Skripta - Proizvodne Tehnologije (TPO)

ФАКУЛТЕТ ИНЖЕЊЕРСКИХ НАУКА КРАГУЈЕВАЦ

Др Србислав Александровић, ред. проф.

ПРОИЗВОДНЕ ТЕХНОЛОГИЈЕ (Технологија пластичног обликовања) Скрипта

2011.год.

1

1. TEHNOLOGIJA PLASTIČNOG DEFORMISANJA − UVODNE DEFINICIJE I NAPOMENE Naziv (sinonimi): −OBRADA METALA DEFORMISANJEM (OMD), −TEHNOLOGIJA PLASTIČNOG DEFORMISANJA (TPD), −TEHNOLOGIJA PLASTIČNOG OBLIKOVANJA (TPO), −PLASTIČNO DEFORMISANJE METALA (PDM), −TEHNOLOGIJA PLASTIČNOSTI …. METAL FORMING (eng.), UMFORMUNG (UMFORMTECHNIK) (nem.), ОБРАБОТКА МЕТАЛОВ ДАВЛЕНИЕМ (рус.) Tehnologija plastičnog deformisanja (TPD) metala obuhvata procese kod kojih se pod dejstvom dovoljno velikog opterećenja ostvaruje plastična deformacija, odnosno trajno menja oblik polaznog materijala. Polazni materijal je polufabrikat u obliku: limova, ploča, cevi, punih profila itd. Po svojoj prirodi deformacije se dele na: −elastične (postoje samo pod odgovarajućim opterećenjem, prestankom opterećenja nestaju), −plastične (suprotno od elastične, prestankom opterećenja 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. Glavne prednosti TPD: −izuzetno dobre mehaničke karakteristike dobijenih delova koji se koriste kod najtežih opterećenja i na najodgovornijim mestima, −relativno jednostavna i brza izrada delova čak i kod složenih geometrija i većih dimenzija, −visok stepen iskorišćenja materijala, −niža cena izrade proizvoda, −relativno niži utrošak energije po jedinici mase komada, −veliki broj delova je moguće proizvesti isključivo postupcima TPD Nedostaci TPD: −puna ekonomska opravdanost i izraziti rezultati najčešće u uslovima serijske, velikoserijske i masovne proizvodnje, −teškoće pri obradi materijala sa vrlo niskom polaznom plastičnošću (na pr. neki visokolegirani čelici), −pojava velikih sila i pritisaka tokom pojedinih procesa oblikovanja što otežava i poskupljuje izradu alata i zahteva mašine velike snage. Najvažnije oblasti primene: −industrija svih vrsta vozila, brodova, aviona i drugih letilica, mašina, alata i uređaja, −izrada vezivnih elemenata: vijci, navrtke, čivije, osovinice itd., −izrada rezervoara, sudova, konzervi i druge ambalaže, −izrada elemenata u građevinarstvu (krovne i zidne konstrukcije itd.), −izrada delova u elektrotehnici i elektronici, −izrada ručnog alata i hirurških instrumenata, −vojna industrija. S. Aleksandrović - Proizvodne tehnologije

2

Da bi se materijal mogao prerađivati, potrebno je primenom opterećenja dovesti ga u stanje plastičnog tečenja. Potrebnu silu i energiju ostvaruju mašine za plastično deformisanje: prese za obradu lima, kovačke prese, mašine za savijanje itd. Neposredno oblikovanje izvodi se u alatu koji se montira u radnom prostoru mašine. Za uspešnu praktičnu realizaciju procesa TPD potrebno je ovladati: − procesom oblikovanja (osobine materijala komada, naponsko−deformaciono stanje, brzine, ojačanje, deformabilnost, trenje, parametri procesa itd.), − alatom (konstrukcija, izrada, eksploatacija), − mašinom (parametri za izbor, tačnost itd.) −vezom sa okruženjem (transport, automatizacija, ekološki zahtevi, reciklaža otpada itd.). Istorijat: prva pojava oko 5000.g. PH (arheološki nalazi), prvi pisani trag Homerova ILIJADA (kovanje bronzanog oružja za Ahila), vučenje žice (200 g.), valjanje (1500g.), duboko izvlačenje (1600g.), …. danas kompjuterske tehnologije daju novu dimenziju TPD (modeliranja i simulacije, upravljanja, virtuelna proizvodnja…). 1.1 Podela postupaka OMD PLASTIČNO DEFORMISANJE METALA PRIMARNA OBRADA U HLADNOM STANJU VALJANJE

SEKUNDARNA OBRADA U HLADNOM STANJU

U TOPLOM STANJU KOVANJE

VUČENJE

OBRADA RAZDVAJANJEM Odsecanje na makazama

Polufabrikati: limovi, ploče, gredice, profili, cevi, žica, ostalo.

Razdvajanje na presama: -prosecanje, -probijanje... FINO RAZDVAJANJE Ostalo

OBLIKOVANJE LIMA SAVIJANJE: -na presama, -na valjcima, -ostalo.

Duboko izvlačenje bez promene debljine Izvlačenje sa stanjenjem

U TOPLOM STANJU

ZAPREMINSKO OBLIKOVANJE SABIJANJE KOVANJE: -slobodno, -u alatima (na presama, na čekićima, na specijalnim mašinama).

ISTISKIVANJE: -istosmerno, Razna oblikovanja: -suprotnosmerno, -sužavanje, -kombinovano. -proširivanje, -razvlačenje, Utiskivanje -ostalo. Kalibrisanje Ostalo

Sl.1 Moguća podela TPD na razne postupke S. Aleksandrović - Proizvodne tehnologije

Nekonvencionalni postupci Razdvajanje laserom Rotaciono izvlačenje

Hidraulična oblikovanja Visokobrzinsko oblikovanje Superplastično oblikovanje Oblikovanje ultrazvukom Mikro deformisanje

Ostalo

3

2. TEORIJSKE OSNOVE POSTUPAKA OMD (TPD) Plastično deformisanje metala odvija se pod dejstvom odgovarajućeg spoljašnjeg opterećenja koje izaziva unutrašnje napone i trajnu promenu oblika polaznog materijala. Ukupna deformacija je rezultat plastične deformacije svakog pojedinačnog kristalnog zrna materijala, koje međusobno ne moraju da budu jednake. Raspodela deformacija po zapremini komada može biti veoma različita što zavisi od tipa i uslova oblikovanja. Pri obradi deformisanjem ne smeju se prekoračiti vrednosti graničnih iznosa deformacije, jer se u protivnom razara struktura materijala ili pojavljuju drugi neprihvatljivi defekti. Takođe se ne smeju prekoračiti intenziteti kontaktnih napona jer može doći do oštećenja alata. Zbog toga se za svaku tehnološku metodu OMD izvodi proračun komponenti napona i deformacija, zatim proračun deformacionih sila i rada. Ovi parametri neophodni su za pravilno dimenzionisanje alata i izbor odgovarajućih mašina. Tokom plastičnog deformisanja materijal menja svoju strukturu, što za posledicu ima promenu mehaničkih svojstava u smislu povećanja čvrstoće i žilavosti. Za analizu i prethodnu procenu navedenih pojava kod TPD neophodno je poznavanje osnovnih teorijskih relacija baziranih na mehanici kontinuuma odnosno teoriji plastičnosti. 2.1 PRETPOSTAVKE U TPD Da bi se matematičko−fizička interpretacija veoma složenih zavisnosti pojednostavila i učinila praktičnijom za razumevanje i primenu, uvode se pretpostavke koje često nisu sasvim realne ali (uz prihvatljivu grešku) daju rešenja za važne parametre procesa. a) hipoteza o homogenosti elastično−plastičnog tela (zanemaruje se stvarna diskretna, kristalna, struktura metala). b) hipoteza o prirodnom naponskom stanju (pre početka deformisanja nema unutrašnjih napona ili su uravnoteženi). c) izotropnost strukture materijala (realni materijali imaju različita svojstva u raznim pravcima po zapremini). d) Idealizacija elastičnih i plastičnih svojstava (sl. 2.1). e) nepromenljivost zapremine. σ

σ

σ

a)

0

b)

ε

ε

0

σ

c)

ε

0

σ

d) 0

ε

e) 0

ε

Sl. 2.1 Idealizacija elastično−plastičnih svojstava materijala S. Aleksandrović – Proizvodne tehnologije

4

2.2 NAPONI Naponsko stanje u bilo kojoj tački naregnutog tela određeno je tenzorom napona:

⎡σx ⎢ Tσ = ⎢τ yx ⎢ τ zx ⎣

τ xy σy τ zy

τ xz ⎤ ⎡σ1 ⎥ τ yz ⎥ = ⎢ 0 ⎢ ⎥ σ z ⎦ ⎢⎣ 0

0 σ2 0

0⎤ 0⎥ ⎥ σ 3 ⎥⎦

σ−normalni naponi; τ −tangencijalni naponi σ1> σ2 >σ3 −glavni normalni naponi (deluju u ravnima u tangencijalnih napona)

kojima

nema

Srednji (hidrostatički) napon:

σm =

1 (σ1 + σ 2 + σ3 ) 3

Ovaj vrednost predstavlja intenzitet napona ravnomernog pritiska ili zatezanja u posmatranoj tački i definiše tzv. sferni tenzor napona (Tσs).

⎡σ m T =⎢ 0 ⎢ ⎢⎣ 0 s σ

0 σm 0

0⎤ 0⎥ ⎥ σ m ⎥⎦

Tσ = Tσs + D σ

gde je Dσ − devijator tenzora napona

Proces plastičnog deformisanja izvodi se upravo pod dejstvom devijatora tenzora napona dok tzv. sferni deo tenzora u tom smislu nije značajan. Efektivni (ekvivalentni) normalni napon:

σe =

2 2

(σ1 − σ 2 )2 + (σ 2 − σ3 )2 + (σ3 − σ1 )2

To je veoma značajna vrednost jer predstavlja intenzitet fiktivnog jednoosnog napona čije dejstvo reprezentuje odgovarajuće troosno naponsko stanje. Ovako definisan efektivni napon pri prostornom naponskom stanju uvek je moguće upoređivati sa odgovarajućim stvarnim naponom pri jednoosnim naprezanjima (zatezanju i pritiskivanju) što je od velikog praktičnog značaja, jer je moguće analizom na pr. jednoosnog zatezanja dobiti univerzalne karakteristike vezane za proces plastičnog oblikovanja.

S. Aleksandrović – Proizvodne tehnologije

5

2.2.1 Vrste naponskih stanja i njihove mehaničke šeme

Sl. 2.2 Šeme različitih naponskih stanja

2.3 DEFORMACIJE Deformacija predstavlja meru promene oblika i dimenzija posmatrane zapremine ili tela u celini. Pri plastičnom deformisanju menjaju se dimenzije a najčešće i osnovni oblik tela. Svaka elementarna zapremina, u opštem slučaju, deformiše se do različitih iznosa deformacije. Slično naponima, deformaciono stanje u svakoj tački moguće je definisati tenzorom deformacije. Za potpuno određivanje deformacionog stanja potrebno je takav tenzor odrediti u velikom broju tačaka što je teorijski značajno ali praktično veoma teško izvodljivo. Zato se u tehnologiji plastičnog deformisanja pribegava pojednostavljenju tako što se posmatra veća, makro, zapremina i za nju definiše ostvarena deformacija. Smatra se da je po posmatranoj zapremini deformacija ravnomerna (homogena), a njen iznos predstavlja srednju vrednost svih realnih vrednosti. Slično efektivnom naponu moguće je definisati i efektivnu (ekvivalentnu, uopštenu) deformaciju:

εe =

2 3

(ε1 − ε 2 )2 + (ε 2 − ε 3 )2 + (ε 3 − ε1 )2

Ova veličina je pogodan reprezent deformacionog stanja. U praktičnim izračunavanjima vrednosti deformacija izražavaju se preko pokazatelja. S. Aleksandrović – Proizvodne tehnologije

6

Sl. 2.3 Idealno deformisanje paralelopipeda

Pokazatelji deformacije: − apsolutna deformacija

Δl = l1 − l 0 ,mm

−relativna (jedinična) deformacija: ε =

Δl , l0

−deformacija površine (proširenje ili suženje):

−prirodna (logaritamska) deformacija:

ϕ = ln

ψ=

ΔA , A0

l1 . l0

Iz uslova o nepromenljivosti zapremine u oblasti plastičnosti dobija se veza između deformacija u sva tri pravca.

V = l 0 b 0 h 0 = l1b1h 1 = const. l1 b1 h 1 = 1 i logaritmovanjem konačno: ϕ1 + ϕ 2 + ϕ3 = 0 l0 b0 h 0 2.3.1 Deformaciona stanja i njihove šeme

Sl. 2.4 Šeme deformacionih stanja S. Aleksandrović – Proizvodne tehnologije

7

Deformaciona stanja se razlikuju od naponskih. Na pr. čistom jednoosnom naponskom stanju pri zatezanju odgovara troosno (prostorno) deformaciono stanje.

a) i b)−ravanska naponska stanja, c)−ravansko deformaciono stanje

Sl. 2.5 Primeri naponsko−deformacionih stanja

2.4 BRZINA DEFORMACIJE I BRZINA DEFORMISANJA I brzine su tenzorske veličine (tenzori drugog reda kao naponi i deformacije) ali ovde će se dati samo vrednosti na makro nivou. Razlikujemo brzinu deformisanja (brzina kretanja izvršnog elementa mašine, v, mm/s) i & , s −1 ). brzinu deformacije (promena deformacije u jedinici vremena, ϕ

ϕ& =

dϕ dl v = = dt ldt l

l, mm−trenutna dimenzija zapremine koja se deformiše,

dl = v , mm / s −brzina deformisanja. dt 2.5 VEZA IZMEĐU NAPONA I DEFORMACIJA U oblasti elastičnosti postoji linearna jednoznačna veza između napona i deformacija definisana poznatim Hukovim (Hooke) zakonom. U oblasti plastičnosti ta zavisnost je složena i nelinearnog karaktera. Pri veoma malim deformacijama pravi se analogija sa elastičnim deformisanjem i to su Levi−Mizesove jednačine (Levy−Misses). Značajne su pri teorijskim razmatranjima i numeričkim simulacijama procesa deformisanja.


8

2.6 USLOVI PLASTIČNOSTI Pod dejstvom spoljašnjeg opterećenja polazni materijal (polufabrikat) se u prvoj fazi deformiše elastično, a onda u kritičnom trenutku počinje ostvarivanje procesa plastičnog oblikovanja, koji traje sve do konačne promene oblika. Da bi se ostvario prelaz iz elastičnog u plastično deformisanje , potrebno je da budu ispunjeni određeni uslovi u pogledu intenziteta i međusobnog odnosa napona koji deluju po zapremini tela.

K σ

K σ σ=

RP0,2

T

F A0

−tehnički napon.

Stvarni napon:

Idealno plastičan materijal

0

σ1 =

F = K = σe A

ε

Sl. 2.6 Stvarni i tehnički napon pri jednoosnom zatezanju

Ilustrativno je pratiti prelaz iz oblasti elastičnosti u oblast plastičnosti na primeru jednoosnog zatezanja (sl. 2.6). On se dešava u tački T kad tehnički, odnosno glavni normalni napon, dostigne vrednost granice tečenja RP0,2 (ili Re). Glavni normalni napon, kao jedini stvarni napon, ujedno predstavlja efektivni napon i napon tečenja, odnosno deformacioni otpor (deformacionu čvrstoću) K. NJegov intenzitet raste sa porastom plastične deformacije (efekat ojačavanja). Deformacioni otpor (napon tečenja, deformaciona čvrstoća) jednak je ekvivalentnom (efektivnom) naponu σe tokom plastičnog deformisanja. U uslovima jednoosnog naponskog stanja σe je jednako glavnom normalnom (σ1), odnosno stvarnom naponu (F/A). 2.6.1 Energetski uslov plastičnosti Poznat je i kao Mizesov kriterijum plastičnosti (Misses) i važi u opštem slučaju prostornih naponskih stanja. Počiva na sledećoj energetskoj hipotezi: da bi otpočelo plastično deformisanje u napregnutom telu, količina unutrašnje energije elastične promene oblika, po jedinici zapremine, treba da dostigne jedan kritičan iznos u datim uslovima (temperatura, brzina, stepen deformacije). Ova energija ne zavisi od naponsko−deformacionog stanja, već isključivo od svojstava materijala. Konačna forma ovog uslova može se dati preko sledećeg izraza:

σe =

2 2

(σ1 − σ 2 )2 + (σ 2 − σ3 )2 + (σ3 − σ1 )2

=K


9

što praktično znači da plastično deformisanje počinje kad efektivni napon dostigne vrednost deformacionog otpora. Zavisnost deformacionog otpora od plastične deformacije određuje se najčešće eksperimentalno pri jednoosnom zatezanju ili pritiskivanju. 2.6.2 Uslov najvećeg smičućeg napona Poznat je pod nazivom kriterijuma Treska (Tresca) i glasi: da bi otpočeo proces plastičnog deformisanja maksimalni smičući napon u materijalu treba da dostigne odgovarajuću kritičnu vrednost.

τ max = K S = const.

τ max = ±

σ1 − σ 3 = τ13 2

KS −smicajni deformacioni otpor (može se odrediti čistim smicanjem)

Pri jednoosnom zatezanju σ 2 = σ 3 = 0 Konačno:

σ1 − σ 2 K = , odnosno 2 2

i σ1 = K pa je: τ max =

K = KS 2

σ max − σ min = K

Znači, prema ovom uslovu, da bi otpočelo plastično deformisanje u opštem slučaju naponsko−deformacionog stanja, potrebno je da maksimalni smičući napon dostigne polovinu vrednosti deformacione čvrstoće. S druge strane, a sobzirom da se τmax izražava preko normalnih napona, može se reći da, prema uslovu najvećeg smicajnog napona, plastično deformisanje nastupa kad razlika između najvećeg i najmanjeg glavnog normalnog napona dostigne vrednost deformacionog otpora. 2.7 DEFORMACIONO OJAČANJE I KRIVE OJAČANJA Tokom procesa deformisanja sa povećanjem ostvarene plastične deformacije raste napon tečenja potreban da se proces nesmetano odvija. Karakteristike plastičnosti i žilavosti opadaju, dok su svojstva čvrstoće u porastu. Materijal se opire deformisanju i u skladu sa njegovim osobinama treba delovati sve većim i većim deformacionim silama. Upravo taj efekat izraženog porasta napona tečenja sa povećanjem plastične deformacije praćen padom plastičnosti materijala predstavlja deformaciono ojačanje. Najbolji način za kvantifikovanje tog procesa je preko krivih ojačanja. Efekat ojačanja zavisi od: a) vrste (hemijski sastav) i osobina materijala (stanje strukture), b) brzine deformacije, c) temperature obrade. 2.7.1 Hladno i toplo deformisanje Egzaktno posmatrano, deformisanje je u hladnom stanju ako je temperatura obrade niža od temperature rekristalizacije (T
10

U većini slučajeva hladno deformisanje podrazumeva obradu na sobnoj temperaturi (bez ikakvog termičkog tretmana), što donosi uštede u procesu proizvodnje. U tabeli 1 date su temperature rekristalizacije značajnijih materijala. Tabela 1 Temperatura rekristalizacije pojedinih metala, oC Volfram Mesing 1200 Gvožđe Aluminijum 450 Nelegirani čelici Kalaj 450−600 Srednje i visoko legirani čelici

0

Olovo

600−800

270 150 0

Deformisanje u toplom stanju vrši se ako je temperatura obrade viša od temperature rekristalizacije. Osnovne karakteristike ove obrade (u odnosu na oblikovanje u hladnom stanju): a) znatno niži deformacioni otpor, b) povećana plastičnost, c) niži kvalitet površina i niža tačnost dimenzija, d) viši troškovi proizvodnje zbog zagrevanja. Postoji i polutopla obrada (temperatura obrade je u intervalu između hladne i tople obrade). Kod većine čelika taj temperaturski interval je između 450 i 700oC. 2.7.2 Krive ojačanja

F(σ)

Krive ojačanja predstavljaju zavisnost deformacionog otpora (napona tečenja, deformacione čvrstoće) od ostvarene efektivne plastične deformacije. Neposredno pokazuju intenzitet efekta deformacionog ojačavanja. Zavise od: materijala (vrsta, struktura), temperature, brzine deformacije, ali ne zavise od naponskog stanja. Zbog toga je to veoma važna univerzalna karakteristika materijala koja omogućava kvantifikovanje naponskih komponenti i parametara procesa. Izvorno, krive ojačanja se određuju eksperimentalno, najčešće u uslovima jednoosnih naponskih stanja zatezanja i pritiska u oblasti plastičnosti. Tada postoji samo jedan glavni napon, u isto vreme jednak i ekvivalentnom naponu i deformacionom otporu .

M T(H)

P, E

R T(L)

ravnomerno def.

0

Δ lM -PL

neravn. def.

Δ lM -EL

Δ l (ε)

Sl. 2.7 Dijagram zatezanja S. Aleksandrović – Proizvodne tehnologije

11

Test jednoosnog zatezanja se veoma često koristi za određivanje osnovnih mehaničkih karakteristika materijala: granice tečenja (Re ili Rp0,2), zatezne čvrstoće (RM), maksimalnog izduženja (A). Paralelno sa tim moguće je odrediti i krivu ojačanja. Naime, u oblasti ravnomernog (homogenog) deformisanja (sl. 2.7) vlada jednoosno naponsko stanje i tu je moguće doći do direktnih zavisnosti između sile zatezanja, tehničkog napona i stvarnog napona (koji je u oblasti plastičnosti istovremeno jednak deformacionom otporu i ekvivalentnom naponu). Takođe, deformacija dužine (u ovom slučaju, najveća−prva glavna deformacija) predstavlja efektivnu (ekvivalentnu) deformaciju.

F , tehnički napon (fiktivna vrednost proporcionalna sili zatezanja). A0 Veza između deformacionog otpora K i napona σ jednostavno se određuje: σ=

K=

F F l = A A 0 l0

K=

;

F (1 + ε ) = σ(1 + ε ) na osnovu uslova o nepromenljivosti A0

zapremine: A 0 l 0 = Al i osnovnih definicija izduženja): ε =

pokazatelja deformacije (na pr. relativnog

l − l0 l = − 1. l0 l0

K

K0

K=K(ε;ϕ;ψ )

ε(ϕ, ψ)

0 Sl. 2.8 Kriva ojačanja

Na osnovu prethodne veze između K i σ moguće je dobiti krivu ojačanja (u oblasti levo od tačke M na sl. 2.7). Deformacija u tački M je pri jednoosnom zatezanju najčešće manja od 30%, pa za veće iznose nije moguće odrediti krivu ojačanja. Za veće stepene deformacije moguće je koristiti analitičke aproksimacije ili drugačiji eksperimentalni postupak (na pr. pritiskivanje). Da bi u procesu sabijanja (najčešće cilindričnog polaznog komada) vladalo jednoosno naponsko stanje potrebno je smanjiti trenje na kontaktnim površinama. To se najčešće radi po metodi prikazanoj na sl. 2.9.


12

Sl. 2.9 Sabijanje po metodi Rastegajeva

Sl. 2.10 Primeri krivih ojačanja

Sl. 2.11 Uticaj temperature na krive ojačanja

2.7.3 Aproksimacije krivih ojačanja Aproksimacije krivih tečenja su odgovarajuće matematičke funkcionalne zavisnosti koje sa dovoljnom tačnošću mogu da zamene stvarne (eksperimentalne) krive. Različite su funkcije u pitanju, najčešće eksponencijalnog tipa, ali najveću primenu ima funkcija oblika:

K = C ⋅ ϕn C i n su konstante koje je moguće odrediti iz uslova nepromenljivosti zapremine i maksimuma sile na dijagramu zatezanja (primeri u tabeli 2).

C=

KM ; n = ϕ eM ϕϕeMeM

KM−deformacioni otpor u trenutku postizanja maksimuma sile pri zatezanju, φeM−efektivna deformacija pri maksimalnoj sili zatezanja. S. Aleksandrović – Proizvodne tehnologije

13

Tabela 2 Legure aluminijuma 1100–O 2024–T4 6061–O 6061–T6 7075–O Mesing 70–30, žaren 85–15, hl. valjan Leg. kobalta, žarena Bakar, žaren Čelik Nisko uglj., žaren Č 4731 žaren Č 4731 hl. valjan Č 5430 žaren Č 4580 nerđ. žaren Č 4170 nerđ. žaren

C (MPa)

n

180 690 205 410 400

0.20 0.16 0.20 0.05 0.17

900 580 2070 315

0.49 0.34 0.50 0.54

530 1015 1100 640 1275 960

0.26 0.17 0.14 0.15 0.45 0.10

2.8 DEFORMABILNOST U oblasti tehnologije plastičnog oblikovanja često se koriste termini: deformabilnost, plastičnost, obradivost. Ako je reč o trajnom (plastičnom) deformisanju deformabilnost i plastičnost se odnose na opštu sposobnost materijala da se trajno deformiše bez pojave razaranja ili nekog drugog oštećenja strukture. Obradivost se najčešće vezuje za konkretan tip obrade (na pr. dubokim izvlačenjem, istiskivanjem itd.). Najznačajniji uticajni faktori na deformabilnost su: vrsta materijala (hemijski sastav), struktura, temperatura obrade, brzina deformacije i naponsko stanje. Kvantitativna mera koja izražava deformabilnost pri zapreminskom oblikovanju je granična ekvivalentna deformacija (ϕeg) u trenutku pojave oštećenja strukture (lokalizovano deformisanje ili razaranje). Zavisnost ϕeg od naponskog pokazatelja β predstavlja dijagram granične deformabilnosti (sl. 2.12).

Sl. 2.12 Dijagram granične deformabilnosti pri zapreminskom oblikovanju


14

β=

σ1 + σ 2 + σ 3 σe

Dijagram na sl. 2.12 moguće je dobiti eksperimentalno preko tri tačke koje odgovaraju jednostavnim naponskim stanjima. Detaljnije definisanje zahteva primenu i složenijih naponskih stanja. Kod deformisanja limova, najčešće se deformabilnost izražava preko intenziteta glavnih deformacija u ravni lima u trenutku lokalizovanog deformisanja i razaranja. Zavisnost veće glavne deformacije (ϕ1) od manje (ϕ2) pri graničnim uslovima predstavlja dijagram granične deformabilnosti kod limova, poznat i kao Kiler−Gudvinov dijagram (Keeler−Goodwin) (sl. 2.13).

Stuart Keeler (Keeler Technologies LLC, USA) Sl. 2.13 Dijagram granične deformabilnosti kod limova

2.9 PARAMETRI PROCESA Osnovni parametri procesa plastičnog deformisanja su: deformaciona sila, srednji površinski pritisak (radni pritisak, radni napon) i deformacioni rad. Deformaciona sila je najvažniji podatak za izbor mašine na kojoj se proces oblikovanja izvodi. Radni pritisak je bitno poznavati u procesima zapreminske obrade i on se koristi za određivanje odgovarajućih sila i radova. Deformacioni rad je važan za definisanje potrebne snage mašine i procenu utroška energije tokom procesa oblikovanja.


15

2.9 KONTAKTNO TRENJE I GRANIČNI USLOVI U toku procesa plastičnog deformisanja metala na kontaktnim površinama između alata i radnog predmeta nastaje odgovarajuće trenje, pošto dolazi do relativnog kretanja između alata i komada. Po svojoj prirodi ovo trenje je bitno drugačije od trenja između krutih mašinskih parova, koji rade u oblasti elastičnosti. Pri oblikovanju deformisanjem kontaktni pritisci mogu preći iznad 2500 MPa, za razliku od mašinskih parova gde je to najčešće ispod 50 MPa. Druga razlika je u površini kontakta. Pri deformisanju kontaktna površina se najčešće povećava i menja njena konfiguracija. Dalje, kod mašinskih parova trenje je uvek štetno, pri deformisanju u brojnim slučajevima može da bude i korisno (valjanje, duboko izvlačenje). Glavni uticaji na kontakno trenje su: kontaktni pritisak, brzina klizanja, temperatura, parametri kontaktnih površina (hrapavost, fizičko−hemijske osobine), vrsta materijala u kontaktu, primenjeno mazivo itd. Moguća podela tipova trenja: suvo trenje (metalni kontakt bez maziva), kvazi hidrodinamičko (sloj maziva potpuno razdvaja površine u kontaktu), granično (postoji film maziva koji može biti prekinut i pod većim pritiscima ostvareno hladno privarivanje) i mešovito (elementi graničnog i kvazi hidrodinamičkog trenja, najčešće prisutno u praksi). Sredstva za podmazivanje treba da obezbede željene otpore trenja (najčešće smanjenje), umanjenje habanja, održanje filma maziva, netoksičnost itd. Primena zavisi od vrste procesa, uslova obrade, vrste materijala itd. Osnovne vrste maziva su: ulja, emulzije (smeše ulja i vode), masti i maziva u čvrstom stanju (praškovi, grafit, molibden disulfid, cink sulfid, sapuni i polimeri). Kontaktno trenje dovodi do: promene naponskog stanja (pri sabijanju, od jednoosnog postaje prostorno), povećanja deformacionih sila, nehomogenog deformisanja, pogoršanja kvaliteta površina komada itd. Sile trenja deluju na kontaktnim površinama i predstavljaju smicajne sile usmerene suprotno od smera pomeranja metala. Određivanje ovih sila zasniva se na različitim pojednostavljenjima i pretpostavkama. Data je jedna od mogućnosti. 1) Normalni napon u kontaktu je znatno veći od deformacione čvrstoće (na pr. pri toplom kovanju), σ >> K . Tada važi da je smicajni napon usled trenja:

τ k = μ ⋅ K , gde je μ koeficijent trenja. Prema hipotezi maksimalnog smičućeg napona τ max = 0,5K pa je očigledno najveća vrednost koeficijenta trenja μ=0,5. 2) Normalni napon u kontaktu je manji od deformacione čvrstoće, σ
τ k = μ ⋅ σ , što odgovara Kulonovom trenju. Za praktičnu primenu mogu se usvojiti sledeće vrednosti koeficijenta trenja: μ=0,4 − 0,5 za obradu u toplom stanju, μ=0,2 − 0,3 za hladnu obradu bez podmazivanja, μ=0,08 − 0,15 za hladnu obradu sa podmazivanjem. S. Aleksandrović – Proizvodne tehnologije

16

A. OBRADA LIMA (SHEET METAL FORMING) 3. OBRADA RAZDVAJANJEM (SHEARING) Razdvajanje se po svojim osobinama razlikuje od svih ostalih postupaka plastičnog deformisanja jer podrazumeva fizičko odvajanje dela polufabrikata razdvajanjem („sečenjem”). Razlozi za izučavanje procesa razdvajanja u okviru tehnologije plastičnog oblikovanja su sledeći: isti su polufabrikati (najčešće limovi), iste ili slične mašine i činjenica da su operacije razdvajanja početne u ukupnom tehnološkom procesu plastičnog oblikovanja. Proces razdvajanja se ostvaruje smicanjem po površinama koje određuje geometrija komada, odnosno alata. Osnovne razlike razdvajanja u odnosu na ostale metode obrade deformisanjem su: a) suština procesa razdvajanja je ostvarivanje tangencijalnih (smičućih) napona u određenim ravnima. Kad ti naponi dostignu maksimalnu vrednost nastaje razdvajanje strukture, b) zona obrade je koncentrisana na usku oblast oko rezne ivice, c) zapremina gotovog komada uvek je manja od zapremine polaznog komada. Postupke razdvajanja je moguće podeliti na: 1. odsecanje, 2. prosecanje i probijanje, 3. vibraciono razdvajanje i 4. fino prosecanje.

3.1 Odsecanje Odsecanje je postupak kojim se obrađuju najčešće limovi raznih debljina, ali i (ređe) šipke i profili. Linija razdvajanja je uvek prava.


17

Sl. 3.1 Faze procesa razdvajanja

Polazni komad se postavlja između pokretnog i nepokretnog noža (sl. 3.1). Prva faza procesa je elastično deformisanje. Porastom deformacione sile nastaje plastično deformisanje, a kada smičući napon u zoni razdvajanja dostigne maksimalnu vrednost, t.j. jačinu materijala na smicanje, dolazi do razaranja strukture,odnosno razdvajanje polaznog komada na dva dela. Proces traje veoma kratko. Kod tanjih limova to je red veličine desetinke sekunde. Za realizaciju razdvajanja potrebni su univerzalni alati (noževi) i specijalne mašine (tzv. makaze). Postupak je pogodan za primenu u pojedinačnoj i serijskoj proizvodnji. S obzirom na korišćenu mašinu postoje tri varijante odsecanja: −na makazama sa pravim paralelnim noževima, −na makazama sa pravim nagnutim noževima, −na makazama sa kružnim noževima. 3.1.1 Odsecanje na makazama sa pravim paralelnim noževima Rezne ivice noževa u jednom trenutku deluju po celoj liniji razdvajanja (sl. 3.2). Zbog toga je opterećenje mašine udarno. Radni predmet nije deformisan (ostaje ravan). Na sl. 3.3 je fotografija mašine.

Sl. 3.2 Shema odsecanja na makazama sa pravim paralelnim noževima


18

Sl. 3.3 Spoljašnji izgled makaza sa pravim paralelnim noževima


19

Maksimalna sila odsecanja:

F = b ⋅ s ⋅ τSM ,gde je b−dužina linije odsecanja (najčešće širina polaznog komada), s−debljina lima i τsM−smicajna čvrstoća. Merodavna sila za izbor mašine:

FM = 1,3 ⋅ F Deformacioni rad se može približno odrediti po sledećem izrazu:

W = λ ⋅ F ⋅ s ,gde je λ =0,3−0,75 −koeficijent srednje sile. 3.1.2 Odsecanje na makazama sa pravim nagnutim noževima U ovom slučaju ostvaruje se parcijalni zahvat rezne ivice noža i lima (sl. 3.4). Deformaciona sila je znatno manja u odnosu na odsecanje sa pravim paralelnim noževima, ali je gotov komad u manjoj ili većoj meri savijen.

Sl. 3.4 Shema odsecanja na makazama sa pravim nagnutim noževima

Merodavna sila odsecanja za izbor mašine na ovim makazama iznosi:

s2 FM = RM 2 ⋅ tgα Ugao nagiba noža (α) mora biti tako odabran da ne dolazi do izmicanja lima. Ako je koeficijent trenja između lima i rezne ivice μ, ugao trenja je: ρ=arc tgμ. Pošto sa dve strane postoji trenje mora se zadovoljiti uslov:

α < 2ρ Za μ=0,1 α<11o20' Praktično je ugao nagiba noža α=2−6o. Deformacioni rad:

W = FM ⋅ b ⋅ tgα

,b−ukupna dužina linije odsecanja. S. Aleksandrović – Proizvodne tehnologije

20

Sl. 3.5 Izgled makaza za odsecanje sa pravim nagnutim noževima

3.1.3 Odsecanje na makazama sa kružnim noževima Primenjuje se samo za odsecanje limova (obično u vidu traka velike dužine). Okretanjem noževa ostvaruje se odsecanje. Vrlo često se vrši istovremeno odsecanje više užih traka iz jedne šire (sl. 3.6 i 3.7).

Sl. 3.6 Shema položaja kružnih noževa


21

3.2 Prosecanje i probijanje Prosecanje i probijanje su postupci obrade razdvajanjem po zatvorenoj konturi uz pomoć posebnih preserskih alata. Proces se najčešće izvodi na mehaničkim presama. Polufabrikati su limene trake ili pojedinačni komadi od lima, a koriste se i nemetalni materijali u pločastoj formi. Gotovi komadi su ravni sa konturama različitog oblika.

Sl. 3.8 Radni elementi alata

Sl. 3.7 Prosecanje i probijanje

Za razliku od ostalih postupaka deformisanja ovde nije potrebno da materijal ima dobre osobine plastičnosti i deformabilnosti. Termin prosecanje podrazumeva dobijanje finalnog komada sa spoljašnjom konturom, a termin probijanje − dobijanje finalnog komada sa unutrašnjom konturom (sl. 3.7). Proces u okolini rezne ivice je potpuno isti.

Sl. 3.9 Prosecanje


22

Osnovna shema prosecanja data je na sl. 3.8 i 3.9. Prikazani su radni elementi alata i položaj materijala. Proces razdvajanja traje veoma kratko (delić sekunde) čak i kod većih debljina lima, ali je mehanizam njegovog odvijanja relativno složen (sl. 3.10). Pod a) je dat polazni položaj sa označenom najvažnijom karakteristikom alata, zazorom. Manjim zazorom postiže se bolji kvalitet presečene površine, ali je deformaciona sila veća. Obrnuto, veći zazor daje lošiju presečenu površinu uz manju silu i smanjeno habanje alata. Na skici b) je faza elastičnog deformisanja, koja prerasta u plastično oblikovanje na skici c). Daljim rastom sile, zatežući naponi u okolini rezne ivice matrice prelaze kritičnu vrednost i tu se javlja pukotina (d). Ona brzo propagira u pravcu rezne ivice prosekača, što zavisi od vrste materijala i zazora i rezultira u gotovo udarnom razdvajanju. Kod žilavijih materijala pukotina se javlja i u zoni rezne ivice prosekača (e). Kod manjeg zazora pukotine se mimoilaze, a materijal između njih ponovo seče (f). 3.2.1 Deformaciona sila i rad prosecanja (probijanja) Deformaciona sila prosecanja (probijanja):

FM = L ⋅ s ⋅ τSM , gde je L−dužina konture prosecanja. Sila za izbor mašine:

FMAS = 1,3FM + FPOM , gde FPOM podrazumeva bilo koju pomoćnu silu (držanje, skidanje, izbacivanje) koja se svojim dejstvom suprostavlja deformacionoj sili. Deformacioni rad:

Sl. 3.10 Mehanizam procesa razdvajanja S. Aleksandrović – Proizvodne tehnologije

23

W = λ ⋅ FM ⋅ s , slično kao kod odsecanja na makazama sa pravim paralelnim noževima. Prethodni izrazi važe samo za prosecanje i probijanje na alatima sa ravnim (nezakošenim) reznim ivicama. 3.2.2 Mogućnosti za smanjenje sile prosecanja Primenjuju se sledeći načini: a) alati sa zakošenim reznim ivicama, b) izrada prosekača različitih dužina i c) prosecanje na povišenim temperaturama. Kod alata sa kosim reznim ivicama (sl. 3.11 i 3.12) nema istovremenog kontakta po celoj konturi prosecanja već je zahvat parcijalan, analogno sečenju na makazama sa nagnutim noževima. Zbog toga je deformaciona sila znatno manja, ali su alati složeniji a radni predmet u nekim slučajevima savijen.

Sl. 3.11 Zakošene rezne ivice

Sl. 3.12 Varijante zakošenih reznih ivica


24

Sledeći način se koristi kod alata sa više probijača, odnosno prosekača. Najčešće se smanjuje dužina manjih prosekača, odnosno vrši pojedinačno razdvajanje odgovarajućih kontura (sl. 3.13).

Sl. 3.13 Princip korišćenja noževa različitih dužina

Treći način za smanjenje sile razdvajanja, obično se koristi kod veoma debelih pločastih materijala. Na povišenim temperaturama smanjuje se čvrstoća, a time i sila prosecanja. Temperatura zagrevanja zavisi od hemijskog sastava i stanja strukture polufabrikata. Kod većine čelika to je 750−900oC. 3.2.3 Principi racionalnog korišćenja materijala pri prosecanju U uslovima većih proizvodnih serija od velikog je značaja ekonomično korišćenje materijala pri prosecanju, t.j. obezbeđenje pravilnog rasporeda komada na traci uz tehnologičnu geometriju, kako bi otpadak bio minimalan. Lim se dobija iz železara najčešće u obliku tabli. Iz njih se odsecaju trake odgovarajuće širine. Od takvih traka se, zatim, prosecanjem i probijanjem dobijaju gotovi delovi ili polazni komadi za naredne operacije. U velikoserijskoj i masovnoj proizvodnji obično se direktno iz železare dobijaju koturovi lima potrebne širine. Njihova primena, osim prese sa alatom za prosecanje i probijanje, zahteva uređaje za odmotavanje i ispravljanje pre uvođenja u alat. Od posebnog je značaja pravilno koncepcijsko rešenje, alata, položaja kontura na traci i širine trake. Najveći uticaj ima veličina serije i vrsta materijala lima. Na sledećim slikama date su varijante rasporeda kontura na traci.

Sl. 3.14 Raspored kontura na traci


25

Sl. 3.15 Uticaj raporeda kružnih kontura na stepen iskorišćenja materijala

Sl. 3.16 Primeri rasporeda kontura na traci


26

3.2.4 Osnovne napomene o alatima za prosecanje i probijanje Alati se sastoje od dva podsklopa: gornjeg i donjeg. Gornji se vezuje za pritiskivač prese (pokretan je), a donji za radni sto (nepokretan). Centralno mesto imaju radni (izvršni) elementi: prosekači i matrice. Sve je podređeno pravilnom funkcionisanju sklopa prosekač−matrica: krutost, vođenje, centriranje, način povezivanja elemenata itd. Ako vođenje gornje polovine alata u odnosu na donju postavimo kao kriterijum, alate za prosecanje možemo podeliti na: −alate bez vođenja (koristi se vođenje prese, sl. 3.9), −alate sa pločastim vođenjem (preko profilisanog otvora u ploči za vođenje, sl. 3.17), −alate sa stubnim vođenjem (klizno ili kotrljajuće, sl. 3.18 i 3.19), −alate sa kombinovanim vođenjem (pločasto i stubno, sl. 3.20). S obzirom na broj prosecanja alati se mogu podeliti na: −jednosečne (jedna kontura) i −višesečne alate (više od jedne konture prosecanja, sl. 3.17). Prema formi rezne ivice razlikujemo: −alate sa ravnim reznim ivicama, −alate sa kosim reznim ivicama (sl. 3.11 i 3.12).

Sl. 3.17 Višesečni alat sa pločastim vođenjem


27

Sl. 3.18 Alat sa stubnim kliznim vođenjem

Sl. 3.19 Alat sa kotrljajućim vođenjem

Sl. 3.20 Alat sa kombinovanim vođenjem


28 Na sledećim slikama prikazane su dve prese sa ekscentarskim pogonskim mehanizmom koji se najčešće koristi za operacije prosecanja i probijanja.

Sl. 3.21 Ekscentar presa u radu

Sl. 3.22 Jednostubna ekscentar presa

3.3 Vibraciono razdvajanje Vibraciono razdvajanje je postupak pri kome se na specijalnim mašinama ostvaruje prosecanje i probijanje po pravolinijskim ili krivolinijskim konturama. Noževi su relativno malih dimenzija i imaju veliki broj hodova u jedinici vremena. Tabla lima se postavlja na radni sto mašine koji je pokretan u pravcu dve koordinatne ose. Na taj način je moguće dobiti bilo koji oblik krivolinijske konture. Ovakve mašine obično imaju CNC upravljanje (sl. 3.25, 3.26 i 3.27), a moguće je koristiti i laser za sečenje umesto noževa.

Sl. 3.23 Mašina za vibraciono razdvajanje S. Aleksandrović – Proizvodne tehnologije

29

Sl. 3.24 Radna glava kod vibracione mašine

Sl. 3.25 Prosecanje krivolinijskih kontura


30

4. SAVIJANJE (Bending) Savijanje spada u grupu postupaka tehnologije plastičnog deformisanja koji se najčešće primenjuju. Omogućava izradu širokog asortimana proizvoda, sa dimenzijama od delova milimetra pa do nekoliko metara. Delovi složenih geometrija izrađuju se u više operacija. Karakteristika procesa savijanja je, u većini slučajeva, lokalno plastično deformisanje. Deformisana zona tada obuhvata manji deo zapremine komada, mada ima postupaka gde se deformiše kompletna zapremina (kružno savijanje na pr.). Savijanje se primenuje kako u serijskoj tako i u pojedinačnoj proizvodnji. Polazni materijal (polufabrikat) je najčešće lim u vidu trake ili table, ali to može da bude žica, pun profil, cev. Debljina limova za savijanje kreće se od stotih delova 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 cevi, 6. savijanje delova manjih dimenzija (od traka i žice) na specijalnim mašinama. 4.1 Ugaono savijanje Izvodi se najčešće u alatima postavljenim na univerzalne prese (ekscentarske, kolenaste, hidraulične itd.) ili na specijalnim presama. S obzirom na oblik i broj mesta savijanja može biti: jedno − dvo i višeugaono (sl. 4.1). Za jednougaono savijanje često se koristi termin V savijanje ( sl. 4.1 i 4.2) ; za dvougaono U ili C savijanje ( sl. 4.1 i 4.3), a u primeni je i termin Z savijanje (sl. 4.1). Jasno je da se ostvaruju i najrazličitije kombinacije ovih osnovnih oblika.

Sl. 4.1 Različiti prikazi ugaonog savijanja S. Aleksandrović – Proizvodne tehnologije

31

Sl. 4.5 Jednougaono savijanje sa obrtnim pritiskivačem

Alati (sl. 4.7 i 4.8) su po koncepciji slični alatima za prosecanje i probijanje. Razlika je u radnim elementima, ovde su to pritiskivač (savijač, oblikač) i matrica (kalup) za savijanje. Fizički izgled savijenih komada dat je na sl. 4.9, 4.10 i 4.11.

Sl. 4.7 Primer alata za polukružno savijanje


32

Sl. 4.8 Primer složenog alata za ugaono savijanje sa 4 savijene zone

Sl. 4.9 Fotografije delova dobijenih ugaonim savijanjem (a)


33

Sl. 4.10 Fotografije delova dobijenih ugaonim savijanjem (b)

Sl. 4.11 Fotografije delova dobijenih ugaonim savijanjem (c) 4.1.1 Naponi i deformacije Pri savijanju se ostvaruju plastične i elastične deformacije, pri čemu se teži da udeo elastičnih deformacija bude što manji. Odgovarajući uzdužni naponi imaju različit karakter sa svake strane lima. U spoljašnjoj zoni lima (prema radijusu rs na sl. 4.12 i 4.13) vladaju zatežući naponi od kojih zavise granične deformacije (prekoračenjem maksimalno dozvoljenih zatežućih napona dolazi do razaranja). U unutrašnjoj zoni vladaju pritisni naponi. U skladu sa naponima, slojevi materijala se u spoljašnjoj zoni izdužuju, a u unutrašnjoj skraćuju. Geometrija savijene zone se opisuje sa parametrima prikazanim na sl. 4.12 i 4.13. To su radijusi ru − unutrašnji, rs − spoljašnji, rn − radijus neutralne ose, α − ugao savijanja i φ − ugao savijene zone.


34

sl. 4.12 Delovanje uzdužnih napona pri jednougaonom savijanju

s φo = 180 − αo

α

αo = 180 − φo α− ugao savijanja φ− ugao savijene zone

ru rn rs

ϕ

Sl. 4.13 Parametri u savijenoj zoni Raspodela uzdužnih napona po debljini lima se obično pojednostavljuje (sl. 4.14) tako što se zanemaruju mali iznosi deformacija i deformaciono ojačanje, a takođe vrši linearizacija promene napona tečenja.


35

−

d)

K0

Sl. 4.14 a) čisto elastično savijanje; b) elastično−plastično savijanje bez deformacionog ojačanja; c) čisto plastično savijanje bez ojačanja; d) čisto plastično savijanje sa nelinearnim ojačanjem

+ K1

4.1.2 Neutralna osa i razvijeno stanje S obzirom na prethodno pomenutu prirodu uzdužnih napona koji deluju u savijenoj zoni i na ostvarene deformacije (izduženje vlakana u spoljašnjoj zoni i njihovo skraćenje u unutrašnjoj) moguće je zaključiti da na jednom mestu po debljini lima postoji sloj materijala koji se nije ni izdužio ni skratio, iako je promenio oblik (od ravnog u lučni). Taj sloj se naziva neutralni sloj. Kod komada dovoljne širine umesto sloja, dovoljno je da se u reprezentativnom preseku definiše neutralna osa, linija koja ne menja svoju dužinu tokom savijanja (sl. 4.12 i 4.13). Poznavanje položaja i nalaženje dužine neutralne ose je važno zbog definisanja početnih dimenzija komada pre savijanja (tzv. razvijenog stanja). Poluprečnik neutralne ose zavisi od odnosa ru/s (sl. 4.13) i određuje se prema izrazu:

rn = ru + x ⋅ s

;

⎛r ⎞ x = f⎜ u ⎟ ⎝s⎠

x − faktor pomeranja neutralne ose (empirijski podatak koji se bira iz preporuka)

ru s ≥ 10 ; x = 0,5 ⇒ rn = ru + s 2 r za u = 0,1; x = 0,3 ⇒ rn = ru + 0,3 ⋅ s s za

Za opšti slučaj savijanja početna dužina komada (L) jednaka je zbiru dužina nesavijenih delova van zona savijanja i dužina lukova neutralne ose u zonama savijanja. Određuje se prema izrazu: S. Aleksandrović – Proizvodne tehnologije

36 n

L = L NESAV + L SAV = ∑ l i + i =1

π k ∑ ϕ i (rui + x i ⋅ s ) ; ϕ i , [ o ] 180 i =1

li − dužine ravnih (nesavijenih)delova komada, n − ukupan broj nesavijenih delova, k − ukupan broj zona savijanja

Sl. 4.15 Savijen komad i razvijeno stanje (dužina L=174,2 mm) 4.1.3 Momenti savijanja Pri savijanju razlikujemo momente spoljašnjih sila (deformaciona sila, sile otpora, sile trenja itd.) i tzv. momente unutrašnjih sila, definisane na osnovu naponskog stanja. Iz jednakosti ovih momenata definiše se potrebna deformaciona sila. Zavisno od veličine uzdužnih napona po debljini lima postoje dva tipa savijanja: čisto plastično i elastično plastično. Kriterijum za definisanje je vrednost odnosa ru/s prema sledećem:

ru b ⋅ s2 ≤ 5 ; Mσ = RM ⋅ n ⋅ , Nmm s 4 ru b ⋅ s2 b ) Za > 5 ; M σ = R P ⋅ , Nmm s 4 a ) Za

→ čisto plastično savijanje

→

elastično−plastično savijanje

n=1,6-1,8 faktor ojačanja; b – širina savijenog komada Izjednačavanjem momenta unutrašnjih sila Mσ i momenta spoljašnjih sila M određuju se sile savijanja F:

Mσ = M ⇒ F


37

4.1.4 Minimalni i maksimalni radijus savijanja U velikom broju slučajeva teži se savijanju sa malim unutrašnjim radijusom ru čime se, pored ostalog, poboljšava krutost komada. Međutim, smanjivanje radijusa dovodi do povećanja nepovoljnih zatežućih napona u spoljašnjoj zoni komada (na pr. sl. 4.13) sve do granične vrednosti radijusa iza koje dolazi do loma na komadu. Ta granična vrednost se naziva najmanji (minimalni) radijus savijanja i definiše prema izrazu:

ru

min

= c ⋅ s , mm

Faktor c zavisi od vrste materijala, stanja materijala i položaja komada u odnosu na pravac valjanja polufabrikata. Povećavanjem unutrašnjeg radijusa ru smanjuje se stepen deformisanja pri savijanju i povećava udeo elastičnih deformacija sve do granične vrednosti ru iza koje uopšte i nema plastične deformacije. Ta druga dozvoljena ekstremna vrednost radijusa savijanja određuje se prema izrazu:

ru

max

=

E⋅s , gde je E – modul elastičnosti, s- debljina materijala, RP- granica tečenja. 2R P

4.1.5 Elastična povratnost Ukupnu deformaciju pri savijanju gotovo uvek čini, pored plastičnog, i elastični deo (posebno oko neutralnog sloja). Po oslobađanju savijenog dela iz alata elastične deformacije nestaju, što rezultira povećanjem ugla savijanja (sl. 4.16). Pojava je štetna i kompenzuje se raznim merama, kao što je izrada alata sa manjim uglom savijanja, kako bi komad posle elastičnog vraćanja imao zahtevane dimenzije.

Sl. 4.16 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 primer dat je sledeći empirijski izraz, koji važi za lim od ugljeničnog čelika Č0260:

Δα = 0,43

ru − 0,61 , o s


38

4.1.6 Momenti spoljnih sila i sile savijanja 4.1.6.1 Dvougaono savijanje Na sl. 4.17 data je shema leve polovine simetričnog komada koji se dobija dvougaonim savijanjem i trougao sila.

Fs ϕ

R

f

ϕ

s

R A

Fs 2

ϕ

rM

B2

l

Fs

ϕ

R

rP B1 FD 2

Sl. 4.17 Dejstvo sila pri dvougaonom savijanju Deformaciona sila savijanja FS može da se odredi preko izraza:

FS =

2M (1 + sin ϕ ) l

Moment spoljašnjih sila M uvek je jednak momentu unutrašnjih sila i određuje se prema izrazima u pogl. 4.1.3. Veličina l naziva se krak savijanja i predstavlja zbir radijusa matrice rM, radijusa pritiskivača rP i debljine lima s:

l = rM + rP + s . Prethodni izraz, egzaktno posmatrano, važi samo za ugao φ od 90o, ali se u praksi sa manjom greškom koristi i za druge uglove dvougaonog savijanja. Ako postoji dejstvo držača, sila FS se povećava za intenzitet sile držanja. U slučaju postojanja završnog poravnavanja (kalibrisanja) na ravnoj površini dna komada i intenzitet sile kalibrisanja ulazi u ukupan iznos merodavne deformacione sile. Uopšte, za bilo koji slučaj savijanja izraz za silu kalibrisanja je:

Fk = p k A k , gde su pk, Ak – specifični pritisak i površina kalibrisanja.


39

4.1.6.2 Jednougaono savijanje u zatvorenom alatu Postupnost procesa jednougaonog savijanja u zatvorenom alatu da ta je na sl. 4.2. Raspon između tačaka oslanjanja se smanjuje od l1 do lk. Promena sile savijanja zavisno od hoda pritiskivača data je na sl. 4.18. Vidi se da je završna sila kalibrisanja znatno veća od deformacione sile savijanja. Zato se kao merodavni parametar za izbor mašine uzima sila kalibrisanja.

Sl. 4.18 Zavisnost sile savijanja od hoda pritiskivača

Sl. 4.19 Shema sila pri jednougaonom savijanju u zatvorenom alatu Konačan izraz za silu savijanja je :

F=

ϕ 2M ctg gde je rn – radijus neutralne ose (pogl. 4.1.2). rn 2

Moment M se zamenjuje momentom unutrašnjih sila (pogl. 4.1.3). Prethodni izraz nije povoljan za male (bliske 0) i velike (bliske 180o) uglove savijene zone. S. Aleksandrović – Proizvodne tehnologije

40 5. DUBOKO IZVLAČENJE (DEEP DRAWING) Pod dubokim izvlačenjem lima podrazumeva se takav vid oblikovanja pri kome se od početnog nedeformisanog, ravnog oblika (razvijene ploče, razvijenog stanja) dobija telo 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, sem u posebnim slučajevima kada se komad mora zagrevati (pogoršani uslovi obrade - mala plastičnost). Prema ponašanju debljine lima tokom procesa oblikovanja razlikuju se dva postupka: a) duboko izvlačenje bez promene debljine lima (primenjuje se kod tankih limova i ima jedno od dominantnih mesta u industriji prerade metala uopšte)1, b) duboko izvlačenje sa stanjenjem (primenjuje se kod debljih limova, ima karakteristike zapreminske obrade i posebno se izučava). Prema geometriji gotovog komada moguća je sledeća podela: a) - „čisto duboko izvlačenje” (izvlačenje šupljeg cilindričnog tela sa ravnim dnom) i duboko izvlačenje rotacionih delova (sl. 5.1), b) - duboko izvlačenje ostalih delova pravilnog geometrijskog oblika (kutijasti delovi), c) - izvlačenje delova „nepravilnog” geometrijskog oblika (na pr. blatobran karoserije automobila).

Sl. 5.1 Osnovni oblici delova koji se dobijaju dubokim izvlačenjem

Proizvodne tehnologije – S. Aleksandrović

41 Delovi dobijeni postupcima dubokog izvlačenja imaju široku primenu u: 1) 2) 3) 4) 5) 6)

automobilskoj industriji (delovi karoserije itd.), avio-industriji, industriji šinskih vozila, brodogradnji, industriji kućnih aparata i posuđa, elektro i elektronskoj industriji, poljoprivrednoj i procesnoj tehnici, drugim oblastima (u manjem obimu).

Na sledećim slikama dati su primeri realnih komada, dobijenih dubokim izvlačenjem tankih limova.

Sl. 5.2 Rotacioni oblici dobijeni dubokim izvlačenjem


42

Sl. 5.3 „Kutijasti” delovi proizvedeni dubokim izvlačenjem Proizvodne tehnologije – S. Aleksandrović

43

Sl. 5.4 Delovi geometrijski „nepravilnih” (složenih) oblika

5.1 Duboko izvlačenje osnosimetričnih komada Tipična geometrijska forma u ovom slučaju podrazumeva dobijanje cilindričnog komada sa ili bez oboda i sa ravnim dnom (sl. 5.2 i sl. 5.5). Postupak dobijanja je poznat po terminu: „čisto duboko izvlačenje”. Vrlo često se uzima kao reprezentativni proces i detaljno izučava sa naponskodeformacionog aspekta.

Sl. 5.5 Komad koji se dobija „čistim dubokim izvlačenjem”


44

Sl. 5.6 Osnovna shema oblikovanja u alatu za duboko izvlačenje Za razliku od ostalih postupaka obrade lima (prosecanje, savijanje) u ovom slučaju (sl. 5.6) postoje tri glavna (radna) elementa alata: izvlakač (najčešće prenosi deformacionu silu), matrica – prsten za duboko izvlačenje i držač lima. Polazni komad ima kružnu konturu (prečnika D0, sl. 5.7) i pre početka procesa oblikovanja postavlja se na gornju površinu matrice, kada se aktivira dejstvo držača koji silom držanja FD priteže obod komada. Posle toga izvlakač svojim glavnim dejstvom otpočinje oblikovanje komada sve do njegovog potpunog provlačenja kroz otvor matrice.

Sl. 5.7 Shema delovanja napona pri izvlačenju


45 Centralni deo procesa oblikovanja izvodi se na obodu komada i zaobljenju matrice pod dejstvom dva napona: tangencijalnog pritisnog i radijalnog zatežućeg (sl. 5.5 i 5.7). Tangencijalni napon teži da izazove pojavu nabora na obodu (sl. 5.8) i ona se sprečava delovanjem sile držanja. Intenzitet sile držanja i uopšte uslove trenja na obodu treba pažljivo definisati. Naime, potreban je dovoljan intenzitet sile držanja zbog sprečavanja nabora, ali ako je trenje pojačano lako se dolazi do preopterećenja komada i pojave razaranja u kritičnom (tzv. nosećem) preseku komada (sl. 5.8). Zbog toga se trenje na obodu i zaobljenju matrice maksimalno smanjuje (glatke površine kontakta, odgovarajuća maziva) i olakšava klizanje lima.

Sl. 5.8 Defekti pri dubokom izvlačenju (nabori-levo i razaranje-desno)

Za obradu se najčešće koriste prese dvostrukog dejstva, koje imaju posebne pogone za dejstvo izvlakača i dejstvo držača. Prese jednostrukog dejstva mogu se koristiti dogradnjom pneumatskih, gasnih ili hidrauličnih cilindara za obezbeđenje dejstva držača ( FD ). Sila deformisanja se prenosi preko čela - vrha izvlakača, pri čemu je glavni otpor deformisanju na obodu, s obzirom da prstenastu površinu lima treba prevesti u cilindričnu. Ukoliko je sila držača suviše velika i postoje nepovoljni uslovi trenja, doći će do kočenja lima na obodu i do razaranja u kritičnom preseku. Kritični (noseći) presek je najčešće iznad radijusa dna komada ( A ≈ d n πs ). Proces oblikovanja često nije moguće izvesti u samo jednoj operaciji dubokog izvlačenja. U tom slučaju reč je o dvo ili više operacionom postupku. Za nominalni prečnik i radijus dna komada, koji se koriste u raznim izračunavanjima korisno je usvojiti sledeće preporuke (na pr. za prvu operaciju izvlačenja): Za s ≤ 1 mm ⇒ d 1 = d u + 2s s > 1 mm ⇒ d 1 = d u + s

; ;

r1 = ru + s r1 = ru +

s , ( videti sl. 5.7). 2


46 5.1.1 Pokazatelji stepena deformisanja Koriste se različiti pokazatelji deformacije koji karakterišu stepen izvršenog izvlačenja. To su za slučaj jednooperacionog procesa izvlačenja (d1=d, r1=r): a) stepen - odnos izvlačenja β : D R β= 0 = 0 d r b) koeficijent izvlačenja m : m=

d r 1 = = D0 R 0 β

0
c) relativna deformacija pri izvlačenju: ε=

D0 − d = 1− m D0

d) prirodna deformacija: D ϕ = ln 0 d Veza između pojedinih pokazatelja: d 1 = 1− ε = ϕ D0 e D 1 1 β= 0 = = = eϕ d m 1− ε m=

ε = 1− m =

β − 1 eϕ − 1 = β eϕ

Ukoliko se pri obradi prekorače dozvoljene vrednosti pokazatelja izvlačenja, na pr. β > β max dolazi do loma, odnoso razaranja na kritičnom mestu komada. Od veličine navedenih pokazatelja zavise: - veličina napona i sile izvlačenja - broj potrebnih operacija izvlačenja, - sila držanja FD i sl. Od značaja pri izvlačenju je i relativna debljina lima: s r =

s 100 , % . Smanjivanjem vrednosti sr D0

raste sklonost ka pojavi nabora na obodu.


47 5.1.2 Naponi i deformaciona sila izvlačenja Deformaciona sila je parametar potreban za izbor mašine i od posebnog značaja je poznavanje njenog maksimalnog intenziteta, koji se uvek postiže u prvoj operaciji izvlačenja. Za određivanje sile izvlačenja (za prvu operaciju) potrebno je poznavati uzdužni napon (σ u ) u cilindričnom omotaču tela, koji predstavlja i ukupan napon izvlačenja. F = σ u A = σ u d 1 πs Napon σ u sačinjavaju 4 osnovne komponente (sl. 5.7): σ u = σ r + σ trd + σ trm + σ sav σ r - radijalni napon na obodu, koji nastaje usled bočnog sabijanja materijala na obodu pri njegovom povlačenju ka centralnom delu (ima najveću vrednost, iznad 70%σu). σ trd - deo napona koji nastaje usled trenja na ravnom delu oboda između lima i matrice, odnosno držača (oko 10% σu). σ trm - deo napona koji nastaje usled trenja na zaobljenju ivice matrice (ispod 15% σu).

σ sav - napon koji nastaje usled savijanja i ispravljanja lima pri klizanju preko zaobljenja ivice matrice (oko 5% σu). −

σ r = β ⋅ K ln

− D R0 = β ⋅ K ln 0 r1 d1

Vrednost K približno određuje kao aritmetička sredina deformacionog otpora na početku (K0) i kraju (K1) oblikovanja, zavisno od odgovarajućih deformacija:

ϕ 1 = ln ε1 =

D0 d1

D0 − d1 d = 1− 1 = 1− m D0 D0

K=

K0 + K1 2

K0- deformacioni otpor na početku izvlačenja K1- deformacioni otpor na kraju izvlačenja (pri φ1, odnosno ε1 sa krive ojačanja) β = 1,1 - korekcioni faktor.

