Odborně-vzdělávací a zpravodajský portál z oblasti strojírenství a navazujících oborů
Články >> Akademie tváření: Hluboké tažení
Chcete dostávat MM Průmyslové spektrum ZDARMA až do Vaší schránky? Více informací zde.

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.

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.
 

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

 

Další články

Výzkum/ vývoj
Technologie tváření, slévárenství

Komentáře

Nebyly nalezeny žádné příspěvky

Sledujte nás na sociálních sítích: