Techniki wytwarzania - przeróbka plastyczna

PROJEKT WYTŁOCZKI BEZ KOŁNIERZA

Agnieszka Skórska

PWr, Wydział Mechaniczny, MiBM rok III

Rok akademicki 2012/13, semestr letni

Prowadzący: dr inż. Marek Hawryluk

Założenia projektowe:

Średnica d₁=400 mm

Średnica d₂= 290 mm

Promień r= 5 mm

Wysokość h₁= 100 mm

Wysokość h₂= 80 mm

Grubość blachy g= 1,2 mm

Materiał: blacha miedziana

1. Obliczenie pola powierzchni wytłoczki

1. Obliczenie poszczególnych pól

1. Obliczenie pola powierzchni pierścienia:

$$F3 = \frac{\pi}{4}*\left( {d_{1}}^{2} - {d_{2}}^{2} \right) = \frac{\pi}{4}*\left( 400^{2} - 290^{2} \right) = 59610\ \text{mm}^{2}$$

1. Obliczenie pól powierzchni walcowych

F1 = π * d₁ * h₁ = π * 400 * 100 = 125660 mm²

F5 = π * d₂ * h₂ = π * 290 * 80 = 72882, 8 mm²

1. Obliczenie pól powierzchni wklęsłych ćwiartek pierścienia sferycznego

$$F2 = \frac{\pi}{4}*\left( 2*\pi*d_{1}*r - 8*r \right) = \frac{\pi}{4}*\left( 2*\pi*400*5 - 8*5^{2} \right) = 10026\ \text{mm}^{2}$$

$$F6 = \frac{\pi}{4}*\left( 2*\pi*d_{2}*r - 8*r^{2} \right) = \frac{\pi}{4}*\left( 2*\pi*290*5 - 8*5^{2} \right) = 7312,1\ \ \text{mm}^{2}$$

1. Obliczenie pola powierzchni wypukłej ćwiartki pierścienia sferycznego

$$F4 = \frac{\pi}{4}*\left( 2*\pi*d_{2}*r + 8*r^{2} \right) = \frac{\pi}{4}*\left( 2*\pi*290*5 + 8*5^{2} \right) = 7312,1\ \ \text{mm}^{2}$$

1. Obliczenie pola powierzchni krążka

$$F7 = \frac{\pi*{d_{2}}^{2}}{4} = \frac{\pi*290^{2}}{4} = 66050\ \text{mm}^{2}$$

1. Obliczenie pola powierzchni całkowitej wytłoczki

$$Fc = \sum_{i = 1}^{9}{Ai = 348853\ \text{mm}^{2}}$$

1. Obliczenie średnicy krążka wyjściowego

$$Dk = 1,13*\sqrt{\text{Fc}} + a = 1,13*\sqrt{348853}\ + \ 5 = 672,4\ \ mm$$

a – naddatek na okrawanie dobrany zgadnie z tablicą 3 w „Projektowanie procesów tłoczenia i tłoczników. Wybrane zagadnienia.”, T. Golatowski.

Obliczenie minimalnego współczynnika wytłaczania

$$\frac{g}{\text{Dk}} = \frac{1,2}{672,4}*100 = 0,18$$

Zgodnie z Tablicą 4 w w „Projektowanie procesów tłoczenia i tłoczników. Wybrane zagadnienia.”, T. Golatowski minimalny współczynnik wytłaczania wynosi:

m₁=0,6

1. Sprawdzenie czy wytłoczkę można wykonać w jednej operacji

$$m_{w} = \ \frac{\frac{h2 + 2*R5}{h1 + 2*R5}*\frac{d3}{\text{Dk}} + \frac{d6}{\text{Dk}}}{\frac{h2 + 2*R5}{h1 + 2*R5} + 1} = \frac{\frac{80 + 2*5}{100 + 2*5}*\frac{290}{672,4} + \frac{400}{672,4}}{\frac{80 + 2*5}{100 + 2*5} + 1} = 0,43 < m_{1}$$

