PROCES WYTŁACZANIA
Przedmiotem projektu jest wytłoczka

Warunki stawiane wytłoczce:

• Szczelność

• Jednakowa grubość ścianki na przekroju wytłoczki

Materiał:

• Musi być na tyle plastyczny, aby możliwe było wytłoczenie pożądanego kształtu wytłoczki, przy krótkich czasach odkształcania

• Nie może być toksyczny

• Musi być stosunkowo tani

Wytłaczanie to proces, podczas którego zachodzi przekształcenie płaskiego wycinka blachy w wytłoczkę o powierzchni nierozwijalnej.

Wyroby w procesie wytłaczania

Według tej technologii są wykonywane elementy karoserii samochodów, metalowe naczynia kuchenne (garnki, dzbany, czajniki, miski), zlewozmywaki i wanny z blachy stalowej, szereg wyrobów galanterii metalowej, różnego rodzaju puszki i inne.

Technologia procesu wytłaczania

Proces wytłaczania najczęściej prowadzi się przy użyciu sztywnych narzędzi: stempel, pierścień ciągowy, dociskacz.Jeżeli naczynie ma być głębokie, a jego ścianka odpowiednio cienka, to wytłaczanie przeprowadza się z dociskaczem, Siła F wywierana przez stempel na dno wytłoczki jest następnie przenoszona za pośrednictwem bocznych ścianek na jej kołnierz, który w wyniku plastycznego płynięcia stopniowo przekształca się w walcową ściankę.Przy pewnej dostatecznie dużej wartości D/di największa wartość siły kształtującej dno może być równa sile Fz r zrywającej wytłoczkę, która zależy od jej średnicy di, a nie od stosunku D/d.

Przebieg sił występujących w procesie wytłaczania w zależności od odkształcenia

Schemat naprężeń i odkształceń prze wytłaczaniu:

MATERIAŁ	ρ	n	C	E	R0,2 (Re)	Rm	r	Cena
	Kg/m3		MPa	GPa	MPa	Mpa		PLN/kg
A0 (1070A)	2690	0,22	160	69	45	80	1,1	28
Stal B	7800	0,2	470	210	190	265	1,4	15

W tabeli zestawiono materiały które mogą zostać użyte w procesie wytwarzania wytłoczki.

Na podstawie analizy tabeli zdecydowano się wykorzystać Stal B

Wybrany wyrób:

Materiał wsadowy:
Obliczenie geometrii wsadu:

Objętość wytłoczki:

$$V_{0} = V_{\text{wyt}} = \frac{\left\lbrack \pi D_{k}^{2}g_{0} - \pi d^{2}g_{0} \right\rbrack + \lbrack\pi(d + 2g_{0})^{2}h - \pi d^{2}\left( h - g_{0} \right)\rbrack}{4} =$$

$$= \frac{\left\lbrack \pi \bullet 190^{2}\text{mm}^{2} \bullet 1,4mm - \pi \bullet 180^{2}\text{mm}^{2} \bullet 1,4mm \right\rbrack + \lbrack\pi(180mm + 1,4mm)^{2} \bullet 630mm - \pi 180^{2}\text{mm}^{2}\left( 630mm - 1,4mm \right)\rbrack}{4}$$

=554537, 6mm⁶³

Średnica początkowa krążka:

$$D_{0} = \sqrt{\frac{4 \bullet V_{0}}{\pi \bullet g_{0}}} = \sqrt{\frac{4 \bullet 554537,6\text{mm}^{3}}{\pi \bullet 1,4mm}} = 710,16mm$$

107%•D₀ = 107%•710, 16mm = 759, 87mm

1. Obliczenie granicznej wartości współczynnika odkształcenia β_gr:

Współczynnik odkształcenia:

$$\beta = \frac{D_{0}}{d} = \frac{760\text{mm}}{180mm} = 4,22$$

Mamy cztery operacje przetłaczania.

Czynnik uwzględniający właściwości materiału:

$$\beta_{m} = \left( 1,56 + 0,12r \right)\left( 1 + 0,08n \right)\left( 1,05 - 0,09\frac{R_{e}}{R_{m}} \right) =$$

$$= \left( 1,56 + 0,12 \bullet 1,4 \right)\left( 1 + 0,08 \bullet 0,22 \right)\left( 1,05 - 0,09\frac{190MPa}{265MPa} \right) = 1,733$$

Czynnik uwzględniający geometrię wsadu:

$$\beta_{\text{gw}} = 0,65 + 18\left( \frac{g_{0}}{D_{0}} \right) + 0,15(\frac{D_{k}}{\left( d + 2g_{0} \right)})^{\frac{1}{2}} = = 0,65 + 18 \bullet \frac{1,4mm}{760\text{mm}} + 0,15 \bullet (\frac{190mm}{180mm + 2 \bullet 1,4mm})^{\frac{1}{2}} = 0,836$$

Promień zaokrąglenia matrycy:

ρ_m = 5 • g₀ = 5 • 1, 4mm = 7mm

Promień zaokrąglenia stępla:

ρ_s = 9 • g₀ = 9 • 1, 4mm = 12, 6mm

Czynnik uwzględniający geometrię narzędzi:

$$\beta_{\text{gn}} = \left( 1,08 - \frac{0,57}{\rho_{m}} \right)\left( 1,02 - \frac{0,19}{\rho_{s}} \right) = \left( 1,08 - \frac{0,57}{7} \right)\left( 1,02 - \frac{0,19}{12,6} \right) = 1,003$$

Przyjmujemy μ₁=0, 05 dla smaru – folia PE.

Czynnik uwzględniający tarcie:

β_t = 2exp(0,1−μ₁) − 1 = 2exp(0,1−0,05) − 1 = 1, 103

Graniczny współczynnik odkształcenia:

β_gr = β_m • β_gw • β_gn • β_t = 1, 733 • 0, 836 • 1, 003 • 1, 103 = 1, 60281

β(1) = β_gr = 1, 60281

β(2) = 0, 67β_gr = 1, 07388

β(3) = 0, 64β_gr = 1, 0258

β(4) = 0, 62β_gr = 0, 9937

β(1)β(2)β(3)β(4)=1, 75 < β warunek nie spełniony

β(1) = 1, 60281

β(2) = 1, 60281

β(3) = 1, 60281

β(4) = 1, 1, 0258

β(1)β(2)β(3)β(4)=4, 224 > β warunek spełniony.
Geometria wytłoczek pośrednich:

$$d_{1} = \frac{D_{0}}{\beta(1)} = \frac{760\text{mm}}{1,60281} = 474,09mm$$

$$d_{2} = \frac{d_{1}}{\beta(2)} = \frac{474,09mm}{1,60281} = 295,79mm$$

$$d_{3} = \frac{d_{2}}{\beta(3)} = \frac{295,79mm}{1,60281} = 184,54mm$$

$$d_{4} = \frac{d_{3}}{\beta(4)} = \frac{184,54mm}{1,0258} = 179,90mm$$

$$h_{1} = \frac{D_{0}^{2} - d_{1}^{2}}{4(d_{1} + g_{0})} = \frac{760^{2}\text{mm}^{2} - {474,09}^{2}\text{mm}^{2}}{4(474,09mm + 1,4mm)} = 185,41mm$$

$$h_{2} = \frac{D_{0}^{2} - d_{2}^{2}}{4(d_{2} + g_{0})} = \frac{{760}^{2}\text{mm}^{2} - {295,79}^{2}\text{mm}^{2}}{4(295,79mm + 1,4mm)} = 412,12mm$$

$$h_{3} = \frac{D_{0}^{2} - d_{3}^{2}}{4(d_{3} + g_{0})} = \frac{{760}^{2}\text{mm}^{2} - {184,54}^{2}\text{mm}^{2}}{4(184,54mm + 1,4mm)} = 730,54mm$$

$$h_{4} = \frac{D_{0}^{2} - d_{4}^{2}}{4(d_{4} + g_{0})} = \frac{{760}^{2}\text{mm}^{2} - {179,90}^{2}\text{mm}^{2}}{4(179,90mm + 1,4mm)} = 751,57mm$$

1. Obliczenie wielkości siły docisku.

Nacisk jednostkowy:

$$q_{1} = 0,00225\lbrack(\beta\left( 1 \right) - 1)^{2} + 0,01\frac{\beta\left( 1 \right)d_{1}}{2g_{0}}\rbrack C(\frac{n}{e})^{n} =$$

$$= 0,00225\lbrack(1,60281 - 1)^{2} + 0,01\frac{1,60281 \bullet 474,09mm}{2 \bullet 1,4mm}\rbrack \bullet 470MPa \bullet (\frac{0,22}{e})^{0,22} = 1,872MPa$$

Całkowita siła docisku:

$$Q_{1} = \frac{\pi}{4}\lbrack D_{0}^{2} - \left( d_{1} + 2\rho_{m})^{2} \right\rbrack q_{1} = \frac{\pi}{4} \bullet \lbrack{760}^{2}\text{mm}^{2} - (180mm + 2 \bullet 7mm)^{2}\rbrack \bullet 1,872MPa =$$

=498670, 74N = 498, 67kN

1. Obliczenie siły wytłaczania.

Sprawdzenie ile wynosi sinα:

ρ_m + ρ_s + g₀ = 7mm + 12, 6mm + 1, 4mm = 21mm < h, więc sinα = 1

$$R_{0} = \frac{D_{0}}{2} = \frac{760\text{mm}}{2} = 379,94mm$$

$$R_{s} = \frac{d_{1}}{2} + g_{0} = \frac{474,09mm}{2} + 1,4mm = 238,45mm$$

R_s ≤ R ≤ R₀, obliczenia kontynuujemy dla R = 300mm

$$g = g_{0}\exp\left\lbrack 0,5\ln\left( \frac{R_{0}}{R} \right) \right\rbrack = 1,4mm \bullet \exp\left\lbrack 0,5\ln\left( \frac{379,94mm}{300mm} \right) \right\rbrack = 1,58$$

Siła niezbędna do uplastycznienia materiału:

$$P_{\text{id}} = 2\pi CR_{s}g\lbrack\ln\left( \frac{R_{0}}{R} \right)\rbrack^{n}\ln\frac{R}{R_{s}} =$$

$$= 2\pi \bullet 470MPa \bullet 238,45mm \bullet 1,58mm\lbrack\ln\left( \frac{379,94mm}{300mm} \right)\rbrack^{2}\ln\frac{300mm}{238,45mm} = 185986,43N = \mathbf{= 185,99}\mathbf{k}\mathbf{N}$$

Siła gięcia na promieniu matrycy:

$$P_{\text{gn}} = \pi Cg^{2}\frac{R_{s}}{\rho_{m}}\lbrack\frac{g}{2\rho_{m}} + ln\frac{R_{0}}{R}\rbrack^{n} =$$

$$= \pi \bullet 470MPa \bullet {1,58}^{2}\text{mm}^{2} \bullet \frac{238,45mm}{7mm}\lbrack\frac{1,58mm}{2 \bullet 7mm} + ln\frac{379,94mm}{300mm}\rbrack^{0,22} = 99610,90N = \mathbf{99,61}\mathbf{\text{kN}}$$

Siły tarcia na powierzchni kontaktu kołnierza z matrycą i dociskaczem:

P_tk = Q₁π₁ = 498, 67kN • 0, 05 = 24, 93kN

Siła tarcia na promieniu matrycy:

μ₂ = 2μ₁ = 2 • 0, 05 = 0, 1

$$P_{\text{tm}} = \left\lbrack \exp\left( \frac{\pi}{2}\mu_{2} - 1 \right) \right\rbrack\left( P_{\text{id}} + P_{\text{tk}} \right) = \left\lbrack \exp\left( \frac{\pi}{2} \bullet 0,1 - 1 \right) \right\rbrack\left( 185,99kN + 24,93kN \right) = 90,79kN$$

Siła wytłaczania:

P = (P_id+P_gn+P_tk+P_tm)sinα = (185,99kN+99,61kN+24,93kN+90,79kN) • 1=

=401, 32kN

R0	Rs	R	g	Pid	Pgn	Ptk	Ptm	P	h	Pzr
379,94	238,45	240	1,76	6,77	138,71	24,93	13,65	184,07	181,91	531,32
		255	1,71	65,96	127,25		39,13	257,27	166,34
		270	1,66	114,73	116,95		60,12	316,74	149,83
		285	1,62	154,30	107,61		77,15	363,99	132,37
		300	1,58	185,46	99,03		90,56	399,98	113,97
		315	1,54	208,56	91,05		100,51	425,05	94,63
		330	1,50	223,34	83,54		106,87	438,68	74,34
		345	1,47	228,45	76,31		109,07	438,77	53,11
		360	1,44	219,44	69,20		105,19	418,76	30,94
		375	1,41	173,07	61,91		85,23	345,15	7,82

Przebieg siły w funkcji drogi stempla dla pierwszej operacji wytłaczania

1. Obliczenie siły zrywającej:

$$P_{\text{zr}} = 2\pi R_{s}g_{0}\left\lbrack 1 - \frac{g_{0}}{2\rho_{s}} + \mu_{s}\frac{h^{*}}{2R_{s}} \right\rbrack R_{m} =$$

$$= 2\pi \bullet 238,45mm \bullet 1,4mm \bullet \left( 1 - \frac{1,4mm}{2 \bullet 12,6mm} + 0,1\frac{54,56mm}{2 \bullet 238,45mm} \right) \bullet 265MPa = 531320,72N = \mathbf{531,32}\mathbf{\text{kN}}$$

P_zr>P_max – warunek spełniony.

1. Obliczenie siły potrzebnej do wykrojenia krążka wyjściowego z arkusza blachy:

Długość cięcia:

l = 2πR₀ = 2π • 380mm = 2387, 23mm

Wytrzymałość na cięcie:

R_t = 0, 8R_m = 0, 8 • 265MPa = 212MPa

Siła potrzebna do wykrojenia krążka wyjściowego z arkusza blachy:

P_w = klg₀R_t = 1, 25 • 2387, 23mm • 1, 4mm • 212MPa = 885662, 33N = 885, 66kN

1. Narzędzia
   Stempel do ostatniej operacji wytłaczania
   

1. Cechy końcowe wyrobu

Wysokośćwytłoczki po obcięciu naddatku h=640mm

Średnica wewnętrzna d=179,9mm

1. Dobór urządzenia
   Do wykrawania krążków z blachy wybrano prasę:

Do tłoczenia :

POLITECHNIKA RZESZOWSKA IM.IGNACEGO ŁUKASIEWICZA
OBLICZENIA WYBRANYCH PARAMETRÓW PROCESU TŁOCZENIA „WYTŁOCZKA” IIIMM-DI P4 Michał Migalski Zbigniew Maziarz Jarosław Macek