Témata
Reklama

Proces tlačenia – inovačný potenciál v plošnom tvárnení

Tlačenie je alternatíva k ťahaniu, čo je najrozšírenejšia technológia výroby priestorovo nerozvinuteľných, osovo symetrických aj asymetrických súčiastok z tenkých plechov. Proces ťahania je však náročný z hľadiska vstupných investícií, zahrňujúcich náklady na výrobné zariadenia, nástroje a energie, čo pri zohľadnení skutočnosti, že súčasný dynamicky sa rozvíjajúci trh vyžaduje výrobu tvarovo zložitých výtvarkov v malých výrobných dávkach, núti výrobcov hľadať nové, efektívnejšie postupy výroby, ku ktorým tlačenie patrí.

Jana Šugárová

Je docentka v odbore Strojárske technológie a materiály na Ústave výrobných technológií Materiálovotechnologickej fakulty Slovenskej technickej univerzity Bratislava so sídlom v Trnave. Je členkou Vedeckej spoločnosti pre náuku o kovoch pri SAV, Slovenskej strojárskej spoločnosti a Spoločnosti pre nové materiály a technológie.

Pedagogicky zabezpečuje výučbu v predmetoch  Progresívne metódy tvárnenia, Navrhovanie a optimalizácia výrobných procesov a systémov, Teória tvárnenia a Technológia tvárnenia.

Vo vedecko-výskumnej oblasti sa zameriava na hodnotenie plasticity a tvárniteľnosti materiálov spracovávaných rôznymi spôsobmi plošného a objemového tvárnenia. Zvláštnu pozornosť venuje výskumu progresívnych spôsobov úpravy povrchových vrstiev tvárniacich nástrojov s cieľom optimalizovať tribologické pomery v kontakte  nástroj-výtvarok.

Peter Šugár

Je profesorom na Ústave výrobných technológií Materiálovotechnologickej fakulty Slovenskej technickej univerzity v Bratislave so sídlom v Trnave, kde pedagogicky aj vedecky pôsobí v odbore Strojárske technológie a materiály. V súčasnosti vedie výskumnú skupinu zameranú na výskum technológie laserového mikroobrábania a jej aplikácie v oblasti povrchového inžinierstva, konkrétne v oblasti funkcionalizácie povrchov nástrojových a biokompatibilných materiálov. Dlhodobo sa venuje tiež otázkam inovácie postupov výučby strojárskych výrobných technológií na všetkých stupňoch  univerzitného technického vzdelávania.

Aktuálnosť procesu tlačenia (tiež kovotlačenia) umocňuje tiež to, že svetové trendy v oblasti výroby súčiastok tvárnením sa orientujú na inováciu technológií, kde prenos tvárniacich síl medzi nástrojom a výtvarkom je realizovaný prostredníctvom malej, obvykle veľmi úzkej kontaktnej plôšky, presúvajúcej sa po tvárnenej ploche.

Inkrementálne tvárnenie

Jedným z výrazných trendov v oblasti spracovania materiálov tvárnením je zvýšený záujem o procesy založené na princípe lokálnej plastickej deformácie materiálu, ktorá je realizovaná v malých objemoch postupným, prírastkovým spôsobom. Takýto spôsob plastického pretvorenia sa nazýva inkrementálne tvárnenie a k jeho najvýznamnejším pozitívam patrí skutočnosť, že získanie požadovaného tvaru výtvarku je možné s použitím univerzálnych a relatívne ľahko dostupných výrobných zariadení. Proces výroby charakterizuje vysoká pružnosť na zmeny výrobného sortimentu a možnosť výroby výtvarkov, ktorých vyrobiteľnosť klasickými postupmi tvárnenia je obmedzená. Poslednou, avšak nie menej významnou, výhodou je fakt, že v procese inkrementálneho tvárnenia sa významne zlepšujú charakteristiky tvárniteľnosti spracovávaného materiálu a dochádza ku generovaniu plôch s priaznivými povrchovými vlastnosťami. Jedným z procesov inkrementálneho tvárnenia je kovotlačenie (metal spinning), ktorého podstatou je výroba dutých osovo symetrických alebo osovo nesymetrických výtvarkov s rôznym tvarom profilovej krivky z plechov, rúr alebo tvarovo preddefinovaných plechových polovýrobkov.

