Obróbka Plastyczna Metali Nr 1, 2005 Procesy cicia i kształtowania blach, prtów i rur mgr in. Jan Winiewski, mgr in. Tadeusz Drenger, mgr in. Łukasz Nowacki, Zenon Ulatowski Instytut Obróbki Plastycznej, Pozna BADANIA TECHNOLOGII KSZTAŁTOWANIA OBROTOWEGO WYROBÓW Z BLACH W INSTYTUCIE OBRÓBKI PLASTYCZNEJ W POZNANIU Streszczenie W artykule opisano badania procesu wyoblania wyrobów o złoonym kształcie wymagajcych duego stopnia odkształcenia plastycznego, wykonywanych z blachy stalowej o gruboci g = 2 i g = 2,5 mm oraz wyrobów cienkociennych o kształcie parabolicznym z kołnierzem wyoblanych z krka z blachy aluminiowej o gruboci g = 0,8 i g = 1 mm. Przedstawiono w artykule badania procesu zgniatania obrotowego rzutowego wyrobów o pobocznicy stokowej z krków o rednicy D = 200 mm i gruboci g = 6 mm, wykonanych z blachy stalowej w gatunku 0H18N9 oraz wstpne badania procesu zgniatania obrotowego wydłuajcego wytłoczek walcowych z dnem i bez dna wykonanych ze stali stopowej w gatunku 15HGMV. Opisano badania procesu zaginania obrzea na wyrobach o pobocznicy stokowej wypełnionych kształtkami gazoprzepuszczalnymi. W kocowej czci artykułu zamieszczono wnioski, w których podsumowane zostały badania. Słowa kluczowe: wyoblanie, zgniatanie obrotowe rzutowe, zgniatanie obrotowe wydłuajce, zaginanie obrzea, kształtowanie, odkształcenie plastyczne, wytłoczka Wstp Badania przeprowadzono na wyrobach o złoonym kształcie. Uruchomieniem produkcji tych wyrobów jest zainteresowany krajowy przemysł. Badania obejmowały technologie wyoblania, zgniatania obrotowego rzutowego i wydłuajcego oraz zaginania i zamykania wytłoczek. Zasadniczym celem bada było opanowanie trudnych wielozabiegowych procesów wyoblania w cyklu półautomatycznym, opracowanie trajektorii kształtowania przy optymalnych parametrach procesu. Celem bada było take opanowanie nowej technologii zgniatania obrotowego rzutowego długich wyrobów o pobocznicy stokowej o małej zbienoci wykonywanych z blachy w gatunku 0H18N9T oraz ustalenie zakresu stosowania tej technologii w produkcji. 1. Wyoblanie 1.1. Wyoblanie wyrobów z blachy stalowej Badania przeprowadzono na wyrobie o złoonym kształcie wymagajcym duego stopnia odkształcenia plastycznego (współczynnik cignienia m = 0,23-0,26). Materiałem wyjciowym były krki o rednicy D = 450 i 400 mm oraz gruboci g = 2 i 2,5 mm wykonane z blachy stalowej do tłoczenia w gatunku Z-II-B i Z-II-G. Badania procesu wyoblania przeprowadzono na wyoblarce MZH-500 (rys. 1) sterowanej numerycznie wyprodukowanej w Instytucie, bez zastosowania rolki podpierajcej.
Rys. 1. Wyoblarka MZH-500 Kryterium oceny wyników bada była jako uzyskanego wyrobu, nie wystpowanie utraty spójnoci i statecznoci materiału w czasie kształtowania oraz czas trwania operacji. W procesie wielozabiegowego wyoblania badano głównie przebieg trajektorii kształtowania rolk w poszczególnych jego fazach uwzgldniajc m.in.: wielko odkształce plastycznych wynikajcych z rozcigania i ciskania, liczb przej, odległoci midzy poszczególnymi przej- ciami, wielko kta pochylenia czci kształtowanej oraz parametry kinematyczne procesu. Badany wyrób posiadał pi obszarów kształtowania (rys. 2). Rys. 2. Obszary kształtowania Najtrudniejszymi obszarami kształtowania był obszar 1 ze wzgldu na mały d 105 współczynnik cignienia m = = = D 400 d 105 = 0,2625 lub m = = = 0,2333, D 450 gdzie: d rednia rednica wyrobu, D rednica krka wyjciowego oraz obszar 3 ze wzgldu na długo wynoszc l 300 mm i mały kt pochylenia pobocznicy = 2,24 o. Stworzono dwa modele wyoblania, dla których przyjto przebieg trajektorii kształtowania, składajcy si najczciej z odcinków prostych i łuków. Pojedyncze ruchy narzdzi dla przyjtych trajektorii zaprojektowano wstpnie wzorujc si na dotychczas tworzonych technologiach, a nastpnie korygowano je wielokrotnie w procesie bada dowiadczalnych. Badania poprawnoci przebiegu procesu kształtowania obserwowano przy wyoblaniu krków o rednicy D = 450 mm i gruboci g = 2 mm z blachy stalowej bardzo głbokotłocznej oraz krków o rednicy D = 400 mm i gruboci g = 2,5 mm z blachy głbokotłocznej. W tworzeniu kolejnych przebiegów trajektorii kształtowania oprócz podstawowych wad w postaci utraty spójnoci (zerwanie materiału) i utraty statecznoci (powstawanie fałd) uwzgldniano wielko pocienienia materiału oraz czas przebiegu procesu. W wyniku bada po wielokrotnie unowoczenianych trajektoriach kształtowania w procesie wyoblania, uzyskano wytłoczki o poprawnej geometrii kształtu (rys. 3).
Rys. 3. Wyrób wykonany technologi wyoblania z blachy stalowej 1.2. Wyoblanie wyrobów z blachy aluminiowej Badania procesu wyoblania na wyoblarce MZH-500, cienkociennych wyrobów o kształcie parabolicznym z kołnierzem, przeprowadzono na krkach wyjciowych wykonanych z blachy aluminiowej w gatunku: 6061T4 i A1R o grubociach g = 0,8 i g = 1,0 mm i rednicy D = 190 oraz D = 250 mm. Kryterium oceny wyników bada była jako uzyskanego wyrobu, a w szczególno- ci gładko powierzchni wewntrznej oraz dokładnoci wymiarowe kołnierza. Proces realizowano w dwóch operacjach. W pierwszej operacji badano proces wyoblania czci parabolicznej wraz z płaskim kołnierzem. W badaniach obserwowano przebieg zaprojektowanych trajektorii kształtowania, uwzgldniajc, czy w czasie kształtowania nie wystpuj niepodane czynniki w postaci fałd i zbyt duego pocienienia cianki i czy jednoczenie uzyskuje si wysok jako (gładko) powierzchni szczególnie od strony wewntrznej. W wyniku kilkunastu prób uzyskano wytłoczk zgodn z wymiarami na rysunku i poprawnej jakoci powierzchni (rys. 4). Rys. 4. Wytłoczka cienkocienna o kształcie parabolicznym W drugiej operacji wykonano rowek o promieniu r = 2 mm na rednicy D = 286,2/D = 291,6 mm. Grubo cianki rowka w wykonanych wyrobach z blachy aluminiowej w gatunku A1R o gruboci g = 1 mm, wynosiła g 1 = 1 0,75 mm. 2. Zgniatanie obrotowe rzutowe Materiałem wyjciowym do bada procesu zgniatania obrotowego rzutowego były krki o rednicy D = 200 mm i grubo- ci g 0 = 6 mm wykonane z blachy ze stali kwasoodpornej w gatunku 0H18N9. Badania przeprowadzono na zgniatarce obrotowej MZH-400 (rys. 5). Rys. 5. Zgniatarka obrotowa MZH-400
Proces technologiczny realizowano w dwóch wariantach: Wariant 1 (cztery operacje) i wariant 2 (trzy operacje). Midzy poszczególnymi operacjami zgniatania obrotowego stosowano obróbk ciepln przesycanie. Czynnikami badanymi procesu były: wielko odkształcenia plastycznego, geometria kształtu rolek, parametry kinematyczne procesu oraz układ włókien i własnoci mechaniczne wyrobów. Kryterium oceny wyników bada była jako uzyskanych wyrobów z uwzgldnieniem tolerancji wymiarowych. W procesie wielooperacyjnego zgniatania obrotowego rzutowego badano proces kształtowania wyrobów ze szczególnym uwzgldnieniem duych stopni odkształcenia plastycznego. Badano moliwoci wykonawcze z krka blachy, wyrobów o pobocznicy stokowej o rednicach: przy dnie d = 76 mm i przy wylocie d = 181 mm oraz przy długo- ci wytłoczek l = 363 mm i bardzo małym niekorzystnym dla technologii zgniatania obrotowego kcie pochylenia pobocznicy = 8,23 o. Ze wzgldów technicznych grubo cianki badanego wyrobu nie moe by mniejsza ni g = 0,8 mm, std dla zachowania tego wymagania grubo krka g1 wyjciowego przyjto 6 mm (g o = 0 sin α = 0,8 = 6 mm). o sin 8,23 Podstawowym celem bada było zaprojektowanie optymalnego procesu wielooperacyjnego zgniatania obrotowego i w tym celu zaprojektowano dwa warianty rozwizania, które poddano badaniom. Wariant 1 (cztery operacje), w których rozkład odkształce wzgldnych przedstawiał si nastpujco: 1 = 62,5% 2 = 31% = 33% % 3 4 = 17,3 Wielko odkształce wzgldnych okrelono nastpujco: g o g n = 100%, g o gdzie: g o grubo cianki przed zgniataniem obrotowym g n grubo cianki po zgniataniu obrotowym Wariant 2 (trzy operacje), w których rozkład odkształce wzgldnych przedstawiał si nastpujco: 1 = 62,5% 2 = 53,8% = 17,3% 3 W rezultacie bada pozytywne wyniki uzyskano dla obydwu wariantów, std jako optymalne rozwizanie przyjto wariant 2. Ukształtowan wytłoczk o pobocznicy stokowej pokazano na rys 6. Rys. 6. Wytłoczka wykonana technologi zgniatania obrotowego z krka z blachy ze stali kwasoodpornej w gatunku 0H18N9 3. Zgniatanie obrotowe wydłuajce Materiałem wyjciowym do bada procesu zgniatania obrotowego wydłuajcego były wytłoczki stalowe z dnem oraz bez dna (elementy rurowe), wykonane ze stali stopowej w gatunku 15HGMV o wymiarach φ z 123,3/φ w 116 mm. Badania rozpoznawcze zgniatania obrotowego wydłuajcego współbienego i przeciwbienego wytłoczek o zmiennej gruboci cianki przeprowadzone zostały na wyoblarko-zgniatarce MZH-500.
W procesie zgniatania obrotowego wytłoczek walcowych z odsadzeniami badano nastpujce czynniki: wielko odkształcenia wzgldnego, geometria i rednica rolki oraz parametry kinematyczne w tym szybko przesuwu rolki i liczba obrotów wrzeciona. Warunkiem uzyskania pozytywnej oceny była jako ukształtowanej wytłoczki z zachowaniem tolerancji wymiarowej ±0,1 mm i odchyłki kołowoci w zakresie 0,02 0,03 mm. Proces badawczy był realizowany w dwóch operacjach: - w pierwszej wytłoczk zgniatano obrotowo wydłuajco redukujc rednic z φ z = 123,3 mm na φ z = 122 mm, - w drugiej operacji zastosowano zgniatanie obrotowe miejscowe zagłbiajc rolk w rodkowej czci wytłoczki w celu uzyskania kocowej rednicy d = 119 mm. W wyniku bada uzyskano wyrób o prawidłowym kształcie wraz ze zredukowan rednic d = 119 mm, lecz maksymalna rónocienno przekroczyła dopuszczaln tolerancj i wynosiła ±0,4 mm. 4. Technologia zaginania obrzea Proces badawczy zaginania obrzea przeprowadzono na długich cienkociennych wyrobach o pobocznicy stokowej (otuliny stalowe), wypełnionych kształtkami gazoprzepuszczalnymi. Otuliny w postaci stoków citych bez den, wykonane zostały ze stali w gatunku 0H18N9. Zaginanie obrzey otulin od strony wikszej rednicy przeprowadzono za pomoc rolki na wyoblarce MZH-500 sterowanej numerycznie (rys. 7). Czynnikami badanymi były: wielko odkształcenia plastycznego, wielko i geometria rolki, kt natarcia rolki, stateczno wytłoczki, szybko przesuwu rolki i liczba obrotów wrzeciona. Kryterium oceny wyników bada była jako uzyskanego zagicia z uwzgldnieniem nastpujcych czynników: utrata statecznoci, utrata spójnoci, wielko odsprynowania, a przede wszystkim szczelno po dalszej operacji spawania. Rys. 7. Zaginanie obrzea otuliny ze stali w gatunku 0H18N9 5. Wnioski 1. Na podstawie wyników bada opracowano wielozabiegowy proces wyoblania wyrobu o złoonym kształcie i duym stopniu odkształcenia plastycznego (współczynnik cignienia m = 0,26). 2. Wykonano parti próbn wyrobów, których cz przekazano do bada w warunkach produkcyjnych. 3. Na podstawie wyników bada opracowano technologi wyoblania cienko- ciennych wyrobów o kształcie parabolicznym z kołnierzem i wykonano parti dowiadczaln 200 szt. odbłyników do latarni 300 z arówk halogenow. 4. Na podstawie wyników bada opracowano technologi wielooperacyjnego zgniatania obrotowego rzutowego wyrobów o pobocznicy stokowej z ktem pochylenia = 8,23 o wykonane z krka blachy g o = 6 mm w gatunku 0H18N9. Proces składał si z trzech operacji zgniatania obrotowego z zastosowaniem odkształce 1 = 62,5 %, 2 = 53,8% i 3 = 17,3%. 5. Na podstawie wyników bada opracowano technologi zgniatania i zamykania obrzea na wyrobach o pobocznicy stokowej wypełnionych kształtkami gazo przepuszczalnymi. Poprawne zagicie uzyskano przy współczynniku d 200 obciskania K = = = 1, 02 (d ob d ob 195 rednica po zagiciu), statecznoci S =
g = 0,0035 i kcie pochylenia rolki = d 20 o. 6. Wyniki bada zostan wykorzystane jako podstawa do zaprojektowania nowego typu zaginarki MR-250 i wdroenia w ZM Robczyce. Prac zrealizowano w ramach działalnoci statutowej finansowanej przez Komitet Bada Naukowych: Praca BT 901 43 000 Technologie i maszyny ze sterowaniem komputerowym do wyoblania i zgniatania obrotowego, szczególnie wyrobów długich o złoonych kształtach z wydłuon pobocznic i kołnierzem INVESTIGATION OF THE TECHNOLOGY OF ROTARY FORMING OF SHEET PRODUCTS IN THE METAL FORMING INSTITUTE IN POZNAN Abstract The article describes the examination of the process of spinning complex shape products requiring a high degree of plastic deformation, made of steel sheets with the thickness of g = 2 and g = 2.5 mm as well as thin walled parabolic products with a flange, spinned from an aluminium sheet coil with the thickness of g = 0.8 and g = 1 mm. The article presents the investigation of the process of rotary extrusion of products with conical side wall made of 0H18N9 steel disks with the diameter of 200 mm and thickness of 6 mm, as well as preliminary investigation of the provcess of elongating rotary extrusion of cylindrical drawpieces with and without a bottom made of steel grade 15HGMV. A description of the investigation of the process of throwing off the periphery of conical side wall products filled with gas permeable profiles can also be found in the paper. The final part of the paper contains conclusions with a summary of the investigation. Key words: rotary extrusion, elongating rotary extrusion, throwing off sheet edge, forming, plastic strain, drawpiece