URZĄDZENIA W PRZERÓBCE PLASTYCZNEJ

DATA WYKONANIA: 16.01.2015

Tytuł ćwiczenia: Prasa śrubowa

WYKONALI: Bilny Jakub , Buszko Krzysztof , Byczek Roman , Pastucha Mateusz

Cel ćwiczenia:

Zapoznanie się z budową oraz zasadą działania prasy śrubowej o napędzie ręcznym.

Wstęp:

Opis budowy oraz zasady działania prasy śrubowej o napędzie ręcznym na przykładzie laboratoryjnej prasy balansowej

Prasa śrubowa składa się z suwaka, śruby, trzpienia wyrzutnika, ramion, obciążników oraz rękojeści. Zasada działania prasy opiera się na wykonywaniu ruchu obrotowego i postępowaniu śruby do prasowania.

1-Suwak, 2- śruba , 3- trzpień wyrzutnika, 4 – ramiona, 5- obciążniki, 6- rękojeść

Energia kinetyczna ruchu postępowego ciężarków	$$E_{v}^{c} = \frac{m_{c}v^{2}}{2}$$
Energia kinetyczna ruchu postępowa postępowego wrzeciona (śruby)	$$E_{v}^{w} = \frac{m_{w}v^{2}}{2}$$
Energia kinetyczna ruchu postępowa suwaka	$$E_{v}^{s} = \frac{m_{s}v^{2}}{2}$$
Energia kinetyczna ruchu postępowa obrotowego ciężarków	$$E_{\omega}^{c} = \frac{I_{c}\omega^{2}}{2}$$
Energia kinetyczna ruchu postępowa obrotowego wrzeciona (śruby)	$$E_{\omega}^{w} = \frac{I_{w}\omega^{2}}{2}$$

E_k = E_v^c + E_v^w + E_v^s + E_ω^c + E_ω^w

$$E_{k} = \frac{m_{c}v^{2}}{2} + \frac{m_{w}v^{2}}{2} + \frac{m_{s}v^{2}}{2} + \frac{I_{c}\omega^{2}}{2} + \frac{I_{w}\omega^{2}}{2}$$

$$E_{k} = \frac{v^{2}*\left( m_{c} + m_{w} + m_{s} \right) + \left( I_{c} + I_{w} \right)*\omega^{2}}{2}$$

wzór na pracę odkształcenia

L_pl = V∫₀^εσ_p(e)dε = Vλσ_pkε_k

V - objętość odkształcanego materiału

σ_pk – naprężenie uplastyczniające dla danej wartości ε_k

λ – współczynnik wypełnienia wykresu pod krzywą

ε_k – odkształcenie końcowe

Przebieg doświadczenia

Pomiar wymiarów najważniejszych elementów prasy śrubowej: ciężarków i ich odległości od osi śruby, suwaka, skoku gwintu oraz średnicy śruby

Pomiar czasów ti [s] obrotów śruby wokół własnej osi,

Nr pomiaru	Kąt obrotu wrzeciona α [radian]	Czas obrotu wrzeciona o kąt α, t [s]
1	6,28	1,27
2	6,28	1,00
3	6,28	0,93
4	6,28	0,97
5	6,28	1,03
6	6,28	0,90
7	6,28	0,97
8	6,28	1,03
9	6,28	0,97
10	6,28	1,07
Średni czas obrotu wrzeciona	1,01

Zmierzenie wymiarów początkowych odkształcanej próbki

Zmierzenie wymiarów końcowych próbki po kuciu na prasie śrubowej balansowej.

Wartości wymiarów próbki walcowej próbka1 zmierzone przed i po procesie kucia swobodnego

	Przed	Po
Lp	d [mm]	h [mm]
1	19,5	29,7
2	19,55	29,6
3	19,6	29,7
4	19,45	29,5
5	19,5	29,8

Wartości wymiarów próbki walcowej próbka 2 zmierzone przed i po procesie kucia swobodnego

	Przed	Po
Lp	d [mm]	h [mm]
1	29,5	44,4
2	29,48	44,8
3	29,53	44,5
4	29,51	44,55
5	29,4	44,6

