Hidegalakítási technológiák

Szerző: Dr. Kári-Horváth Attila kari-horvath.attila@gek.szie.hu

Bevezetés:

A forgács nélküli alakítás technológiája a fémek felfedezése óta jelentős helyet foglalnak el az ember eszközeinek elkészítési folyamatában. Napjainkban, különösen a kedvező szilárdsági tulajdonságokat igénylő, nagy tömegben előállított mezőgazdasági és egyéb gépalkatrészek, közszükségleti cikkek gyártási folyamatában alkalmazzák. A nagy pontosságú, forgács nélküli alakítás után ugyanis rendsze-rint már nincs szükség a munkadarabok forgácsoló megmunkálására vagy csak köszörülés követi őket.

Fémek alakítását két fő csoportba oszthatjuk:

1. Fémek forgácsképződés közbeni, 2. Fémek forgácsképződés nélküli alakítása

Az utóbbi csoportba tartozik a fémek képlékeny hidegalakítása. A képlékeny hidegalakítás kialakulá-sát és széleskörű elterjedését az tette szükségessé, hogy a lemezszerű alkatrészek (kivágás, lyukasz-tás, mélyhúzás, hajlítás) tömegszerű előállítása rendkívül gazdaságos. Az alkatrészek gyártásának technológiája könnyen automatizálható és nem igényel szakképzettséget. Hangsúlyozni kell azonban, hogy a képlékeny hidegalakítás csak megfelelő mennyiségű alkatrész gyártásakor gazdaságos, mert a szerszám előállítása rendkívül költséges. Ennek oka egyrészt a szerszám legyártásának munkanyessége, másrészt, hogy a szerszámkészítés óriási tapasztalatot és nagyfokú szakképzettséget igé-nyel. E két tényező mellett a szerszám anyagköltsége legtöbbször elenyésző nagyságrendű.

Tartalom

Bevezetés: ... 181

Zömítés ... 183

Hidegfolyatás ... 185

Kombinált folyatás ... 189

Hajlítás ... 197

A kiinduló lemezhosszúság meghatározás ... 201

A hajlítás erő-, munka- és teljesítményszükséglete ... 203

Hajlító-szerszámok ... 205

A mélyhúzás elve ... 209

Teríték meghatározása mélyhúzásnál ... 212

Továbbhúzás ... 215

A húzóerő, húzási munka és teljesítmény meghatározása ... 217

Húzási munka meghatározása ... 218

Gumitömbös húzószerszám ... 222

Fémnyomás (mélynyomás) ... 225

Nyújtva húzás ... 226

Különleges hajlítási eljárások ... 227

Összefoglalás: ... 228

Zömítés

5.1. ábra. A zömítés elve

Zömítés

5.1. ábra A zömítés elve

A hideg térfogatalakítás angol elnevezése, a cold forging arra utalna, hogy ez nem más, mint egyfajta melegítés nélküli süllyesztékes kovácsolás. Mivel melegítés nélkül a fémes anyagok aktuális folyásha-tára nagyságrendileg nagyobb a melegalakításhoz képest, ezért a folyamat erő- és mechanikai ener-giaszükséglete is nagyságrenddel nagyobb. Emiatt a gyakorlatilag alakítható térfogat (tömeg) is nagy-ságrendekkel kisebb, a szerszámterhelés nagynagy-ságrendekkel nagyobb. Hidegen az anyag alakváltozó képessége is sokkal kisebb. Mindezek eredményeként a hideg térfogatalakításnak a klasszikus ková-csoláshoz úgyszólván semmi köze sincs. A hideg térfogatalakítás egy olyan eljárás, melynek során a feldolgozandó előgyártmányt egy többé-kevéssé zárt üregbe tesszük és több oldalról nyomás alá helyezzük. A nyomás hatására a munkadarab anyaga egyrészt kitölti az üreget,

másrészt kifolyik az üreg nyílásain. Mind az üregben maradó, mind a kifolyt anyagrészek a gyártmány szerves részét képezik, ezért a folyamat során elvileg nem keletkezik hulladék. Mivel az alakításhoz előzetesen nem alkalmaztunk külső hőhatást, ezért a felületen nincs reveképződés, oxidáció. Nem kell dekarbonizációval vagy egyéb felületi ötvöző-vesztéssel, illetve a hőtágulásból származó méret-változással számolni. A munkadarab alak- és mérethűségét elvileg csak az alakadásban főszerepet

shape) minőségű gyártmányok állíthatók elő.

A redukálás tengelyek és csövek egy- vagy kétoldali kismértékű lépcsőzése, egy vagy több fokozatban redukáló gyűrűn vagy görgőn való átnyomással, a középső rész megvezetésével. A redukálás során csak a redukáló gyűrűben lehet képlékeny alakváltozás, míg a munkadarab sík lappal érintkező fejré-szén nem folyhat meg az anyag. Ez a feltétele annak, hogy ne zömöljön az anyag, hanem a kúpos szerszámban redukálódjék, csökkenjen a keresztmetszet.

A redukálás: egy prizmatikus rúd alakú előgyártmányt egy szűkülő csatornán keresztül nyomva egy olyan testet állítunk elő, melynek egy nagyobb keresztmetszetű fejrésze és egy kisebb keresztmetsze-tű szárrésze van. A redukálás egy viszonylag egyszerű, olcsón szerszámozható művelet.

A zömítési folyamat lényege, hogy egy kisebb átmérőjű, de hosszabb előalakból egy nagyobb átmérő-jű és kisebb magasságú térfogatelemet készítünk. A zömítést leginkább olyan

munkadarabok készítésénél alkalmazzuk, melyeknek egy kisebb átmérőjű szára, és egy nagyobb át-mérőjű feje van (ábra). Ahol „d” a kiinduló átmérő, „D” a zömített átmérő, „L” a zömítési hossz, „h” a zömített magasság

Hidegfolyatás

A hideg térfogat-alakítás: a feldolgozandó előgyártmányt egy többé-kevéssé zárt üregbe tesszük és több oldalról nyomás alá helyezzük.

A nyomás hatására a munkadarab anyaga egyrészt kitölti az üreget, másrészt kifolyik az üreg nyílásain.

Mind az üregben maradó, mind a kifolyt anyagrészek a gyártmány szerves részét képezik -> nem keletkezik hulladék.

A munkadarab alak-és mérethűségét az alakadásban főszerepet játszó szerszám gyártási pontossága, és merevsége korlátozza.

Az alakváltozás során bekövetkező fizikai keményedés jól kihasználható a munkadarab szilárdságának növelésére, ezért esetenként elmaradhat a kész munkadarab ilyen célú hőkezelése (pl.: nemesítés)

Feldolgozható anyagok:

Ón, ólom, réz, sárgaréz, alumínium és ötvözetei, ezüst, platina. Az acélok közül, csak azok, amelyeknek C-tartalma 0,25%.

Hidegfolyatás

A hidegfolyatás olyan hideg képlékeny alakítás, amelynek során az anyag igénybevétele eléri a folyási határt és a folyatóbélyeg szerszámba hatolásakor az anyag a rendelkezésre álló teret kitölti, vagy a nyomás irányától függetlenül a rendelkezésre álló résen kifolyik.

5.2. ábra. Folyatási eljárások

5.2. ábra Folyatási eljárások A hidegfolyatás technológiája

A hidegfolyatás egyre inkább térhódító eljárás, mivel nagy a termelékenysége, az anyagfelhasználás kedvező és az anyag szilárdsági jellemzői javulnak. Ezért tubusokon és magasfalú alkatrészeken kívül ma már a régebben csak forgácsolással gyártott alkatrészeket is hidegfolyatással készítjük el. A hideg-folyatás két alapművelete az előrehideg-folyatás és hátrahideg-folyatás.

Előrefolyatás: Ha a redukálhatóság feltételei a munkadarab alakja és méretei miatt nem teljesíthetők, akkor a fejrészt meg kell támasztani.

5.3. ábra. Az előrefolyatás végeselem modellje

5.4. ábra. Az előrefolyatás elve

5.3. ábra Az előrefolyatás végeselem modellje, 5.4. ábra Az előrefolyatás elve

Előrefolyatás esetén az anyag áramlásának iránya és értelme megegyezik a bélyeg mozgási irányával.

Előrefolyatott üreges alkatrész alakításakor a kiinduló félgyártmány általában húzással készített csé-sze vagy tömör csé-szelvényű rúd, amelynek keresztmetcsé-szetét csökkentjük az eljárással.

Hátrafolyatás: Hengeres és négyszögletes keresztmetszetű üreges testek tömeggyártásának egyik leggyakoribb változata a hátrafolyatás. Két fő változata használatos:

• vékonyfalú edények (Al és ötvözetei, színesfémek) előállítása,

• vastagfalú (főleg acélból készült) folyatott termékek előállítása.

5.5. ábra. A hátrafolyatás végeselem modellje

5.6. ábra. A hátrafolyatás elve

5.5. ábra A hátrafolyatás végeselem modellje , 5.6. ábra A hátrafolyatás elve

Hátrafolyatás esetén az anyag a folyatóbélyeg mozgásával ellentétes értelemben folyik.