VÝROBA TĚLESA DRŽÁKU OBJEMOVÝM TVÁŘENÍM

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV STROJÍRENSKÉ TECHNOLOGIE FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE OF MANUFACTURING TECHNOLOGY

VÝROBA TĚLESA DRŽÁKU OBJEMOVÝM TVÁŘENÍM PRODUCTION OF HOLDER BODY BY SOLID FORMING

DIPLOMOVÁ PRÁCE MASTER'S THESIS

AUTOR PRÁCE

Bc. PAVEL TICHÝ

AUTHOR

VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR

BRNO 2009

Ing. MILOSLAV KOPŘIVA

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 4

ABSTRAKT TICHÝ Pavel: Výroba tělesa držáku objemovým tvářením. Závěrečný projekt magisterského studia, 5.roč., ak.rok.2008/2009, FSI VUT v Brně, ústav strojírenské technologie, odbor obrábění, květen 2009, 80 str., 9 příloh. Závěrečný projekt vypracovaný v rámci magisterského studia předkládá návrh technologie výroby tělesa držáku. Materiál výkovku je ocel Ck55 (12 060), polotovar φ65, délka 12m. Roční produkce 122000 ks. Na základě studie možných technologií výroby je zvolena technologie výroby pomocí zápustkového kování na bucharu HO630, s ostřižením výronku na ostřihovacím lisu S160. Pro tuto variantu jsou provedeny potřebné technologické výpočty, návrh geometrie zápustky, výběr potřebných tvářecích strojů. Je provedena kontrola navržení výkovku soukromou kovárnou, úprava geometrie zápustek. Součástí studie je simulace tvářecího procesu pomocí software QFORM. Klíčová slova Těleso držáku, zápustkové kování, výkovek, pneumaticko-hydraulický buchar, zápustka.

ABSTRACT TICHÝ Pavel: Production of a holder body by solid forming. A Graduation Thesis of Master´s Studies, the 5th Year of Study, the School-year 2008/2009, FSI VUT Brno, Department of Machining, May 2009, Pages No. 80, Appendixes No. 9. The Graduation Thesis, elaborated in the framework of engineering studies, presents the technology of a body holder production carried out by solid forming. The material of the forged piece is steel Ck55 (12 060), the semifinished product is of the φ65 and its length is 12m. A yearly production is 122 000 pieces. Based on the studies of possible production technologies, the technology of production by die forging has been chosen, while a drop forging technology on a hammer HO630 and product-trim on a trimming press S160 have been used. For this option, the required technological calculations, the design of the die, the specification of production machines, which are necessary for forging process realization, have been carried out. An inspection of the propose forging by a private forge and a change in the geometry of the die have been carried out. A part of the study is a simulation forming process which is made in the software QFORM. Key words Body holder, die forging, forging, pneumatic-hydraulic hammer, die.

BIBLIOGRAFICKÁ CITACE TICHÝ, Pavel. Výroba tělesa držáku objemovým tvářením. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, 2008. 80s., 9 příloh. Ing. Miloslav Kopřiva.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 5

Prohlášení Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma Výroba tělesa držáku objemovým tvářením vypracoval samostatně s použitím odborné literatury a pramenů, uvedených na seznamu, který tvoří přílohu této práce.

V Brně dne 20.5.2009

………………………………….

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 6

Poděkování Děkuji tímto ing. Miloslavu Kopřivovi za cenné připomínky, rady, poskytnutí potřebných materiálů, pomoc se simulacemi a při vypracování diplomové práce.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 7

OBSAH Abstrakt ............................................................................................................. 4 Prohlášení ......................................................................................................... 5 Poděkování ....................................................................................................... 6 Obsah ............................................................................................................... 7 Úvod ................................................................................................................. 9 1 Objemové tváření ....................................................................................... 11 1.1 Historie objemového tváření ................................................................... 11 1.2 Objemové tváření - kování ..................................................................... 11 1.3 Fyzikální předpoklady plastické deformace ............................................ 12 1.4 Charakteristika volného kování .............................................................. 13 1.5 Charakteristika zápustkového kování ..................................................... 13 2 Základní technologie zápustkového kování ................................................ 16 2.1 Kování na bucharech.............................................................................. 16 2.1.1 Charakteristika zápustkového kování na bucharech ........................ 16 2.1.2 Zápustky pro buchary ....................................................................... 16 2.1.3 Určení velikosti bucharu ................................................................... 21 2.2 Zápustkové kování na svislých klikových lisech ..................................... 22 2.2.1 Deformační síla klikového kovacího lisu .......................................... 24 2.3 Zápustkové kování na třecích lisech....................................................... 24 2.4 Zápustkové kování na hydraulických lisech ............................................ 26 2.5 Kování na vodorovných kovacích lisech ................................................. 26 3 Výchozí polotovary a jejich dělení............................................................... 28 4 Ohřev polotovaru na kovací teplotu ............................................................ 29 4.1 Tvářecí teploty ........................................................................................ 29 4.2 Rychlost ohřevu ...................................................................................... 31 4.3 Doba ohřevu ........................................................................................... 31 4.4 Průvodní jevy ohřevu .............................................................................. 32 4.4.1 Opal ................................................................................................. 32 4.4.2 Oduhličení ........................................................................................ 33 4.4.3 Přehřátí a spálení ............................................................................. 33 4.5 Druhy ohřevu .......................................................................................... 33 5 Úprava výkovků po kování .......................................................................... 35 5.1 Ostřihování a děrování výkovků ............................................................. 35 5.2 Rovnání a kalibrování výkovků ............................................................... 36 5.3 Ochlazování výkovků.............................................................................. 36 5.4 Čištění výkovků ...................................................................................... 37 5.5 Tepelné zpracování výkovků .................................................................. 37 6 Materiály používané pro výrobu zápustek .................................................. 38 7 Maziva v zápustkovém kování .................................................................... 39 7.1 Tření ....................................................................................................... 39 7.2 Uvolňovací účinky maziva ...................................................................... 39 7.3 Vliv maziva na opotřebení zápustky ....................................................... 40 7.4 Základní skupiny maziv používané při tváření ........................................ 40 7.4.1 Tuhá maziva..................................................................................... 40 7.4.2 Kapalná maziva................................................................................ 41 7.4.3 Konzistentní maziva ......................................................................... 41 7.4.4 Piliny ................................................................................................ 41

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 8

7.4.5 Soli ................................................................................................... 41 7.4.6 Sklo .................................................................................................. 41 8 Návrh a technologičnost výkovků ............................................................... 42 8.1 Určení dělící roviny výkovku ................................................................... 42 8.2 Přídavky na obrábění a technologické přídavky ..................................... 43 8.3 Výpočet objemu polotovaru a výchozích rozměrů polotovaru ................ 43 9 Stávající možnosti výroby součásti ............................................................. 45 9.1 Zadaná součást ...................................................................................... 45 9.2 Technologie výroby – třískové obrábění ................................................. 45 9.3 Technologie výroby – odlévání ............................................................... 46 9.4 Technologie výroby – objemové tváření ................................................. 47 10 Současný stav technologie výroby ............................................................. 49 10.1 Materiál výkovku ................................................................................... 49 10.2 Návrh výkovku ...................................................................................... 49 10.2.1 Stanovení kovářských přídavků ....................................................... 49 10.2.2 Stanovení bočních úkosů ................................................................. 49 10.2.3 Zaoblení hran a rohů ........................................................................ 50 10.2.4 Nejmenší tloušťka dna a blány výkovku ........................................... 50 10.2.5 Zařazení zápustkových výkovků podle složitosti tvaru ..................... 51 10.2.6 Stanovení stupně přesnosti výkovku ................................................ 51 10.2.7 Stanovení mezních úchylek a tolerancí výkovku .............................. 51 10.2.8 Stanovení dovoleného otřepu a přesazení ....................................... 52 10.3 Stanovení rozměrů polotovaru .............................................................. 52 10.4 Simulace tvářecího procesu .................................................................. 53 10.4.1 Simulace kování podle kovárnou dodaného výkresu výkovku ......... 54 11 návrh technologie výroby ............................................................................ 57 11.1 Stanovení tvářecích sil .......................................................................... 57 11.1.1 Stanovení tvářecí práce ................................................................... 57 11.1.2 Střižná síla pro ostřižení výkovku ..................................................... 57 11.2 Stanovení strojního vybavení ................................................................ 58 11.3 Určení parametrů a rozměrů zápustky .................................................. 58 11.3.1 Rozměry dutin zápustky ................................................................... 58 11.3.2 Mezní úchylky dokončovací dutiny zápustky .................................... 58 11.3.3 Určení rozměrů výronkové drážky.................................................... 60 11.3.4 Minimální vzdálenost dutiny od okraje zápustky .............................. 60 11.3.5 Stanovení minimální výšky zápustky ................................................ 61 11.3.6 Určení struktury povrchu zápustky ................................................... 61 11.3.7 Kontrola styčných ploch zápustky .................................................... 61 11.4 Simulace tvářecího procesu .................................................................. 62 11.5 Technologický postup výroby ................................................................ 66 12 Technicko ekonomické hodnocení.............................................................. 67 12.1 Technologie výroby – objemové tváření ............................................... 67 12.2 Technologie výroby – třískové obrábění ............................................... 70 Závěr ............................................................................................................... 72 Seznam použitých zdrojů ................................................................................ 74 Seznam použitých zkratek a symbolů ............................................................. 75 Seznam obrázků ............................................................................................. 77 Seznam tabulek .............................................................................................. 79 Seznam příloh ................................................................................................. 80

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 9

ÚVOD Tato technologická studie je zaměřená na objemové tváření. Popisuje současné způsoby technologie objemového tváření. Obsahuje přehled jednotlivých operací, které jsou potřeba pro zhotovení výkovku, stručné seznámení s každou samostatně i s jejími různými variantami, které jsou nyní k dispozici. Jedná se o zápustkové kování tělesa držáku. Tváření kovů patří mezi jednu z důležitých technologických operací při jejich zpracování. Tvářením získávají kovové součásti svůj tvar i požadované mechanické a užitné vlastnosti. Spolu s technickým rozvojem se ve tváření uplatňují stále progresivnější technologie, jejichž vývoj je přizpůsoben zejména ekonomickým a environmentálním požadavkům výroby, které požadují co nejracionálnější dosažení konečného tvaru, přesnosti a mechanických vlastností součásti. Z hlediska užitných hodnot bylo prioritní odstranění licí struktury, čehož se dosáhne následným prokováním těchto velkých a velmi velkých výkovků. U těchto součástí je potřeba dosažení protváření minimálního stupně, které zajistí odstranění necelistvostí a vnitřních vad v odlitém kovu. Toto dostatečné protváření zajistí zlepšení především mechanických vlastností, což dává takto upraveným součástem nespornou výhodu oproti odlitkům, především se zvýší odolnost proti vzniku a následnému šíření mikrotrhlin a zabraňuje vzniku křehkého lomu. Volba technologií a jejich technický rozvoj je silně vázán na ekonomickou stránku výrobního procesu, kdy je snahou vyrábět součásti požadovaných vlastností za co možno nejnižší náklady. Mezi tyto požadované vlastnosti lze zařadit zejména přesnost, mechanické a materiálové vlastnosti. Spolu s tím vzrůstají investice do výzkumu a vývoje v této oblasti strojírenské činnosti, především technologické přípravy výroby, mechanizace a automatizace výrobního procesu, použití výpočetní techniky, zvláště pak simulací tvářecích procesů.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 10

Další výhody tváření kovů jsou především materiálové a časové úspory při výrobě rozmanitých strojních součástí. Tyto výhody se projevují při sériové a hromadné výrobě. Při nízkých počtech vyráběných součástí je z důvodu vysoké pořizovací ceny tvářecího stroje a nástroje tato forma výroby strojírenských součástí neekonomická. Z časového hlediska je technologie tváření kovů rychlý proces, oproti tomu je třískové obrábění složitých součástí časově zdlouhavé a drahé. Z hlediska odpadu je tvářecí proces úspornější a hospodárnější než třískové obrábění nebo odlévání.

FSI VUT

1

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 11

OBJEMOVÉ TVÁŘENÍ

1.1 Historie objemového tváření Tváření kovů je společně s obráběním, odléváním a práškovou metalurgií způsob dosažení konečného tvaru a vlastností strojírenské součásti. První poznatky o tváření kovů jsou již z období 8000 p.n.l. První technologie byla jednoduché kování zlata a mědi. Dalším mezníkem byla koncem 18.století průmyslová revoluce, kdy byla vysoká poptávka po přesných ocelových výrobcích. Vynález parního stroje umožnil masové rozšíření kováren a kovacích strojů, které byly do této doby poháněny jen vodním kolem. Vznikaly první parní buchary, kde jako pohonné médium byla použita vodní pára, hydraulické lisy. V posledních sto letech se zařízení pro kování, technologie kování i metalurgie značně rozvinuly. Tento rozvoj přispěl k masovému nasazení mechanických

a

hydraulických

lisů

a

kovacích

válců.

S rozvojem

automobilového a leteckého průmyslu se rozmáhá tváření nízkouhlíkových ocelí, slitin titanu, hliníku a niklu. Posledních 20 let díky rozvoji výpočetní techniky a matematickému modelování a simulacím se tváření dostalo na špičkovou úroveň v oblasti výroby strojních součástí.3

1.2 Objemové tváření - kování Kování patří mezi základní operace při objemovém tváření. Kování lze rozdělit podle způsobu kování do dvou skupin: -

kování volné

-

kování zápustkové

Volné kování se vyznačuje vyšším stupněm volnosti toku kovu, používá se pro výrobu tvarově jednoduchých, velkých součástí, jako jsou například hřídele, kola, disky atd. Zápustkové kování se vyznačuje usměrněným tokem kovu v zápustce, používá se pro výrobu malých až středních součástí, jako jsou například čepy, hřídele, disky, držáky, ojnice atd.2

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 12

1.3 Fyzikální předpoklady plastické deformace Při objemovém tváření kovů dochází prvotně k elastické deformaci, následně k plastické deformaci. Ta má za následek přetvoření tvaru a struktury kovu do požadovaných tvarů a struktur. Pružná (elastická) deformace je charakteristická vratností tělesa do původního stavu po odlehčení od zatěžujících sil, oproti tomu hlavním znakem plastické deformace je nevratnost do původního stavu po odlehčení od zatěžujících sil při zachování stejné krystalické struktury kovu. Deformace mohou nastat na hranicích zrn nebo uvnitř zrn. Existují dva základní mechanismy plastické deformace – kluz a dvojčatění.

Obr.1.1Kluz a dvojčatění1

V kovu není krystalická mřížka dokonalá, obsahuje velké množství různých typů poruch. Podle velikosti a tvaru krystalografické neuspořádanosti atomů lze rozeznat tyto poruchy: -

bodové – vakance, intersticie, substituce

-

čárové – hranové, smíšené, šroubové

-

plošné – hranice zrn, roviny dvojčatní, vrstvené chyby

-

prostorové – vměstky, široké hranice zrn

Všechny tyto poruchy, hlavně pak dislokace mají podstatný vliv na tvářecí proces, energetickou náročnost tvářecího procesu.1

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 13

1.4 Charakteristika volného kování Volné kování je charakteristické usměrněným tokem kovu mezi kovadly, přičemž stupeň volnosti toku kovu je vyšší než při zápustkovém kování. Volné kování v dnešní době nedosahuje takového významu jako kování zápustkové; toto je způsobeno hlavně náročností volného kování, především jsou kladeny vysoké nároky na obsluhu. Volného kování se využívá při kování velkých čepů, hřídelí, při zpracování ocelí, atd., nebo při uměleckém kování. Volné kování lze rozdělit na ruční a strojní. Ruční kování se provádí převážně na kovadlině ručními kovářskými nástroji. Strojní kování se provádí za použití převážně bucharů o hmotnosti beranu do 5t. Je-li potřeba větší tvářecí síla, používají se pro kování hydraulické lisy o jmenovité síle až 150MN. Mezi základní kovářské operace při volném kování patří: prodlužování, sekání, nasekávání, pěchování, děrování, kování na trnu, osazování, prosazování a přesazování, ohýbání a zkrucování.2

1.5 Charakteristika zápustkového kování Zápustkové

kování

je

jedním

z nepostradatelných

způsobů

výroby

strojírenských součástí. Především s rozvojem automobilového průmyslu si získalo svůj průmyslový charakter, kdy začalo vytlačovat do té doby významně používané třískové obrábění. Zápustkové výkovky se používají především jako polotovary pro následné třískové obrábění, kde je potřeba velké množství rozměrově stejných součástí s jasně definovanými vlastnostmi. Při zápustkovém kování se tok kovu vyznačuje menším stupněm volnosti než při kování volném. Je omezen stěnami dutiny v nejméně dvoudílném nástroji

–

zápustce,

kde

se

kovový

polotovar

tváří

za

tepla

(s úplnou rekrystalizací), za studena (bez rekrystalizace), za poloohřevu (s částečnou rekrystalizací). V ojedinělých případech se uplatňuje zápustkové kování vysokorychlostní, izotermické a v podmínkách superplasticity. Zápustkové kování je charakterizováno malým počtem operací, jenž na sebe navazují. Jsou znázorněny na obrázku 1.2 a lze mezi ně zařadit: dělení polotovarů, ohřev, předkování, kování, děrování (ostřihování výronku) a

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 14

úprava výkovku (rovnání, kalibrování, konzervování a kontrola). Styk kovu a nástroje je v řádu sekund. Velkým problémem jsou vedlejší časy, především časy manipulační, které lze minimalizovat použitím mechanizace a robotizace v tvářecím procesu. Tvarově jednoduché výkovky lze vykovat v jediné dutině zápustky, složitější výkovky se kovají z předem připravených předkovků, které lze vyrobit volným kováním, na kovacích válcích nebo v přípravných dutinách zápustky. Podle druhu se dutiny zápustky zaplňují kovem celkově nebo jen částečně. V otevřené zápustkové dutině se kov šíří neomezeně, oproti tomu v uzavřené zápustkové dutině se kov šíří omezeně. Přebytek tohoto kovu vede ke vzniku výronkové části, která neumožňuje úplné dosednutí zápustek na sebe. V dokončovacích dutinách se kovem zaplní nebo mírně přeplní celá dutina zápustky, což vede k tvorbě výronku, který se musí odstranit v následné operaci. Výronek představuje největší materiálové ztráty při zápustkovém kování. V závislosti na tvarové složitosti výkovku a použité výronkové části je tato ztráta 8 až 20% hmotnosti výkovku. Tato nevýhoda výronkové části zápustky je bohatě vyrovnána příznivými vlivy na tvářecí proces. Mezi tyto výhody lze řadit především: -

zvýšení odporu proti vytékání kovu z dutiny zápustky

-

příznivý stav napjatosti v dutině, napomáhající zaplnění dutiny zápustky

-

vyrovnání objemového rozdílu polotovaru a dutiny zápustky

-

tlumení rázů při dosedání jednotlivých dílů zápustky

Ztráty materiálu ve výronku lze odstranit pomocí použití technologie kování v uzavřené zápustce, které je náročnější. Mezi hlavní nevýhody této technologie se řadí: -

použití jen pro osové výkovky

-

vysoké nároky na přesnost polotovaru

-

nepřesnosti polotovaru se projeví v rozdílné výšce výkovku

-

vyšší výskyt neshodných výrobků vzniklých nezaplněním dutiny zápustky

-

možný výskyt čelního otřepu

-

masivnější konstrukce zápustky z důvodu vyššího namáhání.2

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

Obr.1.2 Výrobní postup zápustkového výkovku2

List 15

FSI VUT

2

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 16

ZÁKLADNÍ TECHNOLOGIE ZÁPUSTKOVÉHO KOVÁNÍ

Mezi základní technologie lze zařadit: a) Zápustkové kování na bucharech b) Zápustkové kování na svislých klikových lisech c) Zápustkové kování na vřetenových lisech d) Zápustkové kování na hydraulických lisech e) Kování na vodorovných kovacích lisech

2.1 Kování na bucharech Zápustkové kování na bucharech patří mezi rozšířené způsoby objemového tváření. Uplatňuje se především při sériové a hromadné výrobě, při kování různorodých součástí, především výškově členitých součástí. Konstrukční provedení bucharů jsou různorodá. S úspěchem se používají tyto buchary: -

parovzdušné dvojčinné buchary s hmotností beranu mb=500-25000kg

-

padací buchary s hmotností beranu mb=500 -25000kg

-

řetězové buchary

-

protiběžné buchary s rázovou energií 50 až 450 kJ.2

2.1.1 Charakteristika zápustkového kování na bucharech Při kování na bucharech je tok kovu ovlivněn vysokou dopadovou rychlostí beranu bucharu. Opadávání okují z povrchu výkovku podporuje rázový charakter kování, který má za následek i snadnější tok kovu do horní poloviny zápustky, kde se snadno zaplňují hluboké dutiny. Přednostní zaplňování horní poloviny zápustky způsobuje velmi krátká doba styku mezi tvářeným kovem, jde o setiny až tisíciny sekundy.2 2.1.2 Zápustky pro buchary Při navrhování zápustek pro kování na bucharech je potřeba respektovat rázových účinků, proto se zápustky zhotovují převážně z celistvých masivních

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 17

bloků (obr.2.1). Okraj zápustky od dutiny musí být v minimální vzdálenosti s (obr. 2.2), která se určí podle nomogramu na obr.2.3.2

Obr. 2.1 Příklad postupové zápustky pro buchar4

Obr.2.2 Stanovení rozměrů zápustky8

Vzdálenost mezi jednotlivými dutinami: s1=s·cosα1 kde: α1 – boční úkos dutiny, s – vzdálenost dutiny od okraje zápustky, s1 – vzdálenost mezi jednotlivými dutinami v zápustce

Obr.2.3 Diagram pro stanovení nejmenší výšky zápustky8

(2.1)

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 18

Obr.2.4 Diagram pro určení vzdálenosti dutiny od okraje zápustky s18

Nejmenší výška zápustky HZMIN se stanoví podle největší hloubky zápustkové dutiny HD z diagramu na obr.2.4. Vzhledem k rozdílné životnosti zápustkových dutin se někdy přistupuje k úplnému nebo částečnému vložkování zápustek. Vložky se upínají do zápustkového bloku klínem (obr.2.5) nebo se zapuštěním za studena i za tepla (obr.2.6).

Obr.2.5 Upnutí zápustek2 1 – zápustkový blok 2 – klín 3 – vložka

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 19

Obr.2.6 Způsoby zapuštění vložek do bloku2 a) za studena b) za tepla c) pomocí zmražení vložky

Pro zajištění dokonalého slícování obou dílů zápustky a tím i nejmenšího přesazení výkovku, se používají zápustky s vedením. Vedení může být kruhové, podélné, příčné nebo křížové. Dále lze použít i vodící kolíky, popřípadě zámky pro zachycení posuvových sil.

Obr.2.7 Základní druhy výronkové drážky pro bucharové zápustky: a),b) obvyklé;c) pro členitější výkovky8

Obr.2.8 Klínová výronková drážka2

Normalizované typy výronkové drážky znázorňuje obr.2.7. Základní rozměr, tloušťka můstku hm se určí podle vztahu 2.2.

hm = (0,012 až 0,015) ⋅ SV

(2.2)

SV – plocha vodorovného průmětu výkovku [mm2], další rozměry určuje norma ČSN 22 8308, tab.7. Pro osově souměrné výkovky se doporučuje úsporná klínová výronková drážka podle obr.2.8 a rozměry dle normy ČSN 22 8306, tab.7.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 20

Zápustka je dále opatřena rybinovým výstupkem – kořenem (obr.2.9), jímž se ukládá do rybinové upínací drážky beranu a stabilizuje se klínem s úkosem 1:100. Proti příčnému posuvu se zápustka stabilizuje krátkým perem v boční stěně upínací drážky. Na protiběžných bucharech se zápustky upínají dvěma klíny, takže jistící čep je uprostřed kořene (obr.2.10).

Obr.2.9 Systém upínání zápustky v bucharu:1–pero, 2–příložka, 3–klín, 4–zápustka, 5–kořen, 6–upínací drážka9

Obr.2.10 Upínání zápustky na protiběžném bucharu: 1–pouzdro jistícího čepu, 2–jistící čep, 3–klín, 4–příložka klínu, 5–zápustka, 6–kořen, 7–upínací drážka12

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 21

2.1.3 Určení velikosti bucharu Velikost bucharu je závislá na potřebné práci A [J] posledního úderu, kdy je odpor tvářeného materiálu proti deformaci největší.8 a) výpočet pro výkovky kruhového průřezu 2

⎛ 20 ⎞ ⎟⎟ ⋅ 0,75 + 0,0001DD2 ⋅ DD ⋅ σ s A = 1,8(1 − 0,005DD ) ⋅ ⎜⎜1,1 + D D ⎠ ⎝

(

)

(2.3)

kde: A – práce při posledním úderu beranu bucharu [J], DD – průměr výkovku [mm],σs – pevnost materiálu za kovací teploty [MPa] b) Výpočet práce pro výkovek nekruhového průřezu ⎛ 20 A = 1,8(1 − 0,005DDred ) ⋅ ⎜⎜1,1 + DDred ⎝

2

⎞ 2 ⎟⎟ ⋅ 0,75 + 0,0001DDred ⋅ DDred ⋅ σ s ⎠

(

)

DDred = 1,13 FD ⎛ ⎛ LD An = A⎜1 + 0,1⎜⎜ ⎜ ⎝ BDstred ⎝ F BDstred = D LD

(2.4) (2.5)

⎞⎞ ⎟⎟ ⎟⎟ ⎠⎠

(2.6) (2.7)

kde: DDred – redukovaný průměr výkovku [mm], FD – průmět plochy výkovku v ploše kolmé ke směru rázu [mm2], LD – délka výkovku [mm], BDstred – střední šířka výkovku [mm], An – práce posledního úderu pro nekruhový výkovek [J], A – práce při posledním úderu beranu bucharu [J], σs – pevnost materiálu za kovací teploty [Pa] Hmotnost beranu m [kg] se určí podle následující tabulky: Tab.1 – výpočet hmotnosti beranu bucharu8 Výkovek

Buchar jednočinný

dvojčinný

kruhový

m=

A 1,1

m=

A 1,8 − 2,8

nekruhový

m=

An 1,1

m=

An 1,8 − 2,8

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 22

2.2 Zápustkové kování na svislých klikových lisech Způsob kování je odlišný od kování na bucharech nebo kování na vřetenových lisech. Na rozdíl od bucharů a vřetenových lisů, které pracují rázem, klikový lis pracuje klidným tlakem, se zanedbáním odpružení i s konstantním zdvihem. Velkou nevýhodou klikových kovacích lisů s jejich klidným chodem beranu je zakovávání okují, proto je potřeba pečlivě dbát na odstranění okují před kováním i během procesu kování. Toho lze docílit pracným ofukováním vzduchem nebo snadněji použitím ohřevu, kdy vznikají tyto okuje minimálně, to je například indukční ohřev. Základní princip těchto strojů je ten, že na jeden zdvih je provedena jedna operace v jedné dutině zápustky. Celý výkovek se tak získá několika po sobě jdoucími zdvihy v několika dutinách zápustky. Tok kovu do horního dílu zápustky je intenzivnější než tok kovu na bucharu. To klade vysoké nároky na předkování výkovku, především výkovků s vysokými výstupky. Příčinou takovéhoto toku kovu je hlavně dlouhá doba styku kovu se zápustkou, řádově 0,03 až 0,2s. Tento čas styku umožňuje deformaci celého objemu tvářeného kovu, tím taky zaplňování obou dílů stejnoměrně. Nerázovým charakterem kování se řídí i konstrukce zápustek pro klikové kovací lisy. Na rozdíl od bucharů, které pracují rázem, není již potřeba používat pro uchycení zápustek do beranu bucharu rybinových drážek, klínů a per, ale plně postačuje uchycení zápustek do upínače pomocí upínek. Držáky zápustek jsou rovněž vedeny pomocí vodících sloupků, popř. pouzder. To zabezpečuje nižší přesazení výkovků, zlepšuje rozměrovou přesnost výkovku především v dělící rovině výkovku. Zápustky jsou stejně jako u bucharů opatřeny výronkovou drážkou, oproti drážkám používaných u bucharů jsou zcela otevřené. Toto protažení výronkové drážky až na okraj zápustky je preventivní opatření proti zaklínění lisu. Na obrázku 2.11 je znázorněn držák s upnutými zápustkami, obrázek 2.12 ukazuje základní typy zápustkových vložek pro klikové kovací lisy. Základní druhy výronkových drážek vystihuje obrázek 2.13.2

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 23

Obr.2.11 Držák zápustek s upnutými zápustkami2 1 – zápustková vložka 2 – upínač vložek 3 – vodící sloupek 4 – vodící pouzdro

Obr.2.12 Zápustkové vložky pro svislé kovací lisy2 a) válcové b) hranolové

Obr.2.13 Základní druhy výronkové drážky pro zápustky svislých kovacích lisů: a) obvyklé, b) při velké vzdálenosti dutiny od okraje zápustky, c) při velkém přebytku kovu, d) u výkovků, jejichž nejmenší výška H1 je menší než výška výronku hm10

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 24

Zápustky pro svislé kovací lisy a jejich konstrukce se řídí normou ČSN 22 8306. Oproti zápustkám pro buchary mají díky použití vyhazovačů menší úkosy na stěnách zápustky, vyšší přesnost výkovku. 2.2.1 Deformační síla klikového kovacího lisu Deformační síla pro osově souměrné výkovky se určí dle vztahu: 2

⎛ 0,02 ⎞ ⎟ ⋅ SV ⋅ σ P F = 80 ⋅ (1 − 10 ⋅ DD ) ⋅ ⎜⎜1,1 + 10 DD ⎟⎠ ⎝

(2.8)

Pro ostatní výkovky se deformační síla určí dle vztahu: ⎛ 0,02 ⎞ ⎟ F = 80 ⋅ (1 − DR ) ⋅ ⎜⎜1,1 + DR ⎟⎠ ⎝

2

⎛ L⎞ ⎟ ⋅ SV ⋅ σ P ⋅ ⎜⎜1 + 0,1 ⋅ B ⎟⎠ ⎝

DR = 1,13 ⋅ SV

(2.9) (2.10)

kde: L – délka výkovku [mm],B – šířka výkovku [mm], DD – průměr výkovku v dělící rovině [mm], SV – plošný obsah vodorovného průmětu výkovku [mm2], σP – přirozený deformační odpor [Pa]10

2.3 Zápustkové kování na třecích lisech Vlastnosti třecích lisů se uplatňují především při malosériové výrobě. Používají se při kování jak v otevřených tak uzavřených zápustkách, převážně pak při rovnání, kalibrování, děrování, stříhání a protlačování kovů a jejich slitin do maximální hmotnosti 50 kg. Mají nízkou pracovní rychlost, 0,5 až 0,9 ms-1, tím se podobají klikovým kovacím lisům, avšak povahou své práce a kinematickou nezávislostí smýkadla na pohonném mechanizmu se podobají bucharům. Kove se převážně v jednodutinové zápustce na jeden zdvih lisu, více zdvihů z důvodu životnosti spodního dílu zápustky je nepřípustný.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 25

Na třecích lisech se nejčastěji uplatňují tyto způsoby kování: 1) kování v otevřených zápustkách (obr.2.14a) – lze dosáhnout přesných výkovků z nepřesných vsádkových polotovarů 2) kování v uzavřených zápustkách (obr.2.14b) – náročné na přesné dělení výchozího materiálu 3) kování v uzavřených zápustkách s dělenou zápustkou (obr.2.14c) 4) protlačování (obr.2.14d)2

Obr.2.14 Způsoby kování na vřetenových lisech2 a) Kování v otevřených zápustkách b) Kování v uzavřených zápustkách c) Kování v uzavřených zápustkách s dělenou spodní polovinou d) Protlačování

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 26

2.4 Zápustkové kování na hydraulických lisech Hydraulické lisy se používají především pro volné kování, jejich jmenovitá síla je u malých hydraulických lisů přibližně do 17MN, u velkých lisů pak až 150MN. Tato síla umožňuje kovat výkovky až do hmotnosti 350t, tyto lisy jsou převážně svislé dvousloupové, častěji však čtyřsloupové. Hydraulické lisy pro kování v zápustkách se používají při lisování vysokých a tlustostěnných těles protlačováním za tepla, kde malá tvářecí rychlost do 200mm/s je dostačující. Jejich výhodou je klidný a nerázovitý chod, možnost lisování nebo protlačování plným tlakem po celé dráze a nemožnost přetížení. Tyto lisy se převážně používají pro plošné tváření.2

2.5 Kování na vodorovných kovacích lisech Kování na vodorovných kovacích lisech má tyto nesporné výhody: - tyto lisy mají velký počet zdvihů, z čehož vyplývá velký výkon - lze vyrábět výkovky s menšími úkosy, z toho plyne nižší spotřeba materiálu - lze kovat tvarové výkovky, které se obtížně kovají na jiných typech lisů - lze pěchovat různé konce tyčí - lze kovat součásti jako ozubená kola, ložiskové kroužky a jiné součásti - většina výkovků se kove v uzavřených zápustkách - výronky je možné odstranit přímo po kování na tomto stroji - lze jednoduše mechanizovat a automatizovat Z konstrukčního hlediska jsou dvě základní uspořádání vodorovných kovacích lisů: a) Lisy se svislým svíráním čelistí b) Lisy s vodorovným svíráním čelistí Lisy se svislým svíráním čelistí jsou výhodné pro výrobu kruhových tvarů výkovků (ozubená kola, ložiskové kroužky apod.). Je zde výhodné odpadávání okují při kovacím pochodu a vyjímání (vypadávání) výkovků ze zápustky. Lisy s vodorovným svíráním čelistí umožňují lepší využití a zařazení mechanizace a automatizace kovacích operací. Další výhodou je snadnější

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 27

způsob upínání lisovacích nástrojů. Nevýhodou je nutnost zařazení zařízení pro odstraňování okují při kovacím pochodu. Počet operací a jejich sled je dán technologickým postupem, podle něhož je nářadí

konstruováno.

Schematické

znázornění

postupu

kování

vodorovném kovacím lisu je na obr.2.15.2

Obr.2.15 Schéma postupu kování na vodorovném kovacím lisu2 1- přední narážka,2- nepohyblivá čelist,3- polotovar,4- pohyblivá čelist 5- výkovek, S´- Zdvih

na

FSI VUT

3

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 28

VÝCHOZÍ POLOTOVARY A JEJICH DĚLENÍ Pro výrobu zápustkových výkovků se většinou používá polotovarů

zhotovených válcováním za tepla: -

bloky ocelové čtvercové (□ 140 až 300mm)

-

sochory ocelové čtvercové (□ 40 až 130mm)

-

sochory kruhové (ø 90 až 290mm)

-

tyče kruhové v obvyklém provedení (ø 5 až 210mm)

-

tyče čtvercové (□ 7 až 150mm) Kromě těchto nejobvyklejších válcovaných polotovarů lze použít podle

potřeby i plochých tyčí, tlustostěnných trubek, drátu, případně polotovarů tažených, protlačovaných či loupaných. Do kováren se výchozí polotovary dodávají vesměs v obchodních délkách a ty se dále dělí na kratší vsázkové, jejichž hmotnost odpovídá vypočtené hmotnosti výchozího polotovaru pro daný výkovek. S přihlédnutím k různým požadavkům na výchozí polotovary pro zápustkové kování se uplatňuje především stříhání, lámání.2

FSI VUT

4

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 29

OHŘEV POLOTOVARU NA KOVACÍ TEPLOTU Ohřevem polotovaru se v nejkratším možném čase dosahuje tvářecí

teploty, a to bez ohrožení povrchové a vnitřní jakosti ohřívaného tělesa při omezení popřípadě úplném potlačení průvodních jevů ohřevu v podobě opalu a oduhličení. Ohřevem se zvyšuje tvařitelnost materiálu a snižuje deformační odpor, což má příznivý vliv na energetickou náročnost tváření, životnost tvářecích nástrojů a produktivitu tváření. Zvyšováním teploty se spouští i difúzní pochody (homogenizace licí struktury, rozpuštění precipitátů), jimiž se zlepšuje jakost ohřívaného kovu. Snižuje se i hustota mřížkových poruch, což má příznivý vliv na jakost hranic zrn.2

4.1 Tvářecí teploty Tvářecí teploty lze rozdělit: - horní tvářecí teplota - HTT – nejvyšší přístupná teplota na kterou se polotovar zahřívá - počáteční tvářecí teplota - PTT – teplota počátku tváření - dolní tvářecí teplota - DTT – nejnižší přípustná teplota tváření - dotvářecí teplota (DT) – teplota polotovaru na konci tváření; pro tvářecí teploty platí, že HTT ≥ PTT a DTT ≤ DT a) Horní tvářecí teplota (HTT) Tato teplota je nižší než kritická teplota růstu zrna. U uhlíkových ocelí závisí růst zrna při dané teplotě hlavně na obsahu uhlíku, u legovaných ocelí na přísadových prvcích, zejména karbidotvorných, které růst zrna zpomalují. S rostoucím obsahem přísadových prvků stoupá náchylnost k přehřátí a spálení, klesá tvařitelnost, což se souhrnně projeví snížením horní tvářecí teploty. Oblast horních tvářecích teplot je zakreslena na obr.4.1. Je-li teplota solidu značená ts, potom platí, že HTT=ts-(150 až 200°C). b) Dolní tvářecí teplota (DTT) Vzhledem k rozdílným vlastnostem feritu a cementitu se určuje zvlášť pro oceli podeutektoidní a zvlášť pro oceli nadeutektoidní. Pro podeutektoidní oceli

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 30

(křivka 4 na obr.4.1): Ar3DTT>Ar1, čímž se dosahuje výhodného rozptýlení cementitu v jemném austenitickém zrnu. Výsledné vlastnosti tvářených polotovarů však nezávisí jen na dotvářecí teplotě, nýbrž i na velikosti posledního úběru, jimž se má zamezit zhrubnutí zrna. Kritický úběr kovových materiálů se zjišťuje z rekrystalizačních diagramů. U běžných ocelí se velikost snižuje se stoupající teplotou a obsahem uhlíku. Vysokou náchylností ke kritickému růstu zrna se vyznačují feritické oceli. Zvlášť přesné dodržení dolní tvářecí teploty vyžadují jednofázové oceli a tlustší polotovary, u nichž je tváření jediným postupem k dosažení požadovaných vlastností v konečném výrobku.2

Obr.4.1 Tvářecí teploty ocelí2 Horní tvářecí teploty: 1 – rychlostní ohřev, 2-polotovary s licí strukturou, 3 – polotovary s tvářenou strukturou Dolní tvářecí teplota: 4 – podeutektoidní oceli, 5 - nadeutektoidní oceli s nižší tvařitelností, 6 – nadeutektoidní oceli s vyšší tvařitelností

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 31

4.2 Rychlost ohřevu Rychlost ohřevu závisí především na teplotní vodivosti daného materiálu, tepelné kapacitě materiálu a rozměrech polotovaru. S vyšší rychlostí ohřevu se snižuje doba potřebná pro ohřev polotovaru, ale výrazně se zvyšuje riziko tepelných pnutí v polotovaru. Pro snížení těchto pnutí se doporučuje prvotní ohřev polotovaru v peci se sníženou sázecí teplotou.2

4.3 Doba ohřevu Doba ohřevu se stanoví na základě tvářecí teploty, vlastností ohřívaného materiálu, především tepelné vodivosti, hmotnosti a rozměrech polotovaru. Při ohřevu se musí dbát na to, aby prohřátí bylo rovnoměrné. Technologický postup ohřevu tělesa se liší v závislosti na rozměrech, zohledňuje se především hmotnost a rozměry polotovaru. Pro menší polotovary se s úspěchem používá tabulek a diagramů, pro větší polotovary, jako jsou ingoty, se postup ohřevu stanovuje obtížně, proto se používá teoretických výpočtů, popřípadě simulace s využitím výpočetní techniky. Tenká tělesa se vkládají do pece vyhřáté na horní tvářecí teplotu (HTT), vetší polotovary a ingoty se vkládají předem do pece vyhřáté na teplotu 300 až 500°C s následným ohřevem na horní tvářecí teplotu (HTT). Tento průběh vystihuje obr.4.2.2

Obr.4.2 Průběh ohřevu polotovaru, HTT – horní tvářecí teplota, 1- tenké polotovary, 2-velké polotovary, ingoty

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 32

4.4 Průvodní jevy ohřevu Za průvodní jevy ohřevu se považuje opal, oduhličení, přehřátí a spálení oceli. Všechny tyto jevy lze považovat za nežádoucí a částečně destruktivní. 4.4.1 Opal Opal vzniká oxidací povrchových vrstev ohřívaného tělesa v pecní atmosféře obsahující volný kyslík, oxid uhličitý a vodní páru. Vzájemný podíl postupně od základního kovu k atmosféře vznikajících oxidů železa FeO, Fe3O4 a Fe2O3 se mění s teplotou. Oxidace se urychluje neustálým opadáváním okují z povrchu ohřívaného tělesa následkem rozdílné teplotní roztažnosti okují a základního kovu. Okuje obsahují 71 až 76% železa. Nepříznivé důsledky opalu jsou především: - ztráta kovu -1 až 3% na 1 ohřev - snížení životnosti pecní nístěje následkem nalepování okují, popř. vzniku strusky - nezbytnost zařazení odkujení před tvářením - snížení životnosti tvářecích nástrojů - možnost zatlačení okují do povrchu tvářeného polotovaru - nezbytnost čištění povrchu tvářených výrobků před dalším tvářením za studena nebo obráběním. Opal lze při ohřevu před tvářením snížit dvěma základními způsoby: - rychlostním ohřevem založeným na intenzivním vnějším tepelném toku, čehož se dosahuje buď zvýšenou teplotou pece (přístup tepla sáláním), což však klade mimořádné nároky na konstrukční prvky pecního prostoru, nebo zvýšením rychlosti proudění spalin a jejich usměrněním přímo na povrch vsázky (přestup tepla prouděním) při nižších nárocích na konstrukci pecního prostoru. - řízenou atmosférou pece, která se vytvoří spalováním topné látky s minimálním přebytkem, popřípadě mírným nedostatkem vzduchu. Úpravou vzájemného poměru oxidačních a redukčních složek spalin lze dosáhnout výrazného omezení opalu při současném zeslabení přilnavosti okují k

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 33

základnímu kovu, což značně zjednodušuje odstraňování okují před tvářením. Průvodním jevem takto získané ochranné atmosféry jsou spaliny se značnou entalpií, které se využívají k rekuperačnímu předehřívání vzduchu nebo plynu.2 4.4.2 Oduhličení Působením CO2 a H2O, dále pak O2 a H2 se ocel oduhličuje, což se projevuje snížením pevnosti, povrchové tvrdosti a dalších vlastností závislých na obsahu uhlíku. Oduhličení úzce souvisí s oxidací; za horní tvářecí teplotou převládá oxidace, kdežto při dolní tvářecí teplotě oduhličení, jehož hloubka může dosáhnout až 2 mm. Oduhličení podporují přísadové prvky podněcující aktivitu uhlíku v austenitu (Si, W, Mo), opačně působí chrom.2 4.4.3 Přehřátí a spálení Přehřátí oceli nastává při ohřevu těsně nad horní tvářecí teplotou, kdy hrubne austenitické zrno. Jeho překrystalizací při následném ochlazování vznikne jehlicovitá struktura, jejíž nepříznivé vlastnosti (snížená houževnatost) se napravuje normalizačním žíháním. Toto první stadium přehřátí se označuje jako přehřátí bez ovlivnění hranic zrn. Druhé stadium, přehřátí s ovlivněním hranic zrn, trvale znehodnocuje ocel. Za příčinu se považuje síra, která se pod teplotou solidu rozpouští v oceli a difunduje na hranice zhrublého austenitického zrna s nižší povrchovou energií. Při následném ochlazování se síra vylučuje na hranicích austenitického zrna v podobě sulfidů, které ve zvýšené koncentraci oslabují soudržnost feritického síťoví, čímž se snižují plastické vlastnosti oceli. Při ohřevu na teploty blízké teplotě solidu může nastat spálení oceli, což znamená její naprosté znehodnocení následkem natavení hranic zrn, kde se kromě dříve rozpuštěné síry začne rozpouštět i fosfor, a to difůzí z nitra zrn.2

4.5 Druhy ohřevu V dnešní době se už prakticky nevyužívají k ohřevu pece na fosilní paliva, jako např. koks, nafta. Hlavním důvodem je vznik agresivního prostředí při

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 34

spalování, které negativně ovlivňuje vlastnosti ohřívaného polotovaru. Dále pak neekologičnost a neefektivnost spalování fosilních paliv a vznik velkého množství odpadu (strusky). Nyní se používá mnohem efektivnější a rychlejší ohřev pomocí elektrické energie. Podle principu přeměny elektrické energie na teplo je možno elektrotepelná zařízení rozdělit na zařízení odporová, indukční, oblouková, dielektrická, plazmová, elektronová a laserová. Pro ohřev k tváření mají význam zařízení odporová a zejména pak zařízení indukční. U indukčních zařízení vzniká teplo většinou také přímo ve vsázce. Ohřívací proudy velkých hodnot se však do vsázky nezavádějí, nýbrž se ve vsázce indukují střídavým magnetickým polem, které je buzeno ohřívací cívkou neboli induktorem. Ohřevy, při nichž teplo vzniká přímo ve vsázce, jsou rychlejší a celkově výhodnější. Pokud to nevyžaduje technologie (např. při chemickotepelném zpracování), je z hlediska energetické účinnosti vždy výhodné dobu ohřevu maximálně zkrátit. Při krátkých ohřívacích časech klesají tepelné ztráty, zokujení, oduhličení apod.2

FSI VUT

5

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 35

ÚPRAVA VÝKOVKŮ PO KOVÁNÍ

5.1 Ostřihování a děrování výkovků Těmito operacemi se dokončuje tváření výkovků. Uskutečňuje se za tepla nebo za studena na zvláštních nástrojích, odstřihovadle (obr.5.1) a děrovadle (obr.5.2), upnutých na ostřihovacích lisech. Ostřižení výronkové části následuje hned po dokončení kování na bucharu, ještě tedy za tepla. Pro určení minimální střižné síly se vychází z velikosti střižné plochy a pevnosti materiálu ve střihu. Z bezpečnostních důvodů se uvažuje dvojnásobná výška výronku.

FS = 1,7 ⋅ 0,8 ⋅σ S ⋅ o ⋅ 2hm [N]

(5.1)

kde: o – obvod výronku [mm],hm – tloušťka výronku - můstku [mm], σS – pevnost materiálu při dané teplotě [MPa] Ostřihovací lisy mají větší výrobnost než buchary, vřetenové a hydraulické lisy, a proto je výhodnější ostřihovat výkovky z těchto tvářecích strojů za studena. Tak se zpracovávají menší výkovky z uhlíkových ocelí a nízkolegovaných ocelí. V takovém případě se uvažuje s jedním ostřihovacím lisem na dva základní tvářecí stroje. K ostřihování za tepla se přistupuje ve všech ostatních případech, především u vysoce výkonných svislých kovacích lisů.2

Obr.5.1 Ostřihovací nástroj pro ostřižení výronkové části výkovku, vůle t se pohybuje v rozmezí 0,3 až 1,5mm.2

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 36

Obr.5.2 Děrovací nástroj pro děrování výkovků,1 – děrovník, 2 – výkovek, 3 - děrovadlo 2

5.2 Rovnání a kalibrování výkovků Některé výkovky se při ostřihování výronku poněkud zkřiví, což se napravuje rovnáním za studena (drobné výkovky) nebo rovnáním za tepla. Rovná se bud' v dokovací dutině zápustky, nebo ve zvláštní rovnací zápustce upnuté na ostřihovacím lisu. Kalibrováním na klikových kolenových lisech se zpřesňují rozměry výkovku a zlepšuje jejich povrchová jakost, což v některých případech umožňuje upustit od dalšího obrábění výkovků. Plošným kalibrováním (výlučně za studena) se zpřesňují rozměry mezi rovnoběžnými plochami výkovků za současného zvětšení rozměrů kolmo na směr kalibrování. Objemovým kalibrováním se dosahuje větší přesnosti všech rozměrů výkovku. Kalibruje se za studena nebo za tepla, přičemž se přebytečný kov vytlačuje do malého výronku, který se většinou obrušuje.2

5.3 Ochlazování výkovků Ochlazování výkovků má nezanedbatelný vliv na výsledné vlastnosti výkovku. Kovaný polotovar chladne ihned po vytažení z pece, a to rychlostí, která současně vymezuje čas ke zhotovení výkovku. Většina výkovků se po kování

ochlazuje

na

vzduchu,

popř.

nahromaděné

v bednách

nebo

hromadách. Větší výkovky se rovněž ochlazují v pecích. Toto ochlazování zamezuje vzniku vad vlivem rychlého ochlazení výkovku.2

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 37

5.4 Čištění výkovků Další operací je čištění výkovků, které má za úkol odstranit z povrchu výkovku zbytky okují, rez, nečistoty a místní drobné povrchové vady. Čištěním výkovku se předchází možným problémům při následném obrábění výkovků. Čištění se nejčastěji realizuje za pomocí automatických tryskačů ocelové drti, při čištění větších výkovků se čistí ručními pistolemi.2

5.5 Tepelné zpracování výkovků Přestože samo kování má příznivý vliv na strukturu a vlastnosti výkovků, navazuje na ně většinou tepelné zpracování, jímž se celková jakost výkovků dále zlepšuje, a to s přihlédnutím k jejich dalšímu zpracování a určení. K základním způsobům tepelného zpracování patří žíhání ke snížení pnutí, žíhání na měkko a normalizační žíhání.2

FSI VUT

6

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 38

MATERIÁLY POUŽÍVANÉ PRO VÝROBU ZÁPUSTEK Na zápustky jsou obecně kladeny vysoké požadavky, které vyplývají z jejich

určení. Mezi tyto požadavky lze zařadit především: - vysoká pevnost za normálních i zvýšených teplot - co největší poměr meze kluzu a pevnosti - co nejvyšší popouštěcí teplota - odolnost proti snížení pevnosti v důsledku teplotního zatížení - odolnost proti opotřebení otěrem - dobrá odolnost proti vzniku trhlinek vlivem teplotních šoků - malá teplotní roztažnost - vysoká tepelná vodivost - dobrá obrobitelnost Uvedené požadavky nelze prakticky očekávat od žádné oceli přidáním jakéhokoliv množství legujících prvků. Lze dosáhnout jen přiblížení, protože existují protiklady mezi požadovanými vlastnostmi, např. s rostoucí pevností klesá houževnatost oceli. Nejčastěji se pro zápustky volí oceli wolframové, chrommolybdenové, niklové, chromové, uhlíkové. Wolframové oceli (ČSN 19 721,19 723, 19 732) – oceli vhodné pro kovací lisy Chrommolybdénové oceli (ČSN 19 552, 19 520, 19 512) – oceli vhodné pro buchary i lisy s menším zatížením zápustek otěrem Niklové oceli (ČSN 19 642, 19 617, 19 633, 19 663, 19 662, 19 650) – vhodné pro buchary Chromové oceli (ČSN 19 466, 19 464, 19 452) – vhodné pro buchary Uhlíkové oceli (ČSN 19 083, 19 132, 19 191) – vhodné pro málo tepelně namáhané zápustky

FSI VUT

7

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 39

MAZIVA V ZÁPUSTKOVÉM KOVÁNÍ Při zápustkovém kování mají maziva tři základní funkce, mezi které patří

především: a) snížení tření mezi zápustkou a tvářenou součástí b) napomáhání uvolňování výkovku ze zápustky c) snížení otěru zápustky.

7.1 Tření Při pohybu tečném pohybu dvou ploch po sobě vzniká mezi těmito plochami tření. Toto tření je způsobo především zadrháváním vrcholků profilu povrchu jednotlivých objektů. Napětí v místech styku přesahuje mez kluzu, což způsobuje plastickou deformaci těchto výstupků. Tato plastická deformace vyvolá tzv. mikrosváry, které jsou při pohybu povrchů roztrženy. Tření na povrchu ploch lze podstatně ovlivnit mazáním. Existují čtyři základní druhy tření: a) suché tření – tření bez maziva b) mezné tření – kombinace suchého a kapalného tření s velmi tenkou vrstvou maziva, vyskytuje se ve tváření c) hydrodynamické tření – je definováno kluznou rychlostí, koeficientem dynamické viskozity, měrným tlakem a tloušťkou vrstvy maziva d) smíšené

tření

–

kombinace

nejtypičtější druh tření při tváření

mezného

a

hydrodynamického

tření,

2

7.2 Uvolňovací účinky maziva Přilnavost maziva je jednou z vlastností, která stěžuje vyjmutí výkovku ze zápustky. Každé mazivo má svojí charakteristickou přilnavost, která má podstatný vliv na potřebnou sílu k vyjmutí výkovku. Jako nejvhodnější pro použití při snížení vyhazovací síly se jeví použití pilin. Nevhodné je mazání polyalkylglykolem nebo diethylglykolem, tyto maziva nemají podstatný vliv na

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 40

snížení potřebné vyhazovací síly, lze říci, že se hodnota vyhazovací síly neliší od vyhazovací síly při tváření bez použití maziva.2

7.3 Vliv maziva na opotřebení zápustky Maziva mají podstatný vliv na životnost zápustky. Vhodným (nevhodným) použitím maziva lze docílit opotřebení rozměru zápustky v řádu 0,1 až 0,2 mm (0,4 až 0,5mm) po vykování 3000 výkovků.2

7.4 Základní skupiny maziv používané při tváření Maziva používané při tváření lze rozdělit do těchto základních skupin2: a) tuhá maziva - dispergovaná ve vodě - dispergovaná v oleji b) kapalná maziva - minerální a organické oleje - emulgační oleje - syntetické látky c) konzistentní maziva – plastická mýdla a mazací tuky d) piliny e) soli f) sklo 7.4.1 Tuhá maziva K poměrně malé skupině tuhých maziv patří v praxi nejrozšířenější grafit, sulfidy kovů, z nichž nejpoužívanější je sulfid molybdeničitý (MoS2). Dobré mazací vlastnosti grafitu jsou dány především jeho krystalickou strukturou, přilnavostí. Grafit vniká do relativně pórovitého povrchu kovů, čímž se dosáhne velmi těsného spojení s kovem. Při použití grafitu je nutné dbát na to, aby grafit v zápustce vířil a sedimentoval až po dlouhé době. Další výhoda grafitu je jeho velmi dobrá teplotní stabilita. V normální atmosféře je chemicky stabilní až do 600°C, ve vakuu nebo v inertní atmosféře tato teplota vzrůstá až

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 41

na 1000°C. Grafit je teplotně dobře vodivý, jeho tepelná vodivost se pohybuje mezi hodnotami stříbra a mědi, dále nereaguje s kyselinami a zásadami.2 7.4.2 Kapalná maziva Kapalná maziva se při tváření používají především pro jejich vlastnosti, které napomáhají oddělování výkovku od zápustky. Oleje se vypařují již při teplotách 200°C, tyto teploty jsou totožné s teplotami vzplanutí olejových par, které následně expandují. Tato expanze je nežádoucí, protože způsobuje ohřívání zápustky a tím i její tepelné namáhání.2 7.4.3 Konzistentní maziva Mazaní zápustek mýdly a tuky je nevhodné, protože je časově náročné, musí se provádět ručně. Teplota vzplanutí mazacích mýdel a tuků je přibližně 200°C, proto je jejich nanášení na zápustku problematické. Mezi další nevýhody použití těchto mazadel je zůstávání zbytků vzniklých zmýdelněním mastných kyselin.2 7.4.4 Piliny Piliny se při zápustkovém tváření používají především pro svou schopnost uvolňovat výkovky z zápustky. Tato schopnost je způsobena především vznikajícími plyny a vodní párou při spalováním pilin.2 7.4.5 Soli Soli se na stěny zápustky nanáší pomocí vodního roztoku, ve kterém je tato sůl rozpuštěná. Odpaření vody po styku se zápustkou způsobí ulpění soli na stěnách zápustky. K této solné vrstvě nemohou přilnout okuje, které se následně snadněji odstraňují. Hlavní nevýhodou solných roztoků je jejich korozivní schopnost.2 7.4.6 Sklo V poslední době se používá při tváření ve formě maziva i sklo, které je nanášeno ve formě vaty, fólie nebo v suspenzi v těkavém nosiči. Jejich výhodou je vytvoření tenkého filmu na stěně zápustky, což zabraňuje tvoření okují, dále má sklo dobré mazací schopnosti. Nevýhodou skla jako maziva je jeho ztuhnutí po tváření. Tyto zbytky se musí odstranit oklepáním.2

FSI VUT

8

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 42

NÁVRH A TECHNOLOGIČNOST VÝKOVKŮ Zápustkové kování jako technologii volíme na základě konstrukce součásti,

vyráběném množství a požadavkům na hotovou součást. Základní kroky při konstrukci výkresu výkovku jsou následující – zařazení výkovku podle složitosti tvaru (ČSN 42 9002), určení technologických a kovářských přídavků (ČSN 42 9030) a určení dělící roviny. Základní kroky při návrhu výkovku jsou: - výpočet objemu polotovaru (výkovek, výronek, propal) - určení rozměrů polotovaru - výpočet hmotnosti beranu bucharu, popř. stanovení minimální tvářecí síly lisu -

výpočet potřebné síly pro ostřižení výronku

-

výběr potřebného strojního vybavení

-

návrh a konstrukce zápustek pro buchar (ČSN 22 8308), lis

(ČSN 22 8306)

8.1 Určení dělící roviny výkovku Pro konstrukci výkovku má podstatný význam dělící rovina, ta se převážně umisťuje do roviny souměrnosti výkovku, popř. do roviny dvou na sebe kolmých největších rozměrů výkovku. Při umístění dělící roviny se rovněž přihlíží k intenzivnějšímu toku kovu do horní části zápustky (buchar) nebo do stran (lis), k průběhu vláken ve výkovku, složitosti nástroje pro následné ostřižení výronku. Příklady volby dělící roviny jsou na obr.8.1.5

Obr.8.1 Příklady volby dělící roviny u zápustkových výkovků5

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 43

8.2 Přídavky na obrábění a technologické přídavky Technologické přídavky a přídavky na obrábění se při konstrukci výkovku přidávají k hotové součásti z několika důvodů. Těmito důvody jsou především nemožnost použití zápustkového kování jako technologie výroby (v případě absence přídavků), přesnost této technologie, jakost povrchu po kování, nemožnost vykování otvoru v hotové součásti. Přídavky na obrábění se přidávají převážně na funkčních plochách konečné součásti. Tyto plochy se po kování následně obrábí, to vede ke zvýšení rozměrové přesnosti, zlepšení struktury povrchu součásti. Technologické přídavky jsou přídavky, pomocí kterých je výroba výkovku fakticky uskutečnitelná. Jsou to úkosy na stěnách výkovku, blány, zaoblení hran a rohů.5 Přídavky

na

obrábění

i

technologické

přídavky

upřesňuje

norma

ČSN 42 9030, která rozděluje výkovky do tří základních provedení – obvyklé, přesné, velmi přesné provedení.7

8.3 Výpočet objemu polotovaru a výchozích rozměrů polotovaru Pro určení rozměrů polotovaru je potřeba určení celkového objemu kovu potřebného pro vykování součásti. Tento objem se skládá z objemu výkovku, objemu výronkové části a propalu. Objem přídavku na propal:

VC = VVsV + V p

(8.1)

V p = VVsV ⋅ δ / 100

(8.2)

Vc 2

(8.3)

Vc 2 π ⋅ Dpol

(8.4)

Dpol = 1,08 ⋅ 3

Lpol = 4 ⋅

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 44

kde: δ je propal, u indukčních pecí je δ=1,VC je celkový objem polotovaru, Vp je objem propalu, VVsV je objem výkovku s polovičním zaplněním výronkové části,Dpol je průměr polotovaru, Lpol je délka polotovaru. U nekruhových výkovků se polotovar stanovuje na základě ideálního předkovku. V charakteristických průřezech tělesa se stanoví obsahy průřezů Si, ke kterým se přidává plocha výronku.

Di = 1,13 ⋅ Si

(8.5)

Hodnoty Di se nanesou jako pořadnice od zvolené osy a propojením se získá ideální předkovek. Nanesením hodnot plošných průřezů Si jako pořadnic o výšce Hi a spojením koncových bodů se zkonstruuje průřezový obrazec ideálního předkovku. Složité tvary je nutné redukovat na redukovaný ideální předkovek.5

Obr.8.2 Sestrojení ideálního předkovku pro nekruhové výkovky, a)výkovek, b) ideální předkovek, c) průřezový obrazec5

FSI VUT

9

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 45

STÁVAJÍCÍ MOŽNOSTI VÝROBY SOUČÁSTI Stávající

možnosti

výroby

součásti

musí

brát

v úvahu

především

technologické, ekonomické a ekologické aspekty výroby. Technologie výroby je závislá především na výrobních možnostech výrobního podniku, především strojního vybavení. Pro výrobu této součásti lze uvažovat základní technologie výroby. Tyto technologie jsou – třískové obrábění, odlévání a objemové tváření.

9.1 Zadaná součást Součást je jednoduchého rotačního tvaru, bez složitých tvarových ploch, výstupků, žeber. Jedná se o součást držák tělesa, výkres výkovku. Materiál ocel 12 060 – ČSN 41 2060, DIN Ck55, 0,50 až 0,60%C Podrobné informace o oceli ČSN 41 2060 (DIN Ck55) jsou v příloze č.1.

9.2 Technologie výroby – třískové obrábění Na efektivitu této technologie výroby lze nahlížet především z hlediska mechanických vlastností výsledné součásti a efektivnosti výroby. Mechanické vlastnosti jsou dány mnohými aspekty. Mezi tyto hlavní aspekty lze zařadit: - materiál součásti (ocel 12 060 ČSN 41 2060; DIN Ck55) - chemicko-tepelné zpracování - průběh vláken v součásti - konstrukce součásti - způsob namáhání součásti – statické, dynamické, cyklické zatěžování Průběh vláken (obr 9.1) v součásti bude při třískovém obrábění nevýhodný, především jsou zde místa s přetrhanými vlákny, což může mít za následek vznik a šíření únavových trhlin, resp. náhlé selhání funkce součásti (lom).

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 46

Efektivnost výroby součásti lze posuzovat podle ekonomické náročnosti výroby jednotlivých variant, srovnáním vstupů, především ceny polotovaru, výrobních nákladů a vedlejších nákladů.

Obr.9.1 Průběh vláken při třískovém obrábění

Koeficient využití materiálu QS:

VHOT = 399663mm3 2 VPOL = π ⋅ rPOL ⋅ LPOL

VPOL = π ⋅ 62,52 ⋅ 105 = mm3 QS =

VHOT 399663 = = 0,3102 = 31,02% VPOL 1288544

(9.1) (9.2) (9.3)

Koeficient využití materiálu QS je 31% což je nevyhovující.

9.3 Technologie výroby – odlévání Technologie odlévání a lití je v současné době na vysoké úrovni. Na tuto úroveň se dostala především rozvojem automobilového průmyslu (odlévání dílu ze slitin železa a především hliníku), použitím výpočetní techniky ve fázi technologické přípravy výroby, simulace procesu, zvýšením jakosti odlitku, zvýšením přesnosti odlitků, snížením zmetkovitosti. Mezi základní slévárenské technologie lze zařadit například lití do kokil, odstředivé lití, gravitační lití, metodu vytavitelného a vypařitelného modelu aj. Hlavní nevýhodou této technologie výroby je možnost vzniku vad v odlitku

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 47

(vměstky, řediny, nehomogenita licí struktury, staženiny, vznik licí struktury, která se následně musí odstranit tepelným zpracováním).

Obr.9.2 Licí struktura oceli2

9.4 Technologie výroby – objemové tváření Technologie objemového tváření je oproti metodě třískového obrábění materiálově úspornější, prokováním si zase výsledný výrobek získá příznivější průběh vláken, což vede k podstatně lepším mechanickým vlastnostem. Průběh vláken v kované součásti vystihují obrázky 9.3 a 9.4. Ztráty materiálu jsou v závislosti na tvaru výronkové části zápustky, přesnosti polotovaru a množství okují v rozmezí 20 až 30% celkové hmotnosti.

Obr.9.3 Struktura oceli po důkladném prokování2

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 48

Obr.9.4 Průběh vláken ve výkovku

Na základě již zmiňovaných aspektů se nabízí jediná možná technologie výroby součásti tělesa držáku a to technologie výroby pomocí objemového tváření – zápustkového kování na bucharu. Při volbě této technologie je přihlédnuto především k normě spotřeby materiálu a rozdílným mechanickým vlastnostem výsledného produktu.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 49

10 SOUČASNÝ STAV TECHNOLOGIE VÝROBY V současné době není výroba tělesa držáku realizována. Výroba této součásti je ve fázi technologické přípravy výroby a soukromá kovárna chce pouze ověřit správnost navržené technologie výroby zápustkovým kováním. Dodala výkres výkovku, materiál výkovku. Pomocí simulací lze ověřit, zda tato volba byla správná, popřípadě navrhnout řešení k nápravě problémů spojených se špatným navržením technologie.

10.1 Materiál výkovku Materiál výkovku je požadován firmou, jedná se o ocel 12 060, ČSN 41 2060, DIN Ck55 - příloha č.1. Jedná se o nízkouhlíkovou ocel vhodnou ke tváření. Tato volba oceli je z hlediska tváření vhodná.

10.2 Návrh výkovku Návrh výkovku spočívá ve stanovení kovářských přídavků na obrábění ploch, bočních úkosů, zaoblení hran a rohů, nejmenší tloušťky blány, dna, zařazení výkovku, stupně přesnosti výkovku, mezních úchylek a tolerancí, dovoleného otřepu a přesazení. 10.2.1

Stanovení kovářských přídavků

Kovářské přídavky na obrábění specifikuje norma ČSN 42 9030, pro přesné provedení (tab.2) uvádí pro největší průměr výrobku kolmo k rázu přes 100 do 160mm a největší tloušťku hotového výrobku přes 100 do 160mm přídavek na obrábění 2,7mm. Vzhledem k tomu, že nejsou známé rozměry ani určení obrobené součásti, nelze posoudit, zda tyto přídavky jsou vhodně stanovené. 10.2.2

Stanovení bočních úkosů

Vnější úkosy – 1° Vnitřní úkosy – 5°

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 50

Tyto úkosy jsou pro kování na bucharu neobvyklé. Při použití vhodného mazacího prostředku nemusí docházet k problematickému uvolňování výkovku ze zápustky. 10.2.3

Zaoblení hran a rohů

Zaoblení hran a rohů, které uvádí norma ČSN 42 9030, tab.4 platí pro neobráběné hrany výkovku. Pro obráběné hrany výkovku se limitní hodnota zaoblení stanoví z podmínky zachování minimálního přídavku na obrábění v oblasti hrany. Zaoblení hran a rohů vystihuje obr.10.1.

Obr.10.1 Zaoblení hran a rohů výkovku

10.2.4

Nejmenší tloušťka dna a blány výkovku

Nejmenší tloušťka blány, dna se stanoví na základě největšího rozměru výkovku ve směru kolmém ke směru rázu (φD) a největší výšky výkovku (H). Podle ČSN 42 9030, tab.5 je povolená nejmenší tloušťka dna výkovku 15mm.7

FSI VUT 10.2.5

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 51

Zařazení zápustkových výkovků podle složitosti tvaru

Výkovky se označují číselně, význam jednotlivých číslic je následující:6 X X X X-X technologické hledisko tvarová podskupina (přesah poměrů) tvarová skupina tvarová třída tvarový druh

Tvarový druh – výkovky kruhového průřezu duté - 5 Tvarová třída – oboustranně osazené - 4 Tvarová skupina – výška výkovku H, průměr výkovku D; H≤D - 2 Tvarová podskupina – maximální stanovený přesah H,D - 0 Technologické hledisko – výkovky s dělící plochou kolmou na hlavní osu nesouměrné - 4 Číselné označení výkovku: 5 4 2 0 - 4 10.2.6

Stanovení stupně přesnosti výkovku

Přesnost provedení výkovku – ČSN 42 9030.2 – přesné provedení 10.2.7

Stanovení mezních úchylek a tolerancí výkovku

Podle zařazení výkovku podle složitosti tvaru je potřeba stanovit stupně přesnosti pro provedení výkovku: - ve směru kolmém ke směru rázu 4 - ve směru rovnoběžném se směrem rázu 5

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 52

Úchylky a tolerance rozměrů výkovku: Tab.2. Úchylky a velikost tolerancí rozměrů výkovku Rozměr

Mezní úchylky [mm] Tolerance [mm]

+0,9

┴

-0,4 1,3 +1,5

║ 10.2.8

-0,7 2,2

Stanovení dovoleného otřepu a přesazení

Dovolený otřep je pozůstatek materiálu vytečeného mezi dělené části nástroje, který může zůstat na výkovku. Dovolené přesazení je přípustná hodnota posunutí odpovídajících si bodů na polovinách výkovku, tyto body leží v rovině rovnoběžné s dělící rovinou. Hodnota dovoleného přesazení a otřepu je rovna mínusové úchylce stanovené pro daný výkovek a daný rozměr z úchylek kolmo k rázu.7

10.3 Stanovení rozměrů polotovaru Rozměry polotovaru se stanoví na základě objemu materiálu potřebného pro výrobu výkovku. Tento materiál připadá na výkovek, výronek a propal. Objem výronkové části se stanoví z podmínky polovičního zaplnění zásobníku. Objem výkovku s výronkem určen pomocí software Solidworks 2008 VVsV=542038mm3 Objem přídavku na propal:

Vp = VVsV ⋅ δ / 100

(10.1)

Kde δ je propal, u nových indukčních pecí je δ=1, u používaných a opotřebených pecí je δ=1 až 1,3%.

Vp = 542038⋅ 1/ 100 = 5420,38mm3

(10.2)

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 53

Celkový potřebný objem polotovaru:

VC = V p + VVsV VC = 542038 + 5420,38 = 547458,38 mm3

(10.3) (10.4)

Průměr polotovaru Dpol: Volený průměr kruhového polotovaru Dpol musí být v souladu s vyráběnými průměry tyčí.

Dpol = 1,08 ⋅ 3 Dpol = 1,08 ⋅ 3

Vc 2

(10.5)

547458,38 = 70,12 → 70 mm 2

(10.6)

4 ⋅ Vc 2 π ⋅ Dpol

(10.7)

Délka polotovaru:

Lpol =

Lpol =

4 ⋅ 547458,38 = 164,98 → 165 mm π ⋅ 652

(10.8)

Kontrola Lpol/Dpol: Poměr Lpol/Dpol musí být v rozmezí 1,5 až 2,8: L pol D pol

=

165 = 2,54 65

(10.9)

Tento poměr Lpol/Dpol je 2,54, tato hodnota je vyhovující. Stanovený polotovar: Tyč ocelová kruhová válcovaná za tepla: φ65-165 ČSN EN 10060

10.4 Simulace tvářecího procesu Simulace tvářecího procesu realizuji v programu QFORM. Jde o program založený na propracovaných algoritmech metody konečných prvků (Finite Element Method, FEM). Tato metoda byla ověřena v praxi mnohými zkouškami. V MKP je tvářená oblast rozdělena na elementy. Rovinné oblasti se rozdělují na troj nebo čtyřúhelníkové oblasti, přičemž jsou prvky spojeny pevně

FSI VUT stanoveným

DIPLOMOVÁ PRÁCE počtem

uzlů.

Každému

prvku

List 54 je

přiřazena

soustava

aproximačních funkcí s konstantními parametry. Dále pomocí několika jednoduchých principů lze počítat chování a stav v materiálu. Například pomocí variačního principu lze snadno určit střední napětí. MKP je v současné době jednou z nejpřesnějších metod matematického modelování tvářecího procesu. Největší předností této metody je to, že lze s její pomocí analyzovat velké množství úloh i s problematickou geometrií, na které ostatní výpočtové metody nestačí. 10.4.1

Simulace kování podle kovárnou dodaného výkresu výkovku

Tvářecí proces je koncipován bez předkování, jen jako kování polotovaru v dokončovací dutině zápustky. Při simulaci se potvrdily predikované obavy, že při toku kovu v dutině zápustky dojde k tzv. přeložkám. Tyto přeložky jsou v podstatě znehodnocením výkovku a narušují kontinuitu výkovku. Postup toku kovu v zápustce je na obrázcích 10.2 až 10.4.

Obr.10.2 Postup toku kovu

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

Obr.10.3 Postup toku kovu (vlevo) a tvoření přeložky (vpravo)

Obr.10.4 Výsledný tvar a poloha zakované přeložky ve výkovku

List 55

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 56

Z uvedených obrázků vyplývá, že tvářecí proces s použitím jen kování v dokončovací dutině zápustky je nepřijatelný především z toho důvodu, že do výkovku se zakovává přeložka, která je nežádoucí. Dalším rizikem je možný vznik dalších přeložek v horní části výkovku. Tento předpoklad je postaven na absenci středícího elementu polotovaru. Tento nedostatek může mít za následek nepřesné uložení polotovaru ve tvaru válce na střed dokončovací dutiny, což způsobí nesouměrný tok kovu a zatížení zápustky. V nejhorším případě může dojít i k překlopení polotovaru, to povede ke značnému namáhání zápustky a neshodné součásti. Takto navržený tvářecí proces se musí upravit. Tuto úpravu lze provést dvěma způsoby: a) zařazení operace pěchování v předkovací dutině b) změnou geometrie zápustky, zvětšením úkosů v zápustce S přihlédnutím k požadavku kovárny na neměnnost geometrie výkovku je potřeba volit variantu a) - zařazení pěchování před kováním v dokončovací dutině.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 57

11 NÁVRH TECHNOLOGIE VÝROBY Technologie

výroby

spočívá

ve

stanovení

všech

potřebných

technologických dat. Především jde o uřčení materiálu výkovku, návrh vlastního výkovku, výpočet rozměrů polotovaru, stanovení tvářecí síly, stanovení

strojního

vybavení,

určení

rozměrů

zápustek

a

návrhu

technologického postupu výroby. Materiál výkovku, návrh výkovku a stanovení polotovaru viz.kapitola 10.

11.1 Stanovení tvářecích sil Stanovení tvářecích sil spočívá ve stanovení potřebné kovací práce a síly na ostřižení výronkové části výkovku. 11.1.1 Stanovení tvářecí práce Výpočet pro výkovky kruhového průřezu 2

⎛ 2 ⎞ ⎟⎟ ⋅ (0,75 + 0,001DD2 ) ⋅ DD ⋅ σ s [J] A = 18(1 − 0,005DD ) ⋅ ⎜⎜1,1 + DD ⎠ ⎝ 2

(

)

2 ⎞ ⎛ A = 18(1 − 0,05 ⋅ 12,31) ⋅ ⎜1,1 + ⎟ ⋅ 0,75 + 0,001 ⋅ 12,312 ⋅ 12,31 ⋅ 36 12,31 ⎠ ⎝ A = 10756 ,45 J = 10,756 kJ

11.1.2

(11.1)

(11.2) (11.3)

Střižná síla pro ostřižení výkovku

Ostřižení výronkové části následuje hned po dokončení kování na bucharu, ještě tedy za tepla. Pro určení minimální střižné síly se vychází z velikosti střižné plochy a pevnosti materiálu ve střihu. Z bezpečnostních důvodů se uvažuje dvojnásobná výška výronku.

FS = 1,7 ⋅ 0,8 ⋅ σ S ⋅ o ⋅ 2hm

(11.4)

FS = 1,7 ⋅ 0,8 ⋅ 90 ⋅ 386,73 ⋅ 2 ⋅1,6

(11.5)

FS = 151,47 kN kde: o – obvod výronku [mm],hm – tloušťka výronku - můstku [mm],σS – pevnost materiálu při dané teplotě [MPa]

(11.6)

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 58

Z bezpečnostních důvodů (zaklínění lisu, které může nastat při ostřihování chladnějších výkovků) se střižná síla zvětší o 20%. Výsledná střižná síla bude FSVÝS=181,7 kN.

11.2 Stanovení strojního vybavení Určení potřebného strojního vybavení se řídí především strojním vybavením daného výrobního závodu. V případě nového zavedení výroby je nutné zvážit technické parametry kovacího a ostřihovacího stroje. Jako jedna z mnohých možných variant volby kovacího stroje při zavedení nové výroby je kovací pneumaticko-hydraulický buchar značky Lasco HO630 s jmenovitou energií úderu 63kJ a zdvihem 760mm. Více viz příloha č.2 Ostřihovací stroj se rovněž vybírá podle vybavení kovárny. Možné je použít např. ostřihovací lis od firmy Šmeral Brno, a.s. S 160 s jmenovitou silou 1,6MN – příloha č.3. Další potřebné vybavení a zařízení je závislé na výbavě konkrétní kovárny.

11.3 Určení parametrů a rozměrů zápustky Veškeré potřebné informace pro konstrukci zápustek pro buchary uvádí ČSN 22 8308 – Zápustky pro buchary, směrnice pro konstrukci. 11.3.1

Rozměry dutin zápustky

Všechny jmenovité rozměry dokončovací dutiny zápustky přesahující 10mm se zvětšují o hodnotu smrštění kovaného materiálu. Tato hodnota se stanoví na základě koeficientu teplotní roztažnosti pro daný materiál. Z empirických zkušeností plně dostačuje uvažovat hodnotu smrštění pro běžné oceli 1,2% (ČSN 22 8308, tab.4, str.5). 11.3.2 Mezní

Mezní úchylky dokončovací dutiny zápustky

úchylky

jmenovitých

předepisuje ČSN 22 8308, tab.5.

rozměrů

dokončovací

dutiny

zápustky

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 59

Tab.3. Mezní úchylky jmenovitých rozměrů, přesné provedení provedení - přesné mezní úchylky

jmenovité rozměry [mm]

┴

║

+

-

+

-

0 – 20

0,05

0,03

0,03

0,03

21 – 80

0,10

0,05

0,05

0,03

81 – 160

0,15

0,08

0,08

0,04

161 – 260

0,20

0,10

0,1

0,05

261 – 360

0,25

0,13

-

-

Tab.4. Mezní úchylky jednotlivých rozměrů dokončovací dutiny zápustky provedení - přesné mezní úchylky

jmenovitý rozměr [mm]

┴

║

+

-

+

-

28,40

0,10

0,05

40,96

0,10

0,05

68,20

0,10

0,05

78,32

0,10

0,05

80,20

0,10

0,05

101,00

0,15

0,08

124,85

0,15

0,08

6,60

0,03

0,03

17,80

0,03

0,03

21,20

0,05

0,03

32,95

0,05

0,03

40,00

0,05

0,03

57,20

0,05

0,03

77,50

0,05

0,03

FSI VUT 11.3.3

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 60

Určení rozměrů výronkové drážky

Výronková drážka pro zápustky pro buchar dle ČSN 22 8308, obvyklý typ.

Obr.11.1 Výronková drážka, typ obvyklý

Určení přechodu tvaru do dělící roviny r:

r= r=

0,01FD + 0,04 H d 200

(11.7)

122,39 + 0,04 ⋅ 6,6 = 0,3193 → r = 0,3mm 200

(11.8) 2

kde: FD - průmět plochy výkovku v ploše kolmé ke směru rázu [mm ],HD – hloubka přilehlé části zápustky [mm]. 11.3.4

Minimální vzdálenost dutiny od okraje zápustky

Minimální vzdálenost dutiny od okraje zápustky se stanoví na základě určení pomocné veličiny z nomogramu na obr.2.4. Podle tohoto nomogramu je pomocná veličina T=100mm.

s ≥ T ≥ 100mm

Obr.11.2 Vzdálenost od dutiny zápustky8

(11.9)

FSI VUT 11.3.5

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 61

Stanovení minimální výšky zápustky

Minimální výška zápustky se stanoví na základě diagramu, obr.2.4.

Obr.11.3 Stanovení minimální výšky zápustky

11.3.6

Určení struktury povrchu zápustky

Strukturu povrchu pro bucharové zápustky stanovuje ČSN 22 8308. Doporučené hodnoty uvádí pro jednotlivé plochy tab.5. Tab.5. Struktura povrchu

11.3.7

Plocha

Ra [μm]

předkovací dutina

1,6 – 3,2

dokončovací dutina

0,8 – 3,2

můstek

0,8 – 3,2

dosedací plochy

1,6 – 3,2

upínací plochy

1,6 – 3,2

zásobník

12,5

ostatní vnější plochy

≥12,5

Kontrolní roh

6,3 – 12,5

otvory pro dopravní kolíky

12,5

drážky pro pera

1,6 – 3,2

Kontrola styčných ploch zápustky

Pro zabránění pěchování zápustek se doporučuje minimální styčná plocha zápustek pro dvojčinné buchary 3·104mm2 na 1 tunu hmotnosti beranu.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 62

Styčná plocha zápustek je 1,48·104mm2, hmotnost beranu 2,25t, z toho plyne, že styčná plocha zápustek je dostatečná, nedojde k pěchování zápustek ani k nadměrnému zatěžování zápustek a jejich následnému nežádoucímu opotřebení.

11.4 Simulace tvářecího procesu Simulace v programu QFORM je zpracována při následujících vstupních parametrech: Materiál výkovku – ocel 12 060, Ck55 Teplota výkovku – 1200°C Mazání zápustek – Aquanet® Super Tech (voda + grafit)

Obr.11.4 Průběh předkování v přípravné dutině zápustky – počátek tváření (vlevo), dosednutí zápustek (vpravo)

V předkovací dutině zápustky se polotovar ve tvaru válce pouze pěchuje, vytváří se díry na čelech, které mají napomoci středění polotovaru v dokončovací dutině zápustky. Pěchováním se získá vhodný polotovar pro další kování. Průběh pěchování znázorňuje obrázek č.11.4.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 63

Obr.11.5 Průběh toku kovu v zápustce

Obr.11.6 Průběh toku kovu v zápustce – tok kovu(vlevo), dosednutí zápustek(vpravo)

Kováním polotovaru z předkovací dutiny v dokončovací dutině se docílí výkovku bez vad a přeložek. Průběh toku kovů je znázorněn na obrázcích

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 64

11.5 a 11.6. Obrázek 11.5 (vlevo) znázorňuje situaci při dosednutí horní poloviny zápustky na polotovar z předcházející operace, vpravo potom průběh toku kovu v dutině zápustky. Obrázek 11.6 (vlevo) ukazuje průběh toku kovu, vpravo konečný tvar výkovku při dosednutí zápustek na sebe.

Obr.11.7 Vektory rychlostí toku kovu v zápustce

Obr.11.8 Vektory rychlostí toku kovu v zápustce

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 65

Obr.11.9 Rozložení teplot v průběhu tváření: začátek tváření (vlevo), před dokončením tváření (vpravo)

Obr.11.9 Rozložení teplot v průběhu tváření, dokování

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 66

Z uvedených obrázků a celkového průběhu simulace je patrné, že v průběhu tvářecího procesu nedochází ve výkovku k tvorbě přeložek, trhlin, zápustka se zaplňuje rovnoměrně v celém průřezu. Zatížení zápustky je v rámci dovoleného zatížení pro daný materiál.

11.5 Technologický postup výroby Technologický postup výroby je uvedený ve stavu navrženém privátní kovárnou. Tento postup je již ze zmiňovaných důvodů (tvoření přeložky) nevhodný. Z tohoto důvodu je postup upraven o operaci předkování v předkovací dutině zápustky. Navržený technologický postup kovárnou: Číslo operace

Operace

1

řezání

2

ohřev

3 4 5 6 7

kování ostřižení tepelné zpracování tryskání kontrola

Popis operace

Stroj

řezat tyč φ65 na délku 165mm ohřát polotovar na teplotu 1200°C kovat v dutině zápustky ostřihnout výronek žíhat ke snížení pnutí tryskat ocelovou drtí kontrolovat dle K.P.

pila INDUSTRY PMS100 induktor NEWELCO LASCO HO 630 S160 elektrická pec tryskač PTB -

Upravený technologický postup: Číslo operace

Operace

1

řezání

2

ohřev

3

kování

4 5 6 7

ostřižení tepelné zpracování tryskání kontrola

Popis operace

Stroj

řezat tyč φ65 na délku 165mm ohřát polotovar na teplotu 1200°C kovat v předkovací dutině, v dokončovací dutině zápustky ostřihnout výronek žíhat ke snížení pnutí tryskat ocelovou drtí kontrolovat dle K.P.

pila INDUSTRY PMS100 induktor NEWELCO LASCO HO 630 S160 elektrická pec tryskač PTB -

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 67

12 TECHNICKO EKONOMICKÉ HODNOCENÍ V technicko-ekonomickém

hodnocení

se

uvažuje

požadovaná

roční

produkce 122 000ks. Z technologického hlediska lze výkovek vyrobit, technologie výroby je popsána v bodech 10 a 11.

12.1 Technologie výroby – objemové tváření Náklady na materiál: lpol=165mm Ltyč=12000mm Počet přířezů z jedné tyče:

n=

ltyč l pol + l pr

=

12000 = 71,3 ⇒ 71ks 165 + 3,3

(12.1)

Celkový počet tyčí pro danou sérii:

nCELK =

122000 122000 = = 1718,31 ⇒ 1719 ks n 71

(12.2)

Cena 1m tyče (dle Ferona a.s., 20.4.2009): Nt=648,18Kč Celková cena:

NtC = Nt ⋅12 ⋅ nCELK NtC = 648,18 ⋅12 ⋅1719 = 13 370 657Kč

(12.3) (12.4)

Náklady na přímé mzdy včetně provozní režie:

R ⎞ M tACi ⎛ N mACi = t ACi ⋅ ⎜1 + ⎟⋅ ⎝ 100 ⎠ 60

(12.5)

Buchar HO630

⎛ 600 ⎞ 240 N mAC1 = 4,5 ⋅ ⎜1 + = 288 Kč / ks ⎟⋅ ⎝ 100 ⎠ 60

(12.6)

⎛ 600 ⎞ 240 N mAC 2 = 0,5 ⋅ ⎜1 + = 32 Kč / ks ⎟⋅ ⎝ 100 ⎠ 60

(12.7)

Ostřihovací lis S160:

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 68

Tryskací box PTB:

⎛ 600 ⎞ 180 N mAC 3 = 2,0 ⋅ ⎜1 + = 9,6 Kč / ks ⎟⋅ ⎝ 100 ⎠ 60

(12.8)

Pec tepelného zpracování: Tepelné zpracování se realizuje v dávkách 24400ks

N mAC 4 = N mAC 4 =

t AC 4 ⎛ R ⎞ M tAC 4 ⋅ ⎜1 + ⎟⋅ 24400 ⎝ 100 ⎠ 60

360 ⎛ 600 ⎞ 180 ⋅ ⎜1 + = 0,07 Kč / ks ⎟⋅ 24400 ⎝ 100 ⎠ 60

(12.9) (12.10)

Pila INDUSTRY PMS100:

⎛ 600 ⎞ 180 N mAC 5 = 1,0 ⋅ ⎜1 + = 4,8Kč / ks ⎟⋅ ⎝ 100 ⎠ 60

(12.11)

⎛ 700 ⎞ 180 N mAC 6 = 1,5 ⋅ ⎜1 + = 7,65 Kč / ks ⎟⋅ ⎝ 100 ⎠ 60

(12.12)

Induktor NEWELCO:

Celkové náklady na mzdy:

N mAC = N mAC1 + N mAC 2 + N mAC 3 + N mAC 4 + N mAC 5 + N mAC 6

(12.13)

N mAC = 288 + 32 + 9,6 + 0,07 + 4,8 + 7,65 = 342,12 Kč / ks

(12.14)

Náklady na provoz stroje: t ACi ⋅ N hsi 60

(12.15)

4,5 ⋅ 1650 = 123,75 Kč / ks 60

(12.16)

N psAC 2 =

0,5 ⋅ 1250 = 10,42 Kč / ks 60

(12.17)

N psAC 2 =

2,0 ⋅ 980 = 32,67 Kč / ks 60

(12.18)

N psACi =

Buchar HO630 N psAC 1 =

Ostřihovací lis S160:

Tryskací box PTB:

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 69

Pec tepelného zpracování: Tepelné zpracování se realizuje v dávkách 24400ks t AC 4 ⋅ N hs 4 60 ⋅ 24400

(12.19)

360 ⋅ 48000 = 11,83Kč / ks 60 ⋅ 24400

(12.20)

N psAC 4 = N psAC 4 =

Pila INDUSTRY PMS100: N psAC 5 =

1,0 ⋅ 880 = 14,67 Kč / ks 60

(12.21)

1,5 ⋅ 1280 = 32 Kč / ks 60

(12.21)

Induktor NEWELCO: N psAC 6 =

Celkové náklady na provoz strojů:

N psAC = N psAC1 + N psAC 2 + N psAC 3 + N psAC 4 + N psAC 5 + N psAC 6

(12.22)

N psAC = 123,75 + 10,42 + 32,67 + 11,83 + 14,67 + 32 = 225,34 Kč / ks

(12.23)

Celkové přímé náklady:

N P = N tC + 122000 ⋅ ( N mAC + N psAC ) N P = 13370657 + 122000 ⋅ (342,12 + 225,34) = 82600777 Kč

(12.24) (12.25)

Příspěvek na fixní náklady: NF=48 320 000 Kč Celkové náklady na výrobu: NP = (NF + NP )

(12.26)

N = (48320000 + 82600777) = 130920777 Kč

(12.27)

Náklady na jeden kus: NK =

N 130920777 = = 1073 Kč 122000 122000

Náklady na jeden kus jsou 1073 Kč.

(12.28)

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 70

12.2 Technologie výroby – třískové obrábění Náklady na materiál: lpol=111mm Ltyč=6000mm Počet přířezů z jedné tyče:

n=

ltyč l pol + l pr

=

6000 = 52,49 ⇒ 52ks 111 + 3,3

(12.29)

Celkový počet tyčí pro danou sérii:

nCELK =

122000 122000 = = 2346,15 ⇒ 2347 ks n 52

(12.30)

Cena 1m tyče (dle Ferona a.s., 20.4.2009): Nt=2316,08Kč Celková cena:

NtC = Nt ⋅ 6 ⋅ nCELK NtC = 2316,08 ⋅ 6 ⋅ 2347 = 32615038Kč

(12.31) (12.32)

Objem odpadu:

VODP = VPOLOBR − VHOT VODP = π ⋅

1302 ⋅ 111 − 399663 = 1073665mm3 4

(12.33) (12.34)

Hmotnost odpadu:

m = VODP ⋅ ρ m = 1,073665 ⋅ 10−3 ⋅ 7800 = 8,37kg

(12.35) (12.36)

Hmotnost odpadu pro celou sérii:

mC = m ⋅122000 + 13706

(12.37)

mC = 8,37 ⋅ 122000 + 13706 = 1034846kg

(12.38)

Při ceně 0,78 Kč/kg ocelového odpadu bude příjem za prodej odpadu přibližně 810 000 Kč. Tento příjem se může lišit, v závislosti na aktuálních výkupních cenách ocelového odpadu.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 71

Náklady na přímé mzdy včetně provozní režie:

R ⎞ M tAC ⎛ N mAC = t AC ⋅ ⎜1 + ⎟⋅ ⎝ 100 ⎠ 60

(12.39)

⎛ 850 ⎞ 225 N mAC = 14,5 ⋅ ⎜1 + = 100,59 Kč / ks ⎟⋅ ⎝ 100 ⎠ 60

(12.40)

HAAS TL25

Náklady na provoz stroje: N psAC =

t AC ⋅ N hs 60

(12.41)

HAAS TL25 14,5 ⋅ 1550 = 374,58 Kč / ks 60

(12.42)

N P = N tC + 122000 ⋅ ( N mAC + N psAC ) − 810000

(12.43)

N P = 32615038 + 122000 ⋅ (100,59 + 374,58) − 810000 = 89775778 Kč

(12.44)

N psAC =

Celkové přímé náklady:

Příspěvek na fixní náklady: NF=28 980 000 Kč Celkové náklady na výrobu: NP = (NF + NP )

(12.45)

N = (28980000 + 89775778) = 118755778Kč

(12.46)

Náklady na jeden kus: NK =

N 118755778 = = 973 Kč 122000 122000

(12.47)

Náklady na jeden kus jsou 973 Kč. Při srovnání variant je zřejmé, že výhodnější technologie výroby z hlediska nákladů je varianta třískového obrábění. Rozdíl nákladů na celou sérii je 12 200 000 Kč, na jeden kus potom 100 Kč. Tento rozdíl je pro ekonomickou činnost podniku významný, ovšem nedokáže vyvážit výhody technologie výroby objemovým tvářením. Ty jsou především průběh vláken v součásti, podstatně lepší mechanické vlastnosti, odolnost proti náhlému lomu.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 72

ZÁVĚR Diplomová práce řeší problematiku technologie výroby tělesa držáku pro předpokládanou roční produkci

122 000 ks. Technologická studie shrnuje

poznatky z oblastí objemového tváření kovů, jsou rozpracovány jednotlivé technologie

objemového

tváření,

především

zápustkového

kování

na

bucharech. Pro výrobu tělesa držáku se předpokládají tři možné varianty výroby, a to třískové obrábění, odlévání a objemové tváření s následným obrobením výkovku. Pro vybranou technologii výroby jsou zpracována potřebná technologická data, která zahrnují výkresy zápustky, výkresy výkovků, stanovení polotovaru, technologický postup výroby součásti. V současných možnostech výroby je popsán požadavek soukromé kovárny na kontrolu správnosti navržení výkovku. Tato kontrola proběhla simulací tvářecího procesu, který potvrdil hypotézu vzniku přeložek ve výkovku. Tento nedostatek je odstraněn novým návrhem technologie výroby, především přidáním předkovací dutiny zápustky. Technologický postup a výběr strojního vybavení zohledňuje vybavení příslušné kovárny a je pouze ilustrativní. Výkovek se vyrábí ve sledu operací daných technologickým postupem; je to řezání polotovaru, ohřev na kovací teplotu pomocí induktoru NEWELCO, dále předkováním v přípravné dutině zápustky, kování v dokončovací dutině zápustky. Kování probíhá na pneumaticko-hydraulickém bucharu firmy LASCO HO630.

Po

kování

následuje

ostřižení

výronkové

části

na

ostřihovacím lisu S160 od firmy Šmeral Brno, a.s. Pomocí simulace v software QFORM byla ověřena správnost navržení nové geometrie zápustky, technologického postupu kování, průběh kování, tok kovu v zápustce a zatížení zápustky. Technicko-ekonomické

hodnocení

je

zpracováno

pro

dvě

varianty

technologie výroby a to zápustkové kování a obrábění. Technologie výroby odléváním není uvažována z důvodu nesplnění požadavků na hotovou součást. Výsledná cena výkovku bez obrobení je 1 073 Kč, cena obrobku 973 Kč. Celkové náklady na výrobu požadované série 122 000 ks jsou potom 130 920 777 Kč při výrobě pomocí kování a 118 755 778 Kč při obrábění.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 73

Přestože úspory spojené s technologií výroby součásti pomocí třískového obrábění jsou 100 Kč/ks (12 164 999 Kč na celou sérii), nedoporučuji použití této technologie z důvodu lepších mechanických vlastností výkovku oproti obrobku. Pokud by požadovaná série byla větší (řádově statisíce/rok), lze doporučit použití automatizované kovací linky (Šmeral, LASCO), popř. zautomatizovat celý tvářecí proces použitím příslušné mechanizace a automatizace.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 74

SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ 1. FOREJT, Milan. Teorie tváření a nástroje. 1. vyd. Brno : Nakladatelství Vysokého učení technického v Brně, 1991. 187 str. Edit. VUT Brno. ISBN 80-214-0298-6 2. HAŠEK, Vladimír. Kování. 3. vyd. Praha : SNTL Praha, 1997. 732 str. ISBN 04-233-65 3. Joseph R. Davis, S. L. Semiatin, American Society For Metals. ASM Metals Handbook, vol.14: Forming and Forging. ASM international, 1989, 2110str. ISBN 08-717-0020-4 4. DVOŘÁK, Milan. GAJDOŠ, František. NOVOTNÝ, Karel. Technologie tváření, plošné a objemové tváření. 2.vyd. Brno: Akademické nakladatelství CERM, s.r.o., 2007,169 str. ISBN 987-80-214-3425-7 5. ELFMARK, J. A KOLEKTIV. Tváření kovů. SNTL Praha, 1992, 528str., ISBN 80-03-006551-1 6. ČSN 42 9002. Rozdělení zápustkových výkovků podle složitosti tvaru. Praha: Český normalizační institut, 1968. 36 s. 7. ČSN 42 9030. Výkovky ocelové zápustkové – Přídavky na obrábění, mezní úchylky rozměrů a tvarů. Praha: Český normalizační institut, 1968. 24 s. 8. ČSN 22 8308. Zápustky pro buchary – Směrnice pro konstrukci. Praha: Český normalizační institut, 1970. 20 s. 9. ČSN 21 1413. Upínání zápustek pro padací a parovzdušné buchary. Praha: Český normalizační institut, 1970. 12 s. 10. ČSN 22 8306. Zápustky pro svislé kovací lisy – Technické požadavky na konstrukci. Praha: Český normalizační institut, 1971. 39 s. 11. ČSN 21 1410. Upínání zápustek – Základní ustanovení. Praha: Český normalizační institut, 1971. 6 s. 12. ČSN 21 1414. Upínání zápustek pro protiběžné buchary. Praha:Český normalizační institut, 1970. 14 s.

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 75

SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ Zkratka/Symbol

Jednotka

Popis

δ

-

σs

MPa

pevnost materiálu za kovací teploty

A

J

práce při posledním úderu bucharu

An

J

práce posledního úderu bucharu pro

propal

nekruhový výkovek B

m

šířka výkovku

BDstred

mm

střední šířka výkovku

DD

mm

průměr výkovku

DDred

mm

redukovaný průměr výkovku

Di

mm

průměr elementu ideálního předkovku

Dpol

mm

průměr polotovaru

DT

°C

dotvářecí teplota

DTT

°C

nejnižší přípustná teplota tváření

FD

mm2

průmět plochy výkovku v ploše kolmé ke směru rázu

Hi

mm

výška elementu ideálního předkovku

hm

mm

tloušťka můstku

HTT

°C

nejvyšší přípustná teplota, na kterou se polotovar zahřívá

L

m

délka výkovku

LD

mm

délka výkovku

Lpol

mm

délka polotovaru

lPOL

mm

délka polotovaru – obrábění

lpr

mm

délka prořezu

LTYČ

mm

délka nakupované tyče

m

kg

hmotnost beranu bucharu

mb

kg

hmotnost beranu

MtACi

Kč

cena hodiny práce dělníka při i-té operaci

n

ks

počet polotovarů nařezaných z jedné tyče

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 76

nCELK

ks

potřebný počet tyčí pro výrobu celé série

NK

Kč

náklady na jeden kus včetně nákladů na materiál, přímé mzdy, příspěvku na fixní náklady

NmAC

Kč

celkové náklady na práci dělníka

NmACi

Kč

náklady na přímé mzdy včetně provozní režie, i-té operace

NpsAC

Kč

celkové náklady na provoz všech strojů

NpsACi

Kč

náklady na provoz stroje i-té operace

Nt

Kč

náklady na 1m tyče

NtC

Kč

celkové náklady na všechny tyče

o

mm

obvod výronku

PTT

°C

teplota počátku tváření

QS

%

koeficient využití materiálu

R

%

režie

rPOL

mm

poloměr polotovaru - obrábění

s

-

vzdálenost dutiny od okraje zápustky

s1

-

vzdálenost mezi jednotlivými dutinami v zápustce

Si

mm2 2

plocha průřezu elementu výkovku

SV

mm

tA

min

jednotkový čas

VC

mm3

celkový objem polotovaru

VHOT

mm3

objem hotové součásti

Vp

mm3

objem propalu

VPOL

mm3

objem polotovaru pro obrábění

VVsV

3

mm

plocha vodorovného průmětu výkovku

objem výkovku s polovičním zaplněním výronkové části

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 77

SEZNAM OBRÁZKŮ Obr.1.1Kluz a dvojčatění ................................................................................... 12 Obr.1.2 Výrobní postup zápustkového výkovku ................................................ 15 Obr. 2.1 Příklad postupové zápustky pro buchar .............................................. 17 Obr.2.2 Stanovení rozměrů zápustky................................................................ 17 Obr.2.3 Diagram pro stanovení nejmenší výšky zápustky ................................ 17 Obr.2.4 Diagram pro určení vzdálenosti dutiny od okraje zápustky s1 .............. 18 Obr.2.5 Upnutí zápustek ................................................................................... 18 Obr.2.6 Způsoby zapuštění vložek do bloku ..................................................... 19 Obr.2.7 Základní druhy výronkové drážky pro bucharové zápustky: a),b) obvyklé;c) pro členitější výkovky ....................................................................... 19 Obr.2.8 Klínová výronková drážka .................................................................... 19 Obr.2.9 Systém upínání zápustky v bucharu .................................................... 20 Obr.2.10 Upínání zápustky na protiběžném bucharu ........................................ 20 Obr.2.11 Držák zápustek s upnutými zápustkami ............................................. 23 Obr.2.12 Zápustkové vložky pro svislé kovací lisy ............................................ 23 Obr.2.13 Základní druhy výronkové drážky pro zápustky svislých kovacích lisů ..................................................................................................... 23 Obr.2.14 Způsoby kování na vřetenových lisech .............................................. 25 Obr.2.15 Schéma postupu kování na vodorovném kovacím lisu ...................... 27 Obr.4.1 Tvářecí teploty ocelí ............................................................................. 30 Obr.4.2 Průběh ohřevu polotovaru .................................................................... 31 Obr.5.1 Ostřihovací nástroj pro ostřižení výronkové části výkovku ................... 35 Obr.5.2 Děrovací nástroj pro děrování výkovků ................................................ 36 Obr.8.1 Příklady volby dělící roviny u zápustkových výkovků ........................... 42 Obr.8.2 Sestrojení ideálního předkovku pro nekruhové výkovky ...................... 44 Obr.9.1 Průběh vláken při třískovém obrábění ................................................. 46 Obr.9.2 Licí struktura oceli ................................................................................ 47 Obr.9.3 Struktura oceli po důkladném prokování .............................................. 47 Obr.9.4 Průběh vláken ve výkovku ................................................................... 48 Obr.10.1 Zaoblení hran a rohů výkovku ............................................................ 50 Obr.10.2 Postup toku kovu ............................................................................... 54 Obr.10.3 Postup toku kovu (vlevo) a tvoření přeložky (vpravo) ........................ 55

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 78

Obr.10.4 Výsledný tvar a poloha zakované přeložky ve výkovku...................... 55 Obr.11.2 Vzdálenost od dutiny zápustky ........................................................... 60 Obr.11.3 Stanovení minimální výšky zápustky ................................................. 61 Obr.11.4 Průběh předkování v přípravné dutině zápustky – počátek tváření (vlevo), dosednutí zápustek (vpravo) .................................................... 62 Obr.11.5 Průběh toku kovu v zápustce ............................................................. 63 Obr.11.6 Průběh toku kovu v zápustce – tok kovu(vlevo), dosednutí zápustek(vpravo) .............................................................................................. 63 Obr.11.7 Vektory rychlostí toku kovu v zápustce .............................................. 64 Obr.11.8 Vektory rychlostí toku kovu v zápustce .............................................. 64 Obr.11.9 Rozložení teplot v průběhu tváření: začátek tváření (vlevo), před dokončením tváření (vpravo) .................................................................... 65 Obr.11.9 Rozložení teplot v průběhu tváření, dokování .................................... 65

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

List 79

SEZNAM TABULEK Tab.1 Výpočet hmotnosti beranu bucharu ....................................................... 21 Tab.2. Úchylky a velikost tolerancí rozměrů výkovku........................................ 52 Tab.3. Mezní úchylky jmenovitých rozměrů, přesné provedení ........................ 59 Tab.4. Mezní úchylky jednotlivých rozměrů dokončovací dutiny zápustky........ 59 Tab.5. Struktura povrchu .................................................................................. 61

FSI VUT

DIPLOMOVÁ PRÁCE

SEZNAM PŘÍLOH Příloha 1

Materiálový list oceli DIN Ck 55

Příloha 2

Pneumaticko-hydraulický buchar Lasco HO630

Příloha 3

Výstředníkový lis S160, Šmeral Brno, a.s.

Příloha 4

Výkres výkovku – 3-2009-01/01

Příloha 5

Výkres studeného výkovku – 3-2009-02/02

Příloha 6

Výkres teplého výkovku – 3-2009-03/03

Příloha 7

Výkres zápustky – 0-2009-01/01

Příloha 8

Vizualizace – výkovek, výkovek s výronkem

Příloha 9

Vizualizace – zápustka, horní díl, spodní díl

List 80