σ trd =

2μFD d 1 πs

μ - koeficijent trenja (najčešće μ=0,1 – 0,15) FD - sila držača

D0 − d 1 πq 4 AD - površina držanja q - specifični pritisak držanja 2

2

FD = AD q =

q = 2 − 3 MPa


48

σ trm = (σ r + σ trd )e μ⋅α − (σ r + σ trd )

(

)

σ trm = (σ r + σ trd ) e μ⋅α − 1 σ sav =

Fs = π d 1s

Rm . rM 2 +1 s

Konačno, uzimajući u obzir sve komponente, ukupni napon izvlačenja iznosi: − ⎛ D 2μFD σ u = ⎜⎜ 1,1 K ln 0 + d1 d 1 πs ⎝

⎞ μ ⋅α Rm ⎟⎟e + r ⎠ 2 M +1 s Prethodni izraz važi za prvu operaciju izvlačenja, ukoliko je proces višeoperacioni. Za orijentaciono izračunavanje moguće ga je primeniti i na sledeće operacije. Najveća sila izvlačenja:

FM = d 1 πsσ u FMAS = 1,3FM Deformacioni rad: W = FM xh F - faktor srednje sile, h- ukupan hod (dubina komada). x = sr FM


49 5.1.3 Osnovni elementi projektovanja tehnološkog procesa dubokog izvlačenja Duboko izvlačenje je, prema različitim pokazateljima, najznačajnija tehnologija u okviru obrade deformisanjem i jedna od najznačajnijih u okviru obrade metala uopšte. Zato je potrebno detaljno predvideti sve aktivnosti po odgovarajućem redosledu, koje će omogućiti da se od polazne table ili trake lima dobije gotov komad (u manjoj ili većoj seriji). Važno je podvući ekonomski aspekt u svakoj aktivnosti, kao i potrebu poštovanja svih mera na zaštiti okoline i bezbednosti u radu. Sledeće aktivnosti su potrebne za projektovanje procesa oblikovanja limova dubokim izvlačenjem: 1) analiza tehnologičnosti konstrukcije gotovog komada, 2) određivanje oblika i dimenzija razvijenog stanja, 3) definisanje procesa izrade razvijenog stanja (tip, parametri, alati, mašine itd.), 4) određivanje broja operacija oblikovanja i definisanje geometrijskih parametara komada po operacijama, 5) definisanje parametara procesa po operacijama (deformacione sile, deformacioni radovi, brzine itd.) 6) definisanje podmazivanja (zone, način, sredstva), 7) definisanje eventualnog međuoperacionog žarenja (parametri, uređaji), 8) definisanje operacija posle oblikovanja (opsecanje, probijanje itd.), 9) projektovanje alata (parametri, konstrukcija), 10) izbor mašina.


50 5.1.4 Primer tehnološkog postupka dobijanja konzerve za pića


51 B. MASIVNO (ZAPREMINSKO) OBLIKOVANJE (BULK FORMING) Kod plastičnog deformisanja limova, izrazito manja treća dimenzija lima kao polufabrikata uslovljava da je moguće smatrati ostvarena naponska stanja ravanskim (uz manja pojednostavljenja). Kod masivnog oblikovanja naponska stanja su prostorna (troosna). Zanimljiva je razlika između ova dva tipa oblikovanja prema kriterijumu odnosa površine deformisanog komada prema zapremini (ili debljini). U slučaju deformisanja limova taj odnos je relativno veliki, a u slučaju masivnog oblikovanja, uglavnom, vrlo mali. 6. PLASTIČNO DEFORMISANJE KOVANJEM U TOPLOM STANJU (FORGING) Kovanje je masivno (zapreminsko) oblikovanje metala između dva kalupa (alata) koji su u relativnom kretanju, pri čemu se materijal izlaže pritisnim i zateznim naponima u uslovima većih brzina (često i sa udarnim dejstvom). Zagrevanje se izvodi u cilju smanjenja deformacionog otpora, odnosno povećanja plastičnosti materijala koji se kuje. Zagrevanje je iznad temperature rekristalizacije. Zavisno od vrste materijala definiše se režim zagrevanja kako bi se dobila odgovarajuća struktura. Na pr. kod ugljeničnih čelika to je austenitna struktura sa metalnim zrnima odgovarajuće krupnoće. Istorijski posmatrano, kovanje je najstariji način plastičnog deformisanja metala (arheološki nalazi sežu do 5000 g. P.H.), ali tek u poslednja dva veka dobija savremenu, industrijsku dimenziju. Toplo kovanje se masovno primenjuje, a hladna i polutopla obrada ređe. Kovanje se izvodi na posebnim kovačkim mašinama: kovačkim presama i kovačkim čekićima u kovačkim alatima (kalupima). Kovanje u zanatskim uslovima je uglavnom, relikt prošlosti (sl. 6.1) i ovde se neće razmatrati. U odnosu na druge tehnologije prerade metala (van oblasti plastičnog deformisanja) kovanje nema konkurenciju u pogledu mehaničkih i strukturnih osobina materijala komada (neprekidna vlaknasta struktura) i u pogledu ekonomičnog korišćenja materijala (sl. 6.2). Sa aspekta izdržljivosti prema mehaničkim opterećenjima delovi dobijeni kovanjem su superiorni u odnosu na druge tehnologije. U tehničkom smislu razlikuju se dva vida kovanja: a) slobodno kovanje i b) kovanje u alatima (kalupima) (sl. 6.3).


52

Sl. 6.1 Kovanje u zanatskim radionicama prošlih vekova

Sl. 6.2 Ušteda u materijalu i superiorna strukturna svojstva komada dobijenih kovanjem u odnosu na tehnologiju obrade skidanjem strugotine (rezanjem)


53

Sl. 6.3 Slobodno kovanje (levo) i kovanje u kalupu (desno) 6.1 Kovanje u kalupima Obavlja se u dvodelnim alatima (sl. 6.3 desno) – kalupima. Donji deo alata (donji kalup) po pravilu je nepokretan i učvršćen za postolje kovačke mašine – kovačkog čekića ili prese. U kalupima se izrađuje šupljina (tzv. gravura) koja potpuno odgovara otkovku po obliku i dimenzijama. Geometrije otkovaka mogu da budu veoma različite (od relativno jednostavnih do vrlo složenih) (poglavle 1.2, strane 6 i 7). Veličine otkovaka ograničavaju jedino dimenzije alata, odnosno mašine. Kuju se najčešće čelici, ali to mogu da budu i obojeni metali i njihove legure. Kod kovanja na kovačkim čekićima koristi se dinamičko – udarno dejstvo padajućih masa (bata ili malja sa gornjim kalupom) brzinom koja je često iznad 10 m/s (sl. 6.4). Zbog inercijalnih sila bolje je popunjavanje gravure gornjeg kalupa (može da bude složenija). Sve gravure su smeštene u dva monolitna bloka (gornjem i donjem kalupu). U svakoj gravuri obrada se vrši iz nekoliko (3-5) udaraca, pri čemu u završnoj fazi dolazi do sudara gornjeg i donjeg kalupa. Kovanje na mehaničkim krivajnim kovačkim presama je mirnije (brzina obično do 0,5 m/s), gravure se bolje popunjavaju u horizontalnim ravnima, a kovanje se u svakoj gravuri završava u samo jednom hodu. Ne dozvoljava se kontakt gornjeg i donjeg kalupa (precizno se definiše konstantan iznos hoda pritiskivača prese). Svaka gravura ima odvojen kalup (sl. 6.6).


54

Sl. 6.4 Izgled kovačkih čekića sa elektro-hidrauličkim pogonom

A 2

A

I II

Presek A-A

hv

III

1 - gornji kalup 2 - donji kalup

1

bv

2

Sl. 6.5 Donji kalup alata za kovanje na čekiću (levo) i detalj venca (desno) S. Aleksandrović – Proizvodne tehnologije

hod pritiskivača

55

DMT

hv

h1

ho

F

I

II

III

Sl. 6.6 Shema smeštaja kalupa na kovačkoj presi

6.2 Završno kovanje na kovačkim čekićima Pri kovanju na kovačkim čekićima merodavni parametar za izbor mašine je energija kovanja. Pošto je način dejstva udarni, umesto kinetičke energije potrebne za oblikovanje, obično se kao parametar koristi tzv. masa padajućih delova čekića. U opštem slučaju kovanja složenih geometrija nije moguć tačan proračun energije kovanja, pa se određuje približno: empirijsko-analitičkim postupkom. Posle relativno složenog postupka moguće je dobiti sledeći konačan izraz za masu padajućih delova čekića pri kovanju otkovaka koji imaju kružnu projekciju u podeonoj ravni (prečnika D, cm): 2

(

)

2⎞ ⎛ m = (1 − 0,005 ⋅ D)⎜ 1,1 + ⎟ 0,75 + 0,001 ⋅ D 2 ⋅ D ⋅ R M ( t ) , kg ; D⎠ ⎝

D, cm ;

R M ( t ) , MPa

Prečnik otkovka D mora da bude izražen u cm, a zatezna čvrstoća materijala na temperaturi kovanja (RM(t)) u Mpa, da bi izraz imao smisla i konačan rezultat se dobio u kg. Ukoliko je projekcija otkovka neokruglog oblika sa maksimalnom dužinom L i srednjom širinom Bsr, onda se prethodni izraz koriguje prema sledećem:

⎛ L ⎞⎟ m n = m⎜⎜ 1 + 0,1 , kg B sr ⎟⎠ ⎝ je

D = Dn

gde je m masa padajućih delova za okrugle komade pri čemu

računski (fiktivni) prečnik i određuje se kao: D n ≈ 1,13 A , cm.

A je stvarna površina projekcije neokruglog otkovka u podeonoj ravni, a B sr =


A . L

56 6.3 Završno kovanje na kovačkim presama Posle sličnog empirijsko-analitičkog postupka i za kovanje na kovačkim presama moguće je dobiti sledeći izraz (okrugli otkovci) za merodavni parametar – silu kovanja: 2

20 ⎞ ⎛ F = 8(1 − 0,001 ⋅ D)⎜ 1,1 + ⎟ ⋅ A ⋅ R M ( t ) , N ; D⎠ ⎝

D, mm ; A, mm 2

R M ( t ) , MPa

Za neokrugle otkovke: ⎛ 20 ⎞ ⎛⎜ L ⎞⎟ ⎟⎟ 1 + 0,1 ⋅ A ⋅ R M(t ) , N ; D, mm ; A, mm 2 R M ( t ) , MPa F = 8(1 − 0,001 ⋅ D n )⎜⎜ 1,1 + ⎜ ⎟ Dn ⎠ ⎝ B sr ⎠ ⎝ A D n = 1,13 A B sr = L Značenje svih veličina je isto kao i kod kovanja na čekiću, s tim što treba obratiti pažnju da se ovde prečnik D izražava u mm. Prethodni izrazi daju približne vrednosti parametara za izbor mašina. Nisu pogodni za otkovke velikih dimenzija (prečnici veći od 500 mm). U praksi se često daju preporuke za definisanje na pr. sile kovanja u vidu dijagrama. U narednoj tabeli (tab. 3) su slične preporuke za orijentaciono definisanje mase padajućih delova čekića zavisno od mase otkovka. 2

Tabela 3 Nominalna masa padajućih delova čekića (u 000 kg)

Maksimalna masa otkovka (kg)

1 2 3 4 6 8 10 12 15 20

do 2.5 2,5-7 7-17 17-30 30-50 50-80 80-100 100-180 180-360 360-700


57 6.4 Osnovni redosled tehnoloških operacija pri kovanju Pri uobičajenim uslovima tehnološki postupak toplog kovanja podrazumeva odgovarajući redosled neophodnih operacija od kojih pojedine nisu vezane za plastično oblikovanje, ali se smatraju operacijama u sklopu ukupnog tehnološkog procesa dobijanja otkovka : 1. odsecanje polaznog materijala odgovarajućeg oblika sa tačnim dimenzijama ili masom (zavisno od potrebne zapremine), 2. zagrevanje komada (odgovarajući režim i temperatura zavise od vrste materijala), 3. kovanje u jednom ili više alata, sa odgovarajućim brojem gravura, 4. krzanje (opsecanje venca i probijanje pločice, ako postoji), 5. termička obrada (normalizacija, poboljšanje, žarenje itd.), 6. čišćenje otkovka (peskarenje, bubnjanje itd.), 7. kalibrisanje i ispravljanje (u hladnom stanju), 8. kontrola oblika, dimenzija, površina i unutrašnjih grešaka (ferofluks, ultrazvučni uređaji i radiografsko snimanje).


58 7. Nove tehnologije zasnovane na tehnologiji brze izrade prototipova (RAPID PROTOTYPING – RP) Poslednjih godina došlo je do velikih strateških promena u oblasti proizvodnih tehnologija. Proces globalizacije, koga ubrzavaju najmoćnije industrijske sile, doveo je do zaoštrenih tržišnih uslova. Uspeh na tržištu (tj. profit) postaje alfa i omega za opstanak pojedinačnih privrednih subjekata, ali često i više od toga. Novo uspostavljena tržišna konkurencija zahteva napuštanje nekih postulata koji su važili decenijama i uvođenje novih, sa manje ili više problema. Ti novi postulati mogu se podeliti u nekoliko grupa: - Smanjenje veka trajanja proizvoda u marketinškom smislu. Na pr. novi model automobila tržišno je atraktivan zapanjujuće kratko vreme, jer ga vrlo brzo (1-2 godine) smenjuje novi ili bitno modifikovan. Pojavljuje se protivrečnost: potreba za brzom zamenom proizvoda sve novijim i novijim, uz istovremeno zadovoljavanje visokih standarda kvaliteta. S jedne strane proizvod ima sve uslove za realno dugo trajanje, a s druge, marketinško-tržišne okolnosti ga proglašavaju kratkotrajnim, potrošnim, i vrše pritisak na kupca da ga zameni. - Individualizacija proizvoda. U borbi za profit i kupca, čak i pri velikoserijskoj proizvodnji, kupac ima utisak da kupuje proizvod po svojoj meri zbog velikog broja verzija. Zanimljivi su primeri u auto industriji, industriji kućnih uređaja itd. - Dizajn proizvoda. Estetski utisak sve više postaje odlučujući faktor pri prodaji. I najkvalitetniji, a estetski neatraktivan proizvod, nema šanse za uspeh na tržištu sa globalnim marketingom i zastrašujućim reklamnim kampanjama. - Zahtevi u pogledu zaštite prirodne okoline. Postaju sve rigorozniji, ali čini se više kao sredstvo za odmeravanje snaga velikih kompanija, a manje kao stvarna briga za prirodu. U prilog takvoj tvrdnji ide pojava globalnog zagrevanja, pojačane emisije štetnih gasova u atmosferu, nebriga velikih kompanija za stanje u Africi itd. - Smanjenje vremena za razvoj novog proizvoda. Simbolizuje ga engleska kovanica: time to market. Pokazalo se ključnim za uspeh na tržištu smanjiti vreme razvoja proizvoda što više (sl. 7.1).

Sl. 7.1 Razni uzroci pada profita S. Aleksandrović – Proizvodne tehnologije

59 13.2 Konkurentni inženjering (Concurrent engineering - CE) Stavljanjem što kraćeg vremena razvoja proizvoda na prvo mesto faktora koji obezbeđuju profit na tržištu, otvorena je grčevita trka sa vremenom u ostvarivanju veoma složenog procesa razvoja novog proizvoda. To je uzrokovalo pojavu novog pristupa nazvanog Concurrent engineering (CE) ili Simultaneous engineering (SE), sa novom filozofijom i novim tehnikama. Osnovne karakteristike procesa SE su: - težnja ka što višem stepenu paralelnog odvijanja faza razvoja proizvoda i - postojanje jedinstvene baze podataka dostupne svim učesnicima procesa. Razvoj proizvoda obuhvata ne samo njegovu geometriju (uključujući materijal, osobine itd.) nego i kompletne tehnologije izrade svih elemenata gotovog proizvoda (uključujući sve parametre procesa, alate, mašine itd.). Novi pristup stavlja akcenat na paralelan rad i izvođenje potrebnih izmena u što ranijoj fazi posla (najbolje u fazi ideje ili što bliže toj fazi), sl. 7.2. Klasičan sistem ima karakter sukcesivnog (rednog) nizanja aktivnosti u procesu što zahteva veliki broj iteracija.

Sl. 7.2 Niz aktivnosti pri klasičnom procesu razvoja proizvoda (a) i pri razvoju po principima Concurrent (CE), t.j. Simultaneous (SE) Engineeringa


60 11.3 Reverzibilni inženjering (Reverse Engineering – RE) Sve faze procesa razvoja proizvoda u SE sistemu su kompjuterizovane, odnosno pokrivene odgovrajućim softverima, uz postojanje centralne zajedničke baze svih podataka dostupne svim učesnicima u procesu. Jedno od najvažnijih mesta predstavlja kreiranje 3D CAD modela novog proizvoda. On se uobičajeno dobija direktim projektovanjem u nekom od CAD softvera (Catia, ProEngineer, MD, Inventor itd.). Međutim, često je daleko brža varijanta da umetnik (dizajner) uradi prostorni model u nekom materijalu koji njemu najviše odgovara (glina, gips, drvo itd.) pa se onda tehnikama 3D skeniranja (3D digitalizacije) uz dopunske korekcije, dobije konačan 3D CAD model proizvoda, a zatim i fizički model. Praktično, smer projektovanja je obrnut (otuda naziv). Prema tome, reverzibilni inženjering podrazumeva projektovanje gde je polaz konkretan fizički objekat koji se zatim tehnikama 3D skeniranja i raznim korekcijama prevodi u 3D CAD model. Iza toga se, posle eventualnih izmena, realizuje izrada nekom od brzih CNC ili RP tehnologija. Na sl. 7.3 vidi se razlika između „klasičnog” i RE projektovanja. Vrlo često se, u užem smislu, pod reverzibilnim inženjeringom podrazumeva ceo proces dupliranja (ponovne brze izrade) nekog postojećeg proizvoda, komponente, elementa, za koji ne postoji 3D CAD model ili tehnička dokumentacija.

Sl. 7.3 Klasično i RE projktovanje Na sl. 7.4 date su osnovne faze procesa RE. Posle 3D skeniranja (laserski sistemi, koordinatne merne mašine, 3D pantografi, kompjuterska tomografija –CT u medicini itd.) dobije se tzv. oblak tačaka koji može da sadrži izvesne greške i nedostatke. Softverskim putem te greške se otklanjaju kako bi se dobila pravilno definisana površina 3D CAD modela. Postoje dva prilaza: tzv. crosssectional (generisanje površine na osnovu presečnih krivih linija) i poligonalna mreža koja se dobija iz oblaka tačaka, a zatim prevodi u tzv. NURBS (Non Uniform Rational B-Spline) površine. Iza toga sledi generisanje potpunog (solid) 3D CAD modela.


61

Sl. 7.4 Osnovne faze procesa RE 7.4 Integracija „brzih” tehnologija i reverzibilnog inženjerstva U sveopštoj trci sa vremenom, uporedo sa novom filozofijom u razvoju proizvoda razvijaju se i konkretni novi tehnološki postupci za veoma brzo dobijanje fizičkih modela (bilo kakve složenosti) na osnovu 3D CAD modela. Vrlo brzo je postignut takav kvalitet modela da oni u mnogim slučajevima odgovaraju prototipu. Modeli, naime, mogu da se manje ili više razlikuju od gotovog proizvoda a prototip je potpuno isti (razlikuje se samo način izrade). Pomenuti postupci su poznati pod nazivom Rapid Prototyping (RP). Postoji analogija sa dobijanjem 2D objekata na papiru na osnovu odgovarajuće elektronske (kompjuterske) verzije. Uređaji su razne vrste printera. Ovde je, međutim, sve podignuto za jednu prostornu dimenziju i moguće je na raznim uređajima (neki se i nazivaju 3D printerima) potpuno opredmetiti 3D CAD model u fizički model, odnosno u mnogim slučajevima i prototip. Dakle, potreban je samo jedan jedini uređaj (bez ikakvih dopunskih alata i mašina) da bi se od kompjuterskog modela dobio fizički model, odnosno prototip proizvoda. Ovakav prodor otvorio je mogućnost da se na osnovu prototipa, sličnom brzom tehnologijom dobije alat (tzv. negativ) u formi kalupa sa gravurama, najčešće za odgovarajća livenja polimera ili metala. Postupci, iako zasnovani na RP tehnikama, nose naziv Rapid Tooling (RT) – brza izrada alata. Posle velikih uspeha na značajnom broju proizvoda primenom RP i RT tehnologija, postalo je izvodljivo (još uvek za mali broj realnih proizvoda) izvesti kompletnu serijsku proizvodnju direktno na RP uređajima ili indirektno preko RT izrade alata, pa zatim serije gotovih proizvoda. Takva tehnika kompletne proizvodnje primenom RP i RT tehnologija poznata je pod nazivom Rapid Manufacturing (RM) – brza proizvodnja. Za sada, klasične tehnologije velikoserijske i masovne izrade pokazuju daleko bolje rezultate u proizvodnji, ali zbog intenzivnog razvoja, može da se S. Aleksandrović – Proizvodne tehnologije

62 očekuje sve veći broj proizvoda (ili komponenti) dobijenih RM tehnologijom. U svetlu prethodno iznetog, moguće je zaključiti da RP tehnologije, zajedno sa RE, predstavljaju brzu vezu između virtuelnog kompjuterskog sveta (3D CAD modeli proizvoda, alata, mašina, simulacije procesa sve do virtuelne proizvodnje) i sveta relanih predmeta („fizičkog” - stvarnog sveta), sa konačnim ciljem sve bržeg dobijanja gotovog proizvoda bilo koje složenosti i visokog kvaliteta. Ceo integrisani razvojni i proizvodni sistem (intenzivan razvoj je u toku) još ne živi u praksi, ali je moguće govoriti o integraciji RE i RP u okviru SE sistema razvoja proizvoda (sl. 7.5).

Sl. 7.5 Mesto RP i RE u integrisanom sistemu razvoja proizvoda


63 7.5 Postupci brze izrade prototipova (Rapid Prototyping – RP) Dobijanje fizičkog modela (ili u mnogim slučajevima prototipa) na osnovu virtuelnog 3D CAD modela je stvarnost. Pravac razvoja ide u smeru dobijanja, ne više modela i prototipa nego gotovog proizvoda direktno primenom RP postupaka. Iako su učinjeni tek prvi koraci, trend razvoja najavljuje ostvarenje sna mnogih SF pisaca o materijalizaciji složenih virtuelnih objekata (sve do živih bića). 2001.g. na RP sistemima proizvedeno je 3.550.000 modela i prototipova. 1998.g. to je bilo gotovo upola manje (1,86 miliona komada). Trend u primeni RP sistema poprima eksponencijalni rast. Na sl. 7.6 prikazane su najznačajnije oblasti primene RP postupaka.

Sl. 7.6 Oblasti primene RP postupaka Kao i u drugim slučajevima vrhunska dostignuća (pogovu ona profitabilna) dugo ostaju monopol najrazvijenijih zemalja. To je slučaj i ovde (sl. 7.7).

Sl. 7.7 Procentualna raspodela instaliranih RP uređaja u svetu S. Aleksandrović – Proizvodne tehnologije

64 U klasičnim tehnologijama oblici se dobijaju: a) skidanjem „viška” materijala (tehnologija skidanja strugotine) tzv. subtraktivnim putem i b) oblikovanjem date zapremine (tehnologije plastičnog deformisanja i livenja) tzv. formativnim putem. U primeni RP, oblik se generiše inkrementalno, aditivnim putem. Oblik nastaje sloj po sloj (sl. 7.8). Svaki sloj odgovara približno jednoj površini preseka modela. Pogodne su tzv. ograničene zapremine. Nisu najpogodnije zapremine sa veoma malom debljinom zidova, otvorima, konzolama, prepustima itd.

Sl. 7.8 Princip izvođenja RP procesa Za realizaciju RP postupka potreban je niz aktivnosti (sl. 7.9). Osnovu čini 3D CAD model. Može da bude direktno kreiran u nekom od CAD softvera ili RE metodom.

Sl. 7.9 Aktivnosti na realizaciji RP postupka Potrebno je da CAD model bude bez grešaka tipa pukotina (nezatvorenih površina), zazora itd. Ispravan CAD model prevodi se u fajl gde se model formira pomoću odgovarajuće površine (blok konverzije podataka na sl. 7.9). Posle toga se model posebnim softverom obrađuje, da bi se definisali slojevi, potporni elementi, položaj modela u procesu itd. (blok provera i priprema na sl. S. Aleksandrović – Proizvodne tehnologije

65 7.9). Iza toga obavlja se neposredna priprema parametara RP procesa na računaru uređaja (mašine) i započinje sam proces. Po završenom procesu najčešće sledi postprocesiranje (čišćenje predmeta, njegova dorada sa skidanjem potpornih elemenata i eventualno naknadno očvršćavanje zagrevanjem ili sl.). Iako je u principu RP proces jednostavan, u praktičnoj realizaciji ima dosta problema za čije rešavanje treba dobro poznavati konkretan uređaj i softvere koji se koriste. Pored geometrijskih ograničenja (oblik i veličina komada) izbor materijala za RP je relativno mali. Za dominantne RP postupke to su materijali relativno male čvrstoće i mogu da služe samo kao modeli u narednim fazama razvoja proizvoda i projektovanja tehnologija proizvodnje. Koriste se 3 vrste materijala za RP: 1. fluid-fotopolimer (otvrdnjava pri osvetljenju laserom ili UV zracima), 2. diskretne čestice (na pr. prah) koje se povezuju i očvršćavaju pod uticajem laserskih zraka i sredstava za vezu, 3. čvrsti materijali u vidu traka - folija (plastične folije, papir, tanak lim). Postoji dosta RP postupaka koji se međusobno manje ili više razlikuju. Veoma pogodna klasifikacija postupaka je upravo prema vrsti materijala koja se koristi u procesu formiranja modela, odnosno prototipa (sl. 7.10).

Sl. 7.10 Klasifikacija RP (i RT) postupaka prema vrsti materijala modela Od velikog broja RP postupaka biće izneti nešto detaljniji podaci samo o najvažnijim. Broj različitih postupaka i njihovih modifikacija raste i već sada je dostigao nekoliko desetina. Ipak pojedini postupci (SL, SLS, 3D printing, LOM itd.) su u najširoj praktičnoj primeni.


66 7.5.1 Postupak stereolitografije (SL) To je prvi RP postupak (1988.g. firma 3D Systems, Kalifornija, SAD) uopšte. I danas dominira u primeni (oko trećine svih instaliranih uređaja). Zasniva se na fotopolimerizaciji, odnosno pojavi da odgovarajući tečni monomeri ili polimeri očvršćavaju pod dejstvom laserskih ili UV zraka. Slojevi očvršćavaju u vidu elementarnih zapremina (tzv. voxela) čiji redovi formiraju slojeve (sl. 7.11).

Sl. 7.11 Princip SL postupka Od suštinskog je značaja tačno fokusiranje laserskog zraka i vreme delovanja (u skladu sa kompjuterskim modelom). Na sl. 7.12 i 7.12a data je osnovna shema procesa na SL uređaju.

Sl. 7.12 Shema SL postupka


67

Sl. 7.12a Shema SL postupka Formiranje sloja izvodi laser pokretan u horizontalnim pravcima (x-y). Debljinu sloja, odnosno treću dimenziju definiše pokretanje platforme u vertikalnom pravcu (z osa). Na sl. 7.13 data je shema potrebnih softverskih operacija pre samog SL procesa fotopolimerizacije, a celina SL postupka na blok shemi- sl. 7.14.

Sl. 7.13 Softverski koraci pre SL fotopolimerizacije, a) CAD model, b) formiranje slojeva c) kreiranje potpora (oslonca), d) definisanje pravaca kretanja lasera po slojevima S. Aleksandrović – Proizvodne tehnologije

68

Sl. 7.14 Blok shema celokupnog SL procesa


69 Prednosti SL postupka: - neprekidan rad mašine (24 sata na dan) bez nadzora, - dobra podrška korisniku (kompjuterizovan proces), - dobra tačnost (debljina sloja 0,025 do 0,5 mm), - mogućnost izrade delova veoma složene geometrije, - transparentnost modela ili prototipa (vidljivost cele zapremine). Nedostaci SL postupka: - neophodnost oslonaca (potpora)(sl. 7.15), - neophodnost postprocesiranja (naknadne dorade modela), - potreba za naknadnim očvršćavanjem, - tečni foto monomeri su toksični i zahtevaju mere zaštite, - mehaničke osobine gotovog modela nisu često na potrebnom nivou.

Sl. 7.15 Položaj potpora (oslonaca) pri SL postupku Na slikama 7.16 i 7.17 dat su primeri pojedinih modela dobijenih SL postupkom.

Sl. 7.16 Primeri modela dobijenih SL tehnologijom S. Aleksandrović – Proizvodne tehnologije

70

Sl. 7.17 Primeri modela dobijenih SL tehnologijom

Sl. 7.18 Primer SL uređaja (kompletan uređaj-levo gore, peć za očvršćavanje-levo dole, posuda (kada) za fotopolimer i pokretna platforma sa modelima (desno) S. Aleksandrović – Proizvodne tehnologije

71 7.5.2 Selektivno lasersko sinterovanje (Selective Laser Sintering – SLS) Princip postupka se sastoji u sledećem: na platformu se nanose čestice praha prečnika 50 do 100 μm (najčešće valjkom), zagrevaju se do topljenja laserskim zrakom i hlađenjem formira sloj modela. Spuštanjem platforme za debljinu sloja i nanošenjem novog sloja praha proces se ponavlja, drugi sloj se vezuje za prvi i tako sloj po sloj nastaje ceo model (sl. 7.19).

Sl. 7.19 Princip SLS postupka Za praktičnu realizaciju procesa bitno je da radna komora bude na temperaturi malo ispod temperature topljenja praha, kako bi laserski zrak saopštavao manju energiju za topljenje. Oksidacija materijala modela se sprečava primenom inertnih gasova. Za materijal modela može se koristiti praktično svaki materijal koga je moguće dovesi u oblik praha (najlon, poliamid, polikarbonati, termoplastični elastomeri, keramika sa vezivom, metal sa polimernom prevlakom itd.)


72

s Sl. 7.20 Shema SLS uređaja

Sl. 7.21 Izgled dva SLS uređaja


73

Sl. 7.22 Modeli dobijeni SLS postupkom Povoljne osobine SLS postupka su: - široka paleta materijala modela, - relativno brz proces (25,4 mm visine na sat), - brzo i ekonomično dobijanje delova složenih geometrija, - nije potrebno naknadno očvršćavanje modela odnosno prototipa, - nisu potrebni oslonci (potpore), - relativno mala naknadna dorada. Nedostaci SLS postupka: - velika potrošnja energije, - hrapava površina komada, - potreba za zaštitnom atmosferom u komori, - pojava toksičnih gasova, posebno pri radu sa PVC materijalima.

Sl. 7.23 Primeri SLS delova S. Aleksandrović – Proizvodne tehnologije

74 7.5.3 3D štampanje (3D Printing – 3DP) I u ovom postupku polazni materijal je u vidu praha. Sistem radi sloj po sloj (sl. 7.24) pri čemu se očvršćavanje sloja vrši zahvaljujući dodavanju vezivnog sredstva u vidu kapljica postupkom koji je veoma sličan kretanju glave kod klasičnog 2D ink džet štampača. Spuštanjem platforme za debljinu sloja ostvaruje se visina modela.

Sl. 7.24 Princip 3DP postupka

Sl. 7.25 Izgled jednog 3DP uređaja (levo) i dva modela (desno) S. Aleksandrović – Proizvodne tehnologije

75 Tačnost postupka zavisi najviše od veličine kapljica vezivnog sredstva i veličine čestica praha. Zanimljiva je mogućnost dobijanja delova u različitim bojama po zapremini. Materijali su na bazi skroba, gipsa, kombinacije gipsa i livačkog peska itd. Prednosti 3DP postupka su: - jednostavnost procesa i brzina (model veličine fudbalske lopte rade se za oko 2 sata), - rasprostarnjenost zahvaljujući relativno niskoj ceni uređaja i korišćenju standardnih komponenti ink džet printera, - jednostavnost korišćenja (nije potrebna visoka stručnost), - nema gubitaka materijala, - pun kolor po zapremini. Nedostaci 3DP postupka: - ograničena funkcionalnost modela (najviše u odnosu na SLS postupak), - mali izbor polaznih materijala (ipak, nešto je veći izbor materijala za naknadnu infiltraciju i očvršćavanje), - hrapava površina koja zahteva naknadnu obradu (postprocesiranje).

Sl. 7.26 Put od modela (3DP) do gotovog proizvoda

Sl. 7.27 Primeri modela dobijenih 3DP postupkom


76 7.5.4 Postupci sa korišćenjem čvrstih materijala u vidu folija (Laminated Object Manufacturing-LOM) Za veće delove, postupci nanošenja slojeva nisu primenljivi zbog sporosti. Taj nedostatak otklonjen je kod LOM postupaka. Kao materijal koriste se razne folije (plastične mase, papir) ali i tanki lim, tako da je moguće dobiti prototip velikih dimenzija potpuno funkcionalne čvrstoće, što je jedan od osnovnih nedostataka RP postupaka. Laser kod ovog postupka samo iseca konturu jednog lista (lamele). Slaganjem i spajanjem lamela dobija se model, prototip ili gotov proizvod (sl. 7.28).

Sl. 7.28 Princip LOM postupka (levo) i primer prototipa (desno) Materijal je u vidu trake. Platforma (sl. 7.28) je na početku podignuta do ravni trake i tu se iseca prva kontura. Tada se platforma pomeri na dole u vertikalnom pravcu za debljinu trake, a traka se pomeri za korak, posle čega se iseca druga kontura. Pošto je sa donje strane trake nanet vezivni materijal, potrebno ga je aktivirati zagrejanim valjkom. Posle te operacije sve se iznova ponavlja za svaki korak trake. Treba primetiti da se u svakom koraku (osim prvog) posle isecanja konture iseca pravougaoni okvir otpadnog materijala. Takođe, uobičajeno je da se otpad izdeli na manje pravougaonike koji se otklanjaju na kraju postupka. Prednosti LOM postupka: - velike dimenzije modela, - povoljna čvrstoća, - velika brzina izrade i velikih modela, - primena raznih materijala u vidu tankih traka uključujući i limove od raznih metala i legura. Nedostaci LOM postupka: - različite osobine modela u pravcu ravni slojeva i upravno na njih (anizotropija), - relativno veliki gubici materijala zbog otpada, - teškoće oko izrade modela sa velikim šupljinama, konzolama i prepustima, - potreba stalnog nadzora rada mašine. S. Aleksandrović – Proizvodne tehnologije

77

Sl. 7.29 LOM postupak sa korišćenjem papirne trake i izgled otpadnog dela materijala

7.5.5 Upoređenje RP tehnologija sa klasičnim tehnologijama izrade modela i prototipova

Sl. 7.30 Poređenje klasičnih i RP tehnologija u izradi modela i prototipova


78 8. Kompjuterske (numeričke, softverske) simulacije procesa plastičnog oblikovanja Osnovna ideja je da se primenom matematičke teorije plastičnosti, numeričkih metoda (najčešće metode konačnih elemenata-MKE) i snažnih kompjutera, dobije virtuelni prikaz (simulacija) čitavog procesa oblikovanja (naponsko-deformaciona polja, promena geometrije itd.). To pruža mogućnost korekcija, t.j. optimizacije, pre realizacije realnog procesa. Takođe, moguće je smanjiti, a ponekad i izbeći skupe probe u realnim uslovima. Tokom zadnje decenije u primeni se nalazi nekoliko velikih programskih paketa za simulaciju plastičnog oblikovanja lima i masivno oblikovanje, od kojih treba pomenuti: PAM STAMP, LS−DYNA3D, ABAQUS, OPTRIS, AUTO FORM, MTLFRM, DEFORM3D itd.. Hardversko okruženje pružaju različite platforme (Unix i Linux radne stanice i Windows PC). Proces realizacije simulacije ide okvirno po sledećem redosledu: 1) definisanje geometrije alata (na pr. izvlakač, matrica, držač) i polaznog komada (razvijenog stanja), 2) definisanje mreže konačnih elemenata, 3) unos karakteristika materijala (kriva tečenja, r i n faktor, kriva granične deformabilnosti, uticaj anizotropije u ravni lima, modul elastičnosti, Poison−ov koeficijent itd.), 4) određivanje kinematike procesa i graničnih uslova na kontaktnim površinama, 5) definisanje tehnološkog postupka (broj i redosled operacija), 6) postprocesiranje rezultata (vizuelni prikaz geometrije, distribucije napona i deformacija, parametara procesa, površinskih defekata, itd.). Najosetljivije i kritično mesto kod bilo kog softverskog paketa za simulaciju je mogućnost predikcije pojedinih defekata (nabori, stanjenje i lom, površinski defekti, devijacije oblika posle povlačenja elastičnih deformacija itd.). Nijedan od aktuelnih softverskih paketa, i pored manje ili više spektakularnih rezultata, ne može u potpunosti da predvidi sve pomenute defekte. Pri korišćenju bilo kog softvera za simulaciju procesa plastičnog oblikovanja materijala, treba posebno obratiti pažnju na sledeće: -pravilno definisanje svih karakteristika materijala, geometrije komada i alata, - pravilno uzimanje u obzir kontaktnih uslova, preko odgovarajućih modela trenja i raznih triboloških efekata, -pravilno uzimanje u obzir elasto-plastičnih devijacija oblika i pojave nabora veoma čestih kod različitih limova, -ostalo (karakteristike alata, brzine, termički efekti itd.). Naročito treba pažljivo raditi na pripremi polaznih podataka jer će softver najčešće dati kompletne rezultate i za pogrešne polazne podatke, a takve greške je ponekad teško pronaći.


79

Sl. 8.1 Primer simulacije oblikovanja komada od tankog lima

Sl. 8.2 Provera rezultata simulacije eksperimentom na primeru ispitivanja lima S. Aleksandrović – Proizvodne tehnologije

1

PROIZVODNE TEHNOLOGIJE (TPO) Baza pitanja za II test (2011) Na postavljeno pitanje treba odgovoriti zaokruzivanjem slova ispred ponuđenih odgovora. 1. Tehnologija plastičnog deformisanja obuhvata: a) postupke skidanja strugotine, b) procese kod kojih se pod dejstvom opterećenja trajno menja oblik polaznog komada, c) procese pri kojima se delovi spajaju u neraskidivu vezu. 2. Po svojoj prirodi deformacije se dele na: a) elastične i plastične, b) male i velike, c) gornje i donje. 3. Glavna osobina elastične deformacije je: a) da nestaje sa prestankom dejstva spoljašnjeg opterećenja, b) da se povećava sa porastom opterećenja sve do razaranja, c) da se smanjuje sa porastom opterećenja. 4. Glavna osobina plastične deformacije je: a) da nestaje sa prestankom dejstva spoljašnjeg opterećenja, b) da ostaje trajno posle prestanka dejstva opterećenja, c) da posle nje sledi elastična deformacija. 5. Osnovna osobina tehnologije plastičnog deformisanja jeste: a) smanjenje deformacione sile, b) ušteda materijala uz povećanje troškova energije, c) neprekidnost strukture oblikovanog materijala, poboljšanje mehaničkih karakteristika i nepromenljivost zapremine. 6. Glavni tehnološki postupci u okviru oblikovanja lima su: a) savijanje, duboko izvlačenje, izvlačenje sa stanjenjem i druga oblikovanja, b) valjanje, kovanje, vučenje c) sabijanje, razdvajanje, odsecanje, d) utiskivanje, kalibrisanje, oblikovanje eksplozijom. 7. Glavni tehnološki postupci u okviru masivnog (zapreminskog) oblikovanja su: a) odsecanje na makazama, probijanje, b) sabijanje, kovanje, istiskivanje, c) rotaciono izvlačenje, vučenje žice, mikrodeformisanje. 8. Za pravilno dimenzionisanje alata i izbor mašina potrebno je: a) proračunati komponente napona i deformacija, a zatim odrediti deformacione sile i radove, b) odrediti strukturne promene pri deformisanju, c) izvršiti radiografsko snimanje deformisanog komada. 9. Zbog čega je značajan devijator tenzora napona ? a) utiče na pojavu razaranja materijala, b) pod njegovim dejstvom izvodi se proces plastičnog deformisanja, c) ) pod njegovim dejstvom izvodi se proces elastičnog deformisanja. 10. Izraz

σe =

2 2

(σ 1 − σ 2 )2 + (σ 2 − σ 3 )2 + (σ 3 − σ 1 )2

predstavlja:

2 a) hidrostatički napon, b) efektivni ili ekvivalentni napon, c) maksimalni normalni napon. 11. Koje su vrste naponskih stanja: a) troosno (prostorno), ravansko i jednoosno, b) savojno, torziono i smicajno c) normalno i smicajno. 12. Deformacija predstavlja: a) izduženje deformisanog tela, b) ugao do koga se deformiše napregnuto telo, c) meru promene oblika i dimenzija posmatrane zapremine tela. 13. Pokazatelji deformacije su: a) linijska deformacija, ugaona deformacija, izduženje b) kontrakcija, suženje, proširenje c) apsolutna deformacija, relativna deformacija, deformacija površine, prirodna (logaritamska) 14. Izraz ϕ = ln

l1 predstavlja: l0

a) izduženje, b) kontrakciju, c) prirodnu ili logaritamsku deformaciju. 15. Deformaciona stanja mogu da budu: a) jednoosna, b) prostorna i ravanska c) smicajna. 16. Brzina deformisanja predstavlja: a) brzinu kretanja komada, b) brzinu kretanja izvršnog organa mašine, c) brzinu smicanja preseka. 17. Brzina deformacije je: a) promena deformacije u jedinici vremena, b) brzina zatezanja epruvete, c) promena napona u jedinici vremena. 18. Uslovi plastičnosti određuju: a) uslove deformisanja pri zatezanju, b) uslove za ostvarenje prelaza iz elastičnog u plastično deformisanje, c) uslove za ostvarenje maksimalne deformacije. 19. Deformacioni otpor (deformaciona čvrstoća, napon tečenja) se najlakše određuje kao: a) ekvivalentni napon u blasti plastičnosti u uslovima jednoosnog naponskog stanja, b) maksimalni normalni napon, c) maksimalni smicajni napon. 20. Izrazom σ e =

2 2

(σ 1 − σ 2 )2 + (σ 2 − σ 3 )2 + (σ 3 − σ 1 )2

a) definicija glavnog normalnog napona, b) maksimalni smicajni napon, c) energetski uslov plastičnosti.

= K može da se predstavi:

3 21. Izrazom

σ max − σ min = K

može da se predstavi:

a) maksimalni normalni napon, b) uslov plastičnosti prema maksimalnom smicajnom naponu. c) minimalni normalni napon, 22. Deformaciono ojačanje predstavlja: a) povećanje tvrdoće materijala pri deformisanju, b) porast napona tečenja sa povećanjem plastične deformacije uz pad plastičnosti materijala, c) povećanje čvrstoće čelika legiranjem. 23. Efekat deformacionog ojačanja zavisi od: a) naponskog stanja, b) vrste tehnološkog postupka, c) vrste materijala, temperature, brzine deformacije. 24. Aproksimacije krivih ojačanja su: a) srednje vrednosti deformacionog otpora, b) matematičke funkcije koje mogu sa dovoljnom tačnošću da zamene eksperimentalne krive, c) srednje vrednosti kontaktnih napona. 25. Dijagram granične deformabilnosti pri zapreminskom oblikovanju predstavlja: a) zavisnost deformacione čvrstoće od deformacije, b) zavisnost granične efektivne deformacije od pokazatelja naponskog stanja, c) zavisnost sile od hoda. 26. Dijagram granične deformabilnosti limova predstavlja: a) zavisnost između glavnih deformacija u ravni lima u trenutku postizanja graničnih deformacija, b) zavisnost glavnih napona u ravni lima od deformacije, c) zavisnost deformacionog otpora od hoda alata. 27. U procesima obrade deformisanjem najveća vrednost kontaktnih pritisaka iznosi: a) 10 MPa, b) 2500 MPa, c) 50 MPa. 28. Da li je trenje pri obradi deformisanjem štetno: a) da, uvek, b) ne, korisno je, c) uglavnom, ali u nekim slučajevima može da bude i korisno. 29. Sile trenja na kontaktnim površinama predstavljanju: a) normalne sile koje izazivaju normalne napone, b) pritisne sile koje izazivaju površinski pritisak, c) smicajne sile koje izazivaju smicajne napone. 30. Vrednosti koeficijenta trenja u procesima deformisanja uglavnom iznose: a) 0,08 – 0,5 b) 1 – 1,8 c) 20,5 – 28,8. 31. Razdvajanje se izvodi dejstvom: a) normalnih napona, b) torzionih napona, c) smicajnih napona. 32. Operacija odsecanja se izvodi na: a) ekscentar presama,

4 b) makazama sa pravim ili kružnim noževima, c) mehaničkim presama. 33. Prosecanjem se dobijaju: a) trake limova određene širine, b) otvori na limovima, c) delovi od lima sa spoljašnjom konturom. 34. Probijanjem se dobijaju: a) uske trake lima, b) unutrašnje konture (otvori) na delovima od lima, c) spoljašnje konture na delovima od lima. 35. Na ekonomično iskorišćenje materijala pri prosecanju i probijanju utiču: a) vrsta materijala, b) raspored kontura komada na traci i tehnologičan oblik komada, c) debljina lima i širina trake. 36. Alat na skici a) pripada grupi: a) višesečnih alata za probijanje sa pločastim vođenjem, b) kombinovanih alata bez vođenja, c) alata za prosecanje sa stubnim vođenjem.

Sk. a) 37. Alat za prosecanje na sk. b) spada u alate: a) bez vođenja, b) sa stubnim vođenjem, c) sa kombinovanim (stubnim i pločastim) vođenjem, d) sa pločastim vođenjem.

Sk. b)

5 38. U postupke oblikovanja savijanjem spadaju (treba zaokružiti slova ispred svih tačnih odgovora): a) valjanje, b) ugaono savijanje, c) vučenje žice, d) profilno savijanje na specijalnim (abkant) presama, e) profilno savijanje pomoću valjaka, f) ultrazvučna obrada lima, g) kružno savijanje, 39. Neutralna osa je: a) geometrijska osa deformisanih komada, b) linija na kojoj su smicajni naponi jednaki nuli, c) linija koja ne menja svoju dužinu pri deformisanju savijanjem. 40. Zbog svojih osobina neutralna osa se koristi za: a) definisanje napona savijanja, b) određivanje dužine polaznog komada (razvijenog stanja), c) definisanje plastičnih deformacija. 41. Izraz M σ = R M ⋅ n ⋅

b ⋅ s2 , Nmm predstavlja: 4

a) moment inercije, b) moment unutrašnjih sila pri čisto plastičnom savijanju, c) moment spoljašnjih sila pri čisto plastičnom savijanju. 42. Izraz

Mσ = RP ⋅

b ⋅ s2 , Nmm predstavlja: 4

a) otporni moment preseka, b) moment unutrašnjih sila pri čisto plastičnom savijanju, c) moment unutrašnjih sila pri elastično plastičnom savijanju. 43. Izraz FS =

2M (1 + sin ϕ ) predstavlja: l

a) deformacionu silu prosecanja, b) deformacionu silu pri dvougaonom savijanju simetričnog komada, c) deformacionu silu jednougaonog savijanja. 44. Sila kalibrisanja pri savijanju zavisi od: a) momenta savijanja, b) sile savijanja, c) specifičnog pritiska i površine. 45. Izraz F =

2M ϕ predstavlja: ctg rn 2

a) deformacionu silu probijanja, b) deformacionu silu jednougaonog savijanja u zatvorenom alatu, c) deformacionu silu jednougaonog savijanja u otvorenom alatu, 46. Profilnim savijanjem na tzv. abkant presama najčešće se dobijaju: a) ugaono savijeni profili velike dužine, b) savijeni delovi manjih dimenzija, c) delovi sa jednom savijenom zonom. 47. Postupak tzv. čistog dubokog izvlačenja odnosi se na izradu: a) cilindričnog komada sa ili bez oboda,

6 b) koničnog komada, c) komada kvadratnog preseka.. 48. Alati za duboko izvlačenje imaju sledeće najvažnije radne delove: a) pritiskivač i matricu, b) držač lima i prsten za izvlačenje, c) izvlakač, matricu i držač lima. 49. Osnovna funkcija držača lima je: a) savijanje preko zaobljenja matrice, b) sprečavanje pojave nabora na obodu komada, c) skidanje gotovog komada posle izvlačenja. 50. Osnovni pokazatelji stepena deformisanja pri dubokom izvlačenju su: a) kontrakcija preseka i izduženje, b) stepen i koeficijent izvlačenja, relativna i prirodna deformacija, c) smanjenje prečnika oboda i stanjenje lima. −

51. Izraz σ r = β ⋅ K ln

− R0 D = β ⋅ K ln 0 predstavlja: r1 d1

a) napon pri jednougaonom savijanju, b) napon smicanja pri odsecanju, c) radijalni zatežući napon na obodu tela koje se izvlači. 52. Izraz σ trd =

2μFD predstavlja: d 1 πs

a) napon pri jednoosnom zatezanju, b) smicajni napon pri prosecanju, c) napon usled trenja na obodu komada koji se izvlači.

(

)

53. Izraz σ trm = (σ r + σ trd ) e μ⋅α − 1 se odnosi na: a) tangencijalni napona na obodu dela koji se izvlači, b) napon usled trenja pri klizanju preko zaobljenja ivice matrice. c) zatežući napon u cilindričnom zidu komada. 54. Izraz σ sav =

Fs = π d 1s

Rm predstavlja: rM 2 +1 s

a) napon jednougaonog savijanja, b) napon dvougaonog savijanja, c) napon usled savijanja i ispravljanja lima pri izvlačenju. 55. Koji su osnovni načini naknadnih operacija dubokog izvlačenja? a) direktno (istosmerno) i obratno (suprotnosmerno), b) u dvostepenim alatima, c) u koračnim alatima. 56. Zatezna rebra se koriste u alatima za: a) višeugaono savijanje, b) izvlačenje cilindričnih tela, c) izvlačenje tela pravougaone i složene geometrije. 57. Izraz D 0 =

4 ⋅ d n H C + d d2 + 2( πd d rn + 4rn2 ) , mm predstavlja:

7 a) prečnik gotovog komada pri čistom dubokom izvlačenju, b) prečnik razvijenog stanja pri čistom dubokom izvlačenju, c) obim komada pri prosecanju. 58. Za duboko izvlačenje se koriste prese: a) isključivo dvostrukog dejstva, b) jednostrukog dejstva sa pomoćnim jastukom, c) jednostrukog, dvostrukog i trostrukog dejstva. 59. Osnovni parametri procesa izvlačenja prema kojima se bira mašina su: a) sila, rad, sila držanja, dimenzije i radni hod alata, brzina i veličina serije, b) samo sila i deformacioni rad, c) samo dimenzije alata i brzina. 60. Masivno (zapreminsko) oblikovanje podrazumeva: a) obradu lima i šipkastog materijala, b) uglavnom kovanje delova, c) obradu trodimenzionalnih (prostornih) delova. 61. Masivno oblikovanje je prema naponsko−deformacionom stanju: a) praktično isto kao obrada lima, b) sa nekim elementima obrade lima i kovanja, c) različito od obrade lima zbog postojanja složenih troosnih naponskih stanja. 62. Sabijanjem se izvodi: a) smanjenje početne visine komada uz istovremeno povećanje poprečnih dimenzija. b) kovanje u kalupu, c) presovanje u univerzalnim alatima. 63. Masivno oblikovanje metala između dva kalupa koji su u relativnom kretanju sa većim brzinama i pri udarnom dejstvu je: a) kovanje, b) slobodno sabijanje, c) istiskivanje. 64. Zagrevanje metala pri kovanju se izvodi zbog: a) promene strukture metala i legura, b) smanjenja deformacionog otpora, odnosno povećanja plastičnosti, c) smanjenja opterećenja alata. 65. Najvažnija prednost kovanja u odnosu na druge tehnologije, ogleda se u sledećem: a) kratko vreme izrade, b) mehaničkim i strukturnim osobinama (neprekidna vlaknasta struktura) uz ekonomično korišćenje materijala, c) estetski izgled oblikovanog komada. 66. U tehničkom smislu kovanje može biti: a) grubo i fino, b) sa većom i manjom brzinom mašine, c) slobodno kovanje i kovanje u alatima. 67. Slobodno kovanje predstavlja: a) ručno kovanje čekićem i nakovnjem, b) kovanje na kovačkim mašinama uz korišćenje jednostavnog univerzalnog alata, najčešće u pojedinačnoj i maloserijskoj proizvodnji, c) kovanje bez ograničenja broja udaraca.

8 68. Na kojim mašinama se najčešće izvodi toplo kovanje u kalupima: a) na kovačkim čekićima i mehaničkim kovačkim presama, b) na kovačkim valjcima, c) na horizontalnim kovačkim mašinama. 69. Brzina kretanja bata kovačkih čekića je: a) do 2 m/s, b) i preko 10 m/s, c) najviše 5 m/s. 70. Brzina pritiskivača kovačkih presa je: a) slično kao kod čekića oko 10 m/s, b) do 3 m/s, c) najčešće do 0,5 m/s. 71. Kod kovačkih čekića gravure se nalaze: a) u jednom alatu, b) u toliko alata koliko ima operacija, c) u najviše dva alata. 72. Da li se pri radu čekića dozvoljava sudar kalupa: a) ne, jer to znači havariju alata, b) da, c) dozvoljava se, ali pri maloj brzini bata. 73. Da li se pri radu kovačke prese dozvoljava sudar kalupa: a) da, analogno kovačkim čekićima, b) ne, jer bi to dovelo do opasnog preopterećenja mašine, c) da, ali u slučaju posebnih alata. 74. Koje su faze kovanja: a) grubo kovanje i fino kovanje, b) uvodno i slobodno, c) pripremno, prethodno i završno. 75. Podeona površina pri kovanju predstavlja: a) ravan podele otkovka na dve jednake zapremine, b) površinu kontakta otkovka i kalupa, c) površinu sastava gornjeg i donjeg kalupa, odnosno površinu podele gravure. 76. Označiti znakom + na skici 1 ispravan položaj otkovka odnosno podeone ravni.

Sk. 1 77. Koja je svrha kovačkih nagiba i radijusa: a) olakšavanje izvlačenja otkovka iz gravure i smanjivanje otpora pri tečenju metala,

9 b) pojednostavljenje naknadne obrade, c) lakša montaža komada. 78. Šta se podrazumeva pod pojmom pločica pri kovanju: a) deo alata za kovanje, b) polazni komad za kovanje, c) umetak za korekciju grešaka pri kovanju, d) umetak za zatvaranje otvora na otkovku. 79. Koja je svrha zatvaranja otvora pločicom na otkovku: a) lakša izrada alata, b) lakše tečenje metala i ispunjavanje gravure uz naznačavanje otvora, c) manja sila kovanja. 80. Šta predstavlja engleska kovanica time to market ? a) potrebu smanjenja vremena razvoja proizvoda i ostalih aktivnosti do njegove pojave na tržištu, b) potrebu reklame proizvoda posle njegove pojave na tržištu, c) povećanje vremena razvoja zbog zahteva za kvalitetom proizvoda. 81. Konkurentni inženjering (concurrent engineering) podrazumeva: a) pojačanu konkurenciju na tržištu, b) konkurenciju zaposlenih na razvoju proizvoda u jednoj firmi , c) paralelno odvijanje faza razvoja proizvoda i postojanje jedinstvene baze podataka. 82. Reverzibilni inženjering podrazumeva: a) izradu elemenata i podsklopova obrnutim redom: od složenijih ka prostijim, b) projektovanje gde je polaz fizički objekat koji se raznim tehnikama prevodi u 3D CAD model, c) izradu radnih predmeta u alatima gde su zamenjena mesta gornjeg i donjeg kalupa. 83. Kovanica Rapid Prototyping (RP) označava: a) postupak brzog projektovanja, b) brzu izradu alata, c) postupke brze izrade modela i prototipova proizvoda na samo jednom kompjuterizovanom uređaju. 84. RP postupak stereolitografije koristi dejstvo: a) lasera na tečni fotopolimer, b) tečnog veziva na prah, c) toplote na lako topljivu plastičnu masu. 85. RP postupak laserskog selektivnog sinterovanja koristi dejstvo: a) lasera na tečni fotopolimer, b) lasera na prah, c) lasera na lako topljivu plastičnu masu. 86. RP postupak 3D štampanja koristi dejstvo: a) lasera na praškasti materijal, b) kapljica vezivnog materijala na prah, c) lasera na polimerne materijale. 87. RP postupak termodžet štampanja koristi dejstvo: a) lasera na plastične mase, b) toplote na praškasti materijal, c) toplote na termoplastične mase. 88. RP LOM postupak koristi dejstvo: a) lasera na trakaste materijale (plastične mase, papir, lim), b) toplote na plastične folije, c) toplote na plastičnu žicu .

89. Izraz Rapid Tooling podrazumeva: a) brzu izradu alata uz pomoć RP postupaka, b) brzu izradu alata na NC mašinama, c) brzo projektovanje alata.

10

1

PROIZVODNE TEHNOLOGIJE (TPO) Baza pitanja za II kolokvijum (2011) 1. 2. 3. 4. 5.

Skicirati sheme različitih naponskih i deformacionih stanja. Brzina deformisanja i brzina deformacije (definicija, objašnjenje, veza). Uslovi plastičnosti (definicija, izraz, objašnjenje). Krive ojačanja (definicija, određivanje jednoosnim zatezanjem, skice). Kontaktno trenje u postupcima deformisanja (glavni uticaji, moguća podela tipova trenja, sredstva za podmazivanje, smicajni naponi – izrazi i objašnjenja). 6. Odsecanje na makazama (skice, sila i rad). 7. Deformaciona sila i rad prosecanja (izrazi, objašnjenja). 8. Navesti nazive svih pozicija alata na sk. 1, opisati njihovu funkciju i objasniti namenu alata. 1

2 3 4 5 7 11

10

8

6 9

Sk. 1

9. Objasniti osnovne mogućnosti za smanjenje sile prosecanja i dati skice. 10. Objasniti stepen iskorišćenja materijala pri prosecanju i probijanju. 11. Parametri u savijenoj zoni (skica, definicije i objašnjenja). 12. Objasniti kako se određuje položaj neutralne ose pri savijanju (skice, izraz) i kakav je princip definisanja razvijenog stanja (objašnjenje). 13. Minimalni i maksimalni radijus savijanja (izrazi, objašnjenja). 14. Elastična povratnost pri savijanju (skica, objašnjenja). 15. Princip određivanja sile dubokog izvlačenja. Objasniti komponente ukupnog napona izvlačenja.

2

16. Šta predstavlja izraz

− ⎛ D 2μFD σ u = ⎜⎜ 1,1 K ln 0 + d1 d 1 πs ⎝

⎞ μ ⋅α Rm ⎟⎟e + ? Objasniti sve veličine rM ⎠ 2 +1 s

koje u njemu figurišu. 17. Objasniti namenu alata na sk. 2, napisati nazive pozicija i kratko opisati njihovu funkciju.

Sk. 2

18. Nabrojati osnovne aktivnosti na projektovanju tehnološkog procesa dubokog izvlačenja. 19. Skicirati šemu položaja kalupa na kovačkoj presi i navesti najvažnije karakteristike kovanja na mehaničkim kovačkim presama. 20. Skicirati izgled donjeg kalupa pri kovanju na kovačkom čekiću i navesti najvažnije karakteristike kovanja na kovačkim čekićima.

3

21. Navesti pozicije, objasniti šta je prikazano na sk. 3, i nabrojati osnovne karakteristike venca. Otkovak posle završnog kovanja

11 7

3

12

5

11

1 6

2

10

8

Otovak posle krzanja venca i probijanja pločice

14

9

4

13

Sk. 3

22. Šta predstavlja izraz: 2 2⎞ ⎛ m = (1 − 0,005 ⋅ D)⎜ 1,1 + ⎟ 0,75 + 0,001 ⋅ D 2 ⋅ D ⋅ R M ( t ) , kg ; D⎠ ⎝ Objasniti veličine koje u njemu figurišu.

(

)

D, cm ;

R M ( t ) , MPa

D, mm ;

R M ( t ) , MPa

23. Šta predstavlja izraz: ⎛ 20 ⎞ ⎛⎜ L ⎟⎟ 1 + 0,1 F = 8(1 − 0,001 ⋅ D n )⎜⎜ 1,1 + D n ⎠ ⎜⎝ B sr ⎝ A D n = 1,13 A B sr = L Objasniti veličine koje u njemu figurišu. 2

⎞ ⎟ ⋅ A ⋅ R M(t ) , N ; ⎟ ⎠

24. Navesti redosled tehnoloških operacija pri kovanju. 25. Rapid prototyping postupak stereolitografije. 26. Rapid prototyping postupak 3D štampanja. 27. Rapid prototyping postupak selektivnoh laserskog sinterovanja. 28. Rapid prototyping LOM postupak.

ПРОИЗВОДНЕ ТЕХНОЛОГИЈЕ (ТЕХНОЛОГИЈА ПЛАСТИЧНОГ ОБЛИКОВАЊА (ТПО) ОБРАДА МЕТАЛА ДЕФОРМИСАЊЕМ (ОМД)) Питања за завршни испит (2011)

1. Подела поступака ОМД. 2. Напони. Врсте напонских стања и њихове механичке шеме. 3. Деформације. Деформациона стања и њихове шеме. Брзина деформације и брзина деформисања. 4. Услови пластичности. 5. Криве ојачања. Деформабилност. 6. Контактно трење и гранични услови. 7. Одсецање. 8. Просецање и пробијање. Деформациона сила и рад. 9. Рационално коришћење материјала при просецању. 10. Алати за просецање и пробијање. 11. Угаоно савијање. Напони и деформације при савијању. 12. Неутрална оса и развијено стање. Моменти савијања. 13. Минимални и максимални радијус савијања и еластична повратност. 14. Једноугаоно и двоугаоно савијање. 15. Дубоко извлачење осносиметричних комада. Основе процеса и карактеристике. Показатељи степена деформисања при извлачењу. 16. Напони и деформациона сила извлачења. 17. Основни елементи пројектовања технолошког процеса дубоког извлачења. 18. Ковање у топлом стању. Параметри за избор машина при ковању у калупима. 19. Технолошке операције при ковању у калупима. 20. Технологија Rapid Prototyping (брза израда прототипова), подела, основне карактеристике. Поступак стереолитографије.

09. 05. 2011.

Предметни наставник Др С. Александровић, ред. проф. ср.

Skripta - Proizvodne Tehnologije (TPO)

Recommend Documents