Obrada deformisanjem

a) Teorijske osnove obrade deformisanjem 1.Područje obrade deformisanjem deformisanjem 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Obrada deformisanjem je vid obrade kod kojeg se materijal dovodi u stanje plastičnog tečenja, tj. opterećuje o pterećuje iznad granice razvlačenja. razvlačenja. Deformacija koja nastaje u materijalu materijalu je trajna. Ukoliko se opterećenje povećava u nekom momentu doći će do razdvajanja čestica materijala.

Područje obrade deformisanjem sa stanovišta deformacije može se podijeliti na: plastičnu deformaciju i deformaciju do razaranja razaranja materijala. materijala.

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

Svi procesi obrade deformisanjem odvijaju se u obilježenom području, ograničenom linijama VAiRB. Procesi obrade materijala razdvajanjem odvijaju se po liniji RB. Razdvajanje materijala se

može vršiti po otvorenoj reznoj liniji i l i po zatvorenoj konturi.

2. Načini podjele postupaka obrade deformisanjem deformisanjem i pregled osnovnih operacija. Postupci obrade deformisanjem se dijele prema: - temperaturi obrade; - naponsko - deformacionom stanju; - namjeni proizvo p roizvoda; da; - brzini deformacije; - tečenju materijala u zahvatu alata.

Prema obliku početnog materijala obrada deformisanjem se može podijeliti na: - Preradu limova; - Preradu kompaktnih tijela. Prema brzini deformacije obrada deformisanjem se može podijeliti na: -

-

kvazistatičko deformisanje superplastično superplastično deformisanje 1

-

visokobrzinsko deformisanje deformisanje

Tehnološki postupci obrade deformisanjem grupisani su u: -

-

-

-

Tehnologije oblikovanja lima; Tehnologije razdvajanja; Tehnologije zapreminskog zapreminskog oblikovanja oblikovanja i Nove tehnologije. tehnologije.

3. Značaj, prednosti, nedostaci i ograničenja primjene postupaka obrade deformisanjem. 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) Visok stepen produktivnosti, stabilnosti i pouzdanosti u radu.

6) Mašine za obradu su jednostavne za posluživanje, tako da za proizvodnju nije neophodna visokokvalifikovana 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) Visoki investicioni investicioni troškovi prouzrokovani upotrebom skupih mašina i uređaja za obradu.

3) Složeni i komplikovani alati, čija je konstrukcija i izrada skupa. 2

4. Pojam plastične deformacije, vrste i načini izražavan ja stepena deformacije Tehnologija plastičnog deformisanja ( TPD) metala obuhvata procese kod kojih se pod dejstvom dovoljno velikog opterećenja ostvaruje plastična deformacija, odnosno trajno mijenja oblik polaznog materijala. Polazni materijal je polufabrikat u obliku: limova, ploča, cijevi, punih profila itd. Po svojoj prirodi deformacije se dijele na: - elastične (postoje samo pod odgovarajućim opterećenjem, prestankom

opterećenja nestaju), - plastične (suprotno od elastične, prestankom opterećen ja ostaju trajno). Više od 80% svih metalnih materijala u ranijoj ili kasnijoj fazi prerade biva obrađeno nekim od postupaka TPD.

Osnovna osobina TPD jeste očuvanje neprekidnosti strukture oblikovanog materijala uz poboljšanje karakteristika čvrstoće i nepromenljivost zapremine. Da bi se materijal mogao prerađivati, potrebno je primjenom opterećenja dovesti ga u stanje plastičnog tečenja. Potrebnu silu i energiju ostvaruju mašine za plastično deformisanje: prese za obradu lima, kovačke prese, mašine za s avijanje itd. Neposredno oblikovanje izvodi se u alatu koji se montira u radnom prostoru mašine.

Deformisanje paralelopipeda

Izražavanje deformisanja:

3

b) Tehnologije razdvajanja 5. Osnovne specifičnosti i vrste tehnologija razdvajanja.

6. Probijanje i prosijecanje.

4

7.

Zazor kod probijanja i prosjecanja i način njegovog izbora.

5

8.

Fino probijanje i prosijecanje, specifičnosti, prednosti i nedostaci u odnosu na klasično.

Geometrija komada je veoma raznolika, pri čemu je debljina lima obično velika (iznad 5mm). Alati su robusnije konstrukcije u odnosu na klasične. Od mašine se zahtjevaju tri nezavisna dejstva. To su specifične prese kompaktne konstrukcije koje imaju pogonsk i sistem sa donje strane. 9.

Načini smanjenja sile probijanja i prosijecanja.

6

10. Vibraciono razdvajanje

Tabla lima se postavlja na radni sto mašine koji je pokretan u pravcu dvije koordinatne ose. Na taj način je moguće dobiti bilo koji oblik krivolinijske konture. Ovakve mašine obično imaju CNC upravljanje, a moguće  je koristiti i laser umjsto noževa. 11. Odsjecanje na makazama

Odsijecanje na makazama je postupak razdvajanja materijala pomoću noževa različitog oblika. Odsijecanjem se iz limova dobijaju trake, koje se koriste za dalju p reradu u alatima na presama. Postupkom odsijecanja materijal se priprema za dr uge tehnološke postupke.

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 ili za odsijecanje komada. Pomoću ovih noževa mogu se odsijecati materijali debljine do 40 mm

.

7

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.

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.

8

c) Savijanje

12.

Načini i karatkteristike procesa savijanja

Savijanje spada u grupu postupaka tehnologije plastičnog deformisanja koji se najčešće primjenjuju. Omogućava izradu širokog asortimana p roizvoda, sa dimenzijama od dijelova milimetra pa do nekoliko metara. Dijelovi složenih geometrija izrađuju se u više operacija. Karakteristika procesa savijanja je, u većini slučajeva, lokalno plastično deformisanje. Deformisana zona tada obuhvata manji  dio zapremine komada, mada ima postupaka gdje se deformiše kompletna zapremina (kružno savijanje npr.). Savijanje se primenuje kako u serijskoj tako i u pojedinačnoj proizvodnji. Polazni materijal (polufabrikat) je najčešće lim u vidu trake ili table, ali t o može da bude žica, puni profil, cijev. Debljina limova za savijanje kreće se od stotih dijelova milimetra pa do nekoliko desetina milimetara. Osnovni postupci savijanja su:

1. Savijanje pomoću alata na univerzalnim presama (ugaono savijanje), 2. Profilno savijanje na specijalnim (‘’abkant’’) presama, 3. Kružno savijanje, 4. Profilno savijanje pomoću valjaka, 5. Savijanje cijevi,

6. Savijanje dijelova manjih dimenzija (od traka i žice) na specijalnim mašinama. 13. Ugaono savijanje. Izvodi se najčešće u alatima postavljenim na univerzalne prese (ekscentarske, koljenaste, hidraulične itd.) ili na specijalnim presama. S obzirom na oblik i broj mjesta savijanja može biti: jedno − dvo i višeugaono. Za jednougaono savijanje često se koristi termin V  savijanje; za dvougaono U ili C savijanje; a u primjeni je i termin Z savijanje. Jasno je da se ostvaruju i najrazličitije kombinacije ovih osnovnih oblika.

 Alati su po koncepciji slični alatima za prosjecanje i probijanje.  Razlika je u radnim elementima, ovde su to pritiskivač (savijač, oblikač) i matrica  (kalup) za savijanje. 9

14.Elastično ispravljanje. Ukupnu deformaciju pri savijanju gotovo uvijek čini, pored plastičnog, i elastični dio (posebno oko neutralnog sloja). Po oslobađanju  savijenog dijela iz alata elastične deformacije nestaju, što rezultira

povećanjem ugla savijanja (sl. 4.16). Pojava je štetna i kompenzuje se raznim mjerama, kao što je izrada alata sa manjim uglom savijanja, kako bi komad poslije elastičnog vraćanja imao zahtjevane  dimenzije. Sl. Elastična povratnost pri savijanju Veličina ugla Δα zavisi od vrste materijala i stepena deformisanja pri savijanju. Postoje razni izrazi za određivanje Δα (o), a kao primjer dat je sljedeći empirijski izraz, koji važi za lim od ugljeničnog čelika Č0260:

15. Kružno savijanje limova i profila. Izvodi se na specijalnim mašinama sa 3 ili 4 valjka. Savijaju se limovi manjih i većih debljina. Regulacija prečnika komada, odnosno radijusa savijanja izvodi se promjenom rastojanja između gornjeg i donjih valjaka h. Preporučena vrijednost za rastojanje između valjaka iznosi L=(1,1 − 1,3)Dg , a prečnik donjih valjaka Dd=(0,8 − 0,9)Dg. Sila na gornjem valjku (sl. 4.30), koja predstavlja deformacionu silu savijanja dobija

se na osnovu sljedećeg izraza:

gdje je b − širina komada;

−spoljašnji prečnik komada DS=2R+s; Rp − granica tečenja; E− modul elastičnosti. Prethodni izraz za silu savijanja izveden je s obzirom da su pri kružnom savijanju na valjcima plastične deformacije relativno male, a elastično ispravljanje ima značajan  uticaj (koristi se izraz za moment unutrašnjih sila pri elastično−plastičnom savijanju).

10

Ugao koji definiše položaj donjih valjaka ( φ) određuje se iz geometrijskih odnosa:

Kod kružnog savijanja često se zahtijevaju veliki prečnici komada pa je potrebno  uporediti vrijednost željenog poluprečnika sa graničnom vrednošću maksimalog  radijusa. 16. Savijanje cijevi.

