KONSTRUIRANJE PRITRDILNEGA SKLOPA ORODIJ ZA … · Konstruiranje pritrdilnega sklopa orodij za toplotno stiskanje jeklenih prahov II ZAHVALA Rad bi se zahvalil mentorju izr. prof

Specialistično delo

KONSTRUIRANJE PRITRDILNEGA SKLOPA ORODIJ ZA

TOPLOTNO STISKANJE JEKLENIH PRAHOV

junij, 2011 Avtor: Gregor KRANČAN

Mentor: izr. prof. dr. Bojan DOLŠAK

Konstruiranje pritrdilnega sklopa orodij za toplotno stiskanje jeklenih prahov

II

ZAHVALA

Rad bi se zahvalil mentorju izr. prof. dr. Bojanu

Dolšku za vse nasvete in za čas, ki ga je namenil meni in

mojemu specialističnemu delu.

Zahvaljujem se tudi podjetju UNIOR, d. d., ki mi je

omogočilo študij in izdelavo specialistične naloge, ter

strokovnemu mentorju univ. dipl. inž. Marjanu KOROŠCU

za napotke pri uvajanju tehnologije toplega stiskanja

jeklenih prahov v proizvodnjo.

Zahvalil bi se tudi svojim staršem za podporo pri

študiju in Poloni za podporo in pomoč.


III

KAZALO

1 UVOD ................................................................................................................................. - 1 -

2 TEHNOLOGIJA TOPLEGA STISKANJA ....................................................................... - 3 -

2.1 Proces toplega stiskanja ............................................................................................... - 3 -

2.2 Segrevanje jeklenega prahu ......................................................................................... - 9 -

2.2.1 Silos ogrevalni sistem ......................................................................................... - 10 -

2.2.2 Polnilni čevelj ..................................................................................................... - 14 -

2.2.3 Orodje ................................................................................................................. - 17 -

3 CAD PROGRAM (ThinkDesign 2009.3 – SolidWORKS 2009-SP4) ............................. - 27 -

3.1 Uporaba STEP formata za prenos podatkov ............................................................. - 29 -

3.2 Problemi pri analiziranju po MKE ............................................................................ - 31 -

3.3 Temperaturna analiza matrične plošče ...................................................................... - 33 -

3.3.1 Temperaturna analiza obstoječe matrične plošče ............................................... - 36 -

3.3.2 Primerjava rezultatov temperaturne dilatacije brez hlajenja matrične plošče .... - 39 -

3.3.3 Temperaturna analiza matrične plošče s hladilnimi kanali ................................ - 41 -

4 IZVAJANJE MERITEV................................................................................................... - 43 -

4.1 Način izvajanja in primerjava meritev temperature .................................................. - 45 -

4.2 Izvajanje meritev ....................................................................................................... - 46 -

4.3 Analiza meritev ......................................................................................................... - 47 -

5 DISKUSIJA ...................................................................................................................... - 56 -

6 SKLEP .............................................................................................................................. - 57 -

7 LITERATURA ................................................................................................................. - 58 -

8 PRILOGE ......................................................................................................................... - 60 -


IV

KAZALO SLIK

Slika 2.1: Shematski prikaz linije toplega stiskanja .............................................................. - 3 -

Slika 2.2: Vpliv temperature na nasipno gostoto in čas tečenje prahu za jekleni prah Distaloy

AE+0,3%C+0,6%P11 ............................................................................................................ - 5 -

Slika 2.3: Vpliv raztrosa teže prahu v odvisnosti od temperature ......................................... - 6 -

Slika 2.4: Vpliv temperature prahu na gostoto zelenca do temperature 150°C ..................... - 6 -

Slika 2.5: Vpliv temperature prahu na trdnost zelenca do temp. 150°C (Distaloy

AE+0,3%C+0,6%P11; pri 700MPa) .................................................................................... - 7 -

Slika 2.6: Temperaturno delovno območje za jekleni prah Desmix (C Comp. =

hladno/konvencionalno stiskanje) ......................................................................................... - 8 -

Slika 2.7: Prikaz ogrevalnega sistema v silosu .................................................................... - 10 -

Slika 2.8: Prikaz fiksno montiranega ogrevalnega sistema na stiskalnico .......................... - 12 -

Slika 2.9: Prikaz polnilnega čevlja za toplo stiskanje ........................................................ - 13 -

Slika 2.10: Maksimalen upogib cevi za dolžino cevi 0,7m ................................................. - 13 -

Slika 2.11: Polnilni čevelj primeren za toplo stiskanje ....................................................... - 14 -

Slika 2.12: Laboratorijska čaša za ponazoritev segrevanja ................................................. - 19 -

Slika 2.13: Laboratorijska čaša za ponazoritev izgub pri segrevanju.................................. - 20 -

Slika 2.14: Toplotno ravnovesje (v stanju pripravljenosti) ................................................. - 21 -

Slika 2.15: Shematski prikaz izgub ..................................................................................... - 22 -

Slika 2.16: Porazdelitev temperature pri segrevanju matrice (objavljeno z dovoljenjem IFAM,

Bremen) ............................................................................................................................... - 24 -

Slika 2.17: Dimenzioniranje orodja glede na material orodja (objavljeno z dovoljenjem Alvier

AG) ...................................................................................................................................... - 25 -

Slika 3.1: Okolje ThinkDesign 2009.3 ................................................................................ - 27 -

Slika 3.2: Okolje SolidWORKS 2009SP-4 ......................................................................... - 28 -

Slika 3.3: Hitra analiza modela s ThinkDesignom (zaprt) .................................................. - 29 -

Slika 3.4: Analiza *stp modela v SolidWORKS ................................................................. - 30 -

Slika 3.5: Popravljen *stp model v SolidWORKS .............................................................. - 30 -

Slika 3.6: Zamrežen artikel .................................................................................................. - 31 -

Slika 3.7: Končni rezultati analize ....................................................................................... - 32 -

Slika 3.8: Odklon položaja vodil po segrevanju matrične plošče ........................................ - 34 -

Slika 3.9: Prikaz celotnega adapterja, na katerega je pritrjeno orodje ................................ - 35 -


V

Slika 3.10: Analiza obstoječe matrične plošče pri 25°C (298K) ......................................... - 37 -

Slika 3.11: Analiza obstoječe matrične plošče pri 125°C (398K) ....................................... - 38 -

Slika 3.12: Analiza matrične plošče pri 125°C (398K) s hladilnimi kanali ........................ - 42 -

Slika 3.13: Analiza matrične plošče pri 125°C (398K) s hladilnimi kanali (3D prikaz) ..... - 42 -

Slika 4.1: Laserski način merjenja temperature matrice ...................................................... - 44 -

Slika 4.2: Laserski način merjenja temperature zgornjega trna ........................................... - 44 -

Slika 4.3: Kontrola temperature z ogrevalno napravo ......................................................... - 44 -

Slika 4.4: Dotikalni merilnik temperature 1 ........................................................................ - 45 -

Slika 4.5: Dotikalni merilnik temperature 2 ........................................................................ - 45 -

Slika 4.6: Stiskanec ............................................................................................................. - 46 -

Slika 4.7: Tolerančna polja .................................................................................................. - 48 -

Slika 4.8: Prikaz procesa ..................................................................................................... - 49 -

Slika 4.9: Kontrolni postopek za nadzor procesa ................................................................ - 52 -

Slika 4.10: Kontrolni postopek za sprostitev procesa ......................................................... - 52 -

Slika 4.11: Avtokontrolna karta x-R za stiskanje ................................................................ - 53 -

Slika 4.12: Sprostitev in nadzor procesa SKL-11 za stiskanje ............................................ - 53 -

Slika 4.13: Višine stisnjencev na vseh vzorcih .................................................................. - 54 -

Slika 4.14: Višine stisnjencev od št. 37 dalje ..................................................................... - 54 -

Slika 4.15: Premeri Ø39 stisnjencev na vseh vzorcih ....................................................... - 54 -

Slika 4.16: Premeri Ø39 stisnjencev od št. 37 dalje ........................................................... - 54 -

Slika 4.17: Premeri Ø26,06 stisnjencev na vseh vzorcih ................................................... - 55 -

Slika 4.18: Premeri Ø26,06 stisnjencev od št. 37 dalje ..................................................... - 55 -

Slika 4.19: Teže stisnjencev na vseh vzorcih ..................................................................... - 55 -

Slika 4.20: Teže stisnjencev od št. 37 dalje ....................................................................... - 55 -


VI

KAZALO PREGLEDNIC

Preglednica 2.1: Vpliv časovnega vzdrževanja prahu pri 130°C na čas tečenja, na nasipno in

končno gostoto ....................................................................................................................... - 7 -

Preglednica 2.2: Vpliv števila ogrevalnih ciklov na lastnosti prahu Densmix3 pri 130°C ... - 7 -

Preglednica 2.3: Lastnosti materialov orodja ..................................................................... - 26 -


VII

KONSTRUIRANJE PRITRDILNEGA SKLOPA ORODIJ ZA TOPLO

STISKANJE JEKLENIH PRAHOV

Ključne besede: sintranje, orodjarstvo, geometrijsko modeliranje, metalurgija prahov, P/M

tehnologija, ThinkDesign, Solid WORKS

UDK: 621.762.4.07+004.896(043.2)

POVZETEK:

Specialistična naloga opisuje problematiko konstruiranja sklopa orodij za toplo stiskanje

jeklenega prahu. V začetnih poglavjih je opisana tehnologija toplega stiskanja, sledi pa

primerjava dveh programskih paketov, primerjalne analize, diskusija, problematiki toplega

stiskanja v praksi in nazadnje še izvajanje meritev.

DESIGN FIX COUPLING TOOL FOR WARM COMPACTION OF USING

STEEL POWDER

Key words: sintering, tooling, geometric modeling, powder metallurgy, P/M technology,

ThinkDesign, Solid WORKS

UDK: 621.762.4.07+004.896(043.2)

ABSTRACT:

This specialist work describes design of tools for warm compaction of steel powders.

The initial chapters describe the warm pressing technology, followed by comparison of the

two software packages, comparative analysis, discussion of warm pressing problems in

practice and finally some measurements.


