VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Transkript

1 008/009 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV STROJÍRENSKÉ TECHNOLOGIE FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE OF MANUFACTURING TECHNOLOGY VÝROBA DUTÉHO ČEPU S PŘÍRUBOU TVÁŘENÍM FORMING OF THE HOLLOW PIN WITH UPPER FLANGE BACHELOR S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR JAN JEDOVNICKÝ DOC. ING. JINDŘICH ŠPAČEK,CSC. BRNO 009 1

2 008/009

3 008/009 Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství Ústav strojírenské technologie Akademický rok: 008/009 ZADÁNÍ BAKALÁŘSKÉ PRÁCE student: který studuje v bakalářském studijním programu obor: Strojírenská technologie (0R00) Ředitel ústavu Vám v souladu se zákonem č.111/1998 o vysokých školách a se Studijním a zkušebním řádem určuje následující téma bakalářské práce: v anglickém jazyce: Výroba dutého čepu s přírubou tvářením Forming of the hollow pin with upper flange Stručná charakteristika problematiky úkolu: Navrhnout technologický postup výroby zadané součásti objemovým tvářením a zpracovat technickou dokumentaci Cíle bakalářské práce: Zhodnotit zadanou součást z hlediska možných způsobů její výroby. Navrhnout a rozpracovat technologický postup výroby zadané součásti víceoperačním objemovým tvářením za studena. Vyhotovit výkresovou dokumentaci nástrojů (sestavy a určených detailů). Zpracovat technicko-ekonomické zhodnocení navrženého postupu výroby. Formulovat závěr a doporučení pro realizaci navržené technologie.

4 008/009 Seznam odborné literatury: 1. BABOR, Karel a CVILINEK, Augustin a FIALA, Jan. Objemové tváření oceli. Praha : SNTL, s.. FOREJT, Milan a PÍŠKA, Miroslav. Teorie obrábění, tváření a nástroje. 1. vyd. Brno: Akademické nakladatelství CERM, s. ISBN Vedoucí bakalářské práce: doc. Ing. Jindřich Špaček, CSc. Termín odevzdání bakalářské práce je stanoven časovým plánem akademického roku 008/009. V Brně, dne L.S. doc. Ing. Miroslav Píška, CSc. doc. RNDr. Miroslav Doupovec, CSc. Ředitel ústavu Děkan fakulty

5 008/009 ABSTRAKT JEDOVNICKÝ Jan: Výroba dutého čepu s přírubou tvářením. Jedovnický Jan: Výroba dutého čepu s přírubou tvářením. Závěrečná práce bakalářského studia. ročníku, školního roku 008/009. FSI, Ústav strojírenské technologie, odbor tváření kovů a plastů. Projekt vypracovaný v rámci bakalářského studia oboru Strojírenská technologie (0R00) předkládá návrh technologie výroby dutého čepu s přírubou z oceli 1 00 tvářením za studena. Na základě konzultací, literární studie a výpočtů bylo navrženo tváření na víceoperačním postupovém tvářecím automatu TPZK 5 s nominální tvářecí silou kn. Klíčová slova: Ocel 1 00, tváření, pěchování, protlačování, postupový automat TPZK 5 ABSTRACT JEDOVNICKÝ Jan: Forming of the hollow pin with upper flange. Jedovnický Jan: Forming of the hollow pin with upper flange. Bachelor s Thesis, school year 008/009. FSI VUT in Brno, Faculty of Mechanical Engineering, Institute of Manufacturing Technology. A project developed during a bachelor s study of a program Mechanical Engineering (0R00) brings in a proposal of a technology of cold forming of the hollow pin with upper flange out of 1 00 steel. The forming on a multi-stage processual automatic machine TPZK 5 with nominal forming power kn was projected based on consultations, study of literary resources and calculations. Keywords: 1 00 steel, forming, compresing, squirting, processual automatic machine TPZK 5 BIBLIOGRAFICKÁ CITACE JEDOVNICKÝ, Jan. Výroba dutého čepu s přírubou tvářením. Brno : Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, 009. s. Vedoucí bakalářské práce doc. Ing. Jindřich Špaček, CSc. 5

6 008/009 ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ Tímto prohlašuji, že předkládanou bakalářskou práci jsem vypracoval samostatně, s využitím uvedené literatury a podkladů, na základě konzultací a pod vedením vedoucího bakalářské práce. V Brně dne Podpis 6

7 008/009 PODĚKOVÁNÍ Tímto děkuji panu Ing. B. Jedovnickému, CSc., Doc. Ing. J. Špačkovi, CSc, Ing. J. Jedovnickému, Ing. M. Marečkové a Ing. K. Podanému za cenné připomínky a rady týkající se zpracování bakalářské práce. 7

8 008/009 OBSAH Zadání Abstrakt Bibliografická citace Čestné prohlášení Poděkování Obsah Str.: 1 ÚVOD TECHNOLOGIE TVÁŘENÍ Fyzikálně metalurgické základy tváření Základní zákony plastické deformace Odpory při tváření 1. Deformace v tvářeném tělese 1.5 Vliv plastické deformace na strukturu a vlastnosti použitého materiálu.. 1 PŘEHLED METOD DĚLENÍ MATERIÁLU Stříhání.. 16 PROTLAČOVÁNÍ KOVŮ ZA STUDENA 17.1 Hlavní způsoby protlačování a výpočet přetvoření. 17. Porovnání výroby součásti obráběním a tvářením Materiál a jeho úprava.. 0. Nástroje 1.5 Stroje 1 5 ZHODNOCENÍ ZADANÉ SOUČÁSTI... 6 NÁVRH TECHNOLOGIE VÝROBY 5 7 TECHNOLOGICKÉ VÝPOČTY 0 8 NÁVRH STROJE 7 9 TECHNICKO EKONOMICKÉ ZHODNOCENÍ 8 10 ZÁVĚR 1 Seznam použitých zdrojů Seznam použitých zkratek a symbolů Seznam příloh 8

9 008/009 1 ÚVOD Cílem bakalářské práce bylo navrhnout několik variant technologických postupů výroby dutého čepu s přírubou neboli pouzdra silentbloku viz. obr. 1.1 a obr. 1.. Jako materiál pouzdra byla zvolena dle výkresové dokumentace ocel Navržené varianty výroby byly zhodnoceny z hlediska finančních nákladů na materiál a zvolena byla ta nejekonomičtější. Zvolená varianta (výroba tvářením) byla dále zpracována. Byly provedeny technologické a technicko-ekonomické výpočty a zhotovena výkresová dokumentace. Předpokládaná velikost série je ks/rok. Součást byla zadána firmou J-VST s.r.o. Brno. Obr. 1.1 Nákres zadané součásti Obr. 1. D model zadané součásti 9

