VÝROBA DRÁŽKOVANÉHO NÁBOJE OBJEMOVÝM TVÁŘENÍM

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 VÝROBA DRÁŽKOVANÉHO NÁBOJE OBJEMOVÝM TVÁŘENÍM DIPLOMOVÁ PRÁCE MASTER S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR Bc. LUDĚK SKLENÁŘ prof. Ing. MILAN FOREJT, CSc. BRNO 00 0

2

3

4 ABSTRAKT SKLENÁŘ Luděk: Výroba drážkovaného náboje objemovým tvářením. Projekt vypracovaný v rámci inženýrského studia oboru Výrobní technologie a průmyslový management předkládá návrh technologie výroby drážkovaného náboje objemovým tvářením z oceli dle ČSN Pro výrobní dávku ks za rok jsou navrženy 3 varianty řešení. U zvolené varianty č. jsou provedeny technologické a pevnostní výpočty pro tvářecí operace: pěchování, zpětné protlačování, dopředné protlačování a kalibrování. Výroba drážkovaného náboje je navržena na dva tvářecí procesy, které budou probíhat na lisu Colombo Agostino, který je součástí strojního parku firmy Metaldyne Oslavany. Průtlačnice pro danou výrobu jsou zhotoveny z nástrojové oceli a pro průtlačníky je navržena nástrojová ocel Klíčová slova: protlačování, průtlačník, průtlačnice, drážkovaný náboj, postupový nástroj ABSTRACT SKLENÁŘ Luděk: Bulk forming technology of grooved charge. The project prepared as part of the Master-degree studies in the Manufacturing Technology and Management in Industry, concerns the technology design for manufacturing a grooved charge by cold bulk forming. Grade (CSN) steel was used as the initial material. For the batch of 50,000 pieces per year are proposed three alternatives. The chosen option No. is made of technology and tensile strength calculations for metal forming operations: upsetting, backwards extrusion, forward extrusion and calibrating. The grooved charge production is designed for two forming processes that will be realised at the Colombo press Agostino, which is part of the machinery park company Metaldyne Oslavany. The extruding dies for the manufacture are made of tool steel and tool steel is designed for extruding punches. Key words: extrusion, extruding punch, extruding die, grooved charge, progressive tool 3

5 BIBLIOGRAFICKÁ CITACE Sklenář Luděk: Výroba drážkovaného náboje objemovým tvářením. Brno, s., CD. FSI VUT v Brně, Ústav strojírenské technologie, Odbor technologie tváření kovů a plastů. Vedoucí práce prof.ing.milan Forejt, CSc. Dostupný z WWW: <ust.fme.vutbr.cz/tvareni/publikace>. 4

6 ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ Tímto prohlašuji, že předkládanou diplomovou práci jsem vypracoval samostatně, s využitím uvedené literatury a podkladů, na základě konzultací a pod vedením vedoucího diplomové práce. V Oslavanech dne Podpis 5

7 PODĚKOVÁNÍ Tímto děkuji panu prof. Ing. Milanu Forejtovi, CSc. za cenné připomínky a rady, týkající se zpracování diplomové práce. 6

8 OBSAH Titulní list Zadání Abstrakt Bibliografická citace Čestné prohlášení Poděkování Obsah Nákres drážkovaného náboje. Úvod 9. Poznatky z objemového tváření kovů 0. Metody objemového tváření za studena.. Zpětné protlačování.. Dopředné protlačování..3 Sdružené protlačování..4 Stranové protlačování. Mechanizmy plastické deformace.3 Důsledky plastické deformace.3. Přetvárné odpory při tváření křivky zpevnění.4 Zákony tváření.5 Základní výpočtové vztahy.6 Konstrukční řešení nástrojů.7 Zásady technologičnosti tvaru průtlačku.8 Materiály pro protlačování a nástroje.8. Tepelné zpracování a povrchová úprava.8. Materiály pro lisovací nástroje.8.3 Tepelné zpracování nástrojových materiálů.8.4 Povlakování tvářecích nástrojů 3. Hodnocení současného stavu řešení 3 4. Návrh technologie objemového tváření protlačováním Návrhy variant řešení 4. Zhodnocení a výběr nejlepší varianty 4.3 Výpočet objemu a hmotnosti součásti 5. Technologické výpočty 4 5. Výpočty délek jednotlivých částí průtlačku 6. Návrh nástrojové sestavy Návrh postupového lisu Výkresová dokumentace 8. Technické a ekonomické hodnocení Porovnání nákladů s metodou obrábění 9. Závěry a doporučení 64 Seznam použitých zdrojů Seznam použitých symbolů a zkratek Seznam příloh 7

9 Nákres drážkovaného náboje Materiál C35 EC ( 040.3) Hmotnost součásti 0,566 kg 8

10 . ÚVOD Objemové tváření oceli se stalo jedním ze základních technologických procesů výroby symetrických a později i nesymetrických součástí. Metoda protlačování kovů je známá už od konce devatenáctého století, avšak širšího uplatnění dosáhla až po druhé světové válce. První pokusy zpracovávat ocel tvářením provedla firma Kabel und Metallwerke Neumeyer AG v roce 934. S rozvojem této metody byl učiněn objev fosfátové vrstvy a maziv potřebných ke snížení tření mezi materiálem výlisku a nástrojem. Mezi výhody objemového tváření patří: nepřerušený průběh vláken, minimální odpad, vyšší mez kluzu a pevnosti a zvýšené mechanické vlastnosti tvářené součásti. Další předností objemového tváření za studena je dosahovaná výrobní tolerance IT 8 až IT 7 a v případě zařazení kalibrace je možné dosáhnout i tolerance IT 6. Objemové tváření oceli se stalo jedním ze základních technologických procesů při výrobě strojních a spojovacích součástí v nejrůznějších oblastech průmyslu a uplatňuje se zejména při sériové a hromadné výrobě. Objemové tváření je spojeno s vysokými úsporami materiálu, pracnosti a energie. V současné době je snaha ve výrobních podnicích snížit na střediscích lisoven nevýrobní časy a to pomocí robotů a manipulátorů, které umožňují v některých případech i zavedení dvoustrojové obsluhy. Velmi rozšířená je také výroba na speciálních víceoperačních tvářecích automatech což rovněž umožní podstatné zkrácení výrobních časů a zkvalitnění výroby. Metodou objemového tváření za studena lze v současné době vyrobit: různé spojovací součásti, části tlumičů, duté hřídele a drážkované náboje, které jsou z velké části zaměřeny na automobilový průmysl. Obr.. Průtlačky vyrobené metodou objemového tváření 9

11 . Poznatky z objemového tváření kovů [3], [9] Objemové tváření za studena je progresivní metoda, probíhající pod rekrystalizační teplotou za působení prostorové napjatosti, která vytváří podmínky pro velké trvalé deformace bez porušení soudržnosti materiálu. Mezi přednosti této metody patří minimální odpad výchozího materiálu, vyšší meze kluzu a pevnosti a nepřerušený průběh vláken. Tím jsou dány předpoklady pro maximální využití výchozího materiálu a zvýšení jeho mechanických vlastností.. Metody objemového tváření za studena [9] Podle směru a způsobu posuvu materiálu v protlačovacím nástroji rozeznáváme tyto způsoby protlačovaní: dopředné, zpětné, stranové a sdružené... Zpětné protlačování [], [9] Materiál se přemisťuje ve směru proti pohybu průtlačníku. Dokonalé vedení funkčních částí nástroje - před dotykem čela průtlačníku s výchozím polotovarem musí být vodící pouzdro průtlačníku dostatečně zavedeno v průtlačnici (obr..). Při sestavování nástrojové sestavy pro zpětné protlačování je zapotřebí vytvořit mezi vodícím pouzdrem a průtlačnicí vůli 0,05 mm. V případě nastavení menší vůle hrozí po dosažení provozní teploty nástrojové sestavy zadření vodícího pouzdra v průtlačnici. Překročení této vůle má za následek větší diferenci stěny na průtlačku. Tvar, tloušťku dna a vyhození průtlačku zajišťuje vyhazovač, který je uložen v průtlačnici s vůlí (H8/f8). Dle velikosti tvářecí síly se doseřizuje délka vyhazovače pomocí tlakových podložek. V případě delšího vyhazovače vznikne na spodní straně průtlačku prolis (obr..), který může být příčinou vzniku trhlin na následující tvářecí operaci. Problematiku setření průtlačku z průtlačníku řeší stěrač, který je zpravidla umístěn 0 mm ode dna průtlačnice. Obr.. Zpětné protlačování -tlaková deska, -vyhazovač, 3-průtlačnice 4-průtlačník, 5-vodící pouzdro Obr.. Průtlaček s prolisem od vyhazovače 0

12 .. Dopředné protlačování [3], [9] Dopředné protlačování je základní technologií objemového tváření, při kterém se materiál pohybuje ve směru pohybu průtlačníku. Nejdůležitějším geometrickým parametrem průtlačnice je tvar redukční části. Volba jeho velikosti závisí na stupni deformace, jakosti materiálu, povrchové úpravě a teplotě tváření. Redukčního úhlu se požívá v rozsahu 30 až 0. Konečný tvar průtlačku dává tvar průtlačnice. Uložení průtlačníku v průtlačnici je H7/g6. Obr..3 Protlačování dutých průřezů -průtlačník, -vodící pouzdro, 3-průtlačnice, 4-tlaková podložka 5-nástavec vyhazovače Obr..4 Protlačování plných součástí -průtlačník, -objímka, 3-průtlačnice, 4-průtlačnice, 5-objímka, 6-průtlačnice, 7-průtlačnice

13 ..3 Sdružené protlačování [], [9] Sdružené protlačování je kombinací dopředného a zpětného protlačování. Tok materiálu je ve směru i proti směru pohybu průtlačníku. Vodící pouzdro s průtlačníkem je uloženo v průtlačnici s vůlí H7/g6. Setření průtlačku z průtlačníku zajišťuje stěrač, který je vybroušen v průtlačnici. Před zahájením výroby je vhodné nástrojovou sestavu (obr..5) nahřát na provozní teplotu cca 50 C. Během výroby je zapotřebí po každém zdvihu vyfouknout průtlačnici vzduchem, aby nedocházelo k nedolisování přechodového rádiusu na průtlačku (obr..6) vlivem ulpění maziva v průtlačnici. Důvody nahřívání nástrojových sestav: a) při zahájení výroby nedojde k zadření průtlačku b) zabrání se předčasné destrukci průtlačníku c) snadnější setření průtlačku z průtlačníku Obr..5 Sdružené protlačování -průtlačník, -vodící pouzdro průtlačníku, 3-objímka, 4-průtlačnice, 5-vyhazovač Obr..6 Kritické místo průtlačku

14 ..4 Stranové protlačování [], [9] Hlavní deformace je ve směru kolmém k podélné ose polotovaru. Této metody se využívá ke změně průřezu určité části výlisku. Pěchovník je uložen v průtlačnici s vůlí H7/g6. V průběhu tváření je důležité mazat průtlačník pastou pro tváření (GLEIT U), aby se zabránilo vzájemnému zadírání nástrojů. Vyhození průtlačku (obr..7) zajišťuje spodní vyhazovač, popř. přídavné hydraulické zařízení (horní vyhazování). Obr..7 Průtlaček ze stranového protlačování Obr..8 Stranové protlačování -vedení pěchovníku, -tlaková podložka, 3-horní vyhazovač, 4-pěchovník, 5-vodící pouzdro, 6-upínací příruba, 7-objímka, 8-průtlačnice, 9-vyhazovač, 0-bandáž 3

15 . Mechanizmy plastické deformace [3], [9] Hlavním znakem plastické deformace je nevratnost děje při zachování krystalické struktury kovu. K trvalé deformaci dochází tehdy, jestliže v průběhu namáhání se přemisťují celé vrstvy atomů v krystalových rovinách současně (kluz). Hranice zrn tvoří přechodovou oblast mezi zrny a vyznačují se nepravidelným uspořádáním atomů. Polykrystalický materiál vykazuje větší odpor proti deformaci než monokrystaly. výchozí stav pružná deformace trvalá deformace trvalá deformace po odlehčení vnějších sil Obr..9 Pružná a plastická deformace monokrystalu [] K plastické deformaci může dojít tvořením dvojčat-dvojčatěním. Řady atomů se natáčejí proti sobě ve směru posuvu, až jsou symetrické k rovině dvojčatění. Obr..0 Tvoření dvojčat [] 4

16 .3 Důsledky plastické deformace [], [3] Důsledkem plastické deformace při tváření kovů za studena je textůra a zpevnění tvářeného materiálu. Zpevnění vychází z předpokladu, že některé dislokace znehybní a způsobují zdroje vnitřního pnutí, které brání pohybu ostatních dislokací. Vzroste pevnost, tvrdost, mez kluzu a naopak dochází k výraznému snížení tažnosti, kontrakce a vrubové houževnatosti. Zpevňování kovů lze vysvětlit změnami v krystalické mřížce, její deformací a otáčením při částečné destrukci, stěsněním a vzájemném zaklesnutí sousedních krystalových zrn. Změny mechanických vlastností zpevněním běžné oceli jsou obecně znázorněny na (obr..). Obr.. Změny mechanických vlastností oceli tvářením za studena (ocel 0,% C) [] Během tváření za studena, kdy dochází k prodlužování zrn, ale i k jednotnému usměrnění jejich krystalografických os, vzniká takzvaná textůra. Textůra způsobuje takzvanou anizotropii mechanických vlastností. Jedná se o nežádoucí jev (tvoření cípů při tažení). Obr.. Vznik deformační textůry schematicky [0] 5

17 .3. Přetvárné odpory při tváření křivky zpevnění [], [7] Změna mechanických vlastností při tváření za studena je charakterizována zpevněním, což znamená změnu přetvárného odporu, který způsobuje deformaci během protlačování. Křivky zpevnění jsou sestrojeny pro normální tvářecí rychlosti dosahované na běžných lisech a vyjadřují grafickou závislost zpevňování materiálu na deformaci. Výsledný stupeň deformace je také dosažitelný kombinací různých způsobů tváření, např. tažením a pěchováním, pěchováním a protlačováním atp. Dojde-li při některém stupni deformace k takovému zpevnění, že poklesne nebezpečně tvárnost oceli, je nutno do tvářecího procesu zařadit mezižíhání a rekrystalizací vrátit oceli tvárnost, což má za následek pokles pevnosti. 00 ocel (.3) Přirozený přetvárný odpor [MPa] logaritm ické přetvoření.5 [φ] Obr..3 Křivka přirozeného přetvárného odporu oceli při ºC [7] (přílohy č.) Ideální odpory reprezentují napětí pro tok kovu jako následek plastické deformace, vyvolané měřitelným aktivním zatížením v domluvených podmínkách základních zkoušek teorie plasticity (tah, tlak, krut apod.), bez a nebo s největším možným vyloučením tření a rovnoměrným přetvořením. K dosažení tvarové změny materiálu je třeba překonat odpor materiálu proti plastické deformaci. Přirozený přetvárný odpor (σ p ) - je odpor materiálu proti působení vnějších sil za podmínek jednoosého stavu napjatosti, při kterém nastane počátek plastické deformace za daných termomechanických podmínek. Přirozený přetvárný odpor charakterizuje vlastnosti kovu, které závisí na: a) teplotě tváření (T) b) rychlosti přetvoření (φ, ε ) c) výchozím stavu ( Re, R m, φ, ε) d) chemickém složení 6

18 Deformační přetvárný odpor (σ d ) - je přirozený přetvárný odpor zvětšený o vliv pasivních technologických odporů při změně tvaru tvářeného tělesa. a) tření b) změny geometrie tvaru c) změny teplotních podmínek d) lokální změny rychlosti přetvoření při toku materiálu e) vliv napjatosti a změn nerovnoměrné napjatosti Křivky zpevnění vyjadřují grafickou závislost zpevňování materiálu na deformaci, přičemž se na vodorovnou osu nanáší skutečná (logaritmická ) deformace (φ) a na svislou osu skutečné napětí (σ). Křivky lze získat: a) experimentálně (základními zkouškami) b) matematickou aproximací za předem dohodnutých podmínek Nejvýhodnější zkoušky pro sestrojení křivek zpevnění deformačního odporu jsou hodnoty ze zkoušek na jednoosový tah nebo tlak..4 Zákony tváření [] Základní zákony plastické deformace jsou důležité pro rozbor technologií. Zákon stálosti objemu objem tvářeného tělesa před přetvořením je roven objemu po přetvoření. Zákon stálosti potenciální energie změny tvaru velikost měrné potenciální energie potřebné na trvalou změnu tvaru tělesa je pro dané podmínky tváření (chemickém složení, R e, R m, φ, T, φ * ) konstantní hodnotou, nezávislou na schématu napjatosti. Zákon nejmenšího odporu ze všech možných směrů pohybu bodů tvářeného tělesa se každý bod bude pohybovat ve směru nejmenšího odporu (dle Gubkina). Zákon přídavných napětí přídavná napětí vytváří pnutí uvnitř tělesa, která snižují chemickou odolnost tvářeného kovu, zhoršují jeho další tvárnost, mohou způsobit dodatečné deformace například nežádoucí zborcení ploch a tvarů. Mezi další zákony tváření patří: zákon tření, zákon maximálních smykových napětí, zákon odpružení po trvalé změně tvaru a zákon podobnosti. 7

19 .5 Základní výpočtové vztahy [], [3], [9] Stupeň přetvoření je limitován zpevněním materiálu a je proto nutné zachovat určitou hodnotu přetvoření, aby nenastalo porušení celistvosti průtlačku. Přetvoření lze vyjádřit pomocí: a) logaritmického přetvoření (φ) b) poměrnou změnou průřezu (ε) Protlačování dopředné Ø D Ø D Obr..4 Dopřené protlačování D logaritmické přetvoření φ = ln D D D poměrné přetvoření ε = D (.) (.) Dopředné protlačování trubek Ø D Ø d Ø D Obr..5 Dopředné protlačování dutého tělesa 8

20 D d logaritmické přetvoření φ = ln D d D D poměrné přetvoření ε = D d (.3) (.4) Protlačování zpětné Ø D Ø d Obr..6 Zpětné protlačování S D logaritmické přetvoření φ = ln = ln S D d poměrné přetvoření ε = D d (.5) (.6) Pěchování Ø D Ø D Obr..7 Pěchování plného tělesa 9

21 logaritmické stlačení φ = ln H L (.7) D D poměrné stlačení ε = D (.8) Výpočet tvářecí síly Protlačování zpětné F = σ d S plocha se určí ze vztahu S = Protlačování dopředné F = σ d S πd 4 =0,785 d (.9) plocha se určí ze vztahu S = Dopředné protlačování trubek πd 4 =0,785 D (.0) F = σ d S plocha se určí ze vztahu S = 0,785 ( D - d ) (.) Pěchování F = σ d S plocha se určí ze vztahu S = Výpočet střižné síly πd 4 (.) F = (,0,3 ) 0,77( S 0 h s ) L Rm (.3) Výpočet vniknutí střižné hrany h s = (,,) (h pl +h el ) (.4) Objemy těles Dutý rotační válec D d V = π v 4 (.5) Výpočet hustoty m ρ = V (.6) 4V Výpočet délky kruhového průřezu l = πd (.7) 0

22 Výpočet deformačních přetvárných odporů Zpětné protlačování dle Siebela [7] S0 σ d =,5 σ p S log S 0 S 0 S S0 + S S 0 S log S 0 S + log S S 0 (.8) Zpětné protlačování dle Unksova [] π 8 D σ d = σ p,9 + + ln (.9) 8 π 3 D d Pěchování dle Siebela [] D σ d = σ p + f (.0) 3 h Dopředné protlačování dutého tělesa podle Feldmanna [] σ d = σ ps φ(+ ) α f D L + ) σ ϕ α ) + 4f p D d (.) Výpočet radiálního napětí pro průtlačnice podle Bosche [3] σ r = r a (.) r p Výpočet σ p dle polynomu 3. stupně ( 040.3) [7] σ p = 376,94 φ 3 0,80 φ +303, φ +408,9 (.3) Výpočet střední hodnoty přirozeného přetvárného odporu [] σ ps = ϕ ϕ ϕ 000 σ d = A (.4) p ϕ j 0 0 ϕ ϕ ϕ 0 Výpočet střižné vůle [9] v = (,5 c t 0,005 ) 0,3 τ (.5) ps

23 .6 Konstrukční řešení nástrojů [3], [6] Na konstrukci tvářecích nástrojů má zásadní vliv druh tvářeného materiálu, tvar a přesnost průtlačku, velikost deformace, volba tvářecího procesu, povrchová úprava a mazání. Při návrhu konstrukce nástroje se musí vycházet z výkresu průtlačku, jeho sériovosti, jakosti materiálu a z technologického postupu. Vysoký deformační odpor při objemovém tváření často způsobuje deformaci a praskání tvářecích nástrojů. Z tohoto důvodu je důležité dodržovat níže uvedené zásady: ) Dokonalé vedení funkčních částí nástroje - před dotykem čela průtlačníku s výchozím polotovarem musí být vodící pouzdro průtlačníku dostatečně zavedeno v průtlačnici. Obr..8 Průtlačník s vodícím pouzdrem Obr..9 Průtlačník s vedením (vedení je označené šipkou) ) Dostatečná tuhost nástroje - cílem je zamezit pružení funkční části nástroje, které způsobuje nedodržení požadované přesnosti výlisku a současně snižuje životnost funkčních částí nástroje. Dosedací plochy funkčních částí se opatřují kalenými opěrnými vložkami. Při konstrukci průtlačníků je třeba věnovat co největší pozornost volbě poloměru zaoblení, přechodům, požadovaným tolerancím a jakosti povrchu. Průtlačnice je nutno volit vždy bandážované s dostatečným předpětím.

24 Obr..0 Spodní průtlačník (šipkami jsou označena kritická místa) Obr.. Bandážovaná průtlačnice 3) Jednoduchá a snadná montáž tvářecích nástrojů upnutí průtlačníku k beranu lisu se provádí pomocí kuželových pouzder (obr..) a upínací matice, které umožňují soustředné upnutí nástroje. Obr.. Kuželové vložky pro upínání průtlačníků 3

25 4) Opatřit tvářecí nástrojovou sestavu spolehlivým stíracím a vyhazovacím zařízením - cílem je zabránit poruchám vzniklým neodstraněním výlisku z funkčního prostoru. Obr..3 Vyhazovače pro objemové tváření za studena 5) Nepřekračovat doporučené maximální stupně deformací 6) Zajistit dokonalé chlazení a mazání funkčních částí nástrojů.7 Zásady technologičnosti tvaru průtlačku [], [3] Návrh tvaru průtlačku se řídí určitými pravidly platnými pouze pro protlačování. Především je nutné se vyvarovat náhlých přechodů nebo příliš náhlých změn příčného průřezu, ostrých hran a rohů. Náhlý přechod lze zmírnit náběhovým kuželem E (obr..4) nebo vhodným zaoblením rohů, avšak na úkor další tvářecí operace. Obr..4 Tvar součásti s náběhovým kuželem Obr..5 Konečný tvar součásti 4

26 Ostré hrany brání toku materiálu a zvyšují přetvárný odpor. Pro lepší tečení materiálu do míst s větším odporem (obr..7) je vhodné zaoblené rohy nástrojů důkladně vyleštit (obr..6) a polotovar přimazávat na vhodném místě například směsí práškového molyka a hovězího loje. Obr..6 Kritické místo průtlačníku z hlediska tečení materiálu Obr..7 Průtlaček s vnitřním centrovacím čepem Ostré hrany u součástí kalíškovitého tvaru, kde tloušťka dna je větší jak tloušťka stěny, nejsou na závadu, ale kde je tloušťka dna stejná nebo menší, porušuje se materiál často v rozích. Při navrhování tvářecích operací je nutné s ohledem na životnost průtlačníků dodržet hloubku vtlačovaného otvoru, která může být maximálně dvojnásobkem průměru otvoru. Zachování celistvosti průtlačku je dáno stupněm přetvoření: Zpětné protlačování ε = 0,40 0,70 Dopředné protlačování ε = 0,60 0,95 V praxi se používá přetvoření do 0,80 5

27 .8 Materiály pro protlačování a nástroje [], [9] Chemické složení oceli ovlivňuje velikost deformace a tím i velikost přetvárného odporu oceli. Pro tváření za studena lze použít oceli s mezním obsahem uhlíku až 0,5%. K protlačování za studena jsou nejvhodnější oceli s obsahem uhlíku do 0,%. U ocelí s vyšším obsahem uhlíku (až 0,5%) musí být redukce přiměřeně snížena. Tabulka. Přehled ocelí používaných k protlačování za studena [9] Oceli ČSN Chemické složení C Pmax. Smax. P+S Mn Si Cr 0,0 0,5 0,3 0,07 0, 0,0 0, 0,0 0,8 0,9 0,8 0,43 0,04 0,50 0,05 0,05 0,04 0,03 0,05 0,05 0,05 0,04 0,04 0,04 0,06 0,06 0,04 0,04 0,05 0,05 0,04 0 0,03 0,05 0,05 0,05 0,04 0,04 0,04 0,06 0,06 0,04 0,04 0,07 0,05 0,07 0,07 0,07 0,0 0,0 0,07 0,07 0,60 0,30 0,35 0,90 0,60,40 0,8 0,8 0,35 0,35 0,35 0,35 0,35 0,90,0 Tvárnost oceli Oceli s vysokou tvárností Oceli se střední tvárností Tvrdé oceli pro protlačování s malou tvárností Dle výše uvedené tabulky řadíme ocel 040.3, která bude použita při výrobě drážkovaného náboje, mezi oceli s malou tvárností. Definice a rozdělení ocelí ke tváření uvádí norma ČSN EN 000. Rozdělení ocelí ke tváření: a) Nelegované oceli - obvyklých jakostí - nelegované jakostní - nelegované ušlechtilé b) Legované oceli - legované jakostní - legované ušlechtilé Nelegované oceli - určující obsahy jednotlivých prvků v žádném případě nedosahují mezních obsahů uvedených v tab... Legované oceli - určující obsahy jednotlivých prvků minimálně v jednom případě přesahují obsahy uvedené v tab... 6

28 Rozdělení dle chemického složení Tabulka. Mezní obsahy legovaných prvků pro rozdělení ocelí [5] AL hliník 0,0 Ni nikl 0,30 B bór 0,0008 Pb olovo 0,40 Bi bizmut 0,0 Se selen 0,0 Co kobalt 0,0 Si křemík 0,50 Cr chrom 0,30 Te telur 0,0 Cu měď 0,40 Ti titan 0,05 La lanthanidy 0,05 V vanad 0,0 Ocel k protlačování (žíhána na měkko) řadíme do skupiny nelegovaných materiálů z důvodu, že žádný z prvků nepřesahuje mezní obsahy uvedené v tab... Daný materiál je vhodný pro výrobu: šoupátek, čelistí, šroubů, součástí řízení, závěsů pružin, čepů, kolíků a pro strojní součásti a součásti motorových vozidel (příloha č.)..8. Tepelné zpracování a povrchová úprava [], [4] Při tváření kovů za studena roste se vzrůstajícím stupněm deformace hustota dislokací, což způsobuje značnou akumulaci deformační energie v mřížce kovu. Původní náhodná orientace krystalové mřížky se mění na usměrněnou. Proto je třeba u tvářeného kovu obnovit mechanické vlastnosti, které měl před deformací. K tomu používáme rekrystalizační žíhání, které odstraní deformační zpevnění způsobené předcházející tvářecí operací za studena. Je to pochod, při němž dochází k tvoření zárodků nových zrn bez znaku deformace a s podstatně menším množstvím mřížkových poruch. Rekrystalizace probíhá při teplotě T (0,35 0,45) T tav. Pro snížení nebo odstranění vnitřního pnutí z průtlačku způsobené předcházející tvářecí operací, používáme žíhání na snížení pnutí, které se provádí při teplotách 550 C-650 C. Obr..8 Žíhací pec pro rekrystalizační žíhání a žíhání na snížení vnitřního pnutí 7

29 Mezi nejdůležitější faktory ovlivňující požadovanou kvalitu tvářeného povrchu patří povrchová úprava polotovarů. Vytváří mezi nástrojem a průtlačkem kluznou vrstvu, která zabezpečuje plynulý tok materiálu. Povrchová úprava materiálu se provádí v lince povrchových úprav, která je tvořena skupinou nádrží. Průtlačky se sypou pomocí vibračních násypek do závěsných otočných bubnů, které jsou pomocí jeřábů ukládány do jednotlivých pozic dané linky. V průběhu procesu jsou polotovary zbaveny zbylých okují z předešlého tepelného zpracování a mastnot, které by způsobily špatnou přilnavost kluzných vrstev na povrch polotovaru. Na těchto linkách se provádí také dokončovací operace jako např.: olejování, pasivace. Obr..9 Linka povrchových úprav Tabulka.3 Přehled pracovních postupů na lince povrchových úprav Lázně Nakládací stanice Odmašťovací lázeň Odmašťovací lázeň Oplachovací voda Oplachovací voda Mořící lázeň Oplachová lázeň Oplachová lázeň Aktivační lázeň Oxidační mytí Fosfátovací lázeň Fosfátovací lázeň Oplachová lázeň Předávací stanice Teplá oplach. lázeň Okapová stanice Mýdlovací lázeň Molykovací lázeň Konzervační lázeň Okapová stanice - Vykládací stanice Teplota lázně Mýdlování - postup Molykování - postup Konzervace - postup Náplň ZWEZ CLEAN 5340/ ZWEZ CLEAN 5340/ VODA VODA KYSELINA SÍROVÁ VODA VODA GARDOLENE V 65 MANGANISTAN DRASELNÝ GARDOBOND Z 330 GARDOBOND Z VODA - GARDOLENE V 665 GARDOLUBE L 676/ ZWEZ LUBE MD ZWEZ OIL E

30 .8. Materiály pro lisovací nástroje [], [3], [5] Během tváření jsou nástroje vystaveny kombinovanému střídavému namáhání v tlaku, v tahu a často i v ohybu, k čemuž ještě přistupuje střídavé tepelné namáhání způsobené stálým zahříváním a ochlazováním. Volba vhodného materiálu pro výrobu lisovacích nástrojů je závislá na řadě aspektů, z nichž nejdůležitější jsou: typ nástroje, způsob namáhání, zpracovávaný materiál a velikost série. Pro výrobu lisovacích nástrojů se nejčastěji používají nástrojové oceli třídy 9. Nástrojové oceli se používají ve stavu tepelně zpracovaném, ledeburitické a subledeburitické typy, které je možno zpracovat na druhou tvrdost. Pro průtlačníky se nejčastěji používají nástrojové oceli: 9 436, 9 830, 9 86, Vanadis 4, Vanadis 3,.990, 9 569,.363, YXR 33 Pro průtlačnice se používají nástrojové oceli: 9 436, 9 655, 9 474, YXR 33, Oceli pro upínací vložky a tlakové desky: 9 436, Oceli pro bandáže: 9 655,.0530, Oceli pro vyhazovače: Tepelné zpracování nástrojových materiálů [3], [5] Na konečné vlastnosti, výkon a životnost nástrojů má podstatný vliv tepelné zpracování, které umožňuje změnit a přizpůsobit vlastnosti ocelí požadavkům, které jsou na nástroje kladené. Kalením, ve spojení s popouštěním, se získávají konečné vlastnosti nástroje. Tento postup se stává nejdůležitější operací při výrobě nástrojů. Kalení spočívá v ohřevu na teplotu austenitizace a následném rychlém ochlazení minimálně nadkritickou rychlostí, aby vznikly nestabilní struktury s vysokou tvrdostí (martenzit). Ohřev na austenitizační teplotu má být pomalý a rovnoměrný, aby se zabránilo tepelným pnutím, deformacím, případně vzniku trhlin už při ohřevu materiálu. Po předepsané výdrži na kalící teplotě se ocel chladí ve vhodném prostředí takovou rychlostí, aby se co nejvíce austenitu přeměnilo na martenzit. Finální vlastnosti nástroje po kalení se získávají popouštěním. Nástrojové oceli po kalení jsou křehké a náchylné k praskání, proto je po kalení bezpodmínečně nutné okamžité popouštění. Výše popouštěcí teploty se volí podle požadované tvrdosti, resp. pevnosti nástroje a dalších potřebných mechanických vlastností (únavové pevnosti, houževnatosti a pod). 9

31 Nástrojová ocel Kalení: Stupňovitý ohřev na austenitizační teplotu 940 C C. Výdrž na austenitizační teplotě po prohřátí v celém průřezu 5 až 30 min. Ochlazovací prostředí: olej, solná lázeň a vzduch. Dosažitelná tvrdost po kalení 63 až 65 HRc. Popouštění: Popouštět ihned po kalení, pomalý ohřev na popouštěcí teplotu, popouštěcí teplotu volit dle požadované tvrdosti z popouštěcího diagramu. Obr..30 Popouštěcí diagram pro nástrojovou ocel (příloha č.3) Daná nástrojová ocel se používá pro stříhání a tváření za studena. Rychlořezná ocel Kalení: Stupňovitý ohřev na austenitizační teplotu 90 C - 30 C ve třech předehřívacích stupních. U nástrojů pro práci za studena pro dosažení vyšší houževnatosti jsou možné i nižší kalící teploty. Popouštění: Předmětná ocel se musí nejméně 3 popouštět. Teplota posledního popouštění se volí asi o 0 C nižší, než je teplota předcházejícího popouštění. Ocel se tepelně zpracovává na tvrdost 60-6 HRc. Obr..3 Popouštěcí diagram pro nástrojovou ocel (příloha č.4) Tato ocel je vhodná pro práci za studena a pro značně namáhané nástroje k obrábění materiálu se střední a vyšší pevností. 30

32 Nástrojová ocel Kalení: Stupňovitý ohřev na austenitizační teplotu 840 C 870 C, výdrž na austenitizační teplotě po ohřátí v celém průřezu 5-30 min. Ochlazování probíhá v oleji na teplotu 80 C až 0 C. Popouštění: Předmětná ocel se musí nejméně popouštět. Stupeň popouštění se řídí tvrdostí a houževnatostí nástroje dle popouštěcího diagramu. Ocel se tepelně zpracovává na tvrdost 5-54 HRc. Obr..3 Popouštěcí diagram pro nástrojovou ocel (příloha č.5) Jedná se o ocel s velkou prokalitelností, která vykazuje poměrně vysokou tvrdost po kalení, zvláště dobrou houževnatost proti namáhání tlakem, rázy a údery. Používá se pro vysoce namáhané masivní nástroje, nástroje na protlačování za studena, formy na plasty..8.4 Povlakování tvářecích nástrojů [3] Rozdělení povlaků: a) dle tloušťky - povlaky tenké - povlaky tlusté b) dle chemického a fázového složení - homogenní - heterogenní c) dle počtu vrstev - jednovrstvé - dvouvrstvé - vícevrstvé Pro povlakování tvářecích nástrojů se používá technologie PVD (Physical vapour deposition). Tento proces probíhá při teplotě pod 500 ºC, po předchozím tepelném zpracování. Před nanesením povlaku na pracovní část tvářecího nástroje je nutné danou část důkladně vyleštit (diamantovými pastami) a zbavit ji případných zbytků maziv. Tloušťka nanesené vrstvy se pohybuje od 3 do 5 μm. Výhodou technologie PVD je snížení tření a zvýšení životnosti tvářecích nástrojů. 3

33 3. Hodnocení současného stavu řešení [] Drážkovaný náboj lze vyrobit metodou třískového obrábění. Tato výrobní metoda je založena na specifickém silovém působení nástroje, ve tvaru klínu, na obráběný materiál. Nevýhodou této metody při výrobě drážkovaného náboje je ve srovnání s objemovým tvářením za studena velká spotřeba materiálu a délka výrobního času. Hmotnost vstupního polotovaru pro obrábění je,9 kg/ks, což v porovnání se vstupní váhou polotovaru pro tváření 0,6 kg/ks tvoří ztrátu ve formě třísek až 7%. Mezi nové zákaznické požadavky při výrobě dané součásti patří zpevnění součásti v oblasti dříku a zhotovení orientační značky na přechodové části hlava dřík (obr.3.). Zhotovení orientační značky metodou obrábění (frézováním), by vedlo k navýšení výrobního času a tím i k zvýšení nákladů na výrobu drážkovaného náboje. Především nové zákaznické požadavky upřednostňují výrobu této součásti metodou objemového tváření za studena. Výroba vnitřního ozubení bude probíhat u zákazníka na svislé protahovačce. Předlisovaná orientační značka bude určovat polohu vnitřního ozubení při montáži. Obr.3. Model drážkovaného průtlačku 3

34 4. Návrh technologie objemového tváření protlačováním Možnosti technologie objemového tváření nedovolují provést jednoznačný, optimální návrh řešení, proto budou posuzovány dílčí variantní návrhy. 4. Návrhy variant řešení Varianta č. Tato varianta je navržena na pět tvářecích operací. K výrobě bude použit postupový lis Colombo Agostino, který je konstruován pro tři tvářecí operace, probíhající během jednoho pracovního cyklu. Pro danou variantu jsem zvolil rozměr výchozího polotovaru Ø 6 mm, l = 5 mm. Dělení materiálu bude provedeno na pásové pile s následnou povrchovou úpravou. Operace č. Při této tvářecí operaci dojde k napěchování Ø 6 mm na Ø 63 mm a k předlisování vnitřního Ø 7,9+0, mm. Předlisovaný vnitřní průměr slouží pro vystředění průtlačníku v následující operaci (zpřesní se diference stěny průtlačku). vstup výstup Obr.4. Tvar průtlačku po první tvářecí operaci 33

35 Operace č. Z hlediska tváření se jedná o zpětný způsob protlačování. Průtlačník předlisuje vnitřní 0, Ø 8 + 0, mm s tloušťkou dna 6+0,6 mm. Vnější tvar průtlačku je dán vnitřním tvarem průtlačnice. vstup výstup ~ ~ Obr.4. Tvar průtlačku po druhé tvářecí operaci Operace č.3 Při této operaci dojde k vystřižení dna operace stříhání. Je důležité, aby střižná plocha byla bez zjevných trhlin a ostřin, které mohou způsobit vznik destrukčních trhlin a přeložek na následující tvářecí operaci. Pokud jsou trhliny na střižné hraně hlubší jak 0,3 mm musí se odstranit pomocí další operace soustružením. vstup výstup Bez ostřin Obr.4.3 Tvar průtlačku po třetí tvářecí operaci 34

36 Operace č.4 Mezi třetí a čtvrtou tvářecí operaci musí být vložena operace rekrystalizačního žíhání s následnou povrchovou úpravou (fosfátování + molykování). Čtvrtá tvářecí operace je kombinací dopředného a zpětného protlačování. Dopředným protlačováním je vytvořen dřík průtlačku a zpětným protlačováním je vytvořena hlava průtlačku. vstup výstup Bez ostřin Obr.4.4 Tvar průtlačku po čtvrté tvářecí operaci Operace č.5 Při této tvářecí operaci dojde k překalibrování vnitřního úkosu a vytvoření orientační značky na vnějším 30 úkosu. vstup výstup Obr.4.5 Tvar průtlačku po páté tvářecí operaci 35

37 Varianta č. Varianta č. je navržena na tři tvářecí operace. K výrobě bude použit postupový lis Colombo Agostino, který je konstruován pro tři tvářecí operace, probíhající během jednoho pracovního cyklu. Pro danou variantu jsem zvolil rozměr výchozího polotovaru Ø 63 mm, l = 4, mm. Dělení materiálu bude provedeno na pásové pile s následnou povrchovou úpravou. Operace č. Z hlediska tváření se jedná o zpětné protlačování. Na této operaci dojde k napěchování 0, vnějšího Ø 63 mm na Ø 63,4 mm a k předlisování vnitřního průměru Ø 8 + 0, mm s tloušťkou dna 6 mm. vstup výstup ~ ~ Obr.4.6 Tvar průtlačku po první tvářecí operaci Operace č. Při této operaci dojde k vystřižení dna průtlačku - jedná se o operaci stříhání. vstup výstup Obr.4.7 Tvar průtlačku po druhé tvářecí operaci Bez ostřin 36

38 Operace č.3 Z hlediska tváření se jedná o kombinaci dopředného a zpětného protlačování. Dopředným protlačováním dojde k přetvoření vnějšího Ø 63,4 mm na Ø 4 mm. Při zpětném protlačování dojde k vytvoření hlavy průtlačku současně s orientační vnější značkou (značka udává polohu vnitřní drážky). vstup výstup Obr4.8. Tvar průtlačku po třetí tvářecí operaci Varianta č.3 Tato varianta je navržena na dvě tvářecí operace, přičemž vstupní materiál je bezešvá trubka o vnějším Ø 63 mm a vnitřním Ø 8 mm. Operace č. Z hlediska tváření se jedná o sdružené protlačování. Výhodou bezešvé trubky oproti vystřiženému polotovaru bude čistý vnitřní průměr hlavy průtlačku (vystřižená plocha polotovaru zanechává na vnitřním průměru průtlačku slabou přeložku). vstup výstup Obr.4.9 Tvar průtlačku po první tvářecí operaci 37

39 Operace č. Na této tvářecí operaci dojde k překalibrování vnitřního úkosu a vytvoření orientační značky na vnějším 30 úkosu. vstup výstup Obr.4.0 Tvar průtlačku po druhé tvářecí operaci 4. Zhodnocení a výběr nejlepší varianty Pro výrobu drážkovaného náboje byly navrženy tři varianty. Varianta č. je navržena na pět tvářecích operací. Před první tvářecí operací bude na vstupních polotovarech provedena povrchová úprava (fosfátování + mýdlování). Dále budou následovat první tři tvářecí operace, po nichž musí být na polotovarech provedeno rekrystalizační žíhání a povrchová úprava (fosfátování + molykování). Zbylé tvářecí operace č.4 a 5 dokončí požadovaný tvar průtlačku. Nevýhodou dané varianty je počet tvářecích operací, což má za následek vyšší náklady na tvářecí nástroje. Varianta č. je navržena na tři tvářecí operace. Před první tvářecí operací bude na přířezech provedena povrchová úprava (fosfátováni + mýdlování). Dále budou následovat dvě tvářecí operace, po nichž musí být na polotovarech provedeno rekrystalizační žíhání s následnou povrchovou úpravou (fosfátování + molykování). Poslední tvářecí operace bude provedena opět na postupovém lisu Colombo Agostino ve vodícím stojánku. 38

40 Výrobu drážkovaného náboje variantou č. jsem zamítl z důvodu: a) Zákazníkem požadovaná diference stěny průtlačku 0,5 mm nemůže být dodržena bez tvářecí kalibrovací operace (obr.4.), kde dochází k zpřesnění vnějšího průměru průtlačku (vymezení vůle mezi průtlačkem a průtlačnicí v následující operaci) a k předlisování naváděcího průměru Ø 7,9+0, mm (zlepší se vystředění průtlačníku). b) Nelze z polotovaru po operaci stříhání přímo vylisovat průtlaček s vnější značkou bez porušení materiálu uvnitř hlavy průtlačku (obr.4.5). Daná problematika byla konzultována s Ing. Bulou vedoucím konstrukce Metaldyne Oslavany a s Ing. Jedzokem bývalým vedoucím výroby Neumeyer Norimberg. Varianta č.3 je navržena na dvě tvářecí operace. Oproti předcházejícím dvěma variantám jsem zvolil vstupní materiál bezešvou trubku, která bude dělena na pásové pile s následnou povrchovou úpravou. Dalšími výhodami této varianty jsou: malý počet tvářecích operací a odstranění mezioperačního žíhání s následnou povrchovou úpravou. Výrobu drážkovaného náboje variantou č.3 jsem zamítl z důvodu: Bezešvé trubky s vnějším Ø 63 mm a vnitřním Ø 8 mm nejsou uvedeny v normě DIN 39- : (příloha č.6). Pro výrobu drážkovaného náboje jsem zvolil variantu č. 4.3 Výpočet objemu a hmotnosti součásti Hlava Přechod Dřík Obr.4. Části průtlačku pro výpočet celkové hmotnosti 39

41 Výpočet objemu a hmotnosti hlavy průtlačku (.5), (.6) Výpočet objemu dutého rotačního válce: vnější Ø64 mm; vnitřní Ø 55,6 mm; v = 8, mm. D V = π.v d 4 64 = π 8, 55,6 4 = 48 mm 3 = 0,048 dm 3 ρ = 7,85 kg dm -3 m = ρ V = 7,85 0,048 = 0, kg Výpočet objemu a hmotnosti přechodové části průtlačku (.6) Pro výpočet dané části průtlačku byl použit software SolidWorks. V = 344 mm 3 = 0,0344 dm 3 ρ = 7,85 kg dm -3 m = ρ V = 7,85 0,0344 = 0,83 kg Výpočet objemu a hmotnosti dříku průtlačku (.5), (.6) Výpočet objemu dutého rotačního válce: vnější Ø 4 mm; vnitřní Ø 6,8 mm; v = 44 mm. D V 3 = π.v d 4 4 = π 44 6,8 4 = 337 mm 3 = 0,0337 dm 3 ρ = 7,85 kg dm -3 m 3 = ρ V 3 = 7,85 0,0337 = 0,6 kg Celková hmotnost součásti: m celková = m + m + m 3 = 0, + 0,83 + 0,6 = 0,556 kg 40

42 5. Technologické výpočty Operace č. jedná se o pěchování Ø 6 mm na Ø 63 mm (.7), (.8) (zvolená varianta č.) Výpočet logaritmického a poměrného přetvoření L 5 φ = ln = = ln,0 = 0,0 H 4, 7 D D ε = D 63 6 = 63 = = 0,03 Výpočet deformačního odporu Pro výpočet deformačního odporu σ d je zapotřebí znát hodnotu přirozeného přetvárného odporu σ p, kterou odečteme z diagramu Křivky přetvárného odporu oceli 040 (příloha č.). Logaritmickému stupni přetvoření φ = 0,0 odpovídá hodnota přirozeného přetvárného odporu σ p = 360 MPa. Průměr průtlačku po spěchování: D = 63 mm Výška průtlačku po spěchování: h = 4,7 mm Tření: f = 0, Pro výpočet deformačního odporu byl použit Siebelův vztah (.0) D σ d = σ p + f = , = 4 MPa 3 h 3 4, 7 Výpočet tvářecí síly (.) Činná plocha nástroje: S = πd 4 π 63 = 4 = 37 mm Deformační odpor: σ d = 4 MPa F = σ d S = 4 37 = 3 57 N = 3 kn 4

43 Operace č. - jedná se o zpětné protlačování (.5), (.6) Výpočet logaritmického a poměrného přetvoření D φ = ln D d 63 = ln 63 8 = ln 3969 = ln, = 0, d ε = D 8 = = 3969 = 0, Výpočet deformačního odporu Logaritmickému stupni přetvoření φ = 0, odpovídá hodnota přirozeného přetvárného odporu σ p = 650 MPa (příloha č.). Vnější průměr polotovaru: D = 63 mm Vnitřní průměr polotovaru: d = 8 mm Pro výpočet deformačního odporu byl použit vztah dle Unksova (.9) π 8 D π 8 63 σ d = σ p,9 + + ln = π 3 D d,9 + + ln = 8 π = 650 (,9 0,39 +,470 0,0) + = 304 MPa Výpočet tvářecí síly (.9) Činná plocha nástroje: S = πd 4 π 8 = 4 = 66 mm Deformační odpor: σ d = 304 MPa F = σ d S = = N = 803 kn Operace č.3 - jedná se o operaci stříhání Výpočet hloubky vniknutí střižné hrany (.4) Plastické zatlačení: h pl = (0 až 5%)S =,5 mm Elastické vniknutí: h el = ( 5 až 8%)S = 0,48 mm h s = (,,) (h pl +h el ) =,,98 =,37 mm 4

44 Výpočet střižné síly (.3) Tloušťka stříhaného materiálu: S 0 = 6 mm Délka křivky střihu: L = 88 mm Mez pevnosti materiálu: Rm = 750 MPa F = (,0,3 ) 0,77( S 0 h s ) L Rm =,3 0,77( 6,37 ) = N F = N = 39 kn Operace č.4 jedná se o kombinaci dopředného a zpětného protlačování dutých těles (.3), (.4), (.5), (.6) Výpočet logaritmického a poměrného přetvoření Zpětné protlačování dutých těles Výpočet plochy výchozího průřezu průtlačku S S = 63 8 π = π = 50,4 mm 4 Výpočet plochy konečného průřezu průtlačku S S = 64 55,6 π = ,3 π = 789 mm 4 S 50, 4 φ = ln = ln= S 789 = ln3,7 =,5 ε = S S S 50,4 789 = 50,4 = 0,68 Dopředné protlačování dutých těles D d φ = ln D d 64 6,8 = ln 4 6, , = ln 68 78, 3377,8 = ln 96,8 = ln3,5 =,6 D D ε = D d ,8 = = , = 0,7 43

45 Výpočet deformačního odporu pro zpětné protlačování dutých těles (.8) Logaritmickému stupni přetvoření φ =,5 odpovídá hodnota přirozeného přetvárného odporu σ p = 00 MPa (příloha č.). 64 6,8 Výpočet plochy konečného průřezu hlavy výlisku: S 0 = π = 65,8 mm 4 55,6 6,8 Výpočet činné plochy nástroje: S = π = 863,8 mm 4 S 0 S σ d =,5 σ p log 0 S0 S0 S + log + log = S S0 S S0 S S S0 S 65,8 S0 S0 S0 S =,5 00 log + log + log 863,8 S S S S S S S = = 67,4( 0,5 + 0,50+ 0,37 ) = 34,6 MPa Výpočet tvářecí síly (.9) 55,6 6,8 Činná plocha nástroje: S = π = 863,8 mm 4 Deformační odpor: σ d = 34,6 MPa F = σ d S = 34,6 863,8 = N = 433 kn Výpočet deformačního odporu pro dopředné protlačování dutých těles (.) Logaritmickému stupni přetvoření φ =,6 odpovídá hodnota přirozeného přetvárného odporu σ p = 050 MPa (příloha č.). Hodnotu σ p lze také stanovit dle polynomu 3. stupně (.3) σ p = 376,94 φ 3 0,80 φ +303, φ +408,9 Výpočet střední hodnoty přirozeného přetvárného odporu σ ps v kuželové části průtlačnice (.4) Obr.5. Křivka zpevnění σ ps = ϕ ϕ 0 ϕ ϕ 0 σ p d ϕ =,6 0,6 3 ( 376,94ϕ 0,80ϕ + 303,ϕ + ) 408,9 d ϕ = ϕ ϕ ϕ = 0, ,94 0, , + 408,9ϕ = 830 MPa 4 3,6 0 44

46 Výpočet deformačního odporu dutého tělesa (.) ) α f D L σ d = σ ps φ(+ + ) ) + 4f σ p= ϕ α D d 0,5 0, , = 830,6 ( + + ) + 4 0,03 00=,6 0,5 64 6,8 = 045,8( + 0,98 + 0, ) + 4,9 = 40 MPa Výpočet tvářecí síly (.) Činná plocha nástroje: S 0 = 64 6,8 π = 65,8 mm 4 Deformační odpor: σ d = 40 MPa F = σ d S = 40 65,8 = N = 3766 kn Operace č.5 - jedná se o kalibrování vnitřního tvaru hlavy průtlačku pěchování. Přechodová část hlavy bude spěchována z 5,4 mm na 4,4 mm (obr.5.) a (obr.5.3). Obr.5. Tvar přechodové části před pěchováním Obr.5.3 Tvar přechodové části po pěchování Logaritmické stlačení (.7) L 5,4 φ = ln = H 4, 4 = ln,07 = 0,07 45

47 Pro výpočet tvářecí síly na této operaci byl použit simulační program DEFORM -D Obr.5.4 Začátek průběhu tvářecí síly Obr.5.5 Nejvyšší hodnota tvářecí síly Jak je patrno z grafického znázornění (obr.5.5) je maximální tvářecí síla F = N = 370 kn 46

48 Celková protlačovací síla první tvářecí proces (operace č.,, 3) F celková = = 354 kn Celková protlačovací síla druhý tvářecí proces (operace č. 4, 5) F celková = = 570 kn 5. Výpočty délek jednotlivých částí průtlačku K výpočtu délky použiji vypočítané objemy jednotlivých částí konečného průtlačku (obr.4.). Vycházím ze zákona zachování objemu. Výpočet délky hlavy průtlačku (.7) Hlava průtlačku: vnější Ø 64 mm; vnitřní Ø 55,6 mm ; V = 48 mm 3. Hlava Obr.5.6 Hlava průtlačku 4V l = πd = π 4 48 ( 64 55,6 ) = 574 = 8, mm π 004,6 Výpočet délky přechodu průtlačku Přechodová část průtlačku: V = 344 mm 3 K výpočtu délky přechodové části průtlačku byl použit software SolidWorks. Délka přechodové části je 7,9 mm. Přechod Obr.5.7 Přechodová část průtlačku 47

49 Výpočet délky dříku průtlačku (.7) Dřík průtlačku: vnější Ø 4 mm; vnitřní Ø 6,8 mm ; V 3 = 337 mm 3. Dřík Obr.5.8 Dřík průtlačku 4V l = πd = π ( 4 6,8 ) = = 44 mm π 96,8 6. Návrh nástrojové sestavy [3], [4] Nástrojové sestavy pro jednotlivé tvářecí operace jsou uloženy v masivním vodícím stojánku, který je upnut pomocí hydraulických upínek k beranu lisu (horní upínací těleso průtlačníků) a ke stolu lisu (spodní upínací těleso průtlačnice). Vodící stojánek je konstruován pro tři tvářecí operace, které probíhají během jednoho pracovního cyklu. Nástrojová sestava pro první tvářecí proces Nástrojová sestava se skládá z operace: pěchování, zpětného protlačování a stříhání. Obr.6. Model vodícího stojánku pro první tři tvářecí operace 48

50 První tvářecí operace tvářecí nástroje pro pěchování Výpočet poměrného průměru průtlačnice Vnitřní průměr průtlačnice: Ø D = 63 mm D D = = D 63 = ; D = 63 = 6 mm Výpočet pro vnitřní přetlak průtlačnice radiální napětí (.) p = σ d = 4 MPa a = σ r = r r = 63 = 3,5 r a 63 = 4 r = 40,3 (-3) = - 4 MPa 3,5 p Výpočet lisovacího přesahu průtlačnice (příloha č.7). ΔD = (0,0055 až 0,0075) D =0, = 0,693 mm Pro přesah průtlačnice 0,69 mm je stanovena lisovací hloubka průtlačnice 0 mm (příloha č.8). Výpočet poměrného průměru objímky Vnitřní průměr průtlačnice: Ø D = 63 mm D D 3 = 4 = D = ; D = 63 4 = 5 mm 3 Vnější průměr objímky je navržen na Ø D 3 = 5 mm Na první tvářecí operaci bude použita průtlačnice s jednou objímkou z důvodu nepřekročení radiálního napětí 600 MPa. Objímka bude vyrobena z nástrojové oceli a tepelně zpracována na 44 + HRc. Velký důraz je kladen na přesnost výroby vnitřní kuželové plochy objímky, která v případě nepřesnosti snižuje životnost průtlačnice. Průtlačnice pro první tvářecí operaci bude vyrobena z nástrojové oceli a zušlechtěna na 5 + HRc. Před zalisováním průtlačnice do objímky se na stykové plochy nanese práškové molyko, které umožní při opotřebení průtlačnice výměnu nástroje bez poškození objímky (může dojít k zadření stykových ploch mezi průtlačnicí a objímkou). Úhel kužele stykových ploch průtlačnice a objímky je, což zajišťuje jejich samosvorné spojení. 49

51 Pro napěchování polotovaru bude použit pěchovník, který bude vyroben z nástrojové oceli a zušlechtěn na 60 + HRc. Uchycení pěchovníku k beranu lisu zajišťuje kuželová mezivložka s upínací maticí. Vyhození průtlačku z průtlačnice zajišťuje vyhazovač, který bude vyroben z rychlořezné oceli a zušlechtěn na 60 + HRc. Uložení vyhazovače v průtlačnici bude H7/f7. Pod vyhazovačem se nachází tlaková podložka, pomocí které se doladí výškový přechod mezi dnem průtlačnice a vyhazovačem. Druhá tvářecí operace tvářecí nástroje pro zpětné tváření Vnitřní průměr průtlačnice: Ø D = 63 mm D D = = D 63 = ; D = 63 = 6 mm Výpočet pro vnitřní přetlak průtlačnice radiální napětí (.) p = σ d = 304 MPa a = r r = 63 = 3,5 σ r = r a 63 = 304 r = 434,6 (-3) = MPa 3,5 p Výpočet lisovacího přesahu průtlačnice (příloha č.7). ΔD = (0,0055 až 0,0075) D =0, = 0,693 mm Pro přesah průtlačnice 0,69 mm je stanovena lisovací hloubka průtlačnice 0 mm (příloha č.8). Hodnoty pro výpočet vnějšího průměru objímky jsou shodné s první tvářecí operací. Z tohoto důvodu je vnější průměr objímky navržen na Ø D 3 = 5 mm. Na druhé tvářecí operaci bude použita průtlačnice s jednou objímkou z důvodu nepřekročení radiálního napětí 600 MPa. Průtlačnice bude vyrobena z nástrojové oceli a zušlechtěna na 5 + HRc. Vnitřní rozměry průtlačnice budou broušeny v zalisovaném stavu na brusce do otvoru. Po ukončení broušení musí dále následovat leštění funkčních ploch průtlačnice, nejlépe diamantovými pastami. 50

52 Průtlačník pro danou operaci bude vyroben z rychlořezné oceli a tepelně zušlechtěn na 60 + HRc. Konečné rozměry průtlačníku budou docíleny pomocí CNC soustruhu. Funkční plochy tvářecího nástroje budou leštěny diamantovými pastami, nejlépe ve směru toku materiálu. Pro zvýšení životnosti průtlačníku a snížení tření mezi nástrojem a průtlačkem bude použit povlak TiN. Vyhazovač bude vyroben z rychlořezné oceli 9830 a zušlechtěn na 60 + HRc. Uložení vyhazovače v průtlačnici bude H7/f7. Třetí operace stříhání Obr.6. Nástrojová sestava-stříhání -vložka stěrače, -střižník, 3-centrovací kroužek, 4-střižnice 5-vymezovací vložka, 6-tlaková podložka Pro vystřižení vnitřního otvoru navrhuji průměr střižníku d k = 7, 7 0,03 mm. Výpočet střižné vůle (.5) Tloušťka materiálu: t = 6 mm Součinitel závislý na druhu stříhání: c = 0,07 Pevnost materiálu ve střihu: τ ps = 0 + 0,56 R m τ ps = 0 + 0, = 474 MPa v = (,5 c t 0,005 ) 0,3 τ = (,5 0,07 6 0,005 ) 0,3 ps 474 = mm 5

53 Střižná vůle pro vystřižení otvoru Ø 8 + bude mm. Výrobní průměr střižnice: D s = d k + v = 7,7 + = 8,7 mm 0, 0, V případě, že na předcházející operaci bude vylisován vnitřní otvor o Ø 7, 8 mm (dolní mezní rozměr díry), bude zapotřebí upravit průměr střižníku tak, aby nedocházelo k jeho zadírání. Je též důležité, aby vůle mezi střižníkem a vnitřním předlisovaným otvorem nebyla větší jak 0,6 mm. Tato vůle vytvoří v přechodové části vnitřního průměru a střižné plochy průměrový odskok, který způsobí na následné tvářecí operaci přeložku uvnitř hlavy průtlačku. Sestava pro stříhání musí být vybavena stěračem, který zaručí případné setření výstřižku ze střižníku. Střižník a střižnice budou vyrobeny z materiálu a zušlechtěny na 60 + HRc. Nástrojová sestava pro druhý tvářecí proces Nástrojová sestava se skládá ze sdruženého protlačování a kalibrování Obr.6.3 Model nástrojové sestavy pro druhý tvářecí proces 5

54 Čtvrtá tvářecí operace tvářecí nástroje pro sdružené protlačování Výpočet poměrného průměru průtlačnice Vnitřní průměr průtlačnice: Ø D = 64 mm D D =, 6 = D,6 64 = ; D = 64,6 = 0,4 mm Výpočet pro vnitřní přetlak průtlačnice radiální napětí (.) p = σ d = 34,6 MPa a = r r = 5, =,6 3 σ r = r a = 34,6 r p,6 5, = 490 (-,56) = - 34,4 MPa 3 Výpočet lisovacího přesahu průtlačnice (příloha č.7). ΔD = (0,004 až 0,005) D =0,004 0,4 = 0,40 mm Pro přesah průtlačnice 0,40 mm je stanovena lisovací hloubka průtlačnice mm (příloha č.8). Výpočet poměrného průměru objímky Vnitřní průměr průtlačnice: Ø D = 64 mm D D 3 =, = D 3, 64 = ; D = 64, = 40,8 mm 3 Vnější průměr první objímky je navržen na Ø D 3 = 40,8 mm Výpočet lisovacího přesahu první objímky (příloha č.7). ΔD 3 = (0,003 až 0,004) D 3 = 0,003 40,8 = 0,4 mm Pro přesah objímky 0,4 mm je stanovena lisovací hloubka objímky mm (příloha č.8). 53

55 Výpočet poměrného průměru druhé objímky Vnitřní průměr průtlačnice: Ø D = 64 mm D 4 = 4 = D 64 D 4 = 4 ; D 4 = 64 4 = 56 mm Vnější průměr druhé objímky je navržen na Ø D 4 = 56 mm Na čtvrté tvářecí operaci bude použita průtlačnice se dvěma objímkami z důvodu překročení radiálního napětí 600 MPa. Vnější objímka bude vyrobena z nástrojové oceli a tepelně zpracována na 44 + HRc. Vnitřní objímka a průtlačnice budou vyrobeny z nástrojové oceli a zušlechtěny na 5 + HRc. Při pouzdření průtlačnice s více objímkami se postupuje od vnější objímky. Vnější kuželové plochy průtlačnice a vnitřní objímky se budou po zušlechtění brousit na brusce nakulato. Vnitřní kuželové plochy vnější a vnitřní objímky budou broušeny na brusce do otvoru. Přesnost kužele stykových ploch bude měřena pomocí kuželových trnů. Vnitřní průměry průtlačnice budou opět broušeny v zalisovaném stavu na brusce do otvoru. Horní nástroj pro sdružené protlačování se skládá z trnu (obr.6.5), který bude vyroben z nástrojové oceli 9 569, zušlechtěn na HRc a s přesahem zalisován do průtlačníku (obr.6.4) z nástrojové oceli 9 569, který bude zušlechtěn na 59-6 HRc. Obr.6.4 Průtlačník Obr.6.5 Trn 54

56 Pátá tvářecí operce tvářecí nástroje pro kalibrování Výpočet poměrného průměru průtlačnice Vnitřní průměr průtlačnice: Ø D = 64 mm D D = = D 64 = ; D = 64 = 8 mm Na základě velikosti maximální tvářecí síly stanovené simulačním programem DEFORM-D navrhuji použít průtlačnici s jednou objímkou. Výpočet lisovacího přesahu průtlačnice (příloha č.7). ΔD = (0,0055 až 0,0075) D =0, = 0,70 mm Pro přesah průtlačnice 0,70 mm je stanovena lisovací hloubka průtlačnice 0 mm (příloha č.8). Výpočet poměrného průměru objímky Vnitřní průměr průtlačnice: Ø D = 64 mm D D 3 = 4 = D = ; D = 64 4 = 56 mm 3 Vnější průměr objímky je navržen na Ø D 3 = 56 mm 7. Návrh postupového lisu Pro výrobu drážkovaného náboje volím kolenový lis Colombo Agostino, který je součástí strojního parku firmy Metaldyne Oslavany. Kolenové lisy jsou určeny pro výlisky vyžadující krátkou pracovní dráhu z důvodu malého zdvihu. Pohyb beranu je odvozen od kolenového mechanizmu ovládaného klikovým ústrojím. Vodící stojánek pro tři tvářecí operace je upnut v pracovním prostoru lisu pomocí hydraulických upínek. Jednotlivé nástrojové sestavy jsou kompletovány mimo lis, z důvodu zkrácení času na seřízení. Součástí lisu je násypka na polotovary, ze které jsou pomocí zásobníku a skluzu přivedeny polotovary k nástroji. Skluz je vybaven třídícím mechanizmem, který obráceně orientované polotovary vrací zpět do násypky. Přesun polotovarů mezi jednotlivými operacemi zajišťuje kleštinový podavač, který je vybaven na každé pozici snímači pro kontrolu uchopení polotovaru. 55

57 Obr.7. Model kleštinového podavače Pro vynesení polotovaru z pracovního prostoru je lis vybaven pásovým dopravníkem, který průtlačky dopraví do transportní bedny. Tab.7. Technická data kolenového lisu Colombo Agostino (příloha č.9) Firemní označení WA 50/66 Jmenovitá síla kn 3 Zdvih 80 mm 4 Počet zdvihů plynule regulovatelný 5 45 /min 5 Rozměry stolu Svislé přestavení beranu 0 mm 7 Počet otvorů ve stole pro vyhazovače/rozteč 3/50 mm 8 Síla vyrážeče 500 kn 7. Výkresová dokumentace Součásti diplomové práce je níže uvedená výkresová dokumentace. Vyhazovač druhý tvářecí proces, první tvářecí operace: DP00 5M/68 0 Průtlačnice druhý tvářecí proces, první tvářecí operace: DP00 5M/68 0 Trn druhý tvářecí proces, první tvářecí operace: DP00 5M/68 03 Průtlačník druhý tvářecí proces, první tvářecí operace: DP00 5M/68 04 Drážkovaný náboj druhý tvářecí proces: DP00 5M/68 05 Postupový nástroj DP00 5M/