VÝROBA ZÁVITOVÉ VLOŽKY 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 ZÁVITOVÉ VLOŽKY OBJEMOVÝM TVÁŘENÍM BULK FORMING TECHNOLOGY OF THREA INSERT IPLOMOVÁ PRÁCE MASTER S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR Bc. LUKÁŠ OSTŘÍŽEK VEOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR Prof. Ing. MILAN FOREJT, CSc. BRNO 00

2 Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství Ústav strojírenské technologie Akademický rok: 009/00 ZAÁNÍ IPLOMOVÉ PRÁCE student(ka): Bc. Lukáš Ostřížek který/která studuje v magisterském navazujícím studijním programu obor: Strojírenská technologie (0T00) Ředitel ústavu Vám v souladu se zákonem č./998 o vysokých školách a se Studijním a zkušebním řádem VUT v Brně určuje následující téma diplomové práce: v anglickém jazyce: Výroba závitové vložky objemovým tvářením Bulk forming technology of thread insert Stručná charakteristika problematiky úkolu: Návrh technologie velkosériové výroby jednostranné závitové vložky z konstrukční oceli 0. objemovým tvářením za studena s důrazem na zpětné protlačování a pěchování. Cíle diplomové práce:.vypracovat literární studii se zaměřením na technologii objemového tváření za studena..zhodnotit současný stav výroby součásti obdobného tvaru..navrhnout vlastní technologii výroby..vypracovat výkresovou dokumentaci postupového nástroje a doložit ji potřebnými výpočty 5.Zpracovat technické a ekonomické hodnocení navržené technologie. 6.Formulovat závěry a doporučení pro technickou praxi.

3 Seznam odborné literatury:. LANGE, Kurt, et al. Handbook of metal forming. Kurt Lange. st edition. New York : McGraw-Hill Book Company, s. ISBN FOREJT, Milan, PÍŠKA, Miroslav. Teorie obrábění, tváření a nástroje. Milan Forejt; esign obálky: Ildikó Putzová.. vyd. Brno : Akademické nakladatelství CERM, s. ISBN BABOR, Karel, CVILINEK, Augustin, FIALA, Jan. Objemové tváření ocelí. Vladimír Hašek; Eva Tamelová.. vyd. Praha : SNTL, 967. s. Strojírenská literatura; sv Vedoucí diplomové práce: prof. Ing. Milan Forejt, CSc. Termín odevzdání diplomové práce je stanoven časovým plánem akademického roku 009/00. V Brně, dne L.S. prof. Ing. Miroslav Píška, CSc. Ředitel ústavu prof. RNr. Miroslav oupovec, CSc. ěkan fakulty

4 ZAANÁ SOUČÁST výrobní série ks/rok ocel 0 5R M : M :

5 ABSTRAKT OSTŘÍŽEK Lukáš: Výroba závitové vložky objemovým tvářením. iplomová práce prezenčního magisterského studia,. ročník, letní semestr, akademický rok 009/00, studijní skupina 5O/60 Strojní inženýrství - Strojírenská technologie, FSI VUT Brno, ÚST odbor tváření kovů a plastů, květen 00. Tato práce řeší výrobní postup součásti "Závitová vložka" technologií protlačování za studena. Součást je z materiálu 0 5R. Polotovarem je kruhový špalík o rozměrech Ø,5h - 9,±0, mm. Součást je vyhotovená v 5ti tvářecích operacích na postupovém automatu HATEBUR AKP -5. Klíčová slova: Objemové tváření, protlačování oceli za studena, protlačovací nástroje, závitová vložka ABSTRACT OSTŘÍŽEK Lukáš: Bulk forming technology of thread insert The Master's degree project, nd form, summer semester, academic year 009/00, educational group 5O/60 Mechanical Engineering - Manufacturing Technology, Brno University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Institute of Manufacturing Technology, ept. of Metal Forming and Plastics, May 00. This project solves the manufacturing process of " Thread insert " part by technology of bulk forming. Part is made of 0 5R steel. Semifinished product has cylinder shape with dimensions of Ø,5h 9,±0, mm. This part is made during five bulk forming operations on the HATEBUR AKP -5. Keywords: Bulk forming, steel cold extrusion, tools for extrusion, thread insert

6 BIBLIOGRAFICKÁ CITACE OSTŘÍŽEK, Lukáš. Výroba závitové vložky objemovým tvářením. Brno, s., C,seznam s materiály lisovnic a objímek, list se součiniteli tepelné roztažnosti, výkres sestavy, výkres průtlačníku, výkres průtlačnice. iplomová práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, Ústav strojírenské technologie, Odbor tváření kovů a plastů. Vedoucí práce Prof. Ing. Milan Forejt, CSc.

7 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 Brně dne Podpis

8 POĚKOVÁNÍ Tímto děkuji panu Prof. Ing. Milanu Forejtovi, CSc. a panu Ing. Miloslavu Kopřivovi za cenné připomínky a rady týkající se zpracování diplomové práce.

9 OBSAH ÚVONÍ LIST ZAÁNÍ ZAANÁ SOUČÁST ABSTRAKT BIBLIOGRAFICKÁ CITACE ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ POĚKOVÁNÍ OBSAH Str.. ÚVO...0. TECHNOLOGIE OBJEMOVÉHO TVÁŘENÍ ZA STUENA..... Rozdělení technologie.. Vliv rychlosti přetvoření na tváření za studena... Mezní diagramy technologické tvařitelnosti.... Nástroje pro objemové tváření za studena Povrchová úprava polotovaru....6 Strojní vybavení.... SOUČASNÝ STAV VÝROBY SOUČÁSTI OBOBNÉHO TVARU.... NÁVRH MATERIÁLU NÁVRH TECHNOLOGIE Výpočet objemu součásti Technologické varianty Volba polotovaru Návrh rozměrů Výpočty rychlostí přetvoření, deformačních odporů, sil a prací Určení radiálního tlaku. operace a návrh pouzdření lisovnice Návrh pouzdření lisovnice v. operaci Simulace protlačování VOLBA STROJE TECHNICKO EKONOMICKÉ HONOCENÍ ZÁVĚRY A OPORUČENÍ..58 SEZNAM POUŽITÝCH ZROJŮ SEZNAM POUŽITÝCH SYMBOLŮ A ZKRATEK SEZNAM PŘÍLOH

10 . ÚVO Teorie tvářecích procesů je prakticky rozvíjena od dvacátých let dvacátého století. Protlačování za studena nádob a trubek dříve nazývané stříkání za studena je známo asi od roku 886 a patrně bylo poprvé užito ve Francii. Tímto způsobem se zpracovával převážně cín a olovo. Později bylo zjištěno, že se dá tímto způsobem zpracovávat také zinek, hliník a rovněž i určité druhy hliníkových slitin. Teprve na začátku třicátých let se přistoupilo k pokusům vyrábět náboje z oceli, čímž byl položen základ k protlačování oceli. Převážná část tvářecích procesů probíhá za obecných dynamických podmínek. S pomocí experimentální a výpočtové techniky je umožněno modelování tvářecích procesů a matematický popis těchto dějů za reálných podmínek. íky těmto metodám je možné stanovit skutečné optimální parametry tvářecích technologií, potřebných nástrojů a strojů. Rozvoj strojírenství směřuje k racionálnímu využívání materiálů a zlepšování ekonomických parametrů výroby. Na celosvětové produkci strojních a spojovacích součástí z kovů a slitin se významně podílejí technologie tváření a obrábění. Především tyto technologie splňují požadavky na velni přesné součásti strojů a přístrojů v dopravní technice, ve vojenské i spotřební technice a energetice. Technologie protlačování za studena je vysoce produktivní metoda výroby součástí různých převážně rotačních a symetrických tvarů z kovových špalíků, desek, kotoučů, nebo polotovarů používaná převážně ve velkosériové a hromadné výrobě. Materiál je tvářen v průtlačnici tlakem průtlačníku za současné změny průřezu. Technologie pracuje s většinou stálým objemem. Při tomto procesu tedy nevzniká odpad a to tuto metodu činí vysoce hospodárnou. V diplomové práci je mým úkolem navrhnout výrobní postup závitové vložky metodou objemového tváření a to protlačováním za studena za pomocí vědomostí získaných ve dvouletém studijním programu strojírenská technologie v magisterském studiu na FSI VUT v Brně. Tato metoda je navržená s ohledem na optimální vlastnosti hotového výrobku a jeho zařazení do strojírenského provozu. Cílem diplomové práce je vypracovat literární studii se zaměřením na danou technologii. ále zhodnocení současného stavu výroby součásti obdobného tvaru, návrh vlastní technologie výroby, vypracování výkresové dokumentace postupového nástroje a doložení návrhu potřebnými výpočty, zpracování technického a ekonomického hodnocení navržené technologie a formulace závěrů s doporučeními pro praxi. V teoretické části se zabývám fyzikální podstatou tvárné deformace a základními principy objemového tváření. Zařazuji také materiály a nástroje vhodné pro technologii protlačování za studena. ále pak způsoby a možnosti využívání technologie včetně přípravy na výrobu. Uvádím také sortiment vyráběných součástí touto technologií a podávám přehled o výrobních strojích navržených pro danou technologii. V technologické části navrhuji vhodný polotovar součásti, ze kterého vycházím při dalších výpočtech. Navrhuji veškeré rozměry součásti v operačním cyklu. ále jsou vypočítány potřebné tvářecí síly a práce pro každou operaci a celková tvářecí síla, ze které vychází volba lisu. Síly jsou počítány s ohledem na proměnnou rychlost přetvoření při různých technologiích protlačování a pěchování. Navržený technologický postup je simulován v programu FORMFEM. V závěru pak hodnotím návratnost fixních nákladů a zisk z vyráběné série ks. 0

11 . TECHNOLOGIE OBJEMOVÉHO TVÁŘENÍ ZA STUENA [], [], [7]. Rozdělení technologie [7] Při této technologii objemového tváření se podstatně mění tvar (tloušťka) polotovarů. Zpravidla je kombinací různých základních způsobů tváření, jako pěchování, protlačování, atd. V porovnání s jinými metodami tváření za studena (ohýbání, tažení apod.) probíhá za působení prostorové napjatosti, která vytváří podmínky pro velké plastické deformace bez porušení soudržnosti tvářeného materiálu. Podle směru a způsobu tečení materiálu v tvářecím nástroji se objemové tváření za studena dělí na tyto technologie: Pěchování Pěchování za studena je způsob tváření, kdy je výchozí polotovar stlačován za účelem získání větších průřezů, či méně složitých tvarů. Tohoto způsobu se ve velké míře používá při výrobě normalizovaných součástí, např. šroubů, nýtů atd. Při výrobě složitých tvarů může být pěchování použito například ke kalibraci výchozího špalíku a zarovnání čel deformovaných po střihu viz obr.., jako příprava pro následující operaci z důvodu přiblížení se výslednému tvaru, nebo například ve víceoperačním tváření jako samostatná, či sloučená tvářecí operace. opředné protlačování Při dopředném protlačování teče materiál ve směru pohybu průtlačníku. Výchozí polotovar může být předpřipravený kalíšek, kruhový děrovaný polotovar (rondel), prstenec z tlustostěnné bezešvé trubky, popř. z drátu různého profilu, a to svařovaný i nesvařovaný, nebo plný špalík. Výlisky mohou být duté, nebo plné, většinou kruhového průřezu. Tímto způsobem lze však vyrábět součásti různých pravidelných tvarů. Schéma vidíme na obr... Obr.. Schéma pěchování [7] Obr.. Schéma dopředného protlačování [7] Zpětné protlačování Při zpětném protlačování teče materiál proti směru pohybu průtlačníku. To je výhodné pro součásti podobné kalíškům. Výchozím polotovarem bývá špalík, jehož výška je zpravidla větší, než polovina průměru. Výrobky jsou většinou kruhového průřezu, nýbrž tímto způsobem lze vyrábět i jiné součásti pravidelného, nebo nepravidelného tvaru. Typické zpětné protlačování kalíšku je ve schématicky znázorněno na obr...

12 Sdružené (obousměrné) protlačování Sdružené protlačování je kombinace předešlých dvou způsobů. Materiál teče ve směru i proti směru pohybu průtlačníku. Aby byl výrobek kvalitní, je nutno dodržet zásadu, že ve spodní části tj. tam, kde materiál teče sousledně bude přetvoření menší, než v horní části. Výchozím polotovarem může být děrovaný rondel, prstenec, nebo špalík. Na obr.. je vidět schéma sdruženého protlačování na speciálním stroji, kdy se pohybují průtlačníky proti sobě. Obr.. Schéma zpětného protlačování [7] Hydrostatické protlačování Obr.. Schéma sdruženého protlačování [7] Hydrostatické protlačování má řadu předností, které byly ověřeny zkouškami. Protlačovací síla je na výchozí polotovar přenášena tlakovou kapalinou. Protože i výchozí polotovar je obklopen kapalinou, je tření mezi ním a stěnou průtlačnice velmi malé. Část kapaliny vniká do pásma vlastního protlačování, čímž se podstatně zmenšuje tření. alší výhodou je to, že průtlačnice je obklopena a tím bandážována tlakovou kapalinou. Proto může mít slabší stěny. Zkouškami bylo zjištěno, že se protlačovací síla např. u oceli zmenší v průměru o 0%. Zvětšení tvárnosti je způsobeno prostorovou napjatostí tvářeného kovu. Schéma hydrostatického protlačování je vidět na obr..5. Stranové protlačování Stranové protlačování je odlišné od předchozích směrem hlavního přemísťování materiálu. Hlavní deformace je v radiálním směru. Tohoto způsobu lze využít například ke změně průřezu určité části výlisku, nebo pro tváření výstupků různého pravidelného, nebo nepravidelného průřezu. Viz. obr..6. Obr..5 Schéma hydrostatického protlačování [7] Obr..6 Schéma stranového protlačování [7]

13 Radiální tváření Princip radiálního tváření spočívá v tom, že profil tvarovaného předmětu (ozubení) je tvářen v zaváděném výchozím polotovaru současně dostředně se pohybujícími čelistmi. Čelisti jsou vedeny a jsou negativem tvaru tvářeného předmětu. Tohoto způsobu lze využít ke změně průřezu určité části výlisku obdobně jako u předchozích technologií, jen s tím rozdílem, že se zde mění tvar průřezu polotovaru, nikoli velikost. Například tváření plošek, zářezů, mnohohranů atd. viz. obr..7. Kombinované tváření V praxi se málokdy používá samostatného způsobu objemového tváření za studena. Při výrobě součástí tvarově složitějších se kombinují různé způsoby objemového tváření jak v jedné operaci, tak i tam, kde je součást zhotovena postupně ve dvou i více tvářecích operacích pěchováním, protlačováním apod. Tato metoda umožňuje vyrábět složité tvary s vysokou přesností a s využitím takové deformace, která dává optimálně nejmenší tlaky. Schématicky je kombinované tváření znázorněno na obr..8. Obr..7 Schéma radiálního tváření [7] Obr..8 Schéma kombinovaného tváření [7] Typy protlačovaných součástí Obr..9 Typy protlačovaných součástí [7]

14 . Vliv rychlosti přetvoření na tváření za studena [6] Zvýšení deformačního odporu materiálu je vázáno na mez kluzu, která je výchozím bodem plastické deformace. Znalost těchto jevů je důležitá při matematickém popisu technologie tváření. Především pak při aplikacích vysoce přesných technologií objemového tváření k zajištění kvalitních výlisků. Moduly simulačních programů rovněž vyžadují matematicky popsané charakteristiky materiálů za reálných fyzikálních podmínek, tedy např. za konkrétních rychlostí přetvoření. K matematickému popisu závislosti deformačního odporu na efektivním přetvoření, rychlosti přetvoření a na teplotě je použit osvědčený konstitutivní vztah dle Johnson-Cooka pro BCC materiály, který zahrnuje základní fyzikální parametry. Pomocí experimentálních zkoušek provedených dynamickými kompresními testy byl ověřen vliv rychlosti přetvoření na deformační odpor u daných materiálů a při konkrétních podmínkách. Vliv rychlosti přetvoření na deformační odpor u oceli TRISTAL je vidět na obr..0. Obr..0 Vliv rychlosti přetvoření na deformační odpor oceli TRISTAL [6]. Mezní diagramy technologické tvařitelnosti [5] Při -osé napjatosti, která vzniká např. při dopředném protlačování je ukazatel stavu napjatosti převážně záporný. Přechodem od povrchu součásti k ose se ovšem střední napětí může dostat do kladných hodnot, což je způsobeno neprůchodností tlakového napětí až do osy dílce. V ose dílce mohou vznikat mikroskopické trhliny. Pro zjištění, zda při dané technologii mohou v součásti vzniknout takovéto defekty slouží diagram mezní svařitelnosti viz. obr... Obr.. iagram mezní tvařitelnosti []

15 Velmi potřebným diagramem mezní technologické svařitelnosti je diagram vzniku osových trhlin při dopředném protlačování. U dopředného protlačování hraje roli redukce plochy, poloviční úhel kužele průtlačnice a mazání. ůležitý je také druh materiálu, zjm. exponent deformačního zpevnění n. V ose součásti zpravidla dochází za kritických hodnot úhlu kužele, redukce plochy a tření v důsledku tahového přídavného napětí a nestejné rychlosti tečení k osovým trhlinám šípovitého tvaru znázorněným na obr... Mezní diagram vzniku osových trhlin v závislosti na tření, úhlu kužele průtlačnice a redukci plochy je na obr... Obr.. Vznik osových trhlin [5] Obr.. Mezní diagram vzniku osových trhlin [5]. Nástroje pro objemové tváření za studena [],[] Produktivita protlačování závisí na životnosti protlačovacího nástroje. Ty nejsou většinou vystaveny pouze tlakovému a tahovému namáhání, ale namáhání stoupá v průběhu pracovního zdvihu vždy v určitém okamžiku od nuly na maximum. Při protlačování se většina nástrojů poruší únavovým lomem. Náhlý lom nastane, jestliže je nástroj špatně zkonstruovaný, nebo potřebná síla přestoupí přípustné zatížení nástrojů. K porušení nástrojů opotřebením díky mimořádně dobrému mazání potřebnému k protlačování dochází málokdy. Materiál nástrojové oceli musí mít vysokou odolnost vůči tlakovému a rázovému zatížení, dostatečnou houževnatost, vysokou odolnost proti opotřebení, vysokou popouštěcí teplotu a dobrou obrobitelnost. Při zpracování nástrojové oceli musí být materiál dobře prokován. Měl by být dodáván vyžíhaný, aby byla zaručena jeho nejlepší obrobitelnost a vhodná výchozí struktura pro pozdější kalení. Po obrábění je doporučeno nástroj vyžíhat žíháním na odstranění vnitřního pnutí. V dalším kroku se nástroj kalí s rychlým ochlazováním a popouští pro zvýšení houževnatosti a odstranění vnitřního pnutí. 5

16 Nástroje pro pěchování Pěchování je základní operace objemového tváření, kdy zmenšujeme výšku polotovaru a zvětšujeme jeho průřez. Na obr.. vidíme schéma napjatosti a deformace při ideálním stavu bez tření (obr..a) a reálný stav se třením (obr..b). eformace v celém objemu je v důsledku tření nerovnoměrná, vzniká soudečkovitý tvar. K zabránění vzniku trhlin v oblasti největšího průměru se polotovar maže a funkční plochy nástrojů jsou leštěny. a) Obr.. Mechanická schémata deformace při pěchování [] b) Pro návrh pěchovacího nástroje je nejdůležitější technologický postup výroby, sestávající ze základních tvářecích operací, nebo jejich kombinací. Konstrukční řešení pěchovacích nástrojů bude rozdílné při použití jednooperačního kovacího stroje, lisu, pěchovacího automatu nebo víceoperačního stroje. Především se věnujeme funkčním pěchovacím nástrojům. Pěchovníky slouží k napěchování požadovaného tvaru (obr..5), nebo k předpěchování polotovaru před dalším tvářením. Obr..5 Konstrukce pěchovacích nástrojů [] 6

17 Vybrané funkční tvary pěchovníků na obr..6 jsou pro objemové tváření typické. Vložkovaný pěchovník je na obr..6a. Jeho pěchovací vložka je buďto z nástrojové oceli, nebo ze slinutých karbidů a je zapouzdřena s přesahem do objímky. Ocelová vložka je ve tvaru kužele na rozdíl od válcové vložky ze slinutých karbidů. Pro kalibraci čel ústřižků v průtlačnici se používá pěchovník s rovným čelem, obr..6b. Též se používá pěchovník se zahloubením ke středění polotovaru podle obr..6c. Odpružený kolík pomáhá zavádět polotovar na postupových strojích, nebo slouží pro stírání polotovarů z pěchovníku. Nástroje pro dopředné protlačování Průtlačníky a) b) c) Obr..6 Typické příklady funkčních tvarů pěchovníků [] Funkční tvary průtlačníků pro dopředné protlačování mají obvykle tvar dle obr..7. Pro protlačování plných součástí jsou zpravidla z jednoho kusu s upínací částí kuželovou, nebo válcovou hlavou. Přechod mezi dříkem a upínací částí musí být pozvolný, aby se zabránilo koncentraci napětí. Tvar průtlačníků pro dopředné protlačování plných průřezů je na obr..7a. Tvary průtlačníků pro protlačování dutých součástí jsou znázorněny na obr..7b,c. Při výrobě průtlačníků je potřeba dodržet tolerance kolmosti, rovnoběžnosti a házivosti a také konečnému opracování, což zahrnuje lapování funkční broušené plochy. oporučené rozměry průtlačníků pro dopředné protlačování jsou na obr..8. a) b) c) Obr..7 Tvary průtlačníků a jejich části [] Obr..8 oporučené rozměry průtlačníků [] 7

18 Průtlačnice le diagramu na obr.. je patrné, že důležitou částí průtlačnice pro dopředné protlačování je tvar redukčního kužele. Nejčastěji používaným tvarem je redukční kužel, který je výrobně nejjednodušší. Redukční kužel ovlivňuje velikost deformačního odporu. Osvědčený tvar průtlačnice pro dopředné protlačování je na obr..9. oporučené rozměry průtlačnice pro dopředné protlačování jsou přehledně zobrazeny v tab... Válcová dutina průtlačnice má z důvodů snadnějšího zavádění polotovarů náběhový kužel nebo rádius. Na obr..0 můžeme vidět systém upnutí průtlačnice jednou objímkou. Tohoto upnutí se využívá díky zvýšené únosnosti průtlačnice. o objímky je průtlačnice zapouzdřena s přesahem na kuželovou plochu, nebo s ohřevem objímky na plochu válcovou. Tab... Geometrické parametry průtlačnic [] Obr..9 Průtlačnice pro dopředné protlačování [] Teplota 0C tváření + (0, až 0,) H 0,5 0 až 90 R ( )/ R (0,05 až 0,) R 0,5 h Min 0,7 až 5 až 0 Obr..0 Zapouzdření složené průtlačnice s jednou objímkou [] 8

19 Nástroje pro dopředné protlačování Průtlačníky Velmi důležitým parametrem průtlačníku pro zpětné protlačování je tvar hlavy průtlačníku. Nevýhodný tvar může znatelně navýšit deformační odpor, jak je vidět v diagramu na obr... Osvědčený tvar průtlačníku je na obr... Čelní plocha je mírně kuželovitého tvaru. Úhel kuželovité části se volí nejen s ohledem na tvar součásti, ale především s ohledem na tvářecí teplotu. Tření mezi povrchem průtlačníku a stěnou vystupujícího kalíšku se významně sníží odlehčením průtlačníku za čelní fasetou. Vliv odlehčení dříku průtlačníku na deformační odpor v závislosti na jeho výšce je patrný z obr... Obr.. oporučený tvar průtlačníku pro zpětné protlačování [] Tab.. Geometrické parametry průtlačníku [] Teplota 0C tváření d d - (0, až 0,) h 0,5 d 5 až 8 R (0,05 až 0,)/d d 0,7d Obr.. Vliv odlehčení dříku průtlačníku na deformační odpor [] 9

20 Průtlačnice Obr.. Vliv tvaru čela průtlačníku na deformační odpor [] Tvar dutiny průtlačnice pro zpětné protlačování odpovídá vnějšímu tvaru průtlačku. Ústí pracovní dutiny je buď zaobleno, nebo s kuželovým náběhem pro usnadnění zavádění polotovaru obdobně jako u dopředného protlačování. Otevření dutiny s mírnou kuželovitostí (asi :000) je potřebné k zabránění osových tahů při vyhazování průtlačků. Funkční povrch dutiny je broušen a lapován. Průtlačnice pro zpětné protlačování a pěchovnice mají přibližně stejný tvar. Návrh konstrukce průtlačnice pro zpetné protlačování je na obr... Únosnost průtlačnic se zvyšuje radiálním předpětím pomocí jedné, nebo více objímek viz. obr..5. Montáž složených průtlačnic se provádí buď zalisováním na kuželovou plochu případně s podchlazením průtlačnice a ohřevem objímky zalisování na válcovou plochu. Obr.. Průtlačnice pro zpětné protlačování [] 0

21 Obr..5 Schéma dvojitého pouzdření průtlačnice pro zpětné protlačování [] Materiály nástrojů pro objemové tváření [] oporučené materiály protlačovacích nástrojů jsou nástrojové oceli, nebo slinuté karbidy wolframu. Průtlačnice bývá tepelně zpracována na 60-6 HRC v závislosti na druhu oceli. Průtlačníky by měly dosahovat tvrdosti 6 6 HRC a měly by mít vysokou mez kluzu. Slinuté karbidy wolframu se používají pro rozměrovou stálost a zaručenou životnost nástrojů. Přehled používaných nástrojových ocelí ukazuje tab... Tab.. Některé materiály protlačovacích nástrojů [] ruh protlačování Materiál průtlačníku Materiál průtlačnice Ocel 96 Ocel 956 opředné Ocel 96 Ocel 905 Ocel 97 Ocel 96 Ocel 96 SK 6 Zpětné protlačování Ocel 97 SK 65 Ocel 96 Ocel 980 Ocel 9655 Ocel 96.5 Povrchová úprava polotovaru [] Správná povrchová úprava je rozhodující pro hospodárnost procesu protlačování a pro kvalitu protlačovaných výrobků. K povrchové úpravě výchozího materiálu, polotovarů a hotových protlačovaných výrobků patří: ) Odstranění vad povrchu mechanicky, např. broušením, tryskáním, loupáním, leštěním. ) Čištění, odmašťování, oplachování a vymývání, chemicky, nebo mechanicky. ) Odstraňování okují a moření, chemicky nebo mechanicky.

22 ) Ve spojitosti s jinými způsoby předběžného zpracování materiálu, např. žíhání v ochranném plynu, solné lázni, nebo ve vakuu. 5) Vytváření zvláštních nosných povlaků pro mazivo, jako je např. fosfatizace, černění apod. 6) Nanášení maziva, např. nanášení mýdla, oleje, mazání tukem apod. První případy povrchové úpravy zvyšují jakost povrchu a zarovnávají jej. Slouží k přípravě úprav 5, 6, které vytvářejí povrchové povlaky. Povrchová úprava se řídí způsobem a velikostí stupně deformace. Protlačování tedy vyžaduje důkladnou povrchovou úpravu narozdíl od jiných tvářecích technologií (vtlačování, lisování dna, pěchování)..6 Strojní vybavení [5] Mechanické lisy a hydraulické lisy jsou konkrétně velmi vhodné pro protlačování za studena s vysokou mírou tuhosti, přesným uspořádáním nástrojů a dlouhými pracovními tahy. Mechanické lisy jsou upřednostňované díky snadnější údržbě a vyšší produktivitě, vyžadují vyšší investice a jsou preferované pro výrobu většího objemu součástí. Horizontální mechanické lisy s přísunem materiálu ve formě tyčí, nebo svitků, postupové tzn. s několika lisovacími pozicemi a integrovaným střihem polotovarů jsou vhodné pro tváření menších součástí. Tyto lisy jsou schopné tvářet zatížením 00 tun při kadenci až 50 součástí za minutu. Mechanické vertikální lisy mohou být jednooperační, nebo postupové a jejich užití je typické k výrobě větších součástí se zatěžující silou lisu až 00 tun a kadenci 5 kusů za minutu. Pro roční objem výroby nad kusů jsou tyto lisy automatizovány co se týče přísunu a přesunu polotovarů. Řešení hnaného ústrojí mechanizmu je různý a může být řešen např. jako mechanismus excentrický, klikový, kolenový a vřetenový. Kolenové lisy nabízejí nižší a stálejší rychlosti během pracovního tahu, než klikové lisy a redukují dynamická zatížení. Nicméně tvářecí síla a pracovní zdvih v pracovní oblasti nad dolní úvratí je u kolenových lisů nižší, než u lisů klikových. Vřetenový lis má podobné tvářecí rychlosti jako lis kolenový lis a má větší pracovní zdvih. Excentrické lisy vyplňují mezeru mezi kolenovými a klikovými lisy. Tyto údaje jsou důležité k analyzování silového diagramu stroje a následnému určení, zda li je stroj schopen vyvinout požadovanou sílu. Hydraulické lisy jsou často vertikální, méně složité, univerzální a mají delší pracovní zdvih, než mechanické lisy. Jsou užívány pro dlouhé a velké součásti. Mají konstantní tvářecí sílu během celého zdvihu. Pracují s nižšími rychlostmi a jsou méně vhodné k automatizaci a tedy jsou vhodné pro menší objemy výroby.

23 . SOUČASNÝ STAV VÝROBY SOUČÁSTI OBOBNÉHO TVARU [0] Pro výrobu rotačně symetrických součástí se nabízejí dvě hlavní technologie výroby a to třískové obrábění soustružením a broušením. ruhá varianta je objemové tváření. Pokud bereme v úvahu velkosériovou až hromadnou výrobu pro počet vyráběných kusů větší než , volba padá na objemové tváření postupovými automaty. Na výrobu součástí podobného tvaru se specializuje například firma HATEBUR Umformmaschinen AG, jejíž produkty jsou na obr... Obr.. Současný stav výroby součásti obdobného tvaru [0]

24 . NÁVRH MATERIÁLU [6] Závitová vložka má být podle zadání zhotovena z oceli 0. Při výpočtech deformačních odporů v jednotlivých tvářecích operacích budu uvažovat vliv rychlosti deformace na tvářený materiál, navrhuji proto jako výchozí materiál ocel 0 5R, pro kterou mohu použít výsledků grantu Ústavu strojírenské technologie, Odboru tváření kovů a plastů na FSI v Brně, konkrétně grantu s názvem atabáze materiálových modelů k predikci chování materiálů v tvářecím procesu [6]. Parametry a vlastnosti oceli 0 5R: Jedná se o ocel obvyklých jakostí, která je vhodná pro tváření za studena. Označení: ČSN 0 dle chemického složení odpovídá oceli ČSN EN 00 s úpravami dle podnikové normy PN 0 9 pro ocelové dráty kruhového průřezu od do 0 mm, tažené za studena, (dále jen ocel 0 5R). Význam dalších označení: 5- mořený, tažený, žíhaný naměkko, mořený a tažený s úběrem 5% R- tažený v mýdlovém prášku Zahraniční označení materiálu 0: ISO - Cr0 ISO 7/N9-69 IN - St IN 6-7 (.00) Rusko - 08kp GOST Švédsko - SS -75 Chemické složení v %: Tab.. Chemické složení oceli 0 5R C % Mn% Si % P % S % Al % Cr % Cu% Atest dle ) ČSN EN 0 0 ČSN 0 ) Spektrometr ) LECO GS 750 * 0,05 0,0 0,05 0,0 0, max. 0, - - max. 0,05 max. 0, ,05 0, 0,06 0,07 0,0 0,07 0,6 0,06 Poznámky: ) Lexikon technických materiálů ) Inspekční certifikát Železáren a drátoven Bohumín -ŽB ) Certifikace ČSN/ISO 900/ EN 900 VUT FSI ÚMI v Brně

25 Polotovar: Tažený ocelový drát pro výrobu spojovacích součástí 5,5 mm Mechanické vlastnosti dle ČSN EN 00, certifikátu ŽB Bohumín č.76/97 ) Tab.. Mechanické vlastnosti oceli 0 5R dle ČSN EN 00 Mez kluzu Mez pevnosti Tažnost Kontrakce Rp0, Rm A5 Z MPa MPa % % 78, Aktuální stav: tažený drát 5,5 mm, ocel 0 5R Mechanické vlastnosti: (zkušební tyč dle ČSN 0 6) ) Tab.. Mechanické vlastnosti oceli 0 5R dle ČSN 0 6 Mez kluzu Mez pevnosti Tažnost Tvrdost Kontrakce Modul pružnosti v tahu Rp0, Rm A5 Z E MPa MPa % HV0 % GPa , 70 70,6 0 Výchozí struktura oceli 0 5R: Obr.. Výchozí struktura oceli 0 5R [6] Obr.. Výchozí struktura oceli 0 5R [6] Vyhodnocení struktury: Ocel 0 5R má feritickou strukturu a obsahuje globulární vměstky kysličníku železa, křemíku a hliníku. Oxidy hliníku jsou často spojené se sirníkem manganu. Struktura je rovnoměrná a má střední velikost zrna okolo 70 μm (minimální okolo 0 μm a maximální okolo 00 μm ). terciární cementit se vyskytuje na hranicích zrn především v okolí trojných bodů. Střední tvrdost oceli je okolo HV0=70. 5

26 le matematickému popisu závislosti deformačního odporu na efektivním přetvoření, rychlosti přetvoření a na teplotě je použit osvědčený konstitutivní vztah dle Johnson-Cooka (.) pro BCC materiály, který zahrnuje základní fyzikální parametry. Pomocí experimentálních zkoušek provedených dynamickými kompresními testy byl ověřen vliv rychlosti přetvoření na deformační odpor u daných materiálů a při konkrétních podmínkách. Vliv rychlosti přetvoření na deformační odpor u oceli 0 5R je vidět na obr... Parametry rovnice dle Johnson Cooka jsou uvedeny v tab... Tab.. Parametry konstitutivní Johnson-Cook rovnice [6] Parametry konstitutivní Johnson-Cook rovnice pro kompresní test 0 50 B 50 C 0,055 n 0,8 m 0,7 Konstitutivní rovnice Johnson-Cook: d m n T T0 p 0 B C ln (.) dt Tm T0 Obr.. Vliv rychlosti přetvoření na deformační odpor oceli 0 5R [6] 6

27 5. NÁVRH TECHNOLOGIE [], [], [], [6], [8], [9],[0] Funkce závitové vložky o vnitřního průměru 6,6mm vylisované vložky bude vysoustružen závit M8. Závitová vložka tedy funguje jako spojovací součást panelů, desek, plechů. Šestihranná hlava zamezuje pootočení součásti, což velmi usnadňuje montáž. Obr. 5. Příklad funkce závitové vložky Technologie výroby závitové vložky Tvar součásti typu pouzdro je vhodný pro technologii sdruženého protlačování. Při této technologii obtéká materiál dva průtlačníky, mezi kterými zůstává materiál (dále blána). Blána slouží k ochraně nástrojů před dosednutím na sebe a tím brání poškození nástrojů. V poslední operaci protlačování se odstřihne. Blána ovšem zvýší objem součásti. Je s ní tedy třeba již při výpočtu objemu součásti počítat. Výška blány,5mm viz. obr.5. je navržena s ohledem na ohnisko deformace, které sahá do /6 průměru průtlačníku pod povrch. Výchozí tvar a rozměry součásti tedy upravuji na tvar vhodný pro technologii kombinovaného protlačování viz. obr Výpočet objemu součásti Obr. 5. Úprava výchozího tvaru součásti Objem součásti se skládá z dílčích geometrický těles, jejichž objemy viz. obr. 5. vypočítám dle známých vztahů. Jelikož výpočty objemů a obsahů základních geometrický těles typu válec, kužel, komolý kužel, kruhový prstenec, trojúhelník, atd. nejsou v této práci stěžejní, součást zjednodušuji a její přesný objem dokládám s podporou softwaru pro parametrické modelování SolidWorks. 7

28 8 Základní vzorce pro výpočet objemu a obsahu: Obsah trojúhelníka: v s S [ mm ] (5.) Objem válce: v V [ mm ] (5.) Objem kužele: r h V [ mm ] (5.) Objem komolého kužele: d d h V [ mm ] (5.) Objem prstence: [ mm ] (5.5) Schémata k výpočtům objemů jsou pro přehlednost kreslena v měřítku M : Výpočty jednotlivých objemů: Výpočet objemu šestihranné hlavy V (5.): (5.6) Obr. 5. Závitová vložka po tváření Obr. 5. Schéma rozdělení součásti na více objemů Obr. 5.5 Objem V 5 5,, ,08 6 mm h v s V d V

29 9 Obr. 5.8 Objem V Obr. 5.9 Objem V 5 Obr. 5.0 Objem V 6 Výpočet objemu V (5.): (5.7) Výpočet objemu V (5.5): (5.8) Výpočet objemu V (5.): (5.9) Výpočet objemu V 5 (5.): (5.0) Výpočet objemu V 6 (5.): (5.) 865, 5,,5 mm h V Obr. 5.6 Objem V d h V Obr. 5.7 Objem V 6 679, 8 0, mm h V d d h V 6,5 6,6 6,6 0, 0,, mm , 6,6 mm h V, 9,9,6, 9,9 mm

30 Výpočet objemu V 7 (5.): V 6,6 7 7 h7, 50, 5 mm (5.) Obr. 5. Objem V 7 Výpočet objemu V 8 (5.): V 8 h 8 8,6 8 8 d 8 d8 8,6 6,6 6,6 5,6mm (5.) Obr. 5. Objem V 8 Výpočet celkového objemu součásti: V 5,5 865,, (679,6 6,5 68, 50,5 5,6) 5, mm (5.) Přesně určený objem s podporou programu SolidWorks: V c = 0,66 mm (5.5) Vypočtený objem se tedy od přesného liší cca o %. ále budu uvažovat objem přesně určený programem Solid Works. Přesná hmotnost součásti: Obr. 6. Model součásti 9 m V 0, ,00kg 0, g (5.6) 0

31 5. Technologické varianty Při výpočtech logaritmických přetvoření zjednodušuji šestihranou hlavu na válcovou hlavu o průměru opsané kružnice šestihranné hlavy tedy 5,5mm. Varianta. Technologický postup. varianty (Obr. 5.) vychází z volby průměru výchozího polotovaru stejného jako je výsledný venkovní průměr válce závitové vložky. Po dopočtu vůlí pro možnost vkládat lehce polotovar do následujících operací volím průměr polotovaru,mm. Zhodnocení této varianty vychází z výpočtů logaritmických průřezových přetvoření přehledně zobrazených v diagramu logaritmických přetvoření (Obr. 5.5). M : Ustřižení špalíku.operace předpěchování. operace pěchování hlavy.operace kombinované protlačování.operace pěchování hlavy 5.operace odstřižení blány Výpočet logaritmických přetvoření: Obr. 5. Návrh technologie.varianty hlavy predpech pechhlava zpetnehlava pechsestihranu,,7,8 0, 5,5 0, ln ln ln ln,,,7,8 0, 0,06 0,5 0,85 0,7,59 (5.7)

32 predpech valecpech valce valec zpetne,,,5 0, ln ln ln,,, 0,06 0,06,6,9 (5.8) predpech valecpech valce valec zpetne,,,5 6,6 ln ln ln,,, 0,06 0,06 0,0 0, (5.9) M : Obr. 5.5 iagram logaritmického přetvoření.varianty Zhodnocení. varianty : Rozložení přetvoření není rovnoměrné. Nejvyšší hodnota logaritmického přetvoření v průřezu činí,5 v místě hlavy. V dalších variantách se budu snažit eliminovat jedno napěchování a zrovnoměrnit průběh logaritmického přetvoření v daných mezích na součásti.

33 Varianta. Technologický postup. varianty (obr.5.6) vychází z požadavku rovnoměrného přetvoření v oblasti hlavy a v oblasti válce tzn. na vnitřním průměru 0,mm. Postup se bude skládat z 5ti operací stejně jako. varianta. Výchozí polotovar bude navržen tak, aby byly splněny stanovené požadavky. Zhodnocení této varianty vychází z výpočtů logaritmických průřezových přetvoření přehledně zobrazených v diagramu logaritmických přetvoření (obr. 5.8). Ustřižení špalíku.operace předpěchování. operace redukce válce.operace kombinované protlačování.operace pěchování hlavy 5.operace odstřižení blány M : =,5mm =0,mm 5 =5,5mm Výpočet průměru polotovaru: Obr. 5.6 Návrh technologie.varianty hlava valec ln ln ln ln 5 5 (5.0) (5.) (5.) Po dosazení do rovnice 5.0 a úpravě: ( 5 ) ( ) (5,5 0, ) (,5 0, ) 0,,7mm (5.) Výchozí polotovar volím svitek drátu 0 =,5mm.

34 Při výpočtu logaritmických přetvoření uvažuji rozměry v daných operacích dle obr Ustřižení špalíku.operace předpěchování. operace redukce válce.operace kombinované protlačování.operace pěchování hlavy 5.operace odstřižení blány M : Výpočet logaritmických přetvoření: Obr. 5.7 Návrh rozměrů.varianty hlavy predpech pechhlava zpetnehlava pechsestih ranu,6,7,8 0, 5,5 0, ln ln ln ln,5,6,7,8 0, 0,06 0,05 0,85 0,7,8 (5.) predpech valecreduk ce valce valec zpetne,6,,5 0, ln ln ln,5,6, 0,06 0,85,6,6 (5.5) predpech valecreduk ce valce valec zpetne,6,,5 6,6 ln ln ln,5,6, 0,06 0,85 0,0 0,50 (5.6)

35 M : Obr. 5.8 iagram logaritmického přetvoření.varianty Zhodnocení. varianty : Logaritmické přetvoření je ve válci stejné jako v hlavě. Oproti. variantě je maximální přetvoření nižší, není tedy vyčerpáno tolik plasticity. Tato varianta se jeví výhodnější,než varianta. Varianta. Technologický postup. varianty (Obr. 5.9) také vychází z požadavku rovnoměrného přetvoření v oblasti hlavy a v oblasti válce tzn. na vnitřním průměru 0,mm. Polotovar bude navržen tak, aby byly splněny stanovené požadavky. Polotovarem bude trubka s vnitřním průměrem 6,6mm. íky tomu,že se nebude muset stříhat blána v poslední operaci, ušetříme jednu operaci. Polotovar se nebude moci stříhat jak tomu bylo u předchozích dvou variant. Trubka se bude řezat např. kotoučovou pilou, což prodraží a zpomalí výrobu. Zhodnocení této varianty vychází z výpočtů logaritmických průřezových přetvoření přehledně zobrazených v diagramu logaritmických přetvoření (Obr. 5.). Uříznutí trubky.operace redukce dříku. operace redukce vnitřního průměru.operace pěchování hlavy M : =6,6mm =,5mm =0,mm =5,5mm Obr. 5.9 Návrh technologie.varianty 5

36 ln ln ln ln ) ( ) ( hlava valec,7mm 0, ) 0, (,5 ) 0, (5,5 Uříznutí trubky.operace redukce dříku. operace redukce vnitřního průměru.operace pěchování hlavy Obr. 5.0 Návrh rozměrů.varianty M : Výpočet průměru polotovaru: (5.7) (5.8) (5.9) Po dosazení do rovnice 5.7 a úpravě: (5.0) Jako výchozí polotovar volím trubku 0 =,7mm =6,6mm. Při výpočtu logaritmických přetvoření uvažuji rozměry v daných operacích dle obr. 5.0.

37 Výpočet logaritmických přetvoření: hlavy pech zpetnehlava pechsestih ranu,7 6,6,8 0, 5,5 0, ln ln ln,6 6,6,7 6,6,8 0, 0,09 0,560 0,7,05 (5.) valecreduk ce valce valec zpetne, 6,6,5 0, ln ln,6 6,6, 6,6 0,9 0,89,078 (5.) valecreduk ce valce valec zpetne, 6,6,5 6,6 ln ln,6 6,6, 6,6 0,9 0,0 0,7 (5.) M : Zhodnocení. varianty : Obr. 5. iagram logaritmického přetvoření.varianty Logaritmické přetvoření je v této variantě nerovnoměrně rozložené. Je to způsobeno tím, že se neprotlačuje vnitřní průměr 6,6mm. Tato varianta je nejméně přijatelná. Zhodnocení variant: Z předložených variant se jeví nejvýhodnější varianta druhá. Logaritmické přetvoření v této variantě je rovnoměrnější, než u ostatních. Polotovar bude ve formě svitku drátu o,5mm, což je klasický způsob oproti složitější a nákladnější třetí variantě. 7

38 5. Volba polotovaru V návaznosti na volbu vhodné technologické varianty vypočítám potřebnou délku polotovaru špalíku pro. variantu. Vycházím z přesně stanoveného objemu součásti (5.5) a pomocí vzorce (5.) dopočítám výšku špalíku h. Vc 0,66 h 9, mm,5 (5.) Obr. 5. Volba polotovaru - špalíku Jako polotovar volím špalík stříhaný ze svitku drátu,5h. Špalík bude podán do. operace kloubovými čelistmi, kterými je zajišťován tok materiálu v postupovém lisu. Polotovar (špalík) tedy bude mít rozměry,5h 9,±0,. Polotovary budou fosfatizovány a mazány tukem, olejem popř. mýdlem. 5. Návrh rozměrů Při návrhu rozměrů ve všech operacích vycházím z přesně stanoveného objemu spočítaného programem SolidWorks (5.5). Nejprve se stanoví rozměry ve. operaci. Ty vycházejí z rozměrů ve. operaci. Liší se jen ve tvaru hlavy, která bude ve. operaci napěchována do tvaru šestihranu. ále postupuji k operacím předcházejícím tj.. a. operace, až určím všechny rozměry potřebné pro návrh postupového nástroje. Výpočet rozměrů v. operaci: Objem šestihranné hlavy ve. operaci je určen pomocí programu SolidWorks..operace.operace V hl =,8 mm (5.5) Obr. 5. Výpočet rozměrů ve. operaci V hl,8 0, h 0,9 6,9 6,9 6,5 6,5 0, 0, 9 0, 0,9 6,9 6,9 6,5 6,5 0,9 h,8 0, 8 V hl (5.6) (5.7)

39 0, 0,9 6,9 6,9 6,5 6,5 0,9,8 h, mm,8 0, (5.8) Výpočet rozměrů v. operaci: Pro výpočet výšky v viz. obr. 5. jsou použity základní vztahy a přesný objem součásti V c = 0,66 mm viz Pro rozsah výpočtu uvádím jen výsledné vztahy k určení výšky v..operace Obr. 5. Výpočet rozměrů ve. operaci 6,85 6,85 6, 6,, 0,66,,7 0,9 v,5 6, 6, 5, 5, 6,7,5 tan0 0, 0, 7, v, 0,66 6,7,5,5 0, 0, 7,,,7 0,9 6,85 6, 6, 5, 5, 8,0mm tan 0 6,85 6, 6, (5.9) (5.0) 9

40 Výpočet rozměrů v. operaci: Pro výpočet výšky l viz obr. 5.5 jsou opět použity základní vztahy a přesný objem součásti V c = 0,66 mm viz operace Obr. 5.5 Výpočet rozměrů v. operaci 0,66,6 l 0,66 6,8,, l, 6,8 6,8 5,8 5,8, tan 0 6,8 5,8 5,8 tan0 8,mm,6 (5.) (5.) Nyní jsou navrženy všechny potřebné rozměry pro všechny operace. Návrh rozměrů ve všech operacích je na obr Návrh rozměrů ve všech operacích: Ustřižení špalíku.operace předpěchování. operace redukce válce.operace kombinované protlačování M :.operace pěchování hlavy Obr. 5.6 Návrh rozměrů všech operací 0

41 5.5 Výpočty rychlostí přetvoření, deformačních odporů, sil a prací [9],[] Pro každou operaci je sestaven geometrický model, ve kterém je určeno místo s maximální rychlostí přetvoření. Rychlosti přetvoření jsou počítány dle [9]. Pomocí konstitutivní rovnice Johnson-Cook (.) je vypočítán přirozený přetvárný odpor uvažující maximální rychlost přetvoření vyskytující se v dané operaci. ále je vypočítána tvářecí síla a práce. Na základě celkové síly je volen stroj. K parametrům konstitutivní Johnson-Cook rovnice viz tab.. pro tváření za studena dodávám tyto hodnoty : T = C, T 0 = 0 C, T m =500 C Pro výpočet rychlosti deformace je potřeba znát rychlost beranu lisu. Volím maximální rychlost beranu klikového lisu před dolní úvratí v =, m/s. Tato hodnota koresponduje s předběžně uvažovaným lisem HATEBUR AKP -5 [], pro který navrhuji výrobní postup.. operace - předpěchování střih špalíku. operace M : Obr. 5.7 Geometrický model. operace Přetvoření v. operaci: ln,6 PREPECH ln 0,05 (5.),5 Rychlost přetvoření v. operaci: v, Z max s (5.) h 0,00905 Přirozený přetvárný odpor v. operaci: 0,7 0,8 0 pprepech ,05 0,055 ln 769MPa (5.5) eformační odpor dle Siebela v. operaci: f 0,,6 dprepech p MPa (5.6) H 0, Síla v. operaci:,6 FPREPECH dprepech S dprepech 769, kn (5.7) Práce v. operaci: A F s F h h, 0,06 6, (5.8) J PREPECH PREPECH OPRENE PREPECH 8

42 . operace dopředné protlačování. operace. operace M : Obr. 5.8 Geometrický model. operace Přetvoření v. operaci: ln,6 OPRENE ln, 0,85 (5.9) PREPECH OPRENE 0,05 0,85 S 0, (5.50) Rychlost přetvoření v. operaci:,7 R Z max v tg v tg, tg5 0s (5.5) R, Střední přirozený přetvárný odpor v. operaci: 0,7 0,8 0 0 ps , 0,055 ln 886MPa (5.5) eformační odpor dle Feldmanna v. operaci: [] Tření na stykových plochách volím s ohledem na fosfátování a mazání f = 0,05 ; = 70. f f L f L doprene ps ln ps pprepech (5.5) 0,05,6 70 0,05, 9 0,05, 886 ln MPa 70, 80,6,6 80 Síla v. operaci:,6 FOPRENE doprene S doprene 0 5, kn (5.5) Práce v. operaci: A F s F L 5, 9 06, J (5.55) OPRENE OPRENE OPRENE OPRENE 8

43 . operace kombinované protlačování. operace. operace M : Obr. 6.9 Geometrický model. operace Přetvoření ve. operaci: d,5 0, zpetnevalec ln ln,6 (5.56), 0,05 0,85,6,6 (5.57) ZPETNE predpech redukce Rychlost přetvoření ve. operaci: v, Z max 5s hb 0,009 zpetnevalec (5.58) Přirozený přetvárný odpor ve. operaci: 0,7 0,8 5 0 pzpetne 50 50,6 0,055 ln 05MPa (5.59) eformační odpor ve. operaci: Volil jsem výpočet deformačního odporu dle Siebela, jehož vztah (5.60) je vhodný pro tloušťku stěny větší,než desetina průměru průtlačníku. V mém případě je tloušťka stěny,05mm a desetina průměru průtlačníku je v mém případě,0mm. Podmínka je tedy splněna. ipperův vzorec nemohu použít, z důvodu nepříznivého poměru výšky kaloty a dnem průtlačku. Pro ipperovy vztahy musí být poměr h 0 /b (,). V mém případě je tento poměr,5. Volím tedy výpočet dle Siebela. Vzorec navyšuji o rezervu 5% jako ohled na kombinované protlačení vodících průměrů 6,6mm viz. obr.6.8. d log dzpetne log log,5, 5 pzpetne d d d d d dzpetne,5 log,5 0,,5,5 05 0,,5 790MPa,5,5 0,,5 log 0, 0, log,5 0, (5.60)

44 Síla ve. operaci: 0, FZPETNE dzpetne S dzpetne kn (5.6) Práce ve. operaci: A F s F h h 7 8,09, (5.6) J ZPETNE ZPETNE ZPETNE ZPETNE 6. operace pěchování šestihranné hlavy. operace. operace M : Obr. 5.0 Geometrický model. operace Přetvoření ve. operaci: 6 d 5,5 0, PECHHLAVY ln ln d,8 0, 5 5 d 0,7 (5.6),8 0, ZPETNEHLAVA ln ln 0,85 (5.6),7 0,05 0,85 0,7, (5.65) PECH PREPECH ZPETNEHLAVA Rychlost přetvoření ve. operaci: v, Z max 800 s h5 0,005 PECHHLAVY (5.66) Přirozený přetvárný odpor ve. operaci: (5.67) 0,7 0, , 0,055 ln MPa ppech

45 eformační odpor pro pěchování kroužku - odvození: [] Pro určení deformačního odporu upravuji Siebelův vztah pro pěchování válce na pěchování kroužku (obr.5.). Z matematického modelu poté určuji rovnici požadovaného deformačního odporu. Pro použití v praxi se pokusím ověřit platnost matematického modelu simulací pomocí programu FORMFEM Geometrický model: Obr. 5. Geometrický model pěchování kroužku [] Matematický model: Vyházíme z diferenciální rovnice d Z 0 dr h Rovnici integrujeme za předpokladu, že f f z h p r C Integrační konstantu vyjádříme z okrajových podmínek p z a p r (5.68) (5.69) f z p r (5.70) h Po dosazení mezí r a r 0 dostáváme f d z max p (5.7) h z min p (5.7) eformační odpor potom určíme ze vztahu 5.7 d z min z max z min (5.7) f d d SZ p h (5.7) 5

46 eformační odpor ve. operaci: Volím tření na čele f = 0, f 6 d 0, 5,5 0, dpech ppech 0 67MPa h5,5 (5.75) Síla ve. operaci: 7,8 FPECH dpech S dpech 67 7, 5kN (5.76) Práce ve. operaci: A F s F h h 7,5,,5 7, (5.77) J PECH PECH PECH PECH 5 5. operace střih blány. operace 5. operace M : Obr. 5. Geometrický model 5. operace Síla v 5. operaci: F b, 0,8 R 6,6,5, 0,8 6, kn (5.78) STRIH b m 7 Práce v 5. operaci: A F b,7,5 9, J (5.79) STRIH STRIH 5 Celková tvářecí síla: F F PREPECH F OPRENE F ZPETNE F PECH, 5, 7 7,5,7 7,6kN (5.80) Celková tvářecí práce: A A A PREPECH OPRENE A ZPETNE A PECH 6,8 06,8 6 7, 9,5 95,5J (5.8) F STRIH A STRIH Pro danou součást je vhodný dle tvářecí síly stroj HATEBUR AKP -5 s tvářecí silou 850kN viz. kapitola 6. Jelikož nebyl dostupný diagram průběhu síly na zdvihu u lisu AKP -5, nemohl jsem porovnat vypočtené hodnoty s pracovní charakteristikou stroje. 6

47 5.6 Určení radiálního tlaku. operace a návrh pouzdření lisovnice [], [] Výpočet deformačního odporu a radiálního tlaku při zpětném protlačování navrhl ipper []. Z těchto vztahů budeme vycházet pro stanovení radiálního tlaku. eformační odpor. operace je ovšem počítán podle Siebela a to z důvodu nepříznivého poměru výšky kaloty a výšky dna průtlačku h 0 /b (,), který jako předpoklad pro správnou funkci rovnic definoval ipper. Porovnávám tedy deformační odpory vypočítané dle ippera a dle Siebela (5.60) a z tohoto poměru navrhuji radiální tlak pro. operaci. V další části bude navrženo příslušné pouzdření lisovnice. operace. eformační odpor dle ippera pro. operaci: Vycházíme ze stejného přirozeného přetvárného odporu jako v. operaci (5.59). pzpetne 05MPa Geometrický model dle ippera: ipper považuje zpětné protlačování za dvojitý proces pěchování. V oblasti a se kov pěchuje. V oblasti nedochází k deformacím a kov je považován za spojitý a tuhý. Tření na čele průtlačníku f = 0,. Střední tření f s = 0,. Výška kaloty h 0 = 8mm. Tloušťka stěny průtlačku s =,05mm. M : Obr. 5. Geometrický model dle ippera [] Obr. 5. Schéma přetvoření ipper [] Výpočet logaritmických přetvoření a přirozených přetvárných odporů vychází z obr. 5.. h 8 ln 0 ln 0,86 b,5 (5.8) d 0, 0,86,89 8 s 8,05 (5.8),89 0,86,0 (5.8) 0,86,89 s,7 (5.8) 7

48 Z rovnice. vypočteme přirozené přetvárné odpory p a ps. 0,7 0,8 5 0 p ,86 0,055 ln 0MPa (5.85) ,7 0,8 5 0 p s 50 50,7 0,055 ln 05MPa (5.86) dipper p f d b ps f s b d 0, 0, 0,, MPa,5,5 0, (5.87) Určení radiálního tlaku r s : f s b 0,,5 r s ps 0 0MPa d,5 0, (5.88) eformační odpor i radiální napětí vypočítané dle ippera navyšuji o rezervu 5% jako ohled na kombinované protlačení vodících průměrů 6,6mm viz. obr.5.9.,5 57,5 MPa (5.89) dippernav dipper 700 r snav r s,5 0,5 9MPa (5.90) Nyní porovnám hodnoty deformačního odporu vypočítaného dle ippera (5.89) a Siebela (5.60) a z jejich poměru určím pravděpodobný radiální tlak při uvažovaném výpočtu deformačního odporu dle Siebela. dippernav dzpetne 700, 790 (5.9) r snav 50 rssiebel 807MPa (5.9),, Radiální napětí resp. Vnitřní tlak působící na lisovnici ve. operaci je tedy podle výpočtů 807MPa. Tomuto tlaku odpovídá pouzdření dvěmi objímkami. Návrh rozměrů objímek tedy budu navrhovat v dalším kroku. Výpočty radiálních tlaků a deformačních odporů by se pro použití v praxi museli ověřit simulačním softwarem. 8

49 5.7 Návrh pouzdření lisovnice v. operaci [8] Radiální tlak v lisovnici ve. operaci byl vypočítán podle kap Pro daný tlak viz. 5.9 je zapotřebí pouzdřit lisovnici dvěmi objímkami []. Výpočet je proveden programem OPTIMAL LP-Kopriva.exe dostupného na ÚST Odbor tváření kovů a plastů na VUT FSI v Brně. o programu jsou zadány hodnoty dle geometrického modelu viz obr. 5.5 a dle materiálového modelu viz. příloha. Obr. 5.5 Geometrický model pouzdření lisovnice dvěmi objímkami [8] Vstup do programu Zadané parametry: viz. přílohy, Materiál: lisovnice SK 65 index objímky ocel 97 index, r =6.5 mm poloměr lisovnice r =.5 mm poloměr. objímky p =807 MPa vnitřní tlak =850 MPa dovolené napětí =55 MPa =55 MPa =0.56 poměr R m /R d pro Mohrovu podmínku křehké pevnosti = = = - lodeho parametr napjatosti =,55 =,55 E = MPa - modul pružnosti v tahu. objímky E = MPa - modul pružnosti v tahu. objímky E = MPa - modul pružnosti v tahu. objímky =0.6 poisonova konstanta pro SK65 =0. poisonova konstanta pro ocel 97 =0. poisonova konstanta pro ocel 97 T o =0 C teplota okolí T pop =570 C teplota popouštění Součinitel tepelné roztažnosti oceli 97, = (A + B.T, ).C A =,8 B = 0,00 C = 0-6 Součinitel tepelné roztažnosti SK65 = A.T.C A = 6,5 C = 0-6 9

50 Výstup z programu: r = 0,5 mm r =,0 mm p = 56,88 MPa p = 76,8 MPa r,68 r p p p 0,7 0,8 0,8 eformace vnějšího poloměru lisovnice r = 0,00 mm eformace vnitřnho poloměru lisovnice r = 0,085 mm Celkový radiální přesah r c = 0,0 mm Stažení vnitřního otvoru lisovnice r = -0,0 mm Stažení vnějšího otvoru lisovnice r = 0,0 mm Roztažení.objímky r = 0,07 mm Skutečný konstrukční přesah r s = 0, mm Vnejší poloměr první objímky r = 0,8 mm Předpětí mezi lisovnicí a. objíkmou p d = 7, MPa T ohřev objímky vypočteno 596,86 C T ohřev objímky redukováno 560 C T podchlazení lisovnice vypočteno -55, C 50

51 eformace vnějšího poloměru.objímky r = 0,007 mm eformace vnitřnho poloměru. objímky r = 0,56 mm Celkový radiální přesah r c = 0,9 mm Stažení vnitřního otvoru. objímky r = -0,08 mm Stažení vnějšího otvoru. objímky r = 0,087 mm Roztažení.objímky r = 0,0 mm Skutečný konstrukční přesah r s = 0,0 mm Vnejší poloměr. objímky r =,87 mm Předpětí mezi. objímkou a. objíkmou p d = 7,5 MPa T ohřev objímky vypočteno 69,58 C T ohřev objímky redukováno 560 C T podchlazení objímky vypočteno -9,8 C Hodnocení výpočtu pouzdření Poloměr největší objímky, tedy poloměr matrice postupového automatu byl volen r =,5mm viz 6. kapitola volba stroje. Vnitřní poloměr lisovnice odpovídá vnějšímu poloměru součásti, tedy r = 6,5mm. Pro vnitřní tlak p = 807MPa byl vypočten poměr r /r =,68. Vnější poloměr lisovnice je tedy r = 0,5mm. ále dle materiálového modelu viz. příloha, byly vypočteny potřebné přesahy pro dosažení optimálního předpětí včetně vypočtení teplot nahřátí objímek a ochlazení lisovnic. 5

52 5.8 Simulace protlačování a pěchování Pomocí programu FORMFEM dostupného na ÚST Odboru technologie tváření kovů a plastů na VUT FSI v Brně s pomocí Ing. Miloslava Kopřivy byl odsimulován proces dopředného protlačování oceli 0 5R za studena. Byla simulována. operace zpětného protlačování a. operace pěchování hlavy. Šestihranná hlava byla zjednodušena na hlavu válcovou o průměru opsané kružnice šestihranu (5,5mm) z důvodu případné složitosti výpočtu. Z téhož důvodu nebyly počítány tvářecí teploty. Intenzita napětí byla počítána dle HMH podmínky. Jelikož program počítá s ideálně tuhým strojem a nástrojem, nedochází k odpružení a tedy hodnoty kontaktních tlaků a napětí jsou vyšší, než v reálných podmínkách. Pro porovnání vypočtených hodnot kontaktních tlaků tlaku p z kapitoly 5.6 uvádím simulovaný proces v posledním kroku tzn. oblast maximálních hodnot napětí a tlaků. Obr. 5.6 Kontaktní tlaky ve. operaci. le simulace. operace je hodnota radiálního tlaku na stěnu průtlačnice v rozmezí (6 699) MPa. Hodnota radiálního tlaku vypočítaná dle rovnice 5.9 je 807 MPa. Ze simulace je patrné, že radiální tlak může přesahovat hranici 600 MPa, při které je potřeba pouzdřit průtlačnici dvěmi objímkami. eformační odpor. operace byl vypočítán dle rovnice 5.60 na 790 MPa. Simulace udává rozmezí (58 8) MPa a vypočtená hodnota tedy spadá do rozmezí simulace. 5

53 Obr. 5.7 Kontaktní tlaky ve. operaci. V simulaci. operace, kdy se rozpěchovává hlava je v oblasti středního napětí v ose z tlak v rozmezí ( 608) MPa. le rovnice 5.75 byl stanoven deformační odpor 67 MPa, což nespadá do rozsahu uvedeným simulací. Při simulaci napěchování hlavy by bylo vhodné nastavení hustší sítě pro zpřesnění výpočtu, což by ale rapidně prodloužilo dobu výpočtu. Hlava byla napěchována bez vzniku přeložky, tudíž by měla navržená technologie obstát i při reálných podmínkách. 5

54 6. VOLBA STROJE [0] le vypočítané celkové tvářecí síly viz volím lis HATEBUR AKP -5 s tvářecí silou 850kN. Tvářecí stroj tedy poskytuje pro danou technologii rezervu ve výši 6 MPa. Tab. 6. Parametry stroje AKP -5 Pracovní řada Max. průměr drátu Rm=600MPa Stříhaná délka Max. délka součásti pro podávání Max. průměr součásti Výkonnost Počet kusů za minutu Tvářecí síla Tvářecí síla jedné matrice Výkon hlavního motoru mm 6-90 mm 90 mm mm (50 0) ks /min 850 kn 50 kn 5 kw Nástroje Tvářecí matrice 5 Rozteč matric 80 mm Průměr matrice 60 mm (65) Průměr lisovníku 60 mm Vyhazování Lisovník (variabilní) Matrice (variabilní) Rozměry, váha, hlučnost élka Šířka Výška Výška střední části Hmotnost Hlučnost max. 90 mm 5 mm 700 mm 000 mm 50 mm 00 mm 5 t 85dB (A) Obr. 6. HATEBUR AKP -5 [0] 5