VYSOKÉ U ENÍ TECHNICKÉ V BRN BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV STROJÍRENSKÉ TECHNOLOGIE FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE OF MANUFACTURING TECHNOLOGY
VÝROBA REGULA NÍHO ŠROUBU PROTLA OVÁNÍM
MANUFACTURING OF THE ADJUSTING SCREW BY EXTRUSION
BAKALÁ SKÁ PRÁCE BACHELOR´S THESIS
AUTOR PRÁCE
JAKUB T EŠTÍK
VEDOUCÍ PRÁCE
ING. MIROSLAV ŠLAIS
AUTHOR
SUPERVISOR
BRNO 2008 0
Zadaná sou ást Po et kus - 420 000 ks/rok Výchozí materiál podle SN - 12 040.3 DIN – Ck 35
3
ABSTRAKT T EŠTÍK JAKUB: Výroba regula ního šroubu objemovým tvá ením. Bakalá ská práce prezen ního bakalá ského studia, 3. ro ník, letní semestr, akademický rok 2007/2008, studijní skupina 3P2 Strojírenství - Strojírenská technologie, FSI VUT Brno, ÚST odbor tvá ení, kv ten 2008. Tato práce eší výrobní postup sou ásti "Regula ní šroub" technologií protla ování za studena. Sou ást je z materiálu 12 040.3. Polotovarem je kruhový špalík o rozm rech Ø16,2 - 101 mm. Sou ást je vyhotovená ve 4 tvá ecích operacích na postupovém automatu TPZ 16 výrobce ŠMERAL Brno, a. s. Klí ová slova: Objemové tvá ení, protla ování oceli za studena, regula ní šroub, zp soby protla ování, typy sou ástí, povrchová úprava, protla ovací nástroje.
ABSTRACT T EŠTÍK JAKUB: Manufacturing of the Adjusting Screw by technology of solid forming. The Bachelor's degree project, 3rd form, summer semester, academic year 2007/2008, educational group 3P2 Engineering - Manufacturing Technology, Brno University of technology, Faculty of Mechanical Engineering, Department of Metal Forming and Plastic, May 2008. This project solves the manufacturing process of part "Adjusting Screw" by technology of solid forming. Screw is made of steel 12040.3. Semi-finished product is cylinder with dimensions Ø16,2 101 mm. A part is made during 4 solid forming operations on multistage automatic machine TPZ 16 manufactured by ŠMERAL Brno, a. s. Keywords: Solid forming, steel cold extrusion, adjusting screw, ways of extrusion, types of part, surface adaptation, tools for extrusion.
4
BIBLIOGRAFICKÁ CITACE T EŠTÍK Jakub: Výroba regula ního šroubu objemovým tvá ením. Brno: Vysoké u ení technické v Brn , Fakulta strojního inženýrství, 2008. 54 s. Vedoucí bakalá ské práce Ing.Miroslav Šlais
5
ESTNÉ PROHLÁŠENÍ Tímto prohlašuji, že p edkládanou bakalá skou práci jsem vypracoval samostatn , s využitím uvedené literatury a podklad , na základ konzultací a pod vedením vedoucího diplomové práce.
V Brn dne 23.5.2008
………………………… Podpis
6
POD KOVÁNÍ Tímto d kuji panu Ing. Miroslavu Šlaisovi za cenné p ipomínky a rady týkající se zpracování bakalá ské práce.
7
Titulní list Zadání Abstrakt Bibliografická citace estné prohlášení Pod kování Obsah 1. Úvod ................................................................................................................................. 9 2. Problematika objemového tvá ení za studena................................................................ 10 2.1 Fyzikální podstata deformace………......................................................................... 10 2.2. D sledky plastické deformace……… ...................................................................... 16 2.3. Charakteristika procesu tvá ení za studena….. ......................................................... 17 2.4. Charakteristiky deformace – p etvo ení……............................................................ 19 2.5. Historický vývoj….................................................................................................... 21 2.6. Základní metody objemového tvá ení za studena………… ..................................... 22 2.7. Technologi nost objemového tvá ení za studena…….............................................. 25 2.8. Charakteristiky a konstrukce nástroj …… ............................................................... 28 2.9. Oceli vhodné pro protla ování….. ............................................................................ 30 2.10. Tepelné zpracování….. ........................................................................................... 31 2.11. Protla ovací stroje….. ............................................................................................. 32 3. Návrh technologie výroby zadané sou ásti.................................................................... 33 3.1. Výpo et objemu sou ásti .......................................................................................... 33 3.2. Návrh technologického postupu................................................................................ 34 3.3. Výpo et rozm r polotovaru..................................................................................... 35 3.4. Výpo et délek ve všech operacích ............................................................................ 36 3.5. Výpo et logaritmických p etvo ení v jednotlivých operacích .................................. 40 3.6. Výpo et logaritmického p etvo ení jednotlivých ástí šroubu ................................. 40 3.7. Ur ení p etvárného odporu sou ásti.......................................................................... 40 4. Výpo et tvá ecích sil a prací .......................................................................................... 43 5. Volba tvá ecího stroje .................................................................................................... 46 5.1. Zásady pro konstrukci tvá ecích stroj ….. ............................................................... 46 5.2. Výb r tvá ecího stroje….. ......................................................................................... 46 6. Technicko-ekonomické zhodnocení............................................................................... 47 6.1. Výpo et náklad p i objemovém tvá ení .................................................................. 47 6.2. Výpo et náklad p i t ískovém obráb ní .................................................................. 48 7. Záv r............................................................................................................................... 50 Seznam použitých symbol Seznam použité literatury Seznam p íloh
8
1. Úvod Objemové tvá ení za studena pat í mezi základní technologické operace. Nachází své uplatn ní p edevším ve velkosériové a hromadné výrob . Snahou je hospodárn nahradit p edevším technologii obráb ní, která je nevýhodná zejména co se tý e spot eby materiálu, cen za energie, obslužného personálu, strojních as , horších mechanických vlastností hotových sou ástí atd. Cílem této bakalá ské práce je navržení nejvhodn jší varianty pro docílení požadovaných rozm r a jakosti sou ásti. Tato práce je vytvo ena na základ znalostí získaných v pr b hu p edchozích t í ro ník bakalá ského studia na FSI VUT v Brn a skládá se ze dvou ástí – teoretická studie metody protla ování za studena a vlastní technologicko-výpo tová ást. V technologicko-teoretické ásti je podrobn vysv tlena a popsána problematika protla ování za studena. Je zde vysv tlena základní fyzikální podstata tvárné deformace, fyzikální pochody probíhající v pr b hu technologie protla ování za studena jako nap íklad proces rekrystalizace, zotavení, mechanické zpev ování, odpev ování a další nemén významné procesy. Podrobn jsou zde popsány metody dop edného a zp tného protla ování, které jsou nezbytné pro výrobu zadané sou ásti. Výpo tová ást se zam uje na návrh nejvhodn jší varianty technologie výroby regula ního šroubu od výpo tu rozm r a návrhu polotovaru, navržení sledu a po tu výrobních operací, výpo tu logaritmických p etvo ení ve všech ástech šroubu, výpo tu rozm r ve všech opera ních krocích až po výpo et tvá ecích sil a prací, které budou rozhodující p i volb postupového automatu. Následuje technicko-ekonomické zhodnocení v etn ekonomického srovnání mezi výrobou regula ního šroubu tvá ením a t ískovým obráb ním. Technologie protla ování ocelí za studena je metoda, která si zaslouží pozornost pro všechny, kte í usilují o zmenšení po tu operací pro vyrobení kone né sou ásti a snížení ztrát dosažených p i obráb ní stejné sou ásti. Sou ástky vyrobené touto metodou vykazují vysokou p esnost, jakost povrchu a životnost.
9
2. Problematika objemového tvá ení za studena 2.1 Fyzikální podstata deformace
[2],[3]
V tšina kovových materiál se dá p sobením vn jších sil tvá et tak, že m ní sv j p vodní tvar a zachovávají svou soudržnost. P i vy erpání zásoby plasticity dochází k porušení, což je nežádoucí. P sobením vn jší síly vzniká v tomto t lese stav napjatosti. Tento stav napjatosti je zp soben vnit ními silami, které brání zm n tvaru. Tato tvarová zm na vznikající p sobením vn jších sil se nazývá deformace. Deformace se rozumí rozm rové zm ny (na úrovni meziatomových vzdáleností) v pružné a v pružn plastické oblasti. Jednotlivé a sou tové hodnoty velkých plastických deformací p i tvá ení polykrystal ozna ujeme jako p etvo ení. V pr b hu p etvo ení m že dojít k porušení spojitosti materiálu vznikem mikrotrhlin. 2.1.1. Pružná deformace
[2]
Pružná deformace vzniká p i p sobení vn jší síly, která dosahuje maximáln hodnot meze kluzu. Po odleh ení zatížení tato deformace zaniká a t leso se vrací do svého p vodního tvaru. V krystalické m ížce se elastická deformace projeví pouze nepatrným vychýlením atom ze svých rovnovážných poloh (vychýlení ≤ 0,25.parametr m ížky)(viz Obr.1).
τ
τ Obr.1 Mechanismus pružné deformace [3]
Je-li hodnota síly F dostate n nízká (pod mezí kluzu),vyvolá v t lese pružná normálová a smyková nap tí, jímž odpovídají pružné normálové a smykové deformace (Obr.6). Mezi normálovou pružnou deformací a normálovým nap tím existuje závislost – Hook v zákon, který je vyjád en vztahem (1).
ε=
kde
σ
[-], E E – modul pružnosti v tahu (u ocelí 5. 10 5 ) [MPa]
Pro smykové nap tí ( τ ) a smykovou pružnou deformaci ( γ ) platí vztah (2). τ = G.γ [-], kde G – modul pružnosti ve smyku [MPa]
10
(1)
(2)
2.1.2. Plastická deformace
[2],[3]
Plastická deformace krystalických materiál mohou pohybovat dv ma zp soby:
vzniká pohybem dislokací. Dislokace se
a) pohyb dislokací kluzem (Obr.2a) b) pohyb dislokací dvoj at ním (Obr.2b) V p ípad a) i v p ípad b) se jedná o trvalou zm nu tvaru vyvolanou dostate n velkým smykovým nap tím ( τ ). Kluz se ídí tzv. kluzovými zákony. Obvykle nastává v rovinách s nejv tší hustotou atom . Sm r kluzu je rovn ž stejný se sm rem, který je nejvíce obsazen atomy. Z kluzových rovin a sm r se využijí ty, v nichž nabývá skluzové nap tí maximální hodnotu. P i deformaci kluzem se zp sobí posuv dvou ástí krystalu podél ur ité roviny o meziatomovou vzdálenost, nebo o n násobek této vzdálenosti. Orientace krystalové m ížky obou ástí a kontinuita atomových rovin se nem ní. Dvoj at ní se vyskytuje p i tvá ení rázem a vzniká žíháním po plastické deformaci. P i dvoj at ní vyvolá smykové nap tí v ásti krystalu posunutí ve v tším po tu sousedních rovin atomu. Narozdíl od kluzu dochází p i plastické deformaci dvoj at ním k posuvu mnoha atomových rovin. Atomy v každé rovin se vzhledem k sousední rovin neposunují o celé meziatomové vzdálenosti (Obr.2b). Deformovaná ást má jinou orientaci m ížky, než má základní m ížka. Existuje zde rovina, která se nazývá jako rovina dvoj at ní. Je to rovina, ke které jsou ob ásti m ížky zrcadlov symetrické.
a)
b) Obr.2 Mechanismy plastické deformace v krystalické m ížce [2]
11
2.1.3. Poruchy krystalické m ížky
[2],[3],[4],[5]
P i popisu struktury krystalické m ížky se vychází z ideální m ížky, jejíž pomocí lze podrobn vysv tlit vlastnosti kov . Skute ná m ížka však není nikdy dokonalá. Obsahuje adu vad a poruch. Avšak n které z vlastností nejsou závislé jen na uspo ádání atom , druhu vazby mezi atomy, ale práv na nepravidelnosti a poruchách této m ížky. Jednotlivé atomy jsou v krystalické m ížce na pozicích s nejnižší potenciální energií, proto každé narušení m ížky tyto atomy vychýlí ze své pozice a zvýší tak celkovou energii m ížky Proto m žeme rozd lit tyto vady do 4 základních skupin: -
bodové poruchy árové poruchy plošné poruchy prostorové poruchy
Bodové poruchy Mezi bodové poruchy se adí vakance (neobsazená uzlová poloha m ížky), intersticiální p ím si (atom umíst ny v poloze mimo uzlový bod) a substitu ní p ím si. V – vakance I – intersticiál IP – intersticiální p ím s SP – substitu ní p ím s
Obr.3 Schéma bodových poruch [4] Z hlediska plastické deformace jsou nejvýznamn jší poruchy árové – dislokace. Dislokace vznikají (Obr.4): a) b) c) d)
p i rekrystalizaci (na plochách krystalu, který roste, vzniká r stová spirála Obr.4a) p i r stu zrn (vznikají hranové dislokace Obr.4b) p em nou shluku vakancí na hranové dislokace(Obr.4c) generování dislokací z Frank-Readových zdroj p i plastické deformaci (obr.5)
Dislokace jsou charakterizovány tzv. Burgesovým vektorem b . Rozdíl p ed a za disloka ní árou je stejný. Platí tedy, že Burges v vektor = konst. U hranové dislokace je Burges v vektor kolmý na sm r kluzu, který je ve sm ru pohybu disloka ní áry. U šroubové 12
dislokace je Burges v vektor rovnob žný s disloka ní árou. Tedy dráha a sm r kluzu jsou ur eny tímto Burgesovým vektorem. Pohyblivost je jedna z nejvýznamn jších schopností dislokací. U hranové dislokace m že nastat pohyb bu kluzem nebo dif zí. Pohyb kluzem probíhá v rovin kluzu, která je dána Burgesovým vektorem. Rychlost disloka ního pohybu je závislý na síle p sobící na m ížku, na typu m ížky ale p edevším na po tu vad v m ížce. Dif zní pohyb (šplhání) probíhá dif zí vakancí nebo intersticiál k dislokaci.
a)
b)
c)
Obr.4 Mechanismy vzniku dislokací [5]
Vznik dislokací Dislokace je shluk atom , které mají vyšší energii než ostatní. P i snaze soustavy dosáhnout co nejnižší energii mají dislokace tendenci získat co nejkratší délku. Disloka ní linie ve skute né krystalické m ížce prochází místy, kde se nachází další m ížkové poruchy, které disloka ní á e zabra ují se pohybovat. Taková to dislokace se ozna uje jako zakotvená. Na obrázku 5 je znázorn n Frank-Read v zdroj dislokací. Dislokace zakotvená v bodech A a B je p i nezatíženém stavu (poloha 1) p ímková. P i p sobení smykového nap tí má disloka ní ára snahu se pohybovat. Sm r pohybu je ve sm ru Burgesova vektoru. V bodech A a B je však pohyb zamezen, tudíž disloka ní ára se pouze zak iví (poloha 2). Nejv tšího zak ivení dosahuje, když je polom r zak ivení roven polovin vzdálenosti bod A a B (poloha 3). V tomto okamžiku je disloka ní ára rovnob žná s Burgesovým vektorem. Sm r pohybu disloka ní áry je kolmý na p sobící smykové nap tí. P i trvajícím smykovém nap tí se disloka ní ára u kotvícího bodu A pohybuje doleva a u bodu B doprava. Proto v blízkosti t chto dvou bod se vytvo í úseky blížící se hranové orientaci (poloha 4), které se budou pohybovat opa ným sm rem než horní ást disloka ní áry. Tím u kotvících bod vzniknou úseky, které se pohybují proti sob (poloha 5). Následn se ob ásti dislokace spojí a vznikne jednak uzav ená disloka ní smy ka (poloha 6) a jednak nová disloka ní ára zakotvená ve dvou bodech. P i dalším p sobení smykového nap tí se bude celý d j op t opakovat.Jeden takový to zdroje schopen vytvo it až n kolik set disloka ních smy ek. Jestliže by byly pro plastickou deformaci k dispozici jen dislokace, které se nacházejí v krystalické m ížce p ed její deformací, došlo by k jejich vy erpání již v po áte ním stádiu plastické deformace.
13
Obr.5 Frank-Read v zdroj dislokací [2]
2.1.4. Kluzové nap tí v krystalu
[2],[5]
P sobí-li na ty kruhového pr ezu jednoosá napjatost v podob tahové síly, vzniká v rovin S0 normálové nap tí (Obr.6), které je dáno vztahem(3). F σ0 = (3) S0 V rovin S1, jejíž normála svírá se sm rem síly F úhel α , mají jednotlivé složky síly hodnotu (4),(5). FN 1 = F . cos α (4) FS1 = F . sin α Pak jednotlivé nap tí jsou dána (6),(7). F σ 1 = N1 (6) S1
Obr.6 Kluzové nap tí v monokrystalu [5]
14
(5)
τ1 =
FS1 S1
(7)
Velikost normálového a smykového nap tí se m ní podle toho, jak se m ní velikost úhlu α . P i α = 0° nabývá normálové nap tí σ své nejv tší možné hodnoty a je rovno σ 0 . P i α = 45° nabývá své maximální hodnoty nap tí smykové τ a jeho velikost je 0,5. σ 0 . 2.1.5. Kritické kluzové nap tí v ideálním krystalu
[2],[4],[5]
Nap tí nutné ke skluzu v kluzové rovin se nazývá kritické kluzové nap tí. Trvalá deformace probíhá sou asným posunem všech atom v rovin kluzu v i sousední rovin (posun jedné ásti krystalu proti druhé). Nejmenší nevratné posunutí dvou sousedních vrstev atom je takové, p i kterém se atomy p esunou jen o jednu meziatomovou vzdálenost ve sm ru smykového nap tí. P i snaze atomu p emístit se z jednoho uzlu do druhého p sobí na atom síly r zné velikosti. Je-li posunutí dostate n malé (menší než polovina meziatomové vzdálenosti), tak p evažující síly jsou ty, které se snaží vrátit atom do p vodní polohy. V opa ném p ípad (jeli posunutí v tší než polovina meziatomové vzdálenosti) p evažuje síla od vedlejšího atomu (síla s opa ným smyslem). Proto m žeme p epokládat, že síla p sobící na atom má sinusový charakter (viz. Obr.7).
A
B
Obr.7 Pr b h síly nutné k vychýlení atomu [2]
Aby se atom p esunul z jednoho uzlu do druhého, musí p sobící síla p ekonat maximum (amplituda sinusovky). Velikost síly pot ebnou pro jednotkovou plochu ur íme ze vztahu (8) a dojdeme ke vztahu (9) pro výpo et kritického kluzového nap tí. Kritické nap tí je tedy nap tí, po jehož p ekro ení p eskakuje atom z polohy „A“ do polohy „B“ (viz Obr.7).
τ = A. sin τ krit . =
2.π .x a
(8)
G 2.π
(9)
Teoretické kluzové nap tí uvažuje synchronní posuv celých atomových rovin v i sob (posun jedné ásti krystalu proti druhé jako posun dvou tuhých t les po sob ). Skute né
15
hodnoty kritického kluzového nap tí jsou však až o n kolik ád nižší než hodnoty získané za p edpokladu ideálního krystalu. P i kluzu ve skute ných podmínkách nedochází k p esunu atomových vrstev jako celku, ale atomy se v malých po tech p emis ují postupn . Tento posuv lze nazvat pohyb vlny kluzovou rovinou. 2.1.6. Plastická deformace polykrystal
[3]
Bylo zjišt no, že základním mechanizmem p etvo ení kov je skluz dislokací. Pohyb dislokací je nejd íve uskute ován v t ch zrnech materiálu, jejichž krystalická m ížka je vhodn orientována v i nejv tšímu smykovému nap tí. Ve vztahu zat žování tlakem bude τ max pod úhlem 45°. Proto ke skluzu dochází nejd íve v zrnech B. Ostatní sousední zrna se pouze nato í do sm ru, který je vhodný pro skluz (viz Obr.8).
Obr.8 Schéma skluzu v polykrystalu [3]
Budou-li polykrystalická zrna vhodn orientována, tak dojde k mechanickému dvoj at ní (na to ení jedné ásti m ížky v i druhé kolem roviny symetrie). P i tomto procesu dochází ke vhodn jší orientaci skluzových systém v i nap tí τ max . P i dalším zv tšování nap tí se skluz rozší í na další zrna. Z p vodního kvazi-izotropního kovu vzniká kov s usm rn nými vlákny (anizotropní kov).
2.2. D sledky plastické deformace
[2],[3]
Jak již bylo e eno, plastická deformace kovu je realizována pohybem dislokací v krystalické m ížce kov . P i deformaci se dislokace setkávají s mnoha p ekážkami. Vznikají nové dislokace a vady m ížky. Díky t mto p í inám se dislokace pohybují ím dál obtížn ji. Zvyšuje se hustota vad a dislokací, roste energie pot ebná pro pokra ování plastické deformace. Dochází ke zpev ování materiálu. To se projevuje rostoucím odporem materiálu proti p etvo ení. 2.2.1. Deforma ní zpevn ní polykrystal
[2],[3]
Jelikož je orientace krystalické m ížky v r zných ástech polykrystalu odlišná, nelze sledovat závislost mezi deformací a smykovým nap tím v kluzové rovin . Díky odlišné orientaci se dosahuje kritického kluzového nap tí jednotlivých zrnech p i jiné velikosti zat žující síly. Z toho plyne, že po plastické deformaci jsou vedle zrn, která jsou již plasticky 16
deformována i zrna, ve kterých je jen deformace pružná. Tudíž u polykrystalu není tak výrazná mez kluzu jako u monokrystalu.(Obr.9). Z obrázku je patrné, že deforma ní k ivka polykrystalu je p i v tším nap tí než k ivka monokrystalu. polykrystal monokrystal
Obr.9 K ivky zpevn ní [3]
2.2.2. Deforma ní odpevn ní
[3]
Odpevn ní je proces, p i kterém dochází k úplnému nebo jen áste nému odstran ní p í in zpevn ní. Deforma ní odpevn ní je závislé na tvá ecí teplot a na ase. M že probíhat sou asn p i zpev ování s ur itým zpožd ním nebo po oh evu po tvá ení. P i teplotách T ≥ 0,7.Ttav je odpevn ní tak zásadní, že mechanické a fyzikální vlastnosti z stanou nezm n ny. D vody, pro vracet kov m p i tvá ení za studena jejich p vodní vlastnosti: -
provádí se meziopera ní žíhání, aby nedošlo k vy erpání plasticity materiálu (nap . p i hlubokém tažení) obnovení p vodních fyzikálních vlastností
2.3. Charakteristika procesu tvá ení za studena
[2]
Po vzniku plastické deformace se zm ní vlastnosti materiálu. Mnoho t chto vlastností je žádoucí a lze je využít, ale v mnoha p ípadech tyto nové vlastnosti materiálu nevyhovují a je pot eba po plastické deformaci dosáhnout p vodních vlastností materiálu. Proto rozlišujeme dv stádia obnovy krystalické struktury: - zotavení - rekrystalizace Zotavení probíhá p i nízkých teplotách. P i tomto procesu z stává struktura deformovaného kov nezm n na a orientace m ížky v zrnech z stává zachována. Hustota vad 17
v krystalické m ížce se nem ní. P i zotavení se dosáhne snížení vnit ního pnutí deformovaného kovu a zm na fyzikálních vlastností. Mechanické vlastnosti však z stávají nezm n ny. P i náhodném rozložení dislokací dochází k ohybu atomových rovin. P emístí-li se dislokace podle Obr.10b, tak se sníží pružná deformace rovin a tím i celková energie. P eskupením dislokací vznikají subzrna (mluvíme o polygonizaci).
a)
b)
Obr.10 Uspo ádání dislokací: a) p ed zotavením; b) po zotavení [2]
Je-li plastická deformace dostate ná, tak p i dosažení ur ité teploty prob hne d j známý jako rekrystalizace, v jehož pr b hu se deformovaná zrna m ní na zrna nová (Obr.11b), jejichž tvar, velikost a orientace m ížky jsou odlišné od zrn deformovaných(Obr.11a). Rekrystalizace nastává p i ur ité teplot , jejíž hodnota není pro každý kov stejná. U kov se v tšinou uvádí vztah mezi teplotou tání a rekrastaliza ní teplotou (10).
TREK . = (0,3 ÷ 0,4).TTAV
[K°]
(10)
Zpevn ní materiálu dosažené pomocí plastické deformace z stává nezm n no, jedin tehdy, je-li materiál vystaven teplot nižší než je teplota rekrystaliza ní. P i teplotách vyšších než je teplota rekrystaliza ní se zpevn ní tvá eného materiálu neprojeví, protože proces rekrystalizace probíhá zárove s procesem plastické deformace. Tudíž rekrystaliza ní teplota je mezníkem v ur ování, zda se jedná o objemové tvá ení za tepla nebo za studena. P i tvá ení za studena je teplota nižší než teplota rekrystaliza ní (11), tudíž p i tomto procesu dochází ke zpevn ní materiálu. T < (0,3 ÷ 0,4).TTAV [K°] (11)
a)
b)
Obr.11 Struktura: a) p ed rekrystalizací b) po rekrystalizaci [2]
18
2.4. Charakteristiky deformace – p etvo ení
[3]
P i zatížení je výsledná pom rná deformace složena z pružné a plastické složky a je dána vztahem (12). Jedná se o pom rné plastické deformace, protože deformace zjiš ujeme až po odtížení. Nazývají se pom rná p etvo ení. M žeme pak stanovit pom rné p etvo ení v tahu a tlaku (13).
ε celk . = ε el . + ε plast . = ε=
L − L0 ∆L =± L0 L0
σ + ε Past . ε
(12) (13)
2.4.1. Logaritmická deformace (Logaritmické p etvo ení)
[3]
Máme-li válec s výchozí délkou L0 , tak jeho deformace nastává po p ír stcích dL až do délky L. Pro nekone n malý p ír stek pom rného p etvo ení se rovná diferenciálnímu p ír stku logaritmické deformace (14).
dε = dϕ =
∆L L
(14)
Logaritmická deformace bude rovna (15):
ϕ=
L
dL L = ln L − ln L0 = ln L L0 L0
2.4.2. Logaritmická deformace t les
(15)
[3]
P etvo ení t lesa ve sm ru os pravoúhlého sou adnicového systému vyjad ujeme za pomocí normálových nebo také hlavních složek logaritmických deformací. Základní p edpoklad je, že objem p ed plastickou deformací a po ní z stává konstantní. Vycházíme z obrázku 12.
Obr.12 P etvo ení tvaru t les [3]
x y z . . = 1 po zlogaritmování x0 y 0 z 0 ϕx + ϕy + ϕz = 0 (17)
x y z . ln . ln = O x0 y0 z0 nebo-li ϕ1 + ϕ 2 + ϕ 3 = 0
ln
19
(16) (18)
Z výše uvedeného vyplývá, že deformace ve t ech hlavních sm rech je rovna 0. Potom m žeme psát následující vztahy: -
-
-
dop edné protla ování plného t lesa (19) S D2 ϕ = ln 0 = ln 02 S D dop edné protla ování dutého t lesa (20) S D2 − d 2 ϕ = ln 0 = ln 02 S D −d2 zp tné protla ování (21) S0 D02 ϕ = ln = ln 2 S D −d2
(19)
(20)
(21)
[3] 2.4.3 P etvárné odpory P irozený p etvárný odpor Je to vnit ní odpor materiálu, který p sobí proti sm ru p sobení vn jších sil v p ípad stavu jednoosé napjatosti, p i kterém vznikne za átek plastické deformace za daných podmínek: - chemického složení - výchozího stavu - teploty tvá ení - rychlosti p etvo ení P irozený p etvárný odpor charakterizuje vlastnosti materiálu a lze popsat funkcí (22): σ p ( chem. složení, Re, Rm, T, ϕ , ϕ . ) (22) K ivky p irozených p etvárných odporu se získávají výpo tem nebo experimentáln .
Obr.13 Závislost p irozeného p etvárného odporu na deformaci [3]
Deforma ní p etvárný odpor Jedná se p irozený p etvárný odpor, který je však zv tšený o vliv pasivních odpor p i zm n tvaru t lesa.
20
-
t ení zm na geometrie tvaru t lesa zm na teplotních podmínek napjatost rychlost deformace p i toku kovu
Tyto zm ny lze nahradit sou initelem M a deforma ní p etvárný odpor vyjád it (23): σ d = σ d .(σ p , M ) (23) 2.4.4. Tvá ecí síla a práce
[3]
Podle deforma ního odporu lze pak stanovit pot ebnou tvá ecí sílu dle vztahu (24): Ftvá ecí = σ d .S (24) kde S – elní plocha v dotyku s nástrojem Práce deforma ní síly na výsledné dráze se ur í dle vztahu (25): z z z V A = Fz .z = σ d .S .dz = σ d . .dz = V . σ d .dϕ = A j .V h O 0 0
kde
(25)
Aj – m rná p etvárná práce [J/ mm 3 ]
2.5. Historický vývoj
[1]
Protla ování za studena je znáno již konce 19. století a poprvé bylo použito ve Francii. P i protla ování se vkládá výchozí materiál p i normální (pokojové) nebo zvýšené teplot do pr tla nice a pr tla níkem je materiál vytla ován proti pohybu pr tla níku (viz Obr.14). Tímto zp sobem vzniká nádoba.
Obr.14 Znázorn ní zp tného protla ování nádob z m kkých kov [1]
Tímto zp sobem bylo ze za átku zpracováváno pouze olovo (Pb) a cín (Sn). Pozd ji však bylo zjišt no, že se tak dá zpracovávat také zinek (Zn), hliník (Al) a jeho slitiny. 21
P i protla ování n kterých hliníkových slitin nelze protla ovat za normální pokojové teploty, ale je nezbytné polotovar oh át (neúplné protla ování za tepla). Oh evem materiálu se zvyšuje jeho tva itelnost a dochází ke snižování p etvárného odporu. Krom již uvedeného postupu tvá ení olova, cínu, zinku a hliníku získal v roce 1909 Ameri an Hooker patent „Technologický postup a za ízení na výrobu kovových trubek a nádob“, který se zabýval výrobou nádob z mosazi. Ješt koncem dvacátých let se jevilo použití tohoto patentu na ocelové materiály jako vzdálená utopie. Až za átkem t icátých let se objevily první pokusy na výrobu nábojnic tzv.„st íkáním oceli“, jak se tehdy metoda nazývala. Nejprve se ocelové pr tla ky zadíraly, jakost a životnost výrobk byla nevyhovující, ale pak Dr. Singer objevil, že použití fosfátové vrstvy spolu s vhodným mazivem zabra uje zadírání a zlepšuje kvalitu a životnost pr tla k . Výrobní postup „st íkání oceli“ byl n meckou armádou prohlášen za tajný vzhledem ke svému významu obrany státu.
2.6. Základní metody objemového tvá ení za studena
[1],[5],[6]
Objemové tvá ení lze definovat jako proces tvá ení kovových špalík , desek (kotou ) nebo polotovar na výrobky p evážn rota ního a symetrického tvaru. V pr b hu objemového tvá ení je materiál tvá en, kdy na n j p sobí tlak nástroje (pr tla níku) a sou asn dochází ke zm n pr ezu tvá ené sou ásti. Zm ny výchozího tvaru lze dosáhnout zp soby uvedenými níže. V sou ásti p sobí prostorová napjatost, která vytvá í podmínky pro plastická p etvo ení bez narušení celistvosti materiálu. Rozlišujeme tyto zp soby objemového tvá ení: -
-
protla ování: dop edné zp tné stranové sdružené p chování
2.6.1. Protla ování
[6]
Protla ování za studena je proces, kdy se výchozí materiál (polotovar) p em uje na sou ásti r zných tvar zpravidla symetrického nebo kruhového pr ezu. Touto technologií lze vytvo it tvary, které lze také vyrobit lisováním z plechu. Protla ování je však hospodárn jší. Kvalita a p esnost pr tla k je pom rn vysoká. P esnosti, kterých se dosahuje jsou v rozmezí IT6 až IT8. 2.6.1.1 Dop edné protla ování
[3],[7]
Dop edné protla ování je technologie, p i které vytéká kov na výstupu z pr tla nice ve tvaru ty í. Posuv tvá eného materiálu je ve sm ru pohybu nástroje (pr tla níku) (Obr.15a). Jako polotovar se používají špalíky plného nebo prstencového pr ezu Tato technologie se jako první rozší ila v hutnických provozech p i výrob r zných profil , ty í s r znými pr ezy a rour.
22
2.6.1.2. Zp tné protla ování
[1],[6],[7]
P i zp tném protla ování materiál te e v opa ném sm ru než je posuv nástroje (pr tla níku). Polotovar je vložen do pr tla nice, která je uzav ená. Na polotovar p sobí tlakovou silou pr tla ník. Mezi st nou pr tla nice a pr tla níkem je mezera, kterou se pohybuje materiál proti sm ru pohybu pr tla níku (Obr.15b). Výchozím materiálem je kovový špalík s pr ezem ve tvaru tverce nebo kruhu. Výlisek má kalíškovitý tvar. Tato technologie se používá k výrob nádob a pouzder. Tlouš ka jejich st ny v porovnání s jejich pr m rem je bu zanedbateln malá (výchozí materiál je polotovar o nepatrné výšce) anebo v tší (výchozí materiály jsou zde polotovary, které mají výšku a pr m r tém stejný). Výlisky se používají zejména v elektrotechnickém pr myslu, strojírenství a spot ebním pr myslu.
a)
b)
Obr.15 Zp soby protla ování: a) dop edné; b) zp tné [7]
2.6.1.3. Kombinované (sdružené) protla ování
[7]
Kombinované neboli sdružené protla ování je metoda objemového tvá ení za studena, která je kombinací protla ování dop edného a zp tného. Tvá ený materiál te e jak ve sm ru pr tla níku, tak i proti sm ru jeho pohybu (Obr.16a). Abychom dosáhli požadované jakosti výlisku, je nutné brát na z etel rozdílné podmínky pro posuv kovu, které jsou odlišné pro dop edné a zp tné protla ování. U výlisku zhotovené dop edným protla ováním je nutné volit menší stupe deformace než u ásti výlisku vyhotovené protla ováním zp tným. Jako výchozí materiál je zde špalík nebo tlustost nný prstenec. 2.6.1.4. Stranové protla ování
[6]
U této technologie se pr tla nice skládá ze dvou ástí (tzv. d lená pr tla nice) a jsou zde dva pr tla níky. Polotovar je vkládán do d lené pr tla nice. Z obou stran je uzav en
23
pr tla níky. Materiál zde te e ve sm ru kolmém na pohyb pr tla ník (viz Obr.16b). Takto lze dosáhnout sou ástek s r znými výstupky po obvodu výlisku (nap . p íruby).
a)
b
Obr.16 Zp soby protla ování: a) kombinované; b) stranové [7]
2.6.2. P chování
[3]
P chování je významnou technologií p i objemovém tvá ení za studena. Výška polotovaru se zmenšuje, zatímco p í ný pr ez se zv tšuje (Obr.18). Významnou úlohu u p chování hraje t ení. Ideální stav (bez t ení) napjatosti a deformace a skute ný stav (s t ením) ukazuje Obr.17.
Obr.17 Mechanické schéma p i p chování [3]
24
a)
b)
Obr.18 Zp soby p chování: a) uzav ené p chování; b) volné p chování [3]
2.7. Technologi nost objemového tvá ení za studena
[1]
2.7.1. Tvary vhodné k protla ování [1] Technologií protla ování za studena m žeme vytvo it t lesa v tšinou symetrická podle své osy, která se d lí na: - plná t lesa - s hlavou r zného tvaru (Obr.19a) - s r zn stup ovit len ným d íkem (Obr.19b) - kombinace t chto 2 zp sob (Obr.19c) -
dutá t lesa
- dno je r zn p edlisováno, raženo nebo d rováno (Obr.20a) - s dnem nebo bez dna se stup ovitým plášt m (Obr.20b) - kombinací dvou p edchozích (Obr.20c)
Lze vyrobit i sou ásti nesymetrické, doporu uje se však p ed takovou výrobou provést p edb žné zkoušky. P i volb tvaru sou ásti musíme dbát na: a) Nahromad ní materiálu – je nezbytné vyvarovat se nesymetrického nahromad ní materiálu, náhlým zm nám p í ného pr ezu, náhlým p echod m od st n velké tlouš ky ke st nám tenkým p ípadn zaoblit p íslušnou hranu. b) Náhlé p echody – vyhnout se ostrým hranám, roh m, aby nebyl v i pohybu materiálu kladen v tší odpor. Takovéto hrany, pokud to funkce sou ásti dovoluje, je nutné zaoblit c) Zúžení v ur itém míst – je zapot ebí vyhnout se takovému zúžení p i protla ování za studena, protože zvyšuje náklady na nástroj d) Tvar – protla ování n kterých tvar není možné. Nap . vn jší st ny výrobku musí být vždy rovnob žné se sm rem protla ování.
25
b)
a)
c) Obr.19 Tvary plných t les [1]
a)
b)
c) Obr.20 Tvary dutých t les [1]
2.7:2. Rozm ry výlisk
[1]
Rozm ry sou ástí vyrobených protla ováním za studena nejsou teoreticky ni ím omezeny. V skute nosti jsou omezeny m rným tlakem nástroj a silou, kterou je t eba vynaložit p i protla ení takovýchto tvar . Dutá t lesa mají omezení v tlouš ce st ny. Minimální tlouš ky st ny se pohybují od 0,5 mm až dokonce i 0,1 mm. Maximální tlouš ka m že být až 15 mm.
26
2.7.3 P esnosti a tolerance rozm r , kvalita povrchu
[1]
Každá sou ást musí být navržena takovým zp sobem, aby p ekro ením tolerance jejich rozm r se stala zmetkem. Se zmenšujícími se tolerancemi jednotlivých rozm r výrazn roste cena vyrobitelnosti takovýchto rozm r . Výlisky vyrobené protla ováním mají velmi dobrou kvalitu povrchu. Polotovary nebo výlisky se p ed každou operací fosfátují ke snížení t ení. Toto fosfátování a výrazné zpevn ní výlisku tvo í speciální povrch, který má nepatrnou drsnost. 2.7.4. Srovnání protla ování s obráb ním
[1]
Použití výrobk zhotovených technologií protla ování za studena, ušet íme velmi mnoho na obráb ní. P i protla ování za studena obvykle vyhotovujeme sou ásti na kone ný tvar bez dalšího zp sobu opracování. Tím p edejdeme dalšímu upnutí sou ásti a zachováme výrobku požadovanou jakost povrchu a pr b h vláken. Na obrázku 21 m žeme vid t pr b h vláken sou ásti p i protla ování a p i t ískovém obráb ní. Sou ást vytvo ená t ískovým obráb ním na soustružnickém automatu má vlákna p erušena (Obr.21a). Sou ást vyhotovená protla ováním za studena (Obr.21b) má vlákna p izp sobena vn jšímu tvaru sou ásti. Nahušt ná vlákna zesilují oblast zvýšeného namáhání. Proto sou ástky zhotovené tvá ením mají lepší mechanické vlastnosti než sou ástky zhotovené odebíráním t ísky.
a)
b)
Obr.21 Pr b h vláken: a) p i obráb ní; b) p i tvá ení
Je známo, že p i výrob sou ásti z ty ového polotovaru (jejíž odpad p i obráb ní je malý) na jedno upnutí se nevyplatí sou ást vyráb t technologií protla ování. Protla ování je použito jen v p ípad , že jsou na vyhotovenou sou ást kladeny zvláštní požadavky. Protla ování za studena se používá pro hromadnou a velkosériovou výrobu.
27
2.8. Charakteristiky a konstrukce nástroj 2.8.1. P chovací nástroje
[3]
[3]
P ed návrhem p chovacích nástroj je nutné stanovit technologický postup výroby, který bude složený ze základních tvá ecích operací. P i použití jednoopera ního kovacího stroje, lisu, p chovacího automatu nebo víceopera ního stroje bude r zné ešení p chovacích nástroj . Nástroje (p chovníky) lze použít pro nap chování ur itého tvaru (Obr.22a) nebo k p edp chování p ed dalším tvá ením (Obr.22b). Materiál p chovací vložky je bu nástrojová ocel nebo slinuté karbidy. Vložka je zapouzd ena do objímky s p esahem. Pro zarovnání el po odst ihnutí polotovaru se používají p chovníky s rovným elem (Obr.22a) nebo se zahloubením pro správné st ed ní materiálu (Obr.22b). Dále se n kdy na p chovníku používají brzdné drážky pro zlepšení zatékání materiálu (Obr.22c).
a)
b)
c)
Obr.22 Funk ní tvary p chovník [3]
2.8.2. Nástroje pro dop edné protla ování [3],[8] Významným faktorem p i konstrukci protla ovacích nástroj je jejich geometrie. Nem žeme volit libovolné tvarové prvky (úkosy, zaoblení, rádiusy atd.). Nástroj, jehož hlavní ásti jsou pr tla ník a pr tla nice je namáhán vysokými tlaky, proto jeho životnost závisí na materiálu, z kterého je vyroben, tepelném zpracování a drsnosti povrchu. Obvyklá životnost tvarových prvk t chto nástroj se pohybuje v rozmezí 3000 až 50000 kus . Proces protla ování za studena je omezen pevností materiálu pr tla nice, ale p i zp tném protla ování je omezen i pevností materiálu pr tla níku. Pr tla nice Nejvýznamn jší parametry p i navrhování a konstrukci pr tla nice jsou tvar a rozm ry reduk ní ásti. Ve v tšin p ípad se jedná o reduk ní kužel, jehož rozm ry a tvar mají vliv na velikost deforma ního odporu protla ovaného materiálu. Aby se docílilo v tší únosnosti pr tla nice, používají se objímky-bandáže, do kterých se pr tla nice zapouzd í s p esahem na kuželovou plochu nebo na válcovou plochu (v tomto p ípad je nutno objímku zah át). U
28
d lených pr tla nic je nutno je axiáln p edepnout. Je však nutné použít pro n plochy s v tší kuželovitostí. Optimální tvar pr tla nice je na Obr.23, rozm ry jednotlivých ástí pr tla nice jsou v tabulce Tab.1.. P ed reduk ním o kem je rádius nebo náb hový kužel pro snadn jší zavedení polotovaru.
Obr.23 Pr tla nice pro dop edné protla ování [3] Tab.1 Geometrické parametry pr tla nic [3] Teplota tvá ení
20°C
200°C až 400°C
400°C až 700°C
700°C a více
D4
D3 +(0,1 až 0,2)
D3 +(0,2 až 0,4)
D3 +(0,4 až 0,6)
D3 +(0,6 až 0,8)
2 až 3
3 až 5
5 až 20
60° až 120°
90° až 120°
90° až 150°
h
O,5.
D3
2α R1
30° až 90°
R2
(0,05 až 0,1). D3
( D1 − D3 ) / 2 1 až 2
2 až 4
R3
Asi 0,15 . D1
h2
Min 0,7. D1
γ β
4 až 10
1° až 2° 5° až 10°
Pr tla níky Obvyklý tvar je dán na Obr.24. Pro výrobu plných sou ástí jsou zhotoveny z jednoho kusu, který má válcovou nebo kuželovou ást sloužící k upnutí. Mezi upínací ástí a d íkem pr tla níku musí být pozvolný p echod, aby zde nedošlo ke koncentraci nap tí. Významnou roli hrají geometrické tolerance pr tla níku (kolmost, rovnob žnost, házivost). Používají se taky d lené pr tla níky. 29
Obr.24 Doporu ený tvar pr tla níku [3] Tab.2 Materiály protla ovacích nástroj [1]
Materiál podle SN 19 436 Pr tla ník 19 614 19 655 19 356 Pr tla nice 19 436 19 614 Nástroj
%C
%Si %Mn %Cr %Ni %Mo %V
2 0,5 0,45 1 2 0,5
0,3 0,2 0,25 0,2 0,3 0,2
2.9. Oceli vhodné pro protla ování
0,3 0,5 0,5 0,2 0,3 0,5
12,5 1 1,3 12,5 1
3,3 4 3,3
0,2 0,2 0,2
0,1 -
%W 0,5 -
[1]
Protla ovat m žeme všechny kovové materiály, u kterých dochází k plastické deformaci. Teoreticky je možno protla ovat tém všechny druhy ocelí. Ve skute nosti je to však omezeno protla ovací silou (vyžadovaným m rným zatížením nástrojové oceli). Ocelové nástroje musí mít danou životnost k zaru ení hospodárnosti výrobního postupu. Mechanické vlastnosti materiál , z nichž je vyhotoven nástroj musí být hodnotn jší, než materiály, které budeme t mito nástroji protla ovat. Protla ování je hospodárné v p ípad , m žeme-li provést b hem jedné operace co nejv tší deformaci. Materiál, který lze dob e tvá et za studena vyhovuje pro protla ování za studena. Struktura t chto ocelí je taková, že jednotlivé zrna p i p ekro ení kritického smykového nap tí dovolují skluzy v ur itých sm rech, aniž by vrstvy, které se po sob posunují, porušily svou soudržnost. Tuto schopnost lze pozorovat pomocí statických nebo dynamických zkoušek. K ehké oceli, které nejsou vhodné pro protla ování, se p i p chovací zkoušce poruší v rovinách nejv tšího smykového namáhání. Naproti tomu u ocelí vhodných pro protla ování se deforma ní schopnost vy erpá až po ur itém stupni deformace. Závislost p etvárné
30
pevnosti na stupni deformace udává k ivka zpevn ní. Sklon k ivky sm rem k vodorovné ose j m ítkem zpev ování ocelí a ur uje zda je materiál vhodný k protla ování. Schopnost materiálu k protla ování za studena je závislá na chemickém složení materiálu. Zv tšuje-li se v oceli procento obsahu uhlíku a legujících prvk , tak oceli ubývá schopnost být tvá ena za studena. Pro protla ování za studena je horní mez uhlíku kolem 0,4%. Tvárnost oceli také zhoršují ne istoty jako nap íklad síra, fosfor, kyslík a dusík. Naopak zlepšit tuto vlastnost oceli lze p edchozím tepelným zpracováním (žíháním na m kko) nebo tvá ením za tepla (válcováním za vysokých teplot). V Tab.3 jsou uvedeny druhy ocelí vhodné pro objemové tvá ení za studena. Tab.3 Nejpoužívan jší materiály k protla ování za studena [1]
Ocel podle SN 12 010 12 020 12 024 12 030 12 040 12 050 14 120 14 220 14 221 14 240 15 240 16 240
2.10. Tepelné zpracování
DIN Ck 10 Ck 15 Ck 22 Ck 25 Ck 22 Ck 45 15 Cr 3 16 MnCr 5 20 MnCr 5 37 Mn 34 CrMo 4 36 NiCr 6
%C 0,06 – 0,12 0,12 – 0,18 0,18 – 0,25 0,22 – 0,30 0,32 – 0,40 0,42 – 0,50 0,2 0,14 – 0,19 0,17 – 0,22 0,32 – 0,40 0,30 – 0,40 0,32 – 0,4
Použití pro v tšinu tvar pro v tšinu tvar pro v tšinu tvar šrouby, epy, matice šrouby, epy, matice šrouby, epy, matice pro ur ité tvary pro ur ité tvary pro ur ité tvary šrouby, epy, matice šrouby, epy, matice šrouby, epy, matice
[1]
Tepelné zpracování se rozumí oh ev na ur itou teplotu a následné ochlazování ur itou rychlostí. P i protla ování se používají tyto metody tepelného zpracování: Normaliza ní žíhání Tento proces nastává p i dosažení horní teploty p em ny AC3 a následn se materiál nechá ochladit na vzduchu. Normaliza ní žíhání odstraní nestejnorodou strukturu, která vznikne p i lití nebo p i tvá ení za velkých teplot. Tímto zp sobem tepelné úpravy odstraníme v materiálu všechny ú inky vzniklé p i tvá ení za studena (deformace zrna, zpevn ní atd.). Zlepší se však p í ná vrubová houževnatost. Z hospodárných d vod by se však m lo používat co nejmén . Žíhání na m kko Je to technologický proces, kdy materiál zah ejeme na teplotu pod hranici AC1 a delší dobu tuto teplotu udržujeme a následné pomalé ochlazování zp sobí co nejv tší m kkost materiálu. Vznikne zrnitý perlit, jehož d sledek je velká m kkost a houževnatost materiálu. Žíhání na m kko má velký význam u legovaných ocelí a u ocelí s obsahem uhlíku nad 0,2% (nedostatek cementitu). Je doporu eno ješt p ed žíháním na m kko provést normaliza ní žíhání.
31
Rekrystaliza ní žíhání Je to nejpoužívan jší tepelné zpracování p i technologii protla ování za studena. Rekrystaliza ní žíhání se provádí u polotovaru i mezi jednotlivými tvá ecími operacemi. Žíhání k odstran ní pnutí Je provád no p i teplot pod eutektoidní p em nou (nej ast ji pod teplotu 550°C). Provádí se u výrobk , kde p i výrob vzniká vnit ní pnutí.
2.11. Protla ovací stroje
[1]
Stroje používané k protla ování se d lí na: 1. mechanické lisy 2. hydraulické lisy 3. speciální stroje Mechanické lisy: a) b) c)
klikové lisy – Jako hnací ústrojí tohoto lisu slouží elektromotor, který pomocí p evodovky, spojky, klikové h ídele a ojnice pohybuje beranem lisu. V beranu je uchycen tvá ecí nástroj (pr tla ník). Kolenové lisy – Stejn jako u klikových lis tak i zde je pohon tvo en elektromotorem. Kroutící moment je p enášen na setrva ník pomocí spojky na kolenové ústrojí, které uskute uje p ímo arý pohyb beranu, h ídelem. Výst edníkové lisy – Elektromotor pohání p es spojku výst edník, na n mž je beran lisu.
Hydraulické lisy: U t chto lis pohybuje beranem lisu píst, který je pohán n tlakovou kapalinou (upravená voda, olej) v akumulátoru nebo p ímo z vysokotlakého erpadla. Mezi nejd ležit jší parametry lis pat í jmenovitá lisovací síla, práce a zdvih neboli dráha beranu. Jmenovitá síla je taková síla, p i níž nedojde k porušení rámu stroje a nedojde ani k p ípustné deformaci rámu. U mechanických lis tato síla ur uje, ásti sloužící k pohonu stroje musí p enést kroutící moment odpovídající lisovací síle.
32
3. Návrh technologie výroby zadané sou ásti Cílem této kapitoly je navrhnout kompletní technologii výroby regula ního šroubu. V prvním kroku je nutné stanovit rozm ry výchozího polotovaru na základ vypo ítaného objemu sou ásti a pevnostních p edpoklad uvedených níže. Dále je nutné ur it nejvhodn jší variantu výrobního postupu (vhodný po et operací, sled operací) vedoucí ke zhotovení sou ásti p i dodržení rozm r , tolerancí a drsností uvedených na výrobním výkrese. Jsou zde vypo ítány všechny rozm ry sou ásti postupn ve všech operacích v etn všech logaritmických p etvo ení, na jejichž základ je ur en p etvárný odpor (hlavy a obou d ík ), jehož dále využiji p i výpo tu tvá ecích sil. . 3.1. Výpo et objemu sou ásti Kone ný tvar sou ásti rozd lím na jednotlivé segmenty (Obr.25), jejichž objem vypo tu na základ známých matematických vzorc . Celkový objem sou ásti pak ur ím sou tem objem jednotlivých segment . Takto získaný objem pak porovnám s objemem získaným v programu SOLIDWORKS 2006.
Obr.25 Rozd lení sou ásti na jednotlivé segmenty
Celkový objem ur íme takto:
VCelk . =
7
i =1
Vi
[ mm 3 ],
(26)
Obecný vztah pro výpo et objemu válce ( V1 ,V2 ,V4 ) : V=
kde
π .D 2 .v
[ mm 3 ]
4 D…..pr m r podstavy válce v…..výška válce
(27)
[ mm ] [ mm ]
Obecný vztah pro výpo et objemu komolého kužele ( V3 ,V5 ,V6 ,V7 ) : π .v 2 V = .(r1 + r1 .r2 + r22 ) [ mm 3 ] 3 kde v…..výška komolého kužele [ mm ] r1 …..polom r v tší podstavy [ mm ] [ mm ]
r2 …..polom r menší podstavy
33
(28)
V1 objem válce ze (27): V1 =
π .14 2 .85,7 4
= 13 192 mm 3
(29)
V2 objem válce ze (27): V2 =
π .12,97 2 .38 4
= 5 020 mm 3
(30)
V3 objem komolého kužele ze (28): π .1,7 2 V3 = .(7 + 7.6,48 + 6,48 2 ) = 243 mm 3 3
(31)
V4 objem válce ze (27): V4 =
π .19,5 2 .5 4
= 1 493 mm 3
(32)
V5 objem komolého kužele ze (28): π .1,65 V5 = .(6,48 2 + 6,48.5,9 + 5,9 2 ) = 199 mm 3 3 V6 objem komolého kužele ze (28): π .1,63 V6 = .(9,75 2 + 9,75.7 + 7 2 ) = 362 mm 3 3 V7 objem komolého kužele ze (28): π .1 V7 = .(9,75 2 + 9,75.8,75 + 8,75 2 ) = 269 mm 3 3
(33)
(34)
(35)
Celkový objem sou ásti Vcelk . ze (26):
Vcelk . = 13 192+5 020+243+1 493+199+362+269=20 778 mm 3
(36)
P i vymodelování regula ního šroubu v programu SOLIDWORKS 2006 jsem zjistil, že celkový skute ný objem tohoto šroubu je 20 786 mm 3 . Tato hodnota je p esn jší a z tohoto d vodu budu dále po ítat s hodnotou získanou v programu SOLIDWORKS 2006.
3.2. Návrh technologického postupu Ust ižení polotovaru z ty e kruhového pr ezu o pr m ru φD0 , 1. operace:
zarovnání el po ust ižení a p edp chování pr m ru φD0 na pr m r φD1 ,
2. operace: 3. operace:
dop edné protla ení pr m ru φD1 na pr m r φD2 , nap chování hlavy z pr m ru φD1 na kone ný pr m r φD3 ,
4. operace:
dop edné protla ení pr m ru φD2 na pr m r φD4 .
34
St ih
1. operace
2. operace
3. operace
4. operace
Hlava
D0=??? D1=??? D2=13,8 mm D3=19,5 mm D4=12,97 mm h0=???
D ík 1
D ík 2
Obr.26 Schéma technologického postupu výroby regula ního šroubu
3.3. Výpo et rozm r polotovaru P i výpo tu vycházíme z toho, že objem t lesa p ed a po p etvo ení je stejný. Obecný vztah pro výpo et log. p etvo ení:
ϕ = ln
D 2 kone ný D 2 výchozí
(37)
Dále p edpokládám, že logaritmické p etvo ení d íku 1 a hlavy je stejné z d vodu rovnom rného zpevn ní celého šroubu.
ϕ protl .d íku1 = ϕ p ch.hlavy
(38)
Po dosazení rovnice (37) do rovnice (38) a vhodné úprav získáme φD1 : 2
D D2 ln 32 = ln 12 D1 D4 2
D3 D12 = D12 D42
(39) D1 = 4 D32 .D42 = 4 19,5 2 .13,8 2 = 16,4 mm
Pr m r po p edp chování polotovaru v operaci 1 na základ výpo tu je φD1 = 16,4mm . Pr m r výchozího polotovaru volím φD0 16,2 mm. Na základ tohoto pr m ru φD0 vypo ítám výšku výchozího polotovaru h0 . 35
Vztah pro výpo et výšky válce: 4.V h = π .D 2 kde
[mm]
(40)
V …..celkový objem válce, D …..pr m r podstavy válce.
Po dosazení do (40) dostaneme: h0 =
4.20786 = 100,8 mm π .16,2 2
(41)
S ohledem na p esnost st íhání p i d lení materiálu, která je ± 0,2 mm, zaokrouhlím délku výchozího polotovaru h0 na 101 mm.
3.4. Výpo et délek ve všech operacích P i výpo tu t chto délek postupuji od 3. operace k operaci .1 a to tak, že vypo ítám objemy V8 až V17 , a z takto vypo tených objem vyjád ím jednotlivé délky v jednotlivých operacích 1 až 3. P itom vycházím ze zákona, že objem sou ásti ve všech operacích je konstantní. Všechny vypo tené rozm ry jsou na obrázku 27. V8 objem komolého kužele ze (28): π .1,00 V8 = .(9,75 2 + 9,75.8,75 + 8,75 2 ) = 269,06 mm 3 3
(42)
V9 objem válce ze (27): V9 =
π .19,50 2 .5,00 4
= 1493,24 mm 3
(43)
V10 objem komolého kužele ze (28): 2,85 π. tg 60° V10 = .(6,90 2 + 6,90.9,75 + 9,75 2 ) = 360,56 mm 3 3 V12 objem komolého kužele ze (28): 1,00 π. tg 20° V12 = .(5,90 2 + 5,90.6,90 + 6,90 2 ) = 354,59 mm 3 3
36
(44)
(45)
V11 objem válce: V11 = Vcelk . − (V8 + V9 + V10 + V12 ) =
= 20786,00 − (269,06 + 1493,24 + 360,56 + 354,59) = 18308,55 mm 3 h7 výška válce ze (40): 4.18308,55 h7 = = 122,40 mm π .13,80 2
(46)
(47)
h6 výška komolého kužele: 1,00 h6 = = 2,75 mm tg 20°
(48)
h3 výška válce z rovností objem : V15 = V11 + V12
π .13,80 2 4
(49)
.h3 = 354,59 + 18308,55 4.(354,59 + 18308,55) π .13,80 2 h3 = 124,80 mm h3 =
V15 objem válce ze (27): V15 =
π .13,8 2 4
.124,80 = 18662,00 mm 3
(50)
h4 výška komolého kužele: 1,30 = 4,85 mm h4 = tg15°
(51)
V14 objem komolého kužele ze (28): π .4,85 V14 = .(8,20 2 + 8,20.6,90 + 6,90 2 ) = 870,68 mm 3 3
(52)
h5 výška válce z rovností objem : V13 + V14 = V8 + V9 + V10
π .16,40 4
2
.h5 + 870,68 = 269,06 + 1493,24 + 360,56 4.(269,06 + 1493,24 + 360,56 ) − 870,68 π .16,40 2 h5 = 5,90 mm h5 =
37
(53)
V13 objem válce ze (27): V13 =
π .16,40 2 4
.5,90 = 1246,32 mm 3
(54)
h2 výška komolého kužele: 1,20 h2 = = 3,30 mm tg 20°
(55)
V17 objem komolého kužele ze (28): π .3,30 V17 = .(7,00 2 + 7,00.8,20 + 8,20 2 ) = 600,05 mm 3 3 h1 výška válce z rovností objem : V17 + V16 = V13 + V14 + V15
600,05 +
π .16,40 4
2
.h1 = 1246,32 + 870,68 + 18662,00
4.(1246,32 + 870,68 + 18662,00 ) − 600,05 π .16,40 2 h1 = 95,50 mm h1 =
38
(56)
(57)
St ih
1. operace
2. operace
3. operace
4. operace
h1 = 95,50mm h2 = 3,30mm h3 = 124,80mm h4 = 4,85mm h5 = 5,90mm h6 = 2,75mm h7 = 122,40mm
Obr.27 Schéma sledu operací se zakótovanými délkami ve všech operacích
39
3.5. Výpo et logaritmických p etvo ení v jednotlivých operacích 1. operace: p chování φD0 na φD1 dle vztahu (37)
ϕ D 0→ D1 = ln
D12 16,4 2 = ln = 0,025 D02 16,2 2
(58)
2. operace: protla ení φD1 na φD2 dle vztahu (37)
ϕ D1→ D 2 = ln
D22 13,8 2 = ln = −0,345 D12 16,4 2
(59)
3. operace: p chování φD1 na φD3 dle vztahu (37)
ϕ D1→ D 3 = ln
D32 D12
= ln
19,5 2 = 0,346 16,4 2
(60)
4. operace: protla ení φD2 na φD4 dle vztahu (37)
ϕ D 2→ D 4 = ln
D42 12,97 2 = ln = −0,124 D22 13,8 2
(61)
3.6. Výpo et logaritmického p etvo ení jednotlivých ástí šroubu Logaritmické p etvo ení hlavy: ϕ hlavy = ϕ D 0 → D1 + ϕ D1→ D 3 = 0,025 + 0,346 = 0,371
(62)
Logaritmické p etvo ení d íku 1: ϕ d ík1 = ϕ D 0 → D1 + ϕ D1→ D 2 = 0,025 + 0,345 = 0,370
(63)
Logaritmické p etvo ení d íku 2: ϕd ík 2 = ϕ D 0→ D1 + ϕ D1→ D 2 + ϕ D 2→ D 4 = 0,025 + 0,345 + 0,124 = 0,494
(64)
V dalších výpo tech budu uvažovat ϕ hlavy = ϕ d íku1 = 0,371.
3.7. Ur ení p etvárného odporu sou ásti Na základ grafu (Obr.28) a vypo ítaných logaritmických p etvo ení ur ím p etvárný odpor jednotlivých ástí šroubu (hlava, d ík 1, d ík 2). P etvárný odpor a logaritmické p etvo ení jednotlivých ástí je v tabulce (Tab.4).
40
Ur ení p etvárného odporu pomocí výpo tu :
σp = kde
F 4000 . D2 π
[MPa]
F……síla p sobící na protla ovanou ást D…..pr m r protla ované ásti
(65) [kN]
[mm]
F = 625,92.ϕ 5 − 2213,39.ϕ 4 + 2985,45.ϕ 3 − 1708,40.ϕ 2 + 589,19.ϕ + 89,34
(66)
D = 6,33.ϕ − 23,86.ϕ + 32,83.ϕ − 15,01.ϕ + 7,35.ϕ + 14,29
(67)
5
4
3
2
P etvárný odpor jednotlivých ástí šroubu po dosazení rovnic (66) a (67) do rovnice (65): [11]
σ phlavy = σ pd íku1 .
. .
σ pd íku 2
5 4 3 2 F 4000 625,92.ϕ hlavy − 2213,39.ϕ hlavy + 2985,40.ϕ hlavy − 1708,40.ϕ hlavy + = 2. = 5 4 3 2 π D 6,33.ϕ hlavy − 23,86.ϕ hlavy + 32,83.ϕ hlavy − 15,01.ϕ hlavy +
+ 589,19.ϕ hlavy + 89,34 + 7,35.ϕ hlavy
625,92.0,3715 − 2213,39.0,3714 + 2985,40.0,3713 − = . + 14,29 6,33.0,3715 − 23,86.0,3714 + 32,83.0,3713 −
− 1708,40.0,3712 + 589,19.0,371 + 89,34 = 908 MPa − 15,01.0,3712 + 7,35.0,371 + 14,29
(68)
5 4 3 2 F 4000 625,92.ϕ pd íku 2 − 2213,39.ϕ pd íku 2 + 2985,40.ϕ pd íku 2 − 1708,40.ϕ pd íku 2 + = 2. = . 4 3 2 π D 6,33.ϕ 5pd íku 2 − 23,86.ϕ pd íku 2 + 32,83.ϕ pd íku 2 − 15,01.ϕ pd íku 2 +
. .
+ 589,19.ϕ pd íku 2 + 89,34 + 7,35.ϕ pd íku 2 + 14,29
=
625,92.0,494 5 − 2213,39.0,494 4 + 2985,40.0,494 3 − . 6,33.0,494 5 − 23,86.0,494 4 + 32,83.0,494 3 −
− 1708,40.0,494 2 + 589,19.0,494 + 89,34 = 927 Mpa − 15,01.0,494 2 + 7,35.0,494 + 14,29
(69)
Tab.4 P etvárný odpor a logaritmické p etvo ení jednotlivých ástí šroubu
ϕ [-]
σ Pvýpo et [MPa]
σ Pgraf [MPa]
Hlava
0,371
908
918
D ík 1
0,370
908
918
D ík 2
0,494
927
938
ást šroubu
41
σ p [MPa] 938 Materiál 12 040 918
ϕ[−]
0,371
0,494
Obr.28 K ivka p etvárného odporu pro materiál 12 040 [11]
D2 = 13,8 mm D3 = 19,5 mm D4 = 12,97 mm
ϕd ík 2 ϕd ík 2
ϕ p edp ch
ϕ d ík 2
Obr.29 Grafické znázorn ní logaritmických p etvo ení
42
4. Výpo et tvá ecích sil a prací P i výpo tu tvá ecích sil a prací v jednotlivých operacích jsem vycházel z p etvárných odpor v t chto operacích získaných ode teme z k ivky p etvárného odporu (viz. Obr.28). V 1. a 3. operaci (p chování) jsem ur il tvá ecí síly a práce pomocí empirických vztah . Tvá ecí sílu a práci u 2. a 4. operace (dop edné protla ení) jsem z d vodu složitosti výpo tu získal pomocí programu „PROTLA OVÁNÍ1”. Tvá ecí síly a práce v jednotlivých operacích jsem se etl a získal jsem celkovou tvá ecí sílu a práci, která byla rozhodující p i volb postupového automatu. 1. operace - p chování φD0 na φD1 : Hodnotu p etvárného odporu získám z k ivky p etvárného odporu (Obr. 28).
Rozm ry viz. Obr.24
D = D0 = 16,2mm h = h0 = 101mm h1 = 95,5 + 3,3 = 98,8mm ∆h = h0 − h1 = 101 − 98,8 = 2,2mm f = 0,04 ϕ = 0,025 σ p = 667 MPa
Obr.30 Schéma 1. operace
Deforma ní odpor:
1 f ⋅D 1 0,04 ⋅ 16,2 = 667 ⋅ 1 + ⋅ = 669 MPa 3 h 3 101
σ D =σ P ⋅ 1+ ⋅
(70)
Síla pro p chování φD0 na φD1 : F1 = σ D ⋅ S = 669 ⋅
π ⋅ 16,2 2 4
= 138000 N
(71)
P chovací práce: A1 = F ⋅ ∆h = 138000.0,0022 = 303,6 J
43
(72)
3. operace - nap chování hlavy z pr m ru φD1 na kone ný pr m r φD3 : Hodnotu p etvárného odporu získám z k ivky p etvárného odporu (Obr. 28).
Rozm ry viz. Obr. 24 D = D1 = 16,4mm h = h4 + h5 = 5,90 + 4,85 = 10,75mm ∆h = h − (1 + 5 + 1,61) = 10,75 − 7,61 = 3,14mm
ϕ = 0,371 f = 0,04
σ p = 918MPa
Obr.31 Schéma 3. operace
Deforma ní odpor: 1 f ⋅D 1 0,04 ⋅ 16,4 = 936 MPa = 918 ⋅ 1 + ⋅ 3 3 10,75 h
σ D =σ P ⋅ 1+ ⋅
(73)
Síla pro p chování φD1 na φD3 : F3 = σ D ⋅ S = 936 ⋅
π ⋅ 16,4 2 4
= 198000 N
(74)
P chovací práce: A3 = F ⋅ ∆h = 198000.0,00314 = 622 J
(75)
44
2. operace - dop edné protla ení pr m ru φD1 na pr m r φD2 :
Vstupní data (viz. Obr.24):
Výstupní data:
Materiál: 12 040.3 Rozm ry polotovaru: D0 =16,4 mm L0=98,8 mm Rozm ry pr tla ku:
Tvá ecí síla: F2=132000 N
D1 =16,4 mm D2 =16,4 mm
M rná p etvárná práce: AJ 2 = 0,48 J / mm 3 Práce ve 2. operaci: A2 = AJ 2 .V15 = 8950 J
D3 =13,8 mm L1=5,9 mm L3=4,85 mm Teplota: t = 21° Vrcholový úhel: α = 15° Sou initel t ení: f = 0,04 Obr.32 Schéma 2. operace
4. operace - dop edné protla ení pr m ru φD2 na pr m r φD4 : Vstupní data(viz. Obr.24):
Výstupní data:
Materiál: 12 040.3 Rozm ry polotovaru: D0 =16,4 mm L0=98,8 mm Rozm ry pr tla ku:
Tvá ecí síla: F4=179000 N
D1 =16,4 mm D2 =16,4 mm
Obr.33 Schéma 4. operace
M rná p etvárná práce: AJ 4 = 0,48 J / mm 3 Práce ve 4. operaci: A4 = AJ 4 .V18 = 2440 J
D3 =12,97 mm L1=85,7 mm L3=1,7 mm Teplota: t = 21° Vrcholový úhel: α = 15° Sou initel t ení: f = 0,04
Celková tvá ecí síla: FC = F1 + F2 + F3 + F4 = 138000 + 132000 + 198000 + 179000 = 647 KN Celková práce: AC = A1 + A2 + A3 + A4 = 303,6 + 8950 + 622 + 2440 = 12315 J
45
(76) (77)
5. Volba tvá ecího stroje 5.1. Zásady pro konstrukci tvá ecích stroj [9] P i konstruování tvá ecích stroj musíme myslet na to, aby koncepce stroje byla nejvhodn jší pro požadovanou funkci. Musí být dosaženo nejv tšího ú inku p i co nejjednodušším provedení. Každá sou ást musí být vyrobitelná, snadno zamontovatelná a taky ekonomicky výhodná. Nesmíme pominout namazání jednotlivých ástí. Musí být p ístup k asto vym ovaným dílc m. Stroj by m l dosahovat pot ebného výkonu a nejv tšího využití p i co nejmenších výrobních nákladech, nejmenší spot eb a nejmenších provozních ztrátách. 5.2. Výb r tvá ecího stroje [10] Pro výrobu regula ního šroubu volím p tipostupový automat TPZ 16, který svými parametry vyhovuje zhotovenému technologickému postupu (Tab.5). Automat je ur en pro tvá ení nap . šroub s šestihrannou i jinou hlavou. Je zde hroti ka, válcova ka závit , odvíjecí za ízení. Díky tomuto je možná výroba šroub v etn závit . Konstruk n je proveden tak, že jsou zde 4 vodorovné lisovnice uspo ádány nad sebou. Je zde také kladková rovna ka drát , 2 páry podávacích kladek s pneumatickým p itla ováním, otev ená narážka a st íhací ústrojí s otev eným nožem a p idržova em. Za ízení k p enášení výlisk mezi operacemi s odpruženými kleštinami p enáší výlisky po oblouku v rovin rovnob žné s elem lisovnic. Sou ástí lisovnic jsou vyraže e. Pohon je uspo ádán následujícím zp sobem: elektromotor, klínové emeny, setrva ník s lamelovou spojkou a brzdou, klikový mechanismus – beran. Spoušt ní a ovládání: elektropneumatické – tla ítka pro p epínání pracovních režim jsou na ovládacím panelu, ne n mž jsou i signální sv tla. N které funk ní prvky jsou se izovány pákami a kole ky. Mazání je olejové, úst ední, tlakové, ob hové. Mazání a chlazení nástroj se provádí samostatným systémem. Jsou zde i pojistná za ízení jako trhací pojistky ve st íhacím a vyhazovacím mechanismu, hlída konce drátu, speciální jišt ní p enášecího za ízení a tlakový spína v rozvodu vzduchu. Tab.5 Základní technické údaje TPZ 16
íselný znak Velikost šroubu Délka d íku šroubu Výchozí materiál - max. pr m r - pevnost Délka úst ižku Jmenovitá síla Po et zdvih Zdvih beranu Výkon hlavního elektromotoru Celkový p íkon Spot eba nasátého vzduchu Celkové rozm ry automatu: - délka - ší ka - výška Hmotnost automatu
-4564 37 M12 – M16 35 – 130 20 600 35 – 170 3 150 36 – 70 260 55 300 300 5250 3100 3100 39200
46
[mm] [mm] [mm] [MPa] [mm] [KN] [ min −1 ] [mm] [kW] [kW] [ dm 3 / min ] [mm] [mm] [mm] [kg]
6. Technicko-ekonomické zhodnocení Obsah této kapitoly je zam en na technicko-ekonomické výpo ty pro výrobu regula ního šroubu tvá ením a t ískovým obráb ním. U obou variant výroby (tvá ení, t ískové obráb ní) jsem se zam il na výpo et p ímých náklad na materiál, mzdy, energie a na jeden kus. Sou tem t chto jednotlivých položek jsem zjistil celkové náklady u obou zp sob výroby a provedl jsem porovnání t chto výsledk (Tab.6). Z vypo tených výsledku je z ejmé, že výroba zadané sou ásti protla ováním za studena je asi 3x ekonomicky výhodn jší než výroba stejné sou ásti t ískovým obráb ním.
6.1. Výpo et náklad p i objemovém tvá ení Náklady na materiál: N materiál = S .C M .n =0,162.60.420000=4 082 400 K kde
(78)
S…….spot eba materiálu [kg\ks], C M …..cena materiálu [K \kg], n…......po et kus vyrobených za rok.
Náklady na mzdy:
N mzdy = t.M t .n = 0,000276.400.420000 = 46491 K kde
(79)
t…..výrobní as t A1 t 0,0166 0,0166 + B )= + = 0,000276 hod, 60 60.d v 60 60.4000 t A1 …... as výroby 1 kusu [hod], t B1 …...p ípravný as na 1 kus [hod], d v …...po et kus ve výrobní dávce, t= (t A + t B =
(80)
M t …...hodinová mzda[K \hod,] n……..po et kus vyrobených za 1 rok. Náklady na energie:
N energie = P.η j .t A1 .C E .n = 90.0,8.0,000277.5.420000 = 42000 K kde
P….. p íkon elektromotoru stroje [kW],
η j …..využití stroje [-],
C E ….cena energie [K \kWh], n……po et kus vyráb ných za rok .
47
(81)
Celkové náklady:
N celkové = N materiál + N mzdy + N energie = 4762800 + 46491 + 42000 = = 4 851 291 K
(82)
Náklady na 1 výlisek: N 1výlisek = kde
N celsem 4851291 = = 11,55 K n 420000
(83)
n…………...po et kus vyráb ných za rok, N celkem ……..celkové náklady[K ].
6.2. Výpo et náklad p i t ískovém obráb ní Náklady na materiál: Rozm ry polotovaru …… φ 22x140 , Objem polotovaru………....53 218 mm 3 Hmotnost polotovaru………0,46 kg N materiál = S .C M .n = 0,46.60.420000 = 11 592 000 K kde
(84)
S…….spot eba materiálu [kg\ks], C M …..cena materiálu [K \kg], n…......po et kus vyrobených za rok.
Náklady na mzdy:
N mzdy = t.M t .n = 0,063.135.420000 = 3 572 100 K kde
t A1 t 2,8 1 + B )= . = 0,063 hod 60 60.d v 60 60.1 t A1 …... as výroby 1 kusu [hod], t B1 …...p ípravný as na 1 kus [hod], d v …...po et kus ve výrobní dávce, t…..výrobní as (t A + t B =
(85) (86)
M t …...hodinová mzda[K \hod,] n……..po et kus vyrobených za 1 rok. Náklady na energie:
N energie = P.η j .t A1 .C E .n = 20.0,8.0,046.5.420000 = 1 545 600 K kde
P….. p íkon elektromotoru stroje [kW], η j …..využití stroje [-], C E ….cena energie [K \kWh],
48
(87)
n……po et kus vyráb ných za rok . Celkové náklady:
N celkové = N materiál + N mzdy + N energie = 11592000 + 3572100 + 1545500 = =16 709 600 K
(88)
Náklady na 1 obrobek: N 1výlisek = kde
N celsem 16709600 = = 39,8 K n 420000
(89)
n…………...po et kus vyráb ných za rok, N celkem ……..celkové náklady[K ].
Tab.6 Zhodnocení obou zp sob výroby
Náklady
Obráb ní
Tvá ení
Materiál
11 592 000 k
4 082 600 K
Mzdy
3 572 100 K
46 491 K
Energie
1 545 600 K
42 000 K
Na 1 kus
39,80 K
11,55 K
Celkové
16 709 600 K
4 851 291 K
49
7. Záv r Cílem této bakalá ské práce bylo navrhnout a podrobn vypracovat technologický postup zadané sou ásti „Regula ního šroubu“ zhotovené technologií protla ování za studena. Tato práce se skládá ze 2 hlavních ástí. V první ásti jsou objasn ny a podrobn vysv tleny zákonitosti pružné a plastické deformace kov dopln ny názornými obrázky d j , které pružnou a plastickou deformaci doprovázejí. Dále jsou zde uvedeny a podrobn popsány možné zp soby objemového tvá ení za studena, volba materiálu polotovaru, tepelné zpracování, postup pro výrobu protla ovacích nástroj v etn ur ení materiálu a všech rozm r nástroj podle SN. V druhé ásti je navržen kompletní technologický postup, který se skládá ze 5 tvá ecích operací jdoucích v tomto po adí:
-
ust ižení polotovaru z ty e kruhového pr ezu o pr m ru φD0 ,
-
zarovnání el po ust ižení a p edp chování pr m ru φD0 na pr m r φD1 ,
-
dop edné protla ení pr m ru φD1 na pr m r φD2 , nap chování hlavy z pr m ru φD1 na kone ný pr m r φD3 ,
-
dop edné protla ení pr m ru φD2 na pr m r φD4 .
Výhodou uvedeného výrobního postupu je tém rovnom rné rozložení logaritmických p etvo ení všech ástí šroubu a z toho plynoucí p íznivé zpevn ní materiálu výlisku. Jako polotovar je zde volen špalík kruhového pr ezu. Pr m r polotovaru φD0 je vypo ítán za p edpokladu, že p etvo ení hlavy je totožné s p etvo ením d íku 2. P i ur ení výšky špalíku jsem vycházel z rovnosti objemu (p ed a po p etvo ení) stejn tak jako p i výpo tu všech délkových rozm r ve všech operacích. Dále jsou zde ur eny hodnoty logaritmických p etvo ení ve všech ástech šroubu a na základ t chto hodnot je zde z grafu, ale za pomocí empirického tvaru ur en p etvárný odpor, který se v obou p ípadech liší jen minimáln . Následuje výpo et tvá ecích sil a prací, které mají sv j význam p i volb tvá ecího Zvolil jsem p tipostupový automat TPZ 16, který svými parametry vyhovuje vyhotovenému technologickému postupu. Jako poslední je zde uvedeno technickoekonomické zhodnocení, v kterém jsou vypo ítány náklady (na mzdy, energie, materiál) jak p i tvá ení tak i p i t ískovém obráb ní. Ze získaných hodnot vyplývá, že výroba stejné sou ásti t ískovým obráb ním je cca 3krát nákladn jší než p i výrob technologií protla ování za studena. Všechny získané ástky jsou zaznamenány v tabulce, která íká, že tato technologie výroby je ekonomicky výhodná v porovnání s jinou technologií.
50
Seznam použitých symbol Ozna ení Legenda
Jednotka
ε
pom rné prodloužení
[-]
σ
normálové nap tí
[MPa]
E
modul pružnosti v tahu
[MPa]
G
modul pružnosti ve smyku
[MPa]
γ
smyková pružná deformace
[-]
σ0
normálové nap tí
[MPa]
FN 1
normálová složka síly
[N]
FS1
smyková složka síly
[N]
α
úhel
[°]
σ1
normálové nap tí v obecné rovin S1
[MPa]
τ1 τ KRIT .
smykové nap tí v obecné rovin S1
[MPa]
kritické kluzové nap tí
[MPa]
A
amplituda
[ µm ]
a
meziatomová vzdálenost
[ µm ]
ε plast .
plastická složka deformace
[-]
ε el .
pružná složka deformace
[-]
F
síla
[N]
S
plocha
[ mm 2 ]
T
teplota
[°C]
TTAV
teplota tavení
[°C]
TREK
teplota rekrystalizace
[°C]
L0
po áte ní délka
[mm]
L
délka
[mm]
ϕ
logaritmické p etvo ení
[-]
D
pr m r
[mm]
σP
P irozený p etvárný odpor
[MPa]
Re
mez kluzu
[MPa]
Rm
mez pevnosti
[MPa]
σD
deforma ní p etvárný odpor
[MPa]
M
koeficient
[-]
A
práce
[J]
Aj
m rná práce
[J/ mm 3 ]
51
V
objem
[ mm 3 ]
v
výška
[mm]
r
polom r
[mm]
h
délka
[mm]
f
sou initel t ení
[-]
N materiál
náklady na materiál
[K ]
N mzdy
náklady na mzdy
[K ]
N energie
náklady na energii
[K ]
N celkem
celkové náklady
[K ]
N 1kus
náklady na 1 kus
[K ]
S
spot eba materiálu
[kg/ks]
Cm
cena materiálu
[K /kg]
n
po et kus
[ks]
t
výrobní as
[hod]
t A1
as výroby 1 kusu
[hod]
t B1
p ípravný as 1 kusu
[hod]
dV
výrobní dávka
[ks]
Mt
hodinová mzda
[K /hod]
P
p íkon stroje
[kW]
ηj
ú innost stroje
[-]
Ce
cena energie
[K /kWh]
52
Seznam použité literatury [1] FELDMANN, Heinz. Protla ování oceli. 1. vyd. Praha : Sntl, 1962. 200 s. [2] DORAZIL, Eduard. Nauka o materiálu . 1. vyd. Praha 1 : Sntl, 1982. 248 s. [3] FOREJT, Milan, PÍŠKA, Miroslav. Teorie obráb ní, tvá ení a nástroje. 1. vyd. Brno : Cerm, 2006. 225 s. ISBN 80-214-2374-9 [4] PTÁ EK, Lud k. Nauka o materiálu 1. 1. vyd. Brno : Cerm, 2003. 505 s. ISBN 80-7204-193-2. [5] FOREJT, M. : Teorie tvá ení. 1. vyd.Brno : Cerm, 2004.168 s. ISBN 80-214-2764-7. [6] DVO ÁK, Milan. Technologie 2. 1. vyd. Brno : Cerm, 2001. 238 s. ISBN 80-214-2032-4. [7] DVO ÁK, Milan, GAJDOŠ, František, NOVOTNÝ, Karel. Technologie tvá ení Plošné a objemové tvá ení. 2. vyd. Brno : PC-DIR, 1999. 170 s. ISBN 80-214-1481-2. [8] internet - http://www.ksp.vslib.cz/cz/kpt/obsah/vyuka/skripta_tkp/sekce/05.htm [9] KAMELANDER, Ivan. Tvá ecí stroje 1. 3. vyd. Brno : Vn mon, 1989. 206 s. ISBN 80-214-1037-x. [10] HÝSEK, R. : Tvá ecí stroje 1973. SNTL, 1974. 592 stran. [11] BENEŠ, Milan, MAROŠ, Bohumil. Poradenská p íru ka TEVÚ . 33/4. díl. 1. vyd. Praha : Technicko-ekonomický výzkumný ústav hutního pr myslu, 1986. 228 s.
53
Seznam p íloh P P P P P
íloha 1 - Výkres zadané sou ásti – .v. 3P2 - 001 íloha 2 - Výkres pr tla níku – .v. 3P2 - 002 íloha 3 - Výkres pr tla nice – .v. 3P2 - 003 íloha 4 - Výkres sestavy nástroje v etn kusovníku – .v. 3P2 – 01 íloha 5 - Kusovník
54
