LABORATORIUM OBROBKI PLASTYCZNEJ

LABORATORIUM

Temat: Spęczanie.

Rzeszów 2000

1.)Wstęp teoretyczny.

W praktyce mamy dwa sposoby spęczania : swobodne i matrycowe .Podczas spęczania swobodnego w kierunku działania siły następuje zmniejszenie wymiaru materiału , a w pozostałych kierunkach materiał przemieszcza się swobodnie . Najprostszym sposobem spęczania jest ściskanie krótkich odcinków pręta między dwiema płytami o równoległych powierzchniach roboczych .Przebieg procesu zależy od wymiarów materiału i tarcia na powierzchniach styku materiału z narzędziem .

W procesie swobodnego spęczania tarcie powoduje , że materiał odkształca się nierównomiernie ,nierównomierny jest również rozkład nacisków jednostkowych na

powierzchni spęczanego materiału .

Gdyby proces spęczania odbywał się bez tarcia , wówczas materiał byłby odkształcony jednorodnie i próbka zachowywała kształt cylindryczny , a naciski jednostkowe na powierzchni styku były by jednakowe w każdym punkcie i równe naprężeniu uplastyczniającemu δp . W czasie procesu spęczania bez siły tarcia siła P stale wzrasta , ponieważ zwiększa się pole przekroju poprzecznego spęczanego walca .Jeżeli proces jest prowadzony na zimno , wzrost siły jest bardziej intensywny , ze względu na zjawisko umocnienia materiału .

W rzeczywistym procesie próbka przybiera różne kształty w zależności od wymiarów i działania siły tarcia .Jeżeli stosunek wysokości do średnicy jest większy od jedności ,a mniejszy od dwóch , to cylindryczna próbka przyjmie po spęczaniu kształt beczkowaty . Przy stosunku wysokości do średnicy większym od dwóch ale mniejszym od trzech próbka może przyjąć po spęczaniu kształt podwójnej beczki . Natomiast gdy ho/do wynosi trzy wówczas próbka ulega wyboczeniu .

Kucie swobodne na młocie opadowym :

Najczęściej stosowaną operacją kucia swobodnego jest spęczanie .Podobnie operacje takie jak wydłużenie lub poszerzanie można zaliczyć do procesów posiadających szereg następujących po sobie spęczeń . Przy kuciu swobodnym na młocie opadowym energię uderzenia określa się z zależności :

E = Hrz*G*K

Hrz = H - ho rzeczywista wysokość spadania młota (bijaka)

H - wysokość uniesienia środka ciężkości bijaka

ho - początkowa wysokość odkształcenia próbki

G - ciężar bijaka

K - współczynnik uwzględniający straty energii na skutek tarcia bijaka w prowadnicach oraz przekazania pewnej części energii fundamentom

2.)Przebieg ćwiczenia .

Ćwiczenie zostało zrealizowane na laboratoryjnym młocie opadowym , którego zasadniczymi elementami roboczymi są :bijak i kowadło spoczywające na szabocie .

Bijak podnoszony był do góry przesuwając się na prowadnicach , w sposób ręczny z użyciem elektromagnesu . Zmianę położenia wykonywano poprzez nawijanie liny na bęben osadzony na wale , do powyższego mechanizmu został zamontowany także1 hamulec tarczowy .Aby umieścić bijak w górnym położeniu należało w pierwszej kolejności umieścić elektromagnes na środku górnej płyty bijaka , włączyć dopływ prądu a następnie po rozłączeniu sprzęgła rozpocząć nawijanie liny na bęben Wyłączenie dopływu prądu spowoduje opadnięcie bijaka do dołu .

Stanowisko pomiarowe :

Do badań użyte zostały próbki z aluminium A1 w kształcie walca o wymiarach :

do = 20 [mm]

ho = 25 [mm]

Na prowadnicy określona została żądana wysokość z jakiej miał spadać bijak , następnie po włączeniu elektromagnesu uzyskiwaliśmy wymaganą wysokość .

W następnej kolejności umieszczaliśmy próbkę na kowadle i zadawaliśmy obciążenie .

Na jednej wysokości wykonywaliśmy trzy uderzenia , a następnie po każdym uderzeniu dokonywaliśmy pomiaru wysokości .

