Témata
Reklama

O moderním tváření plechů poprvé

Každoročně ve spolupráci se společností EFB pořádá Česká společnost pro výzkum zpracování plechů, jako kolektivní člen EFB velkou informační akci pro konstruktéry a technology, zaměřenou na vývoj materiálů a technologií v plošném tváření, počítačové simulace tvářecích procesů, mazání při tváření plechu a  spojování plechů.

Hlavní společnou akcí roku 2001 byla česko-německá konference s názvem Moderní technologie zpracování ocelových i hliníkových plechů, uspořádaná počátkem října loňského roku v Praze, za účasti odborníků z univerzit a průmyslu SRN, České republiky a Slovenska. Úvod akce patřil jednateli ČSVZP J. Suchánkovi a H.-D. Stenzelovi, jednateli EFB, s informací o podpoře sdruženého výzkumu zpracování plechů se strany EFB.
Ze zajímavých přednášek vztahujících se k materiálu zhodnotil C. Holste z oceláren a válcoven Salzgitter Flachstahl GmbH význam synergie výrobce a odběratele pro vývoj a zpracování ocelových plechů s vyšší pevností, P. Kaiser z válcovny za studena Kaltwalzwerk Brockhaus GmbH Plettenberg představil studený bainitický pás pro stříhané a tvářené díly, L. Pollák z Technické univerzity Košice se zabýval hodnocením hlubokotažnosti ocelových plechů. Nové informace nám málo známého hlubokého tažení hořčíkových plechů za studena a při ohřevu přednesl H.-W. Wagener z univerzity v Kasselu. Modelování a simulaci procesů ve vztahu k přidržování se věnoval J. Baumgarten z ústavu Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen univerzity v Hannoveru, simulaci tvarových odchylek při zpětném odpružení K. Roll z DaimlerChrysler AG, Sindelfingen, simulaci programem PAM-STAMP J. Kropáček z MECAS ESI Plzeň a modelování FEM pomocí softwaru COPRA pro tváření trubek vnitřním přetlakem A. Abee z firmy data M software.
Z nekonvenčních technologií zaujaly lisy s lineárním motorem pro lisování tenkých dílů pro mikrotechniku, které představil R. Schneider z ústavu Institut für Produktionstechnik und Umformmaschinen z Technické univerzity v Darmstadtu, a technologie výroby deskových výměníků ze svařovaných hliníkových desek tvářením vnitřním přetlakem (IHU), uvedená A. Eichhornem z ústavu Institut für Fertigungstechnik und Qualitätswesen Univerzity Otto-von-Guericke Magdeburg.
Pro přednášky C. Holsteho, J. Baumgartena et al. a R. Schneidera et al. získala redakce s laskavostí autorů a ČSVZP souhlas k jejich zveřejnění v redakční značně krácené úpravě v tomto a následujících dvou vydáních časopisu. Úplné znění všech přednášek vydala ČSVZP ke konferenci na CD-ROM za spolupráce firmy MECAS ESI, s. r. o. Informace o možnosti získání CD-ROM, o podmínkách členství a činnosti ČSVZP jsou na adrese: www.csvzp.cz a e-mail: csvzp@ms.anet.cz.

Výrobce oceli jako technologický partner v moderním vývoji

Volba materiálu se řídí převážně tím, jak bude vyvíjená součást a výrobní technologie využívána s ohledem na nákladová kritéria. Dopady nového vývoje ocelových materiálů, výrobních technologií a polotovarů na konečný produkt mohou být včasným vtažením výrobce oceli do uživatelova virtuálního vývojového procesu zhodnoceny a cíleně využívány.
Integrací dodavatelů do procesů rozvoje u výrobců automobilů se daří v průběhu posledních 10 let zkrátit čas, potřebný pro vývoj motorového vozidla, o cca 30 měsíců. Se zvýšeným významem materiálu nepůsobí společnost Salzgitter AG jenom jako výrobce základního materiálu, ale ve zvýšené míře i jako technologický partner ve vývoji.
Reklama
Reklama
Reklama

Výběr materiálu ve vývoji součástí

Výběr materiálu a příslušné technologie mají ústřední význam při vývoji nových výrobků. Odpovídající vývoj materiálů v oboru vysokopevnostních ocelí umožňuje řešení pro budoucnost ve výrobě karoserií nejen v oblasti struktur, ale i plášťů.

Vlastnosti a aplikační potenciál vysokopevnostních ocelí

Charakteristické pro vývoj vysokopevnostních ocelí je zvyšování pevnosti pomocí různých zpevňovacích mechanismů s cílem vyhnout se podstatnějším ústupkům co do tvařitelnosti a svařitelnosti. V sedmdesátých letech na trh vstoupily mikrolegované oceli, jež zpevňují díky karbidům mikrolegur jako jsou titan, niob a vanad, a díky intenzivnímu zjemňování zrn. K tomu přistoupily oceli legované fosforem, kde vlivem přídavku fosforu došlo ke zvýšení pevnosti směsných krystalů. Pevnost dvoufázových ocelí (Dual-Phase) se zakládá na pronikání tvrdých martenzitických podílů do feritické matice a u Bake-Hardening ocelí ovlivňuje pevnost difúze intersticiálního dusíku a uhlíku směrem ke zvýšení pevnosti materiálu. U pevných IF ocelí naproti tomu je zde zvýšené zpevnění směsných krystalů.
Další vývoj v oblasti mikrolegovaných ocelí v devadesátých letech vedl k tzv. izotropním ocelím, jež cíleným zjemňováním zrna ve výrobním procesu vykazují takovou strukturu, jejíž chování při tváření se vyznačuje rovnoměrným prouděním, nezávislým na směru válcování. U vícefázových ocelí dochází ke zpevňování kombinací různých strukturálních fází ferrit, bainit, martenzit a zbytkový austenit, kde objemový podíl martenzitu je hlavní veličinou, ovlivňující pevnost materiálu.
Vyjdeme-li z měkkých ocelí pro hluboké tažení s mezemi kluzu pod 200 MPa a tažnosti více než 40 %, je oblast koeficientů se zvyšujícími se mezemi kluzu a klesajícími tažnostmi nad vysokopevnostními izotropními, mikrolegovanými a fosforem legovanými ocelemi v rozsahu až po martenzitické oceli, kterou se svými extrémně vysokými mezemi kluzu o více než 1000 MPa a s tím spojenou značnou absorpcí energie lze používat jako deformační prvky nebo i jako absorbéry bočního nárazu ve vozidlech.

Použití virtuálních vývojových nástrojů

U firmy Salzgitter AG je příslušné know-how dalšího zpracování oceli v kompetenčních centrech vázáno na techniku použití. S pomocí analýzy tváření lze na jedné straně provést cílené sladění plechů jako materiálu, nástrojů a parametrů zpracování a na druhé straně detekovat místa, kde je třeba nástroj odpovídajícím způsobem dodatečně přizpůsobit. Jako příklad může sloužit analýza tváření na dvoustupňově tvářeném plechu krytu podélného nosníku. Součást se vyrábí sériově z vysokopevnostní izotropní oceli (ZStE300i) v tloušťce plechu 1,6 mm.

Konstrukce a vývoj polotovarů

Pro použití oceli ve stavbě karoserií lze s výhodou pro dosažení cílů koncepce vylehčené konstrukce využít zde exemplárně uvedených výrobních postupů tváření vnitřním přetlakem (IHU) a technologie Bonded Blank.
Pomocí IHU lze vyrábět složité uzavřené profily s vysokou přesností. Hlavní oblasti použití ve vozidlech jsou u výfuku a podvozku a u vysoce namáhaných strukturálních dílů. Důležitým rozvojovým segmentem jsou ve stále větší míře právě velkoprostorové strukturální díly. Cíleným využíváním výrobního procesu IHU lze nahradit spojovací místa a snížit množství různých dílů. Uzavřený profil zvyšuje pevnost při menší hmotnosti, a tím vyhovuje zvyšujícím se požadavkům na lehkost konstrukce. Pružnost a ekonomika IHU je kromě toho zajišťována zahrnutím jednotlivých výrobních operací, jako např. vytvářením otvorů.
Na začátku procesu IHU je kontinuální nebo nekontinuální výroba dutých těles z plechu. Pro výrobu dvoj-, resp. trojrozměrně ohýbaných dílů je zapotřebí tato dutá tělesa patřičně předehnout v procesu ohýbání. Přitom je nutno dbát na to, aby navzdory předehnutí bylo umožněno rychlé a bezproblémové zakládání do tvářecí linky. V případě potřeby je nutný i "předtvářecí" proces. Pokud byla přetvárná schopnost předehnutím nebo předtvarováním materiálu zčásti vyčerpána, je nutno před tvářením vnitřním přetlakem provést žíhání, což však je třeba pokud možno vyloučit s ohledem na ekonomické aspekty.
V zásadě se všechny ocelové materiály, jež jsou zpracovatelné za studena s dostatečnou možností změny tvaru, hodí k tváření vnitřním přetlakem. Jako rozhodující kritéria zde platí relativně nízké napětí v tahu, vysoká kapacita změny tvaru a opravdu jemnozrnná struktura. Podstatný vliv na úspěšnou výrobu dílu technologií IHU má použitý polotovar, jenž musí vykazovat určité vlastnosti. Tyto vlastnosti polotovarů jsou velmi závislé na výrobních technologiích, tepelné úpravě a manipulaci. Převážně se používají jako výchozí materiál trubkové polotovary - pokud jsou svařované, tak podélně, protože vykazují tvarové charakteristiky jako bezešvé přesně tažené trubky.
Na základě zde ukázaného procesu je numerická simulace procesu IHU podstatně náročnější než u běžného procesu hlubokého tažení. Právě v tomto procesu se totiž mění mechanické parametry z výchozího stavu rovné ploštiny přes tváření trubky a předehnutí až po vlastní proces IHU vícekrát. Tyto změny parametrů materiálu je v numerické simulaci třeba příslušně zohlednit, přičemž se k simulaci používá dílčích kroků ohýbání trubek a tváření vnitřním přetlakem zčásti rozličných výpočetních postupů. Operace předehnutí a jednoduché kalibrační operace lze s úsporou času vypočítávat jednokrokovým postupem.
Dalším inovativním výrobním postupem je technologie Bonded Blank, jež je ještě na začátku svého vývoje. U této technologie se analogicky s technikou patchwork základní plech tvaruje spolu s jedním nebo více zesilovacími plechy. Přitom nejsou plechy spojeny, takže je možné jejich volné klouzání na sobě.
Pro výrobu je přitom nutná materiálově podmíněná změna zpracování razníku. Zde je třeba předpokládat příslušné vybrání u zesilovacího plechu z obrysu razníku stejně jako vhodné pomůcky pro polohování k fixování plechu asi ve formě justačních trnů. Aby se zabránilo proděravění nebo i dodatečným otiskům, nabízejí se alternativně lepidla pro fixování plechů, jež se vytvrdí až po přívodu tepelné energie (např. při procesu lakování) a zajistí v průběhu operace tvarování klouzání plechů. Není-li použito lepidlo, navazuje spojování (např. clinching) nebo bodové svařování. Pro zabránění koroze ve štěrbinách je nutno dle potřeby zavést sekundární protikorozní opatření.
Pomocí technologie Bonded Blank lze spojovat ocelové plechy různých jakostí a tlouštěk. Vzhledem k odpadnutí zesílených míst se také snižuje počet dílů, čímž se snižuje objem hrubé konstrukce. Tím se ušetří soupravy nástrojů pro dodatečně zavedené zesilovací plechy, protože zesilovací plechy se tváří spolu se součástí v jednom nástroji, což ústí v nižší investiční náročnost. Z toho vzniklá dvouplechová konstrukce vykazuje oproti konvenčním řešením zlepšené vlastnosti co do pevnosti a tuhosti, což bylo možno potvrdit nejen simulací FEM, ale i pokusy. K možným oblastem použití patří podélné a příčné nosníky, blatníky, pouzdra tlumičů, boční díly a podvozky.
Reklama
Vydání #1,2
Kód článku: 20107
Datum: 06. 02. 2002
Rubrika: Inovace / Tváření
Autor:
Firmy
Související články
Termomechanické zpracování

Globální svět s možností volného cestování a neomezeného přístupu k informacím s sebou přináší riziko chybných nebo nepřesných překladů odborných pojmů z jiných jazyků. Ve své praxi vysokoškolského lektora s předchozí zkušeností technologa se setkávám zejména v posledních letech se značným rozvolňováním odborných pojmů, které mohou vést až k matení odborné veřejnosti. V tomto příspěvku se pokusím stručně shrnout přehled a podstatu technologických postupů, označovaných v češtině pojmem termomechanické zpracování (TMZ, resp. TMP, z anglického thermomechanical processing, což odpovídá též pojmu thermo-mechanical treatment – TMT).

Optimalizace tvaru nástroje pro válcování

V současné době je velmi vyhledávaným strojem válcovačka typu ULS. A s rozvojem elektromobility se jeví velmi pravděpodobný požadavek na zvyšování produkce hřídelových součástí. Společnost Šmeral Brno se proto rozhodla inovovat a zlepšit nejen stroj ULS, ale i samotný proces tvorby nástrojů příčného klínového válcování (PKV).

Kapalina jako tvářecí medium

V dnešní době je stále více kladen důraz na sofistikovanost i ekonomickou efektivnost výrobních procesů. Současně je žádána výroba stále složitějších tvarů, vyplývajících především z designových návrhů lisovaných součástí, které dříve nebyly řešitelné jako např. výroba negativních tvarů, složitě prostorově i tvarově orientovaných trubkových dílců apod. V tomto případě lze s výhodou, namísto pevných konvenčních nástrojů, využít výrobní metody zaměřené na nepevné nástroje, jako je např. kapalina.

Související články
Jsou smíšené konstrukce dočasně za svým zenitem?

Nikdo nenamítá proti oprávněné potřebě lehkých konstrukcí v dopravě, aeronautice, obalové technice a u pohyblivých částí strojů, systémů a zařízení. Avšak jsou smíšené konstrukce s plasty vyztuženými vlákny v současnosti opravdu za svým zenitem?

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Moderní způsoby ochrany vysokopevných ocelí

V posledních letech je v automobilovém průmyslu kladen stále větší důraz na snižování hmotnosti vozu, potažmo spotřeby a z ní plynoucích emisí, za současného zvýšení bezpečnosti posádky. Jednou z možností, jak splnit tyto požadavky, je nahrazení starých materiálů používaných pro výrobu určitých komponentů za nové, pevnější. Díl z pevnějšího materiálu může být tenčí a potažmo i lehčí oproti dílu původnímu, ale současně je schopen vydržet stejné, nebo i větší namáhání.

Nekonvenční zpracování nové generace vysokopevných výkovků

Vysokopevnostní zušlechtěné výkovky se strukturou popuštěného martenzitu v současné době představují high-end skupinu kovárenských produktů. Díky nejnovějším poznatkům z oblasti fyzikálně-metalurgických dějů probíhajících v materiálu výkovků by skupina vysokopevnostních výkovků mohla být doplněna novou generací výkovků, jejichž struktura je tvořena nekonvenčním CFB (Carbide-Free bainitem) a QP martenzitem.

Vliv materiálu na kvalitu výlisku

Kvalita vstupního materiálu významně ovlivňuje výslednou kvalitu výlisku. Ověřování jeho vlastností je možné provádět různými zkouškami, mezi něž patří ověřování jeho mechanických vlastností či technologické zkoušky.

Metodika kompenzace odpružení u velkoplošných karosářských výlisků

Dnešní doba je charakterizována rychlou reakcí na akceschopnost a poptávku a klade vysoké požadavky na konečné nízké provozní náklady a vysokou kvalitu všech výrobků. V ideálním případě by měly být výlisky vyráběny bez defektů. Takto dokonalého stavu ovšem není možné zatím dosáhnout. Již v minulosti bylo řadou autorů popsáno početné množství defektů, u kterých se dnes ví, jaký přístup pro jejich predikci a eliminaci zvolit. Jedná se například o zvlnění materiálu, vyčerpání plasticity, iniciace trhliny, ztenčení materiálu aj.

Co je nového v tvářecí technice

Oblast plošného tváření je dynamicky se rozvíjející segment výroby dílců z plechu. Mezi technologií a stroji byl v minulosti veden neustálý boj. Vždy se podařilo vyvinout technologii, která o kus dál posunula hranice zpracování těžko tvářitelných materiálů nebo tvarově složitých dílců. Velkou roli v tomto rozvoji technologií plošného tváření vždy hrál automobilový průmysl, který neustále zvyšoval požadavky na komplikovanější tvary v souvislosti s fantazií designérů.

Nová řada vysekávacích lisů kombinovaných s laserem

V souladu s tradicí soustavného rozvoje produktových řad uvedla společnost Prima Power na trh kompletní novou generaci servoelektrických vysekávacích lisů kombinovaných s laserem.

Požadavky na lisy a nástroje při výrobě převodovek

Stoupající požadavky na redukci CO2 ve výfukových plynech automobilů vedly k jejich narůstající hybridizaci a elektrifikaci. Z těchto důvodů se výrazně zvyšují nároky na plechové díly nejenom v konstrukci karoserií osobních automobilů, ale také v jejich pohonech. Jsou to především požadavky na kvalitu a rozměrovou přesnost. Zvyšuje se komplexnost těchto dílů, a proto také nabývají na významu nároky na tvářecí stroje a nástroje.

Trendy ve výrobě plochých polotovarů tvářených za tepla

Využití plechových dílů tvářených za tepla patří dnes již běžně k produkci karoserií osobních automobilů a od jejich prvního nasazení nás dělí bezmála dvacet let. Tento trvalý trend souvisí s požadavkem na maximální zužitkování pohonných hmot a s tím spojené i redukce samotné hmotnosti karoserie. Dalším aspektem jsou limity snižující objemy škodlivých exhalací při spalování paliva, které nutí dlouhodobě producenty osobních i užitkových vozidel hledat alternativní konstrukční řešení. Emisní limity nastavené Evropskou unií, platné od roku 2020, stanovují průměrnou emisi všech modelů v nabídce na 95 g CO2.km-1. To odpovídá spotřebě 3,54 litru nafty či 4,06 litru benzinu na sto kilometrů.

První krok od ohraňovacího lisu k servo-elektrické ohýbačce

Požadavky na trhu se mění a zpracovatelé stále více čelí situacím, kdy jsou velké série a objemy nahrazeny potřebouči poptávkou vyrábět malé série, navíc postavené na bázi just-in-time dodávek.

Aditivní výroba ve tváření plechů

Trojrozměrný (3D) tisk, označovaný také jako aditivní výroba (additive manufacturing - AM), zaznamenal v poslední době značný rozvoj. Touto technologií je umožněna výroba i velmi tvarově komplikovaných trojrozměrných produktů. Objekty nebo výrobky jsou vytvářeny z podkladu digitálních 3D modelů nebo jiných elektronických datových zdrojů. Aplikační možnosti 3D tisku se s ohledem na progresivní vývoj této technologie jeví jako neomezené.

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