je na Slici 4.19.

Slika 4.19

Sematski prikaz razdvajanja materijala kružnim noževima

Deformaciona sila odsijecanja sa kružnim noževima može se izračunati po obrascu:

F = 0,75 •

•sr

ni

Izgled mašine za odsijecanje dat je na Slici 4.20.

90

(4.6)


5. T E H N O L O G I J E ZAPREMINSKOG O B L I K O V A N J A 5.1 Izvlačenje sa redukcijom debljine zida Duboko izvlačenje sa redukcijom debljine zida je postupak kod koga se vrši istovremena redukcija po prečniku i debljini zida radnog komada. K a o pripremci se najčešće koriste komadi dobijeni procesom dubokog izvlačenja. Ova tehnologija se najviše primjenjuje u namjenskoj industriji, za proizvodnju municije. Na Slici 5.1 dati su primjeri proizvoda dobivenih izvlačenjem sa redukcijom debljine zida.

I

II

III

IV a.

Slika 5.1

V

VI b.

Primjeri primjene izvlačenja sa redukcijom debljine zida

Na Slici 5.1.a prikazani su pripremci (I i IV) i izratci (II, III, V, V I ) za dvije grupe proizvoda dobiveni izvlačenjem sa redukcijom debljine zida na petostepenim alatima. Na S l i c i 5.1 .b prikazanje pripremak za izradu čaure i faze izrade čaure u prve četiri operacije. Sematski prikaz pripremaka i izradaka za izvlačenje sa redukcijom debljine zida dat je na Slici 5.2.

Slika 5.2 Sematski prikaz pripremka i izratka

96


Na osnovu izgleda pripremka i izratka može se uočiti da u procesu izvlačenja sa redukcijom debljine zida dolazi do redukcije prečnika i debljine zida i povećanja visine radnog predmeta. Debljina dna radnog predmeta ostaje konstantna u toku procesa. Dimenzije pripremka određuju se iz uslova jednakosti zapremine prije i poslije deformisanja. Šematski prikaz procesa izvlačenja sa redukcijom debljine zida dat je na Slici 5.3.

Slika 5.3 Šematski prikaz izvlačenja sa redukcijom debljine zida

Slika 5.4 Prsten za izvlačenje

U procesu izvlačenja sila se preko izvlakača prenosi na radni predmet, koji se protiskuje kroz otvor prstena za izvlačenje. Osnovni izvršni dijelovi alata su izvlakač i prsten za izvlačenje. Njihovo dimenzionisanje vrši se na osnovu zadanih dimenzija radnog predmeta kojeg treba izraditi. Šematski prikaz prstena za izvlačenje dat je na Slici 5.4. Prstenovi za izvlačenje izrađuju se od konstrukcionih čelika sa radnim dijelom od tvrdog metala. Prečnik prstena za izvlačenje određuje se na osnovu zadanog vanjskog prečnika radnog predmeta. Izvlačenje sa redukcijom debljine zida najčešće se projektuje tako da se prvo izvrši redukcija po prečniku, a zatim po debljini zida. Izvlačenje sa redukcijom debljine zida najčešće se izvodi na višestepenim alatima. Proces se izvodi kontinuirano kroz više prstenova koji su u alatu postavljeni jedan iza drugog. Set prstenova ( maksimalno 6) postavlja se u nosač prstenova, koji je smješten u donjem dijelu alata. Na Slici 5.5 prikazana je šema procesa dubokog izvlačenja sa redukcijom debljine zida na višestepenom alatu.

1-6 - prstenovi za izvlačenje; 7 - izvlakač; 8 - radni predmet (izradak)

Slika 5.5

Višestepeni alat za duboko izvlačenje sa redukcijom debljine zida

97


Tok višestepenog izvlačenja i promjena dimenzija radnog predmeta u toku procesa izvlačenja mogu se pratiti kroz faze procesa prikazane na S l i c i 5.6. Simulacijom procesa izvlačenja omogućava se određivanje dimenzija radnog predmeta u svakom trenutku izvlačenja, pri njegovom prolasku kroz višestepeni alat.

d.

e.

f.

(a - trenutak ulaska pripremka u prvi prsten za izvlačenje; b- trenutak ulaska obratka u drugi prsten; c- trenutak ulaska obratka u treći prsten; d- trenutak izlaska dna obratka iz trećeg prstena; e- trenutak deformisanja dna obratka u četvrtom prstenu;/- izgled izratka)

Slika 5.6

Simulacija procesa izvlačenja na višestepenom alatu

Izrazi za izračunavanje deformacione sile izvlačenja sa redukcijom debljine zida kod višestepenih alata su složeni.

98


U literaturi postoji izraz za približno izračunavanje sile izvlačenja sa redukcijom debljine zida u obliku:

F

=

A -k -(p- 1 + 2 i

sr

1

a

1 a

l—cp+ • 1

J

2
(5.1)

gdje su: A; - površina poprečnog presjeka izratka nakon izvlačenja; k - srednja vrijednost specifičnog deformacionog otpora materijala; q> - logaritamski stepen deformacije s r

4 Ao - površina poprečnog presjeka pripremka; ju - koeficijent trenja; a - ugao prstena za izvlačenje. Deformaciona sila m o ž e se odrediti u toku procesa izvlačenja eksperimentalnim putem. Izgled snimljenih dijagrama sile u zavisnosti od puta izvlačenja dat je na Slici 5.7.

Dijagram sile izvlačenja prikazan na Slici 5.7.a dobijen je izvlačenjem pripremka kroz jedan prsten u alatu. Na Slici 5.7.b prikazana su tri dijagrama sile izvlačenja dobijena izvlačenjima na tri različita petostepena alata. Sva tri istraživana petostepena alata imaju isti stepen deformacije i približno istu ukupnu silu, ali je preraspodjela opterećenja na pojedine prstenove u alatima različita.

99


Tačka 1 na dijagramu 5.7.a predstavlja maksimalnu vrijednost sile i odgovara trenutku kada dno radnog predmeta izađe iz prstena za izvlačenje. Tačke 6 i 7 predstavljaju referentne tačke za deformisanje omotača, tj. vrijednost sile u referentnim t a č k a m a pri deformisanju omotača. Tačke 1, 2, 3, 4, 5 (Slika 5.7.b) predstavljaju maksimalne sile koje nastaju prilikom deformisanja dna obratka pri prolasku kroz prvi, drugi, treći, četvrti i peti prsten u višestepenom alatu. Maksimalna sila koja nastaje deformisanjem dna obratka, pri prolasku kroz posljednji prsten u višestepenom alatu, je maksimalna sila na dijagramu. Brojevima 6 i 7 obilježene su tačke, koje predstavljaju vrijednosti deformacione sile pri deformisanju omotača obratka. Dijagrami prikazani na Slici 5.7 dobiveni su eksperimentalnim istraživanjima u laboratorijskim uslovima. Izvlačenje je izvršeno na hidrauličnoj kidalici p o m o ć u eksperimentalnog alata prikazanog na Slici 5.8. Svako izvlačenje je rezultiralo automatskom registracijom vrijednosti deformacione sile na pisaču hidraulične kidalice.

Slika 5.8

Šematski prikaz eksperimentalnog alata

Pozicije na Slici 5.8 označavaju: 1- izvlakač; 2- radni komad (obradak); 3- prsten za vođenje; 4- nosač alata (prstenova); 5, 6, 8,10,11 - prstenovi za izvlačenje; 7,9- prstenovi za hlađenje; 12- donja ploča; 13-čaura za vođenje izvlakača Istraživanja u proizvodnim uslovima daju stvarnu sliku ukupnog opterećenja višestepenih alata u realnim uslovima proizvodnje. Crtež petostepenog alata koji se koristi u proizvodnim uslovima dat je na S l i c i 5.9.

100


4

Slika 5.9 Petostepeni alat Pozicije na Slici 5.9 označavaju: 1-izvlakač, 2-navrtka nosača izvlakača, 3-stezač izvlakača, 4-podloška izvlakača, 5-podmetač graničnika svlakača, 6-graničnik svlakača, 7-opruga svlakača, 8-kućište svlakača, 9-svlakač, 10-prstenovi za izvlačenje, 11-podmetač, 12-nosač prstenova, 13-vođice, 14-nosač svlakača. Način eksperimentalnog određivanja sile izvlačenja na višestepenim alatima prikazanje na Slici 5.10.

Slika 5.10

Skica mjernog lanca

101


Za eksperimentalno određivanje sile izvlačenja koristi se specijalni davač na koji se lijepe mjerne trake za registraciju i mjerenje sile u toku procesa. Davač se postavlja iznad izvlakača (na mjesto podloške izvlakača - pozicija 4, Slika 5.9). Veza između davača i mjernog uređaja ostvaruje se pomoću kablova. Signal sa davača prenosi se na mjerni uređaj, koji je opremljen odgovarajućim softwar-om i povezan sa računarom. Na r a č u n a m se dobije prikaz dijagrama sile izvlačenja u zavisnosti od vremena.

102


5.2 Istiskivanje Istiskivanje je tehnološki postupak kod koga se pod dejstvom deformacione sile materijal dovodi u stanje plastičnog tečenja i istiskuje kroz otvor kalupa i l i kroz zazor između tiskača i kalupa. Postupkom istiskivanja mogu se izrađivati izratci složenog oblika od čelika, obojenih metala i njihovih legura (cink, aluminij, legure aluminija itd.). Istiskivanje se koristi u uslovima masovne proizvodnje, a najviše se primjenjuje u: - automobilskoj; - radio i tv industriji - i vojnoj industriji (za proizvodnju naoružanja i projektila). Izvodi se u hladnom, polutoplom i toplom stanju. Najviše se koristi istiskivanje u hladnom stanju. O v i m postupkom, uz upotrebu odgovarajućih alata, mogu se u jednoj operaciji izraditi dijelovi za koje bi kod dubokog izvlačenja trebalo više operacija. Neki primjeri proizvoda izrađenih istiskivanjem dati su na Slici 5.11.

Slika 5.11

Primjeri proizvoda dobivenih istiskivanjem

U zavisnosti od kretanja materijala u toku istiskivanja razlikuju se tri postupka istiskivanja: protusmjerno istiskivanje; istosmjerno istiskivanje i kombinovano istiskivanje. K o d protusmjernog istiskivanja, pod dejstvom deformacione sile, materijal se istiskuje kroz zazor između tiskača i kalupa i teče uz tiskač u suprotnom smjeru od smjera njegovog kretanja. K o d istosmjernog istiskivanja materijal se istiskuje kroz otvor u kalupu i kreće se u smjeru kretanja tiskača. Kombinovano istiskivanje predstavlja istovremenu kombinaciju protusmjernog i istosmjernog istiskivanja i koristi se za izradu složenih oblika.

103


Šematski prikaz faza protusmjernog istiskivanja dat je na Slici 5.12.

40 i I

rh )

:

KVS yV\N

a)

b

) U.

Slika 5.12

d) I

Faze protusmjernog istiskivanja

U početnoj fazi procesa (Slika 5.12. a i b) pripremak oblika gredice se postavlja u otvor kalupa. Pod dejstvom sile, koja se sa tiskača prenosi na materijal, pripremak se istiskuje kroz zazor između tiskača i kalupa u smjeru suprotnom od smjera kretanja tiskača (Slika 5.12. c). Nakon završenog istiskivanja, u posljednjoj fazi procesa, izradak se izbijačem izbacuje na površinu kalupa. Osnovni izvršni dijelovi alata za istiskivanje su: tiskač (1), kalup za istiskivanje (3) i izbijač (4). Protusmjernim istiskivanjem izrađuju se posude različitih oblika poprečnih presjeka kod kojih je debljina zida mala u odnosu na prečnik i l i je srazmjerna prečniku, pa se u tom slučaju proces naziva ubadanje. U zavisnosti od oblika izratka razlikuju se dva tipa istosmjernog istiskivanja: istosmjerno istiskivanje punih tijela i istosmjerno istiskivanje šupljih tijela. Pripremak za istosmjerno istiskivanje punih tijela je gredica, a za istosmjerno istiskivanje šupljih tijela komad dobiven dubokim izvlačenjem. Šematski prikaz faza istosmjernog istiskivanja punih tijela dat je na Slici 5.13, a istosmjernog istiskivanja šupljih tijela na Slici 5.14.

("•••Ć~>

a)

b)

Slika 5.13 Istosmjerno istiskivanje punih tijela

104


r 2

--fi: S01 \

'

3

{

SI

\

i b)

m i

4 i

c)

d)

Slika 5.14 Istosmjerno istiskivanje šupljih tijela Kombinovanim istiskivanjem izrađuju se radni predmeti veoma složenog oblika. Neki oblici koji se izrađuju ovim postupkom prikazani su na Slici 5.15, a faze izrade jednog radnog predmeta kombinovanim istiskivanjem date su na Slici 5.16.

r* V

7

v 9 H m Slika 5.15 Primjeri kombinovanog istiskivanja

Slika 5.16 Faze izrade radnog predmeta kombinovanim istiskivanjem

Dimenzije pripremka određuju se iz uslova jednakosti zapremine prije i poslije deformisanja. K o d istiskivanja rotaciono simetričnih komada prečnik gredice je jednak vanjskom prečniku izratka. Visina pripremka određuje se iz uslova jednakosti zapremine pripremka i izratka.

105


Deformaciona sila protusmjernog istiskivanja (Slika 5.12)

može se izračunati po obrascu:

F = A-p=^--p

(5.2)

gdje su: A - površina na koju djeluje tiskač; di - unutrašnji prečnik izratka; p - radni pritisak protusmjernog istiskivanja. Radni pritisak protusmjernog istiskivanja određuje se pomoću obrasca: f p=k

J \

1+

s V

3 ho j

0,25 + ^=2.

(5.3)

gdje su: ko - specifični deformacioni otpor za ep = 0 ; ki - specifični deformacioni otpor za ep =

0

A - površina poprečnog presjeka pripremka; Ai - površina poprečnog presjeka izratka. 0

Deformacioni rad protusmjernog istiskivanja određuje se pomoću izraza: W=

1000

L

[Nm] J

gdje su: F - maksimalna sila istiskivanje; H [mm] - hod tiskača.

106

v

(5.4) '


Obrazac za izračunavanje sile istosmjernog istiskivanja punih tijela (Slika 5.13) dat je u obliku:

F = A -p = ^ - p

(5.5)

0

gdje su: A - površina poprečnog presjeka pripremka; p- radni pritisak istosmjernog istiskivanja. 0

Radni pritisak istosmjernog istiskivanja punih tijela određuje se po obrascu: F P=— =

. s r -

k

4>

, u 2 a + 4pk ^
(5.6)

a

gdje su: k - srednja vrijednost specifičnog deformacionog otpora; q> - glavna logaritamska deformacija; sr

x

p - koeficijent trenja; a - ugao glave izratka u radijanima; ko - vrijednost specifičnog deformacionog otpora na početku deformacije; ho - visina pripremka; D - prečnik pripremka. 0

Sila istosmjernog istiskivanja šupljih tijela (Slika 5.14) određuje se po obrascu: F = A -p = ^(Dl-dl\p

(5.7)

0

gdje su: Ao - površina poprečnog presjeka pripremka; p- pritisak istiskivanja. Izraz za radni pritisak istiskivanja šupljih tijela dat je u obliku: , _ u 1 a F , P = -r = -
n

s r

x

( 5

+

.

8 )

A'0 n

gdje su: k - srednja vrijednost specifičnog deformacionog otpora; (p - glavna logaritamska deformacija; sr

x

107


fj. - koeficijent trenja; a - ugao glave izratka u radij anima; Do - vanjski prečnik pripremka; 1- visina glave izratka; k - vrijednost specifičnog deformacionog otpora na početku deformacije. 0

Deformacioni rad istosmjernog istiskivanja punih tijela i istosmjernog istiskivanja šupljih tijela može se izračunati po približnom izrazu (5.4), s tim što se za svaki od slučajeva uvrštava odgovarajuća vrijednost hoda tiskača. Proces istiskivanja vrši se pomoću specijalnih alata koji se postavljaju na prese. Pri konstrukciji alata treba voditi računa o materijalima od kojih se rade izvršni dijelovi alata (kalup i tiskač), jer se u proces istiskivanja izvodi pod dejstvom visokih pritisaka. Adekvatnim izborom materijala osigurava se duži vijek trajanja alata. Konstruktivno riješenje alata treba da obezbjedi brzu i jednostavnu izmjenu svih dijelova alata koji su podložni trošenju. Pored klasičnih postupaka istiskivanja za izradu pojedinačnih komada, istiskivanjem se izrađuju profili (ekstruzija). Ekstruzijom se mogu izrađivati otvoreni i zatvoreni profili. Ovako izrađeni profili koriste se kao: profili za automobilsku industriju (za automobile, autobuse i kamione); profili za fasade u građevinarstvu; profili za izradu prozora i vrata u građevinarstvu, itd. Izgled nekih proizvoda dobivenih ekstruzijom prikazanje na Slici 5.17.

Slika 5.17

108

Proizvodi dobiveni ekstruzijom


Šematski prikaz izrade profda ekstruzijom prikazanje na Slici 5.18. Pozicije na Slici 5.18 predstavljaju: 1-profil, 2-odbojnik matrice, 3-matrica, 4- trupac, 5-obloga kontejnera, 64contejner, 7-pritiskivač prese, 8-podmetač. Proces istiskivanja profda, šematski prikazan na Slici 5.19, odvija se tako da se trupac zagrije u posebnom postrojenju na približno 450°C (zavisno od vrste legure aluminijuma), nakon čega se, posebnim transportnim sistemom, automatski prebacuje u kontejner prese . Djelovanjem pritiskivača prese, materijal trupca se istiskuje kroz matricu. Oblik profda je u potpunosti definisan oblikom otvora u matrici. Nakon istiskivanja, profd se isteže za određenu vrijednost trajne deformacije, čime se postiže njegova tačna geometrija. Nakon hlađenja profda, isti se reže na zahtjevanu dužinu i prebacuje u postrojenje za starenje, nakon čega se profdi pakuju.

Slika 5.18 Izrada profila ekstruzijom

presa trupac

peć

•

starenje

Slika 5.19 Šema linije za istiskivanje profda

109


5.3 Kovanje Kovanje je postupak obrade deformisanjem kod koga se nizom udaraca ostvaruje oblikovanje pripremka do konačnog oblika. Ovaj postupak predstavlja najstariju tehnologiju obrade deformisanjem, a počeci njegovog razvoja vežu se za prvu upotrebu metala i izradu oruđa za rad. U prvim fazama razvoja, postupak se izvodio ručno, u primitivnim k o v a č k i m radionicama, uz upotrebu jednostavnih alata. N a Slici 5.23.a dat je izgled jedne stare kovačnice, a na Slici 5.23.b i c. prikazanje alat koji se koristi za ručno kovanje.

b.

c. Slika 5.23

Početci razvoja kovanja

Kovanjem se danas izrađuju: konstrukcioni elementi za avione, automobile, brodove, mašine; alati (ključevi za vijke, čekići, itd.); hirurški instrumenti; vijci, svornjaci, navrtke; pribor za jelo, itd.

112


Na Slici 5.24 prikazani su neki proizvodi dobiveni kovanjem.

Slika 5.24 Primjeri kovanja Kovanje se m o ž e izvoditi u hladnom i toplom stanju. Kovanje u hladnom stanju se rjeđe izvodi, jer su potrebne veće sile, a materijal koji se kuje mora imati zadovoljavajuću duktilnost na sobnoj temperaturi. Hladnim kovanjem dobijaju se izratci (otkivci) sa dobrim kvalitetom površine i većom dimenzionalnom tačnošću. Toplo kovanje se češće primjenjuje, a odlikuje se: manjim deformacionim silama, lošijim kvalitetom površine i dimenzionalne tačnosti otkivaka. Zbog toga se nakon toplog kovanja izvodi dodatna obrada. Postupcima kovanja mogu se prerađivati skoro svi metalni materijali. Najviše se kovanjem prerađuju: čelik, obojeni metali i njihove legure, titan i njegove legure, itd. Za sve navedene materijale definiše se temperaturni interval (At) kovanja. U Tabeli 5.1 dat je temperaturni interval toplog kovanja za različite vrste materijala.

Materijal Legure aluminijuma Legure magnezijuma Legure bakra Ugljenični čelici Legirani čelici Titanove legure Tabela 5.1

Temperaturni interval (° c) 400250600 8501100700 -

550 350 900 1150 1250 950

Temperaturni interval kovanja različitih materijala

Principijelno se razlikuju slijedeći postupci kovanja: slobodno kovanje i kovanje u kalupu (ukovno kovanje).

113


I slobodno i ukovno kovanje se najčešće izvode u toplom stanju. U hladnom stanju se mogu kovati manji otkivci. Slobodno kovanje je najstariji i najjednostavniji postupak kovanja. Postupak se izvodi ručno i l i pomoću kovačkih mašina, sa univerzalnim alatom jednostavnog oblika, koji ne mora odgovarati obliku otkivka. Oblikovanje pripremka se vrši uz upotrebu v e ć e g broja udaraca na kovačkim čekićima i l i na presama u jednom hodu prese. Otkivci dobiveni slobodnim kovanjem imaju manju tačnost od otkivaka dobivenih ukovnim kovanjem. Slobodno kovanje se koristi u maloserijskoj i pojedinačnoj proizvodnji malih otkivaka i l i za izradu velikih otkivaka, koje na drugi način nije m o g u ć e dobiti. Na Slici 5.25 dat je: a. šematski prikaz slobodnog kovanja, b. kovanje velikih vratila, c. kovanje titanovih legura, d i e. - kovanja radnih predmeta kvadratnog presjeka.

a.

b.

c.

Slika 5.25

Slobodno kovanje

Faze procesa slobodnog kovanja prikazane su na Slici 5.26.

H

i;

a. 5.2(5

114

Faze slobodnog kovanja

;•


Na Slici 5.26.a prikazan je oblik pripremka prije slobodnog kovanja. U toku slobodnog kovanja dolazi do b o č n o g širenja radnog predmeta (Slika 5.26.b), a konačan oblik radnog predmeta, nakon kovanja, dat je na S l i c i 5.26.c. Slobodnim kovanjem se može vršiti i povećanje dužine otkivka. Postupak se naziva izduživanje i šematski je prikazan na Slici 5.27.

Slika 5.27. Izduživanje Ukovno kovanje i l i kovanje u kalupu je postupak kovanja koji se najčešće koristi u serijskoj i masovnoj proizvodnji. Obično se postupak oblikovanja radnog predmeta izvodi u više operacija. U gornjem i donjem dijelu alata za kovanje (kalupu) nalaze se gravure koje definišu oblik otkivka. Materijal se postavlja u gravuru donjeg kalupa i pod dejstvom gornjeg kalupa on se deformiše i dobija oblik gravure. Na Slici 5.28 dat je: a i b. 2D i 3D prikaz ukovnog kovanja, c. i d. ukovno kovanje u realnim uslovima.

a.

b.

c.

d.

Slika 5.28 Ukovno kovanje Faze ukovnog kovanja prikazane su na Slici 5.29.

115


U početnoj fazi kovanja pripremak (2) se postavlja u donji kalup alata (3) (Slika 5.29.a). Nakon nekoliko udaraca kovačkog čekića, pripremak poprima oblik gravure (Slika 5.29.b). Na kraju kovanja oko radnog predmeta, od viška materijala za kovanje, formira se vijenac (Slika 5.29.c). U zavisnosti od oblika kalupa koji se upotrebljava za ukovno kovanje razlikuje se: ukovno kovanje u zatvorenim kalupima i ukovno kovanje u djelimično zatvorenim kalupima. Kovanje u zatvorenim kalupima je postupak sličan sabijanju. Postupak se odvija kroz nekoliko faza i završava u momentu kad se ostvari potpuno ispunjavanje kalupa. K o d ovog kovanja nema vijenca, ni tragova spajanja gornjeg i donjeg kalupa. Kvalitet otkivaka dobivenih na ovaj način je bolji, pa se u ovu grupu postupaka ubraja i precizno kovanje. Nedostatak kovanja u zatvorenim kalupima je što se zahtjeva tačnost u dimenzionisanju pripremka. Greške u dimenzionisanju pripremka prenose se na otkivak u vidu manjka i l i viška materijala. Kovanje u zatvorenim kalupima koristi se za izradu manjih otkivaka, npr. medicinskog pribora i l i novca. Ukovno kovanje u djelimično zatvorenim kalupima koristi se u uslovima velikoserijske proizvodnje (Slika 5.29). Zapremina pripremka za ovaj način kovanja je veća od zapremine otkivka. Nakon završenog popunjavanja kalupa, višak materijala teče u slobodan prostor između gornjeg i donjeg dijela kalupa, koji se naziva vijenac. Vijenac se nakon kovanja odstranjuje naknadnom obradom. Otkivci složenog oblika izrađuju se u više operacija kovanja. Konačni oblik otkivka postiže se kroz više faza, kombinacijom slobodnog kovanja u početnim fazama i ukovnog kovanja u završnim fazama. Završna gravura definiše konačan oblik otkivka i u njoj se izrađuje prostor za vijenac. Gravure koje se koriste u prethodnim fazama kovanja zovu se pripremne gravure. Na Slici 5.30.a prikazane su faze kovanja otkivka složenog oblika kružnog poprečnog presjeka, a na Slici 5.30.b prikazane su faze kovanja radnog predmeta u obliku viljuške .

a.

b. Slika 5.30 Faze izrade otkivaka

116


Sa Slike 5.30. a može se uočiti da se izrada radnog predmeta vrši kroz tri operacije kovanja. U prvoj operaciji vrši se slobodno kovanje pripremka, nakon čega se otkivak kuje ukovnim kovanjem do finalnog oblika. N a kraju se vrši obrezivanje vijenca. N a Slici 5.30.b date su faze izrade viljuške. Nakon izduživanja pripremka, postupak izrade je obuhvatao j o š tri operacije ukovnog kovanja. Na kraju je sa radnog predmeta izvršeno odstranjivanje vijenca. Izrada otkivaka veće dužine vrši se kovanjem na automatima. Na ovaj način izrađuju se izratci za potrebe automobilske industrije (vijci, navrtke, osovine, poluge, itd.). Izgled ovako dobijenih otkivaka prikazanje na Slici 5.31.

Slika 5.31 Primjeri otkivaka dobivenih kovanjem na automatima N a Slici 5.32 date su faze izrade vijka prečnika 34 mm i dužine 114 mm, sa šestougaonom glavom kovanjem na trostepenom automatu.

TT

a.

Slika 5.32 Faze kovanja

117


Skica alata za sve tri faze data je na Slici 5.32.a , a izgled radnog predmeta poslije svake faze kovanja prikazan je na Slici 5.32.b. Dimenzije pripremka za kovanje ovog vijka su: prečnik šipke 38 mm i dužina šipke 147 mm. P r v i korak u projektovanju tehnološkog procesa kovanja predstavlja određivanje dimenzija pripremka. Obzirom da se kod kovanja javljaju gubici materijala koji se odnose na vijenac i gubici uslijed izgaranja materijala u toku zagrijavanja, potrebno je zapreminu pripremka uvećati za te vrijednosti. Ukupna zapremina pripremka m o ž e se dobiti po obrascu: ^

w

( ^ + X X l + A)=F

0 + v

( l + A)

(5.9)

gdje su: V - zapremina otkivka; V - zapremina vijenca; V - zapremina otkivka s vijencem; A - dodatak materijala za izgaranje. 0

v

0 + v

A = 0,02 -5- 0,03 A = 0,005 t 0,01

za zagrijavanje u plamenim pećima; za zagrijavanje u pećima sa zaštitnom atmosferom.

Deformaciona sila za slobodno kovanje može se uzračunati po obrascu: F-k -A

(5.10)

k

gdje su: k- napon tečenja

k

=k

(

' \ T,
v

)

Ak - kontaktna površina (površina na koju djeluje čekić) Deformaciona sila ukovnog kovanja m o ž e se izračunati po približnom obrascu: F = C-k -A

k

(5.11)

gdje je : C - koeficijent koji zavisi od oblika radnog predmeta Za komade jednostavnog oblika uzima se daje C = 3-e-8, a za komade složenog oblika C = 8^12.

118


Veličina deformacionog rada za ukovno kovanje može se odrediti p o m o ć u izraza koji glasi: W = V-

(5.12)

sr

gdje su: V - zapremina otkivka;

k - srednja vrijednost specifičnog deformacionog otpora. sr

Vrijednost maksimalnog logaritamskog stepena deformacije za otkivke koji imaju mnogo neravnina računa se pomoću izraza:

^ax=ln-^-

(5.13)

K

gdje su: h o - visina pripremka; h - srednja visina otkivka na kraju kovanja. m

Kovanje se može vršiti ručno, pomoću čekića i nakovnja i ovaj način se primjenjuje u malim kovačnicama. U industrijskoj proizvodnji kovanje se vrši na kovačkim čekićima, presama (krivajnim, frikcionim i hidrauličnim). Kovanje u ukovnjima najčešće se izvodi na kovačkim čekićima, zbog njihove univerzalnosti i jednostavnosti u eksploataciji. Koriste se čekići prostog i dvostrukog dejstva i protuudarni čekići (čekići bez nakovnja). Najveću primjenu imaju paravazdušni čekići, koji kao pogonsko sredstvo koriste pregrijanu paru i l i komprimirani vazduh. Na Slici 5.33 dat je izgled pneumatskog kovačkog čekića.

Slika 5.33 Pneumatski kovački čekić

119


Kovanje otkivaka većih dimenzija vrši se na mehaničkim i hidrauličnim kovačkim presama. M e h a n i č k e prese spadaju u grupu kovačkih mašina koje se klasificiraju prema hodu. Proces deformisanja na ovim mašinama se završava kada alat dođe u donju mrtvu tačku. Razlikuju se dva osnovna tipa ovih presa, i to: ekscentar i koljenaste prese. Ove prese se odlikuju velikom produktivnošću, lako se automatiziraju i ne zahtijevaju posebnu vještinu u upravljanju. Na Slici 5.34.a prikazana je mehanička presa, a na Slici 5.34.b linija ovih presa.

a.

b. Slika 5.34 Mehanička presa

Hidraulične prese se defmišu veličinom deformacione sile. Koriste se za slobodno kovanje većih otkivaka, a manje za ukovno kovanje. Karakteristike ovih kovačkih mašina su: male brzine deformisanja, niska produktivnost, miran rad i visoka cijena. Najčešće se izvode kao vertikalne kovačke mašine, snadbjevene hidrauličkim medijem iz akumulatorske stanice i l i p o m o ć u hidromotora. Tečnost kao medij koristi se za prenos sile i kretanja na tiskač prese i omogućava održavanje konstantne sile u toku procesa. O s i m glavnog hidrauličnog cilindra, najčešće, imaju i j o š dva manja cilindra p o m o ć u kojih se vrši vraćanje malja u početni položaj. Za slobodno kovanje koriste se hidraulične prese nazivne sile i do 500 kovanje u kalupu koriste prese nazivne sile do 200 M N .

M N , dok se za

Na Slici 5.35 dat je izgled hidrauličnih presa. Na Slici 5.35.a prikazana je presa nazivne sile od 495 MN , koja se koristi za kovanje otkivaka velikih dimenzija.

120


5.4 Vučenje žice Vučenje žice je jedan od najstarijih postupaka oblikovanja materijala. To je tehnološki postupak kod kojeg se kroz otvor matrice provlači žica, čiji je poprečni presjek veći od presjeka tog otvora. Redukcija presjeka se ostvaruje pod dejstvom zatežuće deformacione sile preko samog obratka. Cilj vučenja nije samo smanjenje poprečnog presjeka, već i postizanje tačnih dimenzija presjeka i visokog kvaliteta površine vučenog proizvoda. Postupak se koristi u velikoserijskoj i masovnoj proizvodnji. Preradom žice izrađuju se: armaturne mreže za građevinarstvo, mreže i rešetke za poljoprivredu, žice za elektro uređaje, žice za muzičke instrumente, različite vrste opruga i poluproizvoda koji se koriste za daljnju obradu. Na Slici 5.36 prikazani su neki primjeri primjene ovog postupka.

Slika 5.36 Primjeri primjene Postupak vučenja žice ima slijedeće osobine: - Gubici materijala pri vučenju su minimalni; - Vučenjem se poboljšavaju mehaničke osobine materijala, a u kombinaciji sa t e r m i č k o m obradom mogu se dobiti proizvodi sa visokim mehaničkim osobinama; - Vučenjem se može dobiti žica promjera 0,005 mm.

122


Iako se vučenjem mogu prerađivati skoro svi metalni materijali, najviše se prerađuje čelik, aluminij i njegove legure, te bakar i njegove legure. Principijelno se razlikuju slijedeći proizvodni procesi vučenja: - p o m o ć u matrica (matrično); - p o m o ć u valjaka ( valjačko). Matrično vučenje izvodi se preko stacionarnih matrica, koje mogu biti cilindrične izvedbe i l i u vidu ploča. Matričnim vučenjem u hladnom stanju izrađuju se profdi manjeg poprečnog presjeka ( d o 100 mm ), dok se veći presjeci rade u toplom stanju. Na Slici 5.37 dat je šematski prikaz matričnog vučenja. 2

b.

a.

Slika 5.37 Šematski prikaz matričnog vučenja

Za vučenje žice upotrebljavaju se vučne matrice od čelika, tvrdog metala i dijamanta, u zavisnosti od vrste materijala i dimenzija žice koja se vuče. Na S l i c i 5.38 dat je izgled matrice od tvrdog metala.

STEEL

1 Liv: i MIN •

Ni

BKKfCEB

_.

i

1

Slika 5.38

Matrica od tvrdog metala

123


Vučenje p o m o ć u valjaka izvodi se kroz otvor samoobrtnih valjaka, a koristi se za dobijanje punih profda i kod vučenja cijevi. Vučenje u hladnom stanju je mnogo više zastupljeno od vučenja u toplom stanju. Hladnim vučenjem se mogu dobiti kvalitetni profili, glatke i čiste površine i uske tolerancije, koje idu i do 0,001 mm. Redukcija ulaznog presjeka zavisi od granične deformabilnosti materijala.Za postizanje tražene izlazne dimenzije žice koriste se jednostepeni i višestepeni alati. Mašine sa jednostepenim alatima su starijeg datuma i na njima se vučenje žice vrši kroz jednu matricu. Jedinična deformacija presjeka, u tom slučaju, iznosi od 10 do 15 %. Na Slici 5.39

dat je šematski prikaz postrojenja za vučenje žice s jednom matricom.

Slika 5.39

Šematski prikaz postrojenja za vučenje žice sa jednom matricom

Pozicije na Slici 5.39 označavaju: 1,2 - pogon (istosmjerni motor promjenljive brzine), 3 vertikalni vučni bubanj, 4 - ulazna žica, 5 - izlazna žica, 6,7,8,9 - sastavni dijelovi bubnja, 10 - kućište alata, 11 - matrica, 12 - stezni vijak, 13 - hlađenje vodom, 14 - kaseta za podmazivanje. K o d višestepenih alata proces vučenja žice se izvodi kontinuirano kroz više matrica, koje su u alatu postavljene jedna iza druge.Višestepene mašine za vučenje žice iza svake matrice imaju postavljene bubnjeve na koje se žica namotava.Ukupan broj matrica u višestepenom alatu može da bude do 30. Međutim, u praksi se kod suhog vučenja najčešće koriste alati sa do 10 matrica. Primjena višestepenih alata kod vučenja žice omogućava postizanje većih ukupnih izduženja i većih brzina vučenja ( u odnosu na jednostepene alate ). Sema procesa višestepenog vučenja data je na Slici 5.40.

124


Kaseta za podmazivanje

•~ Vučni bubanj

Slika 5.40

Sema procesa višestepenog vučenja

K o d većeg broja operacija vučenja, odnosno kod višestepenog vučenja potrebno je predvidjeti međužarenja zbog očvršćavanja materijala u toku procesa obrade. Na taj način se materijalu vraćaju plastične osobine i sposobnost za daljnu obradu. Deformaciona sila za vučenje kroz jednu matricu m o ž e se izračunati po približnom obrascu:

F = A -k-cpx

M

(5.14)

l a) gdje su: Ai - površina poprečnog presjeka na izlazu iz matrice; k - specifični deformacioni otpor materijala; p - koeficijent trenja na kontaktnim površinama; a - ugao konusa matrice; ep - logaritamski stepen deformacije , ep = ln —

A

Ao - površina poprečnog presjeka na ulazu u matricu. Izgled postrojenja za vučenje žice dat je na Slici 5.41.

Slika 5.41 Postrojenje za vučenje žice

125


6. N O V E T E H N O L O G I J E 6.1 Superplastično oblikovanje Superplastično oblikovanje je jedna od novih tehnologija obrade deformisanjem. Istraživanje superplastičnosti počelo je tridesetih godina prošlog vijeka u Engleskoj, kada je uočena neuobičajna duktilnost jedne ternarne eutektičke legure Z n - A l - C u i isto takvo ponašanje eutektičkih legura Pb-Zn i B i - Z n . Istraživanja su intenzivirana nakon drugog svjetskog rata na legurama A l - Z n . Intenzivno istraživanje plastičnosti u cijelom svijetu počinje sedamdesetih godina prošlog vijeka. Pod pojmom superplastičnosti podrazumijeva se sposobnost materijala da pri jednoosnom istezanju dostigne izduženje i do 1000 %, a da pri tome ne nastupi vidljiva kontrakcija presjeka ili lom. Na Slici 6.1 prikazanje slučaj razvlačenja epruvete legure s 63% Sn i 37% Pb na 20 °C (male epruvete) i na temperaturi superplastičnog oblikovanja (izdužena epruveta).

Slika 6.1 Izduženje epruvete Istraživanja superplastičnosti bazirala su se na iznalaženju proizvodnih uslova pod kojima se može oblikovati materijal u superplastičnom stanju, a posebno u određivanju uslova oblikovanja na sobnoj temperaturi. Stanje superplastičnosti je od manjeg značaja kod materijala kod kojih se u normalnim proizvodnim uslovima postiže dobra deformabilnost, ali je značajno za materijale

133


kod kojih je oblikovanje deformisanjem otežano i l i čak nemoguće klasičnim tehnološkim postupkom. Najpoznatije istraživane superplastične legure su: kositar-olovo, cink-aluminij, magnezijaluminij, aluminij-bakar, titan-aluminij-vanadij, titan-aluminij-kositar. Materijali za superplastično oblikovanje moraju imati sitnozrnastu strukturu (veličina zrna 2-10 pm zavisno od vrste materijala). Tehnologijom superplastičnog oblikovanja mogu se izraditi složeni predmeti, čija je masa znatno manja od istih elemenata izrađenih klasičnom tehnologijom, a nosivost i do 40% veća u odnosu na klasične elemente. Zbog toga se ovaj postupak najviše primjenjuje u vazduhoplovnoj industriji i u proizvodnji letjelica za svemirska istraživanja. Na Slici 6.2 dat je primjer izrade blatobrana automobila od Al legure superplastičnim oblikovanjem.

a.

b. Slika 6.2 Izrada blatobrana od Al legure superplastičnim oblikovanjem

Na Slici 6.2.a dat je C A D model radnog predmeta, a na Slici 6.2.b gotov radni predmet izrađen superplastičnim oblikovanjem. Donji kalup alata za oblikovanje prikazanje na Slici 6.2.c. Iako su karakteristike blatobrana, dobivenog superplastičnim oblikovanjem, mnogo bolje od blatobrana dobivenog klasičnim izvlačenjem, on se u praksi ne koristi zbog visoke cijene izrade. Superplastično oblikovanje odvija se pri niskim brzinama deformacije (^ = 10 - 10~ s~'). Zbog 5

3

male brzine deformisanja proces oblikovanja traje i po nekoliko sati (zavisno od složenosti radnog predmeta). Alati i uređaji za superplastično oblikovanje su specijalne konstrukcije, tako da se ne mogu koristiti klasične prese za izvođenje ovog postupka. Proces oblikovanja vrši se u zatvorenom alatu. Kao radni medij koristi se argon pod pritiskom. Funkcionalna zavisnost između pritiska argona i stepena deformacije određuje se eksperimentalno. Alat se u toku procesa mora vakumirati kako bi se lim lakše priljubio uz kalup.

134


Na Slici 6.3 dat je šematski prikaz alata sa instalacijom za argon.

Slika 6.3 Oblikovanje argonom Zatvoreni radni predmeti složenog oblika sa unutrašnjim ojačanjem mogu se izraditi superplastičnim oblikovanjem i difuzionim spajanjem. Ova dva procesa se mogu spojiti u jedan zbog toga što je za neke materijale (Ti6A14V) temperatura difuzionog spajanja jednaka temperaturi superplastičnog oblikovanja. Za ovakvo oblikovanje potrebno je obezbjediti priključak argona na više mjesta, jer se radi o zatvorenim radnim predmetima sa unutrašnjim pregradama. Izgled jednog takvog radnog predmeta, izrađenog superplastičnim oblikovanjem i difuzionim spajanjem, prikazanje na Slici 6.4.

135


Kako se proces superplastičnog oblikovanja odvija pri veoma visokim temperaturama, približno jednakim 50% temperature topljenja materijala koji se oblikuje ( što za Al legure iznosi oko 520 ° C, a za Ti legure 930 ° C) alati za superplastično oblikovanje su masivni. Za superplastično oblikovanje limova koriste se alati u obliku dvodjelnog kalupa. Zbog visokih radnih temperatura, za njihovu izradu se koriste specijalni alatni čelici. Na Slici 6.5 prikazana je šema alata za superplastično oblikovanje.

..

„

,.

4

4

ARGON

VAKUUM Donja ploča

Slika 6.5 Šema alata za superplastično oblikovanje

Osnovni dijelovi alata, prikazanog na Slici 6.5 su: donji nosač kalupa, dvodjelni kalup, gornji nosač kalupa, razvod argona pod pritiskom i razvod vakum pumpe. Sa Slike 6.5 se može uočiti da donji kalup služi za obezbjeđivanje oblika radnog predmeta, a gornji kalup za dovod argona pod pritiskom i zatvaranje donjeg kalupa odgovarajućom silom. Sila zatvaranja gornjeg kalupa obezbjeđuje se preko pritiskivača prese i gornjeg nosača kalupa. Vakumiranje donjeg dijela alata je obavezno tokom cijelog procesa oblikovanja.

136


Faze superplastičnog oblikovanja prikazane su na Slici 6.6.

Ploče

d. Slika 6.6 Faze superplastičnog oblikovanja U početnoj fazi oblikovanja lim se postavlja između donjeg i gornjeg kalupa, zatim se priključuju intalacije argona i vakum pumpe. Kompletan alat se postavlja u specijalnu presu i zagrijava na propisanu temperaturu superplastičnog oblikovanja za taj materijal (Slika 6.6.a). Nakon postizanja radne temperature, uključuje se vakum pumpa sa zadatkom da u donjem dijelu kalupa postigne zadanu vrijednost vakuma. Uključivanjem argona pod pritiskom dolazi do postepenog deformisanja lima (Slike 6.6. b i c ) . Nakon priljubljivanja lima uz zidove donjeg kalupa zaustavlja se dovod argona, čime je proces oblikovanja završen. Nakon izvlačenja alata sa kompletnom instalacijom van prese za oblikovanje i hlađenja, vrši se rastavljanje istog i vađenje oblikovanog radnog predmeta (Slika 6.6.d). Za superplastično oblikovanje koriste se prese specijalne konstrukcije. One u svom središnjem dijelu imaju peć za zagrijavanje, tj. održavanje temperature oblikovanja u propisanim granicama. Kalup za oblikovanje se postavlja u presu pomoću automatskog transportnog sistema, a sila zatvaranja kalupa obezbjeđuje se preko glavnog cilindra prese, koji djeluje sa gornje strane. Da bi se ubrzao proces, u serijskoj proizvodnji, pored prese za oblikovanje postavlja se rezervna peć za zagrijavanje u kojoj se vrši zagrijavanje slijedećeg kalupa koji dolazi na presu za oblikovanje. Obzirom da se radi o veoma velikim gabaritima kalupa, vrijeme njegovog zagrijavanja traje i po nekoliko sati dok se ne postigne propisana temperatura superplastičnog oblikovanja materijala. Izgled prese za superplastično oblikovanje, sa dva rukovaoca i dijelom alata, prikazanje na Slici 6.7, a priprema alata za postavljanje na presu data je na Slici 6.8. Na alatu se mogu uočiti priključne cijevi za argon sa kojim se vrši oblikovanje. Zbog visokih radnih temperatura radnici na sebi moraju imati specijalnu zaštitnu opremu.

137

I


Vrata

6.2 Hidrostatsko oblikovanje Hidrostatsko oblikovanje je nekonvencionalni postupak obrade deformisanjem kod kojeg se oblikovanje radnog predmeta vrši pod dejstvom nestišljivog fluida. Deformaciona sila se u procesu preko fluida prenosi na radni predmet, a finalni oblik radnog predmeta obezbjeđuje geometrija kalupa. Hidrostatsko oblikovanje odvija se u uslovima povećanog pritiska (2000 do 3000 MPa), što dovodi do povećanja deformabilnosti materijala i omogućava izradu radnih predmeta od materijala koji se konvencionalnim postupcima ne mogu oblikovati. Ovaj postupak obrade razvio se uporedo sa razvojem vazduhoplovne i automobilske industrije, gdje se najviše i primjenjuje (za izradu dijelova karoserije automobila: vrata, krovova, blatobrana, itd.). Postupak se koristi i za izradu kućanskih aparata (hladnjaka, veš mašina, štednjaka), različitih vrsta ambalaže, itd. Na Slici 6.9 prikazani su neki primjeri proizvoda izrađenih hidrostatskim oblikovanjem.

Slika 6.9 Proizvodi izrađeni hidrostatskim oblikovanjem

139


Za hidrostatsko oblikovanje koriste se specijalni uređaji, čija konstrukcija omogućava stvaranje i transport tečnosti visokog pritiska. Da bi se obezbjedio i održavao, u toku procesa, potreban pritisak oblikovanja koriste se elektronski davači za njegovo mjerenje. Hidrostatskim oblikovanjem moguće je obrađivati neke tvrde metale kao što su: magnetni čelik, nikl, tvrdi metali i dr. Prednosti hidrostatskog oblikovanja, kao jednog od nekonvencionalnih postupaka, u odnosu na konvencionalne postupke su: - visoka tačnost obrade; - obrada teško obradivih materijala; - obrada složenih i veoma malih otvora; - obrada teško pristupačnih površina i otvora (elektronika, precizna mehanika, itd.); - manje trenje, bolji tribo uslovi kontakta; - niže cijene alata. Tehnološki postupci hidrostatskog oblikovanja su isti kao za konvencionalno oblikovanje: duboko izvlačenje, istiskivanje, razvlačenje, oblikovanje cijevi itd. Duboko izvlačenje se najviše primjenjuje za izradu dijelova u automobilskoj i vazduhoplovnoj industriji. Postupkom dubokog izvlačenja mogu se dobiti radni predmeti različitog oblika ( cilindrični, konični, sferni, eliptični, nesimetrični, oblici sa gravurom na površini). Na Slici 6.10 dat je šematski prikaz faza dubokog izvlačenja.

Slika 6.10 Šematski prikaz dubokog izvlačenja Sa Slike 6.10 može se uočiti da se oblikovanje radnog predmeta vrši pod dejstvom fluida koji je smješten u donjem dijelu alata za izvlačenje. Deformaciona sila se preko izvlakača prenosi na radni predmet, koji se pod dejstvom pritiska tečnosti oblikuje i priljubljuje uz izvlakač. Hidrostatsko oblikovanje cijevi ima prednost u odnosu na klasične postupke obrade. Na ovaj način se iz cijevastih pripremaka jednostavnog oblika mogu dobiti radni predmeti veoma složenog oblika. Klasični postupak za dobijanje cjevnih elemenata složenog oblika podrazumijeva tehnologije livenja i l i kovanja i završnu obradu skidanjem strugotine.

140


Šematski prikaz postupka hidrostatskog oblikovanja cijevi prikazanje na Slici 6.11.

Slika 6.11 Oblikovanje cijevi

Pored optimizacije tehnološkog postupka izrade, hidrostatsko oblikovanje cijevi omogućava: - bolji kvalitet izradaka, - bolja mehanička i strukturna svojstva izradaka, - uštedu materijala i energije. Šematski prikaz faza dobijanja T-račve sa maksimalno mogućom visinom odvoda dat je na Slici 6.12.

c)

d)

Slika 6.12 Faze oblikovanja T-račve

141


Faze procesa oblikovanja T-račve prikazane na Slici 6.12 označavaju: a - početak procesa (otvoren alat), b - aksijalno sabijanje cijevi (zatvoren alat), c - bočno pridržavanje vrha odvoda (plastično oblikovanje), d - dopunsko sužavanje odvoda (otvaranje alata). Alati su složenog oblika sa osiguranim nesmetanim vađenjem komada. Izvedbe alata mogu biti dvodjelene, trodjelne i l i višedjelne, zavisno od složenosti radnog predmeta. Na Slici 6.13 dat je šematski prikaz hidrostatskog oblikovanja razvlačenjem.

;

i ..VI — i

1

r

i

n

Slika 6.13 Hidrostatsko oblikovanje razvlačenjem Postupak hidrostatskog razvlačenja koristi se kao jedna od metoda za ispitivanje obradivosti limova, određivanje mehaničkih karakteristika materijala i krivih očvršćavanja. Dvoosno razvlačenje se koristi kao naknadna operacija oblikovanja limenih dijelova u automobilskoj i vazduhoplovnoj industriji. Razvlačenje se najčešće koristi u kombinaciji sa dubokim izvlačenjem. Do razvlačenja dolazi ispod čela izvlakača i/ili na mjestu zaobljenja ivice izvlakača. Deformisanje se odvija unutar otvora prstena, jer se radni komad u toku obrade priteže držačem. Za hidrostatsko oblikovanje se upotrebljavaju hidraulične prese višestepenog dejstva sa agregatom u koji je smješten fluid. Razlikuju se dva osnovna tipa presa: sa elastičnom membranom, pomoću koje se u toku oblikovanja ostvaruje kontakt sa radnim predmetom i odvaja fluid od materijala radnog predmeta; bez membrane (tečnost direktno djeluje na radni predmet).

Na Slici 6.14 dat je šematski prikaz prese za hidrostatsko oblikovanje. Pripremak se postavlja na donji dio alata. Pod dejstvom izvlakača koji se nalazi u gornjem dijelu alata pripremak se oblikuje s gornje strane, dok se sa donje strane oblikuje pod dejstvom fluida.

142


6.3 Obrada eksplozijom Obrada eksplozijom je nekonvencionalni postupak obrade deformisanjem kod kojeg se kao izvor energije koristi eksploziv. Ovaj tehnološki postupak se počeo upotrebljavati početkom prošlog vijeka, a primjenjuje se u za izradu velikih komada (dance za rezervoare goriva). Za pripremke se koriste čelični uzorci različitih dimenzija i cijevi, koje se na ovaj način mogu oblikovati. Energija eksplozije može se uspješno koristiti u: procesima oblikovanja limova, zapreminskom oblikovanju, oblikovanju cijevi, kalibriranju, zakivanju, platiranje itd. Prednosti oblikovanja eksplozijom u odnosu na klasične postupke obrade su: za oblikovanje nisu potrebne prese, a alati nemaju tiskače; mogućnost dobijanja izradaka različitog geometrijskog oblika, tačnih dimenzija i većeg kvaliteta površine; očvršćavanje je svedeno na minimum zbog velike brzine deformisanja, pa se mogu oblikovati i termički tretirani materijali. Osnovni nedostaci i ograničenja u primjeni ove tehnologije su: neekonomičnost u uslovima serijske proizvodnje; neophodnost posjedovanja odvojenog radnog prostora. Na Slici 6.15 je data šematska ilustracija obrade eksplozijom.

Slika 6.15

Obrada eksplozijom

Oblikovanje lima eksplozivom (Slika 6.15.a) vrši se na slijedeći način. L i m se postavlja na kalup i fiksira prstenastim držačem. V a k u m pumpom obezbjeđuje se vakum u kalupu za oblikovanje. Aktiviranjem eksploziva l i m se oblikuje prema obliku kalupa. Nakon oblikovanja, kompletan alat se vadi iz vode, rastavlja držač lima od kalupa, da bi se izvadio radni predmet iz alata. Postavljanjem novog lima na kalup, uranjanjem kalupa u rezervoar s vodom, priključivanjem vakum pumpe i postavljanjem eksploziva postupak oblikovanja eksplozijom se ponavlja. Na S l i c i 6.15. b prikazano je oblikovanje cijevi eksplozijom. Razlika u odnosu na prethodni slučaj je u obliku eksploziva koji se koristi za oblikovanje.

144


Parametri oblikovanja eksplozijom (Slika 6.16) su: masa eksploziva (prečnik kuglice ro), udaljenost eksploziva od lima (R), udaljenost eksploziva od nivoa vode (H).

Slika

6.16 Parametri oblikovanja

Pozicije na Slici 6.16 označavaju: 1 - eksploziv, 2-lim, 3-držač lima, 4-zaptivač, 5-kalup za oblikovanje, 6- podloga, 7- crijevo za dovod zraka, 8-elastični podmetač. Eksplozijom se oslobađa određena količina energije, koja se dijelom predaje okolini a dijelom troši na deformisanje radnog predmeta. Pri oblikovanju je važno da udar na kalup za oblikovanje bude što manji, pa se ispod kalupa postavlja elastični podmetač (8). Radi smanjenja naprezanja u zidovima rezervoara, na dno rezervoara se postavlja crijevo za dovod zraka, koje omogućava stvaranje zračne zavjese i na taj način značajno smanjuje naprezanja na zidove rezervoara. U procesu oblikovanja eksplozijom za prenosnu sredinu se najčešće upotrebljava voda, jer je jeftina, dostupna i m o ž e se koristiti više puta. Da bi se dobili radni predmeti zadovoljavajućeg kvaliteta površine, iz kalupa se, u toku oblikovanja, p o m o ć u vakuum pumpe izvlači zrak. Izborom vrste eksploziva m o ž e se uticati na brzinu eksplozije, odnosno brzinu udarnog vala u rasponu od 3-6 km/s. Količina upotrebljenog eksploziva utiče na granični odnos oblikovanja. V e l i k a količina eksploziva može dovesti do razaranja komada, a mala do nepotpunog oblikovanja. Oblikovanjem materijala eksplozijom mogu se dobiti radni predmeti sa užim tolerancijama izrade u odnosu na klasične postupke. Unutrašnja površina izratka je potpuno čista, bez zareza, dok vanjska površina zavisi od kvaliteta izrade kalupa. Zbog velike brzine deformisanja, struktura materijala je ujednačena, jer se sva zrna u p o p r e č n o m presjeku izratka istovremeno deformišu. A l a t i za oblikovanje izrađuju se od: najkvalitetnijih čelika, livenog željeza, betona, plastike, itd. Faktori koji utiču na izbor materijala za alat su: planirani broj proizvoda; opterećenje; vrsta materijala za obradu, itd.

145


6.4 Elektromagnetno oblikovanje Elektromagnetno oblikovanje pripada nekonvencionalnim postupcima obrade deformisanjem. Za oblikovanje se koristi energija elektromagnetnog polja, koja se ostvaruje pražnjenjem električnog kondenzatora visoke voltaže (3-20 k V ) , u kratkom vremenskom periodu, preko kalema. Postupak se primjenjuje u avionskoj i automobilskoj industriji, u proizvodnji rashladnih sistema i uređaja. Šematski prikaz elektromagnetnog oblikovanja prikazanje na Slici 6.17.

Slika

6.17 Šematski prikaz elektromagnetnog oblikovanja

Elektromagnetno oblikovanje vrši se p o m o ć u energije električnog kondenzatora. Radna zona obuhvata: kalem, radni predmet i alat. Upravljačkim sistemom se reguliše intenzitet i vrijeme pražnjenja. Ovaj postupak se koristi za spajanje cjevastih (cilindričnih) dijelova od različitog materijala, oblikovanje limova i cijevi. Na Slici 6.18 dati su primjeri spajanja radnih predmeta metodom elektromagnetnog oblikovanja.

Slika

146

6.18 Primjeri elektromagnetnog spajanja


Neke od prednosti elektromagnetnog oblikovanja su:

-

beskontaktna metoda mjerenja; nije potrebna klasična infrastruktura, niti prese za oblikovanje. Sistem je relativno mal i jeftin; alati za oblikovanje su jednostavni i imaju samo matricu za oblikovanje (nema tiskača); mogućnost jednostavnog ponavljanja postupka oblikovanja; elastično vraćanje m o ž e biti smanjeno p o m o ć u elektromagnetnog kalibracijskog procesa, itd.

Ograničenja u primjeni postupka odnose se na električnu vodljivost pojedinih materijala. Za elektromagnetno oblikovanje najčešće se koriste C u , Al i mesing. Materijali sa v e ć o m električnom otpornošću se mogu oblikovati na ovaj način uz primjenu specijalnih tehnika.

148


6.5 Oblikovanje ultrazvukom Ultrazvučno oblikovanje je postupak obrade deformisanjem koji se primjenjuje u posljednjih pedeset godina. Visoka frekvencija ultrazvučnih oscilacija iskorištena je za specifične postupke oblikovanja. Oblikovanje ultrazvukom u obradi deformisanjem se najčešće primjenjuje u procesima vučenja žice, izvlačenja i oblikovanja cijevi. Sistematska istraživanja ovih procesa usmjerena su na poboljšanje uticaja ultrazvuka na smanjenje sile oblikovanja i smanjenje sile trenja. Na Slici 6.21 prikazana je primjena ultrazvuka u procesu izvlačenja cijevi.

Slika 6.21 Izvlačenje cijevi Razvojni projekti obuhvataju istraživanja vučenja žice - supervodiča za prenos energije na velike udaljenosti, izvlačenje žice i cijevi od materijala koji izazivaju veliko trošenje prstena za izvlačenje, mikrooblikovanje medicinskih proizvoda, kao što su igle i elementi za premoštenja u krvnim sudovima. Posebna pažnja u istraživanjima je usmjerena na procese ultrazvučnog oblikovanja limova, kod kojih se tiskač i sila držača lima stimulišu ultrazvukom.

149


7. MAŠINE ZA OBRADU DEFORMISANJEM 7.1 Hidraulične prese Hidraulične prese su univerzalne mašine koje imaju najveću primjenu u procesima obrade deformisanjem. Pripadaju grupi mašina definisanih veličinom deformacione sile. Pogon se ostvaruje p o m o ć u hidrauličnih cilindara, uz konstantno održavanje pritiska hidraulične tečnosti u toku radnog hoda prese. Na taj način se ostvaruje i održava konstantna brzina kretanja tiskača. Osnovne karakteristike ovih presa su: male brzine deformisanja, miran rad, niska produktivnost, visoka nabavna cijena, duži radni vijek alata i jednostavno opsluživanje. Hidraulične prese se koriste u procesima u kojima se zahtijeva velika vrijednost deformacione sile, mogućnost prilagođavanja sile i hoda i tačno vođenje gornjeg u odnosu na donji dio alata u toku rada. Imajući u vidu navedene karakteristike hidrauličnih presa, najveću primjenu nalaze u procesima: oblikovanja limova, istiskivanja i slobodnog kovanja velikih i teških otkivaka (rjeđe se upotrebljavaju za ukovno kovanje).

Fluid

\

II0.! 3

-°"

]K.MI.

c. Slika 7.1 Hidraulična presa

153


N a osnovu šeme prese, date na Slici 7.1.a i b, može se uočiti da su osnovni dijelovi hidraulične prese: ram sa dva i l i četiri stuba, klip cilindra, hidraulični pogon i pritiskivač. Pomoću hidrauličnog sistema vrši se pokretanje pritiskivača, na koji se postavlja gornji dio alata. Razlikuju se hidraulične prese sa jednostrukim, dvostrukim i trostrukim dejstvom. Prese sa dvostrukim dejstvom opremljene su posebnim pogonom za držanje lima, a posebnim za izvlačenje. Uvođenje pripremaka u radni prostor prese i prenos izradaka mogu biti automatizirani. U novije vrijeme upotrebljavaju se hidraulične prese sa C N C vođenjem. Hidraulične prese se biraju na osnovu vrijednosti deformacione sile i raspoloživog radnog prostora za pojedine procese. Za istiskivanje i slobodno kovanje se koriste hidraulične prese koje mogu ostvariti deformacionu silu i do 400 M N .

7.2 Mehaničke prese M e h a n i č k e prese se, pored hidrauličnih presa, najčešće koriste u procesima obrade deformisanjem. Pripadaju grupi mašina definisanih na osnovu hoda tiskača. Prenos deformacione sile na radni komad ostvaruje se mehaničkim putem. Pogonski mehanizam mehaničke prese je osnovna karakteristika na osnovu koje se bira presa za određeni tehnološki postupak obrade. U zavisnosti od vrste mehanizma, koji se koristi za prenos kretanja, razlikuju se: krivajne i ekscentar prese. Na S l i c i 7.2 dat je šematski prikaz mehanizma krivajne prese.

Slika

7.2

Šematski prikaz mehanizama krivajne prese

K o d krivajnih presa se preko mehanizma m o ž e mijenjati brzina kretanja pritiskivača, a time i vrijednost sile u toku procesa. To je pogodno kod istiskivanja. Krivajne prese najčešće imaju ugrađene i mehanizme koji se koriste za p o m o ć n a dejstva na radni predmet, kao što su : pridržavanje, izbacivanje, skidanje itd.

154


Veličina hoda se kod ekscentar presa m o ž e podešavati promjenom veličine ekscentriciteta prese. M o g u ć n o s t podešavanja hoda je prednost ekscentar presa kod kovanja, jer je na taj način omogućeno kovanje otkivaka različitih dimenzija. Mehaničke prese karakteriše preciznost, veća brzina, velika produktivnost i mogućnost automatizacije. Koriste se za postupke gdje su potrebne manje deformacione sile. Na S l i c i 7.3.a je prikazana ekscentar presa u radu, a na Slici 7.3.b ekscentar presa sa C ramom. Šematski prikaz i izgled jedne mehaničke kovačke prese sa nominalnom silom od 2 5 M N dat je na Slici 7.4.

a. b. Slika 7.4 Šematski prikaz i izgled mehaničke kovačke prese

155


7.3 Kovački čekići Kovački čekići spadaju u grupu jednostavnih mašine za kovanje. Koriste se najčešće za slobodno kovanje, a rjeđe za ukovno kovanje. Radni predmet se oblikuje pod dejstvom malja k o v a č k o g čekića, a deformacija se ostvaruje kroz nekoliko udaraca. Kovački čekići definišu se veličinom deformacionog rada na kraju kovanja, koja se dobije sabiranjem energija svih pojedinačnih udaraca. Veličina kinetičke energije malja čekića zavisi od njegove mase i brzine udara u radni predmet. Da bi se postiglo bolje iskorištenje energije udaraca i spriječilo njeno širenje na okolinu, kovački čekići se izrađuju sa masivnim temeljima, koji se postavljaju na odgovarajuće podloge. Postoji više podjela kovačkih čekića, zavisno od načina njihovog rada i snage. Najgrublja podjela bi obuhvatala: slobodnopadajuće čekiće; čekiće prostog dejstva i čekiće dvostrukog dejstva. Slobodno padajući čekići rade na principu energije slobodnog pada. Energija čekića dobije se kao proizvod težine malja i radne visine. Šematski prikaz jednog slodnopadajućeg čekića dat je na Slici 7.5.

radni predmet

Slika

7.5

alati

Šematski prikaz slobodnopadajućeg čekića

Na S l i c i 7.5. data je šema slobodnopadajućeg čekića sa gredom. Pored ove izvedbe postoje slobodnopadajući čekići kod koji se pogon ostvaruje sa: remenom, lancem, vazduhom (parom i uljem). Čekići prostog dejstva su čekići kod kojih je pokretan samo malj. Kretanje malja ostvaruje se pod pritiskom pare, zraka i l i hidraulične tečnosti. Na Slici 7.6.a prikazanje jedan pneumatski čekić, a na Slici 7.6.b čekić sa elektro-hidrauličnim pogonom.

156


Slika

7.6

Kovački čekići

Čekići dvostrukog dejstva i l i protuudarni čekići imaju obje mase pokretne i njihovim simultanim primicanjem vrši se deformisanje radnog predmeta. Kretanje malja može biti horizonatalno i vertikalno, sa mogućnošću rotiranja radnog predmeta u toku oblikovanja. Pogon se ostvaruje mehaničkim, hidrauličnim i l i pneumatskim putem. Odlikuju se velikom brzinom deformisanja i malim prenosom vibracija na temelje.

157

PROIZVODNE TEHNOLOGIJE

Recommend Documents