V oblasti výroby za studena valcovaných tenkých plechov a pásov sú posledné desaťročia charakterizované stúpajúcimi nárokmi spotrebiteľov na kvalitu a environmentálnu bezpečnosť výrobkov. Veľká konkurencie schopnosť jednotlivých výrobcov finálnych výrobkov núti stále viac sa zamýšľať nad príčinou vzniku chýb a nepodarkov vo výrobe, znižovania nákladov na výrobu, znižovania zaťažovania životného prostredia ako byť úspešnými na svetových trhoch.
V príspevku sú uvádzané výsledky hodnotiacej expertízy plechu valcovaného za studena vhodného na smaltovanie kvality KOSMALT 190 a KOSMALT 180 IF. Sú tu popísané metodiky merania a hodnotenia mechanických vlastností a hodnotenie materiálu podľa nových kritérií hlbokoťažnosti.
Problematika vývoja nových materiálov a skúšanie ich vlastností je v súčasnosti veľmi aktuálnou témou. Z dôvodu neustáleho pokroku v strojárskej výrobe sú na kovové materiály kladené čoraz vyššie požiadavky. Aj oceľové plechy podliehajú tomuto trendu. Stáva sa, že už existujúce plechy nie sú schopné plniť zvyšujúce sa požiadavky podnikov, ktoré tieto plechy používajú pri výrobe. Vyvíjajú sa preto stále nové plechy s lepšími vlastnosťami, menšími hrúbkami a kvalitnejšou povrchovou úpravou. Pri vývoji sa zohľadňuje najmä náročnosť výroby kvalitného a vysoko čistého plechu, mechanické vlastnosti, ako aj technologické podmienky jeho spracovania.
Hodnotenie hlbokoťažných plechov
Oceľový plech je stále najrozšírenejším základným materiálom pri výrobe výliskov. Plech je svojím tvarom predurčený na spracovanie plošným tvárnením. Technologické metódy plošného tvárnenia kladú na plech celý rad požiadaviek, aby sa z rovinného polotovaru dali čo najjednoduchšie, najrýchlejšie a najlacnejšie vyrobiť aj tvarovo zložité, rozmerné súčiastky. Tieto požiadavky sú zhrnuté do pojmu lisovateľnosť plechu. Lisovateľnosť nie je možné dostatočne presne vyjadriť jednou charakteristikou, pretože závisí od vlastností plechu (chemického zloženia, mikroštruktúry, mechanických vlastností, kvality povrchu a pod.) a od konkrétnych technologických podmienok spracovania (mazadla, nástroja, stroja, pomernej rýchlosti deformácie a pod.) obr. 1.
Technologické spracovanie nových materiálov s novými vlastnosťami prináša rad problémov, pretože vo väčšine prípadov dochádza k zhoršeniu ukazovateľov ich technologickej spracovateľnosti – lisovateľnosti. Overenie lisovateľnosti materiálu je preto často nevyhnutné.
Základné posúdenie lisovateľnosti oceľových plechov sa vykonáva pomocou charakteristických hodnôt základných skúšok plechov. Na základe výsledkov týchto skúšok je možné si vytvoriť jasnú predstavu o vlastnostiach materiálu a o jeho možnom využití v praxi.
Na hlboké ťahanie sa používajú plechy s vyšším stupňom plastických vlastností. Na tvárniteľnosť plechov, t.j. schopnosť materiálu plasticky sa deformovať bez lokálnej straty stability a bez porušenia, má základný vplyv:
►►spôsob výroby materiálu (materiály odlievané klasicky, kontinuálne alebo vo vákuu),
►►chemické vlastnosti materiálu (napr. obsah nečistôt, legujúcich prvkov),
►►štruktúra materiálu,
►►textúra materiálu,
►►mechanické a plastické vlastnosti materiálu,
►►kvalita povrchu materiálu,
►►tvar a rozmery polotovaru.
Výskum, ktorého výsledky sú prezentované v tomto príspevku, bol robený pre výrobky sanitárnej techniky. Súčasným trendom aj v tejto výrobe je snaha znižovať hmotnosť výrobku a zabezpečiť trvanlivosť výrobku po dobu jeho životnosti. Výrobky sanitárnej techniky boli doteraz vyrábané z oceľového plechu kvality KOSMALT 190, ktorý je v súčasnosti nahrádzaný novým materiálom kvality vhodným na smaltovanie a hlboké ťahanie, a to KOSMALT 180 IF. Uvedené materiály, vyrábané v USS Košice, s. r. o., využíva pri výrobe sanitárnej techniky napr. firma FESTAP, a. s. závod Fiľakovo. Základné mechanické a chemické vlastnosti oceľových plechov vhodných na smaltovanie vyrábaných v USS Košice, s. r. o. sú v tab. 1 a tab. 2.
 |
 |
Pri posudzovaní kvality povrchu plechu sa hodnotí čistota povrchu, povrchové chyby a mikrogeometria povrchu. Kvalitu povrchu pre hlbokoťažné oceľové plechy valcované za studena predpisuje norma EN 10130/91+ A1/98. Kvalitu povrchu pre hlbokoťažné oceľové plechy valcované za tepla predpisuje Európska norma EN 10111/98.
Experimentálne metódy skúšania materiálov a dosiahnuté výsledky
Experimentálne skúšky boli vykonané na plechoch z ocele KOSMALT 190, hrúbky 1,5 mm a KOSMALT 180 IF, hrúbky 1,35 mm.
Na zistenie základných mechanických vlastností kovových materiálov slúži skúška jednoosovým ťahom, ktorá sa radí medzi základné mechanické skúšky.
