Kapitola 8: Konstrukce výrobku a jednotlivé operace tváření
Na místě studeného tvarování se často objevuje následující situace:
Při výrobě běžných šroubů s určitou materiálovou skupinou a rozměrem probíhá proces hladce; avšak při výrobě hlav s velkou plochou, tenkými přírubami, hlubokými otvory nebo vícestupňovými výrobky se začínají objevovat problémy jako nedostatečné vyplnění, ohyby, excentricita a dokonce i praskliny.
V této chvíli má mnoho lidí první reakci: Je snad tento materiál nekvalitní?
Ve skutečnosti se nemění materiál, ale požadavky na výrobek, které určují, jakým způsobem se materiál bude „pohybovat“.
Studené tvarování není pouze zkracováním ocelového tyče, ale přerozdělením daného množství materiálu podle konstrukce výrobku.
V této kapitole se zatím nebudeme zabývat materiálem, povrchovou vrstvou ani zařízením, ale pouze tím, jak konstrukce výrobku a jednotlivé operace tváření ovlivňují tok materiálu.
Schematický návod na vícestupňovou cestu tváření: Každý stupeň provádí pouze část přesunu materiálu.
I. Kam se během studeného tvarování materiál posunul?
Během procesu studeného tvarování materiál nikdy nevzniká ani nezaniká, ale pouze proudí z jednoho místa na jiné.
Materiál, který se nachází navíc v hlavě, pochází z původního polotovaru směrem k tělesu; zvětšení průměru příruby znamená, že materiál musí proudit od středu směrem ven; pokud výrobek vyžaduje vnitřní otvor, materiál se musí vyhnout vrtacímu trnu a přerozdělit se kolem otvoru.
Studené tvarování lze chápat jako určení trasy pro materiál:
Která část plyne vpřed;
Která část se rozprostírá do stran;
Které místo se deformuje dříve;
Které místo se tváří později;
Zda je celý proces proveden najednou, nebo rozdělen do několika pracovních stupňů.
Čím přímější je trasa a čím plynulejší jsou změny, tím lépe se materiál rovnoměrně tváří; čím delší je trasa a čím prudší jsou zatáčky, tím snadněji mohou vznikat lokální poruchy.
II. Jaké konstrukce výrobků nejnáročněji ovlivňují tok materiálu?
1. Hlava velká, tělo úzké
Čím větší je objem hlavy, tím více materiálu je potřeba přesunout z těla směrem k hlavě.
Pokud se velké množství materiálu naráz přesune k hlavě, může střed již být plně zaplněn, zatímco obvod se ještě nestačil rovnoměrně rozprostřít, což nakonec vede k nedostatečnému vyplnění, lokálním ohybům nebo prasklinám na okrajích.
2. Příruba s velkým průměrem, ale velmi tenká
Tenká příruba na první pohled vyžaduje málo materiálu, ale ve skutečnosti se tváří obtížně.
Materiál musí proudit směrem ven po relativně dlouhé vzdálenosti a zároveň udržet stejnou tloušťku příruby. Proudění v centrální oblasti a na periferii není synchronizováno, přičemž periferní oblast se častěji stává oslabeným místem.
Proto u výrobků s velkou přírubou nelze sledovat pouze její konečný průměr, ale je nutné dávat pozor na to, jak se materiál postupně dostává až k jejímu obvodu.
3. Náhlé přechody mezi stupni, příliš ostré přechodové místa
Pokud výrobek rychle přechází z hrubého průměru na tenký, nebo mezi sousedními částmi chybí plynulý přechod, materiál jako by narazil na prudkou zatáčku.
Chej část materiálu je blokována, zatímco druhá část pokračuje vpřed; na styčném místě tak mohou vznikat hromadění, ohyby nebo nerovnoměrné deformace.
4. Hluboké otvory, úzké a dlouhé otvory nebo tenké stěny
Při vytvoření vnitřního otvoru materiál nezmizí, ale je vytlačen vrtacím trnem do okolních oblastí.
Čím hlubší je otvor a čím tenčí jsou jeho stěny, tím náročnější jsou požadavky na přerozdělení materiálu. Pokud předchozí stupeň tváření nepřipraví vhodné podmínky, pak při následném nuceném tváření dochází k nevyrovnané tloušťce stěn, posunu otvoru nebo lokálnímu poškození.
3. Proč nelze vše udělat v jednom pracovním kroku?
Jednoduché výrobky lze vytvarovat najednou, protože materiál se přesouvá pouze na krátkou vzdálenost a jeho tok má relativně jednoznačný směr.
Pokud bychom chtěli u složitých dílců také dosáhnout tvaru „jedním tahem“, bylo by to jako chtít nechat mnoho vozidel projíždět současně velmi úzkou křižovatkou: i když je cíl jasný, není uprostřed dostatek prostoru pro řádné rozdělení toků.
Cenou vícestupňového studeného tvarování je rozdělení příliš velké změny na menší části:
Předchozí stupeň připravuje vhodný tvar suroviny;
střední stupeň usměrňuje tok materiálu do požadovaných oblastí;
pozdější stupně dokončují rozměry, kontury a lokální detaily.
Například u výrobků s velkou přírubou lze nejdříve vytvořit silnější, ale menší předformovanou hlavu, postupně ji rozvinout směrem ven a nakonec dotvarovat rozměry příruby.
Takto postupujeme nikoli nárazovým zvyšováním počtu pracovních pozic, nýbrž tak, aby každá fáze plnila pouze jeden klíčový úkol.
Záběr z provozu vícestupňového stroje na studené tvarování: výrobek postupně nabývá svého tvaru v jednotlivých pracovních pozicích.
4. Je lepší co nejvíce pracovních pozic?
Odpověď zní: ani to není vždy výhodné.
Pokud jsou jednotlivé fáze navrženy nevhodně, může se stát, že materiál v jedné fázi proudí směrem ven, zatímco v další je nucen tlačit se opět dovnitř; právě vytvořené části pak podléhají dalšímu razantnímu deformování, což v konečném důsledku ještě více koncentruje plastickou deformaci.
K ověření správnosti posloupnosti fází si položte tyto tři otázky:
Kam primárně proudí materiál v každém kroku?
Souvisí směr toku mezi sousedními kroky bez přerušení?
Nepřebírá náhle některý krok příliš velkou část celkové změny tvaru?
Dobrá tvarovací trajektorie umožňuje materiálu postupně se přibližovat ke konečnému tvaru, místo aby neustále měnil směr deformace.
5. Proč se stejný materiál chová u různých výrobků odlišně?
Materiál sám o sobě poskytuje určitou schopnost plastické deformace, avšak struktura výrobku rozhoduje o tom, jak tuto schopnost využijeme.
Obvyklé šrouby vyžadují poměrně mírnou deformaci, přičemž materiál si ponechává značný rezervní potenciál; pokud však nahradíme běžný tvar hlavičkou, tenkou přírubou, hlubokou dírou či komplikovaným stupínkem, může se ukázat, že tentýž materiál již dosahuje hranice své tvarovatelnosti v rámci dané technologie.
Z toho plyne:
Normální výroba běžných výrobků ještě nedokazuje, že stejný proces bude bez problémů fungovat i u složitých dílců;
výskyt poruch u složitých dílců nemusí automaticky znamenat vadu materiálu;
materiál, konstrukce výrobku a tvarovací trajektoria musí být posuzovány vzájemně v souvislosti.
šest、Jak provést odstraňování problémů na místě？
Nesoustřeďte se pouze na prasklé výrobky z posledního pracovního postupu.
Mnohem efektivnější metoda je postupně vyložit vzorky z každého pracovního postupu a porovnat je:
V kterém pracovním postupu se abnormalita objevila jako první;
u kterého kroku došlo k největší změně průměru či výšky;
zdali se materiál náhle hromadil na určitém místě;
zdali se flétna, hlava či stěna otvoru tvarovaly postupně;
zdali se po úpravě předformovaného tvaru pozice abnormality posunula.
Pokud již na některých předchozích pracovních postupech dochází k nerovnoměrnému toku materiálu, poslední forma obvykle pouze problém zesílí a odhalí jej.
V takových případech samotná výměna materiálu nebo opakované upravování poslední formy často skutečný problém nevyřeší; mnohem důležitější je ověřit, zda je rozdělení materiálu na předchozích fázích správné.
Hledisko inženýra
Výkres výrobku nám ukazuje, jak má výsledný produkt vypadat, zatímco vzorky jednotlivých pracovních postupů nám ukazují, jakým způsobem se materiál dostal až tam.
Materiálové schopnosti jsou základem; konstrukce výrobku určuje cíl; tvarovací pracovní postupy pak rozhodují o tom, jakou trasou materiál do cíle doputuje.
V osmé kapitole si stačí zapamatovat jedinou větu:
To, zda se daný materiál dobře lisuje, závisí nejen na jeho vlastnostech, ale také na tom, kam a v kolika etapách ho výrobek navede.
Při posuzování vhodnosti materiálu pro studené lisování společnost Ruiziong Group nehledí pouze na typové označení, specifikaci a testovací údaje, ale zohledňuje i výkres výrobku, průměr suroviny, počet pracovních postupů a vzorky z jednotlivých fází.
Pokud i u vás nastává situace, kdy „stejný materiál se dobře tváří při běžných výrobcích, ale při jiné konstrukci začne dělat problémy“, pošlete mi výkres výrobku, specifikaci materiálu, vzorky z jednotlivých pracovních postupů a informace o místech výskytu abnormalit. Můžu vám pomoci nejprve zjistit, zda jde o nedostatečné materiálové schopnosti, či o deformaci soustředěnou na nevhodných pracovních postupech.
Oznámení k další epizodě
Devátá kapitola: „Proč se chování stejného materiálu a forem liší při použití jiného stroje?“
Další kapitola se zaměří na tuhost zařízení, souosost, dodávku maziva a tepelnou bilanci při kontinuální výrobě – tedy na to, jak tyto faktory ovlivňují skutečný technologický okno procesu.