wykrawanie i tłocznictwo

1
IBM
INSTYTUT BUDOWY MASZYN
LABORATORIUM (z przedmiotu) TECHNIKI WYTWARZANIA
Wykrawanie i tłocznictwo
Temat ćwiczenia:
Kucie i wyciskanie
1. Cel i zakres ćwiczenia:
- poznanie procesów wykrawania i tłoczenia;
- metoda wykonania miseczek na podstawie rysunku przedmiotu oraz założeń
technologicznych;
- zaprojektowanie procesu wytwarzania części kołowo symetrycznej bez kołnierza.
2. Wstęp teoretyczny
Tłoczenie, obróbka plastyczna na zimno lub na gorąco, obejmująca procesy cięcia
i kształtowania blach i taśm metalowych oraz niemetalowych folii i płyt. Wymagany
kształt w procesie tłoczenia uzyskuje się przez cięcie, tj. oddzielenie zbędnych części
od reszty materiału wyjściowego (do cięcia zalicza się odcinanie, wycinanie,
dziurkowanie, przecinanie, okrawanie, nacinanie i rozcinanie) lub plastyczne
kształtowanie materiału wyjściowego bez naruszenia jego spójności (np. przez:
2
wyginanie, zawijanie, skręcanie, profilowanie, wygniatanie, przetłaczanie, obciąganie,
wywijanie, obciskanie). Tłoczenie przeprowadza się najczęściej na prasach.
Tłocznik to przyrząd do tłoczenia na prasie. Tłocznik składa się z głowicy
z osadzonym w niej stemplem, zamocowanej na suwaku prasy, oraz podstawy
z matrycą, zamocowanej na stole. W zależności od rodzaju wykonywanych operacji
tłoczniki dzielą się m.in. na: wykrojniki, wyginaki, zawijaki, zaginaki, wytłaczaki,
ciągowniki.
3. Wyposażenie stanowiska
Tabela 1
Metoda
Urządzenia, narzędzia, materiały, przyrządy
Wykrawanie
Taśma aluminiowa A1 – szerokość ok. 50 mm
Wykrojniki
Prasa
Mikroskop
Tłoczenie
Suwmiarka AUB – 140
Krążki z blachy d=45mm
Komplet tłoczników
4. Przebieg ćwiczenia
4.1. Wykrawanie
a) budowa przyrządu do wykrawania – wykrojnika – rys.1.
L – luz, tzn. różnica wymiarów pomiędzy otworem w płycie tnącej a średnicą stempla.
3
L
Rys. 1. Wykrojnik
1. Głowica
2. Płyta głowicowa
3. Przekładka
4. Płyta stemplowa
5. Stempel
6. Płyta prowadząca
7. Przekładka
8. Płyta tnąca (matryca)
9. Płyta podstawy
4
b) obliczenia parametrów procesu wykrawania
D := 45 ⋅ mm
średnica krążka:
współczynnik uwzględniający wzrost siły cięcia
spowodowany zużyciem, tarciem itp.:
k := 1.2
długość linii cięcia:
l := π ⋅ D
grubość materiału (blachy):
gb := 1.5 ⋅ mm
wytrzymałość na ścinanie:
l = 0.141 m
6
R t := 120 ⋅ 10 ⋅ Pa
P tmax := k ⋅ l ⋅ gb ⋅ R t
4
P tmax = 3.054 × 10 N
Wartość luzu:
średnica otworu płyty tnącej:
d p := 45.16 ⋅ mm
d s := 45 ⋅ mm
średnica stempla:
L l := d p − d s
L l = 0.16 mm
średnia grubość zadzioru:
rozmiar zadziorów (z blachą) wykrojonego krążka (3 pomiary):
P 1 := 1.52 ⋅ mm
gsr :=
P 2 := 1.53 ⋅ mm
P1 + P2 + P3
− gb
3
P 3 := 1.51 ⋅ mm
gsr = 0.02 mm
5
c) szkic widoku powierzchni przecięcia krążka
1
2
3
4
Rys. 2. Strefy charakterystyczne będące wynikiem wykrawania.
1. Zadzior
2. Strefa pęknięcia
3. Strefa błyszcząca
4. Strefa zaokrąglenia
d) obliczenie położenia środka działania siły wykrawania (element z rys. 3)
y
L6
l5
l4
l2
L7
l3
Rys. 3. Element do wykrojenia
L8
l1
L9
L10
x
6
Tabela 2. Zestawienie długości odcinków oraz wartości współrzędnych.
Współrzędne środków
Współrzędne środków
ciężkości względem osi x
ciężkości względem osi y
(mm)
(mm)
l1=10
x1=0
y1=5
l2=25
x2=12,5
y2=10
l3=8
x3=25
y3=14
l4=35
x4=13
y4=27
l5=10
x5=0
y 2=41
l6=80
x6=40
y6=46
l7=50
x7=72
y7=27
l8=15
x8=73
y8=10
l9=10
x9=80
y9=5
l10=80
x10=40
y10=0
Długości odcinków (mm)
x0 :=
10 ⋅ 0 + 25 ⋅ 12.5 + 8 ⋅ 25 + 35 ⋅ 13 + 10 ⋅ 0 + 80 ⋅ 40 + 50 ⋅ 72 + 15 ⋅ 73 + 10 ⋅ 80 + 80 ⋅ 40
10 + 25 + 8 + 35 + 10 + 80 + 50 + 15 + 10 + 80
⋅ mm
x0 = 39.822mm
y0 :=
10 ⋅ 5 + 25 ⋅ 10 + 8 ⋅ 14 + 35 ⋅ 27 + 10 ⋅ 41 + 80 ⋅ 46 + 50 ⋅ 27 + 15 ⋅ 10 + 10 ⋅ 5 + 80 ⋅ 0
10 + 25 + 8 + 35 + 10 + 80 + 50 + 15 + 10 + 80
y0 = 21.663mm
⋅ mm
7
4.2. Tłoczenie
a) budowa urządzenia do wykrawania –rys. 4.
1
2
3
4
1. Stempel
2. Tuleja prowadząca
3. Docisk
4. Matryca
Rys. 4. Tłocznik
b) przebieg doświadczenia
zapoznanie się z budową zastosowanych w ćwiczeniu tłoczników,
obserwacja przebiegu operacji wytłaczania i przetłaczania krążka,
pomiar siły wytłaczania i przetłaczania krążka,
8
pomiar wysokości, grubości i średnicy powstałej miseczki w poszczególnych etapach
kształtowania,
Dokładne dane zawarte są w tabeli 3.
Tabela 3. Zestawienie wyników badań i obserwacji.
Etap
Operacja
Siła (kN)
Wysokość h
Średnica d
Grubość g
(mm)
(mm)
(mm)
1,5
1
Wytłaczanie
10,67
8,5
38
2
Przetłaczanie
9,76
17
29
3
Przetłaczanie
6,46
24,5
24
4
Przetłaczanie
4,83
32
20
1,2
c) obliczenia parametrów procesu ciągnienia
średnica krążka:
D := 45 ⋅ mm
2
powierzchnia wytłoczki: Fw :=
π ⋅D
4
Fw = 1.59 × 10
powierzchnia wytłoczki (z
naddatkiem na okrawanie):
naddatek na okrawanie
(dane - etap 4 - tab. 3):
h := 32 ⋅ mm
a :=
Do := 1.13 ⋅ Fw + a
h
d
d := 20
a = 1.6 mm
Do = 46.665 mm
przybliżona wartość siły wytłaczania:
−3 2
m
9
4
w
powierzchnia wytłoczki (z naddatkiem na okrawanie) :
naddatek na okrawanie
(dane - etap 4 - tab. 3):
h := 32 ⋅ mm
a :=
Do := 1.13 ⋅ F w + a
h
d := 20
a = 1.6 mm
d
D o = 46.665 mm
przybliżona wartość siły wytłaczania - etap I:
6
Rm := 160 ⋅ 10 ⋅ Pa
wytrzymałość na rozciąganie:
współczynnik zależny od grubości krążka
i współczynnika wytłaczania:
k := 0.35
średnica wytłoczki (dane - etap 1 - tab. 3):
d w := 38 ⋅ mm
grubość materiału (blachy):
gb := 1.5 ⋅ mm
P := k ⋅ π ⋅ d w ⋅ gb ⋅ Rm
4
P = 1.003 × 10 N
przybliżona wartość siły przetłaczania - etap II :
współczynnik zależny od grubości krążka
i współczynnika wytłaczania:
k p1 := 0.42
średnica przetłoczki (dane - etap 2 - tab. 3):
d p1 := 29 ⋅ mm
P := k p1 ⋅ π ⋅ d p1 ⋅ gb ⋅ Rm
3
P = 9.184 × 10 N
10
przybliżona wartość siły przetłaczania - etap III :
współczynnik zależny od grubości krążka
i współczynnika wytłaczania:
k p2 := 0.32
średnica przetłoczki (dane - etap 3 - tab. 3):
d p2 := 24 ⋅ mm
P := k p2 ⋅ π ⋅ d p2 ⋅ gb ⋅ R m
3
P = 5.791 × 10 N
przybliżona wartość siły przetłaczania - etap IV :
współczynnik zależny od grubości krążka
i współczynnika wytłaczania:
k p3 := 0.32
średnica przetłoczki (dane - etap 3 - tab. 3):
d p3 := 20 ⋅ mm
grubość blachy:
P := k p3 ⋅ π ⋅ d p3 ⋅ gb3 ⋅ R m
gb3 := 1.2 ⋅ mm
3
P = 3.86 × 10 N
11
d) zestawienie operacji oraz porównanie wyników
Tabela 4
Kształt elementu
D, d
g
h
(orientacyjny)
(mm)
(mm)
(mm)
Operacja
Siła
Siła
rzeczywista
obliczona
kN
(kN)
g
45
D
1,5
Wykrawanie
30
h
38
8,5
Wytłaczanie
10,67
10
29
17
Pierwsze
9,76
9,18
6,46
5,8
4,83
3,8
d
przetłaczanie
24
24,5
Drugie
przetłaczanie
20
1,2
32
Trzecie
przetłaczanie
12
5. Wnioski
w przypadku zbyt dużej siły potrzebnej do wycięcia wykroju należy
zastosować wykrojnik ze ukosowanym stemplem lub płytą tnącą,
podatność blach do tłoczenia zależna jest od czynników:
a) materiałowych takich jak skład chemiczny materiału, jego
struktura i tekstura krystalograficzna oraz chropowatość
powierzchni,
b) technologicznych, takich jak przebieg samego procesu
tłoczenia, stan narzędzi, rodzaj stosowanych smarów,
w przypadku przetłaczania bez zmniejszania grubości ścianek luzy między
matrycą a stemplem powinny być większe niż grubość materiału,
zbyt duży luz powoduje fałdowanie się materiału,
ze względu na wysoki koszt wykrojników należy często kontrolować stan ich
zużycia poprzez określenie wielkości oraz rodzaju zadziorów na wykrawanych
elementach.
6. Literatura
1. „Obróbka plastyczna – laboratorium” – A. Mazurkiewicz, L. Kocur,
2. „Technologia maszyn” – S. Okoniewski.