POLITECHNIKA WARSZAWSKA

INSTYTUT PODSTAW BUDOWY MASZYN

LABORATORIUM TECHNOLOGII

INSTRUKCJA do ćwiczenia nr 5

Temat:

Ciągnienie cylindrycznych wytłoczek

Opracował: mgr inż. Adam Leśniewicz

Ważna od 01.10.2012

Stron: 4

9.1. Cel ćwiczenia.
Celem ćwiczenia jest zapoznanie z procesem kształtowania wytłoczek o powierzchni nierozwijalnej na przy-

kładzie ciągnienia wytłoczki cylindrycznej z płaskiego krążka blachy. Do wytłoczek o powierzchni nierozwijalnej za-
licza się przedmioty, których wspólne cechę jest to, że nie można ich rozprostować na płaszczyźnie przez rozgina-
nie, bez pocięcia ich na odpowiednie elementy np. tuleje, elementy karoserii samochodu.

9.2. Wiadomości ogólne.

W procesie ciągnienia wytłoczki cylindrycznej płaskie obrzeże wykrojki w wyniku plastycznego płynięcia stop-

niowo przekształca się w walcowa ściankę.

Rys. 9.1. Przebieg procesu wytłaczania z doci-

skaczem naczynia cylindrycznego.

Oznaczenia:

g - początkowa grubość blachy w mm,
d

1

= d

s

+ g

o

- średnica walcowej części wytłoczki mierzona pośrodku grubości ścianek,

d

s

- średnica stempla

r

s

- promień zaokrąglenia krawędzi stempla,

r

m

- promień zaokrąglenia krawędzi pierścienia ciągowego,

D

o

- początkowa średnica krążka,

P

k

pl

- nacisk stempla potrzebny do uplastycznienia kołnierza,

P

k

max

- maksymalny nacisk stemple występujący w czasie odkształcenia kołnierza,

P

zr

- siła powodująca oderwanie denka wytłoczki,

P

d

- siła wywierana przez dociskacz na materiał,

R

r

- wytrzymałość odkształcanego materiału na rozciąganie,

n

k

pl =

P

k

pl

/

(d

1

· g

o

· R

r

· cos

 ) - wskaźnik siły osiowej potrzebnej do zapoczątkowania płynięcia kołnierza

(bez uwzględnienia wpływu dociskacza),

n

k

max =

P

k

max

/

(d

1

· g

o

· R

r

) - wskaźnik siły osiowej odpowiadający maksymalnej wartości siły,

n

k

o

- wskaźnik siły osiowej w przypadku braku tarcia l zginania blachy na krawędzi pierścienia ciągowego,

n

zr

- wskaźnik siły osiowej powodującej rozerwanie wytłoczki,

n

k

doc

- wzrost wskaźnika siły osiowej spowodowany działaniem dociskacza,

 - kat pochylenia stycznej do zarysu powłoki w punkcie leżącym na średnicy d

1

,

 = D

o

/ d

1

- wskaźnik wytłaczania,

m = 1 /

 - współczynnik ciągnienia.

9.2.1. Wyznaczanie średnicy krążka.
Średnicę krążka oblicza się wychodząc z założenia, że średnia grubość wytłoczki g

o

jest równa grubości krąż-

ka D

o

. Wynika stąd równość pola wytłoczki i krążka. Błąd popełniony przy takim założeniu nie przekracza 5%. Za-

łożenie równości powierzchni krążka i wytłoczki F

k

= F

w

pozwala, na podstawie jej rysunku, określić wymiary krąż-

ka.
Dla prostego kształtu walcowego z zaokrągleniem przy dnie można zastosować wzór:













g

0,5

r

0,56

-

g

0,5

r

d

1,72

-

h

h

d

4

d

D

o

o

1

'

1

2

1

o





















(1)

Laboratorium Technologii Ćw. 5: Ciągnienie cylindrycznych wytłoczek

2

gdzie: d

1

, h, r, g

o

- wymiary gotowego przedmiotu,

h'

- naddatek wysokości na wyrównanie obrzeża.

Tablica 1. Wielkości naddatków na okrawanie.

h wysokość wyrobu

[mm]

6

12

20

25

38

50

65

75

90 100 125 150 Powyżej

150

naddatek h' [mm].

1,2 1,6 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5

5

6

7

8

5%

Rys. 9.2. Wytłoczka cylindryczna

Rys. 9.3. Schemat ciągnienia naczynia

cylindrycznego

9.2.2. Dobór współczynników ciągnienia dla kolejnych operacji kształtowania wytłoczki cylindrycznej.

W kolejnych operacjach uzyskuje się coraz większą głębokość przy coraz mniejszej średnicy naczynia.

Współczynnik ciągnienia m

i

(gdzie i - kolejny numer operacji) wynosi:

m

i

= d

i

/ d

i-1

(2)

gdzie: d

i

, d

i-1

- średnice uzyskane w kolejnych operacjach.

Dla pierwszej operacji

m

1

= d

1

/ D

o

(3)

Aby w czasie ciągnienia nie nastąpiło zerwanie dna naczynia, współczynnik ciągnienia musi być większy od

pewnej minimalnej wartości (tablica2).

Tablica 2. Współczynniki ciągnienia

Współczynnik

ciągnienia

Względna grubość blachy g

o

/ D

o

• 100%

2 – 1,5

1,5 – 1,0

1,0 – 0,6

0,6 – 0,3

0,3 – 0,1

m

1

0,48 – 0,50 0,50 – 0,53 0,53 – 0,55 0,55 – 0,58

0,58 – 0,60

m

2

0,73 – 0,75 0,75 – 0,76 0,76 – 0,78 0,78 – 0,79

0,79 – 0,80

m

3

0,76 – 0,78 0,78 – 0,79 0,79 – 0,80 0,80 – 0,81

0,81 – 0,82

Wartości współczynników m

i

zależą stosunkowo nieznacznie od rodzaju kształtowanego materiału, toteż dane

liczbowe zawarte w tablicy 2 stosować można do różnych gatunków stali miękkiej, mosiądzu, miedzi itp. Przy tło-
czeniu blach o grubości g

o

< 0,015 D

o

trzeba stosować dociskacz, aby zapobiec fałdowaniu się kołnierza. W przy-

padku gdy g

o

> 0,02 D

o

fałdowanie nie występuje i wtedy stosować można wytłaczanie swobodne. Dla 0,015 D

o

<

g

o

< 0,02 D

o

możliwe jest wytłaczanie zarówno swobodne jak i z dociskaczem. O wyborze decyduje przede

wszystkim wielkość współczynnika ciągnienia m

1

i w pewnym stopniu rodzaj materiału. Fałdowanie następuje tym

łatwiej im mniejszy jest współczynnik m

1

oraz im bardziej miękki materiał. Siłę dociskacza liczy się wg wzoru:

P

d

= F

doc

· q = 0,25

 [ D

o

2

– ( d

m

+ 2 r

m

)

2

] · q

(4)

gdzie: F

doc

- powierzchnia na którą działa dociskacz,

d

m

- średnica pierścienia ciągowego,

r

m

- promień zaokrąglenia krawędzi pierścienia ciągowego,

q

- nacisk jednostkowy, zależny od rodzaju materiału i jego grubości.

Stosowanie przetłaczania swobodnego lub z dociskaczem zależy od grubości ścianki wytłoczki w stosunku do

średnicy średniej wytłoczki przed przetłaczaniem.
Tablica 3. Wartość jednostkowych nacisków dociskaczy.

Materiał

Nacisk jednostk. q [MPa

]

Materiał

Nacisk jednostk. q [MPa

]

Stal miękka g

o

< 1 mm

2,5 – 3,0

Miedź

1,0 – 1,5

Stal miękka g

o

> 1 mm

1,5 – 2,5

Aluminium

0,7 – 1,2

Mosiądz

1,5 – 2,0

Brąz

2,0 – 2,5

Laboratorium Technologii Ćw. 5: Ciągnienie cylindrycznych wytłoczek

3

Dla grubości ścianki g

o

> 0,015 d

n-1

stosuje się przetłaczanie swobodne, dla grubości g

o

< 0,01 d

n-1

stosuje

się przetłaczanie z dociskaczem. Dla wartości pośrednich możliwe jest przetłaczanie obu sposobami. O wyborze
decyduje współczynnik przetłaczania oraz rodzaj i stan materiału. Im mniejszy współczynnik przetłaczania oraz im
bardziej miękki materiał tym skłonność do fałdowania jest większa.

9.2.3. Nacisk stempla.
Nacisk stempla potrzebny do uplastycznienia kołnierza wytłoczki i zapoczątkowania jego plastycznego płynię-

cia wyrazić można wzorem:

P

k

pl =



· d

1

· g

o

( n

k

pl

+ n

k

doc

) · R

r

· cos



(5)

W miarę zmniejszania się średnicy kołnierza siła nacisku stempla początkowo rośnie osiągając wartość mak-

symalną P

k

max

, a następnie maleje. Maksymalną wartość siły (przyjmując, że w tej fazie procesu cos

 = 1) wy-

znaczyć można ze wzoru:

P

k

max =



· d

1

· g

o

( n

k

max

+ n

k

doc

) · R

r

(6)

Występujące we wzorach (5) i (6) wartości wskaźników n

k

pl

, n

k

doc

i n

k

max

odczytujemy z-wykresu przedsta-

wionego na rys. 9.6.

9.2.4. Praca wytłaczania.
W celu określenia wartości pracy zużytej na wytłoczenie naczynia cylindrycznego należy sporządzić wykres

siły wytłaczania w zależności od drogi stempla.

Praca wytłaczania odpowiada polu zawartemu między otrzymaną krzywą a osią odciętych. W praktyce pracę

wytłaczania L

w

oblicza się ze wzoru:

L

w =

P

k

max

· h ·



w

(7)

gdzie: P

k

max

- maksymalna siła wytłaczania,

h

- wysokość naczynia,



w

- współczynnik wypełnienia wykresu zależny od rodzaju materiału i współczynnika

wytłaczania m. Współczynnik



w

wyznacza się doświadczalnie.

Rys. 9.4. Wykres siły wytłaczania w funkcji drogi stempla

Rys. 9.5. Wykres siły przetłaczania w funkcji drogi

stempla

9.2.5. Praca przetłaczania.
Pracę przetłaczania oblicza się z następującego wzoru:

L

p =

P

max

· h

1

·



p

(8)

gdzie: P

max

- maksymalna siła wytłaczania,

h

1

- wysokość naczynia po przetłoczeniu,



p

- współczynnik wypełnienia. Współczynnik



p

wyznacza się doświadczalnie.

Siłę P

max

obliczyć można w przybliżeniu ze wzoru:

P

max =

k

·



· d

2

· g

o

· R

m

(9)

gdzie: k - współczynnik zależny od współczynnika przetłaczania m, m

0,7 0,75 0,8 0,9 0,95

d

2

- średnica wytłoczki po przetłoczeniu.

k

1

0,9 0,8 0,6

0,5

Laboratorium Technologii Ćw. 5: Ciągnienie cylindrycznych wytłoczek

4

Ry

s.9.

6 W

artoś

ci

ws

p

ół

cz

ynn

ik

ów

n

k pl

, n

k max

i



n

k doc

w fun

kc

ji D

o/

d

1

9.3. Przebieg ćwiczenia.
1. Na podstawie otrzymanego rysunku tulei obliczyć średnicę wykrojki wstępnej.
2. Obliczyć względną grubość blachy (g

o

/ D

o

)• 100% i wybrać z tab. 2 wartości współczynników m

1

–m

3

.

3. Obliczyć siłę dociskacza P

d

oraz maksymalną siłę wytłaczania P

k

max

.

4. Umieścić posmarowany krążek w przyrządzie i dokręcić śruby dociskacza.
5. Przeprowadzić wytłaczanie na maszynie z wykresem siły i zanotować maksymalną siłę wytłaczania.
6. Postępując analogicznie do w/w punktów przeprowadzić wytłaczanie z mniejszym współczynnikiem cią-

gnienia od tego, który podaje tabl. 2 i zanotować maksymalną siłę.

7. Opisać zaobserwowane zjawiska i wyciągnąć wnioski dotyczące prób ciągnienia.

Literatura

1. Marciniak Z.,Konstrukcja tłoczników, Ośrodek Techniczny A. Marciniak Sp. z o.o., Warszawa, 2002,.
2. Marciniak Z., Odkształcenia graniczne przy tłoczeniu blach. Warszawa. 1971. WNT.
3. Erbel E., Kuczyński K., Marciniak Z., Obróbka plastyczna na zimno. Warszawa 1975.