Témata
Reklama

Válcování profilů s podporou laseru

17. 05. 2010

Válcování profilů je kontinuální technologický proces ohýbání materiálu několika páry válcovacích kladek postupně do požadovaného příčného tvaru. Technologie je ekonomicky výhodná zejména pro výrobu součástí velkých délek.

Myšlenka využít laser pro ohřev materiálu při tváření je dána snahou zlepšit tvářitelnost materiálu. Využití laseru pro ohřev se značně liší od tváření s poloohřevem i od tváření za tepla, neboť se jedná o lokální ohřev - ostatní materiál je studený. Při válcování profilů probíhá tváření v omezené části obrobku. To je podstata toho, proč je použití laseru pro ohřev velmi výhodné.

Válcování profilů probíhá za vysokých pracovních rychlostí

Definice technologie válcování profilů je podle normy DIN 8586 „Tváření ohybem rotujícím nástrojem". Tyto výrobní metody fungují tak, že válcovací kladky tvoří pár a působí na původně plochý pás materiálu, který tváří do požadovaného tvaru. Každá sada kladek je upnuta do vlastního modulárního držáku. Při tváření se mění nejen tvar, ale také tloušťka tvářeného materiálu.

Řadu obrobků vyráběných metodou válcování profilu by bylo možné vyrábět také jinými technologiemi, např. hlubokým tažením, ohýbáním v zápustce nebo pomocí ohýbadel. V důsledku vysoké pracovní rychlosti používané při válcování profilů je tato metoda oproti jiným technologiím hospodárná při středních a velkých výrobních sériích. Součásti vyrobené hlubokým tažením mají zpravidla větší kolísání tloušťky stěny profilu, současně dochází k většímu zpevnění materiálu než u součástí vyrobených válcováním. Válcování profilů se oproti jiným technologiím tváření vyznačuje menší hlučností procesu a dobrou kvalitou povrchu obrobku.

Klasickou oblastí použití technologie válcování je výroba profilů pro stavebnictví, např. pro dveřní zárubně, fasádní plechy, okna apod. Další oblastí použití válcovaných profilů jsou nábytkářský průmysl a výroba svítidel. Nedávno byly válcované profily použity také ve výrobě automobilů pro podélné nosníky, lišty pro vedení oken nebo jako boční nárazník.

Konstrukce výrobního zařízení a technologický postup válcování profilů je následující: výchozí plech je ze svitku přiveden podávacím mechanismem do rovnacího zařízení, kde je rovnán. Plech pak postupuje do části tvarovací, kde je několika sadami po sobě jdoucích válcovacích kladek tvarován do požadovaného profilu. Počet válcovacích kladek je různý a závisí především na vyráběném tvaru. Jako typické pracovní (válcovací) rychlosti se v literatuře uvádějí hodnoty 20 až 100 m.min-1.

Při tváření za tepla se sníží tvářecí síla

Hnacím motorem inovace je ve výrobě především tlak na snižování výrobních nákladů. Tomuto trendu vyhovuje technologie válcování profilů, která je hospodárnější a plně nahradí nákladné hluboké tažení nebo ohýbání v ohýbadlech

Aby se snížila tvářecí síla na jeden průchod plechu, zkoušeli ve firmě Boxing-Werken již v roce 1971 tváření za tepla. Pracovníci firmy udávají, že když při tváření titanu zahřívali materiál obrobku těsně před tvářecími kladkami hořákem na teplotu 800 °C, bylo možné úspěšně realizovat jeho tváření.

Další výhody tváření s ohřevem nebo poloohřevem jsou: snížení tvářecí síly, menší počet válcovacích kladek a téměř nulové odpružení materiálu (vytvořený profil je vyroben přesně).

Pracovníci Institut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik TU Wien vyvinuli technologii válcování profilů s podporou laseru a sestavili příslušné zkušební zařízení. Na rozdíl od výrobních zařízení, kde se posouvá plech, konají na zkušebním zařízení posuvný pohyb úchyty s tvářecími kladkami. Horní válcovací kladky působí na plech konstantní silou a vytvářejí v něm stopu ve tvaru v. Ohřev plechu probíhá bezprostředně před válcovacími kladkami pomocí diodového laseru. Pro dokonalé tváření je velmi důležité přesné nasměrování stopy paprsku laseru před válcovací kladky.

Během prováděných pokusů byly měřeny následující hodnoty: poloha válcovacích kladek, dosažená hloubka tvářeného profilu a velikost tvářecí síly.

Vzhledem k tomu, že zkušební zařízení není symetrické, nebylo možné použít zpětný chod. Na zkušebním zařízení lze vyrábět profily o maximální délce 2,5 metru (viz obr.1).

