Vyšší efektivnost výrobního procesu
V rámci projektu Eureka je technicky řešeno dosažení vyšší efektivnosti výrobního procesu lisovaných dílců. Ve výrobním procesu to znamená nahrazení několika různých technologií výroby přesného dílce technologií jedinou s využitím progresivní technologie tváření, konkrétně předností technologie tváření plošného a objemového za studena.
Prostředky k zefektivnění současné výroby lisovaných dílců
Jedním z důležitých faktů k dosažení vytyčených cílů je výběr technologie výroby lisovaného dílu, aby byly dodrženy všechny i přísně specifikované tolerance. Jak již bylo zmíněno v úvodu tohoto článku, byla k tomuto účelu vybrána progresivní technologie tváření – technologie přesného stříhání. Jednou z velkých předností je právě dodržení konzervativnějších tolerancí. V závislosti na tloušce dílce lze dosáhnout zmíněnou technologií tolerance IT8–IT9. Hlavní výhoda technologie přesného střihu vychází z velikosti střižné vůle pouze 0,5–1 % tloušky stříhaného materiálu oproti konvenčnímu stříhání, kde je střižná vůle 5–10 % tloušky střihaného materiálu, tzn. v některých případech až desetinásobek. V procesu přesného střihu nepůsobí jen jedna síla, jak je tomu u konvenčního střihání, ale celkem tři síly (kromě základní síly – střižné síly – jsou to dále síla nátlačné hrany a síla přidržovací). Kombinací správně zvolené střižné vůle a uvedených tří sil vznikají při procesu přesného střihu tlaková napětí, čímž se dosahuje požadované čistoty „hladkosti“ střižné plochy (téměř bez pásma utržení) a rozměrů v předepsaném tolerančním poli. Při volbě příliš malé střižné vůle vlivem tlakových napětí při střihu a tahových napětí při stírání materiálu to má ovšem velmi negativní vliv na trvanlivost střižníku a v konečném důsledku může dojít k jeho porušení a dosažení konce jeho životnosti.
Správný výběr materiálu funkčních prvků nástroje
Vzhledem k tomu, že se v automobilovém a elektrochemickém průmyslu vyrábí dílce v milionových sériích a nároky na vlastnosti materiálů těchto dílů se také zvyšují, je nutno brát v potaz při zefektivnění výrobního procesu lisovaných dílců správný výběr materiálu funkčních prvků nástroje – nástrojových ocelí s vyšší čistotou nebo vyráběných práškovou metalurgií. Jedny z nejkomplexnějších nástrojových materiálů pro oblast přesného střihu nabízí ocelářské firmy jako Böhler, Uddeholm nebo Zapp. Pro následné zvýšení efektivity a produktivity výrobního procesu je nutné u 99 % střižných elementů použít i vhodný povlak nebo kombinaci několika povlaků, výběr závisí na typu a tloušce stříhaného materiálu, protože tím je dosaženo zvýšení trvanlivosti řádově o více než stovky procent a pozitivnějších vlastností, zejména otěruvzdornosti a odolnosti proti adhezi (vzniku studených spojů při střihu). Posledními důležitými parametry výroby jsou vstupní parametry stroje – nastavení rychlostí (počtu zdvihů, z nich vycházející rychlosti deformace), správně optimalizovaná geometrie dílu a činných částí nástroje pro technologii přesného střihu; výběr vhodného řezného (střižného) oleje. Zmíněné parametry mohou výrazně ovlivnit produktivitu a efektivitu výrobního procesu a navýšit, popř. snížit náklady výroby.
Výzkum a vývoj
Z popsaných důvodů v předchozích odstavcích byl řešiteli tohoto projektu navržen a realizován experimentální program, jehož cílem bylo popsat chování materiálu při technologii přesného střihu. Experimentální program se skládal z mechanického testování s ohledem na další počítačové modelování. Mechanické testy byly provedeny pro namáhání v tlaku na vzorcích odebraných v podélném a příčném směru vyválcovaného a následně vytvrzeného pásu. Vyhodnocením zkoušky byla naměřena napěově deformační křivka materiálu při vhodně zvolených rychlostech zatěžování tak, aby rychlost deformace byla shodná s rychlostmi v reálném procesu. Kritérium porušování materiálu bylo určeno na základě technologické zkoušky, která simulovala reálný proces na zjednodušeném tvaru součásti. Počítačové modelování bylo provedeno metodou konečných prvků v programu Deform 2D a díky vhodně zvolenému zjednodušení součásti na osově symetrickou lze dokonale popsat geometrii s poměrně malým počtem prvků. Přesné stříhání začíná vtlačením přítlačné desky s nátlačnou hranou, následně v sevřeném stavu dochází k vlastnímu stříhání. Pro první část procesu byla použita naměřená data z tlakových zkoušek a pro druhou operaci byla použita data z technologické zkoušky. Na základě optimalizovaného numerického modelu, který vznikl z navrženého experimentu, lze již simulovat i výrazně tvarově složitější dílce bez výroby prototypového nářadí a tím vzniká velká časová a finanční úspora ve vývoji a výrobě postupových nástrojů.
Progresivnější nástrojový materiál a povlaky
Hlavní přínosy řešení uvedeného projektu mají při výrobě přesných lisovaných dílců vést k vyšší produktivitě díky progresivnějším nástrojovým materiálům a povlakům, k vyšší automatizaci výroby (proces výroby dílu bez nutné mezioperační manipulace s automatickou separací hotových dílů a odpadu) snížením výrobních a přípravných časů (odpadá nutnost vícenásobného upínání dílce) a s tím spojenou úsporou nákladů, ke zvýšení bezpečnosti práce zaměstnanců díky snížení manipulace s výrobky a v neposlední řadě k navýšení objemu výroby a s tím souvisejícímu zvýšení zaměstnanosti. Úspora nákladů se ve velké míře promítne také při prototypování s využitím FEM simulace, kdy nebude nutné, jak tomu bylo doposud, vyrobit prototypový nástroj a na něm optimalizovat tvar dílu a činných částí nástroje. Tento článek vznikl v rámci programu Eureka „LF12009 – Výzkum a vývoj nové technologie přesného tváření za studena jako náhrada třískového obrábění“, za podpory Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy České republiky.