VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

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

VÝROBA DÍLCŮ ZAKRUŽOVÁNÍM PART MANUFACTURING BY ROLL BENDING

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR´S THESIS

AUTOR PRÁCE

VÍTĚZSLAV KUNC

VEDOUCÍ PRÁCE

ING. KAMIL PODANÝ, PH.D.

AUTHOR

SUPERVISOR

BRNO 2010

Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství Ústav strojírenské technologie Akademický rok: 2009/2010

ZADÁNÍ BAKALÁRSKÉ PRÁCE student(ka): Vítezslav Kunc který/která studuje v bakalárském studijním programu obor: Strojní inženýrství (2301R016) Ředitel ústavu Vám v souladu se zákonem č.111/1998 o vysokých školách a se Studijním a zkušebním řádem VUT v Brně určuje následující téma bakalářské práce: Výroba dílců zakružováním v anglickém jazyce: Part manufacturing by roll bending Stručná charakteristika problematiky úkolu: Jedná se o zpracování přehledu moderních metod zakružování v oblasti technologie tváření. V práci by měly být uvedeny metody využívající moderních strojů, nástrojů a materiálu. Dále popis těchto metod, moderní výrobní postupy a příklady vyráběných součástí. Cíle bakalářské práce: Aktuální literární studie se zaměřením na výrobu součástí zakružováním se zhodnocením a s ukázkami použití.

Seznam odborné literatury: 1. FOREJT, Milan. Teorie tváření a nástroje. 1. vyd. Nakladatelství VUT v Brně. Brno: Rektorát Vysokého učení technického v Brně, 1991. 187 s. Edit.. ISBN 80-214-0294-6. 2. NOVOTNÝ, Karel. Tvářecí nástroje. 1. vyd. Brno: Nakladatelství VUT v Brně, 1992. 186 s. ISBN 80-214-0401-9. 3. ŽÁK, Jan, SAMEK, Radko, BUMBÁLEK, Bohumil. Speciální letecké technologie I. 1. vyd. Ediční středisko VUT Brno. Brno : Rektorát Vysokého učení technického v Brně, 1990. ISBN 80-214-0128-1. s. 220. 4. PETRUŽELKA, Jiří, BREZINA, Richard. Úvod do tváření II. [s.l.] : [s.n.], 2001. 2 sv. (161, 115 s.). 5. SRP, Karel, et al. Základy lisování. 1. vyd. Praha : SNTL, 1965. 248 s.

Vedoucí bakalářské práce: Ing. Kamil Podaný, Ph.D. Termín odevzdání bakalářské práce je stanoven časovým plánem akademického roku 2009/2010.

V Brně, dne 16.11.2009 L.S.

_______________________________ prof. Ing. Miroslav Píška, CSc. Ředitel ústavu

_______________________________ doc. RNDr. Miroslav Doupovec, CSc. Děkan fakulty

Titul

Abstrakt KUNC Vítězslav: Výroba dílců zakružováním. Projekt je vypracovaný v rámci bakalářského studia Strojního inženýrství předkládá přehled moderních metod zakružování. V literární studii jsou zhodnoceny jednotlivé moderní metody, stroje používané při výrobě zakružovaných dílců a součásti těmito metodami vyrobené. Klíčová slova: Tváření, zakružování, zakružovačka, nástroj, profil.

Abstract KUNC Vítězslav: Part manufacturing by roll bending. The project is elaborated within the frame of bachelor studies of Mechanical Engineering. It supposes review of modern roll bending methods. In this literary study are summarized individual progressive methods, machines used for machining of roll bended parts and parts, which are by these methods made. Keywords: Forming, roll bending, roll bending machine, tool, profile.

Bibliografická citace KUNC, Vítězslav: Výroba dílců zakružováním. Brno, 2010. 23 s., CD. FSI VUT v Brně, Ústav strojírenské technologie, Odbor technologie tváření kovů a plastů. Vedoucí práce Ing. Kamil Podaný, Ph.D.

Prohlášení Tímto prohlašuji, že předkládanou bakalářskou práci jsem vypracoval samostatně, s využitím uvedené literatury a podkladů, na základě konzultací a pod vedením vedoucího bakalářské práce. V Brně dne 19.5.2010

___________________

Poděkování Tímto děkuji panu Ing. Kamilu Podanému, Ph.D. za cenné připomínky a rady týkající se zpracování bakalářské práce.

Obsah Zadáni Abstrakt Bibliografická citace Prohlášení Poděkování Obsah 1 ÚVOD …………………………………………………………………………………… 10 2 ZAKRUŽOVÁNÍ……………………………………………………………………….. 11 2.1 Teorie zakružování ......................................................................................................11 2.2 Výroba válcových součástí...........................................................................................12 2.2.1 Zakružování pomocí dvou válců...........................................................................12 2.2.2 Zakružování pomocí třech válců ..........................................................................13 2.2.3 Zakružování pomocí čtyřech válců.......................................................................15 2.3 Výroba kuželových součástí ........................................................................................15 2.3.1 Ručním posunováním plechu ...............................................................................15 2.3.2 Šikmým nastavení postranního válce ...................................................................16 2.3.3 Kuželovitým horním válcem .................................................................................16 2.4 Zakružování profilů ....................................................................................................16 3 ZAKRUŽOVACÍ NÁSTROJE ………………………………………………………... 18 4 STROJE…………………………………………………………………………………. 19 4.1 Dvouválcové zakružovačky .........................................................................................19 4.2 Tříválcové zakružovačky..............................................................................................20 4.2.1 Symetrické uspořádání válců ..............................................................................20 4.2.2 Asymetrické uspořádání válců ...........................................................................20 4.3 Čtyřválcové zakružovačky .........................................................................................21 4.4 Zakružovačky profilů ..................................................................................................22 5 ZÁVĚR....……………………………………………………………………………….. 23 Seznam použité literatury Seznam použitých značek

1

ÚVOD [2] [10]

Technologií tváření kovů a slitin se rozumí výrobní proces, při kterém dochází k trvalé změně tvarů nebo fyzikálních vlastností materiálu bez odebírání třísek. Tvarování probíhá v důsledku působení vnějších sil a to bez vzniku trhlin nebo porušení materiálu. Základním principem je vznik plastických deformací, které se vytvářejí ve chvíli, kdy napětí v zatěžovaném materiálu překročí mez kluzu. Zároveň působí i elastická deformace, ta ovšem po ukončení působení sil vymizí. Deformace jsou doprovázeny změnami fyzikálními i strukturálními, které ovlivňují mechanické vlastnosti materiálu. Tvářením se vyrábějí nejen polotovary určené k dalšímu zpracování, například obráběním, dalším tvářením atd., ale je možné zhotovovat i finální výrobky různých tvarů a rozměrů. Tváření se uplatňuje v hutní a strojírenské, sériové a hromadné výrobě. Výhodami jsou vysoká efektivita práce, značné využití materiálu a velmi dobrá rozměrová přesnost tvářených polotovarů a výrobků. Mezi nevýhody se řadí vysoká cena strojů a nástrojů a omezené rozměry konečného výrobku. V současné strojírenské výrobě se u více jak 90% výrobků uplatňuje technologie tváření. Základní rozdělení tváření je na:
plošné – jedná se o tvarování polotovaru bez změny jeho tloušťky. Do této skupiny se zařazují operace stříhání, ohýbání, tažení, hluboké tažení a tvarování
objemové – vyznačuje se přetvořením materiálu v celém objemu. Probíhá buď za studena tzn. pod rekrystalizační teplotou, sem se zahrnují operace ražení a protlačování. Tváření za tepla, tedy nad rekrystalizační teplotou, zahrnuje válcování, tažení drátu, volné a zápustkové kování Vzhledem k tématu bakalářské práce je její obsah zaměřen na teorii plošného tváření, zvláště pak na zakružování. Zakružování plechů a profilů je možné využít pro různé velikosti produktů. V běžném životě se s nimi můžeme setkat v podobě okapových korýtek a rour, tlakových nádob, konstrukčních prvků budov a mostů, obilných sil, nádrží na vodu, plechových sudů a cisteren atd.

Obr.1 Příklady součástí vyráběných zakružováním [21] [23] [30] [32] [33] [35] 10

2

ZAKRUŽOVÁNÍ

2.1 Teorie zakružování [1] [2] [7] [4] Zakružování je proces, při kterém dochází k tvarování rovinné plochy do plochy válcové, kuželové nebo do části těchto ploch. Proces lze označit jako postupné a plynulé ohýbání přístřižku - následující část popisuje právě teorii ohýbání, ze které zakružování vychází. Ohýbání je technologický proces, při kterém dochází k trvalé změně křivosti polotovaru vlivem působení ohybového momentu vyvozeným ohybovou silou. Tato technologie se ve většině případů provádí za studena, méně často za tepla. Podobně jako ostatní způsoby tváření i ohýbání tělesa využívá zákonů plasticity. Při zatížení ohybovým momentem vzniká nejdříve elastická deformace, překročením meze kluzu při ohybu vzniká deformace plastická. Z toho vyplývá, že se jedná o pružně-plastický průběh deformace. Velikost deformace ovlivňuje několik hledisek:
kvalita materiálu - ocel má být tvárná. Nejvhodnější jsou materiály s nízkou mezí kluzu a s vysokou tažností. Při vysoké hodnotě meze kluzu dochází k odpružení, což je při tváření nežádoucí jev. Při nízké tažnosti dochází k poruchám materiálu např. praskliny. U neželezných kovů je rozhodujícím faktorem tvárnosti čistota kovu. Čisté kovy jsou nejlépe tvárné
orientace ohybu vzhledem ke směru vláken v materiálu - ohýbání by se mělo provádět, i přes vznik většího odpružení, kolmo na směr průběhu vláken. Docílíme tím plynulejší křivky ohybu. Při ohýbání v podélném směru vláken hrozí prolomení nebo zlomení plechu a vznik nespojitého ohybu
poloměr ohybu - při překročení minimálního poloměru ohybu dochází ke vzniku trhlin na vnější straně materiálu. Naopak při překročení maximálního poloměru ohybu nedojde v krajních vrstvách k trvalé plastické deformaci, ale pouze k deformaci elastické. Tyto poloměry se vyjadřují pomocí kritické hodnoty poloměru ohybu R/t (R - poloměr ohybu, t - tloušťka materiálu)
velikost působícího ohybového momentu - ohybový moment musí být dostatečně velký, aby napětí od něj vzniklé bylo schopno překročit mez kluzu, a naopak nepřekročilo mez pevnosti Pružně-plastická napětí se po průřezu plynule mění od kladné po zápornou (obr. 2). Uprostřed průřezu se nachází oblast, kde je pouze elastická deformace. Tato plocha se označuje jako neutrální. Uvnitř plochy jsou místa s nulovým napětím, která se nazývají neutrální osa. Neutrální osa se nejprve nachází uprostřed a postupně během ohýbání se posunuje k vnitřní straně ohybu (obr. 3). Z toho vyplývá, že není shodná s osou tloušťky ohýbaného polotovaru. Posun neutrální osy z těžiště je výrazný hlavně u polotovarů větší tloušťky. Při ohýbání tenkých plechů je posunutí malé. Z tohoto důvodu se může při zakružování toto posunutí zanedbat. Obr.2 Průběh napětí při ohybu [7]

11

Nežádoucí vlastností materiálu je odpružení, které způsobuje změnu rozměru a tvaru ohýbané součásti. Výsledný tvar součásti neodpovídá tvaru a rozměru daných nástrojem a nelze ho tedy při ohýbání zanedbat. Odpružení se projeví vždy, když přestane působit deformační síla a zanikne elastické přetvoření. Materiál tedy zůstane přetvořen pouze Obr. 3 Posun neutrální osy v místě ohybu [7] složkou plastické deformace. Velikosti úhlu odpružení jsou pro vybrané materiály tabelovány, určují se podle poměru R/t, zpravidla nabývají hodnot od 3 do 15°. Jev odpružení vzniklý při zakružování je obdobný jako při ohybání materiálu do tvaru „V“ (obr. 4). Při zakružování se projevuje tak, že po odtažení válců zakružovačky se součást rozevře (obr. 5). Toto nám neumožňuje zakružovat součásti o stejném průměru jako je horní válec zakružovačky.

Obr. 4 Odpružení u „V“ ohybu [7]

Obr. 5 Odpružením rozevřená součást [8]

2.2 Výroba válcových součástí [4] [7] Válcové dílce větších rozměrů se zakružují na strojích zvaných zakružovačky. Princip zakružování na těchto strojích se liší podle počtu a způsobu uspořádání válců. Jednotlivé principy se rozlišují na dvouválcové, tříválcové a čtyřválcové. 2.2.1 Zakružování pomocí dvou válců [4] [16] [7] Zakružovačka se skládá ze dvou válců umístěných horizontálně nad sebou s možností regulovat jejich osovou vzdálenost. Princip fungování využívá elastických vlastností elestomeru (pryž, polyuretan), kterým je potažen dolní válec. Zakružování probíhá tak, že mezi válce se vsune plech, na který tlačí horní válec a vtlačuje ho do elastické vrstvy dolního válce. Průměr zakružované součásti se reguluje osovou vzdáleností válců (na obrázku vzdálenost ´h´). Výhodou je schopnost zakružovat plech hned od kraje, přičemž lze výsledného tvaru dosáhnout už po jednom průchodu plechu. 12

Obr. 6 Schéma dvouválcového uspořádání válců [4]

2.2.2 Zakružování pomocí třech válců [2] [3] [4] [27] Tříválcové zakružovačky využívají dvojího uspořádání válců:
symetrické symetrické uspořádání se skládá z horního přítlačného válce a dvou dolních válců, které jsou uloženy ve stejné vzdálenosti od osy pohybu horního válce. Zakružování funguje na principu nosníku na dvou podporách zatíženého ohybovou silou uprostřed (obr. 8). Při výpočtu přítlačné síly, kterou musí vyvinout horní válec a ohybového momentu se vychází z geometrických rovnic, rovnic silové a momentové rovnováhy. Obr. 7 Schéma tříválcové symetrické zakružovačky [2] a – vzdálenost os [mm] b – šířka pásu [mm] e – ponoření [mm] E – modul pružnosti materiálu [MPa] FP - přítlačná síla [N] l – vzdálenost dotykových bodů [mm] Mo – ohybový moment vnitřních sil [Nmm] Mop – plastický ohybový moment [Nmm] Q - normálová síla [N] Q’ – složka normálové síly ve směru y [N] Q’’ – složka normálové síly ve směru x [N] Rs – střední poloměr [mm] Rp0,2 – smluvní mez kluzu [MPa] R2 – poloměr zaoblení podpory [mm] s – tloušťka pásu [mm] T - tečná síla [N] Obr. 8 Nosník na dvou podporách s průběhem T‘ – složka tečné síly ve směru y [N] momentů a působícími silami [3] T‘‘ – složka tečné síly ve směru x [N] µ - součinitel tření [-] φ – úhel, který svírají osy válců se středem ohybu [°] Z rovnováhy sil ve směru y platí: ∑ Fiy = 0 F = 2 ⋅ (Q' + T') (2.1) Z rovnováhy momentů k bodu A platí: ∑ MioA = 0 l Mop = (Q' + T') + e( − T'' + Q'') (2.2) 2 Z obr. 9 jsou odvozeny další vztahy: Q' = Q ⋅ cos

ϕ

Q'' = Q ⋅ sin

ϕ

(2.3)

2

(2.4) Obr. 9 Rozklad sil do směrů x a y [3]

2

13

T' = µ ⋅ Q ⋅ sin

ϕ

T'' = µ ⋅ Q ⋅ cos

T = Q⋅ µ

(2.5)

2

ϕ

(2.6)

2

Mo = Mop Ohybový moment vnitřních sil je dán vztahem: b ⋅ s2 1 Rs 2 Mo = ⋅ Rp0, 2 − ⋅ b ⋅ Rp0, 2 2 4 3 E

(2.7) (2.8) (2.9)

Nežádoucím jevem tohoto uspořádání je, že zůstává na krajích část plechu nezakroužena. Toto je způsobeno malým ohybovým momentem v místě dotyku se spodními válci. Ohybový moment nevyvolá dostatečně vysoké napětí k překročení meze kluzu materiálu. Aby se předešlo nezakrouženým koncům, předohýbají se konce plechů na lisech. Obr. 10 Nezakroužené konce součásti [2]
asymetrické Asymetrické uspořádání válců se skládá ze dvou nad sebou uložených válců a postranního válce (obr. 10). Zakružování pracuje na principu vetknutého nosníku (mezi uchopovací válce) zatěžovaného ohybovou silou. U tohoto uspořádání vzniká pouze jeden okraj nezakroužený (obr. 11). Tento problém je řešitelný obrácením plechu a předzakroužením jedné strany.

Obr. 12 Nezakroužený konec sučásti [2]

Obr. 11 Schéma tříválcového asymetrického uspořádání [2]

U obou uspořádání docílíme požadovaného kruhového tvaru teprve až po několikátém průchodu plechu, zpravidla je zapotřebí 6 až 8 průchodů. V dnešní době některé stroje dokáží kombinovat jednotlivá uspořádání. Horní válec je pevně uložen a dolní dva válce jsou nezávisle nastavitelné do různých poloh. Díky možnosti spuštění zpětného chodu otáčení se celý díl zakrouží na jedno vložení plechu (obr. 12).

Obr. 13 Postup zakružování na tříválcové zakružovačce [27] 14

2.2.3 Zakružování pomocí čtyřech válců [2] [4] [29] U tohoto uspořádání je plech uchopen mezi dva nad sebou uložené hnací válce a po stranách je ohýbán (zakružován) dvěma zákružnými válci. Horní válec se může pohybovat ve vertikálním směru a je schopen vyvinout přítlačnou sílu. Postraní zákružné válce slouží k samotnému zakružování dílce. Tyto válce jsou pohyblivě uloženy, pohybují se buď přímo (lineárně) a nebo planetově směrem k hornímu válci. Moderní stroje s CNC řízením, umožňují zakružovat plech i do oválných tvarů, a to díky plynulému a nezávislému nastavení postraních válců. Některé zakružovačky jsou schopny vyrobit dílec i na jeden průchod. Největší výhodou tohoto uspořádání je, že odpadá problém s nezakrouženými konci plechu.

Obr. 14 Schéma čtyřválcového zakružování [2]

Obr. 15 Zakroužené okraje [2]

2.3 Výroba kuželových součástí [4] [19] Zvláštním případem je zakružování kónických dílů. Polotovar pro kužel musí mít tvar mezikruhové výseče, případně lichoběžníkový tvar. Kužely lze zakružovat třemi způsoby:
ruční posunováním plechu
šikmým nastavením postranního válce
kuželovitým horním válcem

2.3.1 Ručním posunováním plechu [4] [19] Při výrobě kuželů ručním posunováním se na polotovar narýsují tzv. procentuální čáry (obr. 16), které spojují místa se stejným procentem šířky. Samotné zakružování probíhá tak, že se polotovar ručně posouvá po úsecích tak, aby narýsované procentuální čáry byly rovnoběžné s horním válcem. Zakružování tedy probíhá po jednotlivých úsecích. Tato metoda je vhodná pouze pro kusovou výrobu o malých počtech kusů a je zapotřebí zkušené obsluhy.

Obr. 16 Polotovar s procentuálními čarami [4]

15

2.3.2 Šikmým nastavením postranního válce [4] [19] Další metodou je šikmé nastavení postranního válce u asymetrické tříválcové nebo obou postraních válců u čtyřválcové zakružovačky. Tyto válce zakrouží polotovar do kónického tvaru. K úplnému vytvarování je třeba až 20 průchodů.

Obr. 17 Zakružování kuželů s šikmým nastavením postranního válce [19] [24]

2.3.3 Kuželovitým horním válcem [4] [17] Třetí variantou výroby kuželů je náhrada horního válce za komolý kužel. Toto řešení se nejvíce uplatňuje v hromadné výrobě. Při použití dvouválcové zakružovačky celé zakroužení proběhne na jeden průchod.

Obr. 18 Zakružování kuželu kuželovým válcem [17]

2.4 Zakružování profilů [2] [7] [6] [13] [18] Jedním z případů výroby profilů je zakružování tenkostěnných trubek. Tyto trubky se vyrábějí z pásové oceli. Kontinuálním procesem válcováním se zakružují do kruhového tvaru. Pásová ocel plynule prochází několika válci, které postupně pás ohýbají a stáčejí do kruhového průřezu. Válce jsou rozměrově odstupňovány tak, aby v materiálu vznikal vodorovný tah a pás plechu se pohyboval samovolně. Změna tvaru je postupná a plynulá. Ke spojení okrajů do sebe se používá odporového svařování na tupo. Před koncem této linky se nacházejí kalibrační válce, které zaručují přesný kruhový tvar trubky. Na závěr se trubky nařežou na požadovanou délku. 16

Použitím různých tvarů tvářecích válců můžeme docílit různých profilů od kruhových přes oválné, obdélníkové až po čtvercové. U tenkých plechů probíhá tato technologie za studena, při válcování tlustších plechů je nutné válcovat za tepla. Pás plechu prochází válci poměrně velkou rychlostí, kolem 25m.min-1.

Obr. 19 Princip zakružování trubek [7]

Obr. 20 Linka na výrobu tenkostěnných trubek [20]

Tato technologie je poměrně moderní a má v současné výrobě stále větší význam. Současná snaha při výrobě trubek směřuje k nahrazování litinových a bezešvých trubek tvářených za tepla právě těmito svařovanými trubkami. Největšími výhodami této technologie jsou nižší náklady, než jiné způsoby výroby trubek a rychlost výroby. Zakružování se také používá na tváření výchozích polotovarů, které mají tvar profilů. Použitím profilovaných válců místo hladkých válců je možné tvarovat na zakružovačkách tyčový nebo profilový materiál do obloukových, kruhových, šroubovitých a spirálovitých podob nebo do kombinací těchto tvarů. Tato technologie se uplatňuje při výrobě různých součástí, například spirál tepelných výměníků, nosných konstrukcí budov, mostů a dalších. Obr. 21 Svařované tenkostěnné trubky [22]

17

3

ZAKRUŽOVACÍ NÁSTROJE [5] [6]

Součásti malých rozměrů se zakružují v zakružovacích nástrojích pomocí lisů. Používají se přímé polotovary a je vhodné zakružovat kolmo ke směru válcování materiálu. Hlavní pohyb lisu může být buď ve směru pohybu razníku (obr. 24) a nebo v kolmém směru k pohybu razníku (obr. 25), což je provedeno pomocí klínu.

Obr. 22 Zakružování ve směru pohybu razníku. [5]

Obr. 23 Zakružování v kolmém směru pohybu razníku [5] Má-li se dosáhnout pravidelného válcového tvaru, je vhodné konec polotovaru nejprve předehnout a poté až zakroužit do výsledného tvaru. Pokud se neprovede předehnutí je zakroužení lomené. Při výrobě velkých sérií součástí se vyplácí dělat předehnutí jako samostatnou operaci. Součásti malých rozměrů (např. oka), které mají průměr menší než 1,2 tloušťky polotovaru, jsou nevhodné k zakružování. K tomuto je možné přistoupit pouze za použití zvláštních nástrojů k tomuto účelu zkonstruovaných, které musí být pečlivě vyzkoušeny. Přesného kruhového tvaru lze při zakružování dosáhnout vložením trnu, okolo kterého se materiál zakružuje. Práce s vkládáním a vyjímáním trnu je pracná a zdlouhavá, mazání trnu usnadňuje tuto operaci. U trnů velkých rozměrů se osvědčilo vyrážení klínem při zpětném chodu lisu. Tato technologie se uplatňuje při výrobě malých součástí s malými poloměry zakružování. Zakružování v lisech se vyplatí pouze při výrobě velkých sérií, protože na každou velikost dílu musíme zhotovit samostatný nástroj. Produktivita stroje se dá zvýšit uzpůsobením nástroje pro vložení více dílů najednou. Na jeden zdvih lisu se může tedy zhotovit více součástí. Takto se především vyrábějí závěsy oken, dveří a dvířek nebo se tímto způsobem ohraňují různé součásti.

Obr. 24 Příklady závěsů [34] 18

4

STROJE [2] [7]

Základní rozdělení strojů navazuje na kapitolu 2.1, a to podle počtu válců a způsobu uspořádání. Dále se rozlišuje typ polotovaru (plech, profil) a druh pohonu (ruční, elektrický).
dvouválcové
tříválcové – symetrické asymetrické (ruční, strojní)
čtyřválcové
profilové

4.1 Dvouválcové zakružovačky [4] [7] [16] Dvouválcové zakružovačky mají dolní válec pokryt vrstvou elastomeru nejčastěji polyuretanu. Ocelový horní válec vtlačuje plech do dolního válce. Koncepce dvouválcové zakružovačky je snadnější, jednodušší a mnohem rychlejší než u klasických tří a čtyř válcových zakružovaček. Pomocí těchto zakružovaček lze velmi rychle zakružovat výrobky a to i malých průměrů. Tato technologie, byla původně vyvinuta pro potřeby leteckého průmyslu, nyní má však širší využití, používá se pro práci s tenkými plechy maximálně do tloušťky 2 mm. Tyto zakružovačky se s výhodou opatřují hydraulickým ovládáním válců s NC či CNC řízením. Výhodou je také to, že odpadá nutnost plech před zakružováním předehnout, protože stroj je schopen ohýbat plech hned od kraje. Výrobek lze zakroužit za jeden pracovní cyklus. Další výhodou je kvalita povrchu součásti, který je hladký díky použití eleastomeru na spodním válci. Nevýhodou je značná přítlačná síla, kterou musíme na válce působit, protože část této síly se spotřebuje na deformaci elastické vrstvy spodního válce. Dále také robustnost stroje a poměrně velký průměr spodního válce. Mezi nevýhody se ještě řadí omezený teplotní rozsah zakružovaného materiálu. Polyuretan lze používat při teplotách od -30° do +80°C, krátkodobě (tj. maximálně 4 hodiny) až do +180°C.

Obr. 26 Detail ocelového horního a polyuretanového dolního válce [15]

Obr. 25 Dvouválcová zakružovačka [31]

19

4.2 Tříválcové zakružovačky 4.2.1 Symetrické uspořádání válců [2] [3] Tato zakružovačka je složena ze dvou spodních válců, které jsou poháněny a z horního válce. Horní válec je stavitelný ve vertikálním směru a vyvozuje ohýbací sílu, tento válec se může otáčet ale není poháněný. Vyjmutí hotové součásti je umožněno odklopením jednoho ložiska horního válce a vysunutí zákružku.

Obr. 27 Tříválcová symetrická zakružovačka [25]

4.2.2 Asymetrické uspořádání válců [9] [11] U asymetrického uspořádání pracovních válců, je spodní a horní válec zaváděcí a třetí postraní válec je zakružovací. Zakružovací válec spolu s horním nebo dolním válcem je přestavitelný. Horní válec musí umožňovat vyjmutí zakroužené součásti, většinou tedy bývá výklopný. Rozeznávají se provedení:
ruční - zakružovačky jsou určeny pro klempířské, zámečnické a opravárenské dílny. Technologicky jsou určeny k oboustrannému zakružování plechů do válců nebo kuželů, případně k částečnému rovnání plechů. Jednou z nejmenších ručních zakružovaček na trhu je zakružovačka upínatelná do svěráku, tzv. svěráková (obr. 30). Svěrákové zakružovačky slouží k zakružování tenkých plechů a trubek. Stroj je opatřen broušenými válci s možností regulace jejich pozice pomocí šroubů (obr. 31), dva válce jsou samostatně vyjímatelné. Zakružovačky jsou schopny ohýbat a zakružovat plech o minimálním průměru 1,1 až 1,2 průměru horního válce, tj. cca do 35 mm. Tloušťky plechů, které se mohou zakružovat, jsou

Obr. 29 Detaily svěrákové zakružovačky [11]

Obr. 28 Svěráková zakružovačka [11] 20

rozdílné dle materiálu - u oceli do 1 mm, u mědi a hliníku do 2 mm a do 3 mm u cínu a úzkých plechů. Největšími výhodami těchto malých zakružovaček jsou universální použitelnost, snadná obsluha a velká dostupnost díky poměrně nízké ceně. Nevýhodou je, že zařízení umožňuje zakružování a ohýbání pouze polotovarů omezených rozměrů. Mezi častěji používané patří stojanové zakružovačky. Umožňují zakružovat větší dílce a jsou schopny tvarovat tlustší plechy než svěrákové zakružovačky. Stojany bývají Obr. 30 Stojanová zakružovačka [26] ze svařované konstrukce, která zabezpečuje optimální ergonomickou výšku pracovního místa. Dolní části nohou stojanu jsou opatřeny patkami k snadnému a pevnému ukotvení stroje k podlaze


strojní - Strojní tříválcové zakružovačky jsou mohutnějšího provedení a dosahují větších výkonů než zakružovačky ruční. Válce jsou ovládány hydraulicky a poháněny elektromotorem. Pro dosažení přesnější, rychlejší a efektivnější práce se osazují stroje NC, nebo CNC řízením. Výhodou strojních zakružovaček je, že můžeme zakružovat válcové a kuželové dílce takřka neomezených rozměrů za použití nesrovnatelně větších sil, než u ručních zakružovaček. Nevýhodou je cena a prostorová náročnost stroje

Obr. 31 Strojní zakružovačka [28]

4.3 Čtyřválcové zakružovačky [2] [13] [29] Čtyřválcové zakružovačky se skládají ze dvou hnacích a dvou hnaných válců. Hnací válce mají za úkol přidržovat a plynule posouvat plech. Horní válec se může pohybovat ve vertikálním směru a je schopen vyvodit přítlačnou sílu. Postraní zákružné válce slouží k samotnému zakružování dílce. Tyto válce jsou uloženy tak, aby byly schopny vykonávat lineární nebo planetární pohyb. Minimální průměr zakružovaných součástí je 1,4 krát větší než průměr horního válce u lineárně posouvajících se postraních válců. Na moderních strojích, které jsou opatřeny uložením umožňující planetární posun, lze dosáhnout zakružování válců až o 1,1 násobku průměru horního válce. Stroje bývají opatřeny CNC řízením. Čtyřválcové zakružovačky jsou produktivnější než zakružovačky tříválcové. Moderní troje umožňují také zakružování kuželů, což starší stroje neumožňovali. Nevýhodami jsou prostorová náročnost a cena Obr. 32 Čtyřválcová zakružovačka [29] strojů. 21

4.4 Zakružovačky profilů [12] [14] [18] Zakružovačky profilů slouží k zakružování tyčí průřezu L, T, I, U, čtvercového, obdélníkového a kruhového průřezu při použití různého příslušenství do tvaru kruhů, oblouků nebo spirál. Stroje jsou většinou opatřeny postraními vodícími válečky (obr. 35), které mohou ohýbat zakružované profily, což umožňuje zakroužit trubky do tvaru cívky. Díky kombinaci zakružování a ohýbání, mají tyto stroje široký rozsah možností tváření.

Obr. 33 Postraní váleček zakružovačky [14 ] Zakružovačky jsou dvou základních typů tříválcové a čtyřválcové. Častěji se využívá tříválcových strojů. Obdobně jako u zakružovaček plechů, může být uspořádání válců buď symetrické nebo asymetrické. Většinou jsou poháněny všechny tři válce, v některých případech jenom dva s tím, že horní válec je pouze přítlačný. Čtyřválcové zakružovačky dosahují vyšší produktivity a odpadá zde problém s nezakrouženými okraji dílů. Materiál se upíná mezi horní a spodní válec. Tyto válce jsou zároveň válci hnacími. Pomocí stavitelných zákružných válců, po stranách se určuje poloměr zakroužení. Zakružovačky pracují v horizontální (obr. 37) nebo ve vertikální poloze (obr. 36), některé stroje jsou nastavitelné do obou těchto poloh.

Obr. 35 Horizontální zakružovačka [14 ]

Obr. 34 Vertikální zakružovačka [18]

Výrobci dodávají stroje na trh v širokém rozsahu velikostí. Pro instalatérské práce se používají malé s ručním nastavováním válců. Pro ohýbání a zakružování velkých dílů, například nosníků, se používají velké horizontální zakružovačky, jejichž válce jsou ovládány hydraulicky. Zakružovačky, které mají pracovat rychle, přesně a co nejefektivněji jsou opatřeny NC nebo CNC řízením.

22

5

ZÁVĚR

Zakružování je technologie spadající do skupiny plošného tváření. Jedná se výrobní proces, díky kterému se polotovar tvaruje do kruhového tvaru. Zakružování je nepostradatelným odvětvím strojírenské výroby a zhotovuje se jím velké množství součástí a výrobků, které by bylo obtížné případně nemožné jiným způsobem vyrobit. Principů, jak zakroužit polotovar do požadovaného tvaru, je několik. Velmi malé součásti se vyrábějí pomocí zakružovacích nástrojů v lisech. Tento způsob se vyplatí pouze při výrobě velkých sérií, kvůli vysoké ceně těchto nástrojů. Pro zakružování válců a kuželů se používají stroje zvané zakružovačky, které se rozlišují podle počtu a uspořádání válců. Speciálním druhem zakružovačky je dvouválcová. Uplatňuje se při zakružování tenkých plechů a dílců menších rozměrů. Trendem bude větší využití těchto strojů pro svoji rychlost a jednoduchost. Tříválcové symetrické zakružovačky se budou nadále využívat pouze pro rozměrné výrobky a součásti s velkou tloušťkou. Asymetrické stroje jsou nejrozšířenější pro svoji univerzálnost. Nejefektivnější řešení nabízejí zakružovačky s proměnným uspořádáním válců (z asymetrického na symetrické) za chodu s pomocí CNC řízení. Čtyřválcové zakružovačky jsou využívány při potřebě produktivně zakružovat bez předohýbání okrajů plechů. Této vlastnosti nyní konkurují tříválcové stroje, které taktéž dokáží zakroužit celý díl na jedno vložení plechu. Technologie zakružování se používá také na profily, a to za použití tří a čtyřválcových profilových zakružovaček. Ohýbání a zakružování trubek a profilů se užívá hlavně v instalatérství a pro tvarování různých konstrukčních prvků ve stavebnictví. Zvláštním případem výroby profilů je válcování tenkostěnných svařovaných trubek, které se zakružují z pásu plechu. Tato technologie je velmi produktivní svojí rychlostí a ekonomičností. Celý výrobní proces v hromadné výrobě spěje k automatizaci a používání CNC řízených strojů, v kusové výrobě se i nadále budou používat jednoduché ruční zakružovačky.

23

Seznam použité literatury 1. DVOŘÁK, Milan; GAJDOŠ, František; NOVOTNÝ, Karel. TECHNOLOGIE TVÁŘENÍ : PLOŠNÉ A OBJEMOVÉ TVÁŘENÍ. Brno : CERN, 2. 169 s. 2. DVOŘÁK, Milan. TECHNOLGIE II. Brno : CERN, 2004. 238 s. 3. FOREJT, Milan. TEORIE TVÁŘENÍ. Brno : CERN, 2004. 167 s. 4. ŽÁK, Jan, SAMEK, Radko, BUMBÁLEK, Bohumil. Speciální letecké technologie I. 1. vyd. Ediční středisko VUT Brno. Brno : Rektorát Vysokého učení technického v Brně, 1990. ISBN 80-214-0128-1. s. 220. 5. NOVOTNÝ, Karel. Tvářecí nástroje. 1. vyd. Brno: Nakladatelství VUT v Brně, 1992. 186 s. ISBN 80-214-0401-9. 6. SRP, Karel, et al. Základy lisování. 1. vyd. Praha : SNTL, 1965. 248 s. 7. Katedra strojírenské technologie, FS, TU v Liberci [online]. 2005 [cit. 2010-04-26]. Technologie plošného tváření – ohýbání. Dostupné z WWW: . 8. Zakruzovacky_08k_WEB.pdf [online]. 2007 [cit. 2010-04-26]. Tříválcové motorové zakružovačky AZM. Dostupné z WWW: <www.attl.cz/dokumenty/Zakruzovacky_08k_WEB.pdf>. 9. Motorové zakružovačky AZM [online]. 2004 [cit. 2010-04-26]. Motorová tříválcové zakružovačky plechu řady AZM. Dostupné z WWW: <www.mostr.cz/Motorove-zakruzovackyAZM.html>. 10. Katedra strojírenské technologie, FS, TU v Liberci [online]. 2005 [cit. 2010-04-26]. Technologie tváření kovů. Dostupné z WWW: . 11. První hanácká BOW [online]. 2005 [cit. 2010-04-26]. Katalog strojů. Dostupné z WWW: . 12. Monstr Libor Brom [online]. 2004 [cit. 2010-04-26]. Motorové zakružovačky profilů. Dostupné z WWW: . 13. DK machinery [online]. 2008 [cit. 2010-05-18]. Čtyřválcové zakružovačky. Dostupné z WWW: . 14. Youtube [online]. 2008 [cit. 2010-04-27]. 3-roller bending machine making spiral . Dostupné z WWW: . 15. Automated Welding, Arc Welding Stations, Power Supplies, Weld Seamers, Weld Lathes, Orbital Welding | Weldlogic [online]. 2008 [cit. 2010-04-27]. 3-roller bending HDH Mandrel Deflection Arm. Dostupné z WWW: . 16. DK machinery [online]. 2008 [cit. 2010-04-27]. Dvouválcové zakružovačky. Dostupné z WWW: . 17. Youtube [online]. 2008 [cit. 2010-04-27]. OMCCA Plate Roll Bending - By AD-AM trade of Moty Pri-Mor . Dostupné z WWW: . 18. DK machinery [online]. 2008 [cit. 2010-04-27]. Profilové zakružovačky. Dostupné z WWW: . 19. Prezentováno na cvičení předmětu Technologie III (25.2.2010), Ing. Kamil Podaný, Ph.D. 20. Kovona System – velkosériová kovovýroba a kovové regály [online]. 2007 [cit. 2010-04-27]. Strojní park. Dostupné z WWW: . 21. Auto Truck Centrum - import export [online]. 2008 [cit. 2010-04-27]. Cisterny na prodej. Dostupné z WWW: . 22. Welcome to Phoebus Steel [online]. 2008 [cit. 2010-04-29]. Weld Steel Pipe. Dostupné z WWW: .

23. Stavime-Bydlime.cz [online]. 2007 [cit. 2010-04-29]. "Kočičí oči" zatraktivnily průjezd dálnicí D8. Dostupné z WWW: . 24. Distributor of Metal Fabricating Machinery [online]. 2009 [cit. 2010-04-27]. Sheet & Light Plate Bending Rolls. Dostupné z WWW: . 25. Rolling Machine-Nantong ChaoLi Rolling Machine Producing Co., Ltd [online]. 2009 [cit. 2010-04-27]. Hydraulic Three Roller Symmetrical Bending Machine. Dostupné z WWW: . 26. Used machines marketplace Machineseeker.com - over 30.000 used machinery [online]. 2005 [cit. 2010-04-27]. 3-roll bending machine with rollers Inc. Metallkraft RBM 1050-22. Dostupné z WWW: . 27. Maneklal and Sons (Exports) | Maneklal Global Exports [online]. 2004 [cit. 2010-04-27]. Bending Rollers / Plate Bending Machines. Dostupné z WWW: . 28. Eurometal Sp. z o.o. - Obrabiarki do Metalu [online]. 2009 [cit. 2010-04-27]. 3 roll bending machines ZB. Dostupné z WWW: . 29. DefoTech - tube, pipe, cnc, machinery deformation, cut, bending [online]. 2008 [cit. 2010-0427]. OMCCA Ellipsee-DTS-1050x2 - By AD-AM trade of Moty Pri-Mor. Dostupné z WWW: . 30. Buro Happold [online]. 2005 [cit. 2010-04-27]. Greenside Place Bridge. Dostupné z WWW: . 31. Welcome to Godson Engineering Corporation [online]. 2008 [cit. 2010-04-27]. 2 Roll Plate Bending Machine . Dostupné z WWW: . 32. Gutter Guards, Gutters, Gutter Machines, Rain Chains - Gutter Supply [online]. 2005 [cit. 2010-04-27]. Freedom Gray Copper Gutters & Gutter Accessories. Dostupné z WWW: . 33. Meva Bezděkov [online]. 2005 [cit. 2010-04-29]. KOVOVÉ SUDY SE ZÁTKAMI. Dostupné z WWW: . 34. Ariel Door Gears Ltd, Gate Automation, Door Gear [online]. 2006 [cit. 2010-04-29]. Door Closers. Dostupné z WWW: . 35. DirectIndustry - The Virtual Industrial Exhibition: sensor - automation - motor - pump - handling - packaging [online]. 2008 [cit. 2010-04-29]. Products. Dostupné z WWW: .

Seznam použitých značek Označení

Legenda

Jednotka

a b e E F FP h l Mk Mo Mop q Q Q’ Q’’ R Rp0,2 Rs R2 s t T T‘ T‘‘ X x

vzdálenost os šířka pásu ponoření modul pružnosti materiálu síla přítlačná síla osová vzdálenost válců vzdálenost dotykových bodů kroutící moment ohybový moment vnitřních sil plastický ohybový moment spojité zatížení normálová síla složka normálové síly ve směru y složka normálové síly ve směru x vnitřní poloměr ohybu smluvní mez kluzu střední poloměr poloměr zaoblení podpory tloušťka pásu tloušťka materiálu tečná síla složka tečné síly ve směru y složka tečné síly ve směru x velikost nezakrouženého konce součinitel posunutí neutrální osy

[mm] [mm] [mm] [MPa] [N] [N] [mm] [mm] [Nm] [Nm] [Nm] [N/m] [N] [N] [N] [mm] [MPa] [mm] [mm] [mm] [mm] [N] [N] [N] [mm] [-]

α γ µ σ σd σt ϕ

úhel ohybu úhel odpružení součinitel tření normálové napětí napětí v tlaku napětí v tahu úhel, který svírají osy válců se středem ohybu

[°] [°] [-] [MPa] [MPa] [MPa] [°]