VIII

UPORABLJENI SIMBOLI

m - masa orodja

Cp - srednja vrednost toplotne kapacitete nad območjem delovne temperature

∆T - temperaturna razlika

t - ogrevalni čas

P - potrebna oziroma priključna moč

SF - varnostni faktor

°C - stopinj Celzija

Dz - zunanji premer kroga

Dn - notranji premer kroga

SF - varnostni faktor

Pkond - termalna izguba energije z kondukcijo

Prad - termalna izguba energije z radiacijo

Pkonv - termalna izguba energije s konvekcijo

Ptotal - skupne termalne izgube pri segrevanju

A - izpostavljena površina

T - temperatura

x - razdalja do medija (ohlajevalnega medija)

σ - Stefan-Boltzmannova konstanta

h - prestopnostni koeficient

F1 - kondukcija

F2 - radiacija

F3 - konvekcija

x - povprečna vrednost meritve na 5-ih kosih

x1 - zaporedna številka vzorca

R - raztros na merjenih vzorcih

xmin - minimalna vrednost izmerjenega vzorca

xmax - maksimalna vrednost izmerjenega vzorca


IX

UPORABLJENE KRATICE

P/M - powder metallurgy (metalurgija prahov)

NG - nasipna gostota

CAD - Computer Aided Design

MKE - Metoda končnih elementov

MSP - Statistično procesno krmiljenje

SPC - Statistična procesna kontrola


- 1 -

1 UVOD

Tema naloge je konstruiranje pritrdilnega sklopa orodij za toplo/toplotno stiskanje jeklenega

prahu, to je konstruiranje matrične plošče z hladilnimi kanali, ki omogočajo nemoten proces

toplega stiskanja jeklenega prahu. Ker gre za proces stiskanja, v katerem se segreva orodje,

prah in ostali pritrdilni sklopi na temperaturno območje od 100°C – 150°C, se s tem povečajo

temperaturne dilatacije. Osnovni problem, s katerim smo se soočali v preteklosti, je bil

nezmožnost stiskanja v daljšem časovnem obdobju s segretim orodjem. Adapter1 se je zaradi

povišane temperature segrel tako, da je med procesom stiskanja obstal.

Zato se je s pomočjo CAD programske opreme začela izdelava konstrukcije matrične

plošče, ki je bila najbolj kritična, saj so nanjo pritrjena vodila adapterja. Vodila omogočajo

vodeno gibanje orodja v vertikalni smeri. S pomočjo CAD programske opreme se skonstruira

matrična plošča in nato preveri vpliv segrevanja orodja na delovanje procesa. Programski

opremi, ki sem ju uporabljal za tovrstne analize, sta ThinkDesign 2009.3 in SolidWORKS

2009-SP4. ThinkDesign je bil uporabljen za konstrukcijo oz. modeliranje matrične plošče,

medtem ko sem uporabil SolidWORKS za analizo termičnih dilatacij pri različnih

temperaturah (25°C in 125°C).

Proizvodnjo stiskanja izdelkov iz jeklenega prahu in sintranja imenujemo metalurgija

prahu ali z drugim izrazom P/M tehnologija. V tej tehnologiji je veliko truda vloženega v

povečevanju mehanskih lastnosti in tolerancam končnih izdelkov z namenom zmanjšati

stroške drugih tehnologij, kot so: kovanje, rezkanje... Obstajata pa dva načina za

zmanjševanje stroškov drugih tehnologij, in sicer:

• nadzor in sprememba mikrostrukture in

• nadzor in sprememba por v mikrostrukturi.

_________________________ 1 Adapter po SSKJ je: »priprava za prilagoditev dveh, za medsebojno delovanje sicer neprilagojenih priprav.«


- 2 -

Največji napredek v P/M tehnologiji je toplo stiskanje, s katerim dosežemo spremembe

v obliki por sintranih izdelkov v primerjavi s konvencionalnim hladnim stiskanjem [1].

Rezultat teh sprememb je ravno doseganje višje gostote in zmanjšanje odstopanj gostote

izdelkov v seriji. Ker se zviša gostota stisnjenega izdelka, se posledično tudi izboljšajo

mehanske lastnosti in dimenzijske spremembe. Ker s toplim stiskanjem pridobimo višjo

gostoto, je možna tudi obdelava zelencev2 v mehko, saj imajo višjo napetost tečenja kot

zelenci s klasičnim stiskanjem. Posledica tega pa je, da lahko lažje obdelujemo izdelke; tj.

vrtanje lukenj, izdelava navojev, posnemanje…

V nadaljevanju bo opisana teorija toplega stiskanja, praktične izkušnje, proces stiskanja

in podrobnejša termična analiza matrične plošče. Pravilna izvedba matrične plošče je

ključnega pomena za nemoteno izvajanje procesa stiskanja.

_________________________ 2 Zelenec imenujemo stisnjen kos iz jeklenega prahu pred sintranjem.


- 3 -

2 TEHNOLOGIJA TOPLEGA STISKANJA

2.1 Proces toplega stiskanja

Tehnologija toplega stiskanja je podobna tehnologiji konvencionalnega hladnega stiskanja

jeklenega prahu z razliko, da se pri toplem stiskanju jekleni prah segreje na temperaturno

območje od 100°C do 150°C. Shematski prikaz toplega stiskanja je prikazan na sliki 2.1.

Slika 2.1: Shematski prikaz linije toplega stiskanja


- 4 -

Toplo stiskanje lahko torej definiramo s temperaturno mejo, ki je odvisna od vrste

jeklenega prahu. Nad temperaturo 150°C se prične topiti mazivo, kar privede do hitrega

naraščanja oksidacije izdelka. Pri temperaturah, nižjih od 100°C, pa nikakor ne moremo

doseči primerne stisljivosti jeklenega prahu oz. povišanje gostote izdelka, kar je glavni namen

toplega stiskanja [2].

Mejne vrednosti temperature, ki definirajo toplo stiskanje, se gibljejo med 100°C in

150°C in so odvisne od posamezne vrste prahu. Priporočeno temperaturo predpiše

proizvajalec jeklenega prahu (npr. za prah Höganäs AB supplies Densmix, je predpisana

temperatura prahu od 125°C do 130°C in temperatura orodja od 130°C do 140°C).

Za segrevanje prahu obstajajo trije različni postopki, in sicer:

- segrevanje prahu v silosu,

- segrevanje prahu s spiralami,

- segrevanje prahu z zrakom.

Priporočeno je, da se segreva celoten sklop, zato da ne izgubi temperature, energije, da

dobimo želen rezultat gostote izdelka… To pomeni, da je potrebno segrevanje celotnega

sklopa orodja (matrico, spodnje in zgornje trne) ter celotnega sistema za doziranje prahu

(silosi, cev za doziranje prahu, polnilni čevelj, drsna plošča) [3].

Možno je, da se bo lahko v bližnji prihodnosti v P/M tehnologiji stiskalo še pri višjih

temperaturah in se bodo tako dosegale še višje gostote, vendar bo verjetno za dosego tega

cilja potrebna celotna nova tehnologija stiskanja prahu.

Tehnologija toplega stiskanja temelji na procesu segrevanja prahu, orodja in celotne

naprave (polnilnega čevlja, silosov...) na delovno temperaturo in nato stiskanja prahu. Z

orodjem pa nato definiramo končne dimenzije in oblike izdelka.

Gostote izdelkov, ki se lahko dosežejo s toplim stiskanjem, se gibljejo od 7,25 g/cm3 do

7,6 g/cm3, medtem ko se pri konvencionalnem stiskanju dosežejo gostote do 7,1 g/cm3. Lahko

pa dosežemo pri kritičnih orodjih s toplim stiskanjem tudi bistveno manjše napetosti orodja (v

stiskalnem položaju) pri gostotah od 6,8 g/cm3 do 7,2 g/cm3. To pomeni, da lahko dosežemo:

- daljšo življenjsko dobo orodja,

- zmanjševanje izmeta,

- manjše deformacije orodja [4].


- 5 -

Da zagotovimo produktivnost in predpis ozkih toleranc s toplim stiskanjem, je potrebno

zagotoviti takšen jekleni prah, ki ima enakovredne, če ne boljše lastnosti kot standardni prah,

ki se stiska pri sobnih temperaturah. Priporočam, da imamo iste lastnosti, kot so nasipna

gostota, čas tečenja prahu tudi pri višjih temperaturah.

Na sliki 2.2 je prikazana nasipna gostota in tečenje prahu v odvisnosti od temperature.

Vidimo, da so lastnosti do temperature 135°C stabilne. Nad to temperaturo pa se nasipna

gostota zmanjša, medtem ko se čas tečenja prahu poveča.

Slika 2.2: Vpliv temperature na nasipno gostoto in čas tečenje prahu za jekleni prah Distaloy AE+0,3%C+0,6%P11

Raztros teže v odvisnosti od temperature je prikazan na sliki 2.3. Test je izvajalo

podjetje Hoganas (SWE), in sicer na 1000 kosih s premerom vzorca Dz = 35mm in Dn =

25mm. Kot je razvidno, se raztros mere začne povečevati nad temperaturo 130°C [2].


- 6 -

Slika 2.3: Vpliv raztrosa teže prahu v odvisnosti od temperature

Gostota zelencev se bistveno poveča od sobne temperature do 100°C. Prav tako se tudi

poveča v območju od 100°C do 130°C. Nad območjem 130°C pa se povečuje zelo malo (slika

2.4) [5]. Po drugi strani pa trdnost zelencev nenehno povečujemo z višanjem temperature, kar

je razvidno iz slike 2.5. Vzdrževanje konstantne temperature prahu pri določeni temperaturi

nima nikakršnega vpliva na gostoto, nasipno gostoto in čas tečenja prahu, kar je razvidno iz

preglednice 2.1 in preglednice 2.2 [6].

