POLITECHNIKA WARSZAWSKA
INSTYTUT PODSTAW BUDOWY MASZYN
LABORATORIUM TECHNOLOGII
INSTRUKCJA do ćwiczenia nr 5
Temat: Opracował: mgr inż. Adam Leśniewicz
Ciągnienie cylindrycznych wytłoczek
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 płaszczyz
nie 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,
d1 = ds + go - średnica walcowej części wytłoczki mierzona pośrodku grubości ścianek,
ds - średnica stempla
rs - promień zaokrąglenia krawędzi stempla,
rm - promień zaokrąglenia krawędzi pierścienia ciągowego,
Do - początkowa średnica krążka,
Pkpl - nacisk stempla potrzebny do uplastycznienia kołnierza,
Pkmax - maksymalny nacisk stemple występujący w czasie odkształcenia kołnierza,
Pzr - siła powodująca oderwanie denka wytłoczki,
Pd - siła wywierana przez dociskacz na materiał,
Rr - wytrzymałość odkształcanego materiału na rozciąganie,
nkpl = Pkpl / (d1 · go · Rr · cosað ) - wskaz
nik siły osiowej potrzebnej do zapoczątkowania płynięcia kołnierza
(bez uwzględnienia wpływu dociskacza),
nkmax = Pkmax / (d1 · go · Rr ) - wskaz
nik siły osiowej odpowiadający maksymalnej wartości siły,
nko - wskaz
nik siły osiowej w przypadku braku tarcia l zginania blachy na krawędzi pierścienia ciągowego,
nzr - wskaz
nik siły osiowej powodującej rozerwanie wytłoczki,
nkdoc - wzrost wskaz
nika siły osiowej spowodowany działaniem dociskacza,
að - kat pochylenia stycznej do zarysu powÅ‚oki w punkcie leżącym na Å›rednicy d1,
bð = Do / d1 - wskaz
nik wytłaczania,
m = 1 / bð - współczynnik ciÄ…gnienia.
9.2.1. Wyznaczanie średnicy krążka.
Średnicę krążka oblicza się wychodząc z założenia, że średnia grubość wytłoczki go jest równa grubości krąż-
ka Do. Wynika stąd równość pola wytłoczki i krążka. Błąd popełniony przy takim założeniu nie przekracza 5%. Za-
łożenie równości powierzchni krążka i wytłoczki Fk = Fw pozwala, na podstawie jej rysunku, określić wymiary krąż-
ka.
Dla prostego kształtu walcowego z zaokrągleniem przy dnie można zastosować wzór:
2
=ð )ð - 1,72 ×ð d1 ×ð (ð r +ð 0,5 )ð - 0,56 ×ð (ð r +ð 0,5 )ð (1)
go go
D d1 +ð 4 ×ð d1 ×ð (ð h +ð h'
o
Laboratorium Technologii Ćw. 5: Ciągnienie cylindrycznych wytłoczek
gdzie: - wymiary gotowego przedmiotu,
d1, h, r, go
h' - naddatek wysokości na wyrównanie obrzeża.
Tablica 1. Wielkości naddatków na okrawanie.
h wysokość wyrobu 6 12 20 25 38 50 65 75 90 100 125 150 Powyżej
[mm] 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 mi (gdzie i - kolejny numer operacji) wynosi:
mi = di / di-1
(2)
gdzie:
di, di-1 - średnice uzyskane w kolejnych operacjach.
Dla pierwszej operacji
m1 = d1 / Do
(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
Względna grubość blachy go / Do " 100%
ciÄ…gnienia
2  1,5 1,5  1,0 1,0  0,6 0,6  0,3 0,3  0,1
0,48  0,50 0,50  0,53 0,53  0,55 0,55  0,58 0,58  0,60
m1
0,73  0,75 0,75  0,76 0,76  0,78 0,78  0,79 0,79  0,80
m2
0,76  0,78 0,78  0,79 0,79  0,80 0,80  0,81 0,81  0,82
m3
Wartości współczynników mi 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 go < 0,015 Do trzeba stosować dociskacz, aby zapobiec fałdowaniu się kołnierza. W przy-
padku gdy go > 0,02 Do fałdowanie nie występuje i wtedy stosować można wytłaczanie swobodne. Dla 0,015 Do <
go < 0,02 Do możliwe jest wytłaczanie zarówno swobodne jak i z dociskaczem. O wyborze decyduje przede
wszystkim wielkość współczynnika ciągnienia m1 i w pewnym stopniu rodzaj materiału. Fałdowanie następuje tym
łatwiej im mniejszy jest współczynnik m1 oraz im bardziej miękki materiał. Siłę dociskacza liczy się wg wzoru:
Pd = Fdoc · q = 0,25 pð [ Do2  ( dm + 2 rm ) 2 ] · q
(4)
gdzie: - powierzchnia na którą działa dociskacz,
Fdoc
- średnica pierścienia ciągowego,
dm
- promień zaokrąglenia krawędzi pierścienia ciągowego,
rm
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 Materiał
Nacisk jednostk. q [MPa] Nacisk jednostk. q [MPa]
2,5  3,0 Miedz
1,0  1,5
Stal miękka go < 1 mm
1,5  2,5 Aluminium 0,7  1,2
Stal miękka go > 1 mm
MosiÄ…dz 1,5  2,0 BrÄ…z 2,0  2,5
2
Laboratorium Technologii Ćw. 5: Ciągnienie cylindrycznych wytłoczek
Dla grubości ścianki go > 0,015 dn-1 stosuje się przetłaczanie swobodne, dla grubości go < 0,01 dn-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:
Pkpl = pð · d1 · go ( nkpl + nkdoc ) · Rr · cosað
(5)
W miarę zmniejszania się średnicy kołnierza siła nacisku stempla początkowo rośnie osiągając wartość mak-
symalnÄ… Pkmax , a nastÄ™pnie maleje. MaksymalnÄ… wartość siÅ‚y (przyjmujÄ…c, że w tej fazie procesu cosað = 1) wy-
znaczyć można ze wzoru:
Pkmax = pð · d1 · go ( nkmax + nkdoc ) · Rr
(6)
Występujące we wzorach (5) i (6) wartości wskaz
ników nkpl, nkdoc i nkmax 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 Lw oblicza się ze wzoru:
(7)
Lw = Pkmax · h · lðw
gdzie: - maksymalna siła wytłaczania,
Pkmax
h - wysokość naczynia,
- współczynnik wypełnienia wykresu zależny od rodzaju materiału i współczynnika
lðw
wytÅ‚aczania m. Współczynnik lðw wyznacza siÄ™ doÅ›wiadczalnie.
Rys. 9.5. Wykres siły przetłaczania w funkcji drogi
Rys. 9.4. Wykres siły wytłaczania w funkcji drogi stempla
stempla
9.2.5. Praca przetłaczania.
Pracę przetłaczania oblicza się z następującego wzoru:
(8)
Lp = Pmax · h1 · lðp
gdzie: - maksymalna siła wytłaczania,
Pmax
- wysokość naczynia po przetłoczeniu,
h1
lðp - współczynnik wypeÅ‚nienia. Współczynnik lðp wyznacza siÄ™ doÅ›wiadczalnie.
Siłę Pmax obliczyć można w przybliżeniu ze wzoru:
(9)
Pmax = k · pð · d2 · go · Rm
gdzie: k - współczynnik zależny od współczynnika przetłaczania m, m 0,7 0,75 0,8 0,9 0,95
- średnica wytłoczki po przetłoczeniu.
d2
k 1 0,9 0,8 0,6 0,5
3
Laboratorium Technologii Ćw. 5: Ciągnienie cylindrycznych wytłoczek
9.3. Przebieg ćwiczenia.
1. Na podstawie otrzymanego rysunku tulei obliczyć średnicę wykrojki wstępnej.
2. Obliczyć względną grubość blachy (go / Do)" 100% i wybrać z tab. 2 wartości współczynników m1 m3.
3. Obliczyć siłę dociskacza Pd oraz maksymalną siłę wytłaczania Pkmax.
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.
4
o/
1
pl
max
doc
k
k
k
Rys.9.6 Wartości współczynników
n
, n
i
Dð
n
w funkcji D d