Wytłoczki nie da się wykonać w jednej operacji

Ilość operacji ciągnienia:

$$n - 1 = \frac{\ln\frac{m_{c}}{m_{1}}}{m_{2s}} = \frac{\ln\left( 0,72 \right)}{\ln\left( 0,82 \right)} = 1,66$$

n = 1, 66 + 1 = 2, 66 ≈ 3

Wytłoczkę wykonamy w trzech operacjach

1. Obliczenie Szerokości i długości pasa oraz uzysku całkowitego

1. Zgodnie z Tablicą 15 w „Projektowanie procesów tłoczenia i tłoczników. Wybrane zagadnienia.”, T. Golatowski minimalny wymiar arkusza blachy wynosi 1000x2000 mm

2. Minimalna szerokość arkusza

Bmin = Dk + 2 * b + T = 672, 4 + 2 * 1, 2 + 0, 8 = 675, 9 mm

b – odstęp boczny dobrany zgodnie z Tablicą 18 w „Projektowanie procesów tłoczenia i tłoczników. Wybrane zagadnienia.”, T. Golatowski

T- odchyłka szerokości materiału dobrana zgodnie z Tablicą 16 w „Projektowanie procesów tłoczenia i tłoczników. Wybrane zagadnienia.”, T. Golatowski

1. Obliczenie liczby przedmiotów otrzymanych z arkusza

$$n = \frac{1000}{B}*\frac{2000}{Dk + a} = \frac{1000}{680}*\frac{2000}{675,9 + 1,2} = 4,38$$

Ilość krążków otrzymanych z arkusza o wymiarach 1000x2000 mm n=4

Nie ma możliwości wykrawania wielorzędowego.

1. Wykorzystanie materiału

$$\gamma = \frac{\pi*\frac{\text{Dk}^{2}}{4}*n}{1000*2000}*100\% = \frac{\pi*\frac{{675,9}^{2}}{4}*4}{1000*2000}*100\% = 76,4\%$$

1. Operacja I – wykrawanie krążka o średnicy Dk=672,4 mm

1. Wyznaczenie siły cięcia:

   R_t - wytrzymałość na ścinanie, dla miedzi R=160 MPa

P = 1, 3 * π * Dk * g * R_t = 1, 3 * π * 672, 4 * 1 * 120 = 105, 5 kN

1. Wyznaczenie siły wypychania z matrycy o ściankach stożkowych P_w

P_w = 0, 07 * P = 0, 07 * 1, 055 = 7, 37 kN

1. Wyznaczenie siły spychania

Ps = 0, 05 * P = 0, 05 * 1, 055 = 5, 27 kN

1. Sprawdzenie czy górną część cylindryczną można wykonać w jednej operacji

$$m_{G} = \frac{d_{2}}{\text{Dk}} = \frac{290}{672,4} = 0,43 < m_{1}$$

Górnej części cylindrycznej nie można wykonać w jednej operacji

1. Wytłaczanie górnej części cylindrycznej

1. Wytłoczka z miedzi, której dopuszczalne odkształcenie całkowite wynosi

ε = ⟨0,6÷0,8⟩

1. Współczynniki przetłaczania

Minimalne współczynniki przetłaczania zaczerpnięte z Tablicy 8 i 9 w „Projektowanie procesów tłoczenia i tłoczników. Wybrane zagadnienia.”, T. Golatowski

m₁=0,6

m₂=0,80

m₃=0,82

m_GT = m₁ * m₂ * m₃ = 0, 39 < m_G

Współczynniki m_GT oraz m_G nie są równe należy wiec wprowadzić poprawkę X

$$X = \sqrt[3]{\frac{m_{G}}{m_{\text{GT}}}} = 1,03$$

Po wprowadzeniu poprawki:

m₁=0,62

m₂=0,82

m₃=0,84

m_GT = m₁ * m₂ * m₃ = 0, 43 = m_G

1. Operacja II – wytłaczanie cylindra

1. Obliczenie średnicy cylindra:

d₁^′ = m₁ * Dk = 0, 62 * 672, 4 = 416, 9 mm

Średnica potrzebna do osiągnięcia to d₁ = 400 mm, przetłaczamy do średnicy 400 mm w następnej operacji

Zgodnie z Tablicą 10 w „Projektowanie procesów tłoczenia i tłoczników. Wybrane zagadnienia.”, T. Golatowski

• r_m’=15mm

• r_s’=10mm

przy kolejnych operacjach promienie matrycy i stempla dobrane zgodnie z zasadą zmniejszania ich promienia o 20÷40% - „Projektowanie procesów tłoczenia i tłoczników. Wybrane zagadnienia.”, T. Golatowski str. 25

1. Sprawdzenie czy należy zastosować dociskacz

0, 02 * Dk = 0, 02 * 674, 52 = 13, 44 > g

Użycie dociskacza jest konieczne

1. Obliczenie wysokości cylindra po tłoczeniu

$$h^{'} = \frac{\text{Dk}^{2} - \text{dk}^{2}}{4*{d_{1}}^{'}} - \left( r_{m}' + r_{s}' \right)*\left\lbrack 0,14*\left( \frac{r_{m}' - r_{s}'}{{d_{1}}^{'}} \right) - 0,43 \right\rbrack = 177,7\ mm$$

1. Wyznaczenie odkształcenia po operacji

ε₁ = 1 − m₁ = 1 − 0, 62 = 0, 38

ε_dop = ⟨0,6÷0,8⟩ > ε₁

Wyżarzanie nie jest konieczne

1. Wyznaczenie maksymalnej siły wytłaczania

P = k * π * Dk * g * Rm = 1 * π * 674, 52 * 1, 2 * 200 = 30, 4 kN

k - współczynnik dobrany zgodnie z Tablicą 31 w „Projektowanie procesów tłoczenia i tłoczników. Wybrane zagadnienia.”, T. Golatowski

Rm – dla blachy miedzianej 200 MPa

1. Operacja III – przetłoczenie 1 cylindra o średnicy d₁^′= 416, 9 mm na cylinder o średnicy d₂ = 290 mm

• r_m’’=10mm

• r_s’’=7mm

1. Obliczenie nowej średnicy cylindra

$$m_{c} = \frac{d_{1}}{d_{1}'} = \frac{400}{416,9} = 0,96 > m_{2}$$

Górną część wytłoczki można wykonać w dwóch operacjach

d₁^″ = m₂ * d₁^′ = 0, 82 * 403, 45 =  334, 9  mm

1. Sprawdzenie czy należy zastosować dociskacz

0, 02 * d3′=0, 02 * 283, 5 = 5, 7 > g

Użycie dociskacza jest konieczne

1. Obliczenie wysokości cylindra po tłoczeniu

$$h^{''} = 0,25\left( \frac{D_{k}}{m_{1}m_{2}} - {d_{1}}^{'} \right) + 0,43\frac{r_{m}}{d_{1}'}(d_{1}^{'} + 0,32r_{m}) = 122,5\ mm$$

1. Wyznaczenie odkształcenia po operacji

ε₂ = 1 − m₁ * m₂ = 1 − 0, 61 * 0, 83 = 0, 49

ε_dop = ⟨0,6÷0,8⟩ > ε₂

1. Wyznaczenie maksymalnej siły wytłaczania

P = k * π * d3^′ * g * Rm = 0, 7 * π * 283, 5 * 1 * 90 = 56, 11 kN

k - współczynnik dobrany zgodnie z Tablicą 32 w „Projektowanie procesów tłoczenia i tłoczników. Wybrane zagadnienia.”, T. Golatowski

1. Operacja III – przetłoczenie 2 cylindra o średnicy d₂^′= 334, 9 mm na cylinder o średnicy d₂ = 290 mm

• r_m’’=10mm

• r_s’’=7mm

1. Obliczenie nowej średnicy cylindra

$$m_{c} = \frac{d_{2}}{d_{2}'} = \frac{290}{334,9} = 0,87 > m_{3}$$

Dolną część wytłoczki można wykonać w dwóch operacjach

1. Sprawdzenie czy należy zastosować dociskacz

0, 02 * d₂′=0, 02 * 283, 5 = 6, 7 > g

Użycie dociskacza jest konieczne

1. Obliczenie wysokości cylindra po tłoczeniu

$$h^{''} = 0,25\left( \frac{D_{k}}{m_{1}m_{2}m_{3}} - {d_{1}}^{'} \right) + 0,43\frac{r_{m}}{d_{1}'}(d_{1}^{'} + 0,32r_{m}) = 182,4\ mm$$

Na okrawanie pozostaje 182,4-180=2,4 mm

1. Wyznaczenie odkształcenia po operacji

ε₂ = 1 − m₁ * m₂ * m₃ = 1 − 0, 62 * 0, 82 * 0, 84 = 0, 57

ε_dop = ⟨0,6÷0,8⟩ > ε₂

Wyżarzanie nie jest konieczne

1. Operacja wykrawanie wytłoczki

1. Wyznaczenie siły cięcia:

   R_t - wytrzymałość na ścinanie, , dla miedzi R=160 MPa

P = 1, 3 * π * d1 * g * R_t = 1, 3 * π * 400 * 1, 2 * 120 = 23, 5 kN

1. Wyznaczenie siły wypychania z matrycy o ściankach stożkowych P_w

P_w = 0, 07 * P = 0, 07 * 23, 5 = 1, 65 kN

1. Wyznaczenie siły spychania

Ps = 0, 05 * P = 0, 05 * 23, 6 = 1, 18 kN

1. Dobór narzędzi

1. Średnica matrycy:

D_m = (D_n−0,8*T_p) + t_m = (400−0,8*0,5) + 0, 08 = 400, 04 mm

1. Średnica stempla:

D_s = (D_n−0,8*T_p−2S) − t_s = (400−0,8*0,5−2*1,32) − 0, 045 = 397, 3 mm

Gdzie:

D_m- wartość nominalna matrycy

D_s - wartość nominalna stempla

D_n - wartość nominalna wytłoczki

T_p – tolerancja przedmiotu

t_m – tolerancja matrycy (dobieram 0,08)

t_s – tolerancja stempla (dobieram 0,045)

S – szczelina jednostronna

S = g_max + c₂ * g = 1, 2 + 1, 2 * 0, 1 = 1, 32 mm

$$T_{p} = \frac{t_{m} + t_{s}}{0,25} = 0,5$$

1. Podsumowanie

1. Wytłoczkę można wykonać w 5 operacjach

STOPIEŃ WYTŁOCZKI	NR OPERACJI	RODZAJ OPERACJI	OSIĄGNIĘTA ŚREDNICA [mm]
0	1	wykrawanie	Dk = 672, 4
1	2	wytłaczanie	d1^′ = 416, 9
1	3	przetłaczanie	d2^′= 334, 9
2	4	przetłaczanie	d2 = 290
2	5	wykrawanie	d2 = 290

1. Proces wykonania wytłoczki

1. Cięcie arkuszy na pasy o szerokości 690 mm

2. Wycinanie krążków o D_k = 672, 4 mm

3. Wytłaczanie

4. Przetłaczanie 1

5. Przetłaczanie 2

6. Wykrawanie

1. Lista załączników:

1. Rysunek wykonawczy wytłoczki bez kołnierza

2. Rysunek stempla

3. Rysunek tłocznika

4. Rysunek matrycy