Zjawiska wpływające na tłoczność blach

Zjawiska wpływające na tłoczność blach

109
Ćwiczenie 7
ZJAWISKA WPŁYWAJĄCE NA TŁOCZNOŚĆ BLACH
Celem ćwiczenia jest:
- poznanie zjawisk ograniczających procesy tłoczenia blach,
- doświadczalne wyznaczenie granicznego współczynnika wytłaczania,
- poznanie przyczyn i sposobów zapobiegania fałdowaniu blach,
- praktyczne zapoznanie się z obsługą aparatury do badania tłoczności blach.
6.1. WPROWADZENIE
W procesach ciągnienia, czyli wytłaczania i przetłaczania, wytłoczkę uzyskuje się
poprzez odwzorowanie jej kształtu z blachy za pomocą stempla i matrycy. Zazwyczaj
płaska blacha zostaje przekształconą w wytłoczkę o żądanych wymiarach (rys. 6.1).
Rys.6.1. Przykłady różnych wytłoczek
110
W czasie wytłaczania w odkształconej części walcowej panuje stan jednoosiowego
naprężenia rozciągającego, natomiast w dnie wytłoczki dwuosiowe naprężenie rozciągające. W kołnierzu występują promieniowe naprężenia rozciągające i obwodowe
naprężenia ściskające (rys. 6.2).
σ2
σ1
σ2
σ1
σ2
σ1
Rys.6.2. Schemat typowych stanów naprężenia w wytłoczce
Podczas procesu tłoczenia materiał doznaje odkształceń plastycznych. Odkształcenia te nie mogą osiągnąć dowolnie dużych wartości, bowiem występują wtedy zjawiska ograniczające takie jak: utrata stateczności blachy, pękanie, fałdowanie, zmniejszenie grubości ścianki itp. Zjawiska te zakłócają prawidłowy proces kształtowania
oraz stanowią granice odkształceń, jakim podlegać może materiał i wyznaczają praktyczne możliwości tłoczenia blachy w danym procesie. Wprowadzimy pojęcie tłoczności blachy – jest to jej zdolność do plastycznego kształtowania, która nie powoduje
powstania wad wytłoczek. Jako wadę wytłoczki uznaje się takie odstępstwo od zadanych warunków geometrycznych i wytrzymałościowych, że wytłoczka nie może być
użyta do zadań, do których była pierwotnie zaprojektowana. Na etapie opracowywania
procesu technologicznego wytłoczki bardzo ważnym zagadnieniem jest określenie
tłoczności blachy. Na tej podstawie można określić pewność operacji tłoczenia dla
111
danej wytłoczki, a co za tym idzie wyeliminować możliwość występowania braków.
Tłoczność można określić za pomocą tradycyjnych metod technologicznych takich jak
próba Erichsena, KWI czy Fukui, lub nowoczesnych metod bazujących na koncepcji
krzywych odkształceń/naprężeń granicznych (wyznaczonych doświadczalnie lub teoretycznie).
6.2. ZJAWISKA OGRANICZAJĄCE PROCESY TŁOCZENIA
Podczas procesu tłoczenia mogą wystąpić następujące zjawiska ograniczające plastyczne kształtowanie wytłoczki:
• Lokalizacja odkształceń w postaci bruzdy widocznej na powierzchni blachy, prowadząca do pęknięcia w miejscu przewężenia.
• Pęknięcie materiału, będącego w stanie sprężystym po procesie tłoczenia (na skutek naprężeń własnych).
• Pęknięcie blachy przez ścięcie w warstwie ścinania (bez wcześniejszego powstania
bruzdy).
• Niepożądany przebieg odkształcania, objawiający się fałdowaniem kołnierza i
niepodpartych obszarów wytłoczki oraz powstawaniem uch.
• Szybkie zużycie narzędzi, spowodowane nadmiernym naciskiem wywieranym na
ich powierzchnie robocze (np. pękanie stempli).
• Określone wady powierzchni wytłoczki (rysy, zatarcia itp.).
Każde z wymienionych zjawisk ograniczających może stanowić określone kryterium tłoczności blachy.
6.3. CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA PROCES TŁOCZENIA
Istnieje wiele czynników wpływających w sposób istotny na proces tłoczenia
blach, można je podzielić na dwie grupy:
• czynniki zależne od materiału blachy tłoczonej,
• czynniki zależne od rodzaju narzędzi i przyrządów do tłoczenia.
Ważnymi parametrami materiałowymi materiału blachy tłoczonej są wykładnik
krzywej umocnienia (n) i współczynnik anizotropii normalnej (r). Również tarcie występujące pomiędzy blachą a narzędziami do tłoczenia odgrywa ważną rolę i ma
wpływ na otrzymywanie wytłoczek bez wad. Na rys. 6.3 pokazano schematyczne
główne czynniki wpływające na proces tłoczenia blach [1].
112
Czynniki zależne od rodzaju
narzędzi i przyrządów
Rs
s
Rm
v
Fd
Wstępniak
Wyrób końcowy
PROCES TŁOCZENIA
K
n
r
μ
Czynniki zależne od
materiału blachy tłoczonej
Rys.6.3. Czynniki wpływające na proces tłoczenia blachy
Gdzie:
Rs– promień stempla,
Rm– promień matrycy,
s – luz pomiędzy matrycą i stemplem,
Fd – siła dociskacza,
v – prędkość stempla,
K – współczynnik krzywej umocnienia,
n – współczynnik krzywej umocnienia,
r – anizotropia normalna,
μ – współczynnik tarcia.
Najważniejsze cechy materiału blachy, mające znaczący wpływ na przebieg procesu tłoczenia, to:
1. Wartość naprężenia uplastyczniającego, która ma wpływ na wielkości sił występujących w czasie tłoczenia (naciski na powierzchnie robocze narzędzi),
2. Umocnienie materiału blachy zależne od wielkości odkształcenia plastycznego,
3. Czułość naprężenia uplastyczniającego na prędkość odkształcania,
4. Skłonność do starzenia dyslokacyjnego,
5. Wartość jednostkowej energii odkształcenia sprężystego,
6. Skłonność blachy do plastycznego pękania,
7. Anizotropia normalna blachy,
8. Anizotropia płaska,
113
9. Skłonność do narostów i zatarć,
10. Wskaźnik kierunkowości zanieczyszczeń.
Każda z wymienionych cech materiałowych blachy tłoczonej ma wpływ na przebieg kształtowania wytłoczki i niebezpieczeństwo pojawienia się niepożądanych zjawisk, prowadzących w ostateczności do powstania określonych wad wytłoczek.
Wpływ każdej z wymienionych cech materiałowych blachy na występowanie zjawisk
ograniczających nie jest prosty ani jednoznaczny do określenia, zależy to bowiem od
rodzaju zjawiska, które w danym procesie tłoczenia powoduje powstawanie określonych wad.
6.4. WYKRESY ODKSZTAŁCEŃ GRANICZNYCH
Tłoczność blach jest złożonym zagadnieniem, które może być definiowane poprzez
różne kryteria. Najczęściej praktycznie stosowanym takim kryterium są wykresy odkształceń granicznych (WOG). Mogą one być wyznaczane doświadczalnie lub teoretycznie. Miarą odkształceń granicznych w wytłoczce jest pojawienie się lokalizacji
odkształcenia w postaci bruzdy, poprzedzające najczęściej bezpośrednio sam moment
pękania. Moment pojawienia się lokalizacji odkształcenia określa się mianem utraty
statyczności.
Graniczne odkształcenie blachy z uwagi na omówione zjawiska ograniczające zależy od stosunku odkształceń głównych ε2/ε1. Można je przedstawić na wykresie odkształceń granicznych, sporządzonym we współrzędnych ε1-ε2 (rys. 6.4) [2].
Rozciąganie
Ciągnienie
Możliwość
fałdowania
Rys. 6.4. Wykres odkształceń granicznych [2]
114
Graniczne odkształcenie blachy w obszarach leżących poza bruzdą przedstawia linia ABCDEF. Jak wynika z tego wykresu, najmniejsza wartość odkształcenia granicznego występuje w warunkach zbliżonych do odkształcenia płaskiego (ε1=0), co odpowiada punktowi C na tym wykresie. Rzędna punktu C wynosi w przybliżeniu:
ε2c=εgr ~ n-ε0. Gdzie n jest wykładnikiem umocnienia, a ε0-odkształceniem wstępnym.
Graniczne odkształcenie blachy poza warstwą ścinania reprezentuje krzywa S-S. Biorąc pod uwagę obie wymienione formy lokalizacji odkształceń, zakres odkształceń
dopuszczalnych jest ograniczony linią SBCDEF. Nosi ona nazwę krzywej odkształceń
granicznych. Odnosi się do odkształcenia proporcjonalnego (gdy ε2/ε1= const). Zakres
odkształceń zagrożonych powstawaniem fałdowania zaznaczono na wykresie. W zakresie tym należy, zatem stosować środki zabezpieczające przed fałdowaniem (np.
dociskacz).
Znajomość wykresu odkształceń granicznych dla określonego gatunku blachy pozwala ocenić niebezpieczeństwo powstania bruzdy, ścięcia lub fałdowania. W tym
celu należy na wykres nanieść punkty reprezentujące stany odkształcenia różnych
obszarów wytłoczki. W fazie projektowania procesów tłoczenia nie znamy wartości
tych odkształceń, bo nie możemy ich zmierzyć doświadczalnie. Możemy je jednak
wyznaczyć za pomocą obliczeń komputerowych. W miejscach, gdzie pole tych odkształceń wykracza poza krzywą odkształceń granicznych możemy oczekiwać wystąpienia określonej wady wytłoczki, a więc pęknięcia w bruździe, ścięcia lub fałdowania. Aby zachować pewien zapas bezpieczeństwa granica obszaru odkształceń w żadnym miejscu nie powinna się nadmiernie zbliżać do krzywej odkształceń granicznych.
Za pomocą WOG można przewidzieć, jakie wartości przyjmą odkształcenia ε1, ε2
w wytłoczce i wówczas położenie danego punktu o współrzędnych (ε1, ε2) względem
tego wykresu wskaże, czy wytłoczkę można wykonać czy też nie. Takie porównanie
odkształceń zmierzonych w wykonanej wytłoczce lub też określonych teoretycznie
z WOG umożliwia określenie stopnia wytężenia materiału wytłoczki, tj. uzyskuje się
dane o pewności operacji tłoczenia.
Przykład wykorzystania WOG do komputerowego wspomagania projektowania
procesów tłoczenia pokazano na rys. 6.5 [3]. Do wyznaczania odkształceń głównych
w projektowanej wytłoczce wykorzystywana jest metoda elementów skończonych
(MES). Do poprawnego działania tej metody potrzebne są odpowiednie dane materiałowe dotyczące tłoczonej blachy oraz geometryczne warunki brzegowe wynikające
z przyjętego sposobu tłoczenia.
Zastosowanie MES uzupełnionej kryterium tłoczności w postaci WOG (rys.6.5)
pozwala, w razie wykrycia groźby przekroczenia odkształceń granicznych, na zmianę
warunków procesu, rodzaju materiału lub modyfikację kształtu wytłoczki. Możliwe
jest też, dla danej geometrii narzędzi, określenie maksymalnej głębokości wytłoczki.
Po takich modyfikacjach przeprowadza się ponownie (wielokrotnie) analizę procesu,
aż do momentu uzyskania poprawnego rozwiązania problemu.
Takie komputerowe wspomaganie projektowania procesów tłoczenia stosuje się do
115
wytłoczek o skomplikowanych kształtach, dla których tradycyjne metody projektowania nie zdają egzaminu. Często taki sposób projektowania stosowany jest w przemyśle
samochodowym, gdzie komputerowe wspomaganie służy do takich zagadnień jak:
optymalizacja liczby operacji tłoczenia, optymalizacja kształtu wstępniaka, dobór
progów ciągowych czy zapobieganie fałdowaniu blachy.
START
ANALIZA
ROZKŁADU
ODKSZTAŁCEŃ
DANE MATERIAŁOWE
GEOMETRYCZNE WARUNKI
BRZEGOWE
DANE:
- OBSZAR BEZPIECZNY
- MARGINES
BEZPIECZEŃSTWA
ANALIZA ELEMENTÓW
SKOŃCZONYCH (1 EL.)
ROZKŁAD ODKSZTAŁCEŃ
I NAPRĘŻEŃ
WYKRESY ODKSZTAŁCEŃ
GRANICZNYCH
ZMIANA MATERIAŁU,
PROJEKTU, WARUNKÓW
BRZEGOWYCH itd..
NIE
NIE
ε <ε n
ε<εm
TAK
TAK
NANOSZENIE ROZKŁADU
ODNANOSZENIE
ROZKŁADU
NAPRĘŻEŃ
NANAWYKRES
KSZTAŁCEŃ
WOG
ANALIZA ELEMENTÓW
SKOŃCZONYCH (PEŁNA)
NIE
AKCEPTACJA
GRADIENTU
ODKSZTAŁCEŃ
TAK
KONIEC
WEJŚCIE
ANALIZA
WYJŚCIE
DECYZJA
Rys. 6.5. Schemat wspomagania projektowania z zastosowaniem WOG [3]
Dla prostych kształtów wytłoczek wystarczy projektowanie procesu tłoczenia
w oparciu o doświadczalnie wyznaczone graniczne współczynniki wytłaczania lub
116
przetłaczania. Można je wyznaczyć doświadczalnie albo skorzystać z danych zawartych w poradnikach dotyczących projektowania procesów tłoczenia blach.
6.5. GRANICZNY WSPÓŁCZYNNIK TŁOCZENIA
Aby poprawnie przeprowadzić proces wytłaczania konieczne jest, aby ścianka powstającej wytłoczki mogła w każdej chwili przenieść niezbędne obciążenia. Związane
jest to bezpośrednio ze stopniem odkształcenia, który wyraża się umownie za pomocą
tzw. współczynnika wytłaczania m1:
m1 =
d1
D0
(1)
który jest stosunkiem średniej średnicy wytłoczki d1 do średnicy krążka wyjściowego
D0. Stopień odkształcenia można określić również poprzez stopień wytłaczania K,
który jest odwrotnością współczynnika wytłaczania:
K=
D0
1
=
d1 m1
(2)
Jeżeli współczynnik m1 obliczony ze wzoru (1) jest większy od pewnej wartości
granicznej mgr :
(3)
m1 obl > mgr
to proces przebiega prawidłowo bez powstawania wady wytłoczki. W przeciwnym
razie zachodzi silne pocienienie ścianki i pęknięcie materiału w przekroju niebezpiecznym (w pobliżu miejsca przejścia części walcowej stempla w promień). Położenie tego miejsca zależy głównie od warunków tarcia panujących pomiędzy stemplem
a blachą. Wartość granicznego współczynnika wytłaczania (mgr) zależy od rodzaju
materiału, względnej grubości blachy g0/D0, względnych promieni zaokrągleń rs/g0 i
rm/g0 oraz tarcia na stemplu, dociskaczu i matrycy. Zalecane wartości współczynnika
m1, zapewniające prawidłowy przebieg procesu wytłaczania, podano w tabeli. 6.1
(stali głębokotłocznej) [1].
Tabela 6.1 Wartości współczynników wytłaczania dla stali głębokotłocznej
g0/D0·100 [%]
m1
2-1,5
1,5-1,0
1,0-0,6
0,6-0, 3
0,3-0,15
0,15-0,08
0,48-0,50 0,50-0,53 0,53-0,55 0,55-0,58 0,58-0,60 0,60-0,63
Mniejsze wartości m1 należy stosować przy względnych promieniach zaokrągleń
(rs/g0, rm/g0 = 8 do 15), większe - gdy rs/g0, rm/g0 = 4 do 8. Wartość współczynnika
wytłaczania zależy od wielu czynników, które zostały wcześniej omówione i przedstawione na rysunku 6.1.
Dla procesów przetłaczania mających na celu uzyskanie naczyń o większej wysokości w stosunku do średnicy niż można to uzyskać w operacji wytłaczania, można
117
analogicznie określić współczynniki przetłaczania:
m2 =
d2
d
d
; m3 = 3 ;...mn = n
D1
D2
Dn −1
(4)
gdzie Dn i dn to odpowiednio średnica początkowa i końcowa przetłoczki w n-tej operacji przetłaczania. Analogicznie do wytłaczania określamy również stopień przetłaczania K. Wytłaczanie połączone z przetłaczaniem nosi nazwę ciągnienia wytłoczek.
Zalecane wartości współczynników przetłaczania mn dla blachy głębokotłocznej podano w tabeli. 6.2 [1].
Tabela 6.2 Wartości współczynników przetłaczania dla stali głębokotłocznej
g0/D0·100 [%]
m2
m3
m4
m5
2,0-1,5
0,73-0,75
0,76-0,78
0,78-0,80
0,80-0,82
1,5-1,0
0,75-0,76
0,78-0,79
0,80-0,81
0,82-0,84
1,0-0,6
0,76-0,78
0,79-0,80
0,81-0,82
0,84-0,85
0,6-0, 3
0,78-0,79
0,81-0,82
0,80-0,83
0,85-0,86
0,3-0,15
0,79-0,80
0,81-0,82
0,83-0,85
0,86-0,87
0.15-0.08
0,80-0,82
0,80-0,84
0,85-0,86
0,87-0,88
Analizując tabele 6.1 i 6.2, widzimy, że kolejne wartości współczynników wytłaczania i przetłaczania są coraz większe, co oznacza, że odkształcenia możliwe do
uzyskania zmniejszają się. Jest to wynikiem pogorszenia własności plastycznych
materiału odkształcanego na zimno. Dla niektórych materiałów przy większej liczbie
operacji konieczne staje się wyżarzanie międzyoperacyjne, które powoduje rekrystalizację i przywrócenie własności plastycznych. Współczynniki wytłaczania i przetłaczania wyznaczane doświadczalnie podawane są najczęściej dla wytłoczek: bez kołnierza i z kołnierzem, ciągnionych z taśmy, ciągnionych z dociskaczem i bez dociskacza, dla różnych prostych kształtów geometrycznych.
6.6. FAŁDOWANIE WYTŁOCZEK
Innym z poważnych problemów, mogącym się pojawić się w trakcie tłoczenia, jest
fałdowanie się blachy (przykład fałdowania kołnierza wytłoczki pokazano na rys. 6.6).
stempel
blacha
matryca
Rys. 6.6. Fałdowanie kołnierza wytłoczki
118
Powstające naprężenia obwodowe (ściskające) w kołnierzu wytłoczki mogą stać
się przyczyną utraty stateczności blachy (pofałdowania kołnierza wytłoczki pokazanego na rys. 6.6).
Zjawisko to występuje często przy małej grubości względnej blachy. W przybliżeniu można przyjąć, że utrata stateczności wystąpi, gdy:
g0
⋅ 100 ≤ 4,5(1 − m1 )
D0
(5)
Dla małego stopnia odkształcenia i stosunkowo dużej grubości materiału wystąpienie fałd jest utrudnione wskutek dużej stateczności kołnierza. Fałdowanie blachy dotyczyć może także innych części wytłoczki, w tym powierzchni które nie mają bezpośredniego kontaktu z narzędziami.
Aby zapobiegać fałdowaniu się płaskiego kołnierza stosuje się docisk blachy do
powierzchni matrycy za pomocą dociskacza (rys. 6.7).
D0
stempel
dociskacz
g0
rs
Ds
matryca
Dm
s
rm
Rys. 6.7. Schemat tłoczenia z dociskaczem
Stasowanie lub barak dociskacza zależy głównie od stosunku grubości materiału
g do średnicy wyjściowej D0. Dociskacz stosuje się gdy g/ D0·100 < 1,5 natomiast dla
g/ D0·100 > 2 dociskacza nie stosujemy. Przypadku gdy 1,5 < g/ D0·100 < 2 o decyzji
stosowania dociskacza decyduje przede wszystkim stopień odkształcenia materiału
i jego rodzaj. Skłonność do fałdowania występuje tym łatwiej, im mniejszy jest stopień odkształcenia (płytsza wytłoczka) oraz im bardziej miękki jest materiał blachy.
Siłę dociskacza, potrzebną do zapobieżenia fałdowaniu, możemy obliczyć ze wzoru
• dla operacji wytłaczania [1]
119
Fd =
[D
4
π
2
0
]
− ( Dm + 2rm ) 2 p
• dla operacji przetłaczania
Fdn =
[D
4
π
2
n −1
(5)
]
− ( D1 + 2 g ) 2 (1 + μctgα ) p
gdzie:
Dm – średnica otworu matrycy, rm – promień zaokrąglenia krawędzi matrycy, p – nacisk jednostkowy, zależny od rodzaju i grubości materiału, Dn-1 – średnica wytłoczki
dla n-1 operacji przetłaczania, μ – współczynnik tarcia (μ od wartości 0,1 do 0,15), α –
kąt pochylenia tworzącej stożka pierścienia ciągowego.
Wartości nacisków jednostkowych zestawiono w tabeli 6.3.
Tabela 6.3 Wartości nacisków jednostkowych dla dociskaczy
Materiał
Nacisk jednostkowy p w MPa
Stal miękka g ≤ 1 mm
2,5-3,0
Stal miękka g > 1 mm
1,5-2,5
Mosiądz
1,5-2,0
Miedź
1,0-1,5
Aluminium
0,7-1,2
Najlepszą metodą określenia wielkości siły dociskacza jest jednak sposób doświadczalny.
Zapobieganie fałdowaniu blachy dla dużych wytłoczek stosowanych na nadwozia
samochodowe oraz płytkich wytłoczek stożkowych i półkulistych, polega na zastosowaniu tzw. progów ciągowych (rys.6.8) w miejscach nieodpartych przez narzędzia.
dociskacz
próg ciągowy
stempel
Rys. 6.8. Schemat progu ciągowego
120
Powoduje to zwiększenie promieniowych naprężeń rozciągających i zmniejszenie
ściskających naprężeń obwodowych. Liczba i rozmieszczenie progów ciągowych zależy od kształtu zarysu, ukształtowania powierzchni i głębokości ciągnienia. Umieszcza się je w miejscach podlegających mniejszemu odkształceniu, w których wymagane jest hamowanie przemieszczenia materiału i wzrost naprężeń rozciągających. Duże
siły docisku i progi zwiększają jednak naprężenia rozciągające i ryzyko pękania blachy.
6.7. WYZNACZANIE GRANICZNEGO WSPÓŁCZYNNIKA WYTŁACZANIA ORAZ
OPTYMALNEJ SIŁY DOCISKACZA
Graniczny współczynnik wytłaczania wyznacza się za pomocą wytłaczania osiowosymetrycznych wytłoczek z krążków o różnej średnicy (tzw. próby miseczkowania). Chcąc wyznaczyć ten współczynnik należy określić wartość siły dociskacza jaką
będziemy stosować. Aby ją wyznaczyć przeprowadzamy kilka prób wytłaczania
zwiększajc za każdym razem siłę dociskacza. Oceniamy zawsze wygląd wytłoczki
i ustalamy optymalną wartość siły docisku, dla której nie następuje widoczne fałdowanie pionowych ścianek. Tak wyznaczoną siłę dociskacza porównujemy z siłą obliczoną ze wzoru (5).
Graniczny współczynnik wytłaczania można wyznaczyć metodą doświadczalną za
pomocą metody graficznej. Metoda ta pokazana jest na rys. 6.9. Stosując tą metodę
wykonujemy minimum trzy wytłoczenia, dla stałej średnicy stempla i wzrastającej
średnicy krążka wyjściowego. Pierwsze dwie operacje wytłaczania przeprowadzamy
tak dobierając średnice wyjściowe, aby nie nastąpiło oderwanie dna wytłoczki. Pozwala to nam na wyznaczenie maksymalnej siły wytłaczania. Natomiast trzecią operację wykonujemy dla tak dużej średnicy krążka aby nastąpiło oderwanie dna wytłoczki.
W ten sposób wyznaczamy siłę zrywającą Fzr. W następnym etapie bazuje się na założeniu, że maksymalne siły wytłaczania odniesione do logarytmów z odpowiednich
średnic krążków wyjściowych leżą na jednej prostej. Do narysowania tej prostej potrzebne są dwie pierwsze operacje wytłaczania.
Fzr
F2
F1
D1
D2
Dgr D3
logD
Rys. 6.9. Metoda graficznego wyznaczania granicznego współczynnika wytłaczania mgr
121
Graniczną średnicę krążka wyjściowego Dgr znajdujemy jako punkt przecięcia naszej prostej z linią poziomą odpowiadającą sile zrywającej dno wytłoczki. Graniczny
współczynnik wytłaczania obliczamy (na podstawie wzoru (1)) znając wartość Dgr
i średnią średnicę naszej wytłoczki. Chcąc zwiększyć dokładność granicznego współczynnika wytłaczania należy zwiększyć liczbę wstępniaków, a dla każdej średnicy
wykonać po trzy próby wytłaczania.
W czasie procedury wyznaczania graniczny współczynnika wytłaczania należy stosować blachę o tej samej grubości i wykonaną z tego samego materiału.
6.8. CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA
Cel:
Zapoznanie się ze zjawiskami ograniczającymi procesy tłoczenia blach oraz doświadczalne wyznaczenie granicznego współczynnika wytłaczania. Poznanie przyczyn
i sposobów zapobiegania fałdowaniu blach. Praktyczne zapoznanie się z obsługą aparatury do badania tłoczności blach.
Przebieg ćwiczenia:
W części doświadczalnej w pierwszej kolejności wyznaczony zostanie graniczny
współczynnik wytłaczania, korzystając z metody graficznej wcześniej już przedstawionej.
W celu zrealizowania części doświadczalnej ćwiczenia należy:
1. Przeprowadzić wykrawanie krążków o wcześniej ustalonych różnych średnicach.
2. Wykonać pomiar średnicy wstępniaka do tłoczenia z dokładnością 0,1 mm oraz
grubości blachy z dokładnością 0,01 mm.
3. Obliczyć dla każdego krążka stosunek g/D0·100 i stwierdzić czy należy stosować
dociskacz, czy też nie.
4. Wyznaczyć doświadczalnie potrzebną siłę dociskacza jaką należy zastosować.
Przeprowadzić w tym celu kilka prób wytłaczania, zwiększając za każdym razem
siłę dociskacza. Ocenić wygląd wytłoczek i ustalić optymalną wartość siły docisku
dla której nie następuje widoczne fałdowanie pionowych ścianek.
5. Obliczyć wielkość siły docisku Fd według wzoru (5) i porównać ją z siłą wyznaczoną doświadczalnie.
6. Zapoznać się z przykładami wytłoczek samochodowych posiadających progi ciągowe.
7. Założyć odpowiednią matrycę do głowicy urządzenia i posmarować ją smarem
grafitowym lub zastosować przekładkę z folii polietylenowej.
8. Próbkę założyć w urządzeniu i przeprowadzić wytłaczanie według wcześniejszego
opisu sposobu wyznaczania granicznego współczynnika wytłaczania.
9. Zanotować maksymalne siły wytłaczania Fmax i siły zrywające denko Fzr.
122
10. Na podstawie otrzymanych wyników wyznaczyć wykreślnie graniczny współczynnik wytłaczania mgr dla różnych grubości materiału.
11. Zbudować wykreślną zależność granicznych współczynników wytłaczania od
grubości blachy.
W ostatniej części ćwiczenia przeprowadzić proces głębokiego tłoczenia wybranego kształtu wytłoczki za pomocą prasy hydraulicznej firmy VEB, według wcześniejszego opisu.
Praktyczne przeprowadzenie ćwiczenia:
W części praktycznej ćwiczenia przeprowadzone zostanie wytłaczanie naczyń cylindrycznych na uniwersalnym urządzeniu hydraulicznym firmy Erichsen, widok którego pokazano na rys. 6.10. Natomiast wygląd głowicy urządzenia przedstawiono na
rys. 6.11. W celu otrzymania naczynia cylindrycznego za pomocą tego urządzenia
należy:
• włączyć urządzenie do sieci elektrycznej,
• ustawić dźwignię 1 i 13 w pozycji „wykrawanie”,
• włożyć blachę do część urządzenia służącego do wykrawania krążków blachy
10,
• zamocować blachę za pomocą pokrętła dociskającego blachę 11,
• wykrawać blachę za pomocą uruchomienia dźwigni 8,
• ustawić dźwignię 13 w pozycji „powrót wykrawania”
• odkręcić pokrętło dociskające 11 i wyjąć blachę oraz wykrojony krążek,
• określić używany zakres siły za pomocą dźwigni 1,
• ustawić dźwignię 2 w pozycję „dociskanie”,
• zakręcić zawór spustowy oleju przekręcając pokrętło 3 maksymalnie w prawo,
• włożyć krążek blachy pomiędzy kołki ustalające 1, obracając dźwignię 2 (rys.
6.11),
• zamknąć głowicę i zaryglować ją, obracając dźwignię 4 w lewo,
• dokręcić dźwignię 5 do oporu, a następnie cofnąć ją o trzy działki na skali 6,
• włączyć włącznik główny 7,
• kręcąc dźwignią 8 zadać określony docisk do matrycy, obserwując siłę docisku na skali manometru 9; po ustaleniu żądanego docisku dźwignię 8 wycofać
w położenie wyjściowe,
• ustawić dźwignię 2 w położenie „wytłaczanie”,,
• uruchomić ruch stempla dźwignią 8, obserwując na wskaźniku 3 (rys. 6.11)
wielkość wysunięcia stempla, a na manometrze 4 (rys. 6.11) siłę tłoczenia;
• przestawić dźwignię 2 w pozycję „powrót stempla”, a pokrętło 3 odkręcić
w lewo,
• za pomocą dźwigni 8 wycofać stempel obserwując przy tym wskaźnik 3 (rys.
6.11), po uzyskaniu położenia zerowego wycofać dźwignię 8 do położenia
wyjściowego (gdy w trakcie wycofywania stempla usłyszymy gwałtowny
123
wzrost natężenia dźwięku, to należy dźwignię 8, szybko wycofać do położenia
wyjściowego).
W ostatniej części ćwiczenia przeprowadzony zostanie proces głębokiego tłoczenia
wybranej wytłoczki o złożonym kształcie, za pomocą prasy hydraulicznej firmy VEB,
zaopatrzonej w uniwersalny tłocznik (widok prasy pokazany został na rys. 6.12).
5
9
6
4
8
11
2
7
10
12
3
1
13
Rys.6.10. Urządzenie do hydraulicznego tłoczenia blachy firmy Erichsen: 1 – przełącznik czteropołożeniowy: wykrawanie krążków blachy do tłoczenia za pomocą urządzenia 10 i trzy pozycje prędkości tłoczenia, 2 - przełącznik trójpołożeniowy: dociskacz, tłoczenie i powrót stempla tłoczącego do pozycji
wyjściowej, 3 – zawór spustowy oleju w pierścieniu dociskającym: lewo to otwarcie i prawo to zamknięcie, 4 – dźwignia do ryglowania głowicy, 5 – dźwignia do nastawiania odległości matrycy względem
krążka blachy, 6 – wskaźnik wysokości wysunięcia stempla, 7 – włącznik główny, 8 – dźwignia do włączania i zarazem regulacji prędkości ruchu stempla, 9 – manometr do mierzenia siły docisku, 10 – część
urządzenia służąca do wykrawania krążków blachy, 11 – pokrętło do docisku krążków blachy w trakcie
wykrawania, 12 - manometr do mierzenia siły wykrawania.
124
3
5
4
2
1
Rys.6.11. Widok głowicy urządzenia firmy Erichsen: 1 - kołki ustalające, 2 – dźwignia do przesuwania
suwaków z kołkami ustalającymi, 3 – wskaźnik wielkość wysunięcia stempla, 4 – manometr do mierzenia
siły tłoczenia, 5 - manometr do mierzenia siły ustalanej na dociskaczu.
W celu otrzymania wybranego kształtu wytłoczki za pomocą prasy firmy VEB
z uniwersalnym tłocznikiem należy:
• sprawdzić czy w urządzeniu znajduje się dla wybranego kształtu wytłoczki
komplet narzędzi: stempel, dociskacz i matryca,
• ustawić w określonej pozycji, odpowiednio dobrany wstępniak, na płycie matrycy do tłoczenia 1,
• włączyć dodatkowe urządzenie hydrauliczne do zadawania określonej siły na
płycie dociskacza 2,
• ustawić wartość siły na dociskaczu za pomocą sterowania elektronicznego
zaworem proporcjonalnym,
• włączyć włącznik główny prasy 3,
• uruchomić ruch stempla w dół w celu rozpoczęcia procesu tłoczenia za pomocą równocześnie naciskanych dźwigni 4,
• stempel 5 oraz płyta dociskacza 6 opuszczają się w dół,
• następuje najpierw działanie dociskacza a następnie ruch stempla w dół,
• obserwować wskaźnik zagłębienia stempla 7 i chwili uzyskania końcowej
głębokości, następnie zwolnić równocześnie dźwignie 4, w celu wycofania
stempla,
• wyłączyć włącznik główny prasy 3,
• wyłączyć urządzenie do zadawania określonej siły dociskacza 2,
• wyłączyć elektroniczne urządzenie do zadawania siły dociskacza,
• wyjąć z tłocznika uniwersalnego otrzymaną wytłoczkę,
• ocenić poprawność wykonania wytłoczki.
125
3
5
6
7
1
2
4
Rys.6.12. Widok prasy hydraulicznej z uniwersalnym tłocznikiem: 1 - płyta matrycy do tłoczenia, 2 urządzenie hydrauliczne do zadawania określonej siły na płycie dociskacza, 3 - włącznik główny prasy, 4
– dźwignie do uruchomienia procesu tłoczenia, 5 – stempel, 6 - płyta dociskacza, 7 - wskaźnik zagłębienia stempla.
Sprawozdanie:
W sprawozdaniu należy zamieścić:
• Opis wszystkich prowadzonych prób,
• Wykresy przedstawiające graniczny współczynnik wytłaczania wyznaczony metodą graficzną, dla różnych stosowanych grubości materiału.
• Wnioski i spostrzeżenia.
LITERATURA
[1] BOLJANOVIC V.: Sheet metal forming processes and die design, Industrial Press, New York
2004.
[2] MARCINIAK Z.: Konstrukcja tłoczników, WNT, Warszawa 2002.
[3] ZIMNIAK Z.: System wspomagania projektowania, zapewnienia jakości i diagnozowania
tłoczenia blach, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2005