Képlékenységtani alapfogalmak. Folyási feltételek. Alakítható lemezek

Az előadások a következő témára: "Képlékenységtani alapfogalmak. Folyási feltételek. Alakítható lemezek"— Előadás másolata:

1 Képlékenységtani alapfogalmak. Folyási feltételek. Alakítható lemezek
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

2 Előadások anyaga heti bontásban (2 óra/hét)
1. előadás: A járműszerkezeti anyagok tulajdonságai, valamint a tulajdonságaikat befolyásoló technológiák (hőkezelések, képlékenyalakítások, felületkezelési eljárások). előadás: Képlékenységtani alapfogalmak. Folyási feltételek. Alakítható lemezek. Lemezmegmunkáló technológiák csoportosítása. Részletes feldolgozása a darabolás, kivágás, lyukasztás témakörének. 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. előadás: Öntöttvasak. Az öntöttvasak fajtái, tulajdonságai, a tulajdonságokat megváltoztató hőkezelési technológiák. Porkohászat. Bevonatok. 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

3 A technológiák felosztása
Fémes anyagok alakadó technológiái Elsődleges alakadó technológiák Az olvadt állapotban előállított ötvözet megszilárdítása Álötvözetek készítése (porkohászati technológiák) Kohászati 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 Gépipari technológiák

4 Forrás: KGY1

5 Szerszám és alakítógép
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

6 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 eljárásra a forgács nélküli megmunkálás elnevezést is Számos módszer alakult ki Kovácsolás, a hengerlés, a húzás, a sajtolás, a varrat nélküli csőgyártás (Mannesman, Pilgerezés) stb

7 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

8 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

9 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

10 Az ideális kristály alakváltozása
Forrás: TM1

11 A képlékeny alakváltozás diszlokációs mechanizmusa
Forrás: TM1

12 A polikrisztallin alakváltozás következményei
Forrás: TM1

13 Az alakváltozás következményeinek megszüntetése
Forrás: TM1

14 A hőmérséklet hatása az alakított fém tulajdonságainak változására
Forrás: TM1

15 A hőmérséklet hatása az alakított fém tulajdonságainak változására
Forrás: TM1

16 Az alakíthatóság egyes kérdései
• az alakíthatóság az anyagnak nem elidegeníthetetlen tulajdonsága, alapvetően függ – a belső és – a külső állapottényezőktől 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

17 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 Forrás: TM1

18 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

19 Forrás: KGY1

20 Forrás: KGY3

21 Forrás: KGY3

22 Forrás: KGY1

23 Forrás: KGY1

24 Forrás: KGY1

25 Forrás: KGY1

26 Forrás: KGY1

27 Mérnöki és valódi nyúlások
Forrás: TM1

28 A folyás feltétele φx + φy + φz = 0
• képlékeny alakváltozás során a térfogat állandó, az anyag összenyomhatatlan • az előző tételből bármely három kölcsönösen merőleges irányban mért valódi nyúlásra igaz az alábbi összefüggés: φx + φy + φz = 0 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

29 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

30 Forrás: KGY1

31 Forrás: KGY3

32 Forrás: KGY1

33 Forrás: KGY1

34 Forrás: KGY1

35 Forrás: KGY1

36 Forrás: KGY1

37 Slab – lemez Strip – hengerelt szalag Hot rolling – meleghengerlés
Forrás: KGY1

38 Forrás: KGY1

39 Forrás: KGY1

40 Forrás: KGY1

41 Forrás: KGY1

42 Forrás: KGY1

43 Forrás: KGY1

44 Forrás: KGY1

45 Forrás: KGY1

46 Forrás: KGY1

47 Forrás: KGY1

48 Forrás: KGY2

49 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

50 Szabadalakító kovácsolás
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

51 Forrás: KGY2

52 Szabadalakító kovácsolás műveletei

53 Szabadalakító kovácsolás
Nyújtás: A szabadalakító kovácsolás legalapvetőbb művelete. A nyújtóbetét általában lapos, téglalap nyomófelületű szerszám. 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

54 Forrás: KGY2

55 Forrás: KGY2

56 Forrás: KGY2

57 Süllyesztékes kovácsolás
Tipikus példa – forgattyús tengely előállítása

58 Forrás: KGY2

59 Forrás: KGY2

60 Forrás: KGY2

61 Forrás: KGY2

62 Forrás: KGY2

63 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 termékek alak- és méretválasztéka rendkívül változatos A méretek alsó határát az akár 0,007 mm vastagságú hengerelt fóliák, felső határát pedig az 1 méter körüli gerincmagasságú I-tartók képviselik A hengerlést végezhetik melegen és hidegen, de az alakítás első fázisa mindig meleghengerlés Meleghengerlés kiinduló anyaga csaknem kizárólag a folyamatosan öntött buga

64 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

65 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

66 Forrás: KGY2

67 Hengerlés – a térben elhelyezve

68 Duó-, Trió-, Kvatró- Forrás: KGY2

69 Forrás: KGY2

70 Forrás: KGY2

71 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.

72 Hengerlés

73 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.

74 Forrás: KGY2

75 Csőgyártás, csőhengerlés
Az eljárással a vastag falú nyerscsőből egyetlen hengerlési menetben kész minőségű, vékony falú csövet lehet előállítani

76 Forrás: KGY2

77 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

78 Varrat nélküli csőgyártás
Speciális haránthengerlési eljárásnak tekinthető A szögben elhelyezett, forgó hengerek nyomó hatására a rúd belseje felreped, és a tüske bővíti a furatot

79 Pilgerezés Befogás Nyújtás Simítás Elõretolás

80 Rúdsajtolás folyamata
Direkt vagy előre sajtolás

81 Sajtolással gyártott profilok

82 Hidrosztatikus sajtolás
A munkadarabot nyomásközvetítő folyadék sajtolja ki az üregből Nehezen sajtolható fémek megmunkálására használják

83 Forrás: KGY2

84 Forrás: KGY2

85 Forrás: KGY2

86 Forrás: KGY2

87 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)

88 Forrás: KGY2

89 Forrás: KGY2

90 Forrás: KGY2

91 Forrás: KGY2

92 Forrás: KGY2

93 Forrás: KGY2

94 Forrás: KGY2

95 Forrás: KGY2

96 Forrás: KGY2