i. uvod – oblikovljivost materijala · podloge za predavanja – obradni strojevi i. uvod –...

Podloge za predavanja – Obradni strojevi

I. UVOD – OBLIKOVLJIVOST MATERIJALA

Oblikovljivost se sažeto definira kao odnos najveće deformacije koju materijal može podnijeti

(bez nastanka pukotine ili loma) i parametara procesa.

Oblikovljivost u različitim procesima – postupcima ima različito značenje.

- Kod savijanja se dovodi u vezu s omjerom najmanjeg unutrašnjeg radijusa savijanja i

debljine savijanja ploče, lima ili šipke.

- Pri dubokom vučenju vrednuje se na osnovi omjera promjera rondele i vučenog lonca.

- Pri provlačenju usko je vezana s redukcijom poprečnog presjeka.

- Pri masivnom oblikovanju dovodi se u vezu s prokovanošću.

Neke od metoda kojima se utvrđuje oblikovljivost su:

a) posredno:

- statičko vlačno ispitivanje,

- ispitivanje udarnog rada loma (žilavosti).

b) neposredno:

- ispitivanje uvijanjem,

- ispitivanje savijanjem,

- ispitivanje s trnom,

- ispitivanje prodora kuglom – Erichsen test

- Swiftovo ispitivanje.

NAČINI PRIKAZIVANJA VRIJEDNOSTI

• podaci o rezultatima statičkog vlačnog ispitivanja (Rp0,2, Rm, A, Z),

• podaci o udarnom radu loma,

• podatak o eksponentu očvršćenja "n", koji se dobiva iz rezultata statičkog vlačnog

ispitivanja empirijskim izrazom:

gdje je: σs - stvarno naprezanje, K - konstanta i εns – stvarno istezanje,

• podatak o broju uvijanja do loma epruvete pri ispitivanju uvijanjem,

• podatak o kutu savinutog ispitnog tijela kod kojeg se pojavila prva napuklina pri

ispitivanju savijanjem,

1


• podatak o prisustvu ili odsustvu napukline pri utiskivanju trna u cijev,

• podatak o dubini utisnuća žiga u lim ili traku kod pojave prve napukline (Erichsonov

indeks - IE),

• podatak o odnosu graničnog vučenja kod cilindričnih kapica sa ravnim dnom kod

Swiftovog ispitivanja,

• opisna ocjena oblikovljivosti kao npr.:

ODLIČNA: materijali u ovoj skupini podnose vrlo visoki stupanj deformacije pri

oblikovanju u hladnom stanju. Materijali su oblikovljivi s najvišim stupnjem

deformacije bez međužarenja.

VRLO DOBRA: u odnosu na materijale iz prve skupine kod ovih je za veće presjeke

potrebno međužarenje.

DOBRA: kod ovih materijala je za sve presjeke potrebno međužarenje. U pravilu se ne

oblikuju postupcima s visokim stupnjem deformacije jer brzo očvršćuju.

ZADOVOLJAVAJUĆA: zbog toga što izuzetno snažno očvršćuju za vrijeme

oblikovanja, upotrebljavaju se samo iznimno i to u postupcima s niskim stupnjem

deformacije uz međužarenje.

LOŠA: ovi materijali se ne mogu oblikovati u hladnom stanju jer ne podnose deformacije bez

pojave napuklina. Oblikuju se samo deformacijom u toplom stanju.

ZNAČENJE / PRIMJENJIVOST

Oblikovljivost je jedno od osnovnih tehnoloških svojstava metalnih materijala. Navedene

vrijednosti i postupci ispitivanja primjenjivi su za postupke valjanja, dubokog vučenja i

savijanja kao najčešćih postupaka preoblikovanja. Kod navedenih postupaka i računske

vrijednosti, dobivene iz vlačnog ispitivanja, i vrijednosti iz tehnoloških ispitivanja imaju

ograničenu valjanost. Kod dubokog vučenja ocjena sposobnosti procjenjuje se tehnološkim

ispitivanjima koji u pravilu imaju značenje oponašanja, te se također ne mogu primjeniti za

sve slučajeve. Kod dubokog vučenja i čistog savijanja važna karakteristika je konačno

suženje presjeka (Z).

LITERATURNI IZVORI I NORME

DIN 50145, DIN 50401

2


II. PODJELE STROJEVA ZA OBLIKOVANJE DEFORMIRANJEM

Kod oblikovanje metala deformiranjem deformira se radni komad u jednom ili više koraka,

gdje se upotrebljavani alat najčešće sastoji iz dva osnovna dijela. Strojevi za oblikovanje

imaju zadaću davode alate i da pojedini dijelovi alata mogu zahvatiti radni komad te dati

potrebne sile, momente ili rad deformacije.

Podjela strojeva za oblikovanje deformiranjem ne može se izvršiti prema vrsti oblikovanja

budući da se na jednom stroju mogu obavljati različiti postupci (savijanje, duboko vučenje,

prosijecanje, itd.) Zbog toga se ona ne izvršava prema vrstama oblikovanje, nego prema

tipovima strojeva. Tu spadaju:

1. valjački strojevi

2. strojevi sa zagarantiranom energijom (batovi i vretenaste preše)

3. strojevi sa zagarantiranom silom

4. strojevi sa zagarantiranim putom

5. strojevi za oblikovanje metala deformiranjem pomoću djelujućeg medija i djelujuće

energije

Prema vrsti pomaka alata ili dijela alata razlikuju se tri grupe strojeva za oblikovanje metala

deformiranjem:

1. s pravocrtnim pomicanjem alata

2. s nepravocrtnim pomicanjem alata

3. posebni strojevi (djelujući medij i djelujuća energija).

Prema vrsti pogona deformacijski strojevi dijele se na:

1. mehanički pogon

2. hidraulični pogon

3. pogon na pregrijanu paru

4. pogon na komprimirani zrak (pneumatski)

3


4


5


KARAKTERISTIČNE VELIČINE STROJEVA ZA OBLIKOVANJE DEFORMIRANJEM

Osnovne značajke strojeva su:

1. energetske i kinematske

a) nazivna snaga

b) korisni rad – (1) u trajnom pogonu, (2) korisni rad jednog udarca

c) broj udaraca (hodova)

d) broj okretaja

e) brzina alata

f) snaga – (1) motora, (2) trenutačna

g) moment (kod valjaka)

2. geometrijske

• put žiga

a) radni put (u kojem djeluje deformacijska sila)

b) put u području nazivne sile

• dimenzije prostora za smještaj alata

Prema Kienzeleu razlikuju se kod strojeva tri grupe prema karakterističnim veličinama:

1. Sila i energija,

2. Vrijeme,

3. Točnost kod neopterećenih i opterećenih strojeva.

I. Karakteristične veličine – sila i energija

- Kroz određeno vrijeme, na definiranom putu djeluje sila na alat i pretvara određeni iznos

energije u rad oblikovanja.

Pri tome mora vrijediti: FFst ≥ WEst ≥

- Karakteristične veličine postupka moraju biti manje od karakterističnih veličina stroja.

- Ekonomičnost: optimalno stanje predstavlja FFst = i WEst =

6


U karakteristične veličine spada i opružni rad koji postoji kod svakog postupka ukoliko se

on odvija na strojevima s garantiranim hodom (ekscentar preša) ili na strojevima s

garantiranom energijom (vretenasta preša).

Dok za vrijeme oblikovanja na alat i obradak djeluje sila oblikovanja F, alat i stroj se

elastično deformiraju za veličinu f (opružni put). Potreban rad za to je opružni rad koji

iznosi:

fFW ⋅=21

Opružni rad se sprema kao potencijalna energija u sustavu stroj/alat.

Ako se omjer sile oblikovanja i opružnog puta označi kao opružni broj (opružna konstanta) C

gdje je:

fFC = ,

tada izraz za opružni rad izgleda ovako:

CFW

2

21⋅=

7


U sustavu stroj/alat spremljeni opružni rad prikazan je na slijedećim dijagramima.

8


Lijeva strana dijagrama prikazuje točke kad je opružni rad WF1 i WF2 najveći s različitim

veličinama f1 i f2. Kada sila oblikovanja nakon prekoračenja njene najveće veličine počne

padati, smanjuje se i elastično oblikovanje stroja i alata. Oslobođeni opružni rad služi za

dodatno približavanje dijelova alata i koristi se ponovno u postupku oblikovanja metala

deformiranjem. Povrat opružnog rada moguć je samo onda ako je za vrijeme opadanja sile

oblikovanja u svakoj točci toka sile, put procesa oblikovanja isti ili veći od elastične

deformacije stroja i alata. Dakle, mora vrijediti:

dfdF

dsdF

⟨ ,

gdje je s put oblikovanja.

Također vrijedi: CdfdF

dsdF

=⟨ , dsdFC⟩ .

U slučaju dubokog vučenja uvjet je ispunjen i za „krute“ (f1) i za „mekane“ (f2) sustave. Kod

štancanja se povratno dobivanje opružnog rada može koristiti samo za „krute“ (f1) sustave do

točke „F“ toka sile-puta. Ostatak opružnog rada (površine FGH) ovdje je izgubljen kao i

ukupan opružni rad „mekanog“ sustava. Onaj dio opružnog rada preuzet od pogona i postolja

(tijela) preše, koji se ne koristi u postupku oblikovanja deformiranjem, izaziva vibracije.

Uzimajući u obzir utrošak energije poželjan je što krući sustav stroja.

Kod strojeva, kod kojih je karakteristika raspoloživa sila, energije sile malja i radna moć,

razlikuju se strojevi:

1. strojevi sa zagarantiranim radom deformacije,

2. strojevi sa zagarantiranom silom,

3. strojevi sa zagarantiranim hodom.

STROJEVI SA ZAGARANTIRANOM ENERGIJOM (RADOM) DEFORMACIJE

- Raspolažu s određenim iznosom energije deformacije koja se mora potpuno iskoristiti

kod svakog hoda stroja. Stroj se zaustavlja kad se iskoristi sva raspoloživa energija

deformacije.

- Ako je rad deformacije postupka veći od raspoloživog rada deformacije stroja, koji stoji

na raspolaganju za jedan hod, tada se postupak može podijeliti u više radnih hodova

(udaraca).

9


- Karakteristična veličina kod ovih strojeva je raspoloživi nazivni rad deformacije EN.

- Tu spadaju batovi i vretenaste preše sa zamašnjakom.

STROJEVI SA ZAGARANTIRANOM SILOM

- Strojevi sa zagarantiranom silom imaju na raspolaganju silu neovisno o položaju malja.

Njena se veličina dobiva konstrukcijom stroja i naziva se nazivna sila FN.

- Kako se nazivna sila ne može prekoračiti kod provođenja postupka, ona predstavlja

karakterističnu veličinu stroja.

- Glavni predstavnik su hidraulične preše.

10


STROJEVI SA ZAGARANTIRANIM HODOM

- Kod strojeva sa zagarantiranim hodom, hod malja stroja određen je kinematikom glavnog

pogona. Sila malja Fst ovisna je o položaju malja. Ona teoretski može biti beskonačna.

- Budući da pogon i tijelo preše mogu podnijeti unaprijed definirane sile, nije dopušteno

prekoračiti nazivnu silu FN.

- Strojevi sa zagarantiranim hodom rade sa spremnikom energije (zamašnjakom). Kod

radnog hoda na raspolaganju je nazivna energija koja se dobiva konstrukcijom spremnika.

- Radna moć time predstavlja daljnju karakterističnu veličinu stroja.

- Predstavnici su preše s koljenastim pogonom (ekscentar preše, koljenaste preše, polužne

preše).

II. Karakteristična veličina – vrijeme

Vrijeme kao karakteristična veličina dano je kod strojeva preko trajanja jednog udarca

odnosno hoda stroja iz čega se u određenom vremenu dobiva broj udaraca odnosno hodova

stroja.

Vrijeme dodira sabijanja je važna karakteristična veličina kod toplog oblikovanja metala

deformiranjem. U tom je slučaju prijelaz topline i četiri puta veći nego kad se predmet ne

deformira. Duži tlačni dodir izaziva veće trošenje alata i veće sile zbog hlađenja radnog

komada i to kroz povećanje plastičnog tečenja kf.

11


Tlačno vrijeme dodira kod masivnog oblikovanja je u granicama:

1. batovi - 10-3 do 10-2 s

2. vretenaste preše sa zamašnjakom – 10-2 do 10-1 s

3. preše sa zagarantiranim hodom – 10-1 do 5·10-1 s

4. hidraulične preše – 10-1 do 1s.

Birna karakteristična veličina je i brzina alata. Značajne su brzine alata neposredno prije

početka postupka deformiranja. Brzina logaritamske deformacije kod sabijanja i

produljenja iznosi:

•

ϕ

hvwz=

•

ϕ ,

Gdje je:

vwz- brzina alata,

h – visina radnog predmeta.

Logaritamska brzina tijekom procesa oblikovanja može kratkotrajno porasti. Posebno kod

strojeva sa zagarantiranim radom promjena brzine za vrijeme puta s je velika i ima utjecaj na

promjenu toka sile kod toplog oblikovanja, zbog opadanja naprezanja plastičnog tečenja kf

radi povećanja temperature.

12


III. Karakteristična veličina – točnost

Karakteristična veličina točnost daje točnost koju je moguće postići na određenom stroju.

Kako hod oblikovanja djeluje i na alat i na radni komad, stroj ima zadaću pored ostalog i

vođenja alata. Odstupanje od geometrijski idealnih uvjeta vođenja zbog greške položaja

dijelova alata jednog u odnosu na drugi dovodi uslijed toga i do greške na radnom komadu.

Pri tome se razlikuju dvije grupe grešaka:

1. greške položaja,

2. greške pomicanja.

Greške položaja nastaju uslijed netočnosti stroja u neopterećenom stanju. Zbog elastičnosti

stroja dolazi u opterećenom stanju do grešaka na dijelovima alata koje dalje generiraju greške

pomicanja. Dakle, greške položaja uzrokuju greške pomicanja. Pri tome se razlikuju točnost

stroja u neopterećenom i u opterećenom stanju.

Geometrijske netočnosti neopterećenog stroja izazivaju greške paralelnosti, greške pomicanja

središta i greške zakretanja, a elastičnost stroja koji nosi alate za vrijeme dok je pogon stroja

opterećen izaziva optružne i dinamičke vrste grešaka.

STRUKTURA NETOČNOSTI STROJA

Netočnost stroja

Geometrijska netočnost

Elastične deformacije

Mjerene na neopterećenom stroju

Mjerene na stroju pod opterećenjem

Zračnosti Odstupanja Opružne Dinamičke

13

i. uvod – oblikovljivost materijala · podloge za predavanja – obradni strojevi i. uvod –...

Documents