202335060 Obrada Metala Deformacijom

UNIVERZITET U ZENICI MAINSKI FAKULTET

Vii asistent mr. sci. Ibrahim Plani

OBRADA METALA DEFORMISANJEM - skripta -

Zenica, januar 2011. godine

Skripta: Obrada metala deformisanjem: Sadraj

2

S A D R A J

1. TEHNOLOGIJA PLASTINOG DEFORMISANJAUVODNE DEFINICIJE I NAPOMENE.......................................................................................................... 5

1.1 Podjela postupaka OMD...................................................................................................7 1.2 Primjeri primjene TPD ......................................................................................................7 1.3 Primjeri maina i alata ......................................................................................................14

2. TEORIJSKE OSNOVE POSTUPAKA OMD (TPD) ................................................. 19 2.1 PRETPOSTAVKE U TPD.................................................................................................19 2.2 NAPONI............................................................................................................................20

2.2.1 Vrste naponskih stanja i njihove mehanike eme .....................................................21 2.3 DEFORMACIJE................................................................................................................22

2.3.1 Deformaciona stanja i njihove eme ...........................................................................23 2.4 BRZINA DEFORMACIJE I BRZINA DEFORMISANJA ....................................................24 2.5 VEZA IZMEU NAPONA I DEFORMACIJA ....................................................................24 2.6 USLOVI PLASTINOSTI .................................................................................................24

2.6.1 Energetski uslov plastinosti .......................................................................................25 2.6.2 Uslov najveeg smiueg napona ..............................................................................25

2.7 DEFORMACIONO OJAAVANJE I KRIVE OJAAVANJA.............................................26 2.7.1 Hladno i toplo deformisanje ........................................................................................26 2.7.2 Krive ojaavanja..........................................................................................................27 2.7.3 Aproksimacije krivih ojaavanja ..................................................................................29

2.8 DEFORMABILNOST ........................................................................................................30 2.9 PARAMETRI PROCESA ..................................................................................................31 2.10 KONTAKTNO TRENJE I GRANINI USLOVI ...............................................................33

3. OBRADA RAZDVAJANJEM (SHEARING) ............................................................ 35 3.1 ODSJECANJE..................................................................................................................35

3.1.1 Odsecanje na makazama sa pravim paralelnim noevima.........................................36 3.1.2 Odsecanje na makazama sa pravim nagnutim noevima ..........................................37 3.1.3 Odsjecanje na makazama sa krunim noevima........................................................38

3.2 PROSJECANJE I PROBIJANJE ......................................................................................39 3.2.1 Deformaciona sila i rad prosjecanja (probijanja).........................................................40 3.2.2 Mogunosti za smanjenje sile prosjecanja..................................................................41 3.2.3 Principi racionalnog koritenja materijala pri prosjecanju ...........................................42 3.2.4 Osnovne napomene o alatima za prosjecanje i probijanje .........................................43

3.3 VIBRACIONO RAZDVAJANJE ........................................................................................46 3.4 FINO PROSJECANJE......................................................................................................46

4. SAVIJANJE (Bending) ........................................................................................... 50 4.1 UGAONO SAVIJANJE .....................................................................................................50

4.1.1 Naponi i deformacije ...................................................................................................55 4.1.2 Neutralna osa i razvijeno stanje..................................................................................56 4.1.3 Momenti savijanja .......................................................................................................57


3

4.1.4 Minimalni i maksimalni radijus savijanja .....................................................................57 4.1.5 Elastina povratnost....................................................................................................58 4.1.6 Momenti spoljnih sila i sile savijanja ...........................................................................58

4.1.6.1 Dvougaono savijanje ............................................................................................59 4.1.6.2 Jednougaono savijanje u zatvorenom alatu .........................................................60

4. 2 PROFILNO SAVIJANJE NA SPECIJALNIM PRESAMA.................................................61 4.3 KRUNO SAVIJANJE ......................................................................................................63

4.3.1 Kruno savijanje profila na valjcima............................................................................65 4.4 PROFILNO SAVIJANJE LIMOVA POMOU VALJAKA ..................................................69 4.5 SAVIJANJE CIJEVI ..........................................................................................................70 4.6 SAVIJANJE DIJELOVA MANJIH DIMENZIJA NA SPECIJALNIM MAINAMA...............73

5. DUBOKO IZVLAENJE (Deep Drawing) .............................................................. 75 5.1 DUBOKO IZVLAENJE OSNOSIMETRINIH KOMADA................................................78

5.1.1 Pokazatelji stepena deformisanja ...............................................................................80 5.1.2 Naponi i deformaciona sila izvlaenja.........................................................................81

5.1.2.1 Radijalni napon na obodu.....................................................................................82 5.1.2.2 Napon usljed trenja na obodu...............................................................................82 5.1.2.3 Napon usljed trenja na zaobljenju matrice............................................................83 5.1.2.4 Napon usljed savijanja i ispravljanja .....................................................................84

5.1.3 Naknadne operacije izvlaenja ...................................................................................85 5.1.4 Izvlaenje drugih tijela pravilnog geometrijskog oblika ...............................................86 5.1.5 Odreivanje oblika i dimenzija polaznog komada.......................................................87 5.1.6 Alati za duboko izvlaenje...........................................................................................88 5.1.7 Maine za duboko izvlaenje ......................................................................................91 5.1.8 Posebni postupci dubokog izvlaenja .........................................................................95

5.1.8.1 Hidromehaniko duboko izvlaenje ......................................................................96 5.1.8.2 Izvlaenje uz pomo gume ...................................................................................97 5.1.8.3 Oblikovanje razvlaenjem.....................................................................................98 5.1.8.4 Rotaciono izvlaenje.............................................................................................98 5.1.8. 5 Razna oblikovanja izvlaenjem............................................................................100

5.1.9 Duboko izvlaenje sa stanjenjem (Ironing) .................................................................101 5.1.10 Osnovni elementi projektovanja tehnolokog procesa dubokog izvlaenja ..............103 5.1.11 Primjer tehnolokog postupka dobijanja konzerve za pia .......................................104

B. MASIVNO (ZAPREMINSKO) OBLIKOVANJE (Bulk Forming)............................. 105 6. OBRADA SABIJANJEM (Upsetting) ..................................................................... 105

6.1 POKAZATELJI DEFORMACIJA I GRANINE MOGUNOSTI OBLIKOVANJA PRI SABIJANJU VALJKA .......................................................................................................105

6.2 DEFORMACIONA SILA I RAD ZA SABIJANJE VALJKA.................................................107 7. PLASTINO DEFORMISANJE KOVANJEM U TOPLOM STANJU

(FORGING) ........................................................................................................... 108 7.1 SLOBODNO KOVANJE ...................................................................................................109 7.2 KOVANJE U KALUPIMA ..................................................................................................110


4

7.2.1 Kovanje u tzv. otvorenim kalupima .............................................................................117 7.2.1.1 Definisanje geometrije (crtea) otkovka................................................................119

7.3 ODREIVANJE PARAMETARA ZA IZBOR MAINA PRI KOVANJU U KALUPIMA ......123 7.3.1 Zavrno kovanje na kovakim ekiima......................................................................123 7.3.2 Zavrno kovanje na kovakim presama......................................................................123

7.4 OSNOVNI REDOSLJED TEHNOLOKIH OPERACIJA PRI KOVANJU .........................124 7.5 SPECIJALNI POSTUPCI KOVANJA................................................................................126

7.5.1 Orbitalno kovanje ........................................................................................................126 7.5.2 Horizontalne kovake maine .....................................................................................126

8. ISTISKIVANJE (Cold Extrusion)............................................................................ 127 8.1 ISTOSMJERNO ISTISKIVANJE (PUNIH KOMADA) .......................................................129 8.2 SUPROTNOSMJERNO ISTISKIVANJE...........................................................................131

9. VUENJE ICE (Wire Drawing)............................................................................. 134 10. TOPLO ISTISKIVANJE PROFILA, IPKI I CEVI (Hot Extrusion) ....................... 135 11. IZRADA I IZBOR POLUFABRIKATA ................................................................... 137 12. SPECIFINI POSTUPCI OBLIKOVANJA ............................................................ 139

12.1 OBLIKOVANJE EKSPLOZIVNIM DEJSTVOM ..............................................................139 12.2 ELEKTROHIDRAULINO OBLIKOVANJE ....................................................................140 12.3 ELEKTROMAGNETNO OBLIKOVANJE ........................................................................140 12.4 OBLIKOVANJE LOKALNIM UDARNIM DEJSTVOM (PEEN FORMING)......................140 12.5 ULTRAZVUNO OBLIKOVANJE...................................................................................141 12.6 SUPERPLASTINO OBLIKOVANJE.............................................................................142 12.7 THIXO DEFORMISANJE (THIXO-FORMING)............................................................142

13. NOVE TEHNOLOGIJE ZASNOVANE NA TEHNOLOGIJI BRZE IZRADE PROTOTIPOVA (RAPID PROTOTYPING RP).................................. 144

13.2 KONKURENTNI INENJERING (CONCURRENT ENGINEERING - CE) .....................144 13.3 REVERZIBILNI INENJERING (REVERSE ENGINEERING RE) ..............................145 13.4 INTEGRACIJA BRZIH TEHNOLOGIJA I REVERZIBILNOG INENJERSTVA ...........147 13.5 POSTUPCI BRZE IZRADE PROTOTIPOVA (RAPID PROTOTYPING RP) ...............148

13.5.1 Postupak stereolitografije (SL)..................................................................................150 13.5.2 Izrada modela nanoenjem istopljenog materijala (Fuse Deposition Modeling-

FDM)........................................................................................................................154 13.5.3 Selektivno lasersko sinterovanje (Selective Laser Sintering SLS).........................156 13.5.4 3D tampanje (3D Printing 3DP)............................................................................158 13.5.5 Termojet Printing (Multijet Printing)...........................................................................161 13.5.6 Postupci sa korienjem vrstih materijala u vidu folija (Laminated Object

Manufacturing-LOM)................................................................................................161 13.5.7 Uporeenje pojedinih RP tehnologija i uporeenje RP tehnologija sa klasinim

tehnologijama izrade modela i prototipova................................................................161 14. BRZA IZRADA ALATA (RAPID TOOLING RT)................................................. 164

