Hlboké ťahanie

Hlboké ťahanie (podľa normy len ťahanie) je technologický proces plošného tvárnenia pri ktorom je z  rovinného materiálu (napr. plechu) vytvorený trojrozmerný výrobok – duté teleso. 

Nástrojom na hlboké ťahanie je ťahadlo, ktorého hlavné časti sú ťažník a ťažnica. Strojom pre hlboké ťahanie je lis. Výrobkom ťahania je výťažok (starší názov výlisok). Materiálom pre hlboké ťahanie je hlbokoťažný plech (oceľ, hliník, meď), alebo špeciálne plasty.

 Operácie ťahania 
Obyčajné ťahanie
Voľné ťahanie (plytké / hlboké)
je tvárnenie rovinného polotovaru (prístrihu) do priestorovej štruktúry bez zmeny hrúbky steny, bez pridržiavania materiálu pridržiavačom.

Ťahanie s pridržaním
Pridržiavač zabezpečuje rovnomerné napnutie polotovaru a zabraňuje vzniku vlnenia na okraji polotovaru.

Ťahanie so stenčením steny
Hrúbka steny je väčšinou (s toleranciou) konštantná. Je však možné i ťahanie so stenčením steny. Je náročnejšie na výpočet, aj na technické pomery ťahania. Dajú sa takto vytvoriť aj veľmi tenkostenné nádoby (napr. tuba na zubnú pastu).

Spätné ťahanie
Polotovar sa vytiahne jedným smerom, obráti sa a ťahá sa opačne. Zahnutá štruktúra pôsobí ako pridržiavač. Používa sa, ak v druhom kroku potrebujeme ťahať hlboko.

Žliabkovanie
je vytláčanie plytkých reliéfov do výlisku s cieľom spevniť a zvýšiť jeho tuhosť.

Rozširovanie
je proces, pri ktorom sa výlisok získaný ťahaním na konci rozšíri.

Zužovanie
je proces, pri ktorom sa výlisok získaný ťahaním na rozšírenom konci zúži.

 Technológia 
náhľad|Polotovar na ťahanie valcovej nádoby
Ťahaním plechu vzniká výlisok v nerozvinutom tvare. Základným polotovarom je platňa plechu, alebo (pre drobné súčiastky) plechový pás, ktorý je možné automaticky podávať do lisu. Ťažník je tlakom lisu zatláčaný do ťažnice. Medzi nimi sa nachádza materiál, ktorý postupne na seba preberá tvar ťažníka a spolu s ním je vťahovaný do ťažnice. Tým vznikne priestorový útvar. Materiál postupuje cez ťažnú hranu, ktorá je najviac namáhanou časťou ťažnice. Materiál musí byť zvolený tak, aby nedošlo k jeho pretrhnutiu, ani ku vzniku prasklín a nerovnomerných stenčení. Je nutné tiež počítať s trením a zmenami pevnostných charakteristík materiálu vplyvom pretvárnenia.

Pri ťahaní sa z plechového výstrižku hrúbky n priemeru d1 vytvorí priestorový objekt priemeru d2 s výškou h. Ak predpokladáme, že nedochádza ku zmene objemu materiálu, ale len ku jeho preskupeniu do nového tvaru, bude výška h väčšia ako šírka medzikružia d1 – d2. 

Pri hlbokom ťahaní dochádza nielen ku ťahovému namáhaniu výlisku, ale aj k tlakovému. Vonkajší okraj výstrižku sa stáva vonkajším okrajom výlisku.  Dno je namáhané len veľmi málo. Driek výlisku je namáhaný hlavne na ťah. Na ohybe hrany ťažnice je materiál namáhaný na ťah, ohyb aj tlak, k čomu sa pridáva aj namáhanie trením. Ak sa nepoužije pridržiavač, horný okraj výlisku nie je namáhaný na tlak (od pridržiavača), ale ťažné sily spôsobia dvíhanie materiálu a vznik vĺn. Najväčšie sily vznikajú na hrane dna výlisku. Pri prílišnom tlaku, alebo nevhodnom materiáli sa ako prvé odtrhne dno výlisku na zlomovej hrane.

Mastenie
Pre zníženie trenia sa musí použivať mastenie ťažnice. Ako mastivá sa používajú suché (práškové), alebo emulzné mastivá. (fosfátové, draselné, vápenaté, bórax, mydlo atď.). Mastivá sú väčšinou bezvodé (max. 2,5% vody) a nesmú byť hygroskopické. Aby mastivo mohlo plniť svoju funkciu musí byť vtiahnuté do ťažnice v dostatočnom množstve ideálne v súvislej vrstve. Vhodné mazivo ovplyvňuje celý proces ťahania a povrchové vlastnosti výlisku. Na mastivá sú mimo základnej funkcie (mastenie) kladené aj ďalšie nároky (ekonomické, ekologické, zdravotné hľadiská a pod.). Dôležité je, aj to, aby sa dalo mastivo jednoducho odstrániť, resp. aby ho nebolo nutné odstraňovať vôbec napr. aby nevadilo pri ďalšom spracovaní materiálu.

