DK :691.7 Preoblikovanje kovin z velikimi hitrostmi FRANC GOLOGRANC Med razvojem tehnike preoblikovanja je človek nenehno izpopolnjeval izdelov

Transkripcija

1 DK :691.7 Preoblikovanje kovin z velikimi hitrostmi FRANC GOLOGRANC Med razvojem tehnike preoblikovanja je človek nenehno izpopolnjeval izdelovalna sredstva in povečeval njihove dim enzije, moč in energijo. V endar je bila naposled dosežena k ritič n a m eja, nad k atero iz teh ničnih in gospodarskih razlogov ni kazalo več povečevati om enjenih param etrov. Tako so norm alne hitrosti, kakršne dosega orodje pri udarcu n a nakovalo pri klasičnih padalnih kladivih m/s, pri kladivih z dodatno pospešenim ovnom m/s, m edtem ko se giblje orodje p ri delovnem gibu n a običajnih prešah s hitrostjo, ki znaša kom aj 0, ,25 m/s. D esetletja smo im eli te vrednosti za nekako zgornjo praktično m ejo tehničnih zm ogljivosti preoblikovalnih strojev in postopkov. Vse kaže, da smo ta čas n a pom em bni prelom nici v razvoju preoblikovalne tehnike. Za izreden napredek, ki ga zaznam ujem o v zadnjih letih, p a p rih ajajo 1pobude zlasti iz drugih vej tehnike. Zlasti n a področju tehnologije kovin sta znanost in p rak sa m nogo p ripomogli k širši ind u strijsk i uporabi teh n ik e preoblikov an ja in njenih postopkov. Skokovit vzpon letalstva te r jedrske in raketne tehnike so omogočila predvsem n ekatera nova gradiva z veliko toplotno in m ehansko trdnostjo (posebne vrste jekel te r titan, berilij, niob, cirkonij idr.). K er je ta gradiva s klasičnim i tehnološkim i postopki zelo težko obdelovati ali p a sploh ne, je bila njihova obdelava do nedavna zelo problem atična. Vzporedno z m ateriali je bilo torej treb a razvijati tudi povsem novo tehnologijo in nova izdelovalna sredstva, ki so pravzaprav šele odprla m ožnosti za oblikovanje delov iz takih gradiv in u stv arila možnosti za njihovo gospodarno izdelavo. V Združenih državah A m erike, Sovjetski zvezi in nekaterih evropskih deželah že nekaj le t razvijajo in preskušajo vrsto novih preoblikovalnih postopkov, ki potekajo pri skrajno velikih hitrostih in visokih tlakih. Ti postopki se razlik u jejo od klasičnih načinov p reoblikovanja predvsem po tem, d a poteka prenos en ergije n a obdelovance k a r za več velikostnih redov h i treje, da teče potem takem proces plastične deform acije z izredno naglico. V elika koncentracija energije v zelo kratkem času (nekaj m ikrosekund) im a za posledico veliko moč, ki jo lahko oddajajo tovrstne naprave. Č eprav se om enjeni postopki po izvoru ozirom a načinu prenosa energije močno razlikujejo, jih glede na zgoraj om enjeno značilnost lahko zajam em o s skupnim im enom : oblikovanje z velikim i hitrostm i (high energy ra te forming). Sem spadajo predvsem eksplozijsko oblikovanje, oblikovanje z električno energijo ter oblikovanje z visokotlačnim i kladivi. V n asp ro tju s k la sičnim i postopki preoblikovanja n a m ehaničnih ali hidravličnih prešah ozirom a n a p arn ih ali zračnih k la divih dobivam o p ri teh postopkih ozirom a n ap ravah potrebno preoblikovalno energijo z detonacijo ra z stre liv, s tren u tn o ekspanzijo m očno kom prim iranih p linov, s k ratk o tra jn im razelektrenjem ali z elek tro m agnetnim i im pulzi. P rid o b ljen a energija deluje n a obdelovance neposredno ali p a posredno rab i za pogon (prem ikanje) ustreznih orodij. V tabeli I so podane n ek atere glavne k ara k teristik e postopkov preoblikovan ja z velikim i hitrostm i, za p rim erjavo p a so dodani tudi podatki za klasični način preoblikovanja n a stro j nih kladivih. P ri vsakem preoblikovalnem postopku je za sp rem em bo oblike obdelovanca potrebno določeno deform acijsko delo, ki ga m orajo opraviti z u n a n je sile. N a loga preoblikovalnega stro ja je, d a z u strezn o oblikovanim orodjem deluje n a obdelovance z določeno silo in jim m ed delovnim procesom oddaja potrebno en e r gijo. Razpoložljivo kinetično energijo gibajočih se m as preoblikovalnega stro ja (orodja) lah k o izrazim o z enačbo k je r je m m asa orodja ozirom a padajočih delov stro ja in v hitrost orodja v tren u tk u dotika z obdelovancem. Če prim erjam o obe veličini, to je m aso in hitrost, ki sta zastopani v zgornji energijski enačbi ozirom a nju n delež pri celotni kinetični energiji, ki se sprošča p ri posam eznih načinih preoblikovanja, dobim o npr. za energijo Ek = 1000 kpm vrednosti, p rik azan e v tab eli II. Iz tabele vidim o, d a je pri oblikovanju z velikim i hitrostm i vpliv drugega člena zelo velik, ne sam o zato, k er se pojavlja h itro st v enačbi z drugo potenco, tem več tudi zaradi tega, k er poteka tu proces preoblikovanja neprim erno hitreje. M edtem ko lahko povečujem o p reoblikovalno energijo pri običajnih postopkih plastičnega preoblikovanja v glavnem le lin earn o s povečanjem m ase gibajočih se delov stroja, je z visokim i tlak i in velikim i hitrostm i, kak ršn e so n a voljo p ri om enjenih novih m etodah, mogoče doseči tudi znatno večje en e r gijske vrednosti. Č eprav se izkorišča za preoblikovanje sam o del sproščene energije, je p rid o b ljen o d efo rm a cijsko delo zn atn o večje, h k ra ti p a tu d i cenejše. Tabela I. K arakteristike preoblikovanja z ve lik im i hitrostm i Način preoblikovanja (vrsta stroja) T rajanje procesa s Moč kpm /s H itrost preoblikovanja m/s Specifični pritiski kp/m m 2 padalno k l a d i v o... К Г2 10e > 100 visokotlačno k l a d i v o... 1(TS elektrohidravlično p r e o b lik o v a n je... К Г elektrom agnetno p re o b lik o v a n je... КГ eksplozijsko p reo b lik o v a n je... a) tekoč prenosni m e d i j... К Г b) plinast prenosni m e d i j... K) > > 600

2 N ačin preoblikovanja (Ељ = 1000 kpm) Tabela II. m delež m ase kp P2 delež hitrosti m 2/s2 Razm erje v 2_ m s p ad aln im kladivom ,65 z visokotlačnim k ladivom 1, ,3.10' z elek tričn o energijo 0, * l,8.10e z razstrelivi: a) tekoč prenosni m edij 0, * 1,8.10 b) p lin ast prenosni m edij 0,0022 9, ' V pliv hitrosti delovanja zunanjih sil je pri p lastičnem preoblikovanju nasploh še zelo m alo raziskan. To velja zlasti za aperiodične procese preoblikovanja (npr. globoko vlečenje, utopno kovanje idr.), p ri katerih se h itro st m ed deform acijo sprem inja. P ri preoblikov an ju z velikim i hitrostm i so razm ere še m nogo bolj zam otane. Zato je verjetno, d a je tudi m ehanizem plastične deform acije v tak ih pogojih drugačen kakor p ri k lasičnih p reoblikovalnih postopkih. P reskusi so pokazali, d a im ajo celo n ekatere kovine, ki jih je sicer kom aj mogoče obdelovati, p ri tako velikih hitrostih izred n o dobre p lastičn e lastnosti. V n ad aljn jem naj bodo v obravnavi sam o tisti postopki, p ri k aterih povzročajo plastično deform acijo hipne obrem enitve obdelovancev z visokim i tlaki, ne da bi n an je delovalo posebno orodje. To so zlasti eksplozijsko oblikovanje te r postopki neposrednega oblikovanja z električno energijo. H itrost obrem enitve, to je časovna sprem em ba napetostnega stanja, im a pri teh postopkih velikostni red hitrosti zvoka. Te hitrosti seveda ne sm em o zam enjavati s hitrostjo, s k akršno se giblje p ri preoblikovanju orodje ozirom a s kakršno se p rem ik a obdelovanec relativ n o n asproti orodju. H ipno sprem em bo tlak a in gostote, ki se širi skozi m edij z nadzvočno hitrostjo, im enujem o u d arn i val (shock wave). U d arn i valovi, ki lahko n astajajo v p linastih, tekočih in trd n ih snoveh, so v splošnem elastični valovi z velikim i am plitudam i tlaka, gostote in tem pera tu re [1], V čelu udarnega vala, ki ga shem atično prikazuje slika 1, tlak hipom a n araste do največje vred nosti, za n jim p a polagom a zopet upada. Če zadene tak u d arn i val, ki n astaja npr. p ri detonaciji razstreliva, trd n o snov, npr. kovino, se po njej širi, pri tem pa zaradi izgube en erg ije p ri prehodu skozi m edij polagom a slabi, slika 2. V tekočinah in trd n ih snoveh im a čelo u d arn eg a v ala določeno končno širino, tako im enovano kom presijsko cono, ki je odvisna od viskoznosti, stisljivosti, toplotne prevodnosti in faznih pretvorb snovi. H itrost, s k akršno se udarni val razširja po trdnem m ediju, je odvisna od lastnosti m ateriala in oblike predm eta. Podobno kakor pri zvočnem valovanju se raz širjajo u d arn i valovi v trd n ih telesih longitudinalno in transverzalno. H itrosti ra z širjan ja in nekatere druge lastnosti u d arn ih valov so dandanes znane in jih je mogoče povzeti iz literatu re [2]. Značilno za udarne valove je, da se n a m ejah trd n ih snovi odbijajo. K er se tlačni valovi v račajo k o t natezni, lah k o povzročajo velike lokalne preobrem enitve in celo porušitev m ateriala. Č eprav so zelo k ratk o tra jn i, im ajo torej veliko preoblikovalno in ru šiln o moč. Z aradi hipne vsestranske obrem enitve se m aterial pod vplivom visokega tla k a stisne. To hidrostatično sta n je p a z odm ikanjem valovnega čela preneha. V elike napetosti, ki delujejo za tem n a obdelovanec, povzročajo plastično deform acijo m ateriala, ki nastaja zaradi tran slacije v drsnih rav n in ah k ristaln ih zrn, m ehaničnega dvojenja te r n astanka in gibanja dislokacij. K er se ne glede n a vrsto m ehanizm a deform acije porablja energija, je u d arn o valovanje dušeno. Z aradi tega z oddaljenostjo od ce n tra v alo v an ja drsenje in gibanje dislokacij pojem ata. P lastične deform acije so vedno m anjše in p reh ajajo n azad n je v elastične. N ekateri dosedanji preskusi pri eksplozijskem oblikovanju kažejo, d a n astajajo v kovinah pod vplivom m očnih dinam ičnih obrem enitev in velikih hitrosti dodatne stru k tu rn e sprem em be, ki so posledica m ehaničnega dvojenja,, anom alnih translacij, faznih p retvorb, n astajan ja praznin in intersticijskih atom ov [3]. Te stru k tu rn e sprem em be lahko vplivajo n a posam ezne lastnosti m ateriala (trdoto, m ejo plastičnosti, žilavost, staranje), tudi če m aterial ni imel bistvenih plastičnih deform acij. Ni še dognano, ali so za to odgovorni p rim arni tlačni ali odbojni natezni valovi. S tru k tu ra u d arnega valovanja je nam reč zelo zapletena. Ugotovljeno je, da se dislokacije nasploh ne m orejo gibati tako hitro kakor čelo udarnega vala. Zato se koncentracija praznih m režnih m est in intersticijskih atom ov poveča, to pa lahko v znatni m eri sprem inja lastnosti m ateriala. Ta čas tečejo številne raziskave, ki naj bi podrobneje pojasnile m ehanizem plastične deform acije in strukturne sprem em be pri teh ekstrem nih razm erah. Eksplozijsko oblikovanje P ri oblikovanju z eksplozivi se za plastično deform acijo m ateriala izkorišča energija, ki se sprošča pri detonaciji razstreliva. Ta energija se prenaša n a okolico, to je na m edij, ki ga obdaja, v obliki k ratkotrajnih tlačnih im pulzov. K akor vemo, je eksplozija eksoter- S l.l. Shem atični prika z udarnega vala X sm er širjenja, a valovno čelo Sl. 2. Shem a širjenja udarnega vala in pojem anja am plitude s časom in oddaljenostjo od izvora

3 0 0,5 1,0 m 1,5 ra zd a lja Sl. 3. Sovisnost m ed m aksim alnim tlakom, k i deluje na površino obdelovanca, in oddaljenostjo eksplozivnega naboja m ična kem ična reakcija, pri k ateri se razstrelivo v zelo kratkem času p retv arja v plin in se pri tem razvije mnogo toplote. Posledica tega je, da n astajajo v detonacijski coni zelo visoke tem p eratu re (več tisoč stopinj) in zelo visoki tlaki, ki se razširjajo n a vse strani. Za preoblikovanje kovin rab ijo zdaj raznovrstna razstreliva (smodnik, pokalni plin, TNT, T etryl, RDX, PETN, dinam it), ki se razlik u jejo n e sam o po fizikalnih in kem ičnih lastnostih, tem več tudi po obliki in načinu uporabe. Po detonacijskem učinku jih lahko delim o v dve skupini: v d eflag ran tn a in b riza n tn a razstreliva. R azlika m ed njim i je predvsem v h itro sti zgorevanja in pri tem nastajajočih tlakih. D eflagrantna razstreliva zgorevajo s hitrostjo od m/s, pri čem er se razvijajo tlaki od kp/cm 2. P ri b rizantnih razstrelivih p a poteka proces eksplozije mnogo h itreje in dosega m /s p ri tlak ih do kp/cm 2. D etonacija je torej skrajno h ite r in silovit potek zgorevalnega procesa. Energija, ki se sprošča p ri detonaciji, je odvisna od popolnosti pretvorbe v detonacijski fronti. Zelo pom em ben je prenos energije ozirom a tlačnega im pulza na obdelovanec, ki povzroča sprem em be napetostnega stanja v m aterialu. B rizantna razstreliva povzročajo močne tren u tn e tlačn e obrem enitve, m edtem ko delujejo deflagrantna razstreliva potiskajoče, to je izvajajo n a obdelovance slabše, a dalj trajajo če impulze. Potreb en tlak je mogoče doseči p ri deflag ran tn ih razstrelivih sam o v zap rtih orodjih, m edtem ko so p ri b rizantnih razstrelivih o rodja odprta. Glede n a lego eksploziva nasproti obdelovancu razlikujem o: a) neposredno preoblikovanje, pri k aterem je razstrelivo položeno ali prilepljeno n a površino obdelovanca in b) posredno preoblikovanje, pri katerem eksplodira razstrelivo v določeni razdalji od obdelovanca in se energija, ki se sprošča p ri detonaciji, p ren aša n a p red m et posredno po trdnem, tekočem ali plinastem m ediju. K er je učinek detonacije pri kontaktnem postopku prem očan in se m aterial lahko poruši, se za p reo b lik o vanje uporablja predvsem indirektni postopek. K ot prenosni m edij rabi največkrat voda, za njo p a zrak, pri katerem p a je izkoristek prenosa energije precej m anjši. K ljub tem u je tudi pri posrednem prenosu energije mogoče dosegati specifične pritiske od kp/cm 2, ki v večini prim erov zadostujejo za plastično deform acijo m ateriala. V elikost specifičnega pritiska, ki deluje n a obdelovanec, je odvisna od v rste in količine razstreliva, od oblike naboja in njegove oddaljenosti od predm eta, od v rste sredstva za prenos energije te r od nek aterih okoliščin, ki lahko vplivajo n a u d arn i učinek, npr. odboj tlačn ih im pulzov. N a smki 3 je p rik azan d iag ram odvisnosti m aksim alnega specifičnega pritiska, ki deluje n a površino obdelovanca, od razd alje eksploziva za dve najv ažn ejši prenosni sredstvi vodo in zrak. P ri izbiri vrste razstreliv a in določanju potrebne količine je treb a upoštevati, d a so dopustne specifične obrem enitve obdelovancev te r k ritična preoblikovalna h itro st veliko m an jše od tistih, k i se d ajo sicer dosegati pri eksplozijskem oblikovanju. Če so te k ritične vrednosti prekoračene, se m a teria l poruši. N ajbolj p rep ro sto n ap rav o za eksplozijsko oblikov anje po indirektnem postopku (z zrakom kot p renosnim m edijem ) prik azu je slika 4. Tu je potreben sam o spodnji del orodja tj. m atrica. N ad ravnim prirezom je v p rim ern i razd alji obešeno razstrelivo1, ki p ri detonaciji pritisn e pločevino v m atrico in jo v delcu sekunde sprem eni v votlo obliko. P orazdelitev tlačnega im pulza po ploskvi je tu neenakom erna, zato je izkoristek slab in ne presega 5 odstotkov. K ontaktna m etoda oblikovanja, p ri k ateri se razstrelivo dotika surovca, je shem atično1 p rik az an a na raz str e liro Izdelek Sl. 4. Naprava za posredno preoblikovanje pločevine z eksplozivom Sl. 5. K o n ta ktn i način preoblikovanja z eksplozivom obdelovanec matrica Sl. 6. E ksplozijsko preoblikovanje v odprtem orodju z reflekto rjem

4 Sl. 7. Preoblikovanje v zaprtem orodju z deflagrantnim razstrelivom velikost in zahtevana natančnost itd. Za m ajhne serije so p rim erna m ehkejša jekla, epoksidne smole, trd les p a tudi beton, m edtem ko so pri večji količini izdelkov oblikovalna orodja izdelana iz je k la ali sive litine. P ri tekočih prenosnih sredstvih m ora biti m atrica dobro zatesnjena, da tekočina ne bi mogla v prostor m ed surovcem in gravuro m atrice. Če je potrebno zarad i oblike gravure, m ora biti ta prostor tudi evakuiran. Razen za vtiskavanje, robljenje, globoko vlečenje in razširjan je se uporablja eksplozijsko preoblikovanje tu d i za oblikovalno štancanje, slika 11. H krati s presliki 5. V rab i je ponajveč za poprejšnje oblikovanje večjih kosov pločevine ali za enostavnejše oblike. Slika 6 kaže postopek oblikovanja z brizantnim eksplozivom, ki je nam eščen pod posebno napravo tako im enovanim reflektorjem. N aloga tega reflek to rja je, d a koncentrira ozirom a u sm erja tlačne im pulze na površino pločevine in ojačuje njihov učinek. S tem se veča izkoristek. O blika reflek to rja je odvisna od končne oblike izdelka. M atrica im a v dnu cevko za izsesavanje zraka, d a bi pločevina laže izpolnila formo. Značilno napravo za oblikovanje z deflagrantnim razstrelivom prik azu je slika 7. V zaprtem, dvodelnem oblikovalnem orodju, ki je lahko vgrajeno v norm alni preši, se p ren aša detonacijski tla k eksplozijskega n a boja n a pločevino. Za preoblikovanje v tak ih zaprtih orodjih obstajajo posebne p atro n e z brezdim nim sm odnikom, ki d ajejo določen p ritisk v odvisnosti od prosto rn in e gravure. Sliki 8 in 9 p rik azujeta dve orodji za razširjan je cevastih obdelovancev, p ri katerih se prenaša tlak z zrakom ali plinom, s tekočino ali g um ijastim batom. V n asp ro tju z zrakom je izkoristek pri prenosu tlačne energije skozi tekoč m edij boljši. Voda je poceni in nestisljiva, v aru je pločevino pred toplotnim i vplivi in im a še to lastnost, d a p ren aša tla k n a vse strani enakom erno. N adalje duši voda zvočne efekte in zelo slabi pok, ki n a sta ja p ri eksploziji. N ačelo podvodnega oblikovanja z eksplozivom je shem atično prikazano n a sliki 10. O blikovalna naprava, ki jo sestav ljajo m atrica, pločevina in držalo za pločevino te r eksplozijski naboj, je potopljena v posodi z vodo. G ravura m atrice je evakuirana, d a n e bi zračn a blazina o v irala deform acije pločevine. K o n stru k tiv n a izvedba orodij za eksplozijsko oblikovanje se bistveno ne razlikuje od orodij pri klasičnih postopkih oblikovanja. N ajvečkrat so celo enostavnejša in je p o trebna sam o m atrica. P ri globokem vlečenju tanke pločevine je potrebno še držalo, ki p ritisk a na pločevino nekoliko' bolj k ak o r p ri običajnem vlečenju. N a izbiro m a teria la za orodje vp liv ajo razn i fak torji, npr. gospodarnost, število obdelovancev, njihova Sl. 9. R azširjanje cevastih surovcev Sl. 10. Načelo podvodnega preoblikovanja z eksplozivom izdelek Sl. 11. O blikovalno štancanje z eksplozivom

5 oblikovalno operacijo se lahko m aterial v ustreznih orodjih tu d i odrezuje. Z večkratnim i orodji p a je mogoče izdelati h k rati tu d i več enakih izdelkov. Preoblikovanje z eksplozivi im a tele prednosti: m ajhne investicijske stroške in cenena orodja ozirom a pripom očke, p rih ra n ju je preoblikovalne operacije, omogoča veliko oblikovno n atančnost te r izdelavo kom pliciranih oblik, omogoča obdelavo toplotno obstojnih in krhkih m aterialov, ki jih doslej ni bilo mogoče plastično oblikovati. P om anjkljivost postopka je predvsem ta, d a je gospodaren samo pri m ajhnih količinah izdelkov, dalje da je potek preoblikovalne operacije težko določiti naprej zaradi velikih preoblikovalnih hitrosti in veljajo za skladiščenje razstreliv te r rav n an je z njim i strogi varnostni predpisi, slednjič p a je zlasti u p o rab a b rizantnih razstreliv dovoljena sam o n a odprtih in p rim erno zaščitenih prostorih. Oblikovanje z električno energijo P ri direktnem plastičnem preoblikovanju z električno energijo razlikujem o načelno dva postopka: a) hidroelektrični ali elektrohidravlični postopek in b) postopek oblikovanja z elektrom agnetnim i im pulzi. H idroelektrično preoblikovanje Razen z eksplozivi se dajo močni tlačni im pulzi povzročati tudi s podvodnim razelek tren jem kondenzatorja, in sicer s prebojem ali k ratkim stikom m ed dvem a elektrodam a. Ti postopki se dajo laže krm iliti kakor eksplozijski, razen tega p a niso zanje potrebni tako obsežni varnostni ukrepi. Podobno* kakor pri eksplozijskem oblikovanju prenaša tudi tukaj energijo tlačnih im pulzov n a obdelovance tekoč ali plinast m edij (voda, zrak). P ri postopku, ki je znan z im enom HYDROSPARK, n astaja p ri razelek tren ju m ed dvem a v vodi potopljenim a elektrodam a m očan oblok, zaradi k aterega se voda v prostoru m ed elektrodam a upari, slika 12. V elika hitrost u p arja n ja in vztrajn o st vode zadržujeta povečanje volum na in povzročata hipen porast tlaka, ki se širi kot udarni val kroglasto n a vse strani s hitrostjo us. K er se tlak poveča le za zelo k ra te k čas, se delci vode, ki so dobili zaradi pospeška h itro st Uj, za valovnim čelom zopet um irijo. Sl. 12. Preoblikovanje s podvodnim razelektrenjem (H YD RO SPARK) Sl. 13. P reoblikovanje cevastih surovcev po postopku H Y D R O SP A R K z žico T f ~ elektroda 1 ггак elektroda Sl. 14. Preoblikovanje ravnih surovcev po postopku H Y D R O SP A R K z žico K o zadene udarni val površino* obdelovanca (npr. pločevine), m u podeli im pulz m aksim alno silo I = g0 u s um. At. A, F i q0 u s u m A te r m aksim alni pospešek 6o us «z a j = Q j.s k je r je Qj gostota preoblikovanega m ateriala, p0 gostota prenosnega m ed ija (vode), A površina, n a katero deluje u d arn i val, s debelina pločevine, um sred n ja h itro st delcev prenosnega m edija, ki jo odm erim o iz hitrostnega diagram a, At tra ja n je udarnega vala. Z veliko silo u dari pločevina naslednji hip n a stene ustrezne odprtine v orodju te r povzam e obliko m atrice. K er tra ja proces razelektren ja sam o nekaj m ikrosekund, dosega jakost toka v k an alu razele k tren ja več deset tisoč am perov. Tako* se hipom a sprosti v elik a količina energije, n jen učinek p a je n a videz zelo podoben učinku detonacije razstreliva. T ako v elik e en e r gije seveda ni mogoče odvzem ati d irek tn o iz om režja, am p ak jo je tre b a dalj časa zb irati v posebnem h ra nilniku, ki jo za tem v zelo k ratk e m času lahko odda.

6 kovalni stroj MEGASHOCK tvrdke BBC z energijo 1, kws in m aksim alno močjo 5 kw. N ekatere ne ravno tipične oblike, izdelane po hidroelektričnem postopku, prikazujejo slike 16, 17 in 18, m edtem ko je s slike 19 razvidna tudi oblika žice, s kakršno se u sm erja tlačn a energija n a m esto n ajv ečje deform acije. E lektrohidravlični postopek preoblikovanja je mogoče uporabljati za luknjanje, vlečenje, razširjanje, oblikovalno štancanje, za preoblikovanje cevi ipd., pa tudi za spajanje, predvsem pri izdelkih z m anjšim i dim enzijam i. Sl. 15. Polavtom at za hidroelektrično preoblikovanje M EG ASH O CK (BBC B row n-b overi & Cie, AG. M annheim ) Sl. 17. Po hidroelektričnem postopku izdelam oblikovanci (BBC) Sl. 16. Po hidroelektričnem postopku izdelani oblikovanci (BBC) H ranilnik sestavljajo električni kondenzatorji, ki se glede n a želeno energijo (C U2/2) n abijajo na ustrezno končno napetost U kv. R azdaljo m ed elektrodam a lahko prem oščujem o tu d i s tanko žico, ki se p ri razelektrenju stali in izpari te r s tem še poveča učinek tre n u tn e sprem em be volum na. Razen tega vpliva oblika žice n a nastanek in širjenje udarnega im pulza, tako da je mogoče z ustrezno obliko žice (vozlom, zanko, obročem ipd.) koncentrirati tlačno energijo n a določeno m esto n a obdelovanem Slika 13 prik azu je načelno konstrukcijsko izvedbo takega orodja za preoblikovanje surovcev v obliki cevi, slika 14 pa orodje za preoblikovanje ravne pločevine v votlo telo. P rostor m ed surovcem in gravuro m atrice m ora biti zatesnjen in evakuiran, da se lahko pločevina dobro prileg a n a steno m atrice. Z račni k an al je p riključen n a vakuum sko črpalko. P red n o st tega postopka je, da je mogoče energijo, ki se sprošča pri razelek tren ju, tu d i regulirati. N apajanje kondenzatorjev tra ja pri napetosti več tisoč voltov sam o okrog 15 sekund ali še m anj, tako da je postopek p rim eren tu d i za serijsko izdelavo. M e hanični del naprave sestoji sam o iz posode za vodo in ustreznih oblikovnih orodij, p ri preoblikovanju ravne pločevine p a je potrebna še vakuum ska črpalka. Slika 15 p o n azarja najnovejši polavtom atični preobli Sl. 18. Po hidroelektričnem postopku izdelani oblikovanci (BBC) Sl. 19. Pepelnik, izdelan po hidroelektričnem postopku (BBC)

7 P reoblikovanje z elektrom agnetnim i im p u lzi D rugače k ak o r po prej opisanih postopkih p reoblikovanja z u darnim i valovi, ki n astajajo p ri detonaciji ali podvodnem razelektrenju, dobivamo* pni elektrom agnetnem preoblikovanju potrebno deform acijsko silo v obdelovancu sam em z m očnim i m agnetnim i polji. Ce v zelo kratkem času izpraznim o n ab it kondenzator prek tuljave, ki je induktivno sklopljena z obdelovancem, lahko inducirano m agnetno polje izzove močan impulz, ki deluje n a obdelovanec. K er izolatorji m agnetnem u toku ne dajejo posebnega odpora, se m agnetni im pulz prenaša n a predm et tudi, če ga obdaja neprevodna snov. M aterial se plastično deform ira in oblikuje brez neposrednega oblikovalnega orodja, to je brez dotika z zunanjim i pripom očki. Pogoj pa je, da im ajo obdelovanci dobro električno prevodnost. Tok, ki steče pri razelektrenju kondenzatorja skozi tuljavo, v k atero sm o postavili votel surovec iz p revodnega m ateriala, izzove hipno in močno m agnetno polje, ki inducira v njem m očan tokovni sunek. S tem se u stv arja v obdelovancu nasprotno m agnetno polje in tem u ustrezna m ehanična sila, ki deluje radialno navznoter, slika 20. Če je ta sila dovolj velika, tako da dosegajo napetosti v obodu cevi m ejo plastičnosti m ateriala, se cev trajn o deform ira, to je stisne. Ce vtaknem o poprej v cev še poseben tm, povzam e surovec zunanjo obliko trna. Če hočemo cev n a določenem m estu razširiti, uporabljam o ekspanzijsko tuljavo, m edtem ko lahko s ploščato tuljavo stiskam o rondele ali p latin e v u strezn e g ravure oblikovalnega orodja. M agnetni im pulzi, ki tra ja jo sam o us, lahko povzročajo pri ustrezni jakosti m agnetnega polja (več sto kilogaussov, tj. več deset tesel [T]) tlake do* 3500 kp/cm 2 in več. Sl. 22. N aprava za elektrom agnetno preoblikovanje M AG N EFO RM M-1P- (General A to m ic Europe) Sl. 20. O snovni električni krog pri m agnetnem preoblikovanju Sl. 23. Naprava za elektrom agnetno preoblikovanje M AG N EFO RM M -l v obdelovalni progi Sl. 21. Tuljava z vložkom za koncentracijo sile m agnetnega polja P ritisk, ki ga povzročajo m agnetne silnice, je tem večji, čim večja je indukcija in čim m anjši je volum en obroča, ki ga izpolnjujejo m agnetne silnice, čim m anjša sta torej n otranji prem er tu ljav e te r zrak m ed tu ljav o in obdelovancem. Z enostavno oblikovanim i kovinskim i vložki p a je mogoče m agnetni p ritisk v posam eznih

8 m etod preoblikovanja in zdaj vpeljanih preoblikovalnih strojev, res pa je, da jih bodo nadom estili, k je r koli bodo spoznali to za potrebno in gospodarsko, utem eljeno. Domena eksplozijskih postopkov oblikovanja bo bržkone ostala v posam ični izdelavi in pri velikih izdelkih. Moč in en erg ija p ri teh postopkih po velikosti Sl. 24. P rim erek za uporabo elektrom agnetnega preoblikovanja za spajanje d veh delov pred elih obdelovanca tu d i povečati ali zm anjšati ozirom a ga u sm erjati na tista m esta, ki naj se plastično deform irajo. Slika 21 prik azu je tuljavo z vložkom, ki koncen trira pritisk m agnetnega polja n a dveh m estih obročasto okrog v aljasteg a obdelovanca. T uljave so izpostavljene velikim dinam ičnim obrem enitvam in m orajo b iti p rim ern o izoblikovane. N ajvažnejši sestavni deli n ap ra v e za elektrom agnetno oblikovanje so kondenzatorji za zb iran je električne energije, stikalne n ap rav e te r tuljave. Da bi n ap rav a zm ogla potreben p ritisk za preoblikovanje, m ora biti energija kondenzatorjev zelo velika. Za to so potrebne velike napetosti (10 kv), tok p ri praznjenju p a dosega več tisoč am perov. Slika 22 kaže napravo MAGNEFORM tv rd k e General A tom ic E urope z energijo 12 kj, ki zm ore 8 do 10 praznitev. v m inuti. V razvoju so še večje, močnejše in h itrejše naprave, ki bodo p rim erne tudi za m nožinsko izdelavo. P rim erek m anjšega stro ja z energijo 6 kj, vključenega v izdelovalno progo, je prikazan na sliki 23. Po postopku MAGNEFORM je mogoče pločevino stiskati, upogibati, robiti, obrezovati, štancati itd., dalje razširjati, zoževati in stiskati cevi; m ožno pa je tudi sp a jati posam ezne dele. Posnetek n a sliki 24 p red stavlja prim erek iz am e riške avtom obilske industrije. Tanek bakren obroč (v ospredju slike) se stisne preko zaščitnega pokrova iz sintetičnega kavčuka, M v aru je kroglasti zglob pred zunanjim i vplivi (vodo, prahom itd.). S pajanje dveh ali več delov z elektrom agnetnim preoblikovanjem lahko dostikrat p rih ra n ja veliko zahtevnejše in dražje tehnološke postopke kak o r so lotanje, v arjenje, ro b ljenje ipd. N a sliki 25 sta poleg obdelovancev p rik azan a tudi tu lja v a te r vložek za oblikovanje m agnetnega polja. K a kor je vidno n a sliki 26, se je jek len a cev z 1,8 mm debelo steno, ki je b ila n a koncu elektrom agnetno spoje n a z jekleno stročnico, pri torzijskem trdnostnem preskusu zvila, m edtem ko je spoj m ed njim a ostal nepoškodovan. Sklep Ce ob koncu n a k ratk o povzam em o poglavitne značilnosti postopkov preo b lik o v an ja z velikim i h i trostm i, ugotovim o, da im ajo ti postopki v prim erjavi z dosedanjo tehnologijo m nogotere prednosti, vendar im a vsak izm ed n jih lastno u porabno območje. R azum ljivo je, d a n e m orejo n a m ah izpodriniti klasičnih Sl. 25. Prim er uporabe kakor na sl. 24 s tuljavo (desno) in koncentratov jem (spodaj) Sl. 26. Elektrom agnetno oblikovan spoj jeklenega nastavka s cevjo (M AGNEFORM)

9 p raktično n ista om ejeni, tako da je mogoče preoblikovati tudi dele z največjimd dim enzijam i. O ba električna postopka preoblikovanja je n a sprotno mogoče o p rav ljati v zap rtih prostorih. R egulacija ozirom a doziranje potrebne energije sta zelo n a tančna, tako da je reproduktivnost posam eznih operacij dobra. To ju usposablja predvsem za m nožinsko izdelavo. E lektrom agnetni postopek deluje vrhu tega brez posebnega prenosnega sredstva (vode) in je zato za m nožinsko izdelavo še posebno prim eren. N jegov izkoristek je odvisen od električne prevodnosti, gostote in trdnosti m ateriala, ki ga preoblikujem o. P o treb n e pogoje zelo dobro izpolnjujejo alum inij in njegove zlitine; p a tudi baker, med, nelegirana jekla in nekatere druge zlitine se dajo dobro preoblikovati. K er je p ri hidroelektričnem postopku za prenos energije potreben poseben m edij, so stranski časi pri preoblikovanju nekoliko daljši, zato p a ni zadržkov pri izbiri m ateriala. Čeprav je že uspelo s tem i postopki uspešno rešiti mnoge izdelovalne problem e, p a so seveda še odprta številna vprašanja, ki so jih navrgle velike hitrosti, moči in tlakii te r izredno k ratk i časi, v katerih poteka proces plastične deform acije. Ta vprašan ja je mogoče reševati le kom pleksno, za k a r je potreben velik štab fizikov, m ehanikov, m atem atikov, kem ikov, m etalu r gov, elektrotehnikov in strojnikov. Vzlic tem u pa lahko govorim o o m ajh n i revoluciji n a področju preoblikovalne