Základná klasifikácia procesu tlačenia

Proces tlačenia je možné klasifikovať rôznymi spôsobmi. V praxi sa najviac používa triedenie podľa postupu tvarovania polotovaru na finálny výtvarok. Výsledný tvar sa dosahuje buď niekoľkonásobným dopredným a spätným prechodom nástroja (tzv. konvenčné tlačenie, bez zmeny hrúbky steny výtvarku – obr. 1a), alebo na jeden prechod nástroja, pri ktorom dochádza k doprednému presúvaniu materiálu, výsledkom čoho sú výtvarky kužeľového tvaru s výraznou redukciou hrúbky steny (šmykové tlačenie – obr. 1b). Oba spôsoby sa používajú na výrobu výtvarkov kužeľového, konkávneho i konvexného tvaru. Do tejto skupiny je zaradené aj tlačenie rotačných dutých polotovarov (napr. rúr), pri ktorom dochádza k axiálnemu doprednému alebo spätnému premiestňovaniu materiálu sústavou tvárniacich kladiek (obr. 1c). Výsledkom je zmena hrúbky steny výtvarku spojená s výrazným mechanickým spevnením povrchovej vrstvy materiálu, zjemnením štruktúry materiálu a vytvorením typickej materiálovej textúry.

Obr. 1. Základná klasifikácia tlačenia: a – konvenčné tlačenie, b – šmykové tlačenie, c – tlačenie rotačných dutých polotovarov. (Zdroj: STUBA)

Výrobné zariadenia

V minulosti sa operácie tlačenia realizovali výlučne manuálnym spôsobom. Používal sa na to špeciálny kovotlačiteľský stroj alebo vhodne upravený hrotový sústruh. Práca kovotlačiara však vyžaduje manuálnu zručnosť a široké skúsenosti, pričom je súčasne fyzicky náročná. Vývoj preto postupne zaznamenal prechod k mechanizovaným strojom, často doplneným o hydraulické ovládanie pohybu nástrojového suportu, až k moderným, číslicovo riadeným centrám, umožňujúcim pracovať v playback móde, v on-line alebo off-line CNC móde alebo v playback móde, rozšírenom o možnosť využívať štandardné programové rutiny.

Reklama
Reklama

Priemyselné aplikácie

K významným benefitom tlačenia patrí skutočnosť, že potrebné nástrojové vybavenie je jednoducho vyrobiteľné, univerzálne a vyžaduje krátke zoraďovacie časy, čo prispieva k tomu, že táto technológia je flexibilná, použiteľná na výrobu malého počtu výtvarkov, alebo dokonca na zhotovenie jedného prototypového výtvarku. Umožňuje vyrábať široké rozmerové spektrum výrobkov v rozmedzí priemerov od 3 mm do 10 m a hrúbok spracovávaných materiálov od 0,4 mm do 30 mm (pri zvýšenej teplote až do hrúbky 140 mm) s nízkymi hodnotami výrobných tolerancií (napr. výtvarky do priemeru 600 mm pri bežnej presnosti dosahujú odchýlky rozmerov +/-0,38 mm až 0,79 mm, pri zvýšených požiadavkách na presnosť +/-0,02 mm až 0,13 mm) a priaznivými vlastnosťami integrity povrchových vrstiev výtvarku. Proces výroby je ľahko automatizovateľný a častokrát umožňuje kombinovať tvárnenie s inými technológiami, napr. obrábaním alebo zváraním, pri jednom upnutí polotovaru. Vzhľadom na lokalizované tlakové pôsobenie nástroja na spracovávaný materiál, a s tým spojený špecifický charakter priebehu plastickej deformácie, existuje len malá pravdepodobnosť porušenia materiálu. Špecifický charakter priebehu plastickej deformácie prispieva k zvýšeniu hodnôt pevnosti materiálu pri súčasnom zvýšení hraničných hodnôt únavy, odolnosti voči korózii a odolnosti voči rôznym formám opotrebenia.

Tlačením sa spracovávajú rôzne druhy kovových materiálov, v praxi sa však najčastejšie vyskytujú tlačené súčiastky z uhlíkových a zliatinových ocelí, vrátane austenitických koróziivzdorných ocelí, niklu, hliníka, medi, titánu, horčíka, kobaltu, platiny a ich zliatin. Spracovateľné sú aj materiály, ktoré sú vo všeobecnosti považované za obtiažne tvárniteľné. Počas tlačenia pri teplotách pod teplotou rekryštalizácie materiálu dochádza k modifikácii jeho pevnostných charakteristík (spevňovaniu), čo je v podstate priaznivý jav, umožňujúci vyrábať súčiastky s redukovanou hrúbkou steny pri zachovaní jej pevnosti. Niektoré materiály, ktoré sa počas tlačenia intenzívne spevňujú, vyžadujú zaradenie operácií medzioperačného žíhania. Na zníženie energetickej náročnosti procesu plastickej deformácie je možné využiť lokálny predhrev materiálu prídavným tepelným zdrojom vo forme elektrického indukčného ohrevu, kyslíkovo-acetylénového plameňa, plazmového oblúka alebo laserového zväzku.

Technológia tlačenia sa uplatňuje najmä vo výrobe súčiastok pre oblasť potravinárstva, pôdohospodárstva, telekomunikácií, osvetľovacej a ventilačnej techniky, energetiky, zdravotníctva, leteckého, lodného, obranného, ale tiež automobilového priemyslu, a to predovšetkým pri výrobe diskov kolies, dýz, nátrubkov a iných podobných súčiastok (obr. 2).

Obr. 2. Príklady súčiastok vyrobených technológiou tlačenia. (Zdroj: Výrobky, 2021; DENN, 2019; Jakopin, 2019)

Trendy rozvoja technológie tlačenia

Technológia tlačenia, po období útlmu, spôsobeného tendenciou zhromadňovania výrob a s tým spojeným preferovaním technológie hlbokého ťahania, predstavuje veľmi dobrú alternatívu k týmto postupom výroby súčiastok, pričom má silný inovačný potenciál. Hoci objavovanie zákonitostí výroby súčiastok tlačením bolo historicky založené prevažne na empirických základoch, až súčasný intenzívny priemyselný rozvoj priniesol nové impulzy do poznávania tejto technológie, využitím exaktného experimentálneho výskumu, dopĺňaného poznávaním cestou matematického modelovania a počítačovej simulácie. Medzi aktuálne trendy v rozvoji tejto technológie patrí hľadanie nových, inovatívnych postupov výroby súčiastok tlačením, generujúcich priaznivé napäťovo-deformačné stavy v materiáli, umožňujúce vysoký stupeň pretvorenia materiálu. Študované sú vplyvy širokého spektra materiálových, kinematických a konštrukčných parametrov procesu (napr. tlačenie bez modelu, alebo model nahradený protikladkou, tlačenie s pohyblivým pridržiavačom alebo tlačenie s viackladkovou rotačnou hlavou), vplývajúcich na hraničné hodnoty plastického pretvorenia materiálu a formovanie komplexu výsledných vlastností výtvarku. Súčasné trendy v oblasti spracovania materiálov tlačením sú uvedené na obr. 3.

Obr. 3. Aktuálne trendy v technológii tlačenia: a – tlačenie predtvárnených polotovarov, b – tlačenie s pohyblivým pridržiavačom, c – tlačenie s dvoma kladkami bez použitia modelu, d – tlačenie s jednoduchým modelom tvaru valca, e – tlačenie s viackladkovou rotačnou hlavou. (Zdroj: Music et al., 2010)

Technológia tlačenia, v podmienkach slovenského priemyslu, bola v minulosti široko využívaná firmou Sandrik, Hodruša-Hámre, ktorá bola známa predovšetkým výrobou rôznych výrobkov pre oblasť gastronómie. Jej kovotlačiteľská dielňa využívala najmä manuálny spôsob výroby výtlačkov, neskôr rozšírený o tlačenie na mechanických a hydraulických kovotlačiteľských strojoch. Spôsob výroby súčiastok tlačením, reflektujúci požiadavky modernej priemyselnej výroby, je v súčasnosti rozvíjaný v podmienkach firmy Eiben, Vlkanová. Firma sa špecializuje na výrobu výtvarkov z ocelí a zliatin kovov na báze ľahkých a farebných kovov, pričom významné zastúpenie majú najmä výtvarky z rôznych typov koróziivzdorných ocelí. Firma v súčasnosti patrí k významným producentom tlačených súčiastok s vysokou pridanou hodnotou technického riešenia (výtlačky s premenlivou hrúbkou steny; výtlačky s tvarmi dosahujúcimi hraničné možnosti pretvorenia materiálu) pre oblasť spotrebného, automobilového a obranného priemyslu.

Reklama

Perspektívy využitia tejto technológie v súčasnej priemyselnej praxi sú stimulom prepájania existujúceho zázemia na rozvoj tejto technológie v slovenskom priemyselnom prostredí s vedecko-výskumným potenciálom Ústavu výrobných technológií Materiálovotechnologickej fakulty Slovenskej technickej univerzity v Bratislave so sídlom v Trnave. V rámci riešenia medzinárodného projektu Smart EUREKA s názvom „An Integral Process Value Chain Based on Hybrid Manufacturing Process for a Flexible and Reconfigurable Production of High Complex Tooling“ bola pozornosť sústredená na overenie možností modifikácie vlastností povrchových vrstiev funkčných častí nástrojov aplikáciou povrchového textúrovania laserom, s cieľom pozitívne ovplyvniť interakciu trecej dvojice nástroj-výtvarok tak v procesoch plošného tvárnenia (aplikácia na aktívne plochy tlačných nástrojov – kladiek), ako aj v oblasti objemového tvárnenia (aplikácia na exponované plochy kovacích zápustiek). Príklady povrchových textúr, generovaných laserovým mikroobrábaním na aktívnych plochách tlačných nástrojov, poskytuje obr. 4.

Obr. 4. Príklady prvkov textúr na povrchu tlačného nástroja. (Zdroj: Šugár a kol., 2016)

Očakáva sa, že zvládnutie postupov výroby povrchových textúr nástrojov bude mať pozitívny dopad na energetickú náročnosť procesu tvárnenia, zníži sa spotreba procesných látok (mazív) a pozitívne budú ovplyvnené procesy plastickej deformácie materiálu, determinujúce makro a mikrogeometrické parametre finálnych výtvarkov.

Širšej propagácii tejto technológie a pochopeniu rozsiahlych možností jej uplatnenia v modernom priemysle napomáhajú aj vzdelávacie projekty. Jedným z nich je projekt KEGA s názvom „Zvyšovanie profesijných kompetencií absolventov univerzitného vzdelávania v odbore Výrobné technológie implementovaním prvkov duálneho vzdelávania”, ktorého výstupom je súbor vzdelávacích materiálov, praktických úloh z oblasti navrhovania výroby súčiastok technológiou CNC tlačenia, určený pre študentov technologicky orientovaných študijných programov na druhom stupni univerzitného vzdelávania.


Problematika prezentovaná v príspevku je súčasťou riešenia grantovej úlohy KEGA (022STU-4/2019) a projektu EUREKA (S 0104-FlexTool): „Integrovaný, hodnotovo orientovaný reťazec hybridných výrobných procesov pre pružnú, rekonfigurovateľnú výrobu komplexných nástrojových systémov“, spolufinancovaného Ministerstvom školstva, vedy, výskumu a športu SR.


Použitá literatura
  1. DENN. 2019 [Online] November 2019 [Dátum: 11. November 2019] dostupné na internete.
  2. Jakopin. 2019 [Online] November 2019 [Dátum: 11. November 2019] dostupné na internete.
  3. MUSIC, O., ALLWOOD, J.M. and KAWAI, K. 2010 A review of the mechanics of metal spinning. Journal of Materials Processing Technology. Journal of materials processing technology 210 (1), 3-23.
  4. PETROVIČ, J. Vplyv vybraných technologických parametrov konvenčného tlačenia na rozmerovú a tvarovú presnosť výtvarkov z koróziivzdorných ocelí. Dizertačná práca. Trnava: MTF STU Trnava. 2015.
  5. ŠUGÁR, P., ŠUGÁROVÁ, J. and FRNČÍK, M. 2016. Laser surface texturing of tool steel: textured surfaces quality evaluation. In Open Engineering. Vol. 6, pp. 90-97. ISSN 2391-5439.
  6. ŠUGÁROVÁ, J. Združené ohýbanie materiálu za rotácie. Zvolen: Technická univerzita vo Zvolene, 2008. 65 s. ISBN 978-80-228-1964-0.
  7. ŠUGÁROVÁ, J. CNC metal spinning. Study of properties of spun parts. 1. vyd. Plzeň: Vydavatelství a nakladatelství Aleš Čeněk, spol. s r. o., 2016. 106 s. ISBN 978-80-7380-616-3.
  8. Výrobky. 2021 [Online] Apríl 2021 [Dátum: 12. Apríl 2021], dostupné na internete.
Vydání #12
Kód článku: 211232
Datum: 15. 12. 2021
Rubrika: Servis / Věda a výzkum
Související články
Inženýrská akademie ČR podporuje mezinárodní výzkum

Inženýrská akademie České republiky, z.s. (IA ČR) je organizace sdružující odborníky, jejichž společným zájmem je podpora a rozvoj technických disciplín odrážející technické, ekonomické, sociální, environmentální a kulturní potřeby společnosti. Byla založena v roce 1995 a jedním z jejích hlavních úkolů je rozvíjet a propagovat technické vědy a sbližovat výzkumnou sféru se sférou průmyslovou. Toho dosahují mimo jiné naplňováním cílů projektů, jejichž jsou řešiteli. Jedním z těchto projektů je projekt „Podpora mezinárodní spolupráce v inženýrském výzkumu“ programu EUPRO Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy, který bude ukončen koncem roku 2016.

Zvýšení hodnoty díky softwaru

Vybavit se tím správným softwarem se vyplatí, jelikož zvýší produktivitu i zisk společnosti. Tady je důkaz.

Kompozitní galvanické povlaky

Stále se zvyšující požadavky na vlastnosti povrchů urychlily vývoj slitinových povlaků kombinovaných s povlaky kompozitními, čímž se vzájemně kombinují a rozšiřují výhody a možnosti nových povlaků.

Související články
Řezné nástroje

Společnost Techni Trade se zabývá vývojem, výrobou a prodejem řezných nástrojů, strojních nožů a spotřebního materiálu. Posláním této společnosti je neustálé zlepšování svých služeb, vývoj nových výrobků prostřednictvím aplikovaného výzkumu a vývoje a nalézání takových řešení, která snižují výrobní náklady na straně zákazníků.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
On-line sledování forem

Zásadní otázka sledování nástrojů se dá zjednodušit na boj mezi manažery projektů a mezi výkonnými pracovníky. Zatímco řídicí pracovníci by chtěli maximum informací pokud možno v reálném čase, výkonní pracovníci jsou časově zaneprázdněni samotnou výrobou a přepisování informací do systému je nijak zvlášť neinteresuje, ba naopak zdržuje od jejich hlavní práce.

Podnikání v těžkém klimatu

Jak se v Irsku říká, "vane podivný vítr, který nenese nic dobrého". Skutečnost je taková, že Irsko nedostatkem větru netrpí a země využívá vzdušné elektrárny s kapacitou téměř 300 wattů na osobu. Krom toho zde také hodně prší a irská příroda je díky tomu zelená a bujná. Pršelo i po celou dobu naší nedávné návštěvy.

Možnosti technologie CNC ohýbání profilů

Technologie CNC ohýbání za studena v sobě skýtá přesně to, co současné požadavky trhu žádají - umožňuje vytvářet poměrně flexibilním způsobem designově zajímavé tvary ve výborné kvalitě za příznivých nákladů.

Jak přispívají opakovaně použitelné čisticí utěrky k ochraně životního prostředí

Dne 5. června 1972, v den zahájení první světové konference o ochraně životního prostředí ve Stockholmu, inicioval program ochrany životního prostředí Spojených národů (United Nations Environment Programme, UNEP) oficiální světový den životního prostředí. Od té doby se každo-ročně 5. červen slaví jako mezinárodní den životního prostředí. Opakovaně použitelný systém čisticích utěrek MEWA k tomu každý den v dílnách a výrobních halách přispívá: Čistí stroje a zařízení a podporuje ochranu zdrojů.

Nový rámcový program pro financování výzkumu

Základní informace o programu Horizont 2020 přednesl W. Burtscher, zástupce generálního ředitele direktorátu pro výzkum a inovace, na konferenci s názvem "The EU Horizon 2020 Programme and Teaming for Excellence in the European Research Area" (H2020-TEERA), která se uskutečnila 17. a 18. října 2013. Uvedl, že H2020 je součástí víceletého finančního rámce (MFF), který v období 2014-2020 bude disponovat rozpočtem 960 miliard eur.

Výzkumné centrum materiálů a metalurgie spuštěno

Ne do roka a do dne jako v Jiráskových Psohlavcích, ale do roka a týdne se metalurgové opět setkali v Dobřanech u Plzně při příležitosti otevření Západočeského materiálově metalurgického centra (ZMMC). Před rokem zde bylo slavnostně poklepáno na základní kámen stavby a nyní zde stojí moderní, špičkově vybavené výzkumné pracoviště, které nabízí výrobním podnikům spolupráci při realizaci jejich inovací a výzkumným institucím a vysokým školám kooperaci na výzkumných projektech. V současnosti spolupracují aktivně s desítkami firem, ale potenciál je daleko větší.

Ohraňovací lis s automatickou výměnou nástrojů

Nizozemská společnost LVD představuje ohraňovací lis ToolCell s integrovaným výměníkem nástrojů. Systém automatické výměny nástrojů ToolCell snižuje seřizovací časy, maximalizuje výkon a efektivnost malosériové a středně sériové výroby.

MSV ve znamení svařování i zpracování plechů

Na letošním MSV v Brně se setkají i výrobci špičkových zařízení pro svařování a strojů pro zpravování plechů. Na naše otázky odpovídají Taťána Malá, jednatelka společnosti JC-Metal, a Jaroslav Pavlů, majitel firmy Presstechnik.

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.

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