background image

Ć

WICZENIE NR VII 

 

OBRÓBKA PLASTYCZNA BLACH 

 

- TŁOCZENIE - KSZTAŁTOWANIE -

 

 

1. Cel ćwiczenia 

 

Celem ćwiczenia jest zapoznanie z technologią tłoczenia - kształtowania, ze szczególnym 

uwzględnieniem wytłaczania. 
 

2. Tematyka prac badawczych i technicznych 

 

 

Pokaz przykładowych wyrobów otrzymywanych podczas tłoczenia - kształtowania. 

 

Badanie wpływu siły docisku dociskacza na przebieg  operacji wytłaczania dla wytłoczki 
osiowo - symetrycznej. 

 

3. Schemat metody badawczej 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 

Rys.VII/1.  Schemat  wytłaczania  za  pomocą  tłocznika  z  dociskaczem  hydraulicznym:  1  -  stempel,  2  - 
płyta ciągowa, 3 - płyta dociskacza, 4 - blacha, 5 - siłownik hydrauliczny, 6 - rozdzielacz 

 
 

 

d

1

 

g

0

 

r

m

 

d

r

s

 

D

0

 

d

w

 

d

c

 

d

t

 

background image

4. Zalecenia 

 
4.1. Przedstawienie wyników pomiarów 
 
Temat 1. Badania wpływu siły docisku dociskacza na przebieg operacji wytłaczania 
 

Tabela VII/1. Wyniki badań siły docisku dociskacza na przebieg operacji wytłaczania 
Gatunek i stan materiału badanego: ...................................................................................... 
Wymiary stempla i płyty ciągowej: d

s

 = .......... mm    d

1

 = ............ mm    r

s

 = ......... mm 

r

m

 = ........ mm   s = ......... mm 

Ś

rednica cylindra siłownika: d

c

 = ............... mm       Średnica tłoczyska: d

= ............. mm

 

Lp 

D

0

 

mm 

g

0

 

mm 

 p 

MPa 

P

d

 

kN 

q  

MPa 

P  

kN 

Szkic wytłoczki i uwagi dotyczące 

jakości wyrobu 

 

 

 

 

 

 

 
 
 
 

 

 

 

 

 

 

 
 
 
 

 

 

 

 

 

 

 
 
 
 

 

 

 
 
 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 
 
 

Oznaczenia:  g

0

  –  grubość  blachy,  D

0

  –  średnica  krążka,  s  –  szczelina,  p  –  ciśnienie    w  układzie 

hydraulicznym  tłocznika,  P

d

  –  siła  docisku  płyty  dociskacza,  q  –  nacisk  jednostkowy  płyty 

dociskacza 

(

)

p

d

d

4

2

P

2
t

2
c

d

π

=

                     

(

)

s

1

d

d

2

1

s

=

                       

(

)

[

]

2

m

1

2
0

d

r

2

d

D

P

4

q

+

π

=

 

 
 
 
 
 

background image

4.2. Opracowanie wyników pomiarów 
 

Zmierzone siły wytłaczania, obliczone wartości sił i nacisków jednostkowych dociskacza, 

szkice  wytłoczek  i  uwagi  dotyczące  jakości  wyrobów  należy  umieścić  w  tab.  VII/1. 
Oczacować graniczny współczynnik wytłaczania (patrz ćw. IV, temat 4). 
 
4.3. Wnioski 
 

Wnioski winny dotyczyć wpływu siły docisku dociskacza P

d

 (lub nacisku jednostkowego 

q) na siłę wytłaczania P i jakość wyrobów. 
 

5. Zagadnienia kontrolne 

 

 

Procesy tłoczenia - kształtowania. 

 

Charakterystyka wytłaczania, przetłaczania i wyciągania.  

 

Stany naprężenia w kołnierzu, ściance i dnie wytłoczki podczas wytłaczania.   

 

Definicje współczynników wytłaczania i przetłaczania oraz ich wartości graniczne.  

 

Obliczanie wymiarów półwyrobów dla wytłoczek osiowo - symetrycznych i prostokątnych 
oraz dobór liczby operacji. 

 

Utrata  stateczności  blachy  w  procesach  tłoczenia  -  kształtowania    i  dobór  nacisku 
dociskacza. 

 

Czynniki wpływające na siłę wytłaczania i jakość wytłoczek. 

 

Wpływ  anizotropii  płaskiej  i  normalnej  blachy  na  przebieg  procesów  tłoczenia  - 
kształtowania. 

 
Uwaga: ostatnie zagadnienie - patrz ćwiczenie nr II. 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

background image

 

6. Informacja merytoryczna 

 
6.1. Procesy tłoczenia - kształtowania 
 

Tłoczenie  obejmuje  szereg  różnorodnych  procesów  obróbki  plastycznej  realizowanych 

głównie  na  zimno  i  stosowanych  do  rozdzielania,  kształtowania  i  łączenia  materiałów            
w postaci blach, folii i płyt (metalowych lub niemetalowych). Tłoczenie przeprowadza się za 
pomocą  przyrządów  zwanych  tłocznikami,  przeważnie  na  prasach  mechanicznych  lub 
hydraulicznych  (konstrukcja  tłoczników  i  dobór  pras  -  patrz  ćwicz.  VIII).    Ponieważ  jeden                  
z  wymiarów  (grubość)  półwyrobu  jest  istotnie  mniejszy  od  dwóch  pozostałych  -  stan 
naprężenia (poza pewnymi wyjątkami) można uważać za płaski. 

Procesy  tłoczenia,  podczas  których  nie  dochodzi  do  rozdzielania  materiału  stanowią 

oddzielną  grupę  (tzw.  tłoczenie  -  kształtowanie).  Szczegółową  klasyfikację  i  nazwy 
poszczególnych procesów tłoczenia - kształtowania można znaleźć m. in. w [3]. Rozróżnia je 
przede wszystkim występujący stan naprężenia.  
 
6.1.1. Wytłaczanie i przetłaczanie (wytłoczki osiowo - symetryczne) 
 

Podczas  wytłaczania  następuje  przekształcenie  płaskiego  półwyrobu  w  powłokę 

trójwymiarową (wytłoczkę), której nie da się rozwinąć na płaszczyznę. Przykładowy schemat 
wytłaczania  naczynia  cylindrycznego  z  płaskiego  krążka  blachy  pokazano  na  rys.  VII/1.  Pod 
działaniem stempla materiał ulega uplastycznieniu i stopniowo przemieszcza się wgłąb płyty 
ciągowej (rys. VII/2). Jak widać, strefa kontaktu materiału z płytą ciągową (tzw. kołnierz) jest 
oddzielona  od  strefy  kontaktu  ze  stemplem  powierzchnią  swobodną.  W  czasie  trwania 
procesu  wymiary  kołnierza    i  powierzchni  swobodnej  zmniejszają  się,  natomiast  wzrasta 
obszar strefy kontaktu materiału ze stemplem. Składowe stanu naprężenia w kołnierzu i strefie 
swobodnej spełniają warunek: 
 

0

rr

σ

σ

θθ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          (VII.1) 

 
przy  czym  naprężenie  obwodowe 

σ

θθ 

  0,  a  naprężenie  promieniowe 

σ

rr

 

  0  (rys.  VII/3). 

Jeżeli  zachodzi  (VII.1),  to  warunek  plastyczności  Treski  (osiowa  symetria  w  płaskim  stanie 
naprężenia) ma postać: 
 

p

rr

σ

=

σ

σ

θθ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          (VII.2) 

 
Na  zewnętrznym  promieniu  kołnierza  R

z

σ

rr 

=  0  (brak  obciążeń),  więc  materiał  podlega 

jednoosiowemu ściskaniu (

p

σ

=

σ

θθ

). Na promieniu wewnętrznym R

w

 = r

s

σ

θθ

 

= 0, czyli 

σ

rr  

σ

p

.  W  ściance  stan  naprężeń  przechodzi  w  dwuosiowe  rozciąganie  (podobnie  jak  podczas 

rozciągania pasma blachy o stałej szerokości). Stan dwuosiowego rozciągania panuje również 
w dnie wytłoczki. Dodatkowo na promieniu płyty ciągowej zachodzi gięcie blachy. 
 
 
 
 
 

background image

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Rys. VII/2. Poszczególne fazy wytłaczania 

 

g

0

 

r

m

 

d

1

+2r

m

 

d

1

 

d

s

 

d

s

-2r

s

 

D

0

 

r

s

 

a) 

b) 

c) 

background image

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Rys. VII/3. Schemat stanu naprężenia oraz rozkłady naprężeń obwodowych 

σ

θθ

   i promieniowych 

σ

rr

 

w kołnierzu i strefie swobodnej wytłoczki osiowo - symetrycznej 

 

Warunkiem  poprawnej  realizacji    wytłaczania  jest,  aby  ścianka  powstającej  wytłoczki 

mogła  w  każdej  chwili  procesu  przenieść  niezbędne  obciążenia.  Nakłada  to  ograniczenie  na 
stopień odkształcenia, który wyraża się umownie za pomocą tzw. współczynnika wytłaczania 
m

1

 

0

1

1

D

d

m

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          (VII.3) 

 
(ewentualnie zamiast średnicy d

1

 można wprowadzić średnicę średnią d

ś

r

 (w połowie grubości 

blachy: 

(

)

s

1

ś

r

d

d

2

1

d

+

=

). Jeżeli współczynnik m

1

 obliczony z (VII.3) jest większy od pewnej 

wartości granicznej m

gr

 : 

 

gr

obl

1

m

m

>

   

 

 

 

 

 

 

 

 

          (VII.4) 

 
to  proces  przebiega  prawidłowo. W przeciwnym przypadku dochodzi do silnego pocienienia 
ś

cianki  i  pęknęcia  materiału  w  tzw.  przekroju  niebezpiecznym  (w  pobliżu  przejścia  części 

walcowej stempla w zaokrąglenie promieniem r

s

). Położenie tego przekroju zależy głównie od 

warunków tarcia panujących na stemplu. Wartość m

gr

 zależy od rodzaju materiału, względnej 

grubości  blachy  g

0

/D

0

,  względnych promieni zaokrągleń r

s

/g

0

 i r

m

/g

0

 oraz  tarcia na stemplu, 

płycie  dociskacza  i  płycie  ciągowej.  Odpowiednie  zalecane  wartości  współczynnika  m

1

σ

rr

 

σ

θθ

 

σ

p

 

R

z

 =D

0

/2 

R

w

 = r

s

 

σ

rr

 

σ

θθ

 

background image

zapewniające prawidłowy przebieg procesu wytłaczania podano w tab. VII/2 (dla materiałów 
o dobrej tłoczności, np. blach głębokotłocznych). Mniejsze wartości m

należy stosować przy 

względnych promieniach zaokrągleń (r

s

/g

0

, r

m

/g

0

 = 8 - 15), większe - gdy r

s

/g

0

, r

m

/g

0

 = 4 - 8. 

 

Tabela VII/2. Zalecane wartości współczynników wytłaczania m

1

 dla materiałów o dobrej tłoczności 

[3] 

 

g

0

/D

0

*100 [%] 

2 - 1,5 

1,5 - 1,0 

1,0 - 0,5 

0,5 - 0, 2 

0,2 - 0,06 

m

1

  

0,46 - 0,50 

0,50 - 0,53 

0,53 - 0,56 

0,56 - 0,58 

0,58 - 0,60 

 

Jeżeli  dane  są  wymiary  wytłoczki  (rys.  VII/4),  to  można  sprawdzić,  czy  możliwe  jest  jej 

wykonanie  w  operacji  wytłaczania.  Aby  określić  konkretną  wartość  m

1  obl

  wg  (VII.3)  należy 

najpierw obliczyć średnicę krążka D

0

 z warunku stałej objętości: 

 

=

=

π

w

F

w

ś

r

0

2
0

F

g

gdF

g

4

D

 

 

 

 

 

 

 

 

          (VII.5) 

 
gdzie:  F

w

  -  powierzchnia  wytłoczki,  g

ś

r

  -  grubość  średnia  powłoki.  Z  analizy  odkształceń 

wynika,  że  blacha  ulega  pogrubieniu  w  kołnierzu  (gdzie  działają  ujemne  naprężenia 
obwodowe) oraz pocienieniu w strefie swobodnej, ściankach i dnie. Wobec tego przyjmuje się 
w przybliżeniu, że g

ś

r

 

 g

0

, a więc: 

 

π

=

π

=

w

1

obl

1

w

0

F

2

d

m

F

2

D

    

 

 

 

 

                      (VII.6) 

 
Powierzchnię  dowolnej  wytłoczki  osiowo  -  symetrycznej  można  obliczyć  stosując  znane 
twierdzenia  rachunku  całkowego.  Odpowiednie  wzory  dla  różnych  kształtów  wytłoczek 
podają    poradniki  (np.  [3]).  Dla  wytłoczki  z  rys.  VII/4  powierzchnia  F

w

  składa  się  z  części 

walcowej (ścianka), wypukłej ćwiartki torusa (zaokrąglenie) i koła (dno), a więc: 
 

(

)

[

]

(

)

[

]

(

)

[

]

(

) (

)

{

}

(

) (

) (

)(

)

[

]

2

1

1

2

1

2

1

2

1

1

1

w

g

r

3

4

g

r

d

4

2

H

d

4

d

4

g

r

8

g

r

g

r

2

d

2

4

g

r

2

d

4

)

g

r

H

d

F

+

π

+

π

+

π

=

+

+

+

+

π

π

+

+

π

+

+

π

=

                (VII.7) 

 

(

) (

) (

)(

)

2

1

1

1

2

1

0

g

r

3

4

g

r

d

4

2

H

d

4

d

D

+

π

+

π

+

=

 

 

 

 

          (VII.8) 

 

(

) (

) (

)(

)

2

1

1

1

2

1

1

obl

1

g

r

3

4

g

r

d

4

2

H

d

4

d

d

m

+

π

+

π

+

=

          

 

 

          (VII.9) 

 
Z  (VII.8)  po  uwzględnieniu  (VII.3)  można  otrzymać  wysokość  wytłoczki  dla  przyjętej 
wartości m

1

 

(

)





+

π

π

+

π

+



=

g

r

4

3

2

d

d

g

r

2

2

1

m

1

d

4

1

H

1

1

2

1

1

1

 

 

 

 

        (VII.10) 

 

background image

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Przykład  1.    Jeżeli  wymiary  wytłoczki  wynoszą:  d

1

  =  50  mm,  H

1

  =  50  mm,  g

0

  =  1  mm 

oraz r = 9 mm, to: D

0

 = 108,16 mm, g

0

/D

0

 * 100 % = 0,925 %, m

1 obl

 = 0,462.   Porównując 

wartość m

1  obl

 = 0,462 z zalecaną (0,53), wziętą z tabl. VII/2 dla g

0

/D

0

 * 100 % = 0,925 % - 

dochodzimy  do  wniosku,  że  próba  wytłaczania  może  zakończyć  się  niepowodzeniem 
(pęknięciem wytłoczki w przekroju niebezpiecznym), gdyż 0,462 < 0,53.  

Przykład 2.  Zmniejszając wysokość wytłoczki H

1

 z przykładu 1 do 40 mm otrzymujemy:  

D

0

 = 98,48 mm, g

0

/D

0

 * 100 % = 1,015 %, m

1 obl

 = 0,508. Tym razem wartość m

1 obl

 = 0,508 

jest większa od zalecanej (0,50) z tabl. VII/2 (dla g

0

/D

0

 * 100 % = 1,015 %), a więc wytłoczka 

może być wykonana. W obliczeniach przyjęto g = g

ś

r

 = g

0

 i  F

w

  wg (VII.7) jako powierzchnię 

zewnętrzną wytłoczki. Dla grubszych blach należy zamiast d

1

 przyjąć wartość (d

1

+d

s

)/2 oraz 

odpowiednio zamiast r + g - wartość r + g/2. 

Naprężenia  obwodowe  (ściskające)  w  kołnierzu  mogą  stać  się  przyczyną  utraty 

stateczności  blachy  (pofałdowania  kołnierza)  Zjawisko  to  (rys.  VII/5)  występuje  przy  małej 
grubości  względnej  blachy.  W  przybliżeniu  można  przyjąć,  ze  utrata  stateczności  wystąpi, 
gdy: 
 

(

)

1

0

0

m

1

5

,

4

100

*

D

g

  

 

 

 

 

 

 

                    (VII.11) 

 
Powstawanie  fałd  rozpoczyna  się  na  promieniu  R

z

,  gdzie  występuje  jednoosiowe  ściskanie              

w kierunku obwodowym. Utworzone fałdy przedostają się do szczeliny s pomiędzy stemplem           
i płytą ciągową. Może to spowodować zakleszczenie wytłoczki w szczelinie i jej zniszczenie 
lub pogorszenie jakości wyrobu. Przeciwdziałanie utracie stateczności polega na zastosowaniu 
dociskacza, wywierającego na kołnierz wytłoczki pewien średni nacisk jednostkowy q. Nacisk 
ten winien eliminować  tworzenie fałd, a jednocześnie nie powinien wywoływać nadmiernego 
wzrostu  naprężeń  w  ściance  wytłoczki,  aby  nie  doprowadzić  do  naruszenia  spójności 
materiału  (tarcie  działające  na  powierzchniach  kontaktu  blachy  z  płytą  ciągową  i  płytą 
dociskacza  powoduje  wzrost  naprężeń  w  przekroju  niebezpiecznym).  Niezbędny  nacisk 
jednostkowy  dociskacza  zależy  od  rodzaju  materiału,  współczynnika  wytłaczania  oraz 
względnej grubości blachy. Siłę docisku (dla wytłoczek cylindrycznych) oblicza się ze wzoru: 
 

(

)

[

]

q

r

2

d

D

4

q

F

P

2

m

1

2
0

d

d

+

π

=

=

 

 

 

 

 

 

 

        (VII.12) 

 
 
 
 

d

1

 

H

 

Rys. VII/4. Wymiary wytłoczki cylindrycznej bez kołnierza 

background image

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Rys.  VII/5.  Schemat  utraty  stateczności  (pofałdowania)  kołnierza  wytłoczki  wskutek  działania 
naprężeń ściskających w kierunku obwodowym 

σ

θθ

 (a) i porównanie fragmentów kołnierza przy małej 

i  dużej  grubości  względnej  -  może  wystąpić  utrata  stateczności  lub  pogrubienie  blachy  (b);  S  - 
stempel, PC - płyta ciągowa 

 
Naciski jednostkowe q dla większości materiałów metalowych mieszczą się w granicach 1 - 3 
MPa  i  można  je  wyznaczyć  doświadczalnie  lub  odszukać  w  poradnikach  (np.  [3]).  Dla 
miękkiej stali dobór nacisku q można przeprowadzić na podstawie przybliżonej zależności: 
 

MPa

g

D

2

,

1

m

1

02

,

0

q

0

0

1





 

 

 

 

 

 

 

        (VII.13) 

 
Dla  d

1

  =  50  mm,  H  =  40  mm,  g

0

  =  1  mm,  r  =  9  mm  i  m

1

  =  0,508  (patrz  wyżej)  z  (7.11), 

(VII.13) i (VII.12) otrzymujemy: g

0

/D

0

 * 100 % = 1,015 < 4,5(1 - m

1

) = 4,5(1 - 0,508) = 2,214 

(dociskacz jest konieczny), q 

 1,48 MPa, P

d

 

 5,76 kN. 

Zwykle  obciążenie  dociskacza  odpowiednio  dobraną  siłą  jest  realizowane  przez 

dodatkowy  suwak  prasy  podwójnego  działania  lub  przez  poduszkę  powietrzną  umieszczoną 
pod  stołem  prasy  (rys.  VII/6).  Jeżeli  względna  grubość  blachy  jest  większa  niż  to  wynika              
z warunku (VII.11) - dociskacza nie stosuje się. 

Szczelina s pomiędzy stemplem i płytą ciągową winna być większa od grubości blachy g

0

 

ze  względu  na  pogrubienie  kołnierza  (tabl.  VII/3).  Położenie  szczeliny  w  ostatniej  operacji 
zależy  od  sposobu  wymiarowania  wytłoczki.  Jeżeli  podany  jest  wymiar  zewnętrzny,  to 
szczelinę wykonuje się zmniejszając średnicę stempla. Gdy dany jest wymiar wewnętrzny, to 
powiększa się średnicę płyty ciągowej. 

 
 
 
 

g

0

 

σ

θθ

 

PC 

a) 

b) 

σ

θθ

 

background image

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

 
Rys.  VII/6.  Schemat  wytłaczania  z  wykorzystaniem  poduszki  pneumatycznej  do  obciążenia    płyty 
dociskacza:  a)  położenie  początkowe,  b)  położenie  końcowe  i  początek  ruchu  powrotnego;  1  - 
stempel,  2  -  matryca,  3  -  płyta  dociskacza,  4  -  popychacz,  5  -  stół  prasy,  6  -  tłok  poduszki 
pneumatycznej, 7 - cylinder, 8 - trzpień wyrzutnika górnego, 9 - suwak prasy, 10 - wytłoczka  

 

10 

a) 

b) 

background image

Tabela VII/3. Dane do określania szczeliny s pomiędzy stemplem i płytą ciągową (wg [3]) 
Pierwsze ciągnienie: s = g

0

 + 

δ

 + a (wytłoczki dokładne), lub: s = g

0

 + 

δ

 + (1,5 - 2)a  

Operacje pośrednie: s = g

0

 + 

δ

 + 2a (wytłoczki dokładne), lub: s = g

0

 + 

δ

 + (2,5 - 3)a  

Ostatnie ciągnienie: s = g

0

 + 

δ

 (wytłoczki dokładne), lub: s = g

0

 + 

δ

 + 2a  

δ

 - górna (dodatnia) odchyłka nominalnej grubości blachy g

0

g

0

, mm 

a, mm 

g

0

, mm 

a, mm 

0,2 

0,05 

1,8 

0,21 

0,5 

0,10 

2,0 

0,22 

0,8 

0,12 

2,5 

0,25 

1,0 

0,15 

3,0 

0,30 

1,2 

0,17 

4,0 

0,35 

1,5 

0,19 

5,0 

0,40 

 

Maksymalną siłę na stemplu podczas wytłaczania można oszacować ze wzoru: 

 

1

m

1

max

k

gR

d

P

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

        (VII.14) 

 

 

gdzie:  R

m

  -  wytrzymałość  na  rozciąganie  wytłaczanej  blachy,  k

1

  -  współczynnik,  zależny  od 

względnej  grubości  blachy,  względnych  promieni  zaokągleń  krawędzi  stempla  i  płyty 
ciągowej oraz od współczynnika wytłaczania.  Przy minimalnych dopuszczalnych wartościach 
m

1

:  k

1

 

  1,0  -  1,1.  Schemat  zależności  siły  wytłaczania  od  drogi  stempla  pokazano  na  rys. 

VII/7. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
Rys.  VII/7.  Typowa  zależność  siły  od  drogi  stempla  przy  wytłaczaniu:  a  -  prawidłowy  przebieg 
procesu, b , c - zbyt mała szczelina lub siła dociskacza (pogrubiona lub pofałdowana część kołnierza 
zakleszcza  się  w  szczelinie  pomiędzy  stemplem  i  płytą  ciągową,  co  powoduje  lokalny  wzrost  siły             
i może nawet doprowadzić do pęknięcia wytłoczki w przekroju niebezpiecznym) 

 
Jeżeli  wytłoczka  jest  za  wysoka  i  nie  może  zostać  wykonana  w  jednej  operacji    -  to 

najpierw  stosuje  się  wytłaczanie  przy  zalecanym  współczynniku  m

1

.  Otrzymaną  wytłoczkę           

P

t

 

P

max

 

Pęknięcie 

background image

o średnicy większej i wysokości odpowiednio mniejszej od wymaganej poddaje się kolejnym 
operacjom  przetłaczania  (rys.  VII/8).  Wytłaczanie  połączone  z  przetłaczaniem  nosi  nazwę 
ciągnienia wytłoczek. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

Rys. VII/8. Schemat przetłaczania: 1 - stempel, 2 - matryca, 3 - dociskacz, 4 - wytłoczka przeznaczona 
do  przetłaczania 

 

Analogicznie jak przy wytłaczaniu definiuje się kolejne współczynniki m

i

 

1

i

i

i

d

d

m

=

        

 

 

 

 

 

 

 

 

        (VII.15) 

 
gdzie  i  =  2,  3,  ...  ,  n.    Zalecane  wartości  współczynników  przetłaczania  m

i   

podano  w  tab. 

VII/4. Kolejne średnice wytłoczki wynoszą: 
 

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

n

2

i

1

n
ś

r

1

n

2

i

i

1

0

i

1

n

1

n

n

3

2

1

0

3

2

1

3

2

3

2

1

0

2

1

2

m

d

m

m

D

m

d

m

d

d

m

m

m

D

m

m

d

m

d

d

m

m

D

m

d

d

 

 

 

 

 

        (VII.16) 

d

i-1

 

d

z

 

d

w

 

d

i

 

r

s

 

r

m

 

d

s

 

background image

 
gdzie m

ś

r

 oznacza średnią wartość współczynnika przetłaczania (i  =  2, 3, ... , n). 

 

Tab.  VII/4.  Zalecane  wartości  współczynników  przetłaczania  dla  materiałów  o  dobrej  tłoczności      
[3] 

 

g

0

/D

0

*100 % 

2 - 1,5 

1,5 - 1,0 

1,0 - 0,5 

0,5 - 0, 2 

0,2 - 0,06 

m

2

  

0,70 - 0,72 

0,72 - 0,74 

0,74 - 0,76 

0,76 - 0,78 

0,78 - 0,80 

m

3

 

0,72 - 0,74 

0,74 - 0,76 

0,76 - 0,78 

0,78 - 0,80 

0,80 - 0,82 

m

4

 

0,74 - 0,76 

0,76 - 0,78 

0,78 - 0,80 

0,80 - 0,82 

0,82 - 0,84 

m

5

 

0,76 - 0,78 

0,78 - 0,80 

0,80 - 0,82 

0,82 - 0,84 

0,84 - 0,86 

 

Przykład 3. Jeżeli d

n

 = 40 mm, H = 50 mm, g

0

 = 1 mm oraz r = 9 mm to: D

0

 = 94,11 mm 

(wzór (VII.8)), g

0

/D

0

 * 100 % = 1,063 %, m

1

 = 0,50 (z tabl. VII/2), d

1

 = 47,05 (wzór (VII.2)), 

m

2

  =  0,72  (z  tabl.  VII/4),  d

2

  =  33,88  mm.  Ostatnia  wartość  d

2

  <  d

n

,  zatem  wystarczy  jedna 

operacja przetłaczania. Wartości współczynników m

1

 i m

2

 należy powiększyć w taki sposób, 

aby otrzymać d

n

 = 40 mm, np. przyjmując: m

1

 = 0,551, m

2

 = 0,772, co daje: d

= 51,85 mm     

i d

2

 = 40,03 mm 

 d

 n

.  

Wykorzystując  ostatni  ze  związków  (VII.16)  otrzymujemy  wzór  na  liczbę  operacji 

ciągnienia (jedna operacja wytłaczania i n - 1 operacji przetłaczania): 
 

1

m

log

d

log

d

log

n

ś

r

1

n

+

=

         

 

 

 

 

 

 

 

        (VII.17)   

 

Przykład 4. Jeżeli d

n

 = 30 mm, H = 100 mm, g

0

 = 1 mm oraz r = 9 mm, to: D

0

 = 111,03 

mm, g

0

/D

0

 * 100 % = 0,901 %, m

1

 = 0,53,  d

1

 = 58,85 mm, m

2

 = 0,74, d

2

 = 43,55 mm,  m

3

 = 

0,76, d

3

 = 33.10 mm, m

4

 = 0,78, d

4

 = 25.81 mm < d

n

 = 30 mm. Tym razem potrzebne są trzy 

operacje  przetłaczania.  Współczynniki  m

1

  -  m

4

  (wszystkie  lub  tylko  niektóre  z  nich)  należy 

powiększyć w taki sposób, aby ich iloczyn wynosił d

n

/D

0

 = 0,270, np. przyjmując: m

1

 = 0,55, 

m

2

  =  0,77,  m

3

  =  0,79,  m

4

 = 0,808. Po skorygowaniu współczynników odpowiednie średnice 

wytłoczek  wynoszą:  d

1

  =  61,07  mm,  d

2

  =  47,02  mm,  d

3

  =  37,15  mm  i  d

4

  =  30,02  mm. 

Wysokości wytłoczek po kolejnych operacjach wyznacza się ze wzoru: 
 

(

)





+

π

π

+

π

+

=

=

g

r

4

3

2

d

d

g

r

2

2

1

m

1

d

4

1

H

i

i

2

i

1

j

j

i

i

  

 

 

        (VII.18) 

 
(wzór  (VII.10)  jest  szczególnym  przypadkiem  (VII.18)  dla  i  =  1).  Ostatecznie:  H

1

  =  39,73 

mm, H

2

 = 58,38 mm, H

3

 = 78,35 mm i H

4

 = 99,94 mm. Znajomość wysokości wytłoczek po 

poszczególnych operacjach jest niezbędna przy konstruowaniu tłoczników i doborze skoków 
suwaka prasy. 

Jak  widać,  kolejne  współczynniki  przetłaczania  (patrz  tab.  VII/4)  są  coraz  większe,  co 

oznacza,  że  odkształcenia  możliwe  do  uzyskania  zmniejszają  się. Jest to skutek 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. 

background image

Schemat ciągnienia wytłoczki cylindrycznej z kołnierzem przedstawiono na rys. VII/9. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Rys.  VII/9.  Schemat  ciągnienia  wytłoczki  cylindrycznej  z  kołnierzem  -  kolejność  operacji:  1  - 
wytłaczanie, 2, 3,  ... , n - przetłaczanie bez zmiany szerokości kołnierza; część powierzchni wytłoczki 
zaznaczona  linią  pogrubioną  jest  podstawą  do  określenia  umownego  współczynnika  wytłaczania  m

u

 

(promienie zaokrągleń, wysokości i średnice liczone w środku grubości blachy) 

 

 Średnicę  krążka  wyjściowego  określa  się  z  zależności  (d

n

  i  r

n

  brane  w  środku  grubości 

blachy): 
 

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

[

]

(

)

[

]

2

n

n

n

n

2

n

n

n

n

2

n

n

n

n

n

2

n

n

2
k

2
0

r

8

r

r

2

d

2

4

r

8

r

r

2

d

2

4

r

2

d

4

r

2

H

d

r

2

d

D

4

4

D

+

π

π

+

+

+

π

π

+

π

+

π

+

+

π

=

π

   (VII.19) 

 
co daje: 
 

(

)

n

n

n

n

2
k

0

H

d

4

r

d

4

4

D

D

+

π

=

 

 

 

 

 

 

                    (VII.20) 

 
Sprawdzenie, czy wytłoczka może być wykonana w jednej operacji wytłaczania przeprowadza 
się określając tzw. umowny współczynnik wytłaczania m

u

 

u

n

u

D

d

m

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

        (VII.21) 

 

h

n

 

r

1

 

h

1

 

H

1

 

r

1

 

H

n

 

r

n

 

r

n

 

d

n

 

d

2

 

d

1

 

D

k

 

D

0

 

background image

gdzie  umowną  średnicę  D

u

  oblicza  się  biorąc  pod  uwagę  część  powierzchni  wytłoczki 

zaznaczoną pogrubioną linią na rys. VII/9: 
 

(

)

(

)

(

)

[

]

(

)

[

]

2

n

n

n

n

2

n

n

n

n

n

n

n

2

n

n

2
u

r

8

r

r

2

d

2

4

r

8

r

r

2

d

2

4

r

2

H

d

r

2

d

4

4

D

+

π

π

+

+

+

π

π

+

π

+

π

=

π

    

 

        (VII.22) 

 
Na podstawie (VII.21) i (VII.22): 
 





+

π

+

+

=

n

n

n

n

n

n

obl

u

d

r

3

d

r

4

d

H

4

1

1

m

 

 

 

 

 

 

        (VII.23) 

 
Zalecane  wartości  m

u

  w  funkcji  stosunku  D

k

/d

n

  i  względnej  grubości  blachy  podano  w  tab. 

VII/5 (dla stali niskowęglowej). 
 

Tabela VII/5. Zalecane wartości umownych współczynników wytłaczania wytłoczek z kołnierzem dla 
stali niskowęglowej [3]  

D

k

/d

n

 

m

u

 dla g

0

/D

0

*100 % 

2 - 1,5 

1,5 - 1,0 

1,0 - 0,5 

0,5 - 0, 2 

0,2 - 0,06 

Do 1,1  

0,46 - 0,50 

0,50 - 0,53 

0,53 - 0,56 

0,56 - 0,58 

0,58 - 0,60 

1,5 

0,52 - 0,56 

0,56 - 0,58 

0,58 - 0,60 

0,60 - 0,62 

0,62 - 0,64 

2,0 

0,58 - 0,62 

0,62 - 0,64 

0,64 - 0,66 

0,66 - 0,68 

0,68 - 0,70 

2,5 

0,65 - 0,68 

0,68 - 0,70 

0,70 - 0,73 

0,73 - 0,75 

0,75 - 0,78 

2,8 

0,70 - 0,74 

0,74 - 0, 78 

0,78 - 0,80 

0,80 - 0,82 

0,82 - 0,85 

 
Jeżeli  współczynnik  m

u

 

obl

  obliczony  z  (VII.23)  jest  większy  niż  to  wynika  z  tabl.  VII/5,  to 

wytłoczkę  można  wykonać  w  jednej  operacji.  W  przeciwnym  przypadku  wykonuje  się 
wytłoczkę  o  wymaganej  średnicy  zewnętrznej  kołnierza  D

k

  i  zalecanym  współczynniku  m

u

 

(np. z tab. VII/5),    a więc: 
 

u

0

1

m

D

d

=

    

 

 

 

 

 

 

 

 

        (VII.24) 

 
Głębokość wytłaczania wynika z (VII.20): 
 

(

)

1

1

2
k

2
0

1

r

4

d

4

D

D

H

π

+

=

 

 

 

 

 

 

 

 

        (VII.25) 

 
Kolejne średnice wynoszą: 
 

1

n
ś

r

1

n

2

i

i

u

0

n

2

i

i

1

n

1

n

n

3

2

u

0

3

2

1

3

2

3

2

u

0

2

1

2

m

d

m

m

D

m

d

m

d

d

m

m

m

D

m

m

d

m

d

d

m

m

D

m

d

d

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

 

 

 

 

 

        (VII.26) 

 

background image

gdzie  współczynniki  przetłaczania  m

i

  (i  =  2,  3,    ...  ,  n)  przyjmuje  się  jak  dla  wytloczek  bez 

kołnierza (np. z tabl. VII/4). Wysokości poszczególnych wytłoczek wynikają ze wzoru: 
 

(

)

i

i

2
k

2
0

i

r

4

d

4

D

D

H

π

+

=

 

 

 

 

 

 

 

 

        (VII.27) 

 
Jak widać, operacje przetłaczania aż do osiągnięcia ostatecznych wymiarów wytłoczki (i = 2, 
3, ... , n) wykonuje się bez zmiany szerokości kołnierza (przy stałej średnicy D

k

). 

Przykład 5. Wymiary końcowe wytłoczki wynoszą: D

k

 = 100 mm, d

n

 = 40 mm, H

n

 = 50 

mm,  r

n

  =  9  mm,  grubość  blachy  g

0

  =  1  mm  (wymiary  d

n

,  H

n

  i  r

n

  podano  w  środku  grubości 

blachy). Przyjmujemy jednakowe promienie zaokrągleń wszystkich stempli i płyt ciągowych. 
Wykonując odpowiednie obliczenia otzrymujemy: D

0

 = 129,48 mm (z (VII.20)), D

k

/d

n

 = 2,5, 

g/D

0

*100 % = 0,77 i m

u

 

obl

 = 0,397 (z (VII.23)). Ponieważ współczynnik m

u

 

obl

 jest mniejszy 

od zalecanej wartości (0,7) z tabl. VII/5, więc wytłaczanie należy wykonać na średnicę: d

1

 =  

0,7  D

0

  =  90,63  mm  (wzór  (VII.24))  i  głębokość  H

1

  =  26,38  mm  (wzór  (VII.25)).  Kolejne 

ś

rednice wynoszą: d

2

 = 0,74 d

1

 =  67,07 mm, d

3

 = 0,76d

2

 = 50,97 mm,  d

4

 = 0,78d

3

 = 39,76 

mm  <  d

n

  =  40  mm.  Potrzebne  są  więc  trzy  operacje  przetłaczania  (kolejne  współczynniki 

przetłaczania  m

2

  =  0,74,  m

3

  =  0,76  i  m

4

  =  0,78  wzięto  z  tabl.  VII/4).  Jeżeli  ostatni 

współczynnik powiększymy do wartości 0,78475, to otrzymamy d

n

 = 40,00 mm. Odpowiednie 

wysokości  wytłoczek  wynoszą:  H

2

  =  32,94  mm,  H

3

  =  40,90  mm  i  H

4

  =  50,00  mm  (wzór 

(VII.27)). 

Należy  dodać,  że  w  przypadku  ciągnienia  wytłoczek  z  blachy  wykazującej  anizotropię 

płaską, wysokość wyrobu może być różna w różnych częściach obwodu (patrz ćw. II). Trzeba 
więc  liczyć  się  z  koniecznością  zastosowania  okrawania,  w  celu  wyrównania  wysokości          
i  przewidzieć  odpowiedni  naddatek.  Wysokość  wytłoczki  we  wszelkich  obliczeniach 
przyjmuje się więc z uwzględnieniem naddatku na okrawanie. 

Wytłoczki z małymi promieniami zaokrągleń wymagają dodatkowej operacji dotłaczania,          

w której uzyskuje się ostateczne zmniejszone promienie.     
 
6.1.2. Ciągnienie wytłoczek o zarysie prostokątnym 
 

Oprócz  zaokrągleń  przy  dnie  i  kołnierzu  wytłoczki  o  zarysie  prostokątnym  mają  naroża 

zaokrąglone  o  promieniu  r

N

  (rys.  VII/10).  Liczba  operacji  ciągnienia  oraz  sposób  określania 

kształtu  i  wymiarów  płaskiego  półwyrobu  są  uzależnione  od  trzech  parametrów  ciągnienia, 
związanych z wymiarami wytłoczki: 

 

względnej wysokości H/B, 

 

względnego promienia zaokrąglenia naroży r

N

/B, r

N

/(B-H), 

 

względnej  grubości  blachy  g

0

/2R  (R  jest  promieniem  zaokrąglenia  naroża  płaskiego 

półwyrobu). 
Informacje  dotyczące  wyznaczania  kształtu  i  wymiarów  półwyrobu  oraz  liczby  operacji 

dla wytłoczek prostokątnych z kołnierzem i bez kołnierza można znaleźć w poradnikach (np. 
[3]).  Sposób  postępowania  przy  konstruowaniu półwyrobu dla niskiej (H/B = 0,3) wytłoczki 
prostokątnej  bez  kołnierza  przedstawia  rys.  VII/11.  Wymiar  l  wynika  z  rozwinięcia  ścianek 
bocznych na płaszczyznę i wynosi: 
 

π

+

=

1

2

r

H

l

d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

        (VII.28) 

 

background image

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

Rys. VII/10. Podstawowe wymiary wytłoczki o zarysie prostokątnym bez kołnierza

 

 
 
Promień R oblicza się jak dla wytłoczki o promieniu r

N

 (porównaj ze wzorem (VII.8)): 

 

(

)

(

)

[

]

d

N

d

N

2

N

r

3

r

4

r

Hr

2

r

R

π

+

π

+

=

         

 

 

 

 

        (VII.29) 

    
 Współczynniki ciągnienia definiuje się jako stosunki długości odpowiednich obwodów: 
 

1

i

i

i

0

1

1

l

l

m

L

l

m

=

=

         

 

 

 

 

 

 

 

 

        (VII.30) 

 
gdzie: L

0

 - długość obwodu płaskiego półwyrobu, l

1

 - długość obwodu wytłoczki po pierwszej 

operacji, l

 - długości obwodów wytłoczek po kolejnych operacjach (i  = 2, 3, ... , n). Zalecane 

wartości  współczynników  ciągnienia  przyjmuje  się  podobne  jak  dla  wytłoczek 
cylindrycznych.  Wzory  (VII.28)  -  (VII.30)  napisano  dla    wysokości  H,  promieni  r

d

  i  r

N

  oraz 

obwodów wytłoczek liczonych  w środku grubości blachy. 

Nieco  inny  tok  postępowania  obowiązuje  przy  projektowaniu  półwyrobów  dla  wysokich 

wytłoczek, wymagających wielooperacyjnego ciągnienia (patrz np. [3]). W szczególności przy 

  A  i  dużym  względnym  promieniu  zaokrąglenia  naroża  można  stosować  półwyroby          

w kształcie koła, a dla B 

 A - półwyroby owalne. Związki (VII.28) - (VII.30) można także 

stosować dla wytłoczek wielokątnych. Dalsze uwagi na ten temat można znaleźć w p. 6.1.3.1. 

H

 

B

 

r

d

 

r

N

 

background image

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Rys.  VII/11.  Konstrukcja  półwyrobu  do  wytłaczania  niskich  naczyń  prostokątnych  bez  kołnierza           
z małym promieniem r

N

 

 

*6.1.3. Ciągnienie wytłoczek złożonych kształtach 

 

6.1.3.1. Wytłoczki osiowo - symetryczne 
 

Ciągnienie  wytłoczek  o  kształcie  półkulistym,  parabolicznym  i  stożkowym  stwarza  duże 

trudności,  zwłaszcza  przy  małej  względnej  grubości  blachy.  Jest  to  spowodowane  możliwą  utratą 
stateczności materiału (pofałdowaniem) w obrębie szerokiej strefy swobodnej, która nie ma kontaktu 
z dociskaczem.  Powoduje to konieczność wykonywania wstępnych wytłoczek

 

o kształcie innym niż 

wymagany i stosowanie dodatkowych operacji. Przykładowo, wytłoczki stożkowe wykonuje się jako 
cylindryczne z kilkoma stopniami wysokości i następnie dotłacza się je,

 uzyskując ostateczny 

kształt 

stożkowy. Zapobieganie utracie stateczności przy ciągnieniu wytłoczek półkulistych i parabolicznych 

r

d

 

r

n

 

H

 

background image

oraz  o  podobnych  kształtach  polega  na  stosowaniu  silnego  docisku  materiału  oraz  tzw.  żeber 
(progów)  i  listew  ciągowych  (rys.  VII/12).  Powoduje  to  zwiększenie  naprężeń  rozciągających 
(promieniowych),  a  tym  samym  (patrz  warunek  plastyczności  (VII.2))  obniżenie  (co  do  wartości 
bezwzględnej) naprężeń ściskających (obwodowych), które wywołują utratę stateczności (fałdowanie 
materiału)  w  strefie  swobodnej.  Silne  rozciąganie  blachy  wymaga  podwyższenia  współczynników 
ciągnienia, przez co zwiększa się liczba operacji.  

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
Rys. VII/12. Żebro ciągowe wykonane na płycie ciągowej (a) i listwa ciągowa osadzona  w dociskaczu 
(b) 
 
6.1.3.1. Wytłoczki o dowolnym kształcie  
 
 

Podczas  ciągnienia  wytłoczek  o  dowolnym  kształcie  wzdłuż  obwodu  występują 

nierównomierne  odkształcenia.    Żebra,  względnie  listwy  ciągowe  (pojedyncze  lub  wielokrotne) 
stosuje się zwykle tylko na pewnych odcinkach obwodu, zwłaszcza wzdłuż dłuższych prostoliniowych 
boków  oraz  większych  łuków  i  dużych  promieni  naroży.  Kształt  półwyrobu  określa  się                       
w  przybliżeniu,  ustalając  maksymalne  i  minimalne  wymiary  na  podstawie  rozwinięć  na płaszczyznę 
wzdłuż odpowiednich kierunków. Dokładne określenie kształtu i wymiarów materiału wstępnego oraz 
przebiegu  odkształceń,  rozkładu  grubości  blachy,  a  także  przewidywanie  zjawisk utraty stateczności   
i  dekohezji  wymaga  przeprowadzenia  modelowania  matematycznego  procesu  z  wykorzystaniem 

Dociskacz 

Płyta ciągowa 

Stempel 

Listwa ciągowa 

Ż

ebro ciągowe 

a) 

b) 

background image

metody elementów skończonych [4]. W obliczeniach uwzględnia się rzeczywiste własności materiału 
blachy (wzmocnienie, anizotropia) oraz panujące warunki tarcia. Możliwe jest przewidywanie zmiany 
kształtu  wytłoczek  po  zdjęciu  obciążenia  (sprążynowanie)  oraz  po  końcowym  obcinaniu  brzegów.  
Bez 

zastosowania 

modelowania 

komputerowego 

konieczne 

są 

badania 

doświadczalne                                

z zastosowaniem tłoczników próbnych, co podwyższa koszty i wydłuża czas przygotowania produkcji 
nowych wytłoczek.  

Wytłoczki  niesymetryczne  mogą  być  wykonywane  jako  zdwojone,  przez  co  otrzymuje  się jedną 

wytłoczkę symetryczną, którą następnie rozcina się. 
 
*6.1.4. Ciągnienie z pocienianiem ścianki (wyciąganie, przetłaczanie z wyciąganiem) 
 
 

Podczas  ciągnienia  z  pocienianiem  ścianki  (rys.  VII/13)  następuje  celowe  zmniejszenie 

grubości  ścianki  wytłoczki  (szczelina  s  jest  mniejsza  od  grubości  blachy  g

n-1

  przed  daną  operacją), 

przy  czym  zmiana  średnicy  zewnętrznej  d

n-1

  jest  niewielka.  Miarą  odksztłcenia  jest  wydłużenie 

rzeczywiste ścianki: 

 

n

1

n

n

F

F

ln

=

ϕ

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

        (VII.31) 

 
lub względny ubytek przekroju: 

 

n

1

n

n

1

n

n

1

n

1

n

n

1

n

n

m

1

g

g

1

g

g

g

F

F

F

=

=

=

ε

 

 

 

 

 

         

(VII.32) 

 

gdzie  F

n-1

,  F

n

  -  powierzchnie  przekrojów  poprzecznych  przez  ścianki  wytłoczki  przed  i  po  danej 

operacji  wyciągania,  m

n

  -  współczynnik  pocienienia.  Sprawdzenie  możliwości  wyciągania  (bez 

zerwania ścianki) oraz określenie liczby operacji przeprowadza się analogicznie jak przy wytłaczaniu 
i przetłaczaniu, porównując odpowiednie wskaźniki odkształceń z dopuszczalnymi. Względne ubytki 
przekroju  winny  być 

mniejsze  lub  równe  a  współczynniki  pocienienia  większe  lub  równe  od 

dopuszczalnych (tabl. VII/6).  

 

Tabela  VII/6.  Średnie  dopuszczalne  wartości  względnych  ubytków  przekroju  i  współczynników 
pocienienia [3] 

Materiał 

n = 1 

n > 1 

ε

n

 

m

n

 

ε

n

 

m

n

 

Stal miękka 

0,55 - 0,60 

0,45 - 0,40 

0,35 - 0,45 

0,65 - 0,55 

Mosiądz 

0,60 - 0,70 

0,40 - 0,30 

0,50 - 0,60 

0,50 - 0,40 

Aluminium 

0,60 - 0,65 

0,40 - 0,35 

0,40 - 0,50 

0,60 - 0,50 

 

Korzystając z (VII.32) można napisać: 

 

1

k

k

3

2

1

k

k

3

2

k

1

k

3

2

2

1

1

1

1

1

.

.

.

1

1

1

1

m

1

m

1

.

.

.

m

1

m

1

g

g

.

.

.

g

g

g

g

ε

=

ε

ε

ε

=

=

=

                

(VII.33)

 

 

gdzie m i 

ε

 są średnimi wartościami m

n

 i 

ε

n

 dla k 

 n 

 2. Ostatecznie liczbę operacji k określa wzór: 

 

1

1

1

log

g

log

g

log

1

m

1

log

g

log

g

log

k

k

1

k

1

+

ε

=

+

=

 

 

 

 

 

 

        

(VII.34)

 

 

background image

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Rys. VII/13. Ciągnienie z pocienianiem ścianki (wyciąganie): 1 - stempel, 2 - matryca, 3 - pierścień 
centrujący, 4 - wytłoczka poddana wyciąganiu 

 

Wyciąganie  jest  efektywnym  sposobem  kształtowania  wysokich  cienkościennych  wytłoczek                  

i może być realizowane za pomocą jednego długiego stempla w kilku matrycach o coraz mniejszych 
ś

rednicach  ustawionych  jedna  za  drugą  w  odpowiednich  odstępach.  Przy  większej  liczbie  operacji 

może zachodzić konieczność wyżarzania międzyoperacyjnego. 

 

*6.1.5. Przewijanie (przetłaczanie z przewijaniem) 
 

Schemat  przewijania  pokazano  na  rys.  VII/14.  Jak  widać,  powierzchnia  zewnętrzna  wytłoczki 

zamienia  się  na  zewnętrzną.  Sposób  ten  jest  stosowany  do  przetłaczania  wytłoczek    o  dużych 
ś

rednicach  przy  małej  grubości  ścianek  oraz  do  jednoczesnego  wytłaczania  stemplem  drążonym                 

i przewijania na prasach podwójnego działania (rys. VII/15). 

 
 

g

n-1

 

g

n

 

d

n-1

 

d

n

 

r

s

 

l

k

 

background image

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
*6.1.6. Inne operacje tłoczenia - kształtowania 
 

Oprócz omówionych wyżej, do ważniejszych operacji tłoczenia - kształtowania zalicza się: 

 

gięcie, 

 

rozciąganie na wzornikach (gięcie z rozciąganiem), 

 

rozpęczanie, 

 

obciskanie, 

 

kształtowanie  miejscowe  (np.  wywijanie  obrzeży  wytłoczek  oraz  krawędzi  otworów, 
kształtowanie wgłębień i rowków usztywniających itp.), 

 

dotłaczanie i kalibrowanie wytłoczek, 

 

operacje łączenia. 
 

a) 

b) 

r

m

 

r

s

 

d

s

 

d

n

 

d

n-1

 

background image

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Rys. VII/15. Połączenie wytłaczania z przewijaniem na prasie podwójnego działania: a) wytłaczanie 
górnym  stemplem  drążonym  (1),  b)  przewijanie  dolnym  stemplem  (2);  3  -  dociskacz,  4  -  płyta 
ciągowa, 5 - wytłoczka 
 

Gięcie  szerokich  pasm  blach  przebiega  w  warunkach  zbliżonych  do  płaskiego  stanu 

odkształcenia,  przy  czym  od  strony  wklęsłej  występuje  strefa  naprężeń  ściskających,  od  strony 
wypukłej natomiast - strefa naprężeń rozciągających. Strefy te są oddzielone od siebie tzw. warstwą 
obojętną
 (rys.VII/16). Kąt gięcia 

α

 oraz kąt 

ϕ

 zginanego odcinka pasma blachy spełniają związek: 

 

α

π

=

ϕ

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

        (VII.35) 

 
Długość warstwy obojętnej l

o

 w zginanym odcinku określa wzór: 

 

(

)

xg

r

l

o

+

ϕ

   

 

 

 

 

 

 

 

 

         (VII.36) 

 
gdzie: r - wewnętrzny promień gięcia, g - grubość blachy, x - współczynnik zależny od stosunku r/g (x 
zmienia  się  od  ok.  0,3  dla  r/g  =  0,1  do  0,5  dla  r/g  =  10).  Ponieważ  promień  krzywizny  warstwy 
obojętnej  r

0

  nie  jest  stały  wzdłuż  linii  gięcia,  więc  związek  (VII.36)  określa    przybliżoną  długość 

warstwy  obojętnej.  Wartości  współczynnika  x  można  znaleźć  w  poradnikach  (np.  [3]).  W  strefie 
gięcia blacha ulega pocienieniu. Typowe przypadki gięcia blach pokazano na rys. VII/17. Calkowitą 
długość L pasma wyginanego na dowolny kształt wyznacza się przez rozwinięcie na płaszczyznę: 

 

(

)

=

=

+

ϕ

+

=

k

1

i

n

1

j

j

j

j

i

g

x

r

l

L

 

 

 

 

 

 

 

 

         

(VII.37) 

 

gdzie  l

i

  -  długości  prostoliniowych  odcinków  giętego  pasma, 

ϕ

j

  -  kąty  zginanych  odcinków                         

z  promieniami  gięcia  r

j

,  x

j

  -  współczynniki  określające  położenia  warstw  obojętnych                                

w poszczególnych zginanych odcinkach. 

a) 

b) 

background image

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Rys. VII/16. Rozkład naprężeń przy gięciu pasma blachy z uwzględnieniem wzmocnienia (a) oraz kąt 
gięcia 

α

 i kąt zginanego odcinka blachy 

ϕ

  (b) 

 

Wartości minimalnych dopuszczalnych promieni gięcia są uzależnione od własności plastycznych 

materiału, a także od usytuowania linii gięcia względem kierunku walcowania blachy. 

Po  zakończeniu  gięcia  występuje  sprężyste  odkształcenie  powrotne  (tzw.  sprężynowanie), 

powodujące  zmianę  kąta  gięcia.  Przy  gięciu  swobodnym  bez  dotłaczania  kształtu  „V”  kąt 
sprężynowania 

β

 > 0, co oznacza, że kąt gięcia 

α

 zwiększa się po zdjęciu obciążenia do wartości 

α

1

 

β

+

α

=

α

2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

         (VII.38) 

 
Kąt sprężynowania 

β

 rośnie wraz ze wzrostem stosunku granicy plastyczności do modułu sprężystości 

materiału  (R

p

/E),  odległości  krawędzi  oporowych  matrycy  oraz  r/g.  Kompensację  sprężystych 

odkształceń  powrotnych  uzyskuje  się  stosując  dotłaczanie  lub  korekcję  kąta  gięcia,  względnie 
dotłaczanie  boczne  (dodatkowe  doginanie  ścianek  bocznych)  przy  gięciu  kształtu  „C”.  Gięcie  blach 
wykonuje się na prasach mechanicznych i hydraulicznych, stosując odpowiednie przyrządy do gięcia. 
Przy długich liniach gięcia wykorzystuje się specjalne prasy krawędziowe. 

Schemat 

gięcia z rozciąganiem przedstawiono na rys. VII/18. Sposób ten znajduje zastosowanie 

do  kształtowania  powłok  z  cienkiej  blachy  z  pojedynczą  lub  podwójną  krzywizną  przy  dużych 
promieniach  i  pozwala  na  ograniczenie  kątów  sprężynowania.  Dopuszczalny  współczynnik 
wydłużenia  określany  jako  stosunek  długości  najbardziej  rozciągniętego  odcinka  blacy  do 
odpowiedniej  długości  początkowej  wynosi  ok.  1,03  -  1,08  (dla  jednej  operacji).  Gięcie                        
z  rozciąganiem  przeprowadza  się  zazwyczaj  na  prasach  hydraulicznych  stosując  dodatkowe 
oprzyrządowanie. 

g

1

 

α 

ϕ

 

r

0

 

g

 

Strefa naprężeń 
rozciągających 

Strefa naprężeń 
ś

ciskających 

Warstwa 
obojętna 

a) 

b) 

background image

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Rys.  VII/17.  Typowe  przypadki  gięcia  blach:  a  -  kształt  „V”,  b)  -  kształt  „C”;  1  -  stempel,  2  - 
matryca, 3 - dociskacz, 4 - nieprawidłowy przebieg gięcia przy zbyt małej sile docisku dociskacza P

d

 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Rys. VII/18. Schemat gięcia z rozciąganiem: 1 - stempel (wzornik), 2 - uchwyty, 3 - pasmo blachy; 
strzałki pokazują kierunki działających sił 
 
 

a) 

b) 

P

d

 

background image

Rozpęczanie  stosuje  się  w  celu  miejscowego  powiększenia  średnicy  wytłoczki.  Wytłoczkę 

umieszczoną w dzielonej matrycy (rys. VII/19) poddaje się rozpęczaniu z wykorzystaniem gumowego 
stempla,  ciśnienia  cieczy  (gazu),  względnie  ciśnienia  wytwarzanego  podczas  spalania  materiału 
wybuchowego  o  działaniu  miotającym  lub  mieszanki  paliwowo  -  powietrznej  (po  umieszczeniu 
przyrządu  w  komorze  zamkniętej).  Zamiast  stempla  gumowego  można  stosować  stempel  składający 
się  z  kilku  segmentów  rozsuwanych  za  pomocą  centralnego  trzpienia  stożkowego.  W  rozpęczanej 
strefie  wytłoczki  występuje  dwuosiowe  rozciąganie.  Stosunek  średnic  d

1

/d

0

  nie  może  przekraczać 

wartości granicznej, która wynosi (dla jednej operacji) ok. 1,1 - 1,2 (inaczej nastąpi pęknięcie ścianki 
wytłoczki).  

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Rys. VII/19. Wytłoczka rozpęczana w dzielonej matrycy (ciśnieniem cieczy, gumowym stemplem itp.):  
1  -  połówki  dzielonej  matrycy,  2  -  obudowa,  3  -  wytłoczka  przed  rozpęczaniem,  4  -  wytłoczka  po 
rozpęczaniu 
 

Obciskanie  (rys.  VII/20)  polega  na  zmniejszeniu  (lokalnym)  średnicy  wytłoczki.  W  strefie 

odkształcanej występuje dwuosiowe ściskanie. Odkształcenie możliwe do uzyskania w jednej operacji 
obciskania jest ograniczone, gdyż siłę obciskania przenoszą ścianki wytłoczki. Wobec tego przy zbyt 
dużych  odkształceniach  (dla  małych  wartości  d

1

/d

0

)  może  wystąpić  utrata  stateczności  lub 

uplastycznienie  ścianki  w  niewłaściwym  miejscu.  Przy  wytłoczkach  z  cienkich  blach  utrata 
stateczności (fałdowanie) może pojawić się także w strefie poddanej obciskaniu. 

Schematy  wywijania  krawędzi  otworów  przedstawiają  rysunki  VII/21  i  VII/22.  Operację  tę 

stosuje się często w celu umożliwienia wykonania gwintu w otworze.  

Więcej  informacji  o  wyżej  wymienionych  procesach  tłoczenia  -  kształtowania  można  znaleźć      

w [3].  

 
 
 
 
 

d

1

 

d

0

 

background image

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Rys.  VII/20.  Obciskanie  (a)  oraz  obciskanie  z  przewijaniem  (b):  1  -  matryce;  ścianki  wytłoczek  (2) 
przenoszą siłę obciskania - zbyt duża siła występująca w procesie może wywołać utratę stateczności 
ś

cianek  lub  odkształcenia  plastyczne  w  niewłaściwym  miejscu,  co  nakłada  ograniczenie  na  wartość 

odkształcenia możliwego do realizacji 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Rys. VII/21. Schemat wywijania krawędzi otworu bez pocieniania ścianki: z małą (a) i dużą szczeliną  
s (b): 1 - stempel, 2 - materiał, 3 - matryca 

 
 
 

d

1

 

d

1

 

d

0

 

d

0

 

a) 

b) 

d

m

 

d

m

 

d

0

 

d

s

 

a) 

b) 

background image

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Rys. VII/22. Schemat wywijania obrzeża otworu z pocienianiem ścianki: 1 - stempel stopniowany, 2 - 
matryca, 3 - dociskacz, 4 – materiał  kształtowany 

 

*6.1.7. Specjalne metody tłoczenia - kształtowania 
 

Istnieje  szereg  metod  tłoczenia  -  kształtowania  o  specjalnym  przeznaczeniu,  które  wykorzystuje 

się w przypadkach, gdy konwencjonalne metody nie są efektywne. Dotyczy to zwłaszcza warunków 
produkcji  jednostkowej  i  małych  serii  wyrobów  o  specyficznych  kształtach  lub  wykonywanych                  
z materiałów o niskiej tłoczności. Zastosowanie specjalnych metod tłoczenia - kształtowania pozwala 
na  obniżenie  kosztów  wykonania  tłoczników,  w  których  jeden  z  elementów  (stempel  lub  matryca) 
staje  się  zbędny,  a  jego  działanie  zastępuje  ciśnienie  wywierane  na  powierzchnię  blachy  za

 

pośrednictwem  ośrodka  ciekłego,  gazowego  lub  stałego  (sypkiego,  względnie  w  postaci  gumy  lub 
tworzywa  sztucznego).  Wykorzystuje  się  również  oddziaływanie  pola  elektromagnetycznego  na 
materiał  kształtowany.  Ciągnienie  materiałów  o  małej  tłoczności  (np.  stopów  tytanu  i  magnezu) 
wymaga  zastosowania  specyficznych  warunków:    nagrzewania  kołnierza  w  celu  zwiększenia  jego 
plastyczności (za pomocą podgrzewanej elektrycznie płyty dociskacza) oraz ewentualnego chłodzenia 
stempla (w celu podwyższenia wytrzymałości materiału w przekroju niebezpiecznym).    W dalszym 
ciągu omówimy krótko wybrane specjalne metody tłoczenia - kształtowania. Dalsze informacje można 
znaleźć w [3]. 
  
