Transcript Varrat nélküli csőgyártás

Képlékenységtani alapfogalmak. Folyási
feltételek. Alakítható lemezek.
Lemezmegmunkáló technológiák
csoportosítása
Járműszerkezeti anyagok és technológiák I.
2. előadási óra
Összeállította:
Dr. Lukács Pál főiskolai tanár
Ábrák - szövegek:
Kötelező és ajánlott irodalom, saját forrás
Dr. Krállics György – Fémek képlékeny alakítása 1., Mechanikai
Alapfogalmak, Anyagszerkezeti változások, Miskolci Egyetem, előadási
jegyzet – KGY1
Fémek képlékeny alakítása 2., Alakító technológiák – KGY2
Fémek képlékeny alakítása 3., Hideg és meleg térfogat alakítás –
KGY3
Prof. Dr. Tisza Miklós – Képlékenyalakítás, Miskolci Egyetem, előadási
jegyzet – TM1
Előadások anyaga heti bontásban
(2 óra/hét)
1. előadás: A járműszerkezeti anyagok tulajdonságai, valamint a tulajdonságaikat
befolyásoló technológiák (hőkezelések, képlékenyalakítások, felületkezelési
eljárások).
2. előadás: Képlékenységtani alapfogalmak. Folyási feltételek. Alakítható lemezek.
Lemezmegmunkáló technológiák csoportosítása. Részletes feldolgozása a
darabolás, kivágás, lyukasztás témakörének.
3. előadás: előadás: Hajlítás elmélete, V-alakú, U-alakú hajlítás technológiája,
szerszámai. Mélyhúzás elmélete, elvi felépítése. Mélyhúzás max. erőszükséglete,
mélyhúzó szerszámok felépítése. Különleges alakítási technológiák.
Karosszérialemezek alakítása.
4. előadás: Öntöttvasak. Az öntöttvasak fajtái, tulajdonságai, a tulajdonságokat
megváltoztató hőkezelési technológiák. Porkohászat. Bevonatok.
5. előadás:Hegeszthető anyagminőségek. Hegesztési technológiák csoportosítása.
Lánghegesztési eljárások, ívhegesztési eljárások. Védőgázas hegesztési
technológiák, hegesztő berendezések felépítése Gépjárműgyártásban használatos
hegesztési technológiák.
6. előadás: ZH dolgozat megírása
A technológiák felosztása
Fémes anyagok alakadó technológiái
Elsődleges alakadó technológiák
Az olvadt állapotban előállított ötvözet
megszilárdítása
Álötvözetek készítése (porkohászati
technológiák)
Másodlagos alakadó technológiák
Szilárd állapotban alakadás általános
célra:
Rúd, lemez, profil, cső gyártása
Harmadlagos alakadó technológiák
Szilárd állapotban alakadás speciális
célra:
Konkrét alkatrész, vagy előgyártmány
készítése
Kohászati
technológiák
Gépipari
technológiák
Forrás: KGY1
A képlékeny alakítás rendszerszemléletű tárgyalása a folyamat
változóinak a termék minőségére, valamint a folyamat gazdaságosságára
gyakorolt hatásának analízisét jelenti.
Anyagi paraméterek
Egy adott anyagminőség és termomechanikai történet (mikroszerkezet)
esetén, az alakítási szilárdság, az alakíthatóság és ezek irányfüggése
(anizotrópia) a képlékenyalakító folyamat legfontosabb anyagi változói.
Szerszám és alakítógép
Az adott technológiai folyamathoz tartozó alakító gép választását
befolyásolja az előírt pontosság, a gép jelleggörbéje, a környezeti hatások.
Súrlódás
Az érintkező felületek kölcsönhatása bonyolult jelenség. A mennyiségi
jellemzésre a súrlódási tényezőt használják, amelyet speciális
vizsgálatokkal lehet meghatározni.
Alakváltozási folyamat
Alakítási technológiánál a munkadarab képlékeny alakváltozás során nyeri
el a kívánt alakot. A fém áramlását leginkább befolyásoló tényezők: a
szerszám geometriája, a súrlódási viszonyok, az alakítandó anyag
mechanikai jellemzői, a hőmérséklet eloszlása az alakváltozás zónájában.
Forrás: KGY1
•A képlékenyalakítás a fémek alakításának az a módszere, amikor
a darab alakját úgy változtatjuk meg, hogy arra megfelelő nagyságú
erőt fejtünk ki, miközben az anyagfolytonosság nem szakad meg
(nincs szakadás, törés) és a test tömege változatlan marad.
•Az alakítás befejezése után a darab alakja megmarad (maradó
alakváltozás)
•Az esetlegesen leváló anyagmennyiség nem forgács alakban
távozik
•Régebben használták az
megmunkálás elnevezést is
eljárásra
a
forgács
nélküli
•Számos módszer alakult ki
• Kovácsolás, a hengerlés, a húzás, a sajtolás, a varrat nélküli
csőgyártás (Mannesman, Pilgerezés) stb
•A képlékenység a fémeknek az a tulajdonsága, hogy alakjuk
megfelelő nagyságú külső terhelés hatására maradandóan
megváltoztatható anélkül, hogy az anyag atomjai közötti kötés
megszakadna
•Képlékeny alakváltozás akkor következik be, amikor a ható
feszültség meghaladja a rugalmassági határt vagy folyáshatárt
•A görbe végpontja a szakadás (törés), eddig a képlékenyalakító
folyamatok természetesen nem mennek el.
•A képlékeny alakváltozás úgy tud végbemenni, hogy a fém
atomsíkjai egymáson elcsúsznak, ezt a jelenséget hívjuk
csúszásnak
•A fémek képlékenyalakítása történhet melegen, hidegen vagy
félmelegen
A képlékeny alakváltozás jellemzői
– az atomok eredeti rácspontjukból több száz rácsparaméternyi távolságra
mozdulnak el
⇒ az atomok kilépnek eredeti rácsukból
– a külső terhelés megszüntetése után nem térnek vissza eredeti rácspontjukba
⇒ maradó alakváltozás következik be
⇒ az alakváltozás irreverzibilis
• legjellemzőbb mechanizmusa a csúszási mechanizmus
• képlékeny alakváltozás történhet még
– Ikerképződéssel
– Könyökösödéssel
– Szemcsehatár elcsúszással
– Szemcse-rotációval
• a képlékeny alakváltozás az atomokkal legtömöttebb síkokban történik
⇒ ezek a csúszósíkok
• a síkokon belül az atomokkal legtömöttebb irányokban
⇒ ezek a csúszási irányok
• a csúszósíkok és csúszási irányok együttesen
csúszási rendszereket képeznek
Forrás: TM1
Az ideális kristály alakváltozása
Forrás: TM1
A képlékeny alakváltozás diszlokációs mechanizmusa
Forrás: TM1
A polikrisztallin alakváltozás következményei
Forrás: TM1
Az alakváltozás következményeinek megszüntetése
Forrás: TM1
A hőmérséklet hatása az alakított fém tulajdonságainak
változására
Forrás: TM1
A hőmérséklet hatása az alakított fém tulajdonságainak
változására
Forrás: TM1
Az alakíthatóság egyes kérdései
• az alakíthatóság az anyagnak
tulajdonsága, alapvetően függ
– a belső és
– a külső állapottényezőktől
nem
elidegeníthetetlen
Belső állapottényezők:
• atomszerkezet: lényegében adott fémeknél nem befolyásolható
• kristályszerkezet: meghatározott feltételek között módosítható
• szemcseszerkezet: hőkezeléssel viszonylag tág határok között
módosítható
• szemcseszerkezet:
– a kétfázisú anyagok alakíthatóságának elemzése
• lágy mátrix+rideg beágyazódó fázis
– a rideg fázis alakja
– a rideg fázis mennyisége
– a rideg fázis eloszlása
• a perlites acélok alakíthatósága: a perlitérték szám
Forrás: TM1
Külső állapottényezők:
• feszültségi állapot
• hőmérséklet
• alakváltozási sebesség
• feszültségi állapot:
– hidrosztatikus és hidrodinamikus alakítások
• hőmérséklet:
– meleg-, félmeleg alakítások
– izotermikus alakítások
– szuperképlékeny alakítás
• alakváltozási sebesség:
– nagy-energia sűrűségű alakítások
• robbantásos alakítás
• elektrohidraulikus és
• elektrodinamikus alakítás
– szuperképlékeny alakítás
Forrás: TM1
Képlékenységi jellemzők
