Plastisk bearbetning Flashcards
Metaller kan deformationshårdna. Vid vilka förhållanden sker detta samt vad får det för konsekvenser under och efter tillverkningen?
Deformationshårdning sker under rekristallisationstemperaturen.
Praktiskt: Bearbetning i rumstemperatur (kall-bearbetning) i första hand. Kan nämnas att deformationshårdnandet minska vid förhöjd temp även under rekristallationstemperaturen med det fungerar fortfarande.
Konsekvenser:
Bör tas hänsyn till då materialets deformationsmotstånd höjs under bearbetningen och därför blir kraftbehovet större (jämfört med varmbearbetningsoperationer).
Detaljen har efter bearbetning fått en förhöjd sträckgräns. Kan vara positivt men duktiliteten (segheten) minskar samtidigt.
Vilka delar brukar energin (arbetet) vid plastisk bearbetning typiskt delas in i? Diskutera vilka faktorer som påverkar respektive del av arbetet. Resonera om dem
separat men viss koppling kan förekomma mellan delarna.
Idealt arbete: Teoretiskt: Volym * integralen under spännings-töjningskurvan. Spännings-töjningskurvan beror på materialets beteende (deformationshårdnande) och formändringens storlek(töjning).
Friktionsarbete: Beror på friktionen (yta, smörjning). Dessutom kan tilläggas som parentes att den beror på areans storlek.
Skjuvarbete: Varierar mycket mellan olika metoder med induceras typiskt av friktionen. Mycket beroende av geometikomplexitet. Snabba riktningsändringar hos materialer ger mjukt skjuvarbete.
Valsning: Hur och varför skiljer sig applikationerna åt mellan varm- och kallvalsning?
Varmvalsning: Används för att
Reducera tjocka göt (cylinder)
Olika slag av plåt kan framställas
Skapar balkar, räls, stång mm (stor deformation som blir lättare i varmt tillstånd)
Plåtvalsning kan ge en grov yta och något sämre noggrannhet och därför används den oftare till grövre konstellationer som anläggningsmaskiner, fartyg osv.
Kallvalsning:
Kan göra tunnare plåt (<1mm)
Bättre yta och noggrannhet
Yttrredetaljer till fordon, kylskåpsdörrar, folier osv.
Orsaken till skillnaderna mellan varm och kallvalsning är just temperaturen som leder till expansion-kontraktion (påverkar nogrannheten) och oxidation som försämrar ytans utseende.
Vid en plåtvalsningsoperation där tjockleken minskas till hälften blir plåten inte bredare efter operationen jämfört med före. Vad händer då med längden: Blir plåten kortare, längre eller får den samma längd efter operationen? Motivera kort.
Eftersom volymen är konstant (före-efter) så måste plåten bli två gånger längre.
Vad är syftet med smidning? (Det finns oftast 2 syften)
Att skapa önskad form och för att skapa struktur (smideståga) i materialet. Denna struktur följer materialet och skapar extra hållfasthet (mer inverkan på exempelvis utmattning s. k slagseghet mm)
Man kan inte alltid kan komma helt nära slutform, p g a t ex släppningsvinkel
eller metodens generella noggrannhet kan det krävas skärande bearbetning på ytor med
höga krav.
Sänksmide: Diskutera skillnaderna mellan varm- och kallsmide. För- och nackdelar samt tillämpningar bör ingå i svaret.
Kallsmide:
Kräver högre krafter (pga bland annat deformationshårdnande).
Finare ytor kan erhållas då man inte får glödskal/oxider som bildas vid varmsmide.
Högre noggrannhet
enkla former, symmetriska ex muttrar
Varmsmide:
Lägre noggrannhet då varmsmide innebär expansion och kontraktion som kan ge skevheter mm.
Kan skapa mer komplexa former
Kostnad för värme, svårare att smörja
Sänksmide
a) Varför bildas skägg vid sänksmidning? Kan man kanske smida utan att skägg bildas?
b) I verktyget (”sänket”) kan man inte låta skägget slippa ut hur som helst - varför?
Volymen före – efter smidningen är konstant. För att garantera god formfyllnad ser
man till att ha ett materialöverskott. Detta måste ta vägen någonstans, bildar skägget.
Om material slipper ut för lätt - skulle göra att materialet ej fyller formen. Särskilt i slutet av förloppet är det viktigt att få bra tryck i formen (fylla alla små hörn i sänket), och därför ger man oftast
”skäggbanan” låg höjd eller med hinder i materialets deformationsväg.”.) Smide utan
skäggbildning kräver mkt god volymkontroll, (bearbeta, svarva atbetsstycket t ex, och gör
det kallt - ingen termisk volymändring). Se även fig 3.68 i litt.
Redogör för metoden strängpressning (extrusion av metaller). Diskutera verktyg, funktion och applikationer generellt. Notera vidare: Vad skiljer sig åt om man vill tillverka hålprofiler mot ”öppna” (även kallade ”massiva”). Utförs bearbetningen vanligen varmt eller kallt?
Strängpressning: Ett ämne läggs in i en container i en press och pressas genom en matris
(verktyg=platta med öppning). Ämnet expanderar mot väggen i containern där det blir
friktion. Materialet deformeras så att det bildas en dödzon mot verktygsingången, den
senare är inte konisk. Material pressas ut till en lång profil (viss sträckning förekommer).
Utförs typiskt i varmt tillstånd, vilket i princip krävs då det är komplex formning.
Applikationer: Aluminium är vanligt material. Al-Profiler används till mängder av
applikationer, möbler, byggelement, kylflänsar, etc. Även rör (stål etc) förekommer mm.
Hålprofiler görs genom att centrumdel i verktyget hålls fast med bryggor. Materialet splittas
då upp i första delen i verktyget men svetsas/välls samman i sista delen. Fig slutet FÖ1.
Verktyget väsentligt mer komplext (sammansatt). Verktyg för öppen profil är en platta med
2D-hål och rel. billig
Vid dragpressning finns ett maximalt dragförhållande.
a) Definiera vad dragförhållandet är matematiskt och med tydlig figur.
b) Varför finns ett maximalt dragförhållande? Inkludera feltyperna veckbildning respektive
sprickbildning i resonemanget!
c) Hur borde friktionen (smörjningen) påverka MDF - maximala dragförhållandet?
a) Dragförhållandet: (BETA)=D/d där D är rondelldiameter och d är stämpeldiameter.
b) Man behöver lägga på ett visst tryck (med tillhållaren) för att förhindra veck. Detta tryck leder dock till friktion när man börjar forma (dra) plåten inåt. Vid för stor rondelldiameter kommer friktionen som håller emot att bli så stor. Kraften nedåt med stämpeln som krävs blir då också stor, och spänningen i koppväggen blir för hög, dvs leder till brott.
c) Vid mindre friktion blir enligt ovanstående resonemang risken för brott mindre. Eller
annorlunda uttryckt: Man kan lägga på det tryck som krävs för att förhindra veck på en
större rondell utan att friktionen blir för stor, dvs utan att brott uppstår. Dvs MDF (maximala
dragförhållandet) ökar med lägre friktion.
Hur gör man rent praktiskt för att kunna göra djupare burkar (t ex) än vad maximala dragförhållandet medger? Förklara kort varför (det fungerar).
Man får dela upp processen i flera steg. Först skapas en burk med för stor diameter, och detta innebär att den tillhållande arean inte blir kritiskt stor i det senare steget.
Jämför drag- och sträckpressning med avseende på aspekter som funktion, verktyg, detaljer (applikationer) och problem (defekter).
Den viktiga skillnaden som måste framgå är att tillhållarkraften är väsentligt högre vid sträckpressning. Vid dragpressning ska denna endast hindra veck, vid sträckpressning låser man fast plåten. Vid sträckpressning blir därigenom dragspänningarna större över hela ytan. Applikationer för dragpressning är relativt djupa men endast enkla gärna symmetriska typ kopp/burk. Med sträckpressning kan man göra mer komplexa geometrier där man kan ”avbilda” stämpelns geometri då plåten är genomplasticerad. Dock kan detaljerna typiskt inte göras lika djupa som vid dragpressning. Defekterna är som ovan nämnts veckbildning under tillhållaren vid dragpress samt brott vid för djupa burkar eller vid sträckpressning ett generellt problem vid för kraftig lokal deformation.
Varför är en diskbänk med 2 st hoar svår att göra med standardmetoderna (som beskrivits)?
Dragpressning:
Lättare att använda till att göra diskbänk än sträckpressning. En ho är relativt djup och symmetrisk och det får användas en tillräckligt stor plåt som kan dras ner i verktyget. Om det ska göras två hoar brevid varandra finns det inte tillräckligt med material mellan hoarna som kan dra in verktyget och bilda hoar. Dragpressning hade alltså gjort att materialet brustit mellan hoarna.
Sträckpressning:
Hoarna är antagligen djupa. Det skulle bli för stor töjning (sträckning) i de vertikala väggarna runt hela hons “omkrets”.
Beskriv förloppet för klippning av plåt i metall. Vilka olika stadier genomgås i klippzonen? Koppla även detta till den uppkomna ytan och dess olika zoner. Namnge även zonerna. Rita lämpliga figurer.
Start - Elastisk deformation
Plastiskdeformation - böjer ner plåten och en vankant bildas. Skjuvspänningar i klippzonen erhålls. När dessa går över brottgränsen för materiaalet fås sprickstart och en brottyta(brottzon) bildas. Då stansen trycker nedåt deformeras materialet över den fria kanten (speciellt slutet när brottet bildats) på dynan och en grad bildas (se fig 4.2-4.5, 4.7 eller slide.
Vad är syftet med s k gradsax? Din förklaring bör innehålla en figur.
Syftet är att minska kraften genom en mindre momentanarea som belastar (klipper). A blir en triangel med mycket mindre area än vid raka skär (då man med raka skär trycker på hela tjockleken t och hela bredden samtidigt)
Bockning
a) Varför märker man av återfjädring mer vid bockning än vid annan plastisk bearbetning?
b) Hur kan man rent praktiskt komma runt eller ”hantera” det faktum att material tenderar att återfjädra? (Två sätt.)
c) Varför får man normalt större återfjädring i ett höghållfast stål än i ett låghållfast?
a) En viss ganska stor andel av materialet kan bli kvar i rent elastiskt tillstånd.
Tryckspänningar på insidan och dragspänningar på utsidan. Däremellan finns en neutrallinje i
mitten av plåttjockleken där spänningen=0. Kring denna kan finnas kvar elastisk
deformation.
b) Antingen genom att överbocka (dvs bocka ”för mycket”) eller genom att präglingsbocka.
Det senare kan liknas vid att man ”smider” deformationszonen under bockningens slutskede och man går över gränsen för plastisk deformation i hela tjockleken.
c) Ett höghållfast stål har högre sträckgräns och mer elastisk deformation innan plasticeringen. Det är denna elastiska deformation som skapar återfjädringen. Inses enklast med spännings-töjnings-diagram nedan. Ser man till deformationen i bockning innebär detta att en större del materialet i tvärsnittet (i mitten) inte plasticerar (endast deformerats elastisk och återfjädrar) vid samma bockningsvinkel t ex. Obs att E-modulen (lutningen hos den elastiska delen av kurvan) är samma för alla ståltyper.
