Productie Omvormen Deel 1 PDF

PRODUCTIE Omvormen deel 1 Ben Van Pee 1 OMVORMEN Definitie: − Vervaardigen door plastisch veranderen van de vorm van een vast lichaam − Massa en samenhang blijven behouden Kenmerken: − Grote spanningen & krachten (tot 10 000 kN) dure...

PRODUCTIE Omvormen deel 1 Ben Van Pee 1 OMVORMEN Definitie: − Vervaardigen door plastisch veranderen van de vorm van een vast lichaam − Massa en samenhang blijven behouden Kenmerken: − Grote spanningen & krachten (tot 10 000 kN) dure gereedschappen & machines Massaproductie − Hoge productiviteit haalbaar (grote productaantallen in een korte bewerkingstijd) − Plastische vervorming  koudversteviging Industriële productie 2 OMVORMEN Spanning – rek diagram Industriële productie 3 OMVORMEN Spanning – rek diagram Industriële productie 4 OVERZICHT Industriële productie 5 OMVORMEN DOOR DRUK Definitie: Het omvormen van een lichaam, waarbij de plastische toestand hoofdzakelijk tot stand wordt gebracht door één- of meerassige drukbelasting Subgroepen: − Walsen − Vrij omvormen − Omvormen in de matrijs − Indrukken − Doordrukken Industriële productie 6 WALSEN Definitie − Continu of stapsgewijs proces van omvormen door druk met één of meer roterende gereedschappen (walsrollen) − met of zonder hulpgereedschappen (doorns, stangen, steunrollen) Classificatie: − kinematica walsgoed: langs-, dwars- en schuinwalsen − gereedschapsgeometrie: vlak- en profielwalsen − werkstukgeometrie: holle of massieve werkstukken Industriële productie 7 WALSEN Industriële productie 8 LANGSWALSEN Kenmerken: − Kegel- of cirkelvormige walsrollen − Toepassing: plaat, band, folie − Breedte max 5 m, dikte 150 tot 0,0025 mm Vorm- en snelheidsverandering − Dikte h0  dikte h1 − Dichtheid = constant  volume = constant − Breedte tijdens plaatwalsen blijft constant Industriële productie 9 LANGSWALSEN Industriële productie 10 LANGSWALSEN Industriële productie 11 LANGSWALSEN Grijpvoorwaarde Industriële productie 12 LANGSWALSEN Grijpvoorwaarde sin  0  Fnh  Fnh  Fn  sin  0 Fn Fwh cos  0   Fwh  Fw  cos  0 Fw Fw  Fn    Max grijphoek afhankelijk van wrijvingscoëfficiënt Industriële productie 13 LANGSWALSEN Doorwalsvoorwaarde − Horizontale component − Voorwaarde  Max grijphoek dus 2 keer groter dan bij het grijpen Industriële productie 14 LANGSWALSEN Hoogte-afname α0 Industriële productie 15 LANGSWALSEN Hoogteafname 0  02 want ( )  2 2 4  µ = 0 / 2  hoogte reductie afhankelijk van: Walsradius Wrijvingscoëfficiënt Industriële productie 16 LANGSWALSEN Walskrachten h Fw 0 F r Fn 2 want   w   2 r Fn 2 Fn 2 Fw h r h Industriële productie 17 LANGSWALSEN Walstuigen − Duowals Industriële productie 18 LANGSWALSEN Walstuigen Industriële productie 19 LANGSWALSEN Walstuigen − Continue walsstraat Industriële productie 20 LANGSWALSEN Walstuigen − Vlak voor stafmateriaal (liggers, vierkante profielen, draad) Industriële productie 21 LANGSWALSEN Walstuigen − Profiel-langswalsen Voorbeelden: geprofileerde staven, vertandingen cardanassen Kenmerken: hoge productiviteit, goede producteigenschappen » Hoge vertandingsnauwkeurigheid » Goede oppervlaktenauwkeurigheid » Geen materiaalverlies » Grote sterkte Industriële productie 22 WALSEN Industriële productie 23 DWARSWALSEN Definitie − Walsgoed draait om zijn eigen as  rotatie − Geen translatie langs de lengteas Voorbeelden: − Walsen van schijven − Walsen van ringen − Walsen van schroefdraad (insteekmethode) − Gladwalsen van astappen − Walsen van getrapte cilindrische werkstukken − Walsen van tanden op assen en schijven (tandwielen) Industriële productie 24 SCHROEFDRAAD WALSEN Insteekmethode 25 WALSEN Industriële productie 26 SCHUINWALSEN Definitie − Walsrollen staan schuin t.o.v elkaar Walsgoed gaat draaien om zijn eigen as Voedingsbeweging in de lengterichting Soms gebruik meedraaiende doorn Toepassingen: Gladwalsen van buizen en staven Pijpwalsen  naadloze buizen Schroefdraadwalsen (doorloopmethode) vloeidraaien Industriële productie 27 SCHUINWALSEN Gladwalsen Industriële productie 28 SCHUINWALSEN Gladwalsen 29 SCHUINWALSEN Pijpwalsen Industriële productie 30 SCHUINWALSEN Schroefdraadwalsen Industriële productie 31 SCHUINWALSEN Vloeidraaien Industriële productie 32 OMVORMEN IN DE MATRIJS Definitie: Omvormen door druk vormgevende gereedschappen (matrijzen) Methode omvormen Slagwerking of onderbroken drukwerking  smeden Ononderbroken drukwerking (één cyclus) persen Technieken: Matrijssmeden / vormpersen Matrijsstuiken (kopstuiken) Industriële productie 33 SMEDEN Kenmerken: − Hoge sterkte en taaiheid dan gegoten materiaal  betere homogeniteit en fijnere structuur − Treksterkte (Rm) gesmeed staal > (3x) dan grijs gietijzer Toepassingen  Hoog belaste constructieonderdelen − Automobiel: delen ophanging, aandrijving − Luchtvaart: landingsgestel, … Warm smeden koud smeden − Lage drukbelasting hoge drukbelasting − Maatnauwkeurigheid matig maatnauwkeurigheid hoog − Oppervlaktekwaliteit matig oppervlaktekwaliteit hoog Industriële productie 34 SMEDEN Indeling op basis van type gereedschap − Vrij smeden: Vorm werkstuk niet of slechts gedeeltelijk vastgelegd in de vorm van het gereedschap Positie werkstuk t.o.v gereedschap bepaalt de vorm Gebeurt in meerdere stappen  lagere smeedkrachten Geen dure productgebonden gereedschappen  grote werkstukken aan gunstige prijzen − Matrijssmeden: Gereedschap bepaalt de vorm van het werkstuk Industriële productie 35 VRIJ SMEDEN Stuiken Wrijving + temperatuurverdeling bepalend voor “tonvorm”  goede smering + voorverwarmen matrijs Industriële productie 36 VRIJ SMEDEN Rekken (a), rondsmeden (b) Industriële productie 37 MATRIJSSMEDEN Kenmerken: − Uitgangsmateriaal (blenk) voorverwarmd (staal smeedtemp tussen 850 en 1200°C) − Volume (V) uitgangsmateriaal > V matrijsholte − Braambaan in matrijs − Afwerken door braamponsen Toepassingen: − Automobiel  hoogbelaste onderdelen Astappen Zuigerstangen krukassen Industriële productie 38 MATRIJSSMEDEN Matrijs − Gereedschapsmateriaal Taai Slijtvast Warmvast Bestand tegen temp- en belastingswisselingen − Levensduur  beperkt Oppervlaktescheuren en maatafwijkingen Contacttijd Cr-Ni staal  10000 tot 20000 stuks Cr-W staal  20000 tot 50000 stuks Complexe werkstukken  levensduur tot 70% korter Industriële productie 39 MATRIJSSMEDEN Industriële productie 40 MATRIJSSMEDEN Voorbeeld drijfstang: − Perskracht beperkt de materiaalverplaatsing − Iedere stap andere matrijs − Oxidehuid verwijderen voor smeden Industriële productie 41 MATRIJSSMEDEN Voorbeeld Versteviging raamstijlen fokker Industriële productie 42 MATRIJSSMEDEN Precisiesmeden (near-net-shape forging) − Economische redenen  hogere nauwkeurigheid − Overtollig materiaal beperkt − Meer tussenstappen − Grotere proceskrachten − Aangepast matrijsontwerp − Hogere eisen maatvoering − Hogere eisen uitgangsmateriaal + temperatuur − Toepassing: Al en Mg Industriële productie 43 MATRIJSSMEDEN Kopstuiken − Voorbeelden Bevestigingsmaterialen: bouten, klinknagels, pennen Automobiel: kleppen Industriële productie 44 INDRUKKEN Definitie Indrukken is omvormen door druk met een gereedschap (stempel) dat een werkstuk plaatselijk binnendringt Technieken − Centeren − Merkstempelen − Hobben − kartelen Industriële productie 45 HOBBEN Kenmerken − Geharde hobstempel met goede oppervlaktekwaliteit − Toenemende druk + lage snelheid (tot 0,3 mm/s) − Werkstuk  zachtgegloeid staal − Machine: hydraulische pers Toepassing  matrijzen − Spuitgieten, vormpersen, blaasvormen kunststoffen − Lage-druk gieten zink, messing en lichtmetalen − Koud- en warmpersen van schroeven, moeren, klinknagels, … Industriële productie 46 HOBBEN Voordelen − Geen nabewerking nodig − Productiviteit hoog − Maatnauwkeurigheid hoog − Grote sterkte + goede opp kwaliteit Industriële productie 47 DOORDRUKKEN Definitie Omvormen door druk waarbij het uitgangsmateriaal geheel of gedeeltelijk door een vormbepalende opening in het gereedschap wordt geperst onder afname van de diameter Technieken − Profielextrusie: lange producten zoals staven, buizen en profielen − Gewone extrusie: korte, afzonderlijke producten Vorm producten − Holle producten − Massieve producten Industriële productie 48 DOORDRUKKEN Indeling op basis van gereedschappen − Conventioneel extruderen starre gereedschappen − Hydrostatisch extruderen  werkmedium = vloeistof Wrijvingskrachten zeer klein Radiale en axiale spanningen in het blok gelijk Mogelijkheid extruderen zink, wolfram en gietijzer Industriële productie 49 DOORDRUKKEN Indeling (kinematica) conventioneel extruderen − Meelopend − Tegenlopend − dwars Industriële productie 50 DOORDRUKKEN Materialen − Al, koper, lood, magnesium, nikkel − Gelegeerd staal en koolstof staal Eigenschappen materialen − Lage vloeispanning en goed vervormbaar − Geringe neiging tot koudversteviging − Homogene structuur Omvormtemperaturen − Al-legeringen: tussen 350 en 550°C − Cu en Cu-legeringen: tussen 600 en 1000°C − Staal: tussen 1100 en 1300°C Industriële productie 51 PROFIELEXTRUSIE Kenmerken − Persstempel hydraulisch aangedreven − Blokrest − Drukschijf Ø schijf < Ø gat recipiënt » bij Al en Ti » Oxidehuid afvoeren − Temperatuurprofiel persblok Voorkomen temperatuursstijging achterste deel blok Voorkomen korrelgroei en scheuren − Afnemende perssnelheid Industriële productie 52 PROFIELEXTRUSIE Industriële productie 53 PROFIELEXTRUSIE Matrijshoek   Dode zone Holle profielen − Doorn − brugmatrijs Industriële productie 54 PROFIELEXTRUSIE Industriële productie 55 PROFIELEXTRUSIE Nabewerkingen − Afschrikken − Afkorten − Strekken − Richten − Eventueel verouderen (vb Al) Industriële productie 56 “GEWONE” EXTRUSIE Hulsextrusie − Tegenlopende extrusie − Restant blenk is bodem product − Wand zeer dun  tot 1% productdiameter  wrijving = fysische begrenzing Industriële productie 57 “GEWONE” EXTRUSIE Hogere temperatuur − Voordelen Beter vervormbaar Lagere proceskrachten Grotere oppervlaktereducties − Nadelen Gereedschapsslijtage groot Vorming oxidelaag  wrijvingsgedrag verandert  oppervlaktekwaliteit Industriële productie 58 DOORDRUKKEN Voordelen extruderen − Nauwelijks materiaalverlies − Hoge productiviteit − Hoge maatnauwkeurigheid en goede oppervlaktekwaliteit − Toename materiaalsterkte door koudversteviging − Gunstig vezelverloop Industriële productie 59 DOORDRUKKEN Walsen versus extruderen − Profieldoorsnede: groot klein − Vrijheid vormgeven: klein groot − Ribbels aanbrengen: mogelijk onmogelijk vb betonstaal − Gereedschapskosten: groot klein Industriële productie 60 OVERZICHT Industriële productie 61 OMVORMEN DOOR TREK EN DRUK Definitie Het omvormen van een vast lichaam waarbij de plastische toestand voornamelijk wordt verkregen door een combinatie van trek- en drukbelasting Technieken − Trekken − Dieptrekken − Forceren Industriële productie 62 TREKKEN Definitie: Trekken is omvormen door trek en druk waarbij het uitgangsmateriaal wordt getrokken door een opening in het trekgereedschap die in de trekrichting is vernauwd Vormen: − Glijdend trekken Massieve lichamen: staf en draad Holle lichamen: duntrekken en buistrekken − Walsend trekken Toepassingen − Draad, staf, profielen − buizen Industriële productie 63 GLIJDEND TREKKEN Kenmerken − Koudomvormtechniek  trekkracht op kleinste Ø − Trekmatrijs = treksteen of trekring Conische gedeelte Recht gedeelte  kalibreren − Matrijs belast door druk en wrijving  hoge temperatuur − Slijtvastheid matrijs  gebruik hardmetaal, diamant, keramiek − Smeermiddelen Verminderen wrijvingskrachten Verbetering oppervlaktekwaliteit − Meerdere stappen Industriële productie 64 GLIJDEND TREKKEN Vormverandering − Omvormgraad afhankelijk werkstukmateriaal − Typische waarde tussen 0,2 en 0,3 − Staal optreden koudversteviging rekristallisatiegloeien Industriële productie 65 GLIJDEND TREKKEN Staf- en draadtrekken − Draad tot 0,003 mm − Snelheid tot 100 m/s Industriële productie 66 GLIJDEND TREKKEN Duntrekken − Binnen Ø blijft gelijk  wanddikte kleiner Industriële productie 67 GLIJDEND TREKKEN Buistrekken Industriële productie 68 WALSEND TREKKEN Industriële productie 69 DIEPTREKKEN Definitie het omvormen door trek en druk van een plaatsnede tot een bekervormig lichaam of van een bekervormig lichaam tot eenzelfde lichaam met een kleinere diameter (wanddikte blijft gelijk) Soorten gereedschappen − Starre gereedschappen − Meegevende gereedschappen (rubberen matrijs = drukkussen) − Krachtoverdragend medium (vloeistoffen gassen) − Energieveld (magneetveld) Industriële productie 70 DIEPTREKKEN Vervorming − Flens  radiaal rekken + tangentiaal stuiken Industriële productie 71 DIEPTREKKEN Kenmerken − Dikte nagenoeg gelijk Rand bodem  tot 20% kleiner Bovenaan  toename max 30% − Dieptrekkracht Trekspanningen (kracht) < Rm − Plooihouderkracht Te laag  plooivorming Te hoog  geen verschuiving en dus uitscheuren Industriële productie 72 DIEPTREKKEN Kenmerken − Trekverhouding β Industriële productie 73 DIEPTREKKEN Kenmerken − Afrondingradius stempel  voldoende groot − Trekspleet  10% groter dan plaatdikte − Smering wrijving beperken Benodigde dieptrekkracht verlagen − Materiaal gereedschap = gereedschapsstaal Randen hardverchroomd  slijtage − Materialen Legeringen staal  dieptrekstaal (anisotropie) Cu, Mg, Al Industriële productie 74 DIEPTREKKEN Dieptrekken zonder plooihouder − Plaat dik genoeg: Industriële productie 75 DIEPTREKKEN Duntrekken − Binnen Ø = constant − Wanddikte wordt kleiner Industriële productie 76 VORMFORCEREN Definitie Draaiende vlakke ronde plaat Meedraaiende klos en forceerrol Vorm poduct = vorm van de klos Industriële productie 77 VORMFORCEREN Varianten − Forceren van bekervormige lichamen − Verwijden door forceren − Vernauwen door forceren Kenmerken − Koudomvormproces − Forceerrol  handmatig of hydraulisch − Ø plaat max 6 m − Grotere diktes (tot 150 mm)  warmforceren − Dikte kleiner dan 0,5 mm  plooivorming en golving Industriële productie 78 VORMFORCEREN Gedeelde klos − Bij ondersnijdingen Toepassingen − Vaten − Velgen − Trommels − Reflectoren − pannen Industriële productie 79 VORMFORCEREN Forceerverhouding − 1,6 < βmax < 1,7 βmax bepaald door: − Plooivorming  geen plooihouder − Tangentiële scheuren − Radiale scheuren buitenste delen flens Industriële productie 80