KONSTRUKCIJA ORODJA ZA UTOPNO KOVANJE SPODNJEGA … · KONSTRUKCIJA ORODJA ZA UTOPNO KOVANJE SPODNJEGA KRIŽA PREDNJIH VILIC MOTORJA Ključne besede: utopno kovanje, model, končne

KONSTRUKCIJA ORODJA ZA UTOPNO

KOVANJE SPODNJEGA KRIŽA PREDNJIH

VILIC MOTORJA

Diplomsko delo

Študent(ka): Matic OČKO

Študijski program: Visokošolski strokovni študijski program 1. stopnje

Strojništvo

Smer: Konstrukterstvo

Mentor: viš.pred., dr. Marina Novak

Somentor: asist. dr., Jasmin Kaljun

Maribor, september 2013

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

II


III

IZJAVA

Podpisani Matic OČKO izjavljam, da:

je bilo predloženo diplomsko delo opravljeno samostojno pod mentorstvom viš. pred., dr.

Marine NOVAK;

predloženo diplomsko delo v celoti ali v delih ni bilo predloženo za pridobitev kakršne koli

izobrazbe na drugi fakulteti ali univerzi;

soglašam z javno dostopnostjo diplomskega dela v Knjižnici tehniških fakultet Univerze v

Mariboru.

Maribor,april 2013 Podpis:___________________


IV

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorici, viš.pred.,

dr.Marini NOVAK za pomoč in vodenje pri

opravljanju diplomskega dela. Zahvaljujem se

tudi podjetju MOJSTROVINA, d.o.o., ki mi je

omogočilo opravljanje diplomskega dela in

nudilo strokovno pomoč.

Posebna zahvala velja tudi staršem, ki so mi

omogočili študij.


V

KONSTRUKCIJA ORODJA ZA UTOPNO KOVANJE SPODNJEGA

KRIŽA PREDNJIH VILIC MOTORJA

Ključne besede: utopno kovanje, model, končne obdelave, upogibno orodje, pred-kovalno

orodje, obrezilno orodje, konstruiranje, modeliranje

UDK: 621.73.073(043.2)

POVZETEK

Osnovo za konstruiranje orodja za utopno kovanje spodnjega križa prednjih vilic motornega

kolesa predstavlja virtualen model križa pred končno obdelavo. Če kupec pošlje model, na

katerem so zmodelirane že končne obdelave (rezkanje, vrtanje, struženje), je najprej potrebno

model spremeniti tako, da ga bo sploh mogoče kovati, torej zapreti luknje, spremeniti naklon

površin itd. Naslednji problem je, da se ugotovi, ali se za ta model potrebuje upogibno in

pred-kovalno orodje, da ne bi prišlo do kasnejših zagub in nepravilnosti na odkovku. Potrebno

je tudi razčistiti, kje bo potekala delitev in na kakšen način naj bo skonstruirano obrezilno

orodje.


VI

DESIGN TOOL FOR FORGING LOWER STEERING PLATE OF

MOTORCYCLE

Key words: die forging, model, finish processing, bending tool, before forged tool, blade

tool, design, modeling

UDK: 621.73.073(043.2)

ABSTRACT

Base for tool construction for hot forging lower steering plate is virtual model before final

machining. If customer sends his virtual model, where all final mechanical operations

(turning, milling, broaching etc) are implemented, modifications required by forging

technology are necessary. All holes need to be closed and some drafts and radiuses need to be

added. The following problem is related to the number of necessary tooling ( bending, pre-

forging...) to avoid surface non conformities and material overlap. At the end, we need to fix

trimming line and define the trimming procedure.


VII

KAZALO

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

1.1 Opis podjetja Mojstrovina, d.o.o. ............................................................... - 1 -

1.2 Opredelitev problema ter namen in cilji naloge .......................................... - 6 -

1.3 Struktura diplomskega dela ....................................................................... - 7 -

2 UTOPNO KOVANJE ........................................................................................ - 8 -

2.1 Potek preoblikovanja ............................................................................... - 11 -

2.2 Stroji za utopno kovanje .......................................................................... - 16 -

2.3 Segrevanje surovcev in napake pri stiskanju v utopih .............................. - 18 -

2.4 Smernice za proizvodnjo oz. kovanje ...................................................... - 20 -

2.5 Smernice za sestavo ................................................................................ - 20 -

3 PRILAGODITEV IN MODELIRANJE MODELOV .................................... - 21 -

3.1 Programska oprema SolidWorks ............................................................. - 21 -

3.2 Prilagoditev modela za utopno kovanje ................................................... - 21 -

3.3 Modeliranje modela za pred-kovalno orodje ............................................ - 28 -

4 KONSTRUIRANJE PRED-KOVALNEGA, UTOPNEGA IN OBREZILNEGA

ORODJA .......................................................................................................... - 31 -

4.1 Snovanje utopnega orodja ....................................................................... - 31 -

4.2 Snovanje pred-kovalnega orodja .............................................................. - 39 -

4.3 Snovanje obrezilnega orodja .................................................................... - 40 -

4.4 Odkovek krmilne plošče in obrezan material ........................................... - 42 -

5 IZDELAVA PROGRAMA ZA REZKANJE .................................................. - 43 -

5.1 Programska oprema Mastercam ............................................................... - 43 -

5.2 Programiranje .......................................................................................... - 43 -

6 ZAKLJUČEK ................................................................................................... - 48 -

7 PRILOGE ......................................................................................................... - 49 -

8 VIRI .................................................................................................................. - 50 -


VIII

KAZALO SLIK

Slika 1.1: Podjetje Mojstrovina, d.o.o. ....................................................................... - 1 -

Slika 1.2: Strojni deli, izdelani v podjetju Mojstrovina, d.o.o. ................................... - 2 -

Slika 1.3: Zobniki, zvarjenci in struženi deli, izdelani v podjetju Mojstrovina, d.o.o. . - 2 -

Slika 1.4: Deli orodja za upogibanje pločevine in litje aluminija ............................... - 3 -

Slika 1.5: Proizvodnja linij za oljarstvo ..................................................................... - 4 -

Slika 1.6: Orodje za kovanje, obrezilno orodje, kalupi za ulivanje gume ................... - 5 -

Slika 2.1: Objemanje materiala med utopoma [1] ...................................................... - 8 -

Slika 2.2:Slika utopov [2] ......................................................................................... - 9 -

Slika 2.3: Utopni vložki [1] ..................................................................................... - 10 -

Slika 2.4: Skica obrezilnega orodja [1] .................................................................... - 12 -

Slika 2.5: Pred-kovalna orodja oz. pripravljalne gravure [1] .................................... - 13 -

Slika 2.6: Vrste utopnih orodij [1] ........................................................................... - 14 -

Slika 2.7: Potek vlaken oz. tokovnic levo pri rezanju, desno pri kovanju [1]............ - 15 -

Slika 2.8: Cena izdelka glede na izdelavo in velikost serije [2] ................................ - 15 -

Slika 2.9: Hidravlično kladivo za kovanje tip KGK 160 [4] ..................................... - 16 -

Slika 2.10: Hidravlična preša za kovanje tip VPE 1000 [5]...................................... - 17 -

Slika 2.11: Smernice za kovanje [3] ........................................................................ - 20 -

Slika 3.1: Model s končnimi obdelavami, poslan s strani kupca............................... - 22 -

Slika 3.2: Postopek modeliranja .............................................................................. - 23 -

Slika 3.3: Pretvorba omejitve površine v geometrijo za risanje ................................ - 23 -

Slika 3.4: Modeliranje radijev ................................................................................. - 24 -

Slika 3.5: Nastavitve radijev ................................................................................... - 24 -

Slika 3.6: Delno prilagojen model ........................................................................... - 25 -

Slika 3.7: Prerez modela odkovka s prikazanim kotom stene ................................... - 26 -

Slika 3.8: Modeliranje sprostitve ............................................................................. - 26 -

Slika 3.9: Prilagojen končni model, pripravljen za izdelavo utopnega orodja ........... - 27 -

Slika 3.10: Osnovna kontura narisana z modro barvo .............................................. - 28 -

