-
1
a) Teorijske osnove obrade deformisanjem
1.Podruje obrade deformisanjem
1. Obrada deformisanjem je vid obrade kod kojeg se materijal
dovodi u stanje plastinog 2. teenja, tj. optereuje iznad granice
razvlaenja. Deformacija koja nastaje u materijalu je 3. trajna.
Ukoliko se optereenje poveava u nekom momentu doi e do razdvajanja
estica 4. materijala. 5. Podruje obrade deformisanjem sa stanovita
deformacije moe se podijeliti na: 6. plastinu deformaciju i 7.
deformaciju do razaranja materijala.
Grafika interpretacija podruja obrade deformisanjem data je
preko dijagrama istezanja za elastino-plastian materijal.
Svi procesi obrade deformisanjem odvijaju se u obiljeenom
podruju, ogranienom linijama V A i R B . Procesi obrade materijala
razdvajanjem odvijaju se po liniji RB. Razdvajanje materijala se
moe vriti po otvorenoj reznoj liniji i l i po zatvorenoj
konturi.
2. Naini podjele postupaka obrade deformisanjem i pregled
osnovnih operacija.
Postupci obrade deformisanjem se dijele prema:
- temperaturi obrade; - naponsko - deformacionom stanju; -
namjeni proizvoda; - brzini deformacije; - teenju materijala u
zahvatu alata.
Prema obliku poetnog materijala obrada deformisanjem se moe
podijeliti na:
- Preradu limova; - Preradu kompaktnih tijela.
Prema brzini deformacije obrada deformisanjem se moe podijeliti
na:
- kvazistatiko deformisanje - superplastino deformisanje
-
2
- visokobrzinsko deformisanje Tehnoloki postupci obrade
deformisanjem grupisani su u:
- Tehnologije oblikovanja lima; - Tehnologije razdvajanja; -
Tehnologije zapreminskog oblikovanja i - Nove tehnologije.
3. Znaaj, prednosti, nedostaci i ogranienja primjene postupaka
obrade deformisanjem.
Prednosti ovog naina obrade mogu se definisati sa
tehniko-tehnolokog i ekonomskog aspekta, i to: 1) Izrada proizvoda
komplikovanog oblika ostvaruje se u jednom hodu maine za
deformaciju. Izrada istih proizvoda na drugi nain i l i ne bi bila
mogua i l i bi zahtjevala vie radnih operacija. 2) Postie se velika
dimenzionalna tanost proizvoda uz uske izradne tolerancije. 3)
Proizvodi imaju visoke mehanike karakteristike i relativno malu
teinu. 4) Postie se znaajna uteda u potronji materijala i energije.
5) Visok stepen produktivnosti, stabilnosti i pouzdanosti u radu.
6) Maine za obradu su jednostavne za posluivanje, tako da za
proizvodnju nije neophodna visokokvalifikovana radna snaga. 7)
Ekonominost u uslovima serijske i masovne proizvodnje. Pored
navedenih prednosti, mogu se uoiti i ogranienja u primjeni kao to
su: 1) Neekonominost u uslovima pojedinane i maloserijske
proizvodnje. 2) Visoki investicioni trokovi prouzrokovani upotrebom
skupih maina i ureaja za obradu. 3) Sloeni i komplikovani alati,
ija je konstrukcija i izrada skupa.
-
3
4. Pojam plastine deformacije, vrste i naini izraavanja stepena
deformacije
Tehnologija plastinog deformisanja (TPD) metala obuhvata procese
kod kojih se pod dejstvom dovoljno velikog optereenja ostvaruje
plastina deformacija, odnosno trajno mijenja oblik polaznog
materijala. Polazni materijal je polufabrikat u obliku: limova,
ploa, cijevi, punih profila itd. Po svojoj prirodi deformacije se
dijele na: - elastine (postoje samo pod odgovarajuim optereenjem,
prestankom optereenja nestaju), - plastine (suprotno od elastine,
prestankom optereenja ostaju trajno). Vie od 80% svih metalnih
materijala u ranijoj ili kasnijoj fazi prerade biva obraeno nekim
od postupaka TPD. Osnovna osobina TPD jeste ouvanje neprekidnosti
strukture oblikovanog materijala uz poboljanje karakteristika
vrstoe i nepromenljivost zapremine.
Da bi se materijal mogao preraivati, potrebno je primjenom
optereenja dovesti ga u stanje plastinog teenja. Potrebnu silu i
energiju ostvaruju maine za plastino deformisanje: prese za obradu
lima, kovake prese, maine za savijanje itd. Neposredno oblikovanje
izvodi se u alatu koji se montira u radnom prostoru maine.
Deformisanje paralelopipeda
Izraavanje deformisanja:
-
4
b) Tehnologije razdvajanja
5. Osnovne specifinosti i vrste tehnologija razdvajanja.
6. Probijanje i prosijecanje.
-
5
7. Zazor kod probijanja i prosjecanja i nain njegovog
izbora.
-
6
8. Fino probijanje i prosijecanje, specifinosti, prednosti i
nedostaci u odnosu na klasino.
Geometrija komada je veoma raznolika, pri emu je debljina lima
obino velika (iznad 5mm). Alati su
robusnije konstrukcije u odnosu na klasine. Od maine se
zahtjevaju tri nezavisna dejstva. To su
specifine prese kompaktne konstrukcije koje imaju pogonski
sistem sa donje strane.
9. Naini smanjenja sile probijanja i prosijecanja.
-
7
10. Vibraciono razdvajanje
Tabla lima se postavlja na radni sto maine koji je pokretan u
pravcu dvije koordinatne ose. Na taj nain je
mogue dobiti bilo koji oblik krivolinijske konture. Ovakve maine
obino imaju CNC upravljanje, a mogue
je koristiti i laser umjsto noeva.
11. Odsjecanje na makazama
Odsijecanje na makazama je postupak razdvajanja materijala pomou
noeva razliitog oblika. Odsijecanjem se iz limova dobijaju trake,
koje se koriste za dalju preradu u alatima na presama. Postupkom
odsijecanja materijal se priprema za druge tehnoloke postupke.
Prema obliku i poloaju u toku procesa razlikuju se tri vrste
noeva: ravni paralelni noevi; ravni nagnuti noevi; kruni noevi.
Ravni paralelni i ravni nagnuti noevi koriste se za odsijecanje
traka iz tabli lima ili za odsijecanje komada. Pomou ovih noeva
mogu se odsijecati materijali debljine do 40 mm.
-
8
Ravni nagnuti noevi koriste se za sjeenje obradaka kod kojih je
debljina relativno mala u odnosu na irinu. Upotrebom ovih noeva
smanjuje se sila odsijecanja, jer je u toku razdvajanja samo dio
ukupne duine linije razdvajanja u procesu deformisanja.
Kruni noevi koriste se za: odsijecanje traka iz tabli lima,
uzduno i popreno odsijecanje traka i odsijecanje okruglih
pripremaka. Pomou ovih noeva, zavisno od vrste maine mogu se
odsijecati materijali debljine do 30 mm.
-
9
c) Savijanje
12. Naini i karatkteristike procesa savijanja
Savijanje spada u grupu postupaka tehnologije plastinog
deformisanja koji se najee primjenjuju. Omoguava izradu irokog
asortimana proizvoda, sa dimenzijama od dijelova milimetra pa do
nekoliko metara. Dijelovi sloenih geometrija izrauju se u vie
operacija. Karakteristika procesa savijanja je, u veini sluajeva,
lokalno plastino deformisanje. Deformisana zona tada obuhvata manji
dio zapremine komada, mada ima postupaka gdje se deformie kompletna
zapremina (kruno savijanje npr.). Savijanje se primenuje kako u
serijskoj tako i u pojedinanoj proizvodnji. Polazni materijal
(polufabrikat) je najee lim u vidu trake ili table, ali to moe da
bude ica, puni profil, cijev. Debljina limova za savijanje kree se
od stotih dijelova milimetra pa do nekoliko desetina milimetara.
Osnovni postupci savijanja su: 1. Savijanje pomou alata na
univerzalnim presama (ugaono savijanje), 2. Profilno savijanje na
specijalnim (abkant) presama, 3. Kruno savijanje, 4. Profilno
savijanje pomou valjaka, 5. Savijanje cijevi, 6. Savijanje dijelova
manjih dimenzija (od traka i ice) na specijalnim mainama.
13. Ugaono savijanje.
Izvodi se najee u alatima postavljenim na univerzalne prese
(ekscentarske, koljenaste, hidrauline itd.) ili na specijalnim
presama. S obzirom na oblik i broj mjesta savijanja moe biti: jedno
dvo i vieugaono. Za jednougaono savijanje esto se koristi termin V
savijanje; za dvougaono U ili C savijanje; a u primjeni je i termin
Z savijanje. Jasno je da se ostvaruju i najrazliitije kombinacije
ovih osnovnih oblika.
Alati su po koncepciji slini alatima za prosjecanje i
probijanje. Razlika je u radnim elementima, ovde su to pritiskiva
(savija, oblika) i matrica (kalup) za savijanje.
-
10
14.Elastino ispravljanje. Ukupnu deformaciju pri savijanju
gotovo uvijek ini, pored plastinog, i elastini dio (posebno oko
neutralnog sloja). Po oslobaanju savijenog dijela iz alata elastine
deformacije nestaju, to rezultira poveanjem ugla savijanja (sl.
4.16). Pojava je tetna i kompenzuje se raznim mjerama, kao to je
izrada alata sa manjim uglom savijanja, kako bi komad poslije
elastinog vraanja imao zahtjevane dimenzije. Sl. Elastina
povratnost pri savijanju Veliina ugla zavisi od vrste materijala i
stepena deformisanja pri savijanju. Postoje razni izrazi za
odreivanje (o), a kao primjer dat je sljedei empirijski izraz, koji
vai za lim od ugljeninog elika 0260:
15. Kruno savijanje limova i profila.
Izvodi se na specijalnim mainama sa 3 ili 4 valjka. Savijaju se
limovi manjih i veih debljina. Regulacija prenika komada, odnosno
radijusa savijanja izvodi se promjenom rastojanja izmeu gornjeg i
donjih valjaka h. Preporuena vrijednost za rastojanje izmeu valjaka
iznosi L=(1,1 1,3)Dg , a prenik donjih valjaka Dd=(0,8 0,9)Dg. Sila
na gornjem valjku (sl. 4.30), koja predstavlja deformacionu silu
savijanja dobija se na osnovu sljedeeg izraza:
gdje je b irina komada; spoljanji prenik komada DS=2R+s; Rp
granica teenja; E modul elastinosti. Prethodni izraz za silu
savijanja izveden je s obzirom da su pri krunom savijanju na
valjcima plastine deformacije relativno male, a elastino
ispravljanje ima znaajan uticaj (koristi se izraz za moment
unutranjih sila pri elastinoplastinom savijanju).
-
11
Ugao koji definie poloaj donjih valjaka () odreuje se iz
geometrijskih odnosa:
Kod krunog savijanja esto se zahtijevaju veliki prenici komada
pa je potrebno uporediti vrijednost eljenog poluprenika sa graninom
vrednou maksimalog radijusa. 16. Savijanje cijevi.
Savijanje i druga oblikovanja cijevi krunog presjeka i drugih
upljih profila, zahtijevaju primjenu posebnih alata i maina da bi
se sprijeila ili u dovoljnoj mjeri kompenzirala pojava
nekontrolisanog deformisanja u savijenoj zoni. Defekti se odnose na
dobijanje spljotenog profila, pojavu nabora u zoni unutranjeg
radijusa, lom u spoljanjoj zoni itd. Uspjeno savijena cijev
podrazumijeva savijanje u jednoj ili vie savijenih zona sa ouvanim
dimenzijama otvora i stanjenjem zida komada ispod kritinog iznosa.
Sklonost ka pojavi defekata je vea kod tankozidnih cijevi. Ako je
debljina zida cijevi dovoljno velika nije potrebno preduzimati bilo
kakve mjere, cijev se savija kao puni profil. Najstariji nain (i
danas se koristi u pojedinanoj proizvodnji) za spreavanje defekata
pri savijanju cijevi, se sastoji u punjenju upljine cijevi
deformabilnom materijom i zatvaranju krajeva. Materija treba da je
takvih osobina da moe bez veih problema da pouzdano ostane u cijevi
tokom oblikovanja, kao i da se zatim lahko izbaci van. Pokazalo se
da je pijesak najpogodniji za ovu namjenu, ali se koristi guma i
slini sintetiki materijali. U industrijskoj praksi pri veim
serijama cijevi se ispunjavaju fleksibilnim jezgrima ili ipkom sa
zaobljenim krajem (radijus odgovara radijusu savijanja). Po
zavrenom savijanju jezgro se izvlai. Na sl prikazana su tri najee
koriena principa kod savijanja cijevi. Pod a) je savijanje oko
nepokretnog profilisanog bloka pri emu se preko draa djeluje na oba
kraja cijevi. Postupak se rjee primjenjuje. Pod b) je ema tzv.
rotacionog savijanja cijevi koje ima najiru primjenu. Centralnu
poziciju ima rotirajui profilisani blok koji je vezan za pogonski
sistem maine (najee hidraulini) i koji ostvaruje aktivni moment
savijanja. Donji dra cijevi je nepokretan, a gornji rotira zajedno
sa centralnim blokom. Oblikovanje je vrlo efikasno, a proces je
pogodan za kompjuterizovano upravljanje. Maine su kompaktne i
produktivne.
Pod c) je slian princip, ali je centralni blok nepokretan.
Savijanje izvodi gornji dra. Savijanje cijevi je mogue izvoditi i u
alatima. Ako se ostvari pritisno naponsko stanje aksijalnim
sabijanjem krajeva, uz ispunjavanje cijevi fluidom ili drugim
deformabilnim materijalom, mogue je postii velike promjene oblika i
velike stepene deformisanja bez defekata.
-
12
17. Profilno savijanje limova pomou specijalnih presa i pomou
valjaka.
Masovna proizvodnja limenih profila vee duine i talasastih
limova izvodi se na mainama za profilisanje limova pomou valjaka.
One mogu imati i vie od 20 radnih pozicija sa odgovarajuim valjcima
u zahvatu. Iako traka kontinualno ide (esto brzinom i preko 3 m/s)
oblikovanje je postupno, vieoperaciono, sa relativno malim uglom
savijene zone u jednoj operaciji . To omoguava dobijanje veoma
sloenih profila od lima. Izvode se i dopunske operacije (odsjecanje
itd.). Shema profilicanja limova na valjcima:
d) Duboko izvlaenje
18. Duboko izvlaenje, osnovne specifinosti, primjena, vrste,
skica alata. Pod dubokim izvlaenjem lima podrazumjeva se takav vid
oblikovanja pri kome se od poetnog nedeformisanog, ravnog oblika
(razvijene ploe, razvijenog stanja) dobija tijelo prostorne
neprekidne konfiguracije. U principu, to je oblik posude otvorene
sa jedne strane, dok sa druge ima zatvoreno dno. Obrada izvlaenjem
se redovno vri u hladnom stanju, osim u posebnim sluajevima kada se
komad mora zagrijavati (pogorani uslovi obrade mala plastinost).
Prema ponaanju debljine lima tokom procesa oblikovanja razlikuju se
dva postupka: a) duboko izvlaenje bez promjene debljine lima
(primenjuje se kod tankih limova i ima jedno od dominantnih mjesta
u industriji prerade metala uopte), b) duboko izvlaenje sa
stanjenjem (primenjuje se kod debljih limova, ima karakteristike
zapreminske obrade i posebno se izuava).
-
13
Prema geometriji gotovog komada mogua je sljedea podjela: a)
isto duboko izvlaenje (izvlaenje upljeg cilindrinog tijela sa
ravnim dnom) i duboko izvlaenje rotacionih dijelova, b) duboko
izvlaenje ostalih dijelova pravilnog geometrijskog oblika
(kutijasti dijelovi), c) izvlaenje dijelova nepravilnog
geometrijskog oblika (npr. blatobran karoserije automobila).
Dijelovi dobijeni postupcima dubokog izvlaenja imaju iroku primjenu
u: 1) automobilskoj industriji (dijelovi karoserije itd.), 2)
avio-industriji, industriji inskih vozila, brodogradnji, 3)
industriji kunih aparata i posua, 4) elektro i elektronskoj
industriji, 5) poljoprivrednoj i procesnoj tehnici, 6) drugim
oblastima (u manjem obimu). Osnovna shema oblikovanja u alatu za
duboko izvlaenje:
19. Osnovne karakteristike radnih elemenata alata za duboko
izvlaenje.
-
14
ematski prikaz mehanine prese koja se najee koristi u obradi
deformisanjem. 20. Posebni postupci dubokog izvlaenja: a) Rotaciono
izvlaenje Deformisanje se izvodi na mainama koje su u principu
sline strugu. Oblika sa profilom koji odgovara gotovom komadu
rotira zajedno sa limom koga pritee dra. Alat (valji ili drugi
oblik) u parcijalnom zahvatu oblikuje komad (sl. 5.40). Dobijaju se
osnosimetrini komadi esto sloenih krivolinijskih kontura
(satelitske antene itd.).
Rotaciono izvlaenje (lijevo portni poloaj, desno kraj
oblikovanja) Maine za rotaciono izvlaenje mogu da budu veoma
sofisticirane (CNC), i primjenjuju se upravo za dobijanje komada sa
sloenim krivolinijskim konturama. Profil oblikaa nije fiksan ve se
programski formira kretanjem valjka (pokretan u dvije koordinatne
ose). Na isti nain djeluje i valji za oblikovanje. Primenjuje se i
postupak rotacionog izvlaenja sa stanjenjem u dvije varijante:
istosmjerno i suprotnosmjerno i to za spoljanju i unutranju obradu.
Polazni komad ima veu debljinu i na raun njenog smanjenja dobija se
eljena geometrija rotacionog komada. Deformacione sile su znatno
vee.
-
15
b) Hidromehaniko duboko izvlaenje Oblikovanje se izvodi uz pomo
fluida pod pritiskom u razliitim varijantama. Pritisak se ostvaruje
snagom prese ili pumpom visokog pritiska. Postiu se vei stepeni
izvlaenja (>2,7) i sloeniji oblici komada u odnosu na klasino
izvlaenje (max2), ali uz znatno vee trokove. Red veliine potrebnih
pritisaka fluida iznosi: za aluminijum i njegove legure 50 200
bara, za eline limove 200 600 bara, za limove od nehrajuih elika
300 1000 bara.
Pritisnim dejstvom fluida i formiranjem sloja uslovi
deformisanja su znatno poboljani u odnosu na klasine alate.
c)Izvlaenje uz pomo gume Guma kao veoma deformabilan materijal,
koristi se u alatima za duboko izvlaenje specifinih komada u
uslovima maloserijske proizvodnje (aluminijumski dijelovi u
vazduhoplovnoj industriji, sloeniji oblici dijelova). Umjesto gume
mogu da se koriste pojedini polimerni materijali. Guma moe da igra
ulogu izvlakaa ili matrice.
d) Izvlaenje uz pomo eksploziva. Spada u visoko brzinska
oblikovanja. Brzina udarnog talasa poslije detonacije TNT je oko
6700 m/s, a konkretna brzina u deformisanju na komadima za
oblikovanje je obicno 30- 200 m/s. Maksimalan pritisak udarnog
talasa moe da se rauna prema izrazu:
-
16
M masa eksploziva k konstanta zavisna od vrste eksplozije m
empirijska konstanta a rastojanje od komada za oblikovanje do
eksplozije 21. Duboko izvlaenje sa redukcijom debljine zida
(karakteristike, principi, primjena i prorauna poetnog materijala.
Duboko izvlaenje s redukcijom debljine zida je postupak kod kojeg
se vri istovremeno redukcija po preniku i debljini radnog predmeta.
Kao pripremici najee se koriste komadi dobijeni procesom dubokog
izvlaenja. Ova tehnologija se najvie primjenjuje u namjenskoj
industriji za proizvodnju municije. Na osnovu izgleda pripremka i
izratka moe se uoiti da u procesu izvlaenja s redukcijom debljine
zida dolazi do redukcije prenika i debljine zida poveanjem visine
radnog predmeta. Debljina dna radnog predmeta ostaje konstantna u
toku procesa. U procesu izvlaenja sila se preko izvlakaa prenosi na
radni predmet koji se potiskuje kroz otvor prstena na izvlaenju.
Osnovni izvrni dijelovi alata su izvlaka i prsten za izvlaenje.
Prstenovi za izvlaenje izrauju se od konstrukcionog elika sa radnim
dijelom od tvrdog metala. Prenik prstena izvlaenja odreuje se na
osnovu zadanog vanjskog prenika radnog predmeta. Izvlaenje sa
redukcijom debljine zida najee se projektuje tako da se prvo izvri
redukcija po preniku pa zatim debljina zida. Najee se izvodi na
viestepenim alatima. Proces se izvodi kontinuirano kroz vie
prstenova, koji su u alatu postavljeni jedan iza drugog. Izraz za
izraunavanje deformacione sile izvlaenja s redukcijom debljine
zida: Dimenzije pripremka odreuju se iz uslova jednakosti zapremine
prije i poslije deformisanja. e) KOVANJE 22. Karakteristike i
osnovne tehnoloke operacije kod slobodnog kovanja. Obavlja se na
kovakim mainama uz pomo univerzalnog jednostavnog alata (najee
viestrukim ponavljanjem operacije sabijanja izmeu ravnih povrina).
Primjenjuje se u pojedinanoj i maloserijskoj proizvodnji. Koristi
se i kao pripremno kovanje za operacije kovanja u kalupima. Ovaj
vid kovanja je jedina tehnologija obrade primjenljiva na
oblikovanje dijelova veoma velikih dimenzija (vratila velikih
brodskih motora, vratila propelera velikih brodova, optereeni
dijelovi velikih maina u eljezarama itd.) Osnovne operacije kod
slobodnog kovanja su: izduivanje, proirivanje i sabijanje.
-
17
23. ta je potrebno definisati da bi se konstruisao kovaki crte
kod ukovnog kovanja? Polazna osnova za definisanje konane
geometrije otkovka je konstruktivni crte dijela spremnog za
ugradnju. Geometrija otkovka se uvijek (manje ili vie) razlikuje, i
da bi se pravilno definisala treba poznavati tehnologiju kovanja i
naknadnu obradu. Da bi se definisala geometrija otkovka kao osnova
za projektovanje alata i tehnologije kovanja potrebno je odrediti:
a) poloaj i oblik podione ravni/ povrine, b) veliinu dodataka za
obradu i kovake tolerancije, c) kovake nagibe i kovake radijuse
zaobljenja, d) povrine za oslanjanje (bazne povrine), e) oblik i
dimenzije ploica na mjestima otvora /ploice za probijanje i slijepa
udubljenja. 24. Definiite redoslijed izvoenja tehnolokog procesa
izrade otkovaka ukovnim kovanjem. Pri uobiajenim uslovima tehnoloki
postupak toplog kovanja podrazumjeva odgovarajui redosljed
neophodnih operacija od kojih pojedine nisu vezane za plastino
oblikovanje, ali se smatraju operacijama u sklopu ukupnog
tehnolokog procesa dobijanja otkovka : 1. odsjecanje polaznog
materijala odgovarajueg oblika sa tanim dimenzijama ili masom
(zavisno od potrebne zapremine), 1. zagrijavanje komada
(odgovarajui reim i temperatura zavise od vrste materijala), 2.
kovanje u jednom ili vie alata, sa odgovarajuim brojem gravura, 3.
krzanje (opsjecanje vijenca i probijanje ploice, ako postoji), 4.
termika obrada (normalizacija, poboljanje, arenje itd.), 5. ienje
otkovka (pjeskarenje, bubnjanje itd.), 6. kalibrisanje i
ispravljanje (u hladnom stanju), 7. kontrola oblika, dimenzija,
povrina i unutranjih greaka (ferofluks, ultrazvuni ureaji i
radiografsko snimanje).
-
18
25. Podiona ravan, dodaci za obradu, tolerancije, uglovi nagiba,
radijusi zaobljenja i vrue kote kod ukovnog kovanja.
Podiona povrina predstavlja povrinu sastava gornjeg i donjeg
kalupa, odnosno povrinu po kojoj se formira vijenac. Tei se da to
bude ravan upravna na pravac kretanja gornjeg kalupa zbog
jednostavnije izrade alata i odsustva bonih sila. Meutim, u nekim
sluajevima to nije mogue i tada se preduzimaju mjere za
uravnoteenje bonih sila (simetrian raspored gravura itd.).
Kriterijum izbora poloaja podione ravni koji mora uvijek da bude
zadovoljen je izvlaenje otkovka iz gravure. Sve ostalo (teenje
metala u gravuri, izrada gravure, sloenost alata za krzanje itd.)
definie se poslije analize tehnolokog procesa, veliine serije,
razliitih zahtijeva itd.
- Pri odreivanju dimenzija otkovaka potrebno je uzeti u obzir
dodatke za obradu (naknadna obrada rezanjem kako bi se dobio traeni
kvalitet povrine i tanost dimenzija) i kovake tolerancije
(prouzrokovane netanostima kovanja po visini, nepotpunog
ispunjavanja zavrne gravure, krivljenja ose, ekscentrinostima pri
probijanju ploice itd.). Podaci su empirijski i biraju se iz
odgovarajuih preporuka. - Kovaki nagibi i zaobljenja imaju
dvostruku ulogu: olakavanje vaenja otkovka iz gravura (prije svega
kod kovanja na ekiu) i smanjivanje otpora pri teenju zagrijanog
metala u cilju potpunog ispunjavanja gravure. Uglovi nagiba i
potrebni radijusi biraju se iz preporuka zavisno od visine otkovka.
- Povrine za oslanjanje (bazne povrine) imaju znaaj za operacije
naknadne obrade rezanjem zbog potrebe stabilnog i pouzdanog
stezanja komada. Potrebno ih je odabrati tokom definisanja
geometrije otkovka i naznaiti na crteu otkovka. Po pravilu, to su
povrine iji poloaj ne zavisi od habanja alata pri kovanju. - Pri
kovanju nije mogue direktno dobiti otvore (odnosno dobijaju se tzv.
slijepi otvori). Oni su u operacijama oblikovanja pri kovanju
zatvoreni tzv. ploicama. Osnovni razlog umetanju ploica je
omoguavanje teenja materijala u horizontalnom pravcu i ispunjavanje
gravure uz istovremeno definisanje udubljenja potrebnog za otvor.
Ploica se odstranjuje naknadnom kovakom operacijom krzanja, kada se
(obino u jednom alatu) odstranjuje i vijenac.
-
19
Na osnovu prethodno iznesenog postupka formira se crte otkovka.
Primjer je dat na sl. Oznaene mjere su tzv. hladne mjere. Da bi se
dobile konane mjere zavrne gravure uzima se u obzir koeficijent
irenja metala pri zagrijavanju, mjere koriguju i definie zavrna
gravura. 26. Uloga, znaaj i vrste kanala za vijenac. Vijenac ima
sutinski znaaj i njegova uloga obuhvata: - prima viak materijala, -
stvara potreban otpor bonom isticanju i omoguava potpuno
ispunjavanje gravure, - pri kovanju na ekiima ublaava direktan
sudar gornjeg i donjeg kalupa. Geometrijske mjere biraju se iz
odgovarajuih preporuka zavisno od dimenzija i sloenosti otkovka.
Kod kovakih presa vijenac se formira zahvaljujui minimalnom zazoru
izmeu kalupa.
Razliiti oblici kanala za vijenac pri oblikovanju na kovakom
ekiu.
