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
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
Zvýšení produktivity, efektivity a kvality kovových výlisků

Výrobní společnost ANC Components a výzkumná společnost Comtes FHT spolupracují na výzkumném projektu Eureka s cílem zefektivnit výrobní proces a zvýšit produktivitu a kvalitu přesně lisovaných dílců a plně eliminovat dodatečné sekundární operace. Výsledky ze čtyř etap zmíněného projektu přinášejí rentabilitu technologie přesného střihu a konkurenční výhodu společnosti ANC Components v této oblasti. Řešení projektu bylo již dříve prezentováno ve vydání MM 10/2012, MM 1, 2/2015 a dále v Hutnických listech 4/2013.

Harmonizace ve svařování

Mezinárodní harmonizace norem a pravidel pro svařování je důležitá z mnoha důvodů. Primárním důvodem je skutečnost, že svařování je považováno za "zvláštní proces" (EN ISO 9001), při kterém nelze zcela zjistit jakost po skončení procesu inspekcí, ale jakost musí být sledována před i v průběhu celého procesu svařování.

Precizní závitové nástroje

Šrouby jsou i dnes v moderní době plné počítačů a kosmických technologií nejčastější strojní součástí a není snad stroje nebo zařízení, kde by se nevyskytovaly. Funkční část šroubu tvoří závit, jehož chody jsou navinuty s určitým stoupáním kolem válcového či kuželového jádra. Liší se svým profilem v závislosti na druhu použití. V drtivé většině případů se používají závity s pravým stoupáním, ojediněle z konstrukčních důvodů s levým.

Související články
Pomocník pro plánování výroby

Většina lidí dnes ví, že žádná firma, která chce být konkurenceschopná, neobejde bez kvalitního ERP. Díky němu lze především řídit procesy, a to doslova všechny. Ne každý si však uvědomuje, jak velké mohou být rozdíly mezi systémy pro jednotlivé oblasti podnikání. Asi nejsofistikovanější ERP najdeme bezesporu ve výrobních firmách.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Plzeňské setkání strojařů

Katedra technologie obrábění Fakulty strojní Západočeské univerzity v Plzni letos uspořádala již devátý ročník mezinárodní konference Strojírenská technologie Plzeň. V porovnání s minulým ročníkem zaznamenala podstatně větší návštěvnost – čítala téměř dvě stě účastníků a uskutečnilo se bezmála šedesát prezentací. Náš časopis na konferenci figuroval jako mediální partner akce.

Na cestě ke zrození stroje,
Část 1. Průzkum trhu

Série 10 článků, jejichž autorem je konstruktér Michal Rosecký, popisuje postup výroby obráběcího stroje. Krok po kroku nás provází tímto náročným procesem, v jehož závěru je po stránce vývoje a výroby rentabilní moderní výrobní zařízení s inovativními prvky, o které trh projeví zájem a po uvedení do provozu přinese zákazníkovi deklarovanou profitabilitu a návratnost investic.

Od konstrukce strojů po parkovací věže

Mezi starší generací strojařů pravděpodobně není nikoho, kdo by neznal původem škodováka Josefa Bernarda z Jičína. Tento strojírenský nadšenec příští rok oslaví své sedmdesátiny. Před třiceti lety po odchodu z místního Agrostroje položil základy společnosti Vapos, která dává perspektivní práci patnácti desítkám lidí z Jičína a blízkého okolí.

Made in Česko - Romantické tóny z Hradce Králové

V roce 1948 byla doslova ze dne na den znárodněna česká firma Petrof vyrábějící dokonalé, světově proslulé klavíry. Její majitel, dědeček dvou dam a pradědeček třetí, tedy těch, které v současné době firmu úspěšně vedou, musel tehdy okamžitě svoji továrnu opustit. O dlouhou řadu let později se, nejen díky revoluci, ale i díky nezměrnému úsilí jeho samého i jeho potomků, podařilo firmu, která figuruje na předním místě mezi českým „rodinným stříbrem“, vrátit do rukou rodiny Petrofů.

MSV představí svět budoucnosti

Mezinárodní strojírenský veletrh vstupuje do svého již 61. ročníku. Během let se z něj stal nejrenomovanější oborový veletrh. Je tedy jasné, že řídit jej tak, aby renomé neztratil, není nic snadného a vyžaduje to člověka nejen schopného, ale i zkušeného. Současný ředitel, Ing. Michalis Busios, bezesporu splňuje obojí. Dokladem je skutečnost, že pro veletrh úspěšně pracuje již od roku 2008.

Pod dvou letech opět na EMO do Hannoveru

Od 16. do 21. září 2019 se uskuteční 22. ročník největšího světového veletrhu zpracování kovů EMO. Megaakce se koná opět v Německu, které je po Číně a USA třetím největším trhem obráběcích strojů na světě. Veletrhu se účastní téměř 2 100 vystavovatelů ze 47 zemí světa. Z České republiky se očekává účast 28 firem na ploše necelých 1 700 m2. Na minulý veletrh v roce 2017 přijelo do Hannoveru z České republiky přes 2 200 odborníků.

CIMT Peking, Část 2. Win Together

Podtitul veletrhu CIMT 2019 byl: 融合共赢 智造未来. Musíte uznat, že motto veletrhu je v této pro nás exotické podobě zahaleno značným tajemstvím. Dáte-li větu do automatického překladače, výsledná myšlenka zní: fúze a výhra. Jednoduchá slova, divný obsah - tento způsob nalezení významu věty opravdu není žádná výhra. Proto se o nápravu "ztráty v překladu" pokusíme v druhém vstupu z veletrhu, ve kterém se tentokrát podíváme i za technikou.

CIMT Peking, Část 1. Obecný pohled

V předvelikonočním týdnu se v Pekingu uskutečnil veletrh obráběcích strojů CIMT 2019. V asijském regionu se jedná o obdobu veletrhu EMO Hannover. A stejně jako EMO je velkou měrou národní výstava německé výrobní techniky, tak CIMT je převážně čínský. V tomto prvním vstupu se podíváme na letošní ročník trochu s odstupem, aniž bychom se zaměřili na konkrétní exponáty.

Formárenský veletrh se blíží

Již třetí ročník formárenského veletrhu Moulding Expo v druhé polovině května bude hostit výrobce forem a nástrojů a dodavatelé potřebných technologií ve Stuttgartu. Pořadatelé sezvali novinářskou obec do slovinské Lublaně, kde prozradili několik detailu o blížícím se veletrhu. Součástí tiskové konference byla také návštěva místních nástrojáren a výzkumného centra pro formárenství.

Fórum výrobních průmyslníků

Máte ve své výrobě stroje integrovány do sítě, monitorujete jejich provoz? Pokud ano, jaká data z jejich provozu získáváte a jaký mají pro vás význam? V opačném případě, je pro vás otázka monitoringu výrobních zařízení (výrobního procesu) v blízkém horizontu důležitá? Co od něj očekáváte?

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