Plastisk bearbetning

Question 1

Vad innebär plastisk bearbetning?

Answer 1

• Formändring av yttre kraft som kvarstår när kraften avlägsnats
• Alltid konstant volym vid plastisk bearbetning

Den elastiska delen av deformationen kan ofta
summaa delformationen kan of

Question 2

∅ = ?

Answer 2

Formändring = Effektiv töjning

Question 3

k_f = ?

Answer 3

Förändringsmotstånd = Effektiv spänning

Question 4

Vad är syftet med smidning? (Det finns oftast 2 syften)

Answer 4

• Att skapa önskad form kan ses som givet.
• Skapa struktur på materialet som följer geometrin (smideståga). Denna höjer hållfastheten.

Question 5

Vad är varmsmide?

Answer 5

1. Varmsmide är den vanligaste typen av smide
2. Temperatur runt 1100-1250 grader för stål
3. Inget deformationshårdande
4. Oxiderande grova ytor
5. Ger austenit

Question 6

Vad är kallsmide?

Answer 6

1. Rumstemperatur
2. Deformationshårdnade
3. Fina ytor
4. Bättre toleranser
5. Enkla och små detaljer
6. Krävs betydligt högre krafter

Question 7

Vilka är de fem vanligaste smidestyperna?

Answer 7

1. Sänksmidning - Golfklubbor
2. Friformssmidning
3. Stuksmidning - bult, skruv (ofta kallt)
4. Rotationssmide - kugghjul
5. Flypressning (Skal till macbook)

Question 8

Vad är Sänksmide och när används det?

Answer 8

• 2 Delar som pressas samman för att få ut önskad form
• Dyrt verktyg → Lämpar sig bäst för långa serier (ca 1000 detaljer)
• Bildas skägg men kommer nära slutformen
• Används till exempel vid framställning av golfklubbor, krokar, bromsar

Question 9

Vad är friformssmide?

Answer 9

+ Enkla, billiga och öppna verktyg, används vid kortare serier

-Grova toleranser

Kan ske antingen via Stukning (axiellt led för bearbetning av t ex kuts) eller Räckning (tvärriktning).

Question 10

Vad är strängpressning? (Extrusion)

Answer 10

Material pressas med högt tryck genom en matris för att få en önskad profil

• Uppvärmning, Aluminium ca 450 grader, stål ca

1100 grader

• Mycket höga krafter. Begränsningar avseende

storlek på detaljens tvärsnitt

• Jämna godstjocklekar och symmetri att föredra
• Relativt billiga verktyg, speciellt vid öppna

profiler

• Profiler sträcks något efter själva pressningen

Question 11

Fördelar med strängpressning?

Answer 11

• Relativt billiga verktyg
• Ger möjlighet till “smarta” konstruktioner

Question 12

Nackdelar med strängpressning?

Answer 12

• Materialet sträcks något efteråt
• Bör ha jämn godstjocklek och vara symmetrisk
• Hålprofiler är mycket dyrare att göra med Strängpress. (risk att det svetsas samman efter att det tryckts igenom)
• Ofta behövs någon form av efterbearbetning (plastisk och skärande bearbetning)
• Risk för dödzon (Ett område närmast matrisen där ingen flytning av materialet sker)

Question 13

Vad innebär valsning?

Answer 13

Valsning är en process vid framställning av stål

Finns både varm- och kallvalsning

Betraktas ofta som plan deformation

Question 14

Varför används kallvalsning?

Answer 14

• Bättre ytor, toleranser
• Kall bearbetning ==> deformationshårdnande ==> bättre hållfasthet
• Kan göras tunnare plåt ( <1mm )

Question 15

Varför används varmvalsning?

Answer 15

• Reducera från tjockare dimensioner på tex grov plåt
• För framställning av plåt, stång, balkar och profiler

Question 16

Hur går valsning till?

Answer 16

Antingen valsar man saker fram och tillbaka, med minskat gap mellan valsarna. Eller så har man flera valsar i följd istället. (tandemvalsning)

Question 17

Fördelar med klena (små) valsar?

Answer 17

• Mindre kontaktyta → Mindre friktion → krävs mindre kraft för att skapa ett visst tryck
• Billigare (både verktyg och material)

Question 18

Vad innebär dragning (tråddragning)?

Answer 18

• Areareduktion
• Dimensionstolerans
• Förbättra ytan
• Ökad hållfasthet (deformationshårdnande, kallbearbetning).

Det man drar igenom kallas dragkrona, och görs i diamant eller hårdmetall.

Question 19

Vad producerar man främst genom dragning?

Answer 19

Främst tråd men även rör

Question 20

Hur påverkas Skjuv- och friktionsarbetet (W_s & W_fr) av att konvinkeln alpha ökar?

Answer 20

• W_fr, minskar med ökande alpha, eftersom det blir en kortare sträcka som friktionen verkar.
• W_s ökar med ökande alpha, eftersom det blir kraftigare riktningsändring hos materialet.

Question 21

Vad finns det för olika formningsmetoder inom plastisk bearbetning?

Answer 21

Question 22

Beskriv hur plåtbearbetning sker med dragpressning

Answer 22

Pressar ner plåt m.h.a stämpel, dyna och tillhållare.

Kan göras i flera steg för att erhålla tillräckligt djup.

• Högt tillhållartryck förhindrar veckbildning, men större risk för brott
• Lågt tillhållartryck minskar risk för brott men ökar risk veckbildning

Lämpligt för t.ex. Läskburkar eller konserver

Question 23

Nämn 4 feltyper vid dragpressning?

Answer 23

1. Kantsprickor
2. Veckbildning
3. Öronbildning
4. Apelnsinyta

Question 24

Vad är sträckpressning?

Answer 24

Används liksom vid dragpressning verktyg bestående av dyna, stämpel och tillhållare (plåthållare eller likn).

I detta fall har tillhållaren som syfte att i princip låsa fast plåten (dragpressn. endast förhindra veck), vilket leder till att plåten sträcks när stämpeln går neråt.

Leder också till att (till skillnad mot dragpressning) materialet kommer att plasticera tidigt och dynans (och/eller) stämpelns form kan göras avbildande, dvs man kan skapa mer komplexa geometrier.

Question 25

Vad innebär MDF (Maximalt dragförhållande)?

Answer 25

-(beta)₿ = D/d, där D=rondelldiameter, d=stämpeldiameter

• Maximalt dragförhållande fås eftersom det krävs en viss tillhållarkraft för att förhindra veckbildning.
• När rondelldiametern D är stor förhållande till d blir den tillhållande arean stor och därför krävs stor tillhållarkraft
• Detta betyder också en stor friktionskraft mellan plåt och tillhållare. När stämpeln försöker dra plåten nedåt kommer denna friktion att skapa en motkraft som gör att risk för brott ökar! (spänningen i koppväggen blir för hög, dvs leder till brott)
• MDF (maximala dragförhållandet) ökar med lägre friktion. Den lägre friktionen gör det möjligt att lägga på tillräckligt högt tryck för att förhindra veck – utan att detta leder till brott. M a o djupare burkar kan tillverkas.

Question 26

Berätta kort om bockning

Answer 26

Finns V- och U-bockning

U-bockning är dyrare men bättre?

Det blir återfjädring som man får ta hänsyn till, detta är extra viktigt vid just bockning eftersom en relativt stor del av materialet är kvar i elastiskt tillstånd. Om två material har samma E-modul, kommer det starkaste (dvs högst sträckgräns) ge mest återfjädring.

Question 27

Vilka olika stadier finns det i klippande bearbetning?

Answer 27

1. Elastisk deformation
2. Plastisk deformation
3. Sprickbildning
4. Slutförlopp (skjuvbrott)

Question 28

Hur ser klippytan ut vid klippande bearbetning?

Answer 28

Vankant - Orsakas av plastiskt deformation, då klippspalten orsakar ett böjande moment på plåten.

Blankzon - Orsakas av verktygets glidning, repig

Brottzon - prickig

Klippgrad - Materialet deformeras över dynkant, bildas genom friktionskrafter mellan arbetsstycke och verktyg.

Question 29

Varför vill man ha små arbetsvalsar vid plåtvalsning? Konsekvenser? Lösningar?

Answer 29

Varför:

• Det ger mindre kontakt yta => kräver mindre kraft för att skapa ett visst tryck och mindre friktionsförluster.
• Billigare, både material och valsar

Konsekvenser:

• Utböjningen kan bli större: Ojämn tjocklek på plåten.
• Risk för geometriska fel.

Lösningar:

• Stödvalsar
• Bombering

Question 30

Metaller kan deformationshårdna. Vid vilka förhållanden sker detta samt vad får det för konsekvenser under och efter tillverkningen?

Answer 30

Det sker under Rekristallisationsstemperaturen (den temperatur då korngränserna i ett kraftigt deformerat material blir rörliga och nya korn kan bildas.). Innebär rent praktiskt att det sker i rumstemperatur vilket kallas för kallbearbetning. Olika temperaturer för olika metaller.

Under: Materialets deformationsmotstånd höjs och kraftbehovet ökar.

Efter: Förhöjd sträckgräns. Kan ses som positivt men materialet tål mindre töjning.

Question 31

• Vilka delar brukar energin (arbetet) vid plastisk bearbetning typiskt delas in i?*
• Diskutera vilka faktorer som påverkar respektive del av arbetet. Resonera om dem separat men viss koppling kan förekomma mellan delarna*

Answer 31

• Ideala arbetet: Volymen * integralen under spännings-töjningskurvan.
• Friktionsarbete: Beror på friktionen (yta, smörjning)
• Skjuvarbete: Varierar mkt mellan metoder men induceras typiskt av friktionen men är mkt beroende av geometrikomplexitet. Snabba riktningsändring hos materialet ger mkt skjuvarbete

Question 32

I nedanstående fall: Är det troligast att plåten har varv- eller kallvalsats (i sista ledet) och varför?

• En 10 mm tjock stålplåt som ska användas till grävskopor.
• En 1 mm tjock rostfri plåt som ska användas till kylskåpsdörrar.

Answer 32

• Den grövre plåten är troligtvis varvvalsad då en grävskopa inte har särskilt höga krav på utseendet.
• Tunnare plåten är säkerligen kallvalsad då ett kylskåp kräver en finare yta och det är svårt att få med varvvalsning.

Question 33

Sänksmide: Skillnaderna mellan varm- och kallsmide. För- och nackdelar samt tillämpningar bör ingå i svaret.

Answer 33

Kallsmide:

• Betydligt högre krafter
• Finare ytor (slipper glödskal / oxider)
• Bättre noggrannhet
• Bra för enkla former ex, muttrar

Varmsmide:

• Komplexa former
• Kostar mer med värme, dock kräver det mindre krafter

Question 34

Varför bildas skägg vid sänksmidning? Kan man kanske smida utan att skägg bildas?

Answer 34

Volymen före och efter smidningen är konstant. För att garantera god formfyllnad ser man till att ha ett materialöverskott. Detta måste ta vägen någonstans, vilket bildar skägget. Extra viktigt i slutet av förloppet då det behövs bra tryck i formen för att fylla ut alla små hörn i sänket.

Smide utan skäggbildning kräver mycket god volymkontroll, (bearbeta, svarva artbetsstycket t ex, och gör det kallt - ingen termisk volymändring).

Question 35

Balkar kan formas på olika sätt. Diskutera från nedanstående figur olika metoder som kan tänkas användas samt fördelar och nackdelar med metoderna och utformningarna.

Answer 35

De två första: valsade eller strängpressade.

Tredje detaljen: Mer uppenbar strängpress; mer komplex form. Visserligen blir verktyget dyrare då ett hål finns med, men samtidigt ger det möjlighet till en styvare konstruktion.

Fjärde detaljen: Strängpress; ytterligare fördel då man relativt enkelt kan bygga in andra funktioner vilka de nu må vara i figuren.

Question 36

• Nedanstående figur visar tvärsnitt från aluminiumprofiler. Jämför:*
• − A med B: Om vi antar att tvärsnittsarean är densamma vilken har troligen högst kostnad per meter pressad profil och varför?*
• − A med C: Varför kan pressning av profil C skapa ett problem (som inte A har)?*
• − B med D: Vilken design (konstruktion) är bäst anpassad till strängpressning och varför?*

Answer 36

• A som är hålprofil kräver ett mkt mer avancerat tvådelat verktyg och blir därför dyrare (speciellt vid mindre seriestorlek/kortare total längd).
• Verktyg till C: Centrumdelen av verktyget måste sitta ihop med ytterdelen. Med en hög kraft som ligger på vinkelrätt mot verktyget riskerar den lilla bryggan att spricka.
• Här är B att föredra då den har jämn godstjocklek vilket ger ett jämnare ”flöde” av material genom verktyget.

Question 37

Hur gör man rent praktiskt för att kunna göra djupare burkar (t ex) än vad maximala dragförhållandet medger? Förklara kort varför (det fungerar).

Answer 37

Man gör burken i flera steg, där en burk med för stor diameter skapas i det första steget. Dock innebär detta att den tillhållande arean inte blir kritiskt stor i det senare steget:

Question 38

En klippt yta är ett resultat av själva klippförloppet. Rita en klippt yta i en vy så att de olika ytavsnitten klart framgår. Ge korrekt benämning på dessa ytavsnitt och förklara kort hur minst två av dem uppstått!

Answer 38

Vankant - Orsakas av plastiskt deformation, då klippspalten orsakar ett böjande moment på plåten.

Blankzon - Orsakas av verktygets glidning, repig

Brottzon - prickig

Klippgrad - Materialet deformeras över dynkant, bildas genom friktionskrafter mellan arbetsstycke och verktyg.

Question 39

Vilka delar brukar arbetet vid plastisk bearbetning typiskt delas in i? Redogör i detalj för vilka faktorer som påverkar respektive del av arbetet. Resonera om dem separat men viss koppling kan förekomma mellan delarna. Du behöver inte diskutera mycket men var noggrann och ta med alla detaljer du kommer på och beskriv dem kort.

Answer 39

Idealt arbete: Volymen * integralen under kf-kurvan. (Kolla anteckningar)

Den senare beror på materialets beteende samt formändringens storlek.

• Friktionsarbete:* Beror på friktionen (yta och smörjning) samt areans storlek.
• Skjuvarbete:* Inhomogen deformation

Varierar mycket mellan olika metoder men induceras typiskt av friktionen. Mycket beroende av geometrikomplexitet. Snabba riktningsändringar hos materialet ger mycket skjuvarbete.

Question 40

Beskriv principiellt vilka faktorer som påverkar arbetet vid klippning eller stansning (med raka skär). Var noggrann och ta med alla detaljer du kommer på och beskriv dem kort.

Answer 40

Klipparbetet: W = X F t

X = korrektionsfaktorn, beror på hur kraften varierar under vägen vilket i sin tur beror på hur tidigt ett brott sker (duktiliteten). ( X < 1 alltid)

Kraften: F = ksk * A (Kvävd kraft)

ksk = Specifika klippkraften, materialparameter

A = Den skjuvande arean som beror på geometrin och tjockleken.

t = tjockleken ”vägen”.

Question 41

• Ge en matematisk definition av η samt kommentera kort vad respektive term i*
• definitionen är.*

Answer 41

η = Wi / Wy

η = processverkningsgraden

W_i = Ideala arbetet

W_y = Yttre arbetet

Question 42

Diskbänkar i rostfri plåt med flera (normalt två) hoar kan tillverkas på flera sätt. Att tillverka en sådan diskbänk i ett stycke enligt bilden nedan är i praktiken svårt med de standardmetoder som gåtts igenom i kursen. Man tillverkar därför ofta diskbänkar så att en eller bägge hoarna är motståndssvetsade (med sömsvetsning) till den plana delen. Förklara (i detalj): Vad är problemet att pressa två hoar jämte varandra (dvs hela diskbänken i ett stycke)?

Answer 42

• Dragpressning*: En ho är relativt djup (och ganska symmetrisk) och görs enklast med dragpressning. Dragpressning använder en plåt som är stor nog att kunna dras ner i verktyget. Ska göras 2 hoar jämte varandra finns helt enkelt inte material emellan hoarna att dra in i verktyget och bilda hoarna. Eller annorlunda uttryckt: Skulle man försöka dragpressa hade materialet brustit mellan hoarna.
• Sträckpressning*: En (eller två) hoar är med stor sannolikhet för djupa. Dvs det skulle bli för stor töjning (sträckning) i de vertikala väggarna runt hela hons ”omkrets”.

Question 43

• En känd processbegränsning vid tråddragning lyder ∅_max = η (n+1)*
  1. Vad är φ max , η respektive n? De två första bör definieras matematiskt.

Answer 43

• ∅_max = maximala effektivtöjningen*
• ∅ = ln(l/l₀) = ln(A₀ / A₁) = ln(D₀²/ D₁²)*
• η = Processverkningsgraden*
• η = W_i / W_y*
• n = deformationshårdnandsexponenten*
• k_f = K ∗ ∅ ⁿ*

Question 44

• Varför brukar man säga att återfjädring är något som märks mycket vid bockning?*
• Jämfört med annan plastisk bearbetning alltså. Förklara!*

Answer 44

Vid bockning finns ett neutralplan ungefär i mitten av plåtens tvärsnitt där spänningen är noll. Vid bockningen fås dragspänningar på utsida och tryckspänningar på insidan av bocken. Detta leder till att spänningen också är nära noll runt neutralplanet och därför inte plasticerat. Dvs en ganska stor andel av volymen deformeras enbart elastiskt, när bockningen är klar återgår spänningen och deformationen till 0 dvs återfjädrar.

Question 45

• En kopp som tillverkas med dragpressning får inte samma tjocklek överallt. Varför inte?*
• Förklara kort. Var blir den tunnast?*

Answer 45

Materialet längst ut mot kanten måste stukas mkt i omkretsled för att komma in i koppen, dvs dess tjocklek ökar (gula elementet nedan). Tjockleken närmast botten är i princip som före. Detta leder vid dragningen (i slutet) till att tjockleken minskas mycket i botten där den alltså är tunnast (och även sker eventuellt brott här).

Question 46

• Diskutera skäggbildning vid sänksmide (varmbearbetning). Delfrågor att diskutera:*
• • Hur skägg bildas vid sänksmidning,*
• • Hur verktyget utformas,*
• • Vad som händer i och kring skäggbanan under hela smidesförloppet,*
• • Hur detta påverkar vad som händer inne i verktyget.*
• Kommentera också kort om det går att sänksmida utan skäggbildning och vad man då måste tänka på.*

Answer 46

Volymen före och efter smidningen är konstant. För att garantera god formfyllnad ser man till att ha ett materialöverskott. Detta måste ta vägen någonstans, vilket bildar skägget. Extra viktigt i slutet av förloppet då det behövs bra tryck i formen för att fylla ut alla små hörn i sänket. Efter skäggbanan bör ej finnas stopp: antingen ett skäggrum eller fritt ut ”i luften”. Smide utan skäggbildning kräver mycket god volymkontroll, (bearbeta, svarva artbetsstycket t ex, och gör det kallt - ingen termisk volymändring).

Question 47

Hur påverkar materialets brottförlängning (från ett dragprov) respektive kallhårdnandeexponent, n, den maximala areareduktionen vid tråddragning? Motivera kort.

Answer 47

Högre n ger högre hållfasthet hos tråden vilket förhindrar plasticering i den bildade tråden. Alltså högre reduktion möjlig. Brottförlängningen påverkar ej. Denna ligger efter plasticering och midjebildning av tråden. Bägge är ej acceptabla vid trådddragning.

Question 48

• Vid tråddragning brukar man kunna påvisa att det finns en optimal konvinkel a, se figur.*
• Optimal med avseende på vad? Och varför finns det en optimal konvinkel? I ditt svar bör det finnas en graf!*

Answer 48

Optimalt låg m a p dragkraft eller energi. Energin (arbetet) är en summa av ideala, friktions- och skjuvarbetet. Friktionsarbetet minskar med ökande alfa (mindre sträcka eller area som ligger an).

Skjuvnings- (eller inhomogena) arbetet ökar med alfa (ökad riktningsändring). Ideala (homogena) arbetet oberoendeav alfa – beror bara på materialets egenskaper och hur stor töjningen är. Summan (yttre arbetet Wy) får ett optimum:

Question 49

Beskriv kort bombering respektive stödvalsar!

Answer 49

Stödvalsar är större valsar ”utanför” arbetsvalsarna, som håller emot utböjningen, stödjer arbetsvalsarna:

Bombering hjälper ytterligare till att få jämntjock plåt, då arbetsvalsarna ges en något större diameter på mitten:

Question 50

Vid klippande bearbetning tillämpar man ofta en s.k. gradsax. Vad är detta och vad är fördelen? Förklara!

Answer 50

Kraften vid klippning/stansning är direkt beroende av materialets hållfasthet och den skjuvade areans storlek. En gradsax har en lutning på det övre saxskäret/stansen. Syftet med detta är att den arean som momentant belastas (skjuvas) blir mycket mindre, varför kraften går ner.

Question 51

Vad innebär varmbearbetning?

Answer 51

T< rekristallationstemp

Nya korn/ kristaller bildas med ej fastlåsta dislokationer

Ökad rörlighet i korngränser

Materialet återförs till sitt ursprungliga tillstånd

Question 52

Vilka metoder finns för plåtformning?

Answer 52

• Dragpressning
• Sträckpressning
• Bockning

Question 53

Skillnaden mellan drag- och sträckpressning?

Answer 53

En central skillnad är att tillhållarkraften är väsentligt högre vid sträckpressning. Vid dragpressning ska denna endast hindra veck, vid sträckpressning låser man fast plåten. Vid den senare blir därigenom dragspänningarna större över hela ytan. Applikationer för dragpressning är relativt djupa men endast enkla gärna symmetriska typ burkar. Med sträckpressning kan man göra mer komplexa geometrier där man kan ”avbilda” stämpelns geometri då plåten är genomplasticerad. Dock kan detaljerna typiskt inte göras lika djupa som vid dragpressning, eftersom man då får risk för brott.