TEHNOLOGIČNOST MATERIJALA

IZBOR POSTUPAKA PROIZVODNJE

Prof.dr.sc. Tomislav FiletinIZBOR MATERIJALA, 3+3, 2010.

a) Minimizirati ukupan broj dijelova b) Standardizirati dijelove i sklopove c) Koristiti lako obradive materijale, ali ne na račun slabije kvalitete. d) Prilagoditi konstrukciju proizvodnom postupku

Konstrukcija se razvija za pojedini postupak proizvodnje. e) Konstrukcijski oblikovati lako izradiv dio

Analizirati mogućnosti i ograničenja svakog proizvodnog postupka - konstrukcijski vodiči, pravila ili norme.

f) Eliminirati operacije obrade odvajanjem čestica i završne obrade - što veća iskoristivost materijala

TEHNOLOGIČNO KONSTRUIRANJE

TEHNOLOGITEHNOLOGIČČNOSTNOST

SISTEMSKO "SVOJSTVO"

Karakteristikematerijala

Karakteristiketehnoloških postupaka

Karakteristikeopreme i ljudi

GOVORI O IZVODLJIVOSTI KONSTRUKCIJSKOG RJEŠENJA

Prikladnost, sposobnost materijala za obradu ili oblikovanje nekim tehnološkim postupkom

PROBLEMI PRI IZBORU TEHNOLOGIJA I POSTUPAKAPROBLEMI PRI IZBORU TEHNOLOGIJA I POSTUPAKAS GLEDIS GLEDIŠŠTA MATERIJALATA MATERIJALA

NEMOGUĆNOST KVANTIFIKACIJE SVIH INTERAKCIJA - NEISTRAŽENOST SVIH DJELOVANJA TEHNOLOGIJA NA STRUKTURU I SVOJSTVA MATERIJALA

SVE VEĆI BROJ TEHNOLOGIJA I POSTUPAKA ZA KOJE NIJE POZNATO PONAŠANJE MATERIJALA

NEMA SISTEMATIZIRANIH PODLOGA ZA IZBOR TEHNOLOGIJA I POSTUPAKA

TIJEK IZBORA NAČINA PROIZVODNJE

PODJELA POSTUPAKA – DIN 8580

PODJELA POSTUPAKA PRAOBLIKOVANJA PREMA DIN 8580

STANJE, OBLIK PRIMJERI POSTUPAKA RASTALJENO GRAVITACIJSKO, TLAČNO,

CENTRIFUGALNO LIJEVANJE, PJENJENJE

ČVRSTO PLASTIČNO PREŠANJE, INJEKCIJSKO

PREŠANJE, VUČENJE, ISTISKIVANJE, OBLIKOVANJE PUHANJEM

TJESTASTO LIJEVANJE BETONA, GIPSA,

SUSPENZIJSKO LIJEVANJE KERAMIKE

GRANULAT, PRAŠAK PREŠANJE, INJEKCIJSKO

PREŠANJE, TOPLINSKO NAŠTRCAVANJE

ČESTICE NASTALE ODVAJANJEM, REZANJA, SLOBODNI OBLICI ČESTICA, VLAKNA

PREŠANJE PLOČA, PAPIRA, KARTONA, NAMOTAVANJE, TKANJE

PAROVITO IZLUČIVANJE (NANOŠENJE) IZ

PARNE FAZE IONIZIRANO ELEKTROLITIČKO IZLUČIVANJE

(NANOŠENJE)

"Materials Technology" - proizvodni postupci tijekom kojih se bitno mijenja sastav i mikrostruktura, odnosno formiraju svojstva materijala, a često i ujedno svojstva konačnog proizvoda.

TEHNOLOGIJE MATERIJALA

Primjeri za takve postupke jesu:

- klasični postupci lijevanja metala, - proizvodnje duromernih i gumenih običnih i kompozitnih

tvorevina, - postupci praoblikovanja praha, - lasersko sinteriranje, - postupci modificiranja i prevlačenja površina.

TEHNOLOGIJE I PROIZVODNI POSTUPCITEHNOLOGIJE I PROIZVODNI POSTUPCI

Slijed postupaka!

POSTUPCI LIJEVANJA

Postupci lijevanja u jednokratne kalupe

Postupci lijevanja u višekratne kalupe

Postupci brze izrade prototipa Kokilni lijev (Gravitacijsko lijevanje u višekratne kalupe)

Postupci lijevanja u svježu kalupnu mješavinu

Niskotlačni lijev

Postupci lijevanja u jezgrene blokove Visokotlačni lijev Postupci niskotlačnog lijevanja u

jednokratne pješčane kalupe Postupak lijevanja stiskanjem

(Squeeze casting process) Postupci lijevanja s isparljivim

modelima (Lost foam casting)

Postupci lijevanja u polutekućem stanju: Thixocasting i Rheocasting

Postupci lijevanja s istaljivim modelima Postupak oblikovanja naštrcavanjem (Spray compaction)

Tehn/postupak Sivi i NL

ljevovi

Ugljični čelik

Leg. čelici

Nehrđajućičelici

Al i Al legure

Cu i Cu legure

Zn i Zn legure

Mg i Mg

legure

Ti i Ti legure

Ni i Ni legure

Vatrostalni metali

Plastomeri Duromeri

Lijevanje i srodni postupci

Lijevanje u pijesku x x Precizno lijevanje x x Tlačno lijevanje x x x x x x x x x Injekcijsko prešanje x x x x x x x x x x x Prešanje pjene x x x x x x x x x x x x Ekstruzijsko puhanje

x x x x x x x x x x x x

Injekcijsko puhanje x x x x x x x x x x x x Rotacijsko kalupljenje

x x x x x x x x x x x x

Kovanje i prešanje Istiskivanje x x x x x x Hladno sabijanje x x x x x Kovanje u zatvorenom ukovnju x x x x

Prešanje i sinteriranje (PM) x x x x

Vruća ekstruzija x x x x Rotacijsko kovanje x x x x Obrada odvajanjem čestica

Obrada iz sirovca Elektrokemijska obrada

x x

Elektroerozija (EDM)

x x x

EDM s žicom x x Oblikovanje deformiranjem

Oblikovanje lima x x x x Toplo oblikovanje x x x x x x x x x x x x Optiskivanje x x x

normalna praksanormalna praksa; ; manje primjenjivo manje primjenjivo x x nije primijenjivonije primijenjivo

Kompatibilnost materijala i proizvodnih postupakaKompatibilnost materijala i proizvodnih postupaka

KLASIFIKACIJA SLOKLASIFIKACIJA SLOŽŽENOSTI OBLIKAENOSTI OBLIKA

livljivost, obradljivost odvajanjem čestica – rezljivost, oblikovljivost deformiranjem spojivost: zavarljivost, lemljivost, ljepljivost, toplinska obradljivost - zakaljivost, prokaljivost, prikladnost za prevlačenje i zaštitu površine, troškovi izrade vezani uz materijale...

TEHNOLOŠKA SVOJSTVA MATERIJALA

Određenost svojstava i ponašanja materijala

MOGUĆNOSTI KVANTIFIKACIJE1. Normiranim i dogovorenim tehnološkim testovima:

savijanje, uvijanje, utiskivanje...

2. Praćenjem i ispitivanjem u realnim uvjetima obrade i prerade - oblik strugotine, vrijeme zatupljivanja alata, stanje površine, poroznost (šupljine),

promjena dimenzija, razugljičenje, pukotine...

3. Ispitivanjem fizikalnih i mehaničkih svojstava poluproizvoda

4. Utvrđivanjem pogrešaka nakon provedenog postupka

5. Ispitivanjem svojstava materijala nakon obrade

6. Procjene na temelju različitih ispitivanja:- niska, srednja, visoka, vrlo visoka prikladnost- ocjene: 1 do 5- prikladno/neprikladno

Livljivost je sposobnost / svojstvo taljevine (rastaljenog metala) da ispuni kalupnu šupljinu. To je kompleksno svojstvo uvjetovano fizičko - kemijskim svojstvima metala kao i tehnološkim parametrima postupka lijevanja.

Ne postoji univerzalna metoda (međunarodno prihvaćena norma) za određivanje livljivosti. Neki od postupaka za ispitivanje livljivosti su:

- opisni / kvalitativni: makro i mikrografsko utvrđivanje pogrešaka u odljevkukao što su: šupljine (poroznost), nemetalne uključine, napukline;

- mjerni / kvantitativni:preradbeni uvjeti:

- spiralni test,- u-test

laboratorijski uvjeti:- horizontalno podtlačno ispitivanje,- vertikalno podtlačno ispitivanje.

LIVLJIVOST

NAČIN PRIKAZIVANJA VRIJEDNOSTI:

- podatak o visini ili duljini popunjenosti kalupa izražen u mm ili cm, - indeks livljivosti kao stupanj iskorištenja raspoložive energije pri određenimtehnološkim uvjetima:

max

100, %xLILL

Lx - visina efektivno ispunjene epruvete kod vertikalnog podtlačnog ispitivanja, mm

Lmax - teorijska visina do koje bi se metal podigao u slučaju potpunog iskorištenja raspoložive energije, mm.

ODLIČNA: izuzetno dobra tečljivost taljevine. Uz uobičajenu zaštitu nema opasnosti od oksidacije taljevine i otapanja plinova. Ne postoji opasnost od pojave napuklina zbog stezanja. Od ovih metala moguće je odliti vrlo složene odljevke tankih stijenki.

VRLO DOBRA: u odnosu na prvu skupinu ovdje se sniženje livljivosti ogleda u mogućnosti pojave mjehuravosti, pa je potrebna veća zaštita taljevine.

DOBRA: zbog sniženja tečljivosti livljivost je niža u odnosu na prve dvije skupine. Ovi metali se liju u masivne odljevke samo iznimno složenih oblika.

ZADOVOLJAVAJUĆA: vrlo snižena tečljivost i sklonost poroznosti. Kvalitetni odljevci mogu se dobiti samo uz iznimnu pozornost pri taljenju i lijevanju. Ovi metali se upotrebljavaju samo za odljevke jednostavnog ravnomjernog presjeka.

LOŠA: vrlo slabo popunjavanje kalupa. Uvijek postoji opasnost od oksidacije taljevine i poroznosti. Izražena sklonost pojavi napuklina zbog stezanja.

OPISNE OCJENE LIVLJIVOSTI

Legura* Otpornost na pojavu toplih pukotina

Sklonost poroznosti a) Fluidnost Sklonost

skupljanju Otpornost na

koroziju b) Rezljivost c) Zavarljivost d)

Legure za lijevanje u pijesak 201.0 2 3 3 2 2 5 4 213.0 3 3 4 3 2 4 4 222.0 2 4 3 2 2 5 3 240.0 2 4 3 2 2 3 2 319.0 4 2 4 4 3 3 4 355.0 5 1 5 5 3 3 4 A356.0 5 1 5 5 4 3 4 A390.0 3 3 3 3 4 2 4 A443.0 5 1 5 5 4 2 2 512.0 3 4 2 2 5 4 2 520.0 4 5 2 1 5 5 1 B535.0 2 5 2 2 5 5 2 711.0 1 4 1 2 3 5 3 850.0 2 4 2 2 3 5 2

Legure za lijevanje u kokile 201.0 2 3 3 2 2 5 4 213.0 3 3 4 3 2 4 4 222.0 2 4 3 2 2 5 3 240.0 2 4 3 2 2 3 2 319.0 4 2 4 4 3 3 4 355.0 5 1 5 4 3 3 4 A356.0 5 1 5 5 4 3 4 A390.0 4 2 4 3 4 2 4 443.0 5 1 4 5 4 1 5 512.0 3 4 2 2 5 4 2 771.0 2 4 3 3 4 5 ... 850.0 2 4 2 2 3 5 2

Legure za tlačno lijevanje A360.0 5 1 4 4 3 2 ... 364.0 4 2 5 3 2 3 ... 380.0 4 1 4 1 3 2 ... A380.0 4 2 4 2 3 2 ... 390.0 4 2 4 4 2 4 ... C443.0 4 3 3 4 1 2 ... 518.0 1 5 1 5 5 2 ...

Ocjene: 5-najbolja (najviša); 1-najlošija (najniža). Neke legure mogu imati drugačije ocjene kod drugih postupaka lijevanjaa) poroznost koja dovodi do propuštanja (pressure tightness). b) na osnovi otpornosti legure kod standardnog testa prskanja slane otopine. c) ocjene na osnovi lakoće rezanja, karakteristika odvojene čestice, završne kvalitete i vijeku trajanja alata. d) na osnovi prikladnosti materijala za fuzijsko zavarivanje s dodatnim materijalom istog sastava.* Objašnjenje oznaka legura: 2XX.X - legure Al-Cu; 3XX.X - legure Al + (Si-Mg), (Si-Cu) ili (Si-Mg-Cu);

4XX.X - legure Al-Si; 5XX.X - legure Al-Mg; 7XX.X - legure Al-Zn; 8XX.X - legure Al-Sn.

Ocjene za proizvodne karakteristike Al-legura za lijevanje u pijesak, kokile i tlačni lijev

LJEVAČKI POSTUPAK FAKTOR Lijevanje u pijesak Lijevanje u kokilu Tlačno lijevanje

Troškovi opreme najniži troškovi ako se izrađuje samo nekoliko dijelova niži nego u tlačnog lijeva najviši

Proizvodnost najmanja 11 kg/h uobičajena; moguća i viša

4,5 kg/h uobičajena; moguće 45 kg/h

Veličina odljevka najveća ograničena veličinom opreme

ograničena veličinom opreme

Vanjski i unutrašnji oblik

najbolji za složene oblike gdje se traže jezgre

rabe se jednostavne pješčane jezgre, ali ih je teže umetati u kalup nego kod pješčanih kalupa

jezgri mora biti omogućeno izvlačenje jer su metalne; podrezi mogu biti formirani ako se jezgre unište

Minimalna debljina stijenke 3,0...5,0 mm; normalno 4,0 mm 3,0...5,0 mm; normalno

3,5 mm 1,0...2,5 mm; ovisno o veličini odljevka

Vrsta jezgri složene pečene pješčane jezgre se mogu uporabiti

trajne jezgre izrađene od čelika; ili jednokratne pečene od pijeska

čelične jezgre; moraju biti jednostavne i ravne da bi se mogle izvući

Dostizive tolerancije

najslabije; najbolja linearna toleranca je 30 mm/m

nabolja linearna toleranca je 10 mm/m

najbolja linearna tolerancija je 4 mm/m

Kvaliteta površine 6,5...12,5 m 4,0...10 m 1,5 m

Poroznost najniža poroznost moguća kod dobre tehnike lijevanja

niska poroznost moguća kod dobre tehnike;

moguća prisutnost poroznosti

Brzina ohlađivanja 0,1...0,5 K/s 0,3...1,0 K/s 50...500 K/s Veličina zrna grubo sitno vrlo sitno na površini Čvrstoća odljevka najniža izvrsna najviša Otpornost na umor dobra dobra izvrsna

Otpornost na trošenje dobra dobra izvrsna

Ukupna kvaliteta ovisi o tehnici lijevanja najviša tolerancije i reprodukcija vrlo dobri

FAKTORI KOJI UTJEČU NA IZBOR POSTUPAKA LIJEVANJA ZA AL-LEGURE

Karakteristike Pješčani kalup

Smolom povezani pijesak

Gipsani kalup

Izgubljena pijena

Precizni lijev Kokilni lijev

Tlačni lijev

Dijela

Materijal Svi Svi Zn do Cu Al do

željeznih ljevova

Svi Al do

željeznih ljevova

Zn do Cu

Poroznost i usahline C...E D...E D...E C...E E B...C A...C

Oblik a) Svi Svi Svi Svi Svi Osim T3, 5, F5 s čvrstom

jezgrom

Osim T3, 5, F5

Veličina, kg 0,01...300000 0.01...100 0,01..1000 0,01...100 0,01...100 0,01...100 <0,01...50

Min. presjek, mm 3...6 2...4 1 2...4 1 2...4 0,5...1

Min. promjer jezgre, mm 4...6 3...6 10 4...6 0,5...1 4...6 3 (Zn:

0,8) Detalj površine C B A C A B...C A...B Troškova Opreme C...E C C...E B...C C...E B A Kalupa (modela) C...E B...C C...E B...C B...C B A

Rada A...C C A...B C A...B C E Završne obrade A...C B...D C...D C...D C...D B...D C...E

Proizvodnje Vještina radnika A...C C A...B C A...B C C...D

Vrijeme uhodavanja dani tjedni dani tjedni...

mjeseci sati... tjedni tjedni tjedni... mjeseci

Proizvodnost, kom/satkalup 1...20 5...50 1...10 1...20 1...1000 5...50 20...200

Minimalna količina, kom ~1...100 ~100 ~10 ~500 ~10...1000 ~1000 ~10000

KARAKTERISTIKE POJEDINIH POSTUPAKA LIJEVANJA

Neke od metoda kojima se utvrđuje oblikovljivost su:

a) posredno:- statičko vlačno ispitivanje,- ispitivanje udarnog rada loma (žilavosti).

a) neposredno:- ispitivanje uvijanjem,- ispitivanje savijanjem,- ispitivanje s trnom,- ispitivanje izvlačenjem,- Swiftovo ispitivanje.

OBLIKOVLJIVOST / DEFORMABILNOST

Oblikovljivost je svojstvo materijala koje ukazuje na prikladnost za preoblikovanje valjanjem, isprešavanjem, dubokim izvlačenjem, kovanjem itd.

To je svojstvo teško jednoznačno kvantitativno izraziti, pa su prijeko potrebni specifični načini ispitivanja za pojedine vrste preoblikovanja.

mmDUBINA IZVLAČENJA PO ERICHSENUIE

Dubina utiskivanja kuglastog utiskivala u lim ili traku u trenutku pojave prve napukline.

Postupak ispitivanja:Određivanje ove vrijednosti provodi se na uređajima tipa "Erichsen" za koje normepropisuju oblik i dimenzije ispitnih tijela. Dubina prodiranja utiskivala očitava se na uređaju u trenutku pojave prve napukline.Ispitivanje se provodi na limovima i trakama debljine od 0,2 do 3 mm ma DIN-u).

ZNAČENJE / PRIMJENJIVOST:Primjenjuje se kod limova i traka metalnih legura. Ova veličina je pokazatelj deformabilnosti limova ili traka namijenjenih obradi dubokim izvlačenjem. Primjenjuje se osobito za niskougljične čelične limove i trake namijenjene dubokom izvlačenju.

NAČIN DOBIVANJA I PRIKAZIVANJA VRIJEDNOSTI:

- podaci o rezultatima statičkog vlačnog ispitivanja (posebno A, Z i Rp0,2, Rm),- podaci o udarnom radu loma,- podatak o eksponentu očvrsnuća "n", koji se dobiva iz rezultata statičkog vlačnog ispitivanja empirijskim izrazom:

ns sC

gdje je: s - stvarno naprezanje, C - konstanta i s – stvarno istezanje,n - eksponent očvrsnuća

- 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,

- 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 izvlačenja kod cilindričnih kapica sa ravnimdnom kod Swiftovog ispitivanja

8960,49žarenomjed CuZn303170,54žarenobakar12270,19poboljšan (p = 700 C)nelegiran čelik s 0,6 %C15720,10poboljšan (p = 540 C)nelegiran čelik s 0,6 %C

6410,15žarenoCr-Ni čelik za poboljšavanje (AISI 4340)

5310,26žarenočelik s 0,05 %C C, N/mm2nStanjeVrsta metala

Koeficijenti i eksponenti očvrsnuća nekih metalnih materijala

Monofazni metalni materijali su bolje hladno oblikovljivi nego dvofazni -npr. feritni ili austenitni čelici, - mjed ili monofazni Al legura

Metali s visokim vrijednostima za “n”, ali s niskim za “C”, postižu visoke stupnjeve očvrsnuća kod velikih stupnjeva deformiranja (npr. bakar, mjed, niskougljični čelici)

* 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 jerbrzo 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.

OPISNE OCJENE ZA HLADNU OBLIKOVLJIVOST

Neke od metoda, kojima se ocjenjuje ovo svojstvo, jesu:

a) OPISNA / KVALITATIVNA:- vrsta i oblik strugotine,- sklonost naljepljivanju čestica na alat.

b) MJERNA / KVANTITATIVNA:istrošenje alata nakon definiranog vremena obrade ili puta obrade, brzina rezanja koja nakon određenog vremena ili puta rezanja daje unaprijed određeno istrošenje alata ili gubitak rezne posobnosti alata, hrapavost površine obratka, potrebna energija za skidanje određenog volumena čestica.

REZLJIVOST

Svojstvo / sposobnost materijala da se pri određenim uvjetima može obrađivati nekim postupkom obrade odvajanjem čestica.

Rezljivost je kompleksno svojstvo uvjetovano mehaničkim svojstvima materijala koji se obrađuje (tvrdoća, žilavost, itd), postupkom obrade i parametrima rezanja, kao i mehaničkim svojstvima alata za obradu. Ne postoji univerzalna metoda za određivanje rezljivosti.

BRZINE REZANJA ZA POJEDINE OBRADNE MATERIJALE I MATERIJALE ALATA

3,8...9,3...Vatrostalni metali3,0...4,1...Titanove legure3,3...8,5...Superlegure na bazi Co i Ni

1,7100...150Mjed i bronca1,5...Bakar

1,7...3,5200...400Legirani čelici

1,3...2,2150...300Ugljični čelici

0,87...1,3125...250Željezni ljevovi

0,65100...150Aluminijeve legure0,5550...100Aluminij

Jedinična energija(W/s)/mm3

Tvrdoća, HBMaterijal

POTREBNA ENERGIJA PO VOLUMENU ZA OBRADU RAZLIČITIH METALA I LEGURA

* ODLIČNA: materijali obradljivi svim postupcima obrade odvajanjem čestica, s velikim i malim brzinama rezanja. Dobra kvaliteta obrađene površine i dugi vijek trajanja alata.

* VRLO DOBRA: materijali koji u odnosu na prvu skupinu prouzročuju povećano trošenje alata, što se može odraziti na izbor alatnog materijala pri obradi u velikim serijama.

* DOBRA: nema razlike u odnosu na prijašnju skupinu u pogledu postignute kvalitete površine, ali abrazivne karakteristike mikrostrukture ovih materijalanegativno djeluju na trajnost alata.

* ZADOVOLJAVAJUĆA: materijali snižene rezljivosti, posebno kod postupaka s malim brzinama rezanja, zbog stvaranja naljepka što smanjuje kvalitetu obrađene površine.

* LOŠA: izražen je problem kvalitete površine pri svim postupcima obrade. U ovu skupinu ulaze materijali koji snažno očvršćuju za vrijeme obrade, zbog čega je povećano opterećenje oštrice alata. Ovdje je bitan izbor materijala za alat. Naljepljivanje je prisutno i pri velikim brzinama rezanja.

OPISNE OCJENE ZA REZLJIVOST

ZAVARLJIVOST ČELIKA → ugljični ekvivalent:

e%Mn %Cr + %Mo + %V %Si + %Ni + %CuC = %C + + +

6 5 15

Čelici s Ce < 0,35 ne zahtijevaju predgrijavanje i naknadno žarenje.Čelici s Ce od 0,35 do 0,55 često traže predgrijavanje.Čelici s Ce > 0,55 zahtijevaju predgrijavanje i naknadno žarenje.

ZAVARLJIVOST, SPOJIVOST

Spojivost

KARAKTERISTIKE POJEDINIH POSTUPKA ZAVARIVANJA

Ljepljivost

• Materijali u spoju određuju vrstu ljepila• Mnogo novih ljepila za bazi polimernih

materijala• Vrlo važna je priprema dijelova

OPĆE OCJENE LIVLJIVOSTI, OBRADLJIVOSTI I ZAVARLJIVOSTI

Vrsta ljevačke legure Livljivost Rezljivost Zavarljivost Aluminijeve 5...4 5...4 3 Bakrove 5...3 5...4 3 Sivi lijev 5 4 1 Magnezijeve 5...4 5 4 Kovkasti lijev 4 4 1 Niklove 3 3 3 Žilavi lijev 4 4 1 Čelični lijev (ugljični i niskolegirani)

3 4...3 5

Čelični lijev (visokolegirani)

3 3 5

Bijeli tvrdi lijev 4 2 2 Cinkove 5 5 3 Ocjene: 5-izvrstan; 4-dobar; 3- zadovoljavajuće; 2-loše; 1-vrlo loše

Sposobnost čelika za postizavanje martenzitne strukture i što više površinske tvrdoće (Hg) nakon kaljenja. Zakaljivost ovisi samo o %C čeliku, ako se gasi nadkritičnom brzinom gašenja.

Uvjeti zakaljivanja čelika:1. postojanje / i / transformacije,2. dovoljno visok sadržaj ugljika u čeliku (minimalno 0,35% C),3. ugrijavanje čelika unutar austenitnog područja,4. dovoljno brzo hlađenje sa temperature austenitizacije - gašenje

kritičnom ili nadkritičnom brzinom gašenja, tj. onom kojom se postižestruktura površinskih slojeva s 100 % martenzita.

Način određivanja:a) eksperimentalno - kaljenjem s kritičnom ili nadkritičnom brzinom gašenja b) iz dijagrama BURNS-a

ZAKALJIVOST

c) Iz regresijskih ili iskustvenih jednadžbi:

36)C(%50H

)C(%6020H

max

max

g

g

d) Iz TTT dijagrama dotičnog čelika,

e) Tvrdoća očitana s Jominy krivulje tvrdoća za čelo probe.

ZAKALJIVOST

Postupak HR TD KO KT KP OB TR Tlačno lijevanje N V V V/S V S/N V Centrifugalno lijevanje

S S S N S/N V/S/N V/S

Izravno prešanje N V S V/S V/S V/S/N V/S Injekcijsko prešanje N V V V/S V/S S/N V/S/N Lijevanje u pijesku V S S N V/S/N V/S/N V/S/N Precizno lijevanje N V V N V/S/N S/N V/S Glodanje N V V S/N V/S/N V/S/N V/S/N Brušenje N V S N S/N S/N V/S Elektroerozija N V V N N S/N V Puhanje S S S V/S V/S S/N V/S/N Kovanje S S S V/S V/S V/S/N V/S Valjanje N S V V V V/S V/S Ekstruzija N V V V/S V/S S/N V/S Metalurgija praha N V V V/S V N V/S Ključ ocjena: V – visoko > 6,3 < 0,13 visoka > 100 > 5000 > 0,5 S – srednje 1,6...6,3 0,13...1,3 srednja 10...100 100...5000 0,02...0,5 N – nisko < 1,6 > 1,3 niska > 10 < 100 < 0,02 Jedinice m mm kom/sat komada m2 Oznake atributa postupaka: HR – hrapavost; TD – točnost dimenzija; KO – kompleksnost oblika; KT – proizvedena količina u jedinici vremena; KP – ukupna količina proizvodnje; OB – oblik (projicirana ploština); TR – relativni trošak

POSTUPCI PROIZVODNJE I NJIHOVI ATRIBUTI

• Vrsta materijala prikladnog za proces• Veličina izratka → min. i maks. mjere, (volumen ili masa)• Oblik → omjer dimenzija: duljina : širina : visina• Omjer volumena i površine• Kompleksnost → simetričnost, detaljne informacije• Tolerancije → dimenzijska točnost• Hrapavost • Detalji na površini → min. radijus zakrivljenosti • Minimalna veličina serije• Brzina proizvodnje → vrijeme potrebno za

proizvodnju jednog izratka (vrijeme proizvodnog ciklusa)• Troškovi → kn/kom

ATRIBUTI (KARAKTERISTIKE POSTUPKA)

Ocjena Vrijeme ciklusa Kvaliteta Fleksibilnost

Iskoristivost materijala

Pogonski troškovi

1 > 15 min Loša kvaliteta, prosječna pouzdanost

Prijelaz ekstremno težak

Otpad > 100% gotovog proizvoda

Vrlo visoki troškovi opreme i obrade

2 5 do 15 min

Prosječna kvaliteta Spor prijelaz Otpad 50...100 % Visoki troškovi

opreme i obrade

3 1 do 5 min Prosječna do dobra kvaliteta

Prosječni prijelaz i vrijeme postavljanja

Otpad 10...50 % Troškovi opreme i obrade relativno niski

4 20 s do 1 min

Dobra do izvrsna kvaliteta Brz prijelaz Otpad < 10 %

gotovog proizvoda

Niski troškovi obrade, mali kod opreme

5 < 20 s Izvrsna kvaliteta Nema vremena postavljanja

Bez primjetnog otpada

Bez troškova opreme

KRITERIJI ZA USPOREDBU PROIZVODNIH POSTUPAKAKRITERIJI ZA USPOREDBU PROIZVODNIH POSTUPAKA

Tehnologija/proizvodni postupak Oblik Vrijeme

ciklusa Fleksibilnost Iskoristivost materijala Kvaliteta

Troškovi opreme i obrade

Lijevanje Lijevanje u pijesku Precizno lijevanje Lijevanje u kokilu Tlačno lijevanje Centrifugalno lijevanje Injekcijsko prešanje Reakcijsko injek. prešanje Izravno prešanje Rotacijsko kalupljenje Lijevanje monomera Oblikovanje bez odvaj. čestica Kovanje u otvorenom ukovnju Kovanje u zatvorenom ukovnju Oblikovanje lima Valjanje Ekstruzija Superplastično oblikovanje Toplo oblikovanje Oblikovanje puhanjem Prešanje i sinteriranje Izostatičko prešanje Lijevanje u formu Obrada odvajanjem čestica Rezanje jednom oštricom Rezanje s više oštrica Brušenje Elektroerozija Spajanje Fuzijsko zavarivanje Lemljenje Lijepljenje Mehaničko spajanje (vijci...) Površinska obrada Sačmarenje Otvrdnjavanje površine CVD / PVD

3D 3D 3D

3D puni 3D šuplji

3D 3D 3D

3D šuplji 3D

3D puni 3D puni

3D 2D 2D 3D 3D

3D šuplji 3D puni

3D 3D

3D 3D 3D 3D

Svi Svi Svi 3D

Svi Svi Svi

2 2 4 5 2 4 3 3 2 1

2 4 3 5 5 1 3 4 2 1 1

2 3 2 1

2 2 2 4

2 2 1

5 4 2 1 3 1 2 4 4 4

4 1 1 3 3 1 2 2 2 3 5

5 5 5 4

5 5 5 5

5 4 5

2 4 2 4 5 4 4 4 5 4

3 3 3 4 4 5 3 4 5 5 5

1 1 1 1

5 5 5 4

5 5 5

2 4 3 2 3 3 2 2 2 2

2 3 4 3 3 4 2 4 2 2 2

5 5 5 5

2 3 3 4

4 4 4

1 3 2 1 3 1 2 3 4 4

2 2 1 2 2 1 3 2 2 1 4

5 4 4 1

4 4 5 5

5 4 3

OCJENE KARAKTERISTIKA UOBIČAJENIH POSTUPAKA PROIZVODNJE

1 – loše5 - izvrsno

ISKORISTIVOST MATERIJALA

Omjer između izlazne (gotov dio) i ulazne mase materijala (sirovac, poluproizvod)

oi

n

m =m

f

Vrijednost između 0 i 1 ili 0 i 100 %Iskoristivost može biti mjerilo za dobrotu konstrukcije ili primijenjene tehnologije izrade. Cilj je uporabiti što manju količinu materijala i to na najracionalniji način.

loše dobro

tokarenje iz punog komada predkovanje

KROJENJE LIMOVA

Uzroci slabije iskoristivosti mogu biti:

loša konstrukcija u odnosu prema proizvodnim postupcima – presloženi oblici, materijali slabije obradljivosti i sl.,

krivo projektiran tehnološki proces - neprilagođeni oblici i dimenzije poluproizvoda u odnosu prema konačnom obliku i dimenzijama,

slabo podešeni tehnološki parametri ili krivo vođeni procesi koji dovode do škarta ili prevelikog otpada,

neraspoloživi optimalni oblici i dimenzije poluproizvoda,

loša kvaliteta ulaznog materijala.

Teorijski faktor iskoristivosti – računanje

Stvarni faktor iskoristivosti - mjerenje, vaganje

Mogući gubici materijala:

1. Prekomjera: razlika utrošene mase i nazivne mase poluproizvoda (sirovca)

2. Konstrukcijski: razlika nazivne mase poluproizvoda i nazivne mase sirovca

3. Obrada: razlika nazivne mase sirovca i konstrukcijske mase gotovog dijela

4. Greške: škart

PRIMJER ISKORISTIVOSTI ZA RAZLIČITE OBLIKE POLUPROIZVODA (TEHNOLOGIJE)

OBLIK (TEHNOLOGIJA) fi, % LIMOVI (krojenje) 63,4 CIJEVI (rezanje, savijanje) 76,7 NOSAČI (rezanje) 91 PUNI PROFILI (obrada odvajanjem čestica)

32,8

67,7 ČELIČNI OTKOVCI 41 ČELIČNI ODLJEVCI 54,5 ODLJEVCI SL 72,4 57,7 UKUPNO 66,8

Udio troškova nabave izgubljenog materijala u ukupnim troškovima gubitaka materijala iznosi oko

56 % ukupno i prosječno

U izgubljeni otpad je utrošeno približno toliko koliko i u nabavu te mase materijala!

mali broj komadanpr. 50

malo prilagođenje konačnom obliku

srednji broj komadanpr. 500

dobro prilagođenje konačnom obliku

velik broj komadanpr. 5000

vrlo dobro prilagođenje konačnom obliku

PRIMJER RAZLIČITE ISKORISTIVOSTI KOD KOVANJA

Prikaz uzroka škarta u proizvodnji aluminijskih limova i traka

ISPORUKA IZ ŽELJEZARE poluproizvoda što bliže dimenzijama proizvoda - npr. savijanje cijevi za ložište generatora pare prema crtežu. Nije racionalno za maloserijsku proizvodnju

KONTROLA ULAZNOG MATERIJALA i plaćanje prema nazivnoj dimenziji a ne prema masi

OPTIMALNO KROJENJE poluproizvoda (posebno za limove i trake) - postoje računalni sustavi

OPTIMALNO ISKORIŠTENJE OTPADNIH MATERIJALA: posebno skladištenje za male dimenzije otpadnih materijala, organiziranje nove proizvodnje i posebno informiranje konstruktora i tehnologa o tim otpacima

MEĐUFAZNE KONTROLE kvalitete (i ulazna kontrola) radi smanjenja škarta

RAZMATRANJE ALTERNATIVNIH I NOVIH TEHNOLOGIJA: kovanje, precizni lijev, sinteriranje, HIP...

POVEĆANJE TEHNOLOŠKE DISCIPLINE

PODIZANJE SVIJESTI O MOGUĆIM UŠTEDAMA POVIŠENJEM ISKORISTIVOSTI

MJERE ZA POVIŠENJE ISKORISTIVOSTI

TRENDOVI U SUVREMENOJ PROIZVODNJI

1. Skraćenje vremena od ideje do izlaska proizvoda na tržište (Rapid prototyping and rapid manufacturing)

2. Obrada na konačni (ili približno konačni) oblik(Net or near net shape forming) - povećanje iskoristivosti materijala

3. Povećanje preciznosti izrade

4. Produljenje vijeka trajanja konstrukcijskih dijelova i alata (Surface Engineering)

5. Sniženje troškova proizvodnje

NEKONVENCIONALNE TEHNOLOGIJE ZA BRZU IZRADU PROTOTIPOVA, ALATA I DIJELOVA

(Rapid Manufacturing Technologies)

OSNOVNE PREDNOSTI OVIH TEHNOLOGIJA U USPOREDBI S KONVENCIONALNOM IZRADOM:

• Skraćenje ciklusa izrade (kod složenih alata od nekoliko tjedana na dan-dva)• Smanjenje troškova izrade – u nekim slučajevima 60 % i 80 %

Postupak Materijali prototipa ili alata Primjena postupka Selektivno lasersko sinteriranje (Selective Laser Sintering)

Svi materijali u obliku praha: - metali, - industrijska keramika, - polimerni materijali, - kermeti (cermets),uz

dodatak odgovarajućeg vezivnog materijala

Stereolitografija (Stereolitography)

Polipropilen Polikarbonat ojačan vlaknima Epoksi smole («Cibatool») «3D Keltool»

Trodimenzijsko naštrcavanje (Three Dimensional Printing)

Polikarbonat Poliamid Vosak

Izbor materijala prototipa (ili alata) i postupaka ovisi o funkciji izradka, koja može biti:

- model novog proizvoda za korekciju konstrukcije i mjera,

- izradak za ispitivanje mehaničkih svojstava,

- alat za pojedinačnu izradu ili izradu male serije obradaka,

- alat za velikoserijsku ili masovnu proizvodnju

Primjeri alata i dijelova izrađenih selektivnim laserskimsinteriranjem (SLS)

• Alat za injekcijsko prešanje polimera izrađen postupkom sinteriranja praškastog materijala

• Izradak složenog oblika izrađen postupkom brze izrade prototipa

SINTERIRANJE PRAHA – POWDER METALLURGY (PM)

Područja i razlozi primjene:a) Metali visokog tališta (W, Mo, Ta) se teško proizvode

lijevanjem i krhki su u lijevanom stanju.b) Kompozitni materijali - dva ili više metala netopivih u

tekućem stanju, te metali i nemetali (materijali zaelektrokontakte, tvrdi metali, frikcijski materijali za kočnice, …

c) Porozni materijali (samopodmazivi ležaji)d) Konstrukcijski dijelovi: najveći udio ih je od željeznog

praha, ali i od praha bakra, mjedi, bronce, aluminija, kao i rijetkih metala (berilij, titan).

e) Materijali visoke čistoće (brzorezni čelici, superlegure na bazi Ni ili Co) s boljim svojstvima (otpornost na trošenje, jednoličnost mikrostrukture, dulji vijek trajanja) nego u lijevanom ili kovanom stanju.

Konvencionalni proces metalurgije praha

Naknadni proizvodni postupci: coining (fino kovanje na mjeru), obrada rezanjem, infiltracija

PRIMJERI DIJELOVA OBLIKOVANIH IZ PRAHA SINTERIRANJEM

PRIMJERI DIJELOVA SINTERIRANIH IZ PRAHA

Karakteristika Konvencionalno sabijanje u kalup MIM HIP PF

Materijal čelik, nehrđajući čelik, mjed, bakar

čelik, nehrđajući čelik

superlegure, titan, alatni čelik, nehrđajući čelik

čelik

Količina proizvodnje (ocjena proizvodnosti)

> 5000 (A)

> 500 (C)

1...1000 (E)

>10000 (A)

Složenost oblika (ocjena) C A B C Veličina, kg (ocjena) < 2,3 (C) < 0,12 (D) 0,23...2250 (A) < 0,23 (C) Dimenzijske tolerancije (ocjena) 0,025 (A) 0,075 (C) 0,635 (E) 0,038 (B)

Gustoća (ocjena) D B A A

Mehanička svojstva 80...90 % od kovanih 90...95 % kovanih

veća nego kod kovanih

ista kao kod kovanih

Troškovi, $/kg (ocjena) 1,1...11 (A) 2,2...22 (C) > 220 (E) 2,2...11 (B)

Ocjene: A - izvrsno, B - vrlo dobro, C – dobro, D – dovoljno, E – loše;Troškovi: A - najniži; E - najviši

USPOREDBA USPOREDBA POSTUPAKA PRERADE PRAHAPOSTUPAKA PRERADE PRAHA

MIM - Metal Injection Moulding; HIP – Hot Isostatic Pressing; PF - Powder Forging

Karakteristika Precizni lijev MIM Min. promjer rupe, mm 2 0,4 Maks. dubina slijepe rupe, mm 2 20 Min. debljina stijenke, mm 2 < 1 Maks. debljina stijenke, mm neograničena 5 Tolerancija kod dimenzije 14 mm ± 0,2 mm ± 0,06 mm Hrapavost površine Ra, m 5 4

Usporedba oblikovanja izmeđuUsporedba oblikovanja između preciznogpreciznog lijevalijeva i MIMi MIM--aa

METODOLOGIJA IZBORA POSTUPKAPronalaženje najbolje sukladnosti između mogućnosti proizvodnje i zahtjeva konstruktora.

Konačni izbor postupka zahtijeva usporedbu:- troškova proizvodnje- informacija o veličini serije- informacija o brzini izrade po komadu...

Omjer minimalne debljine presjeka prema površiniizratka

Sam materijal ponekad postavlja granice izvodljivosti postupaka

Primjer 2.

Metali i keramika mogu biti površinski obrađeni na uske tolerancije i malu površinsku hrapavost (Ra).Polimeri mogu biti obrađeni na malu površinsku hrapavost, ali uz tolerancije > 0,2 mm

RAZINE HRAPAVOSTI ZAVRŠNIH OBRADA

ZAVRŠNA OBRADA, m

POSTUPAK TIPIČNA PRIMJENA

Ra = 0,01 Lepanje Zrcala

Ra = 0,1 Precizno brušenje ililepanje

Visokokvalitetni ležaji

Ra = 0,2-0,5 Precizno brušenje Cilindri, klipovi, ležaji,bregaste osovine

Ra = 0,5-2 Precizno tokarenje Zupčanici,standardni dijelovi strojeva

Ra = 2-10 Strojna obrada Dijelovi koji nisu kritični

Ra = 3-50 Lijevane površine -

PRIMJER: ROTOR VENTILATORA

OPTIMALNI MATERIJALI:

PPPAAl-legura

POSTUPCI:precizno lijevanjetlačno lijevanjeinjekcijsko prešanje

Kompleksnost oblika: C = n·log2 (ł/∆l) 160...330 bitan - broj neovisnih dimenzijał = srednja linearna dimenzija = ∆l = geometrijska sredina tolerancija = =

R = 60 mmMin debljina: 1,5-6 mmPovršina: 0,01-0,04 m2

Volumen: 1,510-5-2,410-4 m3

Masa ( = 2000 kg/m3): 0,03-0,5 kgHrapavost: 1 µmSrednja točnost: ± 0,2 mm

1 2 3 n.... ln l l l

1 2 3 n.... ln l l l

srednja površina lopatice

Izbor načina proizvodnjevolumen-vitkost

Izbor načina proizvodnjekompleksnost-veličina (masa)

Izbor načina proizvodnjemehanička svojstva-talište

Izbor načina proizvodnjetolerancije-hrapavost

TROŠKOVI PROIZVODNJE

Procjena (proračun) troškova Grubo pravilo: ako se proizvodi relativno jednostavan proizvod (low-tech) u

velikoj količini, troškovi proizvoda padaju 3 do 5X u odnosu na trošak materijala.

Procjena troškova za izbortehnologije (procesa)- traži se relativan trošak ±30%:Jednostavnije

Procjena troškova za usporedbu ponuđača – traži se apsolutni trošak ±3% Nužna je vrlo detaljna analiza ulaznih veličina

zapamtiti da vrijedi temeljno pravilo:

Trošak < Cijena < Vrijednost !!

(C) Trošak = koliko realno košta izrada(P) Cijena = pošto se prodaje(V) Vrijednost = vrijednost za korisnika

“Ne zaslužuje cijenu” = P > V

“Dobra vrijednost za dati novac” = P < V

Ulazne veličine u proces proizvodnje

Proces proizvodnje

Materijali

Energija

Rad, vrijeme

Prostor

Informacije

Proizvod

Otpad materijala i energije

Svako od toga ima svoju cijenu (trošak)

4.3

Ulazne veličine za procjenu troškova

Resursi Simbol Jedinica

Materijali, uključivo i potrošni Cm kn/kg

Oprema, trošak opreme Cc kntrošak alata Ct kn

Rad (vrijeme), plaće, režije kn/h

Energija, utrošene snaga P kWtrošak energije Ce kn/kW.h

Prostor, trošak/h kn/h

Informacije, istraž. i razvoj, kn/hpremije, licence

ohC

a,sC

iC

Ukupno u trošku režije

ohC

Trošak po jedinici proizvoda

Materijali Alati

Velič. serije

oh

woctm C

t.LC

n1

nC

f1CmC

Količina proizvodnje

Rad, oprema, informacije, energija...

Troškovi materijala Cm, i masa m se uzimaju po jed.; f je udio odmetka f1

Cm m

Troškovi alata Ct se svode na broj komada u seriji, nnCt

Troškovi opreme Cc se ne svode samo na određeni proizvod. Oni se otpisuju s vremenom (amortizacija).Vrijeme otpisa: two. Proizvodnost kom/h.Faktor opterećenja opreme – iskoristivost opreme: L.

n

wo

ct.L

Cn1

Troškovi ljudi (overhead) doprinose troškovima/kom u jed. vremena i kao kod opreme, a ovise o proizvodnosti

ohCn n

Coh

Prednosti modela troškova

Rel

ativ

ni je

diničn

i tro

šak

Volumen (količina) proizvodnje

Dominira trošak alata

Dominiraju materijal i

trošak rada

Modeliranje troškova u CES-u

oh

woctm C

t.LC

n1

nC

f1CmC

Veličina serije n

Masa izratka m

Vrijeme otpisa opreme two

Faktor opterećenja opreme L

Ljudi ohC

Troškovi opreme Cc

Troškovi alata Ct

Proizvodnost

Specifično, parametri kod korisnika:

Karakteristike procesa

Dialog box for user defined parameters

n

Modeliranje troškova u CES-u

Batch SizeMaterial Cos t=1USD/kg, Com ponent Mass=1kg, Overhead Rate=88.26USD/hr,

1 100 10000 1e+006 1e+008

Cos

t Ind

ex (p

er u

nit)

(US

D)

10

100

1000

10000

100000

Metalna kokila

Batch SizeMaterial Cos t=1USD/kg, Com ponent Mass=1kg, Overhead Rate=88.26USD/hr,

1 10 100 1000 10000 100000 1e+006 1e+007 1e+008 1e+0

Cos

t Ind

ex (p

er u

nit)

(US

D)

10

100

Lijevanje u pijesak

Visoki troškovi alata = visoki jedinični troškovi kod malog broja

odljevaka

Niska proizvodnost = visoki troškovi kod velikih broja odljevaka

Values of user-defined parameters

UTJECAJ VELIČINE SERIJE NA NAČIN LIJEVANJAPRIMJER: KLIPNJAČA

Obrada odvajanjem česticaIz pune šipke

Precizno lijevanje +obrada odvajanjem čestica

broj komada

Sre

dnji

trošk

ovi/k

om, $

Spajanje: dizajn za spojivost (montažu)

Troškovi = suma troškova svih dijelova + trošak spajanja (montaže)

Spajanje doprinosi velikim troškovima

Dizajn za spojivost upućuje na ključna pitanja:

Koristi li se dio samo za učvršćenje ili za spajanje? Ako DA, tada je potrebno?

Giba li se u odnosu prema drugim dijelovima?

Mora li biti dio ili sklop od različitih materijala ? Ako NE, tada je potrebno?

Mora li biti prikladan za lako rastavljanje ili izmjenu?

Može li se promijeniti proces oblikovanja integriranjem dijelova?

Može li se promijeniti proces spajanja tako da omogući bržu montažu?

Ako DA, razmisliti o primjeni

Unit 4, Frame 4.9

Površinska obrada: ne previše inzistirati!

Svojstva koja se poboljšavaju:

Kemijska: korozijska postojanostMehanička: tvrdoća, otpornost trošenju, otpornost umoruToplinska: provođenje i izolacijaElektrična: provođenje i izolacijaEstetska: boja, reflektivnost, tekstura

Pretjerivanje znači povećavanje troškova uz ne prevelik porast vrijednosti

Ključno pitanje:

Je li bitna za funkciju i donosi li višu vrijednost?

Unit 4, Frame 4.10