Opracowanie wyników

Określenie energii kinetycznej prasy:

dla zmierzonych wymiarów ciężarków, suwaka oraz śruby wyznaczyć masę tych elementów, przy założeniu, że są wykonane ze stali o gęstości 7,8 g/cm³

dla ciężarków

$$V = \frac{\text{πd}^{2}}{4}*h = \frac{\pi*313}{4}*133 = 10285065\text{mm}^{3} = \ 10285\ cm^{3}$$

m = 10285 * 7, 8 * 2 = 160447 g

dla suwaka

V = a * b * c = 66, 38 * 163, 58 * 203, 5 = 2209692, 62 mm³ = 2209, 69 cm³

m = 2209, 69 * 7, 8 = 17235g

dla śruby

$$V = \frac{{\pi*d}_{\text{zewn}}^{2}}{4}*h + \frac{\pi*d_{\text{wewn}}^{2}}{4}*h = \frac{{\pi*50,2}_{}^{2}}{4}*345 + \frac{\pi*38_{}^{2}}{4}*345 = 1077407\ \text{mm}^{3} = 1077cm^{3}$$

m = 1077 * 7, 8 = 2248, 46 g

wyznaczyć prędkość kątową obracającego się wrzeciona prasy:

$$\omega = \frac{\text{dα}}{\text{dt}}$$

ω = const.

$$\omega = \frac{6,28}{1,01} = 6,22\ \frac{\text{rad}}{s}$$

wyznaczyć prędkość opadania suwaka v korzystając z relacji pomiędzy prędkością liniową i kątową:

$$v = \frac{h}{2*\pi}*\omega$$

$$v = \frac{0,16358}{2*\pi}*6,22 = 0,16\ \frac{m}{s}$$

wyznaczyć wartość energii kinetycznej, możliwej do uzyskania na prasie balansowej, w momencie rozpoczęcia odkształcania plastycznego próbki (za pomocą wzoru wyprowadzonego własnoręcznie we wstępie).

Masa ciężarków mc [g]	Masa śruby mw [g]	Masa suwaka ms [g]	Prędkość opadania suwaka v [m/s]	Wartość momentu bezwładności ciężarków Ic [g*mm^2]	Wartość momentu bezwładności śruby Iw [g*mm^2]	Energia kinetyczna rozpędzonych elementów Ek [J]
160447	8403,778	17235,6	0,015493	7863433942	2050387,91	151,07

Wyznaczenie wartości nacisku prasy śrubowej balansowej:

wyznaczyć zmianę wysokości odkształconej próbki Δh_p

Δh_p dla próbki1

Δh_p = 29,66 - 20,86 = 8,8 mm

Δh_p dla próbki 2

Δh_p = 44,57 – 39,06 = 5,51 mm

przy założeniu, że 90% energii kinetycznej zostało przekształcone w pracę odkształcenia plastycznego, wyznaczyć wartość nacisku prasy śrubowej ze wzoru:

0,9Ek = Lpl = P *Δhp ⟶ P[kN]

L_pl =  P  * Δh_p

$$P = \ \frac{L_{\text{pl}}}{{h}_{p}}$$

	Praca odkształcenia plastycznego, Lpl = 0,9Ek [J]	Zmiana wysokości odkształcanej próbki, ∆hp [mm]	Nacisk prasy śrubowej, P [kN]
Próbka1	136	8,8	15,5
Próbka 2	136	5,5	24,7

Wyznaczenie udziału procentowego energii kinetycznej pochodzącej od ciężarków w stosunku do całej energii kinetycznej, którą uzyskano w momencie uderzenia matrycy górnej w próbkę:

$$E_{k}^{c}\% = \frac{E_{v}^{c} + E_{\omega}^{c}}{E_{k}}*100\%$$

$$E_{k}^{c}\% = \frac{\frac{m_{c}*v^{2}}{2} + \frac{I_{c}*\omega^{2}}{2}}{E_{k}}*100\%$$

$$E_{k}^{c}\% = \frac{\frac{160*{0,16}^{2}}{2} + \frac{2*160*{0,16}^{2}*{6,2}^{2}}{2}}{151}*100\%$$

E_k^c%=99%

Analiza wyników i wnioski:

Energia kinetyczna prasy podczas nacisku na próbki wyniosła odpowiednio dla próbki1 15,5 kN przy zmianie wysokości 8,8 mma dla próbki2 27,7 kN przy zmianie wysokości 5,5 mm a praca odkształcenia w obu przypadkach wyniosła 136 J porównując te wyniki do wymiarów próbek podanych w tabeli 4 oraz 5 można stwierdzić że większa wysokość próbki wpływa bardziej negatywnie na proces spęczania niż większa średnica ponieważ udział procentowy energii kinetycznej ciężarków w całościowej energii kinetycznej wyniósł 99% świadczy to tym że ciężarki mają bardzo duże znaczenie w generowaniu energii kinetycznej prasy