6 ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΗΣ ΚΟΙΛΑΝΣΗΣ ΚΥΛΙΝΔΡΙΚΩΝ ΚΥΑΘΙΩΝ

Transcript

1 6 ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΗΣ ΚΟΙΛΑΝΣΗΣ ΚΥΛΙΝΔΡΙΚΩΝ ΚΥΑΘΙΩΝ 6.1 Γενικά Η κατεργασία της κοίλανσης μεταλλικής λαμαρίνας είναι σύνθετη και δύσκολη στον έλεγχο. Αν και υπάρχει εμπειρία πολλών ετών, δεν μπορούμε να πούμε εκ των προτέρων με ακρίβεια την πορεία μιας νέας τέτοιας κατεργασίας. Πάντως για την κοίλανση κυαθίων δεν υπάρχουν τόσα προβλήματα όσα υπάρχουν στην κοίλανση ακανόνιστων σχημάτων και πλαισίων. Σ' αυτό το κεφάλαιο θα προσπαθήσουμε να δώσουμε μερικές γνώσεις επάνω στην κατεργασία της κοίλανσης κυαθίων, οι οποίες θα μας βοηθήσουν για: 1. Τη μελέτη της κατεργασίας κοίλανσης κομματιών διαφόρων μορφών 2. Το σχεδιασμό των κατεργασιών κοίλανσης 3. Το σχεδιασμό των καλουπιών κοίλανσης 4. Την εκλογή των πρεσών για τις κατεργασίες κοίλανσης 5. Τη δοκιμή των καλουπιών κοίλανσης 6. Τη λύση διαφόρων προβλημάτων της παραγωγής. Από όλες τις κατεργασίες σταμπαρίσματος, στην κοίλανση έχουμε τις περισσότερες μεταβλητές, οι οποίες υπάρχουν κατά τη διάρκεια της κατεργασίας και γι' αυτό είναι ανάγκη να τις γνωρίσουμε. 6.2 Στάδια της κοίλανσης Πρώτα Θα παρουσιάσουμε τα στάδια ή βήματα της κοίλανσης κυαθίων επίπεδου πυθμένα. Η τομή στο σχήμα 6.1 δείχνει το έμβολο του καλουπιού τη στιγμή που αυτό συναντά το επίπεδο κυκλικό πρόπλασμα. Στο σχήμα δεν φαίνεται ο συγκρατητής, ο οποίος πιέζει τη λαμαρίνα γύρω από το έμβολο (όπως θα δούμε παρακάτω), για λόγους ευκρίνειας. 92

2 Σχήμα 6.1. Αρχική επαφή του εμβόλου με την επίπεδη λαμαρίνα Κάμψη Μετά την επαφή του εμβόλου με τη λαμαρίνα και καθώς το έμβολο κινείται προς τα κάτω, προκαλούνται διάφορα φαινόμενα. Καθώς το έμβολο αρχίζει να εισχωρεί στη μήτρα, η λαμαρίνα.κάμπτεται γύρω από την ακτίνα καμπυλότητας του εμβόλου και της μήτρας, όπως φαίνεται στο σχήμα 6.2. Το μέρος της λαμαρίνας που έρχεται σε επαφή με το επίπεδο πρόσωπο του εμβόλου κινείται μαζί με αυτό προς τα κάτω. Δηλαδή, ο επίπεδος πυθμένας του κυαθίου έχει ήδη σχηματιστεί. Αυτός ο επίπεδος πυθμένας του κυαθίου δεν σκληραίνει και το μέταλλο εκεί εξακολουθεί και έχει το πάχος της αρχικής λαμαρίνας. Στη φάση αυτή η άκρη του κυκλικού δίσκου έχει ίσως κινηθεί ελαφρώς προς το έμβολο, αλλά αυτό προς το παρόν το αγνοούμε. Σ' αυτό το στάδιο της κοίλανσης, η κατεργασία είναι μια απλή κάμψη ή μορφοποίηση. Η πραγματική κοίλανση δεν έχει αρχίσει ακόμη. 93

3 Σχήμα 6.2. Κάμψη της λαμαρίνας στην αρχή της κατεργασίας Είναι λογικό η κάμψη να συμβαίνει πρώτη, πριν αρχίσει η ροή του μετάλλου προς το έμβολο, αφού οι καμπτικές δυνάμεις είναι πολύ μικρότερες, συγκρινόμενες με τις δυνάμεις που απαιτούνται να συνθλιβεί (συμπιεστεί) περιφερειακά το μέταλλο, ώστε να μπορέσει να κυλήσει προς την ακτίνα καμπυλότητας του εμβόλου. Καθώς φαίνεται στο σχήμα 6.2, επιπλέον κίνηση του εμβόλου προς τα κάτω θα προκαλέσει σχίσιμο στο μέταλλο, αν δεν επιτραπεί σ' αυτό να κυλήσει προς το έμβολο. Έτσι, το βάθος που μπορούμε να μορφοποιήσουμε χωρίς καμία επιπρόσθετη κίνηση της λαμαρίνας είναι ελάχιστο. Μπορούμε, όμως, να έχουμε μεγαλύτερα βάθη με την κατεργασία της κοίλανσης, σύροντας δηλαδή το μέταλλο από την εξωτερική περιοχή του κυκλικού δίσκου προς το μέρος του εμβόλου Δημιουργία κυλινδρικού μέρους του κυαθίου Στα σχήματα θεωρούμε ότι το έμβολο κινείται λίγο ακόμη προς τα κάτω. Σ' αυτό το στάδιο ο επίπεδος πυθμένας του κυαθίου κινείται και αυτός λίγο ακόμη προς τα κάτω καθώς φαίνεται στο σχήμα 6.3. Επίσης, κινείται προς τα κάτω μαζί με τον επίπεδο πυθμένα και το καμπτόμενο μέταλλο γύρω από την ακτίνα καμπυλότητας του εμβόλου. Έτσι σ' αυτό το σημείο έχει αναπτυχθεί μια νέα κατάσταση. Δηλαδή, το μέταλλο, που προηγουμένως είχε καμφθεί γύρω από την ακτίνα καμπυλότητας της μήτρας, έχει τώρα μετατοπιστεί προς τα κάτω, δηλαδή έχει ευθυγραμμιστεί. Δηλαδή, κατά τη διάρκεια της κοίλανσης, το μέταλλο που κάμπτεται γύρω από την ακτίνα καμπυλότητας της μήτρας στη συνέχεια ευθυγραμμίζεται και αρχίζει να δημιουργείται το κυλινδρικό μέρος του κυαθίου, ενώ άλλο μέταλλο κάμπτεται γύρω από την ακτίνα της μήτρας. Εδώ πρέπει να αναφέρουμε ότι, λόγω της 94

4 κάμψης του μετάλλου γύρω από την ακτίνα της μήτρας, το μέταλλο σκληραίνει και απαιτείται μεγαλύτερη δύναμη στη συνέχεια για την πραγματοποίηση της ευθυγράμμισης της λαμαρίνας. Σχήμα 6.3. Αρχή πραγματοποίησης της κοίλανσης με ευθυγράμμιση του μετάλλου Τριβή Κατά το προηγούμενο στάδιο, το άκρο του κυκλικού δίσκου έχει συρθεί αρκετά προς τη μεριά του εμβόλου. Για να μπορεί, όμως, το μέταλλο να σύρεται προς το έμβολο, πρέπει να υπάρχουν ορισμένες ευνοϊκές συνθήκες. Πρώτον, πρέπει να υπερνικηθεί η στατική δύναμη τριβής μεταξύ του μετάλλου και της επάνω επιφάνειας της μήτρας. Επιπλέον στα περισσότερα καλούπια κοίλανσης υπάρχει ένας συγκρατητής γύρω από το έμβολο για τη συγκράτηση της λαμαρίνας. Άρα, δημιουργείται επιπρόσθετη τριβή μεταξύ του συγκρατητή και της επιφάνειας του κυκλικού δίσκου. Ο συγκρατητής είναι μια μεταλλική πλάκα που πιέζει τη λαμαρίνα μας με τη βοήθεια ελατηρίων ή κυλίνδρου με αέρα ή κυλίνδρου με λάδι. Η δύναμη που αναπτύσσεται από το συγκρατητή αυξάνει σημαντικά την δύναμη της στατικής τριβής. Στο σχήμα 6.4 φαίνονται ενδεικτικά τα παραπάνω. 95

5 Σχήμα 6.4. Επιπρόσθετες δυνάμεις λόγω της τριβής Αφού υπερνικηθεί η στατική δύναμη τριβής, η λαμαρίνα αρχίζει να κινείται προς το έμβολο. Πρέπει, όμως, να αναπτύσσεται συνεχώς κάποια δύναμη, η οποία να υπερνικά τη δυναμική τριβή, ώστε να συνεχίζει η λαμαρίνα να κινείται προς τη μεριά του εμβόλου. Η δύναμη που απαιτείται για την αντιμετώπιση της δυναμικής τριβής είναι μικρότερη από αυτή που χρειάζεται για τη υπερνίκηση της στατικής τριβής. Έτσι, η δύναμη του συγκρατητή δεν πρέπει να είναι πολύ μεγάλη, γιατί θα μπορούσε να εμποδίσει η ροή του μετάλλου προς το έμβολο και έτσι η λαμαρίνα να σπάσει πριν πραγματοποιηθεί η κοίλανση. Συνήθως χρησιμοποιούμε λιπαντικά για να μειώσουμε τις δυνάμεις τριβής Περιφερειακή συμπίεση της λαμαρίνας Μια άλλη συνθήκη που απαιτείται για να μπορεί το άκρο του μετάλλου να σύρεται προς τη μεριά του εμβόλου είναι η περιφερειακή σύνθλιψη (ή συμπίεση) της λαμαρίνας. Καθώς το άκρο του κυκλικού δίσκου κινείται προς το έμβολο, πρέπει να ελαττώνεται συνεχώς η περίμετρός του. Επίσης, όλο το 96

