KONSTRUKCE LISOVACÍHO NÁSTROJE PRO SOUČÁST Z PLECHU

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 KONSTRUKCE LISOVACÍHO NÁSTROJE PRO SOUČÁST Z PLECHU DESIGN OF STAMPING TOOL FOR SHEET METAL PART DIPLOMOVÁ PRÁCE MASTER'S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR Bc. DAVID RUČKA doc. Ing. JINDŘICH ŠPAČEK, CSc. BRNO 011

2 Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství Ústav strojírenské technologie Akademický rok: 010/011 ZADÁNÍ DIPLOMOVÉ PRÁCE student(ka): Bc. David Ručka který/která studuje v magisterském navazujícím studijním programu obor: Strojírenská technologie (303T00) Ředitel ústavu Vám v souladu se zákonem č.111/1998 o vysokých školách a se Studijním a zkušebním řádem VUT v Brně určuje následující téma diplomové práce: v anglickém jazyce: Konstrukce lisovacího nástroje pro součást z plechu Design of stamping tool for sheet metal part Stručná charakteristika problematiky úkolu: Navržení postupu výroby složité součástiz plechu tvářením na postupovém nástroji zahrnujícím operace stříhání i ohýbání. Konstrukce postupového nástroje podložená výpočty a technicko ekonomickým hodnocením. Cíle diplomové práce: 1. Literární studie teorie tváření. Literární studie teorie tepelného zpracování nástrojových materiálů a způsoby povlakování nástrojových materiálů 3. Konstrukční řešení tvářecího nástroje Zpracování 3D modelu dílu dle dodaného výkresu Zpracování rozvinutého tvaru dílu Optimalizace spotřeby plechu (pozice dílu v pásu a můstky) Zpracování nástřihového plánu nástroje Výpočet střižných a ohybových sil Zpracování 3D modelu postupového nástroje Zpracování kompletní výkresové dokumentace Návrh materiálů pro činné části nástrojů 4. Ekonomické hodnocení

3 Seznam odborné literatury: NOVOTNÝ, Josef, LANGER, Zdeněk. Stříhání a další způsoby dělení kovových materiálů. SNTL. 1. vyd. Praha : SNTL, s. ISBN LANGE, K. Umformtechnik Handbuch fur Industrie und Wissenschaft : Band 1: Massivumformung. Springer-Verlag Berlin. 1. Auflage. Berlin : Springer Verlag, s. ISBN FOREJT, Milan, PÍŠKA, Miroslav. Teorie obrábění, tváření a nástroje. Vysoké učení technické v Brně. 1. vyd. Brno : AKADEMICKÉ NAKLADATELSTVÍ CERM, s.r.o. Brno, s. ISBN Vedoucí diplomové práce: doc. Ing. Jindřich Špaček, CSc. Termín odevzdání diplomové práce je stanoven časovým plánem akademického roku 010/011. V Brně, dne L.S. prof. Ing. Miroslav Píška, CSc. Ředitel ústavu prof. RNDr. Miroslav Doupovec, CSc. Děkan fakulty

4 ABSTRAKT RUKA David: Konstrukce lisovacího nástroje pro souást z plechu. Projekt vypracovaný v rámci magisterského studia oboru Strojírenská technologie pedkládá návrh technologie výroby lisovacího nástroje pro výrobu souásti z ocelového plechu DD13. Na základ literární studie problematiky výroby souásti stíháním, ohýbáním a studie tepelného zpracování a povlakování nástrojových ocelí byla navržena výroba souásti v postupovém stižném nástroji. Jako pracovní stroj byl zvolen lis GERB EDELHOFF 80t. Klíová slova: Ocel DD13, plošné tváení, stíhání, ohýbání, lisovací nástroj ABSTRACT RUKA David: Design of stamping tool for sheet metal part. The in the framework of Master s Studies developed project presents a technology- proposal for the production of a pressing tool for the manufacturing of parts from the sheet steel DD13. On the basis of a literary survey of problems of the component manufacturing through shearing, bending and the studies of heat treatment and applications of covering coat and calculation, manufacturing in the phase-shearing tool was proposed. The press GERB EDELHOFF 80 t was selected as the working device. Keywords: DD13 steel, sheet metal forming, cutting, bending, stamping tool

5 BIBLIOGRAFICKÁ CITACE RUKA, D. Konstrukce lisovacího nástroje pro souást z plechu. Brno: Vysoké uení technické v Brn, Fakulta strojního inženýrství, s. Vedoucí diplomové práce doc. Ing. Jindich Špaek, CSc..

6 ESTNÉ PROHLÁŠENÍ Tímto prohlašuji, že pedkládanou diplomovou práci jsem vypracoval samostatn, s využitím uvedené literatury a podklad, na základ konzultací a pod vedením vedoucího diplomové práce. V Brn dne David Ruka

7 PODKOVÁNÍ Tímto dkuji panu doc. Ing. Jindichu Špakovi CSc. za cenné pipomínky a rady týkající se zpracování diplomové práce.

8 OBSAH Zadání Abstrakt Bibliografická citace estné prohlášení Podkování Obsah 1 ÚVOD.. 11 CHARAKTERISTIKA SOUÁSTI Specifikace tváeného dílce Materiál souásti 1.1. Mechanické vlastnosti a chemické složení. 1. Varianty výroby souásti TECHNOLOGIE STÍHÁNÍ A OHÝBÁNÍ Technologie stíhání Prbh stižného procesu Napjatost a deformace pi stíhání Stižná síla a práce Stižná vle Zpsoby stíhání Nástroje pro stíhání Konstrukce stižník a stižnic Stanovení rozmr stižník a stižnic Materiály pro výrobu stižných nástroj Technologie ohýbání Napjatost a deformace Stanovení rozvinuté délky polotovaru Odpružení Minimální a maximální polomr ohybu Vle mezi ohybníkem a ohybnicí Ohýbací síla a práce Technologinost ohýbaných souástí Nástroje pro ohýbání TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ A POVLAKOVÁNÍ Tepelné zpracování ocelí Austenitizace-ohev Rozpad austenitu-ochlazování Kalení nástrojových ocelí Ochlazovací prostedí Popouštní Zušlechování ocelí Povlakování nástroj Rozdlení povlak dle generací ištní a úprava ped povlakováním Metody povlakování Str.

9 5 TECHNOLOGIE VÝROBY SOUÁSTI Stanovení rozvinuté délky polotovaru Volba nástihového plánu Výpoet využitelnosti materiálu Zhodnocení a výbr varianty Nástihový plán Stanovení rozmr pásu plechu Návaznost stižných ploch Stanovení tváecích sil Výpoet stižných a stíracích sil Výpoet ohybových sil Výpoet úhlu odpružení Výpoet rozmr stižník a stižnic Výpoet rozmr stižník a stižnic pro drování Výpoet rozmr stižník a stižnic pro stíhání KONSTRUKCE NÁSTROJE Spodní díl nástroje Hlavní ásti spodního dílu Horní díl nástroje Hlavní ásti horního dílu Popis innosti nástroje Základní pokyny pro provoz, údržbu a skladování Úkony ped zahájením lisování Úkony pi lisování Úkony po skonení lisování LISOVACÍ LINKA Lisovací stroj Odvíje svitku Rovnaka plechu Podava plechu Balící pedpis TECHNICKO-EKONOMICKÉ ZHODNOCENÍ Kalkulace ceny souásti Materiálové náklady (1000 ks) Výrobní náklady (1000 ks) Kalkulace ceny nástroje ZÁVRY.. 7 Seznam použitých zdroj Seznam použitých symbol a zkratek Seznam výkres Seznam píloh

