jyT9rWrY_24.pdf

13. WYZNACZANIE GRANICZNYCH WARTOŚCI

WSPÓŁCZYNNIKA WYTŁACZANIA

13.1. Cel ćwiczenia

Zapoznanie się z mechanizmem odkształcania dna wytłoczki i kołnierza oraz czynnikami

ograniczającymi wielkość odkształceń, wyrażonymi jako „współczynnik wytłaczania”.

13.2. Wprowadzenie

W tłocznictwie cienkich blach duży udział ilościowy ma operacja wytłaczania, której

celem jest przekształcenie płaskiego kawałka blachy w wytłoczkę o powierzchni

nierozwijalnej. Najprostszą wytłoczka tego rodzaju jest naczynie cylindryczne bez kołnierza.

Przeformowanie, materiału zachodzące podczas wytłaczania naczynia cylindrycznego,

przyjęto określać w praktyce przemysłowej wartością współczynnika wytłaczania:

1 =

(13.1)

gdzie: m 1 - współczynnik wytłaczania,

d - średnica wytłoczki,

D - średnica krążka materiału wyjściowego blachy.

Zamiast współczynnika m 1 używa się czasem współczynnika odkształcenia β, który jest

odwrotnością współczynnika wytłaczania:

β= =

(13.2)

Współczynniki m 1 lub β nie mogą mieć wartości dowolnych. Ich wartości graniczne

(m 1 ) gr lub β gr wynikają z warunku równości największej siły tłoczenia F max i wytrzymałości

walcowej ścianki wytłoczki na zerwanie, nazwanej krótko siłą zrywającą F zr. . Osiągnięcie

przez siłę tłoczenia wartości F zr jest równoznaczne z obwodowym rozdzieleniem wytłoczki w

pobliżu zaokrąglonej krawędzi stempla.

Ze względu na zależność (m 1 ) gr , względnie β gr od wartości sił F max i F zr przeprowadzono

analizę sił występujących w procesie wytłaczania.

Kształtowaną wytłoczkę można myślowo podzielić na dwie części, a mianowicie na dno i

kołnierz (rys. 13.1). Kołnierz wytłoczki traktuje się jako pierścień, którego zewnętrzna

krawędź jest wolna od obciążeń, a na krawędź wewnętrzną działają siły ciągnące, dające

wypadkową F k w kierunku osi. W kołnierzu występują promieniowe naprężenia rozciągające

i obwodowe naprężenia ściskające. Osiowa siła F k wywierana na wewnętrzny brzeg

pierścienia zależy od oporu plastycznego kołnierza i ulega zmianie w miarę zmniejszania się

jego średnicy zewnętrznej D 1 i powiększania wysokości h k walcowych ścianek. Zmiany te

przedstawia wykres na rys. 13.1b.

167

k F k rośnie na skutek

umacniania zachodzącego w odkształcanym na zimno materiale w wyniku zwiększania się

grubości blachy w zewnętrznej części kołnierza. Jednocześnie jednak zmniejszanie się

szerokości odkształcanego kołnierza, którego średnica D 1 zbliża się stopniowo do jego

średnicy wewnętrznej d, przyczynia się do spadku oporu plastycznego. W rezultacie obu tych

zjawisk F k , po osiągnięciu wartości , maleje prawie do zera wtedy, gdy cały kołnierz

przekształci się w walcową część wytłoczki.

max

W procesie rozciągania dna jest ono obciążone siłą osiową F d , równomiernie rozłożoną

wzdłuż jego obwodu i zastępującą oddziaływanie kołnierza wytłoczki. Rosnąca siła F d osiąga

wartość , co powoduje proces plastycznego rozciągania płaskiego dna oraz jego ścianek

bocznych. Początkowy wzrost siły F

d jest spowodowany intensywnym umacnianiem się

materiału. W momencie, gdy siła osiąga krytyczną wartość , następuje przewężenie

ścianek bocznych prowadzące do pęknięcia. Pęknięcie to ma miejsce najczęściej na

zaokrąglonej krawędzi, gdzie grubość ścianki jest najmniejsza.

Rozpatrując łącznie przebieg tłoczenia kołnierza i dna (co ma miejsce w rzeczywistym

procesie tłoczenia), łatwo zauważa się zależność występowania poszczególnych faz

kształtowania dna i kołnierza od stosunku D/d. Sporządzając wykresy tych sił jako funkcji

stosunku D/d można zanalizować wpływ tego stosunku na przebieg procesu. Upraszczając

analizę wpływu stosunku D/d, przyjąć należy średnicę d jako stałą, a zmieniać tylko średnicę

D. Przy takim założeniu siła i zrywająca dno nie zależy od stosunku D/d. Natomiast

obie siły związane z procesem kształtowania kołnierza, a więc

k F i

k F

max

ą tym większe, im

większe są średnice D krążka, przy stałej średnicy d.

168

Rys. 13.1. Wytłoczka z działającymi siłami osiowymi (a) oraz zmiany sił na długości

wytłoczki (b)

Proces plastycznego płynięcia kołnierza, charakteryzujący się zmniejszaniem

zewnętrznej jego średnicy D 1 , rozpoczyna się przy sile . Nas ępnie siła F

Posługując się omawianym wykresem można wyodrębnić kilka różnych przebiegów

kształtowania wytłoczki, z których każdy zachodzi w innym zakresie stosunku D/d,

wyznaczonym przez punkty przecięcia A, B, C, D odpowiednich linii wykresu (rys. 13.2).

Siła tłoczenia osiąga największą wartość przy przesunięciu stempla odpowiadającemu około

0,3 ÷ 0,5 wysokości gotowej wytłoczki. W tym właśnie momencie występuje

niebezpieczeństwo obwodowego pęknięcia wytłoczki. Aby do niego nie dopuścić, proces

musi być prowadzony w ten sposób, żeby siła

k F

max

ła mniejsza od siły zrywającej

W czasie tłoczenia musi być więc spełniony warunek

F 〈

(13.3)

Z wykresu (rys. 13.2) widać, że warunek ten jest spełniony wówczas, gdy stosunek

średnicy D/d użytego krążka jest mniejszy od odciętej

⎛

⎜

⎟ punktu B lezącego na przecięciu

się linii

k F i

Rys. 13.2. Różne przebiegi kształtowania wytłoczki w zależności od stosunku D/d

169

wytłoczkę .

max

k F

⎞

max

Stosunek D/d dla wytłoczki spełnia warunek

〈 ⎛

⎜

d gr

⎟

(13.4)

lub

=〉 ⎛

⎜

⎞

⎟

(13.5)

Graniczna wartość współczynnika wytłaczania to minimalna wartość stosunku d/D, przy

którym w trakcie tłoczenia uzyskuje się miseczkę.

W celu zmniejszenia niebezpieczeństwa pęknięcia wytłoczki (obniżenie wartości

współczynnika m 1 ), należy tak przeprowadzić proces wytłaczania, aby maksymalna siła

ciągnienia kołnierza

k F

max

ła jak najmniejsza, zaś siła zrywająca dno możliwie duża.

Można to osiągnąć przez:

a) zaokrąglenie krawędzi pierścienia ciągowego możliwie dużym promieniem

r m =(5÷10)g, w celu zmniejszenia dodatkowego zaginania blachy na tej krawędzi,

b) staranne wypolerowanie powierzchni roboczych pierścienia ciągowego i dociskacza, po

których ślizga się kształtowana blacha oraz dobre smarowanie powierzchni tnących,

c) wykonanie możliwie dużych promieni zaokrąglenia krawędzi stempla r s =(4÷6)g.

Graniczne wartości współczynnika m 1 zależą stosunkowo nieznacznie od rodzaju

kształtowanego materiału, określane są doświadczalnie i podane w podręcznikach

poświęconych tłocznictwu.

Jak wynika z poprzednich rozważań, maksymalna siła wytłaczania

max

jest równa sile

zrywającej F

zr wówczas, gdy współczynnik

m ⎠

= .

⎝

⎞

Ponieważ w pierwszym przybliżeniu siła zrywająca wytłoczkę wynosi

≈

⋅

(13.6)

więc dla tego przypadku

max

≈

⋅

(13.7)

gdzie: d - średnica wytłoczki (liczona po środku grubości ścianek),

g - początkowa grubość blachy,

R m - wytrzymałość na rozciąganie kształtowanej blachy.

Gdy współczynnik

m ⎠

〉 , wtedy siła

⎞

max

jest mniejsza od F

zr , przy czym stosunek

tych dwu sił oznaczymy przez k. Uwzględniając wartości współczynnika k podane w tablicy

13.1, maksymalną siłę wytłaczania można wyznaczyć ze wzoru:

max

⋅

(13.8)

170

⎞

⎛

⎝

Wartości współczynnika k

Tablica 13.1

1 =

0,55

0,6

0,65

0,7

0,75

0,8

0,86

0,72

0,6

0,5

0,4

13.3. Pomoce i urządzenia

• tłocznik,

• próbki (w postaci krążków) o różnej średnicy D 0 ,

• suwmiarka,

• maszyna wytrzymałościowa.

13.4. Przebieg ćwiczenia

W celu przeprowadzenia ćwiczenia należy:

• zapoznać się z budową tłocznika,

• zmierzyć średnicę próbek do tłoczenia D,

• zmierzyć średnicę otworu roboczego matrycy d,

• założyć próbkę na tłocznik,

• przygotować tłocznik do pracy,

• przeprowadzić operację tłoczenia wyznaczając zależność F=f(h),

• zdemontować tłocznik,

• zmierzyć wysokość wytłoczki i jej średnicę,

• - przeprowadzić takie same czynności dla wszystkich próbek (krążków).

13.5. Sprawozdanie

Sprawozdanie winno zawierać:

• wielkości maksymalnych sił tłocznika dla poszczególnych stosunków D 0 /d wytłoczki,

• wyznaczenie granicznej wartości współczynnika wytłaczania m 1 =d/D.

Literatura

[23,24,29,31,32,33,34,37,38,39,40]

171

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: