Master's Thesis

Production of the Hinge for the Fifth Car Door

Final Thesis 5.57 MB Appendix 3.43 MB

Author of thesis: Ing. Jan Bělocký

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Eva Peterková, Ph.D.

Reviewer: Ing. Petr Svoboda

Abstract:

The diploma thesis deals with the design of a manufacturing technology for an automotive tailgate hinge using cold sheet metal forming. The component is manufactured from fine-grained structural steel S355MC in the form of a 4 mm thick sheet metal with an annual production volume of 250,000 pieces. Based on the analysis of possible manufacturing methods, production using a combined progressive die integrating cutting and bending operations was selected. The thesis includes an evaluation of the manufacturability of the component, determination of the developed blank shape, and design of the strip layout. Subsequently, individual manufacturing operations were designed and the technological manufacturing process was developed. The work also includes technological, design, and verification calculations comprising the calculation of cutting and bending forces, verification of functional tool components, calculation of the working stroke of rotary bending units, and determination of the total required forming force. Based on the calculated parameters, the Formetal PH250-M hydraulic press and the HE GLK4-400 decoiling, straightening, and feeding line were selected for production, followed by the design of the combined progressive die.

Keywords:

cutting, bending, combined progressive die, cam unit, rotary bending unit

Date of defence

18.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Diplomant seznámil komisi s obsahem a výsledky své diplomové práce a zodpověděl otázky vedoucího, oponenta a dalších členů komise. V průběhu obhajoby byly zodpovězeny následující doplňující otázky: 1. Jak je ve vašem návrhu řešeno odpružení? zodpovězeno 2. Jak je uzpůsoben odvod odpadu z prostoru lisu? zodpovězeno 3. Jakého stupně využití materiálu Vaše řešení dosahuje? zodpovězeno 4. Navazuje Vaše řešení na nějakou stávající koncepci? zodpovězeno Otázky členů komise byly zodpovězeny.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Manufacturing Technology (N-STG-P)

Specialization

Manufacturing Technology and Management in Industry (STM)

Composition of Committee

doc. Ing. Karel Kouřil, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Miroslav Jopek, Ph.D. (místopředseda)
doc. RNDr. Libor Mrňa, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Jan Řehoř, Ph.D. (člen)
Ing. Michael Fafílek, Ph.D. (člen)
Ing. Martina Sasínková, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Dvořáček, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Eva Peterková, Ph.D.

Diplomant Jan Bělocký v rámci řešení diplomové práce navrhl výrobu pantu k pátým dveřím automobilu pomocí postupového sdruženého nástroje. Vzhledem k tomu, že na součást byly kladeny vyšší nároky na geometrickou a rozměrovou přesnost, zejména na dodržení přesného úhlu ohnutí bočnic a v souvislosti s tím i přesné polohy otvorů, které se na bočnicích vyskytují, navrhl diplomant nástroj se speciálními prvky, které tyto požadavky splňují. Pro přesný ohyb použil v nástroji rotační ohybníky, které v maximální míře eliminují úhlovou odchylku danou odpružením po ohybu a otvory navrhl zhotovit až po ohybu pomocí speciálních bočních klínových děrovacích jednotek. Tímto se tvářecí nástroj stal zajímavým a atypickým ve srovnání s běžnými postupovými nástroji. Tento postup velice oceňuji, neboť diplomant pojal zadaný úkol jako výzvu a řešil ne příliš známou problematiku koncepce nástrojů. Během zpracování diplomové práce student pracoval aktivně, svědomitě a samostatně. V rámci řešení daného zadání prokázal odborný pohled na věc a tvůrčí iniciativu při návrhu nástroje. Práce je celkově zpracovaná na velmi vysoké úrovni jak po obsahové, tak i grafické a stylistické stránce. Výsledkem je velmi zajímavý, funkční nástroj, který lze zařadit mezi nástroje speciální.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods A
Scholarly contribution and originality A
Ability to interpret achieved results and draw conclusions A
Applicability of results in practice or theory A
Logical arrangement of thesis and its layout A
Grafic layout, used style and language level A
Work with used sources including quotations A
Student's independence when working on the topic A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Petr Svoboda

