Gál Viktor1, Lukács Zsolt 2
1PhD hallgató, metgv@uni-miskolc.hu
1Anyagszerkezettani és Anyagtechnológiai Intézet, Miskolci Egyetem
2egyetemi docens, zsolt.lukacs@uni-miskolc.hu
2Anyagszerkezettani és Anyagtechnológiai Intézet, Miskolci Egyetem
Kivonat: Cikkemben az aeroszolos palackok gyártási folyamatának legelső lépését a hátrafolyatást elemzem.
Hátrafolyatás során a szerszámok geometriája egyértelműen meghatározza a folyatott palack geometriáját. Ezt kihasználva a matricában kialakított átmérőlépcső segítségével a palack falában létre lehet hozni eltérő vastagságú tartományokat. A változó falvastagság előnyösen alkalmazható a palackgyártás későbbi alakadási folyamatában, ezért cikkemben ennek a technológiának a befolyásoló tényezőit vizsgálom.
Kulcsszavak: aeroszolos palack, hátrafolyatás, lépcsős folyatás
Abstract: In this paper I will analyse the first step of the production the aluminium aerosol can. During the extrusion, the geometry of the die and the punch clearly determines the geometry of the can. This can be exploited to create inhomogeneous thickness ranges in the wall of the can using diameter change in the die. The variable wall thickness can be advantageously used in the subsequent forming process of the bottle production, because of this in this paper I examine the influences of this technology.
Keywords: aerosol can, extrudion
1. BEVEZETÉS
Az aeroszolos palackok gyártástechnológiájának fejlődését napjainkban a folyamatosan változó kialakítások iránti igény hajtja. A formavilág megváltozása nem csak a szerszámozás összetettségét, illetve új alakító műveletek megjelenését jelenti a gyártási folyamatban, hanem az újabb geometriák kialakítása közben az anyag igénybevételének megváltozását is. Jól ismert tény, hogy a lemez alapanyagok alakváltozó képessége jelentősen függ a lemezvastagságtól. Az eddigi palackoknál a pusztán nyomástartást szem előtt tartó falvastagság már nem bírja el az új többlépéses, nagyobb alakváltozással járó alakítási folyamatokat.
Mivel a palack teljes hosszában megvastagított fal nagyobb alapanyagigényének kielégítése gazdaságilag hátrányos, napjainkban egyre inkább elterjed a változó falvastagságú palackok létrehozása, amely a későbbi alakítási vagy töltési folyamatban jelentkező problémák megelőzésére szolgál. A változó falvastagságot rögtön a gyártási folyamat első lépésében a hátrafolyatás során hozzák létre, változó átmérőjű folyatómatrica alkalmazásával.
Az új formavilágnak megfelelő palackoknál változik az alakítás mélysége, így az igény is a megvastagított falrész tulajdonságaira vonatkozóan. Ebben a cikkemben végeselemes modellezés segítségével vizsgálom, hogy milyen paraméterek, és hogyan befolyásolják a lépcsős hátrafolyatás során létrejövő falvastagságot. Célom egy olyan nomogram felvétele,
114
mellyel az elérni kívánt falvastagságeloszlás alapján pontosan tervezhetővé válik a szükséges szerszámozás.
2. A LÉPCSŐS FOLYATÁS ELEMZÉSE
A kiinduló alapanyag méretei alapvetően adják meg a hátrafolyatott pohár méreteit. A folyatás előtti alumíniumtárcsa vastagsága definiálni fogja a hátrafolyatott palack magasságát.
A hátrafolyatás során a szerszámüreg kitöltése utáni falképzés szakaszában az alakított bélyeg legnagyobb átmérője először a matrica nagyobb (1.ábra a.)), majd kisebb átmérőjével fog falat képezni (1.ábra b.)), ami először vastagabb, majd vékonyabb falat eredményez.
1. ábra. Eltérő falvastagság létrehozása
A megvastagított fal hosszát tehát a bélyeg nagyobb matricaátmérő mentén megtett útja fogja befolyásolni. Ezt az utat két tényező, a matricában elhelyezkedő átmérőlépcső pozíciója, azaz a lépcsőmagasság, valamint a kiinduló alumínium tárcsa vastagsága határozza meg.
A lépcsős hátrafolyatás folyamatának elemzése alapján tehát arra a következtetésre jutottam, hogy a megfelelő szerszámtervezéshez, egy adott kiinduló tárcsavastagság mellett meg kell vizsgálnom a lépcső magassága és az ezzel létrehozott megvastagított falrész hossza közötti kapcsolatot.
Az összefüggés elemzését a DEFORM végeselemes modellező szoftverben hajtottam végre. A kiindulási alapot egy 53mm átmérőjű 15bar nyomásállóságú palack szerszámozása jelentette. Az egyes szimulációkat állandó geometriájú bélyeg mellett az egyes kiinduló lemezvastagságokra, változó lépcsőmagasságú matricákkal állítottam össze. Egy a bemutatott paraméterekkel lefuttatott szimulációk után a folyatott poháron mért vastagságeloszlást szemléltet a 2. ábra.
2. ábra. Falvastagság eloszlás
115
A 2. ábrán bemutatott vastagságeloszlást -mivel ez megfelelően tükrözi a folyatómatrica kialakítását-, három tartományra lehetett felosztani. Az A-val jelölt első tartomány a megvastagított falrész tartománya. A B-vel jelölt második rész az átmeneti szakasz. Ennek érdekessége, hogy a matricán alkalmazott átmérők közötti átmenet geometriáját tükrözi. A harmadik C-vel jelölt szakasz a vékonyabb falvastagság szakasza volt.
3. EREDMÉNYEK KIÉRTÉKELÉSE
A palack vastagságeloszlásának tervezésekor azt a hosszt határozzák meg, amelynél lehetőség van bonyolultabb geometria kialakítására, nagyobb alakváltozás bevitelére. Ezek alapján a szimulációk kiértékelésénél csak a megvastagított fal hosszát vettem figyelembe (2.
ábra A-szakasz), biztonsági okokból elhanyagolva az átmeneti tartományt.
Egy adott kiinduló tárcsavastagság esetén az egyes lépcsőmagsságokhoz tartozó hosszértékeket ábrázoltam majd trendvonalat vettem fel melynek eredményeként kijelenthető, hogy ezek között az összefüggés lineáris. Ezeket az összefüggéseket szemlélteti a 3. ábra 6-9,1mm-es kiinduló tárcsavastagságok esetére.
3. ábra. Összefüggés lépcsőmagasság tervezéséhez
A 3. ábrán az egyes lemezvastagságokhoz tartozó összefüggéseket szemléltető trendvonalaknak a ’megvastagított hossz’ tengellyel bezárt szöge közel azonos volt, tehát kimondható, hogy ezek párhuzamosak egymással. Vizsgáltam továbbá az egyes trendvonalak távolsága és a kiinduló lemezvastagság közötti kapcsolatot, mely szintén lineáris összefüggést adott. Azokra az esetekre vonatkozóan tehát, amikor egy eddig nem vizsgált kiinduló tárcsavastagságú alumíniumpogácsából kell a kívánt megvastagított falrészhez tartozó folyatómatrica geometriát meghatározni, az szimulációk alapján mért trendvonalak párhuzamos eltolásával lehetőségünk nyílik a lépcsőmagasság pontos meghatározására.
116
4. VALIDÁLÁS
A saját szimulációs eredmények kiértékelése után szükségesnek tartottam, hogy összehasonlítsam a számításaimban kapott eredményeket egy valós gyártási folyamat során fizikailag megvalósult termékkel. Mivel a lépcsős hátrafolyatás technológiája napjainkban még nem terjedt el általánosan, egy gyártott palackra vonatkozóan állt rendelkezésemre információ a lépcsőmagasságról, illetve az az által létrehozott megvastagított fal hosszáról.
Ezzel a termékkel tehát egy pontot tudtam meghatározni, ezt a pontot a szimuláció eredményeivel összevetve szemléltetem a 4. ábrán.
4.ábra. Szimulációs eredmények validálása
A 4. ábrán a 7,4mm x 53mm vastagságú és átmérőjű kiinduló tárcsaméret esetére vettem fel az összefüggést a két tervezési paraméter között. A négyzet egy 7,3x 53mm kiinduló tárcsából folyatott palack esetére írja le a vastagított fal hosszát 9mm-es lépcsőmagasság esetére. Egyértelműen látszik, hogy a pont megfelelően illeszkedik az összefüggést adó egyenes szórástartományába. Az egyenestől a koordinátarendszer kezdőpontja irányában való eltolódást a 0,1 mm-el kisebb kiinduló lemezvastagsággal lehet magyarázni.
5. KÖSZÖNETNYÍLVÁNÍTÁS
A cikkben/előadásban/tanulmányban ismertetett kutató munka az EFOP-3.6.1-16-2016-00011 jelű „Fiatalodó és Megújuló Egyetem – Innovatív Tudásváros – a Miskolci Egyetem intelligens szakosodást szolgáló intézményi fejlesztése” projekt részeként – a Széchenyi 2020 keretében – az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg
6. FELHASZNÁLT IRODALOM
[1] GÁL, G., KISS, A., SÁRVÁRI, J., TISZA, M.: Képlékeny hidegalakítás, Tankönyvkiadó, Budapest, 1994.
[2] BALOGH, A., SÁRVÁRI, J., SCHäFFER J,; TISZA, M.: Mechanikai Technológiák, Miskolci Egyetemi Kiadó, Miskolc, 2010.
117