ĆWICZENIE NR 2

Temat: Kształtowanie wytłoczek.

1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest poznanie technologii kształtowania wytłoczek na prasach

oraz zaprojektowanie procesu technologicznego zadanego przedmiotu.

2. Treść ćwiczenia:

Dla zadanej wytłoczki opracować proces technologiczny. Wykonać obliczenia

uzasadniające zaprojektowaną ilość operacji ciągnienia wraz ze szkicami wyrobu

dla poszczególnych zabiegów.

Ocenić jakość wykonania wskazanych przez asystenta wytłoczek.

3. Przebieg ćwiczenia:

3.1 Określenie danych wyjściowych

3.2 Obliczenie wymaganej średnicy krążka wyjściowego D_kr

[mm]

3.3 Obliczenie siły niezbędnej do wycięcia krążka z blachy

P_wykr= [N] , gdzie

R_t - wytrzymałość materiału na cięcie [N/m²] z Tab.

3.4 Obliczenie niezbędnej ilości operacji m_n ciągnienia niezbędnych do

osiągnięcia gotowego wyrobu (materiały pomocnicze).

3.5 Obliczenie odkształceń E_n przy ciągnieniu wytłoczki, z jednoczesnym

określeniem niezbędnej liczby wyżarzeń międzyoperacyjnych (materiały

pomocnicze).

3.6 Sprawdzenie konieczności stosowania dociskacza dla wszystkich operacji

ciągnienia (materiały pomocnicze).

3.7 Obliczenie wartości ewentualnych sił P_doc dla poszczególnych zabiegów

(materiały pomocnicze).

3.8 Zestawienie parametrów procesu w następującej tablicy:

Lp.	Nazwa operacji	mn	En[%]	dn [mm]	hn [mm]	Pwyt [N]	Pdoc [N]
0	Wykrawanie	m1gr=0.56		259.68	1.40	430589.8
1	Wytłaczanie	0.59	40.82	153.68	59.99	158166.4	14025.6
2	Przetłaczanie	0.76	54.8	117.38	102.99	empiryczne	tak
:
n-1
n	Okrawanie

3.9 Wykonanie zwymiarowanych rysunków elementów przejściowych po

poszczególnych zabiegach.

3.10 Porównanie procesu fabrycznego z projektowanym.

3.11 Kontrola wykonanych wytłoczek.

4. Sprawozdanie winno zawierać:

4.1 Pełny tok obliczeń wraz z doborem współczynników zgodnie z przebiegiem

ćwiczenia.

4.2 Plan kolejnych operacji procesu ciągnienia wraz ze zwymiarowanymi szkicami

kształtowanego wyrobu.

4.3 Analiza i wnioski.

OPIS OBSŁUGI PROGRAMU

Po włączeniu komputera należy wywołać plik twst.exe, w którym znajduje się część wykonawcza programu. Program ten jest przeznaczony dla studentów II roku Wydziału Transportu P.W., którzy uczęszczają na Laboratorium Podstaw Budowy Urządzeń Transportowych. Program zawarty w pliku twst.exe obejmuje zakres ćwi- czenia nr 2 - „Przeróbki plastycznej” lub „Kształtowania wytłoczek”.

Po uruchomieniu programu pojawia się winieta, a po niej strona, na której wyszczególniono pięć różnych materiałów - Stal miękka, Alumuinium, Mosiądz, Miedź i Stal 1H18N9T. Z tych materiałów należy wybrać ten, który został zadany przez prowadzącego ćwiczenie. Następnie pojawia się strona, na której należy podać wartości wielkości, które określają nam wytłoczkę, a mianowicie: R_m [MN/m²], d [mm], h [mm], g [mm] oraz r [mm]. Wielkości te będą się znajdowały na kartce z danymi otrzymanej przez prowadzącego. W dolnej części omawianej strony znajdują się informacje o materiale, który został wybrany, o odkształceniu dopuszczalnym E_dop [%] oraz o wytrzymałości na cięcie R_t [MN/m²] dla danego materiału. Należy zwrócić uwagę na to, że z wyżej wymienionych przedziałów wartości R_t i E_dop powinno się wziąć wartości średnie. Po wpisaniu wartości R_t, d, h, g, r pojawia się następna strona, na której należy dobrać współczynnik bezpieczeństwa k potrzebny potem do wyznaczenia m_1gr.

Po wpisaniu danych pojawiają się kolejno trzy plansze z opcjami:

• wykonanie obliczeń,

• wyniki zapisane do pliku / wyniki wyprowadzone na drukarkę,

• zapisana całość / zapisana tylko tabelka końcowa.

Następnie pojawia się strona, na której należy wpisać swoje imię i nazwisko, numer grupy, podgrupę oraz aktualną datę. Po wykonaniu tej czynności należy wpisać kolejno swoje, wyznaczone z tabeli i obliczone wartości w następującej kolejności: R_t [MN/m²], E_dop [%], D_kt [mm], g [mm], P_wykr [N], m_1gr. Na następnej stronie należy podać wyznaczone wielkości dla pierwszej operacji, a mianowicie: m₁, E₁, d₁, h₁, P_wytł, P_doc. Na kolejnych stronach należy podawać wyznaczone wielkości dla następnych operacji. Po przejściu przez wszystkie czynności przechodzimy do ostatniej operacji - okrawania, w której podajemy oczekiwaną wysokość i średnicę swojej wytłoczki.

Po wykonaniu tych wszystkich czynności pojawia się informacja, w której znajduje się wpisane poprzednio imię, nazwisko, nr grupy, podgrupa i data. Oprócz tego podana jest liczba punktów uzyskanych podczas tego ćwiczenia. Jeżeli podczas wpisywania obliczanych wielkości liczba punktów zmniejszy się do 61 to następuje natychmiastowe przerwanie wpisywania obliczanych wielkości i zakończenie programu. Po komunikacie o liczbie punktów mamy możliwość obejrzenia rysunku poglądowego wytłoczki. Zakończenie programu wiąże się z zapisem wyników do pliku lub ich wydrukiem.

PRZYKŁAD OBLICZENIOWY

Poniżej przedstawiony jest przykład konkretnych danych do obliczenia wszystkich parametrów potrzebnych do ukształtowania wytłoczki.

Przykładowe dane:

Materiał: Stal miękka.

R_m = 260 MN/m²;

d = 52 mm;

h = 300 mm;

g = 1,4 mm;

r = 6,2 mm;

Na początku są odczytane z tablic 7 i 8 następujące wielkości dla stali miękkiej :

• największe odkształcenie możliwe do osiągnięcia w jednej operacji E_dop = 57,5%

• wytrzymałość materiału na cięcie R_t = 290 MN/m².

Do obliczeń będą potrzebne : h₀ = h - r - g = 300 - 6.2 - 1.4 = 292.4 mm

d₀ = d - g - 2r = 52 - 1.4 - 12.4 = 38.2 mm

r₀ = r + 0.5⋅g = 6.2 + 0.7 = 6.9 mm

d_m1= d₁ + g

r_m = 7⋅r = 43.4 mm.

Korzystając z tablicy 4 wyznaczono wielkość naddatku na okrawanie. Dla h = 300 mm naddatek ten wynosi h' = 5%⋅h = 15 mm.

Korzystając ze wzoru niżej obliczona zostanie średnica krążka D_kr.

D_kr = = 259.68 mm

Siła wykrawania wynosi więc P_wykr = 1.3⋅Π⋅D_kr⋅g⋅R_t = 430583.87 N.

Korzystając z wykresu g/D_kr ⋅100 w funkcji m₁ narysowanego za pomocą tablicy 1 odczytano graniczną wartość współczynnika wytłaczania m_1gr. Dla przedstawionych danych g/D_kr ⋅100 = 0.539, czyli m_1gr = 0.556.

Obliczenia dla operacji 1:

Dla przyjętego współczynnika bezpieczeństwa k, np. k = 0,9 odczytano wartość współczynnika wytłaczania m₁ z następującej tabelki:

m1	0.556	0.592	0.606
k	1	0.9	0.86

Współczynnik wytłaczania wynosi więc m₁ = 0.592.

Odkształcenie E₁ wynosi E₁ = (1 - m₁) ⋅100% = 40.8%.

E₁ < E_dop czyli można wykonać operację.

Średnica d₁ wynosi d₁ = m₁⋅D_kr = 153.73 mm.

Średnica dodatkowa d₀₁ wynosi d₀₁ = d₁ - g - 2r = 139.93 mm.

d_m = d₁ + g = 155.13 mm.

Wysokość dodatkowa h_o1 wynosi:

h₀₁= (D_kr² - d₀₁² - 2⋅Π⋅d₀₁ ⋅r₀ - 8⋅r₀² - 4⋅d₁ ⋅h')/(4⋅d₁) = 52.34 mm.

Wysokość h₁ wynosi więc h₁ = h_o1 + g + r = 59.94 mm.

Siła wytłaczania wynosi P_wytł = k⋅Π⋅d₁⋅g⋅Rm = 158216.73 mm.

Siła dociskacza wynosi P_doc = Π/4⋅[D_kr² - (d_m1 + 2⋅r_m)²]⋅q = 13985.71 N.

Obliczenia dla operacji 2:

Wyznaczenie wartości (g/d₁)⋅100 = 0.91.

Dla tej wartości współczynnik m₂ wynosi m₂ = 0.764.

Odkształcenie E₂ wynosi E₂ = (1 - m₁⋅ m₂)⋅100% = 54.77%.

E₂ < E_dop czyli można wykonać operację.

Średnica d₂ wynosi d₂ = m₂⋅d₁ = 117.43 mm.