Savijanje i druga oblikovanja cijevi kružnog presjeka i drugih šupljih profila,  zahtijevaju primjenu posebnih alata i mašina da bi se spriječila ili u dovoljnoj mjeri kompenzirala pojava nekontrolisanog deformisanja u savijenoj zoni. Defekti se odnose na dobijanje spljoštenog profila, pojavu nabora u zoni unutrašnjeg radijusa, lom u spoljašnjoj zoni itd. Uspješno savijena cijev podrazumijeva savijanje u jednoj ili više savijenih zona sa očuvanim dimenzijama otvora i stanjenjem zida komada ispod kritičnog iznosa. Sklonost ka pojavi defekata  je veća kod tankozidnih cijevi. Ako je debljina zida cijevi dovoljno velika nije potrebno preduzimati bilo kakve mjere, cijev se savija kao puni profil. Najstariji način (i danas se koristi u pojedinačnoj proizvodnji) za sprečavanje defekata pri savijanju cijevi, se sastoji u punjenju šupljine cijevi deformabilnom materijom i zatvaranju krajeva. Materija treba da je takvih osobina da mo že bez većih problema da pouzdano ostane u cijevi tokom oblikovanja, kao i da se zatim lahko izbaci van. Pokazalo se da je pijesak najpogodniji za ovu namjenu, ali se koristi guma i slični sintetički materijali.

U industrijskoj praksi pri većim serijama cijevi se ispunjavaju fleksibilnim jezgrima ili šipkom sa zaobljenim krajem (radijus odgovara radijusu savijanja). Po završenom savijanju jezgro se izvlači. Na sl prikazana su tri najčešće korišćena principa kod savijanja cijevi. Pod a) je savijanje oko nep okretnog profilisanog bloka pri čemu se preko držača djeluje na oba kraja cijevi. Postupak se rjeđe primjenjuje. Pod b) je šema tzv. rotacionog savijanja cijevi koje ima najširu primjenu. Centralnu poziciju ima rotirajući profilisani blok koji je vezan za pogonski sistem mašine (najčešće hidraulični) i koji ostvaruje aktivni moment savijanja. Donji držač cijevi je nepokretan, a gornji rotira zajedno sa centralnim blokom. Oblikovanje je vrlo efikasno, a proces je pogodan za kompjuterizovano upravljanje. Maš ine su kompaktne i produktivne.

Pod c) je sličan princip, ali je centralni blok nepokretan. Savijanje izvodi gornji držač. Savijanje cijevi je moguće izvoditi i u alatima. Ako se ostvari pritisno naponsko stanje aksijalnim sabijanjem krajeva, uz ispunjavanje cijevi fluidom ili drugim deformabilnim materijalom, moguće je postići velike promjene oblika i velike  stepene deformisanja bez defekata. 11

17. Profilno savijanje limova pomoću specijalnih presa i pomoću valjaka. Masovna proizvodnja limenih profila veće dužine i talasastih limova izvodi se na mašinama za profilisanje limova pomoću valjaka. One mogu imati i više od 20 radnih pozicija sa odgovarajuć im valjcima u zahvatu. Iako traka kontinualno ide (često brzinom i preko 3 m/s) oblikovanje je po stupno, višeoperaciono, sa relativno malim uglom savijene zone u jednoj operaciji . To omogućava dobijanje veoma slož enih profila od lima. Izvode se i dopunske operacije (odsjecanje itd.). Shema profilicanja limova na valjcima:

d) Duboko izvlačenje 18. Duboko izvlačenje, osnovne specifičnosti, primjena, vrste, skica alata.

Pod dubokim izvlačenjem lima podrazumjeva se takav vid oblikovanja pri kome se od početnog nedeformisanog, ravnog oblika (razvijene ploče, razvijenog stanja)  dobija tijelo prostorne neprekidne konfiguracije. U principu, to je oblik posude otvorene sa jedne strane, dok sa druge ima zatvoreno dno.

Obrada izvlačenjem se redovno vrši u hladnom stanju, osim u p osebnim slučajevima kada se komad mora zagrijavati (pogoršani uslovi obrade –  mala plastičnost). Prema ponašanju debljine lima tokom procesa oblikovanja razlikuju se dva  postupka: a) duboko izvlačenje bez promjene debljine lima (primenjuje se kod tankih limova i  ima jedno od dominantnih mjesta u industriji prerade metala uopšte), b) duboko izvlačenje sa stanjenjem (primenjuje se kod debljih limova, ima karakteristike zapreminske

obrade i posebno se izučava). 12

Prema geometriji gotovog komada moguća je sljedeća podjela: a) ‘’čisto duboko izvlačenje’’ (izvlačenje šupljeg cilindričnog tijela sa ravnim dnom) i duboko izvlačen je rotacionih dijelova,

b) duboko izvlačenje ostalih dijelova pravilnog geometrijskog oblika (kutijasti dijelovi),

c) izvlačenje dijelova ‘’nepravilnog’’ geometrijskog oblika (npr. blatobran karoserije automobila).

Dijelovi dobijeni postupcima dubokog izvlačenja imaju široku primjenu u: 1) automobilskoj industriji (dijelovi karoserije itd.), 2) avio-industriji, industriji šinskih vozila, brodogradnji,

3) industriji kućnih aparata i posuđa,

4) elektro i elektronskoj industriji, 5) poljoprivrednoj i procesnoj tehnici, 6) drugim oblastima (u manjem obimu).

Osnovna shema oblikovanja u alatu za duboko izvlačenje:

19. Osnovne karakteristike radnih elemenata alata za duboko izvlačenje.

13

Šematski prikaz mehanične prese koja se najčešće koristi u obradi deformisanjem. 20. Posebni postupci dubokog izvlačenja:

a) Rotaciono izvlačenje Deformisanje se izvodi na mašinama koje su u principu slične strugu. Oblikač sa profilom koji odgovara gotovom komadu rotira zajedno sa limom koga priteže držač.  Alat (valjčić ili drugi oblik) u parcijalnom zahvatu oblikuje komad (sl. 5.40). Dobijaju se osnosimetrični komadi često složenih krivolinijskih kontura (satelitske antene itd.).

Rotaciono izvlačenje (lijevo – počrtni položaj, desno –  kraj oblikovanja) Mašine za rotaciono izvlačenje mogu da budu veoma sofisticirane (CNC), i primjenjuju se upravo za dobijanje komada sa složenim krivolinijskim konturama. Profil oblikača nije fiksan već se  programski formira kretanjem valjka (pokretan u dvije koordinatne ose). Na isti način djeluje i valjčić za oblikovanje. Primenjuje se i postupak rotacionog izvlačenja sa stanjenjem u dvije varijante: istosmjerno i suprotnosmjerno i to za spoljašnju i unutrašnju obradu. Polazni komad im a veću debljinu i na račun njenog smanjenja dobija se željena

geometrija rotacionog komada. Deformacione sile su znatno veće.

14

b) Hidromehaničko duboko izvlačenje Oblikovanje se izvodi uz pomoć fluida pod pritiskom u različitim varijantama. Pritisak  se ostvaruje snagom prese ili pumpom visokog pritiska. Postižu se veći stepeni izvlačenja ( β>2,7) i složeniji oblici komada u odnosu na klasično izvlačenje ( βmax≈2), ali uz znatno veće troškove. Red veličine potrebnih pritisaka fluida iznosi: za aluminijum i njegove legure 50  – 200 bara, za čelične limove 200 –  600 bara, za limove od nehrđajućih čelika 300 –  1000 bara.

Pritisnim dejstvom fluida i formiranjem sloja uslovi deformisanja su znatno poboljšani u odnosu na

klasične alate.

c)Izvlačenje uz pomoć gume Guma kao veoma deformabilan materijal, koristi se u alatima za duboko izvlačenje specifičnih komada u uslovima maloserijske proizvodnje (aluminijumski dijelovi u vazduhoplovnoj industriji, složeniji oblici dijelov a). Umjesto gume mogu da se koriste pojedini polimerni materijali. Guma može da igra ulogu izvlakača ili matrice.

d) Izvlačenje uz pomoć eksploziva. Spada u visoko brzinska oblikovanja. Brzina udarnog talasa poslije detonacije TNT je oko 6700 m/s, a konkretna brzina u deformisanju na komadima za oblikovanje je obicno 30- 200 m/s. Maksimalan pritisak

udarnog talasa može da se računa prema izrazu: 15

M – masa eksploziva k – konstanta zavisna od vrste eksplozije m – empirijska konstanta a – rastojanje od komada za oblikovanje do eksplozije

21. Duboko izvlačenje sa redukcijom debljine zida (karakteristike, principi, primjena i proračuna početnog materijala.

Duboko izvlačenje s redukcijom debljine zida je postupak kod kojeg se vrši istovremeno redukcija po prečniku i debljini radnog predmeta. Kao pripremici najčešće se koriste komadi dobijeni procesom dubokog izvlačenja. Ova tehnologija se najviše primjenjuje u namjenskoj industriji za proizvodnju municije.

Na osnovu izgleda pripremka i izratka može se uočiti da u procesu izvlačenja s redukcijom debljine zida dolazi do redukcije prečnika i debljine zida povečanjem visine radnog predmeta. Debl jina dna radnog predmeta ostaje konstantna u toku procesa. U procesu izvlačenja sila se preko izvlakača prenosi na radni predmet koji se potiskuje kroz otvor prstena na izvlačenju. Osnovni izvršni dijelovi alata su izvlakač i prsten za izvlačenje. Prstenovi za izvlačenje izrađuju se od konstrukcionog čelika sa radnim dijelom od tvrdog metala. Prečnik prstena izvlačenja 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 pa zatim debljina zida. Najčešće se izvodi na višestepenim alatima. Proces se izvodi kontinuirano kroz više prstenova, koji su u alatu postavljeni jedan iza drugog. Izraz za izračunavanje deformacione sile izvlačenja s redukcijom debljine zida:

Dimenzije pripremka određuju se iz uslova jednakosti zapremine prije i poslije deformisanja. e) KOVANJE

22. Karakteristike i osnovne tehnološke operacije kod slobodnog kovanja. Obavlja se na kovačkim mašinama uz pomoć unive rzalnog jednostavnog alata (najčešće višestrukim ponavljanjem operacije sabijanja između ravnih površina). Primjenjuje se u pojedinačnoj i maloserijskoj proizvodnji. Koristi se i kao pripremno  kovanje za operacije kovanja u kalupima. Ovaj vid kovanja je jedina tehnologija obrade primjenljiva na oblikovanje dijelova veoma velikih dimenzija (vratila velikih brodskih motora, vratila propelera velikih brodova, opterećeni dijelovi velikih mašina u

željezarama itd.) Osnovne operacije kod slobodnog kovanja su: izd uživanje, proširivanje i sabijanje.

16

23. Šta je potrebno definisati da bi se konstruisao kovački crtež kod ukovnog kovanja? Polazna osnova za definisanje konačne geometrije otkovka je konstruktivni crtež  dijela spremnog za ugradnju. Geometrija otkovka se uvijek (manje ili više) razlikuje, i  da bi se pravilno definisala treba poznavati tehnologiju kovanja i naknadnu obradu. Da bi se definisala geometrija otkovka kao osnova za projektovanje alata i tehnologije kovanja potrebno je odrediti:

a) položaj i oblik podione ravni/ površine, b) veličinu dodataka za obradu i kovačke tolerancije, c) kovačke nagibe i kovačke radijuse zaobljenja, d) površine za oslanjanje (bazne površine), e) oblik i dimenzije pločica na mjestima otvora /pločice za probijanje i slijepa udubljenja.

24. Definišite redoslijed izvođenja tehnološkog procesa izrade otkovaka ukovnim kovanjem. Pri uobičajenim uslovima tehnološki postupak toplog kovanja podrazumjeva odgovarajući redosljed neophodnih operacija od kojih pojedine nisu vezane za plastično oblikovanje, ali se smatraju operacijama u sklopu ukupnog tehnološkog  procesa dobijanja otkovka : 1. odsjecanje polaznog materijala odgovarajućeg oblika sa tačnim dimenzijama ili  masom (zavisno od potrebne zapremine), 1. zagrijavanje komada (odgovarajući režim i temperatura zavise od vrste materijala),

2. kovanje u jednom ili više alata, sa odgovarajućim brojem gravura, 3. krzanje (opsjecanje vijenca i probijanje pločice, ako postoji), 4. termička obrada (normalizacija, poboljšanje, žarenje itd.), 5. čišćenje otkovka (pjeskarenje, bubnjanje itd.), 6. kalibrisanje i ispravljanje (u hladnom stanju),

7. kontrola oblika, dimenzija, površina i unutrašnjih grešaka (ferofluks, ultrazvučni uređaji i radiografsko snimanje).

17

25. Podiona ravan, dodaci za obradu, tolerancije, uglovi nagiba, radijusi zaobljenja i vruće kote kod ukovnog kovanja.

Podiona površina predstavlja površinu sastava gornjeg i donjeg kalupa, odnosno površinu po kojoj se formira vijenac. Teži se da to bude ravan upravna na  pravac kretanja gornjeg kalupa zbog jednostavnije izrade alata i odsustva bočnih sila. Međutim, u nekim slučajevima to nije moguće i tada se preduzimaju mjere za uravnoteženje bočnih sila (simetričan raspored gravura itd.). Kriterijum izbora položaja podio ne ravni koji mora uvijek da bude zadovoljen je izvlačenje otkovka iz gravure. Sve ostalo (tečenje metala u gravuri, izrada gravure, složenost alata za krzanje itd.) definiše se poslije analize tehnološkog procesa, veličine serije, različitih zahtijeva itd .

- Pri određivanju dimenzija otkovaka potrebno je uzeti u obzir dodatke za obradu (naknadna obrada rezanjem kako bi se dobio traženi kvalitet površine i tačnost dimenzija) i kovačke tolerancije

(prouzrokovane netačnostima kovanja po visini, nepotpunog ispunjavanja završne gravure, krivljenja ose, ekscentričnostima pri probijanju ploč ice itd.). Podaci su empirijski i biraju se iz odgovarajućih preporuka. - Kovački nagibi i zaobljenja imaju dvostruku ulogu: olakšavanje vađenja otkovka iz  gravura (prije svega kod kovanja na čekiću) i smanjivanje otpora pri tečenju  zagrijanog metala u cilju potpunog ispunjavanja gravure. Uglovi nagiba i potrebni radijusi biraju se iz preporuka zavisno od visine otkovka. - Površine za oslanjanje (bazne površine) imaju značaj za operacije naknadne obrade  rezanjem zbog potrebe stabilnog i pouzdanog stezanja komada. Potrebno ih je odabrati tokom definisanja geometrije otkovka i naznačiti na crtežu otkovka. Po pravilu, to su površine čiji položaj ne zavisi od habanja alata pri kovanju. - Pri kovanju nije moguće direktno dobiti otvore (odnosno dobijaju se tzv. slijepi  otvori). Oni su u operacijama oblikovanja pri kovanju zatvoreni tzv. pločicama. Osnovni razlog umetanju pločica je omogućavanje tečenja materijala u  horizontalnom pravcu i ispunjavanje gravure uz istovremeno definisanje udubljenja potrebnog za otvor. Pločica se odstranjuje naknadnom kovačkom operacijom  krzanja, kada se

(obično u jednom alatu) odstranjuje i vijenac.

18

Na osnovu prethodno iznesenog postupka formira se crtež otkovka. Primjer je dat  na sl. Označene mjere

su tzv. hladne mjere. Da bi se dobile konačne mjere završne gravure uzima se u obzir koeficijent širenja metala pri zagrijavanju, mjere koriguju i definiše završna gravura.

26. Uloga, značaj i vrste kanala za vijenac. Vijenac ima suštinski značaj i njegova uloga obuhvata: - prima višak materijala, - stvara potreban otpor bočnom isticanju i omogućava potpuno ispunjavanje  gravure, - pri kovanju na čekićima ublažava direktan sudar gornjeg i donjeg  kalupa. Geometrijske mjere biraju se iz odgovarajućih preporuka zavisno od dimenzija i složenosti otkovka. Kod kovačkih presa vijenac se formira zahvaljujući minimalnom zazoru između kalupa .

Različiti oblici kanala za vijenac pri oblikovanju na kovačkom čekiću. 19

27. Predzavršna i završna gravura. U najvećem broju slučajeva konačni oblik otkovka se formira postupno. Zbog toga  postoje tzv. pripremne, prethodne i završne gravure (samo završne gravure imaju vijenac). Gravure se izrađuju u monolitnim blokovima (kovanje na čekiću) ili u posebnim blokovima (kovanje napresi). Zagrijavanje polaznih komada vrši se u plamenim pećima (gasne, na tečna goriva) ili u električnim pećima (najčešće elektro -indukcione). Drugi način zagrijavanja je  skoro obavezan za kovanje na presama pošto se u prvoj operaciji kovanja zbog neudarnog dejstva mašine ne može skinuti oksidna kora (sagorjeli površinski sloj, nem. Zunder/cunder) koji nastaje pri zagrijavanju u plamenim pećima. f). Istiskivanje 28. Osnovne karakteristike procesa istiskivanja. Istiskivanje je proces masivnog oblikovanja pri kome se materijal, pod dejstvom opterećenja, dovodi u plastično stanje i oblikuje tečenjem kroz predviđene otvore u  alatu. Izvodi se najčešće u hladnom stanju , mada može da bude polutopl o i toplo. U zavisnosti od geometrije tečenja postoje tri osnovne vrste istiskivanja: istosmjerno, suprotnosmjerno i radijalno . Nazivi su formirani prema odnosu smjera

kretanja pritiskivača (istiskivača) i smjera tečenja materijala.

20

Osnovne karakteristike procesa: - najčešće se dobijaju osnosimetrični dijelovi prečnika D ≤ 50mm i dužine L ≤ 100mm , - masa dijelova je najčešće do oko 3 kg (maksimalna postignuta masa čeličnih  komada oko 50 kg, zahtijeva mašine ogromne snage i alate specijalne konstrukcije), - kratko vrijeme izrade, - visok stepen iskorišćenja materijala i energije, - visoka tačnost i kvalitet obrađenih površina, - poboljšanje mehaničkih osobina materijala, - velika opterećenja alata (kontaktni pritisci i do 2500 MPa pri istiskivanju čelika), - kod istiskivanja čelika neophodna je elektrohemijska priprema površine komada, - opravdana je primjena kod većih serija (iznad 1000 mesečno za veće delove). - Vrste istiskivanja: a) Istosmjerno

Cilindrični polazni komad postavlja se u matricu. Pritiskivač deluje silom F i materijal ističe kroz otvor matrice, pri čemu je prelaz sa većeg na manji (izlazni) prečnik pod uglom α.

Pokazatelji deformacije su: -prirodna deformacija:

-relativna deformacija:

Ukupna sila istiskivanja može da se odredi kao zbir sljedećih komponenti:

Fid – idealna sila istiskivanja (bez trenja), Ftkm – komponenta deformacione sile potrebna za savladavanje otpora trenja u konusnom dijelu matrice, Fut – komponenta koja se odnosi na otpore unutrašnjeg tre nja usled promene pravaca metalnih vlakana, 21

Ftcm – komponenta koja se odnosi na otpore trenja u cilindričnom dijelu matrice.

Konačno se dobija izraz za deformacionu silu istiskivanja punih komada:

Deformacioni rad (slika iznad): W = F (h0 − h1) b) suprotnosmjerno

Ovim postupkom dobijaju se šuplji komadi najčešće oblika tankozidne čahure, nešto  debljeg dna. Polazni komad se stavlja u matricu. Na njega djeluje pritiskivač, u prvoj fazi ga sabija, a zatim prinudi da teče vertikalno naviše kroz prostor između matrice i pritiskivača. Prva faza procesa obično se pojednostavljuje i smatra da odgovara slobodnom sabijanju. U drugoj fazi ostvaruje se tečenje u  vertikalnom pravcu, odnosno istiskivanje.

22

Pokazatelji deformacije su: Prirodna (logaritamska) deformacija:

Relativna deformacija:

Ukupni radni pritisak istiskivanja (srednji pritisak na pritiskivač): p = p1 + p2 Pri tome je p1 pritisak koji se odnosi na prvi dio procesa oblikovanja (slobodno sabijanje), a p2 pritisak istiskivanja kroz otvor između pritiskivača (istiskivača) i matrice.

Konačno, ukupni izraz za deformacionu silu:

 A – površina čela istiskivača. Deformacioni rad: W = F (h0 − h2) Na sl. data je zavisnost sile od hoda, sa opisom faza procesa oblikovanja.

23

c) radijalno

d) kombinovano

29. Toplo istiskivanje profila, šipki i cijevi. Toplo istiskivanje profila, šipki i cijevi obično se klasifikuje kao metalurška disciplina  primarne obrade deformisanjem (slično valjanju, dobijanju bešavnih cijevi, dobijanju  raznih profila, žice itd.). Ovde se daju osnove procesa, s obzirom da se navedeni polufabrikati koriste u tehnologiji plastičnog deformisanja. Toplim istiskivanjem se najčešće obrađuju obojeni metali (Al, Cu i njihove legure), a  u znatno manjoj mjeri pojedini čel ici. Temperature zagriavanja su iznad temperature rekristalizacije po određenom režimu. Dobijeni polufabrikati imaju dužinu od nekoliko do nekoliko desetina metara  (kod manjih presjeka). Po završetku procesa skraćuju se na potrebnu dužinu.

Toplo istiskivanje punih profila (lijevo) i cijevi (desno). (desno) a – istisnuti profil, b – matrica, c – pritisna ploča, d – potpore, e – zagrijani materijal (blok), f – tzv. recipijent, g – pritiskivač. (lijevo) a – istisnuta cijev, b – matrica, c – pritiskivač, d – trn, e – zagrijani materijal, f – recipijent, g – košuljica.

Kod istiskivanja punih profila (šipki) otvor matrice direktno definiše konačnu geometriju presjeka profila (sl. 10.2 lijevo). Kod istiskivanja cijevi (odnosno šupljih profila) (sl. 10.2 desno) pored geometrije matrice važnu ulogu ima trn (jedan ili više, zavisno od složenosti profila). Djelovanjem pritiskivača, zagrijani metal se prinudi da ističe, formirajući profil saglasno geometriji alata. Pritiskivač je obično nešto manjih dimenzija od otvo ra tzv. recipijenta (sl. 10.2 desno) tako da se formira košuljica kao sporedni efekat (sadrži površinske nečistoće, oksidnu koru itd.).

30. 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 postiza nje 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 uređ aje, 24

žice za muzičke instrumente, različite vrste opruga i poluproizvoda koji se koriste za daljnju obradu.

Postupak vučenja žice ima slijedeće osobine: - Gubici materijala pri vučenju su minimalni; - Vučenjem se poboljšavaju mehaničke osobine materijala, a u kombinaciji sa termičkom obradom mogu se dobiti proizvodi sa visokim mehaničkim osobinama; - Vučenjem se može dobiti žica promjera 0,005 mm. 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: - pomoću matrica (matrično); - pomoću 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 ( do 100 mm2), dok se veći presjeci rade u toplom stanju. Na Slici dat je 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. g). Posebni/ napredni postupci oblikovanja 31. Oblikovanje djelovanjem fluida Oblikovanje djelovanjem fluida je ekonomičan način proizvodnje dijelova iz oblik ovljivih metala kao što su to bakrene i aluminijske legure. Dobiveni proizvodi odlikuju se malom masom te povoljnim mehanič kim osobinama. Najveća uporaba oblikovanja fluidom pronalazi se u automobilskoj industriji gdje se ovim postupkom

proizvode složeni oblici malih masa i dobrih mehaničkih osobina. Također, ovu tehniku često susrećemo kod oblikovanja aluminijskih cijevi te okvira bicikla.

Oblikovanje fluidom je specijalan tip oblikovanja u kalupu korištenjem visokog tlaka radnog fluida koji na sobnoj temperaturi utiskuje materijal u kalupnu šupljinu.

25

Oblikovanje fluidom odvija se u uslovima povečanog pritiska 2000 do 3000 Mpa, što dovodi do povećanja deformabilnosti materijala. Za oblikovanje fluidom koriste se specijalni uređaji čija konstrukcija omogucava stvaranje i transport tečnosti. Prednosti ovog postupka su: Visoka tačnost obrade Obrada teško obradivih materijala Obrada složenih i veoma malih ? Niže cijene alata i ušteda na alatu te alat treba biti fino poliran -

-

-

-

Kompleksni oblici mogu biti oblikovani u jednoj fazi Oblikovanje lima membranom omogučava izradu neograničenih geometrija Oblikovanje fluidom s obzirom na vrstu obratka dijeli se u dvije grupe: Oblikovanje lima i oblikovanje cijevi. Oblikovanje lima može se vršiti uz pomoć membrane ili bez membrane. Ukoliko membrana postoji nema -

-

direktnog kontakta između radnog fluida i obratka.

Radni komad smješten je na tlačnom prstenu ispod kojeg se nalazi žig. Radni fluid okružuje obradak pod relativno niskim inicijalnim pritiskom i po tiskuje ga prema žigu. Oblikovanje se ostvaruje kada se žig počne kretati prema komori ispunjenoj radnim fluidom. Tlak u komori se tada povećava (~15000psi što odgovara ~103MPa, ~1034bar) i pod tako visokim tlakom fluid oblikuje izradak oko žiga. Nakon pro cesa oblikovanja tlak se smanjuje, žig se povlači u početni položaj i proces je završen. Kod oblikovanja cijevi pritisak se primjenjuje u unutrašnjosti cijevi. Cijev je pričvršćena unutar kalupa željenog oblika i presjeka. Kada su kalupi pričvršćeni za cijev, ona se puni radnim fluidom, a unutrašnji pritisak uzrokuje oblikovanje cijevi prema konturama kalupa.

Žigovi eventualno mogu biti inkorporirani u alat (kalup) kako bi vršili pritisak na željenim mjestima i oblikovali udubljenja u stijenci cijevi.

32. Oblikovanje eksplozivnim dejstvom 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, zapreminsk om 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.

26

Oblikovanje lima eksplozivom (Slika a.) vrši se na slijedeći način. L im se postavlja na kalup i fiksira prstenastim držačem. Vakum pumpom obezbjeđuje se vakum u kalupu za oblikovanje. Aktiviranjem eksploziva lim 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 Slici b prikazano je oblikovanje cijevi eksplozijom. Razlika u odnosu na prethodni slučaj je u obliku eksploziva ko ji se koristi za oblikovanje.

U procesu oblikovanja eksplozijom za prenosnu sredinu se najčešće upotrebljava voda, jer je  jeftina, dostupna i može se koristiti više puta. Da bi se dobili radni predmeti zadovoljavajućeg kvaliteta površine, iz kalupa se, u toku oblikovanja, pomoću vakuum pumpe izvlači zrak. Izborom vrste eksploziva može se uticati na brzinu eksplozije, odnosno brzinu udarnog vala u rasponu od 3-6 km/s. Količina upotrebljenog eksploziva utiče na granični odnos oblikovanja. Velika 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 poprečnom presjeku izratka istovremeno deformišu.  Alati 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.

33. Superplastično oblikovanje Superplastično ponašanje pokazuju pojedine  legure sa vrlo finom strukturom (veličina zrna manja od 10 do 15 μm) u odgovarajućem temperaturnom opsegu i pri malim brzinama deformacije (10-4 do 10-2 s-1). Tada se postižu vrlo velike deformacije (iznad 2000 %). I pojedini nemetalni materijali pokazuju slična svojstva (staklo, polimeri). Vrlo visoka plastičnost i relativno mala čvrstoća materijala radnog komada  u uslovima oblikovanja, omogućavaju sljedeće prednosti superplastičnog oblikovanja: - jednostavniji alati od materijala manje čvrstoće, - dobijanje s loženih geometrija sa finim detaljima u samo jednoj operaciji, - velika ušteda materijala, - nema zaostalih napona (ili su zanemarljivi).

Ograničenja i nedostaci su: - materijal ne smije da pokazuje efekat superplastičnosti na radnoj temperaturi, - zbog vrlo velike osetljivosti superplastičnih materijala na brzinu deformacije, oblikovanje  je pri vrlo malim brzinama i može da traje i do nekoliko sati, što je mnogo duže nego kod klasičnih (konvencionalnih) procesa oblikovanja, - potreba za zagrijavanjem (temperatura zagrijavanja T≈0,4Tt gde je Tt temperatura topljenja), - mali broj metala i legura pokazuje efekat superplastičnosti i zbog toga im je cijena visoka. 34. Mikrooblikovanje Ova pojava dovodi do inovativnih proizvoda koji se koriste u automobilskoj industriji, zdravstvu, monitoringu

okoliša, vojnoj industriji itd. MIKROOBLIKOVANJE se definira kao proizvodnja dijelova čije najmanje dvije dimenzije dimenzije ne prelaze 1mm.

Kada proces oblikovanja deformiranjem skrene u područje mikrodime nzija, mikrostruktura radnog komada i topologija površine ostaju nepromijenjene. 27

Međutim, materijal radnog komada se više ne može smatrati kontinuumom budući da je veliki udio volumena zauzet pojedinačnim kristalnim zrnom. Ponašanje materijala tokom  procesa nije općenito opisano kao što je to slučaj sa konvencionalnim procesima oblikovanja, nego se ispituje svaki proces posebno.

28