Plastisk bearbetning. Prof. François Rondé-Oustau Göran Karlsson

Transkript

1 Plastisk bearbetning Prof. François Rondé-Oustau Göran Karlsson

2 Vad är plastisk bearbetning? Materialet sträcks över elasticitetsgränsen. Formad detalj har i stort sett samma volym som utgångsämnet. Skiljer mellan varm och kall bearbetning Gränsen är rekristallisationstemp.

3 Varmsmide Varmbearbetning för råmaterial. Hög temperatur: Minskar metallens flytspänning. Gör materialet mjukt och segt. Höjer sträckgränsen. Kostar lite kraft för stor deformation. Dålig ytfinhet. Stora toleranser. Kostar energi för uppvärmning. Ger inte härdande inverkan. Rekristallisation under eller efter bearbetning.

4 Grundläggande teknik Friformssmide: Enkla verktyg. Stora detaljer. Små serier, enstyckstillverkning. Sänksmide: Smide med slutna formverktyg. Mindre detaljer. Stora serier.

5 Friformssmide Enkla verktyg Hammare och städ Öppna verktyg och mothåll Gradvis formning genom upprepade slag. Används huvudsakligen till förformning.

6 Friformsverktyg

7 Sänksmide Metall som flyter mellan två formhalvor och formas till slutgiltig form. Stora tunga maskiner. Enkelverkande eller dubbelverkande. Hammare eller hydraulkolv. Ett eller flera slag.

8 Verktyg till sänksmide

9 Smidesteknik Hammare Ett verktyg Flera slag Kort tid för varje slag 0,001 sek Pressar Flera verktyg och steg Ett slag i varje verktyg Längre tid per slag Mekanisk press 0,1 sek Hydraulpress 0,5 10 sek

10 (air or steam) Motverkanshammare

11 Mekanisk press

12 Sänksmidda detaljer

13 Fyra stegs verktyg edger fuller finisher blocker

14 Tre stegs press

15 Stegvis formade Varmsmidda detaljer

16 Tong hold

17 Vevaxelsmide

18 Olika steg formar en bärarm

19 Stuksmidesmaskin

20

21

22 Induktionsvärmt stuksmide

23 Maskinprincipen

24 Stuksmide av ventil till bilmotor

25 Verktygskonstruktion Använd naturlig geometri för att underlätta släppning

26 Skäggdesign Kontrollerar trycket i verktyget Kontrollerar fyllning av verktyget. Reglerar volymen av materialet.

27 Skäggdesign Ökar trycket genom för trång passage Ökar trycket genom för mycket material Bra kontroll av trycket.

28 Tryckstegring i verktyget Forging force Stock/die contact End of forging stroke time

29 Vikning sker med små radier

30

31 Snedbelastning p.g.a. felplacerad detalj.

32 Placering av kaviteter Viktigt att centrera trycket Kan smida flera detaljer samtidigt för att fördela trycket bättre. (kräver kraftig maskin)

33 Smörjning Vattenutspädd grafitspray Oljeutspädd grafit som penslas på Kolpulver

34 Smörjningens effekt Lättare att få materialet att flyta i önskad riktning defekter blir större vid fel användning Verktygsslitaget minskar Smörjning gör att påkletningen av material på verktygen minskar.

35 Smörjeffekt på ett smitt nav Lower lubrication Upper lubrication

36 Smörjeffekt på ett smitt nav Lower lubrication Upper lubrication

37 Tåga Ger ett segt, starkt material Kan liknas vid fibrer i trä. Medger deformation före brott. Skär inte av fibrerna i stålet.

38 Tåga i en vevaxel.

39 Kallsmide Kallbearbetning för råmaterial. Låg temperatur: Ökar metallens flytspänning. Deformationshärdning. Höjer sträckgränsen. Kostar mycket kraft för liten deformation. Bra ytfinhet. Stmå toleranser. Kostar mindre energi för uppvärmning. Kan behöva uppvärmning för att slutföra bearbetning.

40 Grundläggande teknik Metoder : Kallt friformssmide. Kallt sänksmide Kallt stuksmide. Maskiner: Mekaniska pressar (excenterpress eller hejare). Hydrauliska pressar. Detaljernas form Rotationssymmetriska. Solida eller ihåliga.

41

42 Basprocesser Stukning Direkt smide Extrudering Reverserat smide Dragning

43 Stukning Läge 1 stämpel Läge 2 stämpel stämpel H 0 H H 0 H H H 0 Verktyg Ämne Ämne Ämne a Verktyg b Verktyg c

44 Extrudering ämne stämpel container verktyg Före Efter

45 Skålsmide och skåldragning Skålsmide Skåldragning

46 Reverserat skålsmide stämpel container Före extrusion Under extrusion

47 Formningens olika steg Stegvisa operationer Smörjning Uppvärmning mellan olika operationer

48 Stegvisa operationer Maximal reduktion (stora krafter, risk för defekter) Former kan kombineras

49 Smörjning Smörjmedlet appliceras på arbetsstycket Fosfatering + Zn eller Fe stearat (tvål)

50 Återuppvärmning Används för att utjämna spänningar och deformationshärdning T > 300 C, Förstör smörjande effekt

51 Simultana grundläggande operationer Reducerar antalet verktyg Kan undvika återuppvärmning Kan undvika kompletterande smörjning

52 Simultan framåt och bakåtvänd extrudering stämpel container matris Före extrusion Under extrusion

53 Extrudering med stångstämpel stämpel arbetsstycke container Före extrusion Under extrusion

54 stämpel ejektor matrisinsats krympring ejektor

55 Typiska flerstegs kallextruderade delar Stötdämparrör Kuggdrev (växlar) Ihåliga axlar Skruv Kulleder

56 Formningssteg för stötdämparrör

57 Kuggdrev

58 Formningssteg för skruv

59 Formningssteg för kulled

60 Processbegränsningar Fördelar : Stor geometrisk frihet Goda mekaniska egenskaper Hög produktivitet Nackdelar : Geometriska begränsningar Begränsning i materialval Kostnader för maskiner och verktyg

61 Ekonomiska faktorer Ökad svårighetsgrad på utformning Utökar antalet steg i formning och återuppvärmning Utökar antalet verktyg och dess komplexitet Ökar kraftbehovet Ökad dimensionstolerans Noggrannhet på detalj = noggrannhet på verktyg Höga toleranser Ökat antal verktyg Ökad storlek på serie Lägre produktionskostnader Minimering av stopptider längre serier

62 Jämförelse mellan olika processer hjulspindel tändstiftskropp

63 Hjulspindel 7000 per dag Varmsmide Kallsmide Material Worked weight Final part weight

64 Tändstiftskropp per månad Maskinbearbetning Kallsmide Material worked weight final part weight

65 The END