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

Akademie tváření: Stříhání

Tímto příspěvkem začínáme nový seriál věnovaný osvětě technologie tváření. Jednotlivé díly budou vznikat ve spolupráci s odborníky z Ústavu strojírenské technologie Fakulty strojní ČVUT v Praze a technickými specialisty firmy Trumpf. V každém díle našeho seriálu se budeme věnovat konkrétní technologii/technologiím zpracování plechu, jež bude/budou představena/představeny jak po teoretické stránce, tak následně v konkrétních aplikacích na strojích Trumpf.
Chceme se věnovat následujícím tématům: Technologie děrování, niblování a tváření; Technologie kombinovaného zpracování; Technologie ohýbání a ohraňování; Technologie opracování laserem (plech); Automatizace výroby; Management nástrojů; CAD/CAM v technologiích tváření; Laserová technika (svařování, navařování).
Volba témat je v souladu s technickými možnostmi, které nabízejí stroje značky Trumpf, jež bezesporu představuje světovou 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
roman.dvorak@mmspektrum.com
………………………………………………………………………………………. K nejčastěji používaným technologiím tváření a zároveň bezodpadového dělení materiálu patří stříhání. Jde o proces, při němž dochází k oddělování částic materiálu nástroji podél křivky střihu, kterou tvoří obvod výstřižku, střižníku či střižnice.

Technologie stříhání se dělí dle různých hledisek. Stříhání můžeme dělit na technologie objemového stříhání (stříhání např. tyčí a trubek) a stříhání plošného (stříhání především plechů). Dle teploty procesu lze technologii stříhání dále členit na stříhání za tepla a za studena. Dle použité konstrukce střižníku a střižnice lze proces stříhání kategorizovat na stříhání rovnoběžnými, skloněnými, kotoučovými noži a další. Přehled názvosloví a základních střižných operací je uveden např. v normě ČSN 22 6001, která klasifikuje střižné operace na prosté stříhání, vystřihování, děrování, prostřihování, prosekávání, ostřihování, přistřihování, vysekávání či přesné stříhání.

Průběh stříhání materiálu ve střižných nástrojích lze rozdělit do 3 základních fází. Stříhání začíná dosednutím střižného nástroje na stříhaný materiál. V první fázi (obr. 1a) dochází k pružné deformaci stříhaného materiálu. Napětí ve tvářeném kovu je přitom menší než napětí na mezi úměrnosti. Hloubka vniku střižníku do stříhaného materiálu závisí zejména na mechanických vlastnostech materiálu a bývá 5-8 % jeho tloušťky. Stříhaný materiál je namáhán silou působící v ploše mezi obvodem střižníku a střižnice. V důsledku toho dochází v rovinách kolmých ke střižným plochám ke vzniku silových dvojic, jež stříhaný materiál deformují ohybem. Tato deformace zaobluje stříhaný materiál na straně střižníku i střižnice. Ve druhé fázi (obr. 1b) je napětí větší než mez kluzu stříhaného materiálu a dochází k jeho trvalé deformaci. Hloubka vniku střižníku do stříhaného materiálu v této fázi je závislá na jeho mechanických vlastnostech a bývá 10-25 % tloušťky plechu. Ve třetí fázi je materiál namáhán nad mez pevnosti ve střihu. Nejdříve vzniknou u hran střižníku a střižnice mikrotrhliny a následně makroskopické trhliny, jejichž tvorba je podporována napjatostí ve stříhaných vláknech zpracovávaného materiálu. Vzniklé trhlinky se rychle prodlužují, až dojde k oddělení materiálu. Rychlost vzniku a postupu trhlinek je závislá na mechanických vlastnostech stříhaného materiálu a průběh střihu na velikosti střižné vůle, která má výrazný vliv na kvalitu výstřižku. Proces oddělení křehkého a tvrdého materiálu je téměř okamžitý. U měkkých a houževnatých materiálů dochází ke vzniku nástřihu (a iniciaci trhlinek) pomaleji.

Anotace
Obr. 1. Fáze průběhu stříhání 

Střižná vůle (v)

Jedná se o rozdíl rozměrů pracovních částí střižníku a střižnice. Jednostranný rozdíl (v/2) vytváří střižnou mezeru (z). Na správné velikosti střižné mezery závisí kvalita a jakost střihu, životnost nástroje, spotřeba energie apod. Střižná mezera musí být naprosto stejná a rovnoměrná na všech místech střižné křivky střihu. Při nestejném rozložení střižné vůle (proměnné střižné mezery) po obvodě vznikají povrchové vady, ostřiny a střižná plocha je nekvalitní.

Velikost střižné vůle se určuje na úkor střižníku nebo střižnice vzhledem k požadovanému rozměru finálního výstřižku. V případě potřeby děrování přesného otvoru se volí střižná mezera zvětšením rozměru střižnice na úkor střižnice (obr. 1b). Při stříhání přesného vnějšího obvodu se volí střižná vůle na úkor střižníku (obr. 1a).

Anotace
Obr. 2. Schéma střižné vůle

Velikost střižné vůle je závislá především na druhu a tloušťce stříhaného materiálu. Optimální střižná vůle je taková, při níž dosáhneme požadované jakosti střižné plochy při nejmenší střižné síle. Obvykle se velikost střižné vůle pohybuje v rozmezí 3-20 % tloušťky stříhaného materiálu. Při jednostranném stříhání v nástrojích bez přidržování stříhaného materiálu se doporučuje velikost střižné mezery do 1-3 %.

Při normální vůli se nástřihy od obou střižných prvků setkají a vytvoří ve střižné ploše jednu plochu bez otřepu neboli trhliny iniciované střižníkem i střižnicí se setkají v témže místě (viz obr. 3b). Při malé nebo velké vůli se trhliny míjejí a utvoří nerovný povrch v ploše střihu, což vede ke zhoršení kvality střižné plochy (obr. 3a, 3c)

Anotace
Obr. 3. Vliv střižné vůle na průběh pohybu trhlin

Velké střižné vůle způsobují ohyb stříhané součásti, malé pak způsobují vznik přestřižených nebo ohlazených prstenců. Například při přesném stříhání se velikost střižné vůle volí menší než pro stříhání. Velikost střižné vůle (mezery) lze pro různé materiály nalézt v normách. ČSN 22 6015 stanoví velikost střižné mezery pro materiál tloušťky s do 3 mm vztah (1), pro tloušťky s nad 3 mm platí (2).

 

Střižná vůle s (%)

do 2,5 mm

2,5-6 mm

ocel měkká

5

7-8

ocel středně tvrdá

6

6-8

ocel tvrdá

7-9

7-10

hliník

4-7

5-9

dural

7-8

7-10

měď měkká

4-5

5-6

měď polotvrdá a tvrdá

6-7

6-7

mosaz měkká

4-5

4-6

mosaz polotvrdá a tvrdá

5-6

5-7

papír, lepenka

2-3

3

fíbr, textil

2-4

-

Tab. 1. Velikost střižné vůle v závislosti na tloušťce stříhaného materiálu

Anotace
Grafické vyjádření velikosti střižné vůle v závislosti na tloušťce stříhaného materiálu 

kde:

m

- střižná mezera (mm)

v

- střižná vůle (mm)

c

- součinitel závislý na stupni střihu (0,005-0,025) (-)

s

- tloušťka stříhaného plechu (mm)

k

- střižný odpor (MPa)


Střižná síla a práce

Pro správný návrh technologického procesu stříhání je nutná znalost stříhacích sil vzniklých působením střižných dvojic. Střižná síla ovlivňuje návrh nástrojů a volbu stroje. Velikost střižné síly je dána v každém okamžiku součinem střižného odporu a střižné síly. Při reálných střižných podmínkách nedochází k čistému smyku, ale namáhání jsou kombinovaná. Z tohoto důvodu se síla uvažuje o 20- 50 % větší, právě z důvodu přídavných namáhání.

Při stříhání houževnatých materiálů dochází v průběhu vnikání střižníku do materiálu ke zpevňování a tudíž k růstu střižného odporu a střižné síly. Růst nastává po překročení meze kluzu a pokračuje do dosažení meze pevnosti stříhaného materiálu. Křehké materiály se zpravidla poruší při nepatrném vniknutí střižníku do materiálu.

 Anotace
Obr. 4. Závislost průběhu střižné síly na poloze střižníku

Střižná síla se mnohdy snižuje zvláštní úpravou střižných hran, zpravidla jejich zešikmením pod určitým úhlem. Úprava střižníku se provádí také z technologického hlediska, v případě stříhání dlouhých tvarových střihů. V těchto případech by byla střižná síla velká a docházelo by ke značným rázům, rychlejšímu otupení nástrojů a také ke zvlnění materiálu. Tvarovou úpravou nástroje lze snížit střižnou sílu o 30-40 %.

Silové stavy výrazně ovlivňuje střižná mezera, která způsobuje ohybový moment vzniklý silami na střižníku a střižnici. Tento ohybový moment způsobuje vznik jednotlivých pásem na výrobku a také ohyb v okrajových partiích výstřižku.

Z obr. 4 je patrný průběh síly v závislosti na dráze střižníku. Plocha vytčená pod silovou křivkou udává velikost střižné práce. Výpočet střižné práce udává vztah 2:

 

(2)

   

A

- střižná práce [J]

k

- součinitel hloubky vtlačení (0,4-0,7)

t

- tloušťka materiálu [m]

Fs

- střižná síla [N]

Součinitel hloubky vtlačení se určuje na základě znalosti tloušťky materiálu a pevnostní charakteristice stříhaného materiálu pro normální střižnou vůli. Při malých vůlích se součinitel hloubky vtlačení zvyšuje. V praktických výpočtech je nutné uvažovat přípustné tolerance pevnosti i tloušťky materiálu, proto se většinou střižná práce zvětšuje o 10-20 % nominální hodnoty.

Přesnost a jakost povrchu výstřižků a vystřihovaných otvorů při stříhání

Přesnost součásti vyrobených stříháním záleží na řadě činitelů, jako je např. přesnost zhotovení střižníku a střižnice, druh a stav nástroje, vlastnosti stříhaného materiálu, takt stroje a ustavení polotovaru v nástroji.

Výrobní tolerance IT vystřihovaného výrobku

8-9

10

11

12

13

14

15

Výrobní tolerance IT střižníku a střižnice

5-6

6-7

7-8

8-9

10

11

12

Tab. 2. Závislost přesnosti vystřihovaného výrobku na přesnosti nástroje

Stříhání dává nerovný, mírně zkosený a drsný povrch střihu. Významně jakost povrchu střihu ovlivňuje konstrukce a stav střihadla (pro tloušťky do 1 mm se doporučuje drsnost Ra v rozmezí 0,8-0,4, pro materiály o větších tloušťkách Ra v rozmezí 3,2-1,6), velikost a rovnoměrnost střižné vůle, mechanické vlastnosti stříhaného materiálu (rostoucí tvrdost zhoršuje jakost povrchu střižné plochy), počet zdvihů stroje (např. u materiálů s tloušťkou do 1 mm se dosahuje u rychloběžných strojů - 400 zdvihů za min.). Dále pak jakost povrchu střihu ovlivňuje velikost střižné vůle, tloušťka a přesnost stříhaného materiálu.

Při stříhání součástí z materiálu o tloušťce do 4 mm o rozměrech menších než cca 200 mm se dosahuje přesnosti zaručující průměrné ekonomické podmínky v rozmezí základní tolerance IT 12 až IT 14. V nástrojích se zvýšenou přesností, s vodicími stojánky, se zařízením k přidržení polotovaru při stříhání je možné dosáhnout přesnosti IT 9 až IT 11. Ve speciálních nástrojích pro přesné stříhání lze dosáhnout přesnosti IT 6 až IT8.

Technologičnost konstrukce

Základním předpokladem dokonalého technologického postupu a maximální hospodárnosti výroby je správná volba technologičnosti konstrukce výstřižků. Tvar výstřižku by měl být účelný, estetický, výrobně jednoduchý s minimální spotřebou materiálu, resp. s minimálním odpadem. Technologičnost konstrukce musí brát na zřetel faktory, které výrazně vstupují do procesu stříhání. Zejména tedy nedokonalost procesu stříhání (usmýknutí střižné plochy, jakost povrchu apod.), mechanické vlastnosti stříhaného materiálu, tloušťku stříhaného materiálu a její přesnost tolerance, mechanicko-fyzikální vlastnosti funkčních ploch nástroje, výrobní možnosti použitých strojů a nástrojů.

S ohledem na vstupující náklady do technologického postupu je nutné prioritně se zabývat spotřebou materiálu, resp. odpadním množstvím při stříhání. Materiál tvoří ve většině případů 80-90 % z celkových nákladů. Z tohoto důvodu je nutné věnovat se optimalizacím nástřihového plánu. Cílem optimalizace nástřihového plánu je uspořádání, popř. změna konstrukce výstřižku vedoucí k minimalizaci odpadu.

Základní zásady technologičnosti konstrukce výstřižků:

  • Navrhovat optimálně nástřihové plány. Využití materiálu by mělo být minimálně 70 %.
  • Vhodně volit rozměrové tolerance. Výstřižky menších rozměrů než 150 mm se vyrábějí v toleranci IT 12 IT 14, u přesných střihadel s vodicími sloupky v toleranci IT 9 IT 11.
  • Nepředepisovat rovinnost výstřižků, která se vlivem ohybového momentu těžko dodržuje. V případě úzkých kroužků (podložky apod.) předepisovat hodnotu jen nezbytně nutnou.
  • Nepředepisovat kolmost střižné plochy, které běžným stříháním nelze dosáhnout. V případě konstrukčního požadavku na kolmost je nutné zvolit technologii přesného vystřihování.
  • Vhodně volit jakost povrchu střižné plochy. Ustřižená část mívá drsnost Ra = 3,2÷6,3. Přesným stříháním a děrováním lze dosáhnout Ra = 0,2÷0,8.
  • Dávat přednost kruhovým otvorům před nekruhovými, případně tvarovými. Plynulé přechody oblouků do přímkové části výstřižků zdražují nástroj a vyžadují uzavřený střih s bočními a podélnými přepážkami. Nicméně kruhové otvory a tvary jsou méně výhodné z hlediska spotřeby materiálu.
  • Vhodně volit vzdálenosti mezi otvory, otvory a vnějším obrysem.
  • Dbát na možnosti stříhání minimálních otvorů.

Ing. František Tatíček, Ing. Tomáš Pilvousek

Fakulta strojní, ČVUT v Praze

...............................................................................................................................................

Děrování s přidanou hodnotou

Svět děrování, tváření a kombinovaného zpracování představuje v pojetí společnosti Trumpf přibližně polovinu počtu vyráběných strojů pro dělení materiálů. Celé portfolio zahrnuje různé úrovně CNC hydraulických děrovacích a tvářecích lisů, které si zákazník, obdobně jako při výběru automobilu, specifikuje v návaznosti na technologické potřeby a požadovaný výkon.

Anotace
Díky otevřené a zároveň robustní konstrukci C rámu poskytují děrovací i kombinované stroje firmy Trumpf výborný přístup ke zpracovávanému materiálu a umožňují kontrolu procesu zpracování. 

Stroje TruPunch série 1000, 3000 nebo 5000 pokrývají s jistotou veškeré požadavky. V případě, že díl vyžaduje z technologického, ale i ekonomického hlediska aplikace děrovacího a/nebo tvářecího nástroje, a zároveň se na dílu vyskytují obrysy, které jsou předurčeny pro zpracování laserem, kombinovaný stroj TruMatic série 3000, 6000 nebo 7000 nabízí volbu použití. Výše uvedené stroje dokážou opracovat veškeré plechy od 0,3 do 8 mm, a to od minimálních přístřihů až po nadrozměrné formáty (např. i více než 4 000 x 1 500mm)

Anotace
Rozhodujícím faktorem od jednoduchého seřizování a programování strojů přes produktivní a úsporné zpracování zakázek od kusových až po velkosériové je jednoduchost a flexibilita jeho nástrojového systému. 

Nástroje - alfa a omega

Díky jednoduchému seřizování a programování strojů je možné produktivně a úsporně zpracovávat zakázky od kusových až po velkosériové. Rozhodujícím faktorem je jednoduchost a flexibilita nástrojového systému, který se dále vyznačuje nízkými pořizovacími náklady a možností seřizovat nástroje paralelně s chodem stroje. Sestavení kompletního nástroje je otázkou několika desítek vteřin a nastrojení vlastního stroje jeho maximální kapacitou nástrojů musí zvládnout obsluha v řádu několika málo minut. Díky jednoduché konstrukci nástrojového systému se ceny nástrojů pohybují na výrazně nižší úrovní než u konkurenčních revolverových systémů. Obdobná situace platí i o životnosti nástrojů. Hydraulické upnutí nástroje v kombinaci s hydrostatickým vedením beranu garantuje nejpřesnější souosé seřízení razníku oproti matrici. Zdvih beranu, resp. pohyb razníku je aktivně řízen, nedochází tedy ke zbytečnému opotřebení nástrojů. Dalším parametrem zajišťujícím dlouhou životnost nástrojů je automatické přímé mazání. Jeho intervaly a intenzitu může ovlivnit nejen programátor, ale i obsluha přímo v průběhu zpracování.