Slika 3.11: 90% zmodeliranega modela ................................................................... - 29 -

Slika 3.12: Končan pred-kovalni model, pripravljen za izdelavo orodja................... - 30 -


IX

Slika 4.1: Določitev mase modela ........................................................................... - 31 -

Slika 4.2: Upoštevanje skrčka 0.7% ........................................................................ - 32 -

Slika 4.3: Kontrola kotov površin in delitve ............................................................ - 33 -

Slika 4.4: Primerjava pred-kovalnega in končnega modela ...................................... - 34 -

Slika 4.5: Uvoz modela ........................................................................................... - 35 -

Slika 4.6: Negativna oblika modela v utopu ............................................................ - 35 -

Slika 4.7: Končana zgornja polovica utopa .............................................................. - 37 -

Slika 4.8: Utopno orodje z vodilnimi stebri ............................................................. - 38 -

Slika 4.9: Pred-kovalno orodje z vodilnimi stebri .................................................... - 39 -

Slika 4.10: Sestavljeno obrezilno orodje .................................................................. - 41 -

Slika 4.11: Posamezni deli obrezilnega orodja......................................................... - 41 -

Slika 4.12: Odkovek krmilne plošče ........................................................................ - 42 -

Slika 4.13: Obrezan odvečni material ...................................................................... - 42 -

Slika 5.1: Uvožen model v Mastercam z določeno izhodiščno točko in omejitvami . - 43 -

Slika 5.2: Izgled programa za fino obdelavo z rezkarjem 8R4 ................................. - 44 -

Slika 5.3: Simulacija programa ............................................................................... - 45 -

Slika 5.4: Izgled NC kode ....................................................................................... - 46 -

Slika 5.5: Primer specifikacije orodja, ki jo dobi operater ........................................ - 46 -

Slika 5.6: Tehnična risba utopa z narisanimi izhodiščnimi točkami ......................... - 47 -

Slika 7.1: Načrt obdelanega odkovka, ki ga je poslal naročnik................................. - 49 -


X

UPRABLJENE KRATICE

CAD – Computer Aided Design

CAM – Computer Aided Manufacturing

CNC – Computer Numerical Control

NC – Numerical Control

HSC – High Speed Cutting

DXF – Drawing Interchange Format

2D – Dvo dimenzionalno

2.5D – Dva in pol dimenzionalno

3D – Tri dimenzionalno


- 1 -

1 UVOD

Opis podjetja Mojstrovina, d.o.o. 1.1

Podjetje MOJSTROVINA, iz Slovenske Bistrice, kjer sem opravljal prakso in sem izdelal

diplomsko nalogo je s svojo dejavnostjo začelo leta 2004. Zraslo je iz obrtniške dejavnosti

MI-BRO-STROJ Miran Očko s.p., ki je bila ustanovljena leta 1999 in se že takrat ukvarjala z

obdelavo kovin in ključavničarstvom. Podjetje, registrirano kot družba z omejeno

odgovornostjo, je leta 2004 ustanovil Miran Očko. Sprva je bil sedež podjetja v Tinjski Gori,

ker pa so se povpraševanja in naročila nenehno povečevala, so morali proizvodnjo razširiti.

Prostori v Tinjski Gori so po okrepitvah strojev in povečevanja delovne sile postajali iz dneva

v dan premajhni in niso dopuščali več normalnega in profesionalnega dela. Ker v Tinjski Gori

ni bilo več mogoče razširiti poslovnih prostorov, so bili leta 2010 primorani kupiti nove

proizvodne prostore. V Slovenski Bistrici so kupili del proizvodnih hal sedaj že bivše

Steklarne Luminus, jih prenovili in dogradili upravo. [10]

Slika 1.1: Podjetje Mojstrovina, d.o.o.


- 2 -

Do danes se je dejavnost utrdila, pridobila na kakovosti in razširila na izdelavo

zahtevnejših izdelkov, kot so razni strojni deli po zahtevah in željah kupcev iz različnih kovin

tudi večje velikosti, izdelavo zobnikov, izdelavo aluminijev in železnih zvarjencev s končno

obdelavo.

Slika 1.2: Strojni deli, izdelani v podjetju Mojstrovina, d.o.o.

Slika 1.3: Zobniki, zvarjenci in struženi deli, izdelani v podjetju Mojstrovina, d.o.o.


- 3 -

Podjetje se je zadnjih pet let pričelo ukvarjati tudi z orodjarstvom. Za sabo imajo že zelo

veliko izdelanih orodij za utopno kovanje, kot tudi orodij za nizkotlačno in gravitacijsko litje

aluminija. Izdelujejo tudi orodja za vlečenje in upogibanje pločevine, ter kalupe za ulivanje in

spajanje gume. S pomočjo sodobne CAD/CAM tehnologije in sodobnega strojnega parka

nudijo celostne rešitve od same zamisli do končnega izdelka. Pohvalijo se lahko z lastno

konstrukcijo, razvojem in programiranjem strojev.

Slika 1.4: Deli orodja za upogibanje pločevine in litje aluminija

Podjetje Mojstrovina, d.o.o. pa se ukvarja tudi s strojegradnjo. Imajo razvit lasten

produkt. V podjetju se ukvarjajo z izdelavo kompletnih linij za oljarstvo - od ideje do samega

zagona stroja oz. linije. Kupec lahko izbira med različnimi modeli sodobnih strojev,


- 4 -

odvisno od kapacitete in od zahtevnosti oz. pričakovanj kupcev. Izdelujejo: stiskalnice za

stiskanje mase, pražilne peči, mline za mletje različnih produktov (bučna semena, orehi,

sončnice …), čistilne sisteme za čiščenje semen. Vsi stroji so zakonito opremljeni, vsak izmed

njih ima svoj certifikat CE.

Slika 1.5: Proizvodnja linij za oljarstvo

Strojni park podjetja Mojstrovina, d.o.o. je razmeroma nov. Poleg osmih CNC rezkalnih

centrov ima podjetje tudi CNC stružnico, CNC horizontalno rezkalno vrtalni stroj, klasični

horizontalno rezkalno vrtalni stroj, ploskovno brusilni stroj, vertikalno in horizontalno žago,

tri klasične rezkalne stroje in štiri klasične stružnice. Podjetje lahko vrši 2D, 2.5D kot tudi 3D

obdelave. Nudijo tudi 4 in 5 osno obdelavo.


- 5 -

Podjetje redno zaposluje 18 delavcev. V večini gre za mlad kolektiv, katerega kader je

ustrezno izobražen in strokovno naravnan, z veliko praktičnega znanja in izkušenj na področju

CNC tehnologije. Dinamični razvoj in strokovnost zaposlenih nam omogočata, da zmoremo

ustreči tudi najzahtevnejšim kupcem, ki od nas želijo kvalitetne izdelke, ki jih izdelujemo v

celoti samostojno. V zadnjih letih družba postopoma prehaja tudi na področje trgovine in

inženiringa. Poslovni in programski razvoj izvajamo v podjetju samostojno.

V prihodnjih letih želimo širiti dejavnost tako na trge evropske unije, kakor tudi na trge

izven evropske unije. Osredotočali se bomo na izdelovanje raznolikih strojnih delov ter v

smer avtomatizacije proizvodnje in inženiringa. Smo tudi v postopku pridobivanja certifikata

ISO 9001. Moto našega podjetja je »hitreje-ceneje-kvalitetnejše«.

Slika 1.6: Orodje za kovanje, obrezilno orodje, kalupi za ulivanje gume


- 6 -

Opredelitev problema ter namen in cilji naloge 1.2

Osnovo za konstruiranje orodja za utopno kovanje spodnjega križa prednjih vilic motornega

kolesa predstavlja virtualni model križa pred končno obdelavo. Če kupec pošlje model, na

katerem so zmodelirane že končne obdelave (rezkanje, vrtanje, struženje), je najprej potrebno

model spremeniti tako, da ga bo sploh mogoče kovati, torej zapreti luknje, spremeniti naklon

površin itd. Naslednji problem je, da se ugotovi ali se za ta model potrebuje upogibno in pred-

kovalno orodje, da ne bi prišlo do kasnejših zagub in nepravilnosti na odkovku. Potrebno je

tudi razčistiti, kje bo potekala delitev in na kakšen način naj bo skonstruirano obrezilno

orodje.

Cilj mojega diplomskega dela je bil skonstruirati kompletno orodje (pred-kovalno,

utopno, obrezilno), ki bo delovalo brez problemov in kasnejših reklamacij. Kot cilj sem si

zastavil tudi, da z diplomsko nalogo pridobim še več znanja na področju tehnologije kovanja

in izdelave takšnih orodij. Stroški na tem področju so zelo pomembni, zato mora biti orodje

skonstruirano tako, da pri izdelavi le-tega ne bomo imeli nikakršnih težav, kajti s tem

olajšamo delo v proizvodnji kakor, tudi znižamo stroške obdelave. Potrebno je paziti tudi na

to, da minimaliziramo orodje, torej da za njega porabimo čim manj materiala. To je že drugi

faktor, pri katerem lahko znižamo ceno orodja. Tretji faktor pa je, da orodje skonstruiramo

tako, da ga bo čim lažje sestaviti oz. da pri sestavi porabimo čim manj časa. Seveda so stroški

orodja odvisni še od orodij, strojev in izkušenj, ki jih imajo posamezna podjetja. Pri

konstruiranju orodja moramo prav tako upoštevati smernice konstruiranja za proizvodnjo,

kakor tudi smernice za kovanje.[3] To konstrukterjem sicer včasih povzroča velike težave, saj

izdelkov ne morejo narediti povsem tako kot so si sami zamislili.


- 7 -

Struktura diplomskega dela 1.3

Diplomska naloga je sestavljena iz šestih poglavij:

- V prvem poglavju je predstavljeno podjetje Mojstrovina, d.o.o., v katerem sem tudi

opravljal prakso in v katerem se bom po končanem študiju zaposlil. Opisal sem tudi

opredelitev problema in cilje naloge.

- V drugem poglavju je predstavljeno splošno področje diplomskega dela, torej kovanje,

stroji, ki se uporabljajo za kovanje in smernice za kovanje.

- V tretjem poglavju je predstavljeno modeliranje modela za pred-kovalno orodje in

prilagoditev modela za utopno orodje v programskem paketu SolidWorks.

- V četrtem poglavju je predstavljeno modeliranje pred-kovalnega, utopnega in

obrezilnega orodja v programskem paketu SolidWorks.

- V petem poglavju je predstavljena strategija programiranja in izvoz NC kode v

programskem paketu Mastercam, dejanska izdelava orodja na CNC stroju in praktično

delovanje orodja v industriji.

- V šestem zaključnem poglavju pa so predstavljene bistvene ugotovitve, zaključne misli

in seznam uporabljenih virov.


- 8 -

2 UTOPNO KOVANJE

Ker prosto kovanje za serijsko in množinsko proizvodnjo ni dovolj gospodarno (težko je

namreč reproducirati oblike in dimenzije izdelkov), je pri izdelavi velikih količin enakih

izdelkov v rabi kovanje v utopu. Pri tem oblikujemo surovec med dvema polovicama

oblikovnega orodja (utopa), ki se gibljeta drug proti drugemu, ki pa material povsem ali

pretežno objameta (slika 2.1). Surovec izpolni vdolbino v utopu in dobi njene oblike.[1]

Slika 2.1: Objemanje materiala med utopoma [1]

Po kovanju je potrebna največkrat še naknadna obdelava, predvsem obrezovanje ter

odrezovanje (struženje, rezkanje, vrtanje). Tolerance pri utopnem kovanju so znatno manjše

kakor pri prostem kovanju, zato so tudi potrebni podatki za naknadno obdelavo manjši. Zaradi

izredno dobrih trdnostnih lastnosti se danes najbolj obremenjeni strojni deli (npr. osi, ojnice,

motorne gredi, zobniki ipd.) kujejo v glavnem v utopih.

Jeklene prizmatične bloke z ustrezno oblikovno vdolbino imenujemo utop (slika 2.2).

Običajno so dvodelni, zato jih imenujemo zgornji in spodnji utop.


- 9 -

Slika 2.2:Slika utopov [2]

Vdolbina oz. gravura je vdelana ročno ali strojno z rezkanjem, vrtanjem, brušenjem,

poliranjem. Končna obdelava površin gravure je navadno ročna (brušenje, poliranje). V

novejšem času uporabljamo za izdelavo gravur elektroerozijske in elektrokemične postopke,

tako za grobo kot za fino obdelavo. Ker preoblikujemo kovine tudi pri utopnem kovanju

toplo, moramo pri izdelavi gravure upoštevati, da se izkovek pri ohlajanju krči (skrček). Zato

morajo biti dimenzije gravure za krčno mero večje od dimenzij končnega izdelka

(izkovka).[2]

Material za utope mora biti zelo žilav in dovolj odporen proti mehanskim in toplotnim

obremenitvam ter obrabi. Tem zahtevam ustrezajo predvsem CrNiMo jekla. Zgornji utop je

pritrjen v gibljivem delu kladiva v ovnu, spodnji na mirujočem nakovalu. Utopa ob stiku ne

smeta biti zamaknjena, temveč se morata ujeti, sicer je izkovek lahko slab ali neuporaben.


- 10 -

Zato pri utopnem kovanju uporabljamo vodilne stebre in posebne nasede. Zaradi velikih

termičnih in mehanskih obremenitev, kakršnim sta izpostavljena med kovanjem, se utopa čez

čas obrabita in ju je treba zamenjati ali obnoviti gravuro. Število izkovkov, ki jih lahko

skujemo do neuporabnosti utopa, imenujemo obstojnost. Od obstojnosti je v veliki meri

odvisna gospodarnost kovanja v utopih. Utopi z rezkano gravuro imajo obstojnost do 6000

izkovkov, s hladno vtisnjeno gravuro do 20000 in še več. Obstojnost gravure je mogoče

povečati s površinsko obdelavo, npr. z nitriranjem, trdim kromanjem, ali lepanjem s curkom.

Uporabljamo tudi ulite utope ter utopne vložke (slika 2.3), katerih izdelava je preprosta in

dostikrat bolj gospodarna. [1]

Slika 2.3: Utopni vložki [1]


- 11 -

Potek preoblikovanja 2.1

Pri utopnem kovanju izhajamo iz določene mase in oblike surovca. Uporabljamo lahko:

- valjaste palice,

- iz palic narezane surovce,

- iz ploščatega materiala izrezane surovce in

- pred-kovalne surovce (pri bolj zapletenih oblikah).

Oblika in velikost izkovka narekujeta število in vrstni red potrebnih preoblikovalnih

operacij. Pri kovanju na kladivu je za dokončno izoblikovanje potrebnih 2 do 5 udarcev,

medtem ko pri kovanju na stiskalnici navadno zadošča en sam gib pehala. Pri tem se v prvem

primeru bolje polni gravura v zgornjem utopu. Vendar je težko usmerjati tok materiala prav

tja, kjer je potrebna večja masa, zlasti če so med posameznimi prerezi večje razlike. Zato

mora biti volumen surovca običajno nekoliko večji od volumna gravure, ki naj jo izpolni.

Presežek materiala (≤15%) se iztisne iz gravure skozi špranjo (pretok oz. ti. mostiček)

med zgornjim in spodnjim utopom v obliki tako imenovane brade, ki se drži izkovka po

obodu, praviloma v ravnini največjega prereza. Brado kasneje odrežemo z ustreznim

obrezilnim orodjem (slika 2.4), zato mora biti primerno tanka.

Poznamo dva načina obrezovanja:

- hladni obrez in

- obrez v vročem.

Pri hladnem načinu želimo končni izdelek brez lomne cone, brez ostanka brade in brez

odrgnin. Rez mora biti raven, vzporeden in pravokoten. Pomemben dejavnik pri obrezovanju

je hitrost; večja je, lepši in bolj ravni so odrezi. [2]


- 12 -

Slika 2.4: Skica obrezilnega orodja [1]

Pri zapletenih oblikah izkovkov terja pravilna porazdelitev mase snovi eno ali več

vmesnih operacij pred-kovanja. To prehodno oblikovanje, ki obstoji iz porazdeljevanja snovi

in oblikovanja ustreznih prerezov, opravimo v pripravljalnih gravurah (slika 2.5), zadnjo

operacijo pa v posebnem končnem utopu (gravuri), da bi le-ta čim dlje ohranil svojo natančno

obliko. Predhodno uporabljamo različne operacije:

- daljšanje,

- oblikovanje,

- krčenje,

- luknjanje in

- sekanje .


