Témata
Reklama

Akademie tváření: Hluboké tažení

Přinášíme vám další díl naší Akademie, kterou pro vás ve spolupráci s odborníky Ústavu strojírenské technologie FS ČVUT v Praze a technickými specialisty firmy Trumpf připravujeme již druhým rokem. V jednotlivých příspěvcích se postupně věnujeme konkrétním technologiím zpracování plechu, jež jsou představeny jak po teoretické stránce, tak následně v konkrétních aplikacích na strojích Trumpf. Volba témat je v souladu s technickými možnostmi, které nabízejí stroje právě výše zmíněného výrobce, který bezesporu představuje špičku v oboru, a proto se na něj i redakce při tvorbě Akademie tváření obrátila.

Tento článek je součástí seriálu:
Akademie tváření
Díly
František Tatíček

Vedoucí skupiny Tváření na FS ČVUT v Praze

Rádi přivítáme vaše připomínky jak ke koncepci seriálu, tak i k samotnému obsahu konkrétních příspěvků.

Za autorský kolektiv Roman Dvořák
roman.dvorak@mmspektrum.com

....................
Tažení je takový technologický způsob tváření, při kterém se v jednom nebo v několika tazích vyrobí z rovného plechu (přístřihu) duté těleso – polouzavřená nádoba. Někdy se tento technologický proces nazývá hluboké tažení. Ke změně tvaru dochází působením tažníku přes tažnou hranu tažnice. Při tomto procesu se výrazně nemění výchozí tloušťka materiálu. Při tažení vyšších nádob dosahuje tečné napětí kritických hodnot, takže v přírubě dochází ke tvorbě vln, které mohou-li se volně zvětšovat, způsobí podstatný vzrůst tažné síly a vedou k utržení dna výtažku. Pro vytvoření výtažku je nutné tvářet na více operací. Mezi operace hlubokého tažení patří především technologie prostého tažení, tažení se ztenčením stěny, zpětné tažení, žlábkování, protahování, rozšiřování nebo zužování.
U komplikovaných reálných výtažků se lokální deformační stav pohybuje od tahového do tlakového napětí. Tváření plechů se od objemového tváření liší v několika aspektech. U plošného tváření převládá v napěťovém stavu tah nebo kombinace tah – tlak a jeden nebo oba povrchy tvarujícího se výtažku jsou volné. U objemového tváření převládá tříosé tlakové napěťové schéma. Při obou způsobech tváření závisí tvařitelnost zejména na materiálových vlastnostech, tvaru nástroje a velikosti součinitele tření. Hlavní rozdíl je v mechanismu porušení: při plošném tváření je spíš způsobeno plastickou nestabilitou při tahu, při objemovém tváření spíše plastickým lomem.

Reklama
Reklama

Tažná síla

Z důvodu komplikovanosti procesu se matematické vztahy zjednodušují. Matematické vztahy vycházejí z toho, že tažná síla musí být o něco menší než síla, která způsobí utržení dna výtažku, tzn. dovolené napětí musí být menší než napětí na mezi pevnosti.

Průběh tažné síly v jednotlivých fázích tažení

Velikost tažné síly pro nástroj s přidržovačem, pro první a další tahy se zjednodušeně vypočte podle vztahu:

Fc = Ft + Fp = L . s . Rm + Sp . p

Kde:
L délka obvodu polovýrobku [mm],
Rm mez pevnosti materiálu [MPa],
s tloušťka plechu [mm],
Sp plocha přidržovače [mm2]
p specifický tlak přidržovače (od 0,8 do 3) [MPa].

Tažná mezera vůle

Při hlubokém tažení bez ztenčení stěny se tažná mezera mezi tažníkem a tažnicí volí větší než tloušťka plechu.
Zvětšení tažné mezery by mělo kompenzovat zesílení plechu při tažení a jeho rozměrové tolerance a umožnit průchod materiálu mezerou s přijatelným třením. Bude tedy rozdílné pro první a další tahy a tahy kalibrační. Nominálně se pohybuje v hodnotách tm= (1,05 – 1,5) s0. Doporučené hodnoty tažné mezery (vůle) lze, v závislosti na tloušťce materiálu a typu tahu, nalézt v normách ČSN a v příručkách tažení.
Při tažení hranatých výtažků se tažná mezera na přímých úsecích výtažku volí přibližně stejná nebo mírně nižší než u kruhových výtažků. V rohových oblastech se volí větší až o 50 %, protože zesílení materiálu je zde intenzivnější.
Tvorba tažné vůle (na úkor tažníku nebo tažnice) u závěrečných tahů závisí na tom, který rozměr je předepsán (předepsaný vnější rozměr – na úkor tažníku, vnitřní rozměr – na úkor tažnice).

Přidržovací tlak a rychlost tažení

Vzhledem k převládajícím tangenciálním tlakovým napětím v přírubě výtažku má plech tendenci se v tomto místě zvlnit. Tento jev lze potlačit aplikací přidržovací síly prostřednictvím implementovaného konstrukčního prvku v nástroji – přidržovače. Optimální síla přidržovače by měla eliminovat zvlnění v přírubě a v ploše výlisku, zároveň však nesmí dojít k utržení dna (vznik trhlin nebo kritického difuzního ztenčení).
Velikost přidržovacího tlaku lze stanovit numerickým modelováním. Jak pro rozhodnutí o použití přidržovače, tak pro stanovení přidržovacího tlaku ověřených empirických vztahů, které lze nalézt v normách ČSN a příručkách tažení.

Tlak přidržovače v závislosti na tloušťce materiálu a0 a stupni tažení pro hlubokotažnou ocel

Je třeba si uvědomit, že rychlost pohybu nástroje nemusí odpovídat rychlosti deformace při lisovacím procesu, ale rychlost deformace je ovlivňována rychlostí pohybu nástroje. Rychlost deformace je definována jako dosažená velikost deformace za jednotku času a ovlivňuje mimo jiné přetvárný odpor materiálu, tvařitelnost a stabilitu plastického toku materiálu.

Problematika tření

Velikost třecích sil působících mezi lisovaným materiálem a nástroji ovlivňuje celkovou tažnou sílu. Z principu jejího působení je tedy žádoucí, aby tření v tažnici a na přidržovači bylo minimální a na tažníku co možná největší.
Velikost tření je komplexní funkcí obou kontaktních materiálů, makro- a mikrogeometrie kontaktní plochy, kvality maziva včetně nosné vrstvy, relativní rychlosti kluzných ploch, tlaku maziva. Snížit tření lze především vhodným mazivem, vysokou kvalitou povrchu tažnice a přidržovače. Maximální hodnota tření na tažníku je však omezena především požadavkem na kvalitu vnitřního povrchu výtažku.
Poloměr zaoblení, stanovení rozměru přístřihu
Poloměr zaoblení tažné hrany tažníku a tažnice ovlivňuje proces tažení (velikost tažné síly, tažné napětí, limitní deformace, vznik zvlnění).
Tvar, rozměr a orientace přístřihu patří k velmi důležitým parametrům, které mají vliv na technologii hlubokého tažení. Z ekonomického hlediska je nutné věnovat se v první řadě tvaru přístřihu a zejména pak technologickému odpadu, který by měl být co nejmenší. Přístřih musí zajistit minimální odpad, ale zároveň zabezpečit bezproblémové lisování. V současnosti se s výhodou užívá pro návrh tvaru nástřihu numerických výpočetních systémů většinou založených na principu rovnosti povrchu výtažku a přístřihu. V poslední době se využívají nové typy polotovarů, které jsou tvořeny ze dvou a více materiálů rozdílných vlastností.

Rozdělení tažných operací

Počet operací technologického postupu a jejich rozdělení závisí u hlubokého tažení primárně na tvařitelnosti materiálu. Míru technologické tvařitelnosti materiálu posuzujeme podle ukazatelů tvařitelnosti. Jedním z ukazatelů hlubokotažnosti je nejčastěji součinitel tažení m = d/D.
Tvařitelnost materiálu se s rostoucím počtem operací snižuje. Opětovné zvýšení tvařitelnosti je možné vložením operace tepelného zpracování. Při návrhu tvářecího postupu je třeba dbát, aby počet tažných operací byl co nejnižší, tažné operace v technologickém cyklu byly rozděleny rovnoměrně a tvary nástrojů odpovídaly požadavku opakované využitelnosti.

Tažení pravoúhlých výtažků

Tažení pravoúhlých výtažků je složitější proces než tažení výtažků válcových. Vyplývá to z nerovnoměrnosti deformačního a napěťového stavu v taženém polotovaru. Složitost tažení se zvyšuje od nízkých pravoúhlých výtažků (tažených v jednom tahu) přes hluboké výtažky (tažené v několika operacích) až po tažení pravoúhlých výtažků se širokou přírubou.

a) b) c)Napěťové schéma při tažení a) válcového, b) pravoúhlého výtažku, c) deformace (původně pravoúhlé) sítě na pravoúhlém výtažku

Brzdné drážky

Při tažení obdélníkových výtažků vzniká podél tažné hrany proměnlivé tlakové a tahové napětí. Nepříznivý účinek tlakového napětí v přímých částech výtažku lze zmenšit zvýšením radiálního tahového napětí a tím jeho zrovnoměrněním po celém obvodu tažné hrany. To se docílí použitím brzdných drážek, které kladou zvýšený odpor taženému materiálu. Brzdné drážky se umísťují převážně v přímých úsecích tažné hrany. Počet a rozložení brzdných drážek se při konstrukci nástroje stanoví buď orientačně odhadem, nebo při analýze metodou konečných prvků. Vždy je rozmístění, tvar a rozměry drážek nutno prověřit experimentálně.

Závěr

Hluboké tažení je jednou z nejsložitějších technologií tváření. V rámci rozsahu tohoto článku není možné se detailně věnovat všem faktorům ovlivňujících tuto technologii. Pro pochopení problematiky doporučujeme podívat se do běžně dostupné literatury popisující problematiku hlubokého tažení.
Ing. František Tatíček, Ing. Tomáš Pilvousek, Ing. Martin Kubelka

ČVUT, FS v Praze

Frantisek.Taticek@fs.cvut.cz

Reklama
Související články
Akademie tváření: Technologičnost konstrukce při ohýbání

Přinášíme vám další díl naší Akademie, kterou pro vás ve spolupráci s odborníky Ústavu strojírenské technologie FS ČVUT v Praze a technickými specialisty firmy Trumpf již třetím rokem připravujeme. V jednotlivých příspěvcích se postupně věnujeme konkrétním technologiím zpracování plechu, jež jsou představeny jak po teoretické stránce, tak následně v konkrétních aplikacích na strojích Trumpf.
Tento článek volně navazuje na předchozí v rámci akademie tváření, především na již popsanou problematiku ohýbání, odpružení v plošném tváření a technologičnost konstrukce v návrhu výstřižku. Článek popisuje obecná pravidla z hlediska technologičnosti konstrukce pro technologie ohýbání.
Rádi přivítáme vaše připomínky jak ke koncepci seriálu, tak i k samotnému obsahu konkrétních příspěvků.
Za autorský kolektiv Roman Dvořák
roman.dvorak@mmspektrum.com

Akademie tváření: Technologičnost konstrukce v návrhu výstřižků

Přinášíme vám další díl naší Akademie, kterou pro vás ve spolupráci s odborníky Ústavu strojírenské technologie FS ČVUT v Praze a technickými specialisty firmy Trumpf již druhým rokem připravujeme. V jednotlivých příspěvcích se postupně věnujeme konkrétním technologiím zpracování plechu, jež jsou představeny jak po teoretické stránce, tak následně v konkrétních aplikacích na strojích Trumpf. Volba témat je v souladu s technickými možnostmi, které nabízejí stroje právě výše zmíněného výrobce, který bezesporu představuje špičku v oboru, a proto se na něj i redakce při tvorbě Akademie tváření obrátila. Rádi přivítáme vaše připomínky jak ke koncepci seriálu, tak i k samotnému obsahu konkrétních příspěvků.
Za autorský kolektiv Roman Dvořák

Ohraňovací lis s elektrickým pohonem

Společnost Hans Zewe, která se zabývá válcováním oceli, spoléhá zcela na ohraňovací lisy Hämmerle a výrobní ředitel společnosti Gerhard Zwing je přesvědčen, že jsou nejlepší. Nově zakoupený stroj Xcite proto musel nejprve prokázat, že si své místo zaslouží. Ale povedlo se - Xcite je rychlý, neuvěřitelně přesný, má intuitivní ovládání a navíc dobře vypadá.

Související články
Trh výroby drátů a trubek

Na düsseldorfském výstavišti bude druhý dubnový týden 2014 opět představen obor technologie zpracování a opracování drátů a kabelů, resp. trubek a rour na veletrzích wire a Tube. Bližší informace k této akci jsme vám přinesli v prosincovém vydání MM Průmyslového spektra, ale jelikož se následně konala tisková konference organizátora Messe Düsseldorf, jenž tradičně dodává hodnotné analýzy a statistická data k daným oborům, přinášíme vám výběr toho nejzajímavějšího.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Směry rozvoje technologií tváření při výrobě karoserií

Stálé požadavky na snižování emisí oxidu uhličitého vyžadují soustavné snižování hmotnosti automobilu. U konvenčních pohonů automobilů lze jít jedině cestou lehčích karoserií. Lehké konstrukce vyžadují zachování crashových vlastností jako u ocelových karoserií.

Technologie zpracovaní profilů a plechu

Společnost Stierli-Bieger i Prinzing se zabývají výrobou strojů pro zpracování kovu s více jak 30. letou tradicí. Výrobce strojů Stierli se specializuje na výrobu horizontálních lisů pro ohýbání a rovnání kovových profilů, společnost Prinzing se zaměřuje na výrobu strojů ke tváření plechu. V Česku jsou oba výrobci zastoupeni společností Bickel and Wolf.

Ochrana činných ploch nástroje laserem

Tvářecí nástroje jsou vystavovány stále většímu zatížení a tím i opotřebení. To také snižuje jejich trvanlivost. Pro odstranění tohoto negativního faktoru zkoumal Frauenhofer Institut für Produktionstechnologie IPT možnost použití laserových technologií.

Vláknový laserový řezací systém

LVD rozšiřuje svou řadu laserových řezacích systémů zavedením vysoce rychlostního vláknového laserového řezacího systému Electra FL.

Tvářecí a výrobní procesy ve stavbě lehkých karoserií

Stále rostoucí nároky na zmenšování hmotnosti karoserií osobních automobilů a užitkových vozidel vytvářejí tlak na jejich konstruktéry a na výrobní technologie.

Ocel splňující potřeby výrobního procesu

Rodina produktů Ruukki Laser zahrnuje konstrukční oceli s mezí kluzu v rozmezí 200 - 420 MPa. Oceli Laser mají skvělé inženýrské vlastnosti a jsou ideální pro široké spektrum aplikací.

Výroba speciálních materiálů válcováním za studena

Probíhající globální hospodářská krize postihla významným způsobem i ocelářský průmysl. Dopad na jednotlivé regiony a druhy výrobků je ovlivněn reakcí jednotlivých států a významných producentů oceli. Paralelní a neméně významnou skutečností je rostoucí tlak na neustálou inovaci ocelářských výrobků. Na trhu EU existovalo v roce 2009 jen 30 % ocelářských výrobků, které byly dostupné i před deseti lety. Už tato samotná skutečnost potvrzuje významnou roli výzkumu a vývoje v ocelářském průmyslu.

Výzkum, vývoj a inovace procesů produkce elektrooceli a volně kovaných výkovků

Realizací tříetapového rozvojového projektu Sekundární metalurgie (zprovozněn v září 1999) byl ve společnosti Žďas, a. s., vytvořen dostatečně široký prostor pro markantní, zcela zásadní změny ve výrobních technologických postupech se zaměřením na nejnáročnější trhy volně kovaných výkovků. Již v průběhu příprav prováděcích prací bylo přistoupeno k intenzivnímu vzdělávání zaměstnanců z řad THP i dělnických profesí tak, aby byli schopni nová zařízení nejen plně a zodpovědně ovládat a řídit, ale také aby byli dobře připraveni i na možnosti výzkumu, vývoje a inovací, které nově instalované zařízení přímo nabízelo.

Nové produkty a technologie

LVD letos oslavuje 60. výročí založení společnosti a při této příležitosti vystaví na veletrhu EuroBLECH v Hannoveru některé nové výrobky a technologie.

Výzkum a vývoj technologie přesného tváření

Lisování přesných dílců za studena je v současnosti na vysoké úrovni. Společnosti ANC Components a Comtes FHT řeší dosažení dalšího zefektivnění a zproduktivnění výrobního procesu v rámci dotovaného projektu Eureka spojením zkušeností praxe a výzkumných prostředků.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit