Akademie tváření: Odpružení v plošném tváření

Lisování je složitý proces, který ovlivňuje řada faktorů a parametrů obecně označovaných jako okrajové podmínky výrobního pochodu. Tento soubor komplexních charakteristik zahrnuje vliv materiálu výlisku, jeho jakost a tloušťku, tribologické podmínky procesu, kinematiku tvářecího stroje, konstrukce nástroje a další. Nevhodné nastavení těchto podmínek může mít za následek vznik vad na výlisku, které se dělí do dvou skupin. Do první patří oblast porušení stability, mezi něž patří iniciace makroskopických trhlin, limitní ztenčení, přeložky a zvlnění. Druhá pak představuje problematiku geometrických vad, mezi něž patří odpružení.

Odpružení lze charakterizovat jako nežádoucí dodatečnou deformaci výlisku, vznikající relaxací napětí po odlehčení výlisku ve tvářecím nástroji. Dominantní vliv na velikost odpružení má zejména velikost elastické deformace. Na obr. 1 je naznačena problematika odpružení na materiálech různých mechanických vlastností. Ohýbaný materiál je zatěžován do oblasti plastických deformací, charakterizovaných zpevňující křivkou (0A). Po uvolnění tvářecích nástrojů se nepohybujeme k nulovému napětí po křivce AC, ale AB. Odpružení je pak charakterizováno rozdílnou velikostí deformace na vodorovné ose, například pro vysokopevnostní ocel mezi body BC. Z diagramu je tedy zřejmé, že lisovaný materiál má dominantní vliv na velikost odpružení. Velikost odpružení při výrobě výlisků závisí ovšem na řadě dalších faktorů, mezi něž patří modul pružnosti v tahu, konstrukční řešení nástroje, podmínky tváření, symetrie a tvarová složitost součásti, výsledné rozložení zbytkových napětí atd.

Typy odpružení v plošném tváření

V problematice plošného tváření členíme odpružení na:

• úhlovou změnu;
• natočení boční stěny;
• natočení;
• zkřivení hrany;
• zkřivení povrchu;
• celkovou změnu tvaru.

Úhlová změna

Úhlová změna je definovaná jako úhlový rozdíl mezi součástí a nástrojem po odlehčení tvářecí síly. Je způsobena ohybovým momentem, vyvolaným rozdílem napětí ve směru tloušťky plechu během ohýbání přes poloměr ohybu. Představuje základní typ odpružení a má za následek zvětšení ohýbaného poloměru.

Natočení boční stěny

Natočení boční stěny představuje zakřivení vzniklé na boční stěně profilu. Zakřivení vzniká jako následek tažení plechu přes poloměr tažnice nebo při tažení tažnou drážkou. Jeho příčinou je nestejné rozdělení napětí nebo napěťový gradient v tloušťce plechu.

Natočení

Natočení (označované také jako twist) je vzájemné pootočení dvou příčných řezů (obvykle voleny z opačných konců součásti). Vada se vyznačuje úhlovou změnou, při které může nastat posun průřezu. Natočení vzniká jako následek nevyváženého zbytkového pnutí ve výlisku. Tuto nevyváženost způsobuje krouticí moment vznikající v bočních stěnách součásti, v přírubách nebo v obou současně. Velikost natočení ovlivňuje torzní tuhost výlisku daná jeho tvarem, nevhodná volba přístřihu či rozdílné tlaky přidržovačů po stranách. Většinou se vyskytuje právě u dlouhých tenkých výlisků, které mají malou torzní tuhost. Jednou z možností eliminace tohoto typu odpružení jsou prolisy a výztužná žebra.

Zkřivení hrany

Vada má za důsledek zkřivení hrany ohýbané součásti vůči hraně nástroje. Příčiny vzniku zkřivení hrany jsou podobné jako u natočení. V tomto případě změnu nezpůsobuje krouticí moment, ale ohybový moment v rovině kolmé na průřez. Odpružení nastane jako následek rozdílných tažných poměrů na kraji a uprostřed boční stěny součásti. Zkřivení hrany se často vyskytuje v kombinaci s natočením.

Zkroucení povrchu

Jedná se o místní vybočení, které nastane na povrchu plechu po tváření. Tyto defekty vznikají z místní reakce na pnutí v materiálu během tváření. Klasickým případem jsou místní výstupky a prohlubně.

Celková změna tvaru

Tento typ odpružení se projevuje komplexní změnou tvaru součásti. Výlisek odlehne od nástroje a změní svůj tvar.  Dalo by se říci, že představuje kombinaci několika předchozích typů odpružení současně. Projevuje se především při lisování tvarově složitějších výlisků větších rozměrů.

Eliminace odpružení

Odpružení materiálu při lisovacích operacích je komplexní a velmi složitá problematika. V praxi dochází v drtivé většině k interakci jednotlivých typů odpružení. Pochopením této oblasti plošného tváření můžeme eliminovat vznik odpružení, snižovat počty neshodných dílů výrobního procesu a tím pochopitelně i výrobní náklady.

Predikce a eliminace odpružení byla v minulosti řešena v drtivé většině na základě zkušeností z řešení obdobných předchozích úloh a experimentálními zkouškami zpracovávaného materiálu. V současnosti je kladen důraz na efektivitu výroby a optimalizaci technologického postupu již ve fázi přípravy i z hlediska odpružení materiálu. Z tohoto důvodu se stále častěji uplatňuje výpočetní technika a moderní numerické simulace. Pomocí těchto virtuálních metod je tedy možné provádět korekce okrajových podmínek pro eliminaci odpružení již v etapě návrhu technologického postupu.

Velikost odpružení, jak plyne z předchozího textu, výrazně ovlivňuje především druh použité materiálové jakosti. Návrh geometrie součásti, a tedy i nástroje, by měl být proveden takovým způsobem, aby nebyla velikost odpružení citlivá na změnu materiálové šarže, tloušťky a dalších parametrů lisování. V řadě případů je postačující, pokud se provede úprava nástroje tak, aby bylo zabezpečeno větší přetvoření součásti a po odlehčení se získal požadovaný tvar. Pokud je problém s dodržením stanovené rozměrové tolerance, lze využít dodatečných vyrovnávacích operací (kalibrace). V některých případech je vícestupňové tažení žádoucí nebo dokonce požadované. Důležité jsou lisovací operace zajišťující eliminaci odpružení. Odpružení je také možné vyloučit zpevněním materiálu v rozích rázem, vytvořením vyztužovacího žebra v místech ohybu, podbroušením pohyblivé čelisti, zaoblením dolní strany pohyblivé čelisti a přidržovače poloměrem R, postupným ohýbáním s odlehčením pevné čelisti o tloušťku materiálu, zpevněním materiálu deformačním poloměrem v pevných čelistech.

Moderní ohýbací stroje vybavené laserovým systémem měření deformací může na základě zkušebního ohybu zjistit míru odpružení pro danou materiálovou jakost a nastavit korekce nástrojů pro přesné ohýbání.

Přesnost při ohýbání

Přesnost v technologii ohýbání závisí na řadě faktorů. Tyto činitele lze obecně rozdělit do dvou skupin - na vlivy materiálové a konstrukční. Mezi materiálové vlivy patří především typ materiálu, rovnoměrnost a rozložení mechanických vlastností, tloušťka, velikosti plastických deformací a jiné. Konstrukční vlivy pak zahrnují zejména tloušťku a přesnost rozměru tvářeného polotovaru, rozměry a přesnost činných částí nástroje, stav a stupeň opotřebení nástroje, konstrukce nástroje a středění polotovaru, pracovní vůle nástroje, počtem operací apod.

Materiálové vlastnosti jsou většinou předepsány konstruktérem součásti, ale lze je ovlivňovat i technologií tváření, a to konstrukcí tvářecích nástrojů. Proto je žádoucí, aby nástroj dosahoval rovnoměrné plastické deformace polotovaru a velikosti zpevnění, neboť pak bude podíl pružných deformací relativně nízký.

Konstrukční vlivy vyplývající z technologie a realizované konstrukce nástroje umožňují ovlivňovat rozměrovou přesnost a jakost tvářené plochy, zejména volbou vhodné geometrie činných částí, jejich kvalitou a rozměrovou přesností.

Ing. František Tatíček, PhD.,

Ing. Tomáš Pilvousek

Ing. Martin Kubelka

Ústav strojírenské technologie

ČVUT, FS v Praze

Frantisek.Taticek@fs.cvut.cz

roman.dvorak@mmspektrum.com

On-line verzi časopisu MM Průmyslové spektrum si můžete nově zakoupit v digitální trafice PUBLERO.

Tvoríme materiálové toky

Originálny názov: Making materials flow
Autori: Rick Harris, Chris Harris, Earl Wilson

Autor prekladu: Michal Uherčík
Vydavateľstvo: Slovenské centrum produktivity

Publikácia sa venuje problematike riadenia štíhleho zásobovacieho systému. Jednoduchým spôsobom sú popisované metódy a spôsob uvažovania v spoločnosti Toyota a jej nasledovníkov v spojitosti s vytváraním kontinuálnych informačných a materiálových tokov. Autori tu uvádzajú praktické prístupy pre vytvorenie presnej databázy dielov v závode, vytvorenie supermarketu, zavedenie zásobovacieho okruhu a vytvorenie informačných spojení, ktoré spájajú výrobné bunky so supermarketom.

Náklady na logistiku a zásoby boli prvé, kde hľadali spoločnosti na začiatku krízy úspory. Dôvod bol prozaický. Až kríza odhalila problémy, ktoré vo väčšine spoločností boli zakryté zásobami. Z týždňa na týždeň sa spoločnostiam zvyšovali zásoby na vstupe aj na výstupe závodu. Dôvodom tohto stavu je pretrvávajúci tlakový systém riadenia zásob a logistiky v našich spoločnostiach.

Kniha Tvoríme materiálové toky je príručkou, ktorá krok za krokom prevedie čitateľa tvorbou štíhleho zásobovacieho systému na príklade firmy Apex Tube. Celý proces je vysvetlený pomocou 10 krokov od vytvorenia Plánu pre každý diel, cez tvorbu Supermarketu, tvorbu zásobovacích okruhov a tvorbu riadiaceho informačného systému až po udržiavanie, rozširovanie a zlepšovanie už zavedeného štíhleho zásobovacieho systému.

Spoločnosť, ktorá je použitá na vysvetlenie zavádzania konceptu štíhleho zásobovania je zo sféry automotive. Je dôležité povedať, že uvedený koncept je možno bez problémov zaviesť v akejkoľvek prevádzke z akejkoľvek výrobnej sféry. Kniha je napísaná veľmi jednoducho a prehľadne. Ak sa bude tím zodpovedný za implementáciu systému pridŕžať navrhnutého konceptu, dokáže systém zaviesť veľmi jednoducho a rýchlo.

Dôležitou časťou knihy sú aj poznámky, ktoré slúžia na vysvetlenie ďalších možných rozšírení systému - napríklad rozpracovanej výroby alebo finálnych produktov. Autori neobišli ani špecifické typy balení a dielov, kde poskytujú konkrétne príklady riešenia takýchto špecifík.

-kla-