CZ296833B6

CZ296833B6 - Zpusob pro formování kovových obrobku tvárením zastudena

Info

Publication number: CZ296833B6
Application number: CZ20013309A
Authority: CZ
Inventors: Cavaliere@David; Begue@Denis
Original assignee: Dacral S. A.
Priority date: 1999-03-15
Filing date: 2000-03-15
Publication date: 2006-06-14
Also published as: AU3298500A; BR0009003A; PL198112B1; DE60000228D1; WO2000054907A1; CA2368062A1; HUP0200233A2; KR100602897B1; FR2790983B1; TR200102686T2; EP1159097A1; ATE219397T1; DE60000228T2; CA2368062C; ES2177512T3; PL354612A1; FR2790983A1; MXPA01009377A; EP1159097B1; JP2002538969A

Abstract

Zpusob pro formování kovových obrobku tvárením zastudena zahrnuje mechanické nanásení vrstvy zalozené na metalickém, kovovém, zinku na volný povrch polotovaru vyrábeného obrobku a tvárení tohoto obrobku plastickým pretvárením.

Description

Způsob pro formování kovových obrobků tvářením za studená (57) Anotace:

Způsob pro formování kovových obrobků tvářením za studená zahrnuje mechanické nanášení vrstvy založené na metalickém, kovovém, zinku na volný povrch polotovaru vyráběného obrobku a tváření tohoto obrobku plastickým přetvářením.

Způsob pro formování kovových obrobků tvářením zá studená

Oblast techniky

Předložený vynález se obecně týká formování kovových obrobků tvářením za studená.

Dosavadní stav techniky

Mezi rozmanitými postupy tváření za studená je možno uvést především zmínku o protlačování či průtlačném lisování, extruzi, kovů nebo kování za studená, což odpovídá tvářecímu postupu, jenž spočívá ve vytvoření hmoty kovového toku pod stlačovací silou mezi lisovníkem a lisovnicí. Tímto způsobem je možno získat rozmanité obrobky s dobře definovaným geometrickým tvarem. Tento typ tváření vyžaduje vertikální či horizontální lisy, zahrnující jedno či více pracovních stanovišť vybavených vlečníky nebo bez nich.

Další technika tváření za studená, podobná extruzi, je známa jako lisování za studená. V tomto případě jsou jeden nebo více tvářecích kroků prováděny v jediném zařízení celkově horizontálních zařízeních, zahrnujících jedno nebo více stanovišť. Do těchto pracovních stanovišť je obecně dodáván kovový drát, který prochází plastickým přetvářením za sil, jež jsou celkově nižší, než v případě čisté extruze.

Nakonec je možno zmínit, pomocí příkladu postupu tváření za studená, tažení dráhy, které ve skutečnosti vytváří meziprodukt či krok hrubého předběžného tváření, vycházející z cívky drátu, aby se dosáhlo délek s menšími průměry, s nimiž se obecně počítá k dodávání do stanice lisováním za studená. Tento typ tváření se používá hlavně proti proudu linky na výrobu šroubů a matic.

Tato technika tváření za studená je použitelná pro velmi velké množství ocelí a obecně neželezných slitin. Obecně jsou dané činnosti prováděny za okolní techniky, počínaje sě špalíky kovu, polotovary nebo předlisky, které prošly specifickým přípravným pracovním postupem.

Jako příklad typů možného tváření za studená je možno zmínit zplošťování, předlisování, protlačování, dopředu či protlačování zpětné, protisměrné, dutá nebo „v podélné řadě“ dopředná extruze, protlačování do stran, roztahování, kovářské pěchování, obrábění na přesný rozměr či dokonce kuželové tváření.

Protlačovatelné ocele schopné procházet takovými přetvářeními za studená spadají do různých kategorií, zejména nelegované ocele obecného použití, ale přednostně speciální nelegované ocele pro tepelná zpracování, obecně jemné uhlíkové ocele, zvláště slitinové ocele pro tepelná zpracování, nerezavějící ocele či mikroslitinové ocele. Posledně uvedené mohou být tvářeny za studená bez žíhání a získávají opracováním za studená vysoké úrovně mechanické pevnosti, ač si stále ještě podržují přijatelnou reziduální kujnost.

Jednou z hlavních potíží k řešení v kontextu této techniky tváření za studená kovových obrobků je potřeba před tvářením provádět povrchová předběžná zpracování, obvykle obsahující za sebou jsoucí činnosti, jež jsou poměrně dlouhé a drahé, někdy se obtížně provádějí a jejich činnost není zcela uspokojující.

Kvalita povrchových zpracování, například zpracování specifických pro extruzi, určuje dobrý výsledek po tvářecích úkonech. Hlavním cílem těchto povrchových zpracování před tvářením je ovšem zmenšit, jak jen je to možné, třecí síly vyvíjené při obrábění.

Jsou to přesně síly obsažené v operacích tváření za studená tohoto typu, jež vytváří hlavní překážkou pro rozvoj protlačovacích technik.

-1 CZ 296833 B6

Je tedy podstatné dokázat snížit třecí síly, aby Se předešlo zadržení obrobku, jak jen to je možné, k omezení dávky potřebné k extruzi a k minimalizaci potřeby obrábění.

Tyto činnosti předběžného zpracování, hlavně založené na mazání špalíků kovu či předlisků, musí být prováděny mezi dvěma následujícími tvářícími operacemi, ať obrobky procházejí žíháním, či nikoli.

V případě uhlíkových ocelí či nízkolegovaných ocelí předběžné zpracování nejprve obsahuje alkalické čištění a odřezování v kyselině sírové v přítomnosti nějakého inhibitorů, účelem čehož je omezit napadení kovu samotného, potom fosfátování a nakonec vlastní mazání.

Účelem kroku fosfátování je zformovat první, celkově porézní, adhezní vrstvu fosforečnanu zinečnatého, s níž se počítá pro přijetí mazadla. Nanášení tohoto mazadla, celkově se skládajícího ze stearatu zinečnatého, vzniklého z rekce mýdel, jež reagují s vrstvou fosforečnanu zinečnatého, se v praxi obtížně ovládá. Je to proto, že je nutné ušít na míru tloušťku vrstvy stearatu zinečnatého podle mechanických zátěží, jimiž bude tvářený obrobek vystaven. Toto přizpůsobení je těžké ovládat, protože obsahuje řízení chemické reakce, jež se rozvíjí v hloubce a v tloušťce nanesených vrstev a přičemž dotyčná reakční doba činí několik hodin.

Následná mazací operace celkově obsahuje ponoření předem fosfátového materiálu do horkých lázní reaktivních mýdel. Avšak toto spojování mezi vrstvou fosforečnanu zinečnatého a vrstvou stearatu zinečnatého může zůstat nedostatečným pro vyhnutí se jakémukoli kontaktu mezi kovovým obrobkem a daným zařízením, nářadím.

Jestliže nebude vrstva stearatu zinečnatého dostatečná, pak musí být použity jiné, složitější, mazací produkty, jež vyžadují dostatečné operace nanášení, ponořováním, obrobků anebo jinak nastříkáním, nejen na obrobky, ale též na dané zařízení. Tyto operace vyžadují stálé sledování koncentrace mazacího roztoku a teploty nanášení, aby se dosáhlo plášťů, jež jsou naneštěstí celkově zcela nepravidelné.

V předchozí technice se považovalo za neodmyslitelné provedení předchozího kroku fosfátování, aby se umožnila jak dobrá adheze, tak zformování stearatu zinečnatého, plnícího funkci mazadla pro obrobek ke tváření. V množství aplikací a hlavně v kontextu lisování za studená je nutné, pro zformování obrobku, ho odfosfátovat před provedením tepelného zpracování, aby se předešlo jakémukoli riziku difundování fosforu do ocele. Taková tepelná zpracování, celkově prováděná za teplot okolo 850 až 900 °C, jsou podstatná a skutečně vedou k modifikacím struktury formovaných obrobků. Tento nedostatek předchozí techniky, spojený s potřebou muset provádět krok odfosfátování před zpracováním teplem, je obzvláště závažný v případě výroby šroubů a matic, jde je pozorován, že problémy z křehnutí obrobků, s nimiž se počítá k vystavení stálým tlakům, vedou často k praskání materiálu únavou.

Podstata vynálezu

Předmětem předloženého vynálezu je konkrétně snížit, pokud ne přímo eliminovat, výše uvedené nedostatky. Předmětem vynálezu je konkrétně způsob pro formování kovových obrobků tvářením za studená, který se vyznačuje v prvním pracovním postupu mechanickým nanášením vrstvy založené na metalickém, kovovém, zinku na volný povrch vyráběného obrobku,,kde tato vrstva může volitelně obsahovat a/nebo být potažena vrstvou mazadla, aby se následně provedlo formování tohoto obrobku plastickým tvářením kovu.

Tento postup tváření za studená dovolil značné usnadnění jevů plastické deformace omezením zahrnutým třecích sil a eventuálně dokonce zmenšením počtu průběžných kroků během tvářecího postupu.

i

Postup podle vynálezu umožňuje překonat všechny nedostatky spojené s užitím předběžného zpracování fosfátováním kovových polotovarů či špalíků. Nakonec se potvrzuje, že obrobky vyráběné takovým tvářecím postupem, obsahujícím mechanické a předběžné Umístění vrstvy založené na metalickém zinku, umožňují získávat produkty, jejichž únavový životnost je prodloužena.

V závislosti na použitém postupu tváření může stačit nanést na kovový špalík pouze jedinou vrstvu, založenou na metalickém zinku, na jeho volný povrch. Taková vrstva ze zinku či obecněji ze slitiny zinku-železa, či i směsi částic zinku a železa, může být nanášena v kontextu předloženého vynálezu v množství mezi 50 a 250 mg/dm² přidávaného kovu. Pro jisté zvláštní aplikace mohou postačovat i menší nanesení množství.

Taková vrstva může být sama dostatečná ke splnění mazací funkce pro operace tváření za studená, při nichž je kov plasticky přetvářen poměrně nízkými silami. :

Přednostně je tato vrstva založená na metalickém, kovovém zinku nanášena mechanický, otryskáváním ocelovými broky, částicemi, drtí apod., majícími alespoň jednu vnější vrstvu obsahující buď čistý zinek, nebo na zinku založenou slitinu. . ^:

Takové mechanické nanesení vrstvy založené na metalickém zinku může být. též prováděno otryskávací operací pomocí směsi ocelových broků a broků obsahujících ocelové jádro a majících na povrchu alespoň jednu vnější vrstvu založenou na slitině zinku či vnější vrstvu z čistého zinku.

Konečně tohoto mechanického nanesení vrstvý založené na metalickém zinku může též dosaženo otryskáváním pomocí broků, založených v podstatě na slitině železa, přičemž ošlehávání se provádí v přítomnosti zinkového prášku či zinkové krupice, jež jsou tudíž nanášeny důsledkem mechanického účinku tohoto ošlehávání.

Pojmy krok či mikrobrok, částice či mikročástice, zde použité v kontextu tohoto vynálezu k popisu otryskávacích operací, by měly být chápány v širém smyslu, tedy tyto zahrnují všechny typy tvarů částic čí mikročástic, jež jsou šlehány na povrch daných obrobků.

Přehled obrázků na výkresech

Obrázek znázorňuje názorné schéma otryskávacího zařízení, použitého k formování první vrstvy na kovových špalících či předliscích k tváření ža studená.

Příklady provedení vynálezu

Obrázek znázorňuje, že dané zařízení v zásadě zahrnuje broky otryskávací komoru 10, jež může mít například dvě otryskávací turbiny 12, mezi nimiž se pohybují obrobky ke Zpracování. Otryskávací turbiny 12 tudíž šlehají mikrobroky, provedené ze železné či na zinku založené slitiny, na povrchy obrobků ke zpracování, kde to je potřeba v přítomnosti zinkového prachu či kupice. Dolní část této broky, ošlehávací, otryskávací-komory 10 je opatřena zařízením 14 pro recyklování ošlehacích broků či částic. Pak tyto částice pokračují do separátoru 16 velikostí částic, aby se oddělily částice, jejichž průměr se příliš zmenšil. Takto je odstraněn obzvláště kovový prach 18, vytvářený otryskávacím pracovním postupem. Pokud se užívají jen broky pokryté slitinou zinku a železa, po rozdělení otryskávacích částic podle velikosti, tyto předcházejí do magnetického separátoru 20, jenž umožní rozdělení mezi ocelovými broky s na zinku založenou slitinou a ocelovými broky, jež vyčerpaly zinek, tedy ztratily většinu této na zinku založené slitiny. Broky, jež ztratily zinek, jsou uváděny do původního stavu na stanovišti 22. Po magnetickém separátoru 20 následuje zařízení 24 k měření obsahu zinku v ošlehávacích brocích.

-3T®·'

Ί

V závislosti na tomto měření obsahu zinku může anebo nemusí být nádrž 26 mikročástic s nimiž se počítá s jejich dodávacím do ošlehávacích turbin 12, doplněna čerstvými broky v bodě 28, tedy broky, jež jsou pokryty či znova pokryty zinkem. Přednostně je nádrž 26 rovněž opatřena systémem 30 ovládání úrovně množství.

'

Takto je tedy tímto způsoben možné, aby byla na metalickém zinku založená vrstva mechanicky nanášena spojitým a nepřerušovaným způsobem na povrch špalíků či polotovarů ke tváření.

Takto je vrstva založená na zinku a/nebo slitina zinek/železo anebo směs zinku a železa, naneseío na na povrch kovových špalíků či polotovarů v množství 50 až 250 mg/dm². Tato vrstva není povahou kompaktní, protože je ve skutečnosti výsledkem agregace množství zinkových a/nebo železných částic, jež jí tudíž dodávají druh mikroporézní či provzdušněné struktury. Pro některé operace tvářením za studená může být tato jediná vrstva dostatečná pro účinnou mazací funkci před vlastním postupem tváření.

U jiných aplikací, obsahujících formování obrobků se složitějšími tvary a strukturou, se může ukázat nutné nanést vrstvu mazadla na dříve nanesenou vrstvu, založenou na metalickém zinku. Mazadlo se přednostně nanáší v tekuté formě, což jí umožňuje dobře vniknout 'do podkladové vrstvy. V závislosti na množství užitého mazadla bude zachován druh nasycení předchozí vrstvy 20 založené na metalickém zinku, či úplnější pokrytí, jako je větší tloušťka posledně jmenované.

Množství použitého mazadla se bude tudíž měnit v závislosti na povaze a na přesném tvaru vyráběného obrobku. V praxi to vypadá tak, že takové množství mazadla může být efektivně nanášeno v množství až do 300 mg/dm².

Vrstva mazadla se přednostně nanáší v kapalné formě, buď nastříkáním, nebo ponořením. Mazadlo může být zejména nanášeno v podobě vodní suspenze, založené na grafitových částicích. Je však možné počítat s nahrazením grafitu jinými mazadly, jako je molybdenový disulfid nebo teflon, či dokonce použít vodné roztoky směsných polymerů jako jsou kopolymery styrenanhydrid kyseliny maleinové v prostředí etoxylovaného alkoholu.

Konečně je také možné použít vodní polypropylenovou směs, k níž je volitelně přidán grafitový prášek, nitrid bóru, polytetrafluoroethylen, talekový prášek, stearat zinečnatý a/nebo molybdenový disulfid.

Viskozita těchto roztoků, suspenzí nebo emulzí se tradičně upravuje způsob jako takovým známým, přidáním nezbytných množství emulgátoru a/nebo zahušťovadla. Nakonec je také možné přidat k těmto mazacím kapalinám přísady, jež poskytují další ochranu kovových obrobků.

Po nanesení vrstvy založené na metalickém zinku, případně povolitelně následovaném nanesení 40 vrstvy mazadla, je pak kovový polotovar vystaven pracovnímu postupu tváření, jíínž bude hlavně kování za studená, lisování za studená či tažení drátu.

V praxi bulo možné vyrábět součásti jako hnací a turbinové hřídele prostřednictvím značného omezení třecích a deformačních jevů, často pozorovaných v předchozí technice.

⁴⁵

Takové komponenty poměrně složitých tvarů byl produkovány kováním za studená s používáním lisu s 8000 kN.

Rovněž se připomíná, že válcovité polotovary použité k výrobě těchto komponent mohou být 50 přímo podrobeny první operaci mechanického nanášení vrstvy založené na metalickém zinku otryskáváním broky bez nutnosti provádět pracovní postupy přípravy tohoto kovového polotovaru jako v předchozí technice.

Jako varianta by mělo být zdůrazněno, že postup podle daného vynálezu může volitelně spojit 55 dvě operace, tedy mechanické ukládání na zinku založené vrstvy a nanesení maziva do jednoho a

-4CZ 296833 Β6 téhož kroku. Takto může být počítáno s provedením mechanického nanesení zinku ošleháváním broky, založenými na slitině oceli v přítomnosti zinkového prášku či krupice, míchaných přímo s mazivem v tuhé podobě, také v práškovém stavu, který tvoří například PTFE nebo molybdenový disulfíd.

K dokumentaci výhod poskytovaných postupem vynálezu při srovnání s tradičním předběžným zpracováním fosfátováním, jsou poskytnuty srovnávací výsledky testů simulace tření, v nichž vzorek oceli 21 B3 prochází lokální plastickou deformací použitím vnikového tělíska, provedeného z karbidu tunstenu G30, jak je uvedeno níže. Podmínky tohoto tlaku provádějícího testu jsou požity k simulaci protlačování, extruze, a tažení drátu, což jsou dvě tradiční operace velmi reprezentativní pro formování kovových obrobků tvářením za studená.

Přesné experimentální podmínky pro tento test jsou například zmiňovány v práci nazvané „Lekce ze sympozia: Poslední vývoj k tváření, Fellbach u Stuttgartu, 19. až 20. května 1999, vedené prof. dr. ing. Dr. h.c. Klausem Siegertem, Institut pro technologie tváření, Universita Stuttgart, spolu s Německou společností pro materiály, e.V., 1999“ od MAT-INFO Wekstoff-Informationens-geselschaft mbH, Hamburger Allee 26, D-60486 Frankfurt.

Dále jsou uvedeny porovnávací testy týkající se třecího koeficientu μ⁸⁸, při fosfátování + mýdlo, v porovnání s mechanickým nanesením zinku + mazadla v podobě vodní grafitové suspenze, které j sou v tabulce na následuj ící stránce.

Průměr třecích koeficientů, počítaný pro délky tření mezi 5 a 35 mm	Tažení drátu: CSR^X = 14,7 %, trvalé poměrné prodloužení 0,18, kontaktní tlak =800 MPa	Tažení drátu + protlačování dopředu: CSR^X = 14,7 %, trvalé poměrné prodloužení 0,18, kontaktní tlak = 800 MPa; CSR^X = 31%, trvalé poměrné prodloužení 0,80, kontaktní tlak = 1380 MPa
fosfátování + reaktivní mýdlo	μ = 0,062	μ = 0,10
mechanické nanesení zinku + mazadlo v podobě vodní grafitové suspenze	μ = 0,054	μ = 0,085

Následující porovnávací testy týkající se třecího koeficientu μ⁸⁸, při fosfátování + mýdlo + olej užitý při protlačování, v porovnání s mechanickým nanesením zinku + mazadla v podobě vodní grafitové suspenze + olej užitý při protlačování.

Použitým olejem byl olej MHE 68, splňující specifikace normy ISO 65743/7.

Průměr třecích koeficientů, počítaný pro délky tření mezi 5 a 35 mm	Tažení drátu + protlačování dopředu: CSR^X = 14,7 %, trvalé poměrné prodloužení 0,18, kontaktní tlak =800 MPa; CSR^X = 31 %, trvalé poměrné prodloužení 0,80, kontaktní tlak = 1380 MPa
fosfátování + reaktivní mýdlo + olej použitý během extruze	μ = 0,12
mechanické nanesení zinku + mazadlo v podobě vodní grafitové suspenze + olej použitý během extruze	μ = 0,082

-5CZ 296833 B6

V tabulce je CSR poměr redukce průřezu, tedy CSR je 10Ó (di²—df²)/di² kde je počáteční průměr a df je konečný průměr.

V tabulkách μ označuje koeficient tření, jenž představuje poměr translační ‘síly Ft, ležící v tangenciálním směru k posunutí vnikového tělíska, k síle stlačení Fn vyvíjené vnikovým tělískem v kolmém směru.

Změny postupu podle tohoto vynálezu byly založeny na úpravách hmotnosti mechanicky zinkem potažené vrstvy. Tyto změny byly prováděny mezi 0 mg/dní a 200 mg/dm².

Výsledky studie ukazují, že u jednoduchých operací tažení drátu se v praxi zdá být dostatečnou hmotnost vrstvy zinku 50 mg/dm².

Na druhé straně, u za sebou jdoucích kroků tažení drátu, následovaných dopředným protlačováním, představuje hmotnost vrstvy mezi 50 mg/dm² a 100 mg/dm² optimální hmotnost postupu podle tohoto vynálezu.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims

1. Způsob pro formování kovových obrobků tvářením za studená, vyznačující se tím, že obsahuje mechanické nanášení vrstvy založené na metalickém, kovovém, zinku na volný povrch polotovaru vyráběného obrobku a tváření tohoto obrobku plastickým přetvářením.

I-

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se dodatečným nanesením vrstvy mazadla na dříve nanesenou vrstvu, založenou na metalickém zinku, před tvářecím postupem, i f

3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vy značující se tím, že vrstva založená na metalickém zinku je mechanicky nanášena prostřednictvím ošlehávání broky, majícími alespoň jednu vnější vrstvu zahrnující na zinku založenou slitinu.

· . Ϊ

4. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že vrstva založená na metalickém zinku je mechanicky nanášena ošleháváním pomocí směsi broků, vyrobených z na železe založené slitiny, a broky majícími alespoň jednu vnější vrstvu zahrnující na zinků založenou slitinu.

5. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že vrstva založená na metalickém zinku je mechanicky nanášena ošleháváním broky založenými na slitině železa v přítomnosti zinkového prášku.

6. Způsob podle jednoho z nároků laž5, vyznačující se tím, že je při něm nanášena vrstva mazadla v tekuté podobě, obzvláště použitím tekuté suspenze založené na grafitových částicích.

7. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 5, v y z n a č u j í c í se tím, že vrstva mazadla je nanášena v tuhé podobě, obzvláště v podobě molybdenového disulfidu anebo teflonu.

8. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že mechanicky nanesený povlak, formující vrstvu založenou na metalickém zinku, se skládá ze zinkových částic, směsi zinkových částic a železných částic, či jiných částic slitin zinku a železa, přednostně v množství od 50 do 250 mg/dm².

-6CZ 296833 B6

L

9. Způsob podle jednoho ž nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že použitá vrstva mazadla může činit až 300 mg/dm².

10. Způsob podle jednoho z nároků laž9, vyznačující se tím, že tvářením za 5 studená je postup lisování žá Studená.

11. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že tvářením za studená je postup kování za studená nébo postup protlačování kovu, extruze.

io

12. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že postupem tváření za studená je postup tažení drátu.