-
20
27. Predzavrna i zavrna gravura. U najveem broju sluajeva konani
oblik otkovka se formira postupno. Zbog toga postoje tzv.
pripremne, prethodne i zavrne gravure (samo zavrne gravure imaju
vijenac). Gravure se izrauju u monolitnim blokovima (kovanje na
ekiu) ili u posebnim blokovima (kovanje napresi). Zagrijavanje
polaznih komada vri se u plamenim peima (gasne, na tena goriva) ili
u elektrinim peima (najee elektro-indukcione). Drugi nain
zagrijavanja je skoro obavezan za kovanje na presama poto se u
prvoj operaciji kovanja zbog neudarnog dejstva maine ne moe skinuti
oksidna kora (sagorjeli povrinski sloj, nem. Zunder/cunder) koji
nastaje pri zagrijavanju u plamenim peima. f). Istiskivanje 28.
Osnovne karakteristike procesa istiskivanja. Istiskivanje je proces
masivnog oblikovanja pri kome se materijal, pod dejstvom
optereenja, dovodi u plastino stanje i oblikuje teenjem kroz
predviene otvore u alatu. Izvodi se najee u hladnom stanju, mada
moe da bude polutoplo i toplo. U zavisnosti od geometrije teenja
postoje tri osnovne vrste istiskivanja: istosmjerno,
suprotnosmjerno i radijalno . Nazivi su formirani prema odnosu
smjera kretanja pritiskivaa (istiskivaa) i smjera teenja
materijala.
-
21
Osnovne karakteristike procesa: - najee se dobijaju
osnosimetrini dijelovi prenika D 50mm i duine L 100mm , - masa
dijelova je najee do oko 3 kg (maksimalna postignuta masa elinih
komada oko 50 kg, zahtijeva maine ogromne snage i alate specijalne
konstrukcije), - kratko vrijeme izrade, - visok stepen iskorienja
materijala i energije, - visoka tanost i kvalitet obraenih povrina,
- poboljanje mehanikih osobina materijala, - velika optereenja
alata (kontaktni pritisci i do 2500 MPa pri istiskivanju elika), -
kod istiskivanja elika neophodna je elektrohemijska priprema
povrine komada, - opravdana je primjena kod veih serija (iznad 1000
meseno za vee delove). - Vrste istiskivanja: a) Istosmjerno
Cilindrini polazni komad postavlja se u matricu. Pritiskiva
deluje silom F i materijal istie kroz otvor matrice, pri emu je
prelaz sa veeg na manji (izlazni) prenik pod uglom .
Pokazatelji deformacije su: -prirodna deformacija:
-relativna deformacija:
Ukupna sila istiskivanja moe da se odredi kao zbir sljedeih
komponenti:
Fid idealna sila istiskivanja (bez trenja), Ftkm komponenta
deformacione sile potrebna za savladavanje otpora trenja u konusnom
dijelu matrice, Fut komponenta koja se odnosi na otpore unutranjeg
trenja usled promene pravaca metalnih vlakana,
-
22
Ftcm komponenta koja se odnosi na otpore trenja u cilindrinom
dijelu matrice. Konano se dobija izraz za deformacionu silu
istiskivanja punih komada:
Deformacioni rad (slika iznad): W = F (h0 h1) b)
suprotnosmjerno
Ovim postupkom dobijaju se uplji komadi najee oblika tankozidne
ahure, neto debljeg dna. Polazni komad se stavlja u matricu. Na
njega djeluje pritiskiva, u prvoj fazi ga sabija, a zatim prinudi
da tee vertikalno navie kroz prostor izmeu matrice i pritiskivaa.
Prva faza procesa obino se pojednostavljuje i smatra da odgovara
slobodnom sabijanju. U drugoj fazi ostvaruje se teenje u
vertikalnom pravcu, odnosno istiskivanje.
-
23
Pokazatelji deformacije su: Prirodna (logaritamska)
deformacija:
Relativna deformacija:
Ukupni radni pritisak istiskivanja (srednji pritisak na
pritiskiva): p = p1 + p2
Pri tome je p1 pritisak koji se odnosi na prvi dio procesa
oblikovanja (slobodno sabijanje), a p2 pritisak istiskivanja kroz
otvor izmeu pritiskivaa (istiskivaa) i matrice.
Konano, ukupni izraz za deformacionu silu:
A povrina ela istiskivaa. Deformacioni rad: W = F (h0 h2) Na sl.
data je zavisnost sile od hoda, sa opisom faza procesa
oblikovanja.
-
24
c) radijalno
d) kombinovano 29. Toplo istiskivanje profila, ipki i cijevi.
Toplo istiskivanje profila, ipki i cijevi obino se klasifikuje kao
metalurka disciplina primarne obrade deformisanjem (slino valjanju,
dobijanju beavnih cijevi, dobijanju raznih profila, ice itd.). Ovde
se daju osnove procesa, s obzirom da se navedeni polufabrikati
koriste u tehnologiji plastinog deformisanja. Toplim istiskivanjem
se najee obrauju obojeni metali (Al, Cu i njihove legure), a u
znatno manjoj mjeri pojedini elici. Temperature zagriavanja su
iznad temperature rekristalizacije po odreenom reimu. Dobijeni
polufabrikati imaju duinu od nekoliko do nekoliko desetina metara
(kod manjih presjeka). Po zavretku procesa skrauju se na potrebnu
duinu.
Toplo istiskivanje punih profila (lijevo) i cijevi (desno).
(desno) a istisnuti profil, b matrica, c pritisna ploa, d potpore,
e zagrijani materijal (blok), f tzv. recipijent, g pritiskiva.
(lijevo) a istisnuta cijev, b matrica, c pritiskiva, d trn, e
zagrijani materijal, f recipijent, g kouljica.
Kod istiskivanja punih profila (ipki) otvor matrice direktno
definie konanu geometriju presjeka profila (sl. 10.2 lijevo). Kod
istiskivanja cijevi (odnosno upljih profila) (sl. 10.2 desno) pored
geometrije matrice vanu ulogu ima trn (jedan ili vie, zavisno od
sloenosti profila). Djelovanjem pritiskivaa, zagrijani metal se
prinudi da istie, formirajui profil saglasno geometriji alata.
Pritiskiva je obino neto manjih dimenzija od otvora tzv.
recipijenta (sl. 10.2 desno) tako da se formira kouljica kao
sporedni efekat (sadri povrinske neistoe, oksidnu koru itd.). 30.
Vuenje ice. Vuenje ice je jedan od najstarijih postupaka
oblikovanja materijala. To je tehnoloki postupak kod kojeg se kroz
otvor matrice provlai ica, iji je popreni presjek vei od presjeka
tog otvora. Redukcija presjeka se ostvaruje pod dejstvom zateue
deformacione sile preko samog obratka. Cilj vuenja nije samo
smanjenje poprenog presjeka, ve i postizanje tanih dimenzija
presjeka i visokog kvaliteta povrine vuenog proizvoda. Postupak se
koristi u velikoserijskoj i masovnoj proizvodnji. Preradom ice
izrauju se: armaturne mree za graevinarstvo, mree i reetke za
poljoprivredu, ice za elektro ureaje,
-
25
ice za muzike instrumente, razliite vrste opruga i poluproizvoda
koji se koriste za daljnju obradu. Postupak vuenja ice ima slijedee
osobine: - Gubici materijala pri vuenju su minimalni; - Vuenjem se
poboljavaju mehanike osobine materijala, a u kombinaciji sa
termikom obradom mogu se dobiti proizvodi sa visokim mehanikim
osobinama; - Vuenjem se moe dobiti ica promjera 0,005 mm. Iako se
vuenjem mogu preraivati skoro svi metalni materijali, najvie se
prerauje elik, aluminij i njegove legure, te bakar i njegove
legure. Principijelno se razlikuju slijedei proizvodni procesi
vuenja: - pomou matrica (matrino); - pomou valjaka ( valjako).
Matrino vuenje izvodi se preko stacionarnih matrica, koje mogu biti
cilindrine izvedbe i l i u vidu ploa. Matrinim vuenjem u hladnom
stanju izrauju se profdi manjeg poprenog presjeka ( do 100 mm2),
dok se vei presjeci rade u toplom stanju. Na Slici dat je ematski
prikaz matrinog vuenja.
Za vuenje ice upotrebljavaju se vune matrice od elika, tvrdog
metala i dijamanta, u zavisnosti od vrste materijala i dimenzija
ice koja se vue. g). Posebni/ napredni postupci oblikovanja 31.
Oblikovanje djelovanjem fluida
Oblikovanje djelovanjem fluida je ekonomian nain proizvodnje
dijelova iz oblikovljivih metala kao to su to bakrene i aluminijske
legure. Dobiveni proizvodi odlikuju se malom masom te povoljnim
mehanikim osobinama. Najvea uporaba oblikovanja fluidom pronalazi
se u automobilskoj industriji gdje se ovim postupkom proizvode
sloeni oblici malih masa i dobrih mehanikih osobina. Takoer, ovu
tehniku esto susreemo kod oblikovanja aluminijskih cijevi te okvira
bicikla. Oblikovanje fluidom je specijalan tip oblikovanja u kalupu
koritenjem visokog tlaka radnog fluida koji na sobnoj temperaturi
utiskuje materijal u kalupnu upljinu.
-
26
Oblikovanje fluidom odvija se u uslovima poveanog pritiska 2000
do 3000 Mpa, to dovodi do poveanja deformabilnosti materijala. Za
oblikovanje fluidom koriste se specijalni ureaji ija konstrukcija
omogucava stvaranje i transport tenosti. Prednosti ovog postupka
su:
- Visoka tanost obrade - Obrada teko obradivih materijala -
Obrada sloenih i veoma malih ? - Nie cijene alata i uteda na alatu
te alat treba biti fino poliran - Kompleksni oblici mogu biti
oblikovani u jednoj fazi - Oblikovanje lima membranom omoguava
izradu neogranienih geometrija
Oblikovanje fluidom s obzirom na vrstu obratka dijeli se u dvije
grupe: Oblikovanje lima i oblikovanje cijevi. Oblikovanje lima moe
se vriti uz pomo membrane ili bez membrane. Ukoliko membrana
postoji nema direktnog kontakta izmeu radnog fluida i obratka.
Radni komad smjeten je na tlanom prstenu ispod kojeg se nalazi ig.
Radni fluid okruuje obradak pod relativno niskim inicijalnim
pritiskom i potiskuje ga prema igu. Oblikovanje se ostvaruje kada
se ig pone kretati prema komori ispunjenoj radnim fluidom. Tlak u
komori se tada poveava (~15000psi to odgovara ~103MPa, ~1034bar) i
pod tako visokim tlakom fluid oblikuje izradak oko iga. Nakon
procesa oblikovanja tlak se smanjuje, ig se povlai u poetni poloaj
i proces je zavren. Kod oblikovanja cijevi pritisak se primjenjuje
u unutranjosti cijevi. Cijev je privrena unutar kalupa eljenog
oblika i presjeka. Kada su kalupi privreni za cijev, ona se puni
radnim fluidom, a unutranji pritisak uzrokuje oblikovanje cijevi
prema konturama kalupa. igovi eventualno mogu biti inkorporirani u
alat (kalup) kako bi vrili pritisak na eljenim mjestima i
oblikovali udubljenja u stijenci cijevi. 32. Oblikovanje
eksplozivnim dejstvom
Obrada eksplozijom je nekonvencionalni postupak obrade
deformisanjem kod kojeg se kao izvor energije koristi eksploziv.
