12. ODKSZTAŁCENIA W PROCESIE TŁOCZENIA
12.1. Cel ćwiczenia
Zapoznanie się z rodzajem odkształceń występujących w procesie tłoczenia i sposobem
ich określania w przypadku miseczkowania.
12.2. Wprowadzenie
W procesie kształtowania wytłoczek
powłokowych operacje tłoczenia można podzielić na
dwie grupy:
Rys. 12.1. Kolejne etapy
odkształcania się elementu materiału
w procesie wytłaczania
1) operacje ciągnienia służące do nadania
zasadniczego kształtu wytłoczce (wytłaczanie,
przetłaczanie),
2) operacje wykańczające (np. okrawanie,
wywijanie).
W trakcie tłoczenia wytłoczek występują różne
naprężenia i w wyniku działania tych naprężeń w
wytłoczce powstają odpowiedniej wielkości
odkształcenia. W trakcie ciągnienia kołnierza
wytłoczki powstają w nim odkształcenia w
następujących kierunkach:
• w kierunku promieniowym
• w kierunku stycznym
• w kierunku pionowym (po grubości)
Kierunki odkształceń przedstawiono na rys. 12.1.
W początkowej fazie procesu płaski element kołnierza
I, w wyniku działania naprężeń promieniowych
σ
r
i
obwodowych
σ
t
, wydłuża się w kierunku
promieniowym, skraca w kierunku obwodowym i
nieznacznie pogrubia się, zajmując położenie II.
Następnie podczas zbliżania się elementu do krawędzi
matrycy naprężenia ściskające stopniowo maleją, a
zwiększają się naprężenia rozciągające. W dalszej
operacji rozpatrywany element ulega gięciu,
przesuwając się po roboczej krawędzi matrycy i
przekształca się w element bocznej powierzchni
naczynia, ulegając niewielkiemu wydłużeniu wzdłuż
tworzącej.
Przykład odkształceń dla cylindrycznego naczynia w zależności od wielkości średnicy
krążka przedstawiono na rys. 12.2. Na dnie wytłoczki nie występują prawie żadne
odkształcenia. Odkształcenia zaczynają pojawiać się najpierw na promieniu zakrzywienia i
przyjmują największe wartości przy końcu powierzchni walcowej. Fakt ten wynika z redukcji
stale zmniejszającej się szerokości kołnierza. Oprócz wydłużenia w kierunku tworzącej
ε
1
,
162
powstałego w wyniku działających naprężeń rozciągających o kierunku promienia
σ
1
(
σ
r
) i
ściskających obwodowych
σ
2
(
σ
t
), występują również niepożądane odkształcenia w
kierunku grubości materiału
ε
3
(
ε
g
). W pobliżu dna wytłoczki występuje pocienienie ścianki o
około 10
÷20 %, a przy brzegu pogrubienie o około 30%. Wytłoczki niecylindryczne, ale o
osiowo -symetrycznym kształcie mają podobny przebieg odkształceń jak przy
miseczkowaniu. Na rys. 12.3 przedstawiono odkształcenia, jakie wystąpiły w miseczce po
trzech kolejnych ciągach, a rys. 12.4 przedstawia odkształcenia siatki dla tego przykładu.
Rys. 12.2. Wielkość odkształceń cylindrycznego naczynia w zależności od średnicy
krążka
Rys. 12.3. Wykres odkształceń w miseczce po trzech kolejnych ciągach
163
Rys. 12.4. Odkształcenia siatki po trzech
kolejnych ciągach
Ściskające naprężenia obwodowe osiągają
największą wartość przy krawędzi naczynia, gdzie
początkowa średnica krążka D zostaje zmniejszona
do średnicy d
m
otworu matrycy. Powoduje to
powstanie nadmiaru materiału utrudniającego
kształtowanie bocznych ścianek naczynia, a w
efekcie może prowadzić do fałdowania obrzeży
naczynia (rys. 12.5b). W celu zapobieżenia
fałdowania się płaskiego kołnierza stosuje się
dociskanie materiału do czołowej powierzchni
matrycy za pomocą pierścienia dociskającego.
Najbardziej niebezpiecznym miejscem w procesie
wytłaczania jest strefa przejściowa z dna naczynia
w ściankę boczną, gdyż w tym miejscu działają
jedynie naprężenia rozciągające powodujące
znaczne pocienienie ścianki, mogące doprowadzić
w efekcie do oderwania dna (rys. 12.5a).
Rys. 12.5. Wady wyrobów wytłaczanych: a) obwodowe pęknięcie ścianki bocznej,
b) zafałdowanie kołnierza
Stopień odkształcenia podczas wytłaczania przedmiotów cylindrycznych wyraża się za
pomocą współczynnika wytłaczania który jest stosunkiem średniej średnicy wytłoczki d do
średnicy krążka materiału wyjściowego D:
D
d
m
=
(12.1)
12.3. Pomoce i urządzenia
• tłoczniki,
• próbki z naniesioną siatką współrzędnych,
• suwmiarka,
• maszyna wytrzymałościowa.
164
12.4. Przebieg ćwiczenia
W celu przeprowadzenia ćwiczenia należy:
• zapoznać się z budową tłocznika,
• dokonać pomiarów próbek (krążków),
• zmierzyć średnicę krążków D
0
,
• zmierzyć grubość blachy g
0
,
• zmierzyć odległość między kolejnymi kołami współśrodkowymi siatki s
0
,
• zmierzyć kąty między kolejnymi promieniami siatki α
0
,
• założyć próbkę,
• przygotować tłocznik do pracy,
• przeprowadzić operację tłoczenia,
• zdemontować tłocznik,
• dokonać pomiarów uzyskanej wytłoczki i siatki mierząc:
- średnicę wytłoczki d,
-
wysokość wytłoczki h,
-
odległość między kolejnymi kołami współśrodkowymi s
i
,
-
średnie odległości łuków między promieniami siatki l
i
,
• wyniki pomiarów zestawić w tablicy (wzór tablicy - tablica 12.1).
Tablica 12.1
Wyniki pomiarów
Lp.
Odległość
początkowa
między
kolejnymi kołami
współśrodkowy
mi
s
0
-
Średnia długość
początkowa łuków
0
i
l
∆
(
)
4
1
0
0
−
+
=
∆
i
i
i
d
d
l
α
Odległość
między kołami
współśrodko-
wymi po
tłoczeniu
s
i
Średnia
długość łuków
∆l
i
2
1
−
+
=
∆
i
i
i
l
l
l
Uwagi
mm
mm
mm
mm
-
1
2 3 4
5
1
2
3
.
α
0
w mierze łukowej
12.5. Sprawozdanie
Sprawozdanie winno zawierać:
• tablicę pomiarów odkształceń oraz wykres odkształceń jak na rys. 12.2,
• obliczenie maksymalnego pocienienia i pogrubienia ścianki wytłoczki z zaznaczeniem na
szkicu miejsc ich występowania,
Wzór tablicy pomiarów odkształceń (tablica 12.2).
165
Tablica 13.2
Wyniki pomiarów odkształceń
ε
1
ε
2
ε
3
Uwagi
Lp.
0
1
ln
s
s
i
i
=
ε
0
2
ln
i
i
i
l
l
∆
∆
=
ε
(
)
i
i
i
2
1
3
ε
ε
ε
+
−
=
-
- - -
1 2
3
4
5
1
2
3
.
.
.
Literatura
[23,24,28, 29,30,31,32,33,36,38,39,40]
166