- 13 -

Slika 2.5: Pred-kovalna orodja oz. pripravljalne gravure [1]

Utope je treba pred kovanjem ogreti, pred vsakim udarcem pa mazati (npr. z zmesjo olja

in grafita). Pleno (umazanija) na površini izkovkov čistimo z močnim vodnim curkom ali s

kovinskim prahom (jeklenimi drobci).

Utopi so lahko eno, dvo ali večdelni. Mimo tega so lahko odprti, polodprti, polzaprti ali

zaprti, (slika 2.6). [1]


- 14 -

Slika 2.6: Vrste utopnih orodij [1]

V prvih se snov lahko prosto širi med obema deloma gravure, pri zaprtih pa samo toliko

časa, dokler ne zadene ob stene gravure, ob katerih se prične dvigati. Po namenu razlikujemo:

utop za pred-kovanje (pred-oblikovanje), za končno oblikovanje in za kalibriranje.

Pri načrtovanju tehnologije utopnega kovanja moramo vnaprej določiti:

- lego delilne ploskve v utopu in izkovku,

- dodatke za naknadno obdelavo na mestih, kjer je potrebna,

- tolerance mer izkovka,

- teoretično maso izkovka,

- obliko in dimenzije surovca,

- dimenzije in tolerance orodij,

- potek toplotne obdelave in

- potrebne karakteristike strojev.


- 15 -

Prednosti utopnega kovanja so ugoden potek vlaken (slika 2.7), enakomerni in natančni

izkovki, dodatek za naknadno obdelavo je majhen ali sploh odpade.

Slika 2.7: Potek vlaken oz. tokovnic levo pri rezanju, desno pri kovanju [1]

Možne so oblike, ki jih prosto ni mogoče skovati. Pri delu zadoščajo priučeni delavci,

izučeni kovači niso potrebni. Pomanjkljivost: draga in zamudna izdelava utopov, zato

gospodarno le pri velikih serijah. Spodnja slika prikazuje primerjavo cene izdelka v

odvisnosti od števila kosov pri litju, prostem kovanju in kovanju v utopih. [1]

Slika 2.8: Cena izdelka glede na izdelavo in velikost serije [2]


- 16 -

Stroji za utopno kovanje 2.2

Poznamo več vrst strojev, ki se lahko uporabljajo za utopno kovanje oz. za izdelavo

odkovkov.

Padalno kladivo ima kot glavni element tanek drog (batni drog), ki je prožno pritrjen v

ovnu. Pogon je lahko izveden z zrakom, s paro ali oljem (hidravlika). Jakost udarca je odvisna

od višine padca, ki običajno niha med 1.6 in 2.2m, udarci pa si sledijo v razmiku od 1.2 do 1.3

sekunde. [2]

Slika 2.9: Hidravlično kladivo za kovanje tip KGK 160 [4]


- 17 -

Protiudarno kladivo ima dva enako težka ovna, ki tolčeta z enako hitrostjo drug proti

drugemu. Ta vrsta kladiva je primerna za težke izdelke.

Slika 2.10: Hidravlična preša za kovanje tip VPE 1000 [5]

Sodobna preoblikovalna industrija pozna vrsto stiskalnic, kot so [2]:

- hidravlične stiskalnice za utopno kovanje lahkih kovin,

- vretenske stiskalnice za kovanje okroglih odkovkov, čepov, osi in ventilov,

- ekscentrične stiskalnice za kovanje enostavnih lažjih odkovkov, predvsem za

odrezovanje šivov v vročem ali hladnem stanju in

- horizontalne krčilne stroje za kovanje votlih teles, obročev za ležaje in ventile.


- 18 -

Segrevanje surovcev in napake pri stiskanju v utopih 2.3

Vse surovce želimo enakomerno segreti na določeno temperaturo po celem preseku s čim

manj oksidacije in razogljičevanja in v pravilnem proizvodnem tempu dostaviti do kladiva ali

stiskalnice. Peč mora imeti samostojno regulacijo in čim boljši izkoristek. V preglednici 2.1

so predstavljene peči in sistemi.

Vrsta peči Prednosti Napake Uporabnost

Komorne peči

(plin, olje) Nizki stroški,široka uporaba

Ni avtomatskega

transporta, neenakomerne

temperature

Menjajoče male

serije

Peči za palice

Potisne peči Možen samostojen transport Obraba rešetk na dnu

Kovanje iz palic,

možne večje serije

Peč z vrtečim

dnom Možen avtomatski transport Zmerni stroški

Srednji in veliki

kosi, velike serije

Indukcijske peči

Kratki časi, ni oksidov,

zavzame malo prostora,

kratek čas sevanja

Velike naprave, posebni

induktorji Velike serije

Uporovne

električne peči Kratki časi, malo oksidov

Neenakomerno gretje po

preseku

Odrezki iz palic,

rezanje točno

Preglednica 2.1:Peči in sistemi [2]


- 19 -

Sledi preglednica 2.2, kjer so predstavljene napake pri stiskanju v utopih.

Napaka Vzrok Posledica Rešitev Kontrola

Deformacija pri

jemanju iz utopa Premajhne odprtine

Odstopanje

oblik in

globine,

umazanije

Kalibrirati izdelek,

očistiti gravure,

odstraniti škajo, olje

Kontrola s

šablonami

Obrezovanje Nepokritje zg. in sp.

Utopa Uravnati orodje

Obraba Zg. in sp. Utop Odstopanje v

merah

Prava predpriprava,

pazljivost, pravočasna

menjava orodja

Kontrola orodja

in vseh mer na

izdelku

Nepolna oblika Premajhen surovec,

slaba pred-oblika

Odstopanje v

obliki in merah

Prava masa surovca in

pravilna predoblika

Kontrola s

prostim očesom

Oksid Neočiščen zrnik,

gretje

Napake na

površini, večja

obraba utopov

Pravo ogrevanje,

zaščita, indukcija,

čiščenje, izpihavanje

Kontrola s

prostim očesom

Premik orodja Slaba pozicija Geometrijske in

merske napake Urediti fiksiranje

Merilno orodje

za sredino

Nastavek brade Premik pri obrezu,

različne temperature

Preveč/premalo

brade, lom na

izvrtinah

Narediti orodje, da bo

brada dovolj velika

Kontrola s

prostim očesom

Neokroglost Različne oblike

zaradi centriranja

Neenaki

prehodi

Pazljivo regulirati in

izdelati utope

Občasna

kontrola

Gube na površini Napačno vlaganje v

orodje Risi

Pazljivo vlagati v

orodje, zaokrožiti

ostre robove

Kontrola s

prostim očesom,

flux

Materialne

napake

Izceje, vključki,

lunker, sestava, Risi, obdelava

Preiskava

lastnosti

Preglednica 2.2: Napake pri stiskanju v utopih [2]


- 20 -

Smernice za proizvodnjo oz. kovanje 2.4

Preden pričnemo konstruirati orodje za kovanje, si moramo pogledati osnovne smernice za

kovanje, ki so naslednje [3]:

- zagotavljanje popolne izpolnitve matrice,

- izdelki brez ostrih robov in vogalov,

- izdelki brez ozkih in dolgih reber,

- naravne oblike, ki jih zavzame iztisnjen material.

Slika 2.11: Smernice za kovanje [3]

Smernice za sestavo 2.5

Osnovna priporočila, ki jih moramo vedeti preden pričnemo konstruirati orodje so naslednja:

- čim manj sestavnih delov,

- uporaba standardnih sestavnih delov,

- zelo majhni sestavni deli niso zaželeni,

- težiti k simetričnim oblikam,

- olajšati razpoznavanje pravilne orientacije,

- predvideti vodila za lažje vstavljanje,

- predvideti dovolj prostora za montažo,

- predvideti montažo iz čim manj različnih smeri,

- pomembne komponente naj ne bodo skrite.


- 21 -

3 PRILAGODITEV IN MODELIRANJE MODELOV

Programska oprema SolidWorks 3.1

SolidWorks je zelo razširjen programski paket za računalniško podprto

konstruiranje in inženirske analize. Uporablja se tudi pri enostavnejših simulacijah in

inženerskih analizah. V osnovi zajema 3D modelirnik, modul za sestavljanje in modul za

izdelavo tehniške dokumentacije. Z mnogimi dodatki je uporaben na različnih tehniških

področjih: strojništvo, elektrotehnika, lesarstvo, itd.

SolidWorks razvija podjetje SolidWorks Corporation, teče pa na operacijskem

sistemu Microsoft Windows. Program je bil eden izmed prvih CAD programov, ki je bil

zasnovan za operacijski sistem Microsoft Windows. Prva različica je bila predstavljena leta

1993. Podjetje je od leta 1997 v lasti podjetja Dassault Systemes.

Prilagoditev modela za utopno kovanje 3.2

Naročnik, italijanska družba APRILIA, nam je poslala končni virtualni model spodnjega križa

prednjih vilic motorja na datoteki v standardnem step formatu, (slika 3.1). Če smo hoteli

model odpreti v programskem paketu SolidWorks, smo morali najprej uvoziti datoteko.

(file>open>STEP AP203/214).

Po pregledu modela je bilo iz njega takoj razvidno, da so na njem že zmodelirane

obdelave. Ker takšnega modela z ravnimi stenami, luknjami in strojnimi obdelavami ni

mogoče kovati, je potrebno model prilagoditi.

http://sl.wikipedia.org/wiki/Ra%C4%8Dunalni%C5%A1ko_podprto_konstruiranje

http://sl.wikipedia.org/wiki/Ra%C4%8Dunalni%C5%A1ko_podprto_konstruiranje

http://sl.wikipedia.org/w/index.php?title=In%C5%BEenirska_analiza&action=edit&redlink=1

http://sl.wikipedia.org/w/index.php?title=Simulacijah&action=edit&redlink=1

http://sl.wikipedia.org/w/index.php?title=3D_modelirnik&action=edit&redlink=1

http://sl.wikipedia.org/wiki/Strojni%C5%A1tvo

http://sl.wikipedia.org/wiki/Elektrotehnika

http://sl.wikipedia.org/w/index.php?title=Lesarstvo&action=edit&redlink=1

http://sl.wikipedia.org/w/index.php?title=Operacijskem_sistemu&action=edit&redlink=1

http://sl.wikipedia.org/w/index.php?title=Operacijskem_sistemu&action=edit&redlink=1

http://sl.wikipedia.org/wiki/Microsoft_Windows

http://sl.wikipedia.org/wiki/Operacijski_sistem

http://sl.wikipedia.org/wiki/Microsoft_Windows

http://sl.wikipedia.org/w/index.php?title=Dassault_Systemes&action=edit&redlink=1


- 22 -

Slika 3.1: Model s končnimi obdelavami, poslan s strani kupca

Model smo prilagodili tako, da smo si najprej v glavne tri luknje naredil srednjice oz.

osi (reference geometry>axis). Potem smo te tri luknje zapolnili in na njih zmodelirali

dodatek za obdelavo na vsaki strani po 2mm. Na stranskih luknjah to ni bilo problematično ,

saj smo narisali v središčih oz. v oseh krog premera 46mm in ga raztegnili za dva milimetra,

izbrali pa smo tudi funkcijo draft on/off, s katero smo ukazali, da nam stranske površine

zmodelira pod kotom 5 stopinj, kajti model za kovanje ne sme imeti niti ene ravne površine v

vzdolžni smeri, sicer odkovek v praksi zelo težko izvlečemo iz utopa, (slika 3.2).

(sketch>circle>smart dimension>46mm>exit sketch>blind>2mm>draft on/off>5°>ok).


- 23 -

Slika 3.2: Postopek modeliranja

Pri sredinski luknji smo morali površino, ki je okrog nje, raztegniti na drugačen način.

Prešli smo v funkcijo skicirke in izbrali površino, ki se nahaja okrog luknje. Z ukazom

convert entities smo ukazali, da nam je narisalo vse črte, s katerimi je površina omejena. Z

ukazom extruded boss/base smo površino raztegnili za dva milimetra in z draft on/off ukazali,

da naj površine v vzdolžni smeri zmodelira pod kotom 5 stopinj, (slika 3.3). (sketch>convert

entities>kliknemo površino>ok>extruded boss/base>2mm>draft on/off>5°>ok).

Slika 3.3: Pretvorba omejitve površine v geometrijo za risanje


- 24 -

Raztegnjene površine imajo sedaj ostre robove, zato smo morali te robove zaokrožiti z

radijem 2mm, (slika 3.4 in 3.5), (features>fillet>izberemo robove>2mm>ok). Vse ostale

luknje, navojne luknje in reze, ki so bili na stranskih luknjah, smo zaprli na zelo podoben

način. Na enak način pa smo morali zapolniti tudi dve sprostitvi, ki sta bili zmodelirani zaradi

zmanjšanje mase. Zapolniti smo jih morali zato, ker so bile stene teh sprostitev zmodelirane

glede na vzdolžno smer pod kotom 0 stopinj, (slika 3.6). V nadaljevanju smo te sprostitve

zmodelirali pod kotom 5 stopinj.

Slika 3.4: Modeliranje radijev

Slika 3.5: Nastavitve radijev


- 25 -

Slika 3.6: Delno prilagojen model

S tem smo z zapolnjevanjem na tem modelu končali. Sledilo je odvzemanje materiala na

modelu. Najprej smo se lotili stranskih vdolbin oz. slepih lukenj, ki smo jih morali

zmodelirati tako, da nam je na sredini ostalo 5mm materiala, katerega bomo z obrezilnim

orodjem prebili. Prebite luknje bodo na odkovku služile lažjemu načinu peskanja, kajti ko

odkovke peskajo, jih morajo obesiti na palice. Izvrtine smo zmodelirali tako, da smo zopet

uporabili dve srednjici, kateri smo določili že na začetku postopka. V središču srednjic smo

narisali dva kroga, katera smo z ukazom extruded cut raztegnili v odkovek in odvzeli

material. Tehnolog kovanja je od nas zahteval, da te izvrtine naredimo pod maksimalnim

izvedljivim kotom v vzdolžni smeri. Izvrtine smo naredili z ukazom draft on/off pod kotom

22 stopinj, da nam je še na dnu ostal dovolj velik premer za prebijanje in zaokrožitev

(sketch>circle>exit sketch>extruded cut>draft on/off>ok).


- 26 -

Slika 3.7: Prerez modela odkovka s prikazanim kotom stene

in debelino stene za prebijanje

Nadaljevali smo z modeliranjem sprostitev (slika 3.8) za zmanjšanje mase odkovka. Z

ukazom sketch smo skicirali približno obliko sprostitve in jo primerjali s predhodno

zmodelirano sprostitvijo. Ko smo dosegli, da sta se sprostitve ujemale smo zapustili skicirko

in z ukazom extruded cut v modelu odvzeli odvečni material enake globine kot je bila

zmodelirana predhodna sprostitev. Tehnolog kovanja je od nas zahteval, da tudi te sprostitve

naredimo pod maksimalnim izvedljivim kotom v vzdolžni smeri in na dnu sprostitve damo

maksimalni radij, kajti izkušnje so pokazale, da čim večji je kot in čim bolj so površine

zvezne, dosti manj napak oz. zagub lahko pričakujemo na dejanskem odkovku.

(sketch>line>sketch fillet>exit sketch>extruded cut>draft on/off>ok), (slika 3.8).

Slika 3.8: Modeliranje sprostitve


- 27 -

Morali smo paziti tudi na to, da s kotom in radijem na modelu nismo pretiravali, kajti na

dnu sprostitve so predvideni: napis Aprilia, znak za datum in številke odkovka, katere zahteva

kupec. To operacijo smo izvedli tako, da smo s skicirko in z ukazom text napisali črke in

številke in jih z ukazom extruded bose/base izvlekli za 0.4mm. Znak za datum smo narisali

podobno, vendar smo namesto ukaza text v skicirki uporabili ukaze line in circle, na sredini

pa dodali številko 3 za letnico 2013 (sketch>text>napis>exit sketch>extruded

bose/base>0.4mm>ok). Ker smo napis in letnico na rezkalnem stroju graviral z gravirnim

rezkarjem, nam pri napisu ni bilo potrebno zmodelirati stranske površine črk pod kotom, kajti

gravirni rezkar je že v osnovi narejen pod kotom 60 stopinj, zato nam je bila pomembna le

kontura, po kateri bo rezkar vgraviral napis. S tem smo prilagoditev modela za kovanje

končali, (slika 3.9). Po končani prilagoditvi smo model odkovka poslali kupcu Aprilii v

potrditev. Naloga kupca je bila da pregleda vse spremembe, katere so bile narejene na modelu

in pregleda, če ga te spremembe ne ovirajo pri kasnejši obdelavi in funkciji izdelka. Ko smo

dobili model odkovka potrjen, smo lahko pričeli z modeliranjem utopnega orodja.

Slika 3.9: Prilagojen končni model, pripravljen za izdelavo utopnega orodja


- 28 -

Modeliranje modela za pred-kovalno orodje 3.3

Pri zahtevnejših odkovkih oz. pri zapletenih geometrijah modelov je potrebno izdelati pred-

kovalna orodja. Pred-kovalno orodje lahko zmodeliramo samo tako, če predhodno

zmodeliramo model, kateri je v orodju negativna oblika. Ker kupec pošlje samo končni model

in tehnologija od nas zahteva, da moramo narediti pred-kovalno orodje, moramo model

zmodelirati iz ničle. Modeliranje modela za pred-kovalno orodje smo pričeli modelirati z

osnovno konturo modela za kovanje (slika 3.10), katero smo raztegnil iz sredine na eno stran

za 22mm in na drugo stran za 24mm in določili kot stranskih sten 6 stopinj (sketch>ctrl+c>

postavimo skico pravilno v izhodišče>exit sketch>direction 1: 24mm>izberemo direction 2:

22mm>draft on/off 6°>ok). Osnovna kontura je tudi izhodišče za modeliranje obrezilnega

orodja, saj brez nje ne bi bilo mogoče zmodelirati matrice. To bomo videli v nadaljevanju.

Slika 3.10: Osnovna kontura narisana z modro barvo

Modeliranje smo nadaljevali z odvzemanjem materiala. Pri pred-kovalnih modelih je

potrebno paziti, da so površine čim bolj zaokrožene in zvezne. Površine (vdolbine, luknje,

čepi, sprostitve) morajo biti že rahlo nakazane glede na končni model. Z ukazom extruded cut

smo najprej odrezali stranska čepa za 16mm. To smo naredil tako, da smo v skicirki narisali


- 29 -

skico, kjer naj bi material odrezali in prešli v orodje za rezanje (sketch>line>convert

entities>exit sketch>extruded cut>16mm>ok). Nadaljevali smo z določanjem osi v stranskih

vdolbinah in modeliranju stranskih vdolbin. Z ukazom cut revolve smo z rotiranjem okoli osi

zmodelirali in rahlo nakazali, da bodo tam kasneje nastale vdolbine (sketch>line>exit

sketch>axis of revolution>axis1>ok). Enak postopek smo naredili na nasprotni strani. Na

vrhu teh vdolbin smo dodali še radije 7mm (features>fillet>7mm>izberemo robove>ok). Da

ne bi bilo preveč materiala, smo model za pred-kovalno orodje stanjšali tako da je bil na

sredini najtanjši, na koncih pa najdebelejši. Na stransko površino smo narisali dva kroga

zgoraj in spodaj, jih naredili tangentne na stranske točke, kotirali premere in s funkcijo

odvzemanja materiala odvzeli material (sketch>line>circle>tangent>exit sketch>extruded

cut>through all>ok). Nakazali pa smo tudi že zgornja dva čepa, prešli v orodje skicirke,

narisali dva kroga, jih kotirali in jih izvlekli iz modela, (slika 3.11).

Slika 3.11: 90% zmodeliranega modela


- 30 -

Izbrati smo morali funkcijo za površine pod kotom, kajti kot smo že omenili, ne smejo

biti nobene površine v vzdolžni smeri ravne. (sketch>circle>smart dimension>exit

sketch>extruded boss/base>6mm>draft on/off>6°>ok). Na nasprotni strani modela smo s

funkcijo odvzemanja materiala nakazali tudi sprostitve, ki na končnem modelu služijo za

zmanjšanje mase (sketch>line>exit sketch>extruded cut>22mm>ok). S tem smo zmodelirali

že približno 90% modela. Ostalo nam je le še, da zmodeliramo radije na ostrih robovih.

Dodali smo maksimalne radije (slika 3.12), da so površine bile čim bolj zvezne in zaokrožene.

Veliki radiji pa pripomorejo tudi k temu, da pri dejanski obdelavi na CNC stroju ni potrebno

rezkati z manjšimi premeri rezkarjev, kar nam prihrani ogromno časa.

(features>fillet>izberemo robove>velikost radija>ok).

Slika 3.12: Končan pred-kovalni model, pripravljen za izdelavo orodja


- 31 -

4 KONSTRUIRANJE PRED-KOVALNEGA, UTOPNEGA IN

OBREZILNEGA ORODJA

Snovanje utopnega orodja 4.1

Osnova, ki nam jo predstavlja modeliranje modelov orodja za kovanje, so modeli odkovka.

Brez njih je skorajda nemogoče zmodelirati orodje. Pri modeliranju orodij moramo biti

pozorni na več stvari. Najprej moramo preveriti maso in prostornino odkovka in sporočiti

informacijo tehnologu kovanja, da si zna izračunati, kakšen in kako velik surovec bo potreben

za kovanje. V našem primeru smo morali preveriti maso pred-kovalnega modela, (slika 4.1).

(tools>mass properties). Masa pred-kovalnega modela je bila 1.67 kilograma (če upoštevamo

specifično težo aluminija 2800kg/m3) in prostornina 596.45 cm

3.

Slika 4.1: Določitev mase modela

Sedaj lahko primerjamo maso in prostornino pred-kovalnega modela in končnega

modela. Paziti moramo na to, da sta masa in prostornina pred-kovalnega modela vedno večji


- 32 -

od končnega modela, kajti v nasprotnem primeru bi pri kovanju končnega modela prišlo do

pomanjkanja materiala. V našem primeru je bilo razvidno, da je masa končnega modela 1.51

kg in prostornina 538.41 cm3. Ugotovili smo, da končni model glede na volumen in maso

ustreza pred-kovalnemu modelu.

Naslednji pomemben faktor, ki ga moramo upoštevati, je takoimenovani skrček. Ker

preoblikujemo kovine tudi pri utopnem kovanju toplo, moramo pri izdelavi gravure

upoštevati, da se izkovek pri ohlajanju krči. Zato morajo biti dimenzije gravure za krčno mero

večje od dimenzij končnega izdelka (odkovka). V našem primeru nam je tehnolog kovanja

posredoval podatek, da moramo pri modeliranju orodja upoštevati skrček 0.7%, (slika 4.2).

Slika 4.2: Upoštevanje skrčka 0.7%

Naslednji faktor pred izdelavo orodja, ki smo ga preverili je bil kje bo potekala delilna

ravnina in ali so vse površine zmodelirane pod kotom. To ugotovitev smo preverili z ukazom

draft analysis, (slika 4.3). Izbrali smo delilno ravnino, ki je bila v našem primeru ravna in je

potekala na sredini odkovka (draft analysis>analysis parameters>plane4>ok).


- 33 -

Slika 4.3: Kontrola kotov površin in delitve

Zadnji korak pred izdelavo orodja, ki smo ga preverili, je bila primerjava pred-

kovalnega in utopnega modela. Primerjavo smo preverili skupaj s tehnologom kovanja in na

podlagi nje ugotavljali, ali je še potrebno model za pred-kovalno orodje prilagoditi. V modulu

assembly (sestava) smo uvozili oba modela v enako izhodišče, (slika 4.4),

(assembly>part/assembly to insert>browse>poiščemo modela>ok>prenesemo v izhodišče).


- 34 -

Slika 4.4: Primerjava pred-kovalnega in končnega modela

Po končanih preverjanjih smo pričeli s samo konstrukcijo orodja. Snovanje orodja oz.

vtisk gravure je potekalo v modulu assembly. Najprej smo virtualni model uvozili v modul

assembly (assembly>part/assembly to insert>browse>poiščemo model>ok), (slika 4.5).

Zunaj njega smo si ustvarili dva nova parta z imenom zgornja polovica in spodnja polovica .

Zgornjo polovico smo uvozili v modul assembly po enakem postopku kot model in ga fiksirali

v izhodišče. V modulu assembly lahko tudi kreiramo posamezne parte. Spodnjo polovico smo

kreirali v modulu assembly, s skicirko narisali dimenzije utopa, ki jih je predvidel kupec (dva

kosa dimenzij 450x400x160mm) in utop raztegnili za 160mm (assembly>edit

part>sketch>corner rectangle>450x400>exit sketch>extruded bose/base>160mm>ok). Po

modeliranju utopa smo pričeli z modeliranjem vtiska modela v utop (gravura) oz. z

odvzemom materiala utopu v negativni obliki modela.


- 35 -

Slika 4.5: Uvoz modela

Narisali smo skico delilne površine, ki je bila v našem primeru ravna in z ukazom

surface plane ustvarili površino (sketch>corner rectangle>exit sketch>surface

plane>izberem skico>ok). Z ukazom knit surface smo izbrali vse površine, ki se nahajajo nad

delilno površino (knit surface>klikanje>ok). Ko smo s tem končali, smo lahko s to površino

odrezali negativno obliko modela v utop, (slika 4.6), (insert>cut>with surface>izberemo

površino>ok). S tem smo dobili negativno obliko modela v zgornjem utopu.

Slika 4.6: Negativna oblika modela v utopu


- 36 -

Naslednji korak je bil modeliranje sprostitve za iztek brade in modeliranje pretoka.

Tehnološke parametre smo določili skupaj s tehnologom kovanja:

- kot brade 13 stopinj, debelina brade 18mm in

- širina pretoka 8mm, debelina pretoka 2mm.

Za modeliranje brade smo prešli v skicirko, z orodjem offset entities izbrali robove okoli

gravure na zgornji ploskvi in vnesli širino 8mm. Z ukazom extruded cut smo podali globino

brade 9mm in izbrali kot brade za 13 stopinj (sketch>offset entities>8mm>exit

sketch>extruded cut>9mm>draft on/off>13°>ok). Na dnu brade in koncu pretoka po širini

smo dodali še radije (features>fillet>velikost>izberemo robove>ok). Spodnjo površino smo

morali dvigniti do zgornje površine gravure, obenem pa smo morali paziti, da nam bo v

vogalih ostal prostor za nasede in luknje za vodilne stebre (sketch>line>smart

dimension>exit sketch>extruded bose/base>up to surface>ok). Sledilo je modeliranje

nasedov.

Nasedi imajo funkcijo, da ne pride do zamaknitve zgornje in spodnje polovice utopa pri

kovanju in da zmanjšajo silo na vodilnih stebrih. V vogalih smo skicirali nasede in jih

raztegnili za 15mm (sketch>line>exit sketch>extruded bose/base>15mm>ok). Na njih smo

dodali radije (features>fillet>izberem robove>dimenzije radijev>ok).

Zmanjšati je bilo potrebno še debelino delilne ravnine za debelino pretoka

(sketch>line>exit sketch>extruded cut>1mm>ok). Vse kar nam je še ostalo je modeliranje

lukenj za vodilne stebre in modeliranje lukenj za vpetje utopa, (sketch>hole wizard>premer

in oblika luknje>dimension>ok). Tako smo z modeliranjem zgornje polovice utopa končali,

(slika 4.7).


- 37 -

Slika 4.7: Končana zgornja polovica utopa

Spodnjo polovico utopa smo modelirali na popolnoma enak način. Edina sprememba je

bila, da pri nasedih nismo dodali materiala, temveč smo ga odvzeli, (slika 4.8). Potrebno je

bilo še zmodelirati vodilne stebre, katerih premer je narejen v toleranci h7. Toleranca vodilnih

lukenj v utopih pa je bila H7, tako da smo zagotovili ohlapen ujem H7/h7.


- 38 -

Slika 4.8: Utopno orodje z vodilnimi stebri


- 39 -

Snovanje pred-kovalnega orodja 4.2

Modeliranje pred-kovalnega orodja je potekalo na povsem enak način kot modeliranje

končnega utopnega orodja. Edina razlika, ki je pri pred-kovalnem orodju je ta, da na njem

niso zmodelirani nasedi, kajti pri pred-kovalnem orodju ni tako zelo pomembna natančnost

odkovka. Upoštevati moramo skrček 0.7%, debelino pretoka 2.5mm, širino pretoka 10mm,

globino brade 16mm in kot brade 8 stopinj. Razlike med tehnološkimi parametri so zato, da

pred-kovalni odkovek v drugi končni operaciji kovanja brez problema sede v končno gravuro.

Slika 4.9: Pred-kovalno orodje z vodilnimi stebri


- 40 -

Snovanje obrezilnega orodja 4.3

Obrezilno orodje v osnovi služi namenu, da odreže ostanek materiala od odkovka, katerega v

praksi imenujemo brada. Sestavni deli obrezilnega orodja so:

- spodnja in zgornja osnovna plošča,

- matrica,

- izmetalna plošča,

- vodilni stebri,

- vodilne puše,

- vzmeti,

- obroči za pritrjevanje vodilnih stebrov in puš,

- pritisni vložek,

- izmetalni vložek,

- prebijalca in

- standardni elementi (vijaki, zatiči).

Modeliranje obrezilnega orodja poteka po zelo podobnih postopkih kot smo jih opisali

zgoraj. Osnova za modeliranje obrezilnega orodja je osnovna kontura, ki smo jo predstavili že

v prejšnjem poglavju. Upoštevati moramo, da se bodo odkovki obrezovali v hladnem stanju,

zato pri obrezilnem orodju ne smemo upoštevati skrčka. Konturo na matrici moramo za

0.25mm povečati glede na osnovno konturo po obodu zaradi tega, da matrica ne obreže

odkovka povsem ob steni. Poševne stene oz. kote na matrici in izmetalni plošči smo

zmodelirali pod večjim kotom za 3 stopinje od utopnega orodja, da se odvečni material oz.

brada ne nasloni na njih. Tudi rob od pretoka je na matrici in izmetalni plošči tanjši. Prav tako

smo z vzmetmi uskladili hod izmetalnega vložka v matrici in hod izmetalne plošče. Morali

smo upoštevati hod vzmeti in dejanski hod matrice, da ne bi prišlo do kakršnihkoli

nepravilnosti. Virtualne elemente orodja smo sestavili v delovnem okolju assembly (sestava)

in dodali standardne elemente (vijaki, zatiči). Izdelali smo tudi tehnično dokumentacijo, ki se

potrebuje za izdelavo teh delov. Vse načrte smo shranili v standardnem formatu dxf in jih

posredovali v proizvodnjo za izdelavo. Uredili smo še sestavne risbe, da ni bilo težav pri

sestavi.


- 41 -

Slika 4.10: Sestavljeno obrezilno orodje

Slika 4.11: Posamezni deli obrezilnega orodja


- 42 -

Odkovek krmilne plošče in obrezan material 4.4

Na sliki 4.12 vidimo dejanski zgled peskanega odkovka, na sliki 4.13 pa vidimo

odrezan odvečni material.

Slika 4.12: Odkovek krmilne plošče

Slika 4.13: Obrezan odvečni material


- 43 -

5 IZDELAVA PROGRAMA ZA REZKANJE

Programska oprema Mastercam 5.1

Mastercam, izdelek podjetja CNC Software inc., je eden izmed najbolj razširjenih

programskih paketov za CAM pripravo NC programov, predvsem zaradi preprostega in

intuitivnega uporabniškega vmesnika ter široke programske podpore. V samem programu

lahko izbiramo med različnimi moduli kot so: Mastrecam Design, Mastercam Solids,

Mastercam X Mill, Mastercam Lathe in Mastercam Wire.

Programiranje 5.2

Osnovne modele utopov smo modelirali v SolidWorksu. Če smo hoteli modele prenesti v

Mastercam, smo jih morali shraniti v standardni step format. Za nadaljnje delo smo morali

modele uvoziti v Mastercam. Programirali smo v Mastercamovi verziji X6. Uvoženemu

modelu smo morali določiti izhodišče, torej nično točko, ki se je nahajala v levem zgornjem

kotu orodja. Na modelu smo si narisali omejitve, ki smo jih potrebovali pri nadaljnjem

programiranju, (slika 5.1) .

Slika 5.1: Uvožen model v Mastercam z določeno izhodiščno točko in omejitvami


- 44 -

Preden smo pričeli z izdelavo programa, smo si morali zamisliti, katera orodja bi bilo

najpametneje uporabiti. To smo storili tako, da smo preučili geometrijo modela, izmerili

najmanjše velikosti radijev in največjo globino orodja. Vrtljaji in podajalne hitrosti orodja sta

dva faktorja, ki sta zelo pomembna pri izdelavi programa. Ugotovimo jih tako, da najprej

pogledamo, za kakšen material gre. V našem primeru je šlo za oznako materiala Mo1, ki je bil

kaljen na 42-44 HRc. Sledilo je iskanje katalogov od proizvajalca orodij. Iz njega smo odčitali

globino reza, vrtljaje in podajalne hitrosti za orodja katera, bomo uporabili.

Prva operacija je bila poravnava zgornje ploskve na utopu z rezkalno glavo na

pravokotne ploščice premera 80mm. Druga operacija je bilo grobo rezkanje, pri katerem smo

uporabili strategijo rezkanje HSC – visokohitrostno odrezovanje materiala, imenovano v

Mastercamu surface high speed area clearance. To operacijo smo storili z rezkarjem premera

35mm z vogalnim radijem R5mm. Nadaljeval smo z grobim rezkanjem ostankov s

hitroreznim rezkarjem premera 10mm in vogalnim radijem R1mm. Tako smo z grobim

rezkanjem končali in ostala nam je še fina obdelava. Fino obdelavo smo opravljali s štirimi

rezkarji. Kot prvo smo zrezkali brado s funkcijo surface finish parallel z rezkarjem 12R6,

(slika 5.2).

Slika 5.2: Izgled programa za fino obdelavo z rezkarjem 8R4


- 45 -

Nadaljevali smo z rezkarjem 8R4, s katerim smo fino porezkali notranjo glavno gravuro

z Mastercamovo napredno funkcijo surface high speed hybrid. Ostanke radijev R4 v vogalih

pa smo počistili s krogelnimi rezkarji 6R3, 4R2 in 3R1.5. Na koncu je bilo potrebno še

vgravirati logotip Aprilia, številke in znak za datum. To smo storili z graverskim rezkarjem

premera 3mm.

Slika 5.3: Simulacija programa

Z programiranjem smo torej končali. Vse ostale utope smo sprogramirali po enakem

postopku, le da smo pri pred-kovalnem potrebovali manj orodij. Ostal nam je še izvoz

programa z NC kodo. Za izvoz NC programa potrebujemo postprocesor za točno določeno

krmilje, na katerem bo deloval NC program. Ko smo NC kodo izvozili smo jo poslali

operaterju na CNC stroj. Še prej pa smo izvozili orodni list na katerem je napisana

specifikacija orodij, da bo operater vedel, kakšna orodja si mora pripraviti. Operater dobi tudi

tehnično risbo utopa, na kateri so narisane tudi ničelne točke za obdelavo.


- 46 -

Slika 5.4: Izgled NC kode

Slika 5.5: Primer specifikacije orodja, ki jo dobi operater


- 47 -

Slika 5.6: Tehnična risba utopa z narisanimi izhodiščnimi točkami


- 48 -

6 ZAKLJUČEK

V podjetju Mojstrovina, sem opravljal trimesečno obvezno prakso. V podjetju sem delal kot

študent že prej in videl, da obstaja povpraševanje po izdelavi utopnega orodja. Ker so

konstrukcijo utopnega orodja za Mojstrovino prej opravljala druga podjetja, smo se odločili,

da poizkusimo konstrukcijo opraviti sami. S tehnologom kovanja smo najprej preučili

tehnologijo kovanja in zahteve, da smo vedeli, kje sploh naj začnemo. Z nekaj popravki nam

je konstrukcijo uspelo narediti samostojno in ustrezno.

Orodje smo izdelali v zahtevanem roku, pri izdelavi ni bilo posebnih težav. Poudariti

moramo, da je to bila naša prva konstrukcija orodja za utopno kovanje. Sedaj jih imamo za

sabo že kar nekaj in pri vsaki se naučimo nekaj novega. Pri konstruiranju smo uporabili

smernice konstruiranja za proizvodnjo, s tem smo prihranili dosti časa in stroškov pri sami

izdelavi. Uporabili smo tudi smernice za sestavo, predvsem pri obrezilnem orodju, pri

katerem je največ sestave v tem projektu. S našo prvo konstrukcijo utopnega orodja smo bili

zelo zadovoljni, kajti ko smo ga preizkušali in testirali ni bilo nobenih težav. Tudi z NC

programi oz. samo izdelavo ni bilo nobenih težav. S programiranjem imamo že več izkušenj

katere tudi nadgrajujemo.


- 49 -

7 PRILOGE

Slika 7.1: Načrt obdelanega odkovka, ki ga je poslal naročnik


- 50 -

8 VIRI

[1] Franc GOLOGRANC. Uvod v preoblikovanje, 2.predelana in razširjena izdaja. Ljubljana:

1987.

[2] Franc Legat. Priročnik za kovače kovanje v hladnem in vročem. Ljubljana: Oktober 2011.

[3] Bojan Dolšak, Marina Novak. Konstruiranje za proizvodnjo: gradivo za predavanja.

Maribor: Fakulteta za strojništvo, 2006

[4] Slika hidravličnega kladiva za kovanje [svetovni splet]. Dostopno na

http://www.fpmgroup.co.uk/prodotti.php?prodID=147&idcatpr=17

[5] Slika hidravljične preše za kovanje [svetovni splet]. Dostopno na

http://www.exapro.it/pressa-per-forgiatura-lasco-vpe-1000-p20413269/

[6] Opis programskega paketa SolidWorks [svetovni splet]. Dostopno na

http://sl.wikipedia.org/wiki/SolidWorks

[7] Opis programske opreme Mastercam [svetovni splet]. Dostopno na

http://sl.wikipedia.org/wiki/Mastercam

[8] Jure Verderber. Praktični vodič skozi Mastercam. Ljubljana: A-CAM, 2010

[9] Kraut Bojan. Krautov strojniški priročnik, 14. slovenska izdaja / izdajo pripravila Jože

Puhar, Jože Stropnik. Ljubljana : 2003

[10] Opis podjetja Mojstrovina, d.o.o. [svetovni splet]. Dostopno na

http://www.mojstrovina.si/o-podjetju-mojstrovina.shtml

http://www.fpmgroup.co.uk/prodotti.php?prodID=147&idcatpr=17

http://www.exapro.it/pressa-per-forgiatura-lasco-vpe-1000-p20413269/

http://sl.wikipedia.org/wiki/SolidWorks

http://sl.wikipedia.org/wiki/Mastercam

http://www.mojstrovina.si/o-podjetju-mojstrovina.shtml

Documents

KONSTRUKCIJA ORODJA ZA UTOPNO KOVANJE SPODNJEGA … · KONSTRUKCIJA ORODJA ZA UTOPNO KOVANJE SPODNJEGA KRIŽA PREDNJIH VILIC MOTORJA Ključne besede: utopno kovanje, model, končne