SLOVENSKÁ POĽNOHOSPODÁRSKA UNIVERZITA

V NITRE

TECHNICKÁ FAKULTA

2119692

MECHANICKÉ VLASTNOSTI ŽIAROVO POZINKOVANÝCH MATERIÁLOV

2010 Bc. Štefan Juhás

1

SLOVENSKÁ POĽNOHOSPODÁRSKA UNIVERZITA

V NITRE

TECHNICKÁ FAKULTA

MECHANICKÉ VLASTNOSTI ŽIAROVO POZINKOVANÝCH MATERIÁLOV

Diplomová práca

Študijný program: kvalita produkcie

Študijný odbor: 5.2.57 kvalita produkcie

Školiace pracovisko: katedra kvality a strojárskych technológií

Školiteľ: Ing.Rastislav Mikuš

Nitra 2010 Bc. Štefan Juhás

2

ČESTNÉ VYHLÁSENIE

Podpísaný Bc. Štefan Juhás týmto vyhlasujem, že som diplomovú prácu na tému

„Mechanické vlastnosti žiarovo pozinkovaných materiálov“ vypracoval samostatne

s použitím uvedenej literatúry.

Som si vedomý zákonných dôsledkov v prípade, ak hore uvedené údaje nie sú pravdivé.

V Nitre 30.4.2010

Bc. Štefan Juhás

3

POĎAKOVANIE

Ďakujem vedúcemu práce, Ing. Rastislavovi Mikušovi, za cenné rady,

pripomienky a odborné vedenie pri vypracovaní diplomovej práce. Chcem poďakovať

aj p.Š. Ďuricovi, za pomoc pri vykonaní experimentov.

V Nitre 30.4.2010

4

Abstrakt

Diplomová práca popisuje zisťovanie základných mechanických vlastností

kovových materiálov. Súčasťou práce je posúdenie mechanických vlastností žiarovo

pozinkovaného materiálu DX56D+Z. Materiál sa spracováva technológiou hlbokého

ťahania. Zváraná zostava z uvedeného materiálu je dodávaná ako polotovar na zhotovenie

karosérie automobilu. Posúdenie mechanických vlastností je vykonané statickou skúškou

jednoosovým ťahom a Erichsenovou skúškou hlbokoťažnosti. Posúdenie slúži na

porovnanie mechanických vlastností dodávaného materiálu rôznej šarže. Výstupom

z vykonaných skúšok je vyhodnotenie kvality materiálu a odporučenie na nákup materiálu

z vlastnosťami, ktoré sú vhodnejšie na hlboké ťahanie.

Kľúčové slová: mechanické vlastnosti materiálov, žiarovo pozinkovaný materiál,

hlbokoťažnosť, statická skúška ťahom

Abstract

The diploma work describes ascertaining of the basic mechanical characteristics of

metal materials. The component of the work is considering of mechanical characteristics of

flame galvanized material DX56D+Z. Material has been processing by the deep drawing

technology. Welding set from mentioned material is supplied as a semi-finished article for

making car body. Assessment of mechanical characteristics is done by the static uniaxial

drawing test and Erichsen deep drawing test. This considering serves for comparing of

mechanical characteristics of supplied material in various scales. Evaluating of the quality

of the material and recommendation for purchase of the material with characteristics move

suitable for deep drawing is output from done tests.

Key words: mechanical characteristics of material, flame galvanized material, deep

drawability, static tensile test

5

OBSAH

OBSAH ................................................................................................................................. 5

Zoznam ilustrácií ................................................................................................................. 7

Zoznam tabuliek .................................................................................................................. 9

Úvod .................................................................................................................................... 10

1 PREHĽAD O SÚČASNOM STAVE RIEŠENEJ PROBLEMATIKY ................... 11

1.1 Požiadavky na vlastnosti materiálu ........................................................................... 11

1.2 Mechanické vlastnosti materiálov ............................................................................. 12

1.3 Mechanické skúšky materiálov ................................................................................. 12

1.3.1 Statická skúška v ťahu........................................................................................ 13

1.3.2 Skúšky hlbokoťažnosti podľa Erichsena ............................................................ 23

1.3.3 Niektoré ďalšie skúšky hlbokoťažnosti ............................................................. 26

1.4 Proces hlbokého ťahania ........................................................................................... 29

1.4.1 Faktory vplývajúce na proces ťahania................................................................ 29

1.4.2 Vplyv nástroja na proces ťahania ....................................................................... 30

1.4.3 Podmienky v procese ťahania............................................................................. 31

1.5 Tvárniteľnosť ocelí ................................................................................................... 32

1.5.1 Normálová anizotropia ....................................................................................... 33

1.5.2 Plošná anizotrópia .............................................................................................. 33

1.5.3 Exponent deformačného spevnenia .................................................................... 33

1.6 Špecifikácia materiálu ............................................................................................... 34

1.6.1. Označovanie plechov........................................................................................35

1.7 Odporové zváranie..................................................................................................... 35

1.7.1. Princíp odporového zvárania............................................................................. 35

1.7.2 Druhy odporového zvárania ............................................................................... 36

1.7.3 Parametre pri odporovom zváraní ...................................................................... 36

1.7.4 Bodové odporové zváranie – princíp.................................................................. 37

1.7.5 Skúšanie spojov pri bodovom zváraní................................................................ 38

1.7.6 Chyby bodových zvarov..................................................................................... 39

6

2 CIEĽ PRÁCE.................................................................................................................. 41

3 METODIKA PRÁCE..................................................................................................... 42

3.1 Určenie meraných veličín a metódy merania ............................................................ 42

3.3 Erichsenova skúška hlbokoťažnosti ......................................................................... 49

3.4 Skúšky pevnosti zvarov............................................................................................. 50

4 VÝSLEDKY PRÁCE ..................................................................................................... 52

4.1 Vyhodnotenie exponentu deformačného spevnenia a normálovej anizotropie ......... 52

4.2 Vyhodnotenie hlbokoťažnosti podľa Erichsena ........................................................ 55

4.3 Vyhodnotenie zo skúšok pevnosti ............................................................................. 56

6 NÁVRH NA VYUŽITIE................................................................................................ 59

7 ZÁVER ............................................................................................................................ 60

8 ZOZNAM POUŽITEJ LITERATÚRY A ZDROJOV DOSTUPNÝCH O N LINE 62

9 PRÍLOHY ....................................................................................................................... 64

7

Zoznam ilustrácií

Obr. 1.1 Tvary skúšobných tyčí......................................................................................... 15

Obr. 1.2 Tvary a rozmery skúšobných tyčí ....................................................................... 16

Obr. 1.3 Pracovný diagram ťahovej skúšky ...................................................................... 17

Obr. 1.4 Schématické znázornenie ťahovej skúšky .......................................................... 17

Obr. 1.5 Základné typy pracovných diagramov ............................................................... 18

Obr. 1.6 Skúšobný stroj .................................................................................................... 22

Obr. 1.7 Súčasný skúšobný stroj ....................................................................................... 23

Obr. 1.8 Schéma Erichsenovej skúšky hlbokoťažnosti ..................................................... 24

Obr. 1.9 Závislosť hlbokoťažnosti od druhu materiálu a jeho hrúbky ............................. 25

Obr. 1.10 Tvary prasklín pri skúške hlbokoťažnosti ........................................................ 25

Obr. 1.11 Vzorky po Erichsenovej skúške hlbokoťažnosti .............................................. 26

Obr. 1.12 Schéma deformačného systému Schmidt ......................................................... 27

Obr. 1.13 Vzorka po Schmidtovej skúške hlbokoťažnosti ............................................... 27

Obr. 1.14 Priebeh pri Gross – Engelhardtovej skúške ...................................................... 28

Obr. 1.15 Vzorky po Gross – Engelhardtovej skúške ...................................................... 28

Obr. 1.16 Faktory ovplyvňujúce proces ťahania .............................................................. 30

Obr. 1.17 Označovanie plechov ....................................................................................... 35

Obr. 1.18 Princíp odporového zvárania ........................................................................... 36

Obr. 1.19 Schéma odporového bodového zvárania ......................................................... 37

Obr. 1.20 Bodové odporové zváranie .............................................................................. 37

Obr. 1.21 Bodový zvar – šošovka .................................................................................... 38

Obr. 1.22 Dielenská skúška odlúpením ............................................................................ 39

Obr. 1.23 Spoj s vytrhnutým jadrom ................................................................................ 39

Obr. 3.1 Druhy ocele a mechanické vlastnosti ................................................................. 42

Obr. 3.2 Odber vzoriek vo vyznačenom smere valcovania .............................................. 43

8

Obr. 3.3 Mechanický lis na prípravu vzoriek ................................................................... 44

Obr. 3.4 Skúšobné zariadenie na statickú skúšku ťahom EMIC DL 10000 ..................... 45

Obr. 3.5 Rozmery skúšobných vzoriek ............................................................................ 45

Obr. 3.6 Skúška hlbokoťažnosti podľa Erichsena ........................................................... 50

Obr. 3.7 Vzorky vyhotovené podľa predpisu v norme .................................................... 51

Obr. 4.1 Grafické vyhodnotenie exponentu deformačného spevnenia ............................ 52

Obr. 4.2 Grafické vyhodnotenie súčiniteľa normálovej anizotropie ................................ 53

Obr. 4.3 Grafické vyhodnotenie skúšky hlbokoťažnosti ................................................. 55

Obr. 4.4 Vzorky po skúške hlbokoťažnosti ...................................................................... 55

Obr. 4.5 Vzorka 068 po dielenskej skúške pevnosti ........................................................ 56

Obr. 4.6 Vzorka 121 po dielenskej skúške pevnosti ........................................................ 56

Obr. 4.7 Metalugrafický výbrus vzorky 068 ................................................................... 57

Obr. 4.8 Metalugrafický výbrus vzorky 121 ................................................................... 57

9

Zoznam tabuliek

Tab. 4.1 Hodnoty exponentu deformačného spevnenia .................................................. 53

Tab. 4.2 Hodnoty súčiniteľa normálovej anizotropie ..................................................... 54

10

Úvod

Automobilový priemysel je v súčasnosti najrozsiahlejším a najviac rozvinutým

odvetvím nášho národného hospodárstva. Hybnou silou tohto odvetvia je využitie

potenciálu vo forme použitia oceľových plechov. Pri návrhu a realizácii tenkostenných

konštrukcií v podobe výroby karosérií vstupujú do procesu aj materiálové vlastnosti,

konštrukcia a technológia výroby. Neustále sa zvyšujúci tlak na výrobcov automobilov

o dosiahnutie čo najnižšej hmotnosti pri konštrukcii automobilu vedie k použitiu plechov

menšej hrúbky pri aplikácii materiálov s vyššími pevnostnými vlastnosťami. So znižujúcou

sa hrúbkou plechov je spätá požiadavka na zvýšenie ochrany povrchu voči korózii. Preto sa

používajú plechy povlakované hlavne vrstvou zinku a to z dôvodu priaznivých koróznych

vlastností a nízkej ceny.

V tejto diplomovej práci budú spracované metódy na zisťovanie mechanických

vlastností materiálov, ktoré sa používajú na lisovanie výrobkov určených v najväčšej miere

pre automobilový priemysel. Konkrétne je diplomová práca zameraná na výrobok, ktorý

pri nábehu do sériovej výroby spôsobuje nemalé problémy s dosahovaním požadovaných

parametrov kladených hlavne na kvalitu, čo samozrejme nepriaznivo vplýva na stabilitu

výrobného procesu a tým pádom aj narúša ekonomické ukazovatele pri implementácii

nového projektu do výrobného procesu.

11

1 PREHĽAD O SÚČASNOM STAVE RIEŠENEJ

PROBLEMATIKY

Podľa (Hrivňák, Evín, Spišák, 1990) je plech vhodným východzím polotovarom

v strojárskej výrobe. Umožňuje navrhovať súčiastky ľubovoľných rozmerov, tvarovo

zložité, dostatočne pevné a tuhé pri ich minimálnej hmotnosti. Svojim tvarom je plech

predurčený k spracovaniu plošným tvárnením. Technologické metódy plošného tvárnenia

i metódy používané pre dokončovacie operácie výliskov kladú na plech celý rad

požiadaviek, aby sa z rovinného polotovaru dali čo najjednoduchšie, najlacnejšie

a najrýchlejšie vyrobiť i tvarovo zložité, rozmerné súčiastky. Tieto požiadavky sú zahrnuté

do pojmu “ lisovateľnosť ” plechu. Pod pojmom lisovateľnosť rozumieme vhodnosť

plechu k spracovaniu tvárnením pri konkrétnych technologických podmienkach.

Lisovateľnosť plechu nie je možné vyjadriť jednou určitou hodnotou, lebo je závislá na

celom rade vlastností plechov ako je napr. chemické zloženie, mikroštruktúra, mechanické

vlastnosti, kvalita povrchu a pod.

1.1 Požiadavky na vlastnosti materiálu

1. chemické zloženie – hlbokoťažné ocele majú obsah uhlíka pod 0,15 % a menej než

1% prísad a sprievodných prvkov. Pre zníženie ocelí k náchylnosti na starnutie sa

do hlbokoťažných ocelí pridávajú najmä: Al, Ti,V,B,Zr,Nb.

2. mikroštruktúra – za optimálnu veľkosť feritického zrna u tenkých plechov je možné

považovať podľa STN 42 0463 zrno č.6 až 8. (Sobotová, 2006)

3. mechanické vlastnosti – u hlbokoťažných ocelí býva hodnota exponentu

deformačného spevnenia ,,n” 0,22 až 0,23. Hodnoty koeficienta normálovej

anizotropie ,,r” u hlbokoťažných plechov z neupokojených ocelí má byť nad

hodnotou 1,6 pri 90º na smer valcovania.

4. kvalita povrchu – pri posudzovaní sa hodnotí čistota povrchu,l povrchové chyby

a mikrogeometria povrchu. Na povrchu nesmú byť žiadne trhliny, šupiny,

zavalcované okuje, dutiny, preložky, rôzne nekovové vmestky a u kvalitnejších

plechov ani zafarbenia od tepelného spracovania.

12

1.2 Mechanické vlastnosti materiálov

Aplikácia materiálov v technickej praxi, ktorú opísal (Veles, 1985) sa uskutočňuje

na základe poznania ich vlastností, ktoré sú požadované pre daný účel použitia. Kovy a ich

zliatiny sa v praxi najčastejšie aplikujú ako konštrukčné materiály a sú namáhané

prevažne mechanickým napätím. Preto sú pre ich použitie rozhodujúce mechanické

vlastnosti. Mechanické vlastnosti, ktoré predstavujú základné charakteristiky správania

kovu pri mechanickom namáhaní, čiže jeho odolnosť voči deformácii a porušeniu, možno

považovať za základné mechanické vlastnosti. Medzi tieto vlastnosti patrí: pružnosť,

plastickosť, pevnosť a húževnatosť. Na zisťovanie hodnôt mechanických vlastností kovov

a ich zliatin sa používajú mechanické skúšky.

1.3 Mechanické skúšky materiálov

Skúškami (Tomčík, Trojan, 2007) mechanických vlastností určujeme základné

mechanické charakteristiky k hodnoteniu akosti materiálu, pre pevnostné výpočty

konštrukcií a k posúdeniu vhodnosti aplikácie mechanických technológií a návrhu ich

parametrov. Dôležitým výstupom z mechanických skúšok materiálov sú informácie

o plastických vlastnostiach materiálu. Reakcie skúšaného materiálu na pôsobenie

vonkajších síl je daná vzájomným pôsobením štyroch základných faktorov (Stránský,

Molliková, Sedláček, 2002):

• zaťažením

• skúšobným telesom

• materiálom skúšobného telesa

• podmienkami skúšky

Rozdelenie mechanických skúšok:

• podľa stavu napätosti na skúšky pri

o jednoosom stave napätosti

o viacosovom stave napätosti

13

• podľa spôsobu zaťaženia na skúšky

o ťahom

o tlakom

o ohybom

o krútením

o strihom

• podľa časového priebehu zaťažujúcej sily pôsobiacej na skúšané teleso na skúšky

o statické

o dynamické

o krátkodobé

o dlhodobé

• podľa účinku zaťaženia na skúšané teleso na skúšky

o deštruktívne, pri ktorých sa skúšobné teleso deformuje alebo poruší,

o nedeštruktívne, pri ktorých nedochádza k trvalej zmene tvaru, rozmerov,

chemického zloženia, štruktúry a pod.

1.3.1 Statická skúška v ťahu

Statická skúška ťahom je základná mechanická skúška, pôvodne predurčená na to

aby sa stala najrozšírenejšou a najuznávanejšou skúšobnou metódou na hodnotenie

mechanických vlastností kovových aj nekovových konštrukčných materiálov. Vychádza

z porovnaní, že ťahovým namáhaním možno každý materiál porušiť (rozdeliť na párny

počet lomových plôch), kým pri namáhaní tlakom nastáva porušenie len pri krehkých

materiáloch. Zachováva sa zákon geometrickej podobnosti pri jednoosovom ťahovom

zaťažení rôzne veľkých a geometricky podobných prizmatických skúšobných telies.

Skúšku predpisuje STN EN 10002-1. Princíp skúšky spočíva v statickom zaťažovaní

14

skúšobnej tyče predpísaných rozmerov až do pretrhnutia. Na skúšobnej tyči možno určiť

štyri normované základné mechanické vlastnosti:

- medzu pevnosti v ťahu

- medzu sklzu

- ťažnosť

- kontrakciu

Okrem týchto základných vlastností sa špeciálnym skúšobným postupom dajú zistiť:

- modul pružnosti

- medza úmernosti

- konvenčná medza pružnosti

Údaje zaznamenané silomerom skúšobného stroja, pracovný diagram skúšky

ťahom, ako aj rozmery skúšobnej tyče pred a po skúške sú podkladom na vyhodnotenie

skúšky. Pri konštrukčných materiáloch sa určujú tieto napäťové charakteristiky:

- medza pružnosti v ťahu Rp0,005

- medza sklzu v ťahu Re alebo medza sklzu v ťahu Rp0,2

- medza pevnosti v ťahu Rm

- ťažnosť A

- kontrakcia Z

- charakter lomovej plochy

Postup pri statickej skúške v ťahu (Balla, Mikuš, Cviková, 2003)

1. Pred vlastnou skúškou sa premerajú skúšobné tyče na rozmer d0, L0

s presnosťou na 0,01 mm a výsledky merania sa zaznamenajú do

skúšobného protokolu

15

2. Na trhacom stroji sa nastaví vhodný rozsah zaťaženia a stroj sa vyváži na

nulovú hodnotu

3. Skúšobná tyč sa upne do upínacích čeľustí tak, aby bola namáhaná len

osovým ťahom. Tyč sa veľmi pomaly zaťažuje až do pretrhnutia.

4. Po skúške sa odčíta sila na medzi pevnosti a zaznamená sa do protokolu

5. Po ukončení skúšky sa tyč vyberie z trhacieho stroja, presne sa spojí

v mieste lomu a premerajú sa rozmery du,Lu. Výsledky merania sa zapíšu do

protokolu.

6. Na základe nameraných údajov sa vypočítajú základné mechanické hodnoty

– pevnosť v ťahu (Rm), ťažnosť (A), kontrakcia (Z).

Skúšobné tyče

Skúšobné tyče sa zhotovujú z časti skúšaného materiálu (napr. odliatku, výkovku

a pod), alebo sa vyrobia samostatne, prípadne sa skúša celý polotovar ako sú napr. rúrky,

laná reťaze. Tvar a rozmery skúšobných tyčí (obr.1.2) predpisujú normy (STN EN 10002,

2002), všeobecne sa rozdeľujú podľa prierezu, podľa meranej dĺžky a podľa tvaru

upínacích hláv. Podľa prierezu sa skúšobné tyče rozdeľujú na kruhové a ploché (obr. 1.1).

Podľa meranej dĺžky Lo a v závislosti od prierezu So na tyče krátke a tyče dlhé. Pri

krátkych tyčiach je Lo = 5.do alebo Lo = 5,65.(So)1/2, pri dlhých tyčiach je Lo = 10.do

alebo Lo = 11,3.(So)1/2. Z úsporných dôvodov sa odporúča používať krátke skúšobné tyče.

Obr. 1.1

Tvary skúšobných tyčí – kruhový, plochý (Martinkovič, 2005)

16

ød0

L0

Lt

L0=ΣL0i

Obr. 1.2

Tvar a rozmery skúšobných tyčí

Pracovný diagram statickej skúšky ťahom

Pracovný diagram ocele s výraznou medzou sklzu možno rozdeliť do nasledovných

oblastí:

1. Oblasť pružných elastických deformácií – diagram je tu lineárny, až po silu na

medzi úmernosti. Fyzikálne je sila na medzi úmernosti totožná so silou na medzi

pružnosti.(Statická skúška ťahom, 2006)

2. Oblasť rovnomernej plastickej deformácie – po prekonaní prechodného javu

v okolí síl na medzi sklzu, hornej a dolnej nastane rovnomerná trvalá – plastická

deformácia v celom objeme vzorky, až po maximálnu silu.

3. Oblasť lokálnej plastickej deformácie – ak na vzorku pôsobí naďalej zaťažujúca

sila, vzorka sa deformuje lokálne (miestne) za vzniku zúženia kŕčku, v ktorom sa

vzorka na konci skúšky roztrhne.

17

Obr. 1.3

Pracovný diagram ťahovej skúšky (Balla, Mikuš, Cviková, 2003)

Obr. 1.4

Schématické znázornenie ťahovej skúšky (Balla, Mikuš, Cviková, 2003)

a – fáza pružnej deformácie, b – fáza rovnomernej plastickej deformácie, c – fáza lokálnej

plastickej deformácie

Základné typy pracovných diagramov:

a) diagram uhlíkovej nelegovanej ocele, bez výraznej medze sklzu

b) diagram materiálu, ktorý sa poruší pri maximálnej sile, bez vytvorenia kŕčka

c) diagram krehkého materiálu, napríklad sivej liatiny

d) diagram ocele s výraznou medzou sklzu

e) diagram materiálov, ktoré sa v oblasti plastickej deformácie výrazne spevňujú

S0

F

R

F

S

F

Su

LOM

LuLL0

∆L

UK

M

S

0

α

F (N)

∆L (mm)

Fu

Fmax

18

Obr. 1.5

Základné typy pracovných diagramov (Statická skúška v ťahu, 2006)

Pevnostné charakteristiky materiálu

Medzi pevnostné charakteristiky materiálov patria medza úmernosti, medza pružnosti,

medza sklzu, medza pevnosti a modul pružnosti

Medza úmernosti

Medza úmernosti Ru je najvyššie napätie, pri ktorom platí Hookov zákon úmernosti.

Je to vlastne napätie, pri ktorom čiara v elastickej oblasti zaťažovacieho diagramu F-∆L

prestáva mať lineárny priebeh (Balla, Mikuš, Cviková, 2003). Tento okamih zodpovedá

bodu U v pracovnom diagrame ťahovej skúšky a nastáva pri sile Fu .

Hookov zákon vyjadruje lineárny vzťah medzi napätím a pomernou zmenou dĺžky

v oblasti pružných deformácií:

ε.ER = (1)

kde: R – napätie v skúšobnom telese po zaťažení silou F, MPa

E – modul pružnosti v ťahu-tlaku, MPa

ε – pomerné predĺženie, -.

19

Moduly pružnosti vyjadrujú vnútorný odpor materiálu proti pružnej deformácii.

Čím väčší je modul pružnosti, tým väčšie napätie je potrebné na vyvolanie stanovenej

deformácie (Balla, Mikuš, Cviková, 2003).

Medza pružnosti

Pružnosť je všeobecne definovaná ako schopnosť materiálu pred porušením sa

pružne deformovať (Balla, Mikuš, Cviková, 2003). Pružná deformácia je vratná zmena

tvaru telesa, pri ktorej sa po odstránení napätia tvar telesa vráti do pôvodného stavu.

V oblasti namáhania, keď vzniká len pružná deformácia, sa teleso nachádza v stave

elastickej napätosti.

Medza pružnosti je napätie, ktoré zodpovedá bodu E . Medzu pružnosti možno definovať

ako najvyššie napätie, pri ktorom ešte nevzniká plastická deformácia.

Fyzikálne definovanú medzu pružnosti možno podľa klasickej mechaniky považovať za

totožnú s medzou úmernosti. Pri praktických skúškach sa však obe kritériá merajú rôzne

definovanými konvenčnými metódami, preto sa ich hodnoty nestotožňujú. Medza

pružnosti má ako kritérium pružných vlastností kovových materiálov význam pri

výpočtoch dovolených napätí a pri určovaní medzných stavov konštrukcií. Pre značnú

experimentálnu náročnosť pri jej meraní sa však málo používa a v praxi sa nahrádza

hodnotou medze sklzu (Balla, Mikuš, Cviková, 2003).

Medza sklzu

Plasticita je schopnosť materiálu pôsobením vonkajších síl meniť v tuhom stave

trvalo svoj tvar bez porušenia, to znamená pred porušením sa plasticky deformovať. Je

makroskopickým prejavom zmeny vzájomnej polohy častíc deformovaného materiálu a

začína, ak napätie prekročí odpor materiálu proti plastickej deformácii, t.j. medzu

pružnosti, resp. medzu sklzu (Balla, Mikuš, Cviková, 2003).

Trvalá deformácia je nevratná zmena tvaru telesa, ktorá po odstránení napätia nezmizne a

teleso nadobúda nový tvar a rozmery. Vzniká po prekročení určitej kritickej hodnoty

napätia (medze pružnosti). Napäťový stav telesa, pri ktorom sa teleso trvalo deformuje, je

stav elasticko-plastickej napätosti (Balla, Mikuš, Cviková, 2003).

Medza sklzu charakterizuje prechod medzi elastickou a elasticko-plastickou oblasťou

pracovného diagramu. Fyzikálne sa medza sklzu charakterizuje ako najmenšie napätie, pri

20

ktorom začína výrazná plastická deformácia. V ťahovom diagrame sa medza sklzu

prejavuje dvomi formami, a to výraznou a nevýraznou.

U hlbokoťažných plechov, určených pre výlisky s požiadavkou hladkého povrchu, je

najvýhodnejší plynulý prechod na medzi sklzu. Medza sklzu má byť čo najmenšia. Príliš

vysoká medza sklzu zvyšuje pretvárny odpor na začiatku lisovania a tiež veľkosť

odpruženia, namáhanie lisovacích nástrojov a pod. Pomer Re/Rm má byť čo najnižší

a u plechov s veľmi dobrou hlbokoťažnosťou má byť do 0,65, u plechov s dobrou

hlbokoťažnosťou v rozmedzí 0,65 – 0,75. Plechy s pomerom Re/Rm nad 0,75 sú vhodné

len pre nenáročné výlisky (Hrivňák, Evín, Spišák, 1990).

Medza pevnosti

Pod pojmom pevnosť sa rozumie odpor, resp. odolnosť materiálu proti trvalému

porušeniu súdržnosti jeho častíc. Číselne pevnosť vyjadrujeme napätím, pri ktorom sa

materiál rozdelí na dve alebo viac častí. Výsledkom procesu porušenia materiálu je lom

(Veles, 1985).

Medza pevnosti je napätie zodpovedajúce podielu najväčšieho zaťaženia Fm

a počiatočného prierezu skúšobnej tyče S0. Medza pevnosti sa v STN definuje ako zmluvné

napätie zodpovedajúce najväčšiemu zaťaženiu Fm, ktoré predchádza porušeniu skúšobnej

tyče (Balla, Mikuš, Cviková, 2003).

0S

FR m

m = (2)

kde: Rm – napätie na medzi pevnosti, MPa,

Fm – maximálna zaťažujúca sila, N,

S0 – pôvodný prierez skúšobného telesa, mm2.

Plastické charakteristiky materiálu

Pomocou skúšky ťahom sa zisťujú dve plastické charakteristiky materiálov – ťažnosť

a kontrakcia.

21

Ťažnosť

Ťažnosť je definovaná ako pomerné pozdĺžne trvalé predĺženie skúšobnej tyče po

roztrhnutí. Ťažnosť je pomerná deformácia do roztrhnutia εu vyjadrená v %.

100.100.0

0u

u

L

LLA ε=

−= (3)

kde: A – ťažnosť, %

L0 – meraná dĺžka skúšobnej tyče pred skúškou, mm

Lu – meraná dĺžka skúšobnej tyče po pretrhnutí, mm

Ťažnosť u hlbokoťažných plechov má byť čo najvyššia. Minimálna hodnota

ťažnosti je predpisovaná v materiálovom liste. Bežne je ťažnosť meraná na roztrhnutej

vzorke. Čím je väčšia hodnota ťažnosti pri súčasne nízkom pomere Re/Rm, tým je plech

vhodnejší k hlbokému ťahaniu (Hrivňák, Evín, Spišák, 1990).

Kontrakcia

Kontrakcia je definovaná ako najväčšie pomerné trvalé zúženie prierezu skúšobnej

tyče, odmerané po jej pretrhnutí v mieste lomu.

100.100.0

0u

u

S

SSZ ψ=

−= (4)

kde: Z – kontrakcia, %

S0 – plocha pôvodného prierezu skúšobnej tyče, mm2

Su – plocha najmenšieho prierezu skúšobnej tyče po pretrhnutí v mieste

lomu, mm2

Kontrakcia u hlbokoťažných plechov má byť čo najvyššia. Čím je hodnota

kontrakcie vyššia, tým je plech vhodnejší k hlbokému ťahaniu. U veľmi dobrých

hlbokoťažných plechov sa Z pohybuje okolo 0,20 ÷ 0,22 (Hrivňák, Evín, Spišák, 1990).

22

horný priečnik

horná upínacia hlava

skúšobná tyč

spodná upínacia hlava

stredný priečnik

ovládanie rýchlosti stredného priečnika

šrobovacie vreteno

elektromotor

sklonná váha

základná doska

nosné stĺpy

pravítko

závažie sklonnej váhy

papier a písatko registračného zariadenia

ukazovateľ registračného zariadenia

Skúšobné stroje

Skúšobné stroje, alebo tiež trhacie stroje sú základným vybavením každej

mechanickej skúšobne. Vyrábajú sa v takom vyhotovení, aby sa dali použiť aj na skúšky

tlakom a ohybom.

Princíp spočíva v tom, že skúšobná tyč upnutá v čeľustiach trhacieho stroja sa zaťažuje

zvoľna rastúcou ťahovou silou, ktorou sa tyč predlžuje, kým sa nepretrhne. Každý trhací

stroj má meracie zariadenie, ktorým možno určiť veľkosť zaťažujúcej sily v ľubovoľnom

okamihu skúšky. Takmer na všetkých starších trhacích strojoch (obr.1.6) má meracie

zariadenie registračný prístroj, ktorý kreslí na pásik papiera závislosť predĺženia skúšobnej

tyče od zaťažujúcej sily. Výsledkom je tzv. pracovný diagram skúšky ťahom . (Vysoký,

Misterka, 1977)

Obr. 1.6

Skúšobný stroj (Stránský, Molliková, Sedláček, 2002)

23

Obr. 1.7

Súčasný skúšobný stroj ZWICK Z400

1.3.2 Skúšky hlbokoťažnosti podľa Erichsena

Táto skúška sa vykonáva na plechoch hrúbky 0,1 až 2 mm. Pre šírku pásov od 13

do 90 mm platí norma STN 42 0407, pre plechy a pásy nad šírku 90 mm platí norma STN

EN ISO 20482:2004. Tieto normy platia pre teploty 20 ± 10 ºC. (Martinec a i., 1982)

Podstata skúšky

Skúška pozostáva z vtlačovania guľôčky alebo razníka s guľovým zakončením do

skúšobného telesa, ktorá je uchytená pridržiavačom (obr. 1.8). Skúšobné teleso vtláčame

dovtedy, kým nevznikne na plechu trhlina. Hĺbka prehĺbenia do tohto okamihu udáva

hodnotu hlbokoťažnosti. Najčastejšie sa robí skúška s priemerom razníka 20 mm, na

pásoch šírky 70 mm. Dĺžka skúšobného telesa sa má najmenej rovnať šírke pásu. Majú sa

vykonať aspoň tri prehĺbenia. Odporúča sa merať na pásoch, kde sa z jednej strany urobia

tri vtlačenia a z druhej tiež tri vtlačenia. Skúšobné teliesko sa nemá pred skúškou

vyrovnávať. Rozmery skúšobného zariadenia udáva norma. (Martinec a i., 1982)

Postup skúšky

Hrúbka skúšobného telesa má byť stanovená s presnosťou 0,01 mm. Pred skúškou

sa obe plochy skúšobného telesa i pracovná časť razníka potrú grafitovým tukom.

24

Prehĺbenie sa má robiť uprostred pása a vzdialenosť dvoch vtlačkov má byť minimálne 55

mm. Do pritlačovaného telesa sa rýchlosťou 5 až 10 mm/min plynule a bez rázov vtlačuje

razník. Ku koncu skúšky sa odporúča znížiť rýchlosť, aby sme mohli presnejšie stanoviť

okamih vzniku prvej trhliny. V okamihu vzniku prvej trhliny sa vtlačovanie preruší

a odčíta sa hĺbka prehĺbenia s presnosťou 0,1 mm. Na obrázku (obr. 1.9) sú prehĺbenia

rôznych materiálov v závislosti od zmeny hrúbky. Z obrázku vidieť, že plechy väčšej

hrúbky dávajú väčšie hodnoty prehĺbenia. Pri vyhodnotení skúšky je dôležité aj posúdenie

vzhľadu vytlačeného guľového vrchlíka. Ak sa objavia praskliny vo vrstevniciach

okrúhleho tvaru, je plech vhodný na ťahanie. Praskliny vychádzajúce lúčovito zo stredu

hovoria o materiáli nevhodnom na ťahanie (obr. 1.10). Posúdenie drsnosti plechu po ťahaní

hovorí o vlastnostiach plechu. Ak je povrch hladký, má jemnú štruktúru , ak je hrbolatý,

svedčí to o zhrubnutom zrne. (Martinec a i., 1982)

Obr. 1.8

Schéma Erichsenovej skúšky hlbokoťažnosti (Martinec a i., 1982)

25

Obr. 1.9

Závislosť hlbokoťažnosti od druhu materiálu a jeho hrúbky(Martinec a i., 1982)

Obr. 1.10

Tvary prasklín pri skúške hlbokoťažnosti (Martinec a i., 1982)

26

Obr. 1.11

Vzorky po Erichsenovej skúške hlbokoťažnosti (Analytické a experimentálne metódy

predikcie ukazovateľov lisovateľnosti tenkých plechov, 2008)

1.3.3 Niektoré ďalšie skúšky hlbokoťažnosti

1. Skúšky hlbokoťažnosti podľa Schmidta

Skúška simuluje:

- vplyv zmeny stavu napätosti

- vplyv geometrie činných častí nástroja

- vplyv podmienok ťahania

- vplyv mikrogeometrie kontaktných plôch

- vplyv mazadla

- vplyv tlaku pridržiavača

Mierou hlbokoťažnosti je medzný stupeň ťahania:

Kmax = Domax / d (5)

27

Obr. 1.12

Schéma deformačného systému Schmidt (Analytické a experimentálne metódy predikcie

ukazovateľov lisovateľnosti tenkých plechov, 2008)

Obr. 1.13

Vzorka po Schmidtovej skúške hlbokoťažnosti (Analytické a experimentálne metódy

predikcie ukazovateľov lisovateľnosti tenkých plechov, 2008)

28

2. Skúšky hlbokoťažnosti podľa Gross- Engelhardta

Mierou hlbokoťažnosti je tzv. prirodzený stupeň hlbokoťažnosti T

100×−=Fab

FzFaT (%) (6)

Obr. 1.14

Priebeh pri Gross – Engelhardtovej skúške (Analytické a experimentálne metódy

predikcie ukazovateľov lisovateľnosti tenkých plechov, 2008)

Obr. 1.15

Vzorky po Gross – Engelhardtovej skúške (Analytické a experimentálne metódy

predikcie ukazovateľov lisovateľnosti tenkých plechov, 2008)

29

1.4 Proces hlbokého ťahania

Hlboké ťahanie je technologický proces, pri ktorom sa deformáciou rovinného

polotovaru na jednu alebo viac ťažných operácií zhotoví priestorové teleso –

výlisok(výťažok). Hlbokoťažnosť je vlastne technologická charakteristika materiálu, ktorá

vyjadruje vhodnosť materiálu pre výrobu technológiou hlbokého ťahania t.j. vyvolať trvalú

zmenu tvaru bez porušenia súdržnosti v konkrétnych technologických podmienkach, ktoré

umožňujú vyrobiť polotovar požadovaných rozmerov, tvaru a vlastností. (Hrubý, 2008)

1.4.1 Faktory vplývajúce na proces ťahania

Pri akomkoľvek spracovaní plechov a pásov tvárnením za studena je jednou

z najdôležitejších vlastností jeho schopnosť plasticky sa deformovať – tvárniteľnosť.

Tvárniteľnosť je definovaná ako schopnosť materiálu vyvolať trvalú zmenu bez porušenia

telesa v konkrétnych a podmienených technologických podmienkach (Spišák, 2000).

Napriek tomu, že bolo doposiaľ vyvinuté nemalé úsilie nájsť iba jednu univerzálnu

hodnotu, ktorá by charakterizovala vhodnosť materiálu pre rôzne technologické operácie

tvárnenia, nebol tento cieľ dosiahnutý. Preto sa aj v súčasnosti používajú viaceré metódy

a záleží mnohokrát na tradícii i vlastných skúsenostiach ľudí pracujúcich s plechmi

a pásmi, ktorým metódam dávajú prednosť. (Hrubý, 2008)

Najčastejšie je tvárniteľnosť plechov braná do úvahy pri ťahaní. Proces ťahania je veľmi

produktívny technologický proces premeny plochého polovýrobku na tvarovo symetrické

alebo nesymetrické výrobky. Na výsledok tejto operácie majú vplyv všetky faktory, ktoré

sa na nej zúčastňujú. Podmienkou úspešnosti pri ťahaní nie je len vytiahnutie výlisku ako

takého ale predovšetkým kvalita výlisku – bez zvlnenia, dosiahnutie požadovaného tvaru,

dostatočná tuhosť a stabilita rozmerov. Z praxe je známe, že pri výrobe výliskov ťahaním

sa vyskytujú problémy s dodržaním parametrov. Tie sú prejavom množstva vplyvov, ktoré

v procese ťahania pôsobia (obr.1.16). (Mihaliková, 2006)

30

Obr. 1.16

Faktory ovplyvňujúce proces ťahania (Hrubý, 2008)

Lisovateľnosť pri technológii ťahania možno definovať ako ,,Schopnosť plechu

plasticky sa pretvoriť na výťažok požadovaného tvaru, rozmerov a kvality v konkrétnom

ťažnom nástroji a za konkrétnych podmienok lisovania“. (Hrubý, 2008)

Na lisovateľnosť majú vplv všetky faktory zúčastňujúce sa na procese lisovania:

o materiál – plech (mechanické vlastnosti, povrch rozmery a tvar prístrihu),

o výťažok (rozmery a tvar výťažku),

o nástroj (geometria činných častí, kvalita povrchu činných častí, presnosť),

o technológia (počet ťažných operácií a ich odstupňovanie, rýchlosť ťahania, trecie

pomery, pridržiavací tlak).

1.4.2 Vplyv nástroja na proces ťahania

Proces ťahania sa realizuje na ťažnom lise v ťažnom nástroji. Vplyv ťažného

nástroja na proces ťahania je významný. Najväčší vplyv na proces ťahania majú:

o konštrukcia nástroja

Proces ťahania

Konštrukcia výťažku

Ťahaný materiál

Tvárnaici stroj

Technologické podmienky

Návrh technológie

Konštrukcia ťažného nástroja

Výroba ťažného nástroja

31

o geometria a mikrogeometria činných častí nástroja

o brzdiace rebrá

Z hľadiska konštrukcie nástroja je dôležité odstupňovanie jednotlivých ťažných

operácií a samotná koncepcia nástroja pre mechanický alebo hydraulický lis. Správnym

rozdelením ťažných operácií je možné predísť problémom pri ťahaní.(Hrubý, 2008)

Z hľadiska geometrie a mikrgeometrie činných častí nástroja majú najväčší vplyv

polomery zaoblenia ťažných hrán ťažníka a ťažnice, ich drsnosť a ťažná medzera.

Vplyvom zmeny polomerov zaoblenia ťažných hrán sa menia trecie podmienky v nástroji,

rozloženie napätí a pretvorení. Tieto zmeny priamo vplývajú na veľkosť napätia v ťahanom

plechu, ťažnú silu, medzné stupne ťahania, tvorenie vĺn a preložiek na výťažku. Voľba

optimálneho polomeru zaoblenia ťažnej hrany ťažnice je zložitá. Výskumy ukázali, že

polomer má v rozličných úsekoch procesu hlbokého ťahania protichodný vplyv na veľkosť

napätia v nebezpečnom priereze. Drsnosť ťažných častí ťažnice a pridržiavača má byť čo

najmenšia. Jej zväčšovaním sa zvyšuje trenie medzi ťažnicou a plechom, pridržiavačom

a plechom. Zvýšením trenia narastajú sily potrebné na tvárnenie a znižujú sa medzné

stupne ťahania.(Hrubý, 2008)

1.4.3 Podmienky v procese ťahania

Podmienky, v ktorých prebieha proces ťahania na lise, majú značný vplyv na jeho

výsledok. Z okolností, ktoré podľa súčasných poznatkov najviac ovplyvňujú proces

ťahania a medzné pretvorenia pri ťahaní, sú najčastejšie uvádzané:

o pridržiavací tlak

o mazanie

o rýchlosť ťahania

Vplyv pridržiavaceho tlaku v procese ťahania

Hlavnou úlohou pridržiavača v procese ťahania je zabrániť zvlneniu materiálu. Aby

mohol pridržiavač túto funkciu plniť, musí vyvinúť na materiál taký tlak, aby

nedochádzalo k zvlneniu príruby. Tlak však nemá byť príliš veľký, aby značne nezvýšil

trecie sily, ktoré by spôsobili porušenie výťažku. Zložitejšie je to pri zložitých výťažkoch,

32

kde by mal byť pridržiavací tlak rozdielny v rohu výťažku, prechodovej časti a rovnej časti

výťažku.(Hrubý, 2008)

Vplyv rýchlosti deformácie v procese ťahania

Zvýšenie rýchlosti ťahania veľkých tvarovo zložitých výťažkov nepriaznivo vplýva

na proces plastickej deformácie a tým aj na porušenie výťažku.(Hrubý, 2008)

Rýclosť ťahania ovplyvňuje trecie pomery, pretože súčiniteľ trenia závisí od klznej

rýchlosti. Preto môže rýchlosť ťahania podstatne ovplyvniť stupeň ťahania. Táto závislosť

je tým väčšia, čím väčší podiel celkovej ťažnej sily prináleží trecím silám. V niektorých

prácach sa uvádza , že rýchlosť deformácie, pri zaistení optimálnych podmienok mazania

nemá resp. má iba malý vplyv na zmenu medzného stupňa ťahania a zmenu ťažnej sily.

Vplyv mazania v procese ťahania

Pri ťahaní vznikajú trecie sily v týchto oblastiach:

1. oblasť medzi prírubou prístrihu a pridržiavačom

2. oblasť polomeru zaoblenia ťažnej hrany ťažnice

3. oblasť zaoblenia ťažnej hrany ťažnice

4. oblasť valcovej časti ťažnice

Trenie do značnej miery zvyšuje ťažnú silu o 20 až 30 %, spôsobuje oter činných častí

ťažného nástroja a vplýva tiež na medzné hodnoty stupňa ťahania. Sily vonkajšieho trenia

majú kladný aj záporný vplyv na namáhanie materiálu pri hlbokom ťahaní.(Hrubý, 2008)

1.5 Tvárniteľnosť ocelí

Medzi hlavné požiadavky pri spracovaní hlbokoťažných plechov patrí dobrá

tvárniteľnosť a získanie tvarovo zložitých súčiastok bez známok porušenia a povrchových

vád vzniknutých tvárnením za studena. V celom objeme spracovaného plechu majú byť

zachované rovnaké plastické vlastnosti a zároveň nemajú podliehať zmenám medzi

výrobou plechu vo valcovni a spracovaním plechu na hotový výrobok. Z uvedeného

vyplýva, že plechy majú zachovať svoje mechanické vlastnosti nezávisle na čase a teplote.

Medzi ďalšie požiadavky podľa (Sobotová, 2006) možno zaradiť dodržanie prípustnej

33

anizotropie mechanických vlastností, presnosti rozmeru valcovaných plechov a pásov,

rovinnosti, povrchovej akosti a tvárniteľnosti. Medzi charakteristiky tvárniteľnosti

zaraďujeme mechanické vlastnosti ako sú: medza sklzu, medza pevnosti, pomer medze

sklzu k medzi pevnosti, ťažnosť a hodnota vtlačku pri Erichsenovej skúške. Pre hlboké

ťahanie má najväčší význam medza sklzu.

1.5.1 Normálová anizotropia

Koeficient normálovej anizotrópie ,,r“ vyjadruje odolnosť plechu proti stenšovaniu

pri plastickej deformácii, t.j. vyjadruje nerovnomernosť vlastností plechu v rovine plechu

oproti vlastnostiam v smere kolmom na rovinu plechu. Čím je hodnota r vyššia, tým je

lisovateľnosť plechu lepšia. Hodnoty r u dobrých hlbokoťažných plechov z neupokojených

ocelí majú byť nad 1,15. (Hrivňák, Evín, Spišák, 1990) Pre posúdenie platí:

a

brϕϕ

= (7)

1.5.2 Plošná anizotrópia

Koeficient plošnej anizotrópie vyjadruje nerovnomernosť mechanických vlastností

v rôznych smeroch roviny plechu. Najčastejšie sa zisťuje u Re, Rm, a A. Vyjadruje sa ako

rozdiel vlastností v určitom smere v rovine plechu vzhľadom k danej vlastnosti v smere

valcovania. Na lisovateľnosť má plošná anizotrópia v prevažnej miere nepriaznivý vplyv.

Preto hodnota plošnej anizotrópie by mala byť čo najmenšia.(Hrivňák, Evín, Spišák, 1990)

1.5.3 Exponent deformačného spevnenia

Exponent deformačného spevnenia vyjadruje schopnosť kovu k spevňovaniu pri

plastickej deformácii za studena. Exponent deformačného spevnenia je materiálová

konštanta, pre oceľové hlbokoťažné plechy je vždy menší ako 1.(Hrubý, 2008)

Hodnota exponentu deformačného spevnenia daného oceľového plechu závisí

predovšetkým od veľkosti zrna, obsahu prísadových prvkov, stupni hladiaceho valcovania

a na starnutí ocele. Exponenty deformačného spevnenia nadobúdajú v jednotlivých

smeroch x rôzne hodnoty nx . Hodnoty nx sa určujú pomocou ťahovej skúšky na vzorkách v

jednotlivých smeroch x voči smeru valcovania. Na hodnotenie tvárniteľnosti sa používa

priemerná hodnota deformačného spevnenia nm . Exponent deformačného spevnenia ako

34

kritérium tvárniteľnosti plechu je rozhodujúci pre prípady ťahania plechu, kde prevládajú

ťahové napätia. Vysoká hodnota priemerného deformačného spevnenia plechu, spôsobuje

rovnomernejšie rozloženie deformácií pri dvojosovej ťahovej napätosti, a tým prispieva k

dosiahnutiu väčšej hodnoty celkovej deformácie. Čím má materiál vyššiu hodnotu

exponentu deformačného spevnenia, tým je vhodnejší na hlboké ťahanie. Hodnotenie

tvárniteľnosti plechov podľa nm zatiaľ nie je stanovené normou, na hodnotenie

tvárniteľnosti plechov môžeme použiť nasledujúce zatriedenie:

1. nízka tvárniteľnosť nm < 0,215,

2. dobrá tvárniteľnosť nm = 0,215 až 0,250,

3. vynikajúca tvárniteľnosť nm > 0,250.

1.6 Špecifikácia materiálu

Na žiarové zinkovanie sú vhodné nelegované konštrukčné ocele, nízkolegované

ocele, liatina (Technologie pro povrchové úpravy, 2003). Nevhodné sú automatové ocele.

Povrch podkladového kovu je potrebné upraviť pred ponorením do zinkového kúpeľa

odmasťovaním, morením na čistý stav povrchu. Odporúča sa moriť v kyseline

chlorovodíkovej a pre odliatky v kyseline fluorovodíkovej, alebo použiť elektrolytické

morenie pre odliatky. V oceli niektoré prvky napr. kremík, fosfor tiež ovplyvňujú hrúbku

aj vzhľad zinkového povlaku. Pri rôznych podieloch kremíka a fosforu vznikajú

nerovnomerné, lesknúce, alebo tmavošedé povlaky. V súčasnosti sa konajú výskumné

práce zamerané na vplyv sprievodných prvkov v oceli (EN ISO 14713). Počas procesu

zinkovania sa v podkladovom kove čiastočne uvoľňujú napätia a môžu spôsobiť

deformácie žiarovo zinkovaného výrobku. Oceľové výrobky tvarované za studena

(ohýbaním) môžu v závislosti od druhu ocele a rozsahu tvarovania za studena skrehnúť.

V prípade ak sa požaduje tvárniť za studena, je potrebné napätia, ktoré vznikajú v tomto

procese odstrániť (pred morením a zinkovaním) tepelným spracovaním.

35

D X 56 D + Z

spôsob valcovania nie je predpísaný

povlak zinku

pre žiarové pokovanie

ploché výrobky k tvárneniu za studena

rozlišovací znak ocele

1.6.1. Označovanie plechov

Označovanie ocelí pre ploché výrobky tvarované za studena (sem patria napr. ocele

plechov a pásov podľa EN 10130, EN 10139 a EN 10142)

Obr. 1.17

Označovanie plechov (Chemické vlastnosti materiálov, 2007)

1.7 Odporové zváranie

Odporové zváranie je spôsob zvárania, pri ktorom sa vytvára zvar bez prídavného

materiálu krátkodobým prechodom prúdu vysokej intenzity cez miesto zvaru, pri súčasnom

pôsobení tlaku. Odporové zváranie zaraďujeme medzi technológie, pri ktorých sa využíva

vzniknuté elektrické teplo. Prechodom elektrického prúdu sa zohrievajú všetky časti, cez

ktoré prúd preteká. Medzi prednosti odporového zvárania patrí napr. vysoká produktivita,

lebo samotný zvárací čas trvá len zlomky sekundy. (Kéry, 2008)

1.7.1. Princíp odporového zvárania

Schéma bodového odporového zvárania je znázornená na obr. 1.18

36

Obr. 1.18

Princíp odporového zvárania (Kéry, 2008)

1.7.2 Druhy odporového zvárania

1. bodové zváranie

2. švové zváranie

3. výstupkové zváranie

4. stykové stláčacie zváranie

5. stykové odtavovacie zváranie

1.7.3 Parametre pri odporovom zváraní

Zváracia sila, prúd, čas nazývame základnými parametrami odporového zvárania.

V plnej miere to platí o bodovom, výstupkovom a stykovom zváraní. Požaduje sa, aby sa

na zváranie každého dielca, každého materiálu alebo kombinácie materiálov na každom

zváracom stroji stanovil postup. Pre každú kombináciu sa má zistiť oblasť vhodných

parametrov.(Kéry, 2008)

37

1.7.4 Bodové odporové zváranie – princíp.

Bodové zváranie je druh odporového zvárania, pri ktorom sa zvárané predmety

navzájom preplátujú a stlačia silou F medzi medenými tyčovými elektródami (obr.1.19).

Tlačením preplátovaných plechov pomocou tyčových elektród z medenej zliatiny sa

uzatvorí sekundárny obvod zváračky. Bodové odporové zváranie je zachytené na obr. 1.20

Obr. 1.19

Schéma odporového bodového zvárania (Kéry, 2008)

Obr. 1.20

Bodové odporové zváranie (Kéry, 2008)

38

Elektródy privádzajú prúd a sústreďujú silu do oblasti budúceho spoja. Krátkodobým

prechodom prúdu dojde k nataveniu v mieste najväčšieho odporu, tj. v mieste styku

preplátovaných plechov. Po vypnutí prúdu sa v mieste roztaveného kovu vytvorí zvarová

šošovka (obr. 1.21). Zvarový spoj má typickú dendritickú štruktúru, čo je tiež dôkazom

predchádzajúcej existencie roztaveného materiálu. Zváranie sa uskutočňuje bez prídavného

materiálu. Zdrojom zváracieho prúdu je obvykle zvárací transformátor.(Kéry, 2008)

Obr. 1.21

Bodový zvar – šošovka (Kéry, 2008)

Bodové odporové zváranie pozinkovaných plechov

Automobilový priemysel používa v čoraz väčšej miere na zhotovenie karosérií

pozinkované plechy. Výrobca tak môže značne predĺžiť životnosť karosérie, ale musí riešiť

problémy so zvariteľnosťou pozinkovaných plechov. Na zváranie pozinkovaných plechov

sa vyžadujú vyššie zváracie prúdy a dlhšie zváracie časy. V praxi to znamená zvýšiť výkon

zváracieho transformátora. Na proces zvárania pozinkovaných plechov má vplyv celý rad

činiteľov medzi ktoré patria: vlastnosti zváraného materiálu, vlastnosti zváracieho

zariadenia, vlastnosti zvídacích elektrod, zváracie parametre. Čím väčšia je hrúbka

zinkovaného povlaku, tým horšia je odporová zvariteľnosť. Pritom však na hrúbke povlaku

priamo závisí korózna odolnosť plechu.(Kéry, 2008)

1.7.5 Skúšanie spojov pri bodovom zváraní

Pri skúškach pevnosti bodového odporového zvárania sa vyhodnocuje najmä či je

vzniknutá zvarová šošovka dostatočne prevarená a zisťuje sa difúzny charakter zvarového

spoja. K tomuto účelu slúži dielenská skúška tzv. skúška odlúpením (obr. 1.22). Bez

39

ohľadu na použitý spôsob odporového zvárania sa hodnotí vzhľad povrchu, rozmery a

hĺbka odtlačku pod elektródami, rozmery zvaru, čistota spoja, výskyt prasklín.

Mechanickými skúškami sa zisťuje pevnosť zvaru, najmä pri požadovanom spôsobe

namáhania (Kéry, 2008).

Obr. 1.22

Dielenská skúška odlúpením (Kéry, 2008)

1.7.6 Chyby bodových zvarov

Pri štúdiu chýb bodových zvarov je nevyhnutné najskôr poznať optimálnu

konfiguráciu a rozmery. Šošovka dobrého zvaru má mať približne rovnaký priemer ako je

priemer elektródy a má byť symetrická. Výška šošovky má byť najmenej 30 % zváranej

hrúbky, ale nie viac ako 70 % hrúbky oboch zváraných plechov. Otlačky po elektródach

majú byť čo najplytšie. Pri mechanickej skúške sa za vyhovujúci zvar považuje spoj

s vytrhnutým jadrom (obr. 1.23).

Obr. 1.23

Spoj s vytrhnutým jadrom (Kéry, 2008)

40

Nedostatočný zvar, nazývaný tiež studený, zlepený alebo difúzny. Primárnou

príčinou vzniku difúzneho spoja je nedostatok energie dodanej do zvaru, čo môže mať

rôzne dôvody (opotrebovanie elektród, zlé dosadanie plechov, zvýšený počet alebo hrúbka

plechov v spoji, pokles napätia siete a pod.) Táto chyba je vzhľadom na pevnostnú funkciu

zvarov najnebezpečnejšia a pritom v bežnej praxi pri ručnom zváraní veľmi častá.

Znížením rozstupu bodov narastá vplyv šuntovania a spoje sa opäť ďalej energicky

ochudobňujú, zvary s prebytkom energie majú vysokú šošovku, hlboké otlačky a zváranie

býva často sprevádzané výstrekmi kovu.(Kéry, 2008)

41

2 CIEĽ PRÁCE

V súčasnom období je dôležité venovať pozornosť zisťovaniu mechanických vlastností

materiálov z hľadiska rastúcich nárokov odberateľov kladených hlavne na dosahovanie čo

najvyššej kvality dodávaných výrobkov. Zo skúšaného materiálu sa vyrába výrobok určený

pre automobilový priemysel technológiou hlbokého ťahania. Pri lisovaní výrobku

vstupujúceho ako polotovar do karosérie nového modelu automobilu dochádza

k neustálym problémom so vznikom trhlín. Na lisovanie sa používa materiál DX56D +

Z vo forme prístrihu o rozmere 0,7 x 1280 x 1280 mm.

Preto cieľom práce bude na základe zistených mechanických charakteristík určiť

materiál vhodnejší na výrobu daného výrobku, čo môže odstrániť neustále pretrvávajúce

problémy v dosiahnutí stability výrobného procesu, a to hlavne poklesu zmätkovitosti

a vzniku viacnákladov.

42

3 METODIKA PRÁCE

3.1 Určenie meraných veličín a metódy merania

Experimentálna časť je v prvej časti venovaná vykonaniu statickej skúšky ťahom,

pomocou ktorej zisťujeme hodnotu exponentu deformačného spevnenia n a koeficient

normálovej anizotrópie r. Statická skúška v ťahu je vykonaná podľa normy STN EN

10002-1 na plochých skúšobných vzorkách z materiálu DX56D+Z100 MB-O hrúbky 0,7

mm, podľa normy STN EN 10 346:2009. Norma predpisuje pre daný typ materiálu odber

vzoriek v smere kolmom na smer valcovania. Skúmaný plech je dodávaný vo forme

zvitkov.

Obr. 3.1

Druhy ocele a mechanické vlastnosti (STN EN 10346:2009)

43

Požadované vlastnosti materiálu podľa normy STN EN 10 346 (obr.3.1)

r90 = 1,9

n90 = 0,21

Rp0,2 = 120 – 180 MPa

Rm = 260 – 350 MPa

A80 = 39 %

Odber vzoriek pre ťahovú skúšku sa uskutoční z prístrihu o rozmeroch 0,7x1280x1280

podľa predpisu stanoveného normou STN EN 10002 t.z. v troch rôznych smeroch

valcovania: 0°, 45°, 90°. (obr.3.2)

Postup: Na ručných nožniciach sa odstrihne skúšobná vzorka v tvare obdĺžnika

o rozmeroch 220 x 30 mm. Takto odstrihnutá vzorka sa vloží do mechanického

jednoúčelového lisu, ktorý je určený na vyhotovenie presného tvaru skúšanej vzorky. (obr.

3.3).Potom sa na vzorkách vyznačia dieliky, ktoré po skúške slúžia na zistenie predĺženia

jednotlivých vzoriek.Vzorky sa pre rozlíšenie šarže materiálu označia 068 a 121.

Obr. 3.2

Odber vzoriek vo vyznačenom smere valcovania

smer valcovania

44

Obr. 3.3

Mechanický lis na prípravu vzoriek

Statická skúška ťahom sa vykoná na trhacom stroji typu EMIC DL 10000 (obr.

3.4), ktorého súčasťou je prístroj na meranie deformácie tzv. extenzometer. Priebeh skúšky

je zaznamenávaný pomocou softwaru z čoho vyplýva, že je nevyhnutné pred samotným

spustením skúšky zadať do programu niektoré hodnoty ako napr. hrúbku materiálu,

tolerančné hodnoty pre skúšaný materiál stanovené normou STN EN 10327.

Postup pri skúške: Skúšobná vzorka sa upne do čeľustí skúšobného zariadenia s predpätím

40-60Nm. Zapojí sa prístroj na meranie deformácie a nastaví sa konštantná rýchlosť

zaťaženia 5 mm.min-1. Vynuluje sa zaťažujúca sila a spustí sa meranie. Skúšobná vzorka

sa pod účinkom zaťažujúcej sily predlžuje najprv pružne a po prekročení medze sklzu sa

začne plasticky predlžovať. Priebeh skúšky sa graficky zaznamenáva skúšobným strojom.

Sila sa zvyšuje až do maximálnej hodnoty Fm a po jej prekročení sa na skúšobnej vzorke

vytvorí miestne zúženie.

Skúška súčiniteľa normálovej anizotropie sa uskutoční na vzorkách podľa normy

STN 42 0435. Vzorky sa odoberú z prístrihu plechu v smere 0°, 45°, 90° vzhľadom na

smer valcovania. Na skúšaných vzorkách sa odmerá počiatočná šírka b0 a počiatočná

hrúbka a0 v troch miestach a to v krajných bodoch a v strede meraných dĺžok skúšaných

vzoriek. Vzorky sa označia 068 a 121.

Skúška exponentu deformačného spevnenia sa uskutoční podľa normy STN 42

0436. Pred samotnou skúškou sa odmerajú základné rozmery a to počiatočná hrúbka a0 ,

počiatočná šírka b0, dĺžka L0 . Vzorky sa označia 068 a 121.

45

Na určenie exponentu deformačného spevnenia ,,n“ a na zistenie koeficientu normálovej

anizotropie ,,r“ sú použité dve metódy, z ktorých prvá spočíva v určení požadovaných

veličín pomocou matematicko – fyzikálnych vzťahov bližšie uvedených v kapitole 3.2.

Druhá metóda určenia požadovaných veličín spočíva v automatickom vygenerovaní

konečných hodnôt ,,n“ a ,,r“ pomocou meracieho zariadenia.

Obr. 3.4

Skúšobné zariadenie na statickú skúšku ťahom EMIC DL 10000

46

Obr. 3.5

Rozmery skúšobných vzoriek

3.2 Výpočet exponentu deformačného spevnenia

Uskutoční sa podľa nasledovného postupu:

a) Určenie strednej hodnoty počiatočnej hrúbky a šírky meranej vzorky

n

ss i∑=0 , mm (8)

s0 – počiatočná hrúbka, mm

n – počet meraní

n

bb i∑=0 , mm (9)

b0 – počiatočná šírka, mm

b) Určenie zmluvnej medze klzu Re (Rp0,2):

000 .bsS = , mm2 (10)

02,0 S

FR e

p = , MPa (11)

Fe- sila na medzi klzu, N

Rp0,2 – zmluvná medza klzu, MPa

S0 – začiatočná plocha prierezu, mm2

80

220

20 30

47

c) Určenie medze pevnosti Rm:

0S

FR m

m = , MPa (12)

Fm – sila na medzi pevnosti, N

d) Určenie ťažnosti:

100.0L

LA mp∆

= , % (13)

∆Lmp – konečná zmena meranej dĺžky, mm

e) Určenie exponentu deformačného spevnenia n:

es LLL ∆+= 0 , mm (14)

mf LLL ∆+= 0, mm (15)

ss L

LSS 00.

= , mm2 (16)

ff L

LSS 00.

= , mm2 (17)

s

es S

FR = , MPa (18)

s

mf S

FR = , MPa (19)

=

0

lnL

Lssϕ (20)

48

=

0

lnL

L ffϕ (21)

( ) ( ) ( )( ) ( )fs

sf RRn

ϕϕα

loglog

loglogtan

−

−== (22)

Lf – konečná meraná dĺžka na Rf, mm

Ls – konečná meraná dĺžka na Rs, mm

Rf – konečná meraná hodnota napätia, MPa

Rs – začiatočná meraná hodnota napätia, MPa

Sf – plocha prierezu na Rf, mm2

Ss – plocha prierezu na Rs, mm2

φf – integrálna deformácia pri Rf

φs – integrálna deformácia pri Rs

tan α – smernica krivky deformačného spevnenia

n – exponent deformačného spevnenia

f) výpočet koeficientu normálovej anizotropie

3

3

10

0

∑== i

ibb b0 – počiatočná meraná šírka, mm (23)

3

3

10

0

∑== i

iss s0 - konečná meraná hrúbka, mm (24)

Lb

sLbs

.

.. 000= (25) 3

3

1∑

== iib

b (26)

49

0

lnb

bb =ϕ (27)

0

lns

ss =ϕ (28)

s

bRϕϕ

= (29)

L0 – počiatočná meraná dĺžka, mm

L – konečná meraná dĺžka, mm

b – konečná meraná šírka, mm

s – začiatočná meraná hrúbka, mm

ϕb - integrálna deformácia v smere šírky, -

ϕs - integrálna deformácia v smerehrúbky, -

R – koeficient normálovej anizotropie, -

( )90450 .24

1RRRR ++= (30)

3.3 Erichsenova skúška hlbokoťažnosti

Princíp a postup skúšky je popísaný v kapitole 1.3.2. Skúšobné vzorky sú odobrané

z prístrihov o rozmeroch 0,7x1280x1280. Odoberú sa tri vzorky z každej šarže materiálu

v práci označených ako šarža 068 a 121. Skúška sa realizuje taktiež na zariadení EMIC DL

10000, na ktorom po vymenení čeľustí sa Erichsenova skúška hlbokoťažnosti môže

vykonávať.(obr.3.6) Rozmery skúšobných vzoriek 90 x 90 mm.

50

Obr. 3.6

Skúška hlbokoťažnosti podľa Erichsena

Vyhodnotením skúšky je porovnanie nameraných hodnôt s vyhodnocovacím grafom na

určenie hlbokoťažnosti rôznych hrúbok materiálu (príloha 1) a zároveň vizuálne

zhodnotenie vzniknutej trhliny.

3.4 Skúšky pevnosti zvarov

Skúška pevnosti zvarov je vykonaná z rovnakých šarží materiálu aké sú použité na

zisťovanie mechanických vlastností pri statickej skúške ťahom. Vzorky určené na skúšku

pevnosti sa vyhotovia podľa normy VW 011 05-1:0404. (Obr. 3.7)

Postup:

- vzorky sa pripravia preplátovaním dvoch plechov z rozostupom bodov min.

12mm

- vzorky označené 1 – 4 sa zvaria bodovým odporovým zváraním na

bodovačke BP50. Parametre zvárania : T = 8 per, I = 9 kA, P = 0,2 Mpa

- na vzorkách 1 a 3 sa vykoná jednoduchá dielenská skúška odlúpením

51

- vzorky 2 a 4 sa vyhodnotia metalugrafickým výbrusom na prístroji NIKON

SMZ 800 zväčšenie 5x, kamera JVC, merané programom a4i Docu

Obr.3.7

Vzorky vyhotovené podľa predpisu v norme

52

4 VÝSLEDKY PRÁCE

4.1 Vyhodnotenie exponentu deformačného spevnenia a normálovej

anizotropie

Podľa postupu uvedeného v metodike (kapitola 3.1) boli z materiálu DX56D+Z

odobrané vzorky z dvoch šarží materiálu (ďalej v práci označené ako vzorka 068 a vzorka

121) spôsobom uvedenom v norme. Všetky vzorky boli skúšané na skúšobnom zariadení

EMIC DL 10000. Výsledky z dvoch vzoriek boli vyhodnotené výpočtom a ďalšie dve

vzorky automaticky pomocou programu skúšobného zariadenia. Namerané a vypočítané

hodnoty sú zaznamenané v tabuľkách (príloha 6).

Obr. 4.1

Grafické vyhodnotenie exponentu deformačného spevnenia

Na grafe (obr. 4.1) je znázornená závislosť priemernej hodnoty exponentu deformačného

spevnenia pre jednotlivé vzorky šarže materiálu 068 a 121.

Pre materiál s označením 068 boli pre jednotlivé vzorky dosiahnuté tieto výsledky:

vzorka č.1 – 0,17

vzorka č.2 – 0,2

Pre materiál s označením 121 boli pre jednotlivé vzorky dosiahnuté tieto výsledky:

Exponent deforma čného spevnenia

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

1 2

vzorka č.

n (-

) 121

068

53

vzorka č.1 – 0,22

vzorka č.2 – 0,23

Normou stanovená hodnota exponentu deformačného spevnenia pre daný materiál je 0,21.

Podľa rozdelenia uvedeného v kapitole 1.5.3 môžeme zaradiť vzorky 068 medzi plechy

z nízkou tvárniteľnosťou a pri porovnaní s normou vzorky 068 nedosahujú honotu 0,21, čo

znamená, že vzorky nie sú vhodné na lisovanie technológiou hlbokého ťahu.

Vzorky 121 môžeme zaradiť medzi plechy s dobrou tvárniteľnosťou a pri porovnaní

s normou sú vhodné na lisovanie technológiou hlbokého ťahu.

Tab.4.1 Hodnoty exponentu deformačného spevnenia

Označenie n0 (-) n45 (-) n90 (-) n (-) Vzorka 1/121 0,191 0,243 0,226 0,22 Vzorka 1/068 0,164 0,168 0,168 0,17 Vzorka 2/121 0,215 0,234 0,247 0,23 Vzorka 2/068 0,195 0,205 0,210 0,2

V tabuľke 4.1 sú uvedené dosiahnuté hodnoty exponentu deformačného spevnenia pre

rôzne smery valcovania (0°, 45°, 90°), v poslednom stĺpci sú uvedené priemerné hodnoty

na základe ktorých možno povedať, že vzorky s označením 121 možno vyhodnotiť ako

vhodnejšie na lisovanie hlbokým ťahom.

Obr. 4.2

Grafické vyhodnotenie súčiniteľa normálovej anizotropie

Súčinite ľ normálovej anizotropie

0,370,380,390,4

0,410,420,430,440,450,460,47

1 2

vzorka č.

r (-

) 121

068

54

Na grafe (obr. 4.2) je znázornená závislosť priemernej hodnoty súčiniteľa normálovej

anizotropie pre jednotlivé vzorky šarže materiálu 068 a 121.

Pre materiál s označením 068 boli pre jednotlivé vzorky dosiahnuté tieto výsledky:

vzorka č.1 – 0,4

vzorka č.2 – 0,46

Pre materiál s označením 121 boli pre jednotlivé vzorky dosiahnuté tieto výsledky:

vzorka č.1 – 0,43

vzorka č. 2 – 0,46

Tab.4.2 Hodnoty súčiniteľa normálovej anizotropie

Označenie r0 (-) r45 (-) r90 (-) r(-) Vzorka 1/121 0,441 0,41 0,435 0,43 Vzorka 1/068 0,376 0,427 0,391 0,4 Vzorka 2/121 0,4673 0,4571 0,47 0,46 Vzorka 2/068 0,5034 0,4077 0,4735 0,46

V tabuľke 4.2 sú uvedené dosiahnuté výsledky súčiniteľa normálovej anizotropie pre rôzne

smery (0°, 45°, 90°), v poslednom stĺpci sú uvedené priemerné hodnoty pre jednotlivé

vzorky. Posúdenie vhodnosti plechu z hľadiska súčiniteľa normálovej anizotropie môžeme

vykonať pri porovnaní s normou, kde pre daný materiál je hodnota súčiniteľa 1,9. Môžeme

konštatovať, že síce vzorka 121 dosiahla vyššie hodnoty avšak tieto hodnoty sa

nepribližujú k hodnote predpísanej normou. Z toho vyplýva, že pri vyhodnotení vzoriek na

súčiniteľ normálovej anizotropie ani jedna zo skúšaných vzoriek nie je vhodná na lisovanie

hlbokým ťahom.

55

4.2 Vyhodnotenie hlbokoťažnosti podľa Erichsena

Graf priebehu...

9

9,5

10

10,5

11

11,5

1 2 3

Číslo merania

Eric

hsen

Inde

x

Materiál 068

Materiál 121

Obr. 4.3

Grafické vyhodnotenie skúšky hlbokoťažnosti

Pri skúške hlbokoťažnosti podľa Erichsena boli dosiahnuté tieto výsledky (obr. 4.3):

Pre vzorky s označením 068 boli namerané hodnoty 10,14; 9,79; 10,76. Pri porovnaní

týchto hodnôt s grafom (príloha 1), kde pre danú hrúbku materiálu má byť hĺbka vtlačku

približne 10,3 mm možno povedať, že uvedený materiál má dobrú hlbokoťažnosť.

U vzoriek s označením 121 boli zistené hodnoty: 11,05; 11,11; 11,10. Pri porovnaní

hodnôt s grafom sú výsledky vyhovujúce a uvedená vzorka dosahuje lepšiu hlbokoťažnosť.

Pri vizuálnom zhodnotení jednotlivých vzoriek nemožno jednoznačne určiť, ktorá vzorka

má lepšiu hlbokoťažnosť. Všetky vzorky majú pekne vytvorenú trhlinu v tvare vrstevnice.

Obr. 4.4

Vzorky po skúške hlbokoťažnosti

56

4.3 Vyhodnotenie zo skúšok pevnosti

Obr. 4.5

Vzorka 068 po dielenskej skúške pevnosti

Obr. 4.6

Vzorka 121 po dielenskej skúške pevnosti

57

Vzorky po metalugrafickom výbruse:

Obr. 4.7

Metalugrafický výbrus vzorky 068

Obr. 4.8

Metalugrafický výbrus vzorky 121

58

tL - hĺbka vniknutia zvarového bodu

ts - rozmer medzery

dE 1,2 - priemer vtlačení

tE 1,2 - priemer vniknutia

t 1,2 - hrúbka materiálu

Pri dielenskej skúške pevnosti boli namerané pre jednotlivé vzorky tieto hodnoty:

vzorka 068 obr. 4.5 : ø 5,9 mm, ø 5,9 mm

vzorka 121 obr. 4.6 : ø 5,9 mm, ø 6,4 mm

Pri metalugrafickom výbruse týchto vzoriek pre jednotlivé vzorky boloi zistené hodnoty:

vzorka 068 obr. 4.7 : priemer šošovky 4,65 mm

vzorka 121 obr. 4.8 : priemer šošovky 5,06 mm

Pri posúdení pevnosti bodových zvarov na základe dielenskej skúšky pevnosti a na základe

metalugrafického výbrusu podľa normy, kde pre danú hrúbku materiálu je pevnosť min.

3,6 mm možno vyhodnotiť obe vzorky ako vyhovujúce.

59

6 NÁVRH NA VYUŽITIE

V súčasnosti spotreba pozinkovaných plechov medzi ktoré patrí aj materiál

DX56D+Z neustále narastá a preto vzniká problém s dodávkami materiálu. Je potrebné

nakupovať materiál od viacerých dodávateľov, to znamená, že materiál môže mať odlišné

mechanické vlastnosti a tým pádom sa pri lisovaní aj ináč správa. Preto podnetom k tejto

práci bolo porovnanie mechanických vlastností materiálu a následné vyhodnotenie.

Výsledky tejto práce by mali byť podkladom pre oddelenie nákupu v danej firme na nákup

najvhodnejšej šarže materiálu určeného pre lisovanie výrobkov technológiou hlbokého

ťahania. Zároveň by som chcel odporučiť aby sa v organizácii, v ktorej sa experimenty

uskutočnili venovala väčšia pozornosť zisťovaniu hlbokoťažnosti Erichsenovou skúškou

nakoľko v súčasnosti je vyhodnotenie z tejto formy skúšania materiálu nevyužitá.

60

7 ZÁVER

V súčasnosti je automobilový priemysel najviac sa rozvíjajúcim odvetvím nášho

hospodárstva. Neustály rast v počte vyrobených vozidiel za rok a silná konkurencia núti

dodávateľské firmy k zvyšovaniu produktivity a k zvýšenej kvalite výrobkov. Materiálové

zásobovanie podniku je mimoriadne dôležitý proces, ktorý môže dramaticky ovplyvniť

celý výrobný proces. Ide predovšetkým o včasné dodanie požadovaného množstva

materiálu v determinujúcej kvalite. Spotreba plechov neustále narastá a preto vzniká

problém s dodávkami materiálu. Pri zmene dodávateľa materiálu je proces zisťovania jeho

mechanických vlastností nevyhnutným článkom výrobného reťazca. Hlavným cieľom

diplomovej práce bolo posúdenie mechanických vlastností materiálu, v podobe odobraných

vzoriek z prístrihov rôznej šarže v práci označovaných ako vzorka 068 a vzorka 121.

Nosnou súčasťou určenia mechanických vlastností bolo vyhodnotenie zo statickej skúšky

jednoosým ťahom a následné určenie exponentu deformačného spevnenia a normálovej

anizotropie.

Z hľadiska lisovateľnosti je známy poznatok z praxe, že pre určenie lisovateľnosti

materiálu je potrebné aby podiel Re/Rm bol čo najnižší pri súčasne najväčšej ťažnosti A. pri

posúdení vzoriek má podľa tohto kritéria lepšiu lisovateľnosť vzorka 121. Pri určovaní

vzoriek na exponent deformačného spevnenia boli zistené hodnoty, z ktorých pri porovnaní

s rozdelením uvedeným v kapitole 1.5.3 vyplýva, že vzorku s označením 068 môžeme

zaradiť medzi plechy s nízkou tvárniteľnosťou a vzorky s označením 121 zaradíme do

skupiny plechov s dobrou tvárniteľnosťou.. Pri porovnaní dosiahnutých výsledkov z

normou STN EN 10346:2009, ktorá udáva hodnotu exponentu deformačného spevnenia

pre plech DX56D+Z rovný 0,21 vyplýva, že vzorka s označením 068 nedosahuje uvedenú

hodnotu, vzorka 121 vyhovuje normou stanovenej požiadavke. Pre vyhodnotenie

súčiniteľa normálovej anizotropie je normou predpísaná hodnota 1,9 z čoho vyplýva, že

výsledky z vykonaných skúšok nedosahujú hodnotu predpísanú v norme, čo znamená, že

vzorky vzhľadom na posúdenie súčiniteľa normálovej anizotropie nevyhovujú.

Vyhodnotenie Erichsenovej skúšky hlbokoťažnosti je vykonané porovnaním hodnôt

s hodnotami vtlačení, ktoré nám udáva graf .(príloha 1). Z grafu vieme stanoviť

požadovanú hodnotu pre hrúbku materiálu 0,7 mm. Hodnota by sa mala pohybovať pri

hranici 10,3 mm. Vzorky 068 majú hodnoty blízke požadovanej hodnote, vzorky 121 sú

pomerne vyššie od požadovanej hodnoty, čo znamená, že vzorka 121 má lepšie vlastnosti

na lisovanie technológiou hlbokého ťahu. Pri vizuálnom posúdení vzoriek nie je možné

61

jednoznačne určiť lepšiu vzorku. Všetky vzorky majú pekne vytvarovanú trhlinu v podobe

vrstevnice. Normou predpísaná hodnota priemeru zvaru je 3,6 mm. Táto hodnota bola

prekročená,z čoho vyplýva, že skúšané vzorky vyhovujú.

Skúšky popísané v tejto práci pomáhajú oddeleniam logistiky a kvality vo

výrobných podnikoch k slabému článku výrobného reťazca. Implementáciou Erichsenovej

skúšky hlbokoťažnosti do procesu kontroly vstupného materiálu podniky znížia množstvo

nepodarkov, skrátia výrobný cyklus a v konečnom dôsledku zlepšia svoje trhové

postavenie v konkurenčnom prostredí.

62

8 ZOZNAM POUŽITEJ LITERATÚRY A ZDROJOV DOSTUPNÝCH

ON LINE

BALLA, J. - MIKUŠ, R. - CVIKOVÁ, H. 2003, Náuka o materiáloch (Návody na

cvičenia). Nitra : Slovenská poľnohospodárska univerzita vo vydavateľstve SPU, 2003. s.

162, ISBN 80-8069-217-3

HRIVŇÁK, A. – EVÍN, E. – SPIŠÁK, E. 1990, Technológia plošného tvárnenia.

Bratislava : Alfa, 1990. s. 264, ISBN 80-05-00439-7

PUŠKÁR, A. – MICHEĽ, J. – PULC, V. 1981, Náuka o materiáli I. Bratislava : Alfa,

1981. s. 286

SEČKÁR, P. 1988. Náuka o materiáloch, druhé vydanie. Bratislava : Príroda, 1988. s. 96

VELES, P. 1985. Mechanické vlastnosti a skúšanie kovov. Bratislava : Alfa, 1985. s.408

STN EN 10002-1: 2002. Kovové materiály – Skúška ťahom – Skúška ťahom pri teplote

okolia, s. 11

STN EN 10346: 2009. Kontinuálne žiarovo pokovované pásy a plechy z nízkouhlíkovej

ocele na tvárnenie za studena, s.2

MARTINKOVI Č, M. , ŽÚBOR, P. Mechanické skúšky a defektoskopia materiálov.

Bratislava : STU v Bratislave, 2005., s. 145, ISBN 80-227-217-6

MARTINEC, Ľ., PULC, V., BRODŇAN, L., KRÁTKY, I., ŠIMKOVIČ, M., MURÁNYI,

Š., 1982. Náuka o materiáli. Bratislava : SVŠT, 1982. s. 227

VYSOKÝ, A. – MISTERKA, P. 1977.Náuka o materiály, Bratislava : Príroda, 1977,

s.147.

HRUBÝ, M. 2008. Simulácia procesu hlbokého ťahania výťažku a optimalizácia

technologického procesu : diplomová práca. Bratislava : STU SjF, 2008.107 s.

KÉRY, M. 2008. Použitie nových typov elektród pri bodovom odporovom zváraní

pozinkovaných plechov z ocele typu DP 600 : diplomová práca. Bratislava : STU SjF,

2008. 81 s.

Statická skúška ťahom. 2006 [online], aktualizované 2006. [cit. 2010-04-30]. Dostupné na:

<http://www.matnet.sav.sk/index.php?ID=9/>.

Metody zkoušení kovových materiálú. 2005 [online], aktualizované 2005. [cit. 2010-04-30].

Dostupné na:

<http://fast10.vsb.cz/206/Laborator/Downloads/Stav/Cviceni/Cvi12/cvi12.pdf/>.

63

STRÁNSKÝ, L. – MOLLIKOVÁ, E. – SEDLÁČEK, J. 2002. Zkouška tahem, Studijní

opora předmětu Nauka o materiálu vyučovaného v kombinovaném bakalářském studiu

[online]. B.m. : b.v., 2002 [cit. 2010-04-30]. 23 s. Dostupné na:

<http://jaja.kr.vutbr.cz/~janirek2/dok/materialy/tahovka.pdf/>

TOMČÍK, P. – TROJAN, R. 2007. Laboratorní cvičení pro předmět Teorie tváření,

[online]. Ostrava : 2007, [cit. 2010-04-30]. 66s. ISBN 978-80-248-1342-4, 66 s. Dostupné

na: <http://www.lit.vsb.cz/U%C4%8Debn%C3%AD%20texty/Skripta-

Teorie%20Tv%C3%A1%C5%99en%C3%AD.pdf/>.

Analytické a experimentálne metódy predikcie ukazovateľov lisovateľnosti tenkých

plechov. 2008 [online], aktualizované 2008. [cit. 2010-04-30]. Dostupné na:

<http://fstroj.uniza.sk/web/kame/personalweb/donic.html#don02/>.

Vybrané poznatky z hodnotenia mechanických vlastností tenkých plechov. 2006 [online],

aktualizované 2006. [cit. 2010-04-30]. Dostupné na:

<http://www.sjf.tuke.sk/transferinovacii/pages/archiv/transfer/9-2006/pdf/128-131.pdf/>

Hodnotenie mechanických vlastností tenkých plechov. 2003 [online], aktualizované 2003.

[cit. 2010-04-30]. Dostupné na:

<http://www.sjf.tuke.sk/transferinovacii/pages/archiv/transfer/6-2003/pdf/175-177.pdf/>.

Tvárniteľnosť a dynamické charakteristiky ocele vhodnej pre hlboké ťahanie. 2006

[online], aktualizované 2006. [cit. 2010-04-30]. Dostupné na:

<http://www.nanocon.cz/data/metal2006/sbornik/papers/61.pdf/>

64

9 PRÍLOHY

Príloha 1 Graf na posúdenie hlbokoťažnosti - Erichsen

65

Príloha 2 Protokol Erichsenovej skúšky hlbokoťažnosti – vzorka 068

66

Príloha 3 Protokol Erichsenovej skúšky hlbokoťažnosti – vzorka 121

67

Príloha 4 Protokol zo skúšky normálovej anizotropie (vzorka 121)

68

Príloha 5 Protokol zo skúšky normálovej anizotropie (vzorka 068)

69

Príloha 6 Tabuľky nameraných hodnôt zo statickej skúšky ťahom, určenie

exponentu deformačného spevnenia a normálovej anizotropie

Tab. 9.1a – vzorky 0º

Označenie vzorky

b01

(mm) b02

(mm) b03

(mm) b0

(mm) s01

(mm) s02

(mm) s03

(mm) s0

(mm) S0

(mm2) Fe (N)

RP0,2 (MPa)

Vzorka 1/121 20,00 20,01 20,01 20,007 0,70 0,70 0,70 0,700 14,00 2325 166,0 Vzorka 1/068 20,01 20,01 20,00 20,007 0,74 0,74 0,74 0,740 14,80 2576 174,0 Vzorka 2/121 20,01 20,01 20,02 20,013 0,68 0,68 0,68 0,680 Vzorka 2/068 20,01 20,01 20,02 20,013 0,75 0,75 0,75 0,750

Tab. 9.2a – vzorky 45º

Označenie vzorky

b01

(mm) b02

(mm) b03

(mm) b0

(mm) s01

(mm) s02

(mm) s03

(mm) s0

(mm) S0

(mm2) Fe (N)

RP0,2 (MPa)

Vzorka 1/121 20,00 20,00 20,00 20,000 0,71 0,71 0,71 0,710 14,20 1889 133,0 Vzorka 1/068 20,00 20,01 20,00 20,003 0,74 0,74 0,74 0,740 14,80 2531 171,0 Vzorka 2/121 20,01 20,01 20,01 20,010 0,68 0,68 0,68 0,680 Vzorka 2/068 20,01 20,01 20,01 20,010 0,75 0,75 0,75 0,750

Tab. 9.3a – vzorky 90º

Označenie vzorky

b01

(mm) b02

(mm) b03

(mm) b0

(mm) s01

(mm) s02

(mm) s03

(mm)

s0

(mm)

S0 (mm2

) Fe (N)

RP0,2 (MPa)

Vzorka 1/121 20,00 20,00 20,01

20,003 0,74 0,74 0,74

0,740 14,80

1969 133,0

Vzorka 1/068 20,01 20,00 20,01

20,007 0,75 0,75 0,75 0,75 15,01

2587 172,4

Vzorka 2/121 20,01 20,01 20,01

20,010 0,68 0,68 0,68

0,680

Vzorka 2/068 20,00 20,01 20,01

20,007 0,74 0,74 0,74

0,740

70

Tab. 9.1b – vzorky 0º

Fm (N)

Rm (MPa)

L0 (mm)

∆LMP (mm) A(%)

∆Le (mm)

Ls (mm)

∆Lm (mm)

Lf (mm)

Ss (mm2)

Sf (mm2)

Rs (MPa)

4113 294,0 80 38,400 48,0 0,2900 80,290 19,1400 99,14 13,9541 11,3009 166,6018 4266 288,0 80 39,760 49,7 0,2160 80,216 19,1600 99,16 14,7651 11,9443 174,4698 Tab. 9.2b – vzorky 45º

Fm (N)

Rm (MPa)

L0 (mm)

∆LMP (mm) A(%)

∆Le (mm)

Ls (mm)

∆Lm (mm)

Lf (mm)

Ss (mm2)

Sf (mm2)

Rs (MPa)

4320 292,0 80 40,240 50,3 0,2380 80,238 19,7000 99,7 14,1579 11,3942 133,3957 4205 284,0 80 41,120 51,4 0,2400 80,240 19,4000 99,4 14,7582 11,9135 171,5130 Tab. 9.3b – vzorky 90º

Fm (N)

Rm (MPa)

L0 (mm)

∆LMP (mm) A(%)

∆Le (mm)

Ls (mm)

∆Lm (mm)

Lf (mm)

Ss (mm2)

Sf (mm2)

Rs (MPa)

4232 286,0 80 40,240 50,3 0,2300 80,230 19,7000 99,7 14,7600 11,8776 133,3824 4358 290,0 80 37,520 46,9 0,2150 80,215 19,6000 99,6 14,9648 12,0522 172,8633

Tab. 9.1c – vzorky 0º

φs (-) φf (-) n (-) L (mm) s (mm) b (mm) φb (-) φs (-) r0 (-) 0,003618 0,214506 0,191 92,17 0,634 19,15 -0,04376 -0,09903138 0,441909 0,002696 0,214708 0,164 92,23 0,667 19,24 -0,03907 -0,10386014 0,376218 →EMIC 0,215 →EMIC 0,4673 →EMIC 0,195 →EMIC 0,5034

Tab. 9.2c – vzorky 45º

φs (-) φf (-) n (-) L (mm) s (mm) b (mm) φb (-) φs (-) r45 (-) 0,002971 0,220139 0,243 92,18 0,642 19,19 -0,04134 -0,10067667 0,410651 0,002996 0,217125 0,168 92,31 0,669 19,16 -0,04307 -0,10086613 0,427043 →EMIC 0,234 →EMIC 0,4571 →EMIC 0,205 →EMIC 0,4077 Tab. 9.3c – vzorky 90º

φs (-) φf (-) n (-) L (mm) s (mm) b (mm) φb (-) φs (-) r90 (-) 0,002871 0,220139 0,226 92,04 0,671 19,17 -0,04255 -0,09788105 0,434736 0,002684 0,219136 0,168 92,16 0,677 19,22 -0,04011 -0,10240193 0,391732 →EMIC 0,247 →EMIC 0,47 → EMIC 0,210 →EMIC 0,4735