Post on 26-Dec-2019
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.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 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.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 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
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 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.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 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.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 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.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 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.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 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.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 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.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 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.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 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).
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 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.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 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.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 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.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 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.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 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.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 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.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 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.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 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.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 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.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 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.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 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.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 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.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 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.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 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).
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 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.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 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.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 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.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 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.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 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.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 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.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 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 mk.carli@gmail.com
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