Vliv použitého materiálu na kvalitu výroby částí zemědělských strojů

(1)

1

Vliv použitého materiálu na kvalitu výroby částí zemědělských strojů

Bakalářská práce

Studijní program:

Studijní obor:

Autor práce:

Vedoucí práce:

B2301 – Strojní inženýrství 2301R000 – Strojní inženýrství

Tomáš Höhnel

Ing. Pavel Doubek, Ph.D.

Liberec 2016

(2)

2

Bachelor thesis

Study programme:

Study branch:

B2301 – Mechanical Engineering 2301R000 – Mechanical Engineering

Author:

Supervisor:

Tomáš Höhnel

Ing. Pavel Doubek, Ph.D.

Liberec 2016

(3)

(4)

4

(5)

Prohlášení

Byl jsem seznámen s tím, že na mou bakalářskou práci se plně vztahuje zákon č.

121/2000 Sb., o právu autorském, zejména § 60 – školní dílo.

Beru na vědomí, že Technická univerzita v Liberci (TUL) nezasahuje do mých autorských práv užitím mé bakalářské práce pro vnitřní potřebu TUL.

Užiji-li bakalářskou práci nebo poskytnu-li licenci k jejímu využití, jsem si vědom povinnosti informovat o této skutečnosti TUL;

v tomto případě má TUL právo ode mne požadovat úhradu nákladů, které vynaložila na vytvoření díla, až do jejich skutečné výše.

Bakalářskou práci jsem vypracoval samostatně s použitím uvedené literatury a na základě konzultací s vedoucím mé bakalářské práce a konzultantem.

Současně čestně prohlašuji, že tištěná verze práce se shoduje s elektronickou verzí, vloženou do IS STAG.

Datum:

Podpis:

(6)

Poděkování

Velmi děkuji panu Ing. Pavlu Doubkovi Ph.D. za jeho odbornou pomoc a trpělivost při vedení mé bakalářské práce.

Mé poděkování patří i rodině za oporu během studia, přátelům za jejich morální podporu a kolegům z práce za praktické poznatky z výroby.

(7)

Vliv použitého materiálu na kvalitu výroby částí zemědělských strojů

The influence of the material used for manufacturing quality parts for agricultural machinery

Anotace

Cílem této bakalářské práce je zdokumentovat vlastnosti vstupních polotovarů z hledisek mechanických vlastností, rozměrů a jakosti povrchu používaných ve výrobě částí zemědělských strojů firmy Kadlec s. r. o. Výsledkem práce bude doporučení nejvhodnějšího plechu pro danou výrobu v této firmě. Vzorky plechů budou hodnoceny nejen z materiálového hlediska, ale také s ohledem na způsob zpracování a povrchové úpravy finálních dílů. Pro vybrané vzorky materiálu budou ověřeny jejich mechanické vlastnosti statickou zkouškou tahem. Dále bude hodnocena kvalita povrchu včetně drsnosti povrchu. Materiály budou hodnoceny nejen s ohledem na způsob zpracování při výrobě ale také z hlediska ekonomického.

Klíčová slova: plech, materiál, mechanické, vlastnosti, pevnost

Annotation

The aim of this work is to document the mechanical properties, dimensional properties and surface quality of sheet metal used in the manufacture of the company Kadlec Ltd. Furthermore, these semi recommend the best sheet for further production in this company. Samples of sheets will be assessed not only in material terms but also with regard to the method of processing and finishing of finished parts. For selected samples of material will be verified by the mechanical properties of static tensile test.

It will also be evaluated surface quality, including surface roughness. The materials will be assessed not only with regard to the processing method in production but also in economic terms.

Keywords: plate, material, mechanical properties, tensile

(8)

7

Obsah

Seznam použitých zkratek a symbolů ... 8

1 Úvod ... 9

2 Teoretická část ... 11

2.1 Výroba plechů a jejich tolerance ... 11

2.2 Rozdělení ocelí ... 14

2.3 Mechanické vlastnosti plechů a jejich zkoušení ... 16

2.3.1 Pevnost ... 16

2.3.2 Pružnost ... 16

2.3.3 Tažnost ... 17

2.3.4 Houževnatost ... 17

2.4 Druhy zkoušek mechanických vlastností ... 17

2.4.1 Statické mechanické zkoušky ... 18

2.4.2 Dynamické mechanické zkoušky ... 21

2.5 Povrch ... 21

2.5.1 Tvrdost ... 21

2.5.2 Drsnost povrchu ... 22

2.6 Vlivy na kvality materiálu na výrobu ... 22

2.6.1 Vliv kvality povrchu na povrchovou úpravu ... 22

2.6.2 Vliv rozměrů na výrobu ... 24

2.6.3 Vliv mechanických vlastností na výrobu ... 25

3 Experimentální část ... 28

3.1 Zkouška tahem ... 29

3.2 Porovnání drsnosti vzorků ... 33

3.3 Povrch vzorků ... 35

4 Závěr ... 38

Seznam použitých zdrojů ... 40

Seznam příloh ... 42

Seznam obrázků ... 43

Seznam tabulek ... 44

Seznam grafů ... 45

(9)

8

Seznam použitých zkratek a symbolů

Označení Význam Jednotky

Ax tažnost materiálu [%]

∆ změna [-]

ε relativní prodloužení [-]

E modul pružnosti v tahu [MPa]

Fmax maximální tahová síla [N]

HB tvrdost podle Brinella [-]

k koeficient pevnosti [-]

KUT komplexní ukazatel tvařitelnosti [-]

L0 původní délka materiálu [mm]

L délka materiálu [mm]

Re mez kluzu [MPa]

R_m mez pevnosti [MPa]

Rms mez pevnosti ve střihu [MPa]

Rp02 smluvní mez kluzu [MPa]

S₀ původní plocha průřezu [mm²]

t tloušťka materiálu [mm]

σ napětí v materiálu [MPa]

Ra aritmetická odchylka od střední čáry [μm]

RPc počet výstupků [1/cm]

Rz maximální výška profilu [-]

C uhlík

Co kobalt

Cr chrom

Mn mangan

Mo molybden

Ni nikl

P fosfor

S síra

Si křemík

V vanad

W wolfram

(10)

9

1 Úvod

Soukromá rodinná společnost Kadlec s. r. o. byla založena v roce 1993 jako nástupce původní servisní traktorové stanice v Turnově. Již přes dvacet let se zabývá kovovýrobou se zaměřením na výrobu svařovaných konstrukčních celků a sestav, především pro zemědělský a stavební průmysl. Mezi její nejvýznamnější zákazníky patří německé a nizozemské společnosti. Roční obrat firmy Kadlec s. r. o. se pohybuje okolo 200 mil. Kč a na tomto obratu se podílí sedmdesát kmenových zaměstnanců firmy. Jejich vysoká zkušenost ve strojírenské technologii i v konstrukci je nosným prvkem této společnosti, stejně jako velmi vysoká kvalita vyráběných dílů. Firma má vlastní nástrojárnu a oddělení výrobní technologie. Svařované díly mají certifikaci dle EN 287-1:2012, ISO 9001:2000. S roční kapacitou okolo 1 000 tun zpracovaného materiálu patří mezi významné zpracovatele konstrukční oceli v regionu. Výroba je zaměřena zejména na svařované, povrchově upravené konstrukce, dělení materiálů, pálení plechů, tváření a obrábění.

Základní portfolio používaných materiálů pro výrobu tvoří uhlíkové oceli.

Nejvíce jsou používány plechy středních, velkých a atypických formátů. Ty tvoří cca 80 % vstupního materiálu do výroby, a proto se jimi v bakalářské práci budu zabývat.

Plechy jsou zpracovávány pálením, tvářením, popř. obráběním, dále jsou svařovány do sestav a nakonec lakovány nebo pokoveny dle požadavků zákazníka.

Současná cenová politika v tomto průmyslovém odvětví nutí vybírat dodavatele plechu podle nejnižší prodejní ceny materiálu. I přesto, že jsou materiály dodávány s jakostním certifikátem, již na první pohled jsou patrné rozdíly v jakosti materiálu.

Během krátkého času se zpracovávají plechy od různých dodavatelů, ale především i materiály, dodávané od výrobců např. z Polska, Ukrajiny, Belgie, mají různou kvalitu.

Plechy mají naprosto rozdílnou kvalitu povrchu, jiné rozměry v toleranci tloušťky plechu a v neposlední řadě mechanických vlastností. Tyto rozdíly následně způsobují problémy nejen při výrobě jednotlivých dílů (např. při ohýbání), ale také při vlastním sváření do sestav a v neposlední řadě při povrchových úpravách výrobků.

(11)

10 Cílem bakalářské práce je kvalitativně porovnat některé používané plechy od různých dodavatelů (resp. výrobců), které jsou používány při výrobě dílů ve společnosti Kadlec s. r. o. Vzorky z odebraných materiálů budou hodnoceny podle mechanických vlastností, stavu povrchu a geometrické přesnosti ve vztahu k certifikátům jakosti

(12)

11

2 Teoretická část

2.1 Výroba plechů a jejich tolerance

Jak již bylo řečeno v úvodu práce základním stavebním kamenem výroby ve společnosti Kadlec s. r. o. je zpracování ocelových plechů. Typickým příkladem výrobku společnosti Kadlec s. r. o. pro nizozemského zákazníka je vůz na kukuřici, u kterého je kladen vysoký důraz na celkovou tuhost a na kvalitu povrchu, je uveden na obrázku 1.

Obrázek 1: Typický výrobek společnosti Kadlec – model vozu na kukuřici

Nosnou částí výroby společnosti Kadlec s.r.o. tvoří svařované sestavy z ocelových plechů tloušťky 4 mm až 15 mm. Na tyto polotovary jsou kladeny vysoké požadavky (ohledně geometrické přesnosti a především povrchové jakosti).

Výchozím polotovarem pro výrobu plechů jsou ocelové předválcované pásy tzv. předvalky. Předvalky vznikají z ingotů z vysokých pecí a dále se zpracovávají na válcovacích stolicích. Při válcování vzniká tříosá napjatost. Pro vysokou hodnotu přetvárného odporu se musí předvalky na válcovacích stolicích válcovat za tepla a při teplotě kolem 0,6 až 0,7 násobku teploty tavení materiálu. Ohřev je realizován v hlubinných pecích. Za této teploty dochází k odstranění vnitřního pnutí a zároveň klesá odpor proti deformaci materiálu. První válcování je prováděno za tepla.

Válcováním za studena (týká se slabostěnných plechů) je docíleno přesných rozměrů a dobré kvality povrchu.

(13)

12 Předvalek prochází mezi dvěma proti sobě rotujícími válci. Samotné válce jsou mezi sebou vzdáleny o hodnotu menší, než je tloušťka materiálu. Předvalek při průchodu mezi válci mění svou délku, šířku ale i průřez. Válce mohou být hladké pro plechy nebo kalibrované např. pro žebrovaný plech. Většinou se dává několik válcovacích stolic za sebou a vzniká tak válcovací trať. Na konci této tratě se plechy namotávají na cívky do plechových svitků pro lepší skladování a manipulaci.

Obrázek 2: Kalibrované válce pro válcování profilu [12]

Válcováním se vyrábí plechy od tloušťky 0,4 mm až po 160 mm, hraniční hodnotou jsou 4 mm. Ta dělí plechy na tenké a tlusté². Šířka vyráběných plechů se pohybuje od 750 mm až po 3 300 mm. Délka je v rozmezí 1 000 mm až 12 000 mm.

Plechy do tloušťky 8 mm se rolují, nad tuto hodnotu se plech stříhá na tabule.

Pro plechy válcované za tepla platí norma ČSN EN 10029 (ve starém označení jako ČSN 42 5311), která udává mezní úchylky rozměrů a tolerance tvarů pro plechy o větší tloušťce jak 3 mm a více. Všechny hodnoty, které norma udává, jsou maximální. To znamená, že tloušťka plechu nesmí přesáhnout uvedenou hodnotu.

(14)

13

Tabulka 1: Mezní úchylky rozměrů - tloušťka ČSN EN 10029

Norma rozděluje plechy do čtyř tříd tak, jak ukazuje výše uvedená tabulka.

Do třídy A se řadí plechy, u nichž dolní mezní úchylka závisí na tloušťce plechu. Ve třídě B mají všechny plechy stejnou dolní mezní úchylku. U plechů třídy C je dolní mezní úchylka rovna nule. Plechy ve třídě D mají mezní úchylky rozdělené symetricky. Při nákupu materiálu by měl odběratel uvést, jakou chce třídu plechu.

Pokud tak neučiní, bude mu dodán automaticky plech z třídy A. Ve firmě Kadlec s. r. o. se používá zejména třída A.

Tloušťka plechu se měří v libovolném místě, avšak toto místo musí být vzdáleno 25 mm od hrany plechu a mimo místně vybroušená místa.

Tabulka 2: Mezní úchylky plechu - šířka ČSN EN 10029

Jmenovitá tloušťka t

Mezní úchylky Dolní Horní t < 40 0 20 40 ≤ t < 150 0 25 150 ≤ t < 400 0 30

V tabulce 2 je vidět, jakých hodnot můžou nabývat horní mezní úchylky v šířce plechů. Zde není žádné rozdělení na třídy. Šířkou plechů se rozumí hrana, která je kolmá k podélné ose plechu. Kolmo k této ose je také měřena šířka plechu. Šířka je důležitým aspektem pro zpracování plechů. Např. při vrtání nebo frézování otvorů do plechu. Tabule plechu se musí vejít do obráběcího stroje. Ve společnosti Kadlec s. r. o.

se pro výrobu používají velkoformátové bramové plechy o plošných rozměrech až Jmenovitá

tloušťka t

Mezní úchylky jmenovité tloušťky (XX)

Třída A Třída B Třída C Třída D

Dolní Horní Dolní Horní Dolní Horní Dolní Horní 3 ≤ t < 5 -0,3 +0,7 -0,3 +0,7 0 +1,0 -0,5 +0,5 5 ≤ t < 8 -0,4 +0,8 -0,3 +0,9 0 +1,2 -0,6 +0,6 8 ≤ t < 15 -0,5 +0,9 -0,3 +1,1 0 +1,4 -0,7 +0,7 15 ≤ t < 25 -0,6 +1,0 -0,3 +1,3 0 +1,6 -0,8 +0,8 25 ≤ t < 40 -0,7 +1,3 -0,3 +1,7 0 +2,0 -1,0 +1,0 40 ≤ t < 80 -0,9 +1,7 -0,3 +2,3 0 +2,6 -1,3 +1,3 80 ≤ t < 150 -1,1 +2,1 -0,3 +2,9 0 +3,2 -1,6 +1,6 15 ≤ t < 250 -1,2 +2,4 -0,3 +3,3 0 +3,6 -1,8 +1,8 250 ≤ t < 400 -1,3 +3,5 -0,3 +4,5 0 +4,8 -2,4 +2,4

(15)

14 2 500 x 12 000 mm. Dle výše uvedené normy jsou dovolené tolerance rozměrů v tloušťce ± XX mm (viz tab. 1). Díly vyrobené z tabule plechu s takovýmito úchylkami jsou při dalším zpracování (např. při ohraňování) velmi problematicky zpracovatelné (např. svařování podsestavy).

Tabulka 3: Mezní úchylky plechu - délka ČSN EN 10029

Jmenovitá délka L Mezní úchylky Dolní Horní L < 4 000 0 +20 4 000 ≤ L < 6 000 0 +30 6 000 ≤ L < 8 000 0 +40 8 000 ≤ L < 10 000 0 +50 10 000 ≤ L < 15 000 0 +75 15 000 ≤ L < 20 000 0 +100

Tabulka 3 uvádí, jakých hodnot mohou nabývat horní mezní úchylky v délce plechů. Za délku plechu se vždy považuje ta kratší z podélných obou hran plechu.

Délkové a šířkové rozměry nečiní takové problémy jako tloušťka plechů.

O toleranci přímosti hran a pravoúhlosti říká norma, že na každý dodaný plech musí jít vepsat obdélník. Tento obdélník má jmenovité rozměry, které odběratel požaduje. Úchylka rovinnosti hran se měří pomocí pravítka. Pravítko o délce 1 000 mm se použije tehdy, je-li vzdálenost mezi dvěma měřenými body do 1 000 mm včetně. Pokud je delší, používá se pravítko o délce 2 000 mm. Úchylka do 2 mm se nebere v potaz. Úchylka se měří vždy na vyduté straně plechu.

Norma ČSN EN 10029 také udává značení tlustých plechů a to: P tloušťka – šířka × délka v milimetrech. Tato norma předepisuje jakost povrchu dodávaného plechu a to: s okujeným povrchem, po dohodě s mořeným povrchem či s jiným povrchem po dohodě zákazníka a dodavatele. [1, 3, 4, 10, 12]

2.2 Rozdělení ocelí

Ocel je slitina uhlíku a železa s obsahem uhlíku do 2,11%. Nad tuto hranici se jedná o některý druh litiny.

(16)

15 Oceli se dělí podle mnoha různých kritérií:

A) chemické, B) dle použití,

C) dle alfanumerického značení podle norem.

ad A): Vychází z použití ve stavebnictví nebo na strojní součásti. Dělí na legované a nelegované oceli. Nelegované oceli jsou s obsahem uhlíku do 2 % a další prvky jsou doprovodné. ⁵

Nelegované oceli (do stavebnictví) se dále dělí na oceli obvyklých jakostí, nelegované jakostní oceli a nelegované oceli ušlechtilé. Oceli obvyklých jakostí nemají zvláštní požadavky na jakost a nejsou určeny k tepelnému zpracování. Tyto oceli se obvykle používají jako armatury do betonu. Nelegované jakostní oceli se liší pouze tím, že nemají předepsány reakce na tepelné zpracování. Nelegované ušlechtilé oceli mají menší množství nekovových vměstků. Jsou určeny k tepelnému zpracování a mají definované chemické složení.

Legované oceli se dělí na jakostní legované oceli a legované ušlechtilé oceli.

Legované jakostní oceli se podobají nelegovaným jakostním ocelím. Kvůli nárokům na použití mají větší obsahy legujících prvků. Legované ušlechtilé oceli dosahují požadovaných vlastností až po tepleném zpracování. Tyto oceli mají definované chemické složení. Každá z legovaných ušlechtilých ocelí má svůj materiálový list, kde je chemické složení procentuálně vyjádřeno spolu s mechanickými vlastnostmi.

ad B): Odvíjí se od aplikace samotné součásti. Dělí se na použití konstrukční a nástrojové. Nástrojová ocel je vysoce legovaná a po tepelném zpracování velmi tvrdá, proto je použita jako obráběcí nástroj, např. vrták či soustružnické nože. Konstrukční ocel je určena k různým konstrukčním účelům, zejména nosným prvkům. Tato ocel je zpravidla zaručeně svařitelná. Konstrukční ocel je velmi využívána k výrobě ve firmě Kadlec s. r. o. právě z důvodu výroby svařovaných konstrukcí zemědělských strojů.

ad C): ČSN dělí oceli do devíti tříd (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 a 19). Tyto třídy se odvíjejí od bodů A) a B). Význam číslic je detailně popsán ve Strojnických

(17)

16 tabulkách. Pro konstrukce má význam garance zaručené svařitelnosti (č. 3 na konci pětičíslí). Za povšimnutí stojí chybějící třída 18. Tato třída označuje slinuté karbidy.[5]

2.3 Mechanické vlastnosti plechů a jejich zkoušení

Mechanické vlastnosti udávají chování materiálu při působení vnějších sil na materiál. Podstatný vliv na mechanické vlastnosti má také teplota okolí, ve kterém se materiál nachází. Teplota okolí má zásadní vliv na změny mechanických vlastností materiálu stejně jako jeho krystalická struktura. Změny vlastností mohou být pozvolné nebo skokové. Nejdůležitějšími vlastnostmi jsou mez kluzu, mez pevnosti, pružnost, tažnost a houževnatost materiálu. Od meze kluzu začínají trvalé deformace materiálu.

Zkušební vzorek se prodlužuje, aniž by se zvětšovalo napětí uvnitř materiálu.

Překročení meze pevnosti vede k porušení součásti. [5, 6]

2.3.1 Pevnost

Pevnost je definována jako odpor či odolnost materiálu vůči trvalému poškození a porušení kompaktnosti částic. Silou působící na plochu je definováno napětí, jež je číselným vyjádřením pevnosti, při kterém dojde k porušení nebo rozdělení materiálu. Výsledkem procesu působení napětí je lom materiálu. Měření pevnosti materiálu je popsáno níže.

Tato vlastnost je v technické praxi nejvíce důležitá. Vypovídá nejvíce o kvalitě materiálu a i o něm jako takovém. Při provozu je materiál zatěžován různými silami a zatížením. Toto zatížení je matematicky vyjádřeno jako podíl maximální síly, která kolmo působí na původní průřez.

Pevnost udává, jestli materiál vydrží dané zatížení, či nikoliv. Cílem je, aby součást vydržela co nejvíce, a podle toho se také dimenzuje. [5, 6]

2.3.2 Pružnost

Pružnost je schopnost se před porušením při působení vnějších mechanických sil pružně či vratně deformovat. Při zatížení vnější silou se tato schopnost jeví jako

(18)

17 změna objemu. Těleso změní tvar a po odlehčení se vrátí do původního tvaru. Materiál se neporuší, neboť není zatěžován napětím, které nepřekročilo kritickou hodnotu meze elasticity. Za touto mezí vznikají trvalé deformace. Jediným měřítkem pružnosti je modul pružnosti E, který je specifický pro každý materiál. [5, 6]

2.3.3 Tažnost

Tažností se rozumí materiálová schopnost měnit v tuhém stavu svůj tvar, a to bez porušení během působení vnějších sil. Tato vlastnost je typická pro většinu kovů.

Kovy si tuto vlastnost zachovávají v širokém rozsahu teplot, proto má tato vlastnost obrovský význam v technologii tváření hutnických polotovarů (tenkostěnné i silnostěnné plechy). [5, 6]

2.3.4 Houževnatost

Touto vlastností je schopnost materiálu zůstávat při zátěži kompaktní a bez porušení. Fyzikálně představuje mechanickou energii potřebnou k plastické deformaci.

Měřítkem houževnatosti je velikost mechanické energie. V konstrukčních materiálech charakterizuje odolnost proti křehkému lomu.

Pro vysoké přetvoření materiálu je nutná velká houževnatost materiálu z důvodu soudržnosti krystalů uvnitř materiálu. Použitím vhodného materiálu se vyvarujeme destrukce materiálu během výroby a dojde ke snížení výrobních nákladů. [6]

2.4 Druhy zkoušek mechanických vlastností

Pro získání co nejvíce informací důležitých pro návrh strojní součásti se používají zkoušky na zjištění mechanických vlastností. Jejich průběh se liší z hlediska působení zatěžující síly. Roste-li zatěžující síla pozvolně s časem v řádech minut, jedná se o statické zkoušky. Dynamické rázové zkoušky se vyznačují působením síly ve zlomcích vteřiny.

(19)

18 Zkoušky tvrdosti jsou založené na vtlačování definovaných tělísek do povrchu materiálu a mají tak vypovídající hodnotu o tvrdosti materiálu. Z tvrdosti materiálu lze také odvodit další mechanické vlastnosti materálu.

Mechanické zkoušky se provádějí na zkušebních vzorcích, které většinou mají tvar tyče. Materiál tohoto vzorku musí být stejný jako materiál strojní součásti. Při většině těchto zkoušek dochází k destrukci zkušebního vzorku. Přesné rozměry vzorku, jeho provedení a příslušné normy, nalezneme v příslušné literatuře. [5, 6]

2.4.1 Statické mechanické zkoušky

Cílem těchto zkoušek je zjištění pevnosti materiálu, kdy je zkušební vzorek zatěžován zvolna rostoucí vnější mechanickou silou. [11]

2.4.1.1 Zkouška tahem

Zkouška tahem je nejběžnější statickou zkouškou a popisuje ji norma ČSN EN ISO 6892. Zkoušky se provádějí na trhacích strojích a jeho provoz je řízen počítačem. Získávají se z ní základní hodnoty důležité pro výpočet a volbu materiálu.

Těmi hodnotami jsou mez pevnosti v tahu, mez kluzu v tahu, tažnost a popř. kontrakce.

Pevnost v tahu Rm je smluvní hodnota napětí v materiálu. Matematicky vyjádřeno jako poměr největší zatěžovací síly ku původnímu průřezu zkušební tyče:

𝑅_𝑚 =^𝐹^𝑚𝑎𝑥

𝑆0 (MPa) (2.1) Veličina 𝐴_𝑥 udává tažnost materiálu.

𝐴_𝑥 = ^∆𝐿

𝐿0∗ 100 (%) (2.2) Zúžení neboli kontrakce materiálu je zmenšení původní plochy ku původnímu průřezu zkušebního vzorku:

𝑍 =^∆𝑆

𝑆0 = ^𝑆⁰^−𝑆

𝑆0 ∗ 100 (%) (2.3) Během tahové zkoušky zaznamenává zapisovací zařízení zkušebního stroje práci do pracovního diagramu (viz obrázek 3). Tento diagram udává závislost zatěžující síly F na změně délky ∆L a zároveň závislost poměrného prodloužení ε

(20)

19 a napětí R. Každý materiál má jinou trhací křivku. Zde je ukázka houževnatého konstrukčního materiálu s výraznou mezí kluzu. Např. pracovní diagram litinových materiálů končí za bodem P.

Od počátku až k bodu P platí přímá úměra mezi deformací a zatížením (viz obrázek 3), což ukazuje platnosti Hookova zákona. Lineární závislost poté ustává a bod E je mez elasticity. Až k tomuto bodu je materiál elastický a nejsou zde vyvolány trvalé deformace. Bod YU je definován jako mez kluzu. Při tomto napětí se materiál deformuje, ačkoliv se nezvyšuje zátěž. Bod S odpovídá největšímu napětí Rm a je to mez pevnosti v tahu. Tedy maximální hodnota zatížení, kterou materiál snese. Při dosažení napětí v bodě B se zkušební vzorek roztrhne. Čárkovaná čára značí skutečné napětí, neboť se průřez zmenšuje a napětí v materiálu roste.

Obrázek 3: Zatěžovací diagram s výraznou mezí kluzu [13]

Některé oceli nemají tak výraznou mez kluzu (body YU a YL), a proto je zavedena smluvní mez kluzu Rp0,2. Ta odpovídá napětí, kdy trvalá deformace dosahuje dané hodnoty v procentech počáteční délky, jednotkou je MPa. Tato hodnota bývá také nejvíce používána.

(21)

20 Hodnota tangens α, tedy úhel mezi křivkou a osou ε, je modul pružnosti v tahu. Matematický zápis je:

𝐸 = tan 𝛼 = ^𝜎

𝜖 (MPa) (2.4) Vztah 2.5 popisuje deformaci vyvolanou napětím. Každý materiál má svůj pracovní diagram a pracovní křivka vypadá tedy jinak. [5, 6, 11, 13]

2.4.1.2 Zkouška ohybem

Tato zkouška se používá u křehkých materiálů. Norma ČSN 42 0361 stanovuje, že zkušební tyč je uložena na dvou podporách a uprostřed ji zatěžuje síla až do přelomení či trvalého ohnutí.

Důsledkem zatížení je napětí v materiálu rozložené nerovnoměrně. V ose zkušební tyče je téměř nulové a v krajních vláknech dosahuje svého maxima. Čára, která spojuje místa s nulovým napětím, se nazývá neutrální osa. Tato osa se posouvá od osy těžiště v závislosti na tloušťce materiálu a poloměrem ohybu. Používá se k výpočtu rozvinutých délek ohybu (viz obrázek 4, spojnice bodů P a Q).[5, 14]

Obrázek 4: Zkouška ohybem [14]

2.4.1.3 Zkouška krutem

Tuto zkoušku udává norma ČSN 42 0421 jako zkoušku drátu zkroucením.

Zjišťuje se především kvalita drátu za studena. Může probíhat i na zkušebních

(22)

21 válcových tyčích. Důležitou věcí, která se měří, je krouticí moment a úhel zkroucení dvou rovnoběžných rovin.[5]

2.4.1.4 Zkouška střihem

Zkouška probíhá ve speciálních děrovaných přípravcích. Tlaková síla působí na část přípravku tak dlouho, dokud nedojde k přestřižení zkušební válcové tyče.

Pevnost ve střihu je největší smykové napětí, které materiál vydrží. U kovů jej lze poměrně dobře odhadnout a to tak, že:

Rms ≅ 0,8Rm (MPa) (2.5) Tento vzorec je důležitý pro výpočet sil při stříhání plechů.[5]

2.4.2 Dynamické mechanické zkoušky

Vyznačují se tím, že zatěžovací síla působí rázově ‒ pouze zlomek sekundy.

Rovněž sem spadají i zkoušky únavy materiálu a zde působí zatěžovací cykly v menších rázech. Materiál je zkoušen, dokud nedojde k porušení jeho celistvosti.[5, 6]

2.5 Povrch

Poslední vrstva atomů, která obaluje těleso, se nazývá povrch. Jakost povrchu je určena fyzikálními vlastnostmi, mechanickými vlastnostmi a mikrogeometrií (stopy po předchozím zpracování). Mechanické vlastnosti jsou vyjádřeny tvrdostí a kvalitou povrchu materiálu. Zároveň jsou nejvíce namáhána.

2.5.1 Tvrdost

Tato mechanická vlastnost materiálu vyjadřuje odpor proti deformaci povrchu materiálu, která je vyvolávána působením tvarově definovaného tělesa. Tvrdost nelze jednoznačně určit jako fyzikální veličinu, neboť závisí na mnoha faktorech, např.

kvalita povrchu, struktura materiálu. Nejdůležitějším faktorem pro měření tvrdosti je teplota nejen okolí, ale především kovu, která má výrazný vliv na pružné a pevnostní vlastnosti materiálu. Zároveň se od překročení hraniční teploty mění struktura

(23)

22 materiálu a tím se mění i tvrdost, např. zakalení materiálu. Pro velký význam se rozlišování tvrdosti určuje pomocí objektivních měřících metod. Důležitým faktem je také to, že tvrdost je v přímé úměře s mezí pevnosti materiálu. Tuto úměru udává vztah:

𝑅_𝑚 = 𝑘. 𝐻𝐵 (MPa) (2.6) kde k je koeficient závislý na materiálu. U ocelí se nabývá hodnot od 3,1 až 4,1. Hliník má koeficient k roven 2,6. HB tvrdost materiálu podle Brinellovy zkoušky.

Brinellova zkouška je nejjednodušší a nejzákladnější zkouškou tvrdosti materiálu (ČSN 42 0371). Podstatou této zkoušky je vtlačování konstantní silou zakalené ocelové kuličky o průměru D do vyleštěného povrchu materiálu. Po vtlačení je měřena hloubka vtisku nebo průměr obtisku kuličky. Tvrdost se poté vypočte vztahem:

𝐻𝐵 =^𝐹

𝑆 = ^𝐹

𝜋𝐷ℎ. (-), (2.7) kde F je zatěžující síla a S je plocha vytlačeného kulového vrchlíku. Důležitou podmínkou pro tuto zkoušku je pokojová teplota 20 °C +/- 10 °C. [5, 6]

2.5.2 Drsnost povrchu

Na žádném materiálu se nedá dosáhnout ideálně rovného povrchu. Nerovností povrchu se rozumí geometrická odchylka od ideální roviny. U hutních polotovarů se pohybuje výsledná drsnost povrchu Ra okolo 25 μm. Nejlépe obrobený kovový povrch má nerovnosti vysoké 0,1μm.[6]

2.6 Vlivy na kvality materiálu na výrobu

2.6.1 Vliv kvality povrchu na povrchovou úpravu

S ohledem na výše uvedené informace v kapitole 2.1 je kvalita povrchu plechu rozhodující pro povrchovou finální úpravu vyráběných dílů. U bramových plechů válcovaných za tepla s termomechanickým doválcováním jsou základním problémem povrchu plechu okuje. V případě kvalitního plechu jsou okuje buď

(24)

23 odstraněny již při samotném válcování, nebo jsou z povrchu lehce odstranitelné, aniž jsou do povrchu zaválcovány. V případě horší kvality povrchu plechu jsou okuje špatně odstranitelné nebo jsou zamačkány do povrchu tak, že je lze odstranit pouze mechanickými metodami. Velikým problémem je, že ve většině případů se kvalita povrchu dá posuzovat až při operacích před povrchovou úpravou lakováním. Před lakováním jsou díly mechanicky čištěny tzv. brokováním, což je vrhání ocelolitinové drtě vysokou rychlostí na čištěný povrch v tryskací kabině, viz obrázek 5. Brokováním lze též odstranit okuje po svařování, staré nátěry, koroze atd.

Obrázek 5: Tryskací box ve firmě Kadlec s. r. o.

Teprve po operaci brokování je zřejmá kvalita povrchu plechu. V tuto chvíli je však na jakoukoli nápravu pozdě a díly, resp. jejich povrch, se musí tmelit a brousit, což zvyšuje výrobní náklady. Neupravený a obrokovaný povrch plechu ve výrobě ukazuje obrázek 6. Obrokovaný povrch je čistý pouze krátkou dobu a za vlhka velmi rychle koroduje. Proto je nezbytně nutné ihned provést povrchovou úpravu např.

nástřik barvou. [5, 6, 16]

(25)

24

Obrázek 6: Neupravený a obrokovaný povrch[16]

2.6.2 Vliv rozměrů na výrobu

Výřez tvaru součásti z plechu je ve společnosti Kadlec s. r. o. prováděn technologií plasmového, nebo laserového pálení. Jak je již naznačeno výše v kapitole 2.1, zásadní pro výrobu je z hlediska rozměrů a geometrické přesnosti tloušťka použitého plechu a její úchylky. Úchylky tloušťky jsou zdrojem problémů, zejména při ohýbání, ohraňování a zakružování plechů. Firma Kadlec s. r. o. disponuje CNC ohraňovacím lisem a to: 4000 mm / 3530 kN (AD-R 40320 – CNC). Pro zakružování plechů se používá zakružovačka plechů 2500 mm / 8 mm (HRB 4 2510).

Horní pohyblivou čelistí ohraňovacího lisu je lišta, která je kalibrovaná na určitý úhel ohybu. Vlivem odchylek tloušťky v rámci i mimo toleranční pole rozměru mohou vznikat nepřesnosti při ohybu. Největším úskalím při ohybu je rozdíl tloušťky materiálu v místě ohybu. Při zakládání do ohraňovacího lisu, nebo ohýbání se podle tloušťky materiálu nastavuje lisovací tlak v lisu. Tloušťka musí být po celé délce konstantní, aby nedocházelo k výrobě zmetků nebo se nemuselo s plechem nikterak víc manipulovat. Ohyb v těchto lisech probíhá po celé délce vloženého plechu naráz.

(26)

25

Obrázek 7: Volba osy ohybu [2]

Důležitou informací je také znalost směru natočení vláken materiálu. Osa ohybu by měla být vždy kolmá na vlákna. Kdyby nebyla, hrozí vznik trhlin na vnější straně ohybu. Dalším úskalím, které může nastat, je tvoření vln. Vlny se tvoří především u tenkostěnných ohybů. Popis vláken je popsán v obrázku 7.

Opakované díly se vyrábí pomocí přípravků z důvodu dosažení opakovatelné a vyšší přesnosti výrobků. V rámci certifikátu kvality ISO 9001:2000 probíhá kontrola k zajištění potřebné jakosti výroby. Výsledné rozměry výrobku závisí na zvolení optimálních technologických postupů.

Další manipulace sebou nesou časové, energetické a ekonomické nežádoucí náklady. [2]

2.6.3 Vliv mechanických vlastností na výrobu

Základním portfoliem firmy Kadlec s. r. o. je především výroba svařovaných sestav a to již od vlastního vypálení součásti, přes změnu tvaru plechu pomocí tváření, až po finální povrchovou úpravu.

Při ohýbání vzniká namáhání materiálu na tah na vnější straně a na tlak na straně vnitřní. S plastickou deformací jde zároveň deformace elastická. Plastická deformace se směrem k ose materiálu snižuje (viz obrázek 4).

Po dosažení dolní úvratě lisovacího stroje a uvolnění má ohýbané těleso tendence se vracet do původních rozměrů. Tyto tendence se nazývají odpružení.

(27)

26 Odpružení se definuje jako odchylka úhlu při ohýbání. Velikost roste s délkou ramen.

Za tento jev mohou pružné deformace v materiálu. Ukončí-li se zatěžování materiálu, mizí i pružná deformace (viz obrázek 3). Velikost této odchylky závisí především na pružnosti materiálu. Odpružení také ovlivňují mechanické vlastnosti materiálu, tloušťka ohýbaného materiálu, úhel ohybu a také konstrukce ohýbacího stroje.

Obrázek 8: CNC ohraňovací lis ve firmě Kadlec s. r. o.

Odpružení je jedním z dalších nežádoucích prvků ve výrobě a jsou kladeny velké nároky na jeho odstranění. Kdyby odpružení odstraněno nebylo, vznikaly by montážní nepřesnosti. Omezit odpružení lze několika způsoby:

A) přehnutí dílu o míru odpružení, B) dohnutí na více zdvihů,

C) použití prolisů,

D) změnou konstrukce ohýbacího nástroje

ad A): Materiál se ohne o požadovaný úhel plus o odchylku. Odchylka se nechá vypočítat dle příslušných vzorců anebo určit pomocí tabulek. Ohýbací nástroj se pak musí navrhnout i s odchylkou, aby měla součást požadovaný tvar.

ad B): Dohnutím se rozumí zvětšit lisovací sílu před ukončením cyklu tak, aby došlo k lokální plastické deformaci v místě, kde probíhá ohyb materiálu.

Odpružení se sníží anebo se odstraní.

(28)

27 ad C): Použitím prolisů, je chápáno jako metodické opatření, kterým je možné odstranit odpružení. Jde o podbroušení lisovacího nástroje o odchylku či o zaoblení hran vylisováním žeber, postupným ohýbáním nebo přidáním materiálu do místa ohybu.

ad D): Změna konstrukce je nejdražší řešení a také je nelze použít vždy. Je nutné zvážit ekonomické aspekty výroby nové matrice.

Při ohýbání může v materiálu v místech ohybu docházet také k trhlinám. Tyto trhliny vznikají vlivem porušení soudržnosti materiálu a zpevněním materiálu. Těmto nepříznivým vlivům lze zamezit vyžíháním materiálu, anebo výběrem houževnatějšího materiálu⁷.

Obrázek 9: Trhliny při ohybu materiálu [7]

Dále pak je také nutné překonat deformační odpor materiálu, tedy vyvinout sílu, která překoná plastickou deformaci, aby došlo k požadovanému tvaru.

Deformační odpor lze ovlivnit např. rychlostí deformace nebo teplotou materiálu. Se vstupujícími energiemi na ohřev materiálu, potažmo na nástroje z lepších materiálů, vzrůstá i finální cena výrobku. I s menší rychlostí ohybu se zvyšuje cena, neboť výrobní kapacity jsou zaneprázdněny pouze jedním úkolem, který trvá dlouho.

Během ohýbání tenké stěny může docházet k tomu, že materiál vytváří vlny.

Tyto vlny vznikají důsledkem přesunu materiálu z místa namáhaného na tah do místa namáhaného na tlak. Vlny se projevují na vnitřní straně ohybu. V konečném důsledku v tomto místě dochází k degradaci materiálu, která vede až k únavovému lomu.⁸ Zabránit tvorbě vln můžeme pomocí přidržovače anebo vyvinutím tahové síly během procesu ohýbání. [2, 6, 7, 8]

(29)

28

3 Experimentální část

Cílem bakalářské práce je porovnat vybrané plechy od různých dodavatelů (resp. výrobců), které jsou používány při výrobě dílů ve společnosti Kadlec s. r. o.

Vzorky z odebraných materiálů budou hodnoceny podle mechanických vlastností, stavu povrchu a geometrické přesnosti ve vztahu k certifikátům jakosti.

Výchozím materiálem ve firmě Kadlec s. r. o. pro výrobu velkorozměrných svařovaných sestav je ocel S355J0 EN 10027-1 (podle staré normy ČSN 11 523).

Společnost za poslední léta vyzkoušela řadu dodavatelů tohoto materiálu, kde především upřednostňovala povrchovou jakost materiálu. V současné době hlavními dodavateli používaných velkoformátových plechů jsou:

Metallurgical Combine Azovstal (dále jen vzorek 1), U. S. Steel Košice, s. r. o. (dále jen vzorek 2),

ArcelorMittal Ostrava a. s. (dále jen vzorek 3).

Vzorky použitého materiálu pro zkoušky jsou vyrobeny z velkoformátového plechu válcovaného za tepla o tloušťce 8 mm (P. 8x2000x6000 mm). Odmaštěné povrchy těchto vzorků ukazují obrázky 10 až 12.

Obrázek 10: Odmaštěný povrch vzorku 1

(30)

29

Norma ČSN EN 10025 stanovuje maximální procentuální podíl legujících prvků tak, jak ukazuje tabulka 4: Chemické složení oceli S355J0. Přesnější informace o chemickém složení vzorků jsou v přílohách č. 7 až 9 v materiálových listech.

Vzorky 1 se vyznačují načervenalou barvou povrchu, což jsou okuje na plechovém polotovaru. [9]

Tabulka 4: Chemické složení oceli S355J0 dle normy ČSN EN 10025 - výběr [9]

Prvek C Mn Si Cr W Mo V Ni Co P S

Maximální % podíl 0,2 1,6 0,55 0,04 0,045

3.1 Zkouška tahem

Pro ověření mechanických vlastností materiálu byla použita statická zkouška tahem dle ČSN EN ISO 6892. Zkušební vzorky pro zkoušku byly získány ve firmě Kadlec s. r. o. z plechu P.8x2000x6000 mm na plazmovém pálícím stroji CEBORA STAR 2500 CNC, viz obrázek 13, ve směru 0° vůči směru válcování.

(31)

30

Obrázek 13: Pálící stroj v areálu firmy Kadlec s. r. o.

Rozměry zkušebních plochých tyčí jsou popsány na obrázku 14. Tvar a rozměry zkušebních tyčí jsou v souladu s normou ČSN EN ISO 6892. „Funkční“

plochy byly dále obrobeny jemným frézováním. Tahová zkouška testovaných plechů byla provedena pokaždé ze souboru pěti vzorků od každého dodavatele.

Obrázek 14: Zkušební tyč plochá - výkres

Měření byla prováděna na zkušebním zařízení TIRATEST 2300 se siloměrnou tenzometrickou hlavou o rozsahu 100 kN a se softwarem LABTEST verze 2.3. Dále bylo též použito mechanického průtahoměru MFN-4-500 se zvýšenou přesností záznamu protažení testovaného materiálu, viz obrázek 15. Zatěžování zkušebního vzorku bylo provedeno posuvem čelisti rychlostí 10 mm/min. V průběhu měření byla zaznamenávána síla v závislosti na posuvu této čelisti. Zařízením byly vyhodnoceny a porovnány s materiálovými listy tyto hodnoty R_e, R_m, A_80mm, viz tabulka 5: Průměrné hodnoty mechanických vlastností vybraných materiálů. Zkušební protokoly statické zkoušky tahem jsou uvedeny v přílohách č. 1 až 3.

(32)

31

Obrázek 15: Zkušební zařízení TIRATEST 2300 se zkušební tyčí

Tabulka 5: Průměrné hodnoty mechanických vlastností vybraných materiálů

Naměřené hodnoty Hodnoty z materiálového listu Materiál R_e [Mpa] R_m [Mpa] A_80mm [%] R_e [Mpa] R_m [Mpa] A_80mm [%]

Vzorek 1 454±5 567±4 19,8±0,8 385 459 34

Vzorek 2 445±4 584±6 21,7±1,1 477 550 28,5

Vzorek 3 419±1 535±2 26,2±1 419 502 25

Ve výše uvedené tabulce 5 jsou uvedeny naměřené hodnoty pomocí zkušebního zařízení spolu se směrodatnou odchylkou a s deklarovanými hodnotami z materiálových listů. Na první pohled je vidět, že hodnoty, ačkoliv by měly být podobné, se značně liší. Nejblíže k deklarovaným hodnotám ověřených pokusem se blíží vzorek 3.

Z tabulky 5 dále vyplývá, že největší tažnost má vzorek 3, zároveň ale má nejmenší mez pevnosti a mez kluzu. Největší mez pevnosti má vzorek 2 při dobré mezi kluzu a dobré tažnosti. Vzorek 1 má největší mez kluzu, dobrou mez pevnosti, ale zase má nejmenší tažnost. Tuto skutečnost potvrzuje také graf 1: Grafické znázornění tahové zkoušky.

(33)

32

Graf 1: Grafické znázornění tahové zkoušky

Všechny tři vzorky mají výraznou mez kluzu. Plocha pod křivkou vyjadřuje celkovou práci, kterou je nutno vykonat silou k přetržení vzorku. Zvlnění křivek pracovních diagramů po překročené meze kluzu je způsobeno mírou vystárnutí materiálu. Nejvíce vystárlý materiál je vzorek 2. Stárnutí materiálu je nežádoucí, neboť může způsobovat komplikace při tváření.[17]

Pro posouzení vhodnosti materiálu k tváření byl použit komplexní ukazatel tvařitelnosti KUT [xx] definovaný jako:

𝐾𝑈𝑇 = ^𝑅^𝑒

𝑅_𝑚. 𝐴_𝑥 (3.1) Obecně platí, že čím vyšší je hodnota KUT, tím vhodnější je materiál pro tváření. Dále by materiál měl mít nízký poměr meze kluzu ku mezi pevnosti. KUT stanovený z experimentálně naměřených hodnot pro jednotlivé materiály je uveden v tabulce 6: Komplexní ukazatel tvařitelnosti.

0 10 20 30 40 50 60

1 1001 2001 3001 4001 5001 6001 7001 8001 9001 10001 11001

Napětí R [MPa]

Prodloužení ε /1000 [%]

Závislost napětí na relativním prodloužení

Vzorek 1 Vzorek 2 Vzorek 3

(34)

33

Tabulka 6: Komplexní ukazatel tvařitelnosti

Materiál KUT [xx]

Vzorek 1 0,15 Vzorek 2 0,17 Vzorek 3 0,21

Podle tabulky 6 vyplývá, že pro tváření bude nejvhodnější vzorek 3, tedy plech od výrobce ArcelorMittal Ostrava a. s. S ohledem na charakter výroby a požadavky na povrchovou úpravu dílů, bude dalším rozhodujícím kritériem pro volbu materiálu stav povrchu dodávaného materiálu. Důležitou roli hraje také cena. Pokud by cena materiálu vzorku 3 byla vysoká, je doporučen jej nahradit plechem od společnosti U. S. Košice s. r. o. (vzorek 2).

3.2 Porovnání drsnosti vzorků

Další zkouškou pro hodnocení vhodnosti plechu pro výrobu výše popisovaných dílů, je zkouška drsnosti povrchu. Kvalita povrchu má rozhodující význam pro kvalitu laku na nalakovaných dílech. Podle kvality povrchu se určuje, jaké operace bude nutné použít před samotným lakováním. Standardní úprava povrchu před lakováním je obrokování povrchu dílu a nanesení základní barvy proti korozi.

V případě nevyhovujícího povrchu plechu je nutné použít tmel a další broušení a nástřik. Tyto úpravy před lakováním prodlužují výrobní čas a zvyšují náklady výroby.

Obrázek 16: Měřicí přístroj MarSurf PS1 [16]

Měření drsnosti vzorků bylo provedeno pomocí přístroje MarSurf PS1 (viz obrázek 16). Tento přístroj je mobilní a měří dotykovou metodou. To znamená přiložení snímače k místu, kde je potřeba zjistit drsnost povrchu. Rozsah hodnot je

(35)

34 350 μm. Přístroj byl jedenkrát přiložen ke vzorkům plechů ve směru 90° vůči natočení vláken. Měření drsnosti se provádělo na neobrokovaných vzorcích. Pomocí měřícího zařízení byly vyhodnocovány hodnoty Ra, RPc a Rz v souladu s normou ČSN EN ISO 4287. Ra značí průměrnou aritmetickou odchylku od střední čáry profilu, RPc je počet výstupků nad střední čáru vztažených na jednotku délky a Rz je největší výška profilu. [10]

Tabulka 7: Drsnosti povrchu vzorků

Materiál Ra [μm] RPc [-/cm] Rz [-]

Vzorek 1 4,057 20 28,3

Vzorek 2 1,485 22 16

Vzorek 3 2,774 13 12,2

Tabulka 7 ukazuje porovnání vzorků dle jejich drsnosti. Nejmenší drsnost má vzorek z U. S. Steel Košice s. r. o. a to dokonce menší než je obrobená plocha po jemném soustružení, kde drsnost Ra je 1,6. Zároveň má největší počet výstupků na jednotku délky. Vzorek 3 z ocelárny ArcelorMittal Ostrava a. s. má nejmenší počet výstupků a nejmenší výšku profilu Rz. Vzorek 1 má největší výšku profilu a také největší drsnost Ra. Výsledné průběhy zkoušek drsnosti zobrazuje obrázek 17:

Průběhy zkoušek drsnosti vzorků, ze kterého byly vyjmuty hodnoty do tabulky 7.

(36)

35

Obrázek 17: Průběhy zkoušek drsnosti vzorků

Vzhledem k povaze výroby ve firmě Kadlec s. r. o., kde se zpracované plechy dále povrchově upravují, je důležité, aby jejich drsnost byla minimální.

3.3 Povrch vzorků

Povrchy vzorků byly zkoumány optickým mikroskopem NEOPHOT 21 s objektivem se zvětšením 25 x 0,50 (viz obrázek 18). Povrchy byly vyfotografovány v neodmaštěném stavu a po odmaštění (viz obrázky 10 až 12). Dále bylo provedeno jejich porovnání z hlediska kompaktnosti povrchu při zvětšení.

(37)

36

Obrázek 18: Optický mikroskop NEOPHOT 21

Ve výrobě se většinou jedná o velkoplošné díly, u kterých lokální stav povrchu nemůže interpretovat celý povrch. Zde je důležitější vizuální kontrola celého povrhu komplexně. Hotové svařence se před lakováním vždy brokují a stříkají základní barvou. Kvalita povrchu použitého plechu se pozná až po brokování, tzn. po odstranění okují. Snímky povrchu jednotlivých vzorků jsou uvedeny v příloze č. 4 až 6. Na obrázku 19 je vidět materiál vzorku 1 (Metallurgical Combine Azovstal) po obrokování. Obrázek 20 ukazuje ten samý materiál po přetmelení. Na obrázku 21 je vidět lakovaný povrch svařence se špatným základním povrchem bez úpravy tmelením a zabroušením tmelu (vylézají mapy tmelu). Tento povrch je pro zákazníky neakceptovatelný a celý díl se musí znovu povrchově opravit. Zatmelení děr po brokování a následné broušení jsou další vícepráce. Tyto důležité kroky sebou nesou další časové a finanční nároky.

Obrázek 19: Materiál firmy Metallurgical Combine Azovstal po obrokování

(38)

37

Obrázek 20: Zakytování děr po brokování

Obrázek 21: Výsledný povrch součásti pro zákazníka

(39)

38

4 Závěr

Cílem bakalářské práce bylo hodnocení vhodnosti jednotlivých používaných plechů pro současnou výrobu ve společnosti Kadlec s. r. o. Hodnoceny byly základní mechanické vlastnosti plechů tloušťky 8 mm z oceli S355J0 EN 10027-1 od 3 různých dodavatelů, stav povrchu materiálů a jejich drsnost. V současné době se cena materiálu pohybovala na hranici 11 až 12 Kč/kg ocelového plechu. Je to nejnižší cena za více jak posledních 10 let. Cena tabule P.8x2000x6000 se tak pohybuje kolem 10 000 Kč. Ceny pro jednotlivé dodavatele se neliší více jak o 1 Kč/ kg. Společnost Kadlec s. r. o.

odebírá velké množství tabulí plechů, což váže značné finanční prostředky. Výše ceny polotovaru opravňuje k výběru optimálního dodavatele materiálu.

Tahovou zkouškou byly zjištěny základní mechanické vlastnosti hodnocených materiálů. Bylo zjištěno, že skutečné hodnoty mechanických vlastností (mez kluzu, mez pevnosti a tažnost) u materiálů ze vzorku 1 a 2 se výrazně liší od hodnot uvedených v materiálovém listu výrobce. Tato nesrovnalost může být způsobena deformačním stárnutím materiálů. S ohledem na získané výsledky se jako nejvhodnější materiál pro výrobu hodí materiál od společnosti ArcelorMittal Ostrava a. s., který také vykazuje nejlepší hodnoty komplexního ukazatele tvařitelnosti.

Při porovnání materiálových listů a normy ČSN EN 10025 bylo zjištěno (tabulka 4: Chemické složení oceli S355J0), že se výrobci plechů snaží dodržovat maximální procentuální podíl legujících prvků. Nejdůležitější legurou je zde mangan, který zvyšuje pevnost plechu. Nejvyšší přítomnost tohoto prvku deklaruje materiálový list (příloha č. 8) z U. S. Steel Košice s. r. o. a zároveň tuto skutečnost potvrzuje graf 1.

Jakost povrchu byla hodnocena vizuálně na zvětšeném povrchu a měřením drsnosti povrchu. Porovnáním drsnosti povrchu materiálu bylo zjištěno, že lokální rozdíly hodnot drsnosti jsou s ohledem na velikost ploch dílů nepodstatné. Nejmenší hodnoty drsnosti byly zjištěny pro vzorek 2, tj. materiál společnosti U. S. Steel Košice s. r. o. Pod mikroskopem je materiál kompaktní a nevykazuje žádné větší defekty.

(40)

39 Z výše uvedených závěrů je pro výrobu ve firmě Kadlec s. r. o. dále doporučován materiál od společnosti ArcelorMittal Ostrava a. s. s doporučením i nadále kontrolovat stav povrchu, alespoň vizuální kontrolou přímo na pracovišti.

Nutno říci, že hodnocení stavu povrchu není úplně optimální a bylo by vhodné měřit drsnost povrchu, resp. hodnotit stav povrchu až po obrokování povrchu plechu. Jelikož největší problémy s povrchovou úpravou vytvářejí lokální defekty, respektive zaválcované okuje do povrchu plechu, který je jinak ve zbývající ploše bezvadný. Tyto defekty nelze předem s jistotou lokalizovat. Toto měření, vzhledem k velikosti vyráběných dílů a náhodnosti výskytu povrchových defektů, by muselo probíhat přímo na pracovišti na reálných dílech.

(41)

40

Seznam použitých zdrojů

1. ČSN 42 5390. Rebrované plechy z ocelí tried 10 a 11 valcované za tepla. Praha:

ÚNMZ, 1990.

2. LENFELD, Petr. Technologie II. Část 1., Tváření kovů. Vyd. 2. Liberec:

Technická univerzita v Liberci, 2009. ISBN 978-80-7372-466-5.

3. ČSN EN 10029. Plechy ocelové válcované za tepla, tloušťky od 3 mm. Mezní úchylky rozměrů, tvaru a hmotnosti. Praha: ÚNMZ, 2011

4. ČSN 42 5310. Plechy tlusté z ocelí tříd 10 až 16 válcované za tepla. Rozměry.

Praha: ÚNMZ, 1991

5. HLUCHÝ, M., KOLOUCH, J., Strojírenská technologie 1 – 1. díl, Scientia Praha 2002

6. VELES, P.: Mechanické vlastnosti a skúšanie kovov, ALFA Bratislava 1989 7. VALČÍK, J.: Moderní metody ohýbání plechů, VUT Brno 2008

8. PROCHÁZKA, L.:Možnosti zamezení vzniku defektů při ohýbání trubek, VUT Brno 2015

9. ČSN EN 10025 Výrobky válcované za tepla z konstrukčních ocelí - Část 2:

Technické dodací podmínky pro nelegované konstrukční oceli. Praha: Úřad pro

technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2005, 36s.

10. ČSN EN ISO 4287. Geometrické požadavky na výrobky (GPS) - Struktura povrchu: Profilová metoda - Termíny, definice a parametry struktury povrchu.

Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 1999.

24 s.

11. ČSN EN ISO 6892. Kovové materiály - Zkoušení tahem - Část 1: Zkušební metoda za okolní teploty. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní

zkušebnictví, 2002, 48 s.

12. FABÍK, Richard. Tváření kovů: učební text: studijní materiály pro studijní program Metalurgické inženýrství Fakulty metalurgie a materiálového

(42)

41 inženýrství [online]. Ostrava: Vysoká škola báňská - Technická univerzita, 2012 [cit. 2016-05-28]

13. Tensile test and Stress-Strain Diagram. SubsTech [online]. [cit. 2016-06-01].

Dostupné z:

http://www.substech.com/dokuwiki/lib/exe/fetch.php?w=&h=&cache=cache&me dia=stress-strain_diagram.png

14. Curved Beams. CODECOGS [online]. 2011 [cit. 2016-06-05]. Dostupné z:

http://www.codecogs.com/library/engineering/materials/curved-beams.php 15. Brokování. CHALKO Semily [online]. 2009 [cit. 2016-06-28]. Dostupné z:

http://www.chalko.cz/?blasting

16. Oberflächenmessraum. IFAS [online]. [cit. 2016-06-28]. Dostupné z:

http://www.ifas.rwth-

aachen.de/html/01_about/04_equipment.php?content=ober&lang=de

17. LITOCHLEBOVÁ, S.:Technologie výroby součásti tvářením, VUT Brno 2010

(43)

42

Seznam příloh

Příloha č. 1: Výsledek zkoušky tahem vzorku 1 Příloha č. 2: Výsledek zkoušky tahem vzorku 2 Příloha č. 3: Výsledek zkoušky tahem vzorku 3 Příloha č. 4: Vzorek 1 před a po tahové zkoušce Příloha č. 5: Vzorek 2 před a po tahové zkoušce Příloha č. 6: Vzorek 3 před a po tahové zkoušce

Příloha č. 7: Naskenovaný materiálový list od dodavatele vzorku 1 Příloha č. 8: Naskenovaný materiálový list od dodavatele vzorku 2 Příloha č. 9: Naskenovaný materiálový list od dodavatele vzorku 3

(44)

43

Seznam obrázků

Obrázek 1: Typický výrobek společnosti Kadlec – model vozu na kukuřici ... 11

Obrázek 2: Kalibrované válce pro válcování profilu [12] ... 12

Obrázek 3: Zatěžovací diagram s výraznou mezí kluzu [13] ... 19

Obrázek 4: Zkouška ohybem [14] ... 20

Obrázek 5: Tryskací box ve firmě Kadlec s. r. o. ... 23

Obrázek 6: Neupravený a obrokovaný povrch[16] ... 24

Obrázek 7: Volba osy ohybu [2] ... 25

Obrázek 8: CNC ohraňovací lis ve firmě Kadlec s. r. o. ... 26

Obrázek 9: Trhliny při ohybu materiálu [7] ... 27

Obrázek 10: Odmaštěný povrch vzorku 1 ... 28

Obrázek 13: Pálící stroj v areálu firmy Kadlec s. r. o. ... 30

Obrázek 14: Zkušební tyč plochá - výkres ... 30

Obrázek 15: Zkušební zařízení TIRATEST 2300 se zkušební tyčí ... 31

Obrázek 16: Měřicí přístroj MarSurf PS1 [16] ... 33

Obrázek 17: Průběhy zkoušek drsnosti vzorků ... 35

Obrázek 18: Optický mikroskop NEOPHOT 21 ... 36

Obrázek 19: Materiál Azovstal po obrokování ... 36

Obrázek 20: Zakytování děr po brokování ... 37

Obrázek 21: Výsledný povrch součásti pro zákazníka ... 37

(45)

44

Seznam tabulek

Tabulka 1: Mezní úchylky rozměrů - tloušťka ČSN EN 10029 Tabulka 2: Mezní úchylky plechu - šířka ČSN EN 10029 Tabulka 3: Mezní úchylky plechu - délka ČSN EN 10029

Tabulka 4: Chemické složení oceli S355J0 dle normy ČSN EN 10025 - výběr Tabulka 5: Průměrné hodnoty mechanických vlastností vybraných materiálů Tabulka 6: Komplexní ukazatel tvařitelnosti

Tabulka 7: Drsnosti povrchu vzorků

(46)

45

Seznam grafů

Graf 1: Grafické znázornění tahové zkoušky

(47)

Příloha č. 1: Výsledek zkoušky tahem vzorku 1

STATICKÁ ZKOUŠKA TAHEM EN ISO 6892-1

VSTUPNÍ PARAMETRY

Testovaný materiál: : 11 523 Norma: : ČSN EN ISO 6892-1 Rychlost zatěžování: : 10 mm/min.

Vypracoval: : Tomáš Höhnel Podmínky měření : ---

VÝSTUPNÍ HODNOTY

Zkouška Re MPa

Rm MPa

A80mm

% ⇅ 1 451.69 565.8 20.25 ⇅ 2 451.86 569.3 18.63 ⇅ 3 461.31 571.8 19.51 ⇅ 4 453.60 565.1 20.27 ⇅ 5 449.73 560.3 20.45

Statistika Re

MPa Rm MPa

A80mm

%

Počet zkoušek 5 5 5

Průměrná hodnota 453.64 566.5 19.82 Směrodatná odchylka 4.50 4.4 0.76

Kanál síly / pevnosti [MPa]

100.00 200.00 300.00 400.00 500.00

Kanál protažení vzorku [%e]

5.00 10.00 15.00 20.00

Rp0.2 Re

Ag Rm

A80mm

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

Katedra strojírenské technologie Oddělení tváření kovů a plastů

Studentská 2, 461 17, Liberec 1, CZ http://www.ksp.tul.cz

(48)

STATICKÁ ZKOUŠKA TAHEM EN ISO 6892-1

VSTUPNÍ PARAMETRY

Testovaný materiál: : 11 523 Košice Norma: : ČSN EN ISO 6892-1 Rychlost zatěžování: : 10 mm/min.

VÝSTUPNÍ HODNOTY

Zkouška Re MPa

Rm MPa

A80mm

% ⇅ 1 443.74 582.2 22.70 ⇅ 2 443.27 580.7 22.23 ⇅ 3 439.90 576.3 22.25 ⇅ 4 447.33 588.7 19.87 ⇅ 5 450.88 590.9 21.37

Statistika Re

MPa Rm MPa

A80mm

%

100.00 200.00 300.00 400.00 500.00

5.00 10.00 15.00 20.00

Re

Ag Rm

A80mm

(49)

STATICKÁ ZKOUŠKA TAHEM EN ISO 6892-1

VSTUPNÍ PARAMETRY

Testovaný materiál: : 11 523 Vítkovice Norma: : ČSN EN ISO 6892-1 Rychlost zatěžování: : 10 mm/min.

VÝSTUPNÍ HODNOTY

Zkouška Re MPa

Rm MPa

A80mm

% ⇅ 1 417.72 535.3 26.62 ⇅ 2 0.00 532.5 24.40 ⇅ 3 0.00 535.9 26.74 ⇅ 4 419.03 532.8 26.64 ⇅ 5 419.34 536.4 26.49

Statistika Re

MPa Rm MPa

A80mm

%

100.00 200.00 300.00 400.00 500.00

5.00 10.00 15.00 20.00 25.00

Re

Ag Rm

A80mm

(50)

Příloha č. 4: Vzorek 1 před a po tahové zkoušce

(51)

(52)

Příloha č. 7: Naskenovaný materiálový list od dodavatele vzorku 1

(53)

(54)