10 008/009 TECHNOLOGIE TVÁŘENÍ [1], [], [], [5] Technologie tváření kovů představuje výrobní proces, při němž dostávají polotovary po zpracování konkrétní navržený tvar za působení vnějších sil bez porušení materiálu. Tváření patří do oblasti beztřískových technologií. Tvářením se zhotovují polotovary určené k dalšímu zpracování tvářením, obráběním atd., ale i hotové výrobky rozmanitých tvarů a rozměrů. Tváření má v hutní a zejména pak strojírenské výrobě velký význam. Jedná se o ekonomicky efektivní technologii, která se převážně uplatňuje v sériové a hromadné výrobě. Základní dělení tváření je na tváření plošné a objemové. Plošné tváření zahrnuje operace jako stříhání, ohýbání, tažení a tvarování. Objemové tváření se uskutečňuje buď pod rekrystalizační teplotou (tzv. tváření za studena) a zahrnuje operace jako jsou například ražení, pěchování a protlačování. Tváření nad rekrystalizační teplotou (tzv. tváření za tepla) zahrnuje volné kování a zápustkové kování. Historie a současnost Technologie se zformovala v samostatnou vědu na konci 18.století. Ve svém rozvoji se opírala o výsledky převážně přírodních a technických věd. Výroba plechu válcováním se u nás traduje už od dob zavedení vysokých pecí koncem 18.století. V technologii zpracování plechů, zvláště při hlubokém tažení, byl vykázán kvalitativní skok s požadavky armády na výrobu nábojnic. Protlačování ocelí za studena se uvádí už od roku 19. V období. světové války, v důsledku stavby velkých lodí a letadel, se objevily požadavky na velkoplošné výlisky. Tehdy na základě válečných poznatků o účinku deformace ve vodě začala průmyslová realizace technologie tváření výbuchem. V současné době již není nepřekonatelným problémem tvářet prakticky jakýkoliv kov nebo slitinu. Tvářecí stroje i nástroje jsou schopny zpracovat i velmi pevné a málo tvárné kovy. Při tzv. hydrostatickém tváření, kdy je materiál obklopen kapalinou o tlaku MPa lze plasticky tvářet i mramor nebo jemu vlastnostmi podobné kovy. Zavádění nových progresivních technologií umožňuje v podmínkách tržní ekonomiky zvyšovat nadále produktivitu práce, přispívat k vyšší kvalitě produkce, snižovat výrobní náklady při respektování ekologických hledisek výroby. Pozornost je třeba věnovat aspektům jako jsou ekonomické tváření malých sérií výrobků, kdy zatím poměrně vysoká cena tvářecího nástroje hrála negativní úlohu v celkové cenové kalkulaci => tváření s maximální možnou přesností, aby součást vyžadovala jen minimum dokončovacích (třískových) operací, odstranění ruční práce z výrobního procesu nahrazením vhodnými mechanizačními prostředky při tváření, případně prostředky pracujícími plně automaticky. 10

11 008/009.1 Fyzikálně metalurgické základy tváření Působí-li na kovové těleso vnější síly, které uvedou těleso do plastického stavu, mění těleso svůj tvar. Účinkem sil vzniká současně v tělese napětí, neboť jeho vnitřní síly brání změně tvaru. Tvarová změna vyvolaná působením vnějších sil se nazývá přetvoření nebo plastická deformace. Při nízkých hodnotách vnější síly je deformace pouze pružná a platí pro ni Hookův zákon. Po odlehčení tato deformace zanikne a těleso nabude původního tvaru. Trvalá deformace, která zůstane i po odlehčení se nazývá plastická. Elastická i plastická deformace se pod zatížením vyskytují současně. Když přestanou působit vnější síly, elastická deformace zanikne a zůstane pouze plastická, která způsobí, že těleso je trvale deformováno. Plastická deformace má zásadní význam z hlediska tvářecích procesů. Fyzikální vlastnost kovů, která umožňuje jejich plastickou deformaci se nazývá plasticita. Plastická deformace krystalických materiálů se uskutečňuje pohybem dislokací a to buď skluzem nebo dvojčatěním. Skluz se uskutečňuje posuvem dislokací ve skluzových rovinách krystalu, což jsou zpravidla krystalografické roviny s nejhustším uspořádáním atomů. Při dvojčatění dochází k náhlému přeskupení celé krystalové mřížky v některé části krystalu tak, že původní a přeskupená mřížka jsou zrcadlově symetrické vzhledem k tzv. rovině dvojčatění. Dvojčatění umožňuje jen malé deformace, které jsou doprovázeny relativně velkým zpevněním. U polykrystalických materiálů se vyskytuje i jiný mechanismus plastické deformace spočívající ve vzájemném pohybu a natáčení zrn. Uvedený způsob umožňuje dosáhnout vysoký stupeň deformace za určitých podmínek a je základem superplasticity. Metalurgie ocelí Základním předpokladem dosažení požadovaných mechanických a technologických vlastností ocelí je dodržení předepsaného chemického složení. Značný vliv na požadované vlastnosti má i čistota, tj. obsah P, S, doprovodných a stopových prvků, plynů a nekovových vměstků. Fosfor: již při nízkých obsazích zhoršuje vlastnosti ocelí. Zvyšuje náchylnost ocelí ke vzniku trhlin a prasklin. Síra: zhoršuje vlastnosti tvářených i litých ocelí. Morfologie a rozložení sulfidů má totiž vliv na vrubovou houževnatost, mez únavy a tečení. Doprovodné a stopové prvky: jsou v ocelích přítomny v tisícinách až desetinách procenta. Jsou to například Cu, As, Sb, Sn, Zn, Pb aj. Dostávají se do ocelí ze vsázkových surovin případně během výrobního procesu a mají i v těchto malých množstvích nepříznivý vliv na mechanické a technologické vlastnosti ocelí. Vodík: zhoršuje plastické vlastnosti, snižuje pevnost a vrubovou houževnatost. Dusík: se vzrůstajícím obsahem se zvyšuje pevnost a tvrdost. Tažnost, kontrakce a vrubová houževnatost klesá. Způsobuje tzv. stárnutí oceli, zvyšující jejich tvrdost a křehkost. 11

12 008/009. Základní zákony plastické deformace Při řešení problematiky tváření se vychází z určitých základních zákonů. Zákon stálosti objemu: vychází z předpokladu o nestlačitelnosti kovů při plastické deformaci materiálu. Zákon nejmenšího odporu: ze všech možných směrů pohybu bodů tvářeného tělesa se každý bod bude pohybovat ve směru nejmenšího odporu. Zákon se využívá při konstrukci tvářecích nástrojů. Zákon přídavných napětí a nerovnoměrnosti deformací: při konkrétní tvářecí operaci je napětí rozloženo nerovnoměrně, a tedy i deformace. Nerovnoměrnost je především způsobena třením na styčných plochách materiálu s nástrojem, nehomogenitou mechanických, fyzikálně chemických vlastností, tvary a rozměry deformovaného materiálu atd. Zákon podobnosti: umožňuje na základě tvářecích pochodů v modelových podmínkách posuzovat odpovídající parametry při reálném relativně složitějším tvářecím procesu. Zákon podobnosti respektuje tři druhy podmínek: geometrickou, mechanickou a fyzikální podobnost.. Odpory při tváření K dosažení požadované změny tvaru materiálu tvářením je třeba překonat odpor materiálu proti plastické deformaci. Deformační odpor (technologický): je souhrn všech napětí v deformovaném materiálu, které působí proti napětí vyvolaném vnějšími silami. Deformační odpor je roven součtu hodnot tzv. přirozeného přetvárného odporu a pasivních odporů. Pasivní odpory: mimo tření zde patří i geometrie tvářeného dílce, vliv odlišnosti konkrétní poměrné rychlosti deformace a rychlosti užitné při stanovení přetvárného odporu, vliv nerovnoměrného rozložení, které je ve svém důsledku příčinou komplikovaného tvaru tvářeného dílce a nehomogenního teplotního pole. Dále je třeba respektovat i změnu napjatosti při reálném tvářecím procesu a experimentálním zjišťování přetvárného odporu. Přirozený přetvárný odpor: je odpor materiálu proti působení vnějších sil za podmínek jednoosého stavu napjatosti. Závisí obecně na jeho chemickém složení, struktuře, velikosti a rychlosti deformace a teplotě tváření. Deformační odpor (skutečný): představuje napětí, které je třeba překonat při deformaci konkrétního materiálu v určitých podmínkách technologického postupu tváření. Znalost hodnot deformačních odporů má význam v praxi při navrhování technologického postupu tváření. Křivky deformačních odporů se zjišťují pěchovací zkouškou, která probíhá při určité teplotě a v určitém rychlostním intervalu. 1