Diplomová práce pana Bělockého se zabývá návrhem pantu. V rozboru zadání autor popisuje funkci součásti a tolerance, které je potřebné dodržet. Požadavky na přesnost nejsou až tak velké, což s ohledem na funkci součásti dává smysl, nicméně rozkol vidím mezi hodnotou geometrické tolerance tvaru profilu, které má hodnotu 1,6 mm, a hodnotou geometrické tolerance tvaru plochy, která má hodnotu 0,3 mm (jedná se o nejpřesnější možnou třídu dle DIN 2769). Proč nebyla použita horší třída přesnosti s ohledem na zbylé geometrické tolerance? Takto je totiž součást nevyrobitelná. Jako výchozí materiál autor volí S355MC s následným galvanickým zinkováním. Uvedené mechanické vlastnosti oceli S355MC vychází pouze z normy, tj. nejsou známy konkrétní hodnoty, což značně ztěžuje správný návrh nástroje a ověřující výpočty.
Následuje rozbor variant výroby, popis technologie 3D tisku mi přijde naprosto zbytečný, nikdo soudný tímto způsobem součást nebude vyrábět. Ze zbylých variant autor volí jako nejvhodnější technologii stříhání a ohýbání v postupovém sdruženém nástroji.
Rešeršní část práce se poté logicky zaměřuje právě na problematiku stříhání a ohýbání. Vzorec (2.2) pro výpočet střižné mezery je chybný, jedná se totiž o výpočet pro plechy do tloušťky 3 mm, ale součást má tloušťku 4 mm, tudíž je nutné použít jiný vzorec. Dále je dolní mez rozmezí koeficientu otupení při výpočtu střižné síly (1,0 ÷ 1,5) příliš nízká, při volbě hodnoty 1,0 nebude zajištěn žádný prostor pro otupení střižníku a střižnic. Na součásti se vyskytuje pouze U-ohyb, tudíž popis problematiky ohybu do V je naprosto zbytečný. Popis klínových mechanismů je dosti podrobný, včetně silového rozboru, což je velké plus, protože zrovna tato problematika je častým zdrojem chyb v návrhu nástroje.
V praktické části je nejprve zhodnocena technologičnost a následně je spočten rozvinutý tvar součásti. Velikost rozvinu bych doporučil zaokrouhlit hned po spočtení hodnoty, a ne až po připočtení velikosti okrajů. Při volbě velikosti můstků a okrajů, není jasné odkud autor hodnoty přebírá, chybí odkaz na literaturu. Z možných výrobních postupů volí variantu s využitím rotačních ohybníků a také s prostřihnutím otvorů v ramenou až po ohnutí. Toto řešení mi přijde až zbytečně složité, s ohledem na požadovanou přesnost součásti by, dle mého mínění, bohatě stačilo použít podbroušený ohybník se zpevněním v rozích ohybu a otvory vystřihnout před ohybem.
Jako polotovar autor správně volí svitek s využitelností sice pouze 48,5 %, ale to je dáno tvarem součásti. Velmi oceňuji zahrnutí nevyužité části materiálu do výpočtu využití materiálu, jedná se o prvního autora, kterého jsem viděl takto uvažovat. Při výpočtu střižné síly autor správně uvažuje horní rozmezí meze pevnosti materiálu. Hodnota koeficientu otupení 1,3, při výpočtu střižné síly, je dosti nízká, hrozí časté přebrušování střižníků a střižnic. V rovnici (3.19) je špatně zapsaná hodnota střižné síly pro ostřižení součásti, výsledek je ale správný. Při výpočtu hodnoty úhlu odpružení autor správně zhodnotil, že hodnota, kterou spočítal, je pouze nejnižší možná, a proto volí nižší úhel čelisti ohybníku. Výpočet celkové tvářecí práce je chybný, nelze jen sečíst všechny složky sil, které přispívají se stříhání, a ty pak použít pro výpočet střižné práce. Práce (energie) vynaložená na stlačení pružin počítá zvlášť, totéž platí pro složky třecích sil u klínů, které autor do celkové potřebné práce vůbec neuvažuje.
Problém spatřuji v hodnotě vypočtené velikosti střižné vůle (0,8 mm) je až moc velká, stačilo by použít 40 ÷ 50 % této hodnoty. Kvůli tomu, dle mého mínění, nebude splněn požadavek na velikost otřepů. Dále je také velikost otvoru pro zahledání 10,1 mm pro hledáček o rozměru 10 mm, až moc velká a mám obavy o dodržení požadovaných tolerancí.
Nerozumím tomu, proč chce autor provádět výrobu na hydraulickém lisu, s ohledem na to, že pro výrobu je potřeba zdvih 53 mm a pracovní rychlost stroje je 20 mm/s lze očekávat pouze cca 12 ÷ 15 zdvihů za minutu. V případě použití excentrického lisu (klidně i od stejného výrobce) je tato hodnota téměř trojnásobná. Upravovat čelisti odvíjecího zařízení, tak aby šel svitek upnout není zrovna standardní řešení, proč neobjednat jinou velikost svitku?
Návrh nástroje je, vyjma problému se střižnou vůlí a otvorem pro zahledání, konstruován správně a souhlasím s ním. Drobný problém spatřuji ve skladování nástroje, protože skluz je umístěn níže než základová deska. Další problém je v použití nekalených kolíků pro ustavení polohy.
Kromě občasných překlepů v textu lze mezi další nedostatky práce zařadit např.:
- špatný překlad abstraktu a klíčových slov;
- špatná bibliografická citace práce;
- koncovky a spojky samostatně na konci řádku;
- používání hovorového výrazu „nerezový materiál“ místo „korozivzdorný materiál“;
- různé názvy stejných veličin při popisu v textu a v seznamu symbolů;
- seznam symbolů není kompletní, chybí: d, D, s0, S, rp, α´, α´b, R´0, Foumax, h, Fvomax, F1nr, Ftřnr, FNnr, FGnr, αnr, FGrn, m, g, L, d0, L0, R;
Poznámky k výkresové dokumentaci:
- doporučoval bych označování materiálu dle EN nebo DIN a ČSN použít jako alternativu, protože v dnešní době již není možné tento materiál objednat;
Pant 2026-DP-238891-S-01:
- když je drsnost neobrobeno, je potřeba předepsat drsnosti k jednotlivým upraveným prvkům (otvory, okraje atd.);
- umístění základen B a C na netolerovanou plochu;
sdružený postupový nástroj 2026-DP-238891-SPN-00:
- chybí celkové rozměry;
- u řezu B-B chybí údaj o natočení pohledu;
horní část nástroje 2026-DP-238891-HCN-00:
- chybí celkové rozměry;
- u řezu B-B chybí údaj o natočení pohledu;
spodní část nástroje 2026-DP-238891-SCN-00:
- chybí celkové rozměry;
- u řezu B-B chybí údaj o natočení pohledu;
boční střižná jednotka 2026-DP-238891-BSJ-00:
- u řezu B-B chybí údaj o natočení pohledu;
boční střižná jednotka – kusovník 2026-DP-238891-BSJ-00K:
- neexistující materiál u pozice 1;
tvarový střižník levý 2026-DP-238891-HCN-05:
- umístění základny B a C na netolerovanou plochu;
- velký rozsah tvrdostí ±2 HRC, stačí ±1 HRC;
rotační ohybník 2026-DP-238891-JRO-03:
- velký rozsah tvrdostí ±2 HRC, stačí ±1 HRC;
- chybí základna C pro zapolohování;
- umístění základny B na netolerovanou plochu;
plovoucí vedení 2026-DP-238891-PV-00:
- chybí celkové rozměry;
plovoucí vedení – kusovník 2026-DP-238891-PV-00K:
- neexistující materiál u pozic 2, 3 a 4;
střižnice 1 2026-DP-238891-SCN-03:
- není, jak poznat které hrany jsou funkční, aby byly ostré;
- umístění základny B a C na netolerované plochy;
- hodnoty kolmosti vůči základně A nejsou volená čísla;
ohybnice 2026-DP-238891-SCN-08:
- umístění základen A a B na netolerované plochy;
- hodnota rovnoběžnosti není volené číslo;
- hodnota rovnoběžnosti by měla být vyšší než hodnota rovinnosti;
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods A
Scholarly contribution and originality A
Ability to interpret achieved results and draw conclusions A
Applicability of results in practice or theory B
Logical arrangement of thesis and its layout A
Grafic layout, used style and language level B
Work with used sources including quotations A
Topics for thesis defence:
  1. Proč v nástroji pro ustavení polohy součástí používáte nekalené kolíky?
  2. Dokažte, že lze dnešní době koupit oceli 11 373, 11 375, 11 500, 11 523, 19 436, 19 532 a 19 552, tak jak předepisujete na výkresech, a ne jejich ekvivalenty, protože ekvivalent není stejný.
  3. Proč jste použil hydraulický lis, když excentrický by byl rychlejší?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová