| Abstract | Concrete screw anchors are well-known fasteners used in industries such as construction, automotive or nuclear. Among cold forming’s different methods, the ones mainly used for producing screw anchors are extrusion and upsetting. Screws must consistently meet the given requirements and perform the way they are meant to in different environments, and that's the task for which multi-stage cold forming is a suitable choice. Multi-stage cold forming is a widely used forming process for efficient and fast mass-production of simple and complex parts with great mechanical properties. Benefits to this forming process are negligible loss of material, good dimensional control, great surface finish, improved strength, and reproducibility. However, the forming sequence must be carefully designed by highly experienced die designers, and it requires both their experienced judgment and the implementation of established design rules. The development of such sequences is being improved through the years. Since one specific screw is designed in a couple of variations, to reduce the total design time, engineers have implemented CAD templates for automatically generating the forming stages for different screw lengths. The final product’s dimensions, tools, and machine parameters are given as an input, and the template outputs the forming part’s dimensions through the stages for different screw sizes and lengths. The template for hexagonal head screw anchors had issues with replicating the part’s dimensions from the machine, i.e., the actual formed stages were not following the computer-generated ones. The initially assumed root causes for the dimension differences were that the volume distribution between the screw’s head and body are not the same for all stages. Likewise, the effects of some machine parameters, such as different ejector positions, were previously not thoroughly examined. Therefore, the main objective of this thesis is to have a better understanding of the volume distribution between the screw’s head and body through the stages, and of the forming process itself. For these reasons, an analysis of the semi-finished screw billets through the stages using precise measurements and numerical analysis is necessary. The effects of different ejector positions were observed on the measurements, and further tested in a numerical analysis tool Deform2D. The necessary adjustments to the template are finally implemented, and the modified template is tested. The modified template had smaller differences to the real parts in comparison to the initial one. |
| Abstract (croatian) | Betonski sidreni vijci su dobro poznati spojni elementi korišteni u industrijama kao što su građevinska, automobilna i nuklearna. Između različitih metoda hladnog oblikovanja, one koje se najviše koriste za proizvodnju betonskih vijaka su ekstruzija i sabijanje. Vijci moraju redovito zadovoljavati različite zahtjeve koji se na njih postavljaju i to u različitim okruženjima, a da bi se to postiglo, idealan proces proizvodnje je hladno oblikovanje. Hladno oblikovanje u više faza je često korišteni proces oblikovanja za efikasnu i brzu masovnu proizvodnju jednostavnih i kompleksnih dijelova s odličnim mehaničkim svojstvima. Prednosti ovog procesa su zanemarivi gubitak materijala, dimenzijska točnost, dobra kvaliteta površine, poboljšana čvrstoća i ponovljivost. Međutim, redoslijed operacija mora biti pažljivo oblikovan od strane iskusnih konstruktora alata i zahtjeva njihovu iskustvenu procjenu, kao i implementaciju općih pravila deformiranja. Takvi redoslijedi operacija se poboljšavaju kroz godine. S obzirom da jedan vijak ima nekoliko varijacija veličine, inženjeri su implementirali CAD predloške za automatsko generiranje redoslijeda operacija za različite dužine i veličine vijaka s ciljem smanjenja ukupnog vremena procesa dizajna. Dimenzije gotovog proizvoda i parametri alata i strojeva unose se u predložak, koji onda stvara redoslijed sa svim dimenzijama kroz različite faze, za različite veličine i dužine vijaka. Jedan predložak koji generira vijke sa šesterokutnom glavom nije dobro replicirao dimenzije stvarnog proizvoda, tj. dimenzije na proizvedenim dijelovima nisu u potpunosti odgovarale dimenzijama na predlošku. Inicijalno pretpostavljeni uzroci tog problema su nejednaka distribucija volumena između glave i tijela vijka kroz faze na stvarnim uzorcima. Nadalje, efekti podešavanja nekih parametara strojeva, kao što su pozicije izbacivača, nisu prethodno bile detaljnije ispitane. S obzirom na to, glavni cilj ovog rada je formiranje boljeg razumijevanja distribucije volumena između glave i tijela vijka kroz faze, ali i samog proizvodnog procesa. Iz tih razloga, potrebna je analiza pojedinih poluproizvoda vijaka kroz proizvodne faze uz pomoć preciznih mjerenja uzoraka i numeričke analize. Efekti različitih pozicija izbacivača su prepoznati pomoću mjerenja, i dodatno ispitani uz pomoć alata za numeričku analizu Deform2D. Potrebne promjene na predlošku su u konačnici implementirane, a promijenjeni predložak je ispitan. Novi predložak je imao manje razlike između stvarnih vrijednosti i onih u predlošku u odnosu na inicijalni. |