3.)Wyniki pomiarów :

Lp	Wysokość spadania bijaka [mm]	Wysokość próbki dla pierwszego uderzenia[mm]	Wysokość próbki dla drugiego uderzenia[mm]	Wysokość próbki dla trzeciego uderzenia[mm]
1	500	20,5	17,9	15,8
2	1000	17,6	13,7	11,0
3	1500	15,3	10,9	8,1

4.)Obliczanie energii uderzenia bijaka :

E = Hrz*G*K Hrz = H - ho k = 0,9

E1 = (0,5 - 0,025)*300*0,9 = 128,5 [Nm]

E2 = (1 - 0,025)*300*0,9 = 263,25 [Nm]

E3 =(1,5 - 0,025)*300*0,9 = 398,25 [Nm]

5.)Obliczanie prędkości odkształcenia :

=
V = (2*g*Hrz)

a.)V1 = (2*9,81*0,475)
= 3,05 [m/s]

1 =
= 74,4 [1/s]

2 =
= 85,19 [1/s]

3 =
= 96,5 [1/s]

b.)V2 = (2*9,81*0,975)
= 4,37 [m/s]

1 =
= 124,14 [1/s]

2 =
= 159,4 [1/s]

3 =
= 198,6 [1/s]

c.)V2 = (2*9,81*10
) = 5,37 [m/s]

1 =
= 175,8 [1/s]

2 =
= 246,3 [1/s]

3 =
= 331,4 [1/s]

6.)Obliczanie objętości przesuniętej

Vp = Vo * ln
Vo * Π *(do/2)*ho = Π*100*25 = 2500 Π

1.)

Vp
= 2500 * Π *ln (
) = 1558 [mm
]

Vp
= 2500 * Π *ln (
) = 1065 [mm
]

Vp
= 2500 * Π *ln (
) = 980 [mm
]

2.)

Vp
= 2500 * Π *ln (
) = 2756 [mm
]

Vp
= 2500 * Π *ln (
) = 1967 [mm
]

Vp
= 2500 * Π *ln (
) = 1723 [mm
]

3.)

Vp
= 2500 * Π *ln (
) = 3856 [mm
]

Vp
= 2500 * Π *ln (
) = 2663[mm
]

Vp
= 2500 * Π *ln (
) = 2331 [mm
]

7.)Obliczanie współczynnika sprawności uderzenia Ku :

Ku =

1.)

Ku
=
= 1,2*10
[
]

Ku
=
= 8,3*10
[
]

Ku
=
= 7,6*10
[
]

2.)

Ku
=
= 10,4*10
[
]

Ku
=
= 7,4*10
[
]

Ku
=
= 6,5*10
[
]

3.)

Ku
=
= 9,6*10
[
]

Ku
=
= 6,6*10
[
]

Ku
=
= 5,8*10
[
]

8.)Obliczanie wartości sił nacisku na metal :

P =
[N]

1.)

P
=
= 28500 [N]

P
=
= 18063 [N]

P
=
= 13940,2 [N]

2.)

P
=
= 35574,3 [N]

P
=
= 23296,4 [N]

P
=
= 18803,5 [N]

3.)

P
=
= 41056,7 [N]

P
=
= 28244,6 [N]

P
=
= 23565 [N]

9.)Obliczanie średnich nacisków jednostkowych bijaka na metal :

ρśr =

dn = do*

1.)

d1 = 20*
= 20,08 [[mm]

ρśr1 =
= 74,43 [MPa]

d2 = 20*
= 23,63 [[mm]

ρśr2 =
= 41,18 [MPa]

d3 = 20*
= 25,15 [[mm]

ρśr3 =
= 28,06 [MPa]

2.)

d1 = 20*
= 23,83 [[mm]

ρśr1 =
= 79,76 [MPa]

d2 = 20*
= 27 [[mm]

ρśr2 =
= 40,68 [MPa]

d3 = 20*
= 30,15 [[mm]

ρśr3 =
= 26,33 [MPa]

3.)

d1 = 20*
= 25,56 [[mm]

ρśr1 =
= 80 [MPa]

d2 = 20*
= 30,28 [[mm]

ρśr2 =
= 39,22 [MPa]

d3 = 20*
= 35,13 [[mm]

ρśr3 =
= 24,31 [MPa]

10.)Wykresy :

a.)Objętości przesuniętej od kolejnych uderzeń młota.

b.)Współczynnika sprawności uderzenia od kolejnych uderzeń młota.

c)Nacisków średnich od prędkości odkształcenia.

---