Õgvendusvead Põhjused ja vastumeetmed Arusaamine sellest, kuidas tekivad õgvendusvead, mida kujutab endast lehtmetalli sisemine ehitus ja missuguseid mehhanisme on õgvendusmasinatel võimalik kasutada nimetatud vigade parandamiseks, on suuresti täiustunud. Detailide tootmiseks on kõige optimaalsem kasutada lehtmetalli, mis on ühtlase paksusega nii rist- kui pikilõikes. Samuti peab see olema vaba jääkpingetest, mis on lehtmetalli ebatasasuste peamisteks põhjustajateks. Seda saavutada on aga võimatu, sest kuumvaltsimise käigus esineb kõikumisi termilistes tingimustes, valtsimisrullide tekitatud koormustes ja pingetes. Oma osa mängib materjali ebaühtlane jahtumine. Mõju avaldavad konarused valtsimisrullidel ning vajadus lehtmetall rullist lahti kerida. Toortöödeldud lehtmetall on ebakorrapärase ristlõikekujuga, mille tüüpiliseks näiteks on asümmeetriline, väändunud sirbikujuline vorm (vt joonis 1) ning selle pinnale kuhjunud jääkpinged, mis põhjustavad niisuguseid tasapindsuse vigasid (vt joonis 2), nagu: Lehtmetalli rullist lahtikerimisel tekkinud lohud asümmeetriliste pingetega materjalis. Metalliriba äärte kaardumine ebaühtlaste põikipingete tõttu. Kumerdumine, mis tõmbab rullilt täielikult lahtikeeratud lehtmetalli horisontaalpinnal põigiti kaardu. Ulatuslikud pikilained, mida põhjustavad ebaühtlase intensiivsusega pikisuunalised pinged lehtmetallis. Kühmud lehtmetalli keskosas, mille põhjuseks on pikisuunalised pinged, nagu ka loogakujulistel ja pikliku kujuga defektidel. Kohalikud vead, üldiselt ovaalsete kühmude kujul, mis asetsevad lehtmetalli keskjoone ja äärte vahel. Valtsimise tagajärjel tekkinud jääkpinged kujutavad endast pinnapealseid, lehtmetalli ülemisele ja alumisele pinnale kontsentreerunud tõmbepingeid ning survepingeid materjali sümmeetriapinnal. Kui pinged jaotuvad vastavatele pindadele sümmeetriliselt, siis pole lehtmetallil kalduvust kaardu tõmbumiseks. Tegelikult on lehtmetallil siiski alati mingisugused asümmeetrilised jääkpinged olemas ja see ilmneb materjali kaardumises. Lisaks sellele pole pikisuunalised tõmbepinged püsiva suurusega ning see omakorda kutsub esile põigiti kumerdumise ühe lehtmetalli tootmisel kõige enam probleeme tekitava defekti. Asümmeetrilised jääkpinged toimivad samuti ka lehtmetalli ristlõikepinnal. Läbilõikepinna ebaühtlane ehitus põhjustab äärte kaardumist ja muid eelpool kirjeldatud kohtdefekte. 1
Lehtmetalli käitumise ettearvestamine Lehtmetalli käitumise ettearvestamine selle tasapindsuse suhtes on keeruline ülesanne, kuid seda saab lihtsustada, arvestades iga kaasnevat mõjurit eraldi. Selle probleemi kogu teooria üksikasjaline selgitamine oleks küllaltki pikk protsess, kuid mõnda arusaama kõige sagedamini esinevatest vigadest, nagu seda on rulli lohud ja kumerdumine, on võimalik siinkohal vaadelda. Oletame, et pingete jaotus lehtmetalli ristlõikepinnal on ühtlane ning toimivad vaid asümmeetriliselt piki lehtmetalli paksuse telgjoont jaotunud pinged. Sel juhul on metalliriba arvestuslik painderaadius (R) järgmine: R = E e 2 (T2 T1) E = elastsusmoodul (Youngi moodul) e = lehtmetalli paksusmõõt T2 ja T1 = suurim tõmbepinge metall-lehe pindadel Metall-lehte kaardu tõmmata püüdev paindemoment on väljendatav avaldisega: M = T1 T2 be2 6 e = lehtmetalli paksusmõõt T2 ja T1 = suurim tõmbepinge metall-lehe pindadel b = lehtmetalli laiusmõõt Tegelikes tingimustes tekivad samuti ka ristlõikepinnal toimivad asümmeetrilised pinged, kuid esialgsetes, suhteliselt ligikaudsetes rulli lohu arvestustes võib need jätta tähele panemata. Antud arvutuste ja teiste kaasnevate kaardumiste arvestuste kiirendamiseks ning optimeerimiseks on välja arendatud vastavad arvutiprogrammid. Õgvendamise kvaliteedi kindlaks määramine Traditsiooniliselt tehakse õgvendamise kvaliteet kindlaks standardina kasutusele võetud katsetustabelite abil, milles määratakse tasasele pinnale asetatud erineva pikkus- ja paksusmõõduga metall-lehe suurim üleskerkimine selle tasapinna kohal. Et turg on arenenud rangemate nõuete suunas, siis on loodud ka enamnõudlike standardite tabeleid, mis on kokkusobivad lehtmetalli tasapindsusvigade parandamiseks ulatuslikumaid ja paremaid lahendusi võimaldava tehnoloogiaga. Järgnevalt vaatleme õgvendusmasina võimalusi selgitavaid kvaliteedimõisteid: 1-DIN kvaliteedid sama, mis oli näidatud DIN standardi tabelis; või võrdne ½ DIN võime õgvendusvigade vähendamiseks poole võrra DIN tabelis toodutest, või teisiti öeldes, kaks korda parem standardsest kvaliteedist; või ½ peentöötluse DIN kvaliteet viitab kõige rangemale DIN standardi tabelile, jne. 2
Kuigi see õgvendusmasina töökvaliteedi määramise süsteem on kindel ja lihtne, pole see sobiv õgvenduse kvaliteedi kui niisuguse määramiseks. Nimetatud tabelite piires töödeldud toorikud, võivad olla lubamatute vigadega ning vastupidi, nende tabelite piiridele mittevastavad toorikud võivad olla vastuvõetavad mitmesugusel otstarbel kasutamiseks. Nimetatud kvaliteedimäärangutes sisalduvaks põhiprobleemiks on see, et iga lehtmetallil asuva punkti tegeliku ülestõusu suurus tasapinna kohale pole seotud nende punktide asukohaga lehtmetalli pinnal. Kui üks punkt toorikul tõuseb teoreetilisest tasapinnast määratud kõrgusele, kuid ei tee seda laia laine ulatuses, siis võib viga olla vastuvõetav ning materjal osutuda kasutuskõlblikuks. Teisest küljest, kui üles tõusnud punkt kuulub väga lühikesele kurrule, siis ilmub see teravikuna, väga kohaliku ja pinnapealse veana ning antud toorik ei saa olla vastuvõetav. Õgvenduse kvaliteeti hinnatakse jooksva mõõtmisega I-ühikutes. I-ühiku matemaatiliseks määratluseks on: I = L1 (10,000) L L1 = materjali laine tegelik pikkus L = laine pikkus, nagu see peaks olema täiesti lameda lehtmaterjali korral, st L1 projektsioon horisontaalpinnale. e=teoreetiline paksus Joonis 1 - Toortöödeldud lehtmetall võib olla ebakorrapärase ristlõike kujuga, mille tüüpiliseks näiteks on asümmeetriline sirbikujuline pealispind ning sellel kuhjunud jääkpinged. Tõlge vasakult-paremale: lame rull, rulli lohk, põikikumerus, väändumine, lainelised servad, kühmud keskosas Joonis 2 Lehtmetalli lahtikerimisel tekkivad tasapindsuse tüüpilised vead. 3
Seda silmas pidades, võib kasutada järgnevat valemit: I = (πr)² x 10000 2L R = laine kõrgus L = laine kõrguse pikisuunaline ulatus Mida pikem laine ja mida väiksem on nähtav viga, seda rohkem võib lehtmetall I- ühikute ühe ja sama kvaliteedi juures tõusta teoreetilisest tasapinnast ülespoole. Töökindlate õgvendusrullide kasutamisel on lehtmetalli nõutav kvaliteet 10 kuni 20 I- ühiku piires. Lehtmetalli õgvendamine valtsidel ilma pingeta. Tavaline metall-lehelt vigade kõrvaldamise meetod seisneb selles, et leht lastakse läbi sellise paigutusega valtsiderea, millest läbiminekul painutatakse lehtmetalli vaheldumisi kord ühele, kord teisele poole. Selle tagajärjel kaovad lehtmetallist jääkpinged ning leht muutub tasapinnaliseks. Metall-lehe painutamisel valtsi rullil, hakkab selle rulliga kokkupuutuval pinnal toimima survepinge, aga välispinnal ilmutab oma toimet tõmbepinge. Need pinged jäävad tavaliselt materjali elastse venivuse piirkonda, seda juhul, kui valtsirullide läbimõõt on vastavalt materjali paksusele piisavalt suur. Need elastse deformatsiooni pinged kaovad, kui metall-leht valtsirulle enam ei puutu. Siiski, kui niisuguse rulli läbimõõt on liiga väike, kutsuvad tekitatud pinged esile plastilise deformatsiooni, mille tagasitõmbav toime õgvendabki materjali. Koos valtsirullide läbimõõdu ja kõige sobivama survesügavuse määramisega tuleb kindlaks määrata ka materjali korralikuks õgvendamiseks vajalik rullide arv. Täpsed valemid sellise arvutuse tegemiseks puuduvad, kuid kogemuste põhjal võib vajalikku rullide arvu soovitada. Õhema lehtmetalli korral on tüüpiline 17, 19, 21, 23, 25 või 27 rulli kasutamine, kuna aga paksema korral on rullide arvuks 7, 9, 11, 13 või 15. Ligikaudne valem rullide soovitatud arvu (N) määramiseks, sõltuvalt lehtmetalli paksusest (e) on järgmine: N = INTI (27,85 1,685e) INTI funktsioon ümardab tulemuse üles, kuni lähima paaritu täisarvulise suuruseni. Antud valem tagab mõistliku tulemuse lehtmetalli paksuste 0,4 mm kuni 12 mm korral. Õgvendusmasinate täiustamine Lehtmetalli tootmisel kasutatavate õgvendusmasinate konstrueerimiseks esitatavad põhimõtted on järgmised. Valtsirullide läbimõõt, rullide arv, vajalik rakendusjõud, parandamist vajavad rulli lohud ja materjali kumerused tuleb kõik lehtmetalli õgvendamise alustamisel arvesse võtta. Lisaks sellele on vajadus reguleeritavate õgvendusseadmete järele, mis võimaldaksid õgvendada rullilt mahakeritavat lehtmetalli pidevas tööprotsessis. 4
Nagu öeldud, toimivad rullikeeratud lehtmetallis muutlikult jaotatud pinged piki selle ristlõike telgjooni ja metall-lehe pikitelgjoont. Vigade parandamiseks pideva õgvendusprotsessi käigus peavad õgvendusvaltsid võimaldama järgmisi seadistusi: Ülemiste valtside tõstmist, võimalusega reguleerida nende surve suurust metallile ja vastavalt alumistele valtsidele. Tugirullide kinnitussõlme iga äärmise rulli eraldi tõstmist kaldsurve avaldamiseks materjali pinnakihile. Ülemise tugirulli kaldu seadmist vastavuses alumise osa seadistusega nii, et lehtmetall teeks läbi järkjärgulise plastilise deformatsiooni. Alumiste valtside korrapäratu deformeerumise takistamist lehtmetalli kohalike piirkondade pressimisel ja tasapindsusvigade parandamisel. Samuti on vajalik juba kohale paigaldatud valtsirulli geomeetria säilitamine. Tähtis on võimalus võimalikult tõhusalt vähendada valtsirullide teoreetilisest asendist kõrvalekaldeid, mis on tingitud nende omavahelistest hälvetest. Selle teostamiseks kasutatakse tugirullikuid, mis takistavad töötavate õgvendusvaltside kõrvalekaldeid. Sedalaadi masinaid tuntakse kui nelja-astmelisi õgvendusmasinaid. Siiski, niisugused valtsid kalduvad õrnemaid materjale kraapima ning nii tuleb sageli kasutusele võtta töövaltside ja tugirullide vahele paigaldatud keskmisi ehk vastasrullikuid, mis tõstavad õgvendusmasina kuueastmeliseks. Õgvendusmasinate konstrueerimisel loodud süsteemid võivad endis kätkeda võimalust valtside komplekti kiirvahetuseks. Nendel saab töövaltse kiiresti vahetada, valides vastavalt töödeldavale lehtmetallile vajaliku arvu ja nõutava läbimõõduga valtse. Valtsirullide läbimõõt, rullide arv, vajalik rakendusjõud, parandamist vajavad rulli lohud ja materjali kumerused tuleb kõik lehtmetalli õgvendamise alustamisel arvesse võtta. Sel viisil on võimalik saavutada märkimisväärselt suurem töödeldava lehtmetalli paksusmõõtude arv. Õgvendusmasinaid varustatakse samuti ka arvuti abil juhtimise seadmetega. Niisugused seadmed võimaldavad masina seadistusi graafiliselt kuvarile tuua. Rida tüüpilisi lehtmetallil esinevaid vigu on salvestatud (neist tavaliselt 20 on standardsed ja 20 võimalik kasutajal sisestada) ning kuvatakse ekraanile. Kui operaator avastab masina tööd jälgides lehtmetallil ühe neist vigadest, vajutab ta arvuti klahvile ning õgvendusmasin parandab vea automaatselt. Artikkel on tõlgitud ajakirjast: "Metal Forming" / Juuli 2000 5