Slika 2.4: Vpliv temperature prahu na gostoto zelenca do temperature 150°C


- 7 -

Slika 2.5: Vpliv temperature prahu na trdnost zelenca do temp. 150°C (Distaloy

AE+0,3%C+0,6%P11; pri 700MPa)

Čas skladiščenja* (h)

Tečenje prahu* (s/50g)

Nasipna gostota* (s/50g)

gostota zelenca** (g/cm3)

0,1 26,5 3,15 7,29 2,0 26,2 3,15 7,30 8,0 26,3 3,14 7,29

* pri 130°C; ** pri tlaku 600MPa

Preglednica 2.1: Vpliv časovnega vzdrževanja prahu pri 130°C na čas tečenja, na nasipno in končno gostoto

Št. ogrevalnih ciklov do 130°C

Tečenje prahu* (s/50g)

Nasipna gostota* (s/50g)

gostota zelenca** (g/cm3)

1 26,5 3,15 7,29 2 26,4 3,13 7,30 3 26,2 3,15 7,29 4 26,5 3,14 7,29

* pri 130°C; ** pri tlaku 600MPa

Preglednica 2.2: Vpliv števila ogrevalnih ciklov na lastnosti prahu Densmix3 pri 130°C

_________________________ 3 Densmix je oznaka za gotovo mešanico prahu.


- 8 -

Kot je bilo razvidno od slike 2.2 do slike 2.5, vpliva pri toplem stiskanju temperatura

bolj ali manj na lastnosti izdelka (nasipna gostota, tečenje prahu, raztros, gostoto in trdnost).

Tako je za mešanice prahu, ki jih prejemamo od dobavitelja prahu (Höganäs) določeno, da

delovna temperatura prahu v povprečju znaša od 125°C – 130°C. Pri tem pa je pomembno, da

je temperaturno delovno območje točno, z možnostjo nastavljanja temperaturnega območja

±2,5°C. Na sliki 2.6 je prikazana razlika delovnega območja jeklenega prahu za stiskanje pri

povišanih temperaturah in pri konvencionalnem stiskanju [7].

Slika 2.6: Temperaturno delovno območje za jekleni prah Desmix (C Comp. =

hladno/konvencionalno stiskanje)


- 9 -

2.2 Segrevanje jeklenega prahu

Izbira metode segrevanja za toplo stiskanje je odvisna predvsem od dveh temeljnih zadev, in

sicer:

- temperature in

- časa segrevanja.

Ker mora biti segrevanje 100% kontrolirano in konstantno, se je potrebno pri segrevanju

prahu izogniti prevelikim temperaturnim razlikam. Še posebej moramo biti pozorni na dele,

kjer se lahko lokalno pregreje prah (tj. da prekoračimo delovno območje prahu), kar

pojasnjuje, da ima prah nizko termično prevodnost.

Idealno segrevanje prahu bi bilo, če bi segrel vsak delček prahu posebej. To bi bilo

možno z grelci velikih površin z enojno plastjo prahu ali pa uporabo segrete tekočine na

delovno temperaturo, ki bi obkolilo vsak delček prahu posebej. Takšnega sistema segrevanja

v praksi ni, obstajajo pa dokaj dobri približki. Do sedaj so bili razviti trije sistemi za

segrevanje jeklenega prahu, in sicer:

- segrevanje prahu v silosu,

- segrevanje prahu s spiralami,

- segrevanje prahu z zrakom.

Prva dva sistema delujeta na principu segrevanja lamelnih plošč, medtem ko slednja

delujeta na principu tekočin. V ogrevalni komori silosa poteka segrevanje prahu na osnovi

gravitacije med lamelnimi ploščami. Segrevanje prahu s spiralami deluje na istem principu

kot gretje silosa, samo da je v ogrevalni komori namesto lamel vstavljena velika spirala v

obliki svedra. Razlikovanje teh dveh načinov segrevanja prahu je samo v strižnem modulu, v

katerem je segreti prah izpostavljen pri polnjenju polnilnega čevlja in pri obdelovanju že

stisnjenih polizdelkov. Ta razlika je malenkostna, vendar je višja pri drugem postopku; tj.

segrevanje s pomočjo spiral.

Tretja metoda segrevanja prahu je metoda z ogrevalnim sistemom zraka, ki je malce

bolj napredna – ustvarja se tekočinsko stanje segretega prahu. Z uporabo sile (npr. uporaba

zraka) skozi silos, v katerem je nasut prah in s tem se ustvari »tekočinsko« stanje prahu.


- 10 -

2.2.1 Silos ogrevalni sistem

V ogrevalni komori se segreva jekleni prah s pomočjo segrevanja olja s kapaciteto približno

4,5 kg/min, in sicer na 130°C. To pomeni, da lahko teoretično stiskamo izdelke s težo 450g in

z 10 kos/min. V našem primeru je ogrevalna komora omejena z volumnom, ki sprejme od 25

do 30 kg prahu. Vendar je ta količina odvisna od nasipne gostote posamezne mešanice prahu.

Ogrevalni sistem v silosu je prikazan na sliki 2.7 [2].

1. Silos 6. Gumijasta cev (izolirana)

2. Ogrevalna komora 7. Dovod segretega olja

3. Pnevmatski cilinder 8. Odvod olja

4. Lijak 9. Nadzorna plošča

5. Senzor prahu 10. Oljna črpalka + grelec

Slika 2.7: Prikaz ogrevalnega sistema v silosu


- 11 -

Ogrevalni sistem silosa je sestavljen iz treh osnovnih delov. To so: ogrevalna komora,

lijak in gumijasta cev. Mešanica prahu se napolni v ogrevalni komori med lamelnimi

ploščami, v katerih kroži segreto olje, ki se predhodno segreje v oljnem grelcu. Za segrevanje

se uporablja posebej za to primerno olje, ki ga predpiše proizvajalec. Čas, ki je potreben, da se

mešanica prahu segreje na delovno temperaturo (približno 130°C), je od 1ure do 1,5 ure.

Pod ogrevalno komoro je lijak, v katerem so prilepljeni posebni listnati grelci na štiri

stene, saj lahko samo na ta način omogočimo konstantno temperaturo prahu pri izstopu iz

ogrevalne komore.

Pnevmatski sistem pri praznjenju ima pomembno vlogo, saj mora istočasno zagotavljati

praznjenje prahu iz rež ogrevalne komore v silos ter vzdrževati konstantno temperaturo na

vseh mestih praznjenja. Tako je praznjenje kontrolirano z induktivnim višinskim senzorjem,

ki je vstavljen v silos in je priključen na pnevmatski cilinder. Priporočena vrednost tlaka v

pnevmatskem cilindru je od 5 barov do 6 barov. Z nadzorovanim praznjenjem prahu iz

ogrevalne komore v silos imamo tako konstanten nivo prahu.

Celoten sistem za segrevanje olja vsebuje: ogrevalno komoro, oljno črpalko, odprt

rezervoar za olje, raztezno posodo, nivojski senzor, termoelement in visoko temperaturni

senzor. Olje se segreva v odprtem rezervoarju z grelcem in nato prečrpava skozi cevi v

ogrevalno komoro, od koder se vrne nazaj v rezervoar. Ker gre za odprti sistem segrevanja

olja, mora biti tlak vedno nižji od 2 barov.

Da lahko nadzorujemo celotno dogajanje (v tem primeru segrevanja prahu),

uporabljamo nadzorno ploščo. Ta omogoča avtomatsko uravnavanje temperature v celotnem

ogrevalnem ciklu. Priporočilo za segrevanje je, da naj bo izvorna moč višja od 3,5kW.

Da se izognemo prevelikim temperaturnim izgubam, moramo dobro izolirati celotni

sistem. Najvažnejše je, da imamo dobro izolacijo pri izstopu prahu iz ogrevalne komore do

polnjena v matrico preko polnilnega čevlja. Zato je najbolje, da celoten ogrevalni sistem

zaščitimo z zelo gosto silikatno gumo. Izolacija se nato prilepi na zunanjo stran s

temperaturno odpornim silikonskim lepilom.


- 12 -

Celotna instalacija je na voljo s končnim oziroma fiksnim mestom, ki je prikazana na

sliki 2.8. Lahko pa je mobilna, kar pomeni, da se lahko uporablja na različnih stiskalnicah.

Slika 2.8: Prikaz fiksno montiranega ogrevalnega sistema na stiskalnico


- 13 -

Na sliki 2.9 je prikazan polnilni čevelj v sklopu ogrevalnega sistema.

Slika 2.9: Prikaz polnilnega čevlja za toplo stiskanje

Zaradi tečenja prahu sta priporočena izbiri dolžine in nagiba cevi, prikazana na sliki

2.10. Dolžinske enote so v mm, kot pa v stopinjah. V primeru maksimalnega gibanja

adapterja za dolžino cevi 0,7mm, je delovni kot nagiba cevi od 48,6° do 65°.

Slika 2.10: Maksimalen upogib cevi za dolžino cevi 0,7m


- 14 -

2.2.2 Polnilni čevelj

To poglavje opisuje specialne polnilne čevlje, ki so priporočeni za uporabo toplega stiskanja.

Pomemben dejavnik pri polnilnem čevlju je vzdrževanje potrebne temperature prahu, kot je v

ogrevalni komori. To zagotovimo z zadostnim ogrevanjem in dobro izolacijo, da imamo čim

manjšo izgubo temperature [2].

Polnilni čevelj je sestavljen več delov, ki so prikazani na sliki 2.11.

1. Gibljiv polnilni čevelj 5. Grelec v obliki plošče

2. Držalo za polnilni čevelj 6. Izolacija

3. Grelec ohišja polnilnega čevlja 7. Brisalec

4. Merilec temperature (termoelement)

Slika 2.11: Polnilni čevelj primeren za toplo stiskanje


- 15 -

Postopek polnjenja in praznjenja polnilnega čevlja je opisan v spodnjih odstavkih:

- najprej napolnimo matrično luknjo,

- segreti prah zdrsne iz polnilnega čevlja v matrično votlino/luknjo/gravuro,

- polnilni čevelj se vrne v osnovno pozicijo (nazaj),

- medtem ko se jekleni prah stiska v matrici v končno obliko, se istočasno polni polnilni

čevelj z novim segretim prahom,

- stisnjenec izvlečemo iz matrične votline, potem se polnilni čevelj premakne naprej in s

tem se začasno prekine dotok novega prahu,

- stisnjenec se odstrani (ponavadi z robotsko roko) ali pa s polnilnim čevljem, orodje se

vrne v osnovni položaj in napolni gravuro matrice,

- nato se cikel ponovi.

Kot je že bilo zapisano v začetku, je potrebno prenašati temperaturo na jekleni prah in

kontrolirati segrevanje. Na polnilni čevelj je najboljši prenos temperature z vstavljenim

grelcem v ohišje, kot prikazuje slika 2.11. Grelca sta postavljena simetrično na vsako stran

polnilnega čevlja in zagotavljata konstantno temperaturo prahu, preden vstopi v matrično

gravuro. Na razpolago sta dve varianti gretja polnilnega čevlja, in sicer z vstavljenim grelcem

ali pa z grelcem v obliki tanke ploščice. Pri ploščatem grelcu je potrebno paziti, da ne pride v

neposreden stik s prahom, hkrati pa je potrebno zagotoviti primeren prenos temperature v

prah. V primeru, da so ti grelci prilepljeni na notranje stene polnilnega čevlja, je večja

verjetnost, da pregrejmo prah.

Tolerance za vgradnjo grelcev in termoelementov uporabljamo standard ISO F8 [8]. V

primeru uporabe ploščatih grelcev pa morajo biti le-ti prilepljeni na zunanjo stran polnilnega

čevlja s silikonskim lepilom, odpornim na povišano temperaturo, ter obvezno prekriti z

izolacijo, da preprečimo izgube.

V primeru, da termoelement ni vgrajen v valjasti grelec, je pomembno, da je

termoelement vgrajen v notranjost stene polnilnega čevlja v bližini valjastega grelca. Razmik

med valjastim grelcem in termoelementom naj bo od 13mm do 15mm in vstavljen v polnilni

čevelj za polovico dolžine valjastega grelca. V primeru uporabe ploščatega grelca je najbolj

primerna postavitev termoelementa med ploščatim grelcem in ene od sten polnilnega čevlja.

Termoelement, ki ga uporabljamo, ima standardno oznako, tj. črka J. Če je fiksno ohišje

povezano z gumijasto cevjo in če je fiksno ohišje daljše, je potrebno dodatno gretje polnilnega

čevlja.


- 16 -

Če želimo obdržati priporočeno temperaturo brez prevelikih izgub, je potrebna izolacija.

Boljša kot je zaščita med toplim in hladnim delom, bolj imamo nadzorovano temperaturo

prahu v polnilnem čevlju (priporočeno je, da izolacija nima prevelikega temperaturnega

gradienta in seveda da je ekonomsko upravičeno). Polnilni čevelj naj bo izoliran predvsem na

tistih delih, kjer je prostorsko in funkcionalno najbolj obremenjen s temperaturno razliko.

Najbolj uporabna zaščita na polnilnem čevlju je zaščita z gosto silicijevo gumo. To

vrsto izolacije prilepimo na površine s temperaturno odpornim silikonskim lepilom.


- 17 -

2.2.3 Orodje

Za dvig temperature orodja na delovno temperaturo pri toplem stiskanju so potrebni posebni

ogrevalni in ohlajevalni sistemi. Ta dva sistema sta potrebna za kontrolirano temperaturo

stiskanja in zaščito stiskalnice.

Orodje ponavadi segrevamo na treh mestih, in sicer:

- segrevanje matrice,

- segrevanje adapterske plošče in

- segrevanje zgornjega trna.

Število, postavitev in potrebna temperatura grelcev je odvisna od:

- materiala,

- oblike orodja,

- toka temperature okolice (npr. temp. okolice, pretoka zraka),

- od načina ohlajevalnega sistema (npr. hlajenje z vodo, oljem).

Če želimo imeti zadostno moč za segrevanje orodja, moramo najprej vedeti:

- v kolikšnem času naj bo orodje segreto iz temperature okolice na delovno temperaturo

(od 120°C do 130°C),

- kakšna naj bo potrebna temperatura, da vzdržujemo delovno temperaturo v času

stiskanja (tj. v stanju pripravljenosti).

Ti dve kalkulaciji morata biti narejeni, da lahko določimo moč, ki je potrebna za

segrevanje orodja. Izračun potrebne moči se deli na dva dela, in sicer:

a) segrevanje orodja iz temperature okolice na delovno temperaturo,

b) vzdrževanje temperature na delovni temperaturi v stanju pripravljenosti.


- 18 -

a) Segrevanje orodja iz temperature okolice na delovno temperaturo

Najbolj uporabna in približna metoda za izračun potrebne moči ogrevanja temperature

orodja temelji na:

- osnovi vnosa temperature,

- časa segrevanja,

- mase orodja [9].

Slednja se smatra in določa s predpostavko, da ni temperaturnih izgub (to pomeni, da so

temperaturne izgube enake nič). Ta osnovna in napačna predpostavka je popravljena z

varnostnim faktorjem, da izničimo temperaturne izgube. Za te izračune je varnostni faktor

izbran SF=2. Za izračun potrebne moči glej enačbo 2.2.3.1.

SFt

TCmP P ⋅Δ⋅⋅

= (2.2.3.1)

m [kg] – masa orodja

Cp [ KkgJ ⋅ ] – srednja vrednost toplotne kapacitete nad območjem delovne

temperature

∆T [K] – temperaturna razlika

t [sec] – ogrevalni čas

P [W ali sJ ] – potrebna oziroma priključna moč

SF – varnostni faktor


- 19 -

Za lažjo ponazoritev lahko segrevanje orodja prikažemo v laboratorijski čaši, ki je

napolnjena do določene meje in segreta z določenim časovnim intervalom (slika 2.12) [9].

Pritok v čašo oziroma sistem, kot mu lahko rečemo v tej študiji termodinamike, je parameter

kontrole. Pretok je definiran kot F = volumen/minuto in se lahko uskladi s potrebno energijo

za segretje orodja, in sicer s potrebno energijo na časovno enoto. Volumen je oskrbovana

termično vnesena energija v sistem (predpisuje enačba TCm p Δ⋅⋅ ), čas pa je predstavljen kot

ciljni ogrevalni interval [2].

Slika 2.12: Laboratorijska čaša za ponazoritev segrevanja


- 20 -

V realnosti se pojavljajo izgube in so sorazmerne temperaturnemu intervalu za

doseganje segretja materiala. Zato se izgube povečujejo s povečevanjem temperature, in sicer

s predpostavko, da je temperatura okolice konstantna [10]. Prav tako so izgube med

segrevanjem verjetno manjše kot med temperaturnim ravnovesjem. Vzorčna čaša vsebuje

približne luknje, ki se povečujejo z vnosom temperature. Ta primer je prikazan na sliki 2.13.

Slika 2.13: Laboratorijska čaša za ponazoritev izgub pri segrevanju


- 21 -

b) Vzdrževanje temperature na delovni temperaturi v stanju pripravljenosti

V času segrevanja je toplotni priliv večji od toplotnih izgub (slika 2.14) in se akumulira

v orodju. Zato jo lahko ponazorimo z enačbo 2.2.3.2, ki opisuje toplotne izgube zaradi

kondukcije, radiacije in konvekcije.

Če želimo imeti ravnovesje (pri določeni temperaturi), moramo določeno toplotno

energijo shraniti ali vzdrževati z matrico, adaptersko ploščo, trni. Iz tega sklepamo, da je

energija odvisna od mase in toplotne kapacitete orodja. Za shematsko ponazoritev glej sliko

2.14.

Izgube definiramo z oznakami F1, F2 in F3, ki predstavljajo [2]:

321 FFFF ++= 2.2.3.2

F1 – kondukcijo,

F2 – radiacijo,

F3 – konvekcijo,

F – skupno izgubo.

Slika 2.14: Toplotno ravnovesje (v stanju pripravljenosti)


- 22 -

Na sliki 2.15 je shematično prikazana izguba zaradi kondukcije, radiacije in konvekcije

[2].

Slika 2.15: Shematski prikaz izgub

Izgube se lahko definirajo z naslednjimi enačbami, ki so zapisane v nadaljevanju:

a) izguba zaradi kondukcije (enačba 2.2.3.3),

b) izguba zaradi radiacije (enačba 2.2.3.4),

c) izguba zaradi konvekcije (enačba 2.2.3.5).


- 23 -

a) izguba zaradi kondukcije [5]

Tx

kAPkond Δ⋅Δ⋅= (2.2.3.3)

b) izguba zaradi radiacije [5]

( )42

41 TTAPrad −⋅⋅⋅= σε (2.2.3.4)

c) izguba zaradi konvekcije [5]

( )21 TThAPkonv −⋅⋅= (2.2.3.5)

Pkond [W] – termalna izguba energije zaradi kondukcije

Prad [W] – termalna izguba energije zaradi radiacije

Pkonv [W] – termalna izguba energije zaradi konvekcije

A [m2] – izpostavljena površina

k – kondukcijski faktor

T [K] – temperatura

x [m] – razdalja do medija

σ [W/(m2K4)] – Stefan-Boltzmannova konstanta

h – prestopnostni koeficient

Izgube, ki nastanejo zaradi termalnih izgub energije, se računajo kot seštevek vseh treh

izgub (kondukcije, radiacije in konvekcije). Glej enačbo 2.2.3.6 [5].

{ }konvradkondtotal PPPP ++= (2.2.3.6)

Ptotal [W] – skupne termalne izgube pri segrevanju


- 24 -

2.2.3.1 Porazdelitev temperature in orodje

Kot je bilo pričakovati, se največji vnos temperature pojavlja prav na mestu, kjer so vstavljeni

grelci za segrevanje matrice. To pomeni, da na teh mestih temperatura preseže vrednost

160°C [2].S simulacijo na sliki 2.16 je prikazano, da je potrebno pred začetkom vsakega

stiskanja preveriti temperaturo zgornjega trna, in sicer pri stabilnih razmerah, saj mora imeti

zgornji trn praktično isto temperaturo kot matrica na delovni površini. V tem primeru je

temperatura na delovni površini 146°C.