Reklama
Reklama
Reklama
Obr.1. Konstrukce zkušebního zařízení pro válcování profilů navržená na TU Wien

Zkoušky byly provedeny jak při válcování za studena, tak také s předehřevem laserem na materiálu X5CrNi1810 (ČSN 17 240). Válcovaný plech měl tloušťku 0,8 mm. Tlačná síla horní válcovací kladky byla 620 N, rychlost posuvu válcovacích kladek 35 mm.s-1. Diodový laser použitý při zkouškách pro předehřev měl výkon 460, 650 a 1 170 W, stopa paprsku laseru byla bezprostředně před válcovacími kladkami. První výsledky potvrdily, že se stupeň přetváření při použití předehřevu laserem s rostoucí teplotou podstatně zvyšuje. Zkoušky dále ukázaly, že při ohřevu vytváří válcovací kladka při stejné tvářecí síle hlubší profil

Další zkoušky byly provedeny při válcování pružinové oceli Ck75 (ČSN 12 081), a to při třech pracovních podmínkách. Válcovaný materiál měl tloušťku 0,5 mm a šířku 50 mm. Pokusy probíhaly při přítlačné síle 3 620 N a při posuvu válcovacích kladek rychlostí 35 mm.s-1. Jeden pokus byl proveden bez předehřevu, druhý s předehřevem laserem o výkonu 350 W a třetí s předehřevem laserem o výkonu 625 W. Na obr. 2 jsou ukázány výbrusy tvářených částí po všech třech zkouškách. Na levé straně obrázku je výbrus po tváření bez předehřevu, uprostřed s předehřevem o výkonu laseru 350 W a vpravo o výkonu laseru 625 W. Úhel rozevření tvářeného profilu činil u zkoušky bez předehřevu 10°, s předehřevem o výkonu laseru 350 W byl 15°a s předehřevem o výkonu laseru 625 W byl 45°. Mikroskopická pozorování průřezu ukazují u všech tří zkoušek stejnoměrnou strukturu. Průběh tváření u všech tří zkoušek je na obr. 3. U zkoušky s předehřevem o výkonu laseru 625 W se během tváření dosáhne největší hloubky tvářeného profilu.

 

Obr. 2. Profily válcované tvářecí silou 3 620 N, materiál Ck75 (ČSN 12 081); zleva doprava: bez ohřevu laserem, s předehřevem laserem o výkonu 350 W a s předehřevem laserem o výkonu 625 W
Obr. 3. Válcování profilů z plechu Ck75 (ČSN 12 081), srovnání: dosažená hloubka tvářeného profilu - dráha tváření, bez a s podporou laseru

Paprsek laseru je účelná podpora tvářecích technik

Pokud bychom chtěli dosáhnout stejného stupně tváření jako u zkoušky s předehřevem o výkonu laseru 625 W při tváření bez předehřevu, musela by být tlačná síla válcovacích kladek značně vyšší. Jak je vidět na obr. 4, nevydrží materiál takový stupeň přetvoření za studena a dojde k jeho porušení, které se šíří meandrovitě podél čáry ohybu.

 

Obr. 4. Válcování profilů: porušení materiálu Ck75 (ČSN 12 081) při tváření bez podpory laserem tvářecí silou 8 141 N. Je zřejmé, že daný materiál nevydrží tváření za studena takovou silou.

Pokusy válcování profilů provedené s podporou laseru ukazují, že paprsek laseru může proces tváření velmi účinně podporovat a zlepšit. Zejména materiály o velké pevnosti mohou být úspěšně tvářeny s podporou laseru. Technologie válcování profilů umožňuje vestavět laser před kritické operace tváření, a to přímo do stávajících válcovacích strojů. Integrace laseru do stroje nevyvolá žádné vysoké dodatečné náklady, neboť nejsou nutné velké zásahy do stroje. Chceme-li dosáhnout při válcování profilů vysokého výrobního výkonu, je nutné zvolit odpovídající výkon použitého laseru.

Alexander Kratky a Dieter Schuöcker

Zdroj: MM MaschinenMarkt Das Industriemagazin, č. 46/2009

Zpracoval -vř-

Reklama
Vydání #6
Kód článku: 100608
Datum: 17. 05. 2010
Rubrika: Výroba / Tváření
Autor:
Firmy
Související články
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.

Související články
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
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Trendy v tváření: Víceosá řídicí technika pro válcování profilů

Na příkladu novodobého stroje k výrobě nosníků nákladních automobilů profilováním lze vysvětlit výrobní řetězec konstrukce výrobku, konstrukce nástrojů, simulace výroby, vývoj regulace i praktické ověření v průmyslové výrobě.

Lehké konstrukce automobilů - vlákny zesílené sendvičové plechy

Předchozí články z našeho seriálu zpravidla vždy představovaly nové možnosti, postupy a trendy v oblasti redukce hmotnosti karoserií. Jednou z těchto cest je využití hybridních materiálů a tzv. inteligentních smíšených konstrukcí. Motivace je kromě legislativy silně umocněna i nástupem elektromobility. V následujícím příspěvku se věnujeme vývoji a použití vlákny zesílených sendvičových plechů.

Lehké konstrukce automobilů – využití hořčíku

Využití hořčíku a jeho slitin v automobilovém průmyslu má poměrně dlouhou tradici, sahající až do roku 1920, kdy byl tento materiál prvně použit v konstrukci sportovních vozů. O několik desetiletí později se objevil i v komerčních vozech, například u typu Volkswagen Beetle, kde jeho obsah činil téměř 20 kilogramů. Nicméně do popředí zájmu se tento specifický materiál dostává v posledních letech v souvislosti s nárůstem ekologických a legislativních požadavků na provoz vozidel.

Efektivní procesy ve skladu i ve výrobě

Lisování, řezání laserem, ohraňování – seznam výrobních prací v průmyslu zpracování plechu je dlouhý. Stále více výrobců proto zadává tyto úkoly tzv. job shopům (výrobním dílnám), aby se mohli koncentrovat na svůj hlavní předmět činnosti. Požadavky na výrobní podniky jsou odpovídajícím způsobem vysoké. Kromě flexibility a rychlosti je základním předpokladem dobrý poměr ceny a výkonu. Aby mohly pracovat efektivně a se ziskem, jsou job shopy stále více odkázány na optimálně koordinované a automatizované procesy ve skladování a ve výrobě. Moderní metody zásobování a centralizace celé skladové logistiky přitom nabízejí mnoho výhod.

Lehké konstrukce automobilů - použití lisů ve výrobě hybridních dílů

V předchozích článcích ze seriálu Lehké konstrukce automobilů o možném použití nových materiálů pro stavbu lehkých konstrukcí a jejich aplikacích na karoseriích osobních automobilů nebyly zpravidla detailně rozebrány možnosti výroby těchto specifických materiálů. Uvedeme je v tomto článku.

Lehké konstrukce automobilů - sendvičové materiály

O prodejnosti a úspěšnosti vozidla v silném konkurenčním prostředí dnes rozhoduje z velké míry tvar a funkčnost karoserie. Mezi technickým vybavením jednotlivých výrobců dnes není propastný rozdíl a proto první, čím automobil promlouvá k zákazníkovi, jsou právě silueta vozu, linie hran, elegance i vizuální dynamika. Na karoserii jsou proto kladeny náročné požadavky v řadě případů z hlediska technologie výroby protichůdné.

Lehké konstrukce automobilů - hybridní materiály

Automobilový průmysl je specifické odvětví, které je významně poháněno společenskými tlaky na ekologický provoz vozidel, tedy na snižování emisní zátěže i obecné spotřeby pohonných hmot a kontinuální vývoj elektromobility. Tyto trendy se dotýkají jak konstrukce vozu, tak i technologické zpracovatelnosti jednotlivých komponentů. Jenom v horizontu 10 let se předpokládá redukce dílů z oceli o 20 % a jejich nahrazení speciálními materiály na bázi kompozitu.

Lehké konstrukce osobních automobilu - použití hliníku

Kontinuální trend v oblasti snižování hmotností karoserií osobních vozů je důsledkem tlaku na eliminaci CO2 do roku 2020 až na 95 g.km-1. Konstrukční úpravy v oblasti hnacích agregátů nebo náprav vozů jsou do určité míry také možné, nicméně stále častěji obtížně realizovatelné. Již od 80. a 90. let se v konstrukci vozu využíval hliník a plastové hmoty, nicméně dominantním materiálem je i nadále ocel.

Lehké konstrukce karoserií osobních automobilů

Rostoucí požadavky na snižování spotřeby pohonných hmot a emisní limity vytvářejí soustavný tlak na snižování hmotnosti karoserií. Druhou alternativou, která se nadále rozvíjí, je rozšířené nasazení alternativních hybridních pohonů automobilů, zejména kombinace spalovacích motorů s elektropohony. Nedodržení emisních limitů osobních automobilů 95 g/100 km by mělo být od roku 2020 navíc finančně postihováno. Jak ukazují aktuální problémy koncernů Volkswagen Group a Citroen, je tato problematika rozšířena ještě o NOx. Je však zřejmé, že se to týká prakticky všech výrobců osobních i nákladních vozů. Tato problematika je zásadní s ohledem na vyráběné množství. V konstrukci letadel, raket a vesmírné techniky je řada nových výrobních technologií již delší dobu používána. Je to nejenom otázka vhodných materiálů, jejich dostupnosti a možností použitých výrobních technologií. V souvislosti s lehkými konstrukcemi všechny tyto oblasti stojí před dlouhodobým a zásadním rozvojem.

Zvýšení produktivity, efektivity a kvality kovových výlisků

Výrobní společnost ANC Components a výzkumná společnost Comtes FHT spolupracují na výzkumném projektu Eureka s cílem zefektivnit výrobní proces a zvýšit produktivitu a kvalitu přesně lisovaných dílců a plně eliminovat dodatečné sekundární operace. Výsledky ze čtyř etap zmíněného projektu přinášejí rentabilitu technologie přesného střihu a konkurenční výhodu společnosti ANC Components v této oblasti. Řešení projektu bylo již dříve prezentováno ve vydání MM 10/2012, MM 1, 2/2015 a dále v Hutnických listech 4/2013.

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