Anotace
Technologie děrování zajišťuje produkty či komponenty vysoké kvality zpracování při nízké nákladovosti výroby. 

Další možnosti

Tyto vlastnosti podtržené plynulou 360° rotací všech nástrojů definují bezkonkurenčně nízké výrobní náklady obrobků. Rotace dále snižuje nutnou potřebu jednotlivých tvarových nástrojů a optimálním složením dílců na plech zvyšuje jeho využití, tedy minimalizuje odpad. Nástroje se jednoduše přizpůsobí úhlové poloze dílu na plechu. V případě potřeby lze efektivitu stroje podpořit i automatizačními komponenty, které umožní nejen zvýšení produktivity stroje, ale i zařazení děrovací a/nebo kombinované technologie do výrobních celků. Pokud designéři a konstruktéři znají aktuální technologické možnosti, dokážou vyvinout nové, lepší, užitnější výrobky a zároveň zjednodušit výrobní proces nebo jej výrazně zefektivnit. Tváření je toho nejvhodnějším příkladem. Díky centrovacím prolisům, zpevňovacím signám nebo odsazením, vodicím můstkům, závitům, MultiBend ohybům apod. dokážou nejen redukovat tloušťku použitého materiálu nebo zjednodušit montáž či svařovací přípravek, ale i vytvořit lákavý design výrobku.

Anotace
Vysekávací list TruPunch série 5000 

Přímá kontrola během provozu

Děrovací i kombinované stroje firmy Trumpf poskytují díky otevřené a zároveň robustní konstrukci C rámu stroje výborný přístup ke zpracovávanému materiálu a umožňují bezkonkurenční možnost kontroly procesu zpracování. Tyto možnosti přinášejí výhody především při přípravě a najíždění nové výroby. Změna parametru se okamžitě projeví a obsluha může výsledek okamžitě zkontrolovat. Proti zpříčení materiálu je stroj jištěn standardními ochrannými prvky, které na proces zpracování neustále dohlížejí. Pokud by i přesto došlo např. k nepropadnutí dílu, stroj se zastaví, upozorní obsluhu a díky výbornému přístupu k aktivní části stroje umožní bezproblémové odebrání dílů.

Anotace
Kombinovaný stroj TruMatic nabízí vedle děrování i zpracování laserem  

Všestranné využití

Každý den se setkáváme s produkty či komponenty, které jsou vyrobeny uvedenou technologií, a to zvláště z důvodu vysoké kvality zpracování při nízké nákladovosti výroby. Typickými představiteli jsou regálové a chladicí systémy v obchodech, vytápění, kamna, kotle a rozvaděče všeho druhu, vzduchotechnické a architektonické prvky, bílá technika, plechový nábytek a mnoho dalších.

§§§

Na závěr je třeba zmínit fakt, že velkou část koncové ceny výrobků ovlivňuje konstrukce. Díky desítkám let zkušeností s výrobou nejen děrovacích a kombinovaných strojů, ale i nástrojů firma Trumpf poskytuje dostatečné know-how pro efektivní výrobu zákaznických produktů a vždy se snaží hledat efektivní řešení výroby. Svým zákazníkům nabízí nepřeberné množství služeb, jako např. poradenství v otázkách nástrojů, školení programovacích softwarů a obsluh strojů, seminářů zaměřených na konstrukci konkrétních dílů a mnoho dalších.

Luděk Finda

Roman Haltuf

Trumpf Zákaznické a aplikační centrum

frantisek.taticek@fs.cvut.cz

Roman.Haltuf@cz.TRUMPF.com

Další články

Komentáře

Nebyly nalezeny žádné příspěvky

Sledujte nás na sociálních sítích: