Zpět na obsah

 

4.         PLOŠNÉ TVÁŘENÍ [1], [2], [3], [4], [5], [7]

 

Plošným tvářením se vyrábí součásti (výlisky), které mohou mít velmi malé rozměry nebo velkoplošného tvaru. Jejich typickým rysem je nízká hmotnost, dostatečná pevnost i tuhost, zejména jsou-li opatřeny výztužnými lemy, žebry, nebo mají uzavřené obrysové křivky (nádoby kruhové a hranaté, atd.). Nahrazují úspěšně svařované dílce a odlitky, přičemž lze uspořit 10 % až 50 % materiálu a snížit pracnost o 25 % až 75 %.

 

Základní výchozí polotovary pro plošné tváření jsou plechy, tenkostěnné profily a trubky:

·        plech – je dodáván v tabulích nebo svitcích,

-         tabule se dělí stříháním na rozměrově a tvarově přizpůsobené přístřihy,

-        svitky jsou svinuté pásy plechu, které mají značnou délku a používají se v hromadné a zpravidla automatizované výrobě výlisků z pásu, zejména pomocí nástrojů pro plošné tváření,

·        tenkostěnné profily – jsou dodávány v tyčích ,

·        trubky – jsou dodávány s povrchovou úpravou a tepelně zpracované žíháním.

 

      Dle deformace lze rozlišit dva základní způsoby plošného tváření:

-   deformaci s místním porušením soudržnosti materiálu (střih),

-   deformace tvárné, bez porušení soudržnosti – změna tvaru se uskutečňuje bez oddělování materiálu.

 

Podle jednotlivých lisařských prací je možné procesy plošného tváření dle ČSN 22 6001 rozdělit na:

·        stříhání (prosté stříhání, děrování, vystřihování, ostřihování, přistřihování, nastřihování, prostřihování, protrhávání, vysekávání)

·        ohýbání (prosté ohýbání, ohraňování, rovnání, zakružování, lemování, obrubování, osazování – prosazování, drápkování, zkrucování)

·        tažení (prosté tažení, tažení se ztenčením stěny, zpětné tažení, žlábkování, protahování, rozšiřování, zužování, přetahování, objemové tažení)

·        tlačení (tlačení tvaru, rotační obrubování, rotační lemování, rotační rozšiřování, rotační zužování, rotační žlábkování, rotační drápkování, osazování - prosazování, tlačení se ztenčením stěny).

 

Způsoby výroby výlisků je závislý na mnoha faktorech; k nejdůležitějším patří: druh tvářeného materiálu, rozměry a požadovaná přesnost součásti, sériovost, dostupnost výrobního zařízení.

 

Tento tvar může být vyroben:

-   konvenčním tažením tažidlem – jedno a víceoperačním postupem,

-   tažením nepevným nástrojem (metodou Hydroform, Marform atd.),

-   tlačením,

-   explosivním tvářením, magnetickoimpulsním tvářením.

 

Celkový výrobní postup součásti tvarované plošným tvářením obsahuje přípravné a dokončovací operace. Obecný výrobní postup součásti lisované z plechu, z nízkolegované oceli, zahrnuje následující technologické operace:              

→  dělení výchozího plechu,

→  úpravy přístřihů (odstranění otřepů, vlnitosti u plechu rovnáním apod.),

→  nanášení maziva (mechanicky nebo automaticky),

→  tváření (např. tažení apod.),

→  mytí a úpravy po tváření (mytí, odstranění přídavků, klempířské úpravy, atd.),

→  dokončovací operace (orýsování, děrování otvorů, povrchová ochrana, atd.).

Výlisky mohou být určeny k přímému využití, např.: nádoby, stínidla osvětlení, různé kryty, konzoly, úpinky, části potrubí, atd. (postupují přímo do montáže či k prodeji). Mohou být též užity v dalším výrobním procesu – pro svařování, pájení, a to do složitějších sekcí, např. kapoty automobilů.

 

 

4. 1   PROCES STŘÍHÁNÍ PLECHU A JEHO PARAMETRY

 

Proces stříhání probíhá při dělení plechu na tabulových nůžkách. Střih nastává, vnikne-li horní (1) a spodní (2) břit nože do stříhaného materiálu (3), jak znázorňuje  obr. 28.

 

Kvalita střižné plochy závisí zejména na: velikosti střižné mezery (z), vlastnostech stříhaného materiálu (tvrdost) → hloubka vniknutí břitu do materiálu bývá: 

        tvrdý a křehký materiál: h = 10 % t

        měkký a houževnatý materiál: h = 60 % t

kvalitě střižného nástroje, způsobu stříhání, aj.

 

Těsně před porušením soudržnosti dosahuje střižná síla F svého maxima. Střih proběhne podél linie „s“, která je čarou maximálního smykového napětí daného materiálu. Hodnota střižné síly je dána vztahem:

                       [N]                                          (12)

kde      τps……pevnost materiálu ve smyku  [MPa]

            S……plocha roviny střihu  [m2]

            L……délka střihu (obvod všech střihaných částí) [mm]

             t……tloušťka stříhaného materiálu [mm]

            k = ……koeficient zahrnující vliv nestejné tloušťky materiálu, velikosti střižné mezery (z), vliv otupení břitu [-]

Velikost střižné mezery (tj. poloviční vůle) mezi střižníkem a střižnicí záleží na mnoha činitelích, především na druhu materiálu a jeho tloušťce. Obvykle se stanoví v procentech tloušťky stříhaného materiálu:           z =          [mm]                                       (13)

Pro plechy tloušťky               [mm]                (14)

kde      c……koeficient [-]

            τs……pevnost ve střihu [MPa]

 

Pro plechy tloušťky          [mm]                (15)

                                          

 

Podbroušení nožů snižuje třecí odpory a zlepší též kvalitu střižné plochy, úhel čela bývá , úhel hřbetu .

 

4. 1. 1   DRUHY STŘÍHÁNÍ PLECHU

 

a) Klasický prostý střih je realizován na:

·      tabulových nůžkách s navzájem rovnoběžnými noži (paralelními) – užívají se k dělení tabulí plechu, který je ustřižen v jednom okamžiku podél celé délky. Zdvih horního nože je o málo větší než tloušťka plechu. Průběh síly odpovídá křivce a) na obr.29.

Mají mechanický či hydraulický náhon horního nože, bývají vybaveny přidržovači plechu.

·        tabulových nůžkách se šikmým horním nožem – probíhá střih postupně, tj. břit vniká do materiálu postupně proto mají větší zdvih, střižná síla je menší, její průběh znázorňuje křivka b) obr. 30. Silový ráz je velmi malý, ale nevýhodou je ohyb odstřihované části plechu, která se musí v následující operaci narovnat.

·        kotoučových nůžkách – stříhají postupně otáčejícími se noži, které bývají okružní (a) a křivkové (b) znázorněné na obr. 30.

Křivkové nože  mohou bez defektů stříhat z plechu vyduté či silně zakřivené linie střihu. Jsou proto užívány jak na výrobu přístřihů, tak i pro ostříhávání přídavků velkoplošných výlisků. Vůle mezi noži bývá 0,03 ÷ 0,1 mm. Průměr kotoučů se řídí tloušťkou plechu, která může být i více než 10 mm.

·        kmitacích nůžkách – používají se k vysekávání otvorů, drážek, vystřihování křivkových tvarů

 

b)         Vystřihování 

Vystřihováním se vyrábí buď výstřihy, součástky k přímému použití, nebo přístřihy či polotovary určené k dalšímu zpracování. Hlavní částí lisovacích nástrojů (střihadel) je pohyblivý střižník (1) a nepohyblivá střižnice (2), na jejímž čele leží plech, jak ukazuje obr. 31.

 

Obrysový tvar její dutiny, právě tak jako střižníku, souhlasí s obrysem výstřihu. Střižník se zasouvá až do hrdla střižnice, které je opatřeno fazetkou, poněvadž musí protlačit přes její dutinu výstřižek. Mezi střižníkem a střižnicí musí být vůle, která se volí dle druhu stříhaného materiálu a ovlivňuje: kvalitu střižné plochy, přesnost výstřižku, velikost střižné síly a životnost nástroje. Obecně platí, že větší vůle znamená snížení kvality střižné plochy, zejména u měkkého materiálu, na druhé straně však také zmenšení tření a otěru hrdla střižnice.

Střihadla se člení na jednoduchá, postupová, sloučená atd. (viz. normy ČSN), rozdíl je v tom, vyrábí-li se výstřižek v jedné či více operačních polohách. Princip činnosti postupového střihadla uvádí obr. 32.

 

Polotovarem je zpravidla pás, který je automaticky podávaný. Minimální odpad je zaručen optimálním posuvem a orientací výstřižku.

 

c)         Děrování

Nástroje (děrovadla) pracují stejným principem jako střihadla. Výrobkem je otvor, kterým se opatřují jak výlisky, výstřižky, tak i např. svařence. Jde o otvory kruhové a zejména pak profilové. Střižná plocha obsahuje mikrotrhliny, resp. otřepy.

 

d)         Přesné stříhání

Slouží k výrobě velmi přesných výstřižků nebo otvorů, které se dále neopracovávají, vzhled povrchu je srovnatelný s obráběnými plochami, jde o hodnoty Ra = 0,8 ÷ 1,6 μm. Princip spočívá ve změně charakteru stavu napjatosti v oblasti střihu, který se získá pomocí nátlačných hran a tlaku horního i spodního střižníku ,viz.obr. 33.

 

e)         Stříhání nepevným nástrojem

Střižnou sílu vyvozuje univerzální střižnice, kterou představuje pryž či polyuretan uložený v pouzdře. K pohybu pouzdra se využívají vřetenové nebo hydraulické lisy. Pryž umožňuje stříhat tenké plechy (cca 1 mm) měkké uhlíkové oceli a hliníkové slitiny. Střižná plocha není kvalitní, doporučuje se přídavek 0,8 ÷ 1 mm a je zvýšený odpad. Technologie je vhodná pro kusovou či malosériovou výrobu, střihání součástek, přístřihů, rozvinutých tvarů i skupinové vystřihování.

 

 

4. 2.     PROCES OHÝBÁNÍ PLECHU A JEHO PARAMETRY

Ohýbání je trvalé deformování materiálu, kterým se dosahuje požadované změny tvaru bez podstatné změny průřezu. Pro dosažení trvalého ohybu je nutné, aby ohybné napětí bylo nad mezí kluzu Re, ale nesmí překročit mez pevnosti Rm, s ohledem na porušení soudržnosti tvářeného materiálu. Jednotlivé způsoby ohybu jsou uvedeny na obr. 34,35,36.

 

Ro……neutrální plocha [mm]

Rs ÷ R2......poloměry ohybu [mm]

 

Hlavním parametrem ohybu je poměr R2/t:  znamená volný ohyb.

                                                                        znamená ostrý ohyb

 

 

 

a)         Minimální poloměr Rmin ohybu – je poloměr, při jehož překročení by na vnější tahové straně ohybu došlo k porušení materiálu v krajních vláknech. Závisí především na plastičnosti materiálu, druhu materiálu, tloušťce plechu, způsobu ohýbání a kvalitě povrchu.

            Orientační hodnoty platící pro optimální povrch (bez rýh a mikrotrhlin) a pro příčný či podélný směr vláken jsou uveden níže:

-         pro měkkou ocel Rmin = (0,4 ÷ 0,8)t

-         pro středně tvrdou ocel Rmin = 1,5t

-         pro měkkou měď Rmin = 0,25t

-         pro hliník Rmin = 0,35t

 

                            [mm]                                            (16)

 

kde      t……tloušťka ohýbaného materiálu [mm]

εc ……mezní prodloužení → při jeho překročení dojde k porušení ohýbaného materiálu (napětí přesáhne mez pevnosti v tahu Rm) [mm]

c……koeficient [-]:     měkká ocel c = 0,5 ÷ 0,6

                                                měkká mosaz c = 0,3 ÷ 0,4

                                                hliník c = 0,35

                                          dural c = 3 ÷ 6

                                                měkká měď c = 0,25

 

b)         Maximální poměr Rmax ohybu – je poloměr, při němž v krajních vláknech na tahové straně dojde k trvalé deformaci.

 

                 [mm]                                                               (17)

 

kde      E……modul pružnosti v tahu [MPa]

Re……mez kluzu materiálu [MPa]

 

 

Rozvinutá délka lc odpovídá rozměru výchozího přístřihu v linii ohybu:

  [mm]                                                                    (18)

 

 

Zkrácená délka oblouku:              [mm]                           (19)

 

kde      ……úhel ohybu [°]

R……poloměr ohybu [mm]

x……posunutí neutrální vrstvy [mm]

 

Hodnoty x závisí na úhlu ohybu, tloušťce materiálu. Směrné hodnoty uvádí norma ČSN.

 

 

c)         Odpružení – při ohýbání polotovaru má materiál po odlehčení snahu se vrátit do původního tvaru a to o úhel odpružení β. Velikost odpružení závisí na kvalitě materiálu, tloušťce materiálu, poloměru ohybu, úhlu ohybu a způsobu ohybu. Velikost odpružení lze zjistit pomocí diagramů sestavených na základě praktických zkoušek nebo pomocí výpočtů:

 

-ohýbání do tvaru V:

                                                                                                     [°]             (20)

- ohýbání do tvaru U:

 

kde:     β……úhel odpružení [°]

l…….vzdálenost ohýbacích částí [mm]

lm…...rameno ohybu [mm]

k……součinitel určující polohu neutrální plochy v závislosti na poměru R0 /t (dle ČSN z diagramu).

