Úvod. je možné rozdělit podle: Ohřev materiálu Technologie objemového tvář ení

Transkript

1 Úvod Technologické tvářecí procesy je možné rozdělit podle: Ohřev materiálu Technologie objemového tvář ení

2 Úvod Definice Výhody, nevýhody

3 Definice Tvářením kovů rozumíme technologický (výrobní) proces, při kterém dochází k požadované změně tvaru výrobku nebo polotovaru, příp. vlastností, v důsledku působení vnějších sil bez odběru třísek. Podstatou tváření je vznik plastických deformací, ke kterým dojde v okamžiku dosažení napětí na mezi kluzu pro daný materiál. Tento děj je provázen fyzikálními změnami a změnami struktury materiálu, což ovlivňuje mechanické vlastnosti materiálu.

4 Výhody, nevýhody Výhodami tváření jsou vysoká produktivita práce, vysoké využití materiálu a velmi dobrá rozměrová přesnost tvářených výrobků. Nevýhodou je vysoká cena strojů a nástrojů a omezení rozměry konečného výrobku.

5 Technologické tvářecí procesy j e možné rozdělit podle: teploty tepelného efektu stupně dosažené deformace podle působení vnějších sil

6 Rozdělení tvářecích procesů pod le teploty: Při změně teploty se mění deformační odpor materiálu (oceli) proti tváření. Se zvyšující se teplotou se zlepšují plastické vlastnosti kovů a jejich slitin. Rozdělení tvářecích procesů podle teploty je vlastně rozdělení podle vztahu teploty tvářeného materiálu k teplotě rekrystalizace (přibližně 0,4 teploty tání kovu ). Rekrystalizační teplota je teplota, při které dochází k regeneraci deformovaných zrn vzniklých tvářením za studena beze změny krystalové mřížky. Potom tedy rozdělení tvářecích technologií podle teploty je na: tváření tváření tváření za za za studena tepla poloohřevu

7 Rozdělení tvářecích procesů podle teploty

8 tváření za studena tváření pod rekrystalizační teplotou(30 % teploty tání tvářeného materiálu) dochází ke zpevňování materiálu, které se zachová a k nárůstu odporu proti dalšímu tváření (nakonec dojde k vyčerpání plastičnosti materiálu), zrna se deformují ve směru tváření, vytváří se textura, dochází k anizotropii mechanických vlastností. Zpevněním se zvyšují mechanické hodnoty (mez pevnosti a mez kluzu) a klesá tažnost. Zahřátím kovu je možné obnovit deformační schopnost, kov získává opět schopnost být plasticky tvářen výhodou je vysoká přesnost rozměrů, kvalitní povrch (nenastává okujení) a zlepšování vlastností zpevněním nevýhodou je nutnost používat velké tvářecí síly, nerovnoměrné zpevňování a omezená tvárnost materiálu.

9 tváření za tepla probíhá nad rekrystalizační teplotou (70 % teploty tání daného materiálu) Materiál se nezpevňuje a k tváření stačí síly až desetkrát menší, než u tváření za studena. Může a nemusí vznikat textura, ale povrch je nekvalitní vlivem okujení, navíc hrubne zrno, což je problematické u dalších technologických operací z hlediska kvality. Vláknitou strukturu je nemožné změnit tepelným zpracováním, ani tvářením. Vláknitá struktura ovlivňuje mechanické vlastnosti a anizotropii. Vzniká v důsledku nečistot, obsažených v povrchových vrstvách krystalů. výhodou je že k tváření stačí síly až desetkrát menší, než u tváření za studena, odstranění trhlin, bublin atd nevýhodou je vznik okují, hrubne zrno,zdlouhaví a nákladný proces

10 tváření za poloohřevu představuje kompromis mezi tvářením za studena a za tepla. Důvodem je zlepšení přetvárných vlastností oproti tváření za studena, snížení přetvárných odporů, dosažení zlepšení mechanických a fyzikálních vlastností, přesnosti a jakosti povrchu. Horní teploty jsou omezeny oxidací povrchu.

11 tepelného efektu Část energie, vynaložené na tváření, se mění na teplo a množství tepla závisí na rychlosti deformace a odporu materiálu proti deformaci. Podle toho, kam se odvede vzniklé teplo, se tvářecí procesy dělí na: izotermické tváření je tváření, kdy veškeré vyvinuté teplo je odvedeno do okolí a teplota tvářeného kovu se nemění. Deformace je dostatečně pomalá. adiabatické tváření je proces tváření, při kterém veškeré teplo zůstane v materiálu a dojde ke zvýšení teploty kovu. Deformace je extrémně vysoká. polytropické tváření je způsob tváření, u kterého se část tepla odvede do okolí a část tepla zůstane v tvářeném materiálu, což je nejčastější případ.

12 stupně dosažené deformace Kritériem je zde stupeň deformace při určité teplotě a rychlosti deformace bez nebezpečí vzniku trhlin na povrchu materiálu. Část energie, vynaložené na tváření, se mění na teplo a množství tepla závisí na rychlosti deformace a odporu materiálu proti deformaci. Podle toho se tvářecí procesy dělí na: procesy, kdy tlak mezi nástrojem a materiálem je malý, ke vzniku deformace jsou potřeba malé síly a povrch volného materiálu je výrazně větší, než povrch, který je ve styku s nástrojem (např. volné kování), procesy, kdy tlak mezi nástrojem a materiálem je velký, ke vzniku deformace jsou potřeba velké síly a povrch volného materiálu je přibližně stejný jako povrch, který je ve styku s nástrojem (např. zápustkové kování), procesy, kdy tlak mezi nástrojem a materiálem je velmi vysoký, ke vzniku deformace jsou potřeba značně velké síly a povrch volného materiálu je menší, než povrch, který je ve styku s nástrojem (např. protlačování).

13 podle působení vnějších sil Z tohoto hlediska se tváření kovů dělí na: tváření objemové, při kterém deformace nastává ve směru všech tří os souřadného systému a patří sem válcování, kování, protlačování, tažení drátů. tváření plošné, při kterém převládají deformace ve dvou směrech. Patří sem tažení, ohýbání, stříhání, apod.

14 Ohřev materiálu Pro dodržení technologických podmínek zpracování je velmi důležitá správná volba a dosažení tvářecích teplot. Oblast tvářecích teplot uhlíkových ocelí je ukázána na obrázku. Odlitý materiál (ingot) se tváří při teplotách přibližně o 100 až 150 oc vyšších, než materiál již jednou tvářený. Nižší teploty jsou i pro volné kování, než pro zápustkové kování. Teplota během tváření se snižuje k dolní hranici tvářecích teplot a pokud ještě není práce skončena, je nutný nový přiměřený ohřev. Je nutné si však uvědomit, že sice při vyšších teplotách jsou menší odpory proti deformaci, na druhé straně hrubne struktura, klesá houževnatost, roste tvorba okují a oduhličení. Ohřev musí být proveden tak, aby bylo zajištěno rovnoměrné prohřátí v celém průřezu co nejrychleji, aby ztráty opalem byly co nejmenší. Oceli s vyšším obsahem uhlíku a legované oceli se zpočátku musí ohřívat velmi pomalu, aby nedocházelo k praskání. Výpočet doby ohřevu

15 Ohřev materiálu Pro dodržení technologických podmínek zpracování je velmi důležitá správná volba a dosažení tvářecích teplot. Oblast tvářecích teplot uhlíkových ocelí je ukázána na obrázku. Odlitý materiál (ingot) se tváří při teplotách přibližně o 100 až 150 oc vyšších, než materiál již jednou tvářený. Nižší teploty jsou i pro volné kování, než pro zápustkové kování. Teplota během tváření se snižuje k dolní hranici tvářecích teplot a pokud ještě není práce skončena, je nutný nový přiměřený ohřev. Je nutné si však uvědomit, že sice při vyšších teplotách jsou menší odpory proti deformaci, na druhé straně hrubne struktura, klesá houževnatost, roste tvorba okují a oduhličení. Ohřev musí být proveden tak, aby bylo zajištěno rovnoměrné prohřátí v celém průřezu co nejrychleji, aby ztráty opalem byly co nejmenší. Oceli s vyšším obsahem uhlíku a legované oceli se zpočátku musí ohřívat velmi pomalu, aby nedocházelo k praskání. Výpočet doby ohřevu

16 Při ohřevu mohou nastat nežádoucí procesy ovlivnění povrchu oceli prostředím oxidace, oduhličování. Vznik okují během oxidace povrchu nepříznivě působí na tvářecí nástroje, jakost povrchu a rozměrovou přesnost, navíc vede ke ztrátě materiálu. Oxidace (okujení, tvorba oxidu železnatého) nastává při teplotách vyšších, jak 600 oc a při teplotách nad 900 oc je rychlost tvorby okují již vysoká. Stupeň oxidace závisí na době ohřevu, teplotě ohřevu, složení pecní atmosféry, druhu materiálu. Pokud bychom chtěli mít bezokujový ohřev, museli bychom materiál ohřívat v ochranné atmosféře. Oduhličení vede k ochuzování povrchu materiálu o uhlík a závisí na složení pecní atmosféry, na době a teplotě ohřevu a na obsahu uhlíku v oceli.

17 Výpočet doby ohřevu Doba ohřevu t na teplotu tváření závisí na tepelné bilanci pece, tepelné vodivosti materiálu a jeho rozložení v peci: t = a. k. D kde: t čas potřebný k ohřevu z 0 oc na 1200 oc [h], a součinitel závisící na průřezu materiálu a na jeho rozložení v peci, k součinitel vlivu chemického složení materiálu (u uhlíkových ocelí je roven 10, u legovaných 10 až 20) D průměr nebo délka strany průřezu ohřívaného materiálu [m].

18 Výpočet doby ohřevu Doba ohřevu t na teplotu tváření závisí na tepelné bilanci pece, tepelné vodivosti materiálu a jeho rozložení v peci: t = a. k. D. kde t čas potřebný k ohřevu z 0 oc na 1200 oc [h], a součinitel závisící na průřezu materiálu a na jeho rozložení v peci, k součinitel vlivu chemického složení materiálu (u uhlíkových ocelí je roven 10, u legovaných 10 až 20) D průměr nebo délka strany průřezu ohřívaného materiálu [m].

19 Technologie objemového tvá ření válcování kování tažení drátů a profilů protlačování stříhání ohýbání

20 Válcování Jako polotovar se používá přístřih. tyče, sochoru, apod. Dále uvedené technologie mohou teoreticky probíhat při libovolných teplotách, tedy za studena, za tepla a za poloohřevu. Princip Výroba polotovarů válcováním Několik technologických způsobů výroby b ezešvých trubek: Speciální způsob válcování

21 Princip Ztuhlé ocelové ingoty o hmotnosti kolem 10 t se prohřívají v hlubinných pecích na teplotu tváření kolem 1100 oc a válcují se na předvalky. Z těch se pak vyrábějí válcováním konečné výrobky vývalky (tyče, kolejnice, plechy, pásy, trubky, apod.). Válcováním rozumíme kontinuální proces, při kterém se tvářený materiál deformuje mezi otáčejícími se pracovními válci za podmínek převažujícího všestranného tlaku. Válcovaný materiál se mezi válci deformuje, výška se snižuje, materiál se prodlužuje a současně rozšiřuje a mění se i rychlost, kterou válcovaný materiál z válcovací stolice vystupuje. Mezera mezi pracovními válci je menší, než vstupní rozměr materiálu. Válcování se provádí hlavně za tepla, ale i za studena. Výsledkem procesu je vývalek. Podle směru, kterým válcovaný materiál prochází pracovními válci, podle uložení os válců vzhledem k válcovanému materiálu a podle průběhu deformace válcování dělíme na podélné, příčné a kosé. Metody válcování

22 Metody válcování Podélným válcování se materiál tváří ve směru podélném a tímto způsobem se vyrábějí tyče, kolejnice, tj. dlouhé polotovary. Při podélném válcování neprobíhá plastická deformace současně v celém objemu, ale pouze v relativně malé části. Příčným válcováním se redukuje radiální průřez a tento způsob se používá např. pro osazené hřídele. U kosého válcování jsou mimoběžné osy a takto se vyrábějí např. trubky.

23 Výroba polotovarů válcován ím Válcováním lze vyrábět velké množství polotovarů rozmanitých tvarů. Mezi základní patří: Válcování drátů-dráty se válcují na speciálních válcovacích tratích za tepla, které jsou kontinuální, nepřetržité. Válcování plechů-plechy se válcují ve válcovacích stolicích s hladkými válci z plochých předvalků. Válcování profilů-profily různých tvarů a rozměrů se válcují na profilových válcovacích stolicích. Válcovaný materiál prochází postupně kalibry, které se zmenšují, aniž se válce k sobě přibližují. Poslední kalibr má tvar požadovaného profilu. Válcují se jak profily kruhové, čtyřhranné, šestihranné, atd., tak tyče různých profilů jako I, U, L, kolejnice atd. Válcování trubek- Trubky (bezešvé) se také vyrábějí převážně válcováním. Jejich výrobu můžeme rozdělit zhruba do dvou základních operací: 1.výroba dutých polotovarů s velkou tloušťkou stěny pomocí kosého nebo příčného válcování na dvou nebo tříválcích - děrování a válcování polotovarů 2.zpracování těchto polotovarů na trubky poutnickým nebo klasickým způsobem válcování děrovaného polotovaru (redukce průměru, prodloužení), kalibrace rozměrů.

24 Několik technologických způso bů výroby bezešvých trubek: Mannesmanův (válcování na tratích s poutnickými stolicemi) Stiefelův (válcování na tratích s poutnickými stolicemi, podélným, příčným a podélným kalibračním válcováním) Spojité válcování trubek Asselův (válcování na tratích s tříválcovou stolicí) Diescherův (válcování na tratích s příčnými válci) Výroba na tratích s tlačnou válcovací děrovací hlavou Ostatní způsoby (lisování, protlačování, ), budou uvedeny v následujících kapitolách.

25 Mannesmanův

26 Stiefelův

27 Speciální způsob válcování Příčné klínové válcování Válcování kuličkových polotovarů

28 Příčné klínové válcování Válcováním lze vyrábět též speciální strojní a hutní výrobky. Například tzv. příčné klínové válcování (Holubova metoda). Používá se pro výrobu předkovků, vývalků, ale i pro výrobu polotovarů rotačních tvarů v konečné kvalitě. Polotovar je a nebo může být indukčně ohřát a posunut do tvářecího stroje. Maximální průměr vývalku je 40 mm, délka 320 mm, výkon je 10 až 20 kusů za minutu. Tímto způsobem se vyrábějí např. osy šlapek jízdních kol.

29 Příčné klínové válcování Válcováním lze vyrábět též speciální strojní a hutní výrobky. Například tzv. příčné klínové válcování (Holubova metoda). Používá se pro výrobu předkovků, vývalků, ale i pro výrobu polotovarů rotačních tvarů v konečné kvalitě. Polotovar je a nebo může být indukčně ohřát a posunut do tvářecího stroje. Maximální průměr vývalku je 40 mm, délka 320 mm, výkon je 10 až 20 kusů za minutu. Tímto způsobem se vyrábějí např. osy šlapek jízdních kol.

30 Válcování kuličkových polotova rů Válcování kuličkových předvalků kosým válcováním válci se šroubovicovým profilem z tyče. Kuličkové předvalky jsou určeny pro další výrobu kuliček pro kuličková ložiska. Vysoká přesnost kuliček je dána tvářením za studena, dochází zde ke zpevnění materiálu a k jeho pěchování. V poslední profilové části válců dojde k ustřižení kuličky od zbytku tyče.

31 Válcování kuličkových polotovarů Válcování kuličkových předvalků kosým válcováním válci se šroubovicovým profilem z tyče. Kuličkové předvalky jsou určeny pro další výrobu kuliček pro kuličková ložiska. Vysoká přesnost kuliček je dána tvářením za studena, dochází zde ke zpevnění materiálu a k jeho pěchování. V poslední profilové části válců dojde k ustřižení kuličky od zbytku tyče.

32 Kovaní Úvod Rozdělení kovaní

33 Úvod Kováním rozumíme objemové tváření za tepla, prováděné úderem nebo klidně působící silou. Kování má bohatou historii - ruční kování pomocí kladiva kovadliny zná lidstvo několik tisíců let. Jedná se o přetržitý způsob a výkovek má požadovaný tvar, příznivou makrostrukturu, výhodnou mikrostrukturu a zvýšené mechanické a fyzikální vlastnosti. Kováním lze zpracovávat téměř všechny kovy. Strojní kování zproduktivňuje výrobu malých a středně velkých výkovků a umožňuje zpracování těžkých odlitků. Hlavní důraz při kování se klade na nejmenší spotřebu materiálu, optimální přesnost výkovku, vysokou jakost tvářeného kovu, příznivý průběh vláken a na ekonomii provozu. Kování nejenom umožňuje vyrábět tvary požadovaného rozměru, ale zároveň i zlepšovat původní mechanické vlastnosti a strukturu - kování má velký význam nejenom pro tvarování výrobků, ale i pro zlepšení jejich mechanických vlastností (stupeň prokování). Účelem prokování je odstranění nestejnorodé hrubé licí struktury a metalurgických vad u ingotů, které snižují tvárnost a fyzikální a mechanické hodnoty a vlastnosti kovu.

34 Úvod Kováním rozumíme objemové tváření za tepla, prováděné úderem nebo klidně působící silou. Kování má bohatou historii - ruční kování pomocí kladiva kovadliny zná lidstvo několik tisíců let. Jedná se o přetržitý způsob a výkovek má požadovaný tvar, příznivou makrostrukturu, výhodnou mikrostrukturu a zvýšené mechanické a fyzikální vlastnosti. Kováním lze zpracovávat téměř všechny kovy. Strojní kování zproduktivňuje výrobu malých a středně velkých výkovků a umožňuje zpracování těžkých odlitků. Hlavní důraz při kování se klade na nejmenší spotřebu materiálu, optimální přesnost výkovku, vysokou jakost tvářeného kovu, příznivý průběh vláken a na ekonomii provozu. Kování nejenom umožňuje vyrábět tvary požadovaného rozměru, ale zároveň i zlepšovat původní mechanické vlastnosti a strukturu - kování má velký význam nejenom pro tvarování výrobků, ale i pro zlepšení jejich mechanických vlastností (stupeň prokování). Účelem prokování je odstranění nestejnorodé hrubé licí struktury a metalurgických vad u ingotů, které snižují tvárnost a fyzikální a mechanické hodnoty a vlastnosti kovu.

35 Rozdělení kovaní Kování dělíme na volné, tj. na kovadlině nebo pomocí univerzálních kovacích podložek Při volném kování může materiál tvářený údery nebo tlakem téct volně hlavně ve směru kolmém k působení síly. zápustkové, tj. ve tvarových dutinách (zápustkách). Při zápustkovém kování je materiál vtlačován údery nebo tlakem do kovové, většinou dvoudílné zápustky. Volné kovaní Zápustkové kovaní Speciální způsoby kování

36 Volné kovaní

37 Zápustkové kovaní

38 Speciální způsoby kování Přesné kování Kování na vodorovných kovacích stroj ích Kování protlačováním Kování za rotace Vícecestné kování

39 Přesné kování

40 Kování na vodorovných kovacích strojích

41 Kování protlačováním

42 Kování za rotace

43 Vícecestné kování

44 Tažení drátů a profilů Úvod Technologické postupy tažení

45 Úvod Tažení je protahování polotovaru otvorem průvlaku, při kterém se zmenšuje příčný průřez a zvětšuje délka. Dosahuje se přesných rozměrů a tvarů, zlepšuje se jakost povrchu a mechanické vlastnosti. Nástroj je nepohyblivý. Pokud je vyčerpána plasticita, musí se provést mezioperační žíhání. Nejdůležitější podmínkou pro tažení drátů, trubek a profilů je snížení vnitřního pnutí pomocí mazání. Mazivo musí snižovat součinitel tření, oddělovat polotovar a průvlak, odvádět teplo a zajišťovat hladký povrch. Jako výchozí polotovar se používají např. tyče válcované za tepla. Následně se očistí od okují, na jednom konci zašpičatí a za takto upravený konec se chytne polotovar kleštěmi a následuje proces tažení. Tažení se používá pro výrobu drátů, tyčí a nepravidelných tvarů a průřezů. Táhnout se dají plná i dutá tělesa. Dráty mohou být taženy za sucha nebo za mokra s povrchovou (pozinkování, pocínování, atd.) nebo bez povrchové úpravy.

46 Technologické postupy tažen í Technologie tažení je podstatně nákladnější, než válcování a proto počet tahů má být minimální. Získání kovově lesklého povrchu vyžaduje minimální celkový plošný úběr 50 %, obvyklé úběry jsou kolem 80 až 90 %, což však nelze udělat na jediný tah. Před vlastním tažením musí být dokonalá příprava povrchu, tj. odstranění okují a nanesení vrstvy, která slouží jako nosič maziva. Jedním z technologických postupů tažení je tažení drátů, které se dělí do následujících technologických postupů: jednoduché tažení tažení s protitahem (jednoduché tažení + protitah ke snížení měrné síly a zahřátí) stupňovité tažení (deformace je rozložena do více stupňů, roste spotřeba energie na tažení) tažení za tepla (u ocelí se sníženou tvářitelností) tažení za snížených teplot (dosažení zvýšené pevnosti) Pro tažení tyčové oceli se jako polotovar používá tyčová ocel válcovaná za tepla kruhového, šestihranného, čtvercového nebo plochého průřezu. Pro tažení bezešvých trubek a profilů, které se na rozdíl od drátu táhnou v konečné délce, se používá přetržitý proces. Nejčastěji se provádí za studena a je určena pro trubky malých a středních rozměrů (od 0,1 až do 250 mm), tenkostěnných i tlustostěnných, s nároky na rozměrovou přesnost a jakost povrchu (lesklý a hladký vnější i vnitřní povrch). Někdy se tyto trubky označují jako trubky přesné. Polotovarem jsou trubky vyráběné válcováním zhruba do délky 4,5 m s upraveným koncem pro prostrčení průvlakem. Základní způsoby tažení trubek jsou (jednotlivé způsoby tažení se rozlišují podle toho, jak se vymezuje vnitřní průměr trubek během procesu tažení, protože vnější průměr trubky je vždy vymezen průměrem průvlaku): průvlečné tažení tažení na uchyceném trnu tažení na volném trnu tažení na tyči

47 Průvlečné tažení průvlečné tažení (tažnou sílu přenáší trubka, vnitřní průměr ani tloušťka stěny není vymezena žádným nástrojem)

48 Tažení na uchyceném trnu tažení na uchyceném trnu (tažnou sílu přenáší trubka

49 Tažení na volném trnu tažení na volném trnu (tažnou sílu přenáší trubka, trn musí mít takový kuželovitý tvar, aby nedošlo buď k vytlačení trnu a nebo ke vtažení dopředu)

50 Tažení na tyči tažení na tyči (tažnou sílu přenáší tyč, následuje rozválcování aby šla tyč vytáhnout není zde přesnost rozměrů, pro malé průměry trubek se táhne na struně)

51 Protlačování úvod princip Rozdělení technologických způsobů p rotlačování

52 Úvod Protlačování je technologie, kterou můžeme provádět za tepla, za poloohřevu a za studena. Tvářený materiál se přemísťuje a jeho směr pohybu je určen konstrukcí nástroje protlačovadla. Výrobek se nazývá protlaček. Tuto technologii je možno dělit do dvou skupin. První se týká výroby finálních výrobků, druhá výroby polotovarů (trubek, tyčí, profilů, apod.). Protlačování za studena je u lehkých a barevných kovů známo již přes 100 let. Tímto způsobem se vyráběly a vyrábějí např. tuby, nábojnice, apod.

53 Princip Principem protlačování je deformace materiálu v důsledku působících sil do předem stanoveného směru s konečnými výhodnými mechanickými a rozměrovými vlastnostmi konečného výrobku. Protlačování je jedním z procesů, které přispěly k výraznému snížení vlastních nákladů ve výrobě, tedy i k racionalizaci výroby. Přesnost průtlačků je obvykle velmi vysoká (±0,05 mm), takže není nutno před montáží průtlačky rozměrově upravovat. Také využití materiálu je vysoké, 90 až 100 %

54 Princip Principem protlačování je deformace materiálu v důsledku působících sil do předem stanoveného směru s konečnými výhodnými mechanickými a rozměrovými vlastnostmi konečného výrobku. Protlačování je jedním z procesů, které přispěly k výraznému snížení vlastních nákladů ve výrobě, tedy i k racionalizaci výroby. Přesnost průtlačků je obvykle velmi vysoká (±0,05 mm), takže není nutno před montáží průtlačky rozměrově upravovat. Také využití materiálu je vysoké, 90 až 100 %

55 Rozdělení technologických způs obů protlačování Protlačování dělíme podle směru pohybu materiálu a nástroje na: dopředné Zpětné Kombinované Stranové a Radiální Speciální způsoby

56 Dopředné protlačování Při dopředném (přímém) protlačování se materiál pohybuje ve stejném směru jako průtlačník. Výchozím polotovarem bývá kalota, získaná např. lisováním plechu nebo upichováním z tyčí. Používá se při tváření čepů, šroubů, pouzder, apod., tedy výrobků, u kterých není konstantní průřez

57 Dopředné protlačování Při dopředném (přímém) protlačování se materiál pohybuje ve stejném směru jako průtlačník. Výchozím polotovarem bývá kalota, získaná např. lisováním plechu nebo upichováním z tyčí. Používá se při tváření čepů, šroubů, pouzder, apod., tedy výrobků, u kterých není konstantní průřez

58 Zpětné protlačování Pří zpětném protlačování se pohybuje materiál v opačném směru a používá se k výrobě dutých protlačků i se žebry, kdy tloušťka stěny je v porovnání s průměrem velmi malá anebo naopak.

59 Zpětné protlačování Pří zpětném protlačování se pohybuje materiál v opačném směru a používá se k výrobě dutých protlačků i se žebry, kdy tloušťka stěny je v porovnání s průměrem velmi malá anebo naopak.

60 Kombinované (sdružené) protla čování Vyrábí se tím profilové výrobky, které jsou velmi namáhané a které nemusí být válcového tvaru. Při kombinovaném protlačování se materiál pohybuje v obou jmenovaných směrech, kdy musí platit, že stupeň deformace v dolní části průtlačku na dně průtlačnice musí být menší, než v horní části, kterou tváří průtlačník, jinak materiál do tvarovaného dna nezateče.

61 Kombinované (sdružené) protla čování Vyrábí se tím profilové výrobky, které jsou velmi namáhané a které nemusí být válcového tvaru. Při kombinovaném protlačování se materiál pohybuje v obou jmenovaných směrech, kdy musí platit, že stupeň deformace v dolní části průtlačku na dně průtlačnice musí být menší, než v horní části, kterou tváří průtlačník, jinak materiál do tvarovaného dna nezateče.

62 Stranové a radiální protlačo vání Při stranovém protlačování se tvářený materiál pohybuje kolmo na směr pohybu průtlačníku a slouží k výrobě průtlačků s vnějším i vnitřním oboustranným osazením. Radiálním protlačováním rozumíme tváření, při kterém se materiál i části nástroje pohybují v radiálním směru vzhledem k ose materiálu.

63 Stranové a radiální protlačo vání Při stranovém protlačování se tvářený materiál pohybuje kolmo na směr pohybu průtlačníku a slouží k výrobě průtlačků s vnějším i vnitřním oboustranným osazením. Radiálním protlačováním rozumíme tváření, při kterém se materiál i části nástroje pohybují v radiálním směru vzhledem k ose materiálu.

64 Speciální způsoby protlačová ní Speciální metodou protlačování je ražení (vtlačování), protlačování trubek a hydrostatické protlačování kovů. Ražením se vyrábějí funkční tvary dutin nástrojů v důsledku zvýšení životnosti. Protlačování trubek Hydrostatické protlačování

65 Protlačování trubek U technologie protlačování trubek jsou výchozím polotovarem válcované špalky potřebné délky. Následuje většinou ohřev a vlastní děrování a protlačování dopředným způsobem. Po skončení procesu zůstává v matrici zbytek, technologický odpad, který se musí odstranit. Stupeň deformace je velký, kdy součinitel prodloužení je 8 až 25 (z polotovaru o délce např. 700 mm a průměru 200 mm lze vyrobit trubku délky 6 až 18 m).

66 Protlačování trubek U technologie protlačování trubek jsou výchozím polotovarem válcované špalky potřebné délky. Následuje většinou ohřev a vlastní děrování a protlačování dopředným způsobem. Po skončení procesu zůstává v matrici zbytek, technologický odpad, který se musí odstranit. Stupeň deformace je velký, kdy součinitel prodloužení je 8 až 25 (z polotovaru o délce např. 700 mm a průměru 200 mm lze vyrobit trubku délky 6 až 18 m).

67 Hydrostatické protlačování Další speciální technologií je hydrostatické protlačování, kdy je polotovar obklopen kapalinou o vysokém tlaku. Tím se v něm vytváří všestranné napětí a tvárnost materiálu se zvýší. Technologické možnosti hydrostatického protlačování jsou dnes již takové, že se může protlačovat již bez fosfatizační vrstvy, nebo např. výrobky plátované mědí. Hydrostatický tlak je až 3000 MPa. Přetvoření v jedné operaci může dosáhnou až 80 %.

68 Hydrostatické protlačování Další speciální technologií je hydrostatické protlačování, kdy je polotovar obklopen kapalinou o vysokém tlaku. Tím se v něm vytváří všestranné napětí a tvárnost materiálu se zvýší. Technologické možnosti hydrostatického protlačování jsou dnes již takové, že se může protlačovat již bez fosfatizační vrstvy, nebo např. výrobky plátované mědí. Hydrostatický tlak je až 3000 MPa. Přetvoření v jedné operaci může dosáhnou až 80 %.

69 Stříhání princip rozdělení

70 Princip Stříháním je oddělování části materiálu působením protilehlých řezných hran způsobujících v řezné rovině smykové napětí. Princip stříhání je ukázán na obrázku. Stříhání probíhá ve třech fázích. V první fázi je oblast pružných deformací, kdy se materiál stlačuje a ohýbá a vtlačuje se do otvoru střižnice. Druhou fází je oblast plastických deformací. Střižník se vtlačuje do plechu a ten do otvoru střižnice a napětí překračuje mez kluzu a na hranách střižníku a střižnice se blíží mezi pevnosti. Ve třetí fázi začínají na hranách vznikat trhlinky, ty se rozšiřují až dojde k utržení (usmýknutí) materiálu. Výstřižek se oddělí dříve, než projde střižník celou tloušťkou stříhaného materiálu a následně je výstřižek vytlačen. S ohledem na to nejsou okraje střihových ploch zcela rovinné a střižná plocha má určitou drsnost, která není v ploše rovnoměrně rozdělená. Místa, kde došlo k prvnímu výskytu trhlin, jsou drsnější, než ostatní střižné plochy. Oddělení však nenastane přesně v žádané rovině a to proto, že materiál je elastický, tvárný a napětí způsobuje tlak nožů na celé ploše podle toho rozeznáváme na odstřihnuté ploše různá pásma.

71 Princip Stříháním je oddělování části materiálu působením protilehlých řezných hran způsobujících v řezné rovině smykové napětí. Princip stříhání je ukázán na obrázku. Stříhání probíhá ve třech fázích. V první fázi je oblast pružných deformací, kdy se materiál stlačuje a ohýbá a vtlačuje se do otvoru střižnice. Druhou fází je oblast plastických deformací. Střižník se vtlačuje do plechu a ten do otvoru střižnice a napětí překračuje mez kluzu a na hranách střižníku a střižnice se blíží mezi pevnosti. Ve třetí fázi začínají na hranách vznikat trhlinky, ty se rozšiřují až dojde k utržení (usmýknutí) materiálu. Výstřižek se oddělí dříve, než projde střižník celou tloušťkou stříhaného materiálu a následně je výstřižek vytlačen. S ohledem na to nejsou okraje střihových ploch zcela rovinné a střižná plocha má určitou drsnost, která není v ploše rovnoměrně rozdělená. Místa, kde došlo k prvnímu výskytu trhlin, jsou drsnější, než ostatní střižné plochy. Oddělení však nenastane přesně v žádané rovině a to proto, že materiál je elastický, tvárný a napětí způsobuje tlak nožů na celé ploše podle toho rozeznáváme na odstřihnuté ploše různá pásma.

72 Rozdělení 1. Stříhání se může podle teploty procesu dělit: 2. na stříhání za studena - jen pro měkčí oceli (do pevnosti 400 MPa)a nebo pro plechy na stříhání za tepla - pro tvrdší a tlustší materiály při ohřevu asi na teplotu 700 oc Podle konstrukce nožů (střižníků) se stříhání dělí na: stříhání rovnoběžnými noži skloněnými noži kotoučovými noži noži na profily a tyče.

73 Stříhání rovnoběžnými noži Ke stříhání rovnoběžnými noži se používá střižný nástroj, který se skládá ze střižníku a střižnice mezi kterými je střižná vůle, resp. střižná mezera ms (1/2 střižné vůle). Nelze totiž bez zvláštních úprav postavit nástroj bez mezery kvůli nebezpečí havárie. Na docílení kvalitního výstřižku je důležitá optimální vůle mezi střižníkem a střižnicí. Jednostranná vůle bývá od 3 do 10 % tloušťky plechu v závislosti na tloušťce a pevnosti materiálu (s rostoucí pevností se vůle zvětšuje).

74 Stříhání rovnoběžnými noži Ke stříhání rovnoběžnými noži se používá střižný nástroj, který se skládá ze střižníku a střižnice mezi kterými je střižná vůle, resp. střižná mezera ms (1/2 střižné vůle). Nelze totiž bez zvláštních úprav postavit nástroj bez mezery kvůli nebezpečí havárie. Na docílení kvalitního výstřižku je důležitá optimální vůle mezi střižníkem a střižnicí. Jednostranná vůle bývá od 3 do 10 % tloušťky plechu v závislosti na tloušťce a pevnosti materiálu (s rostoucí pevností se vůle zvětšuje).

75 Stříhání šikmými noži Stříhání šikmými, skloněnými, noži, které při stříhání svírají určitý úhel je výhodné proto, že se při tomto způsobu zmenší celková potřebná střižná síla oproti stříhání na rovných nožích. Materiál se stříhá postupně. Pro velikost střižné síly bude rozhodující velikost střižné hrany a tloušťky - plochy trojúhelníka. Úpravy střižníku a střižnice

76 Stříhání šikmými noži Stříhání šikmými, skloněnými, noži, které při stříhání svírají určitý úhel je výhodné proto, že se při tomto způsobu zmenší celková potřebná střižná síla oproti stříhání na rovných nožích. Materiál se stříhá postupně. Pro velikost střižné síly bude rozhodující velikost střižné hrany a tloušťky - plochy trojúhelníka. Podobně jako u jednoduchého rovného stříhání je i v tomto případě průběh okamžité síly možno regulovat, i když naproti tomu se celková práce, vynaložená na stříhání, nezmenší. U nástrojů, střihadel, složených ze střižníku a střižnice, používaných pro dva nejrozšířenější způsoby stříhání, tj. děrování a vystřihování, to lze provést dvěma způsoby: Úpravy střižníku a střižnice

77 Úpravy střižníku a střižnice

78 Stříhání kruhovými noži Pro podélné střihání dlouhých pásů se staví nůžky kotoučové, kruhové. Je to střižný nástroj s odvalujícími se noži. Použití kruhových nožů prodlužuje čas střihu, ale snižuje rázy při stříhání. Sklon řezné hrany se mění od nejvyšší hodnoty v místě záběru do nuly. Kombinace dvojkuželového a válcového nože je určená pro střih zakřivených tvarů, s výhodou skloněných os. nástrojů. Na křivkové stříhání je potřeba zvolit průměr nožů co nejmenší. To umožňuje konstrukci nůžek s dlouhými rameny nesoucími kotouče, a tím i snadnou manipulaci se střihaným materiálem. Speciálním nástrojem jsou kmitací nůžky. Slouží k ostřihování výlisků a k vystřihování drážek a děr. Maximální tloušťka materiálu je kolem 10 mm.

79 Stříhání kruhovými noži Pro podélné střihání dlouhých pásů se staví nůžky kotoučové, kruhové. Je to střižný nástroj s odvalujícími se noži. Použití kruhových nožů prodlužuje čas střihu, ale snižuje rázy při stříhání. Sklon řezné hrany se mění od nejvyšší hodnoty v místě záběru do nuly. Kombinace dvojkuželového a válcového nože je určená pro střih zakřivených tvarů, s výhodou skloněných os. nástrojů. Na křivkové stříhání je potřeba zvolit průměr nožů co nejmenší. To umožňuje konstrukci nůžek s dlouhými rameny nesoucími kotouče, a tím i snadnou manipulaci se střihaným materiálem. Speciálním nástrojem jsou kmitací nůžky. Slouží k ostřihování výlisků a k vystřihování drážek a děr. Maximální tloušťka materiálu je kolem 10 mm.

80 Stříhání noži na profily a tyče, trubky Často se stříhá také profilový materiál, čtvercový, kruhový, profily, atd. Zatímco příčný průřez funkčních částí nástrojů zůstává ve všech případech zhruba beze změny, mění se podélný tvar podle účelu střihu.

81 Stříhání noži na profily a tyče, trubky Často se stříhá také profilový materiál, čtvercový, kruhový, profily, atd. Zatímco příčný průřez funkčních částí nástrojů zůstává ve všech případech zhruba beze změny, mění se podélný tvar podle účelu střihu.

82 Ohýbání Úvod Technologické postupy ohýbání

83 Úvod Ohýbání je proces tváření, při kterém je materiál trvale deformován do různého úhlu ohybu s menším nebo větším zaoblením hran. K ohýbání používáme nástroje - ohýbadla, skládající se z ohybníku a ohybnice. Výrobkem je výlisek ohybek. Ohnutí tělesa (vzniklé tvary jsou nazpět rozvinutelné) do žádoucího tvaru využívá stejných zákonů plasticity, jako ostatní způsoby tváření - překročením meze kluzu dosáhneme oblasti plastické deformace. Plastická deformace je doprovázena deformací elastickou. Po průřezu je to pružně plastická deformace, která má různý průběh od povrchu materiálu k neutrální ose.

84 Technologické postupy ohýb ání Ohýbat se dá volně nebo v pevném nástroji. Technologické postupy ohýbání se dají rozdělit podle několika hledisek. Jednak je to podle použitého stroje, jednak podle poloměru zakřivení a jednak podle technologického způsobu. rozdělení

85 Rozdělení Rozdělení technologických postupů podle stroje: Rozdělení technologických postupů podle poloměru zakřivení: ohýbání ruční ohýbání na lisech ohýbání na válcích ohyb s malým poloměrem za vzniku velké plastické deformace ohyb s velkým poloměrem zakřivení při poměrně malém stupni plastické deformace. Rozdělení podle technologického způsobu výroby: klasické ohýbání ohraňování na lisech lemování navíjení zakružování pomocí válců válcování

86 Ohýbání ruční na ručních strojích, ohýbačkách. Všechny ohýbací operace není vhodné a ani možné dělat na lisu. Pro některé se staví speciální ohýbací stroje, ovládané i ručně. Tak např. pro ohyb dlouhých pruhů a plechů je uzpůsoben stroj s odklopnou deskou podle schématu na obrázku. Materiál určený k ohybu se podloží na stůl stroje a urovná na zarážku. Potom se sevře u ohybové hrany. Hrana je na nástroji tvořena vyměnitelnou ocelovou kalenou lištou. Po sevření se materiál ohýbá odklápěním desky v celé délce najednou o libovolný úhel rovněž předem nastavitelný zarážkou. Ke stroji se dodává řada pomocných zařízení.

87 Ohýbání ruční na ručních strojích, ohýbačkách. Všechny ohýbací operace není vhodné a ani možné dělat na lisu. Pro některé se staví speciální ohýbací stroje, ovládané i ručně. Tak např. pro ohyb dlouhých pruhů a plechů je uzpůsoben stroj s odklopnou deskou podle schématu na obrázku. Materiál určený k ohybu se podloží na stůl stroje a urovná na zarážku. Potom se sevře u ohybové hrany. Hrana je na nástroji tvořena vyměnitelnou ocelovou kalenou lištou. Po sevření se materiál ohýbá odklápěním desky v celé délce najednou o libovolný úhel rovněž předem nastavitelný zarážkou. Ke stroji se dodává řada pomocných zařízení.

88 Ohýbání na lisech v ohýbacím nástroji, ohýbadle, kterého pohyblivá čelist vykonává přímočaré vratné pohyby. Toto ohýbání se dělá na mechanických nebo hydraulických lisech, nebo na speciálních strojích, což je závislé na vlastním technologickém procesu. Ohýbadla pro aplikaci na lis se stavějí, v porovnání s ostatními nástroji, dosti jednoduchá, často nemívají ani vlastní vedení. Na obrázku je ukázka konstrukce nástroje pro ohyb přes 90o. Válcové části nástroje jsou otočné kolem osy válců a do původní polohy je vracejí pružiny. Výrobek se vyjme z nástroje sesunutím z ohybníku, směrem kolmo na rovinu ohybu.

89 Ohýbání na lisech v ohýbacím nástroji, ohýbadle, kterého pohyblivá čelist vykonává přímočaré vratné pohyby. Toto ohýbání se dělá na mechanických nebo hydraulických lisech, nebo na speciálních strojích, což je závislé na vlastním technologickém procesu. Ohýbadla pro aplikaci na lis se stavějí, v porovnání s ostatními nástroji, dosti jednoduchá, často nemívají ani vlastní vedení. Na obrázku je ukázka konstrukce nástroje pro ohyb přes 90o. Válcové části nástroje jsou otočné kolem osy válců a do původní polohy je vracejí pružiny. Výrobek se vyjme z nástroje sesunutím z ohybníku, směrem kolmo na rovinu ohybu.

90 Ohýbání na válcích kdy nástrojem jsou samotné válce, které vykonávají otáčivý pohyb. Příklad ohýbání válcováním

91 Ohýbání na válcích kdy nástrojem jsou samotné válce, které vykonávají otáčivý pohyb. Příklad ohýbání válcováním je na následujícím obrázku.

92 Klasické ohýbání příklady ohýbání byly ukázány již dříve na obrázcích a schématech a navíc je na obrázku ukázáno ohýbání trubek. Ohýbání se provádí odvalováním tvarového kotouče přes trubku vloženou do drážky druhého kotouče. Dvojice kotoučů je výměnná, drážky musí poměrně přesně souhlasit s vnějším průměrem trubek. Zploštění trubek při ohýbání se zabraňuje tím, že trubka v tvarové drážce kotoučů má zabráněno v rozšiřování.

93 Klasické ohýbání příklady ohýbání byly ukázány již dříve na obrázcích a schématech a navíc je na obrázku ukázáno ohýbání trubek. Ohýbání se provádí odvalováním tvarového kotouče přes trubku vloženou do drážky druhého kotouče. Dvojice kotoučů je výměnná, drážky musí poměrně přesně souhlasit s vnějším průměrem trubek. Zploštění trubek při ohýbání se zabraňuje tím, že trubka v tvarové drážce kotoučů má zabráněno v rozšiřování.

94 Ohraňování na lisech které slouží k výrobě různých profilů tenkostěnných, ale i o tloušťce 20 mm, profilů o malém poloměru zaoblení. Princip se neliší od ohýbání v nástroji na běžném lisu. Rozdíl je v délce nástroje i lisu. Délka je omezena šířkou ohraňovacího lisu. Výchozím materiálem jsou pásy plechu. Každá tvářecí operace se provede na jeden zdvih lisu a pro každý tvar profilu se musí na lis upevnit samostatné nástroje. Nástroj je tvořen opět z různých ocelových lišt, které se jednak ke stroji dodávají, jednak speciálně konstruují a vyrábějí. Horní část nástroje může být tvarová. Ohraňovací lis je mechanický, obvykle vícebodový lis, umožňující použití dlouhých lištových nástrojů. Na obou popsaných strojích se ohyb provádí v celé délce materiálu najednou.

95 Ohraňování na lisech, které slouží k výrobě různých profilů tenkostěnných, ale i o tloušťce 20 mm, profilů o malém poloměru zaoblení. Princip se neliší od ohýbání v nástroji na běžném lisu. Rozdíl je v délce nástroje i lisu. Délka je omezena šířkou ohraňovacího lisu. Výchozím materiálem jsou pásy plechu. Každá tvářecí operace se provede na jeden zdvih lisu a pro každý tvar profilu se musí na lis upevnit samostatné nástroje. Nástroj je tvořen opět z různých ocelových lišt, které se jednak ke stroji dodávají, jednak speciálně konstruují a vyrábějí. Horní část nástroje může být tvarová. Ohraňovací lis je mechanický, obvykle vícebodový lis, umožňující použití dlouhých lištových nástrojů. Na obou popsaných strojích se ohyb provádí v celé délce materiálu najednou.

96 Lemování je operace, kdy potřebujeme vyztužit okraj výlisku a nebo připravit polotovar na dodatečně vytvoření spoje. Také slouží k výrobě žlábků uprostřed nebo na okraji pro zvýšení tuhosti výlisku.

97 Lemování je operace, kdy potřebujeme vyztužit okraj výlisku a nebo připravit polotovar na dodatečně vytvoření spoje. Také slouží k výrobě žlábků uprostřed nebo na okraji pro zvýšení tuhosti výlisku.

98 Navíjení je proces, kdy se tvářený materiál navíjí postupně na válec a dostává požadovaný tvar shodný s tvarem nástroje. Nejčastěji se navíjení používá u plechů do svitku.

99 Navíjení je proces, kdy se tvářený materiál navíjí postupně na válec a dostává požadovaný tvar shodný s tvarem nástroje. Nejčastěji se navíjení používá u plechů do svitku.

100 Zakružování pomocí válců se používá při výrobě válcových nebo kuželových plášťů nádob, trubek, a to i plechů tlustých 30 mm. Tlustší plechy se potom zakružují za tepla. Stroje pro tento účel se nazývají zakružovací stroje a jejich různé uspořádání ukazuje obrázek. Stroje jsou zakružovadla a jsou buď tříválcová nebo víceválcová a jejich konstrukce je závislá na tloušťce plechu a požadavcích na zakroužení konců plechu. Jedná se o dva stroje tříválcové a jeden čtyřválcový. U každého je šipkou naznačen možný posuv válce, resp. válců. U stroje prvního typu vlevo nahoře, zůstanou okraje nedokroužené (parametr x), u stroje uprostřed jeden okraj. Uspořádání vlevo dole zajišťuje ohyb plechů až do obou krajů. Tenké plechy se zakružují na strojích s ocelovým a pryžovým válcem technologie ohýbání elastickým nástrojem. Poloměr zakružování se mění podle stlačení pryže. Povrchová kvalita výlisků je výrazně lepší, ale je potřeba větší přetvárná práce, neboť část se jí spotřebuje na deformaci pružné části nástroje pryže.

101 Zakružování pomocí válců se používá při výrobě válcových nebo kuželových plášťů nádob, trubek, a to i plechů tlustých 30 mm. Tlustší plechy se potom zakružují za tepla. Stroje pro tento účel se nazývají zakružovací stroje a jejich různé uspořádání ukazuje obrázek. Stroje jsou zakružovadla a jsou buď tříválcová nebo víceválcová a jejich konstrukce je závislá na tloušťce plechu a požadavcích na zakroužení konců plechu. Jedná se o dva stroje tříválcové a jeden čtyřválcový. U každého je šipkou naznačen možný posuv válce, resp. válců. U stroje prvního typu vlevo nahoře, zůstanou okraje nedokroužené (parametr x), u stroje uprostřed jeden okraj. Uspořádání vlevo dole zajišťuje ohyb plechů až do obou krajů. Tenké plechy se zakružují na strojích s ocelovým a pryžovým válcem technologie ohýbání elastickým nástrojem. Poloměr zakružování se mění podle stlačení pryže. Povrchová kvalita výlisků je výrazně lepší, ale je potřeba větší přetvárná práce, neboť část se jí spotřebuje na deformaci pružné části nástroje pryže.

102 Válcování profilování, stáčení na lisech se provádí v důsledku vytvoření kruhového tvaru na krajích plechu. Jedná se o postupné spojité ohýbání pásů na profilovacích strojích a slouží k výrobě trubek (svařovaných, tenkostěnných) a profilů nebo při stáčení křídel závěsů s využitím svislého pohybu beranu lisu. Při válcování nastává postupná změna tvaru ohýbáním na válcích, které jsou odstupňované rozměrově tak, že v pásu plechu vzniká vodorovný tah a pás se pohybuje samovolně. Rychlost je vysoká, kolem 25 m.min-1.

103 Válcování profilování, stáčení na lisech se provádí v důsledku vytvoření kruhového tvaru na krajích plechu. Jedná se o postupné spojité ohýbání pásů na profilovacích strojích a slouží k výrobě trubek (svařovaných, tenkostěnných) a profilů nebo při stáčení křídel závěsů s využitím svislého pohybu beranu lisu. Při válcování nastává postupná změna tvaru ohýbáním na válcích, které jsou odstupňované rozměrově tak, že v pásu plechu vzniká vodorovný tah a pás se pohybuje samovolně. Rychlost je vysoká, kolem 25 m.min1.