13 008/009. Deformace v tvářeném tělese Rozměrové změny při tváření se v technické praxi nejčastěji vyjadřují pomocí absolutní deformace, poměrné deformace, redukce, skutečné logaritmické deformace s přihlédnutím k rychlosti deformace. Absolutní deformace ( l): je absolutní změna určitého rozměru: l = l 0 l 1 [mm] (.1) kde l 0 výchozí délka [mm] l 1 konečná délka [mm] Poměrná deformace (ε): představuje poměr absolutní deformace a původního rozměru v případech pěchování a jednoosého tažení: l ε = [-] (.) l 0 Redukce (R): vyjadřuje poměrnou deformaci v procentech: R= l 100 [%] (.) l 0 Skutečná logaritmická deformace (φ): l = ln [-] (.) l 0 Rychlost deformace (poměrná rychlost tváření) (ε&, & ): je definována jako rychlost, s jakou se přibližují dva průřezy stlačeného polotovaru, které jsou od sebe vzdáleny o jednotku délky. Závisí na výšce tvářené součásti (h) a při stejné rychlosti nástroje (v) je tím větší, čím menší je výška tvářeného tělesa. Deformační rychlost není totožná s rychlostí nástroje (v). d v & ε = & = = [s -1 ] (.5) dt h kde h výška tvářené součásti [mm] v rychlost nástroje [mm s -1 ] 1

14 008/009.5 Vliv plastické deformace na strukturu a vlastnosti použitého materiálu S rostoucím stupněm deformace se mění tvar zrn. Původně polyedrická zrna se prodlužují ve směru převažující deformace, až se z nich stanou protažená vlákna s poměrně malými příčnými rozměry. Důsledkem plastické deformace je také změna orientace krystalové mřížky. Původní náhodná orientace se během plastické deformace mění na usměrněnou. Průvodním jevem deformace materiálu je také deformační zpevnění. Deformační zpevnění kovů a slitin je doprovázeno změnou jejich mechanických vlastností. Při snižování tažnosti a kontrakce, vzrůstá pevnost a tvrdost. Zvýšení pevnostních hodnot tvářených materiálů je v mnoha případech v technické praxi nežádoucí. Zejména ve víceoperačních tvářecích procesech. Na druhé straně se poměrně často využívá. Deformační stárnutí: představuje změnu vlastností tvářeného materiálu v závislosti na čase a teplotě. Deformační stárnutí způsobuje pokles tažnosti a dochází ke vzniku ostré horní meze kluzu. Mez kluzu se zvětšuje s větší intenzitou než mez pevnosti, což má za následek zhoršení tvárnosti za studena. Stárnutí způsobují sloučeniny dusíku s kovy na hranicích zrn a kluzných rovin. Tento proces je charakteristický pro neuklidněné oceli. Zotavení, rekrystalizace, zamezení a snížení deformačního stárnutí Zotavení: je-li za studena deformovaný kov zahřát na teplotu T 0, T tav, dochází ve vnitřní stavbě ke změnám, které se projevují postupným zmenšováním zpevnění. Struktura deformovaná předchozím tvářením se nemění a celý proces probíhá v submikrostruktuře. Zotavovací proces je procesem nevratným. Rekrystalizace: probíhá za teplot T ( 0,5 0,5) Ttav a celý proces je doprovázen změnou mechanických a fyzikálních vlastností. Rekrystalizací získává materiál výtvarku, zpevněný vlivem předchozího tváření, své původní vlastnosti a v některých případech v důsledku rovnoměrnější struktury po tváření dokonce vlastnosti lepší vzhledem k výchozím hodnotám. Deformovaná mřížka tvářením je při procesu rekrystalizace nahrazována mřížkou novou, nedeformovanou. Kritický stupeň deformace nastává u nízkouhlíkové oceli při obvykle malých stupních deformace cca 8 % až 10 % a má za následek zhrubnutí zrna ve struktuře. Obecně lze říct, že kritické oblasti tváření, kdy dochází k růstu zrn, je při nižších teplotách kolem 5 % až 0 % stupně deformace. Hrubozrnně rekrystalizovaný materiál lze regenerovat ohřevem na teplotu fázové přeměny s následným volným chlazením na vzduchu nebo dalším tvářením, je-li to technicky možné (normalizační žíhání). 1

15 008/009 Možnosti zamezení popř. snížení deformačního stárnutí: k dosažení vyšší odolnosti oceli proti deformačnímu stárnutí při běžné teplotě prostředí 0 C je možné použít v zásadě čtyři způsoby: úprava chemického složení tepelné zpracování tváření za studena nezbytným úběrem na válečkových rovnačkách nebo válcovacích stolicích snížení teploty oceli a doby při skladování 15

16 008/009 PŘEHLED METOD DĚLENÍ MATERIÁLU [1], [] Volba způsobu dělení polotovaru souvisí s požadavky na přesnost a kvalitu dělené plochy. Dělení řezáním: za použití okružních, rámových, kotoučových nebo pásových pil. Z hlediska produktivity a kvality dělené plochy jsou nejčastěji používané pásové pily. Řezání s využitím pil se používá tam, kde nelze stříhat z důvodu velkého průřezu. Nevýhodou je poměrně malá produktivita, vysoké náklady a ztráty prořezem. K výhodám patří kolmý a poměrně hladký řez včetně dodržení přesnosti i hmotnosti řezaného materiálu. Dělení upichováním: je málo produktivní při značné spotřebě materiálu. Dělení rozbrušováním: používá se brusného kotouče. V dělící ploše dochází k prudkému vzrůstu teploty a k místnímu tepelnému ovlivnění. Vzniká též značný otřep. Je však mnohem produktivnější než metody dříve uvedené. Dělení stříháním: je nejrozšířenější technologická operace ve strojírenské výrobě tvářením. Stříhání se používá například při dělení tabulí plechu, tyčí kruhového i nekruhového průřezu. Materiál se může dělit za studena nebo za tepla. Další metody dělení: lámání, sekání, laserem, vodním paprskem, ultrazvukem....1 Stříhání Rozbor střižného procesu Podstata stříhání spočívá v oddělování materiálu protilehlými břity nožů. Oddělení nenastane přesně v žádané rovině. Je to proto, že materiál je elastický, tvárný a smykové napětí způsobuje tlak nožů na celé ploše. Proces stříhání se víceméně přibližuje čistému smyku. Stříhání probíhá ve třech fázích a střižná plocha se skládá ze čtyř pásem, viz obr..1. Obr..1 Pásma střižné plochy: [1] 1. pásmo zaoblení,. pásmo vlastního střihu,. pásmo utržení,. pásmo otlačení Výpočet střižné síly: F = (1,15 1,0) S τ [N] (.1) s max ps kde S... plocha původního průřezu ve střižné rovině [mm ] R m mez pevnosti [MPa] τ ps... pevnost ve střihu [Mpa] τ ps = 0,8 R m 16

17 008/009 PROTLAČOVÁNÍ KOVŮ ZA STUDENA [1], [], [8], [9], [10] Technologie tváření, při které dochází k přeměně polotovaru na tělesa různého tvaru, většinou kruhového nebo symetrického průřezu. K přeměně dochází vlivem působení tlaku průtlačníku na materiál, který se vlivem působení prostorového stavu napjatosti stává plastickým a dojde k přemístění jeho částic, přičemž nedojde k porušení soudržnosti jeho molekulární vazby. Protlačováním lze zhotovit tvary, které je možné získat lisováním z plechu, ale při porovnání je protlačování hospodárnější. Další předností je vysoká přesnost a kvalita povrchu. Dosahuje se výrobních tolerancí IT8 až IT7 a v případě zařazení další tvářecí operace kalibrování, až tolerance IT6 (tj. řádově přesnosti ± 0,05 a drsnosti R a = 0,8). Na druhé straně má tato technologie určitá omezení ve výběru materiálu a nelze zaručit přesnou délku a výšku protlačků je nutno upravit třískovým obráběním..1 Hlavní způsoby protlačování a výpočet přetvoření Podle směru tečení materiálu, vzhledem k pohybu průtlačníku, rozeznáváme různé druhy protlačování uvedené níže. Velikost přetvoření se v praxi používá max. 80 %. Zpětné protlačování: Polotovar je založen do uzavřené průtlačnice a tlakem průtlačníku se přivede do plastického stavu. Pak se přemisťuje mezerou mezi průtlačníkem a stěnou průtlačnice ve směru proti pohybu průtlačníku, jak je vidět na obr..1. Použití: výrobky v elektrotechnickém průmyslu, strojírenství a spotřební průmysl. Výpočet přetvoření: D ε = 100 D [%] (.1) 1 Obr..1 Zpětné protlačování ln D1 h = ( D D ) 1 [-] (.) Obr.. Zpětné protlačování 17

18 008/009 Dopředné protlačování: Materiál se přemisťuje ve směru souhlasném se směrem pohybu průtlačníku viz. obr... Konečný tvar dává protlačku tvar průtlačnice. Jako polotovar se používá plný nebo dutý materiál, získaný např. zpětným protlačováním. Použití: výrobky čepového charakteru, šrouby, svorníky, nýty, pouzdra, trubky s přírubou a pod. Výpočet přetvoření: D h = ln 1 [-] (.) D Obr.. Dopředné protlačování ( D1 D ) ε = 100 [%] (.) D D D h = ln [-] (.5) D D D1 D ε = 100 [%] (.6) D D 1 0 Obr.. Dopř. protlačováni Kombinované protlačování: Vzniká kombinací zpětného a dopředného protlačování. Část materiálu se přemisťuje před čelem výtlačníku a vyplňuje dutinu průtlačnice a část materiálu vytváří stěny nádoby viz. obr..5. Použití: pro různě profilované součásti Obr..5 Kombinované protlačování 18

19 008/009 Stranové protlačování: Polotovar je vložen do dělené průtlačnice a uzavřen průtlačníky z obou stran tak, že tečení materiálu je umožněno pouze ve směru kolmém k podélné ose polotovaru viz. obr..6. Použití: součástky s výstupky po obvodě... Obr..6 Stranové protlačování Protlačovací síla: Na velikost protlačovací síly mají vliv tyto parametry: a) chemické složení a mechanické vlastnosti materiálu b) příprava před protlačením (zejména mazání) c) geometrie nástroje d) velikost redukce (čím větší redukce, tím větší síla) e) velikost průtlačníku (čím větší plocha průtlačníků, tím větší síla) f) tloušťka stěny dutých součástek (čím je stěna tenčí, tím je síla větší) g) druh použitého stroje F = p S [N] (.7) kde p...měrný tvářecí tlak [MPa] S...čelní plochy průtlačníků [mm ]. Porovnání výroby součásti obráběním a tvářením: Obr..7 Průběh vláken v obráběné a tvářené součásti [1] Na obr..7 jsou dvě součásti, levá součást je zhotovena obráběním a má vlákna přerušena. Pravá součást je zhotovena tvářením. Její vlákna jsou neporušena a přizpůsobena vnějšímu tvaru součástky. Zhuštěná vlákna zesilují oblasti zvýšeného namáhání. Na obr..8 je znázorněn technologický postup šroubu tvářením. Jak je vidět nevzniká žádný odpad. Kdežto při obrábění by byly ztráty značné. Obr..8 Postup výroby šroubu tvářením za studena [10] 19

20 008/009. Materiál a jeho úprava Pro protlačování lze použít všech kovových materiálů, které jsou schopny plastické deformace. Nejčastěji používaným materiálem ke tváření je ocel, a to v širokém rozmezí od nízkouhlíkových ocelí až po legované a nerezové oceli. Vedle ocelí se při výrobě polotovaru pro technologii tváření používají lehké a barevné kovy včetně jejich slitin, zejména hořčíkové a hliníkové slitiny, mosazi atd. Neželezné kovy: svými mechanickými schopnostmi vyhovují protlačování nejlépe, protože v porovnání s materiálem nástrojů jsou velmi měkké a nevyžadují většinou žádnou speciální povrchovou úpravu s výjimkou některého žíhání některých slitin. Používané materiály: Al a jeho slitiny, Cu a její slitiny, Pb, Zn, Sn, Ni,... Ocel: nejdůležitější materiál pro protlačování. Se stoupajícím stupněm deformace roste pevnost. Velmi důležité je věnovat pozornost přípravě polotovaru, jeho mazání, úpravě geometrie nástroje a volbě materiálu nástroje a jeho tepelnému zpracování. V praxi jsou nejvhodnější oceli do obsahu 0, % C popř. nízkolegované oceli. Při zvyšujícím se obsahu C a vyšším % legur se zvyšuje měrný tvářecí tlak a k dosažení konečného tvaru součásti je třeba více operací a tím i mezioperačního žíhání. Z praxe platí, že nehospodárný je ten materiál, při kterém je nutný tvářecí tlak vyšší než.500 MPa, nebo ten u něhož nelze provést deformaci min. 5 % v jedné operaci. Stupeň přetvoření je limitován zpevněním materiálu a je proto nutné zachovat určitou hodnotu přetvoření, aby nenastalo porušení celistvosti protlačku. Přetvoření se vyjadřuje buď logaritmickým přetvořením φ h nebo poměrnou změnou průřezu ε [%]. Příprava polotovaru Zahrnuje tyto technologické operace: - příprava rovnáním - loupání materiálu (pro odstranění povrchových vad a pro zabezpečení přesného rozměru materiálu) - dělení materiálu - tepelné zpracování - úprava povrchu (čištění, moření, neutralizace, odmaštění...) - fosfátování = vytvoření nosného povrchu pro mazivo. Fosfátová vrstva je pórovitá a dobře ulpí na povrchu polotovaru. Do svých pórů nasaje mazivo, které podrží po celou dobu tvářecího procesu procesu. - mazání (strojní olej - používaný k mazání stroje a nástrojů při chodu, technický lůj, vápenná voda, mazlavé mýdlo, molikot MoS ) 0

21 008/009. Nástroje Požadavky na nástroj: - nástroj jako celek musí být dostatečně tuhý - musí zajišťovat snadné vyhození protlačku z nástroje - musí mít dokonalé vedení funkčních částí - musí zajistit snadnou montáž při výměně nástrojů - musí splňovat podmínku maximální životnosti a hospodárnosti při jeho zhotovení - musí zajišťovat dokonalé mazání a chlazení nástroje - musí splňovat podmínky bezpečnosti práce a zabraňovat zároveň možnému poškození protlačku Materiály nástrojů: Tab..1 Materiály průtlačnic Tab.. Materiály průtlačníků Materiál průtlačnic HRC HRC HRC max. 5 HRC Obvyklý materiál bandáží je ocel a ocel 1 60, obě zušlechtěny na pevnost 1.00 MPa nebo ocel zušlechtěna na 8-5 HRC. Ostatní díly: konstrukční nebo nástrojové oceli (11 600, , 19, a podobně) Materiál průtlačníků HRC HRC HRC HRC.5 Stroje Na protlačování je potřeba velká a pokud možno stálá síla, která musí působit na poměrně dlouhé dráze. Požadavky na stroj: - dostatečný zdvih beranu a co největší počet zdvihů za minutu - co největší poměr pracovního zdvihu beranu k celkovému - dostatečná tuhost lisu - dlouhé vedení beranu - velká tuhost stolu - samostatně ovladatelný a přestavitelný vyhazovač - možnost tuhého upnutí nástroje - možnost poloautomatického nebo automatického podávání - možnost přestavitelnosti zdvihu beranu - kvalitní chlazení a mazání Používají se mechanické lisy, hydraulické lisy a různé druhy speciálních lisů. 1

22 008/009 Mechanických lisů (obr..9) se využívá tam, kde je potřeba poměrně malý zdvih beranu lisu, tj. hlavně při zpětném protlačování, kdy kalota má malou tloušťku. Používají se klikové, výstředníkové, kolenopákové a další lisy. Obr..9 Výstředníkový lis [9] Obr..10 Hydraulický lis [8] Hydraulické lisy (obr..10) jsou vhodné pro součásti o větší délce, neboť zajišťují konstantní sílu, v kterékoliv poloze beranu. Nevýhodou je malý počet zdvihů za minutu. Speciální lisy (obr..11) jsou to různé postupové tvářecí automaty pro hromadnou výrobu. Obr..11 TPZK 5 (Tvářecí postupový automat) [10]

23 008/009 5 ZHODNOCENÍ ZADANÉ SOUČÁSTI [], [6], [7] Tab. 5.1 Shrnutí základních údajů dle výkresové dokumentace Název TULEJA WEWNETRZNA Materiál CrMo = 1.75 = MnB = = 1 10, 1 1 B = MnB 1 00 B B Velikost série ks/rok Jedná se o pouzdro silentbloku, na které bude po jeho obvodě navulkanizována pryž. Toto pouzdro má být určeno konkrétně pro automobilku BMW. Požadovaná pevnost součásti se pohybuje v rozmezí 850 MPa až MPa a je zde dále požadavek, aby při axiálním zatížení silou 90 kn byla trvalá deformace max. 0,06 mm. Obr. 5.1 Originální výkres zadané součásti

24 008/009 Byl zvolen materiál ocel třídy 1 00, jelikož kvalitou je plně dostačující a dá se lehce dohledat v literatuře (Strojnické tabulky, Poradenská příručka-křivky přetvárných odporů, www, ceníky,...). Tab. 5. Základní vlastnosti zvoleného materiálu Označení dle R m [MPa] R e min [MPa] Tvrdost [HB] Třída odpadu ČSN Ocel k zušlechťování s obsahem uhlíku C = ( 0, 0,0)%. Kritické přetvoření při tváření za studena je 1,81. Mez pevnosti dle Poradenské příručky je R m = 589 MPa. Nejčastější použití: části rozvodů, předlohové a klikové hřídele, ojnice, páky, rotory pro turbogenerátory, zušlechtěné šrouby, drát na lana, matice a podobně. Tab. 5. Základní teploty pro tepelné zpracování zvoleného materiálu Teploty pro tepelné zpracování oceli 1 00 Normalizační žíhání C Žíhání na měkko C Kalení C (voda, olej) Popouštění C Výchozí materiál bude kruhová tažená tyč s úběrem 5 % s přesnosti h9. Objem a hmotnost součásti byl stanoven pomocí programu Inventor. Hodnota objemu je V č = mm a hmotnost součásti činí m č = 1 g. Hmotnost celé série hotových součástí: mčs = série mč = ,1 = kg kde m čs čistá hmotnost celé série [kg] m č čistá hmotnost jedné součásti [kg]

25 008/009 6 NÁVRH TECHNOLOGIE VÝROBY Pro výrobu součásti byly zvoleny tří způsoby, dva obráběním z kulatiny a tlustostěnné trubky a jeden objemovým tvářením za studena. V č = mm m č = 1 g m čs = kg Ceny materiálu byly stanoveny dle informací z obchodního oddělení firmy Ferona a.s., kde vycházeli z aktuálního ceníku pro duben 009. Tab. 6.1 Ceny zvolených polotovarů Ф8 h9, ocel ,0 Kč/kg Ф8 h9, ocel ,61 Kč/kg Tr Φ8/Φ1, ocel ,00 Kč/kg 1. Varianta Výroba obráběním z kulatiny Obr. 6.1 Varianta č. 1 Výchozí materiál je kruhová tažená tyč Ф8h9 ČSN , která bude obráběna. Vnější max. průměr polotovaru je roven max. průměru výrobku. Daný rozměr nebude obráběn, jelikož rozměr součásti je ve velké toleranci (± 1 mm) a polotovar dostatečně zajisti nejen danou přesnost, ale i odpovídající jakost povrchu. Tyč se bude řezat a následně obrábět. Tyče se dodávají v délkách.000 mm a mm, pro výrobu byla zvolena délka.000 mm z důvodu snazší manipulace a menších skladovacích nároků. Délka jednoho kusu polotovaru: l = l + p + p = 6, , mm p1 s d o = 1 kde l s délka jedné součásti [mm] p d přídavek na dělení polotovaru [mm] p o přídavek na obrábění polotovaru [mm] Počet polotovarů z jedné tyče: lt.000 i pt1 = = = 5, 9ks l 66,1 p1 i pt1 = 5 ks kde l t délka jedné tyče [mm] 5

26 008/009 Potřebný počet tyčí na celou sérii: série i 5.555, ks t i = = = pt1 i t1 = ks Celková hmotnost tyčí: π Dt m = it1 lt St1 ρ = it1 lt m t1 = 18.9 kg π t1 ρ = ,85 10 = 18.91, 9 kde S t čelní plocha tyče [mm ] ρ hustota oceli [kg mm - ] D t průměr tyče [mm] Hmotnost odpadu: m = m m odp1 t1 čs = = Cena materiálu na celou sérii: P = m P = 18.91,9 8,0 m1 t1 p1 = , 9 kde P p cena za 1 kg materiálu [Kč] Zisk z vratného odpadu: Z vo1 = modp 1 Pvo 1 = ,5 = Kč kde P vo cena za 1 kg vratného odpadu [Kč] Náklady na jednu součást: Pm 1 Z vo , N m1 = = = 15, 96Kč série kg Kč kg Náklady za materiál pro variantu č.1 jsou 16 Kč/ks. 6

27 008/009. Varianta Výroba obráběním z trubky Výchozí polotovar je přesná trubka Ф8/Ф1 s tolerancí rozměrů ± 0,15 mm. Délka trubky bude stejně jako u kruhové tyče.000 mm. Trubka se bude řezat a následně obrábět. Obr. 6. Varianta č. Délka jednoho kusu polotovaru: l = l + p + p = 6, , mm p s d o = 1 Počet polotovarů z jedné trubky: lt.000 i pt = = = 5, 9ks l 66,1 p i pt = 5 ks Potřebný počet trubek na celou sérii: série i 5.555, ks t i 5 6 = = = pt i t = ks Celková hmotnost trubek: π ( D d mt = it ltr S tr ρ = it ltr π (8 1 ) = ,85 10 = 18.50kg m t = kg Hmotnost odpadu: m = m m 6 ) ρ = odp t čs = = Cena materiálu na celou sérii: Pm = mt Pp = = Kč Zisk z vratného odpadu: Z vo = modp Pvo = ,5 = Kč = kg 7

28 008/009 Náklady na jednu součást: Pm Zvo Nm = = = 0, Kč série Náklady za materiál pro variantu č. jsou 1 Kč/ks.. Varianta Tváření za studena Obr. 6. Varianta č. Výchozí materiál bude kruhová tažená tyč s úběrem 5 %, Ф8h9 a délky.000 mm, která se bude stříhat. Délka jednoho kusu polotovaru: l p = ls =, 1mm Počet polotovarů z jedné tyče: lt.000 i pt = = = 9, 5ks l,1 p i pt = 9 ks Potřebný počet tyčí na celou sérii: série i.688, ks t i 9 = = = pt i t =.689 ks Celková hmotnost tyčí: π Dt π 8 6 mt = it lt St ρ = it lt ρ = ,85 10 = 8. 99kg m t = 8.99 kg 8

29 008/009 Hmotnost odpadu: m = m m odp t čs = =. 9 Cena materiálu na celou sérii: P = m P = ,61 m t p = , 7 Zisk z vratného odpadu: Z = m P =.9 1,5 vo odp vo = 5.9, 5 Náklady na jednu součást: Pm Z vo ,7 5.9,5 N m = = =, Kč série Kč kg Kč Náklady za materiál pro variantu č. jsou,50 Kč/ks. Tab. 6. Porovnání nákladů na materiál u jednotlivých variant Varianta Č. 1 Č. Č. Náklady na materiál 1 ks 16 Kč 1 Kč,5 Kč Volba vhodné varianty Z tab. 6. je vidět, že nejekonomičtěji vyjde varianta č., tedy vyrábět danou součást tvářením za studena. Součást díky tváření získá i lepší mechanické vlastnosti, proto byla také tato varianta č. zvolena. Technologický postup výroby součásti 1. stříhat materiál na rozměr Ф8h9 x,1 (hmotnost: 155 g) na LEPP 100. špalíky žíhat na měkko. špalíky fosfátovat a napustit mýdlem. lisovat na tvářecím automatu TPZK 5 5. kontrolovat 6. balit a expedovat 9

30 008/009 7 TECHNOLOGICKÉ VÝPOČTY [1], [], [], [6] 0.Operace Stříhání Na mechanickém lisu LEPP 100 bude ustřižen polotovar pro výrobu na tvářecím automatu TPZK 5. Střižná síla K výpočtu byla zvolena hodnota 1,. F = (1,15 1,0) S τ π D F = 1, 0,8 Rm π 8 F = 1, 0,8 589 F = ,N F 80kN Potřebná síla stroje by měla být cca 00 kn (0 t). ps Obr. 7.1 Ustřižený polotovar na LEPP Operace Pěchování Φ 8 Φ8, Zde je ustřižený polotovar pěchován do dutiny průtlačnice. Logaritmické přetvoření ln D1 8, 1,1= = ln = 0,01 D 8 0 kde D 0 výchozí průměr [mm] D 1 konečný průměr [mm] Přirozený přetvárný odpor 5 = 69, ,8 f 1,1 f 1,1 f 1,1 1,1 = 69,66 0,01 = 708,96MPa 5 1,1 -.75,8 0, ,91 1,1 +.67,91 0,01 Obr. 7. První operace na TPZK 5 -.,1 1,1 -.,1 0, , ,09 1,1 +1.8,95 0, ,09 0

31 008/009 Deformační odpor 1 D1 1 8, d1,1 = f f = 708, ,05 = 78, 9MPa H 16,7 Tvářecí síla π 16, F1,1 = d1,1 S = 78,9 = , N 15kN kde S funkční plocha průtlačníku [mm ] Zpětné protlačování Φ 8, Φ8, / Φ16, Zde dochází k obtékání horního průtlačníku a vzniká rozměr Φ8, / Φ16,. Logaritmické přetvoření D1 8, = ln = ln D d 8, 16, 1, = 1 1 kde d vnitřní průměr [mm] Přirozený přetvárný odpor = + = 0,01+ 0,07 1, C 1,1 1, = f 1, f 1, f 1, = 69,66 = 69,66 0,1 = 98 MPa 5 1,C -.75, ,8 0,1 0,1 1,C +.67,91 0,07 1,C -.,1 +.67,91 0,1 -.,1 1,C + 1.8,95 0,1 1,C Deformační odpor D1 D1 D1 D1 d1 = + + d1, 1,15 f 1, log log log d1 D1 d1 D1 d1 d1 D1 d1 8, 8, 8, 8, 16, d1, = 1,15 98 log + log + log 16, 8, 16, 8, 16, 16, 8, 16, d1, =.10, 8MPa Tvářecí síla π 16, F1, = d1, S =.10,8 = 9.1, N 0kN + 68, ,95 0,1 + 68,09 1

32 008/009 Zpětné protlačování Φ 8, Φ8, / Φ15,8 Zde dochází k obtékání dolního průtlačníku a vzniká rozměr Φ8, / Φ15,8. Logaritmické přetvoření D1 8,,= ln = ln D d 8, 15,8 1 = 1 Přirozený přetvárný odpor = + = 0,01+ 0,77 1, C 1,1 1, = f 1, f 1, f 1, 5 = 69,66 0,91 = 979 MPa 5 1,C = 69, ,8 -.75,8 0,91 0,91 1,C +.67,91 0,77 1,C -.,1 +.67,91 0,91 -.,1 1,C + 1.8,95 0,91 1,C + 68, ,95 0, ,09 Deformační odpor D1 D1 D1 D1 d = + + d 1, 1,15 f 1, log log log d D1 d D1 d d D1 d 8, 8, 8, 8, 15,8 d1, = 1, log + log + log 15,8 8, 15,8 8, 15,8 15,8 8, 15,8 d1, =.081,1 MPa Tvářecí síla π 15,8 F1, = d1, S = 081,1 = 08.05N 08kN Celková tvářecí síla: Je dána největší z tvářecích sil F 1,1 (15 kn), F 1, (0 kn), a F 1, (08 kn). Fc = F 0kN 1 1, =. Operace Prostřižení blány Střižná síla: Byla zvolena hodnota 1,. F = (1,15 1,0) S τ = = 1, π d t 0,8 Rm= = 1, π ,8 98= = 57.77,8N 58kN ps Obr. 7. Druhá operace na TPZK 5

33 008/009. Operace Pěchování Φ 8, / Φ16, Φ 8,5 / Φ15,8 Zde dochází nejprve k napěchování hlavy na rozměr Φ8,5 / Φ15,8. Vnitřní průměr je kalibrován trnem. Logaritmické přetvoření D d 8,5 15,8 = ln = ln D d 8, 16, 1 1,1 = 0,061 Přirozený přetvárný odpor = + = 0,1+ 0,061,1C 1,c,1 = f,1 f,1 f,1 = 69,66 = 69,66 0,8 = 985,8MPa 5,1c -.75,8 5,1c -.75,8 0,8 0,8 +.67,91,1c +.67,91 0,8 Obr. 7. Třetí operace na TPZK 5 -.,1,1c -.,1 0,8 Deformační odpor 1 D 1 8,5,1 = f,1 1 + f = 985, ,05 H 16,7 +1.8,95 d = 1.01, 9 Tvářecí síla π (8,5 15,8 ) F,1 = d,1 S = 1.01,9 = 8.015N 9kN,1c + 68, ,95 0,8 + 68,09 MPa Dopředné protlačování Φ 8,5/ Φ15,8 Φ1,9/ Φ15,6 Zde dochází k dopřednému protlačení dříku o rozměru Φ1,9 / Φ15,6. Vnitřní průměr je kalibrován trnem. Logaritmické přetvoření D d 1,9 15,6,= ln = ln D d 8,5 15,8 = 1 Přirozený přetvárný odpor = + = 0,91+ 0,868,C 1,c, = 1,59 0,868

34 008/009 f, f, f, = 69,66 = 69,66 1,59 = 1.08MPa 5,c -.75,8 5,c -.75,8 1, ,91,c +.67,91 1,59 -.,1,c -.,1 1, ,95,c + 68, ,95 1, ,09 Deformační odpor d, d, d, = f, D [ln D 1,9 = 1.08 [ln 8,5 =.55MPa 1 d d (1 15,6 15,8 µ R + ) + α (1 0,05 + ) + π 5 D µ R α + D π + 5 l R µ z ha + D 1,9 0,05 8,5 Tvářecí síla π (8,5 15,8 ) F, = d, S =.55 = N 1. 15kN Celková tvářecí síla Fc = F 1. 15kN, = Rm ] f, 0,1 5, ] 8, Operace Pěchování Φ 8,5 / Φ15,8 Φ8/ Φ15,5 Dochází k napěchování hlavy pouzdra na rozměr Φ8 / Φ15,5. Logaritmické přetvoření D d 8 15,5,1= ln = ln D d 8,5 15,8 = 0,761 Přirozený přetvárný odpor = + = 0,8+ 0,761,1C,1c,1 = f,1 f,1 f,1 5,1c = 69,66 = 69,66 1, = 1.06,MPa -.75,8 5,1c -.75,8 1, 1, +.67,91 Obr. 7.5 Čtvrtá operace na TPZK 5,1c,1c -.,1 +.67,91 1, -.,1 1, +1.8,95,1c + 68, ,95 1, + 68,09 Deformační odpor 1 D 1 8 d,1 = f,1 1 + f = 1.06, 1 + 0,05 = MPa H 16,7

35 008/009 Tvářecí síla π (8 15,5 ) F,1 = d,1 S = = ,N kN Pěchování Φ 1,9 / Φ15,6 Φ / Φ15,5 Dochází ke konečnému napěchování dříku pouzdra na rozměr Φ / Φ15,5 Logaritmické přetvoření D5 d 15,5,= ln = ln D d 1,9 15,6 = Přirozený přetvárný odpor = + = 1,8+ 0,01,C,c, = f, f, f, 5,c = 69,66 = 69,66 1,59 = 1.08,5MPa Deformační odpor -.75,8 5,c -.75,8 1,59 1, ,91 0,01,c +.67,91 1,59 -.,1,c -.,1 1,59 1 D f = 1.08, ,05 H 16,7 +1.8,95 d, = f, = 1.061, Tvářecí síla π ( 15,5 ) F, = d, S = 1.061, = 0.176N 0kN Dopředné protlačování Φ 8,5 / Φ15,8 Φ / Φ15,8,c + 68, ,95 1, ,09 MPa Zde dochází k dopřednému protlačení osazení na hlavě pouzdra o rozměru Φ / Φ15,8. Vnitřní průměr je kalibrován trnem. Logaritmické přetvoření D5 d 15,8,= ln = ln D d 8,5 15,8 = Přirozený přetvárný odpor = + = 0,91+ 0,875 1,C 1,c, = f, f, f, 5,c = 69,66 = 69,66 1,66 = 1.09,5MPa -.75,8 5,c -.75,8 1,66 1, ,91,c 0, ,91 1,66 -.,1,c -.,1 1, ,95,c + 68, ,95 1, ,09 5

36 008/009 Deformační odpor d, d, d, = f, D [ln D = 7,MPa 5 1 d d (1 15,8 = 1.09,5 [ln 8,5 15,8 µ R + ) + α (1 D5 µ R α + D 0,05 + ) + π 5 π + 5 lr µ z ha Rm + ] D 0,05 8,5 Tvářecí síla π ( 15,8 ) F, = d, S = 7, = N 69kN Celková tvářecí síla Fc = F = kN,1 = f, 0,1 16, ] 8,5 1.09,5 Potřebná celková tvářecí síla tvářecího automatu: Síla potřebná k tváření součásti je Fc= F = 1. c 15kN. Jde o největší sílu, kterou je zapotřebí vyvinout. Volí se největší z vypočtených sil, jelikož než stroj dosáhne max. potřebné síly, už dávno vyvine potřebné nižší tvářecí síly. Pro výrobu bude zvolen stroj o minimální jmenovité síle 1.10 kn (11 t) nebo jednotlivé stroje odpovídající požadavkům na tvářecí sílu v jednotlivých operacích. 6

37 008/009 8 NÁVRH STROJE Danou součást lze tvářet jak na různých mechanických a hydraulických lisech, tak i na speciálních postupových tvářecích strojích. Tab. 8.1 Porovnání tvářecích strojů Stroj Výhody Nevýhody Mechanický lis Vyšší rychlost procesu Max. síla jen v malém rozsahu zdvihu, při špatném seřízení možnost přetížení a následného poškození stroje Hydraulický lis Konstantní síla v průběhu celého zdvihu, možnost Nižší rychlost procesu Postupový tvářecí automat nastavit délku zdvihu Vyšší rychlost procesu, více operací na jednom stroji - úspora místa Pořizovací náklady, větší nároky na seřízení Jelikož se součást bude vyrábět v několika operacích, tak pro samotné tváření byl zvolen postupový tvářecí automat TPZK 5 a pro přípravu polotovaru (střihání) mechanický lis LEPP 100. Stříhání LEPP 100 Jedná se o mechanický lis s jmenovitou silou kn (100 t). Jeho jmenovitá tvářecí síla je dostačující k ustřižení výchozího polotovaru Ф8h9. Zvolen byl i proto, že firma od které zpracovávám zadání, je tímto lisem vybavena. Parametry stroje jsou uvedeny v příloze č. 1. Tváření TPZK 5 Tohle zařízení bylo zvoleno, jelikož ušetří prostory oproti potřebným čtyřem lisům a daná firma ho má rovněž ve vlastnictví. Jedná se o horizontální mechanický lis se čtyřmi lisovnicemi, přenášecím zařízením, které přenáší výlisek mezi nástroji, s podávacím a s rovnacím zařízením drátu. Konkrétní stroj je dále vybaven skluzem pro zavádění již dělených polotovarů do pracovního prostoru stroje a zvedacím zařízením pro usnadnění manipulace s těžkými nástroji. Stroj je určen pro víceoperační objemové tváření součástí typu svorník a matice buď z kusového polotovaru nebo ze svitku drátu. Parametry stroje jsou uvedeny v příloze č.. 7