Na stanovenie metodiky skúšania a hodnotenia hlbokoťažnosti materiálu boli navrhnuté nasledovné skúšky:
►►vizuálne posúdenie skúšaného materiálu podľa STN 42 0108,
►►metalografická analýza skúšaného materiálu podľa STN 42 0469,
►►drsnosť materiálu podľa STN EN ISO 4287,
►►ťahová skúška podľa STN EN 10002-1,
►►skúška normálovej anizotropie STN 42 0435,
►►skúška pre určenie exponenta deformačného spevnenia podľa STN 42 0436,
►►určenie koeficientov P, IT, KUT, Zp podľa nových kritérií.
Pri vizuálnej kontrole plechov označenia KOSMALT sa najčastejšie vyskytujú chyby, ako škrabance, korózia, otlačenie spôsobené výrobou, dopravou, manipuláciou a skladovaním. Na obr. 2 je znázornená korózia na plechu a na obr. 3 je otlačenie.
Fraktografické hodnotenie skúšobných vzoriek materiálu KOSMALT 190 sa vykonalo na elektrónovom mikroskope JSM -35 CF JOEL, Japonsko – obr. 4 (vrub s členitým povrchom) a obr. 5, kde boli pozorované ďalšie chyby materiálu – šupiny.
Meranie drsnosti povrchu bolo podľa STN EN ISO 4287. Na meranie drsnosti povrchu bol použitý drsnomer MITUTOYO Surfest SJ – 301. Hodnoty drsnosti povrchu plechu spĺňajú požiadavky dodacích predpisov materiálu a podnikovej normy pre hodnoty Ra = 1,7 – 2,7 μm. Namerané hodnoty pre materiál KOSMALT 190 sa pohybovali od Ra = 1,81 – 2,07 μm a pre KOSMALT 180 IF od Ra = 1,74 – 1,96 μm. Hodnoty drsnosti Rz sa pohybovali u obidvoch materiáloch v rozpätí 6,17 až 7,18 μm.
Skúška jednoosovým ťahom bola vykonaná podľa normy STN EN 10002-1, ktorá upravuje priebeh, spracovanie a vyhodnotenie nameraných hodnôt. Ťahová skúška bola uskutočnená na overenom trhacom stroji typu TIRA-test 2300, obr. 6. Na experiment bolo použitých po 5 skúšobných vzoriek z každého smeru valcovania, t. j. 0 º, 45 º, 90 º vzhľadom na smer valcovania podľa STN EN 42 0305.
Namerané hodnoty mechanických vlastností v závislosti od smeru valcovania sú graficky spracované na obr. 7, obr. 8 a obr. 9 pre oba skúšané materiály.
 |
 |
Správanie sa materiálov v rovine plechu alebo kolmo na rovinu plechu, obr. 10, môže byť rôzne v závislostí od čistoty materiálu a výrobnej histórie materiálu.
Na obr. 11 sú uvedené priemerné hodnoty exponenta deformačného spevnenia „n“.
Komplexné hodnotenie priemerným súčiniteľom normálovej anizotropie „r“ je uvedené v diagrame na obr. 12.
Vzťahy pre posúdenie tvárniteľnosti hlbokoťažných oceľových plechov za studena podľa nových kritérií sú uvedené v tab. 3.
Vypočítané nové kritériá, vychádzajúce z hodnôt nameraných ťahovou skúškou, pre posúdenie tvárniteľnosti plechov valcovaných za studena sú uvedené v tab. 4.
Záver
V príspevku bola riešená problematika expertízneho posúdenia funkčných charakteristík materiálu určeného na špeciálne použitie, a to pre hlboké ťahanie a následné smaltovanie.
Na základe vykonaných skúšok možno konštatovať, že získané výsledky experimentov a meraní môžu byť podkladom pre hodnotenie uplatnenia plechov typu KOSMALT 190 s hrúbkou 1,5 mm a KOSMALT 180 IF s hrúbkou 1,35 mm pri výrobe nových a inovovaných výrobkov a možno ich odporučiť ako vstupný materiál na výrobu veľkoplošných výliskov sanitárnej techniky. Zároveň sa znižovaním hrúbky materiálu znižujú náklady na nákup materiálu a konečnú výrobu výrobkov z týchto plechov pri dodržaní požadovanej kvality, čím dochádza aj k šetreniu životného prostredia.
Z dosiahnutých výsledkov experimentov vyplýva, že skúšané oceľové plechy majú vysokú schopnosť pretvorenia (hodnota n, A80) a menšiu vhodnosť pre ťahanie z príruby (nízka hodnota r).
Konkurencie schopnosť firiem na svetových trhoch možno dosiahnuť uvedením do výroby nových materiálov s lepšími hlbokoťažnými vlastnosťami, menšou hrúbkou, nových progresívnych technológií, neustálym štúdiom, zvyšovaním kvalifikácie a kontroly.
Poďakovanie
Príspevok bol spracovaný v rámci riešenia grantového vedeckého projektu VEGA 1/0396/11.
Literatúra
1. U. S. Steel Košice, s. r. o.: Výrobky / Ocele pre smaltovanie / Košice: U. S. Steel s. r. o., http://www.usske.sk/products/cat-s/cold-roll/special/enameling.html.
2. SPIŠÁK, E. Matematické modelovanie a simulácia technologických procesov –Ťahanie. Košice: TYPO Press, 2000. 156 s. ISBN 80-7099-530-0
3. SOBOTOVÁ, L., DULEBOVÁ, Ľ.: Materiálová tvárniteľnosť plechov. Acta MechanicaSlovaca. PRO-TECH – MA 2008, roč. 12, 3-A/2008, s. 4
TEXT/FOTO: doc. Ing. Lýdia Sobotová, PhD., Ing. Ľudmila Dulebová, PhD., KTaM, SjF, TU Košice
