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

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

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

Forrás: KGY1

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

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

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 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

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

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 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

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

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

Forrás: KGY2

Szabadalakító kovácsolás műveletei

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

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 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

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