Skripta: Obrada metala deformisanjem: 1. Uvodne definicije i napomene

5

1. TEHNOLOGIJA PLASTINOG DEFORMISANJAUVODNE DEFINICIJE I NAPOMENE

U obradu metala deformisanjem spadaju procesi kod kojih se potrebni oblik i dimenzije predmeta dobijaju plastinim deformisanjem polaznog materijala - pripremka. Kod svih vrsta obrade deformisanjem zajedniko je da moraju postojati alat i maina. Alat, koji se najee izrauje kao specijalni za odreeni predmet, daje geometrijski oblik predmetu, a maina ostvaruje potrebne sile i kretanja. Danas se u literaturi i praksi susree vei broj terminolokih izraza koji podrazumijevaju navedene tehnoke postupke izrade bez odvajanja materijala, kao to su: - OBRADA METALA DEFORMISANJEM (OMD), - TEHNOLOGIJA PLASTINOG DEFORMISANJA (TPD), - TEHNOLOGIJA PLASTINOG OBLIKOVANJA (TPO), - PLASTINO DEFORMISANJE METALA (PDM), - TEHNOLOGIJA PLASTINOSTI i sl. Na nekim stranim jezicima ova tehnologija se izraava kao: - METAL FORMING (eng.), - UMFORMUNG (UMFORMTECHNIK) (nem.), - (.) Tehnologija plastinog deformisanja (TPD) metala obuhvata procese kod kojih se pod dejstvom dovoljno velikog optereenja ostvaruje plastina deformacija, odnosno trajno mijenja oblik polaznog materijala. Polazni materijal je polufabrikat u obliku: limova, ploa, cijevi, punih profila itd. Po svojoj prirodi deformacije se dijele na: - elastine (postoje samo pod odgovarajuim optereenjem, prestankom

optereenja nestaju), - plastine (suprotno od elastine, prestankom optereenja ostaju trajno). Vie od 80% svih metalnih materijala u ranijoj ili kasnijoj fazi prerade biva obraeno nekim od postupaka TPD. Osnovna osobina TPD jeste ouvanje neprekidnosti strukture oblikovanog materijala uz poboljanje karakteristika vrstoe i nepromenljivost zapremine. Glavne prednosti TPD: - izuzetno dobre mehanike karakteristike dobijenih dijelova koji se koriste kod

najteih optereenja i na najodgovornijim mjestima, - relativno jednostavna i brza izrada dijelova ak i kod sloenih geometrija i veih

dimenzija, - visok stepen iskorienja materijala, - nia cijena izrade proizvoda, - relativno nii utroak energije po jedinici mase komada, - veliki broj dijelova je mogue proizvesti iskljuivo postupcima TPD.


6

Nedostaci TPD: - puna ekonomska opravdanost i izraziti rezultati najee u uslovima serijske,

velikoserijske i masovne proizvodnje, - tekoe pri obradi materijala sa vrlo niskom polaznom plastinou (npr. neki

visokolegirani elici), - pojava velikih sila i pritisaka tokom pojedinih procesa oblikovanja to oteava i

poskupljuje izradu alata i zahtijeva maine velike snage. Najvanije oblasti primjene: - industrija svih vrsta vozila, brodova, aviona i drugih letjelica, maina, alata i

ureaja, - izrada vezivnih elemenata: vijci, navrtke, ivije, osovinice itd., - izrada rezervoara, sudova, konzervi i druge ambalae, - izrada elemenata u graevinarstvu (krovne i zidne konstrukcije itd.), - izrada dijelova u elektrotehnici i elektronici, - izrada runog alata i hirurkih instrumenata, - vojna industrija. Da bi se materijal mogao preraivati, potrebno je primjenom optereenja dovesti ga u stanje plastinog teenja. Potrebnu silu i energiju ostvaruju maine za plastino deformisanje: prese za obradu lima, kovake prese, maine za savijanje itd. Neposredno oblikovanje izvodi se u alatu koji se montira u radnom prostoru maine. Za uspenu praktinu realizaciju procesa TPD potrebno je ovladati: - procesom oblikovanja (osobine materijala pripremka, naponskodeformaciono

stanje, brzine, ojaanje, deformabilnost, trenje, parametri procesa itd.), - alatom (konstrukcija, izrada, eksploatacija), - mainom (parametri za izbor, tanost itd.) - vezom sa okruenjem (transport, automatizacija, ekoloki zahtevi, reciklaa

otpada itd.). Istorijat: - prva pojava oko 5000.g. PH (arheoloki nalazi), - prvi pisani trag Homerova ILIJADA (kovanje bronzanog oruja za Ahila), - vuenje ice (200 g.), valjanje (1500g.), - duboko izvlaenje (1600g.), . - danas kompjuterske tehnologije daju novu dimenziju TPD (modeliranja i

simulacije, upravljanja, virtuelna proizvodnja).


7

1.1 PODJELA POSTUPAKA OMD

Slika1. Mogua podjela TPD na razne postupke 1.2 PRIMJERI PRIMJENE TPD


8


9


10


11


12


13


14

1.3 PRIMJERI MAINA I ALATA

Maine su razne vrste presa koje obezbjeuju deformacionu silu i prostor za smjetaj alata.


15


16

50 000 tonska presa

500 000 kN 500 MN


17


18

Skripta: Obrada metala deformisanjem: Teorijske osnove postupaka OMD

19

2. TEORIJSKE OSNOVE POSTUPAKA OMD (TPD)

Plastino deformisanje metala odvija se pod dejstvom odgovarajueg spoljanjeg optereenja koje izaziva unutranje napone i trajnu promjenu oblika polaznog materijala. Ukupna deformacija je rezultat plastine deformacije svakog pojedinanog kristalnog zrna materijala, koje meusobno ne moraju da budu jednake. Raspodjela deformacija po zapremini komada moe biti veoma razliita to zavisi od tipa i uslova oblikovanja. Pri obradi deformisanjem ne smiju se prekoraiti vrijednosti graninih iznosa deformacije, jer se u protivnom razara struktura materijala ili pojavljuju drugi neprihvatljivi defekti. Takoe se ne smijju prekoraiti intenziteti kontaktnih napona jer moe doi do oteenja alata. Zbog toga se za svaku tehnoloku metodu OMD izvodi proraun komponenti napona i deformacija, zatim proraun deformacionih sila i rada. Ovi parametri neophodni su za pravilno dimenzionisanje alata i izbor odgovarajuih maina. Tokom plastinog deformisanja materijal mjenja svoju strukturu, to za posljedicu ima promjenu mehanikih svojstava u smislu poveanja vrstoe i ilavosti. Za analizu i prethodnu procjenu navedenih pojava kod TPD neophodno je poznavanje osnovnih teorijskih relacija baziranih na mehanici kontinuuma odnosno teoriji plastinosti.

2.1 PRETPOSTAVKE U TPD

Da bi se matematikofizika interpretacija veoma sloenih zavisnosti pojednostavila i uinila praktinijom za razumjevanje i primjenu, uvode se pretpostavke koje esto nisu sasvim realne, ali (uz prihvatljivu greku) daju zadovoljavajua rjeenja za vane parametre procesa:

a) hipoteza o homogenosti elastinoplastinog tijela (zanemaruje se stvarna diskretna, kristalna struktura metala),

b) hipoteza o prirodnom naponskom stanju (prije poetka deformisanja nema unutranjih napona ili su uravnoteeni),

c) izotropnost strukture materijala (realni materijali imaju razliita svojstva u raznim pravcima po zapremini),

d) idealizacija elastinih i plastinih svojstava (slika 2.1), e) nepromjenljivost /konstantnost zapremine.


20

Slika 2.1 Idealizacija elastinoplastinih svojstava materijala

a) idealno elastino tijelo; b) idealno plastino tijelo; c) elasto-plastino; d) plastino sa ojaavanjem; e) elasto-plastino sa ojaavanjem

2.2 NAPONI

Naponsko stanje u bilo kojoj taki napregnutog tijela odreeno je tenzorom napona:

Gdje su:

normalni naponi; tangencijalni naponi 1> 2 >3 glavni normalni naponi (djeluju u ravnima u kojima nema

tangencijalnih napona) Srednji (hidrostatiki) napon:

Ova vrijednost predstavlja intenzitet napona ravnomjernog pritiska ili zatezanja u posmatranoj taki i definie tzv. sferni tenzor napona (Ts).

gde je: D devijator tenzora napona Proces plastinog deformisanja izvodi se upravo pod dejstvom devijatora tenzora napona dok tzv. sferni dio tenzora u tom smislu nije znaajan.


21

Efektivni (ekvivalentni) normalni napon:

To je veoma znaajna vrijednost jer predstavlja intenzitet fiktivnog jednoosnog napona ije dejstvo reprezentuje odgovarajue troosno naponsko stanje. Ovako definisan efektivni napon pri prostornom naponskom stanju uvijek je mogue uporeivati sa odgovarajuim stvarnim naponom pri jednoosnim naprezanjima (zatezanju i pritiskivanju) to je od velikog praktinog znaaja, jer je mogue analizom npr. jednoosnog zatezanja dobiti univerzalne karakteristike vezane za proces plastinog oblikovanja.

2.2.1 Vrste naponskih stanja i njihove mehanike eme

Slika 2.2 eme razliitih naponskih stanja


22

2.3 DEFORMACIJE

Deformacija predstavlja mjeru promjene oblika i dimenzija posmatrane zapremine ili tijela u cjelini. Pri plastinom deformisanju mjenjaju se dimenzije, a najee i osnovni oblik tijela. Svaka elementarna zapremina, u optem sluaju, deformie se do razliitih iznosa deformacije. Slino naponima, deformaciono stanje u svakoj taki mogue je definisati tenzorom deformacije. Za potpuno odreivanje deformacionog stanja potrebno je takav tenzor odrediti u velikom broju taaka to je teorijski znaajno, ali praktino veoma teko izvodljivo. Zato se u tehnologiji plastinog deformisanja pribjegava pojednostavljenju tako to se posmatra vea, makro, zapremina i za nju definie ostvarena deformacija. Smatra se da je po posmatranoj zapremini deformacija ravnomjerna (homogena), a njen iznos predstavlja srednju vrijednost svih realnih vrednosti. Slino efektivnom naponu mogue je definisati i efektivnu (ekvivalentnu, uoptenu) deformaciju:

Ova veliina je pogodan reprezent deformacionog stanja. U praktinim izraunavanjima vrijednosti deformacija izraavaju se preko pokazatelja.

Slika 2.3 Idealno deformisanje paralelopipeda

Pokazatelji deformacije: apsolutna deformacija

relativna (jedinina) deformacija:


23

deformacija povrine (proirenje ili suenje):

prirodna (logaritamska) deformacija:

Iz uslova o nepromenljivosti zapremine u oblasti plastinosti dobija se veza izmeu deformacija u sva tri pravca:

2.3.1 Deformaciona stanja i njihove eme

Slika 2.4 eme deformacionih stanja

Deformaciona stanja se razlikuju od naponskih. Npr. istom jednoosnom naponskom stanju pri zatezanju odgovara troosno (prostorno) deformaciono stanje.

a) i b)ravanska naponska stanja,


24

c)ravansko deformaciono stanje Slika 2.5 Primjeri naponskodeformacionih stanja

2.4 BRZINA DEFORMACIJE I BRZINA DEFORMISANJA

I brzine su tenzorske veliine (tenzori drugog reda kao naponi i deformacije) ali ovde e se dati samo vrednosti na makro nivou. Razlikujemo brzinu deformisanja (brzina kretanja izvrnog elementa maine, v, mm/s) i brzinu deformacije (promjena

deformacije u jedinici vremena, , s-1).

l, mmtrenutna dimenzija zapremine koja se deformie,

2.5 VEZA IZMEU NAPONA I DEFORMACIJA

U oblasti elastinosti postoji linearna jednoznana veza izmeu napona i deformacija definisana poznatim Hukovim (Hooke) zakonom.

U oblasti plastinosti ta zavisnost je sloena i nelinearnog karaktera. Pri veoma malim deformacijama pravi se analogija sa elastinim deformisanjem i to su LeviMizesove jednaine (LevyMisses). Znaajne su pri teorijskim razmatranjima i numerikim simulacijama procesa deformisanja.

2.6 USLOVI PLASTINOSTI

Pod dejstvom spoljanjeg optereenja polazni materijal (polufabrikat) se u prvoj fazi deformie elastino, a onda u kritinom trenutku poinje ostvarivanje procesa plastinog oblikovanja, koji traje sve do konane promjene oblika.


25

Da bi se ostvario prelaz iz elastinog u plastino deformisanje, potrebno je da budu ispunjeni odreeni uslovi u pogledu intenziteta i meusobnog odnosa napona koji deluju po zapremini tijela.

Slika 2.6 Stvarni i tehniki napon pri jednoosnom zatezanju

Ilustrativno je pratiti prelaz iz oblasti elastinosti u oblast plastinosti na primjeru jednoosnog zatezanja (sl. 2.6). On se deava u taki T kad tehniki, odnosno glavni normalni napon, dostigne vrijednost granice teenja RP0,2 (ili Re). Glavni normalni napon, kao jedini stvarni napon, ujedno predstavlja efektivni napon i napon teenja, odnosno deformacioni otpor (deformacionu vrstou) K. Njegov intenzitet raste sa porastom plastine deformacije (efekat ojaavanja). Deformacioni otpor (napon teenja, deformaciona vrstoa) jednak je ekvivalentnom (efektivnom) naponu u uslovima jednoosnog naponskog stanja, to predstavlja glavni normalni, odnosno stvarni napon.

2.6.1 Energetski uslov plastinosti

Poznat je i kao Mizesov kriterijum plastinosti (Misses) i vai u optem sluaju prostornih naponskih stanja. Poiva na sledeoj energetskoj hipotezi: da bi otpoelo plastino deformisanje u napregnutom tijelu, koliina unutranje energije elastine promjene oblika, po jedinici zapremine, treba da dostigne jedan kritian iznos u datim uslovima (temperatura, brzina, stepen deformacije). Ova energija ne zavisi od naponskodeformacionog stanja, ve iskljuivo od svojstava materijala. Konana forma ovog uslova moe se dati preko sljedeeg izraza:

to praktino znai da plastino deformisanje poinje kad efektivni napon dostigne vrijednost deformacionog otpora. Zavisnost deformacionog otpora od plastine deformacije odreuje se najee eksperimentalno pri jednoosnom zatezanju ili pritiskivanju.


26

2.6.2 Uslov najveeg smiueg napona

Poznat je pod nazivom kriterijuma Treska (Tresca) i glasi: da bi otpoeo proces plastinog deformisanja maksimalni smiui napon u materijalu treba da dostigne odgovarajuu kritinu vrijednost.

Znai, prema ovom uslovu, da bi otpoelo plastino deformisanje u optem sluaju naponskodeformacionog stanja, potrebno je da maksimalni smiui napon dostign polovinu vrednosti deformacione vrstoe. S druge strane, a sobzirom da se max izraava preko normalnih napona, moe se rei da, prema uslovu najveeg smicajnog napona, plastino deformisanje nastupa kad razlika izmeu najveeg i najmanjeg glavnog normalnog napona dostigne vrijednost deformacionog otpora.

2.7 DEFORMACIONO OJAAVANJE I KRIVE OJAAVANJA

Tokom procesa deformisanja sa poveanjem ostvarene plastine deformacije raste napon teenja potreban da se proces nesmetano odvija. Karakteristike plastinosti i ilavosti opadaju, dok su svojstva vrstoe u porastu. Materijal se opire deformisanju i u skladu sa njegovim osobinama treba djelovati sve veim i veim deformacionim silama. Upravo taj efekat izraenog porasta napona teenja sa poveanjem plastine deformacije praen padom plastinosti materijala predstavlja deformaciono ojaanje. Najbolji nain za kvantifikovanje tog procesa je preko krivih ojaanja. Efekat ojaavanja zavisi od: a) vrste (hemijski sastav) i osobina materijala (stanje strukture), b) brzine deformacije, c) temperature obrade.

2.7.1 Hladno i toplo deformisanje

Egzaktno posmatrano, deformisanje je u hladnom stanju ako je temperatura obrade nia od temperature rekristalizacije (T


27

U veini sluajeva hladno deformisanje podrazumijeva obradu na sobnoj temperaturi (bez ikakvog termikog tretmana), to donosi utede u procesu proizvodnje. U tabeli 2.1 date su temperature rekristalizacije znaajnijih materijala.

Tabela 2.1 Temperature rekristalizacije nekih znaajnijih materijala

Deformisanje u toplom stanju vri se ako je temperatura obrade via od temperature rekristalizacije. Osnovne karakteristike ove obrade (u odnosu na oblikovanje u hladnom stanju) su: a) znatno nii deformacioni otpor, b) poveana plastinost, c) nii kvalitet povrina i nia tanost dimenzija, d) vii trokovi proizvodnje zbog zagrijavanja. Postoji i polutopla obrada (temperatura obrade je u intervalu izmeu hladne i tople obrade). Kod veine elika taj temperaturni interval je izmeu 450 i 700C.

2.7.2 Krive ojaavanja

Krive ojaavanja predstavljaju zavisnost deformacionog otpora (napona teenja, deformacione vrstoe, efektivnog napona) od ostvarene efektivne plastine deformacije. Neposredno pokazuju intenzitet efekta deformacionog ojaavanja. Zavise od: materijala (vrsta, struktura), temperature, brzine deformacije, ali ne zavise od naponskog stanja. Zbog toga je to veoma vana univerzalna karakteristika materijala koja omoguava kvantifikovanje naponskih komponenti i parametara procesa. Izvorno, krive ojaavanja se odreuju eksperimentalno, najee u uslovima jednoosnih naponskih stanja zatezanja i pritiska, kada postoji samo jedan glavni napon, u isto vrijeme jednak deformacionom otporu (naponu teenja) i ekvivalentnom (efektivnom) naponu.


28

Slika 2.7 Dijagram zatezanja

Test jednoosnog zatezanja se veoma esto koristi za odreivanje osnovnih mehanikih karakteristika materijala: granice teenja (Re ili RP0,2), zatezne vrstoe (RM), maksimalnog izduenja (A). Paralelno sa tim mogue je odrediti i krivu ojaavanja. Naime, u oblasti ravnomjernog (homogenog) deformisanja (sl. 2.7) vlada jednoosno naponsko stanje i tu je mogue doi do direktnih zavisnosti izmeu sile zatezanja, tehnikog napona i stvarnog napona (koji je istovremeno jednak deformacionom otporu i ekvivalentnom naponu). Takoe, deformacija duine (u ovom sluaju, najveaprva glavna deformacija) predstavlja efektivnu (ekvivalentnu) deformaciju.

Veza izmeu deformacionog otpora K i napona jednostavno se odreuje:

na osnovu uslova o nepromjenljivosti zapremine: A0 l0=A l i osnovnih definicija pokazatelja deformacije (npr. relativnog izduenja):

Slika 2.8 Kriva ojaavanja

- tehniki napon (fiktivna vrijednost proporcionalna sili zatezanja).


29

Na osnovu prethodne veze izmeu K i mogue je dobiti krivu ojaavanja (u oblasti lijevo od take M na slici 2.8). Deformacija u taki M je pri jednoosnom zatezanju najee manja od 30%, pa za vee iznose nije mogue odrediti krivu ojaanja. Za vee stepene deformacije mogue je koristiti analitike aproksimacije ili drugaiji eksperimentalni postupak (npr. pritiskivanje). Da bi u procesu sabijanja (najee cilindrinog polaznog komada) vladalo jednoosno naponsko stanje potrebno je eliminisati trenje na kontaktnim povrinama. To se najee radi po metodi prikazanoj na slici 2.9.

Slika 2.9 Sabijanje po metodi Rastegajeva

Slika 2.10 Primjeri krivih ojaavanja Slika 2.11 Uticaj temperature na krive ojaavanja

2.7.3 Aproksimacije krivih ojaanja

Aproksimacije krivih teenja su odgovarajue matematike funkcionalne zavisnosti koje sa dovoljnom tanou mogu da zamjene stvarne (eksperimentalne) krive. Razliite su funkcije u pitanju, najee eksponencijalnog tipa, ali najveu primjenu ima funkcija oblika:

K=C n


30

C i n su konstante koje je mogue odrediti iz uslova nepromjenljivosti zapremine i maksimuma sile na dijagramu zatezanja (primjeri u tabeli 2.2).

KMdeformacioni otpor u trenutku postizanja maksimuma sile pri zatezanju, eMefektivna deformacija pri maksimalnoj sili zatezanja.

Tabela 2.2 Vrijednosti konstanti C i n u zavisnosti od vrste materijala

2.8 DEFORMABILNOST

U oblasti tehnologije plastinog oblikovanja esto se koriste termini: deformabilnost, plastinost, obradivost. Ako je rije o trajnom (plastinom) deformisanju deformabilnost i plastinost se odnose na optu sposobnost materijala da se trajno deformie bez pojave razaranja ili nekog drugog oteenja strukture. Obradivost se najee vezuje za konkretan tip obrade (npr. dubokim izvlaenjem, istiskivanjem itd.). Najznaajniji uticajni faktori na deformabilnost su: vrsta materijala (hemijski sastav), struktura, temperatura obrade, brzina deformacije i naponsko stanje.

Slika 2.12 Zavisnost deformabilnosti i otpora deformaciji od naponskog stanja


31

Kvantitativna mjera koja izraava deformabilnost pri zapreminskom oblikovanju je granina ekvivalentna deformacija (eg) u trenutku pojave oteenja strukture (lokalizovano deformisanje ili razaranje). Zavisnost eg od naponskog pokazatelja predstavlja dijagram granine deformabilnosti ili kriva granine deformabilnosti (KGD) koji je predstavljen na slici 2.13.

Sl. 2.13 Dijagram granine deformabilnosti pri zapreminskom oblikovanju

Dijagram na slici 2.13 mogue je dobiti eksperimentalno preko tri take koje odgovaraju jednostavnim naponskim stanjima. Detaljnije definisanje i konstrukcija krizahtjeva primjenu i sloenijih naponskih stanja. Kod deformisanja limova, najee se deformabilnost izraava preko intenziteta glavnih deformacija u ravni lima u trenutku lokalizovanog deformisanja i razaranja. Zavisnost vee glavne deformacije (1) od manje (2) pri graninim uslovima predstavlja dijagram granine deformabilnosti kod limova, poznat i kao KilerGudvinov dijagram (KeelerGoodwin) (slika 2.14).

2.9 PARAMETRI PROCESA

Osnovni parametri procesa plastinog deformisanja su: deformaciona sila, srednji povrinski pritisak (radni pritisak, radni napon) i deformacioni rad. Da bi se ostvario proces plastinog deformisanja, najee izvrni element maine (pritiskiva prese, bat kovakog ekia, itd.) nosi pokretni dio alata i ima pravolinijsko kretanje. Aktivna sila kojom se preko maine djeluje na radni komad naziva se deformaciona sila i za pravilan izbor maine potrebno je poznavati njen intenzitet.

Stuart Keeler (Keeler Technologies LLC, USA)

Sl. 2.14 Dijagram granine deformabilnosti kod limova


32

Sl. 2.15 Princip odreivanja deformacione sile

U optem sluaju raspodjela napona () na komadu je vema sloena (slika 2.15) pa se deformaciona sila definie kao:

F= dA Umjesto traenja funkcije napona od koordinata, uvodi se pojam radnog pritiska koji predstavlja srednju vrijednost kontaktnog napona () pa je:

F=p A Najee se radni pritisak dovodi u vezu sa deformacionim otporom K preko izraza:

p=mK gde je m>1 koeficijent koji zavisi od kontaktnog trenja, geometrije komada i vrste obrade i definie se analizom naponskodeformacionog stanja u konkretnom procesu obrade. Ovakav pristup u definisanju deformacione sile je veoma pogodan kod zapreminskog oblikovanja. Kod oblikovanja limova do konanog izraza dolazi se analizom sila i napona svakog procesa oblikovanja pojedinano, bez koritenja radnog pritiska. Deformacioni rad karakterie energetski aspekt obrade i predstavlja ukupno potreban rad za izvoenje odreenog procesa obrade tokom radnog hoda maine i alata.

W= hho

Fdh ili pojednostavljeno W=Fsr h,

gdje je Fsr=const., srednja vrijednost deformacione sile tokom procesa. Pri zapreminskom oblikovanju (npr. sabijanju) izraz za rad je najee u obliku:

, gde je V=const.-deformisana zapremina, p -srednja vrijednost radnog pritiska tokom procesa sabijanja, h-ukupna prirodna deformacija. Ako se zanemari trenje (m=1), dobija se tzv. idealni rad:

- srednji deformacioni otpor


33

Koeficijent korisnog dejstva procesa deformisanja:

, zavisi od vrste i karakteristika procesa, a vrijednosti se kreu u rasponu od 0,20,95.

2.10 KONTAKTNO TRENJE I GRANINI USLOVI

U toku procesa plastinog deformisanja metala na kontaktnim povrinama izmeu alata i radnog predmeta nastaje odgovarajue trenje, poto dolazi do relativnog kretanja izmeu alata i komada. Po svojoj prirodi ovo trenje je bitno drugaije od trenja izmeu krutih mainskih parova, koji rade u oblasti elastinosti. Pri oblikovanju deformisanjem kontaktni pritisci mogu prei iznad 2500 MPa, za razliku od mainskih parova gde je to najee ispod 50 MPa. Druga razlika je u povrini kontakta. Pri deformisanju kontaktna povrina se najee poveava i mijenja njena konfiguracija. Dalje, kod mainskih parova trenje je uvijek tetno, pri deformisanju u brojnim sluajevima moe da bude i korisno (valjanje, duboko izvlaenje). Glavni utjecaji na kontakno trenje su: kontaktni pritisak, brzina klizanja, temperatura, parametri kontaktnih povrina (hrapavost, fizikohemijske osobine), vrsta materijala u kontaktu, primjenjeno mazivo itd. Mogua podjela tipova trenja: suho trenje (metalni kontakt bez maziva), kvazi hidrodinamiko (sloj maziva potpuno razdvaja povrine u kontaktu), granino (postoji film maziva koji moe biti prekinut i pod veim pritiscima ostvareno hladno privarivanje) i mjeovito (elementi graninog i kvazi hidrodinamikog trenja, najee prisutno u praksi). Sredstva za podmazivanje treba da obezbijede eljene otpore trenja (najee smanjenje), umanjenje habanja, odranje filma maziva, netoksinost itd. Primjena zavisi od vrste procesa, uslova obrade, vrste materijala itd. Dakle, maziva za obradu plastinim deformisanjem pored primarnog svojstva podmazivanja moraju imati i niz drugih osobina kao to su: razliita mo zamaenja i podnoenja trenja, prijanjanje, antikorozivno dejstvo, lako odstranjivanje i pranje i rashladno svojstvo Izbor mazivog sredstva za obradu plastinim deformisanjem osim osnovnih karakteristika samih maziva zavisi od: vrste operacija, prirode i karakteristike materijala za obradu, tipova maina i alata i brzine deformisanja. Osnovne vrste maziva su: ulja, emulzije (smjee ulja i vode) i maziva u vrstom stanju (prakovi, grafit, molibden disulfid, cink sulfid, sapuni i polimeri). Kontaktno trenje dovodi do: promjene naponskog stanja (pri sabijanju, od jednoosnog postaje prostorno), poveanja deformacionih sila, nehomogenog deformisanja, pogoranja kvaliteta povrina komada itd.


34

Sile trenja deluju na kontaktnim povrinama i predstavljaju smicajne sile usmjerene suprotno od smjera pomjeranja metala. Odreivanje ovih sila zasniva se na razliitim pojednostavljenjima i pretpostavkama. Data je jedna od mogunosti: 1) Normalni napon u kontaktu je znatno vei od deformacione vrstoe (npr. pri

toplom kovanju), >> K. Tada vai da je smicajni napon usljed trenja:

k = K, gdje je koeficijent trenja. Prema hipotezi maksimalnog smiueg napona max= 0,5 K, pa je oigledno najvea vrijednost koeficijenta trenja =0,5. 2) Normalni napon u kontaktu je manji od deformacione vrstoe,

Skripta: Obrada metala deformisanjem: 3. Obrada razdvajanjem (Shearing)

35

3. OBRADA RAZDVAJANJEM (SHEARING)

Razdvajanje se po svojim osobinama razlikuje od svih ostalih postupaka plastinog deformisanja jer podrazumijeva fiziko odvajanje dijela polufabrikata razdvajanjem (sjeenjem). Razlozi za izuavanje procesa razdvajanja u okviru tehnologije plastinog oblikovanja su sljedei: isti su polufabrikati (najee limovi), iste ili sline maine i injenica da su operacije razdvajanja poetne u ukupnom tehnolokom procesu plastinog oblikovanja. Proces razdvajanja se ostvaruje smicanjem po povrinama koje odreuje geometrija komada, odnosno alata. Osnovne razlike razdvajanja u odnosu na ostale metode obrade deformisanjem su: a) sutina procesa razdvajanja je ostvarivanje tangencijalnih (smiuih) napona u

odreenim ravnima. Kad ti naponi dostignu maksimalnu vrijednost nastaje razdvajanje strukture,

b) zona obrade je koncentrisana na usku oblast oko rezne ivice, c) zapremina gotovog komada uvijek je manja od zapremine polaznog komada. Postupke razdvajanja je mogue podijeliti na: 1. Odsjecanje, 2. Prosjecanje i probijanje, 3. Vibraciono razdvajanje i 4. Fino prosjecanje.

3.1 ODSJECANJE

Odsjecanje je postupak kojim se obrauju najee limovi raznih debljina, ali i (rijee) ipke i profili. Linija razdvajanja je uvijek prava.

Slika 3.1 Faze procesa razdvajanja


36

Polazni komad se postavlja izmeu pokretnog i nepokretnog noa (slika 3.1). Prva faza procesa je elastino deformisanje. Porastom deformacione sile nastaje plastino deformisanje, a kada smiui napon u zoni razdvajanja dostigne maksimalnu vrijednost, t.j. jainu materijala na smicanje, dolazi do razaranja strukture, odnosno razdvajanja polaznog komada na dva dijela. Proces traje veoma kratko. Kod tanjih limova to je red veliine desetinke sekunde. Za realizaciju razdvajanja potrebni su univerzalni alati (noevi) i specijalne maine (tzv. makaze). Postupak je pogodan za primjenu u pojedinanoj i serijskoj proizvodnji. S obzirom na koritenu mainu postoje tri varijante odsjecanja: na makazama sa pravim paralelnim noevima, na makazama sa pravim nagnutim noevima, na makazama sa krunim noevima.

3.1.1 Odsjecanje na makazama sa pravim paralelnim noevima

Rezne ivice noeva u jednom trenutku djeluju po cijeloj liniji razdvajanja (slika 3.2). Zbog toga je optereenje maine udarno. Radni predmet nije deformisan (ostaje ravan). Na slici 3.3 je fotografija maine.

Slika 3.2 Shema odsjecanja na makazama sa pravim paralelnim noevima

Slika 3.3 Spoljanji izgled makaza sa pravim paralelnim noevima


37

Maksimalna sila odsjecanja:

, gdje je bduina linije odsjecanja (najee irina polaznog komada), sdebljina lima i sMsmicajna vrstoa. Mjerodavna sila za izbor maine:

FM= 1,3 F Deformacioni rad se moe priblino odrediti po sljedeem izrazu:

W = F s , gdje je =0,30,75 koeficijent srednje sile.

3.1.2 Odsjecanje na makazama sa pravim nagnutim noevima

U ovom sluaju ostvaruje se parcijalni zahvat rezne ivice noa i lima (slika 3.4). Deformaciona sila je znatno manja u odnosu na odsjecanje sa pravim paralelnim noevima, ali je gotov komad u manjoj ili veoj mjeri savijen.

Slika 3.4 Shema odsjecanja na makazama sa pravim nagnutim noevima

Mjerodavna sila odsjecanja za izbor maine na ovim makazama iznosi:

Ugao nagiba noa () mora biti tako odabran da ne dolazi do izmicanja lima. Ako je koeficijent trenja izmeu lima i rezne ivice , ugao trenja je: =arc tg. Poto sa dvije strane postoji trenje mora se zadovoljiti uslov:

< 2 Za =0,1


38

Slika 3.5 Izgled makaza za odsjecanje sa pravim nagnutim noevima

3.1.3 Odsjecanje na makazama sa krunim noevima

Primjenjuje se samo za odsjecanje limova (obino u vidu traka velike duine). Okretanjem noeva ostvaruje se odsjecanje. Vrlo esto se vri istovremeno odsjecanje vie uih traka iz jedne ire (slike 3.6 i 3.7).

Slika 3.6 Shema poloaja krunih noeva

Slika 3.7 Makaze sa krunim noevima u sklopu linije za pripremu traka


39

3.2 PROSJECANJE I PROBIJANJE

Prosjecanje i probijanje su postupci obrade razdvajanjem po zatvorenoj konturi uz pomo posebnih preserskih alata. Proces se najee izvodi na mehanikim presama. Polufabrikati su limene trake ili pojedinani komadi od lima, a koriste se i nemetalni materijali u ploastoj formi. Gotovi komadi su ravni sa konturama razliitog oblika.

Slika 3.8 Prosjecanje i probijanje Slika 3.9 Radni elementi alata

Za razliku od ostalih postupaka deformisanja ovdje nije potrebno da materijal ima dobre osobine plastinosti i deformabilnosti. Termin prosjecanje podrazumjeva dobijanje finalnog komada sa spoljanjom konturom, a termin probijanje dobijanje finalnog komada sa unutranjom konturom (slika 3.8). Proces u okolini rezne ivice je potpuno isti.

Slika 3.10 Prosjecanje

Osnovna shema prosjecanja data je na slikama 3.9 i 3.10. Prikazani su radni elementi alata i poloaj materijala. Proces razdvajanja traje veoma kratko (djeli sekunde) ak i kod veih debljina lima, ali je mehanizam njegovog odvijanja relativno sloen (slika 3.11).

Prosjeka

Ploa za prosjecanje /matrica/


40

Slika 3.11 Mehanizam procesa razdvajanja

Pod a) je dat polazni poloaj sa oznaenom najvanijom karakteristikom alata, zazorom. Manjim zazorom postie se bolji kvalitet presjeene povrine, ali je deformaciona sila vea. Obrnuto, vei zazor daje loiju presjeenu povrinu uz manju silu i smanjeno habanje alata. Na slici b) je faza elastinog deformisanja, koja prerasta u plastino oblikovanje na skici c). Daljim rastom sile, zateui naponi u okolini rezne ivice matrice prelaze kritinu vrijednost i tu se javlja pukotina (d). Ona brzo propagira u pravcu rezne ivice prosjekaa, to zavisi od vrste materijala i zazora i rezultira u gotovo udarnom razdvajanju. Kod ilavijih materijala pukotina se javlja i u zoni rezne ivice prosjekaa (e). Kod manjeg zazora pukotine se mimoilaze, a materijal izmeu njih ponovo sjee (f).

3.2.1 Deformaciona sila i rad prosjecanja (probijanja)

Deformaciona sila prosecanja (probijanja):

FM =L s sM , gdje je Lduina konture prosjecanja. Sila za izbor maine:

F=1,3 FM + FPOM , gdje FPOM podrazumjeva bilo koju pomonu silu (dranje, skidanje, izbacivanje) koja se svojim dejstvom suprostavlja deformacionoj sili. Deformacioni rad:

W= FM s , slino kao kod odsjecanja na makazama sa pravim paralelnim noevima. Prethodni izrazi vae samo za prosjecanje i probijanje na alatima sa ravnim (nezakoenim) reznim ivicama.

Skripta: Obrada metala deformisanjem: 3. Obrada razdvajanjem

41

3.2.2 Mogunosti za smanjenje sile prosjecanja

Primjenjuju se sljedei naini: a) alati sa zakoenim reznim ivicama, b) izrada prosjekaa razliitih duina i c) prosjecanje na povienim temperaturama. Kod alata sa kosim reznim ivicama (slika 3.12 i 3.13) nema istovremenog kontakta po cijeloj konturi prosjecanja ve je zahvat parcijalan, analogno sjeenju na makazama sa nagnutim noevima. Zbog toga je deformaciona sila znatno manja, ali su alati sloeniji, a radni predmet u nekim sluajevima savijen.

Slika 3.12 Zakoene rezne ivice

Slika 3.13 Varijante zakoenih reznih ivica

Sljedei nain se koristi kod alata sa vie probijaa, odnosno prosekaa. Najee se smanjuje duina manjih prosekaa, odnosno vri pojedinano razdvajanje odgovarajuih kontura (slika 3.14).

Slika 3.14 Princip korienja noeva razliitih

duina


42

Trei nain za smanjenje sile razdvajanja, obino se koristi kod veoma debelih ploastih materijala. Na povienim temperaturama smanjuje se vrstoa, a time i sila prosjecanja. Temperatura zagrijavanja zavisi od hemijskog sastava i stanja strukture polufabrikata. Kod veine elika to je 750900oC.

3.2.3 Principi racionalnog koritenja materijala pri prosecanju

U uslovima veih proizvodnih serija od velikog je znaaja ekonomino korienje materijala pri prosjecanju, t.j. obezbjeenje pravilnog rasporeda komada na traci uz tehnologinu geometriju, kako bi otpadak bio minimalan. Lim se dobija iz eljezara najee u obliku tabli. Iz njih se odsjecaju trake odgovarajue irine. Od takvih traka se, zatim, prosjecanjem i probijanjem dobijaju gotovi dijelovi ili polazni komadi za naredne operacije. U velikoserijskoj i masovnoj proizvodnji obino se direktno iz eljezare dobijaju koturovi lima potrebne irine. Njihova primjena, osim prese sa alatom za prosjecanje i probijanje, zahtijeva ureaje za odmotavanje i ispravljanje prije uvoenja u alat. Od posebnog je znaaja pravilno koncepcijsko rjeenje, alata, poloaja kontura na traci i irine trake. Najvei uticaj ima veliina serije i vrsta materijala lima. Na sljedeim slikama date su varijante rasporeda kontura na traci.

Slika 3.15 Raspored kontura na traci

Slika 3.16 Utjecaj rasporeda krunih kontura na stepen iskorienja materijala


43

Slika 3.17 Primjeri rasporeda kontura na traci

3.2.4 Osnovne napomene o alatima za prosjecanje i probijanje

Alati se sastoje od dva podsklopa: gornjeg i donjeg. Gornji se vezuje za pritiskiva prese (pokretan je), a donji za radni sto (nepokretan). Centralno mjesto imaju radni (izvrni) elementi: prosjekai i matrice. Sve je podreeno pravilnom funkcionisanju sklopa prosjekamatrica: krutost, voenje, centriranje, nain povezivanja elemenata itd. Ako voenje gornje polovine alata u odnosu na donju postavimo kao kriterijum, alate za prosjecanje moemo podjeliti na: - alate bez voenja (koristi se voenje prese, slika 3.10 i slika 3.18), - alate sa ploastim voenjem (preko profilisanog otvora u ploi za voenje, slika

3.19), - alate sa stubnim voenjem (klizno ili kotrljajue, slike 3.20 i 3.21), - alate sa kombinovanim voenjem (ploasto i stubno, slika 3.22). S obzirom na broj prosjecanja alati se mogu podjeliti na: - jednosjene (jedna kontura) i - viesjene alate (vie od jedne konture prosjecanja, slika 3.19). Prema formi rezne ivice razlikujemo: - alate sa ravnim reznim ivicama, - alate sa kosim reznim ivicama (slike 3.12 do 3.14).


44

Slika 3.18 Alat za prosjecanje i probijanje bez voenja

Slika 3.19 Vieseni alat sa ploastim voenjem


45

Slika 3.20 Alat sa stubnim kliznim voenjem Slika 3.21 Alat sa kotrljajuim voenjem

Slika 3.22 Alat sa kombinovanim voenjem

Na sljedeim slikama prikazane su dvije prese sa ekscentarskim pogonskim mehanizmom koji se najee koristi za operacije prosjecanja i probijanja.

Slika 3.23 Ekscentar presa u radu Slika 3.24 Jednostubna ekscentar presa


46

3.3 VIBRACIONO RAZDVAJANJE

Vibraciono razdvajanje je postupak pri kome se na specijalnim mainama ostvaruje prosjecanje i probijanje po pravolinijskim ili krivolinijskim konturama. Noevi su relativno malih dimenzija i imaju veliki broj hodova u jedinici vremena. Tabla lima se postavlja na radni sto maine koji je pokretan u pravcu dvije koordinatne ose. Na taj nain je mogue dobiti bilo koji oblik krivolinijske konture. Ovakve maine obino imaju CNC upravljanje (slike 3.25, 3.26 i 3.27), a mogue je koristiti i laser za sjeenje umesto noeva.

Slika 3.25 Maina za vibraciono razdvajanje

Slika 3.26 Radna glava kod vibracione maine Slika 3.27 Prosjecanje krivolinijskih kontura

3.4 FINO PROSJECANJE

Klasinim postupcima prosjecanja i probijanja dobija se relativno nizak kvalitet presjeene povrine i niska dimenzijska tanost. Pri finom prosjecanju postie se znatno vii nivo dimenzijske tanosti i veoma glatka presjeena povrina bez tragova obrade. Osnovna ideja ovog postupka (slika 3.28) sastoji se u odlaganju nastanka pukotine, odnosno poveanju plastinosti materijala, formiranjem troosnog pritisnog naponskog stanja u zoni rezne ivice. U teoriji plastinosti je poznato da deformabilnost naglo raste u uslovima pritisnog naponskog stanja. Pritisne komponente napona ostvaruju se delovanjem draa, protivdraa i utiskivanjem rebra koje prati konturu (slike 3.28, 3.29 i 3.32).


47

Slika 3.28 Princip ostvarivanja procesa finog prosjecanja

Slika 3.29 Poloaj utiskujuih rebara prema konturi prosjecanja

Geometrija komada je vrlo raznolika (slika 3.30 i slika 3.31), pri emu je debljina lima obino velika (iznad 5 mm). Alati su robusnije konstrukcije (slike 3.33 i 3.34) u odnosu na klasine. Od maine (slika 3.35) se zahtijevaju tri nezavisna dejstva. To su specifine prese kompaktne konstrukcije koje imaju pogonski sistem sa donje strane.


48

Slika 3.30 Geometrije komada dobijenih finim prosjecanjem

Slika 3.31 Tipina geometrija komada za izradu finim prosjecanjem

Slika 3.32 Uporeenje tehnologija klasinog i finog prosjecanja


49

Slika 3.33 Shema alata za fino prosjecanje

Sika 3.34 Izgled alata za fino prosjecanje

Slika 3.35 Izgled prese trostrukog dejstva za fino prosjecanje

Skripta: Obrada metala deformisanjem: 4. Savijanje (Bending)

50

4. SAVIJANJE (Bending)

Savijanje spada u grupu postupaka tehnologije plastinog deformisanja koji se najee primjenjuju. Omoguava izradu irokog asortimana proizvoda, sa dimenzijama od dijelova milimetra pa do nekoliko metara. Dijelovi sloenih geometrija izrauju se u vie operacija. Karakteristika procesa savijanja je, u veini sluajeva, lokalno plastino deformisanje. Deformisana zona tada obuhvata manji dio zapremine komada, mada ima postupaka gdje se deformie kompletna zapremina (kruno savijanje npr.). Savijanje se primenuje kako u serijskoj tako i u pojedinanoj proizvodnji. Polazni materijal (polufabrikat) je najee lim u vidu trake ili table, ali to moe da bude ica, puni profil, cijev. Debljina limova za savijanje kree se od stotih dijelova milimetra pa do nekoliko desetina milimetara. Osnovni postupci savijanja su: 1. Savijanje pomou alata na univerzalnim presama (ugaono savijanje), 2. Profilno savijanje na specijalnim (abkant) presama, 3. Kruno savijanje, 4. Profilno savijanje pomou valjaka, 5. Savijanje cijevi, 6. Savijanje dijelova manjih dimenzija (od traka i ice) na specijalnim mainama.

4.1 UGAONO SAVIJANJE

Izvodi se najee u alatima postavljenim na univerzalne prese (ekscentarske, koljenaste, hidrauline itd.) ili na specijalnim presama. S obzirom na oblik i broj mjesta savijanja moe biti: jedno dvo i vieugaono (slike 4.1). Za jednougaono savijanje esto se koristi termin V savijanje (slike 4.1 i 4.2) ; za dvougaono U ili C savijanje (slike 4.1 i 4.3), a u primjeni je i termin Z savijanje (slika 4.1). Jasno je da se ostvaruju i najrazliitije kombinacije ovih osnovnih oblika.

Slika 4.1 Razliiti prikazi ugaonog savijanja


51

Slika 4.2 Faze procesa jednougaonog savijanja u zatvorenom alatu

Slika 4.3 Faze procesa dvougaonog savijanja (slobodnolijevo i sa draemdesno)


52

Slika 4.4 Slobodno jednougaono savijanje

Slika 4.5 Jednougaono savijanje sa obrtnim pritiskivaem

Slika 4.6 Jednougaono savijanje na primjeru tzv. presavijanja


53

Alati (slike 4.7 i 4.8) su po koncepciji slini alatima za prosjecanje i probijanje. Razlika je u radnim elementima, ovde su to pritiskiva (savija, oblika) i matrica (kalup) za savijanje.

Slika 4.7 Primjer alata za polukruno savijanje

Slika 4.8 Primjer sloenog alata za ugaono savijanje sa 4 savijene zone


54

Fiziki izgled savijenih komada dat je na slikama 4.9, 4.10 i 4.11.

Slika 4.9 Fotografije dijelova dobijenih ugaonim savijanjem (a)

Slika 4.10 Fotografije dijelova dobijenih ugaonim savijanjem (b)

Slika 4.11 Fotografije dijelova dobijenih ugaonim savijanjem (c)


55

4.1.1 Naponi i deformacije

Pri savijanju se ostvaruju plastine i elastine deformacije, pri emu se tei da udio elastinih deformacija bude to manji. Odgovarajui uzduni naponi imaju razliit karakter sa svake strane lima. U spoljanjoj zoni lima (prema radijusu rs na slikama 4.12 i 4.13) vladaju zateui naponi od kojih zavise granine deformacije (prekoraenjem maksimalno dozvoljenih zateuih napona dolazi do razaranja). U unutranjoj zoni vladaju pritisni naponi. U skladu sa naponima, slojevi materijala se u spoljanjoj zoni izduuju, a u unutranjoj skrauju.

Slika 4.12 Djelovanje uzdunih napona pri jednougaonom savijanju

Geometrija savijene zone se opisuje sa parametrima prikazanim na sl. 4.12 i 4.13. To su radijusi ru unutranji, rs spoljanji, rn radijus neutralne ose, ugao savijanja i ugao savijene zone.

o = 180 o o = 180 o ugao savijanja ugao savijene zone

Slika 4.13 Parametri u savijenoj zoni


56

Raspodjela uzdunih napona po debljini lima se obino pojednostavljuje (slika 4.14) tako to se zanemaruju mali iznosi deformacija i deformaciono ojaavanje, a takoe vri linearizacija promjene napona teenja.

Slika 4.14 a) isto elastino savijanje; b) elastinoplastino savijanje bez deformacionog ojaavanja; c) isto plastino savijanje bez ojaavanja; d) isto plastino savijanje sa

nelinearnim ojaavanjem

4.1.2 Neutralna osa i razvijeno stanje

S obzirom na prethodno pomenutu prirodu uzdunih napona koji djeluju u savijenoj zoni i na ostvarene deformacije (izduenje vlakana u spoljanjoj zoni i njihovo skraenje u unutranjoj) mogue je zakljuiti da na jednom mjestu po debljini lima postoji sloj materijala koji se nije ni izduio niti skratio, iako je promjenio oblik (od ravnog u luni). Taj sloj se naziva neutralni sloj. Kod komada dovoljne irine umjesto sloja, dovoljno je da se u reprezentativnom presjeku definie neutralna osa, linija koja ne mjenja svoju duinu tokom savijanja (sl. 4.12 i 4.13). Poznavanje poloaja i nalaenje duine neutralne ose je vano zbog definisanja poetnih dimenzija komada prije savijanja (tzv. razvijenog stanja). Poluprenik neutralne ose zavisi od odnosa ru/s (sl. 4.13) i odreuje se prema izrazu:

x faktor pomjeranja neutralne ose (empirijski podatak koji se bira iz preporuka)

Za opti sluaj savijanja poetna duina komada (L) jednaka je zbiru duina nesavijenih dijelova van zona savijanja i duina lukova neutralne ose u zonama savijanja. Odreuje se prema izrazu:

d )


57

li duine ravnih (nesavijenih)dijelova komada, n ukupan broj nesavijenih dijelova, k ukupan broj zona savijanja

Sl. 4.15 Savijen komad i razvijeno stanje (duina L=174,2 mm)

4.1.3 Momenti savijanja

Pri savijanju razlikujemo momente spoljanjih sila (deformaciona sila, sile otpora, sile trenja itd.) i tzv. momente unutranjih sila, definisane na osnovu naponskog stanja. Iz jednakosti ovih momenata definie se potrebna deformaciona sila. Zavisno od veliine uzdunih napona po debljini lima postoje dva tipa savijanja: isto plastino i elastino plastino. Kriterijum za definisanje je vrijednost odnosa ru/s prema sljedeem:

Izjednaavanjem momenta unutranjih sila M i momenta spoljanjih sila M odreuju se sile savijanja F: M=MF 4.1.4 Minimalni i maksimalni radijus savijanja

U velikom broju sluajeva tei se savijanju sa malim unutranjim radijusom ru ime se, pored ostalog, poboljava krutost komada. Meutim, smanjivanje radijusa


58

dovodi do poveanja nepovoljnih zateuih napona u spoljanjoj zoni komada (npr. sl. 4.13) sve do granine vrijednosti radijusa iza koje dolazi do loma na komadu. Ta granina vrijednost se naziva najmanji (minimalni) radijus savijanja i definie prema izrazu:

Faktor c zavisi od vrste materijala, stanja materijala i poloaja komada u odnosu na pravac valjanja polufabrikata. Poveavanjem unutranjeg radijusa ru smanjuje se stepen deformisanja pri savijanju i poveava udio elastinih deformacija sve do granine vrijednosti ru iza koje uopte i nema plastine deformacije. Ta druga dozvoljena ekstremna vrijednost radijusa savijanja odreuje se prema izrazu:

, gdje je E modul elastinosti, s- debljina materijala, RP- granica teenja.

4.1.5 Elastina povratnost

Ukupnu deformaciju pri savijanju gotovo uvijek ini, pored plastinog, i elastini dio (posebno oko neutralnog sloja). Po oslobaanju savijenog dijela iz alata elastine deformacije nestaju, to rezultira poveanjem ugla savijanja (sl. 4.16). Pojava je tetna i kompenzuje se raznim mjerama, kao to je izrada alata sa manjim uglom savijanja, kako bi komad poslije elastinog vraanja imao zahtjevane dimenzije.

Sl. 4.16 Elastina povratnost pri savijanju

Veliina ugla zavisi od vrste materijala i stepena deformisanja pri savijanju. Postoje razni izrazi za odreivanje (o), a kao primjer dat je sljedei empirijski izraz, koji vai za lim od ugljeninog elika 0260:

4.1.6 Momenti spoljnih sila i sile savijanja

4.1.6.1 Dvougaono savijanje

Na sl. 4.17 data je shema lijeve polovine simetrinog komada koji se dobija dvougaonim savijanjem i trougao sila.


59

Sl. 4.17 Dejstvo sila pri dvougaonom savijanju Deformaciona sila savijanja FS moe da se odredi preko izraza:

Moment spoljanjih sila M uvjek je jednak momentu unutranjih sila i odreuje se prema izrazima u pogl. 4.1.3. Veliina l naziva se krak savijanja i predstavlja zbir radijusa matrice rM, radijusa pritiskivaa rP i debljine lima s: L=rM+RP+s Prethodni izraz, egzaktno posmatrano, vai samo za ugao od 90o, ali se u praksi sa manjom grekom koristi i za druge uglove dvougaonog savijanja. Ako postoji dejstvo draa, sila FS se poveava za intenzitet sile dranja. U sluaju postojanja zavrnog poravnavanja (kalibrisanja) na ravnoj povrini dna komada i intenzitet sile kalibrisanja ulazi u ukupan iznos mjerodavne deformacione sile. Uopte, sila kalibrisanja je jednaka: Fk = pk Ak,gde su: pk, Ak specifini pritisak i povrina kalibrisanja.

4.1.6.2 Jednougaono savijanje u zatvorenom alatu

Postupnost procesa jednougaonog savijanja u zatvorenom alatu data je na sl. 4.2. Raspon izmeu taaka oslanjanja se smanjuje od l1 do lk. Promjena sile savijanja zavisno od hoda pritiskivaa data je na sl. 4.18. Vidi se da je zavrna sila kalibrisanja znatno vea od deformacione sile savijanja. Zato se kao mjerodavni parametar za izbor maine uzima sila kalibrisanja.


60

Sl. 4.18 Zavisnost sile savijanja od hoda pritiskivaa

Sl. 4.19 Shema sila pri jednougaonom savijanju u zatvorenom alatu

Konaan izraz za silu savijanja je :

, gdje je rn radijus neutralne ose (pogl. 4.1.2). Moment M se zamjenjuje momentom unutranjih sila (pogl. 4.1.3). Prethodni izraz nije povoljan za male (bliske 0) i velike (bliske 180o) uglove savijene zone. Sila kalibrisanja odreuje se na potpuno isti nain kao kod dvougaonog savijanja.


61

4. 2 PROFILNO SAVIJANJE NA SPECIJALNIM PRESAMA

Ovaj tip savijanja zapravo predstavlja ugaono savijanje komada koji najee imaju veliku irinu savijene zone (i vie od nekoliko metara) i to na specijalnim tzv. abkant(od njem. abkantpresse) presama (sl. 4.20).

Sl. 4.20 Izgled prese za profilno savijanje

Pritiskiva je velike duine, noastog oblika i, najee, izvodi jednougaono savijanje uz pomo univerzalne matrice (sl. 4.21 i 4.22). Meutim, oblikovanje je uglavnom vieoperaciono (vie jednougaonih savijanja uz zamjenu alata, sl. 4.23) tako da se dobijaju i vrlo sloeni profili. Na sl. 4.24 prikazano je profilno savijanje sa dvije operacije dvougaonog savijanja. Na sl. 4.25 dat je izgled pojedinih gotovih profila .

Sl. 4.21 Alat na presi za profilno savijanje u zahvatu (detalj)


62

Sl. 4.22 Alat na presi za profilno savijanje u zahvatu (detalj)

Sl. 4.23 Profilno savijanje sloenog komada po operacijama

Sl. 4.24 Profilno savijanje sa alatom za dvougaono savijanje


63

Sl. 4.25 Izgled pojedinih gotovih profila

4.3 KRUNO SAVIJANJE

Izvodi se na specijalnim mainama sa 3 ili 4 valjka (sl. 4.26, 4.27, 4.28 i 4.29).

Sl. 4.26 Maina sa kruno savijanje sa tri valjka

Sl. 4.27 Maina za savijanje sa valjcima u radu


64



Savijaju se limovi manjih i veih debljina. Regulacija prenika komada, odnosno radijusa savijanja izvodi se promjenom rastojanja izmeu gornjeg i donjih valjaka h (sl. 4.30). Preporuena vrijednost za rastojanje izmeu valjaka iznosi L=(1,1 1,3)Dg , a prenik donjih valjaka Dd=(0,8 0,9)Dg. Sila na gornjem valjku (sl. 4.30), koja predstavlja deformacionu silu savijanja dobija se na osnovu sljedeeg izraza:

gdje je b irina komada; spoljanji prenik komada DS=2R+s; Rp granica teenja; E modul elastinosti.


65

Prethodni izraz za silu savijanja izveden je s obzirom da su pri krunom savijanju na valjcima plastine deformacije relativno male, a elastino ispravljanje ima znaajan uticaj (koristi se izraz za moment unutranjih sila pri elastinoplastinom savijanju).

Sl. 4.30 Shema krunog savijanja na valjcima

Ugao koji definie poloaj donjih valjaka () odreuje se iz geometrijskih odnosa:

Kod krunog savijanja esto se zahtijevaju veliki prenici komada pa je potrebno uporediti vrijednost eljenog poluprenika sa graninom vrednou maksimalog radijusa (pogl. 4.1.4).

4.3.1 Kruno savijanje profila na valjcima

Pored savijanja limova i ploastih materijala, vrlo esto je potrebno krunim savijanjem oblikovati profile (najee valjane) razliitih presjeka (sl. 4.31 i 4.32). Princip oblikovanja potpuno odgovara krunom savijanju na valjcima. Maine su veoma sline, s tom razlikom to su valjci manje duine, a maine kompaktnije (sl. 4.33 i 4.34). Na slinim mainama sa profilisanim valjcima dobijaju se profilni dijelovi od lima (sl. 4.35 i 4.36).


66

Sl. 4.31 Savijeni valjani profili velikih dimenzija

Sl. 4.32 Savijeni profili

Kod ovakvog savijanja deformisanje se prostire na cijelu zapreminu komada, to za oblikovanje savijanjem nije tipino. Debljina lima (ili profila) moe dostizati i nekoliko desetina milimetara. Pripremno savijanje krajeva komada se posebno izvodi na istim mainama.


67

Sl. 4.33 Savijanje valjanih profila na maini sa tri vertikalna valjka

Sl. 4.34 Savijanje profila na maini sa tri horizontalna valjka

Maksimalni radijus savijanja je ogranien elastinim osobinama materijala (pogl. 4.1.4), a minimalni, radijusom srednjeg valjka, dimenzijama poprenog presjeka profila i vrstom materijala.


68

Sl. 4.35 Maine za savijanje profila na valjcima (za manje veliine komada)

Sl. 4.36 Savijanje obrua iz trake lima

Sl. 4.37 Primjeri savijenih komada manjih dimenzija


69

4.4 PROFILNO SAVIJANJE LIMOVA POMOU VALJAKA

Masovna proizvodnja limenih profila vee duine i talasastih limova izvodi se na mainama za profilisanje limova pomou valjaka. One mogu imati i vie od 20 radnih pozicija sa odgovarajuim valjcima u zahvatu (sl. 4.38). Iako traka kontinualno ide (sl. 4.39) (esto brzinom i preko 3 m/s) oblikovanje je postupno, vieoperaciono, sa relativno malim uglom savijene zone u jednoj operaciji (sl. 4.40a). To omoguava dobijanje veoma sloenih profila od lima (sl. 4.40b). Izvode se i dopunske operacije (odsjecanje itd.)

Sl. 4.38 Primjer nekoliko pozicija na maini za profilisanje lima valjcima

Sl. 4.39 Shema profilisanja lima na valjcima


70

Sl. 4.40 Postupnost oblikovanja (a) i primjeri profila (b) pri profilisanju limova na valjcima

4.5 SAVIJANJE CIJEVI

Savijanje i druga oblikovanja cijevi krunog presjeka i drugih upljih profila, zahtijevaju primjenu posebnih alata i maina (sl. 4.41, 4.42, 4.43, 4.44 i 4.45) da bi se sprijeila ili u dovoljnoj mjeri kompenzirala pojava nekontrolisanog deformisanja u savijenoj zoni. Defekti se odnose na dobijanje spljotenog profila, pojavu nabora u zoni unutranjeg radijusa, lom u spoljanjoj zoni itd. Uspjeno savijena cijev podrazumijeva savijanje u jednoj ili vie savijenih zona sa ouvanim dimenzijama otvora i stanjenjem zida komada ispod kritinog iznosa. Sklonost ka pojavi defekata je vea kod tankozidnih cijevi. Ako je debljina zida cijevi dovoljno velika nije potrebno preduzimati bilo kakve mjere, cijev se savija kao puni profil. Najstariji nain (i danas se koristi u pojedinanoj proizvodnji) za spreavanje defekata pri savijanju cijevi, se sastoji u punjenju upljine cijevi deformabilnom materijom i zatvaranju krajeva. Materija treba da je takvih osobina da moe bez veih problema da pouzdano ostane u cijevi tokom oblikovanja, kao i da se zatim lahko izbaci van. Pokazalo se da je pijesak najpogodniji za ovu namjenu, ali se koristi guma i slini sintetiki materijali.

a) b)


71

U industrijskoj praksi pri veim serijama cijevi se ispunjavaju fleksibilnim jezgrima (sl. 4.41 d) ili ipkom sa zaobljenim krajem (radijus odgovara radijusu savijanja). Po zavrenom savijanju jezgro se izvlai. Na sl. 4.41 prikazana su tri najee koriena principa kod savijanja cijevi. Pod a) je savijanje oko nepokretnog profilisanog bloka pri emu se preko draa djeluje na oba kraja cijevi. Postupak se rjee primjenjuje. Pod b) je ema tzv. rotacionog savijanja cijevi koje ima najiru primjenu. Centralnu poziciju ima rotirajui profilisani blok koji je vezan za pogonski sistem maine (najee hidraulini) i koji ostvaruje aktivni moment savijanja. Donji dra cijevi je nepokretan, a gornji rotira zajedno sa centralnim blokom. Oblikovanje je vrlo efikasno, a proces je pogodan za kompjuterizovano upravljanje. Maine su kompaktne i produktivne (sl. 4.42, 4.43, 4.44 i 4.45).

Sl. 4.41 Metode savijanja cijevi

Pod c) je slian princip, ali je centralni blok nepokretan. Savijanje izvodi gornji dra.

Sl. 4.42 Jednostavan hidraulini ureaj za savijanje cijevi po metodi b) sa sl. 4.41


72

Sl. 4.43 Industrijska maina za rotaciono savijanje cijevi

Sl. 4.44 Primjer kompaktne maine za rotaciono savijanje sa upravljakom jedinicom


73

Sl. 4.45 Primjer maine za rotaciono savijanje u radu

Savijanje cijevi je mogue izvoditi i u alatima. Ako se ostvari pritisno naponsko stanje aksijalnim sabijanjem krajeva, uz ispunjavanje cijevi fluidom ili drugim deformabilnim materijalom, mogue je postii velike promjene oblika i velike stepene deformisanja bez defekata (sl. 4.46).

Sl. 4.46 Savijanje cijevi sa otrim uglovima primjenom aksijalnog sabijanja u alatu

4.6 SAVIJANJE DIJELOVA MANJIH DIMENZIJA NA SPECIJALNIM MAINAMA

Sitni dijelovi od ice i uih traka (sl. 4.47-a, b, c, d.) izrauju se na specijalnim automatskim mainama koje imaju vie radnih pozicija. Postupak oblikovanja je vieoperacioni, a radni komad se dobija uzastopnim djelovanjem alata koji su postavljeni radijalno (zvjezdasto) u odnosu na centralnu zonu maine (sl. 4.48). Proizvodnost ovakvih maina je veoma velika (i do 300 kom/min).


74

a) b)

c) d)

Sl. 4.47 Primjeri sitnih dijelova dobijenih oblikovanjem na automatskim mainama

Sl. 4.48 Viepozicioni automat za oblikovanje sitnih dijelova

Ovakvi dijelovi mogu da se izrauju i na univerzalnim jednopozicionim presama. U tom sluaju, alati su korani viepozicioni. Gotov komad se dobija poslije toliko hodova pritiskivaa prese koliko ima radnih pozicija u alatu.

Skripta: Obrada metala deformisanjem: 5. Duboko izvlaenje (Deep Drawing)

75

5. DUBOKO IZVLAENJE (DEEP DRAWING)

Pod dubokim izvlaenjem lima podrazumjeva se takav vid oblikovanja pri kome se od poetnog nedeformisanog, ravnog oblika (razvijene ploe, razvijenog stanja) dobija tijelo prostorne neprekidne konfiguracije. U principu, to je oblik posude otvorene sa jedne strane, dok sa druge ima zatvoreno dno. Obrada izvlaenjem se redovno vri u hladnom stanju, osim u posebnim sluajevima kada se komad mora zagrijavati (pogorani uslovi obrade - mala plastinost). Prema ponaanju debljine lima tokom procesa oblikovanja razlikuju se dva postupka: a) duboko izvlaenje bez promjene debljine lima (primenjuje se kod tankih limova i

ima jedno od dominantnih mjesta u industriji prerade metala uopte), b) duboko izvlaenje sa stanjenjem (primenjuje se kod debljih limova, ima

karakteristike zapreminske obrade i posebno se izuava). Prema geometriji gotovog komada mogua je sljedea podjela: a) isto duboko izvlaenje (izvlaenje upljeg cilindrinog tijela sa ravnim dnom) i

duboko izvlaenje rotacionih dijelova (sl. 5.1), b) duboko izvlaenje ostalih dijelova pravilnog geometrijskog oblika (kutijasti

dijelovi), c) izvlaenje dijelova nepravilnog geometrijskog oblika (npr. blatobran karoserije

automobila).


76

Sl. 5.1 Osnovni oblici dijelova koji se dobijaju dubokim izvlaenjem

Dijelovi dobijeni postupcima dubokog izvlaenja imaju iroku primjenu u: 1) automobilskoj industriji (dijelovi karoserije itd.), 2) avio-industriji, industriji inskih vozila, brodogradnji, 3) industriji kunih aparata i posua, 4) elektro i elektronskoj industriji, 5) poljoprivrednoj i procesnoj tehnici, 6) drugim oblastima (u manjem obimu). Na sljedeim slikama dati su primjeri realnih komada, dobijenih dubokim izvlaenjem tankih limova.

Sl. 5.2 Rotacioni oblici dobijeni dubokim izvlaenjem


77

Sl. 5.3 Kutijasti dijelovi proizvedeni dubokim izvlaenjem


78

Sl. 5.4 Dijelovi geometrijski nepravilnih (sloenih) oblika

5.1 DUBOKO IZVLAENJE OSNOSIMETRINIH KOMADA

Tipina geometrijska forma u ovom sluaju podrazumijeva dobijanje cilindrinog komada sa ili bez oboda i sa ravnim dnom (sl. 5.2 i sl. 5.5). Postupak dobijanja je poznat po terminu: isto duboko izvlaenje. Vrlo esto se uzima kao reprezentativni proces i detaljno izuava sa naponskodeformacionog aspekta.

Sl. 5.5 Komad koji se dobija istim dubokim izvlaenjem

Sl. 5.6 Osnovna shema oblikovanja u alatu za duboko izvlaenje

Za razliku od ostalih postupaka obrade lima (prosjecanje, savijanje) u ovom sluaju (sl. 5.6) postoje tri glavna (radna) elementa alata: izvlaka (najee prenosi deformacionu silu), matrica prsten za duboko izvlaenje i dra lima.


79

Polazni komad ima krunu konturu (prenika D0, sl. 5.7) i prije poetka procesa oblikovanja postavlja se na gornju povrinu matrice, kada se aktivira dejstvo draa koji silom dranja FD pritee obod komada. Poslije toga izvlaka svojim glavnim dejstvom otpoinje oblikovanje komada sve do njegovog potpunog provlaenja kroz otvor matrice.

Sl. 5.7 Shema djelovanja napona pri dubokom izvlaenju

Centralni dio procesa oblikovanja izvodi se na obodu komada i zaobljenju matrice pod dejstvom dva napona: tangencijalnog-pritisnog i radijalnog-zateueg (sl. 5.5 i 5.7). Tangencijalni napon tei da izazove pojavu nabora na obodu (sl. 5.8) i ona se sprijeava djelovanjem sile dranja. Intenzitet sile dranja i uopte uslove trenja na obodu treba paljivo definisati. Naime, potreban je dovoljan intenzitet sile dranja zbog sprijeavanja nabora, ali ako je trenje pojaano lako se dolazi do preoptereenja komada i pojave razaranja u kritinom (tzv. noseem) presjeku komada (sl. 5.8). Zbog toga se trenje na obodu i zaobljenju matrice maksimalno smanjuje (glatke povrine kontakta, odgovarajua maziva) i olakava klizanje lima.


80

Sl. 5.8 Defekti pri dubokom izvlaenju (nabori-lijevo i razaranje-desno)

Za obradu se najee koriste prese dvostrukog dejstva, koje imaju posebne pogone za dejstvo izvlakaa i dejstvo draa. Prese jednostrukog dejstva mogu se koristiti dogradnjom pneumatskih, gasnih ili hidraulinih cilindara za obezbijeenje dejstva draa (FD). Sila deformisanja se prenosi preko ela - vrha izvlakaa, pri emu je glavni otpor deformisanju na obodu, s obzirom da prstenastu povrinu lima treba prevesti u cilindrinu. Ukoliko je sila draa suvie velika i postoje nepovoljni uslovi trenja, doi e do koenja lima na obodu i do razaranja u kritinom presjeku. Kritini (nosei) presjek je najee iznad radijusa dna komada (Adn s). Proces oblikovanja esto nije mogue izvesti u samo jednoj operaciji dubokog izvlaenja. U tom sluaju rije je o dvo ili vie operacionom postupku. Za nominalni prenik i radijus dna komada, koji se koriste u raznim izraunavanjima korisno je usvojiti sljedee preporuke (npr. za prvu operaciju izvlaenja):

( vidjeti sl. 5.7).

5.1.1 Pokazatelji stepena deformisanja

Koriste se razliiti pokazatelji deformacije koji karakteriu stepen izvrenog izvlaenja. To su za sluaj jednooperacionog procesa izvlaenja (d1=d, r1=r): a) stepen - odnos izvlaenja :

b) koeficijent izvlaenja m :

c) relativna deformacija pri izvlaenju:


81

d) prirodna deformacija:

Veza izmeu pojedinih pokazatelja:

Ukoliko se pri obradi prekorae dozvoljene vrijednosti pokazatelja izvlaenja, npr. >max dolazi do loma, odnoso razaranja na kritinom mjestu komada. Od veliine navedenih pokazatelja zavise: - veliina napona i sile izvlaenja - broj potrebnih operacija izvlaenja, - sila dranja FD i sl. Od znaaja pri izvlaenju je i relativna debljina lima:

Smanjivanjem vrijednosti sr raste sklonost ka pojavi nabora na obodu.

5.1.2 Naponi i deformaciona sila izvlaenja

Deformaciona sila je parametar potreban za izbor maine i od posebnog znaaja je poznavanje njenog maksimalnog intenziteta, koji se uvijek postie u prvoj operaciji izvlaenja. Za odreivanje sile izvlaenja (za prvu operaciju) potrebno je poznavati uzduni napon (u) u cilindrinom omotau tijela, koji predstavlja i ukupan napon izvlaenja.

Napon u sainjavaju 4 osnovne komponente (sl. 5.7): r- radijalni napon na obodu, koji nastaje usljed bonog sabijanja materijala na

obodu pri njegovom povlaenju ka centralnom dijelu (ima najveu vrijednost, iznad 70 % u).

trd- dio napona koji nastaje usljed trenja na ravnom dijelu oboda izmeu lima i matrice, odnosno draa (oko 10 % u).

trm- dio napona koji nastaje usljed trenja na zaobljenju ivice matrice (ispod 15 % u).

sav- napon koji nastaje usljed savijanja i ispravljanja lima pri klizanju preko zaobljenja ivice matrice (oko 5 % u).


82

5.1.2.1 Radijalni napon na obodu

r radijalni (zateui) napon t tangencijalni (pritiskujui) napon +d - napon r raste ka spoljanjoj ivici matrice (sl. 5.7). Na osnovu uslova ravnotee sila (sl. 5.9) i uslova plastinosti dobija se sljedei konaan izraz za radijalni napon:

Vrijednost K priblino odreuje kao aritmetika sredina deformacionog otpora na poetku (K0) i kraju (K1) oblikovanja, zavisno od odgovarajuih deformacija:

K0- deformacioni otpor na poetku izvlaenja K1- deformacioni otpor na kraju izvlaenja (pri 1, odnosno 1 sa krive ojaanja) = 1,1- korekcioni faktor.

5.1.2.2 Napon usljed trenja na obodu

Ovaj napon je posljedica trenja na kontaktnim povrinama oboda komada, draa i ravnog dijela matrice. Sila trenja na obodu: FT= FD Napon usljed ovih sila (ima ih dvije - djeluju na dvije povrine)

Sl. 5.9 Naponi i sile na obodu


83

- koeficijent trenja (najee =0,1 0,15) FD - sila draa

AD - povrina dranja q - specifini pritisak dranja q = 2 3 MPa

5.1.2.3 Napon usljed trenja na zaobljenju matrice

Sila izvlaenja formirana na osnovu napona na obodu (r i trd) iznosi:

Ova sila se uveava zbog trenja na zaobljenju ivice matrice na silu F1 (sl. 5.10 desno). Do potrebnih odnosa se dolazi projektovanjem svih sila na vertikalni, odnosno horizontalni pravac u zoni elementarnog ugla d i primjenom uslova ravnotee.

Sl. 5.10 Sile u zoni zaobljenja ivice matrice

Konano se dobija:

Odnosno, napon koji nastaje u ovom sluaju:


84

5.1.2.4 Napon usljed savijanja i ispravljanja

Pri klizanju lima preko zaobljenja ivice matrice pored ostalog, ostvaruje se efekat savijanja, a zatim i ispravljanja pojedinih zona komada. Razmatranjem utroenog rada na savijanju i ispravljanju (sl. 5.11) moe se definisati iznos sile savijanja na ukupnom obimu komada i vrijednost odgovarajueg napona. Ukupna sila savijanja odnosi se na savijanje po obimu komada: b=d1

a napon savijanja (i ispravljanja):

Sl. 5.11 Savijanje oko zaobljenja ivice matrice

Konano, uzimajui u obzir sve komponente, ukupni napon izvlaenja iznosi:

Prethodni izraz vai za prvu operaciju izvlaenja, ukoliko je proces vieoperacioni. Za orijentaciono izraunavanje mogue ga je primjeniti i na sljedee operacije. Najvea sila izvlaenja:

FM=d1 s (u FMAS=1,3 FM

Deformacioni rad:

W= FM x h

x=Fsr/Fm, - faktor srednje sile, h- ukupan hod (dubina komada).


85

5.1.3 Naknadne operacije izvlaenja

Ukoliko je stepen izvlaenja suvie veliki da bi uspjeno mogao da se ostvari u jednoj operaciji, npr. kod dubokih komada, izvlaenje se obavlja u vie operacija. U svakoj fazi izvlaenja smanjuje se prenik i poveava dubina komada. Postoje dva osnovna naina naknadnog izvlaenja (sl. 5.12): a) istosmjerno izvlaenje (najei postupak) b) suprotnosmjerno izvlaenje

Sl. 5.12 Shema dvooperacionog postupka izvlaenja

Na sl. 5.12 koritene su oznake: d1 - prenik izvlakaa u prvoj operaciji izvlaenja d2 - prenik izvlakaa u drugoj operaciji izvlaenja Kad je rije o nominalnim prenicima komada (poglavlje 5.1) vai: D0 > d1 > d2 > ....dn > dn 1>dn dn - zavrni prenik komada.

Sl. 5.13 Druga operacija izvlaenja (direktno, istosmjerno izvlaenje)

a) Pravo izvlaenje /istosmjerno/

b) Obratno izvlaenje /suprotnosmjerno/


86

Sl. 5.14 Druga operacija izvlaenja (obratno, suprotnosmjerno izvlaenje)

5.1.4 Izvlaenje drugih tijela pravilnog geometrijskog oblika

Osnovni predstavnici ove grupe dijelova su komadi kvadratnog i pravougaonog presjeka (kutijaste forme), prema slikama 5.15 i 5.16. Karakteristine mjere su irine A i B i visine H, kao i dva zaobljenja: rug - radijus ugla komada i ri - radijus ela izvlakaa. Pri obradi na uglovima komada dolazi do tangencijalnog sabijanja (kao kod izvlaenja cilindrinog komada), a na pravim dijelovima do savijanja. Glavni otpor oblikovanju nastaje na uglovima usljed bonog sabijanja i zatim radijalnog izvlaenja. Da bi se ovaj otpor smanjio, potrebno je na odgovarajui nain pripremiti razvijeno stanje (npr. kod izvlaenja pravougaonog komada sl. 5.16). Koeficijenti izvlaenja se definiu preko radijusa na uglu komada:

a njihovi granini odnosi odreuju eksperimentalno; npr. za elik: m1 = 0,25 0,40 ; m2 = 0,40 0,55 i sl.

Sl. 5.15 Izvueni komad pravougaonog preseka Sl. 5.16 Razvijeno stanje (1) i konture poslije I (2) i

II (3) operacije


87

Sila izvlaenja kutijastih dijelova se sastoji iz dvije komponente: F = Fug + Fs gdje je: Fug - sila za izvlaenje uglova komada Fs - sila za savijanje pravih zidova Sila Fug se odreuje po izrazima za izvlaenje cilindrinih dijelova a Fs prema obrascima za silu savijanja. Zbog velike razlike u uslovima deformisanja oboda savijenih zona u odnosu na ugaone, esto se uvode tzv. zatezna rebra (sl. 5.17). Cilj je postii ujednaavanje uslova oblikovanja i uvlaenja pojedinih zona oboda, kao i homogenizaciju deformacionih polja.

Sl. 5.17 Poloaj zateznih rebara kod pravougaonih dijelova

Sl. 5.18 Oblici profila zateznih rebara Sl. 5.18a Ugradnja zateznih rebara

5.1.5 Odreivanje oblika i dimenzija polaznog komada

Kod rotacionih oblika polazni komad (razvijeno stanje) ima kruni oblik. Uslov za definisanje prenika razvijenog stanja je jednakost zapremina polaznog i gotovog komada. Poto se zanemaruje promjena debljine pri oblikovanju, prethodni uslov se mjenja u jednakost p

Documents

202335060 Obrada Metala Deformacijom