6 μέταλλο μεταξύ του άκρου του κυκλικού δίσκου και της ακτίνας καμπυλότητας της μήτρας πρέπει να συμπιεστεί περιφερειακά. Στην αρχή της κατεργασίας, όταν το μέταλλο κάμπτεται γύρω από την ακτίνα καμπυλότητας της μήτρας, η περιφερειακή σύνθλιψη της λαμαρίνας είναι πολύ μικρή. Η σύνθλιψη είναι μεγαλύτερη στην περιοχή του μετάλλου που είναι κοντά στο άκρο του αρχικού κυκλικού δίσκου, όπως φαίνεται στο σχήμα 6.5. Το μέταλλο πρέπει να συνθλιβεί τόσο, ώστε αυτό κινούμενο προς το έμβολο να μπορέσει να κυλήσει πάνω από την ακτίνα καμπυλότητας της μήτρας. Αυτή η περιφερειακή σύνθλιψη του μετάλλου προκαλεί πτυχές (ζάρες) στη λαμαρίνα κατά τη διάρκεια της κοίλανσης. Οι πτυχές αυτές είναι μεγαλύτερες για λεπτότερα μέταλλα. Έτσι ο συγκρατητής που προστίθεται στο καλούπι εμποδίζει τη δημιουργία πτυχών. Λαμαρίνες με μεγαλύτερο πάχος δεν έχουν την τάση να ζαρώσουν χωρίς συγκρατητή κατά την κοίλανση. Σχήμα 6.5. Περιφερειακή σύνθλιψη ή συμπίεση της λαμαρίνας λόγω της κοίλανσης 97

7 Σχήμα 6.6. Τελικό στάδιο της κοίλανσης Στη συνέχεια, η επί πλέον κίνηση του εμβόλου προς τα κάτω συνεχίζει να διαμορφώνει τη μορφή του κυαθίου, όπως ήδη περιγράφηκε, μέχρι να μορφοποιηθεί πλήρης το κυάθιο. Στο τέλος, λόγω της περιφερειακής συμπίεσης, η φλάντζα γύρω από το κυλινδρικό μέρος του κυαθίου καθώς επίσης και το πάνω μέρος του κυαθίου έχουν μεγαλύτερο πάχος από το αρχικό πάχος της λαμαρίνας. Η τελική κατάσταση μετά την κοίλανση φαίνεται στο σχήμα 6.6. Στη συνέχεια, στο μέταλλο που έχει περάσει την ακτίνα καμπυλότητας της μήτρας παύουν να υπάρχουν φορτία σύνθλιψης. Το μέταλλο μετά από αυτή την κάμψη κινείται ευθύγραμμα και παραμένει στην ίδια διάμετρο καθώς κινείται προς τα κάτω. Βασικό μας μέλημα στην κοίλανση είναι να πιέζουμε (με το συγκρατητή) τη λαμαρίνα τόσο, ώστε αυτή να μπορεί να κινείται και να παίρνει τη μορφή του κυαθίου χωρίς να παρουσιάζονται ζάρες Τάνυση Κατά τη διάρκεια της κοίλανσης εφαρμόζεται από το έμβολο μια δύναμη επάνω στην επίπεδη επιφάνεια του πυθμένα του κυαθίου. Το σημείο που εφαρμόζεται αυτή η δύναμη είναι κάπως απομακρυσμένο από τα σημεία που το μέταλλο μορφοποιείται και αναπτύσσεται η τριβή. Και το σημείο εφαρμογής της δύναμης απομακρύνεται περισσότερο, όσο το έμβολο προχωρεί βαθύτερα στη μήτρα και συνεχίζεται η μορφοποίηση του κυαθίου. Έτσι, το τοίχωμα του κυαθίου (το κυλινδρικό μέρος) αναλαμβάνει να μεταφέρει τη δύναμη του εμβόλου στις περιοχές κάμψης, ευθυγράμμισης, 98

8 τριβής και περιφερειακής σύνθλιψης (συμπίεσης). Το αποτέλεσμα αυτού του γεγονότος είναι ότι αναπτύσσονται αρκετά υψηλές εφελκυστικές τάσεις στα κυλινδρικά τοιχώματα του κυαθίου, όπως φαίνεται στο σχήμα 6.7. Σχήμα 6.7. Απεικόνιση καταπονήσεων σε όλο το τοίχωμα του κυαθίου Το τοίχωμα κοντά στην ακτίνα καμπυλότητας του εμβόλου καταπονείται περισσότερο και γι' αυτό γίνεται λεπτότερο από ότι το αρχικό πάχος της λαμαρίνας. Έτσι εκεί συχνά προκαλούνται σχισμές στο κυάθιο (άχρηστο κυάθιο). 6.3 Μορφοποίηση με εξέλαση λαμαρίνας Εάν ο πυθμένας του κυαθίου πρέπει να έχει άλλη μορφή από επίπεδη, τότε πρέπει να χρησιμοποιήσουμε την κατεργασία της μορφοποίησης με εξέλαση της λαμαρίνας. Η πιο κοινή μορφή γι' αυτούς τούς πυθμένες είναι η σφαιρική, όπως φαίνεται στο σχήμα 6.8. Στην αρχή της διαδικασίας πρέπει πρώτα να μορφοποιηθεί ο σφαιρικός πυθμένας του κυαθίου τυλίγοντας το μέταλλο γύρω από το σφαιρικό άκρο του εμβόλου. Έτσι αρχικά πρέπει να έχουμε μεγάλες δυνάμεις συγκράτησης και στατικής τριβής για να προκληθεί αυτή η μορφοποίηση και να εμποδίζεται η ροή του μετάλλου προς το έμβολο. Αυτό το τύλιγμα της λαμαρίνας γύρω από το σφαιρικό άκρο του εμβόλου και, συνεπώς η μορφοποίηση του πυθμένα του κυαθίου, πρέπει να έχει ολοκληρωθεί πριν αρχίσει η ροή του μετάλλου προς το έμβολο. 99

9 Σχήμα 6.8. Μορφοποίηση με εξέλαση κυαθίου σφαιρικού πυθμένα στην αρχή της κατεργασίας Αντίθετα, εάν η λαμαρίνα μπορεί να κυλήσει ελεύθερα, χωρίς να συγκρατείται ισχυρά, τότε μια μάζα από πτυχές θα δημιουργηθούν στο σφαιρικό πυθμένα του κυαθίου. Αυτό το επιπλέον φορτίο που απαιτείται για την αρχική πλήρη συγκράτηση της λαμαρίνας, ελαχιστοποιεί το βάθος του κυαθίου που μπορούμε να πάρουμε με αυτό το είδος της κοίλανσης. Σ' αυτήν την περίπτωση, η περιοχή με το μικρότερο πάχος.της λαμαρίνας και τυχόν σχισμές που μπορούν να δημιουργηθούν είναι στη σφαιρική μορφή. Όλα τα δοχεία και τα πλαίσια ακανόνιστης μορφής που παράγονται με την κατεργασία της κοίλανσης είναι ένας συνδυασμός των αρχών της "κοίλανσης κυλινδρικών κυαθίων" και της "μορφοποίησης με εξέλαση". 6.4 Μεταβλητές που επηρεάζουν την κοίλανση Μεταβλητές που επηρεάζουν τις περιοχές κάμψης και ευθυγράμμισης Οι μεταβλητές που θα μπορούσαν να αυξήσουν ή να μειώσουν τις δυνάμεις στις περιοχές αυτές είναι: Ακτίνα καμπυλότητας του εμβόλου. Το μέγεθος αυτής της ακτίνας αποφασίζεται από το μηχανικό μελετητή, ανάλογα και με την ακτίνα που πρέπει να έχει το τελικό μας προϊόν. Μια οξύτερη ακτίνα αυξάνει τις καμπτικές δυνάμεις. 100

10 Ακτίνα καμπυλότητας της μήτρας. Ισχύουν τα ίδια όπως και για την ακτίνα του εμβόλου. Οξύτερη ακτίνα της μήτρας σημαίνει μεγαλύτερες καμπτικές δυνάμεις και δυνάμεις ευθυγράμμισης της λαμαρίνας. Γωνία κάμψης, η οποία συνήθως είναι 90º, αλλά μπορεί να μειωθεί ή να αυξηθεί. Θετική γωνία σημαίνει μικρότερη από 90º κάμψη γύρω από την ακτίνα της μήτρας του καλουπιού και συνεπώς μικρότερη δύναμη Μεταβλητές που επηρεάζουν την τριβή Υπάρχουν διάφορες μεταβλητές, οι οποίες θα μπορούσαν να μεταβάλλουν τη στατική ή δυναμική τριβή. Δηλαδή, αυτές οι μεταβλητές μεταβάλλουν τον συντελεστή τριβής. Λίπανση, η οποία γίνεται στη λαμαρίνα ή στην επιφάνεια της μήτρας του καλουπιού πριν την κοίλανση. Λιπαντικά με υψηλές ισότητες ολίσθησης ελαττώνουν την τριβή. Λιπαντικά με μεγάλη αντίσταση στη συμπίεση μπορούν να αυξάνουν την τριβή. Η επιλογή γίνεται από το μηχανικό - μελετητή ή τον υπεύθυνο παραγωγής. Δύναμη συγκράτησης, η οποία, αν αυξηθεί, προκαλεί μεγαλύτερη τριβή. Συνήθως αυτή η μεταβλητή ελέγχεται και τοποθετείται η κατάλληλη, από τον υπεύθυνο τοποθετήσεως του καλουπιού ή τον υπεύθυνο παραγωγής, αλλά όμως ορίζεται καταρχήν από το σχεδιαστή του καλουπιού. Ποιότητα επιφάνειας (τραχύτητα), στις δύο πλευρές της λαμαρίνας. Μεγάλη τραχύτητα προκαλεί μεγάλες δυνάμεις τριβής. Ποιότητα επιφάνειας εμβόλου, της μήτρας και του συγκρατητή. Και εδώ μεγαλύτερη τραχύτητα αυξάνει τις δυνάμεις τριβής Μεταβλητές που επηρεάζουν την περιφερειακή σύνθλιψη της λαμαρίνας Οι μεταβλητές οι οποίες επηρεάζουν τις αναπτυσσόμενες δυνάμεις σύνθλιψης είναι πιο δύσκολες να γίνουν κατανοητές. Αυτό γιατί η περιφερειακή σύνθλιψη απαιτεί να ελαττώνεται συνεχώς η διάμετρος του αρχικού κυκλικού δίσκου, έτσι ώστε αυτό να μπορεί να ρέει πάνω από την ακτίνα καμπυλότητας της μήτρας. Οι μεταβλητές αυτής της κατηγορίας είναι: D d Η επί τοις εκατό (%) ελάττωση στη διάμετρο 100 ή στην D περίμετρο του αρχικού κυκλικού δίσκου (D) και η οποία υπολογίζεται από την αρχική διάμετρο του κυκλικού δίσκου και τη διάμετρο του εμβόλου (d). Αυτή η % τιμή μας δίνει και μια προσέγγιση για την ποσότητα των πτυχών που μπορούν να δημιουργηθούν. Το βάθος της κοίλανσης ή το ύψος του κυαθίου (h) δείχνει επίσης το βαθμό της σύνθλιψης της λαμαρίνας που απαιτείται. Ένα βαθύτερο κυάθιο, απαιτεί ένα μεγαλύτερο κυκλικό δίσκο και άρα η περιφερειακή 101

11 σύνθλιψη που θα χρειαστεί να γίνει είναι μεγαλύτερη, εάν φυσικά είναι ίδια η διάμετρος του κυαθίου με ένα άλλο πιο αβαθή κυάθιο. Η ολκιμότητα της λαμαρίνας ή η ικανότητα να υφίσταται αλλαγές στη μορφή χωρίς να σπάει. Η ολκιμότητα, που είναι μια ιδιότητα των μετάλλων κάτω από εφελκυστικά φορτία, δείχνει επίσης τη συμπιεστότητα ή ελατότητα αυτών. Η ολκιμότητα μετριέται από το πείραμα του εφελκυσμού και είναι η σχέση της ολικής % επιμήκυνσης προς την τάση διαρροής σε εφελκυσμό. Αφού αυτή είναι μια ιδιότητα των μετάλλων, με την επιλογή του κατάλληλου μετάλλου από το οποίο θα γίνει το κομμάτι αυτόματα ορίζεται και αυτός ο όρος. Όριο διαρροής του υλικού, είναι το γνωστό σημείο πάνω από το οποίο έχουμε μόνιμες παραμορφώσεις στα μέταλλα και έτσι παραμένουν οι οποιαδήποτε αλλαγές στη μορφή τους. Άρα, είναι επιθυμητό ένα χαμηλό όριο διαρροής του μετάλλου, καθ' όσον η κοίλανση θα μπορούσε να αρχίσει χωρίς μεγάλα φορτία τα οποία σχίζουν το μέταλλο κοντά στην ακτίνα καμπυλότητας του εμβόλου. Η τάση αυτή μπορεί να μικρύνει με τη θερμική κατεργασία της επαναφοράς της λαμαρίνας, αν αυτή έχει σκληρυνθεί από προηγούμενες κατεργασίες. Το πάχος της αρχικής λαμαρίνας (t) σε σχέση με τη διάμετρο του αρχικού κυκλικού δίσκου (t/d), επηρεάζει το φορτίο που απαιτείται για τη συμπίεση της λαμαρίνας. Αυτή η σχέση ελέγχεται από το μηχανικό μελετητή. Λαμαρίνες μεγαλύτερου πάχους έχουν μικρότερη τάση να ζαρώνουν (να δημιουργούν πτυχές) και ίσως να μην απαιτείται συγκρατητής. Δηλαδή, αύξηση αυτής της μεταβλητής ελαττώνει την τριβή, αφού ελαττώνεται η δύναμη συγκρατήσεως. Η θερμοκρασία της λαμαρίνας κατά τη διάρκεια της κοίλανσης. Όταν αυξάνεται η θερμοκρασία, ελαττώνονται τα φορτία που απαιτούνται για τη σύνθλιψη, καθ όσον το μέταλλο γίνεται πιο μαλακό. Δυστυχώς, όμως, ελαττώνεται και η αντοχή σε εφελκυσμό με πιθανότητα να προκληθούν περισσότερα σχισίματα στο κυάθιο. Μια λύση είναι να θερμαίνουμε μόνο την περιοχή της λαμαρίνας που συνθλίβεται Μεταβλητές που επηρεάζουν τη μορφοποίηση με εξέλαση Αφού η μορφοποίηση με εξέλαση συγκαταλέγεται στις κατεργασίες της κοίλανσης, ακολουθούν παρακάτω μόνο οι ξεχωριστές μεταβλητές που έχουν σχέση με αυτή την κατεργασία. Το είδος της μορφοποίησης αυτής περιλαμβάνει τάνυση της λαμαρίνας σε πολλές κατευθύνσεις. Το μέταλλο συμπεριφέρεται κάπως διαφορετικά απ' ότι στο μονοαξονικό τεστ εφελκυσμού. Μεταβλητές που θα μπορούσαν να αναφερθούν για αυτή την κατεργασία είναι: Τιμές του τεστ διείσδυσης, το οποίο είναι η απόσταση που έχει διεισδύσει μια ατσάλινη μπάλα σε μια επίπεδη λαμαρίνα, μέχρι τη στιγμή που αυτή θα υποστεί κάποια ρωγμή. Εδώ, δηλαδή, δεν λαμβάνουμε υπόψη μας το διάγραμμα του εφελκυσμού. Το συγκεκριμένο τεστ δηλαδή, παρομοιάζει την τάνυση του μετάλλου 102

12 πάνω από ένα ανώμαλο κυρτό έμβολο στην αρχή της κοίλανσης. Λαμαρίνες με υψηλότερες τιμές αυτού του τεστ σημαίνει ότι μπορούμε να πραγματοποιήσουμε σ' αυτές μορφοποίηση με εξέλαση με μεγαλύτερες πιθανότητες επιτυχίας. Ο εκθέτης σκλήρωσης (η), ο οποίος είναι η κλίση της καμπύλης τάσης παραμόρφωσης στην πλαστική περιοχή. Με υψηλότερη τιμή αυτού του εκθέτη, το μέταλλο πιο γρήγορα σκληραίνει κατά τη διάρκεια της κατεργασίας της μορφοποίησης. Δηλαδή, υπάρχει σχέση μεταξύ αυτού του εκθέτη και της ικανότητας του μετάλλου να μορφοποιηθεί με εξέλαση Διάφορες άλλες μεταβλητές της κοίλανσης Υπάρχουν μεταβλητές στις κατεργασίες κοίλανσης που δεν μπορούν να ταξινομηθούν στις παραπάνω περιπτώσεις. Αυτές οι μεταβλητές είναι: - Χάρη του καλουπιού, η οποία είναι το διάκενο που υπάρχει μεταξύ του εμβόλου και της μήτρας του καλουπιού, και το οποίο είναι απαραίτητο για να ρέει μέσα απ' αυτό η λαμαρίνα. Συνήθως, η χάρη γίνεται μεγαλύτερη από το πάχος της αρχικής λαμαρίνας, καθ' όσον, όπως αναφέρθηκε στην παράγραφο 6.2.4, το πάχος των τοιχωμάτων του κυαθίου είναι μεγαλύτερο από το πάχος της αρχικής λαμαρίνας στο επάνω μέρος του. Εάν η χάρη είναι ίση ή μικρότερη από το αρχικό πάχος της λαμαρίνας, τότε θα προκληθεί συμπίεση ή σιδέρωμα του μετάλλου κοντά στη κορυφή του κυαθίου. - Ταχύτητα της κοίλανσης και η ταχύτητα με τη οποία το έμβολο έρχεται σε επαφή με το πρόπλασμα. Η ταχύτητα στο τέλος της κοίλανσης είναι μηδέν. Η ταχύτητα της κοίλανσης είναι περίπού η μισή από την ταχύτητα που έχει το έμβολο στην επαφή του με τη λαμαρίνα. Αυτή η ταχύτητα ελέγχεται από την πρέσα - Η αντίσταση της μεταλλικής λαμαρίνας να γίνει πιο λεπτή. Εάν ένα μέταλλο έχει μεγάλη τέτοια αντίσταση, τότε υπάρχει μικρή πιθανότητα να υποστεί ρωγμές κατά την κοίλανση. Το μέταλλο συμπιέζεται πιο γρήγορα κατά τη διεύθυνση του πλάτους της λαμαρίνας παρά του πάχος της, πράγμα το οποίο είναι επιθυμητό για κατεργασίες κοίλανσης. Αυτός ο συντελεστής εξαρτάται από τον τρόπο εξέλασης του φύλλου της λαμαρίνας. 6.5 Χαρακτηριστικά και ατέλειες κατά την κοίλανση Εκτός από τις ατέλειες των πτυχών και των σχισμών που μπορεί να δημιουργηθούν σε μια κοίλανση υπάρχουν και άλλα χαρακτηριστικά που μπορούν να γίνουν αιτία απόρριψης των παραγόμενων κυαθίων. Παρακάτω αυτά περιγράφονται εν συντομία, ώστε να μπορούμε να τα αναγνωρίζουμε, καθώς επίσης και τις πιθανές αιτίες που τα προκαλούν. Για κυάθια υψηλής ακρίβειας απαιτείται εξαιρετική εμφάνιση και μπορεί να απορριφθούν για πολύ μικρές ατέλειες. Αντίθετα, κυάθια χαμηλού κόστους, με ατέλειες όχι ορατές από τον πελάτη, μπορούν να γίνουν αποδεκτά. 103

13 Πάχη τοιχωμάτων. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, το μέταλλο έχει μεγαλύτερο πάχος στην περιοχή συμπίεσης και είναι πιο λεπτό στην περιοχή τάνυσης (περιοχή του κυλινδρικού μέρους κοντά στον πυθμένα του κυαθίου). Αυτή η κατάσταση δεν μπορεί να εξαλειφθεί. Σχήμα 6.9. Διάφορα πάχη ενός κυαθίου με επίπεδο πυθμένα μετά την κοίλανση Στο σχήμα 6.9 φαίνονται διάφορες μετρήσεις του πάχους των τοιχωμάτων ενός κυαθίου. Το κυάθιο έγινε κάτω από καλές συνθήκες. Το πάχος των τοιχωμάτων του κυαθίου μεταβάλλεται περίπου 25% του αρχικού πάχους της λαμαρίνας. Χρησιμοποιώντας χάρη κοντά στο πάχος της λαμαρίνας πετυχαίνουμε καλύτερο έλεγχο του πάχους των τοιχωμάτων του κυαθίου, αλλά, λόγω των επιπρόσθετων δυνάμεων σιδερώματος ή συμπίεσης που αναπτύσσονται, μπορούν να προκαλέσουν σχίσιμο του κυαθίου. Απώλεια γυαλάδας επιφάνειας λαμαρίνας. Όταν η λαμαρίνα τανιέται (εξελάσσεται) στο καλούπι, χάνει την γυαλιστερή επιφάνεια που είχε αποκτήσει από τα έλαστρα εξέλασης κατά την παραγωγή της. Αυτή η θαμπή και τραχεία επιφάνεια προκύπτει πιο έντονη στο κάτω μέρος των κυλινδρικών τοιχωμάτων του κυαθίου, όπου η τάνυση είναι μεγαλύτερη. Στο σχήμα 6.10 φαίνονται διάφορα παραδείγματα ελαττωματικής κοίλανσης. Σε τέτοιες επιφάνειες για να έχουμε μια καλύτερη εμφάνιση προβαίνουμε στην βαφή ή στην επιχρωμίωσή τους. Ακόμα μπορούμε να κάνουμε επιπλέον γυάλισμα ή στίλβωση. Άλλη επιλογή είναι να χρησιμοποιήσουμε μέταλλο το οποίο έχει μικρό μέγεθος κρυστάλλων. Μεγάλο μέγεθος κρυστάλλων σημαίνει μεγαλύτερη απώλεια γυαλάδας της επιφάνειας της λαμαρίνας. Επίσης, αν χρησιμοποιήσουμε λαμαρίνα η οποία έχει υποστεί κάποια βαφή (θερμική κατεργασία) έχουμε καλύτερη ποιότητα επιφάνειας κατά την κοίλανση, αλλά τότε θα έχουμε μικρότερη ολκιμότητα στο μέταλλο και ίσως μεγαλύτερη πιθανότητα ρωγμών. 104

14 Δημιουργία κυματοειδών άκρων (λοβοί). Αυτό το χαρακτηριστικό είναι πολύ σοβαρό στην κοίλανση κυαθίων είτε αυτά έχουν επίπεδη φλάντζα μετά το κυλινδρικό μέρος είτε όχι. Κατά την παραγωγή των λαμαρινών με διέλαση σε έλαστρα, οι κρύσταλλοι του μετάλλου προσανατολίζονται στην κατεύθυνση της διέλασης, πράγμα το οποίο σημαίνει ότι στην κατεύθυνση αυτή η λαμαρίνα είναι πιο ανθεκτική και έχει μεγαλύτερη δυνατότητα επιμήκυνσης. Έτσι, η προκύπτουσα ανομοιόμορφη τάνυση κατά την κοίλανση προκαλεί τέσσερις (4) λοβούς, ακόμα και αν το πρόπλασμά μας κατά την κοίλανση είναι κυκλικός δίσκος (κομμάτι 11 στο σχήμα 6.10). Οι λοβοί γίνονται περισσότερο εμφανείς όταν η λαμαρίνα που χρησιμοποιούμε έχει υποστεί κάποια σκλήρυνση. Στη λαμαρίνα ψυχρής έλασης οι κρύσταλλοι επιμηκύνονται στην κατεύθυνση της έλασης, γεγονός που βοηθάει τη δημιουργία λοβών. Έτσι, συνηθίζουμε να αφήνουμε επιπλέον μέταλλο πάνω από το κανονικό του κυαθίου, ώστε αυτό το επιπλέον κυματοειδές άκρο να κοπεί με αποκοπή (trimming). Γρατσουνιές χαρακιές και ερεθίσματα. Κατά την κοίλανση, τα μέρη του καλουπιού δεν μπορούν να κρατήσουν συνεχώς σε επαφή την λαμαρίνα με αυτό. Αυτό συμβαίνει, γιατί αυτά δεν μπορούν να αντισταθούν στην υψηλή πίεση και συνθλίβονται ή ανεβαίνει η θερμοκρασία λόγω της ψυχρής κατεργασίας της κοίλανσης με αποτέλεσμα το λιπαντικό μας να γίνεται πολύ λεπτό και έτσι να έρχονται σε επαφή η λαμαρίνα με το μέταλλο του καλουπιού και να έχουμε την επιπλέον ανύψωση της θερμοκρασίας. Έτσι μικρά σωματίδια της λαμαρίνας κολλάνε στο καλούπι, συνήθως κοντά στην ακτίνα καμπυλότητας της μήτρας. Αυτά τα συγκολλημένα στη μήτρα του καλουπιού μικρά σωματίδια, προκαλούν γρατσουνιές στο υπόλοιπο μέρος του κυαθίου, καθ' όσον αυτά έχουν κάποιο ύψος και δεν αφήνουν να περάσει λιπαντικό μεταξύ λαμαρίνας και καλουπιού. Στη συνέχεια, ακόμα περισσότερα σωματίδια κολλούν στα προηγούμενα και έτσι προκαλούνται στα κυλινδρικά τοιχώματα του κυαθίου ερεθίσματα μεγάλης κλίμακας. Με υψηλότερη πίεση εμποδίζουμε την δημιουργία τέτοιων φαινομένων. Επίσης, αν ρίχνουμε νερό στα μέρη του καλουπιού αυτό θα εξατμίζεται και θα ενεργεί σαν λιπαντικό. Επίσης καλύτερη λείανση στο καλούπι εμποδίζει την ανάπτυξη ερεθισμάτων στα κυάθιά μας. Σημάδια γυαλίσματος. Όταν τα τοιχώματα στην κορυφή του κυλινδρικού μέρους του κυαθίου είναι γυαλισμένα, τότε το μέταλλο έχει υποστεί εκεί συμπίεση ή σιδέρωμα. Μια μεγαλύτερη χάρη θα ελαχιστοποιήσει αυτή την κατάσταση. Αναπήδηση του υλικού. Όταν ένα κυάθιο απομακρυνθεί από το καλούπι, αυτό λειτουργεί σαν ελατήριο και η διάμετρος του κοντά στα φλάντζα μεγαλώνει. Έτσι το κυλινδρικό μέρος του κυαθίου είναι ελαφρώς κωνικό. Αυτό οφείλεται στην ελαστική αναπήδηση του υλικού. Η αναπήδηση αυτή του υλικού προκαλεί σφήνωμα του κυαθίου στη μήτρα του καλουπιού και απαιτείται εξολκέας για να βγει από το καλούπι. Στο σχήμα 6.11 φαίνεται ένα ανεστραμμένο καλούπι για κοίλανση κυαθίου. Στο σχήμα 6.12 φαίνεται επίσης ένα καλούπι για κοίλανση κυαθίου σε υδραυλική πρέσα τριπλής ενέργειας (δύναμη εμβόλου, συγκρατητή και εξολκέα). 105

15 Σχήμα Διάφορα παραδείγματα ελαττωματικής κοίλανσης 106

16 Σχήμα Ανεστραμμένο καλούπι για κοίλανση κυαθίων Σχήμα Σχηματική παράσταση μιας πρέσας τριπλής ενέργειας για κοίλανση κυαθίων 107