Sustavi za oblikovanje deformiranjem – Predavanje 1

Obradni sustavi

• Doc.dr.sc. Zdenka Keran • E-mail: zdenka.keran@fsb.hr • Kabinet: B2-213, Katedra za oblikovanje

deformiranjem • Literatura:

www.fsb.unizg.hr/oblikovanje_deformiranjem • Literatura za vježbe: Binko Musafija – Obrada

metala plastičnom deformacijom, str. 575-695

Sustavi za oblikovanje deformiranjem

2

Obradni sustavi

3

1 – prema shemi napregnutog stanja 2 – prema tipu poluproizvoda koji se oblikuje 3 – prema temperaturi oblikovanja

Podjela postupaka oblikovanja deformiranjem

4

Postupci oblikovanja deformiranjem

Volumensko oblikovanje

• Valjanje • Kovanje • Provlačenje • Istiskivanje

(ekstruzija)

Oblikovanje lima

• Štancanje i probijanje

• Utiskivanje • Savijanje • Duboko vučenje • Hidrooblikovanje

5

1 – Prema shemi napregnutog stanja

6

• Oblikovanje lima - Sirovi materijal čine limovi konstantne debljine. - Proizvodi imaju trodimenzionalni oblik sa približno

konstantnom debljinom stijenke (=debljini sirovca). • Volumensko oblikovanje - Sirovi materijal je trodimenzionalni. - Proizvodi su trodimenzionalni, sa varijabilnom

debljinom i oblikom poprečnog presjeka.

2 – Prema tipu sirovca koji se oblikuje

7

• Oblikovanje u hladnom stanju - ispod temperature rekristalizacije, 0.5 Tt

• Oblikovanje u toplom stanju - iznad temperature rekristalizacije

3 – Prema temperaturi oblikovanja

8

• Oblikovljivost se 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.

Oblikovljivost materijala

9

Određivanje duktilnosti (oblikovljivosti)

Posredno

• statičko vlačno

ispitivanje. • ispitivanje udarnog

rada loma (žilavosti).

Neposredno

• ispitivanje uvijanjem,

• ispitivanje savijanjem,

• ispitivanje s trnom, • ispitivanje prodora

kuglom (Erichsen test),

• Swiftovo ispitivanje.

10

• 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.

Opisna ocjena oblikovljivosti

11

PODJELE STROJEVA ZA OBLIKOVANJE DEFORMIRANJEM

Sustavi

12

• Strojevi za oblikovanje imaju zadaću vođenja alata kako bi pojedini dijelovi alata mogli 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.)

13

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

Podjela prema tipu stroja

14

1. s pravocrtnim pomicanjem alata 2. s nepravocrtnim pomicanjem alata 3. posebni strojevi (djelujući medij i djelujuća energija).

Prema vrsti pomaka alata ili dijela alata

15

1. mehanički pogon 2. hidraulični pogon 3. pogon na pregrijanu paru 4. pogon na komprimirani zrak (pneumatski)

Prema vrsti pogona

16

• Karakteristična veličina – ona veličina kojom se

opisuje fizikalna narav određenog stroja u deformacijskom procesu!

Karakteristične veličine strojeva za oblikovanje deformiranjem

17

• 1. Karakteristične veličine – sila i energija • 2. Karakteristična veličina – vrijeme • 3. Karakteristična veličina – točnost

Karakteristične veličine strojeva za oblikovanje deformiranjem

18

• Kroz određeno vrijeme, na definiranom putu djeluje sila na alat i pretvara određeni iznos energije u rad oblikovanja.

• Pri tome mora vrijediti: • Karakteristične veličine postupka moraju biti manje

od karakterističnih veličina stroja. • Ekonomičnost: optimalno stanje predstavlja:

1. Karakteristične veličine – sila i energija

19

FFst WEst

FFst WEst

• 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).

• Kod strojeva, kod kojih je karakteristika raspoloživa sila, energije sile malja i radna moć, razlikuju se strojevi:

• strojevi sa zagarantiranim radom deformacije, • strojevi sa zagarantiranom silom, • strojevi sa zagarantiranim hodom.

1. Karakteristične veličine – sila i energija

20

• Vrijeme kao karakteristična veličina definirano 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.

2. Karakteristična veličina – vrijeme

21

Tlačno vrijeme dodira kod masivnog oblikovanja je u

granicama: • batovi - 10-3 do 10-2 s • vretenaste preše sa zamašnjakom – 10-2 do 10-1 s • preše sa zagarantiranim hodom – 10-1 do 5∙10-1 s • hidraulične preše – 10-1 do 1s.

2. Karakteristična veličina – vrijeme

22

• 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: • greške položaja, • greške pomicanja.

3. Karakteristična veličina – točnost

23

• 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.

3. Karakteristična veličina – točnost

24

Valjanje

Valjački strojevi, valjačke pruge, valjaonice

25

• Valjanje je jedan od postupaka oblikovanja metala

deformiranjem kod kojega se odljevnom bloku (ingotu)

propuštanjem između okrećućih valjaka smanjuje

presjek i daje željeni oblik uz istovremeno poboljšanje mehaničkih svojstava.

Valjanje

26

27

• 1- uzdužno – valjani komad uvlači se u zazor uslijed sila trenja između valjaka koji se okteću u suprotnim pravcima. Pri tome se valjanom komadu smanjuje visina, povećava širina i duljina, a presjek dobiva oblik otvora (kalibra) između valjaka.

• 2-poprečno – valjci se okreću u istom smjeru. Komad se u valjcima drži pomoću posebnog uređaja. Deformacija materijala ostvaruje se uzduž osi valjanog komada. Poprečnim valjanjem proizvode se profili koji čine rotacijska tijela kao što su kugle, zupčanici i sl.

• 3-koso – valjani komad dobiva rotacijsko kretanje od valjaka koji se kao i kod poprečnog valjanja okreću u istom smjeru. Osim toga, komad dobiva postepeno kretanje u pravcu svoje osi i to zahvaljujući tome što osi valjaka s izbočenim radnim površinama ne leže u jednoj vertikalnoj ravnini, nego pod nekim kutom.

Razlikuju se tri postupka valjanja:

28

Razlikuju se tri postupka valjanja:

Uzdužno Koso

29

Poprečno

• BLUM • SLAB • PLATINA • GREDICA

PREGLED VALJAONIČKIH PROIZVODA

Proizvodi koji imaju zaobljene bridove i negarantirane ravnosti ploha. - Dopušteno odstupanje dimenzija je ±3-5%. - Dopušteno odstupanje mase po komadu je ±6%.

LIMOVI

debeli d>5mm

srednji d=3÷4.75mm

tanki d<3mm

razlikujemo i : - toplo valjane limove

- hladno valjane limove

Podvrsta limova su folije: 0.1mm; 0.01mm; 0.007mm (folije za

domaćinstvo); 0.005mm; 0.002mm (zlato).

PREGLED VALJAONIČKIH PROIZVODA

VALJANI PROFILI

- Φ 6÷125 mm

- ima puno uže tolerancije, garantirani

profil

duljina stranice iznosi 8÷125 mm

oštri bridovi

garantirano ravne plohe

- pravokutni profili

- šesterokutni profili – karakteriziraju se

otvorom ključa - 10÷80

PREGLED VALJAONIČKIH PROIZVODA

- kutni profili do 200 mm

- nosači 80÷400 mm

- profili 65÷300 mm – visina je

referentna

ŽICA - Prvenstveno okrugla, Φ1÷6 mm

CIJEVI

- Bešavne cijevi (npr. na bušotinama)

- Šavne cijevi (npr. za centralno grijanje)

Bluming valjačka pruga • https://www.youtube.com/watch?v=VjN3fQWjRQQ

Ravno valjanje • https://www.youtube.com/watch?v=AuuP8L-WppI

33

Bluming i slabing valjaonice i pruge → u starim pogonima nazivaju se još i grube linijske pruge, proizvod su blumovi i slabovi.

Razlikujemo: • teški bluming – promjer valjka 1150÷1300 mm • srednji bluming – promjer valjka 900÷1200 mm • laki bluming – promjer valjka <850 mm • Obodna brzina 0.5÷1.5m/s • Promjer valjka 1m • Potreba za energijom 5MW, a cijela pruga oko 15 MW (srednji

3÷4MW, laki 2MW) • Satna proizvodnja do 200t provlake. Ovakva se postrojenja grade

samo na velikim rijekama ili moru – transport vodenim putem.

PREGLED VALJAONICA I PRUGA Prema proizvodu

Teške valjačke pruge → za teške I i C profile, željezničke tračnice, teški šipkasti materijal npr. Φ100mm.

• Promjer valjka Φ650÷950mm • Brzina okretaja valjaka je 50÷70 okr/min • Potreba za energijom 45÷65kWh/t – kilovatsati po toni

provaljanog materijala

Srednje valjačke pruge → Izrada srednjih profila i šipki (npr. Φ30÷100mm)

• Promjer valjka Φ650÷950mm • Proizvodnost – oko 90 t/h provlake • Energija 60÷70 kWh/t

PREGLED VALJAONICA I PRUGA Prema proizvodu

Lake valjačke pruge → Laki profili, žica, trake ili namotani lim, proizvodi poprečnog presjeka manjeg od 700 mm2.

• Promjer valjaka Φ240÷400mm • Proizvodnost – oko 50 t/h provlake • Energija 90 kWh/t Posebne valjaonice i pruge → Za proizvode posebne

namjene, npr. bandaže tračničkih vozila, debelostijene cijevi i sl. Mogu biti lake, srednje i teške.

PREGLED VALJAONICA I PRUGA Prema proizvodu

Prema položaju pruge u procesu valjanja • Pruge za predvaljanje (predpruge) • Pruge za međuvaljanje (međupruge) • Pruge za završno valjanje (završne pruge)

PREGLED VALJAONICA I PRUGA

Prema postavi valjačkih stanova u valjačkoj pruzi • Linijske (otvorene) pruge • Kontinuirane (konti) pruge • Kombinirane (kombi) pruge • Tandem pruge Najviše upotrebljavana danas je kontinuirana pruga.

Postavlja se u slijedu stan po stan. Na kraju zadnjeg stana materijal izlazi brzinom 10÷20 m/s. Takva pruga ne funkcionira u izradi velikog spektra različitih profila. Kod linijskih pruga stanovi su postavljeni okomito na gibanje provlake. Kombinirane su kombinacija npr. linijskih i konti pruga. Tandem postava – jedan stan za drugim postavljeni u serijsku liniju, ima svoju namatalicu i odmatalicu.

PREGLED VALJAONICA I PRUGA

a) Duo stanovi (skica predavanje) • - nepovratni • - povratni

b) Trio stanovi (skica predavanje) • Sva tri valjka su načelno jednakog promjera • Obično je srednji valjak fiksni • Imaju samo jedan smjer okretanja • Podizajni stol podiže provlaku od donjeg para valjaka

do gornjeg

PREGLED VRSTA VALJAČKIH STANOVA

• Kvarto

PREGLED VRSTA VALJAČKIH STANOVA

Progib valjaka može se riješiti

potpornim valjkom. Izlazna debljina

se kontrolira, postoji povratna veza,

upravlja se sila na potporni valjak

uslijed signala iz regulacijskog

uređaja.

Ovakav način rješavanja progiba

koristi se npr. kod proizvodnje folija.

Razlog uvođenja

kvarto stana:

Zbog rezultante valjak se deformira.

Maksimalna razlika u debljini lima na

sredini i na rubovima iznosi 1-2%. Ako

je veća postavljaju se bombirani valjci.

d) Stan s više valjaka - SENDZIMIR stan, CLUSTER

stan (skica predavanje) • - Koristi se za valjanje tankih limova.

PREGLED VRSTA VALJAČKIH STANOVA

DIJELOVI VALJAČKOG STANA, VALJAČKOG STROJA I VALJAONICE

a) Valjački stroj

Valjački stroj se sastoji od: • valjačkog stana • prijenosnih vratila • prijenosnog stana – daje moment valjačkom stanu • reduktora • elektromotora

DIJELOVI VALJAČKOG STANA, VALJAČKOG STROJA I VALJAONICE

b) Valjačka pruga Čine ju: • valjački stroj – jedan ili više • manipulator – lineali i prevrtači – usmjerava i

preoktrće provlaku • kotrljače i prevlačnici • noževi i pile • hladnjak (rashladni prostor) – prostor koji mora

imati garantirani gradijent hlađenja kako se izratci ne bi prebrzo hladili

DIJELOVI VALJAČKOG STANA, VALJAČKOG STROJA I VALJAONICE

c) Valjaonicu čine: • peći za predgrijavanje (dogrijavanje) • valjačka pruga (jedna ili više njih) • postrojenja (ravnalice, noževi za hladno rezanje,

peći za toplinsku obradu, uređaji za ispitivanje, površinska obrada, pakiranje i sl.

DIJELOVI VALJAČKOG STANA, VALJAČKOG STROJA I VALJAONICE

45

• Navesti podjelu postupaka oblikovanja deformiranjem prema DIN 8582, za svaku skupinu navesti primjer postupka.

• Navedite i objasnite načine neposrednog ispitivanja oblikovljivosti materijala (skicirajte svaki od postupaka).

• Kako se dijele strojevi za oblikovanje deformiranjem s obzirom na karakterističnu veličinu vrijeme? Zbog čega je ova karakteristična veličina izuzetno važna u oblikovanju deformiranjem.

• Objasnite razliku između uzdužnog i poprečnog valjanja. • Objasnite razliku između linijskih i kontinuiranih pruga prema

postavi valjačkih stanova. • Objasnite sustav potpornih valjaka u Cluster valjačkom stanu.

Zbog čega se uvodi sustav potpornih valjaka. • Skicirajte valjački stroj i navedite njegove dijelove. • Što čini valjačku prugu? • Što čini valjaonicu?

Ispitna pitanja:

46