Ciągnienie wytłoczek cylindrycznych

Transkrypt

1 LABORATORIUM TECHNOLOGII 3 Ciągnienie wytłoczek cylindrycznych Adam Leśniewicz Cel ćwiczenia: o o o zapoznanie z procesem kształtowania, podczas którego następuje przekształcenie płaskiego półwyrobu w powłokę trójwymiarową o powierzchni nierozwijalnej czyli wytłoczkę, wyznaczenie dopuszczalnego przeformowania, konieczności zastosowania dociskacza, sił wytłaczania i docisku, nabycie umiejętności obliczania wartości parametrów, niezbędnych do: projektowania procesu technologicznego wytłaczania, konstruowania tłoczników do wytłaczania. Strona 3-1

2 LABORATORIUM TECHNOLOGII ĆWICZENIE 3 Strona 3-2 Wykaz oznaczeń: d mm d = d s + g średnica walcowej części wytłoczki mierzona pośrodku grubości ścianek d w mm d w = d 2r h mm wysokość gotowej wytłoczki h c 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 m c całkowity współczynnik ciągnienia r s mm promień zaokrąglenia krawędzi stempla r m mm promień zaokrąglenia krawędzi ciągowej matrycy d s mm średnica stempla d m mm średnica matrycy q MPa nacisk jednostkowy zależny od materiału i jego grubości z, z gr % zgniot, zgniot graniczny R r MPa wytrzymałość odkształcanego materiału na rozciąganie R t MPa wytrzymałość materiału na cięcie α kąt pochylenia stycznej do zarysu powłoki w punkcie leżącym na średnicy d F doc N powierzchnia, na którą działa dociskacz P kmax N maksymalny nacisk stempla występujący w czasie odkształcania kołnierza P kpl N nacisk stempla potrzebny do uplastycznienia kołnierza P zr N siła powodująca oderwanie denka wytłoczki P doc N siła wywierana przez dociskacz na materiał n kpl n kpl = P kpl / (d g R r cos α) wskaźnik siły osiowej potrzebnej do zapoczątkowania płynięcia kołnierza (bez uwzględnienia wpływu dociskacza) n kdoc wzrost wskaźnika siły osiowej spowodowany działaniem dociskacza n kmax = P kmax /(d g Rr) wskaźnik siły osiowej odpowia- n kmax

3 CIĄGNIENIE WYTŁOCZEK CYLINDRYCZNYCH n dający maksymalnej wartości siły numer kolejnej operacji procesu ciągnienia 3.1 Wiadomości podstawowe Kształtowanie - to procesy tłoczenia, podczas których nie dochodzi do rozdzielenia materiału. Typowe operacje kształtowania na prasach wytłoczek o powierzchniach nierozwijalnych to: wytłaczanie stosowane do przekształcenia płaskiego półwyrobu w powłokę trójwymiarową czyli wytłoczkę o powierzchni nierozwijalnej, moŝe być realizowane z zastosowaniem dociskacza lub bez niego, przetłaczanie stosowane w celu zmniejszenia średnicy walcowej ścianki uprzednio uzyskanej wytłoczki w operacji wytłaczania (wytłoczka jest osiowo rozciągana), wywijanie płaskie obrzeŝe wyciętego uprzednio otworu zostaje przekształcone w walcowy kołnierz. ciągnienie wytłoczek jest to proces wytłaczania połączony z procesem przetłaczania. W procesie ciągnienia wytłoczki cylindrycznej płaskie obrzeŝe wykrojki pod działaniem stempla ulega uplastycznieniu i stopniowo przemieszcza się w głąb płyty ciągowej, przekształcając je w walcową ściankę. a) b) c) Rysunek Przebieg procesu wytłaczania z dociskaczem wytłoczki cylindrycznej Strona 3-3

4 LABORATORIUM TECHNOLOGII ĆWICZENIE 3 Podczas wytłaczania w wytłoczce panuje złoŝony, zróŝnicowany stan napręŝenia (rysunek 3.1.2): a) w kołnierzu występują promieniowe napręŝenia rozciągające i obwodowe napręŝenia ściskające, b) w dolnej odkształconej części walcowej stan jednoosiowego rozciągania, c) w dnie wytłoczki dwuosiowe napręŝenie rozciągające. Rysunek Stan naprężeń w wytłoczce w trakcie procesu odkształcania 3.2 Projektowanie procesu ciągnienia Celem projektowania procesu ciągnienia wytłoczek kołowosymetrycznych jest sprawdzenie czy wykonanie danej wytłoczki jest moŝliwe w operacji wytłaczania czy naleŝy poddać ją kolejnym operacjom przetłaczania. Wyznaczenie średnicy krążka wyjściowego D. Na początku projektowania wylicza się średnicę krąŝka wyjściowego 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: Strona 3-4

5 CIĄGNIENIE WYTŁOCZEK CYLINDRYCZNYCH D = + 4d(h+a) + 2πdwr + 8r 2 (3.2.1) W tabeli podane są naddatki na okrawanie a miseczek bez kołnierza. Tablica Naddatek na okrawanie (a) miseczek bez kołnierza [1] wysokość h [mm] naddatek a [mm] > 150 2,0 2,5 3,5 4, % Rysunek Wytłoczka cylindryczna bez kołnierza Przebieg procesu ciągnienia wytłoczek cylindrycznych bez kołnierza Proces ciągnienia powinien być przeprowadzony w taki sposób, aby nie wystąpiły wady wytłoczki, tzn. pękanie, fałdowanie, oderwanie dna. Rysunek Wady wytłoczek Strona 3-5

6 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 granicznych. Dla pierwszej operacji współczynnik ten wynosi: Dla kolejnych operacji: m1 = d1/d (3.2.2) mn = dn / dn-1 (3.2.3) (gdzie: n kolejny numer operacji, dn oraz dn-1 średnice uzyskane w kolejnych operacjach). Tabela Minimalne współczynniki ciągnienia dla wytłoczek bez kołnierza [4] g/d ,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 odpowiedni promień krawędzi ciągowej rm i stempla rs. Przy wytłaczaniu przyjmuje się promień rm = (5 10) g, a promień rs >

7 CIĄGNIENIE WYTŁOCZEK CYLINDRYCZNYCH (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 wytłaczania swobodne. Dla 0,015 D < g < 0,02 D moŝliwe jest wytłaczanie 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 przetłaczanie swobodne. Dla 0,01 dn-1 < g < 0,015 dn-1 rodzaj przetłaczania podobnie jak przy wytłaczaniu zaleŝy od wartości współczynnika ciągnienia oraz od rodzaju materiału. Rysunek Proces wytłaczania z dociskaczem W celu obliczenia siły dociskacza naleŝy posłuŝyć się poniŝszym wzorem: Pdoc = Fdoc q = 4 π [ D 2 (dm + 2 rm) 2 ] q (3.2.6) Strona 3-7

8 LABORATORIUM TECHNOLOGII ĆWICZENIE 3 Strona 3-8 Wartość nacisków jednostkowych q powinna być tym większa im większa jest skłonność blachy do fałdowania. Tablica 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 pękanie moŝe nastąpić na skutek utraty własności plastycznych przez materiał, dlatego, aby pękanie to nie następowało 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 Wartości dopuszczalnego zgniotu granicznego z gr [4] Materiał zgr.[%] Stal miękka Mosiądz Aluminium Miedź Nacisk stempla Nacisk stempla potrzebny do zapoczątkowania plastycznego płynięcia kołnierza wytłoczki wyrazić moŝna wzorem: P k pl = π d1 g (n k pl + n k doc) Rr cosα (3.2.9) W miarę zmniejszania się średnicy kołnierza siła nacisku stempla początkowo rośnie, osiągając P k max wartość maksy-

9 CIĄGNIENIE WYTŁOCZEK CYLINDRYCZNYCH malną, a następnie maleje. Maksymalną wartość siły (przyjmując cosα = 1) określa wzór: P kmax = π d1 g (nkmax + nkdoc) Rr (3.2.10) Wartości wskaźników nkmax, nkdoc, nkpl naleŝy odczytać z wykresu (rysunek 3.2.4). k Rysunek Wartości wskaźników n max, k n doc, n k pl w funkcji D/d Strona 3-9

10 LABORATORIUM TECHNOLOGII ĆWICZENIE Przebieg ćwiczenia Ćwiczenie realizowane jest w dwóch części: doświadczalnej w celu sprawdzania poprawności wzorów i danych tablicowych operacji wytłaczania, projektowej w celu nabycia umiejętności projektowania procesu technologicznego i konstruowania tłoczników 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 wartości współczynników granicznych m1. Obliczyć rzeczywiste współczynniki m1 = d / D. 3. Określić spodziewany wynik wytłaczania dla kaŝdego krąŝka, niebezpieczeństwo zerwania dna wytłoczki lub fałdowania kołnierza. 4. Obliczyć siłę dociskacza Pd oraz maksymalną siłę wytłaczania P k max. 5. Umieścić posmarowany krąŝek w przyrządzie i dokręcić śruby dociskacza. Rysunek Tłocznik stosowany w ćwiczeniu Strona 3-10

11 CIĄGNIENIE WYTŁOCZEK CYLINDRYCZNYCH 6. Przeprowadzić wytłaczanie na prasie hydraulicznej, zanotować maksymalną siłę wytłaczania. 7. Postępując analogicznie do w/w punktów przeprowadzić wytłaczanie wszystkich krąŝków. 8. Opisać zaobserwowane zjawiska i wyciągnąć wnioski dotyczące prób ciągnienia. Projekt procesu technologicznego wytłoczki Rys 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 wartości współczynników m1 m5. 3. Określić ilość operacji, średnice dn po przetłoczeniach, konieczność zastosowania dociskaczy i operacji wyŝarzania. 4. Obliczyć siłę dociskacza Pd oraz maksymalną siłę wytłaczania P k max. Strona 3-11

12 LABORATORIUM TECHNOLOGII ĆWICZENIE 3 5. Porównać otrzymane wyniki z rezultatami obliczeń programu komputerowego Projekt procesu technologicznego wytłoczki. Literatura 1. Praca zbiorowa pod red. Sobolewskiego J.: Projektowanie technologii maszyn Oficyna Wydawnicza PW, 2007, Warszawa. 2. Marciniak Z.,Konstrukcja tłoczników, Ośrodek Techniczny A. Marciniak Sp. z o.o., Warszawa, 2002,. 3. Marciniak Z., Odkształcenia graniczne przy tłoczeniu blach. Warszawa WNT. 4. Erbel E., Kuczyński K., Marciniak Z., Obróbka plastyczna na zimno. Warszawa Strona 3-12