Nagyolvasztó:
A nagyolvasztó szerkezete:
A nagyolvasztó tűzálló téglával bélelt kettős csonkakúp alakú, aknás kemence. Magassága eléri a 60 m-t is, belső átmérője 4-12m.
A kohó tűzálló samott-téglából készül. Kívülről acélköpeny fogja közre. Falazatába hűtő csőrendszert építenek, amelyben víz áramlik, így óvják a falazatot a túlzott felmelegedéstől. Még ilyen védelem mellett is átlagosan 5 évenként át kell építeni a nagyolvasztó falazatát.
Mivel a kohó szelvénye kör alakú, idomtéglából készítik, hogy a téglák közötti rés kicsi legyen. Minden sor tégláját betű – és számjellel látnak el pl.: A5 (akna 5. sora).
A nagyolvasztó fő szerkezeti részei:
- A torok az adagoló szerkezettel:
Az adagoláshoz előkészített anyagokkal (érc,koksz,salakképző) megrakott csilléket ferde pályájú felvonó szállítja a torokhoz. A torok kettős harangzárással működik, azért, hogy a kohóban keletkezett éghető torokgáz eltávozását adagolás közben is megakadályozza. Az adagot a tölcsérbe öntik. Innen a felső harang leengedésekor az alsó harangra hull. Amikor az alsó harangot lesüllyesztik, akkor kerül az adag a kohóba. Előbb azonban a felső harangot visszahúzzák, így a torokgáz nem illanhat fel.
- Akna:
Lefelé bővülő csonkakúp, a kohó magasságának majdnem 2/3-a. Az aknát külön lábazatokra építik, hogy a hatalmas súlya ne terhelje az alatta lévő építményt.
- Szénpoha:
Az aknához kapcsolódó rövid hengeres rész. A kohó legnagyobb átmérőjű része.
- Nyugvó:
Lefelé szűkülő csonkakúp. A lefele süllyedő adag sebessége lecsökken benne.
- Medence:
A nyugvó aljához csatlakozó hengeres rész, amelyben a folyékony vas és a felszínén úszó salak gyűlik össze. Két csapoló nyílás látható rajta. A felsőn a kisebb sűrűségű salakot, míg az alsón a nyersvasat csapolják le. Üzem közben a csapoló nyílásokat agyagdugók zárják le.
- Fenék:
3 m vastag tűzálló téglából készült tömb, mely megakadályozza, hogy a megolvadt vas a kohóból alul kitörhessen.
- Fúvósík:
A nagyolvasztó nyugvóterét körülvevő csőrendszer, amelyből 1-1.5 méterenként fúvókákon jut be a levegő a nyugvó alján a kohóba.
Acélok és gyártása:
Acélgyártás:
A tiszta vas kedvezőtlen tulajdonságai miatt nem alkalmas ipari felhasználásra. A nagyolvasztóban készült nyersvasat csak a legritkább esetben használják fel közvetlenül, mert nagy széntartalmánál fogva rideg és törékeny.
A jobb megértés kedvéért vizsgáljuk meg az öntöttvas főbb tulajdonságait:
Előnye: hígfolyós, a formát jól kitölti
Hátránya: kicsi a szilárdsága, nehezen hegeszthető, nem kovácsolható, sem hidegen sem melegen nem sajtolható, nem nyújtható.
Az ipar főleg olyan vasfajtát igényel, amely hidegen és melegen egyaránt jól alakítható és nagy szilárdságú. Ez a vasötvözet az acél, mely abban különbözik a nyersvastól, hogy 2%-nál kisebb a széntartalma és kovácsolható. Ugyanakkor kevesebb szennyező elemet is tartalmaz. A szennyező elemek a nagyolvasztóban lejátszódó kémiai folyamat során kerülnek a nyersvasba(Si,Mn,P,S). Az acélgyártás lényege tehát, hogy a nagy 4-6% széntartalmú nyersvasból sokkal kisebb 2% alatti széntartalmú vasötvözetet állítsunk elő, és ezzel egy időben csökkentsük a nyersvas szennyező elemeinek (Si,Mn,P,S) mennyiségét is. Ezt a folyamatot kohászati kifejezéssel frissítésnek nevezzük.
Az acélgyártás kémiai folyamata mindig magas hőmérsékleten a nyersvas olvadt állapotában végbemenő oxidációs folyamat. Az oxidációt a folyékony nyersvasba befúvatott levegő oxigénje, vagy a beadagolt rozsdás vas vas-oxid tartalma vagy a salak végzi el. A magas hőm. azért szükséges, mert csak így jöhet létre az oxidáció. Az oxidáció a nyersvasban lévő kémiai elemek oxigénhez való affinitásának sorrendjében következik be. Így sorrendben a Si,Mn, S és P ég ki. A foszfor és a kén eltávolítása feltétlenül szükséges – mivel ezek nagymértékben rontják az acél tulajdonságait – de az eltávolítás csak salakképző adagolásával lehetséges. Az acél tulajdonságainak megjavítása érdekében különböző ötvöző elemeket Cr,Ni,Co,Ti,V stb. adagolnak az acélhoz.
Acélok:
Az iparban felhasznált acélfajtákat különféle szempontok szerint csoportosíthatjuk.
1.,Gyártási eljárás szerint:
- szélfrissítéses acélgyártás
- Bessemer-eljárás
- Thomas-eljárás
- Siemens-Martin acálgyártás
- LD-eljárás
- Elektroacél-gyártás
- Villamos ív- (Heroult-) kemence
- Indukciós acélgyártó kemence
2.,Kémiai összetétel szerinti:
- szénacélok: A szénacélok mindig tartalmaznak egyéb kémiai elemeket is(Si,Mn,S,P), ha azonban ezeknek a mennyisége egy bizonyos százalékos értéket nem halad meg, akkor ötvözetlen szénacélokról beszélünk, ha ezt az értéket túllépi, már ötvözött acélnak nevezzük.
- ötvözött acélok
3., Felhasználás szerint:
-szerkezeti acélok: - ötvözetlen (C-tartalom 0,1-0,6%)
- ötvözött (ötvözőelemek mennyisége 5% felett)
- szerszámacélok: - ötvözetlen (C-tartalom 0,6-2%)
- ötvözött (ötvözők 5-20% között)
- különleges acélok (ötvözők 20% felett)
Szerkezeti acélok:
Ötvözetlen:
Így nevezzük azokat az acélokat, amelyeknek széntartalma 0,1-0,6%. A szerkezeti acélokat tartószerkezetek, gépalkatrészek készítésére használják. Hidegen és melegen egyaránt megmunkálhatóak. Szabványosan betűjelük szerint csoportosítva, az A és C jelűeket említjük meg közülük.
Az A jelűek előírt szilárdságú ötvözetlen szénacélok. A sorozat első tagja A00, ahol az A betű acélt jelent, a 00 azt jelenti, hogy a szakítószilárdság nincs előírva. Ezt az acélt csal alárendeltebb célra lehet felhasználni.
Az A sorozat további tagjai: A 34,A 42, A 50, A 60, A 70 előírt szilárdságú acélok. A szám a legkisebb szakítószilárdságot jelenti pl. A 42 esetén a szakítószilárdság legkisebb értéke 4,2*108 N/m2 lehet.
Az A 60 és A 70-nek már olyan nagy a szakítószilárdsága, hogy a szerszámacélok közé is lehetne sorolni őket.
A C jelű acéloknál nem a szilárdság, hanem a széntartalom van előírva. Jelükben a szám az előírt széntartalom százalékos értékének százszorosa.
A legkisebb széntartalmúak betétből edzhetőek, a nagyobb széntartalmúak nemesíthetők. Például a C 10 jelű acél széntartalma 0,1% betétedzésű, míg a C 60 jelű 0,6/ széntartalom mellett nemesíthető.
(Betétedzhető acél széntartalma: 0,1-0,2% míg a nemesíthető acél széntartalma: 0,3-0,6%)
Az acélban előforduló két szennyező elem a kén és a foszfor. Ezek az elemek a kovácsolhatóságot és hőkezelhetőséget nagymértékben rontják, ezért megengedhető mennyiségüket előírják. A C jelű acélokban legnagyobb értékük egyenként 0,05%, míg együttes értékük maximálisan 0,09% lehet. Ha még szigorúbb az előírás, még ezt a mennyiséget sem érhetik el. Jelölésük C 10 k, C 20 k stb. Ezen acéloknál a kén foszfortartalom csak 0,07% lehet.
Ötvözetlen szerszámacélok:
Ezek széntartalma már 0,6%-nál nagyobb, így edzhetőek. A szerszámacélokat szabványsorozatát S betűvel jelölik. A sorozat S 7, S 8, S 10, S 11, S 13. A betűk utáni számok az acél százalékos széntartalmát jelzik a százalék tízszeres értékben.
Felhasználási területüket az alábbi összeállítás mutatja: (ez csak tájékozató jellegű)
C=0,35-0,50% balták,csavarhúzók,faipari szerszámok
C=0,45-0,65% csavarkulcsok,mezőgazdasági szerszámok
C=0,60-0,75% vésők,vágók,lyukasztók
C=0,70-0,80% forgácsoló szerszámok
C=0,80-1,05% alakos marók
C=1,05-1,20% dörzsárak
C=1,20-1,30 reszelők
Ötvözött:
Az ötvöző elemek hatása az acél tulajdonságaira:
Az acélok tulajdonságait hőkezeléssel tág határok között lehet változtatni. Az ötvözés egyik célja, hogy a szénacéloknál alkalmazott hőkezelési eljárások minél megfelelőbb eredményt adjanak. Ötvözéssel kemény,kopásálló,hőálló és saválló acélokat állítanak elő. Megváltoztathatóak az acél mágneses tulajdonságai, kedvezően befolyásolható melegalakíthatósága, rugalmassága és forgácsolása.
Ötvöző anyagok:
- Mangán (Mn): A mangánt csak akkor tekintjük ötvöző elemnek, ha mennyisége 0,8% felett van. A mangán elősegíti az acél átedzhetőségét, így nemcsak vízben, hanem enyhébb hűtőhatású közegben (olaj) is edzhető lesz. A mangánacélokat főként szerkezeti acélként használják, olyan helyeken, ahol igen erős kopásnak van kitéve az alkatrész és ütésszerű erőhatások érik.
- Nikkel (Ni): A nikkel hatása nagyon hasonlít a mangán hatásához. A szilárdságnövelés mellett jelentős az a hatása, hogy 20%-nál nagyobb mennyiség esetén rozsdaállóvá teszi az acélt. Ezért a nikkelacélok fő felhasználási területe a vegyi berendezések gyártása.
- Króm (Cr): A króm elősegíti az acél átedzhetőségét, a külső kemény, kopásálló réteg mellett szívós belső mag keletkezik. Előnyösen használható fogaskerekek, tengelyek készítésére.
- Króm-nikkel (Cr-Ni): Szívesen alkalmazzák a két ötvöző elemet együttesen, mert a nikkel szemcsefinomító hatása nagy szilárdságot, míg a króm kopásállóságot kölcsönöz az acélnak. A nagy Cr-Ni-tartalmú acélok magasabb hőfokon is rozsdaállók, ezért hőálló acélnak nevezzük.
- Króm-molibdén (Cr-Mo)
- Króm-vanádium (Cr-V)
Lemezalakítás:
A forgácsolás nélkül alakító eljárások jelentősége az utóbbi évtizedekben kiemelkedően növekedett és a forgácsolás nélkül alakító technológiák mind nagyobb teret foglalnak el az alkatrészgyártásban. Jelentőségük abban van, hogy a tervezett alkatrész alakját és méretét igen kis anyagveszteséggel lehet elérni más eljárásokhoz képest, kisebb energiabefektetés árán.
Forgácsolás nélküli alakítások osztályozása, csoportba sorolása:
1. alakítás során alkalmazott hőmérséklet (meleg-, félmeleg-,hidegalakítás)
2. megmunkálás jellege (anyagszétválasztás és képlékeny alakítás)
Mi most a megmunkálás jellege szerint foglalkozunk a forgács nélküli alakításokkal.
Anyagszétválasztás:
Az anyagszétválasztó eljárások alkalmazása során az anyag megszakításával( pl. lemeztábla darabolásával) hozzuk létre az előírt méretű és alakú terméket.
Anyagszétválasztás történhet kivágással illetve lyukasztással. Kivágáskor a lemezsávból kieső rész lesz a munkadarab, a sávmaradék pedig a hulladék, lyukasztáskor viszont a lemezsávból vagy a már kivágott munkadarabból kieső rész lesz a hulladék.
A nyíróerő meghatározása:
F= s*l*tny , A=s*l a nyírt felület
A nyírószilárdságot az anyag Rm szakítószilárdságból számíthatjuk:
tny = 0,8* Rm
A valóságos maximális erő:
Fmax=(1,1…1,3) l*s*tny
Közepes kivágó erő:
Fköz= c*Fmax , c-korrekciós tényező ,értéke c=0,3…0,75 közötti, amely függ a lemez anyagának minőségétől és az alkalmazott vágóréstől.
A kivágás munkaszükséglete:
W=c*Fmax*s Nm, ha s értéke m-ben van
W=c*Fmax*s*10-3 Nmm, ha s értéke mm-ben van
Szükséges gépteljesítmény elvileg:
P= f*(Wn/h) kW, ahol f=1,1..1,4 korrekciós tényező
Optimális vágórés:
zopt=m*s
ahol az m értéke:
- lágyacél vágásához: 0,04…0,05
- kemény acél vágásához: 0,06
- alumínium vágásához: 0,08…0,1
Szakirodalom szerint két vágórés van aszerint, hogy a legkisebb erő- és munkaszükségletre vagy a legjobb minőségű felületre van-e szükség.
A közölt összefüggések a következők:
Ha s <=3 mm, akkor z=c*s*gyök(tny ) mm Ha s >= 3mm, akkor z=(1,5*c*s-0,015)-0,32**gyök(tny ) mm
A c tényező értéke a legjobb felületre törekvés esetén: 0,005; a legkisebb erőre törekvés esetén pedig c= 0,035; tny az anyag szakítószilárdsága.
További ajánlások a szakirodalom szerint:
Ha s<= 4mm, akkor z=(1/120)*s*gyök(tny /10) Ha s>= 4mm, akkor z=(1/160)*s*gyök(tny /10)
tny N/mm2
Ebben az estben a vágólapáttörés nem merőleges a felületre; a=10°…30° -os aládolgozással készül.
Ha a vágólapáttörés hengeres, majd aládolgozott:
s<= 4mm, akkor z=(1/75)*s*gyök(tny /10) s>= 4mm, akkor z=(1/100)*s*gyök(tny /10)
A kivágás és a lyukasztás szerszámai:
A kivágó- és lyukasztószerszámok helyes működésének alapvető feltétele, hogy a bélyeg és a vágólap egymáshoz képest a kivágás során mindig meghatározott helyzetben legyen. A vágórésnek a kivágás során nem szabad megváltoztatni. Ennek biztosítására az aktív elemek( bélyeg és a vágólap ) összevezetéséről kell gondoskodni. A bélyeget és a vágólapot a sajtológép nyomószánszerkezete vezeti össze. Ez a megoldás – különösen ha a munkadarab szemben támasztott pontossági és felületi igények nagyok – nem megfelelő. Ebben az esteben az aktív elemek egymáshoz viszonyított helyzetét, a szerszámelemek összevezetését magában a szerszámban kell megoldani( leggyakoribbak a vezetőlapos és a vezetőoszlopos szerszámmegoldások).
A kivágó- és lyukasztószerszámok működése:
- egyszeres működésű szerszámot, amelyben csak egyetlen bélyeg végez anyagszétválasztó feladatot (pl. kivág vagy csak lyukaszt)
- többszörös működésű szerszámot, amelyben több önálló anyagszétválasztás zajlik egyazon munkadarab kialakítása érdekében, pl. a legegyszerűbb, amikor lyukasztás és kivágás az elvégezendő feladat.
A többszörös működésű szerszámok két alapvető típusa az együttes (blokk-) és a sorozatszerszám.
Az együttes szerszámra jellemző, hogy a bélyegek egyszerre hatnak az adott munkadarab-területre( a lyukasztó- és kivágóbélyeg) szinte egy tömbben, egy blokkban működik, míg a sorozatszerszámnál a bélyegek elosztása egymás utáni, ezért külön-külön működnek két vagy több munkadarab-területen, és a lemezsáv továbbhaladásával alakul ki a kész munkadarab. Az egyes vágási felületek egymáshoz viszonyított helyzete függ a lemezsáv-adagolás (ütköztetés) pontosságától.
Törőerő nagysága:
Fk= (p2*E*I)/(l2) I=(D4*p)/64 (kör keresztmetszet esetén)
Ahol Fk - a kihajláskor fellépő erő N;
E – a rugalmassági modulus, általában 215 000 N/mm2;
I – az inercianyomaték mm4;
D – bélyegátmérő
Formulát átrendezve az lmax meghatározható: (lmax – bélyeg maximális hossza)
lmax= gyök((p2*E*I)/(F))
ahol F erőkén értelemszerűen az Fmax vágóerőt kell figyelembe venni.
Képlékeny alakítás:
A képlékeny alakító technológiák az anyag alakíthatóságát használja ki. Képlékenyek vagy alakíthatók azok a fémek, amelyeknek alakját megfelelő igénybevétellel az anyagi összefüggés megszakítása – vagyis törés,repedés nélkül – jelentékeny mértékben maradóan változtatjuk.
A fémek alakíthatósága, képlékenysége abból adódik, hogy megfelelő nagyságú erő hatására a fémkristályok egyes részei egymáshoz képest elcsúszhatnak anélkül, hogy megszűnne a kristály egysége.
A kristályosodás során kialakult kristályok alakja eltér az illető fémre jellemző elemi cella alakjától, ezért ezeket a kristályokat megkülönböztetésül krisztallitoknak, a krisztallitokat elválasztó rendezetlen határfelületeket pedig kristály- vagy szemcsehatároknak nevezzük.
Az egyes krisztallitokon belüli elemi cellák nem tökéletesek, a rácsban rácshibák, rácsrendezetlenségek lehetnek. A rácshiba jelenléte alapvetően befolyásolja a fémek fizikai, mechanikai és technológiai tulajdonágait.
A rácshibák kiterjedésük alapján három csoportba sorolják:
- ponthibák (vakanciák)
- vonalszerű hibák (diszlokációk)
- felületi hibák (rétegződési hibák)
Ponthibáról akkor beszélünk, ha a kristály egyes rácspontjaiban atomhiány van vagy ott idegen atom foglal helyet.
Diszlokáció: Tipikus formája az éldiszlokáció. Az éldiszlokáció származtatható a tökéletes kristályrács valamely csúszósíkján bekövetkező részleges csúszásból.
Felületszerű hibák nagy része a szemcsehatárok találkozásánál keletkezik.
Azt a feszültséget, amelynek hatására a krisztallitok nagy része képlékenyen változtatja az alakját és a próbatesten makroszkóposan is észlelhető is észlelhető a maradó alakváltozás, folyáshatárnak nevezzük.
A sokkristályos fémek rendezetlen helyzetű krisztallitjai tehát a maradó deformáció hatására az alakváltozás irányában elnyúlnak és rendeződnek. A krisztallitok ilyenfajta rendezettségét alakítási textúrána nevezzük.
A textúra kialakításának legfontosabb következménye a mechanikai tulajdonságok anizotrópiája. A mechanikai tulajdonságok anizotrópiája azt jelenti, hogy az alakított anyag szakítószilárdsága, folyáshatára, nyúlása nem azonos az alakítás (pl. hengerlés) irányában és az arra merőleges keresztirányban, mert érvényesül a kristályok anizotrópiája.
A képlékeny alakítás hatására megváltozott mechanikai tulajdonságok meghatározott hőmérsékleten való izzítással ismét visszaállíthatók az eredeti értékükre.
A tm hőmérséklet az újrakristályosodás vagy más néven rekrisztallizáció hőmérsékletének nevezzük. Ezen a hőmérsékleten indul meg a fém kilágyulása. A tm…tr hőközen lezajlik az újrakristályosodás.
A rekrisztallizáció vagy újrakristályosodás tehát olyan folyamat, amelynek során az alakításkor létrejött szerkezet teljesen megszűnik, és a nyújtott krisztallitok helyén poligonális (sokszögű) szerkezetű új krisztallitok keletkeznek, amelynek mérete függ az alakítás mértékétől.
Hajlítás:
A legtöbb esetben az előgyártmányt anyagszétválasztással állítjuk elő, majd ezt követi az egyszerű vagy az összetett hajlítás. Az összetett hajlítás legtöbbször egyszerű hajlítások sorozata.
Semleges réteg sugara:
r/s> 5 - vékony lemeznél:
r0= r + s/2
r/s<5-nél>
r0= gyök(R*r)
fajlagos nyúlás:
e= (l1-l0)/l0
ahol l0 - semleges szál hossza
l1 – külső húzott réteg
Az anyag visszarugózása hajlításkor:
Képlékeny hajlításkor a munkadarab rugalmas alakváltozást szenved, és emiatt az igénybevétel megszűnése után visszarugózik, a hajlítás szöge megnő. A lemez rugózásán azt a jelenséget értjük, hogy a szerszámból kivett, hajlított lemeznek az eredeti egyeneshez viszonyított hajlítási szöge a szerszámban kialakítotthoz képest csökken (a2 <>
Oka, hogy a semleges réteg környezetében az alakváltozás rugalmas, és az igénybevétel megszüntetésével a rugalmas alakváltozás is megszűnik.
A rugózás szöge: a1 - a2 = b
A rugózás figyelembevételével a V alakú szerszámot úgy kell méretezni, hogy szöge a hajlítási szögnél a b rugózási szöggel kisebb legyen. Előírjuk tehát az a2 rugózás utáni szöget és az r2 hajlítási sugarat. A hajlítómatrica szögét 180°-a1 –re kell méretezni.
Meg kell határozni a1 szöget és a hajlítóbélyeg
r1=r2*((180°-a1 )/(180°-a2 ))
Kiindulási lemezméret meghatározása:
A kiinduló lemez hosszúsága a hajlított lemez semleges rétegének a hosszúsága. Ismerve a semleges réteg helyét, a hosszúságot számítani tudjuk.
A kiinduló lemezhosszúság meghatározásához a hajlított alkatrész egyenesekből és körívekből álló szakaszokra bontjuk. Meghatározzunk a hajlított szakaszon a semleges réteg
r0=gyök(R*r)
sugarát, és így a kiinduló lemezméretet:
L=l1+l2+l3+l4+l5=l1+r10*((pa1)/180)+l3+r20*((pa2)/180)+l5
Kis sugarú r<0,5*s r="0">
V=A*s=V1=A1*1
Ahol V a kiinduló lemez térfogata, mm3
A a hosszmetszetének terület, mm2
V1 a hajlított lemez térfogata,
A1 a hosszmetszet területe,
s kiinduló lemezvastagsága, mm
s1 a hajlított lemez vastagsága, mm
Mélyhúzás:
A mélyhúzás az a képlékeny lemezalakító művelet, amellyel sík lemezből egyik végén zárt, a másik végén nyitott üreges testet állítunk elő. A sík lemez alakja és méretei az előállítandó üreges test alakjától és méretétől függenek.
A legegyszerűbb mélyhúzó szerszám két aktív eleme:-húzóbélyeg
-húzógyűrű
A húzóbélyeg a sík lemezt húzógyűrűbe nyomja, és ezáltal üreges testet alakít. A mélyhúzással alakított üreges test tetszőleges keresztmetszetű lehet.
Kör keresztmetszetű üreges testet Dt átmérőjű, s vastagságú kör alakú lemezből húzunk. Az üreges test belső átmérője egyenlő a húzóbélyeg d átmérőjével, külső átmérője egyenlő a húzógyűrű d1 átmérőjével. Ebből következik, hogy a gyűrű átmérője kétszeres lemezvastagsággal nagyobb, mint a bélyeg átmérője, így d1= d+2s. A gyűrű és a bélyeg átmérője különbségének fele a húzórés, első megközelítésben.
z= (d1-d)/2= =(d+2s-d)/2= s
tehát megegyezik a lemezvastagsággal.
Ráncosodás:
A körgyűrű külső mérete nagyobb, mint ami a palást alakításához szükséges. A többlet anyagot az ábrán vonalkázással jelölünk. Miközben a mélyhúzó tárcsa Dt átmérője fokozatosan d átmérőre csökken, az anyagtöbblet összetorlódva, a paláston gyűrődést, ráncosodást okoz. Mivel a húzott üreges testen ráncok nem lehetnek, a ráncosodást meg kell akadályozni.
A ráncosodást ráncgátlóval akadályozzuk meg. A ráncgátló gyűrű alakú szerszámelem, amely a lemezt – még mielőtt a bélyeg benyomná – olyan nagy erővel szorítja a húzógyűrűre, hogy ne gyűrődjön, ne ráncosodjon.
Dt/s<40
akkor a lemez nem ráncosodik, ráncgátlóra nincs szükség. A gyakorlatban a biztonság miatt a Dt/s=35 értéket nem szokás túllépni. Ez a ráncgátló nélküli mélyhúzás feltétele.
A húzások számának meghatározása:
A húzások száma legegyszerűbben a húzási tényező, másképpen húzási fokozat vagy annak reciproka, a húzási viszony segítségével határozható meg.
A húzási tényező a húzás utáni és a húzás előtti átmérők hányados. Első húzáskor Dt átmérőjű mélyhúzólemezből d átmérőjű üreges test lesz, a húzási tényező
m=d1/Dt
további húzáskor a d átmérő d1..d2..dn-re csökken, a húzási tényező
m1=d2/d1=….=dn/dn-1
Kiinduló lemezméret meghatározása:
A kiinduló anyagmennyiség mélyhúzáskor a teríték, amelyből kialakítható a termék.
A terítékmeghatározás alapelve a térfogat-állandóság, amelynek alapján feltételezzük, hogy a mélyhúzás során az anyag térfogata nem változik.
Ha feltételezzük a térfogat-állandóságot, akkor V=V0
sk/s=a a nyúlási tényező
Ha sk/s=1, akkor nincs falvastagság-változás, akkor A=A0 , tehát a feladat visszavezethető a felületállandóságra.
Melegalakítás:
A melegalakítás fogalmának igen tág határok közé való kiterjesztésével, az iparban jelentős szerepet játszó technológiák közül több sorolható ebbe a csoportba. Ezekből mi csak a kovácsolással, hengerléssel és a csőgyártással foglalkoztunk.
A képlékeny alakítások általános jellemzője az, hogy a szükséges ráhagyások figyelembevételével megállapított térfogatú anyagból kiindulva, az anyag képlékeny alakíthatóságát kihasználva, minimális anyagveszteséggel alakítjuk ki az alkatrészt.
Kovácsolás:
A képlékeny alakítás során az alakító erő hatására deformálódó krisztallitok megfelelő mértékű alakváltozás estén szálas szerkezetet alkotnak. A gyártmány tulajdonságai szálirányban jobbak, mint a többi irányban. Ennek megfelelően a kovácsolásnak igen fontos feladata a helyes szálelrendeződés kialakítása. Kovácsolás alapvető kritériuma a képlékeny alakíthatóság. A gyakorlatilag használatos képlékeny alakítható fémek és ötvözetek alakítási szilárdsága a hőmérséklet növekedésével igen erősen csökken, ezért az alakítás erőszükséglete is jóval kisebb lesz melegalakításkor. Ezzel szemben hátrányként kell megemlíteni azt, hogy a melegalakítás hőmérsékletén a fémek és ötvözetek egy része felületen oxidálódik(pl. acél revésedik) ezen kívül olyan szerszámot kell alkalmaznunk, amelyek a kovácsolás magas hőmérsékletén is megfelelő szilárdsággal, hőállósággal és kopásállósággal rendelkezik.
Kovácsolásnak két fő csoportja van: - kézi : - szabadalakító
- gépi : - süllyesztékes (munkadarab alakját a szerszám alakja határozza meg)
- szabadalakító (nyitott szerszámfelek között)
Szabadalakító kovácsolás:
A kovácsolás során végezhetjük az alakítást ütésekkel vagy nyomással úgy, hogy a munkadarabnak a szerszámmal nem érintkező részei szabadon alakulhatnak az alakító erőtől függően. Ezt az eljárást szabadalakításnak nevezzük.
A szabadalakító kovácsolás leggyakoribb művelete a nyújtás,melynek során a munkadarab keresztmetszete csökken, a hossza pedig növekszik. A nyújtás nemcsak a megfelelő szemcsefinomság biztosítására szolgál, hanem a szálas szövetszerkezet kialakítását is eredményezi. Nyújtáskor az acél szemcséi a nyújtás irányában megnyúlnak és a darab hossztengelye irányában igyekszik rendeződni.
Zömítés:
Zömítéssel a munkadarab magasságának csökkentésével az átmérőt akarjuk növelni.
Süllyesztékes kovácsolás:
Süllyesztékes kovácsolás, amely ma már a korszerű előgyártó tömeggyártás technológiája. Nagy méretpontosságú, jó felületi minőségű, igen változatos alakú és méretű munkadarabokat állíthatunk elő vele. Süllyesztékes kovácsoláson azt a kovácsolási műveletet értjük, amikor a képlékenyen alakítható anyagot a munkadarab alakjának megfelelő üreges szerszámban ütéssel vagy nyomással alakítjuk. Az üreges szerszámot süllyesztéknek nevezzük. Az alakítóerő hatására az anyag a rendelkezésre álló teret (süllyesztéket) kitölti. A kiinduló anyagot a kész darab térfogatánál nagyobbra szabjuk, az anyagfelesleg a két süllyesztékfél közötti hézagban, az úgynevezett sorjacsatornába áramlik. A szükségszerűen a keletkezett sorját természetesen le kell vágni a munkadarabról. A sorjázást a sorjázószerszámban végezzük.
Hengerlés:
Hengerléssel legelterjetebben az acélt alakítják, de a réz és rézötvözetek, az alumínium és ötvözetei, ritkább egyéb ötvözetek is hengerelhetők. Az acél 0,05…0,8% széntartalomig jól hengerelhető, nagyobb széntartalom esetén csak korlátozottan. A hideg lemez- és szalaggyártás kivételével az acélt izzó állapotban hengerlik, 1250 °C körüli hőmérsékleten.
Hengerléskor a képlékeny anyag keresztmetszete az egymással szemben forgó hengerek között áthaladva csökken, hossza pedig nő.
Sima vagy alakos (üreges) hengerek között hengerelhetünk. A hengerléskor fellépő súrlódó erő húzza be az alakítandó darabot a hengerek közé, majd a hengerrésben, vagy üregben lezajlik a tényleges alakítás.
A hengereket hengerállványban helyezik el. A kéthengeres, duó hengerjáratra jellemző hengerállványt láthatunk az ábrán.
A hengerek lehetnek sima, vagy üreges ú.n. kaliberhengerek. Sima hengerekkel lemezt kaliberhengerekkel pedig alakos szelvényeket hengerelhetünk.
A kívánt alakot és méretet több, egymást követő áteresztéssel, alakító szúrással érjük el. Egy-egy szúrással az alakítás mértéke – sok körülménytől függően – 10…50%-os , kivételes esetekben ezektől eltérő mértékű is lehet.
A quatro-hengerjáratokat mind meleg- mind hideghengerlésre alkalmazzák. Előnye, hogy viszonylag kis átmérőjű munkahengerek alkalmazását teszi lehetővé, amely körülmény különösen hidegalakítás esetén fontos.
Vékony szalagok pontos méretre való hideghengerlésre alkalmazzák a sokhengeres hengerjáratokat. Ezek a hengerjáratok izotópos vastagságmérővel vannak ellátva, mely mérő es szabályozó eszközként működik, így a beállított vastagságtól való eltérés esetén utánállítja a hengerlést.
A nagyolvasztó szerkezete:
A nagyolvasztó tűzálló téglával bélelt kettős csonkakúp alakú, aknás kemence. Magassága eléri a 60 m-t is, belső átmérője 4-12m.
A kohó tűzálló samott-téglából készül. Kívülről acélköpeny fogja közre. Falazatába hűtő csőrendszert építenek, amelyben víz áramlik, így óvják a falazatot a túlzott felmelegedéstől. Még ilyen védelem mellett is átlagosan 5 évenként át kell építeni a nagyolvasztó falazatát.
Mivel a kohó szelvénye kör alakú, idomtéglából készítik, hogy a téglák közötti rés kicsi legyen. Minden sor tégláját betű – és számjellel látnak el pl.: A5 (akna 5. sora).
A nagyolvasztó fő szerkezeti részei:
- A torok az adagoló szerkezettel:
Az adagoláshoz előkészített anyagokkal (érc,koksz,salakképző) megrakott csilléket ferde pályájú felvonó szállítja a torokhoz. A torok kettős harangzárással működik, azért, hogy a kohóban keletkezett éghető torokgáz eltávozását adagolás közben is megakadályozza. Az adagot a tölcsérbe öntik. Innen a felső harang leengedésekor az alsó harangra hull. Amikor az alsó harangot lesüllyesztik, akkor kerül az adag a kohóba. Előbb azonban a felső harangot visszahúzzák, így a torokgáz nem illanhat fel.
- Akna:
Lefelé bővülő csonkakúp, a kohó magasságának majdnem 2/3-a. Az aknát külön lábazatokra építik, hogy a hatalmas súlya ne terhelje az alatta lévő építményt.
- Szénpoha:
Az aknához kapcsolódó rövid hengeres rész. A kohó legnagyobb átmérőjű része.
- Nyugvó:
Lefelé szűkülő csonkakúp. A lefele süllyedő adag sebessége lecsökken benne.
- Medence:
A nyugvó aljához csatlakozó hengeres rész, amelyben a folyékony vas és a felszínén úszó salak gyűlik össze. Két csapoló nyílás látható rajta. A felsőn a kisebb sűrűségű salakot, míg az alsón a nyersvasat csapolják le. Üzem közben a csapoló nyílásokat agyagdugók zárják le.
- Fenék:
3 m vastag tűzálló téglából készült tömb, mely megakadályozza, hogy a megolvadt vas a kohóból alul kitörhessen.
- Fúvósík:
A nagyolvasztó nyugvóterét körülvevő csőrendszer, amelyből 1-1.5 méterenként fúvókákon jut be a levegő a nyugvó alján a kohóba.
Acélok és gyártása:
Acélgyártás:
A tiszta vas kedvezőtlen tulajdonságai miatt nem alkalmas ipari felhasználásra. A nagyolvasztóban készült nyersvasat csak a legritkább esetben használják fel közvetlenül, mert nagy széntartalmánál fogva rideg és törékeny.
A jobb megértés kedvéért vizsgáljuk meg az öntöttvas főbb tulajdonságait:
Előnye: hígfolyós, a formát jól kitölti
Hátránya: kicsi a szilárdsága, nehezen hegeszthető, nem kovácsolható, sem hidegen sem melegen nem sajtolható, nem nyújtható.
Az ipar főleg olyan vasfajtát igényel, amely hidegen és melegen egyaránt jól alakítható és nagy szilárdságú. Ez a vasötvözet az acél, mely abban különbözik a nyersvastól, hogy 2%-nál kisebb a széntartalma és kovácsolható. Ugyanakkor kevesebb szennyező elemet is tartalmaz. A szennyező elemek a nagyolvasztóban lejátszódó kémiai folyamat során kerülnek a nyersvasba(Si,Mn,P,S). Az acélgyártás lényege tehát, hogy a nagy 4-6% széntartalmú nyersvasból sokkal kisebb 2% alatti széntartalmú vasötvözetet állítsunk elő, és ezzel egy időben csökkentsük a nyersvas szennyező elemeinek (Si,Mn,P,S) mennyiségét is. Ezt a folyamatot kohászati kifejezéssel frissítésnek nevezzük.
Az acélgyártás kémiai folyamata mindig magas hőmérsékleten a nyersvas olvadt állapotában végbemenő oxidációs folyamat. Az oxidációt a folyékony nyersvasba befúvatott levegő oxigénje, vagy a beadagolt rozsdás vas vas-oxid tartalma vagy a salak végzi el. A magas hőm. azért szükséges, mert csak így jöhet létre az oxidáció. Az oxidáció a nyersvasban lévő kémiai elemek oxigénhez való affinitásának sorrendjében következik be. Így sorrendben a Si,Mn, S és P ég ki. A foszfor és a kén eltávolítása feltétlenül szükséges – mivel ezek nagymértékben rontják az acél tulajdonságait – de az eltávolítás csak salakképző adagolásával lehetséges. Az acél tulajdonságainak megjavítása érdekében különböző ötvöző elemeket Cr,Ni,Co,Ti,V stb. adagolnak az acélhoz.
Acélok:
Az iparban felhasznált acélfajtákat különféle szempontok szerint csoportosíthatjuk.
1.,Gyártási eljárás szerint:
- szélfrissítéses acélgyártás
- Bessemer-eljárás
- Thomas-eljárás
- Siemens-Martin acálgyártás
- LD-eljárás
- Elektroacél-gyártás
- Villamos ív- (Heroult-) kemence
- Indukciós acélgyártó kemence
2.,Kémiai összetétel szerinti:
- szénacélok: A szénacélok mindig tartalmaznak egyéb kémiai elemeket is(Si,Mn,S,P), ha azonban ezeknek a mennyisége egy bizonyos százalékos értéket nem halad meg, akkor ötvözetlen szénacélokról beszélünk, ha ezt az értéket túllépi, már ötvözött acélnak nevezzük.
- ötvözött acélok
3., Felhasználás szerint:
-szerkezeti acélok: - ötvözetlen (C-tartalom 0,1-0,6%)
- ötvözött (ötvözőelemek mennyisége 5% felett)
- szerszámacélok: - ötvözetlen (C-tartalom 0,6-2%)
- ötvözött (ötvözők 5-20% között)
- különleges acélok (ötvözők 20% felett)
Szerkezeti acélok:
Ötvözetlen:
Így nevezzük azokat az acélokat, amelyeknek széntartalma 0,1-0,6%. A szerkezeti acélokat tartószerkezetek, gépalkatrészek készítésére használják. Hidegen és melegen egyaránt megmunkálhatóak. Szabványosan betűjelük szerint csoportosítva, az A és C jelűeket említjük meg közülük.
Az A jelűek előírt szilárdságú ötvözetlen szénacélok. A sorozat első tagja A00, ahol az A betű acélt jelent, a 00 azt jelenti, hogy a szakítószilárdság nincs előírva. Ezt az acélt csal alárendeltebb célra lehet felhasználni.
Az A sorozat további tagjai: A 34,A 42, A 50, A 60, A 70 előírt szilárdságú acélok. A szám a legkisebb szakítószilárdságot jelenti pl. A 42 esetén a szakítószilárdság legkisebb értéke 4,2*108 N/m2 lehet.
Az A 60 és A 70-nek már olyan nagy a szakítószilárdsága, hogy a szerszámacélok közé is lehetne sorolni őket.
A C jelű acéloknál nem a szilárdság, hanem a széntartalom van előírva. Jelükben a szám az előírt széntartalom százalékos értékének százszorosa.
A legkisebb széntartalmúak betétből edzhetőek, a nagyobb széntartalmúak nemesíthetők. Például a C 10 jelű acél széntartalma 0,1% betétedzésű, míg a C 60 jelű 0,6/ széntartalom mellett nemesíthető.
(Betétedzhető acél széntartalma: 0,1-0,2% míg a nemesíthető acél széntartalma: 0,3-0,6%)
Az acélban előforduló két szennyező elem a kén és a foszfor. Ezek az elemek a kovácsolhatóságot és hőkezelhetőséget nagymértékben rontják, ezért megengedhető mennyiségüket előírják. A C jelű acélokban legnagyobb értékük egyenként 0,05%, míg együttes értékük maximálisan 0,09% lehet. Ha még szigorúbb az előírás, még ezt a mennyiséget sem érhetik el. Jelölésük C 10 k, C 20 k stb. Ezen acéloknál a kén foszfortartalom csak 0,07% lehet.
Ötvözetlen szerszámacélok:
Ezek széntartalma már 0,6%-nál nagyobb, így edzhetőek. A szerszámacélokat szabványsorozatát S betűvel jelölik. A sorozat S 7, S 8, S 10, S 11, S 13. A betűk utáni számok az acél százalékos széntartalmát jelzik a százalék tízszeres értékben.
Felhasználási területüket az alábbi összeállítás mutatja: (ez csak tájékozató jellegű)
C=0,35-0,50% balták,csavarhúzók,faipari szerszámok
C=0,45-0,65% csavarkulcsok,mezőgazdasági szerszámok
C=0,60-0,75% vésők,vágók,lyukasztók
C=0,70-0,80% forgácsoló szerszámok
C=0,80-1,05% alakos marók
C=1,05-1,20% dörzsárak
C=1,20-1,30 reszelők
Ötvözött:
Az ötvöző elemek hatása az acél tulajdonságaira:
Az acélok tulajdonságait hőkezeléssel tág határok között lehet változtatni. Az ötvözés egyik célja, hogy a szénacéloknál alkalmazott hőkezelési eljárások minél megfelelőbb eredményt adjanak. Ötvözéssel kemény,kopásálló,hőálló és saválló acélokat állítanak elő. Megváltoztathatóak az acél mágneses tulajdonságai, kedvezően befolyásolható melegalakíthatósága, rugalmassága és forgácsolása.
Ötvöző anyagok:
- Mangán (Mn): A mangánt csak akkor tekintjük ötvöző elemnek, ha mennyisége 0,8% felett van. A mangán elősegíti az acél átedzhetőségét, így nemcsak vízben, hanem enyhébb hűtőhatású közegben (olaj) is edzhető lesz. A mangánacélokat főként szerkezeti acélként használják, olyan helyeken, ahol igen erős kopásnak van kitéve az alkatrész és ütésszerű erőhatások érik.
- Nikkel (Ni): A nikkel hatása nagyon hasonlít a mangán hatásához. A szilárdságnövelés mellett jelentős az a hatása, hogy 20%-nál nagyobb mennyiség esetén rozsdaállóvá teszi az acélt. Ezért a nikkelacélok fő felhasználási területe a vegyi berendezések gyártása.
- Króm (Cr): A króm elősegíti az acél átedzhetőségét, a külső kemény, kopásálló réteg mellett szívós belső mag keletkezik. Előnyösen használható fogaskerekek, tengelyek készítésére.
- Króm-nikkel (Cr-Ni): Szívesen alkalmazzák a két ötvöző elemet együttesen, mert a nikkel szemcsefinomító hatása nagy szilárdságot, míg a króm kopásállóságot kölcsönöz az acélnak. A nagy Cr-Ni-tartalmú acélok magasabb hőfokon is rozsdaállók, ezért hőálló acélnak nevezzük.
- Króm-molibdén (Cr-Mo)
- Króm-vanádium (Cr-V)
Lemezalakítás:
A forgácsolás nélkül alakító eljárások jelentősége az utóbbi évtizedekben kiemelkedően növekedett és a forgácsolás nélkül alakító technológiák mind nagyobb teret foglalnak el az alkatrészgyártásban. Jelentőségük abban van, hogy a tervezett alkatrész alakját és méretét igen kis anyagveszteséggel lehet elérni más eljárásokhoz képest, kisebb energiabefektetés árán.
Forgácsolás nélküli alakítások osztályozása, csoportba sorolása:
1. alakítás során alkalmazott hőmérséklet (meleg-, félmeleg-,hidegalakítás)
2. megmunkálás jellege (anyagszétválasztás és képlékeny alakítás)
Mi most a megmunkálás jellege szerint foglalkozunk a forgács nélküli alakításokkal.
Anyagszétválasztás:
Az anyagszétválasztó eljárások alkalmazása során az anyag megszakításával( pl. lemeztábla darabolásával) hozzuk létre az előírt méretű és alakú terméket.
Anyagszétválasztás történhet kivágással illetve lyukasztással. Kivágáskor a lemezsávból kieső rész lesz a munkadarab, a sávmaradék pedig a hulladék, lyukasztáskor viszont a lemezsávból vagy a már kivágott munkadarabból kieső rész lesz a hulladék.
A nyíróerő meghatározása:
F= s*l*tny , A=s*l a nyírt felület
A nyírószilárdságot az anyag Rm szakítószilárdságból számíthatjuk:
tny = 0,8* Rm
A valóságos maximális erő:
Fmax=(1,1…1,3) l*s*tny
Közepes kivágó erő:
Fköz= c*Fmax , c-korrekciós tényező ,értéke c=0,3…0,75 közötti, amely függ a lemez anyagának minőségétől és az alkalmazott vágóréstől.
A kivágás munkaszükséglete:
W=c*Fmax*s Nm, ha s értéke m-ben van
W=c*Fmax*s*10-3 Nmm, ha s értéke mm-ben van
Szükséges gépteljesítmény elvileg:
P= f*(Wn/h) kW, ahol f=1,1..1,4 korrekciós tényező
Optimális vágórés:
zopt=m*s
ahol az m értéke:
- lágyacél vágásához: 0,04…0,05
- kemény acél vágásához: 0,06
- alumínium vágásához: 0,08…0,1
Szakirodalom szerint két vágórés van aszerint, hogy a legkisebb erő- és munkaszükségletre vagy a legjobb minőségű felületre van-e szükség.
A közölt összefüggések a következők:
Ha s <=3 mm, akkor z=c*s*gyök(tny ) mm Ha s >= 3mm, akkor z=(1,5*c*s-0,015)-0,32**gyök(tny ) mm
A c tényező értéke a legjobb felületre törekvés esetén: 0,005; a legkisebb erőre törekvés esetén pedig c= 0,035; tny az anyag szakítószilárdsága.
További ajánlások a szakirodalom szerint:
Ha s<= 4mm, akkor z=(1/120)*s*gyök(tny /10) Ha s>= 4mm, akkor z=(1/160)*s*gyök(tny /10)
tny N/mm2
Ebben az estben a vágólapáttörés nem merőleges a felületre; a=10°…30° -os aládolgozással készül.
Ha a vágólapáttörés hengeres, majd aládolgozott:
s<= 4mm, akkor z=(1/75)*s*gyök(tny /10) s>= 4mm, akkor z=(1/100)*s*gyök(tny /10)
A kivágás és a lyukasztás szerszámai:
A kivágó- és lyukasztószerszámok helyes működésének alapvető feltétele, hogy a bélyeg és a vágólap egymáshoz képest a kivágás során mindig meghatározott helyzetben legyen. A vágórésnek a kivágás során nem szabad megváltoztatni. Ennek biztosítására az aktív elemek( bélyeg és a vágólap ) összevezetéséről kell gondoskodni. A bélyeget és a vágólapot a sajtológép nyomószánszerkezete vezeti össze. Ez a megoldás – különösen ha a munkadarab szemben támasztott pontossági és felületi igények nagyok – nem megfelelő. Ebben az esteben az aktív elemek egymáshoz viszonyított helyzetét, a szerszámelemek összevezetését magában a szerszámban kell megoldani( leggyakoribbak a vezetőlapos és a vezetőoszlopos szerszámmegoldások).
A kivágó- és lyukasztószerszámok működése:
- egyszeres működésű szerszámot, amelyben csak egyetlen bélyeg végez anyagszétválasztó feladatot (pl. kivág vagy csak lyukaszt)
- többszörös működésű szerszámot, amelyben több önálló anyagszétválasztás zajlik egyazon munkadarab kialakítása érdekében, pl. a legegyszerűbb, amikor lyukasztás és kivágás az elvégezendő feladat.
A többszörös működésű szerszámok két alapvető típusa az együttes (blokk-) és a sorozatszerszám.
Az együttes szerszámra jellemző, hogy a bélyegek egyszerre hatnak az adott munkadarab-területre( a lyukasztó- és kivágóbélyeg) szinte egy tömbben, egy blokkban működik, míg a sorozatszerszámnál a bélyegek elosztása egymás utáni, ezért külön-külön működnek két vagy több munkadarab-területen, és a lemezsáv továbbhaladásával alakul ki a kész munkadarab. Az egyes vágási felületek egymáshoz viszonyított helyzete függ a lemezsáv-adagolás (ütköztetés) pontosságától.
Törőerő nagysága:
Fk= (p2*E*I)/(l2) I=(D4*p)/64 (kör keresztmetszet esetén)
Ahol Fk - a kihajláskor fellépő erő N;
E – a rugalmassági modulus, általában 215 000 N/mm2;
I – az inercianyomaték mm4;
D – bélyegátmérő
Formulát átrendezve az lmax meghatározható: (lmax – bélyeg maximális hossza)
lmax= gyök((p2*E*I)/(F))
ahol F erőkén értelemszerűen az Fmax vágóerőt kell figyelembe venni.
Képlékeny alakítás:
A képlékeny alakító technológiák az anyag alakíthatóságát használja ki. Képlékenyek vagy alakíthatók azok a fémek, amelyeknek alakját megfelelő igénybevétellel az anyagi összefüggés megszakítása – vagyis törés,repedés nélkül – jelentékeny mértékben maradóan változtatjuk.
A fémek alakíthatósága, képlékenysége abból adódik, hogy megfelelő nagyságú erő hatására a fémkristályok egyes részei egymáshoz képest elcsúszhatnak anélkül, hogy megszűnne a kristály egysége.
A kristályosodás során kialakult kristályok alakja eltér az illető fémre jellemző elemi cella alakjától, ezért ezeket a kristályokat megkülönböztetésül krisztallitoknak, a krisztallitokat elválasztó rendezetlen határfelületeket pedig kristály- vagy szemcsehatároknak nevezzük.
Az egyes krisztallitokon belüli elemi cellák nem tökéletesek, a rácsban rácshibák, rácsrendezetlenségek lehetnek. A rácshiba jelenléte alapvetően befolyásolja a fémek fizikai, mechanikai és technológiai tulajdonágait.
A rácshibák kiterjedésük alapján három csoportba sorolják:
- ponthibák (vakanciák)
- vonalszerű hibák (diszlokációk)
- felületi hibák (rétegződési hibák)
Ponthibáról akkor beszélünk, ha a kristály egyes rácspontjaiban atomhiány van vagy ott idegen atom foglal helyet.
Diszlokáció: Tipikus formája az éldiszlokáció. Az éldiszlokáció származtatható a tökéletes kristályrács valamely csúszósíkján bekövetkező részleges csúszásból.
Felületszerű hibák nagy része a szemcsehatárok találkozásánál keletkezik.
Azt a feszültséget, amelynek hatására a krisztallitok nagy része képlékenyen változtatja az alakját és a próbatesten makroszkóposan is észlelhető is észlelhető a maradó alakváltozás, folyáshatárnak nevezzük.
A sokkristályos fémek rendezetlen helyzetű krisztallitjai tehát a maradó deformáció hatására az alakváltozás irányában elnyúlnak és rendeződnek. A krisztallitok ilyenfajta rendezettségét alakítási textúrána nevezzük.
A textúra kialakításának legfontosabb következménye a mechanikai tulajdonságok anizotrópiája. A mechanikai tulajdonságok anizotrópiája azt jelenti, hogy az alakított anyag szakítószilárdsága, folyáshatára, nyúlása nem azonos az alakítás (pl. hengerlés) irányában és az arra merőleges keresztirányban, mert érvényesül a kristályok anizotrópiája.
A képlékeny alakítás hatására megváltozott mechanikai tulajdonságok meghatározott hőmérsékleten való izzítással ismét visszaállíthatók az eredeti értékükre.
A tm hőmérséklet az újrakristályosodás vagy más néven rekrisztallizáció hőmérsékletének nevezzük. Ezen a hőmérsékleten indul meg a fém kilágyulása. A tm…tr hőközen lezajlik az újrakristályosodás.
A rekrisztallizáció vagy újrakristályosodás tehát olyan folyamat, amelynek során az alakításkor létrejött szerkezet teljesen megszűnik, és a nyújtott krisztallitok helyén poligonális (sokszögű) szerkezetű új krisztallitok keletkeznek, amelynek mérete függ az alakítás mértékétől.
Hajlítás:
A legtöbb esetben az előgyártmányt anyagszétválasztással állítjuk elő, majd ezt követi az egyszerű vagy az összetett hajlítás. Az összetett hajlítás legtöbbször egyszerű hajlítások sorozata.
Semleges réteg sugara:
r/s> 5 - vékony lemeznél:
r0= r + s/2
r/s<5-nél>
r0= gyök(R*r)
fajlagos nyúlás:
e= (l1-l0)/l0
ahol l0 - semleges szál hossza
l1 – külső húzott réteg
Az anyag visszarugózása hajlításkor:
Képlékeny hajlításkor a munkadarab rugalmas alakváltozást szenved, és emiatt az igénybevétel megszűnése után visszarugózik, a hajlítás szöge megnő. A lemez rugózásán azt a jelenséget értjük, hogy a szerszámból kivett, hajlított lemeznek az eredeti egyeneshez viszonyított hajlítási szöge a szerszámban kialakítotthoz képest csökken (a2 <>
Oka, hogy a semleges réteg környezetében az alakváltozás rugalmas, és az igénybevétel megszüntetésével a rugalmas alakváltozás is megszűnik.
A rugózás szöge: a1 - a2 = b
A rugózás figyelembevételével a V alakú szerszámot úgy kell méretezni, hogy szöge a hajlítási szögnél a b rugózási szöggel kisebb legyen. Előírjuk tehát az a2 rugózás utáni szöget és az r2 hajlítási sugarat. A hajlítómatrica szögét 180°-a1 –re kell méretezni.
Meg kell határozni a1 szöget és a hajlítóbélyeg
r1=r2*((180°-a1 )/(180°-a2 ))
Kiindulási lemezméret meghatározása:
A kiinduló lemez hosszúsága a hajlított lemez semleges rétegének a hosszúsága. Ismerve a semleges réteg helyét, a hosszúságot számítani tudjuk.
A kiinduló lemezhosszúság meghatározásához a hajlított alkatrész egyenesekből és körívekből álló szakaszokra bontjuk. Meghatározzunk a hajlított szakaszon a semleges réteg
r0=gyök(R*r)
sugarát, és így a kiinduló lemezméretet:
L=l1+l2+l3+l4+l5=l1+r10*((pa1)/180)+l3+r20*((pa2)/180)+l5
Kis sugarú r<0,5*s r="0">
V=A*s=V1=A1*1
Ahol V a kiinduló lemez térfogata, mm3
A a hosszmetszetének terület, mm2
V1 a hajlított lemez térfogata,
A1 a hosszmetszet területe,
s kiinduló lemezvastagsága, mm
s1 a hajlított lemez vastagsága, mm
Mélyhúzás:
A mélyhúzás az a képlékeny lemezalakító művelet, amellyel sík lemezből egyik végén zárt, a másik végén nyitott üreges testet állítunk elő. A sík lemez alakja és méretei az előállítandó üreges test alakjától és méretétől függenek.
A legegyszerűbb mélyhúzó szerszám két aktív eleme:-húzóbélyeg
-húzógyűrű
A húzóbélyeg a sík lemezt húzógyűrűbe nyomja, és ezáltal üreges testet alakít. A mélyhúzással alakított üreges test tetszőleges keresztmetszetű lehet.
Kör keresztmetszetű üreges testet Dt átmérőjű, s vastagságú kör alakú lemezből húzunk. Az üreges test belső átmérője egyenlő a húzóbélyeg d átmérőjével, külső átmérője egyenlő a húzógyűrű d1 átmérőjével. Ebből következik, hogy a gyűrű átmérője kétszeres lemezvastagsággal nagyobb, mint a bélyeg átmérője, így d1= d+2s. A gyűrű és a bélyeg átmérője különbségének fele a húzórés, első megközelítésben.
z= (d1-d)/2= =(d+2s-d)/2= s
tehát megegyezik a lemezvastagsággal.
Ráncosodás:
A körgyűrű külső mérete nagyobb, mint ami a palást alakításához szükséges. A többlet anyagot az ábrán vonalkázással jelölünk. Miközben a mélyhúzó tárcsa Dt átmérője fokozatosan d átmérőre csökken, az anyagtöbblet összetorlódva, a paláston gyűrődést, ráncosodást okoz. Mivel a húzott üreges testen ráncok nem lehetnek, a ráncosodást meg kell akadályozni.
A ráncosodást ráncgátlóval akadályozzuk meg. A ráncgátló gyűrű alakú szerszámelem, amely a lemezt – még mielőtt a bélyeg benyomná – olyan nagy erővel szorítja a húzógyűrűre, hogy ne gyűrődjön, ne ráncosodjon.
Dt/s<40
akkor a lemez nem ráncosodik, ráncgátlóra nincs szükség. A gyakorlatban a biztonság miatt a Dt/s=35 értéket nem szokás túllépni. Ez a ráncgátló nélküli mélyhúzás feltétele.
A húzások számának meghatározása:
A húzások száma legegyszerűbben a húzási tényező, másképpen húzási fokozat vagy annak reciproka, a húzási viszony segítségével határozható meg.
A húzási tényező a húzás utáni és a húzás előtti átmérők hányados. Első húzáskor Dt átmérőjű mélyhúzólemezből d átmérőjű üreges test lesz, a húzási tényező
m=d1/Dt
további húzáskor a d átmérő d1..d2..dn-re csökken, a húzási tényező
m1=d2/d1=….=dn/dn-1
Kiinduló lemezméret meghatározása:
A kiinduló anyagmennyiség mélyhúzáskor a teríték, amelyből kialakítható a termék.
A terítékmeghatározás alapelve a térfogat-állandóság, amelynek alapján feltételezzük, hogy a mélyhúzás során az anyag térfogata nem változik.
Ha feltételezzük a térfogat-állandóságot, akkor V=V0
sk/s=a a nyúlási tényező
Ha sk/s=1, akkor nincs falvastagság-változás, akkor A=A0 , tehát a feladat visszavezethető a felületállandóságra.
Melegalakítás:
A melegalakítás fogalmának igen tág határok közé való kiterjesztésével, az iparban jelentős szerepet játszó technológiák közül több sorolható ebbe a csoportba. Ezekből mi csak a kovácsolással, hengerléssel és a csőgyártással foglalkoztunk.
A képlékeny alakítások általános jellemzője az, hogy a szükséges ráhagyások figyelembevételével megállapított térfogatú anyagból kiindulva, az anyag képlékeny alakíthatóságát kihasználva, minimális anyagveszteséggel alakítjuk ki az alkatrészt.
Kovácsolás:
A képlékeny alakítás során az alakító erő hatására deformálódó krisztallitok megfelelő mértékű alakváltozás estén szálas szerkezetet alkotnak. A gyártmány tulajdonságai szálirányban jobbak, mint a többi irányban. Ennek megfelelően a kovácsolásnak igen fontos feladata a helyes szálelrendeződés kialakítása. Kovácsolás alapvető kritériuma a képlékeny alakíthatóság. A gyakorlatilag használatos képlékeny alakítható fémek és ötvözetek alakítási szilárdsága a hőmérséklet növekedésével igen erősen csökken, ezért az alakítás erőszükséglete is jóval kisebb lesz melegalakításkor. Ezzel szemben hátrányként kell megemlíteni azt, hogy a melegalakítás hőmérsékletén a fémek és ötvözetek egy része felületen oxidálódik(pl. acél revésedik) ezen kívül olyan szerszámot kell alkalmaznunk, amelyek a kovácsolás magas hőmérsékletén is megfelelő szilárdsággal, hőállósággal és kopásállósággal rendelkezik.
Kovácsolásnak két fő csoportja van: - kézi : - szabadalakító
- gépi : - süllyesztékes (munkadarab alakját a szerszám alakja határozza meg)
- szabadalakító (nyitott szerszámfelek között)
Szabadalakító kovácsolás:
A kovácsolás során végezhetjük az alakítást ütésekkel vagy nyomással úgy, hogy a munkadarabnak a szerszámmal nem érintkező részei szabadon alakulhatnak az alakító erőtől függően. Ezt az eljárást szabadalakításnak nevezzük.
A szabadalakító kovácsolás leggyakoribb művelete a nyújtás,melynek során a munkadarab keresztmetszete csökken, a hossza pedig növekszik. A nyújtás nemcsak a megfelelő szemcsefinomság biztosítására szolgál, hanem a szálas szövetszerkezet kialakítását is eredményezi. Nyújtáskor az acél szemcséi a nyújtás irányában megnyúlnak és a darab hossztengelye irányában igyekszik rendeződni.
Zömítés:
Zömítéssel a munkadarab magasságának csökkentésével az átmérőt akarjuk növelni.
Süllyesztékes kovácsolás:
Süllyesztékes kovácsolás, amely ma már a korszerű előgyártó tömeggyártás technológiája. Nagy méretpontosságú, jó felületi minőségű, igen változatos alakú és méretű munkadarabokat állíthatunk elő vele. Süllyesztékes kovácsoláson azt a kovácsolási műveletet értjük, amikor a képlékenyen alakítható anyagot a munkadarab alakjának megfelelő üreges szerszámban ütéssel vagy nyomással alakítjuk. Az üreges szerszámot süllyesztéknek nevezzük. Az alakítóerő hatására az anyag a rendelkezésre álló teret (süllyesztéket) kitölti. A kiinduló anyagot a kész darab térfogatánál nagyobbra szabjuk, az anyagfelesleg a két süllyesztékfél közötti hézagban, az úgynevezett sorjacsatornába áramlik. A szükségszerűen a keletkezett sorját természetesen le kell vágni a munkadarabról. A sorjázást a sorjázószerszámban végezzük.
Hengerlés:
Hengerléssel legelterjetebben az acélt alakítják, de a réz és rézötvözetek, az alumínium és ötvözetei, ritkább egyéb ötvözetek is hengerelhetők. Az acél 0,05…0,8% széntartalomig jól hengerelhető, nagyobb széntartalom esetén csak korlátozottan. A hideg lemez- és szalaggyártás kivételével az acélt izzó állapotban hengerlik, 1250 °C körüli hőmérsékleten.
Hengerléskor a képlékeny anyag keresztmetszete az egymással szemben forgó hengerek között áthaladva csökken, hossza pedig nő.
Sima vagy alakos (üreges) hengerek között hengerelhetünk. A hengerléskor fellépő súrlódó erő húzza be az alakítandó darabot a hengerek közé, majd a hengerrésben, vagy üregben lezajlik a tényleges alakítás.
A hengereket hengerállványban helyezik el. A kéthengeres, duó hengerjáratra jellemző hengerállványt láthatunk az ábrán.
A hengerek lehetnek sima, vagy üreges ú.n. kaliberhengerek. Sima hengerekkel lemezt kaliberhengerekkel pedig alakos szelvényeket hengerelhetünk.
A kívánt alakot és méretet több, egymást követő áteresztéssel, alakító szúrással érjük el. Egy-egy szúrással az alakítás mértéke – sok körülménytől függően – 10…50%-os , kivételes esetekben ezektől eltérő mértékű is lehet.
A quatro-hengerjáratokat mind meleg- mind hideghengerlésre alkalmazzák. Előnye, hogy viszonylag kis átmérőjű munkahengerek alkalmazását teszi lehetővé, amely körülmény különösen hidegalakítás esetén fontos.
Vékony szalagok pontos méretre való hideghengerlésre alkalmazzák a sokhengeres hengerjáratokat. Ezek a hengerjáratok izotópos vastagságmérővel vannak ellátva, mely mérő es szabályozó eszközként működik, így a beállított vastagságtól való eltérés esetén utánállítja a hengerlést.
0 megjegyzés:
Megjegyzés küldése