Średnica dodatkowa d_o2 wynosi d_o2 = d₂ - g - 2r = 103.63 mm.

Wysokość dodatkowa h_o2 wynosi:

h_o2 = (D_kr² - d_o2² - 2⋅Π⋅d_o2 ⋅r₀ - 8⋅r₀² - 4⋅d₂ ⋅h')/(4⋅d₂) = 95.32 mm.

Wysokość h₂ wynosi więc h₂ = h_o2 + g + r = 102.92 mm.

Sprawdzenie warunku na dociskacz : g < 0.015⋅d₁; 1.4 < 2.3 , czyli dociskacz jest potrzebny.

Obliczenia dla operacji 3:

Wyznaczenie wartości (g/d₂)⋅100 = 1.19.

Dla tej wartości współczynnik m₃ wynosi m₃ = 0.784.

Odkształcenie E₃ wynosi E₃ = (1 - m₁⋅m₂⋅m₃)⋅100% = 64.53%.

Widać, że E₃ > E_dop czyli konieczne jest wyżarzanie rekrystalizujące, w trakcie

którego nie zmienia się średnica wytłoczki, czyli d₃ = d₂ = 117.43 mm.

Obliczenia dla operacji 4:

Po wyżarzaniu rekrystalizującym współczynnik m₄ = m₂ = 0.764.

Odkształcenie E₄ wynosi E₄ = (1 - m₄)⋅100% = 23.61%.

E₄ < E_dop czyli można wykonać operację.

Średnica d₄ wynosi d₄ = m₄⋅d₃ = 89.7 mm.

Średnica dodatkowa d_o4 wynosi d_o4 = d₄ - g - 2r = 75.9 mm.

Wysokość dodatkowa h_o4 wynosi:

h_o4 = (D_kr² - d_o4² - 2⋅Π⋅d_o4 ⋅r₀ - 8⋅r₀² - 4⋅d₄ ⋅h')/(4⋅d₄) = 146.8 mm.

Wysokość h₂ wynosi więc h₄ = h_o4 + g + r = 154.4 mm.

Sprawdzenie warunku na dociskacz: g < 0.015⋅d₃; 1.4 < 1.76 , czyli dociskacz jest potrzebny.

Obliczenia dla operacji 5:

Wyznaczenie wartości (g/d₄)⋅100 = 1.56.

Dla tej wartości współczynnik m₅ wynosi m₅ = 0.773.

Odkształcenie E₅ wynosi E₅ = (1 - m₄⋅m₅)⋅100% = 40.95%.

E₅ < E_dop czyli można wykonać operację.

Średnica d₅ wynosi d₅ = m₅⋅d₄ = 69.34 mm.

Średnica dodatkowa d_o5 wynosi d_o5 = d₅ - g - 2r = 55.54 mm.

Wysokość dodatkowa h_o5 wynosi:

h_o5 = (D_kr² - d_o5² - 2⋅Π⋅d_o5 ⋅r₀ - 8⋅r₀² - 4⋅d₅ ⋅h')/(4⋅d₅) = 206.95 mm.

Wysokość h₅ wynosi więc h₅ = h_o5 + g + r = 214.55 mm.

Sprawdzenie warunku na dociskacz: g < 0.015⋅d₄; 1.4 > 1.345 , czyli dociskacz jest niepotrzebny.

Obliczenia dla operacji 6:

Wyznaczenie wartości (g/d₅)⋅100 = 2.02.

Dla tej wartości współczynnik m₆ wynosi m₆ = 0.78.

Odkształcenie E₆ wynosi E₆ = (1 - m₄⋅m₅⋅m₆)⋅100% = 53.94%.

E₆ < E_dop czyli można wykonać operację.

Średnica d₆ wynosi d₆ = m₆⋅d₅ = 54.09 mm.

Średnica dodatkowa d_o6 wynosi d_o6 = d₆ - g - 2r = 40.29 mm.

Wysokość dodatkowa h_o6 wynosi:

h_o6 = (D_kr² - d_o6² - 2⋅Π⋅d_o6 ⋅r₀ - 8⋅r₀² - 4⋅d₆ ⋅h')/(4⋅d₆) = 279.34 mm.

Wysokość h₆ wynosi więc h₆ = h_o6 + g + r = 286.94 mm.

Sprawdzenie warunku na dociskacz: g < 0.015⋅d₅; 1.4 > 1.04 , czyli dociskacz jest niepotrzebny.

Obliczenia dla operacji 7:

Wyznaczenie wartości (g/d₆)⋅100 = 2.58.

Dla tej wartości współczynnik m₇ wynosi m₇ = 0.8.

Odkształcenie E₇ wynosi E₇ = (1 - m₄⋅m₅⋅m₆⋅m₇)⋅100% = 63.15%.

Widać, że E₇ > E_dop czyli konieczne jest wyżarzanie rekrystalizujące, w trakcie

którego nie zmienia się średnica wytłoczki, czyli d₇ = d₆ = 54.09 mm.

Obliczenia dla operacji 8:

Po wyżarzaniu rekrystalizującym współczynnik m₈ = m₂ = 0.764.

Odkształcenie E₈ wynosi E₈ = (1 - m₈)⋅100% = 23.61%.

E₈ < E_dop czyli można wykonać operację.

Średnica d₈ wynosi d₈ = m₈⋅d₇ = 41.32 mm.

Średnica d₈ < od średnicy zadanej d = 52 mm czyli należy obliczyć nowy współczynnik m_nowy8, który wynosi m_nowy8 = d/(D_kr⋅m₁⋅m₂⋅m₄⋅m₅⋅m₆) = 0.961.

Dla nowego współczynnika nowa średnica d₈ = m_nowy8⋅d₇ = 51.99 mm.

Średnica dodatkowa d_o8 wynosi d_o8 = d₈ - g - 2r = 38.19 mm.

Wysokość dodatkowa h_o8 wynosi:

h_o8 = (D_kr² - d_o8² - 2⋅Π⋅d_o8 ⋅r₀ - 8⋅r₀² - 4⋅d₈ ⋅h')/(4⋅d₈) = 307.46 mm.

Wysokość h₈ wynosi więc h₈ = h_o8 + g + r = 315.06 mm.

Sprawdzenie warunku na dociskacz: g < 0.015⋅d₇; 1.4 > 0.81, czyli dociskacz jest niepotrzebny.

Obliczenia dla operacji 9 - okrawania:

Średnica końcowa wynosi d₉ = d₈ = 51.99 mm ~ 52 mm.

Wysokość końcowa h₉ = h₈ - h' =315.06 - 15 = 300.06 mm ~ 300 mm.

Wyniki wszystkich operacji można przedstawić w tabeli:

Lp.	Nazwa operacji	mn	En [%]	dn [mm]	hn [mm]	Pwytł [N]	Pdoc [N]
0	Wykrawanie	m1gr=0.56		259.68	1.40	430589.8
1	Wytłaczanie	0.592	40.82	153.73	59.94	158216.73	13985.71
2	Przetłaczanie	0.764	54.77	117.43	102.92	empiryczne	TAK
3	Wyżarzanie	0.784	64.53
4	Przetłaczanie	0.764	23.61	89.7	154.4	empiryczne	TAK
5	Przetłaczanie	0.773	40.95	69.34	214.55	empiryczne	NIE
6	Przetłaczanie	0.78	53.94	54.09	286.94	empiryczne	NIE
7	Wyżarzanie	0.8	63.15
8	Przetłaczanie	0.961	23.61	51.99	315.06	empiryczne	NIE
9	Okrawanie			~52.00	~300.00

MATERIAŁY POMOCNICZE

WIADOMOŚCI PODSTAWOWE

Wytłoczki o powierzchni nierozwijalnej stanowią znaczny procent produkowanych wyrobów za pomocą przeróbki plastycznej.

Do wytłoczek tego typu zaliczamy:

• przedmioty cienkościenne kołowosymetryczne, np. tuleje stopniowane,

• przedmioty złożone przestrzennie, np. podłogi samochodowe lub inne elementy karoserii samochodu.

Przy wytwarzaniu tego typu wyrobów na prasach, operacje tłoczenia dzielimy na dwie grupy:

1. Operacje służące do nadania podstawowego kształtu wytłoczki, do których

zaliczamy wytłaczanie, przetłaczanie, wyciąganie.

2. Operacje wykańczające, takie jak: dotłaczanie, wywijanie, rozpychanie i

obciskanie.

Poniżej zostaną pokrótce omówione wszystkie w/w sposoby wytwarzania wytłoczek.

1A. WYTŁACZANIE

1.1 Operacją wytłaczania nazywamy proces, podczas którego następuje

przekształcanie kawałka blachy w wytłoczkę o powierzchni nierozwijalnej.

Poniżej rozpatrzymy najprostszy przypadek tego rodzaju operacji.

Rys.1. Przebieg przekształcania z dociskaczem naczynia cylindrycznego, a) położenie materiału na początku procesu, b) przemieszczanie materiału w czasie kształtowania wytłoczki, c) zakończenie procesu, d) przebieg sił.

Dla głębokich wytłoczek o cienkich ściankach proces wytłaczania należy zawsze wykonywać z dociskaczem. Siła P wywierana przez stempel na dno wytłoczki, jest przenoszona za pośrednictwem bocznych ścianek na kołnierz wytłoczki, który w wyniku plastycznego płynięcia stopniowo przekształca się w walcową ściankę.

Punkt A leżący na kołnierzu wytłoczki przesuwa się promieniowo do środka, tak że jego odległość od osi symetrii wytłoczki maleje, natomiast punkt C leżący na powierzchni dna, przesuwa się w kierunku przeciwnym, tzn. jego odległość od osi symetrii wzrasta. Pomiędzy dwoma obszarami o przeciwnym kierunku płynięcia

materiału, musi leżeć linia gdzie punkty nie zmieniają swojej odległości od osi symetrii wytłoczki w trakcie procesu wytłaczania. Zakładamy, że punkt B leży właśnie na takiej linii granicznej. Płaszczyzna B-B poprowadzona przez tę linie graniczną dzieli wytłoczkę na dwie części:

• zewnętrzny kołnierz, w którym zachodzi proces ciągnienia,

• dno, w którym panuje dwuosiowe rozciąganie.

Rys.2. Przebieg sił w czasie ciągnienia kołnierza oraz rozciągania dna wytłoczki.

1.2 Ciągnienie kołnierzowe wytłoczki.

Krawędź zewnętrzna jest wolna od obciążeń, natomiast na wewnętrzny cylinder działa obciążenie od sił ciągnących, dających wypadkową P_k. Pod wpływem tego obciążenia następuje płynięcie uplastycznionego kołnierza. Występują tu promieniowe naprężenia rozciągające oraz obwodowe naprężenia ściskające. Zmiana siły P_k w funkcji zmiany średnicy zewnętrznej kołnierza D₁ przedstawia rys.2a. Proces plastycznego płynięcia kołnierza rozpoczyna się przy sile P_k^pl, następnie siła P_k wzrasta na skutek umocnienia zachodzącego w materiale odkształcanym na zimno. Jednocześnie D₁ zmniejsza się, powodując spadek oporów plastycznych. W rezultacie obu tych procesów siła P_k wzrasta do wartości P_k^max a następnie maleje do wartości równej zero (pomijamy siłę tarcia), gdy cały kołnierz przekształcił się w walcową część wytłoczki. Siła tarcia wynosi około 3.. 5% siły P_k^max.

1.3 Rozciąganie dna wytłoczki.

Dno ma postać miseczki nasadzanej na stempel. Obciążone jest siłą osiową P_d rozłożoną równomiernie wzdłuż jej obwodu i zastępującą oddziaływanie kołnierza wytłoczki. Gdy siła P_d = P_d^pl następuje uplastycznienie materiału dna, rozpoczyna się proces plastycznego płynięcia dna i jego części cylindrycznej co powoduje zwiększenie wysokości h_d kosztem pocienienia ścianek. Zmianę siły P_d w funkcji zmiany wysokości dna h_d przedstawia rys.2b.

Początkowy wzrost siły związany jest z umacnianiem się odkształconego materiału. Dla P_d = P_zr następuje zerwanie ścianek bocznych wytłoczki. Wytłoczka najczęściej pęka na zaokrąglonej części, gdzie g = min. (g - oznacza grubość materiału).

Jak widać z przedstawionego rozumowania, dla każdej chwili procesu wytłaczania:

P_k = P_d .................... (1)

Ogólnie więc, proces powstawania wytłoczki można podzielić na następujące fazy:

a) miejscowe plastyczne kształtowanie wgłębienia o średnicy d przy D = const. , tzn.

przy P < P_k^pl (D - oznacza średnicę zewnętrzną krążka),

b) plastyczne płynięcie kołnierza (zmniejszanie się średnicy D), gdy P_k^pl < P < P_d^pl ,

c) jednoczesne płynięcie kołnierza i plastyczne rozciąganie dna wytłoczki, gdy

P_d^pl < P < P_k^max. Gdy P = P_k^max ustaje plastyczne oddziaływanie dna, od tej chwili

jest ono w stanie sprężystym,

d) końcowa faza płynięcia kołnierza, zachodząca przy malejącej sile P.

Opisany powyżej przebieg tłoczenia odnosi się do określonego stosunku , gdzie

D - średnica krążka, d - średnica walcowej ścianki wytłoczki. Dla innych wartości przebieg kształtowania może być zupełnie inny ze względu na uszeregowanie sił:

P_k^pl ,P_k^max ,P_d^pl ,P_d^max = P^zr - siła zrywająca.

Przedstawiając na wykresie przebieg wymienionych sił, dla różnych wartości stosunku można przeanalizować wpływ tego stosunku na przebieg samego procesu tłoczenia.

Przy założeniu, że d = const., zmienia się tylko średnica krążka D. Stąd

(P_d^pl oraz P_zr) ==> const. i nie zależą od stosunku . Pozostałe siły P_k^pl oraz P_k^max zależą od tego stosunku tak, że ze wzrostem wartości wzrastają ich wartości.

Przebieg w/w sił przedstawiono na rys.3.

Rys.3. Różne przebiegi kształtowania wytłoczki w zależności od stosunku .

Korzystając z wykresu można wyodrębnić kilka różnych przebiegów kształtowania wytłoczki, z których każdy zachodzi w innym zakresie stosunku wyznaczonym przez punkty przecięcia A, B,C, D odpowiednich linii wykresu.

Do najważniejszych przeszkód uniemożliwiających otrzymanie prawidłowej wytłoczki zaliczamy:

• pękanie wytłoczek w trakcie procesu tłoczenia,

• fałdowanie kołnierza wytłoczki.

1.4 Pękanie wytłoczek

Siła tłoczenia P osiąga maksimum dla przemieszczania stempla w zakresie 0.3..0.5 h_w, gdzie h_w - wysokość gotowej wytłoczki po zakończeniu operacji (rys.1). Aby nie nastąpiło urwanie dna, w trakcie tłoczenia musi zachodzić następujący warunek

P_k^max < P_zr ...................... (2)

Jak widać z wykresu (rys.3) warunek (2) jest spełniony wówczas, gdy stosunek jest mniejszy od odciętej _gr punktu B. Zatem warunek (2) jest spełniony w zakresie:

< _gr lub = m₁ > _gr ...................... (3)

(m₁ - oznacza współczynnik wytłaczania, tzw. moduł miseczkowania).

W procesie tłoczenia należy dążyć do zmniejszenia siły P_k^max oraz do maksymalizacji siły P^zr. Osiągamy to przez:

• zaokrąglenie krawędzi pierścienia ciągowego dużym promieniem r_m = 5..10g, gdzie g - grubość tłoczonej blachy,

• staranne polerowanie powierzchni roboczych pierścienia ciągowego i dociskacza,

• możliwie duże promienie zaokrąglenia krawędzi stempla r_s = 4..6g.

Dla optymalnych warunków procesu tłoczenia, dopuszczalne wartości współczynnika wytłaczania m₁ dla różnych gatunków stali miękkiej, mosiądzu i miedzi podane są w tablicy 1.

Tablica 1

Minimalne dopuszczalne wartości współczynnika wytłaczania m₁.

	2.0	1.5	1.0	0.6	0.3	0.15	0.08
	0.48	0.50	0.55	0.55	0.58	0.60	0.63

Maksymalna siła wytłaczania P_k^max = P^zr działa wówczas, gdy m₁ = _gr. Ogólnie:

P_k^max = P^zr .................... (4)

gdzie:

d - średnica wytłoczki liczona po środku grubości ścianek

g - początkowa grubość blachy

R_m - wytrzymałość na rozciąganie kształtowanej blachy, z Tab.10.

Dla m₁ < m_gr , maksymalną siłę P obliczamy ze wzoru:

P_k^max = kpdgR_m .................... (5)

gdzie:

k - oznacza współczynnik uwzględniający zmniejszenie siły P_k^max w stosunku do siły P^zr .

Stosowane wartości współczynnika k zestawiono w tablicy 2.

Tablica 2

Wartości współczynnika k.

	0.55	0.60	0.65	0.70	0.75	0.80
k	1.0	0.86	0.72	0.60	0.50	0.40

1.5 Fałdowanie kołnierza

Przy tłoczeniu blach o grubości g > 0.02D fałdowanie nie występuje. Dla g < 0.015D konieczne jest stosowanie dodatkowego pierścienia dociskającego krążek z siłą P_doc. Siłę tę obliczamy ze wzoru:

P_doc = Adq =[ D² - (d_m+2r_m)² ]q .................... (6)

gdzie :

Ad - powierzchnia, na którą działa dociskacz (rys.1a)

q - nacisk jednostkowy, zależny od rodzaju materiału i jego grubości g

D - średnica krążka

d_m - średnica pierścienia ciągowego tłocznika

r_m - promień zaokrąglenia pierścienia ciągowego.

W tablicy 3 zestawiono stosowane wartości q dla różnych materiałów.

Tablica 3

Wartości jednostkowych nacisków dociskaczy q.

Materiał	Nacisk jednostkowy q [MN/m^2]
Stal miękka g < 1 mm	2.5..3.0
Stal miękka g > 1 mm	1.5..2.5
Mosiądz	1.5..2.5
Miedź	1.0..1.5
Aluminium	0.7..1.2
Brąz	2.0..2.5

1.6 Wyznaczanie średnicy krążka.

Rys.4. Schematyczne przedstawienie stanu naprężenia dla tłoczenia.

W różnych miejscach wytłoczki występują różne stany naprężenia:

• w dnie występuje dwuosiowe rozciąganie (obwodowe nr 2 oraz promieniowe znaczone numerem 1),

• w części cylindrycznej, jednoosiowe rozciąganie nr 1,

• w kołnierzu obwodowe nr 2 ściskające, oraz nr 1 promieniowe rozciągające,

• na samym obrzeżu panuje tylko naprężenie nr 2, tzw. obwodowe ściskające.

Analizując dokładnie stan odkształcenia można przyjąć, że grubość g_śr otrzymanej wytłoczki jest równa grubości g krążka. Popełniony błąd nie przekracza 5%.

Dla naczynia cylindrycznego średnica D krążka wynosi:

A_k = A_w

stąd

, stąd

Uwzględniając naddatek h' wysokości wytłoczki na wyrównywanie obrzeża, wzór na średnicę krążka wygląda następująco:

.................... (7)

Dla dokładnych obliczeń, uwzględniających promień przejścia ścianki w dno naczynia wytłaczanego, wzór na średnicę krążka przybiera postać:

.................... (8)

Oznaczenia użyte we wzorach (7) i (8) są zgodne z rys.5.

Rys.5.Naczynia cylindryczne z promieniem przy dnie: a) z małym, b) z dużym.

Minimalne wartości naddatków h' zestawiono w tablicy 4.

Tablica 4

Wielkości naddatków na okrawanie.

wysokość h wyrobu [mm]	0	12	20	25	38	50	65	75	90	100	125	150	powyżej150
naddatek h' [mm]	1.2	1.6	2.0	2.5	3.0	3.5	4.0	4.5	5.0	6.0	7.0	8.0	5%h

1B. PRZETŁACZANIE

Niebezpieczeństwo obwodowego pęknięcia wytłoczki, w czasie procesu wytłaczania, ogranicza średnicę użytego krążka, a więc i wysokość h, która nie może przekraczać około (0.7..0.8)d. Aby otrzymać wytłoczkę o większej wysokości w stosunku do średnicy, należy wstępnie ukształtowaną wytłoczkę poddać następnej operacji zwanej przetłaczaniem. Operacja ta polega na zwiększaniu wysokości h wytłoczki, kosztem zmniejszania średnicy d, przy czym grubość g ścianki może się dowolnie zmieniać.

Schemat przetłaczania przedstawiono na rys.6.

Rys.6. Przetłaczanie swobodne : a) położenie wytłoczki na początku procesu, b) kształt wytłoczki podczas przetłaczania, c) zakończenie procesu, d) przebieg siły.

Przebieg siły w funkcji drogi stempla przedstawiono na rys.6d.

Końcowy wzrost siły P spowodowany jest większą grubością i większym oporem plastycznym obrzeża wytłoczki. Przedstawiony prawidłowy przebieg procesu przetłaczania, może zostać zakłócony przez następujące zjawiska:

• rozerwanie wytłoczki siłą osiową P (np. oderwanie dna) rys. 6a,

• fałdowanie się ścianek wytłoczki pod wpływem ściskających naprężeń obwodowych rys. 6b,

• wzdłużne pęknięcie ścianki wytłoczki pod wpływem nadmiernego utwardzenia wytłoczki na obrzeżu, rys. 6c.

1.1 Rozerwanie wytłoczki siłą osiową.

Ogólnie musi być spełniony warunek:

P_max < P_zr = pd_zgR_m .................... (9)

gdzie d_z jest zmniejszoną średnicą wytłoczki.

Warunek (9) jest spełniony, gdy stosunek d_z/d₁ zwany współczynnikiem przetłaczania (oznaczamy przez m₂), jest większy od pewnej wartości granicznej tego stosunku (d_z/d₁)_gr. Najmniejsze dopuszczalne wartości współczynnika m_z zestawiono w tablicy 5.

Tablica 5

Najmniejsze współczynniki przetłaczania dla kolejnych operacji (stal miękka, stal nierdzewna, mosiądz i miedź ).

	2..1	1..0.3	0.3..0.08
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

Przez wielokrotne powtarzanie operacji przetłaczania, można uzyskać stopniowo zmniejszające się średnice wytłoczki d₂, d₃, d₄, ... , d_n-1, d_n. Jednak zawsze musi być spełniony warunek:

m_n = d_n / d_n-1 > (d_n / d_n-1)_gr. .................... (10)

wynikający ze wzrastającego oporu plastycznego ścianki wytłoczki (wywołanego umocnieniem się materiału), gdy materiał dna jest prawie nieumocniony ze względu na małe odkształcenia.

1.2 Fałdowanie ścianki bocznej.

Powstawanie fałd można zlikwidować stosując odpowiednio ukształtowane dociskacze.

Przykład takiego dociskacza przedstawiono na rys.7.

Rys.7. Przetłaczanie z dociskaczem.

Stosowanie przetłaczania swobodnego lub z dociskaczem zależy od grubości ścianki wytłoczki w stosunku do średniej średnicy wytłoczki przed przetłaczaniem. Dla grubości ścianki g > 0.015d_n-1 się przetłaczanie swobodne. Dla grubości ścianki g < 0.01d_n-1 stosuje się przetłaczanie z dociskaczem. Dla wartości 0.01d_n-1 < g < 0.015d_n-1 o wyborze sposobu przetłaczania decyduje współczynnik przetłaczania oraz rodzaj i stan materiału. Im mniejszy współczynnik przetłaczania oraz im bardziej miękka wytłoczka tym skłonność do fałdowania jest większa.

1.3 Pękanie obrzeża wytłoczki.

Jest ono wynikiem wykonania obliczonej ilości operacji przetłaczania, bez żarzenia zmiękczającego, co powoduje zjawisko utraty spójności przez materiał (szczególnie na obrzeżu). Największe odkształcenie występuje zawsze na obrzeżu wytłoczki, obliczamy je ze wzoru:

E_c = 1 - d_n/D = 1 - m₁ m₂ m₃ ... m_m-1 m_n ................... (11)

przy założeniu, że g g₀.

Odkształcenie całkowite materiału po n operacjach powinno być mniejsze od wartości odkształceń dopuszczalnych zestawionych w tablicy 6.

E_c < E_{c dop} ........................ (12)

Tablica 6

Całkowite dopuszczalne zmniejszenie przekroju dla różnych materiałów.

Materiał
Stal miękka Mosiądz Aluminium Miedź Stal 1H18N9T	60%..70% 50%..70% 60%..80% 60%..80% 45%..55%

1C. WYCIĄGANIE

Operacja ta polega na zwiększaniu wysokości wytłoczki przez zmniejszanie grubości jej ścianki, przy czym wewnętrzna średnica wytłoczki nie ulega zmianie. Wyciąganie przeprowadza się na tłocznikach, gdzie szczelina między ścianką otworu ciągowego a stemplem, równa końcowej grubości ścianki g_n, jest mniejsza od początkowej grubości

ścianki g_n-1.

Schemat wyciągania przedstawiono na rys.8.

Rys.8. Wyciąganie.

Odkształcenie E_n przy wyciąganiu obliczamy:

E_n = 1 - g_n / g_n-1 .................... (13)

zakładając, że d_n d_n-1. Stąd można obliczyć grubość ścianki po wyciągnięciu

g_n = g_n-1 [ 1 - E_n ] ....................(14)

Niekiedy łączymy wytłaczanie z jednoczesnym pocienieniem ścianki. Wówczas

A₀ = pDg₀, (A₀ - powierzchnia boczna krążka). Zestawienie największych odkształceń E, jakie można uzyskać w jednej operacji przedstawiono w tablicy 7.

Tablica 7

Największe odkształcenia możliwe do osiągnięcia w jednej operacji wyciągania, dla wytłoczek wyżarzonych.

Materiał	Wytłaczanie z wyciąganiem	Wyciąganie
Stal miękka Stal średnio twarda Mosiądz Aluminium	55%..60% 35%..40% 60%..70% 60%..65%	35%..45% 25%..30% 50%..60% 40%..50%

Dopuszczalne łączne odkształcenie E_{c dop} dla różnych materiałów, które można stosować bez żarzenia zestawiono w tablicy 6.

2A. DOTŁACZANIE

Operacja ta polega na nadaniu wytłoczce ostatecznego kształtu. Dotłaczanie bywa ostatnią operacją w procesach kształtowania wytłoczek w postaci głębokich stożków, paraboloid obrotowych, itp. Celem dotłaczania może być też zmniejszanie promieni przejściowych w wytłoczce, które wstępnie ze względów technologicznych są większe niż żądane przez konstruktora.

2B. WYWIJANIE

Operacja ta należy do procesów rozciągania. Za pomocą wywijania otrzymuje się powiększenie uprzednio wyciętych otworów i wywinięcie dookoła tych otworów ścianek, najczęściej walcowych lub stożkowych. W trakcie wywijania następuje w ściance znaczne wydłużenie obwodowe.

2C. ROZPYCHANIE

Jest to operacja polegająca na powiększeniu wymiarów poprzecznych wyrobu. W ściankach kształtowanych wytłoczek występuje zawsze dwuosiowy stan naprężeń, przy czym naprężenie rozciągające odgrywa zasadniczą rolę. Przykładem rozpychania może być kształtowanie (rozwijanie) niewielkich kołnierzy i wywijanie ich obrzeży w kształcie półkola.

2D. OBCISKANIE

Jest to operacja powodująca zmniejszenie wymiarów poprzecznych wyrobów, przy czym w ściankach kształtowanych wytłoczek występują tylko naprężenia ściskające.

Operację tę stosuje się do zwężenia łusek amunicyjnych, wyrobu butli na sprężone gazy, itp.

Tablica 8

Wytrzymałość metali na cięcie.

Wytrzymałość na cięcie Rt [MN/m^2]
Materiał	Stan miękki (materiał wyżarzony)	Stan twardy (materiał zgniecony)
Ołów	20..30	-
Aluminium	60..90	130..160
Dural	220	380
Miedź	160..220	250..300
Nikiel	350	-
Blachy stalowe do tłoczenia	220..360
Blachy stalowe grube: St2, St2s St3, St3s St4, St4s St5 St6	270..340 300..360 340..420 400..500 480..580	- - - - -
Blacha krzemowa	270..400
Blacha kwasoodporna 1H18N9T	520..560	600..800

1

---