Podobne je potrebné mastiť aj pridržiavač. Mastí sa hlavne ťažnica. U ťažníka sa využíva jeho drsnosť na lepšie vtiahnutie materiálu do ťažnice, preto sa mastí len ojedinele.

Vznik vĺn
Pri ťahaní sa presúva značný objem materiálu. Vonkajší obvod výlisku je rádovo menší, ako vonkajší priemer polotovaru. Keď materiál nie je pridržiavaný, má tendenciu sa dvíhať a vplyvom meniaceho sa priemeru a stúpajúceho tlaku má tendencie vytvárať vlny. Pri malej deformácii sa vlny zrovnajú o hranu ťažnice, pri väčších deformáciách sa tento jav musí kompenzovať pridržiavačom. Pri veľmi veľkom pretvárnení musí aj pridržiavať vytvárať značný tlak, aby sa vlny netvorili. Vlny môžu spôsobiť nerovnomernosť okraja výlisku. 

náhľad|Ťahanie ostrohrannej krabice
Ťahanie ostrohranných výliskov
Ostrohranné výlisky (krabice) sa ťahajú len plytko. Ostrý roh spôsobuje zvýšenú koncentráciu napätia. preto je toto miesto najslabšie.  Pri ťahaní ostrohranného výlisku dochádza ku maximálnemu pretvoreniu práve v rohoch. Ak by sme ťahali  krabicu z pravouhlého polotovaru, dostali by sme výlisok s vysokými vytiahnutými rohmi. Preto sa polotovar vyrába s oblo skosenými rohmi, ktoré vytvoria pravouhlý výlisok.

Ťahanie so zvláštnym postupom 
Ťahanie so stenčením steny. Pri ňom dochádza aj k stenčovaniu steny výlisku. Používa sa ako jeden z posledných krokov. Ťahá sa na požadovanú hrúbku steny.
Spätné ťahanie sa používa pre zvláštny tvar výliskov, alebo ak nemôžeme (nechceme) používať pridržiavač. Opačne zahnutý lem pridržiava výlisok a eliminuje vlnenie polotovaru pri ťahaní. Pri takomto pridržiavaní  je možné dosiahnuť vyššie ťahacie sily. Opačný prelis sa v poslednom kroku odstrihne.
Ťahanie stupňovitých výliskov sa vykonáva niekoľkými krokmi, pričom sa používa aj zužovanie a rozťahovanie.
120px|Krok 1120px|Krok 2
Ťahanie kónických výliskov sa realizuje ak užšia strana je dnom výlisku. Musí sa ťahať postupne – stupňovito, a až ako posledný krok sa stupne vyrovnajú vhodnou ťažnicou a ťažnńikom. Podobne je možné ťahať aj guľovité tvary.
Ťahanie s ohrevom sa používa pre plasty a zliatiny v studenom stave ťažko tvárniteľné (Al, Ti, Mg zliatiny)

Nástroje pre ťahanie
Nástroje pre ťahanie sa nazývajú ťahadlá.
Ťažnica
Ťažnica je základnou časťou ťahacieho nástroja. Obvykle je pevná, spojená so spodnou (pevnou) časťou ťahacieho lisu. Od jej parametrov závisí kvalita povrchu výlisku. Ťažnicu charakterizuje:
tvar pracovnej plochy
tvar tvárniacej hrany (zaoblenie)
drsnosť (čo najhladšie, materiál sa kĺže po povrchu)
upevnenie k lisu
spôsob vyberania výlisku
jednoťahová, viacťahová, poradie ťahu
tvar a členitosť povrchu
odolnosť voči oderu

Ťažník
Ťažník je nástroj, ktorý vykonáva prácu. Je spojený s pohyblivou časťou lisu. Postupne vtláča materiál do ťažnice.
tvar tvárniaceho čela
zaoblenia hrán
drsnosť povrch (vhodne zvolená drsnosť umožní lepšie unášanie materiálu)
odvzdušňovanie (aby sa vo výlisku nehromadil stlačený vzduch)
tvar, členitosť
jednoťahový, viacťahový, poradie ťahu
odolnosť voči oderu

Pridržiavač
Pridržiavač nemusí byť súčasťou každého ťahadla. Ak je prítomný, má za úlohu pridržať materiál pri ťahaní, umožňuje rovnomerné vtiahnutie materiálu do ťažnice, zabraňuje vzniku vlnenia elimináciou tangenciálnych tlakov na okraji polotovaru, ak ide o ťahanie so stenčením steny, musí polotovar pevne pridržať na mieste, aby nebol vťahovaný do ťažnice. Tento typ pridržiavača nemá hladký tvar, ale pridržiavacie lišty a žliabky. Potrebu pridržiavača určuje materiálová konštanta a zložitosť (hĺbka) výlisku.

Rozdelenie ťahadiel
Základné rozdelene ťahadiel je rovnaké ako pre ostatné tvárniace nástroje: 
jednoduché - na jeden zdvih sa vykoná jedna operácia
postupové - na jeden zdvih vykoná jeden nástroj viac pracovných úkonov za sebou
zlúčené - na jeden zdvih sa vykoná viacero operácií ťahania
združené - na jeden zdvih sa vykoná ťahanie a súčasne aj iná tvárniaca operácia.

Okrem toho sa ťahadlá rozdeľujú podľa počtu pracovných častí na:
jednočinné - skladajú sa z ťažníka a ťažnice bez pridržiavača a sú určené pre jednočinné lisy
dvojčinné - skladajú sa z ťažníka, ťažnice a pridržiavača a sú určené pre jednočinné alebo dvojčinné lisy
trojčinné - skladajú sa z horného a spodného ťažníka, ťažnice a pridržiavača.

Sila a práca 
250px|right|Graf priebehu sily ťahania valcového výlisku
Pre určenie sily sa vychádza z faktu, že dovolené napätie v kritickom priereze musí byť menšie, ako je medza pevnosti materiálu. Inak povedané maximálna sila ťahania musí byť menšia, ako sila ktorá spôsobí odtrhnutie dna výlisku. Priebeh potrebnej ťažnej sily sa v priebehu ťahania mení. Potrebná sila sa počas ťahania mení, z počiatku stúpa po maximum (zhruba do polovice ťahania), potom začne klesať. 

Veľkosť ťažnej sily pre rotačný výlisok bez pridržiavača: 

F = S . Rp

S =plocha materiálu namáhaného ťahom (S = d.n) [mm2]
Rp = medza pevnosti materiálu [MPa]
d = priemer ťažníka [mm]
n = hrúbka plechu [mm]

Veľkosť ťažnej sily pre rotačný výlisok s pridržiavačom: 

F = FT + FP = S . n . Rp + Sp . p

F = celková sila
FT = sila ťažníka
FP = sila pridržiavača
S = dĺžka obvodu polovýrobku [mm] 
n = hrúbka plechu [mm]
Rp = medza pevnosti materiálu [MPa]
Sp = plocha pridržiavača [mm2]
p = tlak pridržiavača (0,5 – 3) [MPa]

Veľkosť práce sa potom vypočíta

A = F . h  

Rozmery polotovaru
Celkový presun materiálu je značný, preto sa ťahanie na jedenkrát robí len zriedka. Väčšinou sa robí na niekoľko krokov. Prvé kroky sa robia s veľkým priemerom a malou hĺbkou, postupne ďalšími ťahmi sa výlisok zužuje a zároveň predlžuje. Počet ťahov záleží od priemeru a výšky výlisku. Ak sa vyčerpá plasticita, musí sa výlisok pred ďalším krokom vyžíhať. 

Pre určenie maximálneho ťahu na jeden krok a počtu krokov sa používa súčiniteľ ťahania (stupeň ťahania)  jedného kroku

m = d / D

m = súčiniteľ ťahania
d = priemer výlisku [mm]
D = priemer polotovaru [mm]

Hodnoty súčiniteľov sú tabuľkové (pre valcovité nádoby a daný materiál). Ak ide o zložitejšie tvary, počíta sa hodnota pre maximálne zakrivenie steny a maximálnu hĺbku.  Pre ďalšie ťahy sa počíta podobne. Celkový koeficient výrobku dostaneme, ako súčin jednotlivých čiastkových koeficientov.
Vo všeobecnosti je ťahanie závislé na druhu materiálu, predchádzajúcom spevnení, hrúbke steny, tvare hrán, rýchlosti ťahania, tlaku pridržiavača, mastení, tvare výlisku a ťažníka.

Polotovar na ťahanie sa obvykle vyrába s presahom (prídavkom). Veľkosti prídavku sa určujú tabuľkovo a graficky. Prídavok by mal byť čo najmenší. Uprednostňuje sa výlisok s oválnym dnom. Ak musí byť výlisok hranatý, volia sa čo najoblejšie rohy. Materiál musí mať vyhovujúce vlastnosti (hlbokoťažnosť). 

Použitie
Ťahanie sa využíva hlavne pre výrobu dutých súčiastok napr. v obalovej technike (tuby na pasty, kovové fľaše – termosky), nádoby (hrnce, poháre), vane, rámy, podvozky karosérií (celá karoséria auta sa vyrába z tvarových dielcov vyrobených hlbokým ťahaním), kryty, nábojnice a pod.

 Referencie 

Literatúra

Hrivnak: Teória tvárnenia a nástroje
Blascik: Teória tvárnenia
Kovac: Tvárniace stroje
Hysek: Tvářcí stroje

Pozri aj
špeciálne spôsoby ťahania

Ťahanie,hlboké