13. WYZNACZANIE GRANICZNYCH WARTOŚCI
WSPÓACZYNNIKA WYTAACZANIA
13.1. Cel ćwiczenia
Zapoznanie się z mechanizmem odkształcania dna wytłoczki i kołnierza oraz czynnikami
ograniczającymi wielkość odkształceń, wyrażonymi jako współczynnik wytłaczania .
13.2. Wprowadzenie
W tłocznictwie cienkich blach duży udział ilościowy ma operacja wytłaczania, której
celem jest przekształcenie płaskiego kawałka blachy w wytłoczkę o powierzchni
nierozwijalnej. Najprostszą wytłoczka tego rodzaju jest naczynie cylindryczne bez kołnierza.
Przeformowanie, materiału zachodzące podczas wytłaczania naczynia cylindrycznego,
przyjęto określać w praktyce przemysłowej wartością współczynnika wytłaczania:
d
m1 = (13.1)
D
gdzie: m1 - współczynnik wytłaczania,
d - średnica wytłoczki,
D - średnica krążka materiału wyjściowego blachy.
Zamiast współczynnika m1 używa się czasem współczynnika odkształcenia , który jest
odwrotnością współczynnika wytłaczania:
1 D
= = (13.2)
m1 d
Współczynniki m1 lub nie mogą mieć wartości dowolnych. Ich wartości graniczne
(m1)gr lub gr wynikają z warunku równości największej siły tłoczenia Fmax i wytrzymałości
walcowej ścianki wytłoczki na zerwanie, nazwanej krótko siłą zrywającą Fzr.. Osiągnięcie
przez siłę tłoczenia wartości Fzr jest równoznaczne z obwodowym rozdzieleniem wytłoczki w
pobliżu zaokrąglonej krawędzi stempla.
Ze względu na zależność (m1)gr, względnie gr od wartości sił Fmax i Fzr przeprowadzono
analizę sił występujących w procesie wytłaczania.
Kształtowaną wytłoczkę można myślowo podzielić na dwie części, a mianowicie na dno i
kołnierz (rys. 13.1). Kołnierz wytłoczki traktuje się jako pierścień, którego zewnętrzna
krawędz jest wolna od obciążeń, a na krawędz wewnętrzną działają siły ciągnące, dające
wypadkową Fk w kierunku osi. W kołnierzu występują promieniowe naprężenia rozciągające
i obwodowe naprężenia ściskające. Osiowa siła Fk wywierana na wewnętrzny brzeg
pierścienia zależy od oporu plastycznego kołnierza i ulega zmianie w miarę zmniejszania się
jego średnicy zewnętrznej D1 i powiększania wysokości hk walcowych ścianek. Zmiany te
przedstawia wykres na rys. 13.1b.
167
Rys. 13.1. Wytłoczka z działającymi siłami osiowymi (a) oraz zmiany sił na długości
wytłoczki (b)
Proces plastycznego płynięcia kołnierza, charakteryzujący się zmniejszaniem
pl
zewnętrznej jego średnicy D1, rozpoczyna się przy sile Fk . Następnie siła Fk rośnie na skutek
umacniania zachodzącego w odkształcanym na zimno materiale w wyniku zwiększania się
grubości blachy w zewnętrznej części kołnierza. Jednocześnie jednak zmniejszanie się
szerokości odkształcanego kołnierza, którego średnica D1 zbliża się stopniowo do jego
średnicy wewnętrznej d, przyczynia się do spadku oporu plastycznego. W rezultacie obu tych
max
zjawisk Fk, po osiągnięciu wartości Fk , maleje prawie do zera wtedy, gdy cały kołnierz
przekształci się w walcową część wytłoczki.
W procesie rozciągania dna jest ono obciążone siłą osiową Fd, równomiernie rozłożoną
wzdłuż jego obwodu i zastępującą oddziaływanie kołnierza wytłoczki. Rosnąca siła Fd osiąga
pl
wartość Fd , co powoduje proces plastycznego rozciągania płaskiego dna oraz jego ścianek
bocznych. Początkowy wzrost siły Fd jest spowodowany intensywnym umacnianiem się
zr
materiału. W momencie, gdy siła osiąga krytyczną wartość Fd , następuje przewężenie
ścianek bocznych prowadzące do pęknięcia. Pęknięcie to ma miejsce najczęściej na
zaokrąglonej krawędzi, gdzie grubość ścianki jest najmniejsza.
Rozpatrując łącznie przebieg tłoczenia kołnierza i dna (co ma miejsce w rzeczywistym
procesie tłoczenia), łatwo zauważa się zależność występowania poszczególnych faz
kształtowania dna i kołnierza od stosunku D/d. Sporządzając wykresy tych sił jako funkcji
stosunku D/d można zanalizować wpływ tego stosunku na przebieg procesu. Upraszczając
analizę wpływu stosunku D/d, przyjąć należy średnicę d jako stałą, a zmieniać tylko średnicę
pl zr
D. Przy takim założeniu siła Fd i Fd zrywająca dno nie zależy od stosunku D/d. Natomiast
pl max
obie siły związane z procesem kształtowania kołnierza, a więc Fk i Fk są tym większe, im
większe są średnice D krążka, przy stałej średnicy d.
168
Posługując się omawianym wykresem można wyodrębnić kilka różnych przebiegów
kształtowania wytłoczki, z których każdy zachodzi w innym zakresie stosunku D/d,
wyznaczonym przez punkty przecięcia A, B, C, D odpowiednich linii wykresu (rys. 13.2).
Siła tłoczenia osiąga największą wartość przy przesunięciu stempla odpowiadającemu około
0,3 0,5 wysokości gotowej wytłoczki. W tym właśnie momencie występuje
niebezpieczeństwo obwodowego pęknięcia wytłoczki. Aby do niego nie dopuścić, proces
max
musi być prowadzony w ten sposób, żeby siła Fk była mniejsza od siły zrywającej
zr
wytłoczkę Fd .
W czasie tłoczenia musi być więc spełniony warunek
max zr
Fk )#Fd (13.3)
Z wykresu (rys. 13.2) widać, że warunek ten jest spełniony wówczas, gdy stosunek
D
# ś#
średnicy D/d użytego krążka jest mniejszy od odciętej punktu B lezącego na przecięciu
ś# ź#
# #
d
gr
max zr
się linii Fk i Fd .
Rys. 13.2. Różne przebiegi kształtowania wytłoczki w zależności od stosunku D/d
169
Stosunek D/d dla wytłoczki spełnia warunek
D D
)## ś# (13.4)
ś# ź#
# #
d d
gr
lub
d d
= m1*## ś# (13.5)
ś# ź#
# #
D D
gr
Graniczna wartość współczynnika wytłaczania to minimalna wartość stosunku d/D, przy
którym w trakcie tłoczenia uzyskuje się miseczkę.
W celu zmniejszenia niebezpieczeństwa pęknięcia wytłoczki (obniżenie wartości
współczynnika m1), należy tak przeprowadzić proces wytłaczania, aby maksymalna siła
max zr
ciągnienia kołnierza Fk była jak najmniejsza, zaś siła zrywająca dno Fd możliwie duża.
Można to osiągnąć przez:
a) zaokrąglenie krawędzi pierścienia ciągowego możliwie dużym promieniem
rm=(510)g, w celu zmniejszenia dodatkowego zaginania blachy na tej krawędzi,
b) staranne wypolerowanie powierzchni roboczych pierścienia ciągowego i dociskacza, po
których ślizga się kształtowana blacha oraz dobre smarowanie powierzchni tnących,
c) wykonanie możliwie dużych promieni zaokrąglenia krawędzi stempla rs=(46)g.
Graniczne wartości współczynnika m1 zależą stosunkowo nieznacznie od rodzaju
kształtowanego materiału, określane są doświadczalnie i podane w podręcznikach
poświęconych tłocznictwu.
max
Jak wynika z poprzednich rozważań, maksymalna siła wytłaczania Fk jest równa sile
d
# ś#
zrywającej Fzr wówczas, gdy współczynnik m1 = .
ś# ź#
D
# #
gr
Ponieważ w pierwszym przybliżeniu siła zrywająca wytłoczkę wynosi
Fzr H" Ą " d " g " R (13.6)
m
więc dla tego przypadku
max
Fk H" Ą " d " g " R (13.7)
m
gdzie: d - średnica wytłoczki (liczona po środku grubości ścianek),
g - początkowa grubość blachy,
Rm - wytrzymałość na rozciąganie kształtowanej blachy.
d
max
Gdy współczynnik m1*## ś# , wtedy siła Fk jest mniejsza od Fzr, przy czym stosunek
ś# ź#
D
# #
gr
tych dwu sił oznaczymy przez k. Uwzględniając wartości współczynnika k podane w tablicy
13.1, maksymalną siłę wytłaczania można wyznaczyć ze wzoru:
max
Fk = k " Ą " d " g " R (13.8)
m
170
Tablica 13.1
Wartości współczynnika k
d
0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8
m1 =
D
k 1 0,86 0,72 0,6 0,5 0,4
13.3. Pomoce i urządzenia
" tłocznik,
" próbki (w postaci krążków) o różnej średnicy D0,
" suwmiarka,
" maszyna wytrzymałościowa.
13.4. Przebieg ćwiczenia
W celu przeprowadzenia ćwiczenia należy:
" zapoznać się z budową tłocznika,
" zmierzyć średnicę próbek do tłoczenia D,
" zmierzyć średnicę otworu roboczego matrycy d,
" założyć próbkę na tłocznik,
" przygotować tłocznik do pracy,
" przeprowadzić operację tłoczenia wyznaczając zależność F=f(h),
" zdemontować tłocznik,
" zmierzyć wysokość wytłoczki i jej średnicę,
" - przeprowadzić takie same czynności dla wszystkich próbek (krążków).
13.5. Sprawozdanie
Sprawozdanie winno zawierać:
" wielkości maksymalnych sił tłocznika dla poszczególnych stosunków D0/d wytłoczki,
" wyznaczenie granicznej wartości współczynnika wytłaczania m1=d/D.
Literatura
[23,24,29,31,32,33,34,37,38,39,40]
171
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
UAS 13 zaoer4p2 5 13Budownictwo Ogolne II zaoczne wyklad 13 ppozch04 (13)model ekonometryczny zatrudnienie (13 stron)Logistyka (13 stron)Stereochemia 13kol zal sem2 EiT 13 2014EZNiOS Log 13 w7 zasobyPsychologia spoĹ‚eczna WYKĹAD 13więcej podobnych podstron