Sprawozdanie do ćwiczenia nr 5

Temat: Wpływ wielkości luzu w układzie stempel płyta tnąca na dokładność

wykrawanej powierzchni.

WPROWADZENIE

Wykrawanie obejmuje operacje cięcia blach za pomocą tłoczników

mocowanych na prasach. Tłoczniki przystosowane do cięcia nazywają się

wykrojnikami. Wykrawanie umożliwia otrzymanie płaskich przedmiotów o

różnych kształtach. Przedmioty te mogą również mieć otwory.

Przedmioty wycinane na wykrojnikach mają zwykle powierzchnię

przecięcia pochyloną, co szczególnie wyraźnie można zaobserwować przy

wycinaniu ich z grubszej blachy. Jeżeli jest konieczne otrzymanie przedmiotu o

dokładnych, wymiarach oraz gładkiej i prostopadłej powierzchni bocznej, to

stosuje się dodatkową operacje nazywaną wygładzaniem. Wygładzanie można

przeprowadzić za pomocą obróbki skrawaniem lub wykrojników.

Gładką powierzchnię boczną o równoległych tworzących można uzyskać

podczas jednej operacji, stosując tzw. wykrawanie dokładne. Może być ono

zrealizowane różnymi metodami. Najprostsza z nich polega na zmniejszeniu do

minimum luzu niezbędnego do wprowadzenia stempla w otwór płyty tnącej (luz

około 0,01mm). Zastosowanie tak małego luzu powoduje opóźnienie momentu

pękania materiału. Dodatkowe niewielkie zaokrąglenie krawędzi płyty tnącej -

np. promieniem r = 0,3mm - może zupełnie wyeliminować strefę pękania z

bocznej powierzchni wycinanych przedmiotów. Sposób ten można stosować

tylko do wycinania przedmiotów z plastycznych metali nieżelaznych oraz

miękkiej stali o zawartości węgla poniżej 0,1%.

W procesie cięcia różnicę wymiarów otworu płyty tnącej Dpt i stempla ds

(rys. 12) nazywa się luzem:

Zarówno sam przebieg cięcia, jak i jakość powierzchni przecięcia zależą

od wartości luzu. Taki przebieg cięcia, kiedy spotykają się pęknięcia

wychodzące od obu krawędzi tnących (rys. 13c), ma miejsce tylko przy

określonej wartości luzu. Taką wartość luzu nazywa się luzem optymalnym.

Rys.13. Wpływ wielkości luzu na przebieg pękania oraz wygląd powierzchni

przecięcia.

Obserwując powierzchnię wykrojonego otworu można wyodrębnić na niej

następujące strefy (rys. 13c):

• zaokrąglenie 1 górnej powierzchni blachy w sąsiedztwie miejsca przecięcia;

zostało ono zapoczątkowane w fazie sprężysto-plastycznej,

• błyszczącą i gładką powierzchnię walcową 2 z ewentualnymi rysami

biegnącymi równolegle do osi otworu; powstała ona w fazie plastycznego

płynięcia,

• powierzchnię pęknięcia 3 pochyloną do kierunku cięcia; jest ona matowa i

chropowata,

• zadzior 4 - ostry występ na dolnej powierzchni blachy, biegnący wzdłuż

krawędzi przecięcia; występuje on głównie w przypadku cięcia z niewłaściwym

luzem oraz przy zaokrąglonej (stępionej) krawędzi tnącej.

Podczas cięcia z luzem znacznie mniejszym od optymalnego (rys. 13a)

pęknięcia występują wzdłuż dwu powierzchni przesuniętych względem siebie.

Część blachy wycinana stemplem łączy się z otaczającym materiałem za

pośrednictwem wąskiego paska. W czasie dalszego ruchu stempla pasek ten

spęcza się i obraca, a następnie zostaje przecięty. W czasie cięcia paska tworzy

się druga gładka powierzchnia rozdzielenia. Przedmioty wycinane z luzem

znacznie mniejszym od optymalnego charakteryzują się obecnością dwóch stref

błyszczących (rozdzielonych paskiem o matowej powierzchni przełomu) oraz

cienkiego zadziora.

W czasie cięcia z luzem większym od optymalnego występuje znaczne

wygięcie brzegów ciętego materiału. Jest to spowodowane wzrostem momentu

gnącego wskutek rozsunięcia krawędzi tnących. Przedmioty wycinane z luzem

większym od optymalnego mają stosunkowo wąski pasek błyszczący, duże

pochylenie powierzchni pęknięcia oraz gruby wygięty zadzior (rys. 13d).

W czasie pracy wykrojnika luz ulega zwiększeniu wskutek wycierania się

powierzchni bocznych stempla i otworu tnącego. Biorąc to pod uwagę, nowe

wykrojniki wykonuje się zwykle z luzem mniejszym od optymalnego, noszącym

nazwę luzu normalnego (rys. 13b). Pozwala on na utrzymanie przez dłuższy

czas pracy wykrojnika warunków cięcia zbliżonych do optymalnego. Luz

normalny daje z jednej strony mniej gładka powierzchnię rozdzielenia oraz

wymaga nieco większej siły cięcia, z drugiej strony zaś zmniejsza pochylenie

powierzchni bocznych wycinanych przedmiotów. Ma to znaczenie przede

wszystkim w przypadku cięcia blach grubszych, kiedy pochylenie powierzchni

cięcia przy luzie optymalnym powoduje zbyt dużą różnicę wymiarów

przedmiotu po obu jego stronach.

Wartości luzów normalnych stosowanych w budowie wykrojników

wynoszą od 5% do 25% grubości ciętej blachy; np. luz 0,25 g dotyczy blachy

stalowej w gatunku 50 o grubości 20 mm.

Jak widać z rys. 13c, wycięty otwór nie ma na całej długości kształtu

walca, lecz począwszy od pewnego miejsca rozszerza się ku dołowi. Mówiąc o

wymiarze takiego otworu mamy na myśli jego najmniejszy wymiar, a więc

wymiar tej części otworu, która powstała w fazie plastycznego płynięcia. Jeżeli

pominąć nieznaczne sprężyste zmniejszenie się otworu - zachodzące po

wyciągnięciu stempla - to można przyjąć, Se będzie on równy wymiarowi

stempla. Wymiar otworu płyty tnącej powinien, więc być większy od wymiaru

stempla o wielkość luzu wymaganą przy cięciu.

W przypadku wykrawania przedmiotu, jego wymiary odpowiadają

wymiarom otworu płyty tnącej; przy ustalaniu zewnętrznych wymiarów stempla

należy, więc od wymiarów otworu tnącego odjąć wymagany luz.

Proces cięcia wywołuje umocnienie materiału w pobliżu powierzchni

rozdzielenia. W przypadku cięcia miękkiej blachy stalowej strefa umocnienia

jest nieco cieńsza od połowy grubości blachy. Największa twardość występuje

w pobliżu powierzchni rozdzielenia i jest ona około 2 razy większa od twardości

materiału ciętego.

Grubość warstwy umocnionej jest związana z fazą odkształceń

plastycznych. Im faza ta jest bardziej rozwinięta, tym grubość warstwy

umocnionej i wzrost jej twardości są większe.

Przebieg ćwiczenia:

Nasze stanowisko składało się z następujących przyrządów :

- przyrządu wykrawającego, płyty tnącej i pięciu wymiennych stempli,

- przygotówek z pasków blach przeznaczonych do wykrawania otworów,

- prasy śrubowej,

- suwmiarki elektronicznej.

Ćwiczenie polega na wykrawanie otworów w przygotówkach przygotowanych z blach o grubościach 0,6mm ; 1,0mm ; 1,5mm na prasie śrubowej przy użyciu wykrojnika ze stałą płyta tnącą i wymiennymi stemplami o średnicach :

Stempel 1 o średnicy Φ 15,98 mm

Stempel 2 o średnicy Φ 15,88 mm

Stempel 3 o średnicy Φ 15,78 mm

Stempel 4 o średnicy Φ 15,68 mm

Stempel 5 o średnicy Φ 15,58 mm

Próba 1 polegała na ty że wzięliśmy 1 stempel, nim wkrawaliśmy otwory w każdej grubości blachy (0,6 ; 1,0 ; 1,5 ) i obserwowaliśmy kształt otworu i wyciętych krążków oraz przeprowadzaliśmy pomiary średnicy otworów.

Kolejne próby wyglądały identycznie tylko zmieniał się stemple.

Oto zestawienie tych prób:

1 próba

Stempel 1 blacha 0,6mm otworu Φ 15,96mm powierzchnia po wykrawaniu ładna

Stempel 1 blacha 1,0mm otworu Φ 15,94mm powierzchnia po wykrawaniu ładna

Stempel 1 blacha 1,5mm otworu Φ 15,93mm powierzchnia po wykrawaniu ładna

2 próba

Stempel 2 blacha 0,6mm otworu Φ 15,88mm powierzchnia po wykrawaniu dość dobra

Stempel 2 blacha 1,0 średnica otworu Φ 15,88mm powierzchnia po wykrawaniu dość dobra

Stempel 2 blacha 1,5 średnica otworu Φ 15,87mm powierzchnia po wykrawaniu dość dobra

3 próba

Stempel 3 blacha 0,6 średnica otworu Φ 15,77mm powierzchnia po wykrawaniu pojawiają się pęknięcia

Stempel 3 blacha 1,0 średnica otworu Φ 15,76mm powierzchnia po wykrawaniu pojawiają się pęknięcia

Stempel 3 blacha 1,5 średnica otworu Φ 15,75mm powierzchnia po wykrawaniu pojawiają się pęknięcia

4 próba

Stempel 4 blacha 0,6 średnica otworu Φ 15,67mm powierzchnia po wykrawaniu widać pękanie

Stempel 4 blacha 1,0 średnica otworu Φ 15,66mm powierzchnia po wykrawaniu wyraźne pękanie

Stempel 4 blacha 1,5 średnica otworu Φ 15,62mm powierzchnia po wykrawaniu kruche pękanie

5 próba

Stempel 5 blacha 0,6 średnica otworu Φ 15,56mm powierzchnia po wykrawaniu całkowite pękanie

Stempel 5 blacha 1,0 średnica otworu Φ 15,55mm powierzchnia po wykrawaniu całkowite pękanie

Stempel 5 blacha 1,5 średnica otworu Φ 15,54mm powierzchnia po wykrawaniu całkowite pękanie

WNIOSKI

Po przeprowadzeniu ćwiczenia doszliśmy do wniosku, że w czasie wykrawania otwór wycięty przyjmuje średnicę stempla, a krążek wycięty przyjmuje średnice matrycy. Ponieważ wycięty otwór nie ma na całej długości kształtu walca, lecz począwszy od pewnego miejsca rozszerza się ku dołowi. Mówiąc o wymiarze takiego otworu mamy na myśli jego najmniejszy wymiar, a więc wymiar tej części otworu, która powstała w fazie plastycznego płynięcia. Jeżeli pominąć nieznaczne sprężyste zmniejszenie się otworu - zachodzące po wyciągnięciu stempla - to można przyjąć, że będzie on równy wymiarowi stempla. Wymiar otworu płyty tnącej powinien, więc być większy od wymiaru stempla o wielkość luzu wymaganą przy cięciu.

Wartość luzu optymalnego zależy od rodzaju materiału i grubości blachy. Im materiał twardszy, tym odkształcenia plastyczne są mniejsze i pęknięcie następuje wcześniej, a więc luz musi być odpowiednio większy. Im grubsza blacha, tym większy musi być luz, gdyż kąt pochylenia powierzchni pęknięcia dla danego materiału jest w przybliżeniu stały.

---