Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy
Vliv tváření na mechanické vlastnosti materiálu Diplomová práce
Vedoucí práce: doc. Ing. Josef Filípek, CSc.
Vypracoval: Bc. Jan Zedníček
Brno 2009 1
Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Ústav techniky a automobilové dopravy
Agronomická fakulta 2008/2009
ZADÁNÍ DIPLOMOVÉ PRÁCE Bc. Jan Zedníček Zemědělská specializace Management techniky
Autor práce: Studijní program: Obor: Název tématu:
Vliv tváření na mechanické vlastnosti materiálu
Rozsah práce:
40 - 60 s. + interaktivní CD
Zásady pro vypracování: 1. Vycházejte z teoretických základů tváření a přehledu tvářecích technologií. Určete změnu mechanických vlastností tvářených kovových materiálů s využitím praktického měření a dynamického modelování.
Datum zadání diplomové práce:
říjen 2007
Termín odevzdání diplomové práce:
duben 2009
Bc. Jan Zedníček řešitel
doc. Ing. Josef Filípek, CSc. vedoucí práce
doc. Ing. Miroslav Havlíček, CSc. vedoucí ústavu
prof. Ing. Ladislav Zeman, CSc. děkan AF MZLU v Brně
2
PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma Vliv tváření na mechanické vlastnosti materiálu vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Diplomová práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana AF MZLU v Brně.
dne………………………………………. podpis diplomanta…..….……………….. 3
Poděkování
Děkuji vedoucímu bakalářské práce Doc. Ing. Josefu Filípkovi, CSc. za cenné rady a připomínky, které mi pomohly při zpracování diplomové práce. Dále bych rád poděkoval Ing. Jiřímu Votavovi, Ph.D. za pomoc při laboratorním zpracovávání vzorků. 4
ANOTACE Cílem této diplomové práce je vizualizace jednotlivých způsobů tváření pomocí grafického vektorového programu Macromedia Flash a zjištění změny vlastností kovů tvářených za studena po rekrystalizačním žíhání. K vizualizaci je vybráno celkem devět technologií tváření z oblasti objemového i plošného tváření kovů. Interaktivní animace jsou součástí práce a nacházejí se na přiloženém CD. Další částí práce je laboratorní měření. Měření má za úkol zjištění změn vlastností materiálu. Pro měření bylo použito sedm vzorků mosazi Ms 63 tvářených za studena, z nichž šest vzorků bylo v muflové peci rekrystalizačně žíháno. Následné zkoumání tvrdosti a struktury žíhaného materiálu má za výsledek zjištění, že vlivem rekrystalizačního žíhání dochází k výrazným změnám ve vlastnostech materiálu.
ANNOTATION The aim of this diploma work is visualization of the single forming technique with the help of graphic vectorial programme Macromedia Flash and detect changes of cold – formed metal features and changes after recrystallic annealing. For visualization is chosen nine technologies forming from areas voluminous and flat molding metals. Interactive animation is part of the work and is situated on the enclosed CD. Next part of the work is laboratory measurement. Metering has one task – inquest changes of material features. For metering was used seven brass cold – formed samples Ms 63, six of them were in mufti oven recrystallic annealed. Following investigation of hardness and textures shows that influence of recrystallic annealing happens to expressive changes in material features.
5
OBSAH 1. ÚVOD........................................................................................................................... 8 2. ZÁKLADY TEORIE TVÁŘENÍ ................................................................................. 8 2.1 Vliv plastické deformace na strukturu a vlastnosti kovů................................. 8 2.1.1 Tváření za studena .................................................................................... 9 2.1.2 Tváření za tepla....................................................................................... 10 2.1.3 Deformační stárnutí ................................................................................ 11 2.2 Tvářitelnost kovů ........................................................................................... 11 2.3 Deformační odpor.......................................................................................... 12 2.4 Stav napjatosti a deformace ........................................................................... 12 3. OBJEMOVÉ TVÁŘENÍ KOVŮ ................................................................................ 13 3.1 Přehled základních operací objemového tváření ........................................... 13 3.2 Konstrukce výkovků pro volné kování.......................................................... 20 3.2.1 Metody volného kování .......................................................................... 20 3.3 Konstrukce zápustkových výkovků ............................................................... 21 3.3.1 Technologie zápustkového kování ......................................................... 21 3.4 Konstrukce výkovků zhotovených speciálními technologiemi ..................... 22 3.4.1 Kalibrované výkovky.............................................................................. 22 3.4.2 Rotačně kované výkovky........................................................................ 22 3.4.3 Rozválcované výkovky........................................................................... 23 3.4.4 Bezvýronkově kované výkovky ............................................................. 23 3.5 Konstrukce součástí pro objemové tváření za studena .................................. 24 3.5.1 Technologie protlačování ....................................................................... 24 3.5.2 Technologie vtlačování........................................................................... 25 4. PLOŠNÉ TVÁŘENÍ KOVŮ ...................................................................................... 26 4.1 Možnosti plošného tváření kovů.................................................................... 26 4.1.1 Základní práce a operace v technologii plošného tváření....................... 26 4.1.2 Tvařitelnost za studena základních kovových materiálů ........................ 26 4.2 Konstrukce výstřižků ..................................................................................... 31 4.3 Konstrukce výtažků ....................................................................................... 31 4.4 Konstrukce ohýbaných součástí .................................................................... 32 5. CÍL PRÁCE ................................................................................................................ 33 6. MATERIÁL A METODY ZPRACOVÁNÍ ............................................................... 33 6.1 Popis prostředí programu Macromedia Flash MX 2004 ............................... 33 6.1.1 Panel nástroje.......................................................................................... 35 6.1.2 Časová osa .............................................................................................. 37 6.1.3 Vrstvy ..................................................................................................... 38 6
6.2 Vlastní animace ............................................................................................. 39 6.2.1 Zápustkové kování.................................................................................. 39 6.2.2 Bezvýronkové kování ............................................................................. 40 6.2.3 Podélné válcování ................................................................................... 41 6.2.4 Válcování na válcovací stolici ................................................................ 42 6.2.5 Stříhání.................................................................................................... 43 6.2.7 Tažení ..................................................................................................... 44 6.2.8 Zpětné protlačování ................................................................................ 45 6.2.9 Rotační tlačení ........................................................................................ 46 6.2.5 Příčné válcování...................................................................................... 47 6.3 Zjišťování změny mechanických vlastností mosazi ...................................... 47 6.3.1 Postup měření ......................................................................................... 47 6.3.2 Metalografické snímky mosazi............................................................... 49 6.3.2.1 Vzorek W......................................................................................... 49 6.3.2.2 Vzorek A.......................................................................................... 50 6.3.2.3 Vzorek B.......................................................................................... 50 6.3.2.4 Vzorek C.......................................................................................... 51 6.2.3.5 Vzorek D.......................................................................................... 51 6.2.3.6 Vzorek H.......................................................................................... 52 6.2.3.7 Vzorek K.......................................................................................... 52 6.3.3 Grafické vyjádření vlivu rekrystalizačních teplot na tvrdost mosazi ..... 53 6.3.4 Přehled přístrojů...................................................................................... 54 6.3.4.1 Muflová pec MP .............................................................................. 54 6.3.4.2 Metalografická bruska ..................................................................... 55 6.3.4.3 Metalografická leštička.................................................................... 55 6.3.4.4 Tvrdoměr ......................................................................................... 56 6.3.4.5 Metalografický mikroskop............................................................... 56 7. ZÁVĚR ....................................................................................................................... 57 8. SEZNAM LITERATURY.......................................................................................... 58 9. SEZNAM OBRÁZKŮ................................................................................................ 59 10. SEZNAM TABULEK .............................................................................................. 61
7
1. ÚVOD Podstatou tváření kovu je vyvolání jejich plastických deformací, kterými se trvale mění tvar a rozměry tvářeného tělesa. Cílem technologie tváření je zpravidla dosažení požadovaného tvaru součásti, ale často také zlepšení mechanicko-fyzikálních vlastností výchozího polotovaru. Tváření kovů patří k nejhospodárnějším metodám jejich technologického zpracování vzhledem k minimálnímu odpadu materiálu. Technologie tváření zabezpečuje růst produktivity práce, úspory materiálu a energie, a to většinou současně. Metody tváření lze rozdělit podle převládajícího stavu napjatosti na: Tváření objemové s převážně prostorovým stavem napjatosti, kdy dochází ke změně tvaru v celém objemu při všestranném přemísťování materiálu a tedy při podstatné změně průřezu výchozího polotovaru. Tváření plošné s převážně rovinným stavem napjatosti, kdy se dosahuje změny tvaru bez podstatné změny průřezu výchozího polotovaru, např. při tváření plechu.
2. ZÁKLADY TEORIE TVÁŘENÍ U kovových materiálů probíhá nejdřív deformace pružná (elastická) a při určité velikosti se mění v trvalou (plastickou). Při překročení určité hodnoty napětí, kterou je pro jednoosou napjatost mez kluzu, probíhá deformace nadále jako homogenní, ale její nárůst je rychlejší než nárůst napětí a deformace zůstává z části zachována i po zrušení napětí. Celková deformace je tvořena vratnou (elastickou) a nevratnou (plastickou) složkou. Přemísťování hmoty je v procesu plastické deformace důsledkem difuzního pohybu a pohybu dislokací. V teplotní oblasti, ve které je tepelně aktivovaný pohyb atomů málo významný, je rozhodujícím mechanismem plastické deformace skluz, který spočívá v pohybu dislokací. Většina kovů má vysoký počet skluzových systémů, a tedy vysokou tvárnost. Aktivita skluzových systémů se zvyšuje s teplotou, a proto s teplotou vzrůstá i tvárnost kovů. Probíhá-li deformace za vysokých teplot, mohou se významně uplatnit také mechanismy plastické deformace, a to zejména při malé deformační rychlosti.
2.1 Vliv plastické deformace na strukturu a vlastnosti kovů Při deformaci kovů dochází k významným mechanickým, fyzikálním a strukturním změnám, které jsou závislé na výšce deformační teploty. Rozlišujeme tváření za 8
studena, kdy
, a tváření za tepla, kdy
je teplota rekrystalizace
deformovaného kovu.
2.1.1 Tváření za studena Průvodním jevem plastické deformace kovů je deformační zpevnění mající odraz ve změně jejich mechanických a fyzikálních vlastností. Změna mechanických vlastností spočívá v poklesu hodnot, jež charakterizují plastičnost kovu, tj. tažnosti, kontrakce a vrubové houževnatosti při současném vzrůstu tvrdosti a pevnosti (Obr. 1). Tažnost klesá prudce zejména v počátku deformace. Mez kluzu a mez pevnosti neustále rostou, ovšem mez kluzu rychleji a při vyšších stupních deformace se přibližuje k mezi pevnosti, které může někdy i dosáhnout. Zpevňování materiálu je doprovázeno i změnou fyzikálních vlastností. Zvyšuje se hustota materiálu, částečně roste jeho elektrický odpor a snižuje se permeabilita, materiál ztrácí odolnost proti korozi.
Obr. 1 Závislost mechanických hodnot materiálu na stupni deformace
Plastická deformace kovů je doprovázena pootáčením jednotlivých bloků krystalů a jejich drobením na menší celky. Jednotlivé krystaly se protahují a orientují ve směru působení vnější síly. Fragmentace zrn a jejich pootáčení, protažení a usměrněná 9
orientace vytvářejí vláknitý vzhled struktury, který je ještě umocněn řádkovitým uspořádáním vměstků. Vměstky se při dostatečné tvárnosti usměrněně protahují stejně jako zrna kovu a při malé tvárnosti jsou rozdrobeny a rozmístěny do řádku sledujících směr deformace kovu. Tvářený kov se tak vyznačuje texturou, jejíž intenzita stoupá se stupněm deformace. Důsledkem popsaných jevů, které zapříčiní vznik textury je anizotropie vlastností deformovaného kovu. Mechanické vlastnosti, především vrubová houževnatost napříč vláken je horší nežli ve směru vláken. Zvýšení pevnosti deformací materiálu za studena lze účelně využít v technické praxi. Ovšem pokles plastičnosti a termodynamicky nerovnovážný stav si mnohdy vynucuje návrat zdeformované struktury k původnímu rovnovážnému stavu. Tuto regeneraci vlastností lze dosáhnout tepelně aktivovanými difúzními pochody. Při teplotě T < 0,3TrAVprobíhá difúze bodových poruch vzniklých při deformaci a dochází k jejich postupnému zániku. Tento proces se nazývá zotavení a jeho důsledkem je změna fyzikálních vlastností. Při vyšší teplotě T > 0,4
nastává krystalizace
deformovaného kovu, kdy jsou zdeformovaná zrna nahrazena novými rovnoosými zrny s nízkou hodnotou dislokací. Průběh rekrystalizace je ovlivněn teplotou a stupněm deformace tvářeného kovu. Rekrysta1izace začíná až při určitém stupni deformace ε = 5 až 10%, ovšem výsledkem je velmi hrubá struktura s nízkými mechanickými vlastnostmi; jde o kritický stupeň deformace. Pro zajištění jemnozrnné struktury a dobrých mechanických vlastností je třeba kritický stupeň deformace při tváření značně překročit.
2.1.2 Tváření za tepla Při tváření za teploty T >
je řídicím mechanismem plastické deformace:
Difuzní viskózní tok na hranicích bloku a zrn, který se však může uplatnit pouze při specifických podmínkách tváření spočívajících v určité vysoké teplotě a velmi nízké rychlosti deformace u některých materiálů s velmi jemným stabilním zrnem, nebo při tváření za teploty fázové přeměny materiálu. Tyto specifické případy, kdy kovové materiály vykazují tzv. superplasticitu, což znamená, že u nich lze při nízkém napětí dosáhnout deformaci řádově ve stech procentech, mají dosud značně omezené praktické využití. Skluz, který je bezprostředně doprovázen probíhající rekrystalizací. Výsledkem tváření je rovnoosá, nezpevněná struktura kovu. Rekrystalizací se však přeměňují pouze 10
kovová zrna, zatímco nekovové vměstky zachovávají svoje usměrněné rozložení dané deformací. I po tváření za tepla je proto struktura řádkovitá a obsahuje-li větší množství vměstku, vyznačuje se texturou a anizotropií vlastností.
2.1.3 Deformační stárnutí Další významnou změnou vlastností, která může nastat u tvářeného materiálu, je jeho deformační stárnutí. V důsledku deformačního stárnutí se v závislosti na čase mění vlastnosti plasticky deformovaného materiálu, přičemž rychlost těchto změn roste s teplotou. Stárnutí způsobuje pokles tažnosti a kontrakce, dochází ke vzniku ostré meze kluzu a k jejímu postupnému zvyšování. Zvyšuje se i mez pevnosti, ovšem s menší intenzitou, takže se vlivem stárnutí obě meze přibližují, čímž se zhoršují plastické vlastnosti materiálu.
2.2 Tvářitelnost kovů Tváření kovů je umožněno jejich specifickou vlastností — plastičností. Plastičnost je definována jako schopnost materiálu trvale se deformovat pod účinkem vnějších sil. Lze ji posuzovat na základě charakteristických hodnot získaných při základních mechanických zkouškách. Například při tahové zkoušce to jsou: -
pevnostní charakteristiky Rc, Rm,
-
charakteristiky houževnatosti A, Z,
-
hodnota skutečné deformace
-
exponent zpevnění n.
Plastičnost se hodnotí také plastometrickými metodami na speciálních strojích plastometrech. V technologii tváření je mnohdy tvářitelnost kovů vyjadřována technologickou tvářitelností. Technologická tvářitelnost se stanovuje na podkladě technologických zkoušek, které jsou prováděny v podmínkách stejných či velmi blízkých jako skutečná technologická metoda. Tvářitelnost materiálu je dána jeho chemickým složením a stavem struktury, ale je možno ji ovlivňovat podmínkami deformace, tj. teplotou, rychlostí deformace a stavem napjatosti. Metodika zkoumání vlivu teploty a rychlosti deformace je zaměřená na vliv těchto veličin na hodnotu deformačního odporu.
11
2.3 Deformační odpor Deformační odpor kovu představuje souhrn všech napětí, která musí překonávat tvářecí síla při realizaci tvářecího procesu. Deformační odpor
je souhrn přirozeného deformačního odporu
,
který reprezentuje vnitřní pevnost materiálu a pasivních odporů, které se spolupodílejí při pohybu kovu v technologickém procesu; nejvýznamnější z nich je tření. Aby tedy při konkrétních podmínkách deformace docházelo k pohybu kovu, musí být tlak na těleso p >
.
Přirozený deformační odpor závisí na vlastnostech (pevnosti) kovu a na činitelích, které tyto vlastnosti v procesu deformace mění. Jsou to velikost deformace, rychlost deformace a teplota. Velikost deformace je možno vyjádřit mnoha způsoby. V technologii tváření je nejužívanější vyjádření pomocí poměrné deformace a skutečné deformace. Poměrná deformace je poměr absolutní deformace a původního rozměru tělesa:
Skutečná deformace se získá rozdělením a integrací absolutní deformace:
kde
jsou rozměry tělesa před a po deformaci. Pod pojmem rychlost deformace se rozumí přírůstek deformace za jednotku času.
Matematicky jde o první derivaci deformace podle času:
kde v je rychlost pohybu tvářecího nástroje odvislá na typu použitého tvářecího stroje.
2.4 Stav napjatosti a deformace Tvářitelnost kovů je závislá i na stavu napjatosti v deformovaném tělese, který vyjadřuje mechanické podmínky plastické deformace. Napjatost je vyjádřena pomocí tří hlavních normálových napětí
>
>
která mohou nabývat kladné, záporné nebo
nulové hodnoty. Zatímco jednoosá napjatost se u reálných tvářecích pochodů prakticky nevyskytuje a rovinná napjatost se uplatňuje pouze při jednoduchém zpracování plechu, existuje ve většině případů napjatost prostorová.
12
Tvářitelnost kovů není stejná pro všechny stavy napjatosti, ale vzrůstá s počtem tlakových napětí. Největší deformační schopnost vykazuje materiál podrobený trojosému tlaku. V teorii tváření je deformaci třeba chápat jako veličinu, která má nejen určitou velikost, ale i směr a smysl. Stav deformace lze posuzovat obdobným způsobem jako stav napjatosti a odvodit pro něj tenzor se třemi složkami hlavních poměrných deformací . Protože ze zákona o zachování objemu, jehož matematická formulace je = 0, vyplývá, že jedna ze tří hlavních deformací je vždy rovna součtu dvou zbývajících, jsou možná pouze tři schémata hlavních deformací (Obr. 2).
Obr. 2 Schéma hlavních deformací a) tahová, b) smyková, c) tlaková
3. OBJEMOVÉ TVÁŘENÍ KOVŮ 3.1 Přehled základních operací objemového tváření Objemové tváření je definováno jako deformační proces, u něhož se dosahuje požadované změny tvaru změnou průřezu výchozího polotovaru. Podle ČSN se objemové tváření rozděluje na: 1. Protlačování, tj. proces, při kterém tvářený materiál teče působením vysokého tlaku. Dělí se na: a) dopředné protlačování, kdy materiál teče ve směru pohybu průtlačníku (Obr. 3), b) zpětné protlačování, kdy materiál teče proti směru pohybu průtlačníku (Obr. 4), c) sdružené protlačování, kdy se materiál přemísťuje současně ve směru i proti směru pohybu průtlačníku (Obr. 5), d) stranové protlačování, kdy je materiál přemísťován kolmo na směr pohybu průtlačníku (Obr. 6), e) vtlačování, používané při výrobě funkčních dutin nástrojů tvářením (Obr. 7).
13
Obr. 3 Schéma dopředného protlačování
Obr. 4 Schéma zpětného protlačování
a) protlačování plného tělesa,
1 - průtlačník, 2 - průtlačnice,
b) protlačování dutého tělesa;
3 - polotovar, 4 – průtlaček
1 - průtlačník, 2 - průtlačnice, 3 - polotovar, 4 – průtlaček
Obr. 5 Schéma sdruženého protlačování
Obr. 6 Schéma stranového protlačování
1 - průtlačník, 2 - průtlačnice,
1 - průtlačník,
3 - polotovar, 4 - průtlaček, 5 - trn
2 - dělená průtlačnice, 3- polotovar, 4- průtlaček
14
Obr. 7 Schéma technologie vtlačování 1 - vtlačovací trn, 2 – zděř 3
– polotovar, 4 – výrobek
2. Ražení, kdy je tvářen pouze povrch materiálu, jak je tomu při výrobě mincí, vytváření rýh a reliéfů na povrchu součásti. 3. Kování, charakterizované jako tváření materiálu na kovadle nebo v zápustce působením síly vyvozené kladivem, beranem bucharu nebo lisu, pohyblivým příčníkem hydraulického lisu. Dělí se na: a) kování zápustkové, při kterém je tečení materiálu řízeno jednoúčelovým nástrojem — zápustkou. Dělí se dále na zápustkové kování s výronkem (Obr. 8) a bez výronku (Obr. 9), b) kování volné, při němž se materiál zpracovává převážně postupně za použití víceúčelových nástrojů a nářadí. Rozděluje se dále na řadu dílčích operací, z nichž nejvýznamnější jsou pěchování (Obr. 10), kdy je zvětšován příčný průřez polotovaru na úkor jeho výšky, prodlužování, jehož princip je opačný a kam patří i prodlužování a rozkování na trnu, osazování, prosazování a přesazování, děrování plným a dutým trnem, sekání.
15
Obr. 8 Schéma zápustkového kování
Obr. 9 Schéma bezvýronkového kování
1 - horní polovina zápustky,
1 - horní zápustka,
2 - polotovar,
2 - polotovar,
3 - výkovek,
3 - bezvýronkový výkovek,
4 - dolní polovina zápustky
4 - dolní zápustka
Obr. 10 Schéma pěchování
4. Válcování, což je tváření materiálu tlakem válců. Dělí se na: a) podélné válcování, při němž je materiál vtahován mezi válce a stlačován na požadovaný průřez, přičemž jsou podélné osy polotovaru a válců na sebe kolmé (Obr. 11), b) podélné tvarové válcování, jež se dělí na plynulé (Obr. 12), kde je tvarem kalibru určen příčný průřez vývalku, přerušované (Obr. 13), kdy je válcování uskutečněno v 16
kalibru vytvořeném na části obvodu válce, periodické (Obr. 14), u něhož je opakující se tvar výrobku vytvořen v kalibru, c) příčné tvarové válcování, kde tvarové válce vyvozují šroubovými plochami axiální sílu, která způsobuje přemísťování materiálu ve směru osy (Obr. 15), d) kosé válcování, při kterém jsou osy válců a polotovaru mimoběžné. Patří sem děrování kosými válci (Obr. 16), kdy je v rotujícím vývalku, který se posouvá mezi válci, vytvořena dutina a kosé periodické válcování (Obr. 17), kde je tvar výrobku určen šroubovým kalibrem na obvodu válců, e) rozválcování dutých polotovarů na požadovaný průměr (Obr. 18), f) vroubkování, tj. vytváření rýh na povrchu rotačního polotovaru, g) válcování závitu závitovými válci vyvozujícími radiální a axiální sílu.
Obr. 11 Podélné válcování
Obr. 12 Podélné tvarové válcování plynulé
Obr. 14 Podélné tvarové válcování
Obr. 13 Podélné tvarové válcování
periodické
přerušované
17
Obr. 16 Děrování kosými válci
Obr. 15 Příčné tvarové válcování
Obr. 18 Rozválcování
Obr. 17 Kosé periodické válcování
5. Kalibrování, které zajišťuje zpřesnění rozměrů, tvaru a jakosti povrchu. Pro součásti zhotovené objemovým tvářením je to: a) rovinné kalibrování (Obr. 19) mezi dvěma nebo více rovinami, b) tvarové kalibrování v dutině (Obr. 20), c) kalibrování válcováním (Obr. 21).
Obr. 19 Rovinné kalibrování
Obr. 20 Tvarové kalibrování v dutině
18
Obr. 21 Kalibrování válcováním
6. Ostatní metody objemového tváření a) radiální kování (Obr. 22), které se využívá např. při tváření plošek, zářezů, mnohohranů, ozubených pastorků atd., b) rotační kování s obdobným principem (Obr. 23), kdy se kovátka nebo polotovar otáčejí a kován je výkovek rotačního tvaru, c) válečkování, kdy je dynamickým účinkem rotujících válečků zvyšována geometrická přesnost a jakost povrchu a zpevňována povrchová vrstva součásti (Obr. 24).
Obr. 23 Rotační kování
Obr. 22 Radiální kování
Obr. 24 Válečkování
19
3.2 Konstrukce výkovků pro volné kování 3.2.1 Metody volného kování Technologií volného kování se zhotovují velké tvarově jednodušší výkovky v kusové a malosériové výrobě. Výkovky jsou kovány z ingotů a sochorů ohřátých na kovací teplotu kovu a pro jednoduchý pomocný nástroj na bucharech a lisech určených pro volné kování. Požadovaný tvar výkovku se získá kombinací základních operací volného kování, tj.: Pěchování - podmínkou pěchování je zajištění poměru délky polotovaru k jeho průměru
kde
Síla lisu pro pěchování se vypočítá:
= 0,5 až 0,8 je součinitel, jehož hodnota klesá se vzrůstem hmotnosti výkovku, jsou průměr, výška a plocha příčného průřezu napěchovaného výkovku. Práce
potřebná k napěchování výkovku kruhového průřezu:
kde V je objem výkovku, µ = 0,4 je součinitel tření. Prodlužování - v důsledku stlačení průřezu prodlužované tyče dochází k jejímu prodloužení a rozšíření. Vztah mezi stlačením a šířením je exponenciální:
Vzhledem k stálosti objemu
Kde součinitel šíření s = 0,2 až 0,6 vzrůstá se vzrůstem poměru Při prodlužování na trnu se vyděrovaný předkovek kove do délky na kuželovitém trnu s úkosem 1 : 100 úzkými, většinou tvarovými kovadly. Při rozkování na trnu se materiál naopak prodlužuje tangenciálně úzkým kovadlem rovnoběžným s osou trnu. 20
Osazování, prosazování a přesazování - Tyto operace se využívají při místním zmenšování nebo přemísťování průřezu při zachování rovnoběžnosti os. Před vlastní operací kovadlem se ve výkovku zhotoví zásek do požadované hloubky. Děrování - díry ve výkovcích, jejichž průměr je menší než 400 mm, se děrují plným trnem, větší průměry trnem dutým. Vyšší výkovky se děrují nejdříve z jedné strany zatlačením trnu asi do 2/3 výšky, zbytek materiálu (blána) se proděruje z druhé strany. Sekání - sekáním se oddělují části výkovků, nebo se nasekne část výkovku, která bude dále prodlužována. Sekání je prováděno ze dvou stran, materiál je naseknut a po otočení o 180° doseknut, nebo u větších průřezů, ze čtyř stran.
3.3 Konstrukce zápustkových výkovků 3.3.1 Technologie zápustkového kování Zápustkovým kováním se zhotovují výkovky o hmotnosti několik desítek gramů až stovek kilogramů. Pro zkoušení a dodávání výkovků platí ČSN 42 0271 rozdělení zápustkových výkovků podle složitosti tvaru je v ČSN 42 9002, Podle této normy jsou výkovky označeny pětimístným číslem, s přesně definovaným významem. Při zápustkovém kování se polotovar, zpravidla ústřižek z tyče, ohřátý na kovací teplotu tvaruje v dutině nástroje - zápustky. Zápustka, která je složena z horní a dolní poloviny, se vkládá do pracovního prostoru tvářecího stroje. Vlastní kování se v závislosti na složitosti tvaru výkovku a použitém kovacím stroji uskutečňuje v jedné dutině zápustky nebo postupně ve více dutinách. Technologie zápustkového kování většinou neumožňuje dosažení takové kvality povrchu a přesnosti jaké jsou požadovány na hotové součásti, a proto jsou výkovky zhotovovány s přídavky na obrábění. Tvar součásti je třeba přizpůsobit ke kování v zápustce technologickými přídavky. Převážná většina zápustkových výkovků je kována v zápustce s výronkovou drážkou, do které je při kování vytlačen přebytečný materiál polotovaru, čímž je vytvořen výronek na výkovku. Schéma obrobku a výkovku součásti je na obr. 25.
21
Obr. 25 Schéma obrobku a zápustkového výkovku součásti 1 – přídavek technologický, 2 – přídavek na obrábění, 3 – výronek
3.4 Konstrukce výkovků zhotovených speciálními technologiemi 3.4.1 Kalibrované výkovky Kalibrování je metoda umožňující získání výkovků vysoké přesností s hladkým a čistým povrchem. Kalibrace se provádí za tepla i za studena. Je-li přídavek na kalibraci velký, vzniká během této operace malý výronek, který se odstraňuje odstřižením za studena, aby nedošlo k deformaci kalibrovaného výkovku. Výkovky z nelegovaných ocelí s obsahem C > 0,2 % a všechny legované oceli se před kalibrováním za studena žíhají. Největší přesnosti je dosahováno rovinným kalibrováním protilehlých rovnoběžných ploch.
3.4.2 Rotačně kované výkovky
Rotačním kováním se zhotovují podélné výkovky tvaru osazených tyčí plných i dutých. Kování se uskutečňuje několika kovátky, která se současně pohybují na krátké dráze v radiálním směru a zpět, a podle zadaného programu redukují průřez popř. tloušťku stěny výkovku. Rotační kování se uskutečňuje za studena i za tepla. Mimo přesného vnějšího tvaru výkovku je možné též vykování přesného i tvarově složitého vnitřního tvaru dutého výkovku, a to tak, že se při kování vkládá do výkovku trn požadovaného tvaru.
22
3.4.3 Rozválcované výkovky Výkovky tvaru prstenců, především ložiskové kroužky středních a větších průměrů, se zhotovují rozválcováním. Polotovarem pro rozválcování bývá ústřižek z trubky nebo výkovek kroužku malého průměru. Rozválcováním, při kterém je zeslabována tloušťka stěny kroužku za současného zvětšování průměru, se zvyšuje tvarová a rozměrová přesnost výkovku, což umožní snížení výrobních i materiálových nákladů. Rozválcováním lze vyrobit tvary kroužků zápustkovým kováním nedosažitelné při zvýšení kvality povrchu a zlepšení mechanických vlastností materiálu. Rozválcování velkých kroužků se provádí za kovací teploty materiálu. Přesnost součástí zhotovených rozválcováním záleží na způsobu rozválcování a pohybuje se v setinách milimetrů při zhotovování kroužků s vnějším průměrem kolem 150 mm rozválcováním za studena, až po několik milimetrů při válcování velkých kroužků za tepla.
3.4.4 Bezvýronkově kované výkovky Při kování v uzavřených zápustkách, bez výronku, se celý objem materiálu polotovaru spotřebuje na vyplnění dutiny zápustky. Pro splnění tohoto předpokladu a zajištění kvality výkovku je třeba zajistit: -
přesné dodržení objemu polotovaru
-
kvalitní plochu po dělení polotovaru
-
přesné založení, ustředění polotovaru v zápustce
Přesnost a kvalita polotovaru je závislá na jeho přípravě, zejména dělení polotovarů z tyčí. Třískové dělení, které zajistí nejpřesnější polotovar a dobrou jakost dělené plochy je z ekonomického hlediska možno použít jen výjimečně. Nejpoužívanější je stříhání polotovarů na lisech ve stříhacím přípravku. O jakosti střižné plochy rozhoduje zejména ohybový moment, vlastnosti stříhaného materiálu, rychlost stříhání a vůle mezi noži. Přesnost objemu stříhaných špalíků závisí na mezních úchylkách průměru stříhané tyče a úchylkách podávání tyče. Použije-li se taženého nebo loupaného tyčového materiálu a automatického podávacího zařízení, jsou objemy nastříhaných špalíků v mezích + 1 %. Z hlediska tvaru a složitosti výkovku jsou pro kování v uzavřené zápustce nejvhodnější součásti rotační nebo jim blízké. Při kování v uzavřené zápustce existuje ve výkovku pouze tlakový stav napjatosti, což se příznivě odráží v kvalitě výkovků a
23
umožňuje snížení přídavků a tolerancí rozměrů. Pro vyloučení přesazení se zpravidla celý výkovek umísťuje do jedné poloviny zápustky. Přesné bezvýronkové kování je vhodné zejména při zhotovování nízkých rotačních výkovků ozubených kol, setrvačníků, přírub apod. Kováním se dosahuje přesnost, která mnohdy umožňuje vynechat dokončující operace. U vhodných tvarů se přitom dosahuje 10 až 30 % úspory kovu.
3.5 Konstrukce součástí pro objemové tváření za studena Objemovým tvářením za studena se zhotovují drobnější, zpravidla tvarově složité součásti s využitím základních tvářecích operací, zejména pěchování, protlačování, ostřihování a děrování, přičemž rozhodující operací je téměř vždy protlačování. Jde o součásti typu svorníků, trubek, kalíšků apod. z neželezných slitin i ocelí s malým a středním obsahem uhlíku. Dosažitelná hospodárná přesnost tvarově jednoduchých výrobků z ocelí se pohybuje mezi IT 8 až IT 10. Netolerované rozměry jsou v třídě přesnosti f a m podle ČSN 1SO 2768-1. Úchylka ovality bývá (0,2 až 0,6) % z vnějšího průměru. Drsnost povrchu je přímo závislá na jakosti opracování činných částí nástrojů a jejich dovoleném stupni opotřebení, na jakosti povrchu polotovaru apod. Při pečlivé přípravě polotovaru a dobré kvalitě nástroje je srovnatelná s broušeným povrchem a je
= 0,4 až 12,5 µm. Také
odolnost proti otěru je u těchto povrchů velmi dobrá, a to jak při kluzném, tak i valivém tření. Při výrobě kalíšků z neželezných kovů lze tloušťku stěny do 0,5 mm vyrobit s tolerancí 0,04 mm, tenčí stěnu s tolerancí 0,02 mm. Stěny tlustší než 0,5 mm se protlačují s přesností 0,08 až 0,1 mm. Tloušťka dna bývá v toleranci 0,1 mm, prohnutí výrobku je při délce 120 mm 0,1 až 0,2 mm.
3.5.1 Technologie protlačování Základní způsoby protlačování jsou určeny směrem tečení kovu v nástroji. Rozeznáváme protlačování: Dopředné (Obr. 3), kdy v průtlačnici teče protlačovaný kov ve směru pohybu průtlačníku. V závislosti na tvaru polotovaru a průtlačníku má výrobek tvar plné nebo duté tyče obecného průřezu.
24
Zpětné (Obr. 4), kdy kov teče mezerou mezi průtlačníkem a protlačnicí proti směru pohybu průtlačníku. Výrobky mají tvar kalíšku. Sdružené (Obr. 5), vzniká kombinací obou předchozích způsobů, je však třeba dodržet podmínku, že stupeň deformace spodní části průtlačku musí být menší než v horní části vznikající zpětným protlačováním. Stranové (Obr. 6), kdy je kov vytlačen v dělené průtlačnici tlakem horního a spodního průtlačníku v radiálním směru kolmo na směr pohybu průtlačníku. Polotovar k protlačování je špalík ustřižený nebo uříznutý z tyče, prstenec z trubky nebo svinutého a svařeného drátu apod. Polotovary jsou před protlačováním žíhány na měkko pro dosažení minimální pevnosti a homogenní, jemnozrnné globulární struktury. Vhodných vlastností polotovaru se dosahuje také kombinovaným žíháním, tj. normalizačním žíháním k zrovnoměrnění zrna a následným žíháním na měkko. Po žíhání je polotovar zbaven nečistot mechanicky nebo mořením. Důležitou podmínkou protlačování je vytvoření mazací vrstvy mezi protlačovaným materiálem a nástrojem. Používá se fosfátování povrchu a mazání rozpustným mýdlem, olejem, tukem apod. Tvářením za studena se významně mění mechanické vlastnosti materiálu — dochází ke zpevnění. Při výrobě průtlačku několika tvářecími operacemi se zpevnění získaná v jednotlivých operacích sčítají a při velkém nárůstu zpevnění je nutno do technologického postupu zařadit rekrystalízační žíhání.
3.5.2 Technologie vtlačování Vtlačování je metoda, která se používá k efektivní výrobě funkčních dutin v nástrojích, zvláště při vysokých nárocích na přesnost rozměrů a kvalitu povrchu dutiny. Technologie výroby dutin vtlačováním spočívá v tom, že se dutina vyrobí vtlačením trnu do polotovaru nástroje (Obr. 7). Využívá se při tom skutečnost, že vnější tvar vtlačovacího trnu lze vyrobit mnohem rychleji a levněji než tvar dutiny nástroje a že jedním nástrojem lze vyrobit i více dutin. Pro využití této metody je limitujícím parametrem velikost deformačního odporu, který je mnohdy na hranici dovoleného namáhání materiálu vtlačovacího trnu. Proto je často využíváno vtlačování za poloohřevu, tj. při teplotě 500 až 700 °C, když již dochází k dostatečnému poklesu deformačního odporu materiálu a jeho zpevňování je méně intenzívní a naopak tvorba okují v důsledku oxidace povrchu je ještě poměrně malá. I za 25
poloohřevu lze dosáhnout dobré rozměrové přesnosti dutiny a při vhodné ochraně povrchu v době ohřevu i velmi dobrou kvalitu povrchu dutiny. Pro vtlačování za studena jsou vhodné nízkouhlíkové, dobře tvářitelné materiály, např. cementační oceli 12 010, 14 220, 19 015, u kterých lze žíháním na měkko snížit pevnost na 350 až 450 MPa a dosáhnout značnou hloubku vtlačení. Do vysokolegovaných nástrojových ocelí o vyšší pevnosti, např. 19 552, 19 663, 19 720, 19 721 apod., lze větší dutiny vtlačovat pouze za poloohřevu.
4. PLOŠNÉ TVÁŘENÍ KOVŮ Podle ČSN 22 6001 je plošné tváření pochod, kterým se dosahuje požadované změny tvaru bez podstatné změny průřezu (tloušťky) výchozího materiálu (převážně plechu).
4.1 Možnosti plošného tváření kovů Plošné tváření kovů za studena umožňuje malým počtem pracovních zdvihů vyrobit i velmi složité součásti, zhotovit součásti téměř nevyrobitelné jinými technologiemi, vyrábět velmi přesné součásti, zhotovovat tuhé a lehké konstrukce, zavádět hromadnou výrobu součástí při velmi příznivých ekonomických ukazatelích. Efektivní přístup konstruktéra při návrhu součástí orientovaných na výrobu plošným tvářením je podmíněn využitím možností základních prací a operací s ohledem na tvářitelnost použitých materiálů.
4.1.1 Základní práce a operace v technologii plošného tváření Přehled jednotlivých prací je v tab. 1, 2, 3, 4. 4.1.2 Tvařitelnost za studena základních kovových materiálů Základní informaci o tvářitelnosti za studena lze získat ze zkoušky tahem. Předpokladem dobré tvářitelnosti jsou vysoké hodnoty tažnosti a kontrakce při nízkém poměru
. Nelegované oceli s nízkým obsahem uhlíku (do 0,1 %) se vyznačují
velkou tvářitelnosti za studena a jsou určeny k hlubokému tažení. Tvářitelnost za studena feritických nerezavějících ocelí a žáruvzdorných ocelí s velkým obsahem chrómu a niklu je omezená, oceli se zvýšeným obsahem křemíku lze pouze stříhat a pružinové oceli s velkým obsahem C, Si, Mn, Cr a V nelze téměř za studena tvářet vůbec. 26
Tab. 1 Základní práce stříhání Prosté stříhání
Rozdělování materiálů, např. pásu, tabulí, tyčí.
Děrování
Vytváření otvorů různých tvarů. Vystřižená část tvoří odpad.
Vystřihování
Zhotovování výstřižků různého tvaru oddělením od materiálu po uzavřeném obrysu. Vystřižená část tvoří výstřižek.
Ostřihování
Oddělování přebytečného materiálu.
Přistřihování
Dosažení přesných tvarů, rozměrů nebo hladkých ploch.
Nastřihování
Částečné nastřihnutí materiálu v okraji tak, že není úplně oddělen.
Prostřihování
Částečné nastřihnutí materiálu v libovolném tvaru uvnitř součásti.
Vysekávání
Oddělování materiálu výsečníkem na podložce.
27
Tab. 2 Základní práce ohýbání Prosté stříhání
Tváření plochy rovinné různě vůči sobě orientované vytvářením ostrých nebo oblých hran.
Ohraňování
Ohýbání plechu na jednoúčelových, tzv. ohraňovacích lisech.
Rovnání
Dodatečné rovnání plechu, přístřihu, profilového materiálu i výtvarku.
Zakružování
Tváření rovinné i členité plochy v plochu válcovou, kuželovou nebo části těchto ploch.
Lemování
Ohýbání okraje rovinné nebo prostorové plochy k získání ozdobného vzhledu, odstranění ostrých hran.
Obrubování
Vyztužování okraje rovinné nebo prostorové plochy ke zvýšení jakosti okraje, vytvoření okraje pro závěsy apod.
Osazování
Ohnutí promáčknutím v okraji nebo uvnitř rovinné plochy.
Drápkování
Pevné spojení předehnutých okrajů plechů tím, že se do sebe vzájemně zaklesnou a společně ohnou.
Zkrucování
Natáčení plochého nebo profilovaného polotovaru nebo výkovku vzhledem k sousední části kolem společné osy o určitý úhel.
28
Tab. 3 Základní práce tažení Prosté tažení
Tváření rovinného polotovaru na duté těleso bez podstatné změny tloušťky materiálu.
Tažení se ztenčením stěny
Změna rozměrů dutého polotovaru zmenšením příčného průřezu. Dochází k podstatné změně tloušťky stěny výtažku.
Zpětné tažení
Druhá nebo další tažná operace vykonávaná v obráceném směru k původnímu tažení.
Žlábkování
Vytlačení mělkých prohlubin ke zvýšení tuhosti polotovaru.
Protahování
Protahování okraje matriálu po vnějším nebo vnitřním obvodu tak, aby se vytvořila kolmá válcová plocha.
Rozšiřování
Zvětšování průměru dutého polotovaru v jeho části.
Zužování
Zmenšování průměru dutého polotovaru v jeho části.
29
Tab. 4 Základní práce tlačení Tlačení tvaru
Tlačení různě profilovaného tvaru z přístřihu.
Rotační obrubování
Vyztužení okraje rotačního tělesa.
Rotační lemování
Ohýbání okraje rotačního tělesa.
Rotační rozšiřování
Zvětšování obvodu části rotačního výtažku tím, že se materiál tváří tlačením zevnitř.
Rotační zužování
Zmenšování obvodu rotačního výtažku tím, že se materiál tváří tlačením zevně.
Rotační žlábkování
Vytlačování mělkého žlábku po obvodu rotačního výtažku ke zvýšení tuhosti.
Rotační drápkování
Spojování dvou plechových dutých rotačních polotovarů tak, že se přehnuté okraje do sebe vzájemně zaklesnou.
30
4.2 Konstrukce výstřižků Stříháni je oddělování materiálu podél křivky střihu. Při návrhu výstřižku je nutno respektovat následující nedostatky technologie stříhání: - zvýšená drsnost střižné plochy, daná průběhem deformace a jakostí materiálu - zkosení střižné plochy vlivem střižné vůle - zaoblení a zeslabení tloušťky výstřižku podél střižné plochy - zpevnění střižné plochy do určité hloubky - prohnutí některých výstřižků ohybovým momentem obou složek střižné síly Proces stříhání lze rozdělit do tří základních fází. V první fázi dochází ke vzniku pružné deformace stříhaného materiálu. Hloubka vniku střižníku do stříhaného materiálu bývá 5 až 8 % jeho tloušťky. Stříhaný plech je namáhán silou působící v ploše mezi obvodem střižníku a střižnice. Důsledkem je vznik silových dvojic, které stříhaný materiál ohýbají. V druhé fázi je napětí větší než mez kluzu stříhaného materiálu. Hloubka vniku střižníku se pohybuje mezi 10 až 25% tloušťky plechu. Ve třetí fázi je materiál namáhán nad mez pevnosti ve střihu. Nejdříve vzniknou u hran střižnice a střižníku trhliny (nástřih), které se rychle prodlužují, až dojde k oddělení výstřižku od výchozího materiálu.
4.3 Konstrukce výtažků Tažení je přetváření plechu v dutá tělesa. Při tažení válcové nádoby je výchozí rovinný kruhový přístřih protahován tažnicí do válcového tvaru se dnem. Během tažení jsou elementární obdélníky a trojúhelníky kruhového přístřihu přeměněny do prodloužených obdélníků válcového pláště, což vyvolá složitou plastickou deformaci. Stav napětí a deformace v různých částech výtažku je na obr. 26.
Obr. 26 Deformace a napětí při tažení 31
4.4 Konstrukce ohýbaných součástí Ohýbání je trvalé deformování materiálu, kterým se dosahuje požadované změny tvaru bez podstatné změny průřezu. V ohýbaném materiálu se vrstvy kovu na jeho vnější straně natahují a vnitřní straně stlačují (Obr. 27). Dovolené prodloužení vnějších vláken závisí především na tažnosti materiálu a jakosti povrchu. Pro dosažení trvalého ohybu je nezbytné namáhání nad mezí kluzu. Překročení meze pevnosti není dovoleno z důvodů porušení soudružnosti tvářeného materiálu. Na rozhraní stlačených a natahovaných vrstev je neutrální vrstva, jejíž délka se tvářením nemění. V místě ohybu dochází k deformaci průřezu materiálu, jejíž rozsah závisí na šířce tvářeného polotovaru. Při ohybu úzkých polotovarů se příčný průřez deformuje podle obr. 27. U širších polotovarů se deformace příčného průřezu vzhledem k jeho šířce neprojevuje. Proto se schémata deformace při ohybu úzkých a širokých polotovarů od sebe liší (Obr. 27).
Obr. 27 Schémata napětí a deformace při ohýbání a) úzkých polotovarů, b) širokých polotovarů
32
5. CÍL PRÁCE Cílem diplomové práce byla vizualizace jednotlivých způsobů tváření pomocí grafického vektorového programu Macromedia Flash a zjištění změny vlastností kovů tvářených za studena po rekrystalizačním žíhání.
6. MATERIÁL A METODY ZPRACOVÁNÍ
6.1 Popis prostředí programu Macromedia Flash MX 2004 Na obr. 28 je zobrazeno pracovní prostředí programu Macromedia Flash MX 2OO4, v jehož základním zobrazení se nachází: •
paleta nástrojů (Tools) : panel nástrojů obsahuje nejčastěji používané nástroje a primitivy pro editaci vektorové grafiky.
•
menu: klasické windows menu na nastavení a provádění různých akcí
•
časová osa (Timeline): panel, prostřednictvím kterého byly tvořeny jednotlivé snímky do výsledné animace, a rozmísťovány do vrstev. Časová osa zobrazuje všechny snímky animace.
•
panel (properties), na kterém se nachází kontextově závislé vlastnosti aktuálního výběru
•
Transform - kontextově závislé palety nástrojů - barvy, natočení, posun, atd.: plovoucí panely, které umožňují měnit vlastnosti různých součástí animace a nastavovat parametry prostředí.
•
pracovní plocha: hlavní editační oblast, ve které se vytváří jednotlivé snímky animace, buď kreslením pomocí vektorových primitiv, nebo úpravou importované grafiky.
•
další pomocné nástroje (Help)
33
Obr. 28 Pracovní plocha Macromedia Flash MX 2004
34
6.1.1 Panel nástroje
Obr. 29 Panel nástrojů
K vytvoření grafických objektů byl využit panel nástrojů (Obr. 29), který nabízí možnosti použití tlačítek: •
Výběr - označení již vytvořených objektů.
•
Podvýběr - lze upravovat klíčové body objektu a tím i velice jednoduše měnit tvar objetku.
•
Čára - existují dvě možnosti pro kreslení čar. První je Line Tool, parametry čary se pak nastavují v panelu Properties ve spodní části obrazovky. Další možností je Pen Tool vhodný pro kreslení křivek. Prvním kliknutím se vytvoří výchozí bod, další bod se vytvoří opět kliknutím myší a poté se určuje při stisknutém tlačítku tvar křivky. Pro kreslení čar od ruky slouží nástroj Pencil Tool a Brush Tool. 35
•
Laso - umožňuje vybrat uzavřenou oblast libovolného tvaru, jejíž hranici lze zadat kreslením od ruky.
•
Pero - slouží k vytváření parametrických křivek.
•
Texty a textová pole - k psaní textů slouží nástroj Text Tool. Tento nástroj umožňuje jak psaní textů samotných, tak i vytváření textových polí, ve kterých se vypisují určité hodnoty. Všechna nastavení ohledně textů se nachází v panelu Properties. Existují tři možnosti textů. Static text - slouží pro vytvoření samotných textů, Dynamic text - slouží ke zobrazování hodnot proměnných a Input Text - slouží k zadání hodnoty od uživatele. Dále lze nastavit vše, co se týká fontů - typ písma, velikost, řez, barva, zarovnání apod.
•
Kruhy a ovály - ke kreslení kruhových a oválných nástrojů slouží nástroj Oval Tool. Nastavení výplně oválů a kruhů se nacházejí v panelu Properties ve spodní části obrazovky a Color Mixer v pravé části obrazovky.
•
Čtverce, obdélníky - ke kreslení čtverců a obdélníků slouží nástroj Rectangle Tool. Postup kreslení je naprosto stejný jako u kreslení oválů a kruhů. U čtverců a obdélníku je možné použít zaoblené rohy volbou Round Rectangle Radius v panelu Options v levé části obrazovky.
•
Tužka - k vytváření křivek "od ruky". Ty mohou být po nakreslení buď upraveny, aby měly hladký průběh, nebo jsou naopak převedeny na geometrický objekt (trojúhelník, čtverec).
•
Štětec - slouží ke kreslení přednastaveným vzorem.
•
Transformace - slouží k různému transformování objektů ve scéně.
•
Transformace výplně - lze interaktivně měnit vlastnosti výplně objektů gradientními styly.
•
Kalamář - k změně vlastností nakreslených čar.
•
Plechovka s barvou - k vyplňování oblastí barvou.
•
Kapátko - kopírování vlastností výplně.
•
Guma - použít k mazání objektů, jejich výplní nebo pouze označených objektů.
36
6.1.2 Časová osa
Obr. 30 Časová osa
Animace ve Flashi je vlastně iluze založená na přepínání skupinou statických snímků. To můžeme zajistit pomocí časové osy, na kterou vkládáme klíčové snímky. Klíčový snímek je snímek, kde dochází ke změně animace (přechod mezi dvěma obrázky). Snímek může být dle obrázku buď prázdný (neobsahuje grafiku), nebo plný (obsahuje nějakou grafiku). Klíčový snímek může být široký jen jako jeden snímek (1. a 3. vrstva shora), nebo může být roztažen do libovolné vzdálenosti na časové ose (2. a 4. vrstva shora na obrázku). Grafika ve 3. vrstvě shora tedy bude vidět jen 1/12 sekundy, zatímco grafiku ve 4. vrstvě uvidíme 10/12 sekundy.
37
6.1.3 Vrstvy
Obr. 31 Vrstvy Flash nabízí spoustu možností i díky tomu, že povoluje pracovat s vrstvami. Na počátku animace obsahuje jen jednu vrstvu, ale pro organizaci grafiky a animace je možné přidávat další vrstvy. Na vrstvu je možné kreslit objekty a manipulovat s nimi nezávisle na ostatních vrstvách. Pokud na vrstvě nic není, jsou vidět vrstvy umístěné pod ní. Použitím několika vrstev můžeme např. snadno provádět animaci pozadí a popředí nezávisle na sobě. Počet možných vrstev v animaci není omezen (jen pamětí počítače). Vrstvy nezvyšují velikost souboru publikované animace. U každé vrstvy je možné nastavit několik parametrů. Můžeme povolit nebo zakázat zobrazení vrstvy, povolit nebo zakázat změny vrstvy (uzamknout vrstvu) nebo zobrazit obsah vrstvy jen jako obrysy. Je možné samozřejmě také měnit pořadí vrstev. Kromě normálních vrstev, do kterých kreslíme grafiku animace, můžeme vytvářet ještě pomocné vrstvy tzv. vodící (guide) a maskovací (mask) vrstvy. Vodící vrstvy jsou pomocné vrstvy, které se neobjeví ve výsledné animaci. Kromě obyčejných vodících vrstev je možné vytvořit tzv. vodící vrstvu pohybu (motion guide layer), která reguluje pohyb objektů v animaci typu "pohybové vykreslení" (motion tween). V tom případě se vrstva, která je "řízena" vodící vrstvou, označuje jako vedená (guided).
38
6.2 Vlastní animace
6.2.1 Zápustkové kování
a)
b)
c)
d) Obr. 32 Animace zápustkového kování
Ohřátý materiál se tváří v dutině zápustky, jejíž tvar je shodný s tvarem výkovku. Rozměry jsou však zvětšeny o hodnotu smrštění vychladlého výkovku. Při zápustkovém kování se postupuje tak, že se výchozí polotovar ohřátý na potřebnou kovací teplotu vloží do dutiny zápustky a působí se na něj silou tvářecího stroje. Materiál se deformuje a vyplňuje dutinu zápustky. Přebytečný materiál je vytlačen do zvláštní dutiny a vytváří výronek, který se dodatečně odstraňuje ostřiháváním.
39
6.2.2 Bezvýronkové kování
a)
b)
c)
d) Obr. 33 Animace bezvýronkového kování
Bezvýronkové kování funguje na stejném principu jako zápustkové kování. Podstatným rozdílem je tvar zápustky. U zápustkového kování je zápustka otevřená a umožňuje vznik výronku, kdežto u bezvýronkového kování je tvar zápustky uzavřený a výronek zde nevzniká.
40
6.2.3 Podélné válcování
a)
b)
c) Obr. 34 Animace podélného válcování
Osy válců jsou rovnoběžné, dochází ke vtahování polotovaru mezi válce, směr otáčení válců je opačný - válce se otáčejí „proti sobě“. Polotovar je stlačován na požadovaný průřez, podélné osy polotovarů a válců jsou na sebe kolmé.
41
6.2.4 Válcování na válcovací stolici
a)
b)
c) Obr. 35 Animace válcování na víceválcové stolici Válcovací stolice je stroj, určený ke tváření materiálu do podoby dlouhých výrobků tlakem protilehlých válců. Podle počtu válců a jejich uloženi se rozeznávají válcovací stolice na duo (dvouválcové stolice), duo reverzní (se zpětným pohybem), trio se třemi válci (Lautovo trio s malým prostředním válcem), dvojité duo (kombinace dvou stolic duo) a víceválcové stolice. V animaci je zobrazena dvaceti válcová stolice, která slouží především k válcování plochých produktů s velkou rozměrovou přesností.
42
6.2.5 Stříhání
a)
b)
c)
d) Obr. 36 Animace stříhání
Stříhání probíhá ve třech fázích. V první fázi je oblast pružných deformací, kdy se materiál stlačuje, ohýbá a vtlačuje se do otvoru střižnice. Druhou fází je oblast plastických deformací. Střižník se vtlačuje do plechu a ten do otvoru střižnice a napětí překračuje mez kluzu a na hranách střižníku a střižnice se blíží mezi pevnosti. Ve třetí fázi začínají na hranách vznikat trhlinky, ty se rozšiřují, až dojde k utržení (usmýknutí) materiálu.
43
6.2.7 Tažení
a)
b)
c)
d) Obr. 37 Animace tažení
Tažení je takový technologický způsob tváření, při kterém se jedním anebo ve více tazích vyrobí z rovného plechu (přístřihu) duté těleso - polouzavřená nádoba. Někdy se tento technologický proces nazývá hluboké tažení. Nástrojem je tažidlo, které se skládá z tažníku a tažnice a ostatních konstrukčních částí, výrobkem je výtažek.
44
6.2.8 Zpětné protlačování
a)
b)
c)
d) Obr. 38 Animace zpětného protlačování
Principem protlačování je deformace materiálu v důsledku působících sil do předem stanoveného směru s konečnými výhodnými mechanickými a rozměrovými vlastnostmi konečného výrobku. Protlačování je jedním z procesů, které přispěly k výraznému snížení vlastních nákladů ve výrobě, tedy i k racionalizaci výroby. Přesnost průtlačků je obvykle velmi vysoká (± 0,05 mm), takže není nutno před montáží průtlačky rozměrově upravovat. Také využití materiálu je vysoké, 90 až 100 %. Při zpětném protlačování se pohybuje materiál v opačném směru a používá se k výrobě dutých protlačků i se žebry, kdy tloušťka stěny je v porovnání s průměrem velmi malá anebo naopak. 45
6.2.9 Rotační tlačení
a)
b)
c)
d) Obr. 39 Animace rotačního tlačení
Rotační model nádoby se upevní na stroj spolu s nástřihem. Velikost nástřihu se používá o málo větší, než je průmět základny modelu - rozdíl od hlubokého tažení. Model s nástřihem se uvede do rotace a nástřih se přitlačuje zvláštními nástroji k modelu. Nástroje jsou na funkčním konci opatřeny buď třecím, nebo valivým zakončením. Plech nástřihu se postupně přitlačuje a přetváří se v tvar modelu. Výhodou jsou nízké náklady na stroj. Nevýhodou je možnost vyrábět pouze rotační výlisky, špatná kvalita povrchu bez kalibrace.
46
6.2.5 Příčné válcování
Obr. 40 Animace příčného válcování
Osy válců i polotovaru jsou u příčného válcování rovnoběžné, směr otáčení válců je shodný, polotovar se otáčí mezi válci kolem své osy, mění se průměry válcovaného polotovaru.
6.3 Zjišťování změny mechanických vlastností mosazi 6.3.1 Postup měření Pro měření, jehož účelem bylo zjištění vlivu žíhací teploty na mechanické vlastnosti materiálu, byl vybrán materiál mosaz Ms 63 tvářený za studena. Kde číslo 63 přibližně vyjadřuje podíl mědi. Tato mosaz je dobře zpracovatelná za studena a je vhodná k pokovování. Má menší odolnost proti korozi, než mají mosazi s vyšším obsahem mědi. Z mosazi bylo nařezáno klasickou rámovou strojní pilou sedm vzorků, z nichž 6 vzorků se po dobu 30 minut v muflové peci podrobovalo rekrystalizačnímu žíhání za různých teplot. Vzorek s označením W nebyl do pece vložen a jeho teplota ohřevu je dána teplotou okolí. Tab. 5 Přehled rekrystalizačních teplot Přehled rekrystalizačních teplot Teplota Doba Vzorek ohřevu ohřevu (°C) (min) W 20 30 A 200 30 B 300 30 C 400 30 D 500 30 H 600 30 K 700 30
47
Následně byla na jednotlivých vzorcích mosazi měřena tvrdost. Zkouška tvrdosti proběhla na tvrdoměru LUCZNIK za použití Rockwellovy metody HRB. Kdy je tvrdost zjišťována jako rozdíl hloubky vtisku ocelové kuličky o průměru 1,5875mm mezi dvěma stupni zatížení (předběžného a celkového). Účelem předběžného zatížení je vyloučit z měřené hloubky nepřesnosti povrchových ploch. Tab. 6 Tvrdost vzorků mosazi Naměřená tvrdost vzorků mosazi (HRB) 20 °C 200 °C 300 °C 400 °C 500 °C 600 °C 49 44 52 46 39 41 44 35 40 45 48 47 42 46 51 46 48 36 44 49 45 40 41 46 46 44 54 47 41 46 48 49 48 50 40 45
Měření 1 2 3 4 5 6 Průměr
46
45
48
46
43
700 °C 36 28 26 36 30 36
44
32
Ze zjištěných hodnot byla provedena analýza dat s hladinou spolehlivosti 95% v Microsoft Excel pomocí nástroje popisná statistika. Tab. 7 Přehled statistických hodnot Přehled statistických hodnot Vzorek
Teplota
Průměr
Min
Max
α = 0,05 W A B C D H K
20 200 300 400 500 600 700
45,50 44,50 48,33 45,67 42,83 43,50 32,00
42,70 39,08 42,91 42,24 38,56 39,06 27,21
48,30 49,92 53,75 49,09 47,10 47,94 36,79
Směrodatná odchylka
Variační koeficient (%)
2,66 5,17 5,16 3,27 4,07 4,23 4,56
5,86 11,61 10,68 7,15 9,50 9,73 14,25
V dalším kroku přichází na řadu mechanický úběr materiálu na metalografické brusce STRUERS DAP-7. Vhodné broušení se provádí za účelem odstranění poškozeného materiálu z povrchu a zanese pouze omezené množství nové deformace. Cílem je rovný povrch s minimálním poškozením, které může být snadno odstraněno během leštění. 48
Leštění se provádí za účelem odstranění poškození vnesených předcházejícími kroky. Využito bylo univerzální leštící zařízení MTH, na kterém se za pomocí diamantového spreje o zrnitosti 1µm a OP-S suspenze uskutečnilo leštění jednotlivých vzorků. Tento postup byl zvolen z důvodu lepšího vyleštění mosazi. Před vytvořením snímků na metalografickém mikroskopu přichází na řadu zviditelnění zrna kovových strukturních součástí. To se provádí chemickým naleptáním vyleštěného povrchu. Jako leptadlo byl použit dvojchroman sodný 10 g, roztok kyseliny sírové 5 ml a destilovaná voda 80 ml. V závěrečné fázi jsou vytvořeny fotografie struktury jednotlivých vzorků mosazi na metalografickém mikroskopu Neophot 2. Tento mikroskop pracuje na principu dopadajícího světla, jeho objektiv je umístěn pod pozorovanou plochou výbrusu. Mikroskop je vybaven digitálním fotoaparátem Olympus Camedie 50-60, pomocí kterého jsou zhotoveny digitální fotografie struktury mosazi.
6.3.2 Metalografické snímky mosazi 6.3.2.1 Vzorek W
Obr. 41 Struktura vzorku mosazi bez rekrystalizačního žíhání
49
6.3.2.2 Vzorek A
Obr. 42 Struktura vzorku mosazi po rekrystalizačním žíhání za teploty 200 °C
6.3.2.3 Vzorek B
Obr. 43 Struktura vzorku mosazi po rekrystalizačním žíhání za teploty 300 °C
50
6.3.2.4 Vzorek C
Obr. 44 Struktura vzorku mosazi po rekrystalizačním žíhání za teploty 400 °C
6.2.3.5 Vzorek D
Obr. 45 Struktura vzorku mosazi po rekrystalizačním žíhání za teploty 500 °C
51
6.2.3.6 Vzorek H
Obr. 46 Struktura vzorku mosazi po rekrystalizačním žíhání za teploty 600 °C
6.2.3.7 Vzorek K
Obr. 47 Struktura vzorku mosazi po rekrystalizačním žíhání za teploty 700 °C
52
6.3.3 Grafické vyjádření vlivu rekrystalizačních teplot na tvrdost mosazi
Obr. 48 Grafické vyjádření průměrné tvrdosti mosazi Ms 68
Obr. 49 Vliv žíhací teploty na tvrdost tvářené mosazi
53
Obr. 50 Tvrdost mosazi po rekrystalizačním žíhání
6.3.4 Přehled přístrojů
6.3.4.1 Muflová pec MP Žíhání bylo prováděno na muflové peci MP 05-1,1, tato pec je vhodná pro žíhání, kalení, tavení, smaltování a všechny ostatní práce v teplotním rozsahu 200 - 1250°C. Pec má přesnou programovatelnou regulaci a malý spád teploty po celé délce mufle. Každý program má elektronickou ochranu maximální teploty, při dosažení pracovní teploty akustický signál.
Obr. 51 Muflová pec MP
54
6.3.4.2 Metalografická bruska Pro broušení vzorků byla využita metalografická bruska Struers DAP-7. Jedná se o klasickou brusku, kdy chlazení je zajišťováno proudem vody a průměr brusného kotouče je 230 mm. Tato bruska je už staršího provedení a jejím moderním ekvivalentem je bruska firmy LECO ze série GPX, která splňuje všechny požadavky moderního broušení.
Obr. 52 Metalografická bruska firmy LECO 6.3.4.3 Metalografická leštička Leštění bylo provedeno na univerzální leštičce MTH za pomoci diamantového spreje a OP-S suspenze. Novým trendem v oblasti leštění jsou leštičky kombinované s bruskou.
Obr. 53 Metalografická leštička/bruska LECO Spectrum Systém 1000
55
6.3.4.4 Tvrdoměr Pro měření tvrdosti jednotlivých vzorků mosazi byl použit tvrdoměr značky Lucznik. Jeho moderním ekvivalentem jsou tvrdoměry LECO, které jsou využívané nejen ve zkušebnách a laboratořích, ale jsou vhodné i do výrobního procesu.
Obr. 54 Tvrdoměr typu Rockwell
6.3.4.5 Metalografický mikroskop Struktura vzorků mosazi byla pozorována na metalografickém mikroskopu Neophon 2. Tento mikroskop je vybaven digitálním fotoaparátem Olympus Camedie 50-60 pomocí kterého jsou pořízeny fotografie struktury mosazi. Nové metalografické mikroskopy mají veškeré komponenty snímání obrazu již zabudované, tudíž lze s nimi dosahovat lepších výsledků. Příkladem moderního mikroskopu je přímý mikroskop Olympus řada BX2M.
Obr. 55 Metalografický mikroskop Olympus řada BX2M 56
7. ZÁVĚR Technologie tváření zabezpečuje růst produktivity práce úsporu materiálu a energie, a to ve většině případů současně. Množství technologií tváření umožňuje ve většině případů použít pro výrobu zadané součásti několik alternativních postupů při srovnatelné jakosti výrobku, proto je třeba při návrhu technologie tváření vždy vycházet z výrobních nákladů, které jsou dány použitou technologií. Porovnáme-li obrábění a tváření, tak náklady na tvářecí operace jsou nákladnější, proto musí být v technologickém postupu výroby vyváženy přesností tvářené součásti. V diplomové práci je vytvořeno základní rozdělení technologií tváření. Podle stavu napjatosti pojednává jak o objemovém tváření kovů, tak i plošném tváření kovů. Jelikož oblast tváření je rozsáhlá oblast, jsou zde ke každému ze způsobů vytvořeny základní přehledy prací a operací v technologii tváření. Na přiloženém CD je vytvořeno celkem devět multimediálních animací, které názorně zobrazují jednotlivé technologie tváření. Z oblasti objemového tváření kovů se jedná o animaci: -
bezvýronkového kování
-
zápustkového kování
-
zpětného protlačování
-
příčného a podélného válcování
-
válcování na stolici
Z oblasti plošného tváření kovů jsou to animace: -
stříhání
-
tažení
-
tlačení
Laboratorní měření mělo za úkol zjištění vlivu rekrystalizačního žíhání na jednotlivé vzorky mosazi tvářené za studena. Rekrystalizační žíhání bylo prováděno za teplot od 200 °C do 700 °C. Po vychladnutí jednotlivých vzorků byla změřena tvrdost. Vyhodnocení grafické závislosti tvrdosti materiálu na teplotě rekrystalizačního žíhání ukazuje, že v tvrdosti mosazi v rozmezí teplot 0 °C – 400 °C dochází jen k minimálním změnám. Ovšem po překročení rekrystalizační teploty 400 °C se tvrdost vzorků výrazně snižuje. I ze snímků provedených na metalografickém mikroskopu je patrné, že k výrazným změnám struktury materiálu dochází až po dosažení rekrystalizační teploty 400 °C.
57
8. SEZNAM LITERATURY [1] BŘEZINA, R. Speciální technologie: technologie tváření, Ostrava: VŠBTechnická univerzita, 1992. 249 s. [2] VÁVRA, P. -- KŘÍŽ, R. Strojírenská příručka (8. sv). Praha: Scientia, 1988. 246 s. ISBN 80-7183-054-2. [3] FOREJT, M. Teorie tváření, Brno: VUT, 1992 167s. [4] BAČA, J. Objemové tvárenie: zápustkové kovanie, Bratislava: STU, 2005 161 s. ISBN 80-227-2176-X [5] KOCMAN, K. Aktuální příručka pro technnický úsek. Praha: Verlag Dashofer, 1999. 1 s. ISBN 80-902247-2-5. [6] FOTR, J. Macromedia Flash MX. 1. vyd. Praha: Computer Press, 2002. 355 s. ISBN: 80-7226-677-2 [7] FIALA – MENTL – ŠUTTA, Struktura a vlastnosti materiálu, Academia Praha, 572 s. ISBN: 80-200-1223-0 [8] FILÍPEK, J. Technické materiály (přednášky), Brno: MZLU, 1988. 196 stran. [9] BRICHTA, O. Umíme ve Flashi. www.zive.cz
58
9. SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 1 Závislost mechanických hodnot materiálu na stupni deformace.................... 9 Obr. 2 Schéma hlavních deformací ......................................................................... 13 Obr. 4 Schéma zpětného protlačování ....................................................................... 1 Obr. 3 Schéma dopředného protlačování................................................................... 1 Obr. 6 Schéma stranového protlačování .................................................................... 1 Obr. 5 Schéma sdruženého protlačování ................................................................... 1 Obr. 7 Schéma technologie vtlačování .................................................................... 15 Obr. 8 Schéma zápustkového kování......................................................................... 1 Obr. 9 Schéma bezvýronkového kování .................................................................... 1 Obr. 11 Podélné válcování......................................................................................... 1 Obr. 12 Podélné tvarové válcování plynulé............................................................... 1 Obr. 13 Podélné tvarové válcování přerušované ....................................................... 1 Obr. 14 Podélné tvarové válcování periodické.......................................................... 1 Obr. 16 Děrování kosými válci.................................................................................. 1 Obr. 15 Příčné tvarové válcování .............................................................................. 1 Obr. 18 Rozválcování ................................................................................................ 1 Obr. 17 Kosé periodické válcování ........................................................................... 1 Obr. 20 Tvarové kalibrování v dutině........................................................................ 1 Obr. 19 Rovinné kalibrování ..................................................................................... 1 Obr. 21 Kalibrování válcováním ............................................................................... 1 Obr. 22 Radiální kování............................................................................................. 1 Obr. 23 Rotační kování.............................................................................................. 1 Obr. 24 Válečkování .................................................................................................. 1 Obr. 25 Schéma obrobku a zápustkového výkovku součásti .................................. 22 Obr. 26 Deformace a napětí při tažení..................................................................... 31 Obr. 27 Schémata napětí a deformace při ohýbání.................................................. 32 Obr. 28 Pracovní plocha Macromedia Flash MX 2004........................................... 34 Obr. 29 Panel nástrojů ............................................................................................. 35 Obr. 30 Časová osa .................................................................................................. 37 Obr. 31 Vrstvy ......................................................................................................... 38 Obr. 32 Animace zápustkového kování................................................................... 39 Obr. 33 Animace bezvýronkového kování .............................................................. 40
59
Obr. 34 Animace podélného válcování ................................................................... 41 Obr. 35 Animace válcování na víceválcové stolici ................................................. 42 Obr. 36 Animace stříhání......................................................................................... 43 Obr. 37 Animace tažení ........................................................................................... 44 Obr. 38 Animace zpětného protlačování ................................................................. 45 Obr. 39 Animace rotačního tlačení .......................................................................... 46 Obr. 40 Animace příčného válcování ...................................................................... 47 Obr. 41 Struktura vzorku mosazi bez rekrystalizačního žíhání............................... 49 Obr. 42 Struktura vzorku mosazi po rekrystalizačním žíhání za teploty 200 °C .... 50 Obr. 43 Struktura vzorku mosazi po rekrystalizačním žíhání za teploty 300 °C .... 50 Obr. 44 Struktura vzorku mosazi po rekrystalizačním žíhání za teploty 400 °C .... 51 Obr. 45 Struktura vzorku mosazi po rekrystalizačním žíhání za teploty 500 °C .... 51 Obr. 46 Struktura vzorku mosazi po rekrystalizačním žíhání za teploty 600 °C .... 52 Obr. 47 Struktura vzorku mosazi po rekrystalizačním žíhání za teploty 700 °C .... 52 Obr. 48 Grafické vyjádření průměrné tvrdosti mosazi Ms 68 ................................. 53 Obr. 49 Vliv žíhací teploty na tvrdost tvářené mosazi ............................................ 53 Obr. 50 Tvrdost mosazi po rekrystalizačním žíhání................................................ 54 Obr. 51 Muflová pec MP ......................................................................................... 54 Obr. 52 Metalografická bruska firmy LECO........................................................... 55 Obr. 53 Metalografická leštička/bruska LECO Spectrum Systém 1000 ................. 55 Obr. 54 Tvrdoměr typu Rockwell............................................................................ 56 Obr. 55 Metalografický mikroskop Olympus řada BX2M...................................... 56
60
10. SEZNAM TABULEK Tab. 1 Základní práce stříhání ................................................................................. 27 Tab. 2 Základní práce ohýbání ................................................................................ 28 Tab. 3 Základní práce tažení.................................................................................... 29 Tab. 4 Základní práce tlačení................................................................................... 30 Tab. 5 Přehled rekrystalizačních teplot ................................................................... 47 Tab. 6 Tvrdost vzorků mosazi ................................................................................. 48 Tab. 7 Přehled statistických hodnot......................................................................... 48
61
