MISKOLCI EGYETEM

GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR

TUDOMÁNYOS DIÁKKÖRI DOLGOZAT

Az inkrementális lemezalakítás

Miklós Eleonóra

IV. éves műszaki menedzser hallgató

Tervezésvezető:

PROF. DR. TISZA MIKLÓS egyetemi tanár

Mechanikai Technológiai Tanszék

Konzulens:

KOVÁCS PÉTER ZOLTÁN egyetemi tanársegéd

Mechanikai Technológiai Tanszék

Miskolc, 2011

2

Tartalomjegyzék

1. Bevezetés .................................................................................................................... 4

2. Az inkrementális lemezalakítás .................................................................................. 5

3. Fő technológiai változatok .......................................................................................... 5

3.1. Egypontos inkrementális lemezalakítás .............................................................. 5

3.2. Kétpontos inkrementális lemezalakítás ............................................................... 6

3.2.1. Teljes szerszámmal végzett kétpontos inkrementális lemezalakítás ........... 7

3.2.2. Részleges szerszámmal végzett kétpontos inkrementális lemezalakítás ..... 8

4. Az ISF jelenlegi helyzete és nemzetközi fejlődési trendje ......................................... 8

4.1. Korai szakasz (1989 előtti) .................................................................................. 9

4.2. Az első fejlesztések Japánban (1989-1996) ........................................................ 9

4.3. Eljárás változatok (1993-2000) ......................................................................... 10

4.4. Későbbi fejlesztések (2000 után)....................................................................... 10

5. Az eljárás gép és szerszámszükséglete ..................................................................... 11

5.1. Az alakító bélyeg (szerszám) ............................................................................. 11

5.2. Ránctartó ............................................................................................................ 12

5.3. Szerszámgép ...................................................................................................... 13

6. Az eljárás technológiai paraméterei .......................................................................... 13

6.1. Az alakító bélyeg átmérője (d) .......................................................................... 15

6.2. A szerszám forgási sebessége (ω) ..................................................................... 15

6.3. A húzási szög (ф) .............................................................................................. 16

6.4. A szerszám mozgáspálya ( x, z) .................................................................... 17

6.5. Az előtolás ......................................................................................................... 18

6.6. Kenőanyag ......................................................................................................... 19

7. Alakítási határdiagram .............................................................................................. 19

8. Az első kísérleti munka ............................................................................................. 20

8.1. A vizsgálat helyszíne ......................................................................................... 20

8.2. A kísérlet eszközei ............................................................................................. 21

8.2.1. A munkadarab ............................................................................................ 21

3

8.2.2. A szerszám ................................................................................................. 21

8.2.3. A ráncgátló ................................................................................................. 22

8.2.4. A szerszámgép ........................................................................................... 23

8.3. A kísérlet szakaszai ........................................................................................... 23

8.3.1. A próbadarabok behálózása ....................................................................... 23

8.3.2. Az alakítás .................................................................................................. 24

8.3.3. Kalibráció ................................................................................................... 27

8.3.4. Digitális képrögzítés ................................................................................... 27

8.3.5. A 3D-s hálómodell elkészítése ................................................................... 28

8.4. Az alakváltozás vizsgálata ................................................................................. 30

9. A második kísérleti munka ....................................................................................... 32

9.1. A vizsgálat helyszíne ......................................................................................... 33

9.2. A kísérlet eszközei ............................................................................................. 33

9.3. Az alakítás ......................................................................................................... 33

10. Felhasználási terület ................................................................................................ 36

10.1. Autóipar ........................................................................................................... 36

10.2. Gyógyászat ...................................................................................................... 36

Összefoglalás ................................................................................................................ 37

Irodalomjegyzék ........................................................................................................... 38

4

1. Bevezetés

A Tudományos Diákköri Dolgozatom célja, hogy egy rövid, de átfogó képet ad-

jon erről az új, rendkívül innovatív technológiai eljárásról, az inkrementális lemezala-

kításról. Dolgozatomban bemutatom az eljárás fő jellemzőit, fő technológiai változata-

it és paramétereit, a gépi megvalósítás lehetőségeit valamint egy kísérletet.

Az eljárás a képlékeny hidegalakító technológiák közé sorolható, melynek kiala-

kulásához elsősorban az autóipari fejlesztések vezettek. Az autógyártás egyre dinami-

kusabban fejlődő iparág. A tervezőknek újabb és újabb technikai fejlesztéseket kell

megvalósítaniuk ahhoz, hogy az egyre növekvő társadalmi és fogyasztói igényeket

kielégítésék. A legfontosabb társadalmi igény a környezetszennyezés csökkentése és a

közlekedési biztonság növelése. Az üzemanyag-fogyasztás minimalizálásának egyik

lehetséges megoldása az autók tömegének csökkentése. Míg korábban egy személy-

gépkocsi tömegének jelentős részét az öntött alumínium tette ki, napjainkra ez már a

felére csökkent. Helyére olyan ötvözetek (pl. alumínium és magnézium) illetve nagy-

szilárdságú acélok kerültek, melyek a biztonsági követelmények megtartása mellett

teljesítik a tömegcsökkentést. Az anyagtudományi újítások újabb technológiai eljárá-

sok kialakulását eredményezték. Egy ilyen innovatív fejlesztés az inkrementális le-

mezalakítás [1].

A lemezalakító eljárások számos előnyös tulajdonsága mellett azonban az alakí-

tás korlátaival is számolni kell. Az első korlát, hogy a szerszámozás merev és kötött

(általában egy alkatrész - egy szerszám - egy gép). Továbbá az alkalmazott szerszám-

anyagok gyakran ötvözöttek, fő alkotóik a wolfram, a kobalt és a titán, ezek drága öt-

vözők. Jelentősen növelhetik továbbá a gyártás költségeit a különféle megmunkálási,

kezelési technológiák is [2].

A hidegalakítás során a munkadarab és a szerszám között jelentős súrlódó erő lép

fel, ezáltal a szerszám nagy nyomásnak és koptató igénybevételnek van kitéve. Ennek

kiküszöbölésére célszerű növelt kopásállóságú és keménységű szerszámacélból kiala-

kítani a szerszám anyagát, amely viszont további költséget jelent. A szerszám anyagá-

nak ára akár 20-40 százaléka is lehet a szerszám költségének, a magas szerszámköltség

pedig tovább növeli a termék árát. Mindez csak nagysorozatú gyártás esetén térül meg.

Ezzel rávilágítottunk a harmadik problémára, amely szerint a lemezalakítás a kissoro-

zatú gyártás esetén nem költséghatékony. Mindezen okok vezettek ahhoz, hogy az

utóbbi években megnövekedett az igény új, rugalmas lemezalakító eljárások kidolgo-

zása iránt [2].

5

2. Az inkrementális lemezalakítás

A hidegalakító eljárások jelentős költségét tehát a szerszámozás jelenti. Hideg-

alakításkor a fémet az újrakristályosodási hőmérséklet alatt alakítják. Egy ilyen eljárás

az inkrementális lemezalakítás (angol terminológiával: incremental sheet metal

forming). Ez az eljárás mind technológiai, mind gazdasági szempontból új megoldást

jelent a gyártás terültén, hiszen azzal, hogy nem igényel speciális szerszámozást, meg-

oldást jelent a lemezalakító eljárások szerszámköltségének csökkentésére. Ezáltal kis-

sorozatgyártásra is kiválóan alkalmas, amelyek olyan területeken, mint a gyors proto-

típusgyártás, nagy a jelentősége.

Egy félgömbvégződésű alakító bélyeget alkalmaznak az eljárás során, amely, az

egyszerű kialakítás ellenére, sokkal nagyobb megmunkálhatóságot biztosít, mint a ha-

gyományos lemezalakító eljárások. A szerszám növekményi lépések sorozatával ala-

kítja a lemezt az előírt alakra. Bonyolult, komplex alakzatú gyártmányok előállítását

teszi lehetővé. Az alakító bélyeg térbeli vezérlésével, növekményi lépések sorozatával

alakítja a lemezt az előírt alakra. Mindehhez egy előre megírt, pontos pályaleírás szük-

séges, amit csak CNC géppel lehet kivitelezni. A kifejezetten erre a célra tervezett,

kereskedelmi forgalomban is kapható, célgépet csak egyetlen vállalat, a japán AMINO

cég gyárt [3].

3. Fő technológiai változatok

3.1. Egypontos inkrementális lemezalakítás

SPIF: (Single Point Incremental Forming). Ennél az eljárásnál, az alakítandó

fémlemezt, egyidejűleg egy pontban ható nyomó igénybevétel terheli az alakítás során.

Egypontos alakításnál a lemezt egy álló helyzetű ránctartóban rögzítik, majd a folya-

mat megkezdésével a gömbfejű bélyeg azon pontjában kezdődik meg a képlékeny

alakváltozás, ahol a lemezzel érintkezik. Mivel a kialakítandó fémlemez alsó felülete

nincs megtámasztva, ennek következtében a lemez szabadon alakváltozik [4].

Az eljárás másik módja az, amikor ellenbélyeget is alkalmaznak. Ezáltal az egy-

pontos inkrementális lemezalakításnak két alapváltozatát különíthetjük el: az ellenbé-

lyeges, illetve az ellenbélyeg nélküli alakítást. Az ellenbélyeg nélküli változat elvi váz-

latát az 1. ábra szemlélteti.

6

1. ábra. Az ellenbélyeg nélküli egypontos inkrementális lemezalakítás elvi vázlata [3]

SPIF eljárással bonyolult és összetett alkatrészek gyárthatók közvetlenül az alkat-

rész CAD adatbázisából, minimális szerszám beállítással, s ezzel lehetővé válik a

gyors prototípus és a kissorozatgyártásban való alkalmazása. Az alakváltozási zóna

csak kis területre terjed ki, ami lehetővé teszi az alakíthatóság növelését, így a kismér-

tékű alakíthatósággal rendelkező és nehezen alakítható munkadarabok is könnyen

megmunkálhatóvá válnak. Könnyen és gyorsan alkalmazkodik a munkadarab alakvál-

tozásához, ezzel nagy rugalmasságot biztosít azok gyártásához. Az alkatrész méreté-

nek csak a megmunkáló gép mérete szab határt. Mivel a szerszám és a fémlemez

érintkező zónája és a növekményi lépések kicsik, ezért a megmunkálás során fellépő

erők nem jelentősek. A kialakított lemez felülete a megmunkálás után még javítható,

tökéletesíthető [4].

Az eljárás hátrányai közé sorolható, hogy az alakítás időtartama jóval hosszabb,

mint más hasonló megmunkálást végző eljárásoké (pl. a mélyhúzás). Megmunkálás

során visszarugózás következhet be, viszont ez előfordulhat más eljárásnál is. A hosz-

szú időtartamú gyártásból, illetve a kis termelékenységből eredően, kissorozatgyártásra

korlátozódik az alkalmazása [4].

3.2. Kétpontos inkrementális lemezalakítás

TPIF: (Two Point Incremental Forming). Megmunkálás során az alakítandó

munkadarabot, egyidejűleg két pontban ható nyomó igénybevétel terheli. A munkada-

rabot egy vertikális irányban mozgatható ránctartóban rögzítik. Alakítás során a ránc-

tartó z tengely mentén lefelé mozog. A folyamat során az alakító szerszám behatol a

ránctartó

munkadarab z

y

α

x

z

h

alakító bélyeg

ω

7

lemez anyagába, amely az adott pontban képlékeny alakváltozást okoz, majd a szer-

szám azon pálya mentén halad, amely a kialakítandó darab kontúrvonala. A képlékeny

alakváltozás abban a pontban indul el, ahol az alakító bélyeg közvetlen érinti a mun-

kadarabot. CNC marón a szerszám a főorsóra van felszerelve. A másik pont egy stati-

kus pozíció, amely arra szolgál, hogy ellenirányú erőt fejtsen ki a lemezen [4] [5].

TPIF eljárásnál szerszámot különböztetünk meg: az úgynevezett elsődleges szer-

számot, amely a lemez anyagába hatol illetve a másodlagos szerszámot (matricát). Egy

a másodlagos szerszám álló helyzetű, amely a munkadarab alakját képezi. Attól füg-

gően, hogy milyen formát kívánunk kialakítani, a másodlagos szerszám tetszőlegesen

cserélhető. Ez az utóbbi az, ami miatt az eljárás igazából nem tekinthető szerszám nél-

küli eljárásnak (ami az inkrementális alakításra általánosan igaz), habár mégis így ne-

vezik. A másodlagos szerszámnak két típusát különböztetjük meg: a teljes illetve rész-

leges matricát [4].

3.2.1. Teljes szerszámmal végzett kétpontos inkrementális lemezalakítás

A teljes szerszámmal végzett eljárásnak nagy előnye, hogy jó alakpontosság ér-

hető el, mivel a lemezt a teljes szerszámmal leszorítják a folyamat során (ezzel meggá-

tolva annak hullámosodását, elmozdulását). Hátránya, hogy magas költségigényű, il-

letve kevésbé rugalmas eljárás, mivel minden egyes darab kialakításához egy újabb

(teljes) matricára van szükség [5]. Elvi vázlatát a 2. ábra szemlélteti.

2. ábra. Kétpontos inkrementális alakítás, teljes matricával [6]

munkadarab

támaszlap

teljes matrica

támaszoszlop ránctartó y

z

x

alakító bélyeg

8

3.2.2. Részleges szerszámmal végzett kétpontos inkrementális lemezalakítás

A részleges szerszámnak (matricának) ugyanaz a funkciója, mint a ránctartónak a

SPIF esetében, megtámasztja a fémlemezt a megfelelő pontokban, ezzel fokozva az

alakpontosságát. A részleges szerszámnak van egy alapgeometriája, amely lehetővé

teszi, hogy a különböző alkatrészen ugyanazzal a szerszámmal, ugyanazt a geometriát

alakítsák ki. Nincs szükség minden újabb darabnál egy újabb szerszám alkalmazására,

ebből adódóan gazdaságosabb, illetve rugalmasabb, mint a teljes matricával végzett

változat [5]. Elvi vázlatát a 3. ábra szemlélteti.

3. ábra. Kétpontos inkrementális alakítás, részleges matricával [6]

4. Az ISF jelenlegi helyzete és nemzetközi fejlődési trendje

Az technológia iránt az utóbbi évtizedben egyre fokozódó az érdeklődés. Ezt az

elnevezést, csak azoknál az eljárásoknál alkalmazzák, ahol az alakítás lokálisan az ala-

kítandó lemeznek (munkadarab) csak kis felületére terjed ki. Ebben az értelemben

olyan eljárások is idetartoznak, mint a kovácsolás, fémnyomás és a hengerlés.

y

z

x

részleges matrica

támaszlap

támaszoszlop ránctartó

munkadarab

alakító bélyeg

9

A történelmi fejlődés négy szakasza [7]:

1. szakasz: (1989 előtt): Az ISF korai szakasza, amikor számos inkrementális

alakítással kapcsolatos szabadalom készült. Ezek elsősorban az egypontos ink-

rementális lemezalakításra vonatkoztak.

2. szakasz: (1989-1996): Ez az időszak az 1. szakaszhoz köthető azzal a különb-

séggel, hogy itt kifejezetten a Japánban folytatott fejlesztések a dominánsak.

3. szakasz: (1996-2000): Ekkor eredményes fejlődéseket értek el a „modern”

inkrementális lemezalakítás, azaz a kétpontos alakítás területén is, jellemzően

a Távol-Keleten és Japánban.

4. szakasz: (2000 után): A nyugati világ figyelmét is egyre erőteljesebben felkelti

az eljárás. Ekkor születtek a nyugati országok szabadalmai.

4.1. Korai szakasz (1989 előtti)

A XX. században sok szabadalmat jelentettek be, amelyek nagyon hasonlóak

voltak az inkrementális lemezalakításhoz. Ezekből is a két legjelentősebb Leszak és

Berghahn szabadalma, amely 1967-ből származik. Mindkét szabadalom korong és csé-

szeszerű munkadarabok megmunkálását fogalmazza meg, azzal a különbséggel, hogy

Leszak szabadalmában hajlítással alakítják ki a lemez végső alakját míg Berghahn ese-

tében xyz irányú rugalmas alakítással.

A ISF alapjának a nottinghami egyetem kiemelkedő kutatójának, Mason kutatá-

sait tekinthetjük. Számos kísérletet végzett esztergagépek segítségével. Azt állította,

hogy minimum három koordináta szükséges egy alakított felület leírásához. Úgy vélte,

hogy ennek a legegyszerűbb módja egy gömbvégződésű szerszám alkalmazása. Mun-

káit korábbi tanára, Appleton mutatta be az 1984-es Kyoto-i kongresszuson, Japánban.

Feltehetőleg ez keltette fel a japánok érdeklődését a technológia iránt [7].

4.2. Az első fejlesztések Japánban (1989-1996)

A Japánban folytatott fejlesztésekben Hiroyuki Iseki és munkatársainak munkás-

sága kiemelkedő jelentőségű.

1991-ben Iseki kiadta a számítógép-vezérlésről szóló munkáját, amely többféle

formával rendelkező munkadarabok létrehozását írta le. Ezután, 1994-ben, egy három-

dimenziós CNC inkrementális alakító szerszámgépet fejlesztett ki. Különféle anyagú

lemezek inkrementális megmunkálását mutatták be vele, pl. acélt, rozsdamentes acélt,

titán anyagú lemezeket. Ezt követően számos tanulmányt és különféle szabadalmakat

adtak ki az eljárás háromdimenziós CNC marógépen való alkalmazására.

10

Mindeközben 1993-ban Kitazawa japán tudós is bemutatta kezdeti munkáját, egy

egyszerű kialakítású berendezésen. Forgóasztalt alkalmazott az inkrementális lemez-

alakítás során, ugyanazon működési elv szerint, mint Berghahn.

1994-ben megjelent a JJTIP (Journal of Japan Society for Technology of

Plasticity) „Movement of Intelligent Incremental Forming” című kiadványa, amely

bemutatta az inkrementális alakítás helyzetét Japánban. Számos kiadvány jelent meg

még Kínában is, de ezek többsége nem jutott el a nyugati országokig [7].

4.3. Eljárás változatok (1993-2000)

Ebben az időszakban több japán szabadalmat jegyzetek be. A későbbiekben ezek

a szabadalmazott eljárások keltették fel az autóipar érdeklődését a technológia iránt.

Az alábbiakban ezen eljárások közül sorolok fel néhányat [7].

- JP 10-076321: Hitachi, 1996: Ez a változat nagyon hasonlít ahhoz a mélyhúzás-

hoz, amely Shima nevéhez fűződik. Ez a szabadalom a domborí-

tott panelek kialakítását fedi le.

- JP 10-137858: Toyota, 1996: Matsubara szabadalmának egy újabb változata,

amely olyan lemezek NC gépeken való kialakítását fogalmazza

meg, amelyeken közbenső vágások is vannak.

- JP 10-296345: Hitachi, 1997: Az egypontos inkrementális lemezalakításhoz kü-

lönféle eszközöket (görgős, vágószerszám) alkalmaznak.

- JP 2000-153313: Toyota, 1998: Itt egy ellenbélyeget alkalmaztak, amely az alakí-

tó bélyeggel együtt mozog. Ezzel megoldották, hogy a lemez

anyaga a behúzás során kevésbé vékonyodjon el (mint a mélyhú-

zásnál). Ez csak úgy valósítható meg, ha a lemez ráncmentes.

4.4. Későbbi fejlesztések (2000 után)

Ez az időszak azokat az inkrementális lemezalakító eljárásokat foglalja magában,

amelyeket a nyugati országokban szabadalmaztattak. Ekkor a kutatások súlypontja a

Távol-keletről a nyugati országokba, különösen Európába helyeződött át. A nyugati

országok érdeklődését egy 1997-es nemzetközi konferencia keltette fel a technológia

iránt. Ezen a találkozón számos nyugati kutató megjelent, akiket lenyűgözött az ISF

egyszerűsége illetve az, hogy mindez egy egyszerű CNC marógépen megvalósítható.

Így indultak el ezekben az országokban az ISF kutatások és jelentek meg az első pub-

likációk 2001-ben.

11

Ebben az időszakban számos autóipari alkalmazás jelent meg. Olyan cégek so-

rolhatóak ide, mint a Honda, BMW és a Toyota, amelyeknél az eljárást különböző au-

tóipari alkatrészek gyártására alkalmazták. A Honda 2002-ben adott ki egy szabadal-

mat, amelyben különböző konvex és konkáv autóipari alkatrészek inkrementális alakí-

tással való gyártását foglalta össze. A BMW szabadalma már meglévő, egyedi jármű-

alkatrészek inkrementális alakítását írja le, viszont ez a folyamat csak speciális gépek-

kel volt kivitelezhető.

Az addig használt CNC marók mellett megjelentek az ipari robotok, melyek le-

hetővé tették a bonyolultabb alkatrészek gyorsabb előállítását. A technológia számos

európai ország figyelmét is felkeltette (pl. Finnország, Belgium, Németország). A két-

pontos lemezalakítással Európában elsőként Strano foglalkozott. Ez az időszak 2003

elejére vezethető vissza. Ennek elvét, 2004-ben, Jadhav dolgozta ki részletesen. Az

eljárás lehetőséget nyújtott különböző összetett alakzatok gyártására. Az elkövetke-

zendő években újabb ötletek születtek az eljárás folyamatának felgyorsítására [7].

5. Az eljárás gép és szerszámszükséglete

A megmunkálást többnyire három vagy többtengelyes vezérléssel rendelkező

CNC marógépen végzik. A vezérlő programok elkészítésére CAD (Computer Aided

Manufacturing) szoftvereket alkalmaznak.

5.1. Az alakító bélyeg (szerszám)

Az eljárás egyik alapeleme, amely többnyire félgömbvégződésű, de lehet gömb-

végződésű is. Ezeket különböző átmérővel gyártják (6 mm-től 100 mm-ig terjedhet).

Minél nagyobb a szerszám, annál nagyobb erő szükséges a megmunkáláshoz. Ezek a

méretek jelentősen befolyásolják a munkadarab felületi érdességét, és minőségét. A

leggyakrabban használt bélyegátmérő a 12 és 12.5 mm-es. A 4. ábra eltérő méretű

félgömbvégződésű bélyegtípusokat szemléltet.

Az alakító bélyeg munkáját befolyásolja egyrészt az alakítandó gyártmány alakja

és anyaga, másrészt az, hogy milyen mélyen hatol a lemez anyagába a szerszám a

megmunkálás során. Anyagát keményfém, vagy keményfém bevonat képezi, ezzel

csökkentve a megmunkálás folyamán fellépő súrlódást, illetve megnövelve annak élet-

tartamát. Vannak esetek, amikor a bevonatot műanyagból készítik. Ezt akkor alkal-

mazzák, mikor az elsődleges szempont a fémlemez és a szerszám között kialakuló ké-

miai reakció megakadályozása. Ezzel a módszerrel a munkadarab felületi minősége is

javítható [8].

12

4. ábra. Félgömbvégződésű alakító bélyegek: 50, 30, 20, 12, 8 [mm] [5]

5.2. Ránctartó

Az másik alapelem a ránctartó vagy ráncgátló, melynek feladata a munkadarab

megfogása és leszorítása. A ránctartó alkalmazásával elkerülhető, hogy az alkatrész a

munkafolyamat során megemelkedjen, hullámosodjon.

Egypontos inkrementális alakításnál merev ránctartót alkalmaznak. Egy ilyen

ránctartót szemléltet az 5. ábra. A pontatlanságok elkerülése, illetve a nem kívánt be-

húzódás elkerülése érdekében különféle védőlemezeket helyeznek a berendezésbe [4].

5. ábra. Merev ránctartó [4]

A kétpontos inkrementális lejárás mindkét változatánál, a teljes és részleges mat-

ricával végzett alakítás esetén is, mozgatható ránctartót alkalmaznak (6. ábra), amely

13

függőleges irányban mozdul el. Ez úgy valósul meg, hogy miközben az alakító bélyeg

kis léptékben, fokozatosan lefelé halad, úgy vele együtt a ránctartó is [4].

6. ábra. Szerszámmal együtt mozgatható ránctartó [4]

5.3. Szerszámgép

Az ISF eljárásra a legalább háromtengelyes vezérléssel rendelkező CNC gépek

alkalmasak, amelyeknek nagy a merevsége, nagy a szerszám előtolási sebessége, illet-

ve nagyméretű munkadarabok megmunkálására is alkalmasak. Ezek közül is a legjel-

lemzőbb a CNC vezérlésű marógép. A különféle marók termelékenysége, előtolása,

terhelhetősége, merevsége eltérő. Közös jellemzőjük, hogy többfunkciósak, mivel más

eljárásokra is alkalmazhatóak. A CNC marók mellett a célgépek, robotok és az úgyne-

vezett Hexapodok is alkalmasak az inkrementális lemezalakításra [4].

6. Az eljárás technológiai paraméterei

A hagyományos lemezalakítások esetén a szerszám határozza meg a munkadarab

végső alakját, ezzel ellentétben az inkrementális alakításnál a megfelelő alak létreho-

zása egy jól tervezett, pontos szerszámvezérlő egység által meghatározott szerszámpá-

lya vezérlés révén valósul meg. Mindez a megmunkálási időt megnöveli, viszont na-

gyobb alakváltozást tesz lehetővé a hagyományos eljárásokkal szemben. Inkrementá-

lis lemezalakítás esetén a termék minőségét a technológiai paraméterek nagymérték-

ben befolyásolják. Az 1. táblázat összegzi ezeket a paramétereket, míg a 7. ábra azok

helyét szemlélteti [8].

14

1. táblázat. Az inkrementális lemezalakítás technológiai paraméterei

Jelölés Megnevezés Mértékegység

to Alakítás előtti lemezvastagság mm

ti Alakítás utáni lemezvastagság mm

ν Előtolás mm/fordulat

d A szerszám gömbfejének átmérője mm

h Alakítási mélység (munkadarab magassága) mm

Ф = (α) A kialakított munkadarab falszöge (behúzási szög) o [rad]

Görbületi sugár mm

ω Főorsó sebessége m/s

Támadási szög mm/fordulat

x, z A szerszám x és z tengely irányú elmozdulása mm

7. ábra. Technológiai paraméterek inkrementális lemezalakítás esetén

h

Ф

ti

d to α

x

z

ν

dmax

munkadarab

alakító bélyeg

ω

15

Az egyes paraméterek közötti összefüggések:

6.1. Az alakító bélyeg átmérője (d)

A szerszámátmérő az előtolással együtt a felületi érdességet befolyásolja. Szá-

mos kísérletet végeztek, amelyek során megállapították, hogy nagyobb átmérővel jobb

felület érhető el. A folyamat megkezdése előtt lecsiszolják a gömbfejen lévő apró

egyenetlenségeket, hogy minimalizálják a bélyeg és a munkadarab közötti súrlódást.

Nagyon meredek emelkedésű szögeknél szükséges, hogy a szerszámrúd átmérője ki-

sebb legyen, mint a bélyeg gömbfejének átmérője. Így lehet elkerülni, hogy a munka-

darab és a szerszámrúd érintkezzen egymással. Ezt a szerszámpálya meghatározásánál

számításba kell venni [4].

6.2. A szerszám forgási sebessége (ω)

A főorsó forgási sebességének növelése fokozza az alakíthatóságot, amely kö-

vetkeztében két dologgal kell számolnunk. Egyrészt a lemezen keletkező helyi felme-

legedés, másrészt a szerszám és a munkadarab felületén fellépő súrlódás csökkenése.

Az alakítás során a lemez hevítési hőmérséklete szabályozható. Az alakító bélyeg

belehatol a lemez anyagába, amely így képlékeny alakváltozást szenved. A bélyeg, a

munkadarab felületén végighaladva, egy meghatározott fordulatszámmal, folyamato-

san forog. Amint megáll, megcsúszik a lemez felületén. Magas fordulatszám esetén

16

gyakrabban csúszik meg, amely hőmérsékletnövekedést eredményez. Ez a csúszási

súrlódás miatt következik be. Ennek nagyságát a bélyeg és munkadarab közötti relatív

mozgás befolyásolja. Ha ez a relatív mozgás kicsi, akkor minimális a felmelegedés

mértéke. Ellenkező esetben megnöveli azt, tehát közöttük arányosság áll fenn [9]. A

súrlódás csökkentésénél nagy jelentősége van a kenőanyagnak, amelyet részletesen a

6.6. Kenőanyag pontban kerül kifejtésre.

6.3. A húzási szög (ф)

A húzási szög az alakítandó fémlemez falvastagságát is jelentősen befolyásolja.

Megnövelésével ugyanis csökkeni azt, bizonyos érték elérése után pedig a falvastagság

eléri azt a minimális szintet, amely után a munkadarab elszakad, eltörik. Ennek elkerü-

lése érdekében a tervezőnek ismernie kell az adott anyag úgynevezett фmax értékét,

amely az anyag azon határértéke, amelyet repedésig képes elviselni. Az egyes anyag-

minőségek фmax értékét különböző kísérletek folyamán állapították meg pl. sárgaréznél

40o, vörösréznél 65

o. E határérték meghatározására, a szinusz törvényt használják fel,

amelynek egyenlete: ti = to x sin α [4]

A húzási szög és a szerszám átmérőjének helyes megválasztása jó felületi minő-

séget eredményez. A 8. ábra az elmozdulásnak, a szerszám átmérőjének, illetve a hú-

zási szögnek a kapcsolatát ábrázolja.

8. ábra. Az alakító bélyeg z irányban való elmozdulásának változatai [4]

Ф h

z

x

h

z

x

17

Különböző vizsgálatok során megállapították, hogy ha nagy a húzási szög, akkor

úgynevezett „narancshéjas” felület jelenik meg a munkadarabon, amelyet a 9. ábra jól

szemléltet. Ez egy olyan nem kívánt hatás, amelyet a tervezőknek ismerniük kell. En-

nek mértékét, a nagy húzási szög mellett, jelentősen befolyásolja, ha túl nagy a távol-

ság a vertikális és horizontális irányú elmozdulások között.

9. ábra. Alumínium és vörösréz felületén keletkezett narancsosodás

Ez a jelenség szabad felületeken igen nagy képlékeny alakváltozást okoz, ami a textúra

és mikroszerkezeti hatások eredménye. Összefoglalva leszögezhetjük, hogy minél ki-

sebb a húzási szög és a x, z irányú elmozdulás, annál kisebb a felületi érdesség [4].

6.4. A szerszám mozgáspálya ( x, z)

A mozgáspálya mentén való elmozdulás (az előtolás mértéke) is nagyon lényeges

a gyártás szempontjából. Ez mind a pontosságot, mint a felületi érdességet jelentősen

befolyásolja, amely történhet egy lépésben vagy több lépésben, változó vagy állandó

lépésmélységgel illetve kifelé vagy befelé haladva. A már korábban említett felületi

érdesség tehát fontos tényező a termék minőségét illetően. Ezt legjobban a bélyeg ver-

tikális és horizontális ( x, z) irányban történő elmozdulása befolyásolja. Több kuta-

tást végeztek annak megállapítására, hogy ez milyen hatással van a munkadarabra.

Egy ilyen kísérletet mutat a 10. ábra, ahol négy, azonos méretű és összetételű alumíni-

um lemezt készítettek ugyanazzal a bélyeggel, de eltérő elemi lépésekkel [4].

18

10. ábra. Azonos bélyeggel (12.5 [mm]) és eltérő lépésmélységgel megmunkált alu-

mínium lemezek 3 dimenzióban ábrázolt felületi érdessége [4]

A 10. ábra a már elkészült darabok 3 dimenziós képét szemlélteti, amelyeken jól

látható a különbség. Azt tapasztalták, hogy minél kisebbre állítják a szerszámútvona-

lat, annál egyenletesebb felületet kapnak. Mindezt összegezve arra az eredményre ju-

tottak, hogy ahol a Δz elemi lépés nagysága legfeljebb 1%-a a szerszámnak, ott a

munkadarab felületi egyenlőtlensége nem számottevő, gyakorlatilag sima felületű [4].

6.5. Az előtolás

Az alakíthatóság az előtolás csökkentésével növelhető, viszont ez a korábban em-

lített problémát, a megmunkálási idő növekedését is eredményezi. A helytelenül meg-

választott előtolás ugyanakkor ráncosodást, illetve a felületi érdesség növekedését

okozhatja.

z = 1.27 [mm]

z = 1.02 [mm]

z = 0.76 [mm]

z = 0.51 [mm]

19

6.6. Kenőanyag

A technológiai paraméterek helyes megválasztása mellett nagy a jelentősége a

kenőanyagnak is. A megfelelő hűtés-kenés csökkenti a megmunkálásból eredő

súrlódást, illetve a szerszámkopást, ezáltal simább, egyenletesebb, alakpontosabb

munkadarabok gyárthatók. A 11. ábra szemlélteti a kenőanyag jelentőségének

elemzése érdekében végzett vizsgálatot. Amint azt a 11. ábra szemlélteti, a kenőanyag

nélkül készült lemez felülete esetenként durva, repedezett és az alak sem pontos. A

károsodás a lemez alján jelenik meg, ahol akár egész darab is kiszakadhat a munkada-

rabból. Az alakítás mélységének további növelése az anyag tönkremeneteléhez vezet-

het. A másik esetben, kenőanyag alkalmazásával, simább, egyenletesebb felületű lett a

munkadarab, továbbá az alakpontosság is javult.

11. ábra. Az első képen egy kenőanyag nélkül, míg a második képen egy kenőanyag-

gal megmunkált fémlemez látható

7. Alakítási határdiagram

Az alakítás folyamán, egyenletes feszültségi állapotot feltételezve, a törés csak a

lemez síkjában bekövetkező alakváltozástól függ. A törésig elviselt alakváltozás mér-

téke az alakváltozási határérték. Ezt az értéket jelentősen befolyásolja az alakítás mód-

ja. Mindezt az úgynevezett alakítási határdiagramban ábrázolják, amelyet a 12. ábra

szemléltet. Inkrementális lemezalakítás esetén ez egy negatív meredekségű egyenes,

amely magasabban helyezkedik el ugyanazon anyag hagyományos lemezalakító eljá-

rásokra vonatkozó határgörbéinél. Ez azt jelenti, hogy az inkrementális alakítás na-

gyobb alakváltozást tesz lehetővé. Az ISF-ra sajátos alakváltozási állapot jellemző,

20

ami azt jelenti, hogy a képlékeny zóna az alakítás folyamán csak egy kis területre kor-

látozódik [3].

12. ábra. Alakítási határdiagram

A 12. ábra jelölései: ε1, ε2: főalakváltozás, 1. Zömülés, 2. Egytengelyű nyúlás,

3. Kéttengelyű nyúlás, 4. Kéttengelyű nyúlás, mindkét nyúlás azonos, 5. Inkrementális

lemezalakítás.

8. Az első kísérleti munka

A vizsgálat célja egy alumínium alapanyagból készült, kúpszerű alkatrésznek az-

zal a legnagyobb falszöggel való kialakítása, amelyet a lemez, repedés, törés nélkül

elvisel. A kísérleti munka második felében egy komplex alakzat elkészítésének részle-

teit ismertetem.

8.1. A vizsgálat helyszíne

Az első kísérleteket a Miskolci Egyetem Mechanikai Technológiai Tanszékének

laboratóriumában végeztük el.

ε1

ε2 Fizikailag lehetetlen zónák

1. ε2 < 0

2. ε1 > 0

3. ε1, ε2 > 0

4. ε1 = ε2

Alakíthatóság tartománya

Szakadás tartománya

Helyi kontrakció

határgörbe

Szakadási határgörbe

5.

Helyi

kontrakció

tartománya

21

8.2. A kísérlet eszközei

8.2.1. A munkadarab

A vizsgálat során 45o, 60

o, 63

o, 64

o és 65

o-os falszögű kúpot alakítottunk. A kí-

sérleti munkadarab minden esetben kör alakú, Al 1050 minőségű alumínium lemez

volt, amelynek átmérője 194 mm, vastagsága 0,6 mm (13. ábra). Az Al 1050 minősé-

gű könnyen alakítható, kiváló korrózióálló alumínium ötvözet. Hidegalakításra, ív és

ellenállás hegesztésre, forrasztásra is alkalmazzák.

13. ábra. A vizsgálat munkadarab

8.2.2. A szerszám

Az eljárás egyik előnye, az egyszerű, többcélúan alkalmazható gömbvégződésű

bélyeg, így a mi esetünkben sem volt másképp. Az alakító bélyeg gömbfejének átmé-

rője 10 mm, a bélyeg hossza 125 mm. Az anyaga ötvözött acél, amelynek olvadáspont-

ja és sűrűsége több mint kétszerese az alumíniumnak, amely a munkadarab anyagát

képezi. Az első kísérleteket egyetemes esztergagépen végeztük. A folyamat megvaló-

sításához a bélyeget a szegnyeregbe helyeztük el. A mi esetünkben a ránctartóba szorí-

tott munkadarab végezte a forgó mozgást az alakító bélyeg helyett. A z elmozdulás

nagysága minden vizsgálatnál 2 mm volt. A szerszámot a 14. ábra szemlélteti.

22

14. ábra. A kísérlet megvalósításához alkalmazott alakító bélyeg

8.2.3. A ráncgátló

A megmunkálás során alkalmazott merev ránctartót a 15. ábra szemlélteti. A

próbatestet 12 db csavarral erősen a ránctartóhoz rögzítettük, ezzel megakadályozva,

hogy a próbatest az alakítás folyamán elmozduljon. Az oldalából egy kisebb részt eltá-

volítottunk, a munkafolyamat jobb nyomon követhetősége érdekében. Ezen keresztül

láthatóvá vált, hogy mikor indul meg a repedés a munkadarab felületén. Az ábrán a

munkadarab már a ránctartóba van fogva.

15. ábra. Az esztergagépre helyezett ránctartó

23

8.2.4. A szerszámgép

A vizsgálatot egy hagyományos esztergagépen (16. ábra) végeztük. A fordulat-

számot minden próbatest alakítása során a legkisebbre állítottuk. Az ábrán jól látható a

szegnyeregbe elhelyezett alakító bélyeg, és a ránctartóba fogott munkadarab.

16. ábra. A kísérlethez alkalmazott esztergagép

8.3. A kísérlet szakaszai

8.3.1. A próbadarabok behálózása

Az első, és egyik legfontosabb lépés a rácsháló felvitele, amelyet a folyamat

megkezdése előtt a mintadarab felületére felvisznek. A hálózás az előkészítés fontos

részét képezi, mert a próbatest felületén végbemenő főalakváltozások nagyságát és

irányát a hálópontok koordinátáinak megváltozásából lehet megmérni.

A rácsháló lehet kör alakú, vagy négyzetes, amelyet már előre elkészítenek (pl.

gravírozással, elektrokémiai maratással, nyomdatechnikai módszerekkel, stb.). Az

alakváltozás során a körök ellipszissé, a négyzetek általános négyszöggé torzulnak, s a

megnyúlást (az alakváltozást) ezek méreteiből számítják. A mi esetünkben négyzetes

rácshálót alkalmaztunk. Ez a rácsháló, egy vékony réteget képez a próbatest felületén,

így könnyen leválik a felületéről, ezért óvatosan kell felhelyezni a ránctartóra.

24

8.3.2. Az alakítás

A behálózott munkadarabok közül elsőként egy 45o-os falszögű kúpos próbates-

tet alakítottunk, amelyet a 17. ábra szemléltet. Az alakítás könnyen, problémamente-

sen megvalósítható volt. A folyamat befejezésével a próbatesten nem keletkezett repe-

dés, a felülete egyenletes és pontos volt. Minden esetben gondoskodtunk a munkada-

rabok folyamatos kenéséről, az egyenletesebb, pontosabb felület elérése céljából.

17. ábra. 45o-os falszögű kúpos munkadarab

A második vizsgálatnál egy jóval nagyobb, 60o-os falszögű munkadarabot készí-

tettünk. Ez a próbatest is repedés nélkül elviselte az alakítást (lásd 18. ábra).

18. ábra. 60o-os falszögű kúpos munkadarab

25

A nagyobb falszögből adódóan a falvastagság jóval kisebb lett, mint a 45o-os fal-

szögűé. Habár a falvékonyodás pontos értékét az alakítási határdiagramból lehet kiol-

vasni, a két munkadarab között szemmel látható volt ez a különbség. A 18. ábra jól

szemlélteti, hogy itt a négyzetes rácsháló jobban eltorzult, mint a 45o-os próbatest ese-

tében, ami azt jelenti, hogy a 60o-os falszögűnél nagyobb alakváltozás ment végbe.

A harmadik kísérlet során egy 65o-os falszögű próbatestet alakítottunk (19. áb-

ra). Alumíniumnál és lágyacélnál ez általában az alakítás felső határa, habár vannak

alumínium ötvözetek (például az Al 3003) ahol ez az érték magasabb. A 65o-os kúp-

szögű, Al 1050 anyagminőségű, 0.6 mm vastagságú munkadarab, röviddel a folyamat

megkezdése után, elszakadt.

19. ábra. Az elszakadt 65o-os falszögű munkadarab

A 20. ábra a 65o-os falszögű próbatest alakításának folyamatát ábrázolja. Ezen az

ábrán, kinagyítva, jól látható a szakadás helye.

A 60o-os falszögű munkadarabot sikeresen elkészítettük, de mivel 65

o-nál elsza-

kadt ezért a két érték között végeztük a további kísérletet. Azt vizsgálva, hogy melyik

az a legnagyobb falszög, amellyel a próbatest repedés nélkül kialakítható, a következő

kísérlet során 63o-s falszöggel alakítottunk. A 21. ábra jól ábrázolja, hogy az alakítás

folyamata sikeresen befejeződött, nem keletkezett repedés.

26

20. ábra. A szakadás helye a 65o-os falszögű munkadarabon

21. ábra. 63o-os falszögű kúpos munkadarab

Befejezésül egy 64o-os falszögű munkadarabot is próbáltunk elkészíteni, viszont,

a 65o-oshoz hasonlóan, elszakadt. Ezzel megállapítottuk, hogy φ= 63

o az a legnagyobb

érték, amellyel az Al 1050 anyagminőségű, 0,6 mm vastagságú próbatest repedés nél-

kül kialakítható.

27

8.3.3. Kalibráció

Az elkészített munkadarabokon a feszültség eloszlás és alakváltozás kiértékelé-

séhez a Mechanikai Technológiai Tanszék Laboratóriumában található Autogrid opti-

kai alakváltozás mérő és kiértékelő rendszert és a hozzá tartozó Vialux szoftvert al-

kalmaztuk. A rendszer egy állványra felhelyezett 4 db CCD kamerával készít képeket

a próbatestről (lásd 22. ábra). Ez az állvány tetszőlegesen állítható, így a kamerák

könnyen az optimális nézetbe állíthatók. A kamerák megfelelő pozícióba állítása után

következetett azok kalibrálása. A kalibrálás célja a mérőrendszer és a mérőeszköz kö-

zötti összefüggés meghatározása [10] [11].

22. ábra. Autogrid optikai alakváltozást mérő és kiértékelő rendszer 4 kamerája [11]

8.3.4. Digitális képrögzítés

A Vialux programnak két üzemmódja van: folyamatos illetve a normál üzem-

mód. A folyamatos üzemmód alakítás közbeni képek (mozgókép) rögzítésre alkalmas,

míg a normál üzemmód a folyamat befejezése után, az elkészült próbadarabok képei-

nek (állókép) rögzítésre. Mi az utóbbi módszert alkalmaztuk. A próbadarabokat

egyenként a kamerák alá helyeztük, majd a megfelelő helyzetbe állítottuk. A négy ka-

mera, a próbadarab négy különböző pozícióját rögzíti. A kép akkor megfelelő, ha a

program, a hálópontok keresése folyamán, megtalálja azokat a legfontosabb hálópon-

tokat, amelyekből a pontos hálómodell elkészíthető. Léteznek olyan 3D-s szkennerek,

melyekkel a lehető legnagyobb pontosságú kép készíthető, viszont ezeknek az eszkö-

zöknek a beszerzése nagyon drága.

28

8.3.5. A 3D-s hálómodell elkészítése

A hálómodell elkészítése is egy lényeges része a vizsgálatnak, mert ebből tudjuk

kiértékelni az alakított munkadarabok falvékonyodását, a vastagság változását, az

alakváltozásokat, a feszültségi értékeket . A hálópontok keresése és a hálómodell meg-

alkotása a Vialux program automatikus funkciója. Mivel nem minden esetben sikerült

a vizsgálat szempontjából legpontosabb képeket elkészíteni, ez azt eredményezte,

hogy a program kevés hálópontot talált a munkadarabon. Ezt úgy oldottuk meg, hogy

újabb pontokat vettünk fel, illetve a hibásakat kitöröltük. A nehézséget az okozta, hogy

ekkor már csak manuálisan van lehetőség a hálópontok keresésére. Ez a módszer nem

biztosít pontosabb eredményt, mint ha automatikusan találtuk volna meg azokat, de a

legtöbb esetben alkalmazni kell.

Az alakított próbatestek közül csak a 45o-os falszögű munkadarab hálópontjait

sikerült automatikusan megkeresni, hálómodelljét a 23. ábra szemlélteti. A 60, 63, és

65o-os falszögű esetében a manuális funkciót is szükséges volt alkalmaznunk.

23. ábra. A 45o-os falszögű kúpos munkadarab 3D-s hálómodellje

A manuális hálópontkeresés rendkívül időigényes, órákig is eltarthat. Éppen ezért

nem kerestünk meg minden egyes hálópontot, csakis azokat, amelyek a vizsgálat kiér-

tékeléséhez elengedhetetlenek. Miután a vizsgálat szempontjából szükséges hálópon-

tokat megtaláltuk, a program segítségével elkészítettük a 60, 63, és 65o-os falszögű

munkadarab hálómodelljét is.

29

24. ábra. A 60o-os falszögű kúpos munkadarab 3D-s hálómodellje

25. ábra. A 63o-os falszögű kúpos munkadarab 3D-s hálómodellje

26. ábra. A 65o-os falszögű kúpos munkadarab 3D-s hálómodellje

30

8.4. Az alakváltozás vizsgálata

A munkadarabok behálózása és 3 dimenziós modelljének elkészítése után az

utolsó lépés az alakváltozás és falvékonyodás meghatározása. Elkészítettük az alakított

munkadarabok alakváltozási eloszlásainak és a falvékonyodásuk mértékét ábrázoló

modelljeit. Először a 45o-os falszöggel kialakított munkadarab alakváltozását

vizsgáltuk (lásd. 27. ábra). Az eltérő színek a munkadarab eltérő falvastagságát

mutatják. A legvastagabb részt a sötétkék, a legvékonyabbat pedig a piros szín jelöli.

27. ábra. A falvastagság eloszlási modell és diagram (45o-os falszügű munkadarabnál)

28. ábra. A falvastagság eloszlási modell és diagram (60o-os falszügű munkadarabnál)

31

29. ábra. A falvastagság eloszlási modell és diagram (63o-os falszügű munkadarabnál)

30. ábra. A falvastagság eloszlási modell és diagram (65o-os falszügű munkadarabnál)

A 27. ábra, 28. ábra, 29. ábra és 30. ábra elkészítését a Visualisation szoftverrel

végeztük. Az ábrákból leolvashatjuk az egyes darabok megnyúlását és falvastagságá-

nak csökkenését. A megnyúlás a 45o-os falszögű munkadarabnál a legkisebb. A 60

o és

63o falszögű munkadarab megnyúlása, falvastagságuk csökkenése nagyon hasonló, a

kis falszög eltérésből adódóan. Az utolsóként alakított, 65o-os falszögű munkadarab

megnyúlása volt a legmagasabb, amely a rácsháló nagymértékű torzulásából is megfi-

gyelhető (lásd 30. ábra).

32

9. A második kísérleti munka

A második kísérleti munka célja egy komplex alakzatot elkészítése. A Mechani-

kai Technológia Tanszék volt professzorának, Zorkóczy Bélának a mellszobráról vett

arcmását alakítottuk ki rézlemezből. A szobor a Miskolci Egyetem Díszaulájában ta-

lálható.

A második vizsgálat nagyobb előkészületeket igényelt. A mellszobor esetében,

az első kísérlettel ellentétben, nem volt lehetséges, hogy a Vialux programmal digitális

képeket készítsünk, hiszen a szobrot nem lehet a 4 CCD kamera alá helyezni. Mivel

nem állt rendelkezésünkre olyan digitális képkészítésre alkalmas eszköz (3D szken-

ner), amelyből elkészíthető a darab hálómodellje, ezért egyéni megoldást alkalmaz-

tunk. Gipszből kiöntöttük a szobor arcformáját. A mellszobrot illetve a gipszöntvényt

a 31. ábra szemlélteti. Az arcforma egyes területein, legfőképp az ál résznél illetve a

szemüveg alatt, nagy alámetszések voltak, amelyek az alakítás szempontjából igen

hátrányos. A későbbi problémák elkerülése érdekében ezeket a területeket a maradék

gipsszel kitöltöttük. Ennek elkészítésével lehetővé vált az arcforma rézlemezből törté-

nő kialakítása.

31. ábra. Zorkóczy Béla mellszobra és arcmásának gipszöntvénye

33

9.1. A vizsgálat helyszíne

A kísérletet a felsőzsolcai Industar Kft-nél végeztük. A céget 1976-ban alapítot-

ták, jelenlegi tevékenységük, az öntészet, sajtolás, forgácsolás, csőhajlítás és csődara-

bolás, búvárszivattyú gyártás, fűrésztárcsa élezés, elektrosztatikus pórszórás és szem-

cseszórás, kipufogó és katalizátorgyártás, élhajlítás.

9.2. A kísérlet eszközei

Az arcforma kialakítását rézlemezből készítettük, egy Hurco VMX 30, négyten-

gelyes vezérlésű CNC marógépen. A szerszám egy gömbvégződésű, 5 mm átmérővel

rendelkező alakító bélyeg volt, a ránctartó pedig álló helyzetű (nem mozgatható).

9.3. Az alakítás

Az alakítást megelőzően, a Szerszámgépek Tanszéken a PowerMill programmal

elkészítették az arcforma pályaleírását. Ennek megalkotásához a gipszöntvényt hasz-

nálták fel. A 32. ábra szemlélteti az arcforma szerszámpályájának leírását.

32. ábra. A PowerMill programmal elkészített pályavezérlés I.

Az alakítás az arc külső kontúrjánál indult meg, befelé haladva az arc belső terül-

tére. A 33. ábra szemlélteti, hogy a legnagyobb alakítási mélység az orr résznél volt. A

kérdés az volt, hogy sikerül-e ezt a területet is szakadás nélkül kialakítani. Az előtolás

34

2 mm volt, a szerszám forgási sebessége 100 m/s. A szerszámgép automata hűtő-kenő

rendszerrel van felszerelve, így biztosítva volt a folyamatos kenés. Az orr kialakítása

maradt utoljára. A kis bélyegátmérőből adódóan az arcforma minden apró részletét,

beleértve az orr részét is, sikerült kialakítani. Az egész munkafolyamat kb. egy órát

vett igénybe. Az elkészült darabot a 34. ábra szemlélteti.

33. ábra. A PowerMill programmal elkészített pályavezérlés II.

34. ábra. A rézlemezből készített arcforma

A rézlemez felületére már előre felvitték a rácshálót, amelyből elkészítettük az

alakított arcforma 3D-s hálómodelljét illetve a falvastagság eloszlási modell és diag-

ramot, amelyet a 35. ábra szemléltet. Az ábrán az látható, hogy az orr terültén a legna-

gyobb a lemez elvékonyodása. Habár az arcforma sikeresen elkészült, nagyobb alakí-

tási mélységet talán már nem bírt volna el a szerszám, és a lemez elszakad. Nem kap-

tuk teljesen vissza az eredeti arcmás formáját, abból adódóan, hogy az ál illetve a

35

szemüveg melletti területet előzetesen ki lett pótolva. Ezt viszont szükséges volt elvé-

gezni az alámetszések elkerülése miatt. Az ál alsó részén így is látható egy kisebb el-

vékonyodás. Az arcforma többi területen (szem, homlok, száj, arc) a lemezvastagság

alig tér el az eredetitől.

35. ábra. A gipszből kiöntött arcmás falvastagsági és eloszlási modellje

Egy bonyolult alakzat elkészítése jóval nagyobb tervezést és munkát igényel,

mint egy egyszerű kialakításúé. Ez az arcforma esetében is így volt. Az ötlet megszü-

letésétől a kész darab elkészítéséig hosszú hetek teltek el. Habár nem minden esetben

álltak rendelkezésünkre a célnak legmegfelelőbb eszközök, a feladatot sikeresen meg-

oldottuk. A különböző testrészek kialakításának az orvostudományban van jelentősé-

ge, azon belül is az orvosi implantátumok készítésében. Az témával kapcsolatban a

10.2. Gyógyászat pontban találhatunk bővebb részleteket.

36

10. Felhasználási terület

10.1. Autóipar

A technológia elsődleges alkalmazási területe az autóipar, azon belül is a gyors

prototípusgyártás. A gyors prototípusgyártás az egyedi, kissorozatgyártás közé sorol-

ható, melynek piaca több mint 10%-kal nő évente. Habár az autóiparra a nagysorozatú

tömeggyártás jellemző, van egy kisebb terület, ami a kissorozatgyártásra koncentráló-

dik. Azok a technológiák, melyeket ezen a területen alkalmaznak, lehetővé teszik,

hogy kis szériás termékeket is gazdaságosán lehessen előállítani. Az inkrementális le-

mezalakítást ezen a területen alkalmazzák. A 36. ábra egy olyan autó alkatrészt átbá-

zol, melyet ezzel a technológiával gyártottak [12].

36. ábra. Fényszóró [5]

10.2. Gyógyászat

Az orvosi alkalmazások a gyors prototípusgyártási technológiák ideális terepe,

hiszen itt valóban egyedi darabokat kell előállítani, és elég gyorsan. A 37. ábra olyan

termékeket szemléltet, melyek inkrementális lemezalakítással készültek. Az implantá-

tumok felületén megszámlálhatatlanul sok kicsiny mélyedést alakítanak ki. A csont-

szövet belenő ezekbe a mélyedésekbe, ezáltal az implantátum óriási felületen érintke-

zik az azt rögzítő csontszövettel. Így az implantátum és a csontszövet között egy na-

gyon erős, szinte megbonthatatlan kapcsolat alakul ki.

A fémből készült orvosi implantátumok egyre nagyobb részét készítik nagy

tisztaságú titánból, annak biokompatibilitása miatt (a csontsejtek szabályosan össze-

épülnek vele). A titán implantátum felszínét egy stabil vegyület, a titán-oxid alkotja. A

titán-oxid az emberi szövetek számára közömbös anyag, nem lép vele kölcsönhatásba,

nem oldódik a testnedvekben, így nem okoz allergiát sem daganatos megbetegedést,

37

tehát immunreakciót nem vált ki. Az arc-állcsont-szájsebészet terültén manapság kizá-

rólag ilyen implantátumokkal dolgoznak [13].

37. ábra. Orvosi implantátumok (1. Koponyai 2. Fogorvosi) [5]

Ezen két terület mellett még az építőiparban is alkalmazzák az eljárást pl. kü-

lönféle domborművek készítésére illetve vannak olyan háztartási eszközök, amelyet

szintén ezzel a technológiával készítenek pl. mosógépdob.

Összefoglalás

Habár az inkrementális lemezalakítást számos területen alkalmazzák, folyamatos

fejlődés alatt áll. A hagyományos lemezalakító eljárássokkal szembeni előnyei mellett

olyan hátrányai vannak, amelyek korlátozzák a nagysorozatú tömeggyártás területén

való alkalmazását. A kutatók fő célja, hogy ezt a technológiát még ismertebbé tegyék a

világ számára, amivel kapcsolatban mai napig számos kutatás folyik.

1. 2. Titán lemez

38

Irodalomjegyzék

[1] Tisza Miklós: Anyagtudományi és technológiai fejlesztések a képlékeny lemez-

alakításban, Kolozsvár, 2011. március 24-25.

[2] Csizmadia Ferencné: Szerszámanyagok és kezelésük, Kézirat, 2004

[3] Tisza Miklós, Kovács Péter Zoltán: Inkrementális lemezalakítás, Gép fo-

lyóirat, LXI évfolyam, 2010, 23-30.

[4] J. Jeswiet, F. Micari, G. Hirt, A. Bramley, J. Duflou, J. Allwood: Asymmetric

Single Point Incremental Forming of Sheet Metal, 1-27.

[5] João Luís Padrão, Dissertação: Single Point Incremental Forming, 2009, 1-88.

[6] Julian M. Allwood, Daniel Braun, Omer Music: The effect of partially cut-out

blanks on geometric accuracy in incremental sheet forming

[7] W.C. Emmens, G. Sebastiani, A.H. van den Boogaard: The technology of

Incremental Sheet Forming - A brief review of the history, 981-997.

[8] J. Kopac, Z. Kampus: Incremental sheet metal forming on CNC milling

machine-tool, Ljubljana, Slovenia, 2005, 622-628.

[9] A. Petek, K. Kuzman, J. Kopac: Deformations and forces analysis of single

point incremental sheet metal forming, Ljubljana, Slovenia, 2009, 106-117

[10] http://www.vialux.de/pdf/autogr_in-process_en.pdf

[11] Tisza Miklós, Kovács Péter Zoltán: VIALUX-AutoGrid Optikai

alakváltozásmérő rendszer, Felhasználói leírás, 2006

[12] Bánhegyi György: Prototípusok és termékek előállítása nem hagyományos

technológiákkal

[13] Szabó György: Titán orvosi implantátumok felületi biokompatibilitásának javí-

tása és a létrehozott rétegek orvosbiológiai tulajdonságainak szisztematikus

vizsgálata