 

 

 

 

 

4. 2. 1   ZPŮSOBY OHÝBÁNÍ PLECHU

 

Prosté ohýbání

- uplatňuje se zejména u dílců menších rozměrů, opatřených ostrými poloměry (obr. 37);

- geometrie součástek může vzniknout kombinací ohybu do tvaru U a V, které se odlišují z hlediska velikosti a průběhu ohybové síly;

- ohýbadla se konstruují jako jednoduchá, postupová a sdružená. Polotovarem může být přístřih nebo pás plechu – ovládacím zařízením je zpravidla excentrický lis;

 

Sdružená ohýbadla – kombinují zpravidla operace ohybu s děrováním a vystřižením přístřihu z pásu.

 

Kalibrace – zpřesňuje poloměr, značně eliminuje důsledky odpružení, je ovšem doprovázena ztenčením v oblasti poloměru. Kalibrační síla může být dvou a třínásobkem síly ohýbací.

 

Ohraňování – ohraňování se uplatňuje zejména při tváření pásů plechu do tvaru profilů – jde většinou o ohyb ostrý (). Různé profilové tvary se tvoří kombinací ohybu geometrie V a U (obr. 38).

Při výrobě výše uvedených profilů se uplatňuje postupný ohyb (jak ukazuje obr. 39).

 

Ohraňovací lis (pracovní délka několik metrů) má pohyblivý lisovník a prismatickou pevnou lisovnici, opatřenou tvarově odlišnými výřezy, které se nastavují do pracovní polohy dle potřeby.

 

Lemování je ohýbání okraje rovinné a nebo prostorové plochy za účelem zaoblení ostrých hran, zpevnění okrajů a získání ozdobného vzhledu. Touto technologií lze vyvolit: přímý lem, vydutý lem, vypuklý lem, jak je uvedeno na obr. 40, 41,

kde:

(h)min=(R2)min + 2t → při lemování konvenčními lemovadly (kovovými),

(h)min=(R2)min + 5t → při lemování nepevným nástrojem (pryží).

 

U vypuklého lemu (Rv < Rp) mohou vzniknout vlny. Představují defekt, který zapříčiní tlakové napětí působící ve směru obrysu, a které zpěchovává přebytečný materiál.

 

U vydutého lemu (Rv > Rp) je materiál natahován a na okraji lemu mohou vznikat trhliny. Vznik vln lze potlačit zejména při lemování konvenčními lemovadly, kdy se proces podobá operaci tažení a tažná mezera zvlnění dovolí.Obecně: nižší výška lemu, tlustější plech a menší úhel ohybu potlačuje jak vznik vln, tak i trhlin.

 

Zakružování – jde o volný ohyb, dílce mají v příčných řezech kruhový či nekruhový tvar o velkých poloměrech, v podélném směru jsou povrchy přímkové. Provádí se na zakružovačkách různého provedení. (Obr.42)

Tenké plechy se zakružují za studena na čtyřválcových zakružovačkách nebo tříválcových nesymetrických, u kterých nehrozí ostré „proboření“ plechu. Schémata jsou uvedena na obr. 43. Tlusté plechy (t > 40 mm) se zakružují za tepla.

 

Rovnání – rozlišujeme na ruční a strojní. Ruční rovnáním se rovnají plechy a tyče kladivem. Strojní rovnání tabulí či pásů plechů se provádí na rovnačkách. Jde o střídavé ohýbání sestavou 7 až 17 naháněných válců, které v případě tenkých plechů mívají průměr ≈ 60 mm. Zakřivení způsobené prvními válci je nevětší, ohybové napětí je mnohem vyšší než mez kluzu Re. Výstupní válce mají vzdálenost takovou, že se dosahuje již jen „pružných ohybových napětí“. Nerovnosti plechu jsou tak eliminovány.

4. 3     KLASICKÉ TAŽENÍ PLECHU A JEHO PARAMETRY [1], [2], [4], [5]

Tažení je technologický proces, při kterém dochází k trvalému přetvoření výchozího polotovaru – přístřihu rovinného tvaru na tvar prostorový bez změny tloušťky výchozího materiálu. Pomocí lisovacích nástrojů – tažidel vznikne tvar miskovitého tvaru, který se nazývá výtažek.

Výtažky lze zhotovit:

 

Rozlišují se tyto technologie tažení:

a) tažení bez ztenčení stěny (tj. tažení prosté) – jedná se o tváření bez podstatné změny tloušťky materiálu (t0 = konst.), označuje se také jako tažení prosté.  Tímto způsobem lze zhotovit: duté, obvodově uzavřené výlisky, rotačních i nerotačních tvarů, s přírubou i bez příruby.                  

b)      tažení bez přidržovače – používá se u nízkých a tvarově jednoduchých výtažků tažených z poměrně tlustého materiálu. Tažidla bez přidržovače jsou z hlediska konstrukce jednoduchá, levná a provozně spolehlivá, ale redukce při tažení musí být poměrně malá, jinak se začne okraj taženého přístřihu vlnit.

      c) tažení s přidržovačem – tažený materiál je v průběhu tažné operace přidržován přidržovačem. Tím se dosáhne větších redukcí a zabrání se případnému zvlnění okraje. Pro tažení s přidržovačem jsou vhodné jednočinné a dvoučinné lisy.

 

d) tažení se ztenčením stěny – používá se u součástí s menší tloušťkou stěny než je tloušťka dna. Tloušťka stěny t0 je redukována v mezeře mezi tažníkem a tažnicí na tloušťku stěny t1, přičemž tloušťka dna zůstává nezměněna. Tím se získá delší výtažek. Optimální úhel kužele náběhové hrany tažnice se obvykle pro tažení běžných nízkouhlíkových ocelí volí 60º.

 

e) tažení zpětné – první tah je proveden běžným sdruženým tažidlem, vytáhne se válcový výtažek prostým tažením a ve druhé operaci se provede tažení v obráceném směru. Při tomto tažení se dosahuje až o 25 % větší redukce, než u prostého tažení. Materiál je při tomto způsobu tažení méně namáhán a tím se méně zeslabuje. Okraje výtažku se téměř nikdy nezvlní.

 

f) protahování – protažením materiálu prostřiženým otvorem (obvykle kruhovým) se vytvoří válcová stěna. Protahování otvorů je v podstatě tvoření lemů kolem otvorů nebo po okraji dutých součástí. Ostré hrany se zaoblují a současně dochází k jejich zpevňování. Materiál je v průběhu protahování namáhán pouze tahem. Tuto technologii lze rozdělit na protahování bez ztenčení stěny a se ztenčením stěny.                                                         

 

g) zužování – se zpravidla využívá ke tvarování válcových, trubkovitých polotovarů, k zúžení konců trubek, apod. Tvářecí síla působí tlakem na volné čelo polotovaru a zvolna jej zasouvá do dutiny matrice, která má potřebný tvar. Lze použít i přidržovač.

 

h) rozšiřování – postup i užití je stejný jako u zužování, avšak místo zužování dochází k rozšiřování konců trubek, průměrů výlisku apod.

 

i) vypínání – (také přetahování) je přetváření plechového přístřihu do tvaru jednoduchého výtažku napínáním přes šablonu – tažník. Přístřih plechu je pevně upnut na protilehlých koncích. Protahováním se plech značně oslabuje a zpevňuje. Nevýhodou této technologie je nízká produktivita způsobená dlouhými výrobními časy a velká spotřeba materiálu (část upnutá v kleštinách se odstřihuje). Naproti tomu výhodou je nízké pořizovací náklady nástrojů a můžeme vyrábět výtažky s dvojí křivostí.

 

4. 3. 1   Tažení rotačně symetrických výtažků

 Patří z hlediska výroby k nejjednoduššímu způsobu tažení plechu. Často slouží jako výchozí polotovar pro tažení čtvercových výtažků. Výpočtové vztahy odvozené pro rotačně symetrické výtažky jsou základem pro výpočty výtažků složitějšího tvaru.

           

Velikost napjatosti a deformace je různá v různých fázích tažení a v různých místech polotovaru, jak je uvedeno na obr. 44:

→ v přírubě polotovaru vzniká vlivem tlaku přidržovače prostorová napjatost a deformace. V ploše příruby vznikají radiální tahová napětí σ1 a tangenciální tlaková napětí σ3 a k nim v kolmém směru osová tlaková napětí σ2. Při tažení bez přidržovače se mění schéma napjatosti v přírubě z důvodu absence tlakového napětí σ2.

→ na poloměru tažnice vzniká složitá deformace způsobená prostorovým ohybem za současného působení největšího radiálního tahového napětí σ1 a malého tečného tlakového napětí σ3.

→ válcová část výtažku je podrobena jednoosé tahové napjatosti σ1 a rovinné deformaci. Část výtažku, který přechází válcová část ve dno, je podrobena prostorové nestejnorodé napjatosti, která způsobuje značné prodloužení a ztenčení jeho tloušťky v tomto místě. V důsledku toho je tato oblast výtažku kritickým místem, ve kterém se nejčastěji výtažek poruší.

→ ve dně výtažku vzniká během tažení rovinná tahová napjatost a prostorová deformace.

 

 

4. 3. 1. 1   Stanovení velikosti přístřihu [2]

     Při určování velikosti přístřihu se vychází z předpokladu, že se tloušťka stěn výtažku vzhledem k tloušťce dna nemění, takže plocha přístřihu se rovná ploše povrchu výtažku:           [mm2]                        (21)                            

kde      S……….plocha výstřižku [mm2]

            Sv...……plocha výtažku [mm2]

            D...…….průměr výstřižku [mm]

 

Ze základního vztahu vyplývá rozměr výchozího materiálu:                 [mm]                           (22)

 

kde  [mm2] je součet ploch jednotlivých částí povrchu výtažku zahrnující velikost příruby a přídavek na jeho odstřižení.

 

Po vytažení výtažku vzniknou nerovné okraje, které se z důvodů přesných rozměrů výtažku odstřihují. Proto se musí připočíst při jednooperačním tažení přídavek min. 3 % a při každé další operaci se tento přídavek zvětšuje o 1 % velikosti přístřihu.

Má-li výtažek složitý tvar, používá se pro stanovení povrchu Guldinova pravidla: povrch rotačního tělesa S vytvořený otáčením křivky libovolného tvaru podle osy se rovná součinu z délky tvořící křivky L a dráhy těžiště této křivky, pak platí:

 

                        [mm2]                                                                                  (23)                               

 

kde      x………..vzdálenost těžiště tvořící křivky od osy tělesa [mm]

 

Potom průměr výstřižku je:

               [mm]                                                                                                   (24)                                                                             

kde  je součet součinů dílčích délek l1…n a vzdáleností těžišť těchto délek od osy tělesa x [mm].

 

Dalším možným způsobem určení průměru výstřižku je grafická metoda.

 

 

4. 3. 1. 2  Součinitel a stupeň tažení, počet tažných operací

 

Při podrobném rozboru tažení lze zjisti, že tahová napětí vzrůstají s rostoucí výchozí šířkou prstencové části výchozího materiálu , tj. s rostoucí výškou výtažku h.

Součinitel tažení pro první tah vychází ze vztahu (6) pro poměrné přetvoření:

               [-]                                                                                                (25)                                                     

 

kde      d……konečný průměr výtažku [mm]

            D……průměr přístřihu (rondelu) [mm]

 

Pro další tahy platí     [-]                                                                        (26)                             

 

Převrácená hodnota součinitele tažení m je stupeň tažení K:                [-]        (27)                                                                           

 

Výtažky s tloušťkou pod 1 mm se táhnou s přidržovačem v jednom nebo více tazích, podle příslušných součinitelů odstupňování m1 až mn.

Na volbu součinitele tažení má vliv několik parametrů a to: mechanické vlastnosti materiálu (mez pevnosti, mez kluzu, tažnost), tloušťka plechu, jakost povrchu plechu a mazivo. Čím je tloušťka plechu větší a kvalita použitého maziva lepší, tím je možno použít nižších hodnot součinitele tažení. Plech musí mít dostatečnou drsnost, aby na něm dobře ulpělo mazivo.

Počet tažných operací závisí na tvárnosti materiálu a ukazateli deformace - součiniteli tažení. Pokud je součinitel m1 nižší než doporučená hodnota pro první tah, je nutno tažení rozložit na několik operací (obr. 45)

 

Určení počtu tahů [8]:

1. tah:

2. tah:                                                                                          (28)

3. tah:

n-tý tah :

kde      d1, d2, d3……jsou střední průměry výtažků v jednotlivých operacích [mm].

 

Celkový součinitel tažení je dán součinem součinitelů tažení jednotlivých operací:

                  [-]                                                                              (29)

Norma ČSN 22 73 01 doporučuje volit součinitel tažení pro 2. a další operaci v rozmezí (0,75 ÷ 0,85) nebo lze použít nomogram, uveden v téže normě.

 

 

4. 3. 1. 3   Použití přidržovače [4]

     Táhnout bez přidržovače (u výtažků tažených z poměrně tlustého materiálu) nebo s přidržovačem, aby nedošlo k zvlnění příruby, vyplývá z empirických vztahů ověřených praxí. Obecně lze doporučit potřebný tlak přidržovače pro:

hlubokotažnou ocel                  (2 ÷ 3) MPa

antikorozní ocel                       (2 ÷ 5) MPa

mosaz                                      (1,5 ÷ 2) MPa

hliník                                       (0,8 ÷ 1,5) MPa

 

 

4. 3. 1. 4   Poloměr hran nástroje

     Poloměr hran, zejména tažnice, značně ovlivňuje proces, např. pro 1. či 2. tah je optimální hodnota rt = (6 ÷ 10)t. Vyšší hodnoty vedou ke zvlnění, přidržovač ztrácí funkci; malé hodnoty rt zvyšují tažnou sílu a vzniká nebezpečí utržení dna. Poloměr tažníku rk pro 1. operace bývá shodný s rt.

