MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA DIPLOMOVÁ PRÁCE

Transkript

1 MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA DIPLOMOVÁ PRÁCE BRNO 2018 RADEK ŠŤASTNÝ

2 Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy Konstrukce lisovacího nástroje pro automobilový průmysl Diplomová práce Vedoucí práce: doc. Ing. Michal Černý, CSc. Vypracoval: Bc. Radek Šťastný

3 Ústav techniky a automobilové dopravy Akademický rok: 2017/2018 ZADÁNÍ DIPLOMOVÉ PRÁCE Zpracovatel: Studijní program: Obor: Vedoucí práce: Název práce: Rozsah práce: Bc. Radek Šťastný Zemědělská specializace Automobilová doprava doc. Ing. Michal Černý, CSc. Konstrukce lisovacího nástroje pro automobilový průmysl min. 60 stran Zásady pro vypracování: 1. Proveďte rešeršní přehled nástrojů pro plošné tváření. 2. Konstrukční řešení lisovacích nástrojů. 3. Zpracujte model lisovacího procesu pro vybranou součást. 4. Pro navržený nástroj zpracujte návrhovou výkresovou dokumentaci. 5. Vyjádřete přínos modelu pro technickou praxi a jeho efektivnost.

4

5 Čestné prohlášení Prohlašuji, že jsem práci: Konstrukce lisovacího nástroje pro automobilový průmysl vypracoval/a samostatně a veškeré použité prameny a informace uvádím v seznamu použité literatury. Souhlasím, aby moje práce byla zveřejněna v souladu s 47b zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách a o změně a doplnění dalších zákonů (zákon o vysokých školách), ve znění pozdějších předpisů, a v souladu s platnou Směrnicí o zveřejňování vysokoškolských závěrečných prací. Jsem si vědom/a, že se na moji práci vztahuje zákon č. 121/2000 Sb., autorský zákon, a že Mendelova univerzita v Brně má právo na uzavření licenční smlouvy a užití této práce jako školního díla podle 60 odst. 1 autorského zákona. Dále se zavazuji, že před sepsáním licenční smlouvy o využití díla jinou osobou (subjektem) si vyžádám písemné stanovisko univerzity, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity, a zavazuji se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla, a to až do jejich skutečné výše. V Brně dne:.. podpis

6 Poděkování Rád bych touto cestou vyjádřil poděkování doc. Ing. Michalovi Černému, CSc. za jeho trpělivost, cenné rady a odborné vedení mé diplomové práce. Dále bych chtěl poděkovat rodině za veškerou podporu během studia.

7 Abstrakt Diplomová práce se zabývá plošným tvářením materiálu, určeného pro velkosériovou výrobu v automobilové průmyslu. Na základě zpracované literární studie je proveden stručný přehled a popis tvářecích technologií stříhání, ohýbání a tažení. V experimentální části je zahrnuta výpočtová a modelová část. Výpočty jsou důležité z hlediska kontroly a volby pracovních dílů. Dále jsou vypočteny technicko-ekonomické parametry nástroje v případě uvedení do provozu. Za použití programu Solid- Works 2017 jsou vytvořeny v prostoru 3D modely a výkresy. Klíčová slova Stříhání, Ohýbání, Tažení, Plošné tváření, SolidWorks, Automobilový průmysl Abstract The master thesis deal with sheet metal forming of material, designed for large-volume production in the automotive industry. On the basis of a processed literary study, a brief overview and description of sheet metal forming technologies, cutting, bending and drawing is performed. The computational and model part is included in the experimental part. Calculations are important for checking and selecting workpieces. Furthermore, there are calculated technical-economic parameters of the instruments after the commissioning stage. 3D models and drawings are created using SolidWorks Keywords Cutting, Bending, Drawing, Sheet metal forming, SolidWorks, Automotive industry

8 Obsah 1 ÚVOD 9 2 CÍL PRÁCE 11 3 STŘIŽNÝ NÁSTROJ Druhy střižných nástrojů Střih Kvalita a přesnost střižné plochy Výpočet střižné síly a práce pro rovnoběžné hrany Výpočet střižné síly a práce pro šikmé nože Jednotlivé operace pro plošné stříhání Nástřihový plán NÁSTROJE PRO OHYB Ohýbací proces Vkládání materiálu Výpočet Ohýbací síla TAŽNÝ NÁSTROJ Výtažek Tažení Základní operace KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ LISOVACÍCH NÁSTROJŮ Rozdělení podle konstrukčního hlediska... 32

9 6.2 Požadavky na konstrukci lisovacího nástroje Upínání tvářecích nástrojů Prvky tvářecích nástrojů EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST Výstřižek Nástřihový plán Kontrolní výpočty Výpočet střižných a ohybových sil Výpočet střižné mezery a vůle Výpočet rozměrů střižníků a střižnic Díly nástroje TECHNICKO-EKONOMICKÉ ZHODNOCENÍ Cenová kalkulace nástroje Cena a hodnota výlisků DISKUZE ZÁVĚR 69 LITERATURA 70 Seznam obrázků 75 Seznam tabulek 77 Seznam zkratek a symbolů 78 Seznam příloh 80 Výkresová dokumentace

10 1 ÚVOD Lisovací nástroje a nářadí mají stále velký význam ve velkosériové výrobě. Vyskytují se především v automobilovém a elektrotechnickém průmyslu. Vzhledem ke zvyšujícím se požadavkům a nárokům na kvalitu, počet dodávaných kusů a rychlost dodání dílů k zákazníkovi jsou firmy nuceny neustále modernizovat a rozšiřovat lisovny. Příkladem může být automobilka ŠKODA AUTO. S velkým počtem modelových řad přichází i větší počet vyráběných lisovacích sad nářadí. Lisovací nástroje neslouží pouze k výrobě karosářských prvků znázorněné na (Obr.1), ale třeba i pro díly autosedačky (Obr.2), konektory spojů elektrické kabeláže atd. Důležitým dílem může být i držák sloužící k uspořádání funkčních prvků do patřičné polohy. Držáky mohou být například pro chladiče, ECU jednotky a další prvky. Obr. 1 Vytvořené díly tvářením [22] Tvářením materiálu pomocí lisovacího nástroje lze docílit objemovou nebo plošnou deformací. Materiál procházející procesem tváření je vystaven vnějším silám, které jsou vyvozeny převážně lisovacím strojem. Hlavním předpokladem je vytvořit díl z rovinného přístřihu, aniž by došlo k destrukci nebo porušení vnitřní struktury materiálu. Tváření materiálu je vnímáno podle změny tloušťky do dvou kategorií. Materiál mající stejnou tloušťku po dobu vykonávání procesu se řadí do kategorie plošného tváření. Při změně tloušťky materiálu se jedná o objemové tváření, do něhož patří kování, ražení a válcování. Tato práce se zabývá tvářením držáku, při které nedochází ke změně tloušťky. 9

11 Uplatnění tváření má v největším měřítku převážně vysokopevnostní ocel (karoserie), ale i materiály různého druhu jako je nerez, slitiny hliníku, kompozity atd. Impulsem se stalo především snížení hmotnosti automobilů z důvodu přísných emisních limitů pro nově vyvíjená vozidla (elektromobily). Mimořádné uplatnění v automobilovém průmyslu má plošné tváření. Velký vliv má na urychlení výrobního procesu při velkosériové výrobě. Základní rozdělení dle normy ČSN Rozdělení obsahuje pět možných funkcí, mezi něž patří stříhání, ohýbání, tažení, ražení a protlačování. Obr. 2 Vylisované díly pro autosedačku [23] 10

12 2 CÍL PRÁCE Cílem práce je navržení lisovacího nástroje pro součást vycházející z potřeb technické praxe automobilového průmyslu. Získáním odborných informací v rešeršní části a vypočtených hodnot zvolit vhodné konstrukční uspořádání dílů. Zjistit základní technicko ekonomické zhodnocení nástroje v případě uvedení do provozu a jeho návratnost vložených investic. Vytvořený model následně porovnat s jiným typem postupového nástroje. Vytvořit výkresovou návrhovou dokumentaci pro již vymodelovaný lisovací nástroj v prostoru 3D. 11

13 3 STŘIŽNÝ NÁSTROJ Střižný nástroj je určený k oddělování materiálu střižnými silami, které jsou vyvozené lisovacím strojem. Střih se rozděluje z hlediska kontrolovaného rozměru, který je uveden ve výkresové dokumentaci zaslané zákazníkem. K řízené poruše (oddělení) materiálu dochází při vyvození sil jdoucích proti sobě. Parametry určující kvalitu střihu Obr. 3 Sdružený nástroj (střižný a ohýbací) [24] jsou sepsány v kapitole (3.3.1). Složení nástroje a jeho konstrukční uspořádání je popsáno v kapitole (6). Tyto nástroje jsou zavedeny hlavně z ekonomických a časově náročných podmínek, které by jiné výrobní technologie zatím nedovolily. Finální produkt, který prošel procesem stříhání se nazývá výstřižek (Obr.4). Podle dodaných dat zákazníkem je zvolen nástřihový plán. Dále je určen postup, ekonomičnost nástroje a design. Tvary děr jsou vstupními informacemi pro volbu vhodných střižníků. Obr. 4 Lisovaná součást [24] 3.1 Druhy střižných nástrojů Stříhání nůžkami stříhací lišty, kotoučové nože. Střihadla nástroj s vedením, nástroj bez vedení. 12

14 3.2 Střih Základní operací pro oddělení materiálu se nazývá stříhání. Zakončení této operace je porušení / lom v ohnisku deformace. Materiál se odděluje postupně nebo současně podél křivky střihu, vytvořené relativním pohybem dvou břitů, které vytváří střižné a smykové napětí (Obr.8). [1] Stříhání lze provádět za studena i za tepla. Za studena se stříhají převážně tenké plechy. U stříhání za tepla se používají tlusté profily. Střižný proces provázen třemi fázemi, při nichž je vytvořen požadovaný tvar. Tab. 1 Přesnost střižných nástrojů [3] Stříhání bez vedení IT 12 až IT 14 Stříhání s přesnějším vedení IT 9 až IT 11 Speciální nástroje IT 6 až IT 8 První fáze je uskutečněna dosednutím střižníku na stříhaný materiál a dochází k pružnému vnikání do povrchu stříhaného materiálu (Obr. 5). Hloubka vniku závisí především na mechanických vlastnostech materiálu. Hodnota vniku (hel = 5 až 8%) s.[1] Druhá fáze vzniká trvalou deformací zapříčiněnou zvýšením napětí ve směru vnikání, než je mez kluzu materiálu (Obr.6). Hloubka vniku, při kterém vzniká plastická deformace je opět závislá na mechanických vlastnostech. Hodnota vzniku (hpl = 10 až 20%) s.[1] Obr. 6 První fáze střihu [10] 13 Obr. 5 Druhá fáze střihu [10]

15 Třetí fází je dosaženo napětím meze pevnosti ve střihu τs, kdy vzniká tzv. nástřih, tj. vytvoří se velké množství trhlinek, které jsou podporované normálovým napětím ve směru vláken. K oddělení výstřižku dojde rychlým šířením trhlin. Rychlost je určena mechanickými vlastnostmi materiálu a střižné vůle (Obr.9). K oddělení materiálu dojde dříve, než projde střižník celou tloušťkou stříhaného materiálu. [1] Oblasti střihu jsou na (Obr. 7). Obr. 7 Tvar oblastí střižné plochy [5] I. oblast - Pásmo pružné deformace, vzniká při vnikání střižníku do materiálu. II. oblast - Hladká a lesklá část střižné plochy, vytvořená plastickou deformací. III. oblast - Lomové pásmo, oddělení stříhané části pod smykovém napětí. Obr. 8 Průběh střihu [21] 14

16 3.3 Kvalita a přesnost střižné plochy Faktory ovlivňující kvalitu velikost střižné mezery, vlastnosti materiálu, způsob střihu, zkosení střižné hrany střižnice. Zvolením vhodné konstrukce a způsobu stříhání lze ovlivnit negativní důsledky, které mohou nastat při střižné operaci. [5] Střižná plocha má dvě charakteristické části. V první částí se objevuje lesklá a hladká oblast, které jsou způsobené vnikáním nože. Druhá část tvoří hrubší oblast znázorňující utržení. [9] Střižná vůle Střižná vůle v mezi střižnicí a střižníkem je důležitá ke správné funkci nástroje. Správné zvolení střižné vůle má pozitivní vliv na vznik kvalitní střižné plochy o daném rozměru při menší střižné síle. (Obr.7) Jednostranný rozdíl se nazývá střižná mezera z. VARIANTY STŘIŽNÝCH VŮLÍ: z = v 2 [m] (3.1) Obr. 9 Grafické znázornění střižné vůle a průběh trhliny [14] Vliv velikosti střižné vůle: Velká vůle vyvolává boční síly pro slabší střižníky, což je nežádoucí, protože se mohou vychýlit. Dalším problémem je možné vytržení materiálu a vznik otřepu. Malá vůle je příčinou zvýšení střižných sil. Výsledkem je kratší trvanlivost nástroje, horší kvalita výstřižku. [3] 15

17 Faktory ovlivňující velikost střižné vůle konstrukce stříhání (jednostranné, dvoustranné stříhání), zkušenosti konstruktéra, druh a tloušťka materiálu: - ČSN stanoví velikost střižné mezery pro materiál tloušťky do 3 mm a nad 3 mm. [14] Velikost střižné mezery pro tenké plechy do 3 mm: z = c s 0,1 τ s [m] (3.2) Velikost střižné mezery pro plechy nad 3 mm: z = (1,5 c s 0,015) 0,1 τ s [m] (3.3) c koeficient závislý na druhu stříhání. 0,005 kvalitní povrch střižné plochy 0,035 minimální střižná síla [14] Tab. 2 Hodnoty střižných vůlí [29] Typ plechu (pevnost ve střihu) Hliník 172,4 MPa Měkká ocel 344,7MPa Nerez ocel 517,1 MPa Tloušťka plechu s (mm) Celková střižná vůle matrice (% z s ) Klasické děrování Celková střižná vůle razníku (% z s ) Odpad je výrobek < 2,5 mm 15 % 15 % 2,5 5,0 mm 20 % 15 % > 5,0 mm 25 % 20 % < 3,0 mm 20 % 15 % 3,0 6,0 mm 25 % 20 % > 6,0 mm 30 % 20 % <1,5 mm 20 % 15 % 1,5 2,8 mm 25 % 20 % 2,8 4,0 mm 30 % 20 % > 4,0 mm 35 % 25 % 16

18 V případě, že nebude všude stejná a rovnoměrná na všech místech střižné křivky střihu, dojde po obvodě k povrchovým vadám, vzniku ostřin a střižná plocha bude nekvalitní. Doporučené hodnoty střižných vůlí pro daný druh materiálu jsou znázorněny v (Tab. 2), jedná se pouze o doporučené hodnoty. Velikost střižné vůle se dimenzuje na úkor střižníku nebo střižnice vzhledem k požadovanému rozměru finálního výstřižku. Volba střižné vůle Při stříhání přesného vnějšího obvodu se volí střižná vůle na úkor střižníku. Pro potřebu přesného otvoru se střižná vůle dimenzuje na úkor střižnice. [2] U velkých nástrojů je cílem střižnou mezeru na nástroji dát, pokud možno co největší a povolit co největší horizontální posunutí při lisování nástrojem. Navazujícím požadavkem je co nejvíce pravidelná a stejnoměrná. [12] Metody stříhání zaměřené na kvalitu střižné plochy zaoblení střižných hran nástroje, kalibrace, zkosený přidržovač, reversní stříhání, přistřihování, přesné stříhání. 3.4 Výpočet střižné síly a práce pro rovnoběžné hrany Maximální střižná síla: F max = S τ s k [N] (3.4) Střižná síla: [1] Střižná práce: F stř = n L (s o h) τ s = (1,0 až 1,3)(S o h) L 0,77 R m [N] (3.5) A = p 2 F max h 2 = p 4 F max h [J] (3.6) Střižný odpor: Napětí ve střihu τs je zároveň deformačním odporem ve střihu. [1] 17

19 Střižná práce při stříhání ve střihadlech s rovnými hranami [14]: A = m s F max s [J] (3.7) Tab. 3 Hodnoty koeficientu pro stříhání ve střihadlech [14] 3.5 Výpočet střižné síly a práce pro šikmé nože Snížení střižné síly lze docílit vnikáním šikmých břitů do materiálu oproti rovnoběžným, kdy je materiál stříhán postupně. Délka střihu je znázorněna na (Obr. 10). Úhel sklonu se pohybuje od 1-5, aby nedošlo k ujíždění stříhaného materiálu. Střižná síla: [14] [1] F skl = π F max k s 4 L tg α [N] (3.8) Střižná práce při stříhání ve střihadlech s šikmými hranami: π A = F skl h = F skl L tg α= 4 F max k s [J] (3.9) Obr. 10 Střihání (a, rovnoběžnými břity; b, šikmými břity) [25] 18

20 Ostřihování Střihadlo Přistřihování Střihadlo Vystřihování Střihadlo Děrování Děrovadlo Název Nástroj 3.6 Jednotlivé operace pro plošné stříhání Tab. 4 Hlavní operace [15] Charakteristika operace Náčrt Tvorba děr. Část, která je vystřižena tvoří odpad. A) Oddělení od materiálu po uzavřeném obrysu B) Oddělování částí z okraje materiálu Účelem je vytvořit přesné tvary, přesné rozměry nebo hladké plochy Oddělování nepotřebného materiálu výtažků, protlaků, výstřižků 19

21 Prostřihování Střihadlo Nastřihování Střihadlo Nastřihnutí materiálu v okraji, není plně oddělen Částečné nastřihnutí materiálu v libovolném tvaru uvnitř výstřižku 3.7 Nástřihový plán Jedná se o tzv. rozmístění a uspořádání jednotlivých kroků (Obr.11). Začíná vstupem materiálu do nástroje, následné děrovaní, jedná-li se o specifičtější nástroj, tak lze zařadit i krok s ohybem, tažením atp. Posledním krokem je oddělení výstřižku od technologický můstků. Polotvarem je myšlena tabule či pás plechu. Vytvořením nástřihového plánu se docílí maximálního využití materiálu, určení počtu výstřižků, snadnou manipulaci při vystřihování či splnění technologických požadavků (přesnost, vhodný směr vláken apod.). Obr. 11 Sdružený nástroj s nástřihovým plánem [30] 20

22 ŘEŠENÍ NÁSTŘIHOVÉHO PLÁNU Početní metoda stanovení největšího množství jednoduchých výstřižků z polotvaru nebo vhodný formát materiálu pro daný počet výstřižků, Empirická metoda návrh hospodárného nástřihového plánu složitých tvarových součástí (např. využití papírové šablony budoucího výstřižku). Zásady při konstrukci nástřihového plánu kruhový obrys výstřižků není vhodný, seskupení výstřižků (varianta s můstkem a varianta bez můstku), zvýšení využití materiálu lze docílit stříháním různých součástí na jeden zdvih, větší série více střižníků stejného tvaru (stejné výstřižky na jeden zdvih). Hospodárnost Pro vyhodnocení poměru plochy výstřižků k ploše polotvaru lze vyjádřit jako součinitel využití materiálu. Hospodárnost nástřihového plánu by měla být vyšší s rostoucí sériovostí výroby. η = S v S p 100 (%) (3.10) 21

23 4 NÁSTROJE PRO OHYB Technologickým procesem je vyvození napětí na materiál, při kterém dochází k trvalé plastické deformaci bez podstatné změny průřezu (Obr. 12). [11] 4.1 Ohýbací proces Ohýbání je trvalé přetváření materiálu působením ohybového momentu od ohybové síly, při které se mění křivost součásti z plechů, tyčí a drátů. [1] Při procesu ohýbání dochází v místě ohybu (vnitřní rádius) k smršťování vláken tlakovým napětí. Naopak na (vnějším) dochází k natahování vláken tahovým napětím (Obr. 12). Mezi těmito vrstvami, jež jsou namáhány je neutrální vrstva. Tato vrstva není nijak deformovaná, její pozice se při ohybu přemisťuje k vnitřní straně. Není tedy totožná s těžištěm. [11] Proces ohýbání materiálu a jeho následná deformace může být učiněna jako ohyb, rovnání nebo další specifická operace podle (Tab. 5). V místě ohybu nedochází k výrazné změně průřezu. Výlisky, jež jsou složitější, se ohýbají postupně. [3] Ohyb je proveden za studena a materiály o vyšší tvrdosti a křehkosti se ohýbají za tepla. [2] Obr. 12 Princip ohýbání s průběhem na vnější a vnitřní straně materiálu [11] 22

24 Tab. 5 Rozdělení ohýbání [2] Rozdělení ohýbání Nástroj Prosté ohýbání Ohýbadlo Ohraňování Ohraňovadlo Rovnání Rovnadlo Zakružování Zakružovadlo Lemování Lemovadlo Obrubování Obrubovadlo Osazování Osazovadlo Drápkování Drápkovadlo Zkrucování Zkrucovadlo 23

25 Přesnost při ohybu Faktory ovlivňující kvalitu ohybu tvar a rozměr ohýbaného výlisku, stejnorodost mechanických vlastností, tloušťka ohýbaného materiálu, počet ohybů, typ ohýbacího nástroje, uložení a nastavení nástroje, kalibrace. Jakost povrchu výlisku závisí jakost ohýbaného materiálu, geometrické ohýbací čelisti, velikost vůle, způsob mazání, drsnost funkčních částí nástroje. [11] Vůle nástroje Vůle mezi činnými částmi ohýbacího nástroje (ohybníkem a ohybnicí) představuje vzdálenost. Určení vůle V ohybu Mezera mezi pevnou a pohybovou částí nástroje odpovídá přibližně tloušťce ohýbaného materiálu seřízení lisovacího nástroje. [11] Určení vůle U ohybu Ohnutí stěn součásti probíhá rovnoběžně se směrem pohybu pohyblivé čelisti. V případě malé výšky stěny se vůle volí jako minimální hodnota tloušťky ohýbaného materiálu, aby vůle zaručovala dobrou jakost výlisku. Při větší výšce stěny je možné volit sklon pohyblivé části o úhel 1 3 (snížení tlaků, sevření ) nebo se provede úprava s rovnoběžnými stěnami, kdy velikost vůle se volí v závislosti na tloušťce ohýbaného materiálu větší než tloušťka ohýbaného materiálu. [11] Odpružení Pružnost materiálu, úhel ohnutí velikost, konstrukce ohýbaného nástroje a poměr poloměru ohybu k tloušťce materiálu ovlivňují velikost pružení (Obr. 13). [3] 24

26 Napětí vzniklé při odlehčení tvářecího nástroje lze klasifikovat jako nežádoucí jev. Vzniklá úhlová odchylka se proto musí omezit nebo eliminovat. Odpružení vzniká elastickou deformací a proto materiál se snaží vrátit do původního tvaru. [11] Obr. 13 Sanchův diagram pro určení velikosti odpružení [9] Velikost úhlu odpružení je závislá vlastnostech materiálu, tloušťce materiálu, poloměru ohybu, způsobu ohýbání. S rostoucí tloušťkou materiálu a zmenšujícím se poloměrem ohybu se odpružení zmenšuje. Poměr r / s se používá ke stanovení velikosti odpružení. Obvykle pro běžné materiály bývá odpružení v rozsahu 3 až 15. [11] 25

27 Obr. 14 Odpružení materiálu [21] Postup při eliminaci či korigování odpružení: [11] Větší úhel empirický výpočet, tabulky, zkušenosti. Kalibraci lisovací síla na konci procesu se zvětší (místní plastická deformace v ohybu), hodnota odpružení se snižuje nebo vymizí. Prolis vytvoření prolisu na výlisku způsobí téměř odstranění. Eliminace odpružení: Podbroušení pohyblivé čelisti zaoblení dolní strany a přidržovače poloměrem R Zpevnění materiálem v rozích rázem Vylisování žebra vyztužení žebrem v místě ohybu Postupné ohýbání s odlehčením pevné čelisti o tloušťku materiálu Zpevnění materiálem deformační poloměr v pevných čelistech [11] 26

28 4.2 Vkládání materiálu Orientace vkládaného materiálu do ohýbacího nástroje má velký vliv na kvalitu výsledného výrobku. Směr vláken musí být kolmý na osu ohybu. Správným vložením docílíme ohybu bez trhlinek (Obr. 15). Při nedodržení této zásady může dojít ke vzniku trhlinek znázorněné na (Obr. 16). Dalšími faktory můžou být vady ve struktuře materiálu. Obr. 15 Správný ohyb bez trhlin [20] Obr. 16 Trhliny vzniklé při ohybu [20] 4.3 Výpočet ohybu Počáteční délka materiálu Neutrální osa se posunuje v závislosti na ohybu. Je-li úhel ostřejší tím se přesouvá blíže k ose ohybu. [2] Poloměr ohybu neutrální osy: ρ = r + s 2 x [m] (4.1) Součinitel posunutí neutrální vrstvy: x = (0, r s )0, [-] (4.2) Délka oblouku neutrální osy: l = α π 180 ρ [m] (4.3) 27

29 Obr. 17 Délka ohybu [20] Celková délka podle (Obr. 17): L p = l 1 + l 2 + l 0 [m] (4.4) 4.4 Ohýbací síla Síla potřebná k ohnutí: F O = b s2 Re tg α 2 ρ 2 [N] (4.5) 28

30 5 TAŽNÝ NÁSTROJ Obr. 18 Tažný nástroj pro ŠKODA KODIAK [26] Tažné nástroje slouží především v automobilovém průmyslu mezi klíčové technologie (Obr. 18). Při vytváření pevné konstrukce vozu se nově vychází z tzv. materiálového mixu (Obr. 20) tvořící různorodé materiály, tím se docílí snížení hmotnosti a zvýší se pasivní bezpečnost. Vytváří se především díly jako jsou A, B a C sloupky, blatníky, nárazníky atd. Dále mají tažné nástroje uplatnění při výrobě tlakových nádob. Ke stanovení tvaru a návrhu konstrukce tažného nástroje je důležité znát geometrii a funkci výtažku, na čemž dále závisí technologické parametry tažení. Znalost materiálových vlastností jé více než nutná. [1] Obr. 19 Využití simulace tažení [26] 29

31 5.1 Výtažek Výsledný produkt, který byl vytvořen vtažením plechu tažníkem do tažnice. Výtažek má výhodu v tuhosti, nízké hmotností, kvalitou povrchu a nízkými výrobními náklady (velkosériová výroba). Výtažek může být rotační, hranatý, hluboký nebo mělký. Vzhledem k velkosériové výrobě a odladění nástroje by bylo z ekonomického a časového hlediska nedostačující a proto se využívají nové metody simulace (Obr. 19). 5.2 Tažení Obr. 20 Materiálový mix u vozu Audi A8 L [27] Technologický proces tváření, při kterém se z rovinného přístřihu plechu v jedné nebo více operací zhotoví výtažek. Při procesu nedochází k výraznému zeslabení tloušťky stěny. V materiálu se vyvolává tečné napětí, které můžou na bočních stěnách výtažku způsobit zvlnění a přehyby. 30

32 Změna mechanických vlastnosti výtažku zvětší se jeho pevnost, zvýší se mez pružnosti, zvětší se tvrdost materiálu, sníží se tažnost materiálu, Jakosti výtažku závisí použitý materiál, konstrukce tažného nástroje, správný tlak přidržovače, volba vhodného lisu a správné mazání tvářeného materiálu. Tažná mezera Patří k nejvýznamnějším geometrickým parametrům, neboť je podmínkou pro optimální vytvoření protivlny v oblasti mezi tažníkem a přidržovačem. [5] Je-li tažná mezera velká, způsobuje zvlnění. Je zvolena větší, než je tloušťka plechu a jen při kalibraci je stejná. Je-li menší, může dojít k odtržení dna. Tažnou mezeru lze vyhledat v normě ČSN Tažná mezera je zohledňována s dalšími technologickými postupy, aby nedošlo k nežádoucím jevům (Obr. 21). 5.3 Základní operace Obr. 21 Technologické způsoby tažení: A, B tažení bez přidržovače, 1. a 2. tah, C, D tažení s přidržovačem, 1. a 2. [7] 31

33 6 KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ LISOVACÍCH NÁSTROJŮ Postup při konstruování tvářecího nástroje vychází ze vstupních dat získané od zákazníka. Následně se zvolí technologický postup výroby dílu. V úvahu se bere sériovost výroby, přesnost, velikost výlisku, způsob podávání, odstranění výlisku a odpadu. Provedením výpočtů dílů se určí velikost a typ stroje. Obr. 22 Složení prostřihovadla s vodící deskou [1] 6.1 Rozdělení podle konstrukčního hlediska podle charakteru výstřižků a velikosti série, rozsah použití, počet výtvarku stejného typu zhotovené jedním zdvihem, sestavení, vedení, omezování posuvu materiálu. Podle charakteru výstřižků, velikost série Jednoduché nástroje provádí jednu operaci na jednom výstřižku Vícenásobný nástroj na jeden zdvih se provede více stejných výstřižků Postupový nástroj provede několik operací na více zdvihů, materiál projde všemi pracovními místy, až po poslední krok, kde dojde k finálnímu výstřižku Sloučený nástroj na jeden zdvih vznikne více výrobků odlišného tvaru Sdružené nástroje na jeden zdvih se provede na výstřižku více operací [14] 32

34 Podle rozsahu použití Speciální nástroje zhotovují určitý výtvarek Univerzální nástroje zhotovují různé výtvarek Přestavitelný nástroj univerzální nástroj umožňující přemístění funkčních části dle potřeby měnit) tažník, tažnice, střižník, střižnice, dorazy, lišty a další) [4] Podle počtu výtvarku stejného typu zhotovené jedním zdvihem vrchní části nástroje Jednořadý nástroj jeden soubor činných částí Víceřadá nástroj několik činných částí stejného typu rozmístěných kolmo ke směru podávání [4] Podle sestavení Nástroj s vyměnitelným činnými součástmi předpoklad výměny lisovníku nebo lisovnice Nástroj s vyměnitelnou střižnou skříní hlavicí předpoklad výměny činných částí Stavebnicový nástroj sestavení z univerzálních součástí [4] Podle vedení Nástroje s vedením: zajištění vzájemné polohy horní a dolní části nástroje (vodící deska, vodící stojánky atp.), provozně spolehlivé, vyšší přesnost, vysoká trvanlivost, dražší a výrobně složitější. [4] Podle omezování posuvu materiálu Nástroje jsou vybaveny některými prvky: s pevným dorazem, se stavitelným dorazem, hledáčky, postranními noži. [4] 33

35 Podle provozního hlediska Způsob podávání a zakládání materiálu s ručním podávání nebo mechanizovaným Způsob odebírání výlisku s propadem výlisku, s ručním odebírání, s mechanizovaným odebíráním Odstranění odpadu ruční odebírání odpadu, navíjení odpadu, použití vyhazovačů [4] 6.2 Požadavky na konstrukci lisovacího nástroje vyrobitelnost nástroje, montáž a vyměnitelnost dílů, životnost a trvanlivost nástroje, cena nástroje, dodrženy požadavky bezpečnosti práce (dle ČSN ), výroba produktů musí být v souladu s jejich technickou dokumentací, nástroje jejichž hmotnost je větší než 1000 kg musí konstrukce stěračů a přidržovačů umožnit přiostření střižných hran bez sejmutí nástroje z lisu, je-li tlak mezi opěrnou plochou lisovníku (lisovnice) a upínací (základovou) deskou větší než 200 MPa, vložení mezi ně kalenou opěrnou desku (opatření proti vtlačování lisovníku, lisovnice do upínací, základové desky) vyměnitelnost činných částí z nástroje u větších nástrojů cca 1000 kg, nástroje s činnými součástmi se slinutých karbidů musí být opatřeny kuličkovými válečkovými nebo jinými vhodnými vodícími elementy. [4] 6.3 Upínání tvářecích nástrojů Upnutí nástroje je určeno zpravidla normou, která zahrnuje použití normalizovaných upínacích elementů (ČSN , ČSN atp.). Nástroj musí být spolehlivě upnut proti samovolnému uvolnění odpovídajícím upínacím nářadí (upínkami). Upínací plocha stolu nebo beranu se s nástrojem dotýká celou plochou základové nebo upínací desky. Upínací plocha stolu musí mít drážku. Musí se brát zřetel na propadový prostor. Upínací plochy beranu jsou opatřeny drážkami a otvory.[4] 34

36 6.4 Prvky tvářecích nástrojů Základní složení tvářecího nástroje lze vidět na (Obr.22) STŘIŽNÍKY Tvar střižníku vychází z tvaru dat získaných od zákazníka. Provedením konstrukčních úprav například zaoblení hrany z důvodu kvality střihu viz kapitola (3.3.2). Technologické použití odstřihování a přestřihávání, vystřihování a prostřihování, odstřihování. Ukotvení střižníku do kotevní desky dle charakteru vyrobeného dílu nebo je provedeno konstrukčně přímo ve smýkadle. Upnutí střižníku je v kolmé poloze. Příklady upínání jsou níže na (Obr. 23). Obr. 23 Způsoby kotvení střižníků [4] 35

37 Drsnost střižné plochy jsou 6,3 až 1,6 Ra. [3] Materiál pro střižníky je zvolen z nástrojové oceli, který vyžaduje dobré tepelné zpracování. Použité nástrojové oceli ČSN (ČSN EN) nebo také rychlořezné oceli. [5]. Rozměry střižníku se určují podle druhu výstřižků, závislosti na střižnici nebo naopak je-li to požadováno. Rozměry lze určit různými variantami jako jsou tabulky, vzorce nebo také zkušenosti viz (příloha1,2 a 3). Střižníky mohou být normalizované. KONTROLNÍ VÝPOČTY PRO STŘIŽNÍKY Navržené díly musejí zpravidla projít kontrolními výpočty, aby se předešlo nehodě. Kritická délka střižníku vedený ve vodící desce l k = 4 π2 E J k b π o s τ s [m] (6.1) Koeficient bezpečnosti se volí 1,5 2 Poměr nejmenšího průřezu střižníku k délce jeho volné části má být 1:5 až 1:8. [3] Kontrola střižníku na otlačení σ = F v1 S st [MPa] (6.2) σ dov σ vyhovuje STŘIŽNICE Tvar a velikost nástroje závisí na rozměru výlisku. Mající různé tvary např. obdélníkové, čtvercové, kruhové atd. [3] Střižnice mohou být z jednoho kusu (kalená, nekalená) nebo skládaná (zalisování do měkčí základové desky). [4] 36

38 Střižná hrana je nejvíc namáhaná oblast. Typy střižných hran jsou příloze 4. kuželová plocha (součásti střední přesnosti, úhel od 10 až 1 pro tloušťku 0,1 až 6 mm), kuželová s válcovou plochou (tvarově složité součásti, šířka fazetky je od 3 do 15 mm pro tloušťku 0,5 až 10 mm, úhel 3 až 5 ), střižnou hranu lze navařovat odolnějšími materiály proti opotřebení, lze použít i zalisováním vložky ze slinutých karbidů (přesah H7 / n6, zajištění překrytím lištou) + pojistit proti pootočení. [4] Materiál pro střižnice je používán obvykle ČSN (ČSN EN). Rozměr střižnice se určuje podle výlisku dále podle tabulek, vzorců a grafů znázorněné (příloze 1,2 a 3). Výška střižnice by neměla být menší než 15 mm. Dále se určuje dle největší šířky střižného otvoru b. b >50 mm H = (0,35 až 050) b b >200 mm H = (0,18 až 0,30) b b <200 mm H = (0,12 až 0,18) b Stříhaný materiál menší než 0,8 mm lze výšku střižnice H zmenšit o 15 až 20 %. U materiál nad 3 mm se výška zvedne o totožnou hodnotu. Střižný otvor by neměl být vzdálený od okraje 30 mm. [3] Upevnění je provedeno přímo na základovou desku pomocí šroubů a kolíky. ZÁKLADNÍ DESKA Funkcí je tlumit tvrdší rázy vyvolané lisovacím strojem a tím zamezit k prasknutí střižnic. V případě nerovnosti stolu lisu může i vyrovnávat. [3] Rozměry jsou větší než střižná deska. Pro upnutí upínkami alespoň jednostranně o 25 mm. Tloušťka se pohybuje v rozmezí 25 až 60 mm, lze dohledat v normách. Určení délky se liší podle střižnice. [4] 37

39 Materiál se nejvíce používá ČSN (ČSN EN), ČSN (ČSN EN), ČSN (ČSN EN) v případě větších nástrojů lze použít litinu ČSN (ČSN EN) Důležité konstrukční prvky musí obsahovat základová deska jako jsou propady pro odpad stříhaného materiálu a skluzy pro odvod finálního produktu. OPĚRNÁ DESKA [4] Funkce zachycení axiálních sil působící během procesu. Chrání upínací desku o menší pevnosti proti vtlačení činných nástrojů. Rozkládá působení tvárných sil z opěrných ploch funkčních částí na plochu, kde je riziko vtlačení menší. Materiál je většinou zušlechtěná ocel 58±2 HRC. Jedná se o materiál ČSN (ČSN EN) a ČSN (ČSN EN). Po zušlechtění se provede brus po obou stranách. Umístění je mezi kotevní a upínací deskou. KOTEVNÍ DESKA [4] Funkcí kotevní desky je upevnění střižníků, tažníků a ohybníku. Nejsou na ni kladeny velké nároky z hlediska pevnosti = nepřenáší sílu. Rozměry jsou podobné jako má upínací deska. Tloušťka je v rozmezí 10 až 32 mm. Materiál pro kotevní desku je převážně z ČSN (ČSN EN), uhlíková ocel se dále tepelně zpracovává. Otvory jsou kolmé a rozmístěné jako u vodící desky. Kolmost je určena z důvodu ohýbání střižníků. Uchycení je pomocí šroubových spojů. V případě velkých tlaků se dává jako podložka opěrná deska, která je zakalená. 38

40 UPÍNACÍ DESKA [4] Funkcí upínací desky je upnutí funkčních částí včetně kalené opěrné desky. Může být spojena vodícími sloupky nebo upnuta pouze v beranu lisu. Materiál konstrukční ocele ČSN (ČSN EN), ČSN (ČSN EN), ČSN (ČSN EN), odlitek z šedé litiny. Rozměry tloušťka od 23 mm až 50 mm. Upínání desky je provedeno: výstředníkové lisy v místech těžiště působících sil opatřeno stopkou, ostatní typy lisů upnutí na beranu pomocí upínek (deska je bez stopky). VODÍCÍ LIŠTY Materiál se pohybuje v nástroji ručně pomocí obsluhy nebo automaticky. Vedení pomocí lišt může být pomocí jedné nebo dvou vodících lišt. Z níž obě mohou být pevné nebo jedna z nich odpružená. Přitlačení může být zajištěno dvěma až třemi palci s pružinami nebo pružícími rámečky. [3] VODÍCÍ DESKY Funkce vodící desky je zabezpečit vedení střižníků do střižnice. Zabraňují působením bočních sil střižníků při střihu. Zvyšuje se trvanlivost, přesnost a usnadňuje seřízení lisu. Přesné slícování střižníku a děr ve vodící desce je výrobně náročné. Vodící deska poslouží i jako stírač odpadu. [3] Materiál konstrukční ocel ČSN (ČSN EN). Rozměry tloušťka se pohybuje 18 až 32 mm. 39

41 Vodicí desky s kovovými vodícími plochami jednoduchá konstrukce, vyrobeny z jednoho kusu, otvory pro vedení střižníku, lze vytvořit zásobník maziva pro kluzné plochy na horní ploše vodící desky, materiál ČSN (ČSN EN). [4] Vodící desky s vylévanými vodícími plochami [4] nástroje pro tenké plechy s malým zatížením bočních sil, složitý tvar vedené části střižníku, zalévací látky nízko tavitelné slitiny na bázi Pb, Sn, Bi atd. [4] VODÍCÍ SLOUPKY Uložení se nachází ve vytvořeném pouzdru v hlavici. Výhodami vodících sloupků jsou větší zdvih horní části, snažší montáž lisu, valivé vedení sloupků je přesnější, lehčí chod a snadná údržba nástroje, normalizované sloupky. [3] STOPKA / UPÍNACÍ ČEP Spojuje nástroj s beranem lisu. Stopky jsou normalizované a jsou spojeny s hlavicí závitem, nákružky apod. [3] HLEDÁČKY Využití mají u postupových nástrojů a také především tam, kde se upravuje poloha pásu. Otvor pro hledáček je vytvořen děrovacím střižníkem v předchozím kroku. V případě tenčích materiálů, kde nejsou pro hledáčky otvory, se umisťují hledáčky mimo pás. Kuželovitá zkosená část náběhu vede hledáček do otvoru. Hledáčky jsou od průměru 1,75mm a jsou normalizovány. [3] 40

42 DORAZY Posuv materiálu řídí dorazy krokem, jedná se o rozteč materiálu. Během zdvihu beranu se materiál posune. V místě odpadu se materiál opře o doraz a ten zapadne do otvoru výstřižku. Dorazy mohou být umístěny ve střižnici nebo ve vodící desce. [3] PŘIDRŽOVAČ Jeho úkolem je zabránit klouzání materiálu, deformaci a zvednutí při konání operace. Upevněn může být v pohyblivé čelisti, čelo je hladce obrobeno a je ovládán pružinou nebo vzduchem. Je zpracován z materiálu ČSN (ČSN EN), ČSN (ČSN EN). [3] VYHAZOVAČ Čep neboli vyhazovač se ovládá mechanickou pružinou a slouží k nadzvednutí materiálu. Nesmí dojít k poškození součásti, pak lze spíše použít lišty. [3] PRUŽÍCÍ ELEMENTY Zajišťuje vysokou spolehlivost a seřiditelnost nástroje při úpravách střižníku. Funkcí pružících elementů jsou zvedání, přitlačování a uvádění aktivních členů nástroje. Používají se především šroubové pružiny nebo pružiny pryžové. Při výběru velikosti se dbá na jejich pracovní zařazení. [4] OHÝBADLO Poloměr zaoblení ohybníku je dán tvarem ohýbané součásti a je nutné jeho minimální hodnotu respektovat v poměru k tloušťce. Ohýbadla lze konstruovat v různých variantách s přidržovači. [3] OHYBNÍK Ohýbadla, ohraňovadla nebo rovnadla jsou určené pro ohyb do tvaru U a V. PŘENÁŠECÍ OKA A ČEPY [4] Slouží k manipulaci celého nástroje nebo jeho horní či spodní části. Jejich nosnost může dosahovat až kg. 41

43 7 EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST Hlavní částí této diplomové práce je samotný návrh konstrukce lisovacího postupového sdruženého nástroje pro daný díl (Obr. 25). Jako výchozí díl byl zvolen držák ze slitiny hliníku do motorového prostoru. Podle vstupních dat se vytvoří nástřihový plán a určí se pozice pracovních částí nástroje. Rozmístěním střižníků a ohybníků se určí jednotlivé operační kroky. Rozměry výstřižku jsou zvoleny náhodně a jsou řízeny všeobecnými tolerancemi ISO mk. Krok nástroje je 53,5 mm viz. (Obr. 26). Obr. 24 Sdružený nástroj-vytvořený model /autor/ VÝPOČTOVÁ ČÁST FUNKČNÍCH DÍLŮ: Vzhledem k velkým pracovním silám určených pro tvářecí procesy je důležité provést kontrolní výpočty. Podle vypočtených hodnot lze poté určit díly pro nástroj a vhodný lisovací stroj. Výpočtová část je rozdělena a určena jen pro funkční díly. Hlavními výpočty budou především rozměry střižnic, střižníků, kritické délky střižníku dále střižná, ohýbací a celková tvářecí síla. 42

44 7.1 Výstřižek Jako díl byl zvolen držák o rozměr 50 x 100 x 11 mm o tloušťce materiálu 1 mm (Obr. 25) Hlavní vybočení ve středové části výstřižku je pod Obr. 25 Výstřižek /autor/ úhlem 50. Zbylé ohyby lemů jsou pod úhlem 90. Automobilový komponent je umístěný v motorovém prostoru a musí odolávat korozivzdornému prostředí. Výstřižek byl vytvořen v programu SolidWorks. Tento model je důležitý pro následnou konstrukci postupového sdruženého nástroje. Na jednotlivé prvky nejsou kladeny vysoké nároky, především pro ohyby lemů. SLITINA HLINÍKU AlMg1SiCu Tab. 6 Vlastnosti slitiny hliníku AlMg1SiCu [31] Rm (Mpa) Materiál Stav Rp 0,2 Mpa Min. Max. EN AW T6 / Uměle 290 Neuvádí se T651 vystárnutý Vyrobené plechy a pásy jsou vyráběny za studena válcováním. Je důležité dbát na směr vkládání materiálu do tvářecího nástroje. Směr válcování a orientace vlásečnic v materiálu musí být kolmý na osu ohybu, jinak může dojít k praskání materiálu mezi vlákny. 7.2 Nástřihový plán Vzhledem k velkému počtu výrobků bylo zvoleno dvouřadé uspořádání. Díky rovnoběžnosti stran výstřižku lze hospodárně zvolit natočení dvěma směry. První směr natočení je vyobrazen na (Obr. 26). Druhá varianta je podobná s tím rozdílem, že natočení výstřižků je o 90. Zvolena byla první varianta, vzhledem ke konstrukci nástroje 43

45 a přijatelnějšímu odpadávání materiálu. V případě rozstřihu v posledním kroku budou výstřižky odpadávat do nakloněné roviny a nasměrovány do přistavené krabice. Vytvořením technologických můstků může projít materiál všemi kroky. Ty budou postupně oddělovány. K úplnému oddělení můstku ve střední části dojde v posledním kroku vznikem dvou výstřižků. Obsah a celkový rozvin výstřižků byl zjištěn pomocí programu SolidWorks. V rozvinutém stavu bez stříhání činí 0,025 m 2. Hotový výstřižky v rozvinutém stavu mají celkově 0,017 m 2. Použitím rovnice (3.8) se získá hospodárnost materiálu. η = 0,017 0, = 68 % (7.1) Obr. 26 Vytvořený nástřihový plán /autor/ 44

46 7.3 Kontrolní výpočty Výpočty byly provedeny u všech střižníků. Jako příklad bude uveden pouze nejužší střižník o průměru 10 mm. Materiál normalizovaného střižníku ČSN (ČSN EN), má modul pružnosti MPa. Výpočet kritické délky: Délka nesmí přesáhnout vypočtenou hodnotu. Model střižníku má délku 0,090 m a splňuje podmínku. l k = 4 3, ,6 1,5 3,14 31,4 1 (0,77 340) = 0, 332 m (7.2) Kontrola střižníku na otlačení: Vypočtená hodnota nesmí přesáhnout dovolené napětí v tlaku podle vzorce (6.2). Pevnost v tlaku upínací desky je 140MPa. σ ø10 = Fsø10 S stø10 = 6576,4 78,5 = 83,7 MPa (7.3) 140Mpa 83,7Mpa vyhovuje I přes vyhovující podmínku proti vtlačování střižníků byla přidána kalená deska mezi kotevní a upínací desku. 7.4 Výpočet střižných a ohybových sil PRVNÍ KROK Výpočet střižné síly daný pro první krok. Vytvoření děr o průměru 10 a 16 mm. Díry o průměru 10 mm jsou vytvořeny i pro hledáčky, které vystřeďují postupující materiál. F ø10 = 1 (1 0,6) (2 31,4) 0, = 6576,4 N (7.4) 45

47 F ø16 = 1 (1 0,6) (2 50,24) 0, = 10522,3 N (7.5) F 1 = F ø10 + F ø16 = 6 576, ,3 = , 7 N (7.6) Výpočet střižné síly vychází z rovnice (3.4). Výsledek F1 je součet střižných sil pro všechny střižníky v prvním kroku. (Tento postup bude praktikován i v následujících krocích). DRUHÝ KROK Odstřižením okrajové části a zarovnávání otřepů, děrování čtvercového otvoru 10 x 10 mm ve středové části. Čtyři díry ve tvaru U tzv. lemů, které budou následně v kroku šest ohnuty do úhlu 90. F os = 1 (1 0,6) (2 161,99) 0, = ,2 N (7.7) F 10x10 = 1 (1 0,6) 40 0, = 4 188,8 N (7.8) F u = 1 (1 0,6) (4 55,89) 0, = ,2 N (7.9) F 2 = F os + F 10x10 + F u = , ,8 + (7.10) ,2 = , 2 N TŘETÍ KROK Prostřihování bočních stran obdélníkového tvaru otvoru 3,5 x 86,63 mm je potřeba i vzhledem k následnému kroku ohýbání. Po prostřižení lze vytvořit hlavní ohyb. Další proces je děrování čtvercového otvoru 10 x 10 mm ve středové části. F 3,5 x 86,63 = 1 (1 0,6) (2 181,34) 0, = ,8 N (7.11) F 10x10 = 1 (1 0,6) (2 40) 0, = 4 188,8 N (7.12) F 3 = F 3,5 x 86,63 + F 10x10 = , ,8 = , 6 N (7.13) ČTVRTÝ KROK Čtvrtý krok je volný z konstrukčního a technologického hlediska. 46

48 PÁTÝ A ŠESTÝ KROK Hlavní ohyb pro vybočení má dva ohyby svírající úhel 50. Vytvořen je pomocí ohýbadla, který má funkci přidržovací ve středové části. Následujících šest ohybů je provedeno v úhlu 90. Jedná se o stejný typ ohybníků. Ohyby jsou vypočítány dle vzorce (3.5). F ho = F x = F y = tg 50 2 tg tg 90 2 = 1068,62 N (7.14) = 2291,6 N (7.15) = 1375 N (7.16) F 5,6 = (2 (F ho + F x )) + (6 F y ) = , 4 N (7.17) Při ohýbání slitiny hliníku je menší riziko odpružení materiálu díky jeho tvárnosti. Ohýbací díly byly proto vytvořeny na míru. Po zkušebním ohybu se vzorek přeměří na 3D měřícím zařízení. Podle naměřených dat se aplikují patřičné úpravy, aby mohly splňovat požadavky výrobku, například podbroušení ohýbacích dílů viz. kapitola (4.1.3). SEDMÝ KROK Aby došlo k osamostatnění finálních výrobků je třeba je oddělit od technologických můstků. Tento krok je opatřen střižníkem ve tvaru H. Jeho velikost je zvětšena, aby došlo k odstřižení otřepů z předešlých operací. F 7 = 1 (1 0,6) , = ,5 N (7.18) CELKOVÁ TVÁŘECÍ SÍLA Fc = F1 + F2 + F3 + F5,6 + F7 + Fs [N] (7.19) Fc =17 098, , , , , , 8 = ,8 N (7.20) Stírací síla F s = F c f [N] (7.21) F s = ,4 0,17 = ,8 N (7.22) 47

49 STŘIŽNÁ PRÁCE A s = Fs s λ 1000 [J] (7.23) A s = ,4 1 0, = 101, 4 kj (7.24) 7.5 Výpočet střižné mezery a vůle Velikost střižné vůle má velký vliv na funkci nástroje a kvalitě střižných ploch výstřižku. Důležité je zvolit střižnou vůli tak, aby došlo k protnutí střižných trhlinek (Obr. 9). Ne vždy vypočítaná hodnota je správná ve výsledné praxi. Proto se mohou po zkušebním provozu podle potřeb upravit. Většinou volba střižné vůli je dána zkušenostmi konstruktéra i celého podniku. Určení střižné mezery podle rovnice (3.2) z = 0, ,1 340 = 0, 0006 m (7.25) Střižná vůle se dopočítá z rovnice (3.1.), která se upraví. v = 2 z = 2 0,0006 = 0, 0012m (7.26) 7.6 Výpočet rozměrů střižníků a střižnic Funkčnost a přesnost střihu se docílí zvolením vhodných rozměrů pracovních ploch střižnic a střižníků. Volba je dána podle druhu stříhání tedy děrování nebo vystřihování. Rozměry výstřižku jsou dány střední třídou přesnosti podle všeobecné tolerance. Následující výpočty byly provedeny v Excelu pro všechny střižníky podle vzorců a tabulek (příloha 1,2 a 3). Dále budou uvedeny pouze vypočtené tabulky. Rozměr střižníku ø 10 mm: RAD = (JR + 0,5 P) TA [mm] (7.27) RAD = (10 + 0,5 0,17) 0,04 = 10, 085 0,04 [mm] (7.28) 48

50 Rozměr střižnice ø 10 mm: RED = (JR + 0,5 P + v) + TE [mm] (7.29) RED = (10 + 0,5 0,17 + 0,07) + 0,063 = 10, ,063 [mm] (7.30) Rozměr střižníku U rozměr 2 mm: RAD = (JR + 0,5 P) TA [mm] (7.31) RAD = (2 + 0,5 0,17) 0,0025 = 2, 085 0,025 [mm] (7.32) Rozměr střižnice U rozměr 2 mm: RED = (JR + 0,5 P + v) + TE [mm] (7.33) RED = (2 + 0,5 0,17 + 0,07) + 0,036 = 2, ,0036 [mm] (7.34) Rozměr střižníku U rozměr 6 mm: RAD = (JR + 0,5 P) TA [mm] (7.35) RAD = (6 + 0,5 0,17) 0,04 = 6, 085 0,04 [mm] (7.36) Rozměr střižnice U rozměr 6 mm: RED = (JR + 0,5 P + v) + TE [mm] (7.37) RED = (10 + 0,5 0,17 + 0,07) + 0,063 = 6, ,063 [mm] (7.38) Rozměr střižníku U rozměr 10 mm: RAD = (JR 0,5 P) + TA [mm] (7.39) RAD = (10 0,5 0,17) 0,04 = 9, ,04 [mm] (7.40) Rozměr střižnice U rozměr 10 mm: RED = (JR 0,5 P + v + TE ) TE [mm] (7.41) RED = (10 0,5 0,17 + 0,07 + 0,063) + 0,063 = 9,915 0,063 [mm] (7.42) 49

51 50 Tab. 7 Vypočtené hodnoty střižníků a střižnic ø10 a ø16 Funkce Zkratka Děrování Jmenovitý rozměr JR [mm] ø10 ø16 Všeobecná tolerance - 0,2 0,2 Orientace odchylek - ± ± Směr opotřebení rozměru - zmenšení zmenšení Přípustná míra opotřebení P [mm] 0,17 0,17 Střižná vůle v [mm] 0,12 0,12 Výrobní tolerance střižníku TA [mm] 0,04 0,04 Výrobní tolerance střižnice TE [mm] 0,063 0,063 Rozměr střižníku RAD [mm] 10,085 Rozměr střižnice RED [mm] 10,155-0,04 +0,063 16,085-0,04 16,155 +0,063

52 51 Tab. 8 Vypočtené hodnoty střižníků a střižnic odstřihování Funkce Zkratka Odstřihování Jmenovitý rozměr JR [mm] 7, ,5 63,5 Všeobecná tolerance - 0,2 0,2 0,2 0,3 Orientace odchylek - ± ± ± ± Směr opotřebení rozměru - nemění se zvětšení zmenšení zvětšení Přípustná míra opotřebení P [mm] 0,17 0,17 0,17 0,25 Střižná vůle v [mm] 0,12 0,12 0,12 0,12 Výrobní tolerance střižníku TA [mm] 0,04 0,04 0,04 0,062 Výrobní tolerance střižnice TE [mm] 0,063 0,063 0,063 0,1 Rozměr střižníku RAD [mm] 7,790 ±0,04 9,835 +0,04 43,655-0,04 63,375 Rozměr střižnice RED [mm] 7,790 ±0,063 9,915-0,063 43,585-0,063 63,317-0,1 +0,062

53 52 Tab. 9 Vypočtené hodnoty tvaru "U" a 10x10 mm Funkce Zkratka Děrování Jmenovitý rozměr JR [mm] Všeobecná tolerance - 0,1 0,2 0,2 Orientace odchylek - ± ± ± Směr opotřebení rozměru - zmenšení zvětšení zvětšení Přípustná míra opotřebení P [mm] 0,17 0,17 0,17 Střižná vůle v [mm] 0,12 0,12 0,12 Výrobní tolerance střižníku TA [mm] 0,025 0,04 0,04 Výrobní tolerance střižnice TE [mm] 0,036 0,063 0,063 Rozměr střižníku RAD [mm] 1,915 +0,025 5,915 +0,04 9,835 +0,04 Rozměr střižnice RED [mm] 1,820-0,036 5,835-0,063 9,915-0,063 JR [mm] 10x10-0,2 - ± - zmenšení P [mm] 0,17 v [mm] 0,12 TA [mm] 0,04 TE [mm] 0,063 RAD [mm] 10,085-0,04 RED [mm] 10,155 +0,063

54 53 Tab. 10 Vypočtené hodnoty střižníků a střižnic pro prostřihování 4.Krok Funkce Zkratka Vystřihování Jmenovitý rozměr JR [mm] 3,5 87,5 Všeobecná tolerance - 0,1 0,3 Orientace odchylek - ± ± Směr opotřebení rozměru - zvětšení zvětšení Přípustná míra opotřebení P [mm] 0,1 0,25 Střižná vůle v [mm] 0,12 0,12 Výrobní tolerance střižníku TA [mm] 0,025 0,062 Výrobní tolerance střižnice TE [mm] 0,036 0,1 Rozměr střižníku RAD [mm] 3,355-0,025 87,317-0,04 Rozměr střižnice RED [mm] 3,450 +0,036 87,375 +0,063

55 Tab. 11 Vypočtené hodnoty střižníků a střižnic rozstřih Funkce Zkratka Vystřihování Jmenovitý rozměr JR [mm] 20 2,5 15 Všeobecná tolerance - 0,2 0,1 0,2 Orientace odchylek - ± ± ± Směr opotřebení rozměru - zmenšení zmenšení nemění se Přípustná míra opotřebení P [mm] 0,17 0,17 0,17 Střižná vůle v [mm] 0,12 0,12 0,12 Výrobní tolerance střižníku TA [mm] 0,04 0,025 0,04 Výrobní tolerance střižnice TE [mm] 0,063 0,036 0,063 Rozměr střižníku RAD [mm] 20,085-0,04 2,585-0,025 15,000 ±0,04 Rozměr střižnice RED [mm] 20,205 +0,063 2,705 +0,036 15,000 ±0,063 JR [mm] 15 32,5 18,5-0,2 0,3 0,2 - ± ± ± - zmenšení zvětšení zvětšení P [mm] 0,17 0,25 0,17 v [mm] 0,12 0,12 0,12 TA [mm] 0,04 0,04 0,04 TE [mm] 0,063 0,063 0,063 RAD [mm] 15,085-0,04 32,295-0,04 18,335-0,04 RED [mm] 15,205 +0,063 32,375 +0,063 18,415 +0, Díly nástroje V následující části budou vypsány jednotlivé díly, kde budou zmíněny jejich technické vlastnosti. UPÍNACÍ ČEP K uchycení horní části nástroje do beranu lisovacího stroje je pomocí upínacího čepu. Jedná se o normalizovaný díl. Spojení upínacího čepu s upínací deskou je přes závit M24 x 1,5 (Obr. 27). Umístění upínacího čepu je v oblasti těžiště nástroje, který je určený v programu SolidWorks. 54 Obr. 27 Model upínacího čepu [18]

56 UPÍNACÍ DESKA Navržená upínací deska (Obr. 28) je pro univerzální upnutí nástroje pomocí drážek nebo upínacího čepu (Obr. 27). Větší množství dílů včetně některých pracovních ná- Obr. 28 Model navržené upínací desky /autor/ strojů je uchyceno do upínací desky pomocí šroubů M6 a M8. Zvolený materiál je ČSN (ČSN EN), musí odolávat rázům a setrvačnosti sil dílů uchycených k této desce. Připevněnými díly jsou kotevní a opěrné desky, plynové pružiny, střižníky, ohybníky, držáky podpůrné desky, vodící sloupky a stopka. STŘIŽNÍKY Použité střižníky jsou normalizované a nenormalizované. Normalizované díly jsou od firmy Meusburger. Volba těchto nakupovaných dílů přispěla především z časového, výrobního, ale i snížení finanční hlediska. Další výhodou je snadná náhrada porouchaného dílu za nový, který lze snadno doobjednat. Střižníky kruhového tvaru byly použity střižníky o průměru 10 a 16 mm s válcovou hlavou. Obsahují i vyhazovač a jsou zapuštěny do kotevní desky. Čelo v horní části se opírá o kalenou vložkovou desku. U těchto střižníku nemusíme dbát na kontrolu natočení. Materiál použitý pro tyto střižníky je nástrojová ocel legovaná, rychlořezná HSS ČSN (ČSN EN). Střižník čtvercového obrysu 10 x 10 mm s válcovou hlavou zapuštěný do kotevní desky. Čelo se opírá o kalenou vložkovou desku. Poloha natočení také nemusí být řešena. 55

57 Uchycení je zabezpečeno pomocí zkosené hlavy střižníku v horní části. Tato část bude zapuštěna do kotevní desky. Materiál použitý pro tyto střižníky je rychlořezná HSS ČSN (ČSN EN). Střižník nestandartního tvaru U pro děrování lemů. Nenormalizované díly, které se většinou nechávají vyrobit většinou tam kde se skládá celý nástroj. Jedná se o atypické tvary znázorněné v tabulkách v druhém, třetím a sedmém kroku. Materiál použitý pro tyto střižníky je nástrojová ocel legovaná, rychlořezná HSS ČSN (ČSN EN). Střižník nacházející se ve třetím kroku rozměrově nejdelší a jeho střih je důležitý především k vyhotovení hlavního ohybu. Vyhotoven je o něco delší, z důvodu vytvoření ostřiny v místě křížení s dalším rozměrem. Uchycení je zabezpečeno pomocí zkosené hlavy střižníku v horní části. Tato část bude zapuštěna do kotevní desky. Čelo se bude opírat o kalenou desku. Materiál použitý pro tyto střižníky je nástrojová ocel legovaná, rychlořezná HSS ČSN (ČSN EN). Střižník ve tvaru H se nachází v posledním kroku a jeho úkolem je finální oddělení výstřižků. Uchycení je provedeno pomocí šroubu M8 do upínací desky. V případě destrukce nástroje jej lze vyndat, aniž by se rozebírala celá horní část nástroje. Materiál použitý pro tento střižník je nástrojová ocel legovaná, rychlořezná HSS ČSN (ČSN EN). OHYBNÍKY Vyskytující se ohybníky jsou nenormalizované. Materiál by měl vyžadovat odolnost proti otěru vyvíjecí se třením funkční plochy ohybníku a ohýbaným materiálem. Zvolen byl materiál ČSN (ČSN EN). Hlavní ohybník (Obr. 29) určující charakteristický tvar dílu se nachází v 5. kroku. Jeho tvar je určen podle vstupních dat dílu. Vybočení je pod úhlem 50. Ohybník je uchycen do upínací desky pomocí šroubu M8 a vystředěn kolíky o průměru 6 mm. Poloha ohybníku se nemusí hlídat, jedná se 56

58 o symetrický díl. Zároveň ohybník má funkci přidržovací ve středové části. Tím je zabezpečeno, že nedojde k deformaci středové části při ohýbání. Zbylé ohybníky jsou jednoho rozměru a jsou určené k ohnutí lemů, pod úhlem 90 (Obr. 30). Ohybníky lemů jsou jednoho rozměru a je ušetřeno Obr. 29 Model Ohybníku pro vybočení /autor/ spoustu času a financí při vytváření dílu. Ohybníky jsou spojeny s upínací deskou pomocí šroubů M6. Zabezpečení proti špatnému osazení je vytvořeno zkosení v horní části. Obr. 31 Model hledáčku [18] Obr. 30 Model ohybníku lemů /autor/ HLEDÁČKY Hledáčky jsou umístěné ve vodící desce uložené do vybrání a opírají se válcový čelem o podpůrnou desku. Nachází se v pozici druhého kroku. Průměr je 10 mm a zapadají do vytvořených děr z prvního kroku (Obr. 31). Jedná se o normalizovaný díl. ZÁKLADOVÁ DESKA Na základovou desku jsou rozmístěny střižnice, ohybnice, vodící sloupky a držáky (Obr. 32), které jsou uchyceny pomocí šroubů a kolíků. Základová deska dále přenáší tlak působící ze střižných a ohybových dílů na patky. Ty jsou uchyceny šrouby M8 a kolíky o průměru 8 mm. 57

59 Základová deska je opatřena propady určené k odvodu odstřiženého materiálu. Vyfrézované skluzy umožní lepší vedení materiálu po odstřižení. Materiál určený pro základovou desku je určena nástrojová ocel ČSN (ČSN EN), která je odolná proti opotřebení a má dobrou stálost rozměrů při tepelném zpracování. Obr. 32 Model základové desky /autor/ STŘIŽNICE Střižnice složená ze střižných děr v provedení s fazetkou o rozměrech 5 mm a úhlu 3 jsou určené k přesnějšímu střihu u velkosériových zakázek a také především k opakovanému broušení střižných hran. Každá střižnice je osazena dírami pro válcové šrouby M8 a kolíky o průměru 8 mm. Největší rizikové oblasti jsou hrany střižných děr, kde může dojít k odštěpu a opotřebení střižných hran. Zvolena byla nástrojová ocel ČSN (ČSN EN). Obr. 33 Model střižnice /autor/ Obr. 34 Model dělené střižnic /autor/ 58

60 OHYBNICE Modely ohýbacích dílů jsou vytvořeny nezávisle na sebe a výhodou je jejich výroba, tepelné zpracování a případná vyměnitelnost při poruše. Rozměrnější ohybnice slouží k vytvoření hlavního vybočení o úhlech 50. Na dvou ohýbacích kostkách se následně vytvoří úhel 90. Obr. 35 Modely dílů pro ohyb /autor/ Poloměry hran jsou zvoleny podle tabulek. V případě velkého odpružení lze řešit problém různými způsoby viz. kapitola (4.1.3). Materiál vyžaduje odolnost proti tlaku a opotřebení. Zvolena je nástrojová ocel ČSN (ČSN EN). Přichyceny jsou k základové desce pomocí středících kolíků o průměru 8 mm a šrouby M8. U střižnice jsou použity šrouby s válcovou hlavou M6. PATKY Přenáší tlakové síly vznikající při vykonávání tvářecích operací. Umožňují k lepší manipulaci (Obr. 36). Použitý materiál ČSN (ČSN EN). Jedná se o konstrukční ocel se zvýšenou odolností na tlak. Uchycení k základové desce je pomocí šroubu M8 a středících kolíků o průměru 8 mm. Obr. 36 Model patky /autor/ 59

61 VODÍCÍ LIŠTY Lišta je opatřena vybráním ve spodní části pro lepší vedení materiálu a v případě zvednutí materiálu je usměrněno. Vybrání má na výšku rozměr 1,5 mm (Obr. 37), Vzhledem k jejich funkci je nutné zvolit materiál odolný proti opotřebení. Tření bude možné snížit i pomocí olejů, které jsou aplikovány na svitky proti korodování. Zvolena byla nástrojová ocel ČSN (ČSN EN). Uchycení je šrouby M6 do střižnice a podpírací desky. Obr. 37 Model vodící lišty /autor/ PODEPÍRACÍ DESKA Vstupující materiál směrem do nástroje je podepírán v počátcích procesu pomocí podepírací desky (Obr.38). Proti zvýšenému opotřebení desky je zvolen materiál ČSN (ČSN EN). Uchycení je provedeno na vodící lišty šrouby M6. Odebráním materiálu ve středové části desky je z důvodu umístění indukčního senzoru. Obr. 38 Model podpírací deska /autor/ PODPŮRNA DESKA Nachází se ve středové části nástroje. Držáky spojené s upínací deskou zabezpečují polohu podpůrné desky. Vedení desky je zabezpečen vodícími sloupky a kluznými pouzdry. Kluzná pouzdra jsou zalisována a zabezpečena proti vysunutí excentrickými držáky se šrouby M6. Na podpůrnou desku (Obr. 40) jsou uchyceny vodící prvky pro funkční části nástroje. Tyto desky zabraňují vybočením střižníků a ohybníků. Zvolen byl materiál ČSN (ČSN EN) vhodná pro náročné podmínky proti opotřebení otěrem, nárazem a tlakovému zatížení. Rozměry vodících děr jsou rozšířeny o 0,2 mm. 60

62 Obr. 39 Model plynové pružiny [18] Obr. 40 Model podpůrné desky /autor/ PLYNOVÉ PRUŽINY Normalizované plynové pružiny (Obr. 39) slouží k navrácení podpůrné desky do výchozí polohy. Zdvih pístku plynové pružiny je zabezpečen pomocí tlaku obsahující v nádobě. Technické parametry jsou na (Obr. 41). Osazením čtyř plynových pružiny vyvine sílu N. Obr. 41 Parametry plynové pružiny [18] KOTEVNÍ DESKY Deska slouží k uchycení a částečnému vedení nástroje. Střižníky a ohybníky jsou uloženy do vybrání v kotevní desce. (Obr. 42) Materiál kotevní desky je ČSN (ČSN EN). V případě kontrolování správného natočení jsou vytvořeny v uložení vybrání. Tím se zabránilo špatnému natočení. Uchycení je šrouby M8 průchozí přes opírací desku. Obr. 42 Model kotevních desek /autor/ 61

63 OPÍRACÍ DESKY Aby nedošlo k vtlačení střižníků a ohýbadel je mezi upínací a kotevní deskou vložena kalená deska. Materiál je ČSN (ČSN EN). Opírací deska (Obr. 43) se nachází mezi upínací a kotevní deskou. Uchycení je šrouby M8 přes průchozí díry v kotevní a upínací desce. Obr. 43 Model opírací desky /autor/ VODÍCÍ DESKY Uchycení vodících desek (Obr. 44) je pomocí šroubů M8 k podpůrné desce. Jejich funkcí je vedení střižníků a zabránění případnému vybočení. Vůle mezi funkčními díly a dírami v desce je 0,1 mm. Materiál desky je ČSN (ČSN EN) musí být otěruvzdorný a odolný na tlak. Obr. 44 Model vodících desek /autor/ VODÍCÍ SLOUPKY Vedení nástroje čtyřmi vodícími sloupky (Obr. 45) je zajištěna přesnost nástroje a tím i zabezpečený chod střižníků a ohýbadel. Pohyb je veden kluznými pouzdry umístěných v podpůrné a základní desce. Jedná se normalizovaný díl. KLUZNÁ POUZDRA Vedení sloupky je zapotřebí usměrnit do uložení. Jako uložení jsou zvolena kluzná pouzdra (Obr. 46) se samomazným účinkem pomocí grafitu. Uchycení pouzdra je zalisováním do děr a zabezpečením proti vysunutím excentrickými držáky se šrouby M6. 62

64 Obr. 46 Model kluzného pouzdra [18] Obr. 45 Model vodícího sloupku [18] DISTANČNÍ PODLOŽKY Zabránění kolizi horní a spodní části nástroje je pomocí normalizovaných distančních podložek. Uchycené šrouby M6. Obr. 47 Model excentrický držák se Obr. 48 Model distanční podložky [18] šroubem M6 [18] SENZOR Indukční senzor osazený v pozici podepírací desky je z bezpečnostních důvodů a kontroly. Prováděná kontrola materiálu proti přetočení nebo vkládání ve vícero vrstvách. DRŽÁKY Držák (Obr. 49) je určený k uchycení podpůrné desky a s plynovými pružinami vymezuje pracovní pohyb podpůrné desky. Držák je spojen s upínací deskou dvěma šrouby M6. Obr. 49 Model držáku podpůrné desky /autor/ 63

65 POUŽITÉ NORMALIZOVANÉ DÍLY Všechny normalizované díly jako jsou šrouby, kolíky, senzor a u výše popsaných komponentů pochází od firmy Meusburger. POSUV MATERIÁLU Posuv a vkládání materiálu je pomocí automatického podavače který lze nastavit. Ve spolupráci se senzory je zabezpečen bezproblémový posuv pásu. LISOVACÍ STROJ Volba lisovacího stroje závisí na střižné síle a zdvihu nástroje. Vytvořený nástroj má zdvih 38 mm. Podle vypočtených hodnot je celková střižná a ohýbací síla ,8 N. Síla nástroje musí být alespoň o 10 % vyšší. Lisovací stroj byl na základě provedených výpočtů navržen excentrický lis BSTA 410 (Obr. 50). Součástí sestavy je i podávací zařízení. Tabulka technických parametrů se nachází v příloze 6. Obr. 50 BSTA 410 [28] 64

66 8 TECHNICKO-EKONOMICKÉ ZHODNOCENÍ Konstrukce nástroje se odvíjí od cenové nabídky. Každý podnik má ceník nastavený jinak než konkurence. Cena se odráží v případě použití speciálních dílů, u kterých je složitá výroba. Jedná se především o tvary nestandartního typu střižnic, střižníků, ohybníků apod. Nejvíce se sníží cena za použití normalizovaných dílů. V případě této konstrukce bylo použito velké množství dílů z podniku Meusburger. Výlisek Sv = 0,0042m 2 Přístřih pro jeden výlisek Sp = 0,0069m 2 Plocha potřebného materiálu: S svitku = S p počet kusů = [m 2 ] (8.1) S svitku = 0, = 690 [m 2 ] (8.2) Délka svitku o šířce 0,234 m 2 : l svitku = S svitku l 1 [m] (8.3) l svitku = 690 = 2950 [m] (8.4) 0, Cenová kalkulace nástroje Cena tvářecího nástroje je stanovena orientačně. Do celkové kalkulace nástroje není započítáno použití elektrické energie, mzdy, servis, doprava materiálu a další položky ovlivňující cenu. Proces Náklady [Kč] Konstrukce Programování Nakoupené normalizované díly Výrobní náklady SUMA NÁKLADŮ

67 8.2 Cena a hodnota výlisků V programu SolidWorks se stanovila hmotnost přístřihu pro jeden výlisek. Cena hliníkové slitiny zjištěná a přepočítaná s kurzem 1USD = 20,545 Kč ke dni je 41,1 Kč/kg. Není však započítána cena za dopravu a manipulaci. Hmotnost přístřihu pro jeden výstřižek Hmotnost pro kusů Cena hliníkové slitiny AlMg1SiCu Cena materiálu pro kusů Cena jednoho výlisku Cena kusů 0,0166 kg 1660 kg 41,1 Kč/kg Kč 15 Kč Kč Doba návratnosti investic: Návratnost = = kusů (8.5) Návratnost nákladů do tvářecího nástroje je vypočítána podle vzorce (8.5) na vyrobených kusů. 66

68 9 DISKUZE Předložená diplomová práce se zaměřuje na konstrukci tvářecího nástroje určeného pro velkosériovou výrobu. Pro neustále se zvyšující poptávku po silničních vozidlech je třeba obstarat velké množství komponentů za krátkou dobu. Cílem tohoto požadavku je správné zvolení výrobní technologie. Volba je ovlivněna několika hledisky a to především složitostí dílu, počtem kusů, časem dodání, kvalitou provedení výrobku, náklady, ale především samotným zákazníkem. Vstupní data pro vytvoření nástřihového plánu a k pozdějšímu vytvoření nástroje byl vytvořen díl složený z děrování, vystřihování a ohýbaní. Jedná se o díl držáku určený do motorového prostoru. Držák bude zhotoven ze slitiny hliníku o tloušťce 1 mm, vzhledem ke snižování hmotnosti vozidla je to vhodná varianta. Materiál odolný proti agresivnímu prostředí. Vytvořený nástřihový plán byl zhotoven v provedení dvouřadém uspořádání, aby bylo docíleno vyšší produktivnosti. Dalším hlediskem je umožnění bezproblémového toku materiálu jednotlivými kroky a po rozstřihu k jejich odpadnutí. Pohyb materiálu je pomocí automatického podavače, na kterém lze nastavit délku kroku. Přesnou polohu poté zabezpečí hledáčky o funkčním průměru 10 mm, které vnikají do děrovaného dílu z prvního kroku. Podle nástřihového plánu bylo určeno rozmístění a počet kroků (7), kterými bude nástroj disponovat. Kontrola proti přetočení a vkládání více materiálu bude obstarávat indukční senzor. Vytvořený postupový sdružený lisovací nástroj má celkové rozměry 512 x 500 x 317,50 mm a jeho hmotnost je cca 268 kg. Jeho výhodou je nízký pracovní zdvih 38 mm, díky němu může nástroj vykonat více pracovních úkonů. V porovnávání s postupovým střižným nástrojem [19] má řadu výhod. Vkládání materiálu je kontrolováno senzorem proti vložení většího počtu plechů. Dáno je to z bezpečnostních důvodů. Tím dojde k zabránění případnému poškození funkčních dílů. Velkou 67

69 výhodou je i univerzalita upnutí nástroje. Upnout lze dvěma způsoby oproti porovnávacímu nástroji. A to buď pomocí upínacího čepu (stopky) nebo upínkami skrze vytvořené drážky v upínací desce. Šířka upínacích drážek je 22 mm. Přesnost a stabilita nástroje je dána čtyřmi vodícími sloupky v porovnání s nástrojem jež má dva a je tedy menší riziko vzpříčení. Složení nástroje je provedeno pomoci normalizovaných a nenormalizovaných dílů. Použitím nakupovaných normalizovaných dílů se ušetří čas, finance, výrobní kapacity, ale také v případě opravy jejich rychlá dostupnost. Vzhledem k rozšířenému procesu ohýbání a použití dalších dílů se toto odrazilo na větší hmotnosti nástroje. K nástroji lze přidat plechový skluz k usměrnění odpadávajících výlisků do krabic apod. 68

70 10 ZÁVĚR Výroba lisovacími nástroji má stále ve velkosériové výrobě důležitou funkci. Stále nejsou k dispozici nové výrobní technologie, které zvládnout velké množství vyrobených dílů v krátkém časovém úseku za přijatelné ceny. Diplomová práce Konstrukce lisovacího nástroje pro automobilový průmysl se zaměřuje na teoretické poznatky čerpané z odborné literatury. Jedná se především o technologie stříhání, ohýbání, tažení, které jsou jedny z nejdůležitějších plošných operací. V další části bylo zmíněno konstrukční složení lisovacích nástrojů s možnostmi volby materiálu, rozměrů nebo tepelného zpracování pro následnou experimentální část. Vytvořený konstrukční model v experimentální části pro zadanou součást lze vidět v přílohách. Svými vlastnostmi se řadí ke sdruženému postupovému nástroji. Dochází ke dvěma odlišným operacím jako je stříhání a ohýbání stejného výrobku v patřičných krocích. Počet pracovních kroků je sedm, přičemž jeden krok mezi operacemi je 53,5 mm. Usměrnění materiálu a držení kroku je dáno hledáčky. Zdvih nástroje je dán 38 mm. Součástí lisovacího stroje je zamýšlen automatický podavač s nastaveným krokem, odvíječem svitku a rovnačka. Při odpadávání a na směřování hotových výrobků do beden lze připevněním plechového skluzu. Efektivnost tohoto nástroje je vytvoření kusů výstřižků za pouhých 1,66 h. Vysoká produktivnost je dána nastavením zdvihu na 500 zdvihů za minutu. Potřebným materiálem je svitek ze slitiny hliníku o šířce 0,234 m a délce m. Po splnění zakázky se nástroj uskladní a v případě potřeby jej lze znovu použít na další sériovou výrobu. Oproti jiným výrobním technologiím je tento nástroj určený spíše pro velkosériovou výrobu. Návratnost investované částky a následný zisk nastane při vyrobení kusů držáků. Odhadovaný zisk činí Kč (nejsou zde započítány odpisy za energii, seřízení, mzdy pracovníka, dopravy materiálu a případné opravy nástroje). 69

71 LITERATURA [1] FOREJT M., PÍŠKA M., 2006: Teorie obrábění, tváření a nástroje, Brno: Akademické nakladatelství CERM, ISBN [2] ČADA R., 2007: Technologie I. Ostrava: VŠB-Technická univerzita Ostrava, ISBN [3] ŠPINLEROVÁ M., Technologie: Obor nástrojař [online]. Opava: Střední škola technická Opava, [cit ]. Dostupné z: [4] NÁPRSTKOVÁ N., KRAUS P., 2014: Nástroje pro plošné tváření: KTMI/NK012. Ústí nad Labem: Univerzitní centrum podpory pro studenty se specifickými vzdělávacími potřebami. [5] DVOŘÁK M., GAJDOŠ F. & NOVOTNÝ K., 2007: Technologie tváření: Plošné a objemové tváření. Brno: Akademické nakladatelství CERM, ISBN [6] ZEMČÍK O., 2003: Nástroje a přípravky pro obrábění. Brno: Akademické nakladatelství CERM, ISBN [7] BENEŠOVÁ S., BERNÁŠEK V., 2014: Technologie tváření. Plzeň: Západočeská univerzita v Plzni, ISBN [8] ČADA R., Technologie tváření a slévání Teoretický základ [online]. Ostrava: Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava, [cit ]. ISBN Dostupné z: tváření a slévání - Teoretický základ/02 Text pro e- learning/publikovat/kapitoly/8. OHÝBÁNÍ.pdf 70

72 [9] NOVOTNÝ K., MACHÁČEK Z., 1992: Speciální technologie I: Plošné a objemové tváření. 2. vyd. Brno: VUT, Učební texty vysokých škol (Vysoké učení technické v Brně). ISBN [10] Akademie tváření: Stříhání. Nejčtenější strojírenský časopis - MM spektrum [online] [cit ]. Dostupné z: [11] Nejčtenější strojírenský časopis - MM spektrum [online]. [cit ]. Dostupné z: [12] Výroba trojrozměrných nástrojů pro ostřihování dílů karoserií. Nejčtenější strojírenský časopis - MM spektrum [online] [cit ]. Dostupné z: [13] SVOBODA P., BRANDEJS J., 2013: Výběry z norem pro konstrukční cvičení. Vyd. 5. Brno: Akademické nakladatelství CERM, ISBN [14] ČADA R., 2013: Technologie tváření a slévání v příkladech. Ostrava: VŠB-Technická univerzita Ostrava, ISBN [15] STEINER J., 2013 Stříhání součástí s vyšší přesností. Brno, Bakalářská práce. (nepubl., dep. knihovna Vysoké učení technické v Brně). Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství. Ústav strojírenské technologie, Odbor technologie tváření kovů a plastů. Vedoucí práce doc. Ing. Ladislav Žák, Ph.D. [16] NOVOTNÝ K., 1982: Nástroje přípravky: část I. - tváření. Rektorát Vysokého učení technického v Brně. 71

73 [17] BAREŠ K., a kol. 1971: Lisování. Praha: SNTL. [18] Normálie Formařina Nástrojařina Stojírenství Meusburger. Normálie Formařina Nástrojařina Stojírenství Meusburger [online] by [cit ]. Dostupné z: [19] IJISET International Journal of Innovative Science, Engineering and Technology. IJISET International Journal of Innovative Science, Engineering and Technology [online]. IJISET [cit ]. Dostupné z: [20] BOLJANOVIC, V., 2004: Sheet metal forming processes and die design. New York: Industrial Press, ISBN [21] SUCHY I., 2006: Handbook of die design. 2 nd ed. New York: McGraw-Hill, ISBN [22] Forum-audi.com. Forum-audi.com [online] [cit ]. Dostupné z: [23] Johnson Controls mit leichteren Vordersitzen - KRAFTHAND. Krafthand.de Technikmagazin für das Kraftfahrzeug-Handwerk[online] Krafthand Medien GmbH [cit ]. Dostupné z: [24] Ryšavý s.r.o. - konstrukce a výroba nástrojů. Ryšavý s.r.o. - konstrukce a výroba nástrojů [online]. Ryšavý s.r.o. [cit ]. Dostupné z: 72

74 [25] Úvod - Katedra strojírenské technologie. Úvod - Katedra strojírenské technologie [online] Katedra strojírenské technologie [cit ]. Dostupné z: [26] Lisovací nářadí - Nářaďovna ŠKODA. [online] [cit ]. Dostupné z: [27] Space frame Audi A8 vernieuwd voor meer veiligheid en lager verbruik - Autonieuws Autokopen.nl. Autokopen.nl - zoek occasions, tweedehands en nieuwe auto's [online]. Dostupné z: space-frame-audi-a8-vernieuwd-voor-meer-veiligheid-en-lager-verbruik [28] Bruderer Presses, Stamping Press BRUDERER UK Ltd. Bruderer Presses, Stamping Press BRUDERER UK Ltd [online]. [cit ]. Dostupné z: 410_en_ pdf 06. [29] Děrovací stroje, ohýbací stroje, automatická centra - Sp-Tech. Děrovací stroje, ohýbací stroje, automatická centra - Sp-Tech [online] Sp [cit ]. Dostupnéz: pdf [30] Nástrojářství vývoj výroba a konstrukce lisovacích nástrojů. Nástrojářství vývoj výroba a konstrukce lisovacích nástrojů [online]. Dostupné z: [31] BIKAR-METALLE GmbH - BIKAR-METALLE. BIKAR-METALLE GmbH - BI- KAR-METALLE [online] [cit ]. Dostupné z: [32] SVOBODA P., BRANDEJS J. & DVOŘÁČEK J. 2016: Základy konstruování. Vyd. 6. Brno: Akademické nakladatelství CERM, ISBN

75 [33] PAGÁČ M., 2017: Učebnice SolidWorks. V Brně: Vydavatelství Nová média, ISBN [34] ČSN Střihadla střižné vůle: směrnice pro výpočet a konstrukci. Praha: Úřad pro normalizaci a měření, s. MDT ČSN střihadla a střižné vůle 74

76 SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 1 Vytvořené díly tvářením [22]... 9 Obr. 2 Vylisované díly pro autosedačku [23] Obr. 3 Sdružený nástroj (střižnýa ohýbací) [24] Obr. 4 Lisovaná součást [24] Obr. 5 Druhá fáze střihu [10] Obr. 6 První fáze střihu [10] Obr. 7 Tvar oblastí střižné plochy [5] Obr. 8 Průběh střihu [21] Obr. 9 Grafické znázornění střižné vůle a průběh trhliny [14] Obr. 10 Střihání (a, rovnoběžnými břity; b, šikmými břity) [25] Obr. 11 Sdružený nástroj s nástřihovým plánem [30] Obr. 12 Princip ohýbání s průběhem na vnější a vnitřní straně materiálu [11] Obr. 13 Sanchův diagram pro určení velikosti odpružení [9] Obr. 14 Odpružení materiálu [21] Obr. 15 Správný ohyb bez trhlin [20] Obr. 16 Trhliny vzniklé při ohybu [20] Obr. 17 Délka ohybu [20] Obr. 18 Tažný nástroj pro ŠKODA KODIAK [26] Obr. 19 Využití simulace tažení [26] Obr. 20 Materiálový mix u vozu Audi A8 L [27] Obr. 21 Technologické způsoby tažení: A, B tažení bez přidržovače, 1. a 2. tah, C, D tažení s přidržovačem, 1. a 2. [7] Obr. 22 Složení prostřihovadla s vodící deskou [1] Obr. 23 Způsoby kotvení střižníků [4] Obr. 24 Sdružený nástroj-vytvořený model /autor/ Obr. 25 Výstřižek /autor/ Obr. 26 Vytvořený nástřihový plán /autor/ Obr. 27 Model upínacího čepu [18] Obr. 28 Model navržené upínací desky /autor/

77 Obr. 29 Model Ohybníku pro vybočení /autor/ Obr. 30 Model ohybníku lemů /autor/ Obr. 31 Model hledáčku [18] Obr. 32 Model základové desky /autor/ Obr. 33 Model střižnice /autor/ Obr. 34 Model dělené střižnic /autor/ Obr. 35 Modely dílů pro ohyb /autor/ Obr. 36 Model patky /autor/ Obr. 37 Model vodící lišty /autor/ Obr. 38 Model podpírací deska /autor/ Obr. 39 Model plynové pružiny [18] Obr. 40 Model podpůrné desky /autor/ Obr. 41 Parametry plynové pružiny [18] Obr. 42 Model kotevních desek /autor/ Obr. 43 Model opírací desky /autor/ Obr. 44 Model vodících desek /autor/ Obr. 45 Model vodícího sloupku [18] Obr. 46 Model kluzného pouzdra [18] Obr. 47 Model excentrický držák se šroubem M6 [18] Obr. 48 Model distanční podložky [18] Obr. 49 Model držáku podpůrné desky /autor/ Obr. 50 BSTA 410 [28]

78 SEZNAM TABULEK Tab. 1 Přesnost střižných nástrojů [3] Tab. 2 Hodnoty střižných vůlí [29] Tab. 3 Hodnoty koeficientu pro stříhání ve střihadlech [14] Tab. 4 Hlavní operace [15] Tab. 5 Rozdělení ohýbání [2] Tab. 6 Vlastnosti slitiny hliníku AlMg1SiCu [31] Tab. 7 Vypočtené hodnoty střižníků a střižnic ø10 a ø Tab. 8 Vypočtené hodnoty střižníků a střižnic odstřihování Tab. 9 Vypočtené hodnoty tvaru "U" a 10x10 mm Tab. 10 Vypočtené hodnoty střižníků a střižnic pro prostřihování Tab. 11 Vypočtené hodnoty střižníků a střižnic rozstřih

79 SEZNAM ZKRATEK A SYMBOLŮ Zkratka Jednotka Vysvětlivka nebo symbol A J Práce b m Šířka materiálu c - Koeficient závislý na druhu stříhání E Pa Modul pružnosti v tahu Fc N Celková střižná síla Fkrit N Kritická síla k vybočení Fmax N Maximální střižná síla FO N Ohybová síla Fstř N Střižná síla Fv1 N Střižná síla nejmenšího střižníku h m Hloubka vniknutí nože do materiálu H m Výška střižnice hel m Hloubka vniku elastická deformace hpl m Hloubka vniku plastická deformace J m 4 Moment setrvačnosti průřezu JR m Jmenovitý rozměr k Součinitel opotřebení kb - Koeficient bezpečnosti L m Délka křivky střihu (obvod střižníku) l0 m Délka neutrálního vlákna ohýbané oblasti l1 m Délka neutrálního vlákna ramene l2 m Délka neutrálního vlákna ramene 78

80 lk m Kontrola střižníku na vzpěr Lp m Celková délka ohýbaného polotvaru ms - Koeficient závislý na druhu a tloušťce materiálu n - Koeficient nerovnoměrnosti tloušťky plechu, napjatosti a zhoršené kvality střižných hran p Pa Tlak P m Přípustné míry opotřebení r m Vnitřní poloměr ohybu Ra m Drsnost povrchu RAD m Rozměr střižníku pro děrování Re Pa Mez pevnosti v kluzu RED m Rozměr střižnice pro děrování s m Tloušťka materiálu S m 2 Střižná plocha Sp m 2 Plocha polotvaru Sv m 2 Plocha výstřižků Sst m 2 Plocha průřezu střižníku v m Střižná vůle x - Součinitel posunutí neutrální osy z m Střižná mezera α Úhel otevření η % Hospodárnost nástřihového plánu ρ m Poloměr ohybu neutrální osy σ Pa Mez pevnost τs Pa Pevnost ve střihu / střižný odpor 79

81 SEZNAM PŘÍLOH 1. Vzorce pro výpočet základních rozměrů střižnice při vystřihování [34] Vzorce pro výpočet základních rozměrů střižnice pro děrování [34] Tolerance a přípustné míry opotřebení pracovních částí střihadel [34] Základní geometrie funkční části střižnice [14] Tabulka cenové nabídky normalizovaných dílu firmy Meusburger [18] Parametry lisovacího stroje [28] D pohled z boční strany na navržený model /autor/ Model sdruženého postupového nástroje s přidaným plechovým skluzem /autor/ Model nástroje ve 3D ze strany podávání /autor/ Pohled na složení spodní části nástroje /autor/ Pohled na složení horní části nástroje /autor/ D pohled na model postupového nástroje pro ilustraci jeho složení a funkci /autor/

82 Příloha 1 1. Vzorce pro výpočet základních rozměrů střižnice při vystřihování [34]

83 Příloha 2 2. Vzorce pro výpočet základních rozměrů střižnice pro děrování [34]

84 Příloha 3 3. Tolerance a přípustné míry opotřebení pracovních částí střihadel [34]

85 Příloha 4 4. Základní geometrie funkční části střižnice [14]

86 Příloha 5 5. Tabulka cenové nabídky normalizovaných dílu firmy Meusburger [18] Pozice Označení Název ks EUR/1 Hodnota v EUR 1 E 5130/40 Vodící pouzdro E 5560/10x 90 Střižník s válcovou 2 38,1 76,2 3 E 5560/16x 90 Střižník s válcovou 2 46,1 92,2 4 ES 5508/16 x100 Speciální 2 poptat poptat 5 E 5650/10x25 Hledáček E 5300/25x 70 Distanční podložka 8 12,4 99,2 7 E 6540/20/30/A Analogový senzor indukční 1 274,9 274,9 8 E 5330/32/24 Upínací čep 1 19,4 19,4 9 E 6330D170/32/ 16 Plynová pružina - Force 4 65,4 261,6 10 E 5010/40x200 Vodící sloupek h4 s nákružkem 4 48,9 195,6 11 E 5270/ 6/ 6 Excentrický držák E 1200/ 3 x 10 Imbusový šroub 2 0,2 0,4 13 E 1200/ 6 x 10 Imbusový šroub 4 0,2 0,8 14 E 1200/ 6 x 25 Imbusový šroub 6 0,2 1,2 15 E 1200/ 6 x 40 Imbusový šroub 8 0,2 1,6 16 E 1200/ 6 x 55 Imbusový šroub 8 0,3 2,4 17 E 1200/ 6 x 80 Imbusový šroub 8 0, E 1200/ 8 x 25 Imbusový šroub 4 0,2 0,8 19 E 1200/ 8 x 30 Imbusový šroub 23 0,2 4,6 20 E 1200/ 8 x 60 Imbusový šroub 8 0,3 2,4 21 E 1200/ 8 x 50 Imbusový šroub 33 0,2 6,6 22 E 1301/ 8 x 20 Válcový kolík h6 8 0,4 3,2 23 E 1301/ 8 x 24 Válcový kolík h6 7 0,4 2,8 24 E 1301/ 6 x 20 Válcový kolík h6 2 0,3 0,6 Celková částka bez DPH 1.371,30 Kurz Eura 25,455 Kč ke dni

87 Příloha 6 6. Parametry lisovacího stroje [28]

88 Příloha D pohled z boční strany na navržený model /autor/

89 Příloha 8 8. Model sdruženého postupového nástroje s přidaným plechovým skluzem /autor/

90 Příloha 9 9. Model nástroje ve 3D ze strany podávání /autor/

91 Příloha Pohled na složení spodní části nástroje /autor/

92 Příloha Pohled na složení horní části nástroje /autor/

93 Příloha D pohled na model postupového nástroje pro ilustraci jeho složení a funkci /autor/