Technológia lisovania plechu na postupovom lise

Lisovanie plechu je proces tvarovania plechu do požadovanej formy alebo dielu. Umožňuje sériovú výrobu dielov pri dodržaní prísnych tolerancií a noriem kvality. V tomto procese je kov privádzaný do raziaceho lisu a raziaca matrica (známa aj ako raziaci nástroj) je vtlačená do kovu obrovským tlakom, čím sa vytvorí požadovaný tvar.

Dokáže spracovať rôzne materiály vrátane hliníka, uhlíkovej ocele, medi, vysokopevnej ocele a ďalších. Zatiaľ čo je možné lisovať takmer akýkoľvek typ kovu, typ kovu použitého v konkrétnej aplikácii závisí od požiadaviek na výkon požadovanej časti. Výroba akéhokoľvek jednotlivého dielu si však môže vyžadovať viacero krokov, aby sa dosiahla jeho konečná podoba.

Základné procesy lisovania plechu

Medzi základné procesy lisovania plechu patria:

Formovanie: Toto je proces tvarovania plochého kovu do novej podoby pôsobením sily.
Zatemnenie: Blankovanie je najzákladnejší proces razenia kovov. Výsledná časť sa nazýva polotovar.
Kreslenie: Kreslenie je zložitejší proces používaný na vytváranie hlbokých priehlbín alebo rúrkových štruktúr. Pri kreslení sa materiál pôsobením napätia opatrne vťahuje do dutiny, čím sa mení jeho tvar.
Dierovanie: Tento proces sa často považuje za opak blankingu.

Technológia Resistance Element Soldering (RES)

Spájanie plechových výliskov vyrobených v materiálovej kombinácii Fe-Fe, Fe-Al ako aj Fe-PMMA a Al-PMMA je možné realizovať metódou Resistance Element Soldering (RES). Alternatívnym riešením pri vytváraní niektorých preplátovaných spojov materiálov s výrazne odlišnou teplotou tavenia (teplotného rozkladu), ako napr. pozinkovaný oceľový plech s termoplastom, môže byť technológia RES (Resistance Element Soldering), kde sa používa bimetalický spojovací element (Obr. 3). Ten pozostáva z plášťa, ktorý zabezpečí spoj s horným dielom kombináciou silového a tvarového účinku, a z jadra vyrobeného z mäkkej spájky.

K spojeniu medzi čelom spojovacieho elementu a plechom tak nedochádza mechanizmom tavného zvárania, ale spájkovania. Nižší tepelný príkon pri spájkovaní umožňuje na jednej strane spájanie materiálov s nízkou teplotou tavenia, resp. tepelného rozkladu. Pri výrobe preplátovaných spojov na nosných konštrukciách automobilov, kde je potrebné spájať napr. výlisky vyrobené z ocele s výliskami z hliníkovej zliatiny, našla uplatnenie technológia REW (Resistance Element Welding). Ide o špecifické spájanie materiálov s výrazne rozdielnou teplotou tavenia, kedy nie je možné aplikovať štandardné technológie tavného zvárania.

Princíp technológie REW spočíva v použití spojovacieho elementu v tvare písmena „T“ s valcovým driekom a hlavou, prostredníctvom ktorého je priamym odporovým ohrevom vytvorený preplátovaný spoj horného plechu s otvorom so spodným plechom (Obr. 1). Element môže byť vyrobený z ocele alebo z Al zliatiny. Nepriaznivým javom môže byť (najmä pri elemente z Al zliatiny) tvorba rozstreku materiálu spojovacieho elementu počas odporového ohrevu, ktorý zhoršuje funkčné aj estetické vlastnosti spoja (Obr.

Na vytvorenie preplátovaného spoja boli použité bimetalické spojovacie elementy vyrobené pretlačovaním. Polotovarom pre prietlačky bola rúrka Cu 99,9 s rozmerom ϕ6x0,5 mm a dĺžkou 11 mm, vyplnená spájkou Sn60Pb40. Prietlačky v tvare „T“ boli vyrábané dvomi spôsobmi. Na optimalizáciu, voľbu vhodného tvárniaceho procesu, a návrh geometrie funkčných častí tvárniaceho nástroja, umožňujúcu použiť len jednu tvárniacu operáciu pretlačovania, bola zvolená simulácia v prostredí softvéru ANSYS. Výsledkami simulácií sú veľkosti napätí, pretvorení, a rôzna geometria tvaru troch navrhnutých spôsobov tvárnenia hlavy prietlačkov spojovacích elementov.

Úlohou bolo dosiahnuť prietlačky bez chýb povrchového plášťa z Cu rúrky bez nežiaducich zvlnení a preložiek. Polotovar na výrobu bimetalických spojovacích elementov tvorí rúrka vyplnená spájkou (Obr. 4a). Pri voľbe materiálovej kombinácie bol navrhnutý plášť z 99,9 % Cu s vonkajším priemerom Ø d = 6 mm a hrúbkou steny s = 0,5 mm. Jadro tvorila spájka Sn60Pb. Rúrka vyplnená spájkou bola delená na dĺžku h = 9 mm na zabezpečenie požadovaného tvaru a rozmeru elementu podľa Obr. Obr.

Lisovanie kovov 101: Pochopenie rozdielu od tlakového liatia

Technologické postupy výroby bimetalických spojovacích elementov

Na výrobu spojovacieho elementu bolo zvolené objemové tvárnenie za studena. Tvorba hlavy prietlačku sa môže realizovať viacerými spôsobmi. Prvým spôsobom výroby bolo ubíjanie v uzavretej lisovnici - prietlačnica a vyhadzovač (dno prietlačnice) boli pevné, hlava prietlačku bola ubíjaná plynulým pohybom prietlačnika zhora nadol (Obr. 5). Tvar čela prietlačníka zodpovedá požadovanému tvaru hlavy prietlačku. Tento spôsob však vzhľadom na použitie jednej operácie viedol k vzniku chýb v pretvorenej oblasti. Na Obr. 6 je RES spoj získaný pri prvých experimentoch, na ktorom je vidieť výrazné chyby spojovacieho elementu v podobe preložiek a excentricity plášťa.

Na odstránenie chýb prietlačkov bol zvolený spôsob, ktorý umožnil dosiahnuť požadovaný tvar na jednu tvárniacu operáciu bez ich vzniku. Alternatívny spôsob využil dopredné pretlačovanie v uzavretej lisovnici. Prietlačnica s prietlačníkom sú pevné (tvar čela prietlačníka zodpovedá požadovanému tvaru hlavy prietlačku) a vyhadzovač s rovným čelom, slúžiaci ako spodný lisovník, sa pohybuje zdola nahor, pričom tvárni polotovar podľa Obr.

Okrajovou podmienkou pre simuláciu tvorby hlavy elementu bol zjednodušený model geometrie nástroja (Obr. 8). Odstránenie preložiek a excentricity plášťa na prietlačkoch bolo riešené voľbou rôznej geometrie čela lisovníka usmerňujúceho tok materiálu, ako aj vzájomným pohybom jednotlivých častí - polotovaru a nástroja pri tvorbe hlavy elementu. Pri navrhovanom a overenom procese sa pohyboval polotovar proti lisovníku tvoriaceho hlavu elementu (Obr. 7). Čelo lisovníka bolo ploché (Obr. 9a), konkávne pod uhlom +10° (Obr. 9b), alebo konvexné pod uhlom -10° (Obr. 9c).

Na simuláciu napätí, pretvorení bimetalu, celkových pretvorení a vzhľadu prietlačku bol použitý softvér ANSYS R18.2. Okrajovými podmienkami boli, okrem geometrie nástroja (Obr. 8) a napäťovodeformačných vlastností materiálov (Tab. Obr. Veľkosť a rozloženie vzniknutých napätí pri vytváraní hlavy elementu je zdokumentovaná na Obr. 10. Aby bola dokonale vyplnená dutina lisovnice v rohoch, sú podľa simulácie potrebné napätia do 836 MPa. V simuláciách sa neprejavili náznaky vzniku preložiek a rozloženie napätí je osovo symetrické.

Priebeh napätí pre jednotlivé tvarové alternatívy v závislosti na zdvihu a čase pohybu lisovníka je na Obr. Veľkosť a rozloženie vzniknutých pretvorení bimetalického polotovaru pri vytváraní hlavy elementu je zdokumentovaná na Obr. 12. Najväčšie pretvorenie je v mieste najväčšej zmeny prierezu. Veľkosť a rozloženie celkových pretvorení elementu pri vytváraní hlavy je zdokumentovaná na Obr. 13. Najväčšie pretvorenie je v mieste najväčšej zmeny prierezu.

Spojovacie elementy boli tvárnené na nástroji s vymeniteľnými lisovníkmi tvarujúcimi rôzne hlavy elementov na hydraulickom lise DP1600 pri maximálnej tvárniacej sile 31 kN. Nástroj v rozobratom stave je na Obr. Rýchlosť lisovania bola cca 2,7 mm.s-1. Bolo použité mazivo Molyslip MWF určené pre tvárniace operácie vytvárajúce ochranný povlak molysulfidu MoS. Jednotlivé tvary prietlačkov vyrobených operáciou dopredného pretlačovania v uzavretej lisovnici, porovnaných s výstupom zo simulácie sú na Obr. 15 - 17.

Materiál plášťa nevyplnil úplne rohy dutiny nástroja. Dôvodom nevyplnenia rohov materiálom bola limitujúca hodnota tvárniacej sily. Makroskopická analýza rezov prietlačkov bola orientovaná na pretvorenie plášťa, tvorbu preložiek a symetrickosť. Na Obr. 18a, b, c sú jednotlivé rezy prietlačkov. Nie sú viditeľné žiadne zásadné chyby v podobe preložiek a prelisov. Prietlačky majú symetrický tvar. V jadre spájky nie sú dokonca ani žiadne výrazné chyby v podobe nečistôt a pórov. Na detailoch rezov (Obr.

Vlastnosti materiálov bimetalického spojovacieho elementu

Okrajovými podmienkami pre simuláciu tvárnenia hlavy elementu boli napäťovo-deformačné vlastnosti oboch materiálov bimetalického polotovaru. Získané boli statickou skúškou v ťahu na stroji INSTRON 1195. Namerané a vypočítané hodnoty sú v Tab.

Materiál	Vonkajší priemer	Hrúbka steny	Dĺžka
Cu 99,9	ϕ6 mm	0,5 mm	11 mm
Sn60Pb40	-	-	-