Tvárnenie za studena

Tvárnenie za studena je technika tvárnenia bežne používaná v strojárstve a vo výrobe zariadení. Proces prebieha automatizovane na špeciálnych tvárniacich lisoch. Tieto lisy často spolupracujú s inými strojmi.

Tvárnenie za studena v súlade s DIN 8580 spevňuje kovy pri teplotách výrazne pod rekryštalizačnou teplotou. Kovy sa stávajú odolnejšími prostredníctvom veľkých tvárniacich síl (tlakové sily, ťahové sily). Neumýselná deformácia kovových dielov sa nazýva deformácia za studena. Dochádza k nej pri nárazových nehodách vozidiel alebo v priemyselnej výrobe kvôli nesprávne nastaveným parametrom. Priemysel využíva tvárnenie za studena na zvýšenie pevnosti kovových materiálov a dosiahnutie dobrých povrchových vlastností a nízkych rozmerových tolerancií. Tvárnenie za studena slúži na zmenu vlastností surového materiálu, nie však tvaru. Stroje používané na tvárnenie za studena sú lisy s vysokou priepustnosťou dielov. Spracujú 150 až 300 kusov za minútu.

Pretože deformácia sa najčastejšie nedá dosiahnuť jedným postupom, aplikuje sa niekoľko postupov za sebou. Napríklad tvárnenie drôtu za studena sa vykonáva na horizontálnych lisoch. Privádzaný medený drôt sa najprv nastrihne na požadovanú dĺžku a potom sa tvaruje pomocou niekoľkých ťažníkov a tvarovacích ťažníc. V závislosti od aplikácie sa spevňovanie za studena rozlišuje na tvárnenie plechu a objemové tvárnenie za studena. Procesy tvárnenia plechu zahŕňajú hlboké ťahanie, valcovanie za studena, ohýbanie, ohraňovanie a lisovanie. Objemové tvárnenie za studena zahŕňa okrem iného ťahanie za studena, kovanie za studena, ubíjanie za studena a pretláčanie za studena.

Tvárnenie za studena je vhodné pre všetky oblasti použitia, kde sa vyžadujú tvrdšie kovy a vyššie medze klzu: strojárstvo, výroba zariadení a prístrojov, automobilová výroba a elektrotechnika. Na tvarovanie za studena sa môžu použiť všetky nekrehké kovy a zliatiny, ktoré nie sú vhodné na tvarovanie za tepla. To, či sa tvárnenie za studena vykonáva pri izbovej teplote alebo po miernom zahriatí, závisí od teploty rekryštalizácie príslušného kovu. Tvárnenie za poloohrevu a tvárnenie za tepla sa od spevňovania za studena líšia tým, že používajú teploty vyššie ako je teplota rekryštalizácie. Tvárnenie za studena možno zvrátiť rekryštalizačným žíhaním.

Počas tvárnenia za studena sa mení kryštálová mriežka. Hustota dislokácií sa v dôsledku pohybu zvyšuje. Dislokácie sa o seba trú a vzájomne si prekážajú. Preto po spevňovaní za studena často nasleduje tepelné spracovanie. Na dosiahnutie vyššej tvrdosti a medze klzu musí priemyselný používateľ použiť vyššie tlakové napätia. Použitie tvárnenia za studena znižuje ťažnosť, počiatočnú priepustnosť a elektrickú vodivosť tvárneného dielu. Tvárnenie za studena môže tiež zvýšiť magnetizovateľnosť. Vedľajším účinkom zvýšenej hustoty dislokácií je nárast energie uloženej v kryštálovej mriežke. Ak sa tvárnenie za studena vykonáva dlhšie, než je potrebné na spevnenie, kov sa roztrhne. Tvárnenie plechu sa vyznačuje tým, že hrúbka materiálu zostáva zväčša rovnaká. Objemové tvárnenie za studena naopak spôsobuje veľké zmeny prierezu.

Medzi kľúčové výhody patria:

• užšie rozmerové tolerancie, a teda presnejšie spracovanie
  
• tok vlákien nie je prerušený
  
• trvalé spevnenie materiálu
  
• lepšie využitie materiálu v porovnaní s obrábaním
  
• vhodné pre veľkosériovú výrobu
  
• krátke doby spracovania
  
• dobrá kvalita povrchu
  
• energeticky úsporná výroba
  
• ďalšie spracovanie kalením zvyčajne nie je potrebné
  
• vyššia zaťažiteľnosť dielu

Významnou nevýhodou je, že je potrebná pomerne veľká mechanická sila.  Skúška ťahom ukáže, kedy sa súčasť zlomí.

Spevňovanie za studena môže spôsobiť chyby ako vrásky, zdvojenie, stenčenie materiálu a trhliny. Tie sa často zistia až na hotových dieloch. Moderné metódy, ako vysokofrekvenčné pulzné meranie, kontrolujú tvárniace nástroje a diely po výrobe. Okrem toho je možné s ich pomocou monitorovať celý proces tvárnenia za studena. Trhliny v dieloch spôsobené zmenami parametrov vedú k zvýšeniu amplitúd v obraze. Automatizované optické 3D meracie systémy garantujú konzistentne vysokú kvalitu výsledkov. To zároveň uľahčuje stanovenie vlastností plechu a kontrolu počiatočných vzoriek.