 

 

4. 3. 1. 5  Tažná mezera [5]

    Velikost tažné mezery zm se volí větší, než je tloušťka plechu, aby se přebytečný materiál mohl  při vytahování přemístit a nepěchoval se. Jen při kalibraci je tažná mezera stejná. Pro stanovení velikosti tažné mezery použijeme vztahu:

zm = (1,2 ÷ 1,3)t0   [mm]          pro první tah                                                                             (30)

zm = (1,1 ÷ 1,2)t0   [mm]          pro poslední tah

 

 

4. 3. 1. 6  Tažná síla a práce

    Stanovení velikosti sil a práce při tažení se používá teoretický vzorec, který je založen na základě rozboru napjatosti a deformací a praktický vzorec, který vychází z přípustného napětí (meze pevnosti) ve výtažku. Praktické vzorce pro výpočet tažné síly vycházejí z toho, že dovolené napětí je na mezi pevnosti, tj. největší tažná síla musí být o něco menší, než síla potřebná na odtržení bočních stěn výtažku při přechodu do dna. Dle velikosti tažné síly se určuje lis, na kterém bude výtažek tažen.

 

Skutečná tažná síla           [N]                                           (31)            

kde C…….součinitel vyjadřující vliv součinitele tažení m s přihlédnutím k poměrné tloušťce s0/D0      

       Rm…. mez pevnosti materiálu (plechu) [MPa]

       d…….průměr výtažku [mm]

       t0……tloušťka plechu [mm]

 

Práce při tažení At                        [J]                                                                 (32)                                                                       

kde      Fc……největší potřebná síla [N]

h…….hloubka výtažku (pracovní zdvih lisu) [mm]

k ……opravný koeficient respektující pracovní diagram,  [-]

 

Tlak přidržovače se počítá dle:     [N]                         (33) 

kde         Sc……….činná (funkční) plocha pod přidržovačem [mm2]

   pp………...měrný přidržovací tlak (viz tab. 3, 4) [MPa]

 

4. 3. 2   Tažení nerotačních výtažků

  Při tažení výtažků nerotačních tvarů, např. výtažků čtvercového, obdélníkového nebo nepravidelného tvaru ,jsou technologické podmínky poněkud odlišné v porovnání s tažením výtažků válcových.

 

Stejně jako u tažení rotačních výtažků vycházíme z předpokladu, že během tažení nedochází k podstatným změnám tloušťky taženého plechu. Stav napjatosti v rohovém zaoblení a ve svislých stěnách je rozdílný. Na rovných stěnách je stav napjatosti podobný jako u ohybu. Největší tahové napětí je v rozích a nejmenší na přímých stěnách výtažku, viz obr. 46.

 

Boční stěny mají při deformaci pravoúhlých výtažků kladný vliv v tom, že:

→ maximální deformace, tj. deformace v rozích je v porovnání s tažením válcových výtažků stejných rozměrů mnohem nižší

→ tangenciální napětí v přírubě jsou menší, příruba je stabilnější

→ součinitel tažení v prvém tahu je v porovnání s válcovým výtažkem nižší.

 

 

4. 3. 2. 1  Stanovení velikosti a tvaru přístřihu dle odborné literatury

    Jedna z možností je určit přibližný tvar přístřihu s postačujícím množstvím materiálu pro tažení obdélníkového výtažku dle obr. 47., kdy čtvercový výtažek má zaoblené rohy jak u dna, tak i v rozích (poloměry R a r). Z toho lze předpokládat, že celkové množství kovu potřebného k vytvoření všech čtyř rohů výtažku je stejné, jako u válcového výtažku stejné výšky a o průměru rovném dvojnásobku rohového poloměru.

Celkovou plochu  přístřihu lze stanovit pomocí poloměru kruhového přístřihu Rc potřebného k tažení teoretického válcového výtažku vytvořeného z odříznutých rohů výtažku obdélníkového:

 

                              [mm]                                                            (34)  

 

Známe-li velikost poloměru Rc, lze nakreslit obdélník (čárkovaně) v měřítku 1:1, jeho rozměry jsou dány obecnými kótami uvedenými na obr. 48. Tento obdélník představuje plochou část dna výtažku. Prodloužením jeho stran nad body A, B, C, D o hodnotu

 

                            [mm]                                                       (35)

                       

se obdrží tvar přístřihu pro obdélníkový výtažek bez rohových částí, tato část je tvářena pouze ohýbáním. Z bodů A až D se opíše čtvrtkružnice o poloměru Rc (obr. 49.). Tím vznikne teoretický tvar přístřihu se správným množstvím kovu pro tažení výtažku, který však nelze použít, protože materiál uniká do stěn tvářených pouze ohybem. Tím by chyběl v rozích a ve stěnách přebýval. Proto se přechody zaoblí poloměrem dle obr. 49, pak mohou vzniknout tři základní tvary rohů přístřihu, podle vzájemného poměru hodnot R, r, h. Tato grafická metoda poměrně přesně určí tvar přístřihu pro tenké plechy. U materiálu tlustších vznikají nestejnoměrné posuny vnitřních a povrchových vrstev materiálu. Proto ji nelze použít.

 

Má-li výtažek přírubu, postupuje se při určování tvaru přístřihu obdobně, pouze při výpočtu poloměru Rc se musí uvažovat i plocha příruby.

 

Dále lze velikost přístřihu vypočítat dle normy dle ČSN 22 7303. V praxi se provede jeden z výše uvedených výpočtů předběžné velikosti plochy výtažku a na lisu se provede 1 ÷ 2 kusy zkusmo. Z výsledků tažení se posoudí, kde je třeba přidat či ubrat materiál, aby nebylo nutno výtažek ostřihovat. Dále se posuzuje šířka příruby, pokud ji má výtažek mít, aby se zabránilo případnému zvlnění. Nebo se příruba navrhne, kvůli lepšímu tažení výtažku. Dále se zvažuje použití brzdících žeber, jejich tvar a rozložení.

 

Součinitel tažení m pro hranaté výtažky je obdobou součinitele tažení válcových výtažků. Vychází z rohové části (místo teoretické válcové nádoby) a je dán jako poměr:

                             [-]                                                                                                         (36)                                                                  

 

kde r1 ….. poloměr zaoblení výtažku [mm]

      R0…...redukovaný poloměr přístřihu [mm]

 

Součinitel tažení pro 2. až n-tý tah:            [-]                                                                   (37)                                                                 

 

Tažení čtyřhranných výtažků se provádí převážně s přidržovačem. Bez přidržovače na jeden tah lze táhnout čtyřhranný výtažek, má-li součinitel tažení pro první operaci potřebnou hodnotu. Výtažky z materiálu s tloušťkou t0 < 1 mm se táhnou s přidržovačem na jeden nebo více operací.

 

Tažná mezera se u tažidel pro nerotační výtažky pro první tahy volí asi 1,1 · t0. Větší tažná mezera se volí také u posledního tažidla při větším počtu tažných operací. Je-li tažná mezera větší, umožní se přirozené zvětšení tloušťky materiálu při tažení v rozích a tím se sníží jednak stupeň zpevnění a jednak velikost tažné síly. Výtažek je v rozích pevnější, jelikož se méně zeslabí. Proto se  volí tažná mezera (tm1, tmr1) různá v podélných stěnách a různá v kruhově zaoblených bočních stěnách.

 

Stanovení tažné mezery v podélné stěně:

tm1 = tmn = (1,15 ÷ 1,3)t          [mm]                                                                                                  (38)

 

Stanovení tažné mezery v rozích:

tmr1 = tmrn = (1,3 ÷ 1,4)t           [mm]                                                                                                  (39)

kde t…...tloušťka taženého plechu [mm]

 

 

 

 

4. 3. 2. 2   Tažná síla a práce

Při výpočtu maximální tažné síly se předpokládá, že v rozích výtažku dochází k tažení a v rovných stěnách k ohybu, pak lze použít vzorec:

                                      [N]                                                  (40)        

kde L……….součet délek přímých částí stěn výtažku [mm]

      C1, C2…..konstanty [-]: C1 = 0,5              mělké výtažky

                                            C1 = 2                pro hlubší výtažky, H = (5 ÷ 6)R

                                            C2 = 0,2             pro nulový přidržovací tlak

                                            C2 = 0,3             pro „normální“ přidržovací tlak

                        konstanty C1, C2 jsou závislé na provedení tažidla, mazaní, druhu a kvalitě taženého plechu apod.

      R………..poloměr zaoblení výtažků [mm]

 

Tažnou sílu lze vypočíst i dle vzorců uvedených v normě ČSN 227303 a ČSN 227301.

 

K tažení hranatých výtažků se využívá speciálně upravená tažnice, ve které jsou zasunuty brzdící žebra. Pod pojmem brzdící žebro se rozumí výstupek vytvořený pod přidržovačem za účelem přibrždění tvářeného materiálu.  Při tažení v nástroji bez brzdících žeber se přítlačné plochy rychle opotřebovávají, což má za následek nerovnoměrnost stlačení materiálu a vznik vln.

Použití brzdících (tažných, předtahových) žeber (lišt, prahu, výstupku) umožňuje:

-zvětšit sevření příruby tvářeného polotovaru, a tím zvýšit přibrždění jeho toku během tažení,

         -rozšířit rozmezí působnosti přidržovacího smýkadla lisu,

         -usměrnit  přemisťování tvářeného polotovaru v rozích v rovných částech tažnice,

-záměrně zvětšovat přibrždění přemisťovaného materiálu na jednotlivých částech (místech tažnice) pomocí brzdících žeber,

   -v některých případech dovoluje snížit jakost obrobení povrchu tažnice i přidržovače tažného nástroje,

         -stabilizuje tažení velkých nepravidelných výtažků.