Témata

Akademie tváření: Odpružení v plošném tváření

Taktéž v letošním roce ve spolupráci s odborníky Ústavu strojírenské technologie FS ČVUT v Praze a technickými specialisty firmy Trumpf pokračujeme ve volném seriálu zabývající se problematikou tváření. V jednotlivých příspěvcích se postupně věnujeme konkrétní technologii/technologiím zpracování plechu, jež je/jsou představena/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, jež bezesporu představuje špičku v oboru, a proto se na ni 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

Tento článek je součástí seriálu:
Akademie tváření
Díly
František Tatíček

Vedoucí skupiny Tváření na FS ČVUT v Praze

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.

Vztah elastické a plastické deformace na diagramu tahové zkoušky pro různé materiálové jakosti a nomogram koeficientu odpružení pro různé kovové materiály.

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.

Odpružení - úhlová změna

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.

Odpružení - natočení boční stěny - porovnání různých materiálových jakostí

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.

Případ natočení a vznik torzního momentu od pnutí ve stěnách výlisku

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.

Eliminace odpružení prolisem v ohýbacím rádiusu

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-

Související články
MM Podcast: Glosa - Poselství Garcíovi

Jsou věci, které ovlivnit nemůžeme, avšak máme možnost se k nim svobodně postavit. Pokud tak ale činíme ve stresu a se strachem, negativní dopad to jen znásobí. Naopak, uvedeme-li se do klidu s vědomím své vnitřní síly, víry a odhodlání, vše se může nakonec vyvíjet úplně jinak. 

Technická podpora vždy po ruce

Prostřednictvím nové aplikace LiveTechPro nabízí společnost Ceratizit kompetentní okamžitou technickou podporu i v období místního a národního lockdownu vyvolaného pandemií covid-19.

Názorové fórum odborníků

Výzkum a vývoj v oblasti řezných nástrojů podle doc. Jany Petrů z Vysoké školy báňské – Technické univerzity v Ostravě (www.mmspektrum.com/200519) mj. dlouhodobě soustřeďuje svou pozornost na vývoj řezných materiálů, systémů povlakování a konstrukce nástrojů využívajících princip minimálního mazání a chlazení MQL.
Zabývá se těmito trendy také vaše společnost? Naleznou uživatelé výše popsané inovace ve vašich produktových portfoliích? Uveďte příklad.

Související články
Další krok k bezobslužné výrobě

Studie čínské univerzity Beihang, publikovaná v časopise International Journal of Production Research, přímo spojuje prediktivní údržbu s kvalitou výrobků. Jak je však pro výrobce tato dosahovaná prediktivita a vynikající kvalita u operací využívaných při soustružení oceli slučitelná se snižováním počtu pracovníků na dílenských pracovištích nebo s bezobslužnou výrobou? Článek objasňuje důvody, proč jsou pro kvalitu obráběných součástí nezbytné vhodné nástroje ve spojení s procesy zabezpečenými proti selhání.

Související články
Abeceda komunikace (nejenom) pro strojaře, Část 1. Komunikace je jako mariáš

Člověk je tvor společenský a komunikace je jeho stěžejní dovednost. Komunikujeme proto, aby se něco stalo. Aby se naplnil náš záměr. Ať už chceme někoho pobavit, poučit, informovat, nebo přimět ke spolupráci, potřebujeme, aby nám rozuměl. Cílem úspěšné komunikace je dosáhnout určitého efektu. Aby se tak stalo, musíme použít správný obsah, formu, ale i správné načasování. Hranice mezi úspěchem a neúspěchem je velmi často daná právě (ne)schopností komunikovat. Ve spolupráci s odbornicí na strategickou komunikaci Mirkou Čejkovou pro vás připravujeme seriál, který, jak věříme, bude inspirací pro zlepšení vašich komunikačních dovedností.

Fórum výrobních průmyslníků

Jak se současná doba odráží nachodu vaší společnosti – jak z pohledu objemu zakázek, jejich realizace a kompletace, tak ikaždodenního přístupu k zamezení šíření koronaviru mezi vašimi zaměstnanci. Dokážete vyčíslit náklady, které jste již do těchto opatření investovali?

Fórum děkanů strojních fakult

Jak se současný způsob výuky odráží na studentech – na jejich osobnosti, přístupu ke studiu, k dosahování dílčích výsledků, na přípravě k finální části studia, k následujícímu profesnímu působení, ale i v sociální/osobní rovině vazby pedagog – student?

Pět principů pro zvýšení efektivity

Tork, spadající pod společnost Essity, uvádí na trh novou příručku představující princip „kaizen“. Díky němu mohou podniky zavést filozofii kontinuálních vylepšení.

Když je řemeslo posláním

V součinnosti se zákazníkem navrhovat nástroje s maximální hospodárností a produktivitou – to je cílem rodinné nástrojářské společnosti UniCut, jejíž produkty můžete najít ve výrobních firmách prakticky po celém světě. Její jednatel, Ing. Petr Inemann, s nímž jsme měli možnost hovořit, převzal vedení firmy po svém otci. Nezdědil však jen firmu, ale především, jak sám říká, lásku k řemeslu.

Abychom na změny zareagovali včas

Covid-19 je humanitární krize, která má bezprecedentní dopady na všechna průmyslová odvětví. Podniky stojí před novou výzvou, na kterou musí reagovat. Některé podniky tuto výzvu využijí ke svému rozvoji a expanzi, některé ji jen přežijí, a budou i takové, které zaniknou. První reakcí bývá zastavení všech investic, včetně investic do informačních technologií. A právě informační technologie ukážou, kdo bude vítězem, a kdo poraženým.

Firma a příroda mají k sobě blízko.
Více, než si myslíme.

Společnosti Fosfa je největším zpracovatelem žlutého fosforu v Evropě. Z něho pak vyrábí esenciální směsi zejména pro potravinářské i speciální průmyslové aplikace, které vyváží do více než 80 zemí světa. Vedle toho vyrábí také přírodní ekologické produkty, jako jsou přírodní prostředky péče o tělo i domácnost Feel Eco. Její záběr je ale širší, provozuje první českou vertikální farmu Feel Greens, ve které s pomocí hydroponie pěstuje microgreens, bylinky a saláty zcela bez jakýchkoliv pesticidů, GMO či růstových regulátorů.

Technologie pro mistry horkého tváření

Zavítáte-li do části města Olomouc s názvem Bystrovany, bezpochyby vás zaujme architektonicky velmi čistá budova, součástí jejíž fasády je velké plastické červené logo Weba. Když pak vejdete dovnitř, ohromí vás výrobní hala monumentálních rozměrů s množstvím sofistikovaných strojů různých značek – zejména pak značky Mazak. Od loňského roku mezi nimi můžete spatřit i automatickou obráběcí linku se dvěma stroji Mazak Variaxis 1050.

Hodinky, nebo číselníkové úchylkoměry?

Dnes nejspíše neexistuje strojírenská výroba, kde by se „hodinky“, jak je mnohdy toto měřidlo nazýváno, nepoužívaly. Stejně tak jako „šupléra“ –označující posuvné měřítko– se slangový název „hodinky“ dostal strojařům pod kůži tak, že při použití odborně správného výrazu – číselníkový úchylkoměr – často zaváhají, oč vlastně jde. Pojďme se tedy podívat na hodinky, které jsou nepostradatelným pomocníkem každého strojaře, ale čas měřit neumí.

Inovace podnikatelského modelu, Část 3. Inovační projekty

V našem seriálu vznikajícím ve spolupráci s partnerskou sítí Inovato vás krok po kroku provázíme klíčovými fázemi inovačního procesu v kontextu ekosystému doby a místa. Své zkušenosti vám předávají praktici, kteří mají za sebou mnoho inovačních projektů s tržně úspěšnými výsledky. Přijměte naše pozvání do edukačních eventů.

Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členy 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