VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Transkript

1 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV STROJÍRENSKÉ TECHNOLOGIE FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE OF MANUFACTURING TECHNOLOGY NAPJATOSTNÍ ANALÝZA V NALISOVANÉM SPOJI ANALYSE OF STATE OF STRESS IN PRESS AND SHRINK FITS BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR Ing. MILAN DUDEK Doc. Ing. JANA HORNÍKOVÁ, Ph.D. BRNO 0

2 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 4 ABSTRAKT Páce je zaměřena na stanovení řesahu ři lisování v závislosti na mezním stavu užnosti mateiálu omocí analytických metod Pužnosti a evnosti. Vyočtené hodnoty jsou ve fomě změněného technologického ostuu uvedeny do výoby v řesnosti umožňující dostuné technologie. Je ovedeno i stučné ekonomické zhodnocení změny technologického ostuu. Klíčová slova Nalisovaný soj, řesah, mez užnosti mateiálu ABSTRACT This thesis is focused on calculation of ovela in ess fit deending on vield stength. Thee ae used methods of analytic elasticity. The counted values ae imlemented into the technologic ocess as udated technologic secification. The actical values of ovela deend on exactness of available technology. The evaluation is done at the end of thesis (economic evaluation as well) Key wods Pess fit, ovela, elastic stength BIBLIOGRAFICKÁ CITACE DUDEK, Milan. Najatostní analýza v nalisovaném soji. Bno: Vysoké učení technické v Bně, Fakulta stojního inženýství, s., 4 řílohy. Vedoucí áce doc. Ing. Jana Honíková, Ph.D.

3 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 5 Pohlášení Pohlašuji, že jsem bakalářskou áci na téma Najatostní analýza v nalisovaném soji vyacoval samostatně s oužitím odboné liteatuy a amenů uvedených na seznamu, kteý tvoří řílohu této áce. Datum.5.0. Milan Dudek

4 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 6 Poděkování Děkuji tímto doc. Ing. Janě Honíkové, Ph.D za cenné řiomínky a ady ři vyacování bakalářské áce. Dále děkuji Ing. Josefu Zaletalovi, of. Ing. Mioslavu Píškovi, Csc., Ing. Evě Novotné, Ph.D.,Paed IGIP a kolektivu acovníků fimy WERAWERK sol s..o. za odněty a řiomínky o zacování.

5 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 7 OBSAH Abstakt...4 Pohlášení...5 Poděkování...6 Obsah...7 ÚVOD...8. Nalisovaný soj...8. Cíl áce...8 POPIS VÝROBKU A PROBLÉMU...9. Pois oblému ři výobě Vstuní mateiál POUŽITÝ MATERIÁL... 5 TECHNOLOGICKÝ POSTUP Stávající technologický ostu Navhovaný technologický ostu - vystužování Navhovaný technologický ostu selektivní montáž STROJNÍ VYBAVENÍ Hydaulický lis Buska Vtačka VÝPOČTOVÁ ČÁST Metoda výočtu o tenkostěnný koužek (slabě zakřivený ut) Výočet o tenkostěnný koužek (slabě zakřivený ut) Metoda výočtu o válcové těleso zatížené vnitřním tlakem Výočet o válcové těleso zatížené vnitřním tlakem Metoda výočtu o soustavu dvou válcových těles nasazených na sebe s řesahem (vnitřní těleso bez otvou) POROVNÁNÍ VÝSLEDKŮ Ekonomické zhodnocení ZÁVĚR...33 Seznam oužitých zdojů...34 Seznam oužitých zkatek a symbolů...35 Seznam říloh...36

6 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 8 ÚVOD. Nalisovaný soj Pevné sojení dvou součástí kuhového ůřezu se v technické axi vyskytuje velmi často. Vzniká nalisováním válečku do tubky s řesahem. Rizikem o využití této technologie ředstavují vlastnosti oužitých mateiálů a hodnota zvoleného řesahu. Následkem oužití mateiálu s nevhodnými mechanickými vlastnostmi nebo lisování s řesahem, ři kteém je řekočen mezní stav užnosti mateiálu, je vznik thlin.. Cíl áce Cílem áce je stanovit vhodný řesah o lisování metodami analytické Pužnosti a evnosti v závislosti na mechanických vlastnostech oužitého mateiálu. Dále oovnání získaných výsledků a vyvození závěu ve fomě návhu změny technologického ostuu a vyčíslení možných úso.

7 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 9 POPIS VÝROBKU A PROBLÉMU Řešený lisovaný soj je součástí odloužení o kladivovou áčnu. Podloužení je oatřeno lastovou ukojetí, kteá je naleena na ocelové tubce s ovchovou úavou matný chom nikl. Nalisovaný váleček je ovchově ošetřen vstvou zinkofosfátu, je zušlechtěný na 56 + HRC a oatřený nýtovaným kolíkem o aetaci v áčně. Vub u tubky odloužení je konstukčně oodstatněný hloubkou o zasunutí odloužení do áčny. Vub je hanicí o funkční sojení obou částí. Výkes válečku tubky i sestavy je uveden v Příloze č., a 3.. Pois oblému ři výobě Výše osané sojení nalisováním se ve výobě fimy oužívá jako zcela nová technologie. Velikost řesahu byla stanovena ouze na základě zkoušek zalisování na 00ks vzoků bez jakýchkoliv výočtů nebo ověřování mechanických vlastností mateiálu. Nebyla ealizována ani zkouška evnosti zalisování tzn. jakou silou je možné váleček vytáhnout. Při zahájení séiové výoby se na hotových kusech začaly do 4 hodin tvořit thliny, kteé se objevily o zalisování 9000 ks u 690 ks (7,6 %). Ob.. Thlina na tubce o zalisování válečku

8 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 0.. Vstuní mateiál Váleček je vyáběn římo ve fimě a zcela vyhovuje toleancím dle výkesu. Tubka se nakuuje v Číně v nezušlechtěném stavu bez ovchové úavy. Po lisování se má nejodstatnější vnitřní ůmě tubky ohybovat v ozmezí + 0,05 mm. U měření dodaných tubek však bylo zjištěno, že hodnoty se ohybují v ozmezí + 0,08 mm (o měření 7 ks). Vzhledem k časovému zoždění a nákladnosti doavy byly všechny tubky uvolněny o další zacování. V gafu na obázku Ob.. je znázoněn histogam četností jednotlivých vnitřních ůměů u měřených tubek. [ks] ,0,0,03,04,05,06,07,08 [mm] Ob... Histogam četnosti naměřených vnitřních ůměů tubek Po ovchové úavě tubky se vnitřní ůmě zmenší vlivem nanesení vstvy chom niklu o 0,03 mm. Následně se tubky naskladňují a čekají na další zacování. Před lisováním se tedy vnitřní ůmě tubek ohybuje v ozmezí 0,97,05 mm se stejným ozdělením četností jako v gafu na obázku Ob... Tubky se netřídí do skuin odle velikosti vnitřního ůměu a vnitřní ůmě ani není vystužováním uaven na shodné hodnoty. Následkem takto velkého oztylu hodnot dochází k lisování válečku se stejným vnějším ůměem do tubek s vnitřními ůměy s ozdíly až 0,08 mm a iniciaci vzniku thlin u extémních říadů. Podobný ois ostuu o stanovení ůměu válečku boušením řed zahájením lisování je uveden v kaitole 5..

9 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 4 POUŽITÝ MATERIÁL Po výobu odloužení je oužita za tela tažená tubka z oceli 440 dle čínského značení. Tato ocel odovídá svými vlastnostmi oceli.75 4CMo4 dle nomy DIN EN 0083 říadně oceli ČSN 5 4. Jedná se o ocel vhodnou o tváření za studena, o výobu klikových hřídelí, čeů a ojnic. Složení oceli je uvedeno v tabulce Tab. 4. Tab.4. Chemické složení oceli.75 [%] 8 C Si Mn P S C Mo 0,380 - max. 0,600 - max. max. 0,900-0,50-0,450 0,400 0,900 0,035 0,035,00 0,300 Po zjištění mechanických vlastností mateiálu byla ovedena tahová zkouška s následujícími výsledky (Ob. 4.): R m MPa R e MPa E 0 5 MPa kde Rm je mez evnosti v tahu R e je mez kluzu E modul užnosti v tahu Vzhledem k chaakteu áce, kteá je založena na výočtových metodách analytické Pužnosti a evnosti bude mez kluzu R e v dalším textu značena jako k. Po další výočty se hodnota k bude bát 700 MPa. Měření tvdosti bylo ovedeno třikát na každém vzoku dle následujících metod: - měření tvdosti dle Rockwella - měření tvdosti dle Vickese Půměná hodnota tvdosti o vní metodu je 6,7 HRC z hodnot: (6,7 HRC;6,5 HRC; 6,9 HRC) Půměná hodnota tvdosti o duhou metodu ři zatížení HV0 je 37 z hodnot: (36; 4; 33) Závislost získaná tahovou zkouškou je znázoněna v gafu na obázku Ob.4.. Jako klíčové o další ostu je získání infomace, že skutečné mateiálové chaakteistiky neodovídají žádnému stavu dle mateiálového listu oceli a změřené hodnoty jsou i nižší než by odle mateiálového listu měly být. Mateiálový list oceli je uveden v Příloze č.4.

10 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List Ob. 4. Vzoek o ovedení tahové zkoušky Po výobu válečku je oužita ocel.43 6CSiV5 dle nomy DIN. Jedná se o ocel vhodnou ovněž o tváření za studena, uční nářadí, otahovací tny aod. Složení oceli je uvedeno v tabulce Tab. 4. Tab.4. Přísady v oceli.43 [%] 8 C Si Mn C V 0,6 0,9 0,8, 0, Ob. 4. Půběh tahové zkoušky oceli.75 u tří vzoků

11 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 3 5 TECHNOLOGICKÝ POSTUP Po řesah ři lisování byla stanovena mía 0,0 mm, kteá nevychází z žádné nomy, ale ouze ze zkoušek ovedených řed zahájením séiové výoby. Z důvodu vysoké zmetkovitosti ři lisování bylo již v očátku výoby uuštěno od zušlechťování tubek. V této kaitole je uveden stávající technologický ostu solečně s dvěma vaiantami navhovaných změn o snížení zmetkovitosti. 5. Stávající technologický ostu Stávající technologický ostu je založen na ředokladu, že vnitřní ůmě tubky o ovchové úavě se ohybuje v ozmezí 0,97 mm až,05 mm tzn. i mimo toleanci. Zakázky do výoby se vydávají o 300 ks. Po každou zakázku je ovedeno měření vnitřního ůměu u 0 ks tubek. Z výsledku měření jsou vyloučeny dvě maximální hodnoty a o třetí nejvyšší hodnotu je stanovena mía o boušení válečku na okužní busce. Tzn. okud je největší ůmě,05 mm, duhý největší,04 mm a třetí největší,03 mm, bousí se na míu,03 + 0,0 mm. V axi to znamená, že tubky s ůměem,05,,04 a,03 mm jsou lisovány bez řesahu a sojení je ealizováno ouze leením, což funkčně není dostačující. V oačném říadě o tubky s ůměem 0,97 mm hozí, že dojde k lisování válečku s eálným řesahem 0,08 mm! Při lisování se otom třídí kusy, kde dojde k zalisování až o zanýtovaný kolík zde dochází následně k vytažení a lisovaní válečku s větším řesahem. Duhý říad je nedolisování na ožadovanou hodnotu a takový kus je vytříděn jako neoavitelný zmetek. Tab.5. Stávající technologický ostu Číslo Název Číslo Pois činnosti oeace acoviště acoviště 0 Tříbodové Měření vnitřního ůměu 0ks 35 měřidlo Stanovení boušeného řesahu 0 Buska 09 Boušení vnějšího ůměu válečku 30 Hydaulický Zalisovat váleček do tubky 094 lis Kontola dolisování a asklin 40 Kontola Flux 093 Kontola asklin na tubce o 4 hodinách Leení ukojeti 50 Montáž 050 Nasazení okoužku Vizuální kontola 60 Kontola 033 Kontola odloužení řed naskladněním 00%

12 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 4 5. Navhovaný technologický ostu - vystužování Základem o navhovaný technologický ostu je ředoklad, že je třeba snížit ozětí vnitřních ůměů u tubek tak, aby nemohlo dojít k situaci, kdy nebude možné vzhledem k velkému řesahu dolisovat váleček v tubce do říslušné hloubky a nebo naoak ke snaze lisovat do sebe váleček a tubku, kteé jsou vzájemně bez řesahu. Poblém by mělo odstanit vystužování vnitřního ůměu s řesností 0,0 mm, což odovídá i řesnosti boušení. V důsledku by se otom měly ozměy všech tubek i válečků ohybovat v tomto toleančním oli. Nebylo by tak nutné sledovat každou zakázku zvlášť a hlídat, aby nedošlo k omíchání tubek a válečků mezi jednotlivými zakázkami. Dle výsledků zkoušek by odle ředokladu mělo následně dojít k odstanění oeací Kontola Flux a 00% kontola z technologického ostuu, otože vznik thlin u tubek by měl být eliminován. Tab. 5. Navhovaný technologický ostu včetně oeace vystužování Číslo Název Číslo Pois činnosti oeace acoviště acoviště 0 Vtačka 00 Vystužit vnitřní ůmě tubky 0 Buska 09 Boušení vnějšího ůměu válečku 30 Hydaulický Zalisovat váleček do tubky 094 lis Kontola dolisování a asklin 40 Kontola Flux 093 Kontola asklin na tubce o 4 hodinách Leení ukojeti 50 Montáž 050 Nasazení okoužku Vizuální kontola 60 Kontola 033 Otická kontola odloužení řed naskladněním 00% 5.3 Navhovaný technologický ostu selektivní montáž Další možností jak uavit technologický ostu, aby došlo k eliminaci zmetkovitosti, je vložení oeace 00 % kontola vnitřního ůměu tubky. Jednalo by se o řeměření vnitřního ůměu tubky tříbodovým dutinovým mikometem a následné oztřídění do skuin. Z obázku Ob.. lze řibližně usuzovat ozdělení četností vnitřních ůměů dodaných tubek. Měření vnitřního ůměu by se ovádělo v hloubce 5 mm od okaje tubky, aby hodnoty byly o všechny kusy měřeny ve stejném místě. I u tohoto návhu změny technologického ostuu by o oběhnutí zkoušek měla být odstaněny oeace Kontola Flux a 00% otická kontola řed naskladněním.

13 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 5 Předokládané ozdělení tubek do skuin dle hodnot vnitřních ůměů a k nim boušených válečků je v tabulce Tab.5.3. Navhovaný technologický ostu s oeací 00 % kontola vnitřního ůměu je v tabulce Tab.5.4. Tab. 5.3 Rozdělení tubek a válečků do skuin odle hodnot vnitřního ůměu tubek a vnějšího ůměu válečku [mm] Skuina I II III IV V VI VII VIII IX Vnitřní ůmě tubky,00,0,0,03,04,05,06,07,08 Vnější ůmě válečku 0,96-0,98 0,97-0,99 0,98 -,00 0,99 -,0,00 -,0,0 -,03,0 -,04,03 -,05,04 -,06 Tab. 5.4 Navhovaný technologický ostu včetně oeace 00 % kontola Číslo Název Číslo oeace acoviště acoviště Pois činnosti 00% kontola vnitřního ůměu 0 Příjem zboží 35 tubky 0 Buska 9 Boušení vnějšího ůměu válečku Zalisovat váleček do tubky 30 Hydaulický lis 94 Kontola dolisování a asklin Kontola asklin na tubce o 4 40 Kontola Flux 93 hodinách Leení ukojeti Nasazení okoužku 50 Montáž 50 Vizuální kontola 60 Kontola 33 Otická kontola odloužení řed naskladněním 00% Tento navhovaný technologický ostu skývá iziko neřesnosti měření, chyby zůsobené lidským faktoem a změny ůřezu odél osy tubky. Nezaučuje tedy takovou řesnost jako technologický ostu obsahující vystužování. Vzhledem k zaučení vyšší řesnosti, omezení izika smíchání kusů s ůznými ozměy a omezení skladových zásob byla zvolena vaianta technologického ostuu obsahující vystužování.

14 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 6 6 STROJNÍ VYBAVENÍ Podobnější ois stojního vybavení se týká stojů, kteé mají bezostřední vliv na ozmě lisovaných částí a samotný oces lisování. 6. Hydaulický lis 5 Zalisování válce do tubky se ovádí na hydaulickém lisu REOS HP 00 od výobce Ostoj Oava a.s. Jedná se o lis vhodný o tvářecí oeace za studena (tažení, ohýbání, ovnání, stříhání), ale i montážní a údžbářské áce (zalisování, vylisování). V nutných říadech je možné lis oužít i o tváření za tela (děování, ostřihování), ažení a kalibování. Po říad lisování, kteým se zabývá tato áce, je vhodný vzhledem k velké acovní dáze. Na lise je i možnost egulace acovní ychlosti beanu. Další oužití je o lisování hlavy kladivové áčny na tubku, stokování čeelí aod. Hydaulický lis je elektohydaulicky ovládané zařízení. Do ocelového ámu je vestavěn hydaulický válec, kteý omocí hydaulického ozvodu řenáší lisovací sílu. Smě ůsobení síly je ve směu oti uínací desce stolu. Obsluha je ováděna nožním edálem, kteý je řiojen na hlavní blok ovládání na elektickém ozvaděči. Je možno nastavit zdvih beanu, ychlost chodu a dobu lisování. Tab. 6. Technické aamety hydaulického lisu Jmenovitá lisovací síla [kn] 000 Zětná síla [kn] 84 Hmotnost [kg] 5000 Rozměy lisu Šířka x hloubka x výška [mm] 035 x 596 x 300 Výška acovního ostou [mm] 648 Zdvih beanu [mm] 500 Rychlost beanu Lisovací ychlost [mm s - ] 7 Přibližovací ychlost [mm s - ] 60 Zětná ychlost [mm s - ] 50 Pacovní kaalina OT-T68 Objem olejové nádže [dm 3 ] Buska 7 Boušení válečku o zalisování se ovádí na busce o bezhoté boušení SENY Model R-60H. Váleček se bousí v zakaleném stavu do vzdálenosti 54,5 mm od kaje. Boušení obíhá mezi busným kotoučem (ovch DA 60 - L 5 V 0 W) a řítlačným kotoučem. Sávná mía boušení je zajištěna omocí vyhazovače. Přesnost boušení je 0,0 mm.

15 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List Vtačka 9 Vystužování by se mělo ovádět na slouové vtačce HS-35 VG od německého výobce CORDIA. Jedná se o vtačku s automatickým osuvem a třemi stuni ychlosti otáček. Po vystužování se bude oužívat výstužník od výobce WNT označení,0 H7x00 HSS-E KW40/0. Mía o vystužování je,0 mm. Tab. 6. Technické aamety vtačky Max. vtaný ůmě [mm] 35 mm Vtací vřeteno MK 4 Rok výoby 974 Otáčky vřetene [min - ] Zdvih vřetena [mm] 60 Rozětí [mm] 350 Posuv [mm] 0, - 0,35 Rozmě stolu [mm] 500 x 500 Váha [kg] 496

16 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 8 7 VÝPOČTOVÁ ČÁST Cílem výočtu je učit řesah v nalisovaném soji tak, aby nebyl řekočen mezní stav užnosti. Tento výočet zahnuje ozětí toleančního ole vnitřního a vnějšího ůměu tubky a říadné odchylky, kteé byly uvolněny vstuní kontolou o další zacování. Vnější ůmě tubky se má ohybovat ozmezí 6 + 0,05 mm a ozměy dodaných tubek se ohybují v toleančním oli. Vnitřní ůmě tubky se má ohybovat v ozmezí + 0,05 mm. Dodané tubky vykazují odchylky a byly uvolněny s ozsahem ozměů,00 + 0,08 mm. Řešení je ovedeno oužitím následujících výočtových modelů: ) Tenkostěnný koužek (slabě zakřivený ut) ) Válcové těleso zatížené vnitřním tlakem 3) Soustava dvou válcových těles nasazených na sebe s řesahem (vnitřní těleso bez otvou) 7. Metoda výočtu o tenkostěnný koužek (slabě zakřivený ut) Po tuto metodu uvažujeme nalisovaný soj jako dvouozměný koužek, jehož vnitřní ovch je tlakově zatížen. Střednice utu je tvau kužnice. Koužek je otačně symeticky zatížený a zatížení koužku je vzhledem k řesahu defomační. Na jednonásobně elementání vek Ω o uvolnění z koužku ůsobí tyto složky naětí: - Obvodové naětí t v říčném ůřezu - Radiální naětí ρ na válcových řezech U tenkostěnného koužku je možné naětí ρ vzhledem k naětí t zanedbat. Existuje zde tedy řibližně jednoosá homogenní najatost. Dále se řeší odmínka statické ovnováhy vku Ω : N sin dϕ df o 0 (7.) kde df o je elementání síla zatěžující vek Ω N je nomálová síla dφ je elementání úhel vku Ω dϕ dϕ Potože o malé úhly latí sin výsledkem je vztah o N: dfo N (7.) dϕ

17 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 9 Po elementání sílu df o, kteá zatěžuje elementání vek Ω latí vztah: df o ds b R dϕ (7.3) kde je tlak ůsobící na vnitřní ovch koužku ds je vnitřní locha elementáního vku Ω b je šířka stence R je olomě střednice Ob. 7. Složky naětí ůsobící na základní vek Ω Ob.7. Síly ůsobící na elementání vek

18 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 0 Po obvodové naětí v elementáním vku latí vztah: N N S bh (7.4) kde b je šířka stence h je tloušťka stence Potom: df R (7.5) b h dϕ h Po řešení úlohy touto metodou je nutné, aby latily následující ředoklady: - Střednicí utu musí být ovinná křivka - Příčný ůřez musí mít ovinu symetie, kteá leží v ovině utu - Put je zatížen ovinou silovou soustavou, kteá ůsobí v ovině utu Změna oloměu střednice se R vyočte ze vztahu: kde ε t je řetvoření oloměu střednice E je modul užnosti v tahu R R ε t R (7.6) E R h E 7.. Výočet o tenkostěnný koužek (slabě zakřivený ut) Po říad výočtu odle metody slabě zakřiveného utu je ůřez tubky uvažován jako koužek, na jehož vnitřní ovch ůsobí tlakové zatížení. Hodnoty o výočet jsou následující : k k 700 MPa E 0 5 MPa Maximální vnější olomě stence R max 6,00 mm Minimální vnější olomě stence R min 5,95 mm Maximální vnitřní olomě stence R max,05 mm Minimální vnitřní olomě stence R min 0,97 mm Dle čtyř ůzných kajních hodnot toleancí vnějšího a vnitřního ůměu může dosahovat olomě střednice R hodnot: (R max Rmin ) (6, 00 0,97) R + Rmin + 0,97 3, 49 mm

19 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List R R R (R R ) (6, 00, 05) + R +, 05 3,53mm (R min Rmin ) (5, 95 0,97) + R + 0,97 3, 46 mm (R min Rmax ) (5, 95, 05) + R +,05 3,50mm max max max 3 min 4 max Těmto hodnotám oloměů střednice odovídají tyto tloušťky stence: h 5,03 mm h 4,95 mm h 3 4,98 mm h 4 4,90 mm Ze vztahu (7.4) se o výše uvedené ozměy stanoví velikost stykového tlaku : 700 5,03 k h k R 3, ,95 k h k R 3, ,98 3 k h k R3 3, ,90 4 k h k R4 3,50 6 MPa 56 MPa 59 MPa 54 MPa Maximální stykový tlak odovídá hodnotě 6 MPa. Po jednotlivé velikosti stykového tlaku u všech vaiant se vyočte změna oloměu střednice koužku odle vzoce (7.5): R R R R 3 4 R h E R h E 3 3 R h E R h E 4 63,49 4,7 0 mm 5 5, ,53 4,730 mm 5 4, ,46 4,70 mm 5 4, ,50 4,7 0 mm 5 4,90 0 Hodnoty R -4 jsou teoetické řesahy o nasazení koužku na těleso kuhového ůřezu, ři kteých neřesáhne naětí v koužku hodnotu meze kluzu k.

20 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List Extémním říadem o lisování je situace, kdy koužek o minimální oloměu je nasazován na těleso kuhového ůřezu, jehož olomě odovídá maximální vyobené velikosti. V tomto říadě dosahuje změna oloměu střednice koužku R max mm. To může nastat v říadě R a R 3, otože zde je vnitřní olomě na sodní hanici. Dosazením se otom vyočte velikost stykového tlaku max a max : R h E 0,08 5,03 0 3,49 5 max R R h E 0,08 4,98 0 3,46 5 max R 44 MPa 439 MPa Dalším kokem je výočet maximálního naětí v mateiálu ři těchto stykových tlacích: k R 44 3,49 5,03 max max h k R 439 3,46 4,98 max max h 85 MPa 86 MPa Z výsledků vylývá, že v říadě, kdy řesah je vyšší než 4,7 0 - mm, naětí v mateiálu řesahuje jeho mezní stav užnosti. 7. Metoda výočtu o válcové těleso zatížené vnitřním tlakem 3 Ocelová tubka se ovažuje za válcové těleso, na jehož vnitřní stanu ůsobí tlak v adiálním směu. Uvažované válcové těleso je v ostou ohaničeno dvěma koncentickými válcovými lochami a dvěma ovnoběžnými čely, kteé jsou kolmé na osu tělesa. Nezávislý osuv vzniká v adiálním směu, ve směu osovém je nulový. Základem o sestavení ovnic statické ovnováhy je uvolněný vek válcového tělesa (Ob.7.3). V jednotlivých řezech ůsobí naětí: - Válcový řez ω v adiální naětí Ϭ - Meidiánový řez ω m obvodové naětí Ϭ t Po defomaci válcového tělesa latí, že je zachována jeho válcovitost. Z toho vylývá, že body v meidiánové oviny ω m jí musí náležet i o defomaci, válcové řezy zůstávají válcovými a adiální řezy zůstávají ovinnými. Defomace je učena délkovými řetvořeními ε, ε t. Úhlová řetvoření jsou nulová. Z ovnice ovnováhy o adiální a osový smě vylývá: d t + 0 (7.7) d (7.8) z z

21 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 3 Ob.7.3 Uvolněný elementání vek Ω v válcového tělesa a ůsobící elementání síly 3 Po délková řetvoření latí geometické ovnice: u ε t (7.9) ε du d (7.0) ε dw z dz (7.) Konstitutivní vztahy o tojosou najatost jsou ve tvau: E µ ε + e (7.) + µ ( µ )

22 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 4 o E µ t ε t + e + µ ( µ ) (7.3) E µ z ε z + e + µ ( µ ) (7.4) e ε + ε + ε (7.5) t kde µ je součinitel říčné defomace (Poissonovo číslo), kteý je o ocel 0,5. Dosazením geometických ovnic do konstitutivních ovnic a těchto vztahů do ovnic ovnováhy se získá vztah (za ředokladu, že ε z konst. a dε z / d 0): du du u + d d Řešení této difeenciální ovnice je: z 0 (7.6) C u C + (7.7) Po dosazení řešení do geometických vztahů se získají vztahy: o konstanty: z B A + D (7.8) B t A + + D (7.9) ( µ ) E ( + µ ) ( µ ) µ A + ε (7.0) ( + µ ) ( µ ) z E C A (7.) D E C B (7.) ( + µ ) E µ ( + µ ) ( µ ) ε z (7.3) Dalším kokem je dosazení okajových odmínek do řešení difeenciální ovnice, kde se za neznámé ovažují konstanty C a C. Jejich vyjádřením a oětovným dosazením do řešení difeenciální ovnice se získá vztah o osuv u: u u u u u ( ) + (7.4)

23 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 5 Ob. 7.4 Radiální osuvy ři ůsobeni tlaku na válcové těleso okajové odmínky o odvození vzoců o naětí 3 Vztahy o vyjádřené konstanty C a C se dále dosadí do vzoců o obecné naětí: ( ) + + l l u u u u E µ µ µ µ (7.5 ) ( ) l l u u u u E t µ µ µ µ (7.6 ) + l l u u E z µ µ µ µ (7.7 ) kde je hodnota oloměu střednice l je délka válcového tělesa. Při výočtu se tedy vychází z ředokladu, že jsou známé adiální osuvy a o ně se zjišťuje naětí. Půběh naětí o ůřezu válcového tělesa je na obázku Ob.7.5. Radiální a osové naětí a t jsou symetická s konstantami A a D a závislost na oloměu je dána olytoou duhého stuně. Tyto vztahy jsou oužitelné okud známe na začátku řešení adiální osuvy u a u.

24 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 6 Pokud naoak na začátku řešení jsou známé měné adiální tlaky a, otom se učí okajové odmínky o oloměy a adiální naětí. Výsledné vztahy o výočet jsou ve tvau: ( ) (7.8) ( ) t (7.9) Ob. 7.5 Půběh naětí, t a adiálního osuvu u na ůřezu válcovým tělesem Výočet o válcové těleso zatížené vnitřním tlakem 4 Jako vní říad se uvažuje válcové těleso, na jehož vnitřní ovch ůsobí tlak. Půběh naětí i t je zobazen na Ob.7.5. Na vnitřním ovchu je najatost ovinná ( 0 ), na vnějším ovchu jednoosá tahová ( 3 0, 0 > ).

25 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 7 Zobazení naětí v Mohově ovině o vnitřní a vnější ovch jsou na obázcích Ob.7.6 a 7.7 a odovídají: - 0 ( ) t + t Ob. 7.6 Zobazení najatosti válcového tělesa zatíženého tlakem v Mohově ovině na vnitřním ovchu 4 Ob. 7.7 Zobazení najatosti válcového tělesa zatíženého vnějším tlakem v Mohově ovině na vnějším ovchu 4

26 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 8 Podle odmínky lasticity max se stanoví edukovaná naětí: ed 3 t ed 3 t 0 Vzhledem k tomu, že > je i ed > ed nebezečným místem bude vnitřní ovch válce. Z odmínky mezního stavu užnosti ( ed k ) se vyočte stykový tlak. ( ) 700 ( 6 ) Radiální osuv R se vyočte ze vztahu: k 6 84 MPa R ( ) + t µ µ 5 E E 0 6 4,49 0 mm + + 0,5 7.. Metoda výočtu o soustavu dvou válcových těles nasazených na sebe s řesahem (vnitřní těleso bez otvou) 3 Jako duhý říad se uvažuje soustava válcového tělesa bez otvou a válcového tělesa s otvoem, kteé jsou na sebe nasazeny s řesahem. Tubka i váleček jsou ve stavu tváném a jejich ůměy se budou měnit. Toleanci 0,05 mm u vnitřního ůměu je o výočet vhodného řesahu možno zanedbat a očítat ouze se jmenovitou hodnotou. Předoklad o výočet je, že na styčné loše nevzniká tření a tudíž naětí z je nulové. Po naětí ve směu osy z tělesa lze ředokládat koncentaci v místě konce nalisovaného válečku v tubce a v místě osazení tubky. Tento výočet je o tubku v místě bez osazení. Po možnost oužití teoie válcového tělesa není možno stanovit ůběh naětí odél osy z tělesa. k k 700 MPa E 0 5 MPa Tubka je zatížena vnitřním tlakem a za nebezečné místo je možno ovažovat vnitřní ovch ( ), kde t ( + )

27 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 9 Půběh naětí ve válečku i tubce je na Ob Ve válečku je naětí homogenní a odovídá: t Maximální naětí je naětí na vnitřním ovchu tubky t. Ob. 7.8 Půběhy naětí v nalisovaném soji válcového tělesa a hřídele 3 Z odmínky, že nesmí být řekočen mezní stav užnosti ( < k ) je možno dostat vztah o stykový tlak : k ( ) 700 ( 6 ) MPa

28 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 30 kteému odovídá řesah: ( µ ) + + ( 0,5) + + 0,5 5,0 mm R µ E 6 Ob. 7.9 Zobazení najatosti soustavy válcového tělesa v Mohově ovině (nahoře tubka, dole váleček) 4

29 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 3 8 POROVNÁNÍ VÝSLEDKŮ Po ozhodnutí, s jakým řesahem bude lisován váleček do tubky, je základním ředokladem neřekočení mezního stavu užnosti mateiálu. Poovnávat se tedy musí hodnoty získané za odmínky, že maximální naětí je ovno mezi kluzu k. Výsledky výočtů získané uvedenými metodami se míně liší. Odchylky je možno dobře zdůvodnit oužitými ředoklady těchto metod a neřesahují desetiocentní odchylku od ůměu. Výsledky: ) R 4,7 0 - mm o tenkostěnný koužek (slabě zakřivený ut) ) R 4, mm o válcové těleso zatížené vnitřním tlakem 3) R 5, 0 - mm o soustavu dvou válcových těles nasazených na sebe s řesahem (vnitřní těleso bez otvou) Vzhledem k řesnosti, kteou je možno dosáhnout ři boušení se bude skutečný řesah ohybovat v ozmezí 0,0-0,04 mm. Maximální hodnota řesahu o lisování válečku do tubky je o výobu stanovena na 0,04 mm. 8. Ekonomické zhodnocení Vložením oeace vystužování do technologického ostuu výoby odloužení vzniknou vícenáklady ve výši 3370,- Kč / 000 ks. Vložením oeace 00 % kontola vnitřního ůměu do technologického ostuu vzniknou vícenáklady 09,- Kč / 000 ks Odstaněním oeací Flux a 00 % otická kontola vznikne úsoa,- Kč / 000 ks. Následkem změny technologického ostuu by mělo dojít k eliminaci zmetkovitosti vlivem stabilizace vnitřního ůměu tubek. Poklesem zmetkovitosti z 7,6 % na % (očet zmetků v důsledku lisování s nevhodným řesahem) by se ři ředokládané oční odukci ks ušetřilo 560 ks tubek a válečků. Hodnota tubky je odle vaianty technologického ostuu uvedena v tabulce Tab.8. solečně s vyčíslením úso o jednotlivé vaianty technologického ostuu. Hodnota válečku je 5 98,- Kč / 000 ks Tab. 8.. Poovnání úso [Kč] Technologický ostu Výobní náklady na 000ks [Kč] (včetně oeace Flux a 00% otická kontola) Vaianta I Výobní náklady na 000ks [Kč] (o odstanění oeace Flux a 00% otická kontola) Vaianta II Současný Nový - vystužování Nový - selektivní montáž 76 89,- 80 6, , , , ,-

30 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 3 Technologický ostu Současný Nový - vystužování Nový selektivní montáž Úsoa oklesem zmetkovitosti z 7,6 % na % 560 ks 0,- (hodnota tubek i válečků) ,- 5 9,- Vaianta I Úsoa oklesem zmetkovitosti z 7,6 % na % 560 ks 0,- (hodnota tubek i válečků) 5 778,- 5 5,- Vaianta II Celková úsoa se zaočtením vícenákladů ři změně technologického ostuu ooti 0, ,- 4 0,- současnému ostuu o množství 0 000ks Vaianta I Celková úsoa se zaočtením vícenákladů ři změně technologického ostuu ooti 0,- 3 98,- 5 54,- současnému ostuu o množství 0 000ks Vaianta II

31 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 33 9 ZÁVĚR V této áci jsou osány oblémy (vznik thlin) a návh řešení ři výobě odloužení o kladivovou áčnu. Postu řešení vzniku thlin ři lisování: - zjištění mechanických vlastností mateiálu omocí tahové zkoušky - výočet vhodných hodnot řesahu ( R mm) o lisování válečku do tubky vycházejících ze zjištěných mechanických vlastností mateiálu - návh změny technologického ostuu (vložení oeace vystužování) - vyčíslení úso o ředokládanou oční odukci 0 000ks. Po zřesnění výsledků by bylo vhodné dolnit áci o: - analýzu mateiálu včetně metalogafického výbusu a zhodnocení očtu vměstků - analýzu vlivu ovchové úavy na mechanické vlastnosti mateiálu (vodíková křehkost) - zkoušku ozháněním o aktické ověření vyočtených hodnot řesahu - simulaci Metodou konečných vků.

32 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 34 SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ. JANÍČEK, P., ONDRÁČEK, E., VRBKA, J., BURŠA, J. Mechanika těles Pužnost a evnost I. 3. vyd. Bno: Akademické nakladatelství CERM, s. ISBN X. JANÍČEK, P., FLORIAN, Z. Mechanika těles Úlohy z užnosti a evnosti I. 3. vyd. Bno: PC-DIR Real, s..o., Bno, s. 3. ONDRÁČEK, E., VRBKA, J., JANÍČEK, P., BURŠA, J. Mechanika těles Pužnost a evnost II. 4. vyd. Bno: Akademické nakladatelství CERM, s. ISBN JANÍČEK, P., PETRUŠKA, J. Pužnost a evnost II Úlohy do cvičení. 3. vyd. Bno: Akademické nakladatelství CERM, s. ISBN Návod o obsluhu a údžbu hydaulického lisu REOS HP 00. OSTROJ a.s. Oava Česká eublika. Říjen 996. TP HP 00 / Betiebsanleitung de Sitzenlosen Runschleifmaschine SENY Modell R- 60H. Heinz Jöcke Wekzeuge und Maschinen GmbH Gemany. 99. R- 60 FIG 8. KEYTOMETALS: List of mateials [online] [cit.0-03-] Dostuné na Wold Wide Web: <htt:// &id70> 9. CORDIA: Anzeige de Bohmaschinen [online] [cit ] Dostuné na Wold Wide Web: <htt:// Stck-Tye-HS-35.html>

33 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 35 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ Zkatka/Symbol Jednotka Pois b mm Šířka stence df o N Elementání síla ds mm Vnitřní locha elementáního vku Ω dφ Elementání úhel vku Ω E MPa Modul užnosti v tahu h mm Tloušťka stence k - Koeficient bezečnosti l mm Délka válcového tělesa N N Nomálová síla MPa Tlak R mm Polomě střednice mm Polomě válcového tělesa R m MPa Mez evnosti v tahu R e MPa Mez kluzu u mm Radiální osuv R mm Změna oloměu střednice ε - Délkové řetvoření v adiálním směu ε t - Přetvoření oloměu střednice ε t - Délkové řetvoření v tečném směu µ - Poissonovo číslo k MPa Mez kluzu MPa Radiální naětí t MPa Obvodové naětí z MPa Naětí ve směu osy z Ω - Elementání vek tělesa ω m - Meidiánový řez ω v - Válcový řez Ω v - Uvolněný vek válcového tělesa

34 FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 36 SEZNAM PŘÍLOH Příloha Příloha Příloha 3 Příloha 4 Výkes tubky Výkes válečku Výkes sestavy Mateiálové listy ocelí

35