202648. lajstromszámú szabadalom • Képlékeny alakító eljárás és szerszám
HU 202 648 B 2 A találmány tárgya képlékeny alakító eljárás nyúlásmérő bélyeges erő-, nyomaték-, elmozdulás- és gyorsulásérzékelők mérőelemének gyártására, valamint a mérőelem készítésére alkalmas képlékeny alakító szerszám. A nyúlásmérő bélyeges jelátalakítók legfontosabb alkatrésze a mérőelem, melyre a nyúlásmérő bélyegek vannak felragasztva. Az irodalomból és a műszaki gyakorlatból számos mérőelem kialakítása ismeretes, melyek a mértékadó terhelés során húzó-nyomó, hajlítóvagy nyíró igénybevétel hatására deformálódnak, így a rájuk ragasztott nyúlásmérő bélyegek a mért mennyiséggel arányos villamos jelet adnak. A mérőelem - függetlenül attól, hogy egyetlen összefüggő alkatrész, vagy szerelt kivitelű egység - három fő részből áll, nevezetesen a befogó részből, a tulajdonképpeni deformáló zónából, melyre a nyúlásmérő bélyegek vannak felragasztva, valamint az ezeket összekötő szakaszokból. Fokozott pontosságú jelátalakítóknál a mérőelemet, sőt a jelátalakító hozzá kapcsolódó részeinek többségét is egyetlen anyagtömbből készítik forgácsolással, hogy a szerelt mérőelemek alkalmazásakor elkerülhetetlenül jelentkező hiszterézist minimálisra csökkentsék. Ez a szerkesztési alapelv a pontosság szempontjait messzemenően kielégíti, de a megmunkálást jelentősen drágítja. Az elmondottak illusztrálására megemlíthető például a Hottinger Baldwin Messtechnik cég DD1 típusú elmozdulásérzékelőjének mérőeleme, melynek gyártása a megmunkált felület alakjából következően drága szikraforgácsolás. A vázolt ellentétes követelmények - a fokozott pontosság és gazdaságos gyárthatóság - a mérőelem konstrukció és gyártás egyidejű optimális kielégítését teszi szükségessé. A találmány szerinti megoldásnál vezérelvként azokat a szempontokat vettük figyelembe, hogy az ismert megoldásoknak megfelelően a teljes mérőelem egyetlen anyagtömmből készüljön, a deformálódó zóna merevségénél a befogó rész, valamint a mozgó szakaszok merevsége legalább két nagyságrenddel nagyobb legyen a hiszterézis elkerülése érdekében, ezen kívül a deformálódó zóna szilárdsága is kellően nagy legyen. Ezeket az előnyös tulajdonságokat azáltal érjük el, hogy a mérőelem deformálódó zónáját képlékeny hidegalakítással, nevezetesen párhuzamos lapok közötti zömítéssel készítjük a befogó rész és a mozgó rész méretével megegyező lemez- vagy rúdanyagból. A képlékeny hidegalakítás során kellően nagy redukciót alkalmazva (a redukált alakváltozás 1,8...2 körüli érték) az előző három követemény teljesül, azaz a mérőelem egy anyagtömbből áll, a nagy keresztmetszetkülönbség révén a deformálódó zóna merevsége kisebb, szilárdsága pedig a hidegalakítás okozta felkeményedés miatt lényegesen nagyobb lesz, mint a környező anyagrészeké. A vázolt követelményeknek megfelelő képlékeny alakítási eljárások számbavétele K. Lange: Lehrbuch der Umformtechnik (Springer Verlag, Berlin Heidelberg New York, 1972) c. könyve alapján (I. kötet 11-27. old.) azt mutatja, hogy a kívánt geometriát leginkább a 16. oldal 1.10.a. ábrán bemutatott, párhuzamos lapok közötti zömítő kovácsolással lehetne megvalósítani. A probléma elméleti szempontból az úgynevezett „benyomódási feladat” - az eredeti angol szóhasználat szerint „indentation problem” néven ismert, tárgyalását lásd pl. C. R. Calladine: Plasticity for Engineeres, Ellis Horwood Limited, New York 1985, 160-185. old. c. köny} vében. A síkbeli alakváltozás feltételeit erre az esetre Watts és Ford fogalmazta meg elsőként (L. K. Lange I. kötet 107-108. lap). Szerintük a sajtolandó lemez szélessége legyen nagyobb a vastagság hatszorosánál, az alakító szerszám szélességének és a sajtolt lemezrész vastagságának hányadosa pedig 2 és 4 közé kell esni ahhoz, hogy kellően nagy redukció legyen elérhető a síkbeli alakváltozás feltételei között. Ezt a szerzők az alakítás megszakításával és szerszámcserével érik el, melynek következtében az alakított térfogat lépcsős lesz, tehát mérőelem gyártásra alkalmatlan alakú. Az elmondottakból következik, hogy az ismert képlékeny alakítási eljárásokkal a probléma nem oldható meg. Találmányunk alapvető felismerése az, hogy a párhuzamos lapok közötti zömítést egy megfelelő nagyságú tengelyirányú húzással kell kombinálni, melynek eredményeként a zömítési folyamat ideális sík alakváltozási feltételek mellett stabilizálódik, és az 1,8...2 körüli redukált alakváltozás egy lépésben, a Watts és Ford által meghatározott geometriai korlátokon kívüli tartományban is létrehozható. Az új eljárásnak a folyamat jellemzőiből következően a párhuzamos lapok közötti nyújtva zömítés, vagy egyszerűen nyújtva zömítés nevet adtuk, így a továbbiakban ezt fogjuk használni. A találmány szerinti mérőelem gyártási eljárás alapvetően különbözik a korábban ismert megoldásoktól a következők miatt: a) A hagyományos mérőelemek gyártása forgácsolással történik, a találmány szerint viszont hidegalakítással. A technológia megváltoztatása itt nem egyszerűen két közel egyenrangú lehetőség közötti mérlegelésből adódik, hanem a későbbiekben pélaként ismertetésre kerülő elmozdulásérzékelő mérőelem esetében igazolni fogjuk, hogy a találmány szerinti előnyös megoldás forgácsolással egyáltalán nem, vagy csak nagyon jelentős költségtöbblettel volna elkészíthető. b) A hidegalakítás hatására létrejövő keménység, illetve szilárdság a kiinduló alapanyag jellemzőinek két-háromszorosát is elérheti, ezzel szemben a hasonló kialakítású hagyományos mérőelemek szilárdságának növelése hőkezeléssel problematikus és költséges, ugyanakkor kielégítően jó eredményt nem is szolgáltat. c) A találmány szerinti nyújtva zömítő eljárás a hagyományos zömítéshez képest stabil, reprodukálható gyártást garantál. Az előzőek alapján a találmány lényege a következőkben foglalható össze: A találmány szerinti képlékeny alakító eljárás és szerszám nyúlásmérő bélyeges jelátalakítók mérőelemének előállítására szolgál. Az alkalmazott eljárás képlékeny alakítás, nevezetesen párhuzamos lapok közötti nyújtva zömítés, mellyel a prizmatikus keresztmetszetű lemez előgyártmányból úgy állítjuk elő a mérőelemet, hogy a nyúlásmérő bélyegek elhelyezésére szolgáló deformálódó zóna vastagságát csökkentjük. Az eljárást megvalósító gyártóeszköz aktív elemei hasáb alakú zömítő bélyegek, melyeknek geometriai méretei az elérendő nagy redukált alakváltozás és az anyagfolyás egyenletessége érdekében vannak meghatározva, a tengelyirányú előfeszítő erő pedig a nyújtva zömítés feltételeinek biztosítására szolgál. A találmány szerinti eljárást és gyártóeszközét a következő ábrákhoz kapcsolódva mutatjuk be: 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
