7. VALJANJE 7.1. Primena valjanja na izradu mašinskih delova Izrada mašinskih delova valjanjem široko je rasprostranjena u proizvodnji različitih , najčešće, ugradbeno gotovih delova. Ovom tehnologijom izrađuju se navoji (slika 7.1 i 7.2), zupčanici (slika 7.3), ožljebljena vratila, prstenovi i drugi složeni priizvodi. Ova tehnologija detaljnije prikazana u knjizi [5], a u u ovom poglavlju prikazani su postupci valjanja koji se koriste za dobijanje gotovih mašinskih delova. Posebno se razmatraju metode valjanja navoja koje su pretežno zastupljenje u proizvodnji vijčane robe, metode izrade nazubljenih i ožljebljenih elemenata valjanjem i metode valjanja prstenastih profila. 7.1.1. Valjanje navoja Za serijsku i visokoserijsku proizvodnju elemenata sa navojem danas se skoro iskljucivo koristi tehnologija hladnog valjanja. Izrada navoja na ovaj način vrsi se oblikovanjem spoljašnje površine rotaciono simetričnih oblika i to tako da se u toku procesa u materijal utiskuje reljef izrađen na površini alata koji odgovara navoju. Valjanje navoja moguće je na više načina: - valjanje pomoću ravnih profilisanih površina - valjanje pomoću segmenata - valjanje pomoću valjaka Najstariji način valjanja navoja je pomoću ravnih profilisanih ploča.(sl.7.1).Alat za ovu vrstu valjanja se sastoji iz jedne nepokretne i jedne pokretne ploče. Na obe ploče izrađeni su profili pod uglom navoja koji iznosi:

fdhtg⋅

=π

γ

h - korak navoja fd - srednji precnik navoja

Slika 7.1 - Valjanje navoja pomoću ravnih profilisanih površina

Slika 7.2 - valjanje navoja pomoću obrtnog valjka i segmenta

Pravolniskim kretanjem ploče vrši se izrada navoja. Ovim načinom dobijaju se navoji manje tačnosti. Produktivnost ovakvog načina izrade navoja ograničena je obzirom na reverzibilnost kretanja pokretne ploče. Znatno veća produktivnost pri proizvodnji navoja postiže se primenom principa valjanja pomoću valjka i segmenta (sl.4.5.). između nepokretnog segmenta i valjka koji se obrće postavlja se radni komad na kome treba izraditi navoj. I obrtni valjak i segment imaju na svojim radnim površinama profile navoja. Detaljnije o valjanju navoja videti u knjizi [10].

7.1.2. Valjanje ozubljenih i nažljebljenih elemenata U novije vreme za izradu određenih oblika i dimenzija ozubljenih i nažljebljenih elemenata sve češćese primenjuje tehnologija hladnog valjanja. Ovo se posebno odnosi na proizvodnju zupčanika u uslovima visokoseriske i masovne proizvodnje. Slično kao i kod valjanja navoja i ovde se reljef izrađen na spoljnoj površini alata utiskuje na spoljnim površinama aksijalno simetričnih radnih komada. Osnovne prednosti ove tehnologije u izradi navedenih elemenata u odnosu na obradu rezanjem su:

− Kraće vreme izrade − Ušteda u materijalu − Povoljan tok vlakana materijala − Visok kvalitet obrađene površine.

Ograničenja primene ove tehnologije odnose se pre svega na geometriju ozubljenja, vrstu materijalai veličinu serije. Postoje različite mogučnosti zrade nazubljenih i ozubljenih elemenata metodom valjanja. One se međusobno razlikuju prema geometriji alata kao i prema kinematici procesa (v. knjigu 10)

Posebnu vrstu valjnja zupčanika i nazubljenih elemenata predstavljan tzv. Grob postupak. Osnovni princip ovog postupka je da se ceo proces izrade ozubljenja (ožljebljenja) izvodi u parcijalnom deformisanju materijala (sl.7.3a). Alati u obliku dva profilisana valjčića (a) ratiraju oko ose 0-0 i oko sopstvene ose i kod svakog obrtaja dolaze u kontakt sa materijalom (b). Materijal se takođe obrće oko svoje ose. Brzina obrtanja materijala i obrtanja alata oko ose 0-0 sinhronizovana je u skladu sa brojem zuba koji se izrađuju. Za svaki obrtaj alata oko ose 0-0 , materijal se okrene oko svoje ose za veličinu podele zuba , što znači da se kompletno ozubljenje izradi za jedan puni obrtaj ( 0360 ) radnog komada oko svoje ose. Materijal se istovrameno kreće i

u aksijalnom pravcu čime se omogućuje izrada profila na određenu dužinu. Na sl. 7.3b prikazan je alat u zahvatu sa materijalom

a) b) Slika 7.3 - Grob postupak valjanja zupčastih elemenata: a) šema postupka,

b) alati u zahvatu sa obratkom [49]

Slika 7.4 - Ilustracija nazubljenih elemenata izrađenih postupkom Grob [49]

Broj obrtaja alata zavisi od veličine mašine i iznosi 800-3500 0/min. Aksijalni pomak radnog predmeta iznosi od 0.8-3 mm po jednom punom okretaju radnog predmeta, što znači da se z jedan minut može izraditi ozubjenje dužine oko 250 mm. Ovim postupkom moguće je izraditi razne vrste zupčanika i ožljebljenja (sl.7.4.). Kvlaitet obratka dobijenih ovim postupkom nakon termičke obrade iznosi 7-8 prema DIN 3962 i to u uslovima velikoserioske i masovne proizvodnje.

7.1.3. Valjanje prstenastih elemenata Prstenasti delovi skoro svih dimenzija, težina i od različitih materijala veoma često se koriste u industriji. Jedna od najčešćih primena je u proizvodnji prstenova za kotrljajne ležajeve. Obzirom na velike serije u kojima se takvi elementi proizvode kao i na stroge tehničke i tehnološke zahteve koji se pred njih postavljaju, veoma je bitno odrediti optimalnu tehnologiju izrade takvih delova. Za izradu prstenova u masovnoj proizvdnji često se primenjuje tehnologije hladnog i toplog valjanja koje mogu biti:

- radijalno-aksijalno valjanje - radijalno valjanje - aksijalno valjanje prstenova u kalupu

1. Radijalno – aksijalno valjanje

Valjanje je postupak koji se izvodi pretežno u toplom stanju, a koristi se za izradu vrlo širokog dijapazona obradaka. Glavna primena ovog postupka su prstenovi kotrljajnih ležajeva, delovi reduktora i razne vrste prirubnica. U hladnom stanju ovim postupkom se mogu dobiti prstenasti elementi manjih dimenzija. Princip valjanja prstenastih profila sastoji se u tome da se pripremku za vreme obrade smanjuje poprečni presek, a povećava njegov obim. Kao pripremak koristi se valjak u kome se na odgovarajući način proizvede kružni otvor, tako da se dobije debelozidni šuplji valjak. Takav polufabrikat postavi se u mašinu sa sistemom valjanja koji svojim okretanjem i delovanjem na priremak vrši njegovu deformaciju, tj. izradu prstenastog oblika.

Slika 7.5 – Šema radijalno-aksijalnog vajlanja

Na slici 7.5 prikazan je najčešće primenjivani sistem valjanja prstenastih oblika: od dva cilindrična valjka, jedan je fiksan (glavni valjak) i okreće se oko svoje ose. On je u kontaktu sa spoljnim omotačem pripremka. Unutrašnji cilindrični valjak vrši obrtno kretanje oko svoje ose, ali i pravolinijsko kretanje ka spoljašnjem cilindru, delujući pri tome na unutrašnji omotač pripremka. Dva konusna valjka takođe se okreću oko svojih osa definišući pri tome geometriju budućeg obradka u aksijalnom pravcu.

Ovim postupkom mogu se izraditi prstenovi iz širokog spektra materijala. Najčešće je u primeni čelik, od ugljeničnog do visokolegiranog. Takođe se laki i obojeni metali uspešno valjaju. U poslednje vreme sve više se valjaju titanove legure, vatrootporni čelici i drugi teže deformabilni materijali.

Prstenovi spoljašnjeg prečnika od 100 do 450 mm i visine 20 - 160 mm mogu se uraditi u taktu od maksimalno 100 kom/sat tj. 36 sec. za jedan komad. Ako se radi u dve smene proizilazi da je godišnja proizvodnja na jednom postrojenju za valjanje prstenova oko 500000 komada. Radijalno valjanje prstenova Kod izrade prstenova malih prečnika može se povećati produktivnost primenom poluautomatizovane horizontalne mašine čiji je princip prikazan na slici 7.6. Obradni sistem se sastoji iz obrtnog stola, pogonskog valjka 4 i fiksnih valjaka (4 komada fiksirana za obrtni sto). Obrtni sto i pogonski valjak nisu u istoj osi, nego su ekscentrični. Na poziciji 6 na fiksni valjak postavlja se pripremak. Okretanjem obrtnog stola i pogonskog valjka dolazi do kontakta između prstena i pogonskog valjka tj. do plastične deformacije (smanjenje debljine i povećanje prečnika prstena). Gotov prsten se skida sa obrtnog stola na poziciji 5.

Slika 7.6 – Šema radijalnog valjanja

1 – prsten (obradak) u zahvatu, 2 – unutrašnji valjak, 3 – valjak za centriranje, 4 – glavni valjak,5 – stanica za skidanje gotovog prstena,

6 – stanica za postavljanje pripremka, 7 – obrtna platforma

Ova mašina može biti integrisana u kontinualnu proizvodnu liniju uključujući i zagrevanje pripremka.

Slika 7.7 - Mašina za radijalno valjanje

prstenova Wagner – Dortmund [43]

Slika 7.8 - Delovi dobijeni radijalnim valjanjem

7.1.4. Hladno valjanje prstenova Primena metoda hladnog valjanja u izradi prstenova rezultira smanjenjem troškova proizvodnje i poboljšanjem kvaliteta obradka, a ideja je potekla iz industrije ležajeva. Smatra se da do 40% ukupne cene prstena za ležajeve predstavljaju troškovi sirovog materijala, pri čemu 20-50% tog sirovog materijala (čelika legiranog sa hromom) pređe u strugotinu u slučaju obrade rezanjem. Kod hladne obrade, s obzirom da nema zagrevanja, kvalitet površine koja se dobija valjanjem je visok, veća je tačnost dimenzija, manji su dodaci za naknadnu obradu pa samim tim i gubici materijala, nema potrebe za dodatnom opremom za zagrevanje itd. Kod hladne obrade dolazi do deformacionog ojačavanja, tako da su kod delova većih dimenzija neophodne velike deformacione sile, zbog čega se hladnim valjanjem dobijaju prstenovi prečnika do 250mm.

Hladno valjanje prstenova po tehnologiji PROFIROLL

Potreba za daljim razvojem tehnologije valjanja prstena nastala je zbog toga što su postojeće tehnologije zahtevale operaciju kalibracije prstenova nakon valjanja, pri čemu ni na taj način nije bio rešen problem grešaka koje su nastajale na površini prstena. Kod ovoga postupka pogonski valjak oblikuje spoljašnji profil, dok je unutrašnji profil definisan geometrijom trna. Trn se slobodno obrće, i oslonjen je na potporne valjke koji se takođe slobodno obrću. U toku procesa valjanja materijal teče i u aksijalnom i u tangencijalnom pravcu, odnosno, smanjuje se debljina zida a povećava širina prstena.

a)

b)

c)

Slika 7.9 - Valjanje prstenova po metodologiji PROFIROLL – Nemačka: a)

valjani prstenovi kotrljajnih ležaja b) alat u zahvatu sa obratkom, c) mašina za valjanje

URWA 130L [47]

Osnovna razlika u odnosu na prethodne mašine je uređaj (roundroll device) koji garantuje minimum odstupanja cilindričnosti prstena tokom procesa. Istovremeno se kontroliše i rast prstena pomoću mehaničke glave za merenje (mechanical measuring head). Suprotno konvencionalnim mašinama za valjanje kod kojih se u toku procesa kontroliše pritisak valjaka, kod ove mašine proces se kontroliše pomoću mikroprocesora koji računa redukciju debljine zida i željeni prečnik. Kao rezultat se dobija veoma povećana tačnost. Kod ranijih postupaka valjanja prstenova, greška cilindričnosti prstena iznosila je oko 0.5 mm a greška prečnika oko 0.2 mm, dok kod ovog postupka greška cilindričnosti je manja od 0.04 mm, a greška prečnika manja od 0.08 mm.

Literatura [5] Plančak, M., Vilotić, D., Vujović, V., Tehnologija plastičnosti u mašinstvu, Fakultet

tehničkih nauka, Novi Sad, 1992 [10] Plančak, M., Vilotić, D.: Tehnologija plastičnog deformisanja, Fakultet tehničkih nauka,

Novi Sad, 2003. [43] http://www.sms-demag.com/en/about_us.html [47] http://www.profiroll.de/en/company/ [49] http://www.grobinc.com/coldrolled/about.htm