Ovaj tehnoloki postupak se poeo upotrebljavati poetkom prolog
vijeka, a primjenjuje se u za izradu velikih komada (dance za
rezervoare goriva). Za pripremke se koriste elini uzorci razliitih
dimenzija i cijevi, koje se na ovaj nain mogu oblikovati. Energija
eksplozije moe se uspjeno koristiti u: procesima oblikovanja
limova, zapreminskom oblikovanju, oblikovanju cijevi, kalibriranju,
zakivanju, platiranje itd. Prednosti oblikovanja eksplozijom u
odnosu na klasine postupke obrade su: za oblikovanje nisu potrebne
prese, a alati nemaju tiskae; mogunost dobijanja izradaka razliitog
geometrijskog oblika, tanih dimenzija i veeg kvaliteta povrine;
ovravanje je svedeno na minimum zbog velike brzine deformisanja, pa
se mogu oblikovati i termiki tretirani materijali. Osnovni
nedostaci i ogranienja u primjeni ove tehnologije su:
- neekonominost u uslovima serijske proizvodnje; - neophodnost
posjedovanja odvojenog radnog prostora.
-
27
Oblikovanje lima eksplozivom (Slika a.) vri se na slijedei nain.
L im se postavlja na kalup i fiksira prstenastim draem. Vakum
pumpom obezbjeuje se vakum u kalupu za oblikovanje. Aktiviranjem
eksploziva lim se oblikuje prema obliku kalupa. Nakon oblikovanja,
kompletan alat se vadi iz vode, rastavlja dra lima od kalupa, da bi
se izvadio radni predmet iz alata. Postavljanjem novog lima na
kalup, uranjanjem kalupa u rezervoar s vodom, prikljuivanjem vakum
pumpe i postavljanjem eksploziva postupak oblikovanja eksplozijom
se ponavlja. Na Slici b prikazano je oblikovanje cijevi
eksplozijom. Razlika u odnosu na prethodni sluaj je u obliku
eksploziva koji se koristi za oblikovanje. U procesu oblikovanja
eksplozijom za prenosnu sredinu se najee upotrebljava voda, jer je
jeftina, dostupna i moe se koristiti vie puta. Da bi se dobili
radni predmeti zadovoljavajueg kvaliteta povrine, iz kalupa se, u
toku oblikovanja, pomou vakuum pumpe izvlai zrak. Izborom vrste
eksploziva moe se uticati na brzinu eksplozije, odnosno brzinu
udarnog vala u rasponu od 3-6 km/s. Koliina upotrebljenog
eksploziva utie na granini odnos oblikovanja. Velika koliina
eksploziva moe dovesti do razaranja komada, a mala do nepotpunog
oblikovanja. Oblikovanjem materijala eksplozijom mogu se dobiti
radni predmeti sa uim tolerancijama izrade u odnosu na klasine
postupke. Unutranja povrina izratka je potpuno ista, bez zareza,
dok vanjska povrina zavisi od kvaliteta izrade kalupa. Zbog velike
brzine deformisanja, struktura materijala je ujednaena, jer se sva
zrna u poprenom presjeku izratka istovremeno deformiu. Alati za
oblikovanje izrauju se od: najkvalitetnijih elika, livenog eljeza,
betona, plastike, itd. Faktori koji utiu na izbor materijala za
alat su: - planirani broj proizvoda; - optereenje; - vrsta
materijala za obradu, itd. 33. Superplastino oblikovanje
Superplastino ponaanje pokazuju pojedine legure sa vrlo finom
strukturom (veliina zrna manja od 10 do 15 m) u odgovarajuem
temperaturnom opsegu i pri malim brzinama deformacije (10-4 do 10-2
s-1). Tada se postiu vrlo velike deformacije (iznad 2000 %). I
pojedini nemetalni materijali pokazuju slina svojstva (staklo,
polimeri). Vrlo visoka plastinost i relativno mala vrstoa
materijala radnog komada u uslovima oblikovanja, omoguavaju sljedee
prednosti superplastinog oblikovanja: - jednostavniji alati od
materijala manje vrstoe, - dobijanje sloenih geometrija sa finim
detaljima u samo jednoj operaciji, - velika uteda materijala, -
nema zaostalih napona (ili su zanemarljivi). Ogranienja i nedostaci
su: - materijal ne smije da pokazuje efekat superplastinosti na
radnoj temperaturi, - zbog vrlo velike osetljivosti superplastinih
materijala na brzinu deformacije, oblikovanje je pri vrlo malim
brzinama i moe da traje i do nekoliko sati, to je mnogo due nego
kod klasinih (konvencionalnih) procesa oblikovanja, - potreba za
zagrijavanjem (temperatura zagrijavanja T0,4Tt gde je Tt
temperatura topljenja), - mali broj metala i legura pokazuje efekat
superplastinosti i zbog toga im je cijena visoka. 34.
Mikrooblikovanje
Ova pojava dovodi do inovativnih proizvoda koji se koriste u
automobilskoj industriji, zdravstvu, monitoringu okolia, vojnoj
industriji itd. MIKROOBLIKOVANJE se definira kao proizvodnja
dijelova ije najmanje dvije dimenzije dimenzije ne prelaze 1mm.
Kada proces oblikovanja deformiranjem skrene u podruje
mikrodimenzija, mikrostruktura radnog komada i topologija povrine
ostaju nepromijenjene.
-
28
Meutim, materijal radnog komada se vie ne moe smatrati
kontinuumom budui da je veliki udio volumena zauzet pojedinanim
kristalnim zrnom. Ponaanje materijala tokom procesa nije openito
opisano kao to je to sluaj sa konvencionalnim procesima
oblikovanja, nego se ispituje svaki proces posebno.