Ugrás a tartalomhoz

Ipari technológiák

Dr. Német Béla (2013)

Pécsi Tudományegyetem

7. fejezet - Alapvető fémmegmunkáló technikák

7. fejezet - Alapvető fémmegmunkáló technikák

Öntés, képlékenyalakítás, préselés, mélyhúzás.

(http://hu.wikipedia.org/wiki/Képlékenyalakítás )

Öntés

http://hu.wikipedia.org/wiki/öntészet

Az öntészet feladata és célja az, hogy a megolvasztott fémet egy üreges öntőformába öntve öntvényeket állítson elő. Az öntészetet három szempont szerint csoportosítjuk.

Az öntött fém milyensége szerint:

  1. vas- és acélöntészet,

  2. fémöntészet (minden, ami nem vasalapú).

Az öntési módszer szerint:

  1. gravitációs öntés,

  2. nyomásos öntés.

Az öntőforma anyaga szerint:

  1. homokforma,

  2. fém kokilla,

  3. egyéb.

Az öntés termékei igen változatosak. Öntéssel készítik például a gépállványokat és házakat, háztartási gépek, járművek, elektrotechnikai eszközök stb. alkatrészeit.

Az öntészet vagy fémöntés lényege az, hogy elkészítenek egy olyan üreget, ami a munkadarab negatívját tartalmazza (ezt formának nevezik). Az üregbe megolvasztott fémet öntenek, majd hagyják megdermedni.

Az öntészet ahhoz, hogy az öntvény elkészüljön, a következő ismeretekkel kell rendelkezni:

- a forma- és mag elkészítéséhez szükséges megfelelő anyagok,

- az öntött fémek sajátságai,

- az öntési folyamat jellemzői,

- az öntészeti olvasztókemencék és öntőgépek tulajdonságai,

- az öntött termék tulajdonságaival stb.

Öntéssel változatos és bonyolult alakú fémtermékek állíthatók elő. Az öntészet termékei például a robbanómotorok motorblokkjai, szivattyúházak, víz- és gázszelepek, fürdőkádak kilincsek stb.

A fémöntés és a formakészítés technológiája szerint a következő eljárásokat különböztetjük meg:

- öntés homokformázással,

- precíziós öntés,

- keramikus formázás,

- kokillaöntés.

Az öntészet technológiái a következők:

Nyers homokformázás

Homokformázáskor a forma készítésére agyagkötésű homokot használnak. A formaüreget minta segítségével készítik el. A minta a munkadarab zsugorméretekkel és öntési ferdeséggel kiegészített (néha beömlő rendszerrel készült) mása. A minta általában többször használatos, de készülnek ún. elvesző minták is (például viaszból). Amennyiben az öntvény üreges, az üregek helyére magokat helyeznek, azok pontos elhelyezéséről magjelekkel gondoskodnak. A folyékony fémet a beömlő rendszeren keresztül juttatják a formaüregbe. Az öntés során keletkező gázok elvezetéséről légzőfuratokkal, a dermedés közbeni zsugorodás miatti fémutánpótlásról tápfejjel vagy felöntéssel gondoskodnak.

7.1. ábra - Öntőforma metszete

Öntőforma metszete

http://hu.wikipedia.org/wiki/öntészet

A forma általában többrészes, leggyakrabban két részből áll. A formakészítés az alsó formafél elkészítésével kezdődik. A mintát (illetve annak osztófelülettel osztott felét) és a formaszekrényt ráhelyezik egy formázólapra. Az osztófelület lehet sík, vagy ha a darab alakja megkívánja, tört felület is. A formaszekrényt kitöltik formahomokkal és tömörítik (döngöléssel, rázással, sajtolással stb.). Miután elkészült az alsó formafél, megfordítják, ráhelyezik a felső formaszekrényt és a felső mintafelet. Gondoskodnak a beömlő rendszerről és a felöntésről, majd ezt a formafelet is kitöltik homokkal és tömörítik.

A felületek védelmére, illetve a ráégések elkerülése érdekében védőanyaggal vonják be. A védőanyag neve fekecs, és általában grafit, homok, olaj és víz keveréke. Fekecselést elsősorban nagyobb olvadáspontú fémek öntésekor alkalmaznak. A formafeleket illesztőcsapok segítségével összeillesztik, súlyokkal leterhelik, hogy a folyékony fém ne tudja szétválasztani a formafeleket. A folyékony beáramló fémformába öntésekor kárt tehet a formában és a magokban. Ezt elsősorban a beömlő rendszer megfelelő tervezésével és kivitelezésével lehet kiküszöbölni. Az öntvény zsugorodása során jelentkező fémhiány pótlására tápfejeket helyeznek el az öntvény nagyobb keresztmetszetű részeinél.

Az öntés alapja a jó minta, elkészítését mindig kiváló szakemberek végzik. A minták többnyire osztott kivitelben készülnek, ezért a pontos összeillesztésről csapokkal gondoskodnak. Méreteiket a zsugorodás figyelembe vételével tervezik meg. A mintának üreges öntvény esetén tartalmaznia kell a magjeleket is, azokat a formában kialakítandó részeket, amelyek a magok pontos és biztos elhelyezését biztosítják. A minta eltávolíthatósága érdekében a mintán – az osztófelület felé mutató – oldalferdeséget kell kialakítani. Az oldalferdeség mértéke kézi formázás esetén 1–3°, gépi formázáskor 0,5–1°. A minta készülhet rétegelt fából, műanyagból és fémből. Felületét lakkozással, festéssel védik az igénybevételtől.

Precíziós öntés

Precíziós öntésnél a minta alapanyaga viasz, amelyet fém, vagy speciális gumi mesterformába sajtolással állítanak elő. A viasz mintákat hasonló anyagú és fürtös alakú közös beömlő rendszerre erősítik (bokrosítás). A formázás folyékony formázóanyagba való ismételt mártogatásból és szárításból áll. A formázóanyag általában szilikátpor tartalmú emulzió. A réteg hizlalását addig folytatják, míg el nem éri a 2–10 mm vastagságot. Ezután durvább szemcséket tartalmazó formázóanyagba mártogatják, majd a végleges vastagság elérése után kiolvasztják a viaszt, az üres kéregformákat pedig kiégetik. Öntéshez a formákat homokba ágyazzák és kiöntik folyékony fémmel. Precíziós öntéssel változatosabb alakú és pontosabb, jobb felületű öntvények állíthatók elő, de csak kisebb darabok esetén alkalmazható.

Keramikus formázás

A keramikus formázás célja nagy hőállóságú forma létrehozása. Ehhez cirkon és timföld kötőanyag keverékét öntenek egy mintára. Száradás után a formát leválasztják a mintáról és kiégetik. Ezután a formafeleket összeillesztik és kiöntik.

Gravitációs kokillaöntés

A legegyszerűbb kokillaöntési módszer régóta alkalmazott technológia. A kokillákat forgácsolással készítik, a felületeken 0,5–2°-os oldalferdeséget alkalmaznak. A homokformába öntéshez képest pontosabb a méret, a jobb a felület és a lényegesen nagyobb a termelékenység.

Kiszorításos kokillaöntés

A módszer alkalmazásakor a nyitott alsó kokillába beöntik az olvadt fémet, majd a felső kokillát az alsóhoz préselik, miközben az olvadt fém felveszi a kokillaüreg alakját és jelentős nyomás alá kerül. A kiszorításos kokillaöntés egyesíti az öntés és a kovácsolás sajátosságait. Színesfém szerelvények (pl. fürdőszoba csaptelepek) gyártásában és az autóiparban használják.

7.2. ábra - Acéldugattyú öntvényből

Acéldugattyú öntvényből

7.3. ábra - Hajtókar öntvényből

Hajtókar öntvényből

7.4. ábra - Perselyes motorblokk. A henger vas, ezt öntötték “körbe” könnyű alumíniummal.

Perselyes motorblokk. A henger vas, ezt öntötték “körbe” könnyű alumíniummal.

http://www.geree.hu/motor-mechanika/a-hengerfejtomites-alatt/hengertomb/

7.5. ábra - Motorblokkok szilíciummal ötvözött alumínium öntvényből

Motorblokkok szilíciummal ötvözött alumínium öntvényből

http://www.geree.hu/motor-mechanika/ .

Olvasztó berendezések

Tégelykemencék: Az olvasztandó fémet általában grafitból készült tégelyben olvasztják meg. A fűtés földgázzal vagy elektromos módszerrel történik. A fémfürdő felületét sóolvadék réteggel vagy védőgázzal, esetleg vákuummal védik meg az oxidációtól.

7.6. ábra - Indukciós öntési tégelykemence

Indukciós öntési tégelykemence

http://www.ua.all.biz/hu/indukcios-ontesi-tegelykemencek-g603627

Ívkemencék: A fémet az elektromos ív hőhatásával olvasztják meg, főleg ötvözött acélöntvények anyagának készítésére használják.

7.7. ábra - Acélgyártás, Heroult ívkemence

Acélgyártás, Heroult ívkemence

http://hu.wikipedia.org/wiki/Acélgyártás

Kupolókemencék: Aknás típusú kemence, a legrégebben használt típus az öntödékben. Az alapanyagot (nyersvasat, kokszot) felülről adagolják, levegőt fújnak be, a megolvadt vasanyagot és a salakot külön csapolják.

AOD (Argon Oxygen Decarburization) konverterek: A konverterben lévő vasfürdőt a befúvatott argon–oxigén–nitrogén gázkeverék állandó keverésben tartja, amivel meggyorsulnak a redukciós folyamatok. Főleg alacsony szén- és szennyező tartalmú saválló acélok gyártásakor használatos.

7.8. ábra - Argon oxigén befúvású szénmentesítő konverter

Argon oxigén befúvású szénmentesítő konverter

http://www.tradekorea.com/product-detail/P00300110/AOD__argon_oxygen_decarburization_.html

Képlékenyalakítás,

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), szemben a rugalmas alakváltozással. Az esetlegesen leváló anyagmennyiség nem forgács alakban távozik, ezért régebben használták az eljárásra a forgács nélküli megmunkálás elnevezést is. A fémek képlékenyalakítására számos módszer alakult ki.

A legfontosabb képlékenyalakítási technológiák

az öntés,

a kovácsolás,

a hengerlés,

a húzás,

a kisajtolás,

a varrat nélküli csőgyártás stb.

7.9. ábra - Képlékeny alakítások: hengerlés, húzás, kisajtolás

Képlékeny alakítások: hengerlés, húzás, kisajtolás

http://hu.wikipedia.org/wiki/Képlékenyalakítás

A fémek képlékenyalakítása történhet melegen,hidegen vagy félmelegen. A felmelegített darabok kisebb erőhatással alakíthatók, mert ilyenkor kisebb az alakítási szilárdság (kf) értéke. A meleg- és a hidegalakítás között az adott fémre jellemző újrakristályosodási hőmérséklet a választóvonal. Az újrakristályosodási hőmérséklet fölött az egymást követő alakítási műveletek között a fém újrakristályosodik, azaz nem lép fel keményedés. Ezzel szemben a hidegalakítás során a darab keményedik, ami egy idő után akár lehetetlenné is teheti a további alakítást. Ilyenkor – ha további képlékenyalakításra van szükség – a fémet lágyítással ismét alakítható állapotba kell hozni.

Préselés

http://hu.wikipedia.org/wiki/Mechanikus_sajtók

Direkt extrudálás sajtolás; indirekt préselés

  1. Hidraulikus sajtók: A hidraulikus sajtókban az alakítást a hidraulikus hengerben mozgó dugattyúhoz kapcsolt szerszám végzi, az alakító erőt nagynyomású víz vagy olaj közvetíti. Megkülönböztetjük a négy- és kétoszlopos, valamint a zárt keretes hidraulikus sajtókat – mindezek általában a nagyobb darabok szabadalakító kovácsolására szolgálnak.

  2. Mechanikus sajtók: A medvét változatos mechanikus megoldásokkal mozgatják (így például vannak forgattyús és excenteres sajtók, dörzssajtók).

7.10. ábra - Fröccs sajtolás

Fröccs sajtolás

http://www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tkt/polimertechnika-alapjai/ch09s08.html

7.11. ábra - Kisajtolás módjai: direkt, indirekt

Kisajtolás módjai: direkt, indirekt

http://hu.wikipedia.org/wiki/Kisajtolás

7.12. ábra - Mechanikus sajtó

Mechanikus sajtó

http://hu.wikipedia.org/wiki/Mechanikus_sajtók

7.13. ábra - Pneumatikus asztali sajtoló gép

Pneumatikus asztali sajtoló gép

http://www.flexmont.hu/Termekeink/Sajat-gyartasu-epitoelemek

7.14. ábra - Négyoszlopos hidraulikus kovácssajtó

Négyoszlopos hidraulikus kovácssajtó

http://hu.wikipedia.org/wiki/Hidraulikus_kovácssajtó

7.15. ábra - Csavarorsós prés

Csavarorsós prés

http://www.fermatmachinery.com/hasznalt-gepek/pres/csavarorsos/lv-500-hu-122012/

Mélyhúzás.

A képlékenyen alakító technológiai eljárásokat a külső alakító erő által létrehozott mechanikai feszültség és a művelet jellege szerinti feszültségek alapján lehet csoportosítani:

  1. Nyomásos alakítás: a fő alakváltozást egy-vagy többtengelyű nyomófeszültség hozza létre (kovácsolás, hengerlés, kisajtolás, folyatás).

  2. Húzó-nyomó alakítás: az alakváltozás húzó- és nyomófeszültségek együttes hatására jön létre (rúd-, drót- és csőhúzás, mélyhúzás).

  3. Húzó jellegű alakítás: egy- vagy többtengelyű húzófeszültség segítségével történik az alakítás (nyújtvahengerlés, feltágítás, domborítás).

  4. Hajlító alakítás: vékony termékek hajlítása, például a lemezek élhajlítása, a görgőkkel végzett idomhajlítás tartozik ide.

  5. Alakítás csúsztatófeszültséggel: a szabadalakító kovácsolás technológiai műveletei közül az áttolás és a csavarás sorolható ide.

Az alakítástechnológiai eljárások különböző jellegű mechanikai feszültségeket „alkalmaznak”. Ettől eltekintve azonban a képlékenyalakító technológiáknak közös sajátosságaik is vannak. A gyártástechnológiák egységes elvet megfogalmazó rendszerében Lange nyolc kategóriába sorolja a kapcsolódó fogalmakat:

1. Alakítási zóna: az a térrész, amelyben a képlékeny alakváltozás végbemegy (geometriai viszonyok, feszültségállapot, alakváltozás, sebességviszonyok, hőmérséklet-eloszlás stb.).

2. Az alakítandó anyag jellemzői: kémiai összetétel, mechanikai és fizikai tulajdonságok, kristályszerkezet, fémtani jellemzők.

3. Az alakított anyag jellemzői: minőség, méretek és ugyanazok a jellemzők, mint az előző pontban (de többségük változó értékkel).

4. Határréteg: az alakított anyag és az alakító szerszám határrétegeiben lezajló sajátos jelenségek, súrlódás, kenőanyagok, kopás.

5. Alakító szerszám: szerszámgeometria, szerszámanyag, szerszám méretezése, kopása, mechanikai és termikus igénybevétele stb.

6. Az alakított anyag és a környezet közötti kölcsönhatások: a fém felületén végbemenő fizikai és kémiai folyamatok, oxidáció, adszorpció stb.

7. Alakító gép: az alakítási folyamatok kinematikai és dinamikai feltételeinek biztosítása, méretpontosság, kapacitás, energiaigény.

8. Gyártó üzem: alakító gépek rendszere, segédberendezések, melegítő és hűtő egységek, anyagmozgatás, ergonómia, környezetvédelem, üzemszervezés, automatizálás stb.