pobieranie: 04_Wplyw grubosci blachy...
Pobierz dokument pdfPrzeglądaj wersję html pliku:
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA INSTYTUT INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ ZAKŁAD METALOZNAWSTWA I ODLEWNICTWA PRZEDMIOT: OBRÓBKA PLASTYCZNA ĆWICZENIA LABORATORYJNE Ćwiczenie nr 4 WPŁYW GRUBOŚCI BLACHY I MODUŁU TŁOCZENIA NA FAŁDOWANIE KOŁNIERZA 1. Fałdowanie kołnierza Proces wytłaczania jest przekształcaniem płaskiego wykroju blachy w kształt przestrzenny. Na rys. 1 pokazano schemat wytłaczania cylindrycznego naczynia z płaskiego krążka. W wyniku nacisku stempla o φd i wytworzeniu w kołnierzu stanu naprężeń pokazanych na rys. 2 następuje zmniejszenie zewnętrznej średnicy kołnierza D i zamiana jego elementów (1–5) w boczną powierzchnię powstającej miseczki.
Rys. 1. Przemieszczanie się materiału w procesie wytła- Rys. 2. Stan naprężeń w kołnierzu forczania mowanej miseczki
Rys. 3. Tworzenie się zafałdowań kołnierza
Największe naprężenia σt występują na obrzeżach części kołnierzowych. Smukłość kołnierza określa stosunek 2r/g, gdzie r oznacza odległość rozpatrywanego obszaru blachy od osi wytłoczki, a g grubość blachy; największą wartość osiąga ona na obrzeżu kołnierza. Występowanie największych naprężeń ściskających i największej smukłości w tym samym miejscu kształtowanej blachy jest przyczyną pojawienia się tam pierwszych objawów utraty jej stateczności tzn. zafałdowań w tym właśnie miejscu, a więc na obrzeżu kołnierza. Kolejne fazy tworzenia się zafałdowań kołnierza między dwoma ograniczającymi powierzchniami pokazuje rys. 3. Dolna powierzchnia jest powierzchnią pierścienia ciągowego a górna za słabym dociskaczem lub dociskaczem sztywnym o zbyt dużym luzie między
1
OBRÓBKA PLASTYCZNA – ćwiczenia laboratoryjne
nim a pierścieniem ciągowym. Z definicji smukłości wynika, że przy wytłaczaniu naczyń cylindrycznych z krążków o tej samej grubości, skłonność do fałdowania kołnierza zwiększa się ze wzrostem ich średnic D. Skłonność ta zwiększa się również w przypadku zwiększenia szerokości kołnierza. Oznacza to, że możliwość wystąpienia fałdowania zależy także od wartości współczynnika wytłaczania m1 = d/D. Wpływ wymienionych czynników na fałdowanie ujmuje zależność empiryczna: 100g ≥ 5(1 − m1 ) D Określa ona te przypadki kształtowania naczyń cylindrycznych, podczas których fałdowanie nie zachodzi, dzięki czemu można wówczas zastosować tzw. wytłaczanie swobodne. Jeżeli podany warunek nie jest spełniony, to poprawny przebieg procesu wytłaczania osiąga się stosując przy wytłaczaniu dociskacz. 2. Sposób pomiaru lokalnego odkształcenia. Celem pomiaru wielkości lokalnego odkształcenia nanosi się na blachę siatkę rys. W trakcie wytłaczania siatka ulega deformacji. Pomiar zdeformowanej siatki, odniesiony do pomiaru siatki wyjściowej, pozwala określić wielkość lokalnego odkształcenia plastycznego. Stosowane są różne siatki zależnie od warunków odkształcenia i od stawianych badaniom celów. Najczęściej stosowaną siatką są okręgi ułożone w różnej konfiguracji. Zaletą siatki złożonej z okręgów jest łatwość oznaczenia odkształceń głównych ε1 i ε2 (ϕ1 i ϕ2). d − d0 d − d0 ε1 = 1 ε 2 = 21 d0 d0 d d ϕ1 = ln 1 ϕ 2 = ln 2 d0 d0 d0 – średnica naniesionego okręgu, d1 – duża oś elipsy powstałej w wyniku odkształcenia blachy z naniesionym okręgiem, d2 – mała oś elipsy powstałej w wyniku odkształcenia blachy z naniesionym okręgiem Odkształcenie grubości blachy oznaczamy g − g0 g ε3 = 1 ϕ3 = ln 1 g0 g0 g1 – grubość blachy po tłoczeniu, g0 – grubość blachy wyjściowa 3. Przebieg ćwiczenia. 3.1. Próbki.
Do ćwiczeń przygotowane jest sześć krążków blachy. Po jednym o średnicy ∅125 i ∅135 z blachy o grubości g = 1 mm oraz po dwa o średnicy ∅125 i ∅135 z blachy o grubości g = 2,5 mm.
3.2. Próby przeprowadza się na maszynie wytrzymałościowej ZD–40 przy użyciu tłocznika do tłoczenia pierścieni Goetza.
OBRÓBKA PLASTYCZNA – ćwiczenia laboratoryjne 2
3.3. Wykonanie prób:
− − − − − − − − − − −
ustawienie tłocznika na maszynie , ustawienie zakresu pracy na 20T, wyzerowanie maszyny, pomiar średnicy i grubości krążków po jednym z każdego rodzaju, smarowanie smarem stałym powierzchni krążków, wytłaczanie kolejnych krążków, obserwacja procesu, trasowanie pozostałych dwóch krążków wg szablonu, pomiar wytrasowanych okręgów, smarowanie krążków tylko po stronie nie trasowanej, wytłaczanie; stronę trasowaną skierować do stempla, pomiary dużych i małych osi powstałych elips (odnosić uzyskane wymiary każdej z elips do wymiarów okręgów, z których powstały), pomierzyć grubość ścianki wytłoczki na jej krawędzi.
4. Opracowanie wyników. 4.1. Obliczyć wartości g/D i m1 dla pierwszych czterech wytłoczek, 4.2. Opisać wygląd czterech pierwszych wytłoczek, 4.3. Porównać uzyskane wyniki z wartościami otrzymanymi dla każdej z wytłoczek z empirycznej zależności podanej w p.1, 4.4. Obliczyć wartości ϕ1, ϕ2, ϕ3, ε1, ε2, ε3 dla pomierzonych elips, 4.5. Obliczyć dla każdej z elips sumę φ1, φ2, i φ3.Suma ta powinna być równa zero, co wynika z zasady stałej objętości deformowanego materiału. 5. Literatura.
− − − −
Erbel St., Kuczyński K., Marciniak Z.: Techniki wytwarzania. Obróbka plastyczna PWN W–wa 1981; Romanowski W.P.: Poradnik obróbki plastycznej na zimno. WNT W–wa 1976 str.140 ÷ 143 i 193 ÷ 201; Marciniak Z. : Konstrukcja tłoczników W–wa 2002; Ustasiak M., Kochmański P.: Obróbka plastyczna Materiały pomocnicze do projektowania. Politechnika Szczecińska 2004 rozdział 4.4 Tłoczniki.
OBRÓBKA PLASTYCZNA – ćwiczenia laboratoryjne
3
04_Wplyw grubosci blachy...
POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA INSTYTUT INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ ZAKŁAD METALOZNAWSTWA I ODLEWNICTWA PRZEDMIOT: OBRÓBKA PLASTYCZNA ĆWICZENIA LABORATORYJNE Ćwiczenie nr 4 WPŁYW GRUBOŚCI BLACHY I MODUŁU TŁOCZENIA NA FAŁDOWANIE KOŁNIERZA 1. Fałdowanie kołnierza Proces wytłaczania jest przekształcaniem płaskiego wykroju blachy w kształt przestrzenny. Na rys. 1 pokazano schemat wytłaczania cylindrycznego naczynia z płaskiego krążka. W wyniku nacisku stempla o φd i wytworzeniu w kołnierzu stanu naprężeń pokazanych na rys. 2 następuje zmniejszenie zewnętrznej średnicy kołnierza D i zamiana jego elementów (1–5) w boczną powierzchnię powstającej miseczki.
Rys. 1. Przemieszczanie się materiału w procesie wytła- Rys. 2. Stan naprężeń w kołnierzu forczania mowanej miseczki
Rys. 3. Tworzenie się zafałdowań kołnierza
Największe naprężenia σt występują na obrzeżach części kołnierzowych. Smukłość kołnierza określa stosunek 2r/g, gdzie r oznacza odległość rozpatrywanego obszaru blachy od osi wytłoczki, a g grubość blachy; największą wartość osiąga ona na obrzeżu kołnierza. Występowanie największych naprężeń ściskających i największej smukłości w tym samym miejscu kształtowanej blachy jest przyczyną pojawienia się tam pierwszych objawów utraty jej stateczności tzn. zafałdowań w tym właśnie miejscu, a więc na obrzeżu kołnierza. Kolejne fazy tworzenia się zafałdowań kołnierza między dwoma ograniczającymi powierzchniami pokazuje rys. 3. Dolna powierzchnia jest powierzchnią pierścienia ciągowego a górna za słabym dociskaczem lub dociskaczem sztywnym o zbyt dużym luzie między
1
OBRÓBKA PLASTYCZNA – ćwiczenia laboratoryjne
nim a pierścieniem ciągowym. Z definicji smukłości wynika, że przy wytłaczaniu naczyń cylindrycznych z krążków o tej samej grubości, skłonność do fałdowania kołnierza zwiększa się ze wzrostem ich średnic D. Skłonność ta zwiększa się również w przypadku zwiększenia szerokości kołnierza. Oznacza to, że możliwość wystąpienia fałdowania zależy także od wartości współczynnika wytłaczania m1 = d/D. Wpływ wymienionych czynników na fałdowanie ujmuje zależność empiryczna: 100g ≥ 5(1 − m1 ) D Określa ona te przypadki kształtowania naczyń cylindrycznych, podczas których fałdowanie nie zachodzi, dzięki czemu można wówczas zastosować tzw. wytłaczanie swobodne. Jeżeli podany warunek nie jest spełniony, to poprawny przebieg procesu wytłaczania osiąga się stosując przy wytłaczaniu dociskacz. 2. Sposób pomiaru lokalnego odkształcenia. Celem pomiaru wielkości lokalnego odkształcenia nanosi się na blachę siatkę rys. W trakcie wytłaczania siatka ulega deformacji. Pomiar zdeformowanej siatki, odniesiony do pomiaru siatki wyjściowej, pozwala określić wielkość lokalnego odkształcenia plastycznego. Stosowane są różne siatki zależnie od warunków odkształcenia i od stawianych badaniom celów. Najczęściej stosowaną siatką są okręgi ułożone w różnej konfiguracji. Zaletą siatki złożonej z okręgów jest łatwość oznaczenia odkształceń głównych ε1 i ε2 (ϕ1 i ϕ2). d − d0 d − d0 ε1 = 1 ε 2 = 21 d0 d0 d d ϕ1 = ln 1 ϕ 2 = ln 2 d0 d0 d0 – średnica naniesionego okręgu, d1 – duża oś elipsy powstałej w wyniku odkształcenia blachy z naniesionym okręgiem, d2 – mała oś elipsy powstałej w wyniku odkształcenia blachy z naniesionym okręgiem Odkształcenie grubości blachy oznaczamy g − g0 g ε3 = 1 ϕ3 = ln 1 g0 g0 g1 – grubość blachy po tłoczeniu, g0 – grubość blachy wyjściowa 3. Przebieg ćwiczenia. 3.1. Próbki.
Do ćwiczeń przygotowane jest sześć krążków blachy. Po jednym o średnicy ∅125 i ∅135 z blachy o grubości g = 1 mm oraz po dwa o średnicy ∅125 i ∅135 z blachy o grubości g = 2,5 mm.
3.2. Próby przeprowadza się na maszynie wytrzymałościowej ZD–40 przy użyciu tłocznika do tłoczenia pierścieni Goetza.
OBRÓBKA PLASTYCZNA – ćwiczenia laboratoryjne 2
3.3. Wykonanie prób:
− − − − − − − − − − −
ustawienie tłocznika na maszynie , ustawienie zakresu pracy na 20T, wyzerowanie maszyny, pomiar średnicy i grubości krążków po jednym z każdego rodzaju, smarowanie smarem stałym powierzchni krążków, wytłaczanie kolejnych krążków, obserwacja procesu, trasowanie pozostałych dwóch krążków wg szablonu, pomiar wytrasowanych okręgów, smarowanie krążków tylko po stronie nie trasowanej, wytłaczanie; stronę trasowaną skierować do stempla, pomiary dużych i małych osi powstałych elips (odnosić uzyskane wymiary każdej z elips do wymiarów okręgów, z których powstały), pomierzyć grubość ścianki wytłoczki na jej krawędzi.
4. Opracowanie wyników. 4.1. Obliczyć wartości g/D i m1 dla pierwszych czterech wytłoczek, 4.2. Opisać wygląd czterech pierwszych wytłoczek, 4.3. Porównać uzyskane wyniki z wartościami otrzymanymi dla każdej z wytłoczek z empirycznej zależności podanej w p.1, 4.4. Obliczyć wartości ϕ1, ϕ2, ϕ3, ε1, ε2, ε3 dla pomierzonych elips, 4.5. Obliczyć dla każdej z elips sumę φ1, φ2, i φ3.Suma ta powinna być równa zero, co wynika z zasady stałej objętości deformowanego materiału. 5. Literatura.
− − − −
Erbel St., Kuczyński K., Marciniak Z.: Techniki wytwarzania. Obróbka plastyczna PWN W–wa 1981; Romanowski W.P.: Poradnik obróbki plastycznej na zimno. WNT W–wa 1976 str.140 ÷ 143 i 193 ÷ 201; Marciniak Z. : Konstrukcja tłoczników W–wa 2002; Ustasiak M., Kochmański P.: Obróbka plastyczna Materiały pomocnicze do projektowania. Politechnika Szczecińska 2004 rozdział 4.4 Tłoczniki.
OBRÓBKA PLASTYCZNA – ćwiczenia laboratoryjne
3