tehnike, ki je ne m ore in ne sm e prezreti noben konstruktor, še m anj p a tehnolog, če želi iti v korak z razvojem. L iteratura [1] R. M. C avanaugh: E xplosionsbearbeitung von M etallen. Tech. M itt. 1960/10, str. 427/434. [2] K. H. S chram m : D aten zu r S challgeschw indigkeit in reinen M etallen. Z. f. M etallkunde 1962/11, str. 729/735. [3] C. A. V erb raak: M aterialv erh alten bei H ochgeschw indigkeitsum form ung. Z. f. M etallkunde 1964/12, S. 723/732. [4] Zukas-D uvall-fow ler: Response of m etals to high velocity deform ation. N ew York, [5] G. E. D uvall: Shock w aves in solids. In te r n ational Science and Technology, [6] W. Johnson: H igh-rate form ing of m etals. M etal T reatm en t an d D rop Forging 1963/7, 8, 9, str. 277/286, 305/314, 349/356. [7] W. Ecker F. M üller A xt: H ochgeschw indigkeitsbearbeitung I. W erkstatt und B etrieb 1963/3, str. 163/176. [8] G. W eim ar: H ochgeschw indigkeitsbearbeitung II. u. III. W erkstatt u n d B etrieb 1963/5, 12, str. 297/305, 893/900. P osnetki in inform acije: BBC-Brown-Boveri & Cie, A. G. M annheim. G eneral Atom ic Europe (G eneral D ynam ics Corp.), Zürich. A v to rje v n aslo v : doc. in g. F ra n c G o logranc, fa k u lte ta za stro jn ištv o u n iv e rz e v L ju b lja n i I Z PRAKSE ZA PRAKSO DK PREGLED OSNOVNIH ZNAČILNOSTI PRI SKUPIN SKI OBDELAVI, NJENEGA RAZVOJA IN LITERATURE* Članek pojasnjuje osnovne značilnosti pri sku pinski obdelavi in obravnava njene prednosti kakor tudi obdelovalne stroje za njene potrebe. V nadaljnjem podaja pregled o razvoju skupinske obdelave v vzhodnoevropskih državah, našteva zadevna posvetovanja in kongrese ter navaja literaturo o skupinski obdelavi, razčlenjeno po vsebini. Nadalje prikazuje uveljavljanje skupinske obdelave v zahodnoevropskih državah in njihovo literaturo kakor tudi njeno uva ja nje v Jugoslaviji ter v industriji»iskra«kranj. Na koncu so v seznam u literature zbrani podatki o 204 knjigah in člankih s področja skupinske obdelave. 1. OSNOVNE ZNAČILNOSTI SKUPINSKE OBDELAVE O bdelovalni stroji, n a katerih v elektroindustriji kakor tudi v kovinsko-predelovalni in d u striji v p retežni m eri izdelujem o vse potrebne sestavne dele, so v večini prim erov zelo slabo izkoriščeni. P ri obdelavi sestavnih delov z odvzem anjem delcev, ki tra ja določen čas, potrebujem o za samo odrezavanje navadno le m anjši del časa, ves ostali čas p a porabim o za pom ožna dela (preklapljanje stroja, vpenjanje, m enjanje orodij, m erjenje), za u rejanje stro ja in čakanje zaradi slabe organizacije dela. Tako znašajo npr. časi za odreza- * Izvleček Iz štu d ije, k i jo je fin a n c ira l zvezni sk la d za zn an stv en o delo v B e o g rad u s soudeležbo Isk re Z avoda za avtom atizacijo v L jubljani. vanje n a stružnicah, revolverskih stružnicah, brusilnih in v rtaln ih stro jih p ri posam ični in m aloserijski p ro izvodnji največ 30 do 40 % celotnega časa, pri m nožinski in velikoserijski proizvodnji p a največ 55 do 65 %. Iz teh podatkov vidim o torej, d a so izgubljeni časi zelo veliki in jih je treb a brezpogojno skrajšati, če hočemo povečati proizvodnost. V sodobni proizvodnji p a je mogoče povečati proizvodnost sam o z u v ajan jem m ehanizacije in avtom a tizacije te r z zboljšanjem rav n i p ri p rip ra v i proizvodnje z upoštevanjem znanstvenih izsledkov iz sodobne tehnologije. S topnja m ehanizacije in avtom atizacije p a je predvsem odvisna od uporabljenih proizvodnih sredstev, ki m orajo u strezati v rsti proizvodnje in organizaciji proizvodnega procesa. Tako uporabljam o p ri m nožinski in velikoserijski proizvodnji, k je r uvajam o tipizirane tehnološke procese, v pretežni m eri avtom ate te r avtom atizirane stroje in obdelovalne proge. Povsem drugačne razm ere p a se p o jav ljajo v p o d jetjih s posam ično in m aloserijsko proizvodnjo. Č eprav im am o s to vrsto proizvodnje opraviti v več k ak o r 75 % vseh podjetij, se v njih ni m ogla razviti m ehanizacija in avtom atizacija predvsem zato, k er ni p ri ta čas v p e lja n i organizaciji proizvodnje pokazala nobenih gospodarskih prednosti. Šele uvedba skupinske obdelave, pri kateri um etno povečujem o serije z združevanjem tehnološko in oblikovno podobnih sestavnih delov, omogoča ob u p orabi novih načinov p rip ra v e proizvodnje in nap rav za hitro p reu reja n je iz ra b lja n je vseh prednosti m nožinske in velikoserijske proizvodnje. P ri skupinski obdelavi n ajp rv o klasificiram o sestavne dele in jih združim o v skupine po tehnološki in oblikovni podobnosti. P ri tem zd ru žev an ju sestavnih delov p a upoštevam o predvsem :