LABORATORIUM TECHNOLOGII
Strona 3 - 1
3 Ciągnienie wytłoczek
cylindrycznych
Adam Leśniewicz
Cel ćwiczenia:
o zapoznanie z procesem kształtowania, podczas któ-rego następuje przekształcenie płaskiego półwyrobu w powłokę trójwymiarową o powierzchni nierozwijal-nej czyli wytłoczkę,
o wyznaczenie dopuszczalnego przeformowania, ko-nieczności zastosowania dociskacza, sił wytłaczania i docisku,
o nabycie umiejętności obliczania wartości parame-trów, niezbędnych do:
− projektowania procesu technologicznego wytła-czania,
− konstruowania tłoczników do wytłaczania.
LABORATORIUM TECHNOLOGII ĆWICZENIE 3
Strona 3 - 2
Wykaz oznaczeń:
d mm d = ds + g średnica walcowej części wytłoczki mierzona
pośrodku grubości ścianek
dw mm dw = d – 2r
h mm wysokość gotowej wytłoczki
hc mm całkowita wysokość gotowej wytłoczki
g mm początkowa grubość blachy
r mm promień zaokrąglenia dna wytłoczki
a mm naddatek na okrawanie
D mm średnica krążka wyjściowego
m m=1/β współczynnik ciągnienia
β β = D/d wskaźnik wytłaczania
mc całkowity współczynnik ciągnienia
rs mm promień zaokrąglenia krawędzi stempla
rm mm promień zaokrąglenia krawędzi ciągowej matrycy
ds mm średnica stempla
dm mm średnica matrycy
q MPa nacisk jednostkowy zależny od materiału i jego grubości
z, zgr % zgniot, zgniot graniczny
Rr MPa wytrzymałość odkształcanego materiału na rozciąganie
Rt MPa wytrzymałość materiału na cięcie
α kąt pochylenia stycznej do zarysu powłoki w punkcie le-
żącym na średnicy d
Fdoc N powierzchnia, na którą działa dociskacz
Pkmax N maksymalny nacisk stempla występujący w czasie od-
kształcania kołnierza
Pkpl N nacisk stempla potrzebny do uplastycznienia kołnierza
Pzr N siła powodująca oderwanie denka wytłoczki
Pdoc N siła wywierana przez dociskacz na materiał
nkpl nkpl = Pkpl / (d · g · Rr ·cos α) wskaźnik siły osiowej po-
trzebnej do zapoczątkowania płynięcia kołnierza (bez
uwzględnienia wpływu dociskacza)
nkdoc wzrost wskaźnika siły osiowej spowodowany działaniem
dociskacza
nkmax nkmax = Pkmax / (d · g · Rr) wskaźnik siły osiowej odpowia-
CIĄGNIENIE WYTŁOCZEK CYLINDRYCZNYCH
Strona 3 - 3
dający maksymalnej wartości siły
n numer kolejnej operacji procesu ciągnienia
3.1 Wiadomości podstawowe
Kształtowanie - to procesy tłoczenia, podczas których nie do-chodzi do rozdzielenia materiału.
Typowe operacje kształtowania na prasach wytłoczek o po-wierzchniach nierozwijalnych to:
� wytłaczanie – stosowane do przekształcenia płaskiego półwyrobu w powłokę trójwymiarową czyli wytłoczkę o powierzchni nierozwijalnej, moŜe być realizowane z za-stosowaniem dociskacza lub bez niego,
� przetłaczanie – stosowane w celu zmniejszenia średnicy walcowej ścianki uprzednio uzyskanej wytłoczki w ope-racji wytłaczania (wytłoczka jest osiowo rozciągana),
� wywijanie – płaskie obrzeŜe wyciętego uprzednio otworu zostaje przekształcone w walcowy kołnierz.
� ciągnienie wytłoczek – jest to proces wytłaczania połą-czony z procesem przetłaczania.
