Zpět na obsah

 

3.         VYBRANÉ TECHNOLOGIE tváření za studena [3], [7]

 

Objemové tváření za studena je moderní, hospodárná a vysokoproduktivní metoda výroby strojních součástí.  Poskytuje jakostní výrobky a představuje optimální náhradu obráběním součástek jako jsou: šrouby, svorníky, matice, aj. Kvalitní zpevněný povrch a usměrněná nepřerušená vlákna zvyšují únavovou pevnost. K objemové tváření za studena patří zejména:technologie:

 

  Vybrané tvary součástí, které se vyrábí pěchováním, protlačováním a zejména jejich kombinací, jsou znázorněny na následujícím obr. 19.

Jedná se o součásti tvaru kalíšků, pouzder, prstenců, čepů a tvary členité a nepravidelné. Mohou mít povrch stupňovitý, příruby, proměnnou tloušťku, u komplikovaných tvarů jsou navíc boční výstupky, hranaté obrysy.

Hmotnost protlačků se pohybuje od několika gramů až do 20 kg. Parametry struktury povrchu závisející na stavu povrchu nástrojů (protlačovadel) a jsou v mezích Ra = 0,4 ÷ 12,5 μm.

 

 

3. 1      POŽADAVKY NA MATERIÁLY

 Ocel má být velmi tvárná, tomu odpovídá struktura feriticko-perlitická (perlit má být globulární). Nejvýhodnějším stavem oceli je žíhání na měkko, případně kombinace normalizačního žíhání (dosažení jemného zrna) a žíhání na měkko (dosažení tvárnosti). Materiály mají mít co nejmenší mez kluzu, co nejvyšší tažnost, nízký obsah uhlíku, fosforu, síry a nekovových vměstků.

Neželezné kovy mají dobré tvárné vlastnosti, pokud jsou čisté. Např. hliníkové či měděné polotovary lze protlačovat s celkovým poměrným přetvořením až 90 % (měď ale dosti zpevňuje). Slitiny vykazují zhoršenou tvárnost, např. některé bronzy, mosazi, slitiny hořčíku, které je třeba vyžíhat.

Výchozím polotovarem jsou špalíky kruhového průřezu  a kaloty, které se získají dělením tyčí resp. drátů stříháním nebo řezáním. Čela těchto špalíku je nutné zarovnat většinou první operací – tzv. kalibračním pěchováním.

Proces protlačování provází tření, proto je nutné použít mazivo, které zabraňuje zadírání nástrojů. Tím se sníží deformační odpor a zvýší se kvalita povrchu protlačků.

Ocelové polotovary a obtížně tvařitelné oceli se před protlačováním fosfátují.  Nejdříve se odmastí, očistí se povrch a potom následují fosfátování a mydlení. Antikorozní  oceli se oxalátují nebo pokovují mědí či zinkem. U hliníku a jeho slitin se používají vysokoviskózní oleje, zinkové stearáty nebo stearát sodný. Čistá měď nevyžaduje mazání, ale u slitin se používá např. zinkový stearát.

 

 

3. 2      PĚCHOVÁNÍ

Pěchováním se zmenšuje výška výchozího polotovaru a současně se zvětšuje velikost příčného průřezu. Deformace v celém objemu je v důsledku tření nerovnoměrná, vzniká soudkovitý tvar. K zabránění vzniku trhlin v oblasti největšího průměru se polotovar maže a funkční plochy nástrojů jsou leštěny.                 

Pěchování se využívá:

 

Mírou velikosti přetvoření při pěchování je stupeň deformace, který se vyjadřuje skutečným (logaritmickým) přetvořením φ, daným vztahem:

 

                  [-]                                                                           (4)

 

kde      H0……počáteční průměr špalíku [mm]

H ...…..konečný průměr špalíku [mm]

 

Jeho hodnota se dá zjistit z aproximačních křivek přirozeného přetvárného odporu, které se získají z pěchovacích zkoušek nebo z materiálové databáze.

 

Pěchovací síla se stanoví ze znalosti tlaku působícího ve směru osy na plochu polotovaru:

 

                [MPa]                                                          (5)

kde      σp - přirozený přetvárný (deformační) odpor materiálu [MPa], který je dán stupněm deformace  [-].

 

Štíhlostní poměr H0/D0 je kritériem vybočení, ztráty vzpěrné stability polotovaru ,viz.obr. 21. Je-li H0/D0 < (2,3 ÷ 2,5) – lze součást pěchovat v jedné operaci. Je-li v intervalu 2,3 < H0/D0 < 4,5 – součást lze pěchovat ve dvou operacích (předpěchování, pěchování)-obr. 21.

 

Ukázka předpěchování hlavy jako první technologické operace v procesu pěchování je na obr. 22.

 

Při každém úderu se předpěchuje výška pěchované části h, odpovídající hodnotě 2d. Při pěchování se použije tvaru předpěchovacího kužele o velikosti úhlu γ = 18° ÷ 20°. Průměr základny kužele Dk se volí v rozmezí (1,45 ÷ 1,65)d. Volná pěchovaná délka je dána vztahem b ≈ 2,7 d, je-li velká, čep vybočuje; je-li malá, čep se těžko dopěchuje.

 

 

 

3. 3   Protlačování kovů za studena

 

3. 3. 1  ROZDĚLENÍ A ČINITELÉ OVLIVŇUJÍCÍ PROCES PROTLAČOVÁNÍ

Protlačování probíhá jako objemové tváření pod rekrystalizační teplotou za působení prostorové napjatosti, která vytváří podmínky pro velké trvalé deformace bez porušení materiálu. Dosahuje se minimálního odpadu, zvýšení mechanických vlastností tvářené součásti, vyšší meze kluzu a pevnosti, nepřerušený průběh vláken a tím  i zvýšení meze únavy výlisku.

 

Mezi základní způsoby protlačování se zahrnuje:

a) zpětné protlačování – materiál se pohybuje proti směru průtlačníku. Výchozím polotovarem je špalík (kalota) kruhového nebo čtvercového průřezu, vznikající součást má zpravidla tvar kalíšku.

b) dopředné protlačování – materiál teče ve směru pohybu průtlačníku otvorem průtlačnice. Vznikají součásti plné i duté, s přírubou či bez příruby; závisí na tvaru výchozího polotovaru (špalík, kalíšek, trubka, prstenec).

c) sdružené (obousměrné) protlačování – je kombinací zpětného a dopředného protlačování. Materiál teče ve směru i proti směru pohybu průtlačníku. Podmínkou je, aby ve směru pohybu průtlačníku byl volen menší stupeň přetvoření.

d) stranové protlačování – se uskutečňuje přemisťováním materiálu ve směru kolmém k podélné ose polotovaru. Vytváří se tak výstupky na obvodu určité části výlisku.

Ukázka principů technologií protlačování - obr. 23:

a)      zpětné protlačování, b) dopředné protlačování (plný polotovar,kalíšek, dutý polotovar),

c) sdružené protlačování .

 

Počet tvářecích operací závisí na složitosti konečného tvaru, tvařitelnosti materiálu, vhodné kombinaci protlačování a pěchování. Vychází se z přípustné poměrné deformace polotovaru pro jednotlivé způsoby tváření, maximální hodnoty pro oceli jsou:

-         zpětné protlačování          ε < 0,75

-         dopředné protlačování     ε < 0,80

-         pěchování                        ε < 0,80

 

Tyto maximální hodnoty přetvoření značně zatěžují nástroje, což způsobuje jejich životnost. Proto je vhodné rozložit celkové přetvoření φc na několik stupňů, realizovaných ve zvoleném počtu operací a logaritmické přetvoření lze psát ve tvaru:                  φc = φ1 + φ2 + φ3                           [-]                        (6)

 

 

 

Logaritmické přetvoření těles kruhových průřezů dle druhu protlačování:

  [-]                                        (7)

 

     [-]                                                    (8)

 

            [-]                            (9)

 

Výsledné zpevnění všech úseků protlačků má být stejné, stanovuje se pomocí křivek zpevnění jednotlivých druhů materiálu, které lze získat pěchovací zkouškou, obr. 24.

Protlačovací síla se pro jednotlivé způsoby protlačování stanovuje ze vztahů uvedených v normě ČSN 22 0075 s využitím diagramu přirozeného přetvárného odporu - obr. 25.

Při návrhu geometrie protlačku se musí respektovat optimální tvary s cílem snížit namáhání nástrojů, které vede k otěru či destrukci. Protlaček nemá mít ostré přechody nebo změny příčných průřezů, protože zabraňují toku materiálu, porušují vlákna, zvyšuje se tvářecí síla. Používají se přechodová zesílení a náběhové úhly (pro dopředné protlačování se volí náběhový úhel kužele 2α = 30° ÷ 60°). Dlouhý kužel otvorů nebo dříků způsobují zvýšení síly a nebezpečí zadírání protlačku. Tomu lze zabránit odstupňováním dříku. Dalším problémem mohou být tenká dna, která vedou k natržení materiálu a hluboké otvory, které zvyšují potřebnou tvářecí sílu. Příklady tvarů protlačků jsou na obr. 26.

 

3. 3. 2   ZDĚŘOVÁNÍ PRŮTLAČNIC

Zděřování umožňuje vytvořit celek, který snese vysoké namáhání průtlačnic a zajišťuje jejich snadnou vyměnitelnost. Tyto průtlačnice lze použít pro vnitřní tlaky p ≤ 1 600 MPa (obr. 27).

 

Přesné rozměry průtlačnic a zděří se zjišťují pomocí výpočetní techniky v závislosti na vnitřním tlaku, materiálu nástroje a jeho tepelném zpracování. Předpětí se dosáhne postupným nalisováním průtlačnice a zděří na sebe. Přesah / z1 / mezi průtlačnicí a zděří, či zděřemi z2 se volí s přihlédnutím k  vnitřnímu tlaku a bývají : z1 = z2 = (0,005 ÷ 0,008) mm na každý milimetr průměru.[7]