LABORATORIUM TECHNOLOGII
Ciągnienie wytłoczek
cylindrycznych
3
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.
Strona 3 - 1
LABORATORIUM TECHNOLOGII ĆWICZENIE 3
Wykaz oznaczeń:
d mm d = ds + g średnica walcowej części wytłoczki mierzona
pośrodku grubości ścianek
dw mm dw = d  2r
h mm wysokość gotowej wytłoczki
hc 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=1/² współczynnik ciÄ…gnienia
² ² = D/d wskaz
nik wytłaczania
mc całkowity współczynnik ciągnienia
rs mm promień zaokrąglenia krawędzi stempla
rm mm promień zaokrąglenia krawędzi ciągowej matrycy
ds mm średnica stempla
dm mm średnica matrycy
q MPa nacisk jednostkowy zależny od materiału i jego grubości
z, zgr % zgniot, zgniot graniczny
Rr MPa wytrzymałość odkształcanego materiału na rozciąganie
Rt MPa wytrzymałość materiału na cięcie
ą kąt pochylenia stycznej do zarysu powłoki w punkcie le-
żącym na średnicy d
Fdoc N powierzchnia, na którą działa dociskacz
Pkmax N maksymalny nacisk stempla występujący w czasie od-
kształcania kołnierza
Pkpl N nacisk stempla potrzebny do uplastycznienia kołnierza
Pzr N siła powodująca oderwanie denka wytłoczki
Pdoc N siła wywierana przez dociskacz na materiał
nkpl nkpl = Pkpl / (d · g · Rr ·cos Ä…) wskaz
nik siły osiowej po-
trzebnej do zapoczątkowania płynięcia kołnierza (bez
uwzględnienia wpływu dociskacza)
nkdoc wzrost wskaz
nika siły osiowej spowodowany działaniem
dociskacza
nkmax nkmax = Pkmax / (d · g · Rr) wskaz
nik siły osiowej odpowia-
Strona 3 - 2
CI
GNIENIE WYTA
OCZEK CYLINDRYCZNYCH
dający maksymalnej wartości siły
n numer kolejnej operacji procesu ciÄ…gnienia
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, mo\
e 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 obrze\
e 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 obrze\
e
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
Strona 3 - 3
LABORATORIUM TECHNOLOGII ĆWICZENIE 3
Podczas wytłaczania w wytłoczce panuje zło\
ony, zró\
nicowany
stan naprÄ™\
enia (rysunek 3.1.2):
a) w kołnierzu występują promieniowe naprę\
enia rozciÄ…-
gajÄ…ce i obwodowe naprÄ™\
enia ściskające,
b) w dolnej odkształconej części walcowej stan jednoosio-
wego rozciÄ…gania,
c) w dnie wytłoczki dwuosiowe naprę\
enie rozciÄ…gajÄ…ce.
Rysunek 3.1.2 Stan naprężeń w wytłoczce w trakcie procesu odkształ-
cania
3.2 Projektowanie procesu ciÄ…-
gnienia
Celem projektowania procesu ciągnienia wytłoczek kołowo-
symetrycznych jest sprawdzenie czy wykonanie danej wytłoczki
jest mo\
liwe w operacji wytłaczania czy nale\
y poddać ją kolej-
nym operacjom przetłaczania.
Wyznaczenie średnicy krążka wyjściowego D.
.
.
.
Na początku projektowania wylicza się średnicę krą\
ka wyj-
ściowego D jako pierwszego półwyrobu do dalszych operacji.
Dla prostego kształtu walcowego z zaokrągleniem przy dnie
(miseczka bez kołnierza, rysunek 3.2.1, mo\
na zastosować
wzór:
Strona 3 - 4
CI
GNIENIE WYTA
OCZEK CYLINDRYCZNYCH
D = + 4d(h+a) + 2Ä„d r + 8r2 (3.2.1)
w
W tabeli 3.2.1 podane sÄ… naddatki na okrawanie a miseczek
bez kołnierza.
Tablica 3.2.1 Naddatek na okrawanie (a) miseczek bez kołnierza [1]
wysokość
20 25 50 75 90 100 125 150 > 150
h [mm]
naddatek
2,0 2,5 3,5 4,5 5 6 7 8 5%
a [mm]
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
Strona 3 - 5
LABORATORIUM TECHNOLOGII ĆWICZENIE 3
Oderwanie dna wytłoczki
W celu uniknięcia pękania wytłoczki w czasie wytłaczania oraz
przetłaczania nale\
y zastosować współczynnik wytłaczania m
1
oraz współczynniki przetłaczania m , & , m większe od gra-
2 n
nicznych.