W procesie ciągnienia wytłoczki cylindrycznej płaskie obrzeŜe wykrojki pod działaniem stempla ulega uplastycznieniu i stop-niowo przemieszcza się w głąb płyty ciągowej, przekształcając je w walcową ściankę.
a) b) c)
Rysunek 3.1.1 Przebieg procesu wytłaczania z dociskaczem wytłoczki
cylindrycznej
LABORATORIUM TECHNOLOGII ĆWICZENIE 3
Strona 3 - 4
Podczas wytłaczania w wytłoczce panuje złoŜony, zróŜnicowany stan napręŜenia (rysunek 3.1.2):
a) w kołnierzu występują promieniowe napręŜenia rozcią-gające i obwodowe napręŜenia ściskające,
b) w dolnej odkształconej części walcowej stan jednoosio-wego rozciągania,
c) w dnie wytłoczki dwuosiowe napręŜenie rozciągające.
Rysunek 3.1.2 Stan naprężeń w wytłoczce w trakcie procesu odkształ-cania
3.2 Projektowanie procesu cią-gnienia
Celem projektowania procesu ciągnienia wytłoczek kołowo-symetrycznych jest sprawdzenie czy wykonanie danej wytłoczki jest moŜliwe w operacji wytłaczania czy naleŜy poddać ją kolej-nym operacjom przetłaczania.
Wyznaczenie średnicy krążka wyjściowego D....
Na początku projektowania wylicza się średnicę krąŜka wyj-ściowego D jako pierwszego półwyrobu do dalszych operacji.
Dla prostego kształtu walcowego z zaokrągleniem przy dnie (miseczka bez kołnierza, rysunek 3.2.1, moŜna zastosować wzór:
CIĄGNIENIE WYTŁOCZEK CYLINDRYCZNYCH
Strona 3 - 5
D = + 4d(h+a) + 2πdwr + 8r2 (3.2.1)
W tabeli 3.2.1 podane są naddatki na okrawanie a miseczek bez kołnierza.
Tablica 3.2.1 Naddatek na okrawanie (a) miseczek bez kołnierza [1]
wysokość h [mm]
20 25 50 75 90 100 125 150 > 150
naddatek a [mm]
2,0 2,5 3,5 4,5 5 6 7 8 5%
Rysunek 3.2.1 Wytłoczka cylindryczna bez kołnierza
Przebieg procesu ciągnienia wytłoczek cylindrycznych bez koł-nierza
Proces ciągnienia powinien być przeprowadzony w taki sposób, aby nie wystąpiły wady wytłoczki, tzn. pękanie, fałdowanie, oderwanie dna.
Rysunek 3.2.2 Wady wytłoczek
LABORATORIUM TECHNOLOGII ĆWICZENIE 3
Strona 3 - 6
Oderwanie dna wytłoczki
W celu uniknięcia pękania wytłoczki w czasie wytłaczania oraz przetłaczania naleŜy zastosować współczynnik wytłaczania m1
oraz współczynniki przetłaczania m2, …, mn większe od gra-nicznych.
Dla pierwszej operacji współczynnik ten wynosi:
m1 = d1/D (3.2.2)
Dla kolejnych operacji:
mn = dn / dn-1 (3.2.3)
(gdzie: n – kolejny numer operacji, dn oraz dn-1 – średnice uzyskane w kolejnych opera-
cjach).
Tabela 3.2.2 Minimalne współczynniki ciągnienia dla wytłoczek bez koł-nierza [4]
g/D ×100 2÷1 1÷0,3 0,3÷0,08
m1 = d1/D 0,48÷0,53 0,53÷0,58 0,58÷0,63
m2 = d2/d1 0,73÷0,76 0,76÷0,79 0,79÷0,82
m3 = d3/d2 0,76÷0,79 0,79÷0,81 0,81÷0,84
m4 = d4/d3 0,78÷0,81 0,81÷0,83 0,83÷0,86
m5 = d5/d4 0,80÷0,84 0,84÷0,86 0,86÷0,88
Do wyliczenia, ile operacji naleŜy wykonać trzeba zastosować wzór na całkowity współczynnik ciągnienia, który wynosi:
mc = d / D (3.2.4)
mc = m1·× m2 × m3 ×…mn (3.2.5)
W przypadku, gdy stosunek d / D nie pokrywa się z iloczynem m1·× m2 × m3 ×…mn współczynniki naleŜy skorygować.
Pęknięcia wytłoczki
Aby uniknąć pękania wytłoczki naleŜy równieŜ stosować odpo-wiedni promień krawędzi ciągowej rm i stempla rs. Przy wytła-czaniu przyjmuje się promień rm = (5÷10) g, a promień rs >
CIĄGNIENIE WYTŁOCZEK CYLINDRYCZNYCH
Strona 3 - 7
(4÷6) g. Przy przetłaczaniu promienie te moŜna zmniejszyć o 10÷30%.
Fałdowanie kołnierza
W celu zapobiegania fałdowaniu kołnierza podczas wytłaczania przy g < 0,015 D naleŜy zastosować dociskacz. W przypadku, gdy g > 0,02 D fałdowanie nie występuje i moŜna stosować wy-tłaczania swobodne. Dla 0,015 D < g < 0,02 D moŜliwe jest wy-tłaczanie zarówno swobodne jak i z dociskaczem. ZaleŜy to od współczynnika wytłaczania m1 oraz od rodzaju materiału. Im mniejszy współczynnik oraz im bardziej miękki materiał tym większe prawdopodobieństwo pofałdowania.
Przy przetłaczaniu naleŜy zastosować dociskacz, gdy g < 0,01 dn-1 (gdzie dn-1 to średnica wytłoczki przed bieŜącą operacją przetłaczania), natomiast dla g > 0,015 dn-1 stosuje się przetła-czanie swobodne. Dla 0,01 dn-1 < g < 0,015 dn-1 rodzaj przetła-czania podobnie jak przy wytłaczaniu zaleŜy od wartości współ-czynnika ciągnienia oraz od rodzaju materiału.
Rysunek 3.2.3 Proces wytłaczania z dociskaczem
W celu obliczenia siły dociskacza naleŜy posłuŜyć się poniŜszym wzorem:
Pdoc = Fdoc × q = 4π
[ D 2 – (dm + 2 rm)2 ] × q (3.2.6)
LABORATORIUM TECHNOLOGII ĆWICZENIE 3
Strona 3 - 8
Wartość nacisków jednostkowych q powinna być tym większa im większa jest skłonność blachy do fałdowania.
Tablica 3.2.3 Wartości jednostkowych nacisków dociskaczy [1]
Materiał
Nacisk jednostkowy
q [MPa]
Materiał
Nacisk jednostkowy
q [MPa]
Stal miękka g<1mm 2,5÷3,0 Miedź 1,2÷1,8
Stal miękka g>1mm 1,5÷2,5 Aluminium 0,8÷1,2
Mosiądz 1,5÷2,0 Brąz 2,0÷2,5
Wzdłużne pęknięcia brzegu
WzdłuŜne WzdłuŜne WzdłuŜne WzdłuŜne pękanie moŜepękanie moŜepękanie moŜepękanie moŜe nastąpićnastąpićnastąpićnastąpić na skutek utraty własności plastycznych przez materiał, dlatego, aby pękanie to nie nastę-powało powinien być spełniony poniŜszy warunek.
Dla operacji wytłaczania:
z = (1 – m1) 100% < zgr
Dla kolejnych operacji przetłaczania:
z = (1 – m1·× m2 × m3 ×…mn) 100% < zgr (3.2.8)
Tabela 3.2.4 Wartości dopuszczalnego zgniotu granicznego zgr [4]
Materiał zgr.[%]
Stal miękka 60÷70
Mosiądz 50÷70
Aluminium 60÷80
Miedź 60÷80
Nacisk stempla
Nacisk stempla potrzebny do zapoczątkowania plastycznego płynięcia kołnierza wytłoczki wyrazić moŜna wzorem:
Pkpl = π d1 g (nkpl + nkdoc) Rr cosα (3.2.9)
W miarę zmniejszania się średnicy kołnierza siła nacisku stempla początkowo rośnie, osiągając P kmax – wartość maksy-
CIĄGNIENIE WYTŁOCZEK CYLINDRYCZNYCH
Strona 3 - 9
malną, a następnie maleje. Maksymalną wartość siły (przyjmu-jąc cosα = 1) określa wzór:
P kmax = π d1 g (nkmax + nkdoc) Rr (3.2.10)
Wartości wskaźników nkmax, nkdoc, nkpl naleŜy odczytać z wykre-su (rysunek 3.2.4).
Rysunek 3.2.4 Wartości wskaźników nkmax, n
kdoc, n
kpl w funkcji D/d
LABORATORIUM TECHNOLOGII ĆWICZENIE 3
Strona 3 - 10
3.3 Przebieg ćwiczenia
Ćwiczenie realizowane jest w dwóch części:
⇒ doświadczalnej – w celu sprawdzania poprawności wzo-rów i danych tablicowych operacji wytłaczania,
⇒ projektowej – w celu nabycia umiejętności projektowa-nia procesu technologicznego i konstruowania tłoczni-ków do wytłaczania.
Badania doświadczalne wytłaczania
Postępowanie przy realizacji ćwiczenia:
1. Zmierzyć średnice i grubości otrzymanych krąŜków oraz średnicę otworu matrycy.
2. Obliczyć względną grubość blachy (go /Do)• 100% i wybrać z tabeli 3.2.2 wartości współczynników granicznych m1 . Ob-liczyć rzeczywiste współczynniki m1 = d / D.
3. Określić spodziewany wynik wytłaczania dla kaŜdego krąŜka, niebezpieczeństwo zerwania dna wytłoczki lub fał-dowania kołnierza.
4. Obliczyć siłę dociskacza Pd oraz maksymalną siłę wytłacza-nia P kmax.
5. Umieścić posmarowany krąŜek w przyrządzie i dokręcić śruby dociskacza.
Rysunek 3.3.1 Tłocznik stosowany w ćwiczeniu
CIĄGNIENIE WYTŁOCZEK CYLINDRYCZNYCH
Strona 3 - 11
6. Przeprowadzić wytłaczanie na prasie hydraulicznej, zano-tować maksymalną siłę wytłaczania.
7. Postępując analogicznie do w/w punktów przeprowadzić wytłaczanie wszystkich krąŜków.
8. Opisać zaobserwowane zjawiska i wyciągnąć wnioski doty-czące prób ciągnienia.
Projekt procesu technologicznego wytłoczki
Rys. 3.3.2 Program projektowania procesu technologicznego wytłoczek
Postępowanie przy realizacji ćwiczenia:
1. Na podstawie otrzymanego rysunku tulei obliczyć średnicę wykroju wstępnej.
2. Obliczyć względną grubość blachy (go /Do)• 100%, obliczyć całkowity współczynnik ciągnienia mc i wybrać z tabeli 3.2.2 wartości współczynników m1 –m5.
3. Określić ilość operacji, średnice dn po przetłoczeniach, ko-nieczność zastosowania dociskaczy i operacji wyŜarzania.
4. Obliczyć siłę dociskacza Pd oraz maksymalną siłę wytłacza-nia P kmax.
LABORATORIUM TECHNOLOGII ĆWICZENIE 3
Strona 3 - 12
5. Porównać otrzymane wyniki z rezultatami obliczeń pro-gramu komputerowego Projekt procesu technologicznego wytłoczki.
Literatura
1. Praca zbiorowa pod red. Sobolewskiego J.: Projektowanie technologii maszyn Oficyna Wydawnicza PW, 2007, War-szawa.
2. Marciniak Z.,Konstrukcja tłoczników, Ośrodek Techniczny A. Marciniak Sp. z o.o., Warszawa, 2002,.
3. Marciniak Z., Odkształcenia graniczne przy tłoczeniu blach. Warszawa. 1971. WNT.
4. Erbel E., Kuczyński K., Marciniak Z., Obróbka plastyczna na zimno. Warszawa 1975.
Top Related