38 008/009 9 TECHNICKO - EKONOMICKÉ ZHODNOCENÍ Náklady na materiál: N m = Pm Z vo = ,5= Kč kde P m celková cena materiálu [Kč] Z vo celkový zisk z vratného odpadu [Kč] Střihání: Hodina provozu stroje: 500 Kč Počet kusů za směnu (8 hodin):.000 ks (500 ks/hod) série N s = mzda= 500= Kč ks / h 500 Náklady na nástroje N ns = Kč Náklady na výkresovou dokumentaci N vs = Kč Jelikož má firma k dispozici střižný nástroj s výměnnými noži, je zde možnost tento nástroj použít, čímž by se náklady ještě snížili. Náklady na střižné nože a výkresovou dokumentaci: N nv = Kč Úprava polotovaru: Náklady na žíhání N ž = 10 Kč/kg N žc = N ž m t = = Kč kde N ž cena za žíhání 1kg materiálu [Kč/kg] N žc náklady na vyžíhání celé série [Kč] m t hmotnost tyčí (hmotnost polotovarů celé série) [kg] Náklady na fosfátování a napuštění mýdlem N fm = 9 Kč/kg N fmc = N fm m t = = Kč kde N fm cena za fosfátování 1kg materiálu [Kč/kg] N fmc náklady na fosfátování celé série [Kč] 8

39 008/009 Lisování: Hodina provozu stroje: Kč Počet kusů za směnu (8 hodin): ks (1875 ks/hod) série N l = mzda= 1.000= Kč ks / h Náklady na nástroje N ns = Kč Náklady na výkresovou dokumentaci N vs = Kč Kontrola: Hodinová mzda zaměstnance: 500 Kč Kontrolovat každý ks. Doba kontroly: 5 minut série doba kontroly kontrolované kusy N k = mzda= = Kč Jelikož kontrolu provádí operátor kontroly a ne obsluha stroje, je nutno tento úkon také započítat do celkových nákladů. U takto výkonných strojů, jako je TPZK 5 se udává kontrola ne na kusy, nýbrž na čas. Kontrole každého tisícího kusu odpovídá kontrola každých 0 minut. Celkové náklady: N =ΣNi = =.65.1Kč kde ΣN i součet veškerých dílčích nákladů [Kč] Náklady na jeden výrobek cena výrobku: N.65.1 C = = série = 10,59 Kč kde C předběžná cena [Kč] 9

40 008/009 Náklady na obnovu nástrojů: V praxi se používá 10 % z vlastní ceny výrobku. Tyto náklady by měly zahrnovat náklady na výrobu opotřebovaných či jinak znehodnocených nástrojů. Cena: N on = 0,1 C = 0,1 10,59 = 1,059 1,1 Kč C = C + N on = 10,59 + 1,1 = 11,67 Kč kde C cena jednoho výrobku stanovená pro zadanou velikost série [Kč] Minimální cenu vlastního výrobku bych stanovil na 1 Kč. Pokud by bylo využito při stříhání střižného nástroje ve vlastnictví firmy a kontrolu by prováděla přímo obsluha TPZK 5, byla by výsledná cena 11 Kč. Rozdíl byl ponechán jako rezerva při konečném stanovování ceny s odběratelem. 0

41 008/ ZÁVĚR Cílem práce bylo navržení a porovnání několika způsobů výroby zadané součásti, návrh a zpracování zvoleného technologického postupu výroby, zhotovení výkresové dokumentace (dle pokynů vedoucího), technicko-ekonomické zhodnocení a doporučení pro výrobu. Úvodem byla zpracována teoretická část, v níž byly zahrnuty základní pojmy z oblasti tváření. Dále byla zpracována kapitola dělení materiálu a protlačování kovů za studena, které byly potřebné z hlediska dalšího řešení. Posléze bylo provedeno zhodnocení a popsání zadané součásti. Pro výrobu byly navrženy tři způsoby výroby, dva technologií obrábění a jeden technologií tváření. Byly porovnány dle nákladů na materiál, který byl potřebný pro jejich výrobu viz tab. 6.. Nejlépe vyšel postup výroby tvářením. Ten byl také zvolen pro další řešení výroby. Dále u něj byly provedeny technologické a technicko-ekonomické výpočty. Po stanovení celkových nákladů a ceny se jeví zvolená varianta č. (tváření) stále jako nejlepší pro danou velikost série. V porovnání s variantami č.1 (obrábění z plného materiálu) a č. (obrábění tlustostěnné trubky) jsou celkové náklady varianty č. nižší než samotné náklady na materiál u prvních dvou. Minimální cena jedné součásti pro zvolenou variantu výroby dle standardů firmy J-VST s.r.o. byla stanovena na 1 Kč (v případě drobných korekcí je možnost klesnout na cenu 11 Kč). Pro vlastní výrobu (tváření) byl zvolen tvářecí stroj TPZK 5, který dle provedených technologických výpočtů plně dostačuje pro výrobu dané součásti, co se týče jmenovité síly (5.000 kn) a zároveň vychází vstříc nárokům na rychlost procesu a velikost obsazené plochy dílny. Pro přípravu polotovaru (střihání) byl zvolen lis LEPP 100 (jmenovitá síla kn) se střižným nástrojem. 1

42 008/009 SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ [1] DVOŘÁK, Milan, GAJDOŠ, František, NOVOTNÝ, Karel. Technologie tváření : plošné a objemové tváření.. vyd. Brno : CERM, s. ISBN [] FOREJT, Milan. Teorie tváření a nástroje. 1. vyd. Nakladatelství VUT v Brně. Brno : Rektorát Vysokého učení technického v Brně, s. ISBN [] LIENVEBER, Jan, VÁVRA, Pavel. Strojnické tabulky. [s.l.] : [s.n.], s. ISBN [] PTÁČEK, Luděk. Nauka o materiálu I.. rozš. vyd. [s.l.] : [s.n.], s. ISBN [5] PTÁČEK, Luděk. Nauka o materiálu II.. rozš. vyd. Brno : CERM, s. ISBN [6] BENEŠ, Milan, MAROŠ, Bohumil. Poradenská příručka/ : Křivky přetvárných odporů ocelí díl.. Praha : TEVÚH, s [7] FERONA [online]. c009 [cit ]. Dostupný z WWW: < >. [8] HŠV Polička [online]. 009 [cit ]. Dostupný z WWW: < [9] ŠMERAL [online]. [009] [cit ]. Dostupný z WWW: < [10] J-VST s.r.o. [online] [cit ]. Dostupný z WWW: <

43 008/009 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ Označení Legenda Jednotka C Cena výrobku [Kč] d Průměr [mm] D Průměr [mm] F c Celková tvářecí síla [N] F i,i Dílčí tvářecí síla [N] F s Střižná síla [N] h Výška [mm] l Délka [mm] m Hmotnost [kg] N Náklady [Kč] p Tlak [MPa] P Cena [Kč] R e Mez pružnosti [MPa] R m Mez pevnosti [MPa] S Plocha [mm ] T Teplota [ C] T tav Teplota tavení [ C] v Rychlost [mm s -1 ] V Objem [mm ] Z Zisk [Kč] l Absolutní deformace [mm] ε Poměrná deformace [-] ε& Rychlost deformace [s -1 ] ρ Hustota [kg m - ] d Deformační odpor [MPa] f Přirozený přetvárný odpor [MPa] φ Logaritmická deformace / přetvoření [-] & Poměrná rychlost tváření [Kč]

44 008/009 SEZNAM PŘÍLOH Příloha 1 Základní technické údaje LEPP 100 Příloha Základní technické údaje TPZK 5 Příloha Technologický postup Příloha Výkres součásti Příloha 5 Výkres sestavy nástrojů Příloha 6 Výkres průtlačnice Příloha 7 Výkres objímky Příloha 8 Výkres průtlačníku Příloha 9 Výkres trnu