10 1 ÚVOD Technologie je neodmyslitelnou souástí strojního prmyslu. Prmyslová i vdecká pracovišt se pedhánjí ve vývoji nových materiál a výrobních postup, které jim zaruí výhodu v konkurenním boji. Hlavními oblastmi zpracování materiál jsou tváení, obrábní, svaování a slévárenství. Každá z tchto oblastí má své výhody i nevýhody a jen znalostí a využitím všech tchto metod lze docílit prosperity. Velkého významu nabývá technologie tváení, která se adí do oblasti beztískové výroby polotovar, ale i hotových souástí. Hlavními dvody rozmachu tváecích technologií je jejich vysoká produktivita, úspora materiálu s minimálním odpadem a možnost mechanizovat i automatizovat výrobní procesy. Technologické procesy tváení se dají rozdlit na procesy objemové a plošné. Podstatou obou proces je plastická deformace vyvolaná vnjšími zatžujícími silami. Objemové tváení asto probíhá za zvýšených teplot a dochází zde k podstatné zmn prezu polotovaru. Mezi tyto metody patí nap. kování, pchování, protlaování atd. Plošné tváení je oblast, zabývající se zpracováním materiál ve form plech, a to bez podstatné zmny jejich tloušky. Patí sem nap. stíhání, ohýbání, tažení apod. Tato práce je zamena pedevším na využití technologií plošného tváení a metod tepelného zpracování nástroj pi konstrukci lisovacího nástroje pro výrobu souásti z plechu. Na obr. 1.1 jsou zobrazeny píklady výrobk vytvoených technologií plošného tváení, nástroje k tomu urené, ale i píklad využití tchto souástí v technické praxi. Obr. 1.1 Výlisky z plechu [38] [48]

11 CHARAKTERISTIKA SOUÁSTI Úkolem diplomové práce je navržení vhodného zpsobu výroby tvarové ohybové souásti z plechu. Podkladem pro výrobu souásti je výkres dodaný firmou Progress- Werk Oberkirch AG (PWO). Jedná se o souást s názvem Bracket airduct middle halter z materiálu DD13 EN Výrobní sérii je stanovena na díl ron, pitom lisovací dávky jsou po kusech..1 Specifikace tváeného dílce Obr..1 Tváená souást Výliskem je tvarová ohýbaná souást se dvma kruhovými otvory a vyraženým popisem, viz obr..1. Tlouška materiálu je 1,5 mm. Jedná se o píný nosník, díl svaované sestavy. Tento díl je souástí koncernového projektu firmy Visteon. Výkres souásti viz výkresová dokumentace P Výrobní výkres- Bracket airduct middle Halter.1.1 Materiál souásti Materiálem souásti je ocel s oznaením dle evropské normy EN 10111/98: DD13. Odpovídající ekvivalent v nmecké norm DIN 1614/86 T1, T : StW 4. Odpovídající ekvivalent dle SN: Jedná se o termomechanicky válcovanou ocel vhodnou zvláš pro hluboké tažení. Ocel je uklidnná, má tedy zvýšenou odolnost proti stárnutí..1. Mechanické vlastnosti a chemické složení Tab. 1 Chemické složení a mechanické vlastnosti [34] Oznaení oceli Tažnost Pevnost Mez C Mn Si P S A 80 v tahu kluzu % % % % % % MPa MPa max. max. max. max. max. DD ,08 0,40 0,03 0,03 0,03-1 -

12 . Varianty výroby souásti Vzhledem k tvaru, rozmrm a materiálu souásti pichází v úvahu nkolik rzných možností výroby. Mezi základní zpsoby výroby souástí z plechu patí: výroba na postupovém lisovacím nástroji, výroba souásti na dvou samostatných nástrojích (stihadlo a ohýbadlo) a výroba souásti s využitím nekonvenních metod (ezání plazmou, laserem atd.) v kombinaci s ohýbadlem. Zpsob výroby je ovlivnn stanovenou roní sérií kus ron. Využití nekonvenních technologií - Jedná se o kombinace vyezání rozvinutého tvaru souásti pomocí laseru, plazmy atd. s následným ohnutím souásti v ohýbadle. Pro stanovenou sérii vyrábných kus je tento zpsob neefektivní jak z asového tak z finanního hlediska. Tato metoda je pro výrobu nevhodná. Výroba na dvou lisovacích nástrojích - Rozvinutý tvar souásti je vytvoen pomocí stihadla a následn ohýbán v samostatném ohýbadle. Tato metoda je asov výhodnjší a vhodnjší pro výrobu souásti v dané sérii, ale z dvodu nutnosti manipulace s materiálem mezi dvmi nástroji ani tato metoda není vhodná. Výroba na postupovém lisovacím nástroji - Výroba s využitím postupového lisovacího nástroje, tedy kombinaci stíhání i ohýbání v jednom nástroji, pináší mnoho výhod. Pedevším vysokou produktivitu, odpadá manipulace s materiálem mezi nástroji a nutnost pouze jednoho výrobního stroje (lisu). Nevýhodou jsou vtší náklady na výrobu nástroje, které jsou ovšem kompenzovány vysokou produktivitou výroby. Zhodnocení a výbr zpsobu výroby Jako nejvhodnjší metoda výroby se pro stanovenou sérii jeví výroba souásti na postupovém lisovacím nástroji, kde se v jednom nástroji provádí operace stíhání i ohýbání. Tato metoda zajišuje vysokou produktivitu výroby a úsporu asu. Pro zvýšení efektivity a bezpenosti práce je zvolen polotovar ve form svitku. Obr.. Varianty výroby souásti [3][9][45]

13 3 TECHNOLOGIE STÍHÁNÍ A OHÝBÁNÍ 3.1 Technologie stíhání [8] [9] [13] [9] Stíhání patí mezi základní a nejrozšíenjší zpsoby zpracování kov. adí se mezi operace plošného tváení a mže probíhat jak za studena tak za tepla. Stíhání je základní operace dlení materiálu a jediná operace plošného tváení, která koní porušením soudržnosti materiálu- lomem v ohnisku deformace. Materiál je oddlován postupn nebo souasn podél kivky stihu psobením protilehlých stižných hran, které vytváí smykové naptí. Stíhání se používá jednak pro výrobu polotovar (pásy plechu a svitky), jednak pro výrobu finálních výrobki výrobk pro zpracování pomocí dalších technologií (ohýbání, tažení atd.) a jednak pro dokonovací operace (ostihování výronk atd.) Prbh stižného procesu [13] [3] [9] [37] Stíhání probíhá ve tech fázích. V první fázi dochází k dosednutí stižníku a k pružnému vnikání, ohýbání a vtlaování materiálu do stižnice. Pohybujeme se v oblasti elastických deformací. Druhou fází je oblast plastických deformací, kdy dochází k pekroení naptí na mezi kluzu a na stižných hranách se blíží mezi pevnosti. Ve tetí fázi naptí dosáhne meze pevnosti ve stihu a na stižných hranách dochází ke vzniku trhlinek- nástihu, ty se šíí až dojde k utržení materiálu. Výstižek se oddlí díve než stižník projde celou tlouškou stíhaného materiálu. Obr. 3.1 Prbh stíhání [13] Geometrie a tvar stižné plochy, vzniklé postupným šíením trhlinek, má charakteristický tvar písmene S. V dsledku stižného procesu a vlivem stižných hran vznikají na výlisku tyi pásma. 1. Pásmo elastické deformace- pásmo zaoblení vzniklé psobením stižné hrany. Tlouška pásma 5 až 8 % tlouška stíhaného materiálu.. Pásmo plastické deformacepásmo vlastního stihu. Tlouška pásma v závislosti na mechanických vlastnostech 10 až 5 %. 3. Pásmo lomu- nejširší oblast stižné plochy. 4. Pásmo otru. Pásma jsou vidt na obr. 3.. Na kvalitu a pesnost stižné plochy má zásadní vliv velikost stižné mezery, mechanické vlastnosti stíhaného materiálu a také technický stav nástroje

14 3.1. Napjatost a deformace pi stíhání [1] [13] [3] [9] [36] Pi volném stíhání platí pibližn rovinný stav deformace, kdy platí ε = 0. Výzkumem naptí na bitu stižníku bylo dokázáno, že naptí v okamžiku lomu σ 0 a mžeme tedy uvažovat i rovinný stav napjatosti, kdy platí σ / 3 = σ 1.Pro pekonání soudržnosti materiálu musí petvárný odpor dosáhnout meze pevnosti v tahu. Z tchto pedpoklad vychází výsledný tvar rovnice pro stižné naptí Obr. 3. Prbh stíhání [13] dle vzorce (3.1). τ S = σ1 = 0,77 Rm (3.1) Stav napjatosti pi volném stíhání Pi volném stíhání vytváí stižná mezera mezi noži silovou dvojici stižných sil na rameni a. Vzniklý moment Mo = Fs a se snaží natáet materiál a vklínit ho mezi stižné nože. Tím mže dojít k jeho petoení. Tomu zabraujeme použitím pidržovací síly Fp psobící na rameni b a vytvoením momentu. M p = Fp b (obr.3.3). Stav napjatosti pi uzaveném stíhání Pi uzaveném vystihování (stíhání ve stihadlech), viz obr. 3.4, mže vlivem ohybového momentu docházet k nežádoucím plastickým deformacím, a to hlavn u malých výlisk s velkou tlouškou stny. Stižná síla narstá v dsledku tení v pružn svírané ásti stižné plochy pi protlaení výstižku. Schéma napjatosti a deformace pi uzaveném stíhání je znázornno na obr V bod A v oblasti stižných hran psobí nejvtší tahové naptí σ 1 a tlakové naptí σ 3, které je pibližn rovno polovin tahového naptí σ 1. Obr. 3.3 Schéma volného stíhání [13] Smykové naptí v bod A mžeme tedy definovat dle vzorce (3..). V bod A je prostorový stav deformace. σ1 σ 3 τ max = (3.) Z vektorového soutu složek naptí je vidt, že zde vzniká kladné normálové naptí σ n. Toto naptí napomáhá šíení trhlin nástihu a má negativní vliv na kvalitu stižné plochy. Orientaci naptí σ n lze zmnit použitím nástroje s nátlanou hranou, kdy vzniklé tlakové naptí uzavírá trhliny a vzniká kvalitní stižná plocha. Smr i velikost hlavních naptí se smrem do stedu materiálu mní a vytváí typickou kivku tvaru S. Hlavní osy naptí jsou k této kivce sklonny o 45. Pomr hlavních naptí σ 1 a σ 3 se smrem do stedu mní a v bod B platí, že σ = σ. V tomto bod jsou splnny podmínky rovinného stavu napjatosti. K nejvtšímu

15 petvoení dochází na stižných hranách a smrem do stedu materiálu se deformace zmenšuje. Obr. 3.4 Schéma napjatosti pi uzaveném stíhání [1] Stižná síla a práce [9] [10] [13] [3] [9] [43] V dsledku mezery mezi stižníkem a stižnicí nepsobí stižné síly ideáln v jedné rovin a stižná síla se rozkládá na tenou a normálovou složku. Dvojice sil mezi stižníkem a stižnicí zpsobuje nežádoucí ohyb a vznik jednotlivých pásem na stižné ploše. Prbh stižné síly v závislosti na hloubce vniknutí stižníku pi stíhání rovnobžnými noži je na obr Na zaátku procesu dochází k elastickému vnikání (pímkový prbh) a poté k plastické deformaci pod bitem nástroje. Vlivem zpevnní materiálu dochází k plynulému nárstu stižné síly. Po dosažení meze pevnosti materiálu ve stihu dochází k oddlování výstižku s výrazným poklesem síly. V dalším prbhu dochází vlivem otru ke snížení rychlosti poklesu síly. Zpevnná oblast zasahuje do 0 a až 30 % tloušky plechu. Obr. 3.5 Prbh stižné síly [13] Velikost stižné síly se poítá ze vztahu (3.3) F = n t L 0,77 Rm (3.3) s kde n navyšující koeficient zahrnující vliv vnjších podmínek (n=1,0-1,3) [-] t tlouška stíhaného materiálu [mm] L délka kivky stihu [mm] Rm mez pevnosti [MPa] Obr. 3.6 Vliv stižné mezery na F s [1]

16 Velikost stižné práce je dána plochou pod kivkou stižné síly viz obr A = λ Fs s (3.4) kde λ souinitel plnosti plochy pod kivkou [-] F s stižná síla [N] s zdvih [mm] Stižná vle [4] [8] [13] [17] Zásadní vliv na kvalitu stižné plochy,trvanlivosti stižného nástroje a na prbh stižného procesu má stižná vle v, což je rozdíl mezi rozmrem stižníku a stižnice. Mí se ve smru normály obrysu stižného tvaru. asto se také používá termín stižná mezera z, což je vzdálenost bit stižných nož. Pi správném ustavení stižníku a stižnice by stižná mezera mla být rovnomrn rozložena po celém obvodu stihu. Stižná vle má velikost dvojnásobku Obr. 3.7 Vliv stižné vle na stižnou plochu [9] stižné mezery v = z. Vliv stižné vle na kvalitu stižné plochy je zobrazen na obr Pi správn zvolené velikosti stižné vle se trhliny nástihu v okamžiku stihu setkají. Pi malé i píliš velké stižné vli dojde k rozšíení pásma otru na vtší oblast stižné plochy. Dochází k nárstu stižné síly a práce. Stižná síla se zvýší jen nepatrn, mže však dojít k zvýšení stižné práce až o 40 %. Stižná vle je závislá na mnoha faktorech, z nichž nejdležitjší jsou mechanické vlastnosti materiálu a jeho tlouška. Lze ji stanovit nkolika zpsoby. Pomocí matematických výpot, tabulek a graf. Norma SN 6015 stanovuje velikost stižné vle dle vzorc (3.5) a (3.6). Dle tloušky materiálu a) plechy o tloušce do 3 mm z = v / = c t 0,3 ks (3.5) b) plechy o tloušce vtší než 3 mm z = v / = ( 1,5 c t 0,015) 0,3 ks (3.6) kde z stižná mezera [mm] v stižná vle [mm] t tlouška materiálu [mm] k s stižný odpor [MPa] c koeficient závislý na stupni stihu (0,005-0,05) [-] Dle mechanických vlastností a) mkké oceli, mosazi a hliník z=,5-7,5% t Obr. 3.8 Volba koeficientu c [4] b) ocel s Rm cca 480 MPa z= 3-8% t c) ocel s Rm 600 a více z= 3,5-10% t

17 3.1.5 Zpsoby stíhání [1] [8] [9] [17] [3] [9] [36] Z hlediska konstrukce nož (stižník) a jejich pohybu rozlišujeme: Stíhání rovnobžnými noži Stíhání sklonnými noži Stíhání kotouovými noži Stíhání noži na profily a trubky Stíhání rovnobžnými noži Nože jsou rovnobžné vzájemn i s plochou stíhaného materiálu. Pi tomto zpsobu nepsobí stižné síly ideáln v rovin. Mezi noži je stižná vle, resp. stižná mezera. Nevýhodou tohoto zpsobu stíhání je velká okamžitá stižná síla psobící rázem. Vlivem stižné mezery dochází ke kombinovanému namáhání a ásteným ohybem se zvtšuje stíhaný prez. V dsledku toho a otupení nástroje dochází k navýšení stižné síly o 10 až 30%. Do této skupiny patí nap. tabulové strojní nžky nebo stíhání Obr. 3.9 Stíhání prosté ve stižném nástroji. rovnobžnými noži [36] Stíhání sklonnými noži Stíhání se sklonnými noži, které svírají úhel ϕ, je výhodnjší protože se snižuje celková potebná stižná síla vzhledem ke stíhání rovnobžnými noži. Materiál se stíhá postupn a tím dochází ke zmenšení ráz pi stíhání. Ze záznamu prbhu síly a dráhy pi stíhání rovnobžnými a sklonnými noži je jasn vidt že síla F 1 je podstatn vyšší než síla F. Síla F 1 psobí na menší dráze než síla F (obr. 3.1). Pro velikost stižné síly jsou rozhodujícími parametry velikost stižné hrany a tloušky-plochy trojúhelníka viz obr Na obr je znázornno porovnání délky stihu pi stíhání s rovnobžnými, resp. sklonnými noži. Stihadla se skoseným ostím se používají pokud stižná síla pesahuje sílu lisu. Jednostranná zkosení stižníku se používá pouze pro nastihování. Pro vystihování se používá oboustranné zkosení a to na stižnici, stižník je rovný (výrobek je rovný a odpad ohnutý). Pro drování se používá oboustrann zkosený stižník a rovná stižnice. Oboustranné zkosení pomáhá vyrovnávat vzniklé síly a díky tomu nedochází k vychylování stižník. Pro stíhání složitých tvar se Obr Stíhání sklonnými použití zkosení nedoporuuje. noži[9] Obr Porovnání délky stihu [9] Obr. 3.1 Prbh stižné síly [9]

18 Stíhání kotouovými noži Stíhání kotouovými (rotaními, kruhovými) noži se používá pro dlení dlouhých pás. Použití kruhových nož prodlužuje as stihu, ale snižuje rázy. Pi stíhání dochází k tém bodovému styku nož, což umožuje manipulaci s materiálem a tím vystihovat i složité tvary. Pro rovinné stihy se používají kotoue vtších prmr, pro tvarové stíhání se používají kotoue s co nejmenším prmrem. Varianty stíhání jsou zobrazeny na obr a Obr Varianty kotouových nož [17] Obr Stíhání kotouovými noži [9] Stíhání noži na profily a trubky Pi stíhání profilových materiál platí zásada, aby stíhaná tlouška byla v každém okamžiku pibližn stejná. Této zásad se pizpsobuje tvar stižného nože. Základní metody stíhání profil a trubek jsou stíhání na profilových nžkách, stíháni v nástroji bez a s odpadem a stíhání kotouovými noži. Stíhání na profilových nžkách Používá se tam, kde není nutná vysoká tvarová a délková pesnost trubky. Profilové nžky umožují stíhání profil tvaru L, T, U, I. Pro jednotlivé profily se používají stižníky a stižnice rzných tvar. Konce profil jsou deformovány s stižná plocha je nekvalitní. Základní tvary stižník a stižnic jsou vidt na obr Stíhání v nástroji s odpadem Obr Stíhání otevených Použitím této technologie se získává kvalitní stižná profil [36] plocha, kdy deformován je pouze odpad. Odpadem je zde materiál o šíce odpovídající tloušce nože. Tvar nože je závislý na tvaru stíhaného profilu. Metoda je vhodná pro velkosériovou výrobu. Rozeznáváme dva základní zpsoby stíhání : Vertikální zpsob, kdy polotovar je upnut po obvod pidržovai. Dochází k mírné deformaci trubky v míst vniknutí nože. Horizontáln- vertikální zpsob, kde získáváme kvalitnjší stižnou plochu oproti vertikálnímu stíhání. Obr.3.16 Vertikální zpsob [9] 1- pohyblivý nž, - pevný nž 3- pidržova

19 Stíhání v nástroji bez odpadu Výhodou je výroba trubek bez vzniku odpadu, ale tato metoda nezaruuje tak kvalitní stižnou plochu jako výroba s odpadem. Používá se pro trubky broušené nebo loupané. Princip metody je na obr Obr Stíháni trubek bez odpadu [9] Stíhání kotouovými noži Používají se dv základní metody a to bu s trnem nebo bez trnu. Pi stíhání bez trnu se trubka otáí na válecích a bit nože je postupn zatlaován do trubky až do úplného oddlení viz obr Princip stíhání s trnem je zobrazen na obr Obr Stíhání trubek bez trnu [1] Obr Stíhání trubek s trnem [1] Objemové stíhání tyí Objemové stíhání tyí mže být provádno za tepla nebo za studena. Na stíhané tyi vznikají tyi pásma : 1- pásmo zeslabení prezu.vznik vtlaením nož. Tvoí 6 % prezu. - pásmo plastického stihu. Lesklá plocha, cca 10 % prezu 3- pásmo lomu. Tvoí cca 80 % prezu. 4- pásmo otlaení nože. Tvoí asi 4 % prezu. Používají se dva základní zpsoby, a to stíhání Obr. 3.0 Stižná plocha [8] otevenými noži pomocí lisu a stíhání uzavenými noži. Stíhání otevenými noži- stíhaná ty je upnuta v pevném noži pomocí prizmatického vedení. Pi stíhání nejdíve dochází k ástenému ohybu a pak k lomu. Vzniká nekvalitní a nepesná stižná plocha. Stíhání uzavenými noži- Ty je upevnna v pevném noži, který ji obklopuje. Pohyblivý uzavený nž obklopuje budoucí výstižek. Vzniká Obr. 3.1 Objemové stíhání tyí [9] a- otevené, kvalitní stižná plocha. Princip obou metod viz obr b- uzavené nože, 1- pohyblivý otevený - prizmatické vedení, 3- ty, 4- pevný otevený nž, 5- doraz, 6- pohyblivý uzavený nž,7- pevný uzavený nž - 0 -

20 3.1.6 Nástroje pro stíhání [9] [35] [36] [40] Stižné nástroje mžeme rozdlit na dv základní skupiny. První skupinou je klasické stíhání na nžkách. Do této skupiny patí tabulové nžky (stíhání plech rovnými stihy), kivkové nžky (vystihování tvar z plechu a ostihování obvod velkých výtažk), okružní nžky, kmitací nžky (ostihování výlisk a vystihování drážek a tvarových dr) a univerzální nžky. Druhou skupinou nástroj pro stíhání jsou stihadla. Jejich využití je v hromadné a velkosériové výrob. Stihadla jsou stižné nástroje sloužící pro výrobu souástí z plechu za studena. Lze na nich provádt dv základní operace stihání, a to vystihování a drování. Náklady na výrobu stižných nástroj jsou Obr. 3. Základní konstrukce stihadla [36] pomrn vysoké, proto se používají ve velkosériové výrob. Vysoké výrobní náklady jsou nahrazovány vysokou produktivitou výroby. U stižných nástroj vykonává funkci horního pohyblivého nože stižník a funkci pevného nože stižnice, piemž tvar stižných hran odpovídá stíhanému tvaru. Základní ásti stižného nástroje jsou znázornny na obr. 3.. Podle konstrukce rozeznáváme nkolik základních typ stižných nástroj: Stižné nástroje bez vedení: Používá se pro výrobu výlisk s menšími požadavky na pesnost. Horní ást nástroje není vi spodní ásti vedena a pesnost výroby záleží na stavu vedení lisu. Stižné nástroje s vedením: Pro zajištní vzájemné orientace spodní a horní ásti nástroje se využívá vodících prvk pro zajištní rovnomrné stižné vle. Použití vodících prvk zajišuje výrobu souástí s vysokou pesností a kvalitní stižnou plochou. Prvky zajišující vedení horní ásti nástroje jsou: vodící deska, vodící sloupky a vodící pouzdra sloupk. Dalším zpsobem dlení stižných nástroj je dlení podle potu vykonaných operací bhem jednoho zdvihu beranu lisu na jednoduchá, postupová, slouená a sdružená stihadla. Konstrukn nejjednodušším typem nástroje je jednoduché stihadlo, viz obr 3.3. Slouží pro výrobu jednoduchých tvar z pásu plechu. Poloha pásu je zajištna pevným dorazem. Postupové stihadlo, dle obr 3.4, zhotovuje výstižek postupn na více stižných operací. V prvním kroku se uskutení drování a v dalším stíháni obvodu souásti. V nástroji se používá naínacích a koncových doraz. Obr. 3.3 Jednoduché stihadlo [40] - 1 -

21 Pro provedení více stižných operací na jeden zdvih lisu je ureno slouené stihadlo, viz obr Na jeden zdvih je tedy možno provádt operace drování i vystihování souasn. Nástroje jsou konstruovány s pevnou stižnicí ve spodní ástí pro drování, která zárove slouží jako pevný nehybný stižník pro vystihování. Nejsložitjším nástrojem, obr. 3.6, je sdružené postupové stihadlo. Tento typ nástroje umožuje provádt více druh lisovacích operací, jako stih, ohyb nebo tah. Výroba souásti je provádna na více zdvih pracovního zaízení. Obr. 3.4 Postupové stihadlo [40] Obr. 3.5 Slouené stihadlo [40] Obr. 3.6 Sdružené postupové stihadlo [40] Konstrukce stižník a stižnic [4] [9] [35] [36] [40] Stižníky a stižnice jsou základní ásti stižných nástroj, které vytváí tvar budoucí souásti. Stižníky se konstruují bu s rovnými nebo se zkosenými ely. Zkosení ela stižník, dle obr. 3.7, napomáhá snížení potebné stižné síly. Použitím jednostrann zkosených stižník vzniká nepíznivé silové psobení na stižník, kdy dochází k jeho vychýlení a nedodržení rovnomrné stižné vle. Další možností jak snížit velikost stižné síly je použití odstupovaných stižník. Obr. 3.7 Stižná síla v závislosti Obr. 3.8 Odstupované stižníky [35] na tvaru stižníku [36] Stižníky se liší nejen tvarem ela, ale i zpsobem upínání. Nkteré ze základních zpsob upínání stižník jsou zobrazeny na obr

22 Obr. 3.9 Základní zpsoby upínání stižník [4] Stižnice se podle konstrukce dlí na ti základní typy. A to na stižnice celistvé, skládané a vložkované. Celistvé stižnice se používají pro stíhání jednoduchých tvar menších rozmr. Skládané stižnice slouží pro výrobu výstižk vtších rozmr složitjších tvar. asto se používají vložkované stižnice, které poskytují velkou úsporu drahého nástrojového materiálu. Stižné vložky jsou upevnny v základní matrici a umožují snadnou demontáž a peostení. Dle tvaru stižného otvoru rozlišujeme tyi základní stižnice, viz obr Kuželová stižnice s válcovou fazetkou je vhodná pro stíhání souástí složitých tvar a vysokými požadavky na pesnost. Válcová fazetka umožuje snadné peostení. Kuželová stižnice se používá pro výrobu malých díl se stední pesností. Pro díly velkých rozmr vyhazované zpt se používá válcových stižnic a pro dílce malých rozmr vyhazovaných zpt se používají Obr Tvar stižnic [40] prizmatické tvary stižnice Stanovení rozmr stižník a stižnic [4] [9] [3] [49] Stanovení rozmr stižník a stižnic je dležitým krokem pi návrhu stižného nástroje. Rozmry musí být stanoveny tak, aby zajišovaly výrobu souástí v požadované pesnosti. Pi stanovování rozmr se jedna pracovní ást volí jako pracovní. Pi vystihování je to stižnice, pi drování stižník. Rozmry základní ásti se volí dle tvaru výstižku a jeho tolerance. Rozmry druhé ásti se odvozují od základní ásti s ohledem na stižnou vli a opotebení. Pi práci stihadla dochází k opotebování pracovních ástí a tím ke zmn rozmr pracovní ásti i rozmr výstižku. Mezi základní zpsoby výpotu rozmr stižník a stižnic patí: výpoet dle SN 6015, výpoet dle M.J. Zubcova a praktický výpoet. a) Výpoet dle SN 6015 je založen na zmn rozmr pracovních ástí a na jejich toleranci. Údaje potebné pro výpoet jsou uvedeny v píloze

23 b) Výpoet dle M.J. Zubcova Vystihování hotových rozmr kde D = ( D z ) δ (3.7) D = ( D ) + δ (3.8) pk j min pk pce j pce D pk rozmr stižníku [mm] kde D pce rozmr stižnice [mm] D j jmenovitý rozmr výstižku [mm] D j jmenovitý rozmr výstižku [mm] tolerance [mm] δ pce tolerance stižnice [mm] z min minimální vle [mm] tolerance [mm] δ tolerance stižníku [mm] pk Drování d pk = ( d j + ) δ pk (3.9) d pce = ( d j + + zmin ) δ pce (3.10) kde d pk rozmr stižníku [mm] kde d pce rozmr stižnice [mm] d j jmenovitý rozmr výstižku [mm] d j jmenovitý rozmr výstižku [mm] tolerance [mm] δ pce tolerance stižnice [mm] δ pk tolerance stižníku [mm] tolerance [mm] z min minimální vle [mm] Obr Výpoet rozmru stižník a stižnic dle M.J. Zubcova [49] c) Praktický výpoet Pro poteby technické praxe se výpoet rozmr stižníku a stižnice znan zjednodušuje a tím pináší úsporu asu a práce. Pedpokládáme zde, že rozmr stižníku je roven rozmru stíhané plochy a rozmr stižnice je o velikost stižné vle vtší. Velikost stižné vle se stanovuje jako procentuální podíl z tloušky stíhaného materiálu

24 3.1.9 Materiály pro výrobu stižných nástroj [3] [4] Vhodná volba konstrukních materiálu napomáhá prodloužení životnosti nástroje a zvýšení výrobní pesnosti. Pi konstrukci stižných nástroj se používají tyi základní skupiny materiál. První skupinou jsou nástrojové oceli. Z tchto materiál se vyrábí hlavní funkní ásti nástroje jako stižníky, stižnice nebo ohybníky. Nástrojové oceli se vždy používají v tepeln zpracovaném stavu, ímž získávají požadované vlastnosti jako tvrdost, pevnost a rozmrovou stálost. Jsou tedy finann i výrobn nejnákladnjší složkou. Druhou skupinou jsou konstrukní oceli. Ty slouží pro výrobu nefunkních (nepracovních) ástí stižných nástroj (základová deska, upínací deska, kotevní deska atd.). Tyto ásti nejsou tak silov namáhány jako funkní ásti, proto si mžeme dovolit vyrábt je z mén kvalitních materiál. Další skupinou jsou litiny. Litina se používá jako konstrukní materiál pro výrobu nefunkních ástí nástroje. Pedevším se využívá pro výrobu rozmrných stižných nástroj. Poslední skupinou jsou slinuté karbidy. Slinuté karbidy se používají pro výrobu funkních ástí nástroj (pedevším stižníky a stižnice). Náklady na tyto nástroje jsou pomrn vysoké, ale jsou nahrazovány vysokou životností. asto se používají jako vymnitelné vložky. Tabulka materiál používaných pi konstrukci stižných nástroj je uvedena v píloze Technologie ohýbání [9] [13] [9] [40] Ohýbání je další technologickou operací patící do oblasti plošného tváení. Je to jedna z nejpoužívanjší technologických operací ve strojní výrob. Ohýbání je elasticko-plastické deformování materiálu, kdy se materiál vzniklým naptím od zatžujících sil bu ohýbá nebo rovná. Požadovaný tvar souástí (plechy, dráty, tye, atd.) se asto získává na vtší poet operací. Ohýbání vtšinou probíhá za studena na ohýbadlech. Materiály kehké, tvrdé a materiály s velkými prezy se ohýbají kováskými zpsoby za tepla. Rozlišujeme dva základní zpsoby ohybu. Ohyb vnjšími momenty a ohyb lokální silou, viz obr Pi ohýbání vznikají v materiálu na vnitní stran ohybu tlaková a na vnjší stran ohybu tahová naptí. Obr. 3.3 Zpsoby hybu [13] Rozhodujícím parametrem procesu ohýbání jsou naptí tahová. Nejvtších hodnot dosahuje naptí v krajních vláknech materiálu. V oblasti stední ásti prezu hodnoty naptí nepesahují mez kluzu a materiál je v oblasti elastické deformace. V této oblasti dochází ke zmn naptí tlakového na tahové. Je zde tedy hranice mezi vrstvou Obr Prbh ohybu [9] s prodlužováním a - 5 -

25 vrstvou stlaování. Tuto hranici na polomru ρ nazýváme neutrální vrstva. Se vzrstajícím zakivením (polomrem ohybu) se neutrální plocha pesunuje smrem od stedu k vnitní stran ohybu. Znalost polohy neutrální plochy je dležitá pi stanovování rozmru polotovaru pro ohýbání Napjatost a deformace [13] [3] [9] [37] Pi rozboru napjatosti a deformace materiálu pi ohýbání musíme rozlišovat zda se jedná o ohýbání tenkých tyí nebo širokých pás. Pi ohybu úzkých tyí, obr.3.34 a, je velikost naptí σ pibližn rovna nule a napjatost v krajních vláknech odpovídá jednoosému tahu a tlaku. Tomuto stavu napjatosti odpovídá trojosé schéma deformace. V dsledku toho dochází na vnitní stran ke zvtšování šíky tye a na vnjší tahové stran dochází ke zužování prezu. Pi ohýbání širokých pás, kdy šíka je mnohonásobn vtší než tlouška, nedochází k deformaci v píném smru, ε = 0. Ze zákona o konstantním objemu pro rovinnou deformaci vyplývá, že na tahové stranε 1 = ε 3 a na tlakové stran opan. Obr Schéma napjatosti a deformace [31] Na obr je zobrazen prbh naptí v píném prezu ohýbaného materiálu. V prvotní fázi ohýbání (oblast 1) se pohybujeme v elastické oblasti, naptí je pod mezí kluzu. Po dosažení meze kluzu dochází ke vzniku plastických deformací (oblast ). Dalším zvyšováním ohybového momentu se oblast plastické deformace rozšiuje na celý prez ohýbané souásti (oblast 3), ideáln plastický materiál. Pokud uvažujeme tváení za studena se zpevnním, stav napjatosti odpovídá schématu v oblasti 4. Obr Rozložení naptí v píném prezu pi ohybu [9] - 6 -

26 3.. Stanovení rozvinuté délky polotovaru [9] [13] [43] Výpoet rozvinuté délky polotovaru se stanovuje ze soutu rovinných úsek a délek neutrálních ploch v obloucích ohyb, dle vzorce (3.13). Pi ohýbání dochází k posuvu neutrální osy, proto je nutno stanovit polomr neutrální osy ρ nap. podle vztah (3.11) a (3.1). Výpoet délky polotovaru je závislý na polomru zaoblení a rozmrech ohýbané souásti. Celková rozvinutá délka se poítá pomocí vzorce (3.14). Poloha neutrální osy a) Ohýbání s velkými polomry zaoblení, kdy Ro > 1t ρ = R + t / (3.11) o b) Pro malé polomry zaoblení platí ρ = Ro + x t (3.1) kde ρ polomr neutrální osy [mm] R o polomr zaoblení [mm] t tlouška materiálu [mm] x souinitel polohy neutrální osy (viz tab..) [-] Tab.. Stanovení souinitele polohy neutrální osy [43] Pevnost Pomr R o /t mat.rm 0,1 0, 0,5 0,3 0,4 0,5 0,6 0,8 1 1, 1,5 Do 400 0,5 0,3 0,3 0,34 0,36 0,37 0,38 0,40 0,41 0,4 0,44 0,45 Mpa Nad 0,35 0,36 0,37 0,38 400MPa Stanovení délky oblouku polotovaru π δ Ln = ( Ro + x t) (3.13) 180 kde L délka oblouku [mm] n δ úhel ohybu [ ] Rozvinutá délka souásti n m (3.14) L = L + L C i j i= 1 j= 1 kde L L L C i j rozvinutá dálka polotovaru [mm] délky neutrální plochy [mm] délky rovných úsek [mm] - 7 -

27 3.3.3 Odpružení [9] [13] [9] [31] [37] [43] Proces ohýbání za studena je pružn plastická deformace materiálu. Po ukonení ohybu a odlehení psobení vnjší síly má tleso vlivem pružné deformace snahu ásten se vrátit do pvodního stavu, tj. tleso odpruží. Na velikost odpružení má vliv tlouška materiálu, druh materiálu, úhel ohybu, polomr ohybu a zpsob provedeného ohybu (U- ohyb, V- obyb). Velikost úhlu odpružení se stanovuje pomocí výpotu nebo s využitím diagram. Po ohnutí souásti na požadovaný úhel a následném odtížení, dojde k odpružení materiálu a zmn kivosti 1/ ρ 1 na konenou kivost 1/ ρ. Práv tato zmna kivosti je vyvolána elastickou deformací. Obr Zmna kivosti [31] Pro pibližný výpoet úhlu odpružení β pro ohyb do tvaru V a U lze využít následujících vzorc: Ohýbání do tvaru V V Re tgβ = 0, 375 l k t E (3.15) Ohýbání do tvaru U U Re tgβ = 0,75 k t E (3.16) kde β úhel odpružení [ ] vzdálenost mezi oprami ohybnice [mm] l V l U vzdálenost pi ohybu do U [mm] k souinitel urující polohu neutrální osy, k=1-x, kde x je souinitel polohy neutrální osy [-] t tlouška ohýbaného materiálu [mm] Re mez kluzu [MPa] Obr Ohyb tvar V a U [9] E modul pružnosti [MPa] Pro orientaní stanovení velikosti úhlu odpružení se v praxi využívají diagramy, vytvoené pro základní materiály ocel, hliník, m a jejich slitiny a úhly ohybu α = 30,60,90 a 10. Obr Diagram pro stanovení velikosti odpružení pro oceli tídy 11 [43] - 8 -

28 3.3.4 Minimální a maximální polomr ohybu [8] [9] [13] [9] [41] Minimální polomr ohybu R min je mezní hodnota na níž mžeme materiál ohnout aniž by došlo k porušení soudržnosti. Dalším zmenšením polomru ohybu dochází k pekroení meze pevnosti R m materiálu a k lomu. K porušení dochází na vnjší tahové stran, rozhodující je tedy tené tahové naptí v krajních vláknech. Velikost ohybu je závislá na mechanických vlastnostech materiálu, anizotropii, šíce a tloušce materiálu, úhlu ohybu a zpsobu ohýbání. Mezní hodnoty Rmin se využívají jen zídka. Zpravidla se volí o 0% vtší. t 1 Rmin = 1 εt max kde R min minimální polomr ohybu [mm] t tlouška ohýbaného materiálu [mm] ε mezní pomrná deformace [-] t max (3.17) Maximální polomr ohybu R max je takový polomr, kdy na vnitní tlakové stran ohýbaného materiálu dochází k trvalé plastické deformaci v krajních vláknech. Pokud by k tomu nedošlo materiál se vrátí do pvodního stavu. t E Rmax = 1 Re kde R max maximální polomr ohybu [mm] t tlouška ohýbaného materiálu [mm] Re mez kluzu [MPa] E modul pružnosti [MPa] (3.18) Vle mezi ohybníkem a ohybnicí [13] [3] Mezi pracovními ástmi (ohybníkem a ohybnicí) je nutno dodržet optimální vli. Velikost vle je závislá na tloušce a druhu materiálu, typy ohybu (ohyb do tvaru U nebo V), výrobní toleranci a délce ohýbaného okraje. Malá vle zpsobuje nárust ohýbací síly. Vle v = (1, 05 1,15) t pro oceli, v = (1,0 1,1) t pro barevné kovy Ohýbací síla a práce [1] [9] [13] [9] [37] Výpoet ohybové síly je dležitým parametrem pi stanovování lisovacího zaízení a jeho síly. Pi stanovování ohýbací síly je nutno rozlišovat, zda se jedná o ohyb do tvaru V nebo U. Obr Schéma ohýbání do tvaru U a V [9] - 9 -

29 Velikost potebné síly a práce pi ohybu do tvaru V F OV d t Re = tg δ ρ (3.19) A OV 1 FOV L = (3.0) Velikost potebné síly a práce pi ohybu do tvaru U kde F OU ( 1 7µ ) = + d t Re ρ + t 1 (3.1) A OU FOU Z = (3.) F OV síla pro ohyb do tvaru V [N] kde F OU síla pro ohyb do tvaru U [N] A OV práce pro ohyb do tvaru V [J] A OU práce pro ohyb do tvaru U [J] b šíka plechu [mm] µ souinitel tení [-] s tlouška plechu [mm] ρ 1 polomr ohybu [mm] Re mez kluzu [MPa] Z potebný zdvih [mm] ρ polomr neutrální osy [mm] δ úhel ohybu [ ] L vzdálenost mezi podporami [mm] Celková ohýbací síla Celková ohýbací síla je složena ze síly ohybové a síly kalibraní. Použitím kalibraní ohybové síly se zvyšuje pesnost výroby souástí a eliminuje se vliv odpružení materiálu. F = S p (3.3) kde K F K kalibraní síla [N] S kolmý prmt kalibrované plochy ke smru pohybu ohybníku [mm ] p mrný tlak pro kalibrování [mm] ocel p= MPa, do tloušky 10 mm hliník p= MPa, do tloušky 10 mm FC = FO + FK (3.4) Obr Prbh ohýbací síly v závislosti na dráze ohybníku [1]

30 3.3.7 Technologinost ohýbaných souástí [1] [8] [13] Technologinost souásti závisí na vlastnostech ohýbaného materiálu. Pi konstrukci ohýbané souásti je nutno dodržovat základní doporuení k získání funkního dílce. - osu ohybu volíme kolmo na smr vláken, minimáln pod úhlem 30 - pokud možno ohýbáme s kalibrací - nevolit zbyten malé tolerance výlisku - vytváení prolis nebo žeber u materiál s velkou anizotropií - minimální délka ohýbaného ramene Lo t (pi požadavku na kratší rameno se souást ohne a pebytek se odstihne) - otvor vyrábt ve vzdálenosti a t od místa ohybu - u stíhaných materiálu musí být otep na vnitní stran ohybu Obr.3.40 Technologické Nástroje pro ohýbání [4] [9] zásady [8] Nástrojem pro ohýbání je ohýbadlo. Obecn se ohýbadla skládají za základních ástí jako ohybník, ohybnice, zakládací dorazy, vyhazova apod. Základní dlení ohýbacích nástroj podle zpsobu a technologie ohýbání je na ohýbadlo pro ohýbání do tvaru U a V. Ohýbadla se vtšinou nekonstruují jako samostatná, ale jako souást sdružených nástroj. Další rozdlení je z hlediska konstrukce. Konstrukce ohýbacích nástroj je dána: a) tvarem souásti a délkou ohybové áry - podle tvaru souásti se jedná o ohyb souástí z plechu, tvarové výlisky, trubky. Z hlediska délky ohybové áry o souásti malé s jedním a více ohyby. b) použitým tváecím nástrojem - nástroje pro výstedníkové lisy, ohraovací lisy apod. c) potem kus a použitou mechanizací jedná se o nástroje pro malosériovou, kusovou výrobu, hromadnou výrobu, výrobu ze svitku plechu. Obr Ukázka nástroj pro ohyb do tvaru U a V [9]

31 4 TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ A POVLAKOVÁNÍ 4.1 Tepelné zpracování ocelí [7] [16] [18] [7] [46] Vlastnosti kovových materiálu jsou závislé na chemickém složení, ale pedevším na struktue, tj. na tvaru, velikosti, množství a uspoádání jednotlivých fází. Požadovanou strukturu a vlastnosti ocelí dosahujeme tepelným zpracováním. Tepelným zpracováním se rozumí procesy, pi nichž je pedmt ízen ohíván a ochlazován. Využíváme strukturních a fázových zmn pro získání požadovaných mechanický nebo strukturních vlastností. Tepelné zpracování sestává vždy ze tech základních krok: ohev na potebnou teplotu (pestup tepla a vodivosti), výdrž na této teplot (difuzní rozpouštní, homogenizace apod.) a následné ízené ochlazování (v závislosti na materiálu ochlazování v rzném prostedí). Obecný diagram tepelného zpracování je zobrazen na obr Rychlost a zpsob ohevu závisí na úelu tepelného zpracování a na druhu zpracovávaného materiálu. Nkteré zpsoby vyžadují prudký ohev nap. povrchové kalení, jiné zpsoby vyžadují pozvolný ohev, nkdy i stupovitý ohev, pro vyrovnání teplot povrchu a vnitku souásti. Píkladem je kalení nástrojových ocelí. Volba teploty ohevu je závislá na strukturních zmnách probíhajících pi tepelném zpracování. Doba výdrže závisí na druhu zpracování a rozmrech souásti. Rychlost ochlazování se odvíjí od konené požadované struktury zakalené souásti. Pi vysoké rychlosti Obr. 4.1 Obecný diagram TZ [18] ochlazování vzniká tvrdá, kehká struktura o velkém vnitním pnutím (martenzit), pi menších rychlostech vzniká struktura o menší tvrdosti, ale také s menším vnitním pnutím (tvrdostí). Rychlost ochlazování a ohevu se v technické praxi udává ve C s 1 1 pi vysokých rychlostech a ve C min ( C h 1 ) pi malých rychlostech. Ob rychlosti jsou nerovnomrné, proto se uvažuje jejich stední hodnota, viz vzorce (4.1) a (4.). Pi ohevu υ1 υ0 v = t1 (4.1) Pi ochlazování υ1 υ v = t (4.) kde v rychlost ohevu nebo ochlazování [ υ výchozí teplota ped ohevem [ C ] 0 υ 1 υ teplota ohevu [ C ] 3 C s 1 požadovaná teplota na konci ochlazování [ C ] t doba ohevu [s, min, h] 1 t doba ochlazování [s, min, h] 3, C min, 1 C h 1 ] - 3 -

32 Tepelné zpracování je založeno na difuzi atom materiálu. Pro výsledek tepelného zpracování je rozhodující, jaký vliv bude mít prbh difuze. Z tohoto hlediska rozlišujeme dv základní skupiny tepelného zpracování: Žíhání- proces, pi kterém je difuze podporována. Charakteristický je pomalý prbh dje. Kalení- proces, pi kterém je difuze potlaována. Typický je rychlý prbh teplotních zmn. Dalším zpsobem dlení je dlení na tepelné zpracování s pekrystalizací a bez pekrystalizace. Rozdlení tepelného zpracování je uvedeno na obr Austenitizace-ohev [7] [16] [18] [47] Obr. 4. Dlení tepelného zpracování [16] Austenitizace je základním procesem každého tepelného zpracování s pekrystalizací. K austenitizaci dochází ohevem oceli nad kritické teploty A c1, A c3 nebo A cm do oblasti austenitu, viz obr. 4.3, piemž dochází k fázové pemn, kdy se mní výchozí feritickocementitická struktura na austenitickou. Pemna má difuzní charakter a je potebná uritá asová prodleva, aby došlo k homogenizaci tuhého roztoku. Zárodky austenitu pednostn vznikají v míst strukturních poruch na hranicí fáze ferit-cementit. Zárodek má nízký obsah uhlíku (jako ferit) a narstá difuzním posunem rozhraní smrem do Obr. 4.3 Diagram Fe-Fe 3 C [18]

33 feritu, piemž se sytí uhlíkem z lamely cementitu, viz obr 4.4. Zvyšováním teploty nebo výdrže dochází k rstu austenitického zrna. To má vliv zejména u ocelí. U hrubozrnných ocelí dochází vlivem setrvání nad kritickou teplotou k rychlému hrubnutí zrna. U ocelí jemnozrnných dochází ke zhrubnutí až pi vysokých teplotách. Obr. 4.4 Tvorba austenitu [47] Obr. 4.5 Austenitizaní diagram (eutektoidní ocel) [7] 4.1. Rozpad austenitu-ochlazování [7] [16] [18] [46] Ochlazování autenitizovaných ocelí je v praxi obvykle rychlejší než udává rovnovážný diagram železo-uhlík. Tím jsou brzdny difúzní pochody a dosahujeme nerovnovážných stav. Rozpad austenitu je možno sledovat dvojím zpsobem. Pomocí diagram IRA a ARA. Diagram IRA znázoruje prbh rozpadu austenitu za izotermických podmínek, tedy prbh fázových pemn pechlazeného austenitu pi konstantní teplot v závislosti na ase. Prbh je vysvtlen na rozpadu eutektoidní oceli, viz obr Po ochlazení pod teplotu Ac 1 dochází k pemn austenitu na perlit. Pi ochlazení tsn pod teplotu Ac 1 jsou inkubaní doby, to je doba nutná pro vznik zárodk nové fáze, výrazn delší. Nejkratší inkubaní doba a doba rozpadu je pi teplot 550 C, v oblasti nosu kivky. Vzniklá struktura je perlitická. Pi dalším snižování teploty se snižuje rychlost difuze a prodlužuje Obr. 4.6 Diagram IRA eutektoidní oceli [7] inkubaní doba. V této oblasti se asutenit transformuje na bahnit. Perlitická pemna probíhá za teplot nad nosem kivky diagramu IRA. ím blíže jsem teplot nosu kivky, tím jemnjší lamelární perlit vzniká

34 Bainitické pemna probíhá pi teplotách pod nosem kivky diagramu IRA a to v dsledku snížení difúzní schopnosti. Vzniká ferit pesycený uhlíkem. V dsledku toho tvoí ferit jehlicovité útvary. Takto vzniklou strukturu nazýváme bainit. Martenzitická pemna probíhá pokud austenit prudce ochladíme pod teplotu Ms. Difúzní jevy jsou zcela potlaeny, dochází ke zmn mížky λ na α, a uhlík zstává uvznn v mížce železa α. Uhlík vyvolává v mížce velké pnutí, které se navenek projevuje tvrdostí a kehkostí. Tato struktura se nazývá martenzit. Diagram ARA znázoruje prbh fázových pemn pí plynulém ochlazování. Plynulé ochlazování je pi tepelném zpracování mnohem bžnjší. Pomocí ARA diagram zjišuje výslednou strukturu pi rzných rychlostech ochlazování. ím vyšší rychlost ochlazování, tím strmjší kivka. Pi kritické rychlosti ochlazování a vyšší vzniká ist martenzitická struktura. Pi nižších rychlostech ochlazování vznikají struktury bainitická a perlitická. Obr. 4.7 Diagram ARA [7] Kalení nástrojových ocelí [6] [16] [18] [33] [47] Kalení je nezbytnou souástí tepelného zpracování nástrojových ocelí. Kalením souást získává potebnou tvrdost. Skládá se z ohevu na kalící, austenitizaní teplotu, výdrž na této teplot a ochlazování rychlostí kritickou a vyšší. Kalením se získávají ásten nebo zcela nerovnovážní struktury. Pi kalení dochází ke vzniku martenzitické nebo bainitické struktury. Kalící teploty podeutektoidních ocelí leží v oblasti asi C nad teplotou A c1 a u ocelí eutektoidních a nadeutektoidních v oblasti C na teplotou A c3. Pi kalení složitých souástí a souástí s tenkou stnou se volí nižší teploty, nástroje s vtší tlouškou stny nebo jednoduchých tvar se používá vyšší teplota. Tvrdost ocelí po zakalení je závislá pedevším na obsahu uhlíku. Kalit lze oceli s obsahem uhlíku minimáln 0,3%. U ocelí s menším obsahem uhlíku vzniká malé množství martenzitu a nárst tvrdosti je nepatrný. Materiály s vtším obsahem uhlíku mají také vtší obsah karbid, které se úpln nerozpustí a zstávají ve struktue. Obr.4.8 Kivka prokalitelnosti [46] Pi kalení nelze dosáhnout požadovanou tvrdost nástroje v celém jeho prezu, lze jej prokalit jen do urité hloubky. Smrem do stedu nástroje tvrdost klesá a ve struktue martenzitu se objevuje podíl perlitu i bainitu. Smrem do jádra se snižuje tvrdost nástroje

35 Obr. 4.9 Zpsoby martenzitického kalení [6] Martenzitické kalení je základním zpsobem tepelného zpracování nástrojových ocelí. Spoívá v ochlazení austenitu nadkritickou rychlostí, kdy se ve výsledné struktue vyskytuje pouze martenzit a zbytkový austenit. Jednotlivé zpsoby martenzitického kalení jsou zobrazeny na obr Ohev nástrojových ocelí bývá pozvolný, asto v nkolika teplotních stupních, a to z dvodu prohátí celého prezu nástroje. Ochlazovací rychlost nemá být vyšší než je nutné. Podle zpsobu ochlazování rozpoznáváme základní zpsoby kalení na martenzit. Nepetržité (pímé) kalení je nejpoužívanjším zpsobem kalení na martenzit. Spoívá v plynulém ochlazování souástí až pod teplotu Ms, kdy dochází k pemn austenitu na martenzit. Kalení se vtšinou provádí do oleje nebo do vody. Nevýhodou tohoto zpsobu je velké vnitní pnutí Lomené kalení- je kalení na martenzit dvojí ochlazovací rychlostí a to za úelem snížení vnitního pnutí. Dílec je nejprve ochlazován nadkritickou rychlostí, potom se rychlost kalení zpomalí, teplota však plynule klesá. V praxi to znamená, že souást se nejprve ochlazuje ve vod, poté se zmní ochlazovací láze, nap. olej. Termální kalení- spoívá v prudkém ochlazení nástroje do lázn o teplot jen o málo vyšší než je Ms. Poté následuje výdrž na této teplot, potebná pro prohátí souásti v celém objemu a snížení vnitního pnutí. Dále se pedmt vyjme z lázn a prudce ochladí pod teplotu Ms. Kalení se zmrazováním- používá se pro tepelné zpracování nástroj o vysokém obsahu uhlíku, kdy se takto snižuje obsah zbytkového austenitu. Souást se ochlazuje pod teplotu Mf, obvykle na teplotu 60 až 70 C Ochlazovací prostedí [16] [18] [33] Volba ochlazovacího prostedím je dležitým faktorem pi kalení souástí. Závisí na druhu zpracovávaného materiálu a na jeho chemickém složení. Píliš velké rychlosti ochlazování zpsobují nárst vnitních pnutí a riziko deformace a praskání souásti. Jako ochlazovací prostedí se prakticky používá voda, vzduch, solná láze a olej. Voda je nejintenzivnjší chladící prostedí. Vysoká rychlost ochlazování mže zpsobit deformace až trhliny. Kalení neprobíhá plynule, po ponoení se kolem souásti vytvoí parní polštá zpomalující chlazení. S klesající teplotou se rozpadá. Obr Prbh ochlazování [18]