Dla pierwszej operacji współczynnik ten wynosi:
m = d /D (3.2.2)
1 1
Dla kolejnych operacji:
m = d / d (3.2.3)
n n n-1
(gdzie: n  kolejny numer operacji,
d oraz d  średnice uzyskane w kolejnych opera-
n n-1
cjach).
Tabela 3.2.2 Minimalne współczynniki ciągnienia dla wytłoczek bez koł-
nierza [4]
g/D ×100 2÷1 1÷0,3 0,3÷0,08
m = d /D 0,48÷0,53 0,53÷0,58 0,58÷0,63
1 1
m = d /d 0,73÷0,76 0,76÷0,79 0,79÷0,82
2 2 1
m = d /d 0,76÷0,79 0,79÷0,81 0,81÷0,84
3 3 2
m = d /d 0,78÷0,81 0,81÷0,83 0,83÷0,86
4 4 3
m = d /d 0,80÷0,84 0,84÷0,86 0,86÷0,88
5 5 4
Do wyliczenia, ile operacji nale\
y wykonać trzeba zastosować
wzór na całkowity współczynnik ciągnienia, który wynosi:
m = d / D (3.2.4)
c
m = m × m × m ×& m (3.2.5)
c 1· 2 3 n
W przypadku, gdy stosunek d / D nie pokrywa siÄ™ z iloczynem
m × m × m ×& m współczynniki nale\
y skorygować.
1· 2 3 n
Pęknięcia wytłoczki
Aby uniknąć pękania wytłoczki nale\
y równie\
stosować odpo-
wiedni promień krawędzi ciągowej r i stempla r . Przy wytła-
m s
czaniu przyjmuje siÄ™ promieÅ„ r = (5÷10) g, a promieÅ„ r >
m s
Strona 3 - 6
CI
GNIENIE WYTA
OCZEK CYLINDRYCZNYCH
(4÷6) g. Przy przetÅ‚aczaniu promienie te mo\
na zmniejszyć o
10÷30%.
Fałdowanie kołnierza
W celu zapobiegania fałdowaniu kołnierza podczas wytłaczania
przy g < 0,015 D nale\
y zastosować dociskacz. W przypadku,
gdy g > 0,02 D fałdowanie nie występuje i mo\
na stosować wy-
tłaczania swobodne. Dla 0,015 D < g < 0,02 D mo\
liwe jest wy-
tłaczanie zarówno swobodne jak i z dociskaczem. Zale\
y to od
współczynnika wytłaczania m oraz od rodzaju materiału. Im
1
mniejszy współczynnik oraz im bardziej miękki materiał tym
większe prawdopodobieństwo pofałdowania.
Przy przetłaczaniu nale\
y zastosować dociskacz, gdy g < 0,01
d (gdzie d to średnica wytłoczki przed bie\
Ä…cÄ… operacjÄ…
n-1 n-1
przetłaczania), natomiast dla g > 0,015 d stosuje się przetła-
n-1
czanie swobodne. Dla 0,01 d < g < 0,015 d rodzaj przetła-
n-1 n-1
czania podobnie jak przy wytłaczaniu zale\
y od wartości współ-
czynnika ciągnienia oraz od rodzaju materiału.
Rysunek 3.2.3 Proces wytłaczania z dociskaczem
W celu obliczenia siły dociskacza nale\
y posłu\
yć się poni\
szym
wzorem:
Ä„
P = F × q = [ D 2  (d + 2 r )2 ] × q (3.2.6)
doc doc m m
4
Strona 3 - 7
LABORATORIUM TECHNOLOGII ĆWICZENIE 3
Wartość nacisków jednostkowych q powinna być tym większa
im większa jest skłonność blachy do fałdowania.
Tablica 3.2.3 Wartości jednostkowych nacisków dociskaczy [1]
Nacisk Nacisk
Materiał jednostkowy Materiał jednostkowy
q [MPa] q [MPa]
Stal miÄ™kka g<1mm 2,5÷3,0 Miedz
1,2÷1,8
Stal miÄ™kka g>1mm 1,5÷2,5 Aluminium 0,8÷1,2
MosiÄ…dz 1,5÷2,0 BrÄ…z 2,0÷2,5
Wzdłużne pęknięcia brzegu
Wzdłu\
ne pękanie mo\
e nastąpić na skutek utraty własności
Wzdłu\
ne pękanie mo\
e nastąpić
Wzdłu\
ne pękanie mo\
e nastąpić
Wzdłu\
ne pękanie mo\
e nastąpić
plastycznych przez materiał, dlatego, aby pękanie to nie nastę-
powało powinien być spełniony poni\
szy warunek.
Dla operacji wytłaczania:
z = (1  m ) 100% < z
1 gr
Dla kolejnych operacji przetłaczania:
z = (1  m × m × m ×& m ) 100% < z (3.2.8)
1· 2 3 n gr
Tabela 3.2.4 Wartości dopuszczalnego zgniotu granicznego zgr [4]
Materiał z [%]
gr.
Stal miÄ™kka 60÷70
MosiÄ…dz 50÷70
Aluminium 60÷80
Miedz
60÷80
Nacisk stempla
Nacisk stempla potrzebny do zapoczÄ…tkowania plastycznego
płynięcia kołnierza wytłoczki wyrazić mo\
na wzorem:
Pk = Ä„ d g (nk + nk ) R cosÄ… (3.2.9)
pl 1 pl doc r
W miarę zmniejszania się średnicy kołnierza siła nacisku
kmax
stempla początkowo rośnie, osiągając P  wartość maksy-
Strona 3 - 8
CI
GNIENIE WYTA
OCZEK CYLINDRYCZNYCH
malną, a następnie maleje. Maksymalną wartość siły (przyjmu-
jąc cosą = 1) określa wzór:
P k = Ä„ d g (nk + nk ) R (3.2.10)
max 1 max doc r
Wartości wskaz
ników nk , nk , nk nale\
y odczytać z wykre-
max doc pl
su (rysunek 3.2.4).
Rysunek 3.2.4 Wartości wskaz
ników nkmax, nkdoc, nkpl w funkcji D/d
Strona 3 - 9
LABORATORIUM TECHNOLOGII ĆWICZENIE 3
3.3 Przebieg ćwiczenia
Ćwiczenie realizowane jest w dwóch części:
Ò! doÅ›wiadczalnej  w celu sprawdzania poprawnoÅ›ci wzo-
rów i danych tablicowych operacji wytłaczania,
Ò! projektowej  w celu nabycia umiejÄ™tnoÅ›ci projektowa-
nia procesu technologicznego i konstruowania tłoczni-
ków do wytłaczania.
Badania doświadczalne wytłaczania
Postępowanie przy realizacji ćwiczenia:
1. Zmierzyć średnice i grubości otrzymanych krą\
ków oraz
średnicę otworu matrycy.
2. Obliczyć względną grubość blachy (g /D )" 100% i wybrać z
o o
tabeli 3.2.2 wartości współczynników granicznych m . Ob-
1
liczyć rzeczywiste współczynniki m = d / D.
1
3. Określić spodziewany wynik wytłaczania dla ka\
dego
krÄ…\
ka, niebezpieczeństwo zerwania dna wytłoczki lub fał-
dowania kołnierza.
4. Obliczyć siłę dociskacza P oraz maksymalną siłę wytłacza-
d
nia P k .
max
5. Umieścić posmarowany krą\
ek w przyrządzie i dokręcić
śruby dociskacza.
Rysunek 3.3.1 Tłocznik stosowany w ćwiczeniu
Strona 3 - 10
CI
GNIENIE WYTA
OCZEK CYLINDRYCZNYCH
6. Przeprowadzić wytłaczanie na prasie hydraulicznej, zano-
tować maksymalną siłę wytłaczania.
7. Postępując analogicznie do w/w punktów przeprowadzić
wytłaczanie wszystkich krą\
ków.
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 /D )" 100%, obliczyć
o o
całkowity współczynnik ciągnienia m i wybrać z tabeli
c
3.2.2 wartości współczynników m .
1  m
5
3. Określić ilość operacji, średnice d po przetłoczeniach, ko-
n
nieczność zastosowania dociskaczy i operacji wy\
arzania.
4. Obliczyć siłę dociskacza P oraz maksymalną siłę wytłacza-
d
nia P k .
max
Strona 3 - 11
LABORATORIUM TECHNOLOGII ĆWICZENIE 3
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.
Strona 3 - 12