•A fémek képlékenysége különböző
• Legképlékenyebb az ólom
•Jól alakíthatóak a réz és az alumínium
•A kis C tartalmú acél is jól alakítható
•A nem képlékeny anyagot rideg anyagnak nevezzük, még
hevítéssel sem alakítható (pl.: öntött vas)
•Az anyag viselkedése szempontjából rugalmas és maradó
•A rugalmas alakváltozásnál visszanyeri eredeti alakját
•Maradó alakváltozásnál az anyagváltozás megmarad
Forrás: KGY1
Forrás: KGY3
Forrás: KGY3
Forrás: KGY1
Forrás: KGY1
Forrás: KGY1
Forrás: KGY1
Forrás: KGY1
Mérnöki és valódi nyúlások
Forrás: TM1
A folyás feltétele
• képlékeny alakváltozás során a térfogat állandó, az anyag
összenyomhatatlan
• az előző tételből bármely három kölcsönösen merőleges irányban
mért valódi nyúlásra igaz az alábbi összefüggés:
φ + φy + φz = 0
x
A képlékeny alakváltozás bekövetkezését leíró összefüggések
• bármely folyási feltétel tkp. két alapvető dologra épül
–
különböző
feszültségi
állapotok
egyenértékűségének
meghatározása
– a képlékeny alakváltozást megindító kritikus (feszültség)-érték
meghatározása
Forrás: TM1
A folyás feltétele
A Tresca-St. Venant folyási feltétel
• az egyenértékűségi kritérium
– különböző feszültségi állapotok akkor tekinthetők egyenértékűnek,
ha a maximális csúsztatófeszültségeik megegyeznek
τmax, 3 = τmax, 1
• a képlékeny alakváltozás bekövetkezésének feltétele
– a maximális csúsztatófeszültség egy kritikus értéket elér
τmax = τcrit
Forrás: TM1
Forrás: KGY1
Forrás: KGY3
Forrás: KGY1
Forrás: KGY1
Forrás: KGY1
Forrás: KGY1
Forrás: KGY1
Slab – lemez
Strip – hengerelt szalag
Hot rolling – meleghengerlés
Forrás: KGY1
Forrás: KGY1
Forrás: KGY1
Forrás: KGY1
Forrás: KGY1
Forrás: KGY1
Forrás: KGY1
Forrás: KGY1
Forrás: KGY1
Forrás: KGY1
Forrás: KGY1
Forrás: KGY2
Kovácsolás
A kovácsolás a fémek képlékeny alakításának legősibb módszere.
Kovácsoláskor a fémet általában két szerszám alakító felületei között,
ütésekkel vagy nyomással formálják
•Alakíthatják melegen, hidegen vagy félmeleg állapotban
•A kovácsdarabok minősége az alakítás után hőkezeléssel tovább
javítható
•A kovácsolt darabok hossza néhány millimétertől több méterig
terjedhet
•A kovácsolás lehet kézi vagy gépi, utóbbi lehet szabadalakító vagy
süllyesztékes
Kézi kovácsolás
•A kézi kovácsoláson általában azt a műveletet értjük, amikor a
munkadarabot kovácsüllőn, kézi kalapáccsal alakítják
•Évszázadokon át így állították elő a kéziszerszámokat, háztartási,
gazdasági eszközöket, fegyvereket és páncélokat, dísztárgyakat
Szabadalakító kovácsolás
•A nagy, szabadon alakított kovácsdarabok kiinduló anyaga az öntött
tuskó, a kisebbeké pedig hengerelt buga vagy előkovácsolt rúd
•A kovácstuskókat kokillába öntik
•Alakjuk általában felfelé szélesedő csonka gúla, keresztmetszetük
négy-, hat- vagy nyolcszög, a nagy tömegű tuskók még több szögűek
vagy hullámos felületűek
Forrás: KGY2
Szabadalakító kovácsolás műveletei
Szabadalakító kovácsolás
•Nyújtás: A szabadalakító kovácsolás legalapvetőbb művelete.
nyújtóbetét általában lapos, téglalap nyomófelületű szerszám.
A
•Duzzasztás: Olyankor szükséges, ha kis keresztmetszetű kiinduló
anyagból nagyobb keresztmetszetű darabot kell kovácsolni. Gyűrűk,
korongok, tárcsák lyukasztásának előkészítésére is alkalmazzák.
•Lyukasztás: Tömör vagy üreges lyukasztó tüskével végzik, egy vagy két
oldalról
Forrás: KGY2
Forrás: KGY2
Forrás: KGY2
Süllyesztékes kovácsolás
Tipikus példa – forgattyús tengely előállítása
Forrás: KGY2
Forrás: KGY2
Forrás: KGY2
Forrás: KGY2
Forrás: KGY2
Hengerlés
•A fémek képlékenyalakítási eljárásai közül a legnagyobb
mennyiséget hengerléssel állítják elő, bár ez lényegesen fiatalabb
eljárás, mint a kovácsolás
•Az alakítást végző forgó hengerek a hengerállványban
helyezkednek el. Az adott termék hengerlésére telepített – egy vagy
több hengerállványból álló – egységet hengersornak nevezik
•A hengerelt
változatos
termékek
alak-
és
méretválasztéka
rendkívül
•A méretek alsó határát az akár 0,007 mm vastagságú hengerelt
fóliák, felső határát pedig az 1 méter körüli gerincmagasságú Itartók képviselik
•A hengerlést végezhetik melegen és hidegen, de az alakítás első
fázisa mindig meleghengerlés
•Meleghengerlés kiinduló
folyamatosan öntött buga
anyaga
csaknem
kizárólag
a
Hengerlés
A hengerelt termékeket, illetve eljárásokat több szempont szerint is
csoportosíthatjuk
Hőmérséklet szerint:
Meleghengerlést
Hideghengerlést
A hengerelt darab alakja szerinti felosztás:
Rúd- és idomacélok, hengerhuzalok
Lapos termékek
Varrat nélküli csövek
Hengerlés
•Rúdacéloknak nevezzük az üregezett hengerekkel, melegen
alakított, egyszerű alakú szelvényeket (kör, négyzet, téglalap,
hatszög, körszelet stb.).
•Az idomacélok szelvényét általában különböző betűk alakjához
hasonlítják (L, I, U, T, Z). Gyakran közéjük sorolják a vasúti és
egyéb síneket is.
•A hengerhuzalok kör szelvényű termékek, amelyeket mindig
csévélve gyártanak. Átmérőjük 5,5 és 14 mm közé tehető.
•Lapos termékek a melegen vagy hidegen hengerelt lemezek és
szalagok (szalagok a csévélve hengerelt lapos termékek).
•A varrat nélküli csövek hengerlése speciális, a hengerlés általános
módszereitől eltérő eljárás, ez a csőhengerlés
Forrás: KGY2
Hengerlés – a térben elhelyezve
Duó-,
Trió-, Kvatró-
Forrás: KGY2
Forrás: KGY2
Forrás: KGY2
Hengerlés
Rúd- és idomacélok hengerlése
A rúd- és idomacélokat üregezett hengerekkel állítják elő. Kiinduló
anyaguk négyzetes vagy téglalap alakú szelvény (buga).
Az
üregezésnek az a célja, hogy a hengerelt darab keresztmetszetét
lecsökkentsék és a szelvényt a kívánt alakra hozzák. A hengersorokon
az adott szelvényalakot több szúrással érik el.
Hengerlés
Idomacélok üregezése
Az idomacélok közé tartoznak az L-, I-, U-, T-, Z-szelvények és a sínek.
Közös sajátosságuk, hogy szelvényük több egyszerű idom
összekapcsolásából áll, amelyek valamilyen szög alatt csatlakoznak
egymáshoz.
Forrás: KGY2
Csőgyártás, csőhengerlés
Az eljárással a vastag falú
nyerscsőből
egyetlen
hengerlési
menetben
kész minőségű, vékony
falú
csövet
lehet
előállítani
Forrás: KGY2
A varrat nélküli csőgyártás folyamata:
• Lyukasztás ferde hengerek között
(Mannesmann eljárásnak is nevezik)
• Csőnyújtás ún. Pilger hengereken, ez
a kovácshengerléshez hasonló eljárás
• Végső méretre alakítás csőhúzó
gépeken
Varrat nélküli csőgyártás
• Speciális
haránthengerlési
eljárásnak tekinthető
• A szögben
elhelyezett, forgó
hengerek nyomó
hatására a rúd
belseje felreped, és a
tüske bővíti a furatot
Pilgerezés
Befogás
Nyújtás
Simítás
Elõretolás
Rúdsajtolás folyamata
Direkt vagy előre sajtolás
Sajtolással gyártott profilok
Hidrosztatikus sajtolás
A munkadarabot nyomásközvetítő folyadék sajtolja
ki az üregből
Nehezen sajtolható fémek megmunkálására
használják
Forrás: KGY2
Forrás: KGY2
Forrás: KGY2
Forrás: KGY2
Húzás
•A húzás a fémek képlékenyalakításának az a módszere, amelynek során a
kiinduló anyagot egy kúp alakú szerszámon áthúzva, kisebb
keresztmetszetű darabot kapnak.
• A húzott anyag keresztmetszete megegyezik a húzószerszám
keresztmetszetével. A húzás hidegalakítás, de a nehezen alakítható
anyagokat (például volfrám, molibdén) felmelegíthetik kissé.
A húzás felosztása:
•drót- vagy huzalhúzás,
•rúdhúzás,
•csőhúzás (üresen, dugóval és tüskével)
Forrás: KGY2
Forrás: KGY2
Forrás: KGY2
Forrás: KGY2
Forrás: KGY2
Forrás: KGY2
Forrás: KGY2
Forrás: KGY2
Forrás: KGY2