Prováděné experimenty

Pro zjištění vlivu řezné technologie na mechanické vlastnosti materiálu byla použita statická zkouška tahem a zkouška rozšiřováním otvoru.

Z důvodu ovlivnění kvality řezné hrany a změny struktury byly zhotoveny také metalografické výbrusy a fotografie řezných hran.

6.3.1. Statická zkouška tahem

Pro zjištění vlivu řezné technologie na mechanické vlastnosti materiálu byla použita statická zkouška tahem dle ČSN EN 10002 - 1. Měření bylo provedeno na trhacím zařízení TIRAtest 2300 (obr. 6.3.1.1.) a k vyhodnocení bylo využito softwaru LabTest v. 3. 12. Počáteční měřená délka je L0=50mm. Velikost deformace byla měřena na externím průtahoměru MFN-A.

Obr. 6.3.1.1. TIRA test 2300

Vzhledem k extrémní pevnosti zkoušených materiálů byl v některých případech zaznamenán prokluz čelistí. Tento problém byl vyřešen zvětšením předpětí vzorku, nebo obroušením pozinkovaného ochranného povlaku.

Pomocí softwaru LabTest v. 3. 12. byly vyhodnoceny mechanické vlastnosti a to mez kluzu Rp0,2, mez pevnosti Rm a tažnost A50. Samostatné hodnocení těchto vlastností je důležité pro pevnostní výpočty. Z hlediska tvářitelnosti se však tyto tři mechanické vlastnosti musí posuzovat společně.

Proto k porovnání vhodnosti použití dané řezné technologie z hlediska tváření bylo využito komplexního ukazatele tvářitelnosti KUT, který je definován vztahem:

Tento ukazatel vzájemně porovnává všechny naměřené mechanické vlastnosti materiálu.

Zkoušky byly u jednotlivých materiálů a technologií provedeny pro 8 vzorků. U některých technologií celkový počet naměřených vzorků klesl

na 6 nebo 7 z důvodu prasknutí zkušebního vzorku mimo průtahoměr. Takto naměřené hodnoty musely být z celkového souboru odstraněny. Další vyhotovení vzorků, které by doplnily stav o 8 vzorcích bylo z ekonomických důvodů zamítnuto.

6.3.1.1. Příprava zkušebních vzorků pro statickou zkoušku tahem

Příprava vzorků (tyček) byla zhotovena dle normy ČSN EN 10002 - 1, ovšem s tím rozdílem, že tepelně či mechanicky ovlivněné plochy nebyly odstraněny obráběním. Ponechána byla struktura a řezná hrana, která

vznikla působením dané řezné technologie. Tyčky (obr. 6.3.1.1.1., obr. 6.3.1.1.2.) byly odebrány ve směru kolmém na směr válcování (90°)

těmito technologiemi: plasmou, laserem, vodním paprskem, broušením a frézováním. Stříhané tyčky nebyly vyrobeny z důvodu vysokých nároků na střižné síly (možnost zničení nástroje a stroje).

a soustružení bylo realizováno v podmínkách Technické univerzity v Liberci.

Při řezání plasmou byl použit pojezdový stůl NESSAP-1600 s plasmovým agregátem Kjellberg – HI FOCUS 160i (38 KW). Jako plasmový plyn byla použita směs kyslíku a dusíku, u které teplota plasmového oblouku dosahuje 8000°C. Šířka řezné spáry byla 1,5 mm a řezná rychlost 2200 mm/min při 2 mm tloušťce plechu.

Laserové řezání bylo provedeno na stroji TRUMPH L3030S s výkonem 3200 W. Plynem potřebným ke vzniku laserové paprsku byla směs oxidu uhličitého, kyslíku, dusíku a helia. Při volbě této směsi se teplota laserového paprsku pohybuje okolo 15000°C. Šířka řezné spáry se pohybuje okolo 0,3 mm s přesností řezu 0,2 mm. Při 2 mm tloušťce plechu byla volena řezná rychlost 3214 mm/min.

Na stroji PTV JETS – 3.8/60 bylo prováděno řezání pomocí vysokotlakého vodního paprsku s řezným tlakem 415 MPa. Jako abrazivo byl volen Korund - 80, který poskytuje přesnost řezu až 0,4 mm, s šířkou řezné spáry 0,9 mm. Řezná rychlost byla volena 400 mm/min při 2 mm tloušťce materiálu.

Při broušení a frézování byly voleny standardní řezné podmínky.

6.3.2. Zkouška rozšiřováním otvoru

Zkouška rozšiřováním otvoru dle Siebela a Pompa byla provedena na hydraulickém lisu CBA 300 (obr. 6.3.2.1.) s plochým tažníkem o průměru 100 mm se zaoblenými hranami (r=10 mm). Při této zkoušce byl sledován okraj rozšiřovaného otvoru a v okamžiku vzniku první radiální trhliny byla zkouška ukončena. Pro tento účel byla instalována videokamera, ze které byl obraz přenášen na obrazovku televizoru, na které byl pozorován průběh zkoušky.

Obr. 6.3.2.1.

Hydraulický lis CBA 300

Kruhové vzorky byly do lisu vkládány tak, aby otřep směřoval směrem od tažníku, protože u takto umístěného polotovaru se trhlina objeví dříve, a jsou tak naměřeny výsledky v méně příznivé poloze.

Výsledkem této zkoušky je velikost lomové tangenciální deformace ϕtl, která je dána vztahem (5.2.1.). Počáteční rozměr d0 byl měřen pomocí posuvného měřítka. Konečný průměr d1 není symetricky kruhový vlivem anizotropie, a proto je nutné určit průměrnou hodnotu d1min a d1max.

Vzhledem k tomu, že u vysokopevnostních plechů dojde vlivem velké pevnosti k výraznému lomu (obr. 6.3.2.2.), tak vzorky nebyly měřeny klasickou metodou (posuvné měřítko). Protože by šířka trhlin negativně

ovlivňovala měření, byl z důvodů vyšší přesnosti naměřených výsledků volen způsob odměření konečného průměru po rozšiřování d1, pomocí programu optické analýzy Lucia G. Pro vyhodnocení tímto způsobem bylo nutné nasnímat fotografie vzorků s milimetrovým papírem, který slouží pro kalibraci referenčního měřítka vzdálenosti. Na maximálně zvětšené fotografii, byly uchopeny vždy tři body rozložené v 1/3 z celkového obvodu otvoru (Obr. 6.3.2.2.), z kterých byl stanoven průměr oblouku. Celkově byly voleny 3 oblouky, ze kterých byl pomocí softwaru spočítán celkový průměr otvoru vzniklého po rozšiřování.

Obr. 6.3.2.2. Měření průměru po rozšiřování otvoru – MS-W 1200 – děleno laserem

6.3.2.1. Příprava zkušebních vzorků pro zkoušku rozšiřováním otvoru Vzorky pro rozšiřování otvoru viz. obr. 6.3.2.1.2. byly připraveny stejnými technologiemi jako u vzorků pro statickou zkoušku tahem, pouze s rozdílem, že nebylo použito frézování ani broušení, ale soustružení. U soustružení byly voleny standardní řezné podmínky. Zkušební vzorky (obr. 6.3.2.1.1.) mají průměr 210 mm a v jejich středu je otvor o průměru 35 mm.

Obr. 6.3.2.1.1. Rozměr vzorku Obr. 6.3.2.1.2. Zkušební vzorek

pro zkoušku rozšiřování otvoru z oceli RAK 40/70

6.3.4. Metalografické výbrusy

Použitá technologie při přípravě polotovaru pro tváření zásadně ovlivňuje kvalitu řezné hrany a způsobuje tepelně či mechanicky ovlivněnou oblast, ve které dochází ke změně struktury výchozího materiálu.

Průvodním jevem je změna mechanických vlastností, a proto je také věnována pozornost metalografickému rozboru ovlivněného materiálu.

Metalografické výbrusy byly zhotoveny u všech zastoupených materiálů dělených plasmou, laserem, vodním paprskem a frézováním. Frézované vzorky zastupují skupinu třískového obrábění. Pro sledování struktury bylo využito optického světelného mikroskopu NEOPHOT 21. Metalografické výbrusy byly snímány digitálním fotoaparátem a vyhodnoceny pomocí softwaru optické analýzy LUCIA G.

6.3.4.1. Příprava metalografických výbrusů

Odběr materiálu pro hodnocení byl realizován tak, aby byla zachycena řezná hrana, ovlivněná zóna a neovlivněná struktura materiálu. Jednotlivé vzorky byly zality do manipulačních těles pomocí dentakrylu. Po ztvrdnutí následovalo mechanické broušení za mokra na brusných kotoučích.

Při přechodu mezi jednotlivými brusnými kotouči je vzorek vždy broušen kolmo na směr předchozího broušení tak dlouho, dokud nezmizí stopy po předcházejícím broušení. Leštění bylo provedeno na mechanické leštičce s kotouči potáhnutými plátnem s vlasem. Po leštění a opláchnutí se povrch naleptal Nitalem (2% roztok kyseliny dusičné v alkoholu), z důvodu zvýraznění struktury.