Transcript Tvarnenie

Tvárnenie
doc. Ing. Harold Mäsiar, CSc.
Šk. rok 2011/2012
1.Tvárnenie
Tvárnenie je technologický postup spracovania kovových i nekovových
materiálov, ktorý používa plastickú deformáciu. Tvárnenie sa rozdeľuje
na základné práce a operácie, ktorými zhotovujeme finálne produkty
tvárnenia – výtvarky jednoduchých i veľmi zložitých tvarov, pričom ich
požadované rozmery a vlastnosti sa dosiahnu na jeden alebo na viac
operačných úkonov. Ekonomický prínos v praxi :
-
-
Vo vysokej využiteľnosti východiskového materiálu, spracovávaného
tvárniacimi procesmi, v porovnaní s ostatnými technológiami v strojárskej
výrobe
V podstatnom zvýšení produktivity práce, nakoľko tvárniace postupy sú
veľmi rýchle a často znižujú počet operácií potrebných na výrobu
výtvarku. V niektorých prípadoch tvárnením vyrábajú hotové súčiastky
1.Tvárnenie
Základné pojmy v tvárnení
Tvárnenie – technologický proces, pri ktorom pôsobením vonkajšieho
zaťaženia na materiál dochádza k jeho trvalej požadovanej zmene tvaru
a to bez porušenia súdržnosti tvárneho materiálu. Tvárnenie je teda
zámerné, riadené plastické pretvorenie východiskového polotovaru za
účelom získania požadovaného tvaru, rozmerov a vlastností výtvarku
b e z
p o r u š e n i a
j e h o
s ú d r ž n o s t i .
Tvárnosť ( plasticita ) – velkosť plastického pretvorenia materiálu do
porušenia súdržnosti v ideálnych podmienkach.
Tvárniteľnosť – schopnosť materiálu trvalo meniť tvar a rozmery
účinkom vonkajšieho zaťaženia bez porušenia súdržnosti v konkrétnych
technologických podmienkach.
1.Tvárnenie
Základné pojmy v tvárnení
Prirodzený pretvárny odpor σP ( pretvárna pevnosť Kp) [ MPa ] –
skutočné nominálové napätie bez pasívnych odporov potrebné pre
vyvolanie, prípadne priebeh plastického pretvorenia v materiály pri
jednoosovom stave napätosti. Je to odpor, ktorý kladie materiál proti
pretvoreniu v ideálnych podmienkach.
Pretvárny odpor σD (k0) [ MPa ] – odpor, ktorý kladie materiál proti
p r e t vo r e n i u p r i t vá r n e n í v s k u t o č ný c h t e c h n ol o gi c k ý c h
podmienkach. Jeho veľkosť závisí od prirodzeného pretvárneho
odporu tvárneho materiálu a od skutočných podmienok tvárnenia.
Pretvárny odpor σD (k0) [ MPa ] je vždy väčší ako Prirodzený
pretvárny odpor σ P ( pretvárna pevnosť K p ) [ MPa ]
1.Tvárnenie
Pretvorenie - trvalá, úmyselná zmena tvaru materiálu
dosiahnutá tvárniacim procesom. Pretvorenie môže byť
vyjadrené ako:
Absolútne pretvorenie ( predĺženie ):
Pomerné pretvorenie :
Skutočné logaritmické pretvorenie:
l  l  l0 mm
l  l0

100 %
l0
l
  ln
l0

2. Rozdelenie tvárniacich
procesov
Rozdelenie podľa teploty tvárnenia :
1.) Tvárnenie za studena – prebieha pri teplote nižšej ako je 0,3.Ttav,
teda pod tepotou rekryštalizácie Tr. Sprievodným javom je
spevňovanie tvárneného materiálu, čiže zvyšovanie jedho
pevnostných mechanických vlstností a naopak, vyčerpávanie
plasticity počas tvárniaceho pochodu.
2.) Tvárnenie za poloohrevu – výška teploty, pri ktorej prebiehajú
tvárniace procesy, je v rozmedzí 0,3 – 0,7 Ttav
3.) Tvárnenie za tepla – teplota tvárnenia je vyššia ako 0,7 Ttav teda
súčasne plastickým pretvorením prebieha aj rekryštalizácia.
Tvárnený materiál sa nespevňuje, lebo účinok spevňovania je
približne v rovnováhe s účinkom rekryštalizácie..
2. Rozdelenie tvárniacich
procesov
Rozdelenie podľa charakteru pretvorenia
1.) Plošné tvárnenie a strihanie – je tvárniaci proces za studena, pri
ktorom dochádza k požadovanej zmene tvaru materiálu bez
podstatnej zmeny prierezu východiskového polotovaru. Patria sem
základné práce tvárnenia ako ťahanie, kovotlačenie, ohýbanie a
strihanie, ktoré spracovávajú polotovary pripravené z materiálu
2.) Objemové tvárnenie – proces tvárnenia za studena, poloohrevu aj
za tepla, pri ktorom požadovaná zmena tvaru materiálu nastane za
podstatnej zmeny prierezu východiskového polotovaru. Patria sem
základné práce tvárnenia ako pretlačovanie, razenie, kovanie a
valcovanie, ktoré spracovávajú polotovary pripravené najmä z
vývalkov tvaru tyče alebo kruhového prierezu.
2. Rozdelenie tvárniacich
procesov
Rozdelenie podľa tvárniaceho stroja
1.) Tvárnenie tlakové – vonkajšie zaťaženie potrebné na
pretvorenie materiálu je vyvodené pokojne pôsobiacou
silou, resp. tlakom šmýkadla lisu.
2.) Tvárnenie úderové – vonkajšie zaťaženie potrebné na
pretvorenie materiálu je vyvodené rázovou energiou –
úderom barana buchara
2. Rozdelenie tvárniacich
procesov
Rozdelenie podľa tepelného efektu
1.) Tvárnenie izotermické – teplo vzniknuté pri plastickom pretvorení
je odvedené do okolia, pričom teplota tvárneného materiálu
zostáva konštantná
2.) Tvárnenie adiabatické – teplo vzniknuté pri plastickom pretvorení
zostáva v tvárnenom materiály, pričom teplota tvárneného
materiálu zostáva konštantná.
3.) Tvárnenie polytropické – teplo vzniknuté pri plastickom pretvorení
sa čiastočne odovzdáva do okolia a čiastočne zostáva v
tvárnenom materiáli a zvyšuje jeho teplotu
3. Tvárniace stroje
Lisy – tvárniace stroje, ktoré pracujú prevažne tlakom
šmýkadla lisu, pričom šmýkadlo je pracovná
pohyblivá časť lisu a pevná časť sa nazýva stôl lisu.
Zdvih : je dráha šmýkadla lisu medzi jeho hornou a
dolnou úvraťou
Menovitá sila lisu: je priestor, ktorý zaberá nástroj s
upínacím zariadením, alebo tvárnený polotovar a
pohybujúca sa časť lisu
Pracovný priestor lisu: je priestor, ktorý zaberá nástroj s
upínacím zariadením, alebo tvárnený polotovar a
pohybujúca sa časť lisu.
3. Tvárniace stroje
Základné delenie lisov
1.) Mechanické lisy – tvárniaca sila je vyvodená z
energetického zdroja mechanicky.
a) kľukové lisy
b) výstredníkové lisy
c) kolenové lisy
d) vretenové lisy
2.) Hydraulické lisy – tvárniaca sila je vyvodená tlakovou
kvapalinou privádzanou z čerpadla
3. Tvárniace stroje
Buchary – tvárniace stroje, ktoré pracujú úderom, rázom barana
buchara, pričom baran je pohyblivá pracovná časť buchara a
pevná časť pri klasických bucharoch sa nazýva šabota.
Rázová energia úderu barana – energia záskaná premenou
kinetickej energie, ktorá bola vyvodená z pádu barana buchara
Základné delenie bucharov :
1.) Klasické buchary so šabotu 2.) Buchary bezšabotové - protibežné
a) mechanické
b) dvojčinné
4. Tvárniace nástroje
Tvárniace nástroje sa skladajú z nasledovných častí:
-
-
-
-
Hlavné pracovné časti : strižník – strižnica, ťažník – ťažnica,
razník – raznica
Pomocných technologických – základové dosky, dorazy,
hľadáčiky, vyhadzovače, vedenie a vodiace dosky
Stavených spojovacích – základové dosky, oporné dosky,
vodiace stĺpiky, upínacie hlavice
Ostatných častí – pružiny, gumové dosky, kliny, vložky
5.Materiál na tvárnenie
Kovové materiály a ich zliatiny
1.) Konštrukčná oceľ – je technická zliatina s uhlíkom a s
ďaľšími prvkami, ktoré môžu byť sprievodné alebo
legujúce (prísadové). Ocele sa podľa obsahu uhlíka a
legujúcich prvkov delia na:
Nízkouhlíkové
Stredneuhlíkové
Vysokouhlíkové
Nízkolegované strednelegované
Vysokolegované
5. Materiál na tvárnenie
Pre spracovanie tvárnením sú najvhodnejšie ocele nízkouhlíkové a
nízkolegované, nakoľko s vyšším obsahom C a legujúcich prvkov
rastie hodnota pevnostných mechanických vlastností ocele, čo
následne ovplyvňuje tvárniteľnosť aj energetickú náročnosť pri
tvárnení.
Konštrukčné ocele určené k tvárneniu za studena i tepla sa delia:
a) Ocele obvyklej akosti – zaručená medza pevnosti, prípadne medzu
klzu a ťažnosť
b) Ocele ušľachtilé – vyššia čistota, zaručené chemické zloženie a
mechanické vlastnosti
5. Materiál na tvárnenie
Druhy oceľových polotovarov používaných v tvárnení:
Ingoty – odlievajú sa v rozsahu hmotnosti 0,5 až 300 a viac ton. Sú určené pre
ďaľšie spracovanie valcovaním v hutách alebo voľným kovaním. Ako
východiskový materiál pre voľné kovanie za tepla sa spracováva ingot
spracováva ingot len do hmotnosti 15 ton. Ingoty sú rôzneho tvaru napr.
kruhové, štvorcové či mnohouholníkové
Predvalky – sú výrobky predvalcovacích tratí, ktoré sú určené najmä k ďaľšiemu
spracovaniu na vývalky vo valcovniach alebo na priame spracovanie v
kováčňach a lisovniach. Predvalky majú jednoduchý tvar priečneho prierezu a
delia sa na bloky, bramy, sochory a ploštiny.
Vývalky – sú finálnym produktom valcovní, majú menšie prierezy ako predvalky,
presnejší tvar a rozmery a kvalitný povrch. Tvárnením sa najčastejšie
spracovávajú tieto vývalky:
Tyče kruhového a štvorcového prierezu do rozmeru 170 – 200 mm
Ploché vývalky – tenké plechy, hrubé plechy a pásy sú dodávané v tabuliach
alebo vo zvitkoch.
5. Materiál na tvárnenie
Neželezné kovy
Hliník a zliatiny hliníka – má veľkú tepelnú vodivosť. Má dobré
plastické vlastnosti a nízku pevnosť Rm = 70 MPa. Využíva sa
v elektrotechnike a potravinárstve, v kovohutníctve
Zliatiny hliníka vhodné k objemovému tvárneniu za studena i za
tepla sa rozdeľujú podľa schopnosti tepelným spracovaním
zvýšiť pevnostné vlastnosti na :
a) Nevytvrditeľné zliatiny Al – so strednými hodnotami
mechanických vlastností a dobrou koróznou odolnosťou.
b) Vytvrditeľlné zliatiny Al – s veľmi dobrými mechanickými
vlastnosťami, ale zníženou koróznou odolnosťou.
5. Materiál na tvárnenie
Meď a zliatiny medi
Meď - má vynikajúce plastické vlastnosti a nízku pevnosť Rm = 200 MPa. Tiež
má veľkú tepelnú a elektrickú vodivosť a využíva sa najmä v
elektrorechnike a strojárstve. Zliatiny medi vhodné k spracovaniu
tvárnením:
Mosadze – s obsahom zinku od 5 – 42 % sú tvárniteľné o pevnosti Rm do 600
MPa. Mosadze do obsahu 32% Zn sú tvárniteľné za studena aj za tepla a
používajú sa na výrobu armatúr, nábojníc, mincí atď.
Bronzy – cínové bronzy – obsahujú do 20 % Sn, pričom tvárniteľné sú len do
obsahu 8% Sn. Dosahujú pevnosť Rm = 380 MPa a ťažnosť 50 %.
Používajú sa na výrobu klzných ložísk a pružín.
Hliníkové bronzy – s obsahom do 12% Al, pričom tvárniteľné sú do obsahu
10% Al. S prísadami prvkov Fe, Mn, Ni dosahujú pevnosť Rm do 600 MPa.
Využívajú sa na výrobu ozubených kolies a klzných ložísk.
5. Materiál na tvárnenie
Nekovové materiály
Plasty (polyméry) sa rozdeľujú :
Termoplasty – makromolekulárne látky, ktoré pôsobením
tepla mäknú a prechádzajú do plastického stavu. Patria sem:
polyolefíny ( polyetylén PE – výroba obalových materiálov;
polypropylén PP – spotrebný tovar ), vynylové polyméry (
polyvinylchlorid PVC – výroba fólií, podlahovín, dosiek;
polystyrén PS – obklady v stavebníctve), polyestery – výroba
textilných vlákien, fólií, plexiskiel, polyamidy PA – výroba vlákien
dĺžením.
Termoplasty sa spracovávajú procesom tvárnenia za tepla –
valcovaním a kovaním, ale najmä technológiou vstrekovania,
vyfukovania či vytlačovania
5. Materiál na tvárnenie
Reaktoplasy ( termosety) – sú plasty, ktoré síce
ohrevom prechádzajú do plastického stavu, ale po
spracovaní na výrobky sa ďalším pôsobením
tepla vytvrdzujú a tak vytvárajú nerozpustné a
netaviteľné látky. Patria sem: fenoplasty FF –
bakelit, epoxidy EP – na odlievanie modelov,
aminoplasty ME – umakart, polyesterové živice,
polyuretány a silikóny.
Na spracovanie reaktoplastov sa používajú tvárniace
technológie lisovania a pretlačovania