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.