Slika 2.16: Porazdelitev temperature pri segrevanju matrice (objavljeno z dovoljenjem IFAM,

Bremen)


- 25 -

Priporočam, da je zračnost med trni, matričnim vložkom in prekrivanjem matričnega

vložka prilagojena tako, da se ohranja isto razmerje kot pri klasičnem stiskanju, tj. pri sobni

temperaturi. Gre za način, da se pri segrevanju orodja, le-to razširi do te vrednosti, da se

ohrani isto razmerje kot pri klasičnem stiskanju. To je izredno pomembno, da se lahko

odločamo pri konstrukciji orodja o tolerancah, saj včasih uporabljamo orodja iz orodnega

materiala in orodje iz karbidnih trdnin. Večina orodnih jekel ima temperaturni razteznostni

koeficient 161011 −−⋅ K , medtem ko imajo karbidne trdnine temperaturni razteznostni

koeficient 16105,5 −−⋅≈ K [12]. To pomeni, da se karbidne trdnine raztezajo za približno

polovico manj kot orodna jekla.

Na sliki 2.17 sta prikazana praktična primera in razlika izračunane vrednosti dimenzij

orodja glede na izbiro materiala, in sicer:

a) dimenzioniranje orodja z orodnih jekel,

b) dimenzioniranje orodja z karbidnimi trdninami/jeklenega orodja .

Slika 2.17: Dimenzioniranje orodja glede na material orodja (objavljeno z dovoljenjem Alvier

AG)

a) b)

jeklo

karbidna trdnina

jeklo


- 26 -

Najbolj uporabne materiale, ki jih uporabljamo pri konstruiranju orodja za toplo

stiskanje, sem zapisal v spodnji preglednici. V njej so vpisani najpomembnejši podatki za

izračun orodja.

Lastnosti Temperatura (°C)

Nizkolegirna jekla

Visokolegirana jekla (HSS)

ASP 60 (HSS)

Trde kovine (10%Co)*

Joungov modul (MPa)

20 206000 206000 250000 580000 150 196000 196000 235000 555000

Poissonovo število

20 0,296 0,296 0,296 0,22 150 0,299 0,299 0,299 0,22

Termalni razteznostni koeficient

(°C)

20 12 x 10-6 10,5 x 10-6 10,5 x 10-6 5,5 x 10-6

150 12,5 x 10-6 9,5 x 10-6 9,5 x 10-6 5,5 x 10-6

Preglednica 2.3: Lastnosti materialov orodja

_________________________

Opombe: * Izraz trda kovina je isto kot karbidna trdnina.


- 27 -

3 CAD PROGRAM (ThinkDesign 2009.3 – SolidWORKS 2009-SP4)

V programu Sinter uporabljamo za razvoj orodij programski paket ThinkDesign 2009.3. Glej

sliko 3.1 programskega okolja. Ta program nam omogoča hitro in relativno »enostavno«

kreiranje orodij. Ker se pojavljajo na tržišču čedalje bolj komplicirani izdelki, se to tudi pozna

na konstrukciji orodja.

Za olajšanje izdelave orodja je dogovorjeno, da v orodjarni uporabljajo tudi ta

programski paket. Tako skrajšamo čas za izdelavo in obdelavo orodij, saj lahko relativno hitro

izdelajo negative (npr. za izdelavo elektrod za erodiranje).

Za malce bolj komplicirane konstrukcije orodja ni zadovoljiv samo programski paket

ThinkDesign, ampak tudi drugi programski paketi, ki nam omogočajo analize po MKE. Eden

izmed teh programskih paketov, ki ga uporabljamo v programu Sinter za analize po MKE, je

SolidWORKS. Programsko okolje je prikazano na sliki 3.2.

Slika 3.1: Okolje ThinkDesign 2009.3


- 28 -

Slika 3.2: Okolje SolidWORKS 2009SP-4


- 29 -

3.1 Uporaba STEP formata za prenos podatkov

Zaradi nezmožnosti direktnega prenosa geometrijskega modela iz programskega okolja

ThinkDesign-a v programsko okolje SolidWORKS-a, sem moral spremeniti geometrijski

model v STEP format. Pri tem sem naletel na težavo. Pogosto se pojavlja pri pretvarjanju

geometrijskih modelov v step format, da model ni »zaprt«4. To sicer ni razvidno v

programskem paketu ThinkDesign2009, saj hitra analiza prikaže, da je model v *stp formatu

»zaprt«. Glej sliko 3.3. V programskem paketu SolidWORKS odpremo model v *stp formatu

in na hitro preverimo, ali je model »zaprt« ali ne. Lahko se prikaže, da se en del modela

oziroma delčki površine ne stikajo do popolnosti. Rešitev, ki jo ponuja SolidWORKS, je zelo

dobra. Prikaže površine, na katerih mestih 3D-modela je prišlo do odstopanj in netočnega

povezovanja površin. Na sliki 3.4 je prikazan delček površine s svetlo barvo, kjer je prišlo pri

pretvorbi v *stp format do napake. Za hitro rešitev in popravek formata lahko v SolikWORKS

uporabljamo ukaz Attempt to Heal all . To je ukaz, ki sam popravi model tako,

da združi nepravilne površine in dobimo geometrijsko pravilen model, ki je primeren za

nadaljnje delo, kot je npr. kontrola po MKE. Popravljen model je prikazan na sliki 3.5.

Slika 3.3: Hitra analiza modela s ThinkDesignom (zaprt)

_________________________ 4 Izraz »zaprt« je uporabljen v tekstu kot geometrijsko pravilen model.


- 30 -

Slika 3.4: Analiza *stp modela v SolidWORKS

Slika 3.5: Popravljen *stp model v SolidWORKS


- 31 -

3.2 Problemi pri analiziranju po MKE

Zaradi zahtevnih izdelkov in orodja se pri analizi pojavljajo težave. Deli orodja za stiskanje

jeklenega prahu imajo na nekaterih delih zelo majhne prehode (npr. R0,3, posnetje 0,3/30° z

dodatkom ravnega dela 0,1mm). Ker so prehodi na orodjih zelo majhni, je potrebno najprej

pravilno razporediti gostoto mreže. Iz izkušenj analiziranja je priporočena razdalja med

posameznimi vozlišči vsaj 3x manjša, kot je minimalna razdalja želene površine. Z drugimi

besedami; če imamo npr. R0,3, potem mora biti gostota mreže na tem radiusu minimalno 3x

manjša, tj. 0,1mm. Tako dobimo optimalne rezultate. Glej sliko 3.6.

Ko se aktivira mreženje na tako finih nastavitvah, je delovna postaja, na kateri delam,

preslabo opremljena za takšne analize. Zadevo lahko računalnik računa zelo dolgo. Lahko

tudi po nekaj ur. Ker je po moji oceni sestavljen sklop analiziranja orodja veliko boljši in

odraža realno dogajanje v orodju in podstavkih, lahko računalnik računa tudi ves dan ali celo

več dni.

Slika 3.6: Zamrežen artikel


- 32 -

Po končanem mreženju izdelka, kot je prikazano na sliki 3.6, vklopimo analizo za

preračun napetosti, deformacij… Rezultati deformacij izdelka na modelu izdelka so prikazani

na sliki 3.7, in sicer v merskih enotah mm.

Slika 3.7: Končni rezultati analize


- 33 -

3.3 Temperaturna analiza matrične plošče

Kot je že opisano v prejšnjih poglavjih, se orodje segreje na delovno temperaturo približno

130°C. To pomeni, da pride po določenem času segrevanja orodja tudi do segrevanja ostalih

vitalnih delov adapterja ali celo v najslabšem primeru stiskalnice. Zato je potrebno preveriti,

kolikšen vpliv ima vnos temperature na adapter, na katerega je pritrjeno orodje. Za pomoč pri

termičnih analizah sem uporabljal COSMOS v programskem okolju SolidWORKS.

Za analizo temperaturnih sprememb sem se odločil, ker je pri segrevanju orodja (tj.

toplo stiskanje) prišlo do:

- dimenzijskih sprememb na adapterju,

- zaustavitve in s tem nezmožnosti gibanja posameznih plošč adapterja pri izvleku5

kosa. Matrična plošča se je v zgornjem delu zaradi temperature deformirala največ, v

predelu, kjer gre skozi osnovno ploščo, pa ne.

_________________________ 5 Izraz izvlek pomeni v tekstu položaj stiskalnice, kjer kos potisnemo iz matrice.


- 34 -

Shematičen prikaz deformacij po vnosu temperature na adapter je prikazan na sliki 3.8.

Razlika je očitna, saj se pri povišani temperaturi spremeni položaj izvrtin na matrični plošči, v

katera so pritrjena vodila adapterja. Na sliki 3.9 je prikazan adapter, na katerem sem izvajal

testiranje toplega stiskanja.

Slika 3.8: Odklon položaja vodil po segrevanju matrične plošče


- 35 -

Slika 3.9: Prikaz celotnega adapterja, na katerega je pritrjeno orodje

MATRIČNA PLOŠČA

OSNOVNA PLOŠČA

PETA

ZGORNJA GLAVA


- 36 -

3.3.1 Temperaturna analiza obstoječe matrične plošče

Ker je prišlo do problemov, ki so navedeni v prejšnjem podpoglavju, sem se odločil, da

izvedem temperaturno analizo matrične plošče. Najprej sem izdelal analizo temperaturne

dilatacije pri:

- temperaturi 25°C (298K),

- temperaturi 125°C (398K).

Ta dva rezultata sem nato preveril, da sem videl, ali vpliva temperatura na nemoteno

delovanje adapterja ali ne.


- 37 -

3.3.1.1 Temperaturne dilatacije pri 25°C (298K)

Kot je postavitev robnih pogojev ključnega pomena pri vseh analizah, je prav tako bilo tudi

tukaj. Za izvedbo analize sem izvedel naslednje pogoje in korake:

- fiksno podporo na mestu, kjer je pritrjena matrična plošča na vodila,

- dovolil sem ji zasuk okoli fiksne osi,

- določil globalno temperaturo 25°C (298K),

- dopustil pomike samo v X-smeri,

- zamrežil ter zagnal analizo [14].

Na sliki 3.10 so prikazani rezultati temperaturnih dilatacij obstoječe matrične plošče

brez hlajenja pri sobni temperaturi 25°C (298K). Prikazani rezultati so samo v X-smeri, saj

sem predvideval, da se matrična plošča v tej smeri deformira največ zaradi temperature.

Deformacije v X-smeri so res minimalne in znašajo pičlih 0,009mm.

Slika 3.10: Analiza obstoječe matrične plošče pri 25°C (298K)


- 38 -

3.3.1.2 Temperaturne dilatacije pri 125°C (398K)

Za analizo sem uporabil enak postopek, ki je zapisan v prejšnjem podpoglavju. V tem

primeru je prišlo v X-smeri do večjih dilatacij, in sicer 0,046mm, kar je tudi maksimalna

vrednost. To pomeni, da je prišlo pri segrevanju adapterja pri temperaturi 125°C do takšnih

raztezanj, da sestavljen adapter ni bil več zmožen za gibanje. Prekoračene so bile tolerance na

adapterju. To je bil dovolj trden dokaz za nezmožnost gibanja posameznih plošč in s tem

nedelovanje adapterja.

Slika 3.11: Analiza obstoječe matrične plošče pri 125°C (398K)


- 39 -

3.3.2 Primerjava rezultatov temperaturne dilatacije brez hlajenja matrične

plošče

Ugotovitve analiz zaradi vnosa temperature.

a) Analiza pri temperaturi 25°C (298K)

Pri sobni temperaturi 25°C (298K) se matrična plošča v X-smeri maksimalno razteza za

0,009mm. To pomeni, da je še manjši raztezek na mestu, kjer so pritrjena vodila na matrično

ploščo.

Matrična plošča, ki je povezana z vodili preko osnovne plošče in spodnje pete6

adapterja, se nemoteno giblje.

Brez težav lahko stiskamo izdelke.

b) Analiza pri temperaturi 125°C (398K)

Zaradi segrevanja matrične plošče na temperaturo 125°C (398K) se matrična plošča v

X-smeri maksimalno razteza za maksimalno 0,046mm.

Ta raztezek je maksimalen, vendar se dejansko deformira zaradi vpliva temperature za

0,035mm. Glej sliko 3.11 na prejšnji strani, kjer je prikazan raztezek v zelenkasti barvi.

Zračnost med vodili je v celoti izkoriščena. Zaradi gibanja vodil skozi puše ni

zanemarljiva. Izkoriščena je celotna toleranca.

Predpisano je, da je lahko maksimalna toleranca pozicije lukenj v X-smeri in Y-smeri

enaka ±0,005mm. Pomeni, da je zaradi prekoračene tolerance pozicije še toliko večji vpliv

temperature na gibanje adapterja, posebno če je narejena plošča na spodnjo mejno toleranco.

_________________________ 6 Spodnja peta adapterja je pritrdilna vez adapterja na stiskalnico. Z njim je omogočeno gibanje matrične plošče.


- 40 -

Iz pridobljenih rezultatov kaže vse na to, da bi bilo smiselno odvajati temperaturo iz

matrične plošče, da bi dobili osnovno stanje (tj. stanje pri sobni temperaturi). Za realizacijo

tega bi bilo potrebno narediti hlajenje matrične plošče s povezanimi kanali, kot hladilni medij

pa vodo. To pa zato, ker je najbolj priročna na mestu stiskanja. Z njo se ohlajajo tudi drugi

viri naprav v proizvodnji in so priključeni na zaprt sistem znotraj Uniorja. Zato se je takšna

matrična plošča z hladilnimi kanali tudi izdelala, predhodno pa preverila v programskem

paketu SolidWORKS, če hladilni kanali res pripomorejo k hlajenju matrične plošče v tolikšni

meri, da bi ji lahko znižali na temperaturo okolice (tj. 25°C).

V nadaljevanju je prikazana analiza matrične plošče s hladilnimi kanali.


- 41 -

3.3.3 Temperaturna analiza matrične plošče s hladilnimi kanali

a) Postopek izdelave analize

Najprej sem izbral material matrične plošče (tj. C45 – poboljšano jeklo). Potrebno je

bilo označiti izvor temperature (tj. rdeča barva). To je predel, na katerega je pritrjena matrica

[12]. Izvor temperature je 125°C (398K). Ko sem določil izvor, sem moral predpisati dve vrsti

konvekcije, in sicer:

- konvekcija temperature zaradi pretoka hladilnega medija. V mojem primeru gre za

vodo, ki ima 20°C (298K);

- konvekcija temperature zaradi zraka okolice 25°C (298K).

Ko sem predpisal vse parametre, sem zamrežil matrično z ukazom mesh. Odločil sem

se za samostojno zgoščevanje mreže na kritičnih predelih (tj. na majhnih prehodih, radiusih,

izvrtinah…). Potrebno je še bilo zagnati analizo z ukazom run in rezultati so bili prikazani,

kot jih prikazuje slika 3.12.

b) Analiza in vrednotenje rezultatov

Matrična plošča, v kateri so izdelani hladilnimi kanali, je prinesla zadovoljive rezultate.

Padec temperature je bil iz 125°C v sredini in 20°C na zunanji strani. S takšno matrično

ploščo sem predvidel, da bi se lahko nemoteno izvajalo stiskanje jeklenega prahu pri povišani

temperaturi. Na sliki 3.12 je prikazana porazdelitev temperaturne v matrični plošči v primeru

hlajenja. Na rdečem polju je pritrjena matrica, ki ima temperaturo 125°, ker je tam največji

izvor temperature (zaradi segrevanja matrice na delovno temperaturo). Na sliki 3.12 ni

prikazana temperaturna dilatacija v X-smeri. Vendar, če poenostavim zadevo in pogledam

sliko 3.11, pomeni raztezek zeleno obarvane matrične plošče v X-smeri približno 0,02mm. To

pomeni, da se je na predelu, kjer so pritrjena vodila na matrično ploščo, razpolovil raztezek

zaradi hlajenja. In zaradi takšnega odvoda temperature je omogočeno nemoteno delovanje

adapterja.


- 42 -

Slika 3.12: Analiza matrične plošče pri 125°C (398K) s hladilnimi kanali

Slika 3.13: Analiza matrične plošče pri 125°C (398K) s hladilnimi kanali (3D prikaz)


- 43 -

4 IZVAJANJE MERITEV

Kot je že bilo omenjeno v prejšnjih poglavjih, je temperatura bistvenega pomena za proces

toplega stiskanja, saj ima velik vpliv na:

- raztezke adapterja,

- orodje (orodje se razteza in krči),

- proces stiskanja (manjše sile),

- tečenje prahu (pretok prahu),

- nadzor temperature prahu (optimalne temp. za stiskanje).

S procesom toplega stiskanja sem začel tako, da sem pozorno nadzoval temperaturo, ki

je ključna za proces stiskanja. Uporabljal sem dva načina merjenja temperature, in sicer z

laserjem, drugič pa dotikalno. Po strokovnem mnenju dobavitelja prahu sem bil opozorjen na

natančno in pravilno izvajanje meritev temperature. Dotikalno merjenje temperature je

pravilno in prikaže realno stanje temperature na orodju. Kot je razvidno iz slike 4.1 in slike

4.5, je razlika med meritvijo z laserjem in dotikalnim merjenjem temperature dobrih 10°C.

Menim, da je razlika med laserskim in dotikalnim načinom merjenja predvsem v spektru

občutljivosti laserske merilne priprave in v prevelikem merilnem območju sposobnosti

merjenja temperature. Ostale nastavitve za nastavljanje kosa so enake kot pri klasičnem

stiskanju jeklenega prahu pri sobnih temperaturah 25°C (298K).

Način izvajanja meritev temperature:

a) meritve z laserskim načinom merjenja temperature orodja (matrice), slika 4.1,

b) meritve z laserskim načinom merjenja temperature orodja (zgornji trn), slika 4.2,

c) kontrola temperature z ogrevalno napravo za segrevanje prahu, slika 4.3.


- 44 -

Slika 4.1: Laserski način merjenja

temperature matrice

Slika 4.2: Laserski način merjenja

temperature zgornjega trna

Slika 4.3: Kontrola temperature z ogrevalno napravo


- 45 -

4.1 Način izvajanja in primerjava meritev temperature

Merjenje temperature se je izvajalo na mestu testiranja toplega stiskanja, in sicer na dva

načina:

- z laserskim merilnikom,

- z dotikalnim merilnikom temperature.

Orodje je bilo vpeto v adapter, vstavljeno v stiskalnico in segreto na delovno temperaturo

125°C (398K). Predvideval sem, da grelna naprava deluje brezhibno in prikazuje realne

rezultate temperature v sistemu, saj je kupljena in ima priložen A-test o sprejemljivosti. Prvi

način merjenja temperature je prikazan na sliki 4.1 in sliki 4.2. Ta način merjenja temperature

ni najbolj primeren, saj se pojavljajo odstopanja temperature orodja.

Primerjava z merjenjem, vendar ne na istem orodju, je bila izvedena z dotikalnim

merilnikom temperature, ki je pokazal bolj natančno meritev. Ta meritev je prikazana na sliki

4.4 in sliki 4.5. Vidimo lahko resnično natančnost merjenja z dotikalnim merilnikom

temperature, saj je razlika v temperaturi, ki je bila regulirana s pomočjo grelne naprave le

5°C.

Slika 4.4: Dotikalni merilnik temperature 1

Slika 4.5: Dotikalni merilnik temperature 2


- 46 -

4.2 Izvajanje meritev

Značilnost procesa toplega stiskanja je, da dosežemo pri istem tlaku višjo gostoto. S tem se

poveča trdnost v zelenem7 stanju, poveča se natezna trdnost, udarna energija, strižna napetost,

zmanjšanje por in s tem manjši spring back8, kar posledično pomeni manjši pritisk na stene

matrice, zmanjšanje sile izvleka in energije izmetavanja. Zaradi vseh teh navedenih razlogov,

sem se odločil testirati artikel, ki je v serijski proizvodnji in na katerem se pojavljajo problemi

zaradi segrevanja orodja. Pri vzorcih, ki so prikazani na sliki 4.6, sem izvajal meritve in

naredil analizo na:

- višino 10mm,

- premer Ø39,

- premer Ø26,06,

- težo.

Slika 4.6: Stiskanec

_________________________ 7 Zeleno stanje je stanje stisnjenega prahu pred operacijo sintranja. 8 Spring back je beseda, ki se uporablja v tehnologiji stiskanja izdelkov in pomeni skrček po stiskanju kosa.


- 47 -

4.3 Analiza meritev

Glavni namen kontrole je zagotoviti kupcem izdelke, ki so kvalitetno proizvedeni. To pomeni,

da izpolnjujemo vse s kupcem dogovorjene kriterije za prevzem izdelkov.

Za dosego le-teh se je potrebno posluževati v svetu ustaljenih statističnih metod

kontroliranja in reguliranja procesa ter metod, dogovorjenih v okviru firme.

Namen statističnega procesnega krmiljenja so nenehne izboljšave, zato moramo zbrati

podatke, jih analizirati, uravnavati procese ter jih izboljševati. Stremeti moramo k čim

enakomernejši kvaliteti, s čim manjšimi nihanji [14].

Po nastavitvi orodja, sprostitvi procesa in med delom je potrebno paziti na:

a) težo,

b) mere,

c) razpoke,

d) mehanske poškodbe.

a) Teža kosa je podana na kontrolnem postopku v mejnih tolerancah. Odstopanje lahko

privede v neustrezno gostoto, neustrezne mere in razpoke.

b) Pravilno vodena in izpolnjena MSP-karta nam daje vpogled v proces, ki ga lahko

uravnavamo in izboljšamo. Je osnova za izračun stabilnosti, centriranosti in

sposobnosti procesa.

c) Poznamo površinske in globinske razpoke in so rezultat nepravilnega delovanja,

nastavitve orodja, adapterja, stroja. Najpogosteje se pojavljajo na mestih, kjer je

razlika polnilnih višin velika in s tem tudi možnost razlike v gostotah. Torej prehodi iz

enega mesta na drugo so najbolj kritična za pojavljanje razpok.

d) Mehanske poškodbe zelencev se pojavljajo pri nepravilnem izmetavanju kosov,

udarjanja kosov med seboj. Zato je potrebno vsak zelenec posebej odložiti na paleto,

saj imajo zelenci neprimerljivo nižjo natezno trdnost kot sintrani kosi, zato je potrebna

pazljivost pri rokovanju z njimi. Grobo ravnanje z zelenci lahko privede do mehanskih

poškodb, razpok ali celo razpad kosov.


- 48 -

Po vseh teh nastavitvah in prilagajanju procesa na stiskanje se lahko vprašamo, čemu bi

MSP-analize sploh uporabljali.

Z njim zagotavljamo kakovost in jo s tem lahko tudi izboljšamo. S tem procesnim

krmiljenjem lahko:

- prepoznamo motnje,

- ugotavljamo vzroke,

- določamo ukrepe,

- preprečujemo izmet in dodelavo kosov,

- optimiramo izdelavo [14].

Za doseganje kakovosti izdelkov je potrebno:

- izvajati predpisano merjenje,

- dokumentirati meritve,

- ovrednotiti pridobljene rezultate,

- poseči oziroma urejati odstopanja [14].

Tako lahko procese obvladujemo in izboljšamo, s tem pa tudi učinkovito zagotavljamo

kakovost, zmanjšujemo stroške in bogatimo izkušnje.

Slika 4.7: Tolerančna polja


- 49 -

Vrednosti predpisane s kontrolnim postopkom (slika 4.9), morajo biti pri sprostitvi

procesa (slika 4.10) in ob zagonu oziroma po nastavitvi stroja v tolerančnem območju, kar se

zabeleži na SKL-11 obrazec (slika 4.12). Mere, za katere je predvideno vodenje MSP-karte,

morajo biti v mejah tolerančnega območja, omejenega s spodnjo in zgornjo tolerančno črto.

Pri vsakem procesu moramo strmeti k čim manjšim nihanjem in boljši centriranosti procesa

(sredina tolerančnega polja in čim manjša nihanja).

Proizvodnja je podvržena konstantnim nihanjem. Pri serijski izdelavi se praktično ne da

izdelati več kosov 100% enakih. Pri serijski izdelavi upoštevamo ta nihanja s tem, ko za

izdelavo in ocenjevanje izdelka določimo toleranco. Toleranca zajema vsa nihanja (višine,

težo, gostoto…). Naša naloga pa je, da ta nihanja zmanjšamo na minimum.

Slika 4.8: Prikaz procesa

Na sliki 4.8 je prikazan proces, ki ni centriran. Orodje, adapter oziroma stroj ni

nastavljen na tolerančno sredino. Slabi kosi so pomešani z dobrimi, kar pomeni nujnost

sortiranja. Zato je potrebno srednjo vrednost vzorca premakniti v sredino tolerančnega polja.


- 50 -

Na proces izdelave vplivajo različni dejavniki, in sicer:

- material,

- stroj, orodje,

- okolje,

- merilna sredstva,

- metode,

- človek.

Regulacijska krmilna kartica (x-R karta) ima dva polja za nadzor, in sicer:

- nadzor položaja srednje vrednosti (x)

- nadzor nihanj (R – razpon).

Prednost regulacijske karte je predvsem v istočasnem izračunu označevalnih vrednosti.

Osnova za sprostitev procesa je kontrolni postopek, na katerem je določeno:

- kaj merimo,

- kako merimo,

- pogostost merjenja,

- vzorec merjenja,

- kdaj merimo,

- s čim merimo,

- kam se beležijo rezultati.

Začetek procesa pomeni:

- start dela ob pričetku serije po proizvodnem nalogu,

- start dela z novim ali popravljenim orodjem (strojem).

Proces ne sme steči, dokler niso zagotovljeni vsi pogoji, ki omogočajo doseganje

optimalne kakovosti. Vsaka neskladja je proizvodnja dolžna uskladiti v času nastavljanja

procesa.


- 51 -

Spodnje okence x na x-R karti (slika 4.11) je namenjeno za izračun srednje vrednosti

meritev, ki jo izračunamo z natančnostjo ene decimalke [14].

( )10

254321 ⋅++++=

xxxxxx (4.1)

x – povprečna vrednost meritve na 5-ih kosih

x1…x5 – zaporedna številka vzorca

Okence z označbo R je namenjeno za vpis raztrosa vrednosti. Raztros dobimo tako, da

izračunamo razliko med najmanjšo in največjo izmerjeno vrednostjo [14].

maxmin xxR −= (4.2)

R – raztros na merjenih vzorcih

xmin – minimalna vrednost izmerjenega vzorca

xmax – maksimalna vrednost izmerjenega vzorca

Na diagramskem delu delavec izvleče linijo za izračunane vrednosti na podoben način,

kot je to prikazano na sliki 4.7.

Avtokontrola je kontrola, ki jo opravlja delavec ali skupina delavcev, ki dela na

določenem stroju. Delavec vodi statistično avtokontrolno karto med procesom in je

odgovoren za brezhibno kvaliteto kosov. Meritve se vpišejo na SKL-11 (zadnja stran

avtokontronle x-R karte oziroma slika 4.12) pod rubriko sprostitev, in sicer enkrat na izmeno

pregleda vse mere, vpisane pod sprostitev, in jih zabeleži v rubriko 1. vzorec. Pod 2. vzorec

vpiše svoje ugotovitve medfazni kontrolor.


- 52 -

Slika 4.9: Kontrolni postopek za nadzor procesa

Slika 4.10: Kontrolni postopek za sprostitev procesa


- 53 -

Slika 4.11: Avtokontrolna karta x-R za stiskanje

Slika 4.12: Sprostitev in nadzor procesa SKL-11 za stiskanje


- 54 -

Za analizo višine, premerov in teže sem imel za vzorec 94 kosov. Primerjavo sem

naredil s kosi, ki so bili stisnjeni od začetka in od številke 37 dalje. Od številke 37 dalje sem

videl, da se po določenem času stabilizirajo mere in teža. Najbolj je to razvidno iz slike 4.13,

slike 4.14, slike 4.15, slike 4.16, slike 4.17, slike 4.18, slike 4.19 in slike 4.20, kjer so vpisani

podatki. Že v teoriji toplega stiskanja je opisano, da dobimo stabilnejše rezultate s tem

procesom kot s klasičnim stiskanjem pri sobni temperaturi. To je že vse znano, vendar nikjer

nisem zasledil oziroma ni bilo zabeleženo, po kolikšnem številu se izboljšajo, stabilizirajo

mere, teža… Zato lahko iz tega sklepam, da:

- s toplim stiskanjem izboljšamo stabilnost stiskanja,

- da se mersko stabilizirajo kosi po približno 40 kosih oziroma bolj varno 50 kosih. Prve

kose pa bi bilo smiselno zavreči, da se ne pomešajo med ostale kose.

VIŠINA 10 (vsi vzorci)

9,49,59,69,79,89,910

10,110,210,310,410,5

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95

ŠT. VZORCEV

VRED

NO

STI

Zelenc Sintranec Zgornja meja +0.2 Spodnja meja -0.2

Slika 4.13: Višine stisnjencev na vseh

vzorcih

VIŠINA 10 (od št. 37 dalje)

9,759,8

9,859,9

9,9510

10,0510,1

10,15

10,210,25

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

ŠT. VZORCEV

VRED

NOS

TI


Slika 4.14: Višine stisnjencev od št. 37 dalje

PREMER Ø39 (vsi vzorci)

38,95

39

39,05

39,1

39,15

39,2

39,25

39,3

39,3539,4

39,45

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95ŠT. VZORCEV

VRED

NO

STI

Zelenc Sintranec

Zgornja meja +0.3 Spodnja meja 0

Matrica (stiskalno) -(po Risbi) Matrica (kalibrirna) (po Risbi)

Matrica (stiskalno ) (Dejansko stanje orodja)

Slika 4.15: Premeri Ø39 stisnjencev na vseh

vzorcih

PREMER Ø39 (od št.37 dalje)

38,95

39

39,05

39,1

39,15

39,2

39,25

39,3

39,35

39,4

39,45

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55ŠT. VZORCEV

VR

EDNO

STI

Zelenc SintranecZgornja meja +0.3 Spodnja meja 0Matrica (stiskalno) -(po Risbi) Matrica (kalibrirna) (po Risbi)Matrica (stiskalno ) (Dejansko stanje orodja)

Slika 4.16: Premeri Ø39 stisnjencev od št. 37

dalje


- 55 -

PREMER Ø26,06 (vsi vzorci)

26,04

26,05

26,06

26,07

26,08

26,09

26,1

26,11

26,12

26,13

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95

ŠT. VZORCEV

VRE

DNO

ST

Zelenc Sintranec Zgornja meja +0.015

Spodnja meja -0.015 Jedro (stiskalno) (po Risbi) Jedro (kalibrirno) (po Risbi)

Jedro (stiskalno) (Dejansko stanje orodja)

Slika 4.17: Premeri Ø26,06 stisnjencev na

vseh vzorcih

PREMER Ø26,06 (od št.37 dalje)

26,04

26,05

26,06

26,07

26,08

26,09

26,1

26,11

26,12

26,13

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55ŠT. VZORCEV

VRED

NOS

T

Zelenc Sintranec Zgornja meja +0.015Spodnja meja -0.015 Jedro (stiskalno) (po Risbi) Jedro (kalibrirno) (po Risbi)Jedro (stiskalno) (Dejansko stanje orodja)

Slika 4.18: Premeri Ø26,06 stisnjencev od

št. 37 dalje

TEŽA (vsi vzorci)

29g

30g

31g

32g

33g

34g

35g

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95

ŠT. VZORCEV

VRE

DNO

ST


Slika 4.19: Teže stisnjencev na vseh vzorcih

TEŽA (od št.37 dalje)

31,1g

31,2g

31,3g

31,4g

31,5g

31,6g

31,7g

31,8g

31,9g

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55ŠT. VZORCEV

VRED

NOS

T


Slika 4.20: Teže stisnjencev od št. 37 dalje


- 56 -

5 DISKUSIJA

Rezultati, ki sem jih pridobil s izdelavo adapterskega dela, so:

- možnost dolgotrajnega stiskanja jeklenega prahu pri povišani temperaturi,

- odvod temperature,

- konstrukcijska rešitev za hlajenje,

- stiskanje vzorcev (merska stabilnost).

Ker sem ugotovil, da z odvzemom temperature podaljšamo časovno zmožnost stiskanja

jeklenega prahu, bi lahko v prihodnje še nadaljeval in raziskoval področje kako preprečiti

vpliv temperature na vpenjalne dele, nosilce trnov in posledično na adapter. Prav tako bi se

lahko še nato izdelala analiza merske stabilnosti.

Ker teorija toplega stiskanja opisuje stiskanje do višjih gostot, bi se dalo raziskovati tudi

področje vzdržnosti orodja pri povišanih temperaturah. Pri nekaterih orodjih se pojavi

problem neenakomernih gostot na zelencu in s tem vpliv na vzdržnost in življenjsko dobo

orodja.


- 57 -

6 SKLEP

Toplo stiskanje jeklenega prahu je veliko učinkovitejše in boljše kot klasično stiskanje. Kot je

zapisano v poglavjih, se povečajo mehanske lastnosti izdelkov, lahko pa z istimi parametri

podaljšamo življenjsko dobo orodja, saj bistveno zmanjšamo pritisk na le-tega. Eden izmed

programskih paketov, ki omogoča analize (napetostne, pomike, temperaturne analize…), je

COSMOS v programskem okolju SolidWORKS 2009 SP4. To nam omogoča, da lahko že

pred konstrukcijo orodja odpravimo nepravilnosti in optimiramo orodje. Problem, ki se

pojavlja pri pretvarjanju v *stp format modela, je ta, da ni popolnoma zaključen model

(pravzaprav je odprt). To pa za analize, ki jih je potrebno izvajati, ni dobro, ker potrebujemo

geometrijsko pravilen model, saj je možno samo na ta način zamrežiti in naknadno izračunati

napetosti, pomike, temperaturne analize…) V tem programskem paketu je možnost popravka

modela, saj sam določi geometrijsko pravilen model.

Izvajal sem temperaturne analize matrične plošče, saj se pri povišani temperaturi

matrična plošča toliko razširi, da ni mogoče izvajati dela z njo. Pri temperaturni analizi se

pokaže, koliko se spremeni medosna razdalja vodil zaradi vnosa temperature na 125°C. Zato

je bil osnovni namen znižati temperaturo na tem delu. Predlog je bil za izdelavo hladilnih

utorov. Vidna je bistvena sprememba, kjer je izdelano hlajenje s hladilnim medijem (voda).

Zunanji del matrične plošče je tako hladen, da ga lahko primemo z roko, medtem ko je jedro

matrice segreto na 125°C.

Pri testiranjih toplega stiskanja sem ugotovil, da je bistvenega pomena merska

stabilnost. Zato moramo odstraniti približno 40 – 50 kosov pred pričetkom vsake izmene, da

zagotovimo stabilnost procesa. Seveda je pomembna merska stabilnost tudi pri klasičnem

stiskanju, zato lahko prenesemo te ugotovitve tudi na klasično stiskanje jeklenega prahu,

drugače se nam lahko zelo hitro pojavijo odstopanja in prevelika nihanja.


- 58 -

7 LITERATURA

[1] Höganäs, Handbook for Sintered Components, 1997

[2] Höganäs, Warm compaction, 1997

[3] Arzenšek Boris, Dujmovič Darko, Glogovac Branislav, Godec Matjaž, Jakli Anton,

Jelenko Milan, Medved Jože, Pelc Dušan, Šuštaršič Borivoj, Torkar Matjaž.

Tehnologija toplega stiskanja jeklenih prahov in lastnosti sintranih jeklenih izdelkov:

Tekstno gradivo, tiskano: številka 1/2: Inštitut za kovinske materiale in tehnologije,

2001

[4] Robert T. Kiepura, Teri L. Weintraub, ASM Handbook, Formerly ninth edition,

Metals handbook, Volume 7, Powder Metalurgy, Library of Congress Cataloging in

Publication Data, American Sociaty for Metals, 1993

[5] Ulf Engström & Björn johansson, Production experience of warm compaction of

Desnmix powders; PM96-6; Höganäs 1996

[6] U. Engström, B. Johansson & J. Rassmus, Porosity and Properties of Warm

Compacted High Strength Sintered Steels; PM ’98 World Congress, Granada,

Spain, 1998.

[7] Ulf Engström, Björn Johansson, Per Knutsson, Hilmar Vaarsson, Material properties

and process robustness obtained with warm compaction of implroved densmix

powders, Presented at PM2TEC 2002; World Congress on Powder

Metallurgy&Particulate materials in orlando, USA, junij 2002

[8] http://uniordd1:8080/Standardi/prijava.aspx?ReturnUrl=%2fStandardi%2fmenu.aspx

[9] http://www.hoganas.com/

[10] https://www.hipih.com/Login.aspx?ReturnUrl=%2fDefault.aspx

[11] Ren Zoran, Glodež Srečko. Strojni elementi 1.del : univerzitetni učbenik. Maribor :

Fakulteta za strojništvo, 2001

[12] G. F. Bocchini, R. Esposito & G. Cricri, Influence of operating temperature on

shrink fitting pressure of PM dies, Powder Metallurgy, Vol. 39, No. 3, str. 195-

206, 1996.

[13] B. Dolšak, Računalniško modeliranje proizvodov, Maribor : Fakulteta za strojništvo,

2001


- 59 -

[14] Ransing R.S., How to- Undertake Finite Element Based Thermal Analysis, National

Agency for Finite Element Methods and Standards, Glasgow, 1999

[15] Inzenering kakovosti d.o.o., Izboljševanje sposobnosti procesov in robustnosti izdelkov

z metodi TAGUCHI, Delavnica v podjetju Unior, d.d., September 2004

[16] B. Kraut. Krautov strojniški priročnik, 13. slovenska izdaja / izdajo pripravila Jože

Puhar, Jože Stropnik. Ljubljana : Littera picta, 2002


- 60 -

8 PRILOGE


- 61 -


- 62 -


- 63 -

ŽIVLJENJEPIS

Sem Gregor Krančan. Rodil sem se 29.6.1981 v Celju. Osnovno šolo sem obiskoval v Zrečah,

nato pa sem se vpisal v poklicno šolo na Šolskem centru Celje, in sicer smer finomehanik. Po

končani poklicni šoli sem nadaljeval šolanje za strojnega tehnika in sem ga uspešno zaključil

ter se leta 2001 vpisal na visokošolski študijski program smer strojništvo na Fakulteti za

strojništvo v Mariboru. Diplomiral sem leta 2006. Po končani diplomi sem se zaposlil v

podjetju Unior d.d. v Zrečah, kjer delam še danes. Leta 2009 sem se vpisal na podiplomski

študij strojništva (specializacija) na Fakulteti za strojništvo v Mariboru in ga končal leta 2011.


- 64 -

BIBLIOGRAFIJA

[1] G.Krančan, B.Furman, R.Drev, Didaktično učilo za realni prikaz delovanja

pnevmatskega in elektropnevmatskega krmilja : raziskovalna naloga , Celje : Šolski

center Celje, 2001

[2] G.Krančan, Konstruiranje kalibrirnega orodja za sintrance s pomočjo programskega

paketa ThinkDesign : diplomsko delo, Maribor : Fakulteta za strojništvo, 2006


- 65 -

UNIVERZA V MARIBORU

FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO

I Z J A V A

Podpisani Gregor Krančan vpisna številka 95035421 izjavljam, da je predloženo

specialistično delo z naslovom KONSTRUIRANJE PRITRDILNEGA SKLOPA ORODIJ ZA

TOPLOTNO STISKANJE JEKLENIH PRAHOV:

- rezultat lastnega raziskovalnega dela,

- da so rezultati korektno navedeni,

- da nisem kršil avtorskih pravic in intelektualne lastnine drugih,

- da predloženo delo v celoti ali v delih ni bilo predloženo za pridobitev kakršnekoli

izobrazbe po študijskem programu druge fakultete ali univerze.

Maribor, 13.6.2011 Podpis: ___________________________

Documents

KONSTRUIRANJE PRITRDILNEGA SKLOPA ORODIJ ZA … · Konstruiranje pritrdilnega sklopa orodij za toplotno stiskanje jeklenih prahov II ZAHVALA Rad bi se zahvalil mentorju izr. prof