L

ABORATORIUM

T

ECHNOLOGII

Strona

3 - 1

3

Ciągnienie wytłoczek
cylindrycznych

Adam Leśniewicz

Cel ćwiczenia:

o

zapoznanie z procesem kształtowania, podczas któ-
rego następuje przekształcenie płaskiego półwyrobu
w powłokę trójwymiarową o powierzchni nierozwijal-
nej czyli wytłoczkę,

o

wyznaczenie dopuszczalnego przeformowania, ko-
nieczności zastosowania dociskacza, sił wytłaczania i
docisku,

o

nabycie umiejętności obliczania wartości parame-
trów, niezbędnych do:

−

projektowania procesu technologicznego wytła-

czania,

−

konstruowania tłoczników do wytłaczania.

L

ABORATORIUM

T

ECHNOLOGII

Ć

WICZENIE

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 le-
żącym na średnicy d

F

doc

N

powierzchnia, na którą działa dociskacz

P

kmax

N

maksymalny nacisk stempla występujący w czasie od-
kształcania 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 po-

trzebnej do zapoczątkowania płynięcia kołnierza (bez
uwzględnienia wpływu dociskacza)

n

kdoc

wzrost wskaźnika siły osiowej spowodowany działaniem
dociskacza

n

kmax

n

kmax

= P

kmax

/ (d · g · Rr) wskaźnik siły osiowej odpowia-

C

IĄGNIENIE WYTŁOCZEK CYLINDRYCZNYCH

Strona

3 - 3

dający maksymalnej wartości siły

n

numer kolejnej operacji procesu ciągnienia

3.1 Wiadomości podstawowe

Kształtowanie - to procesy tłoczenia, podczas których nie do-
chodzi do rozdzielenia materiału.

Typowe operacje kształtowania na prasach wytłoczek o po-
wierzchniach nierozwijalnych to:

wytłaczanie – stosowane do przekształcenia płaskiego
półwyrobu w powłokę trójwymiarową czyli wytłoczkę o
powierzchni nierozwijalnej, może być realizowane z za-
stosowaniem dociskacza lub bez niego,

przetłaczanie – stosowane w celu zmniejszenia średnicy
walcowej ścianki uprzednio uzyskanej wytłoczki w ope-
racji wytłaczania (wytłoczka jest osiowo rozciągana),

wywijanie – płaskie obrzeże wyciętego uprzednio otworu
zostaje przekształcone w walcowy kołnierz.

ciągnienie wytłoczek – jest to proces wytłaczania połą-
czony z procesem przetłaczania.

W procesie ciągnienia wytłoczki cylindrycznej płaskie obrzeże
wykrojki pod działaniem stempla ulega uplastycznieniu i stop-
niowo przemieszcza się w głąb płyty ciągowej, przekształcając
je w walcową ściankę.

a)

b)

c)

Rysunek 3.1.1 Przebieg procesu wytłaczania z dociskaczem wytłoczki

cylindrycznej

L

ABORATORIUM

T

ECHNOLOGII

Ć

WICZENIE

3

Strona

3 - 4

Podczas wytłaczania w wytłoczce panuje złożony, zróżnicowany
stan naprężenia (rysunek 3.1.2):

a)

w kołnierzu występują promieniowe naprężenia rozcią-
gające i obwodowe naprężenia ściskające,

b)

w dolnej odkształconej części walcowej stan jednoosio-
wego rozciągania,

c)

w dnie wytłoczki dwuosiowe naprężenie rozciągające.

Rysunek 3.1.2 Stan napr

ęż

e

ń

w wytłoczce w trakcie procesu odkształ-

cania

3.2 Projektowanie procesu cią-

gnienia

Celem projektowania procesu ciągnienia wytłoczek kołowo-
symetrycznych jest sprawdzenie czy wykonanie danej wytłoczki
jest możliwe w operacji wytłaczania czy należy poddać ją kolej-
nym operacjom przetłaczania.

Wyznaczenie średnicy krążka wyjściowego D

....

Na początku projektowania wylicza się średnicę krążka wyj-
ściowego

D

jako pierwszego półwyrobu do dalszych operacji.

Dla prostego kształtu walcowego z zaokrągleniem przy dnie
(miseczka bez kołnierza, rysunek 3.2.1, można zastosować
wzór:

C

IĄGNIENIE WYTŁOCZEK CYLINDRYCZNYCH

Strona

3 - 5

D

=

+ 4

d(h+a

) + 2

π

d

w

r

+ 8

r

2

(3.2.1)

W tabeli 3.2.1 podane są naddatki na okrawanie

a

miseczek

bez kołnierza.

Tablica 3.2.1 Naddatek na okrawanie (a) miseczek bez kołnierza [1]

wysokość

h

[mm]

20 25 50 75 90 100 125 150 > 150

naddatek

a

[mm]

2,0 2,5 3,5 4,5

5

6

7

8

5%

Rysunek 3.2.1 Wytłoczka cylindryczna bez kołnierza

Przebieg procesu ciągnienia wytłoczek cylindrycznych bez koł-
nierza

Proces ciągnienia powinien być przeprowadzony w taki sposób,
aby nie wystąpiły wady wytłoczki, tzn. pękanie, fałdowanie,
oderwanie dna.

Rysunek 3.2.2 Wady wytłoczek

L

ABORATORIUM

T

ECHNOLOGII

Ć

WICZENIE

3

Strona

3 - 6

Oderwanie dna wytłoczki

W celu uniknięcia pękania wytłoczki w czasie wytłaczania oraz
przetłaczania należy zastosować współczynnik wytłaczania m

1

oraz współczynniki przetłaczania

m

2

, …,

m

n

większe od gra-

nicznych.

Dla pierwszej operacji współczynnik ten wynosi:

m

1

=

d

1

/D

(3.2.2)

Dla kolejnych operacji:

m

n

= d

n

/ d

n-1

(3.2.3)

(gdzie:

n

– kolejny numer operacji,

d

n

oraz

d

n-1

– średnice uzyskane w kolejnych opera-

cjach).

Tabela 3.2.2 Minimalne współczynniki ci

ą

gnienia dla wytłoczek bez koł-

nierza [4]

g/D

×

100

2÷1

1÷0,3

0,3÷0,08

m

1

=

d

1

/D

0,48÷0,53

0,53÷0,58

0,58÷0,63

m

2

= d

2

/d

1

0,73÷0,76

0,76÷0,79

0,79÷0,82

m

3

= d

3

/d

2

0,76÷0,79

0,79÷0,81

0,81÷0,84

m

4

= d

4

/d

3

0,78÷0,81

0,81÷0,83

0,83÷0,86

m

5

= d

5

/d

4

0,80÷0,84

0,84÷0,86

0,86÷0,88

Do wyliczenia, ile operacji należy wykonać trzeba zastosować
wzór na całkowity współczynnik ciągnienia, który wynosi:

m

c

=

d / D

(3.2.4)

m

c

=

m

1

·

×

m

2

×

m

3

×

…m

n

(3.2.5)

W przypadku, gdy stosunek

d / D

nie pokrywa się z iloczynem

m

1

·

×

m

2

×

m

3

×

…m

n

współczynniki należy skorygować.

Pęknięcia wytłoczki

Aby uniknąć pękania wytłoczki należy również stosować odpo-
wiedni promień krawędzi ciągowej

r

m

i stempla

r

s

. Przy wytła-

czaniu przyjmuje się promień

r

m

= (5÷10)

g

, a promień

r

s

>

C

IĄGNIENIE WYTŁOCZEK CYLINDRYCZNYCH

Strona

3 - 7

(4÷6)

g

. Przy przetłaczaniu promienie te można zmniejszyć o

10÷30%.

Fałdowanie kołnierza

W celu zapobiegania fałdowaniu kołnierza podczas wytłaczania
przy

g

< 0,015

D

należy zastosować dociskacz. W przypadku,

gdy

g

> 0,02

D

fałdowanie nie występuje i można stosować wy-

tłaczania swobodne. Dla 0,015

D

<

g

< 0,02

D

możliwe jest wy-

tłaczanie zarówno swobodne jak i z dociskaczem. Zależy to od
współczynnika wytłaczania m

1

oraz od rodzaju materiału. Im

mniejszy współczynnik oraz im bardziej miękki materiał tym
większe prawdopodobieństwo pofałdowania.

Przy przetłaczaniu należy zastosować dociskacz, gdy

g

< 0,01

d

n-1

(gdzie

d

n-1

to średnica wytłoczki przed bieżącą operacją

przetłaczania), natomiast dla

g

> 0,015

d

n-1

stosuje się przetła-

czanie swobodne. Dla 0,01

d

n-1

<

g

< 0,015

d

n-1

rodzaj przetła-

czania podobnie jak przy wytłaczaniu zależy od wartości współ-
czynnika ciągnienia oraz od rodzaju materiału.

Rysunek 3.2.3 Proces wytłaczania z dociskaczem

W celu obliczenia siły dociskacza należy posłużyć się poniższym
wzorem:

P

doc

=

F

doc

×

q

=

4

π

[

D

2

– (

d

m

+ 2

r

m

)

2

]

×

q

(3.2.6)

L

ABORATORIUM

T

ECHNOLOGII

Ć

WICZENIE

3

Strona

3 - 8

Wartość nacisków jednostkowych

q

powinna być tym większa

im większa jest skłonność blachy do fałdowania.

Tablica 3.2.3 Warto

ś

ci 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

Wzdłużne

Wzdłużne

Wzdłużne

Wzdłużne pękanie może

pękanie może

pękanie może

pękanie może nastąpić

nastąpić

nastąpić

nastąpić na skutek utraty własności

plastycznych przez materiał, dlatego, aby pękanie to nie nastę-
powało powinien być spełniony poniższy warunek.

Dla operacji wytłaczania:

z

= (1 –

m

1

) 100% < z

gr

Dla kolejnych operacji przetłaczania:

z

= (1 –

m

1

·

×

m

2

×

m

3

×

…m

n

) 100% < z

gr

(3.2.8)

Tabela 3.2.4 Warto

ś

ci dopuszczalnego zgniotu granicznego z

gr

[4]

Materiał

z

gr.

[%]

Stal miękka

60÷70

Mosiądz

50÷70

Aluminium

60÷80

Miedź

60÷80

Nacisk stempla

Nacisk stempla potrzebny do zapoczątkowania plastycznego
płynięcia kołnierza wytłoczki wyrazić można wzorem:

P

kpl

=

π

d

1

g

(

n

kpl

+ n

kdoc

)

R

r

cos

α

(3.2.9)

W miarę zmniejszania się średnicy kołnierza siła nacisku
stempla początkowo rośnie, osiągając

P

kmax

– wartość maksy-

C

IĄGNIENIE WYTŁOCZEK CYLINDRYCZNYCH

Strona

3 - 9

malną, a następnie maleje. Maksymalną wartość siły (przyjmu-
jąc

cos

α

= 1) określa wzór:

P

kmax

=

π

d

1

g

(

n

kmax

+ n

kdoc

)

R

r

(3.2.10)

Wartości wskaźników

n

kmax

,

n

kdoc

,

n

kpl

należy odczytać z wykre-

su (rysunek 3.2.4).

Rysunek 3.2.4 Warto

ś

ci wska

ź

ników n

k

max

, n

k

doc

, n

k

pl

w funkcji D/d

L

ABORATORIUM

T

ECHNOLOGII

Ć

WICZENIE

3

Strona

3 - 10

3.3 Przebieg ćwiczenia

Ćwiczenie realizowane jest w dwóch części:

⇒

doświadczalnej – w celu sprawdzania poprawności wzo-
rów i danych tablicowych operacji wytłaczania,

⇒

projektowej – w celu nabycia umiejętności projektowa-
nia procesu technologicznego i konstruowania tłoczni-
ków do wytłaczania.

Badania doświadczalne wytłaczania

Postępowanie przy realizacji ćwiczenia:

1.

Zmierzyć średnice i grubości otrzymanych krążków oraz
średnicę otworu matrycy.

2.

Obliczyć względną grubość blachy (

g

o

/

D

o

)• 100% i wybrać z

tabeli 3.2.2 wartości współczynników granicznych

m

1

.

Ob-

liczyć rzeczywiste współczynniki

m

1

=

d / D.

3.

Określić spodziewany wynik wytłaczania dla każdego
krążka, niebezpieczeństwo zerwania dna wytłoczki lub fał-
dowania kołnierza.

4.

Obliczyć siłę dociskacza

P

d

oraz maksymalną siłę wytłacza-

nia

P

kmax

.

5.

Umieścić posmarowany krążek w przyrządzie i dokręcić
śruby dociskacza.

Rysunek 3.3.1 Tłocznik stosowany w

ć

wiczeniu

C

IĄGNIENIE WYTŁOCZEK CYLINDRYCZNYCH

Strona

3 - 11

6.

Przeprowadzić wytłaczanie na prasie hydraulicznej, zano-
tować maksymalną siłę wytłaczania.

7.

Postępując analogicznie do w/w punktów przeprowadzić
wytłaczanie wszystkich krążków.

8.

Opisać zaobserwowane zjawiska i wyciągnąć wnioski doty-
czące prób ciągnienia.

Projekt procesu technologicznego wytłoczki

Rys. 3.3.2 Program projektowania procesu technologicznego wytłoczek

Postępowanie przy realizacji ćwiczenia:

1.

Na podstawie otrzymanego rysunku tulei obliczyć średnicę
wykroju wstępnej.

2.

Obliczyć względną grubość blachy (

g

o

/

D

o

)• 100%, obliczyć

całkowity współczynnik ciągnienia

m

c

i wybrać z tabeli

3.2.2 wartości współczynników

m

1

–

m

5

.

3.

Określić ilość operacji, średnice

d

n

po przetłoczeniach, ko-

nieczność zastosowania dociskaczy i operacji wyżarzania.

4.

Obliczyć siłę dociskacza

P

d

oraz maksymalną siłę wytłacza-

nia

P

kmax

.

L

ABORATORIUM

T

ECHNOLOGII

Ć

WICZENIE

3

Strona

3 - 12

5.

Porównać otrzymane wyniki z rezultatami obliczeń pro-
gramu komputerowego

Projekt procesu technologicznego

wytłoczki

.

Literatura

1.

Praca zbiorowa pod red. Sobolewskiego J.:

Projektowanie

technologii maszyn

Oficyna Wydawnicza PW, 2007, War-

szawa.

2.

Marciniak Z.,

Konstrukcja tłoczników

, Ośrodek Techniczny

A. Marciniak Sp. z o.o., Warszawa, 2002,.

3.

Marciniak Z.,

Odkształcenia graniczne przy tłoczeniu blach

.

Warszawa. 1971. WNT.

4.

Erbel E., Kuczyński K., Marciniak Z.,

Obróbka plastyczna

na zimno.

Warszawa 1975.