6.1.7.1. Tłoczenie - kształtowanie z wysokomi prędkościami odkształcenia 
 

W procesach tłoczenia - kształtowania z wysokomi prędkościami odkształcenia wykorzystuje się: 

 

energię  fali  uderzeniowej  powstającej  przy  detonacji  materiałów  wybuchowych  kruszących  lub 
podczas wyładowania elektrycznego, 

 

ciśnienie  wytwarzane  podczas  spalania  materiałów  wybuchowych  miotających  lub  mieszanek 
gazowych i paliwowo - powietrznych, 

 

energię pola elektromagnetycznego. 

s

2

 

s

3

 

s

1

 

background image

Tłoczenie  z  wykorzystaniem  ładunków  kruszących  lub  miotających  nazywa  się  tłoczeniem 

wybuchowym.  Ładunki  kruszące  (np.  trotyl)  stosuje  się  przy  kształtowaniu  wyrobów  o  dużych               
i  bardzo  dużych  gabarytach  (nawet  do  kilku  metrów)  z  grubych  blach  i  materiałów  o  wysokiej 
wytrzymałości,  np.  elementów  dużych  zbiorników  ciśnieniowych  (dennic),  rakiet  kosmicznych  itp., 
zwykle  w  produkcji  jednostkowej  lub  przy  niewielkich  seriach.  Ośrodki,    w  których  powstaje  fala 
uderzeniowa,  mogą  być  gazowe,  ciekłe lub sypkie. Kształtowanie odbywa się na wolnym powietrzu 
lub w zbiornikach wodnych otwartych, w oddaleniu od zabudowań (np. na poligonach wojskowych). 
Jedynym  elementem  tłocznika  jest  matryca  (zwykle  metalowa  lub  żelbetowa  z  wykładziną 
kompozytową), rolę stempla spełnia ciśnienie na froncie fali uderzeniowej (rys. VII/23). Istotną rolę 
odgrywa  masa  ładunku,  jego  ukształtowanie  oraz  usytuowanie  względem  powierzchni  półwyrobu             
i  głębokość  zanurzenia  H.  Czynniki  te  wpływają  na  wartość  energii  efektywnej  (wywołującej 
odkształcenie plastyczne) i kształt czoła fali uderzeniowej. Kształtowanie na gorąco jest możliwe przy 
zastosowaniu sypkiego ośrodka przenoszącego energię wybuchu (np. piasku). 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Rys.  VII/23.  Schemat  tłoczenia  wybuchowego  w  zbiorniku  wodnym:  1  -  matryca  z  otworami 
odpowietrzającymi,  2  -  dociskacz,  3  -  ładunek  kruszący,  4  -  materiał  kształtowany,  5  -  przewód 
odprowadzający powietrze do pompy próżniowej, H - głębokość zanurzenia ładunku
 

 
Do kształtowania wyrobów o małych i średnich wymiarach oraz kształcie trudnym do otrzymania 

w  konwencjonalnych  operacjach  tłoczenia  -  kształtowania  wykorzystuje  się  energię  spalania 
wybuchowego  materiałów  miotających  (prochów)  lub  mieszanek  gazowych  i  paliwowo  - 
powietrznych,  zwlaszcza  w  operacjach  rozpęczania  i  obciskania.  Półwyrób  umieszcza  się                        
w  dzielonej  matrycy  (jak  na  rys.  (VII/19))  w  pojemniku  zamkniętym.  Przy  użyciu  materiałów 
prochowych uzyskiwane ciśnienie wzrasta wraz ze wzrostem tzw. gęstości ładowania (stosunku masy 
ładunku do objętości komory spalania). 

Tłoczenie wybuchowe stosuje się także do spajania i platerowania blach.  

H

 

background image

Tłoczenie  elektrohydrauliczne  przebiega  podobnie  jak  tłoczenie  wybuchowe  ładunkami 

kruszącymi,  przy  czym  fala  uderzeniowa  powstaje  wskutek  wyładowania  elektrycznego  dużej  mocy    
w cieczy dielektrycznej. 

Podczas  tłoczenia  elektromagnetycznego  krótkotrwały  impuls  prądu  przepływającego  przez 

induktor  wytwarza  impuls  pola  elektromagnetycznego  o  dużym  natężeniu,  co  powoduje  powstanie    
w  materiale  kształtowanym  prądów  wirowych.  W  efekcie  powstaje  siła  oddziaływania  powodująca 
odpychanie  materiału  od  induktora.  Ciśnienie  działające  na  powierzchnię  blachy  może  osiągać 
wartości rzędu kilkuset do kilku tysięcy MPa. Półwyrób zderza się z matrycą z prędkością ok. 300 - 
400 

m/s. 

Zastosowanie 

tłoczenia 

elektromagnetycznego 

jest 

podobne 

jak 

tłoczenia                                    

z wykorzystaniem materiałów miotających, mieszanek gazowych i paliwowo - powietrznych. Osiąga 
się dużą dokładność wyrobów  i wydajność. Istnieją możliwości automatyzacji procesu. W pewnych 
przypadkach stosuje się kilka impulsów prądu, przy czym pierwsze z nich są używane do podgrzania 
materiału w celu podwyższenia własności plastycznych. 

Należy  zwrócić uwagę na fakt, że przy dużych prędkościach odkształcenia własności plastyczne 

kształtowanych  materiałów  ulegają  na  ogół  obniżeniu.  Zatem  przy  omawianych  metodach  tłoczenia    
z  dużymi  prędkościami  -  dopuszczalne  odkształcenia  są  zwykle  mniejsze  niż  w  metodach 
konwencjonalnych.  
 
6.1.7.2. Tłoczenie hydrauliczne 
 

W  procesach  tłoczenia  hydraulicznego  wykorzystuje  się  ciśnienie  cieczy  działające  na 

powierzchnię blachy bezpośrednio lub poprzez gumową przeponę. Ciecz może spełniać rolę stempla, 
wtłaczając  półwyrób  do  matrycy,  względnie  zastępować  działanie  matrycy,  obciskając  blachę  na 
stemplu.  Tłoczenie  przeprowadza  się  na  prasach  hydraulicznych  specjalnych  lub  posiadających 
odpowiednie  wyposażenie.  W  pewnych  przypadkach  tłoczenie  hydrauliczne  może  być  realizowane 
bez udziału prasy - ciecz pod ciśnieniem pompuje się do wnętrza specjalnego pojemnika gumowego, 
umieszczonego  pomiędzy  dwoma  sztywnymi  płytami,  połączonymi  ze  sobą.  Matryca  wraz                       
z kształtowaną blachą jest umieszczona pod pojemnikiem z cieczą na dolnej płycie urządzenia. 

Na  rys.  VII/24  przedstawiono  schemat  tzw.  tłoczenia  (ciągnienia)  hydromechanicznego

stosowanego do głębokiego ciągnienia powłok o kształtach półkulistych, parabolicznych, walcowych, 
stożkowych  itp.  Ciśnienie  cieczy  powoduje  obciskanie  blachy  na  stemplu,  co  zapobiega  utracie 
stateczności.  Przy  odpowiednim  doborze  ciśnienia  możliwe  jest  wykonywanie  głębokich  wytłoczek   
w jednej w jednej operacji.   

 

7. Literatura 

 
1.

 

S. Erbel, K. Kuczyński, Z. Marciniak: Obróbka plastyczna. PWN, Warszawa 1981 

2.

 

M. Morawiecki, L. Sadok, E. Wosiek: Przeróbka plastyczna. Podstawy teoretyczne. Wyd. 
„Śląsk”, Katowice 1986 

3.

 

W. P. Romanowski: Poradnik obróbki plastycznej na zimno. WNT, Warszawa 1976 

4.

 

Z.  Zimniak:  System  projektowania  technologii  trójwymiarowego  tłoczenia  blach. 
Projekty  badawcze  z  zakresu  przeróbki  plastycznej,  metaloznawstwa  i  technologii 
spiekowych. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 1997 

 
 
 
 
 
 
 
 

background image

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Rys.  VII/24.  Tłoczenie  hydromechaniczne  -  kolejne  fazy  procesu  (a,  b,  c):  1  -  stempel,  2  -  pierścień 
ciągowy, 3 - dociskacz, 4 - komora ciśnieniowa, 5 - blacha, 6 - uszczelnienia, 7 - wyłącznik  ciśnienia 
(zawór przelewowy) , 8 - elektromagnetyczny zawór sterujący, 9 - zawór zwrotny, 10 - akumulator 

 

a) 

b) 

c) 

10