konstruiranje in izdelava orodij za ekstruzijo al … · za vročo ekstruzijo se lahko uporabljajo...

Fakulteta za strojništvo

KONSTRUIRANJE IN IZDELAVA ORODIJ ZA

EKSTRUZIJO AL PROFILOV

Diplomsko delo

Študent: Karl Mlakar

Študijski program: visokošolski strokovni

Smer: proizvodno strojništvo

Mentor: red. prof. dr. Jože Balič

Somentor: doc. dr. Mirko Ficko

Maribor, september 2010

- II -

- III -

I Z J A V A

Podpisani Karl Mlakar izjavljam, da:

je bilo predloženo diplomsko delo opravljeno samostojno pod mentorstvom red. prof.

dr. Jožeta Baliča in somentorstvom doc. dr. Mirka Ficka;

predloženo diplomsko delo v celoti ali v delih ni bilo predloženo za pridobitev

kakršnekoli izobrazbe na drugi fakulteti ali univerzi;

soglašam z javno dostopnostjo diplomskega dela v Knjižnici tehniških fakultet

Univerze v Mariboru.

Maribor, __________________ Podpis: ___________________________

- IV -

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju, red. prof. dr. Jožetu Baliču

in somentorju doc. dr. Mirku Ficku za pomoč in

vodenje pri izdelavi diplomskega dela. Zahvaljujem se

tudi osebju podjetja Kaldera d. o. o. za pridobljene

izkušnje, informacije ter pojasnila, ki sem jih

potreboval pri izdelavi diplomskega dela. Prav tako

vsem prijateljem za spodbudne besede in pomoč pri

študiju, ter izdelavi diplomske naloge.

Posebno zahvalo namenjam staršem, ki so mi

omogočili študij.

- V -

KONSTRUIRANJE IN IZDELAVA ORODIJ ZA EKSTRUZIJO AL

PROFILOV

Ključne besede: konstruiranje, SolidWorks, ekstruzija

UDK: 621.941.07(043.2)

POVZETEK

V diplomskem delu je predstavljeno 3 D konstruiranje orodij za vročo ekstruzijo profilov iz

aluminijevih zlitin in predhodna priprava za uvoz v simulacijski paket HyperWorks.

Za ekstruzijo profilov iz aluminijevih zlitin se uporablja več tipov orodja.

Konstrukterji orodij za vročo ekstruzijo aluminijevih profilov morajo imeti tako teoretično

znanje in poznavanje programskih paketov, kot tudi mnogo dolgoletnih izkušenj na tem

področju.

Na podlagi zahtev po obliki profila je potrebno orodje zasnovati tako, da bo omogočalo

nemoteno in ekonomično proizvodnjo.

Ker pa se pojavljajo vedno večje zahteve po oblikah, dimenzijski natančnosti, kvaliteti površin

ter dobavnih rokih, smo v podjetju Kaldera d. o. o. začeli izvajati simulacije.

S programskim paketom HyperWorks orodje predhodno simuliramo in se tako izognemo

kasnejšim korekcijam.

- VI -

DESIGN AND MANUFACTURING OF EXTRUSION TOOLS FOR AL

PARTS

Key words: design, SolidWorks, extrusion

UDK: 621.941.07(043.2)

ABSTRACT

This diploma work presents 3D designing of tools for hot extrusion profiles, which are made

from aluminium alloys, and the preceding preparations for export into the simulation package

HyperWorks.

Different types of tools are used for aluminium alloy profile extrusion.

Constructors of tools for hot aluminium alloy profile extrusion must be aquainted with

theoretical facts, be proficient in using programme packages as they need years of experience

in this field.

The tool must be designed to enable undisturbed and economical production, considering the

profile shape requirements.

Due to constantly increasing requirements regarding shape, dimensions, surface quality and

delivery times, company Kaldera started to bring simulations into use.

We use the programme package HyperWorks to previously simulate tools, which helps us to

avoid later corrections.

- VII -

KAZALO

1 UVOD ................................................................................................................................ 1

1.1 OPIS SPLOŠNEGA PODROČJA DIPLOMSKEGA DELA ......................................................... 1

1.2 OPREDELITEV DIPLOMSKEGA DELA ............................................................................... 2

1.3 STRUKTURA DIPLOMSKEGA DELA ................................................................................. 2

2 O EKSTRUZIJI ................................................................................................................ 3

2.1 UVOD V IZTISKANJE (EKSTRUZIJO) PROFILOV IZ AL-ZLITIN ....................... 3

2.2 ORODJA ZA IZTISKANJE PROFILOV IZ AL-ZLITIN ............................................ 4

2.3 UPORABLJENI MATERIALI ZA VROČO EKSTRUZIJO ...................................... 5

3 OPIS PROBLEMOV PRI KONSTRUIRANJU ORODIJ ........................................... 7

4 OPIS GOSPODARSKE DRUŽBE KALDERA ............................................................ 9

4.1 ORODJA ZA EKSTRUZIJO ALUMINIJA ............................................................................ 10

4.2 TERMIČNA OBDELAVA ................................................................................................ 11

4.3 STORITEV MEHANSKE OBDELAVE ............................................................................... 12

5 PREDSTAVITEV PROGRAMSKEGA PAKETA SOLIDWORKS ........................ 13

6 PREGLED PROCESA KONSTRUIRANJA ............................................................... 14

7 PRAKTIČNI PRIMER .................................................................................................. 16

7.1 PRIPRAVA 2D KONSTRUKCIJE ORODJA ........................................................................ 16

7.1.1 Konstruiranje profila........................................................................................... 16

7.1.2 Konstruiranje matrice ......................................................................................... 16

7.1.3 Konstruiranje trna ............................................................................................... 17

7.2 MODELIRANJE ORODJA ............................................................................................... 18

7.2.1 Izdelava 3D modela matrice ............................................................................... 18

7.2.2 Izdelava 3D modela trna ..................................................................................... 19

7.2.3 Sestava sklopa orodja ......................................................................................... 20

7.3 PRIPRAVA MODELA ZA SIMULACIJO ............................................................................ 21

7.3.1 Priprava za inverz orodja .................................................................................... 21

- VIII -

7.3.2 Izdelava samega inverza orodja .......................................................................... 22

7.3.3 Pozicioniranje inverza ........................................................................................ 23

7.3.4 Razdelitev na posamezna telesa ........................................................................ 24

7.3.5 Izdelava surovca (trupca).................................................................................... 25

7.4 DOBLJENI REZULTATI SIMULACIJ ................................................................................ 26

8 DEJANSKI IZDELEK ................................................................................................... 28

8.1 EKSTRUZIJA PROFILA .................................................................................................. 28

8.2 OBLIKA IZDELANEGA PROFILA .................................................................................... 29

9 SKLEP ............................................................................................................................. 30

10 SEZNAM UPORABLJENIH VIROV .......................................................................... 31

11 ŽIVLJENJEPIS .............................................................................................................. 32

- IX -

KAZALO SLIK

Slika 2.1:Prikaz poteka ekstruzije [11] ....................................................................................... 3

Slika 2.2: Prikazano orodje s primerom izdelka ......................................................................... 4

Slika 2.3: Prerez skozi orodje in prikaz izdelka ......................................................................... 4

Slika 4.1: Prostori Kaldera d.o.o................................................................................................. 9

Slika 4.2: Izdelki podjetja ......................................................................................................... 10

Slika 4.3: Prostori termične obdelave (vakuumska peč) .......................................................... 11

Slika 4.4: Proizvodni prostori ................................................................................................... 12

Slika 5.1: Logotip programskega paketa SolidWorks .............................................................. 13

Slika 6.1: Shematični prikaz postopka konstruiranja in modeliranja ....................................... 15

Slika 7.1: Kontura profila ......................................................................................................... 16

Slika 7.2:Konstrukcija matrice orodja v 2D obliki ................................................................... 16

Slika 7.3: Konstrukcija trna v 2D obliki ................................................................................... 17

Slika 7.4:Osnovna skica za izdelavo modela matrice............................................................... 18

Slika 7.5: Pripravljen 3D model matrice .................................................................................. 18

Slika 7.6: Kontura za izdelavo modela trna .............................................................................. 19

Slika 7.7: Pripravljen 3D model trna ........................................................................................ 19

Slika 7.8: Pripravljena modela na isti ravnini .......................................................................... 20

Slika 7.9: Pozicioniranje v dejansko medsebojno lego ............................................................ 20

Slika 7.10: Orodje združeno v eno telo .................................................................................... 21

Slika 7.11:Izdelava valja........................................................................................................... 21

Slika 7.12: Izdelava inverza...................................................................................................... 22

Slika 7.13:Oblika inverza ......................................................................................................... 22

Slika 7.14: Prikaz pozicioniranja .............................................................................................. 23

Slika 7.15: Razrez v posamezna telesa(body-e) ....................................................................... 24

- X -

Slika 7.16:Razdeljen model ...................................................................................................... 24

Slika 7.17: Izdelava surovca (trupca) ....................................................................................... 25

Slika 7.18: Hitrosti na izhodu profila ....................................................................................... 26

Slika 7.19: Prikazani pomiki pri preoblikovanju profila .......................................................... 26

Slika 7.20: Napetost na surovec pri ekstruziji .......................................................................... 27

Slika 8.1: Začetek izdelka ......................................................................................................... 28

Slika 8.2: Prerez profila ............................................................................................................ 29

- XI -

UPORABLJENE KRATICE

2D - dvodimenzionalno konstruiranje

3D - tridimenzionalno konstruiranje

BC - BobCad

CAD - Computer Aided Design

CNC - Computer Numerical Control

DC - DepoCam

FS - Fakulteta za strojništvo

HW - HyperWorks

ISO - International Standard Organisation

SC - SolidCam

SW - SolidWorks

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

- 1 -

1 UVOD

1.1 Opis splošnega področja diplomskega dela

Izdelava izdelkov iz vse lažjih materialov je v zadnjem času zelo aktualna. Eden izmed teh

izdelkov so aluminijevi izdelki, ki imajo kljub nižji teži zelo dobre trdnostne lastnosti. Kljub

finančni stiski in propadu mnogih podjetji v zadnjem času, so poslovni rezultati družb,

delujočih na trgu Al polproizvodov, zadovoljivi.

Njihova proizvodnja temelji na izdelavi izdelkov iz aluminijevih zlitin. Eden izmed

pomembnejših programov je tudi vroča ekstruzija profilov. Za ta proces so potrebna posebna

orodja, ki jih konstruira in izdeluje podjetje Kaldera d. o. o., kjer sem tudi dobil temo za

diplomsko nalogo.

Namen diplomske naloge je skonstruirati in nato zmodelirati orodje. 3 D model bo

služil najprej za simulacijo orodja in nato še za ekonomsko upravičeno izdelavo ter uporabo

orodja.

Postopek je prikazan na konkretnem primeru izdelka, komorni profil iz aluminijeve

zlitine AlMgSi 0,5.

Zaradi velikega števila efektov, ki imajo na proces ekstruzije različne vplive, in zaradi

njihovih medsebojnih odvisnosti, je pri konstruiranju orodij potrebno zelo veliko izkušenj in

teoretičnega znanja, da se z upoštevanjem teh metod izognemo problemom, ki bi nastali pri

konstruiranju in kasneje pri uporabi orodja. V zadnjem času so na voljo že računalniške

simulacije, s pomočjo katerih pred izdelavo orodje simuliramo in s tem odpravimo morebitne

napake. S tem se izognemo kasnejšim reklamacijam in korekcijam. Konstrukcija mora na

podlagi zahtevane oblike profila izbrati tudi ustrezen tip orodja, ki bo omogočal najbolj

racionalno rabo in ekonomično proizvodnjo. V pomoč pri konstruiranju so dolgoletne

izkušnje konstrukterjev in opazovanja tega, kako vsaka manjša sprememba vpliva na iztiskan

izdelek.


- 2 -

1.2 Opredelitev diplomskega dela

V diplomski nalogi bom predstavil predvsem pripravo 3 D modelov orodij in uporabo

simulacij za ekstruzijo.

Glavno vlogo ima priprava modela orodja oz. inverz orodja. To je prostor, kjer se

material pri ekstruziji aluminijevih zlitin preoblikuje v razne oblike profilov, ki so odvisni od

oblike orodja.

Za izdelavo konstrukcij je uporabljen CAD paket ME 10, sledi mu programski paket

CAD 3 D SolidWorks za modeliranje v 3 D obliki, le-temu pa sledi simulator HyperWorks.

1.3 Struktura diplomskega dela

V začetku diplomske naloge bom predstavil ekstruzijo aluminijevih zlitin, konstruiranje

orodij za ekstruzijo ter problematike, ki nastanejo pri izdelavi orodij. Predstavljeno je tudi

podjetje Kaldera d. o. o. – edino slovensko podjetje, ki se ukvarja z izdelavo orodij za

ekstruzijo aluminijevih zlitin.

Sledi prikaz celotnega procesa konstruiranja orodja na konkretnem primeru. Pri tem ima

pomembno vlogo priprava 3 D modela za uvoz v simulator.

Na koncu diplomske naloge so prikazani rezultati simulacije in dejanski izdelek.


- 3 -

2 O EKSTRUZIJI

2.1 UVOD V IZTISKANJE (EKSTRUZIJO) PROFILOV IZ Al ZLITIN

S procesom vročega iztiskanja ali ekstruzije aluminijevih zlitin se proizvajajo palice, cevi in

profili različnih oblik ter velikosti. Sam izraz vroče iztiskanje aluminijevih zlitin se uporablja

za opis procesa, pri katerem drog iz Al zlitine, ogret na določeno temperaturo, vstavimo v

recipient, ki ga na eni strani zapremo s stavkom orodja (npr. trn, matrica, podporne

komponente), ki definira obliko profila, na drugi pa z izstiskalno ploščo, na katero pritiska bat

stiskalnice. Med procesom vročega iztiskanja zaradi velikega pritiska Al zlitina ''steče'' skozi

stavek orodja in tako kot rezultat preoblikovanja v vročem stanju dobimo želene profile

polnih ali votlih prerezov [10].

S procesom vroče ekstruzije pridobljeni izdelki oz. polizdelki imajo široko polje uporabe na

različnih področjih, kot so:

avtomobilska in letalska industrija;

strojegradnja;

transport;

notranje oblikovanje;

električna industrija;

gradbeništvo ...

Slika 2.1:Prikaz poteka ekstruzije [11].

DRŽALO – PRIJEMALO

ORODJA

STAVEK ORODJA BAT STISKALNICE

DROG IZ ALUMINIJEVE

ZLITINE

IZTISKAN PROFIL

RECIPIENT


- 4 -

2.2 ORODJA ZA IZTISKANJE PROFILOV IZ Al ZLITIN

Osnovna dejavnost podjetja Kaldera d. o. o. je konstruiranje in izdelava orodij za vroče

iztiskanje profilov, cevi in palic iz aluminijevih zlitin. Profili, ki se iztiskajo, zadovoljujejo

visoke zahteve po kvaliteti izdelkov tako v avtomobilski, gradbeni kot tudi drugih aluminijsko

predelovalnih panogah.

Podjetje izdeluje različne tipe orodij, ki se uporabijo kot konstrukcijska rešitev glede na

želeno obliko izstiskanega Al profila:

KOMORNA ORODJA (za zaprte profile);

KLASIČNA ORODJA (za odprte profile);

MOSTNA ORODJA (zahtevne oblike profilov);

VLEČNA ORODJA (za hladno vlečenje).

Slika 2.2: Prikazano orodje s primerom izdelka.

Slika 2.3: Prerez skozi orodje in prikaz izdelka.


- 5 -

2.3 UPORABLJENI MATERIALI ZA VROČO EKSTRUZIJO

Za vročo ekstruzijo se lahko uporabljajo različni materiali, primerni za izbrani tip

preoblikovanja. Ker se ukvarjamo in predstavljamo orodja za vročo ekstruzijo izdelkov iz

aluminijevih zlitin, so za nas pomembni podatki in parametri zanje. Zbrane podatke za Al in

Al zlitine bomo predstavili v spodnji tabeli (preglednica 2.1) [10].

Preglednica 2.1: Pomembne Al zlitine pri preoblikovanju

Ime materiala Temp.

stiskanja

T [°C]

Hitrost

stiskanja

vex [m/s]

Mejan stopnja

deformacije

φmax DIN ZDA

Materiali, lahki za ekstruzijo

Al 99.5 Al99.5 360-500 0,3-2,0 6,9

Materiali, ki se ekstrudirajo brez posebnih težav

AlMgSi0.5 AA6060 400-500 7,0 6,2

AlMgSi 1w AA6082-O 400-500 8,0 5,5

AlMn1 AA3130 400-500 8,0 6,0

AlMg1 AA5005A 380-450 8,0 4,6

AlMg3 AA5754 380-450 8,0 4,6

Materiali, težki za ekstruzijo

AlMg5 AA5056A 380-420 10,0 4,1

AlCuMg1 AA2017A 420-460 10,0 3,8

AlCuMg2 AA2024 420-460 10,0 3,8

AlZnMgCu0.5 AA7079 410-460 - 3,4

AlZnMgCu1.5 AA7075 410-460 - 3,4

Osnovni kriterij za klasifikacijo Al in njihovih zlitin je njihova značilnost za preoblikovanje.

Odvisno od vrste zlitine se deli zahtevnost preoblikovanja na tri kriterije, in sicer:

lahko za ekstruzijo;

zmerno za ekstruzijo (brez večjih težav);

težko za ekstruzijo.


- 6 -

Al in njegove zlitine še delimo po tem, ali jih lahko po končani ekstruziji toplotno obdelamo

ali ne. Za konstrukterje je tip zlitine, ki jo bomo izstiskali, najbolj pomemben pri določevanju

dimenzij orodja. Ker imata material orodja in Al litina (jeklo-aluminij) različni koeficient

raztezka, se mora pri določevanju dimenzij mer orodja na osnovne mere profila dodati

določen dodatek glede na tip zlitine, ki bo uporabljena pri izstiskovanju. Glavni razlog za

dodatke k osnovnim dimenzijam je tudi dejstvo, da se izdelek po končani ekstruziji, ki poteka

pri povišanih temperaturah, skrči.

Ločimo dve skupini materialov, ki se med sabo ločita po tem, kako velik dodatek bomo

dodali na osnovne mere izdelka (preglednica 2.2).

Preglednica 2.2: Velikost dodatka v %, odvisno od vrste zlitine

Skupina 1 Skupina 2

Material Skrčki po dolžini

in širini Material

Skrčki po dolžini

in širini

Al 99,5

1 %

AlMg(3-7)

1,25 %

AlMn AlZnMgCu

AlMgSi AlZnMgCu 1.5

AlCuMg AlZnMgCu 2

Določen vpliv na dimenzije, predvsem na debelino matrice, ima posamezna zlitina tudi zaradi

svoje boljše ali slabše možnosti preoblikovanja. To se nanaša predvsem na začetno silo oz.

tlak, ki ga je potrebno doseči, da material prične teči. Pri zlitinah, ki težje »stečejo«, mora biti

tlak višji, s tem pa so višje tudi obremenitve, ki se prenesejo na orodje. Poleg aluminija se

lahko za vroče izstiskovanje uporabljajo tudi drugi materiali. Za vroče izstiskovanje se lahko

uporabljajo vse neferitne in skoraj vse jeklene litine ter ogljikova jekla.


- 7 -

3 OPIS PROBLEMOV PRI KONSTRUIRANJU ORODIJ

Rečemo lahko, da so orodja za vročo ekstruzijo profilov iz Al zlitin malo znan izdelek,

saj je edini proizvajalec teh orodij v Sloveniji podjetje KALDERA d. o. o. Ker gre torej za

zelo specifičen izdelek v našem prostoru, je tudi zelo malo ljudi, ki imajo potrebno znanje iz

te veje orodjarstva. V slovenskem jeziku se zelo težko ali pa sploh ne najdejo informacije s

tega področja. Tuja literatura je zelo površna, zato si iz nje ustreznega znanja ni mogoče

pridobiti.

Konstrukter orodja za vročo ekstruzijo profilov iz Al zlitin si mora za uspešno

opravljanje svojega dela poleg osnovnega znanja o konstruiranju orodij pridobiti tudi veliko

znanja o samem procesu vroče ekstruzije. Zaradi velikega števila parametrov, ki imajo

neposreden ali posreden vpliv na orodje, je preučevanje procesa neizbežno za vsakega

konstrukterja orodij.

Kot od vsakega drugega izdelka, se tudi od orodja za vročo ekstruzijo profilov iz Al

zlitin zahteva izpolnitev določenih zahtev naročnika.

Da se lahko zagotovi nemotena in ekonomsko opravičljiva proizvodnja, morajo orodja

izpolnjevati naslednje zahteve naročnika, in sicer:

orodje mora zagotavljati natančnost in obstojnost mer izdelka skozi daljše

obdobje stiskanja;

konstrukcija in izdelava morata biti takšna, da ne zahtevajo nadaljnjega

kalibriranja in korekcij oz. je teh čim manj;

zagotavljati morajo visoko produktivnost; to pomeni čim višje hitrosti ekstruzije

v povezavi z dolgo življenjsko dobo orodij;

njihova cena naj bi bila čim nižja.

Zaradi teh kriterijev je potrebno skozi celoten proces konstruiranja, pri katerem moramo

poznati in pri konstruiranju upoštevati čim več parametrov, uporabiti vse svoje znanje in

izkušnje, da lahko skonstruiramo takšno orodje, ki bo izpolnjevalo zahteve naročnika.


- 8 -

Te cilje lahko dosežemo le:

s pravilno konstrukcijo orodij;

z izbiro ustreznega materiala za orodje;

z ustreznimi postopki izdelave orodij;

z ustrezno toplotno in površinsko obdelavo orodij;

s pravilno rabo in z vzdrževanjem orodij.

Na podlagi zgoraj naštetega je v diplomski nalogi prikazan primer konstruiranja orodij od

same zasnove do končnega izdelka, s poudarkom na konstruiranju oz. modeliranju orodja za

uvoz v simulacijski paket HyperWorks.


- 9 -

4 OPIS GOSPODARSKE DRUŽBE KALDERA

Podjetje Kaldera d. o. o. je majhno podjetje z do 50 zaposlenimi, ki se ukvarja predvsem z

izdelavo orodij za ekstruzijo aluminijastih polproizvodov. Poleg tega ponujajo še storitve

toplotne obdelave orodnih jekel ter storitve mehanske obdelave.

Nastanek družbe Kaldera d. o. o. lahko v splošnem razdelimo na tri obdobja, in sicer [11]:

interni oddelek znotraj podjetja za predelavo aluminija;

nastanek programske enote – orodja;

nastanek samostojne družbe Kaldera d. o. o.

Ker se pojavljajo vedno večje zahteve po orodjih za stiskalniški in vlečni del, je enota veliko

vlagala v znanja in tehnologijo na tem področju. Pri nenehnem preoblikovanju si je enota

pridobila določene izkušnje in širila svojo dejavnost za izdelavo drugih orodij, omogočala pa

je tudi storitve obdelave in izdelave orodja ter drugih strojnih delov za druga podjetja.

S 50-letnimi izkušnjami, znanjem in z napredno tehnologijo se je družba razvila v

samostojno podjetje Kaldera d. o. o.

Družba deluje v svojih modernih prostorih, ki so razdeljeni na tri dele, in sicer:

pisarniški del;

konstrukcijski del;

proizvodnji del.

Slika 4.1: Prostori podjetja Kaldera d. o. o.


- 10 -

4.1 Orodja za ekstruzijo aluminija

V družbi konstruirajo in izdelujejo različne vrste orodij za iztiskanje Al profilov, in sicer:

komorna orodja;

klasična orodja;

mostna orodja;

vlečna orodja.

Slika 4.2: Izdelki podjetja.

Za potrebe konstruiranja se v podjetju uporabljata programska paketa ME 10 in 3 D

modelirnik SolidWorks. Pri izdelavi programov za CNC stroje (rezkanje, žična erozija) pa

uporabljajo programske pakete DC, SC, BC in BW.


- 11 -

4.2 Termična obdelava

Termična obdelava jekel je postopek, pri katerem s spreminjanjem temperature spreminjamo

lastnosti materiala. Pomembno vlogo pri tem igra tudi čas, zato te spremembe prikazujemo s

T – t (temperatura – čas) diagramom. Na področju termične in površinske obdelave ponujajo

naslednje postopke, in sicer:

kaljenje;

žarjenje;

popuščanje;

cementiranje;

plinsko nitriranje – nikotriranje.

V podjetju imajo pet različnih peči (elektro-silitna, navadna uporovna, nikotrirna, vakuumska

visokotlačna in vakuumska nizkotlačna peč – slika 4.3).

Slika 4.3: Prostori termične obdelave (vakuumska peč).


- 12 -

4.3 Storitev mehanske obdelave

Podjetje Kaldera d. o. o. ponuja storitve mehanske obdelave, kot so:

razrez jeklenih hlodov;

klasično in CNC struženje;

klasično in CNC rezkanje;

krožno in vertikalno brušenje;

žična erozija;

potopna erozija;

toplotna obdelava;

fina ročna obdelava.

Naštete storitve se v večini uporabljajo za lastno proizvodnjo, le oddelek toplotne obdelave

nudi usluge drugim podjetjem, ki se ukvarjajo z raznimi orodji iz jekla.

Slika 4.4: Proizvodni prostori.


- 13 -

5 PREDSTAVITEV PROGRAMSKEGA PAKETA

SOLIDWORKS

Eno izmed vrhunskih programskih orodij za konstruiranje in modeliranje v okolju Windows

je prav programski paket SolidWorks (slika 5.1). Okolje in delovanje v njem je zelo prijazno,

tako da se ga lahko zlahka naučimo. Njegova logika temelji na principih, kateri so poznani iz

programov družine MS-Office. Poleg modeliranja raznih delov in sklopov v 3 D obliki lahko

avtomatično izdelamo 2 D delavniško risbo in načrte, 2 D risbo pa lahko tudi uvozimo že

pripravljeno v drugih programskih paketih. Pri tem moramo paziti, da je pravilno shranjena in

da so pri uvozu pravilno izbrani parametri. Če imamo pripravljeno 2 D risbo, lahko hitro in

natančno zmodeliramo orodje v 3 D obliko. Ker SolidWorks deluje nad enotno bazo, se

katerakoli sprememba na modelu upošteva v vseh pogledih. Celoten postopek izdelave

posameznega modela ali sestava se zapisuje v t.i. upravljalec značilnosti, ki ga je SolidWorks

patentiral in je po njem tudi značilen.

Slika 5.1: Logotip programskega paketa SolidWorks.


- 14 -

6 PREGLED PROCESA KONSTRUIRANJA

Izhodišče je naročilo, ki prispe kot 2 D kontura zahtevanega profila.

Delo se začne v programskem paketu ME 10, kjer se najprej izriše zahtevan profil in se

ga shrani v mi formatu – to je osnovni format programskega paketa ME 10.

Nato se pripravi konstrukcija v 2 D obliki. Konstrukcija zajema vse sklope orodja

matrica in trn ali matrica in ustnik. Paziti moramo, da je popolno pripravljena. Posebna

pozornost mora biti na cilindrih in njihovih prehodih. Tako pripravljeno risbo pozicioniramo

tako, da je koordinatno izhodišče v središču orodja (da se izognemo težavam pri uvozu v

drugi programski paket) ter shranimo v dxf formatu.

S tem se zaključi delo v 2 D okolju in se prične delo v SolidWorks-ih. Na ravnino, ki si

jo pripravimo v programskem paketu SolidWorks, uvozimo skico, ki smo jo pripravili v ME

10. Pri tem pazimo, da imamo izbrano isto količino mer. Nato orodje shranimo v formatu, ki

je osnovni za modelirnik.

V obstoječem procesu je nato sledilo programiranje. Ker imamo po novem vključene

tudi računalniške simulacije, je sedaj potrebno narediti še 3 D model za potrebe programskega

paketa za simulacije. Tudi to poteka v SolidWorks-ih. Zmodelirano orodje nato shranimo v

step obliki, ki je potrebna za uvoz v simulacijski sistem HyperWorks. Sicer je še možnost

formata igs, vendar, če je model dobro pripravljen, tako da ni potrebno kakršnih koli

sprememb, je boljša prva varianta (step), saj je velikost datoteke trikrat manjša.

V primeru, da simulacije pokažejo, da orodje ne ustreza zahtevam, se ponovi postopek

od načrtovanja konstrukcije naprej.

Celoten proces je prikazan na shemi slika 6.1.


- 15 -

kontura

ME10

2 D profil

.mi

ME10

2 D konstrukcija orodja

.dxf

SolidWorks

3 D model orodja

.sldprt

SolidWorks

3 D model za simulacije

.step

HyperWorks

simulacije

Ali je orodje ustrezno?

NE

DA

izdelava orodja

Slika 6.1: Shematični prikaz postopka konstruiranja in modeliranja.


- 16 -

7 PRAKTIČNI PRIMER

7.1 Priprava 2 D konstrukcije orodja

7.1.1 Konstruiranje profila

Osnova je naročilo, ki pride v obliki konture profila ali opisa. Profil skonstruiramo v

programskem paketu ME 10, da ustreza oblikovni in merski natančnosti, mora vsebovati še

tolerance mer, označeno vidno površino in vrsto materiala profila (slika 7.1). Ko je tako

pripravljen profil potrjen od naročnika, se prične naslednja faza konstruiranja.

Slika 7.1: Kontura profila.

7.1.2 Konstruiranje matrice

Na osnovi oblike in velikosti profila se izbere velikost formata ter število žil. Pomembno

vlogo ima tudi to, katera je vidna površina izdelanega profila, ker je od le-te odvisna lega

profila v orodju. Spodnja stran je namreč ob ekstrudiranju lahko rahlo poškodovana, zato

vedno vidno površino obrnemo na vrh.

Slika 7.2: Konstrukcija matrice orodja v 2 D obliki.


- 17 -

7.1.3 Konstruiranje trna

Pri konstruiranju trna orodja je potrebno upoštevati napetosti, ki nastanejo, ko trupec nasede

nanj in začne material teči po kanalih.

Oblika in napetosti v izdelku (profilu) so močno odvisne prav od velikosti dotokov, ki

se nahajajo v trnu. Orodje mora zdržati velike napetosti in zadoščati za dovolj velike odprtine

za dotok materiala v vse dele profila, ob tem pa mora biti tudi dovolj trdno. Velikosti in

prehodi med cilindri so drugi pomembni faktor pri izdelavi orodja.

Na slika 7.3 je prikazana konstrukcija trna v 2 D obliki.

Slika 7.3: Konstrukcija trna v 2 D obliki.


- 18 -

7.2 Modeliranje orodja

Ko imamo pripravljene konture orodja v 2 D ravnini (slika 7.4), sledi 3 D modeliranje v

programskem paketu SolidWorks (slika 7.5).

7.2.1 Izdelava 3 D modela matrice

Slika 7.4: Osnovna skica za izdelavo modela matrice.

Tako pripravljena matrica je do sedaj zadostovala za izdelavo programov in za izdelavo

orodja. Ker so se v podjetju, ki proizvajajo orodja, odločili za simulacije orodij pred izdelavo,

sedaj temu sledijo še dodatni postopki priprave modela za simulacije.

.

Slika 7.5: Pripravljen 3 D model matrice.


- 19 -

7.2.2 Izdelava 3 D modela trna

Pripravljeno konturo orodja trna (slika 7.6) uvozimo v naprej pripravljeno ravnino, pri tem pa

polagamo pozornost na pravilno izbrane parametre. Ko imamo uvoženo skico, sledi izdelava

modela z raznimi ukazi (izvleči, izreži … itd.) (slika 7.7).

Slika 7.6: Kontura za izdelavo modela trna.

Postopek je zelo podoben kot pri matrici, le po zahtevnosti je nekoliko težji, saj je orodje bolj

kompleksno ter razvejano z dotoki in odpiranjem.

.

Slika 7.7: Pripravljen 3 D model trna.


- 20 -

7.2.3 Sestava sklopa orodja

Ko so posamezni deli sklopa pripravljeni v 3 D obliki, jih s posebnim ukazom za združevanje

postavimo v skupno ravnino (slika 7.8).

Slika 7.8: Pripravljena modela na isti ravnini.

Sledi pozicioniranje v dejansko medsebojno lego (slika 7.9). Pri tem moramo paziti na to, da

sta pravilni stani orodja (trna in matrice) skupaj ter da sta med seboj vzporedni. Pri

simetričnih oblikah je na to potrebno biti še posebej pozoren, saj je pravilna pozicija vidna le

po višini in prehodih cilindrov.

Slika 7.9: Pozicioniranje v dejansko medsebojno lego.


- 21 -

7.3 Priprava modela za simulacijo

7.3.1 Priprava za inverz orodja

V tem koraku sledi združevanje dveh teles (trn, matrica) v eno telo, kot je prikazano na

spodnji sliki, kjer je celotno telo obarvano v sivo (slika 7.10).

Slika 7.10: Orodje, združeno v eno telo.

Tako pripravljenemu sklopu orodja, ki predstavlja eno telo, izdelamo drugo telo enakega

radija in višine (valj). Torej gre za telo enake zunanje velikosti in oblike, vendar brez

obdelane notranje oblike, ki ga postavimo na isto pozicijo kot orodje (slika 7.11).

Slika 7.11: Izdelava valja.


- 22 -

7.3.2 Izdelava samega inverza orodja

Samo izdelovanje inverza temelji bolj na programskem znanju, saj s funkcijo odštevanja

odštejemo model orodja od drugega telesa (valja) tako, da pri tem nastane več teles. Izberemo

le tistega, ki ga potrebujemo, se pravi del, kjer se nahaja material pri preoblikovanju (na

spodnji sliki je prikazan z modro barvo) (slika 7.12).

Slika 7.12: Izdelava inverza.

Oblika izdelanega inverza, ki je potreben za nadaljnjo pripravo za uvoz v simulacijski sistem,

je prikazana na sliki 7.13.

Slika 7.13: Oblika inverza.


- 23 -

7.3.3 Pozicioniranje inverza

Kot pri konstruiranju orodij v 2 D obliki in pri modeliranju v 3 D obliki, je tudi tukaj zelo

pomembna pozicija inverza (slika 7.14). Koordinatno izhodišče se mora nahajati med

predkomoro in pred začetkom cilindrov ter ležati mora v centru orodja (glede na x in y os).

Smer osi z pa mora kazati v smeri poteka preoblikovanja, le tako se kasneje ne pojavijo težave

pri simulaciji.

Slika 7.14: Prikaz pozicioniranja.


- 24 -

7.3.4 Razdelitev na posamezna telesa

Tako pripravljen inverz s posebnim ukazom za razrez razdelimo na posamezna telesa ('body-

e'). Za potrebe simulacije mora namreč biti telo razdeljeno v več komponent (slika 7.15).

Slika 7.15: Razrez v posamezna telesa (body-e).

Tako dobimo posamezna telesa (slika 7.16), kot so:

oblika profila v višini največjega cilindra (črna);

oblika cilindrov (rdeča);

predkomora (modra);

dotoki (zelena);

surovec (siva).

Slika 7.16: Razdeljen model.


- 25 -

7.3.5 Izdelava surovca (trupca)

V zadnjem koraku priprave modela še dodamo surovec v dejanskih dimenzijah in kot

samostojno telo (slika 7.17). Pri tem pazimo, da ni odprtina na dotokih večja kot surovec. To

v dejanski uporabi ni priporočljivo zaradi nečistoč, ki prihajajo ob robu in v tem primeru

preidejo na izdelek, še bolj pomembno pa je za simulacijo, saj ta premajhen trupec prepozna

kot napako in zaustavi mreženje modela.

Slika 7.17: Izdelava surovca (trupca).


- 26 -

7.4 Dobljeni rezultati simulacij

Ko se zaključi priprava modela za simulacije v programskem paketu SolidWorks in je model

pravilno shranjen (step), se uvozi v program za simulacije HyperWorks.

Ko model pripravimo in nastavimo vse parametre, zaženemo preračun, ki simulira

postopek ekstrudiranja.

Po končanem preračunu lahko pogledamo rezultate. Na sliki 7.18 so prikazane hitrosti

izhodnega profila.

Slika 7.18: Hitrosti na izhodu profila.

V drugi možnosti so vidni pomiki profila (materiala) prikazani z oblikovno in barvno razliko

(slika 7.18).

Slika 7.19: Prikazani pomiki pri preoblikovanju profila.


- 27 -

Še tretja možnost, kjer je prikazan tlak, ki nastane na surovec (trupec) pri ekstruziji (slika

7.20).

Slika 7.20: Napetost na surovec pri ekstruziji.

Dobljeni rezultati so odvisni predvsem od:

oblike profila;

materiala za ekstruzijo;

podanih hitrosti ekstruzije;

temperature ekstruzije.


- 28 -

8 DEJANSKI IZDELEK

8.1 Ekstruzija profila

Po vseh tehnoloških postopkih, simulacij in korekcij je bil sklop orodij izdelan. Orodje je bilo

nato uporabljeno na v naprej dogovorjeni stiskalnici z znanimi parametri, kateri so bili tudi

upoštevani pri konstruiranju in izdelavi orodja.

Na sliki 8.1 je prikazana začetna oblika profila, ki je zelo podobna rezultatom simulacij,

vendar se z dolžino hitro ustali in je izdelek v območju dovoljenih toleranc ter potrebne

oblike.

Slika 8.1: Začetek izdelka.


- 29 -

8.2 Oblika izdelanega profila

S pripravo in simulacijo smo bili zadovoljni, kar prikazuje dobro izdelano orodje ter

posledično tudi uporaba le-tega, kar vidimo na izdelku slika 8.2. Prišli smo do spoznanja, da

simulacija zelo pripomore k izdelavi kvalitetnih orodij, predvsem pri težavnih oblikah.

Slika 8.2: Prerez profila.


- 30 -

9 SKLEP

V času globalizacije se je potrebno hitro odzivati na potrebe kupcev in trga. Čas med

povpraševanjem, idejo, ponudbo in realizacijo izdelka je vedno krajši. Naročniki zato želijo

hitro in natančno izdelavo orodja. Računalniško podprta kontrola postaja tako nujen del

celovitega proizvodnega procesa. V diplomskem delu sem predstavil pripravo 3 D modela za

uvoz in simulacijo orodja za ekstruzijo. To nam omogočajo sodobne tehnologije in

programska oprema, ki je danes na trgu. Vendar pa je za uspešno in korektno delo s tem

potrebno dobro poznavanje programske opreme ter same izdelave orodij.

Glavni cilj diplomskega dela je bil dosežen. Na začetku sem spoznal 2 D konstruiranje v

CAD programskem paketu ME 10. Pri tem ni bilo veliko težav, saj ima družba s tem že

dolgoletne izkušnje in ni bilo težav pri morebitnih vprašanjih.

Ko sem natančneje spoznal posamezna orodja in njihove principe, sklope ter uporabo, je

sledila 3 D izdelava modelov orodja v CAD programskem paketu za modeliranje SolidWorks.

Priprava orodja v 3 D obliki je bil tudi že znan postopek za družbo; sledil mu je drugi del, v

katerem se je pripravljal inverz za uvoz v simulacijski paket HyperWorks, kar pa je bila le

novost.

Vendar z malo truda in s komunikacijo sodelavcev to ni bila težava. Z delom smo bili zelo

zadovoljni, saj je bilo simuliranih že mnogo orodij. Prav tako smo zelo zadovoljni z rezultati,

saj so bili že koristno uporabljeni pri korekcijah orodij.

Je pa res, da še se s časom znanje in spretnosti izpopolnjujejo, tako da bo delo vedno lažje in

uspešnejše.

Pri izdelavi diplomskega dela sem pridobil nova znanja, ki jih bom uporabljal pri

svojem nadaljnjem delu. Spoznal sem, da moramo neprestano slediti nenehnemu razvoju

programske opreme in razvoju modernih tehnologij. Le tako bomo popolnoma izkoristili vse

možnosti, ki nam jih v prihodnosti, na področju proizvodnje, ponuja sodobna programska,

računalniška in strojna oprema.


- 31 -

10 SEZNAM UPORABLJENIH VIROV

[1] B. Ramšak, Diplomsko delo, Fakulteta za strojništvo Maribor, 2009/

http://dkum.uni-mb.si/IzpisGradiva.php?id=10763

[2] Balič Jože. CAD/CAM postopki. Maribor: Fakulteta za strojništvo, 2002.

[3] Balič Jože. Računalniška integracija proizvodnje. Maribor: Fakulteta za strojništvo,

2001.

[4] Balič Jože. Računalniško-integrirana proizvodnja: učbenik. Maribor: Založniška

dejavnost pri tehniških fakultetah, 1996.

[5] D. Lubej, Diplomsko delo, Fakulteta za strojništvo Maribor, 2006/

http://dkum.uni-mb.si/IzpisGradiva.php?id=266.

[6] Extrusion [svetovni splet]. Wikipedia. Dostopno na WWW:

http://en.wikipedia.org/wiki/Extrusion [10. 5. 2010].

[7] Gologranc Franc. Preoblikovanje, Del 2: Masivno preoblikovanje. Ljubljana: Fakulteta

za strojništvo, 1999.

[8] HyperWorks [svetovni splet]. Altair Engineering Inc. Dostopno na WWW:

http://www.altairhyperworks.co.uk/ [11. 5. 2010].

[9] Jereb Janez. Tehnologija obdelave za oblikovalca kovin, 2. dopolnjena izdaja.

Ljubljana: Tehniška založba Slovenije, 1997.

[10] K. Laue, H. Stenger, Strangpressen: Verfohren-Maschinen-Werkzeuge, Aluminium-

Verlag GmbH,Dusseldprf, 1976.

[11] Kaldera d. o. o. www.kaldera.si/ [8. 6. 2010].

[12] Kraut Bojan. Krautov strojniški priročnik, 14. slovenska izdaja / izdajo pripravila Jože

Puhar, Jože Stropnik. Ljubljana: Littera picta, 2003.

[13] SolidWorks 2010. Navodila za uporabo.

[14] T. Čuček, Diplomsko delo, Fakulteta za strojništvo Maribor, 2004 /

http://dkum.uni-mb.si/IzpisGradiva.php?id=1206.


- 32 -

11 ŽIVLJENJEPIS

Europass življenjepis

Osebni podatki

Priimek / Ime MLAKAR Karl

Naslov Kostanjevec 77, SI-2316 Slovenska Bistrica (Slovenija)

Telefon 02 8182 793 Prenosni telefon 040 476 935

E-pošta [email protected]

Državljanstvo slovensko

Datum rojstva 01/11/1987

Spol Moški

Zaželena zaposlitev / zaželeno poklicno področje

Strojniška smer

Delovne izkušnje V proizvodnji industriji, konstruiranju, gradbeništvu in krovstvu

Obdobje 01/06/2005–30/08/2005

Zaposlitev ali delovno mesto Proizvodnja

Glavne naloge in pristojnosti Obdelava, kontrola in merjenje izdelkov

Naziv in naslov delodajalca Stampal SB Partizanska 38, 2310 Slovenska Bistrica (Slovenija)

Vrsta dejavnosti ali sektor Proizvodnja v strojništvu (utopno kovanje Al)

Obdobje 03/01/2010–30/08/2010

Zaposlitev ali delovno mesto Konstruiranje in modeliranje

Glavne naloge in pristojnosti Konstruirati in modelirati orodja za ekstruzijo Al zlitin

Naziv in naslov delodajalca Kaldera d. o. o. Kolodvorska ulica 33 A, Slovenska Bistrica, 2310 Slovenska Bistrica (Slovenija)

Vrsta dejavnosti ali sektor Proizvodnja orodij za ekstruzijo Al izdelkov

Znanja in kompetence

Materni jezik(i) slovenščina

Računalniška znanja in kompetence Poznavanje programskih paketov: Microsoft Offic, AutoCAD, SolidWorks, ME 10

Umetniška znanja in kompetence Glasba: Igranje saxafona alt, petje, plesanje

konstruiranje in izdelava orodij za ekstruzijo al … · za vročo ekstruzijo se lahko uporabljajo...

Documents