Tvárnenie

1. Tvárnenie doc. Ing. Harold Mäsiar, CSc. Šk. rok 2011/2012

2. 1.Tvárnenie Tvárnenie je technologický postup spracovania kovových i nekovových materiálov, ktorý používa plastickú deformáciu. Tvárnenie sa rozdeľuje na základné práce a operácie, ktorými zhotovujeme finálne produkty tvárnenia – výtvarky jednoduchých i veľmi zložitých tvarov, pričom ich požadované rozmery a vlastnosti sa dosiahnu na jeden alebo na viac operačných úkonov. Ekonomický prínos v praxi : • Vo vysokej využiteľnosti východiskového materiálu, spracovávaného tvárniacimi procesmi, v porovnaní s ostatnými technológiami v strojárskej výrobe • V podstatnom zvýšení produktivity práce, nakoľko tvárniace postupy sú veľmi rýchle a často znižujú počet operácií potrebných na výrobu výtvarku. V niektorých prípadoch tvárnením vyrábajú hotové súčiastky

3. 1.Tvárnenie Základné pojmy v tvárnení Tvárnenie – technologický proces, pri ktorom pôsobením vonkajšieho zaťaženia na materiál dochádza k jeho trvalej požadovanej zmene tvaru a to bez porušenia súdržnosti tvárneho materiálu. Tvárnenie je teda zámerné, riadené plastické pretvorenie východiskového polotovaru za účelom získania požadovaného tvaru, rozmerov a vlastností výtvarku bez porušenia jeho súdržnosti. Tvárnosť ( plasticita ) – velkosť plastického pretvorenia materiálu do porušenia súdržnosti v ideálnych podmienkach. Tvárniteľnosť – schopnosť materiálu trvalo meniť tvar a rozmery účinkom vonkajšieho zaťaženia bez porušenia súdržnosti v konkrétnych technologických podmienkach.

4. 1.Tvárnenie Základné pojmy v tvárnení Prirodzený pretvárny odpor σP ( pretvárna pevnosť Kp)[ MPa ] – skutočné nominálové napätie bez pasívnych odporov potrebné pre vyvolanie, prípadne priebeh plastického pretvorenia v materiály pri jednoosovom stave napätosti. Je to odpor, ktorý kladie materiál proti pretvoreniu v ideálnych podmienkach. Pretvárny odpor σD(k0) [ MPa ] – odpor, ktorý kladie materiál proti pretvoreniu pri tvárnení v skutočných technologických podmienkach. Jeho veľkosť závisí od prirodzeného pretvárneho odporu tvárneho materiálu a od skutočných podmienok tvárnenia. Pretvárny odpor σD(k0) [ MPa ] je vždy väčší ako Prirodzený pretvárny odpor σP ( pretvárna pevnosť Kp)[ MPa ]

5. 1.Tvárnenie Pretvorenie - trvalá, úmyselná zmena tvaru materiálu dosiahnutá tvárniacim procesom. Pretvorenie môže byť vyjadrené ako: Absolútne pretvorenie ( predĺženie ): Pomerné pretvorenie : Skutočné logaritmické pretvorenie:

6. 2. Rozdelenie tvárniacich procesov Rozdelenie podľa teploty tvárnenia : 1.) Tvárnenie za studena – prebieha pri teplote nižšej ako je 0,3.Ttav, teda pod tepotou rekryštalizácie Tr. Sprievodným javom je spevňovanie tvárneného materiálu, čiže zvyšovanie jedho pevnostných mechanických vlstností a naopak, vyčerpávanie plasticity počas tvárniaceho pochodu. 2.) Tvárnenie za poloohrevu – výška teploty, pri ktorej prebiehajú tvárniace procesy, je v rozmedzí 0,3 – 0,7 Ttav 3.) Tvárnenie za tepla – teplota tvárnenia je vyššia ako 0,7 Ttav teda súčasne plastickým pretvorením prebieha aj rekryštalizácia. Tvárnený materiál sa nespevňuje, lebo účinok spevňovania je približne v rovnováhe s účinkom rekryštalizácie..

7. 2. Rozdelenie tvárniacich procesov Rozdelenie podľa charakteru pretvorenia 1.) Plošné tvárnenie a strihanie – je tvárniaci proces za studena, pri ktorom dochádza k požadovanej zmene tvaru materiálu bez podstatnej zmeny prierezu východiskového polotovaru. Patria sem základné práce tvárnenia ako ťahanie, kovotlačenie, ohýbanie a strihanie, ktoré spracovávajú polotovary pripravené z materiálu 2.) Objemové tvárnenie – proces tvárnenia za studena, poloohrevu aj za tepla, pri ktorom požadovaná zmena tvaru materiálu nastane za podstatnej zmeny prierezu východiskového polotovaru. Patria sem základné práce tvárnenia ako pretlačovanie, razenie, kovanie a valcovanie, ktoré spracovávajú polotovary pripravené najmä z vývalkov tvaru tyče alebo kruhového prierezu.

8. 2. Rozdelenie tvárniacich procesov Rozdelenie podľa tvárniaceho stroja 1.) Tvárnenie tlakové – vonkajšie zaťaženie potrebné na pretvorenie materiálu je vyvodené pokojne pôsobiacou silou, resp. tlakom šmýkadla lisu. 2.) Tvárnenie úderové – vonkajšie zaťaženie potrebné na pretvorenie materiálu je vyvodené rázovou energiou – úderom barana buchara

9. 2. Rozdelenie tvárniacich procesov Rozdelenie podľa tepelného efektu 1.) Tvárnenie izotermické – teplo vzniknuté pri plastickom pretvorení je odvedené do okolia, pričom teplota tvárneného materiálu zostáva konštantná 2.) Tvárnenie adiabatické – teplo vzniknuté pri plastickom pretvorení zostáva v tvárnenom materiály, pričom teplota tvárneného materiálu zostáva konštantná. 3.) Tvárnenie polytropické – teplo vzniknuté pri plastickom pretvorení sa čiastočne odovzdáva do okolia a čiastočne zostáva v tvárnenom materiáli a zvyšuje jeho teplotu

10. 3. Tvárniace stroje Lisy – tvárniace stroje, ktoré pracujú prevažne tlakom šmýkadla lisu, pričom šmýkadlo je pracovná pohyblivá časť lisu a pevná časť sa nazýva stôl lisu. Zdvih : je dráha šmýkadla lisu medzi jeho hornou a dolnou úvraťou Menovitá sila lisu: je priestor, ktorý zaberá nástroj s upínacím zariadením, alebo tvárnený polotovar a pohybujúca sa časť lisu Pracovný priestor lisu: je priestor, ktorý zaberá nástroj s upínacím zariadením, alebo tvárnený polotovar a pohybujúca sa časť lisu.

11. 3. Tvárniace stroje Základné delenie lisov 1.) Mechanické lisy – tvárniaca sila je vyvodená z energetického zdroja mechanicky. a) kľukové lisy b) výstredníkové lisy c) kolenové lisy d) vretenové lisy 2.) Hydraulické lisy – tvárniaca sila je vyvodená tlakovou kvapalinou privádzanou z čerpadla

12. 3. Tvárniace stroje Buchary – tvárniace stroje, ktoré pracujú úderom, rázom barana buchara, pričom baran je pohyblivá pracovná časť buchara a pevná časť pri klasických bucharoch sa nazýva šabota. Rázová energia úderu barana– energia záskaná premenou kinetickej energie, ktorá bola vyvodená z pádu barana buchara Základné delenie bucharov : 1.) Klasické buchary so šabotu 2.) Buchary bezšabotové - protibežné a) mechanické b) dvojčinné

13. 4. Tvárniace nástroje Tvárniace nástroje sa skladajú z nasledovných častí: • Hlavné pracovné časti : strižník – strižnica, ťažník – ťažnica, razník – raznica • Pomocných technologických – základové dosky, dorazy, hľadáčiky, vyhadzovače, vedenie a vodiace dosky • Stavených spojovacích – základové dosky, oporné dosky, vodiace stĺpiky, upínacie hlavice • Ostatných častí – pružiny, gumové dosky, kliny, vložky

14. 5.Materiál na tvárnenie Kovové materiály a ich zliatiny 1.) Konštrukčná oceľ – je technická zliatina s uhlíkom a s ďaľšími prvkami, ktoré môžu byť sprievodné alebo legujúce (prísadové). Ocele sa podľa obsahu uhlíka a legujúcich prvkov delia na: • Nízkouhlíkové • Stredneuhlíkové • Vysokouhlíkové • Nízkolegované strednelegované • Vysokolegované

15. 5. Materiál na tvárnenie Pre spracovanie tvárnením sú najvhodnejšie ocele nízkouhlíkové a nízkolegované, nakoľko s vyšším obsahom C a legujúcich prvkov rastie hodnota pevnostných mechanických vlastností ocele, čo následne ovplyvňuje tvárniteľnosť aj energetickú náročnosť pri tvárnení. Konštrukčné ocele určené k tvárneniu za studena i tepla sa delia: a) Ocele obvyklej akosti – zaručená medza pevnosti, prípadne medzu klzu a ťažnosť b) Ocele ušľachtilé – vyššia čistota, zaručené chemické zloženie a mechanické vlastnosti

16. 5. Materiál na tvárnenie Druhy oceľových polotovarov používaných v tvárnení: Ingoty – odlievajú sa v rozsahu hmotnosti 0,5 až 300 a viac ton. Sú určené pre ďaľšie spracovanie valcovaním v hutách alebo voľným kovaním. Ako východiskový materiál pre voľné kovanie za tepla sa spracováva ingot spracováva ingot len do hmotnosti 15 ton. Ingoty sú rôzneho tvaru napr. kruhové, štvorcové či mnohouholníkové Predvalky – sú výrobky predvalcovacích tratí, ktoré sú určené najmä k ďaľšiemu spracovaniu na vývalky vo valcovniach alebo na priame spracovanie v kováčňach a lisovniach. Predvalky majú jednoduchý tvar priečneho prierezu a delia sa na bloky, bramy, sochory a ploštiny. Vývalky – sú finálnym produktom valcovní, majú menšie prierezy ako predvalky, presnejší tvar a rozmery a kvalitný povrch. Tvárnením sa najčastejšie spracovávajú tieto vývalky: • Tyče kruhového a štvorcového prierezu do rozmeru 170 – 200 mm • Ploché vývalky – tenké plechy, hrubé plechy a pásy sú dodávané v tabuliach alebo vo zvitkoch.

17. 5. Materiál na tvárnenie Neželezné kovy Hliník a zliatiny hliníka – má veľkú tepelnú vodivosť. Má dobré plastické vlastnosti a nízku pevnosť Rm = 70 MPa. Využíva sa v elektrotechnike a potravinárstve, v kovohutníctve Zliatiny hliníka vhodné k objemovému tvárneniu za studena i za tepla sa rozdeľujú podľa schopnosti tepelným spracovaním zvýšiť pevnostné vlastnosti na : a)Nevytvrditeľné zliatiny Al – so strednými hodnotami mechanických vlastností a dobrou koróznou odolnosťou. b) Vytvrditeľlné zliatiny Al – s veľmi dobrými mechanickými vlastnosťami, ale zníženou koróznou odolnosťou.

18. 5. Materiál na tvárnenie Meď a zliatiny medi Meď - má vynikajúce plastické vlastnosti a nízku pevnosť Rm = 200 MPa. Tiež má veľkú tepelnú a elektrickú vodivosť a využíva sa najmä v elektrorechnike a strojárstve. Zliatiny medi vhodné k spracovaniu tvárnením: Mosadze – s obsahom zinku od 5 – 42 % sú tvárniteľné o pevnosti Rm do 600 MPa. Mosadze do obsahu 32% Zn sú tvárniteľné za studena aj za tepla a používajú sa na výrobu armatúr, nábojníc, mincí atď. Bronzy – cínové bronzy – obsahujú do 20 % Sn, pričom tvárniteľné sú len do obsahu 8% Sn. Dosahujú pevnosť Rm = 380 MPa a ťažnosť 50 %. Používajú sa na výrobu klzných ložísk a pružín. Hliníkové bronzy – s obsahom do 12% Al, pričom tvárniteľné sú do obsahu 10% Al. S prísadami prvkov Fe, Mn, Ni dosahujú pevnosť Rm do 600 MPa. Využívajú sa na výrobu ozubených kolies a klzných ložísk.

19. 5. Materiál na tvárnenie Nekovové materiály Plasty (polyméry) sa rozdeľujú : Termoplasty – makromolekulárne látky, ktoré pôsobením tepla mäknú a prechádzajú do plastického stavu. Patria sem: polyolefíny ( polyetylén PE – výroba obalových materiálov; polypropylén PP – spotrebný tovar ), vynylové polyméry ( polyvinylchlorid PVC – výroba fólií, podlahovín, dosiek; polystyrén PS – obklady v stavebníctve), polyestery – výroba textilných vlákien, fólií, plexiskiel, polyamidy PA – výroba vlákien dĺžením. Termoplasty sa spracovávajú procesom tvárnenia za tepla – valcovaním a kovaním, ale najmä technológiou vstrekovania, vyfukovania či vytlačovania

20. 5. Materiál na tvárnenie Reaktoplasy ( termosety) – sú plasty, ktoré síce ohrevom prechádzajú do plastického stavu, ale po spracovaní na výrobky sa ďalším pôsobením tepla vytvrdzujú a tak vytvárajú nerozpustné a netaviteľné látky. Patria sem: fenoplasty FF – bakelit, epoxidy EP – na odlievanie modelov, aminoplasty ME – umakart, polyesterové živice, polyuretány a silikóny. Na spracovanie reaktoplastov sa používajú tvárniace technológie lisovania a pretlačovania