Seite 1. Lemezalakítás Mélyhúzás. A mélyhúzás feszültségi állapotának elemzése. A mélyhúzás feszültségi állapotának elemzése

Miskolci Egyetem

Mechanikai Technológiai Tanszék

Képlé plékenyalakí kenyalakítás – 8. elő előadá adás Lemezalakítás – Mélyhúzás

Prof. Dr. Tisza Miklós Miskolci Egyetem Képlékenyalakítás

1

Miskolci Egyetem

Miskolc, 2007. október 31.


A mélyhúzás feszültségi állapotának elemzése • A mélyhúzás során ébredő feszültség fő összetevői: – a teríték bélyegen kívül levő részének alakításához szükséges radiális feszültség, – a ráncgátló alatt elcsúszó lemez súrlódásának legyőzéséhez szükséges radiális feszültség, – a húzóél lekerekítésén való áthúzásnál fellépő súrlódás legyőzéséhez szükséges feszültség, – a húzóél lekerekítésén a lemez meghajlításához, illetve a kiegyenesítéséhez szükséges axiális feszültség Képlékenyalakítás

2

Miskolci Egyetem



A mélyhúzás feszültségi állapotának elemzése • Az elemzést az átlagfeszültségi (mérnöki) módszerrel végezzük

Képlékenyalakítás

3

• Az elemi térfogatra ható erők egyensúlya


Seite 1

Miskolci Egyetem


A mélyhúzás feszültségi állapotának elemzése • az elemi térfogatra ható erők egyensúlya

(σ r + dσ r )( r + dr ) sdα − σ r rsdα − 2σ t sdr sin

dα = 0. 2

• a feszültségi egyensúlyi egyenlet

dσ r σ r − σ t + =0 dr r

• a folyási feltétel

σ1 − σ 3 = k f • amely az alakváltozások megfontolásával

σr −σt = k f 4



Miskolci Egyetem


A mélyhúzás feszültségi állapotának elemzése • A folyási feltétel behelyettesítése után a feszültségi egyensúlyi egyenlet változóit szétválasztva

dσ r = − k f

dr , r

• amelyből

σ r = −k fm ln r + ln C • az r = R helyen a σr = 0 peremfeltételből (ideális, súrlódásmentes állapot!)

σ r = k fm ln

R r

⎛ ⎝

σ t = − k fm ⎜1 − ln

R⎞ ⎟ r⎠

5


Miskolci Egyetem



A húzási viszony elméleti határértéke (Ideális, súrlódásmentes állapot) • A mélyhúzási művelet akkor végezhető el sikeresen, ha a mélyhúzott edény falában (azaz az r = rk) helyen sem haladja meg a munkadarab anyagának e helyen mérhető alakítási szilárdságát, azaz teljesül a

σ r ,max = σ r ( r = rk ) = k fm ln

R = k fm rk

• amelyből a kezdő húzás elméleti határértékeire

m=

dk 1 1 = = 0.368 illetve β = = e = 2.718 D e m


6


Seite 2

Miskolci Egyetem


A ráncgátló alatti súrlódásból adódó járulékos feszültség összetevő meghatározása • A ráncgátló az esetek nagy részében nem hagyható el • valóságos mélyhúzási körülmények között a ráncgátlón súrlódás lép fel • a Q ráncgátló erőt a számításokban Q/2Rπ vonal mentén megoszló erővel vesszük figyelembe • a ráncgátló alatti súrlódásból adódó feszültség a lemeztárcsa peremén a

σ rQ =

2μQ 2 Rπ s

• lemez behúzásához szükséges radiális feszültség azzal a peremfeltétellel számítható, hogy az r = R helyen σr = σrQ, azaz

σ r ( r = R ) = σ rQ =

2μQ , 2 Rπ s

7


Miskolci Egyetem



A matrica rádiuszon bekövetkező hajlításból származó járulékos feszültség összetevő meghatározása • dz hosszúságú, b szélességű és so vastagságú lemezt rM sugarúra kell alakítani a húzás során • a képlékeny hajlítás M nyomatéka egy elemi dγ szögelfordulás alatt

dW = M d γ = k f

bs 2 dγ 4

• amelyet Δσz’ feszültséggel hozunk létre

s⎞ ⎛ dW = Δσ z sb dz = Δσ z sb ⎜ rM + ⎟ d γ 2⎠ ⎝

8


Miskolci Egyetem



A matrica rádiuszon bekövetkező hajlításból származó járulékos feszültség összetevő meghatározása • Az előzőkben levezetett két munka egyenlőségéből a húzógyűrű rádiuszán bekövetkező hajlítás járulékos feszültsége

Δσ z, = k fm

s 4 ( rM + s / 2 )

• a meghajlított lemez kiegyenesítéséhez szükséges járulékos feszültség komponenst a hajlítás feszültség igényével azonosnak véve, a hajlításkiegyenesítés összegezett járulékos feszültség igénye

Δσ z, = k fm


s 2 ( rM + s / 2 )

9


Seite 3

Miskolci Egyetem


A mélyhúzás teljes feszültség igénye • a mélyhúzás teljes radiális feszültség komponense

⎡

σ r = k fm ⎢ln ⎣⎢

⎤ R μQ s + + ⎥. r k fm Rπ s 2 ( rM + s / 2 ) ⎦⎥

• sugár irányú feszültséget axiális erővel hozzuk létre úgy, hogy a lemez a húzógyűrű (rM) rádiuszán elcsúszva súrlódik. – Ezért a kötélsúrlódás képletének analógiájára számolható az axiális irányú feszültség a munkadarab mélyhúzott hengeres palástjában a

⎡

σ z = σ r e μa = k fm ⎢ln ⎣⎢

⎤ μα R μQ s + + ⎥e , r k fm Rπ s 2 ( rM + s / 2 ) ⎦⎥

10


Miskolci Egyetem



A mélyhúzás erő- és munkaszükséglete • Elméleti és kísérleti vizsgálatok szerint a maximális húzófeszültség akkor lép fel, amikor a teríték átmérője 2R = 0,77 Do = dp-re csökken

⎡

dp

⎢⎣

dk

σ z ,max = k fm ⎢ln

+

⎤ μα s 2 μQ + ⎥e k fm d pπ s 2 ( rM + s / 2 ) ⎥⎦

• Ezzel a húzás erőszükséglete

Fmax = d kπ s σ z ,max • A húzás munkaszükséglete

W = cFmax h


11

Miskolci Egyetem



Mélyhúzószerszámok •

osztályozása – a húzás jellege szerint » kezdő (felállító) húzószerszámok » továbbhúzó szerszámok » egyenes (direkt) továbbhúzó szerszámok » kifordító továbbhúzó szerszámok – a ráncgátló alkalmazása szerint » ráncgátló nélküli » ráncgátlós szerszámok – a működés módja szerint » egyszerű » sorozathúzó » kombinált


12


Seite 4

Miskolci Egyetem


Ráncgátló nélküli mélyhúzó szerszámok •

egyszerű hengeres matricával csak a ráncgátló nélküli mélyhúzás feltételi egyenleteinek teljesülése esetén alkalmazható, nevezetesen ha az alábbi feltételi egyenlet teljesül:

D−d D ≤ 18, illetve ≤ 40 so so • •

•

ez tkp. csak viszonylag vastagfalú edények mélyhúzásánál érvényesül előnyei – egyszerű – könnyű gyárthatóság hátránya – kis húzási viszony érhető el

•

13


Miskolci Egyetem



Különleges ráncgátló nélküli mélyhúzó szerszámok •

A ráncgátló nélküli mélyhúzás alkalmazási tartományának kiterjesztése: speciális húzógyűrűk alkalmazásával – kúpos húzógyűrűvel: ≈ α = 20-30o-os kúpszögű húzógyűrűvel » az elérhető húzási viszony β = 2,3 … 2,5 – traktrix húzógyűrűvel: » az ún. vontatási profil szerint kiképzett húzógyűrű a húzás során kedvezőbb megtámasztást biztosít a ráncosodással szemben » az elérhető húzási viszony β = 2,5 … 2,6 – konstrukciós megoldásaik

14


Miskolci Egyetem



Ráncgátló nélküli mélyhúzószerszámok

Ráncgátló nélküli szerszámok a) Kúpos húzógyűrű áteső munkadarabbal; b) Traktrix húzógyűrű, kilökővel ellátott szerszám Képlékenyalakítás

15


Seite 5

Miskolci Egyetem


Ráncgátlós mélyhúzó szerszámok •

Fő típusai – Merev ráncgátlós, mechanikus ráncgátlóval – Rugós ráncgátlós, mechanikus ráncgátlóval – Szabályozott ráncgátló nyomást biztosító szerszámok » Pneumatikus ráncgátlóval » Hidraulikus ráncgátlóval

16


Miskolci Egyetem



Ráncgátlós mélyhúzó szerszámok

Ráncgátlós mélyhúzó szerszámok a) kezdő húzás; b) továbbhúzás


17

Miskolci Egyetem



Az aktív szerszámelemek konstrukciós méretezése • az alakváltozás – és ezzel együtt a mélyhúzás sikeressége – szempontjából az aktív szerszámelemek kialakítása meghatározó jelentőségű • ebből a szempontból meghatározó a szerszámok lekerekítési sugarainak helyes megválasztása • a szerszám lekerekítési sugarak értéke – matrica lekerekítési sugár perem nélküli darabokra » acél anyagokra: rM=(6-10)s » réz, alumínium: rM=(5-8)s – matrica lekerekítési sugár peremes darabokra » acél anyagokra: rM=(10-15)s » réz, alumínium: rM=(8-10)s


18


Seite 6

Miskolci Egyetem


A szerszám lekerekítési sugarak értéke • •

a bélyeg lekerekítési sugara kisebb hatást gyakorol a mélyhúzási folyamatra értékei – kezdő húzásra: rB= rM – továbbhúzásra: rB= 0,5rM – befejező húzásra: rB= rfenék – éles sarkú, kis rádiuszú mdb-ok csak a mélyhúzás után, fenéksajtolással állíthatók elő

19


Miskolci Egyetem



Húzóbordák alkalmazása •

szabálytalan alakú mdb-ok mélyhúzásakor a lemezteríték alakváltozását húzóbordák alkalmazásával kell módosítani ez a lemezteríték elmozdulásának fékezését eredményezi, – amely megakadályozza a lemez túlzott folyását és – a szabadabban alakváltozó részeken az anyagfelesleg és ezzel a ráncosodás képződését jelentős erőtöbblet kell a lemez áthúzásához

•

•

20


Miskolci Egyetem



Az aktív szerszámelemek tűrésezése •

attól függ, hogy a mdb külső, vagy belső mérete a tűrésezett méret – külső tűrésezett méret esetén » a matrica mérete

DM = ( D − Tmdb )0M » a bélyeg mérete 0 DB = ( D − Tmdb − 2u ) −T T

B

– belső tűrésezett méret esetén » a matrica mérete T DM = ( D + 2u )0M » a bélyeg mérete

DB = ( D )−T 0

B


21


Seite 7

Miskolci Egyetem


A húzórés mérete • a húzórés méretét célszerű a kiinduló lemezvastagságnál nagyobbra választani; • hengeres darabokra a húzórés értéke

u = so + a 10so • ahol – a = 0,07 acél anyagokra, – a = 0,02 alumínium anyagokra, – a = 0,04 egyéb nem-vas fémekre, – a = 0,2 korrózióálló acél anyagokra, • sík lapokkal határolt üreges testek húzásakor a húzórést a lekerekített sarkokban 50-100 %-kal is nagyobbra célszerű választani az egyenes szakaszokhoz képest 22


Miskolci Egyetem



Mélyhúzható anyagok •

•

A legnagyobb volumenben mélyhúzott anyagok az acélok – Kis C-tartalmú lágyacélok (C < 0,2 %) – Ötvözött acélok – Gyengén ötvözött acélok – Korrózió- és hőálló acélok Az acélok mellett a mélyhúzás gyakori alapanyagai – A réz- és ötvözetei » Különféle vörösréz ötvözetek » Sárgarezek (Sr 63-mal bezárólag), valamint – Az alumínium és ötvözetei

23


Miskolci Egyetem



Mélyhúzható anyagok vizsgálata • A mélyhúzás összetett igénybevétel, amelynek csak megfelelő tulajdonságokkal rendelkező anyag képes megfelelni • A mélyhúzható anyagok legfontosabb vizsgálatai – Az n-r vizsgálatok » A képlékenységi anizotrópia vizsgálat » A keményedési képesség vizsgálata – Az Erichsen-féle mélyíthetőségi vizsgálat – A csészehúzó vizsgálat


24


Seite 8

Miskolci Egyetem


A képlékenységi anizotrópia • a képlékenységi anizotrópiát az ún. normál anizotrópia tényezővel jellemezzük, amely a lemez szélességi és vastagsági alakváltozásának arányát jellemzi b ln bo ϕ r= b = ϕ s ln s so • jól mélyhúzható az az anyag, amely a vastagság irányú alakváltozásnak (a falvékonyodásnak) leginkább ellenáll, azaz a normál anizotrópia tényezője viszonylag nagy • a normál anizotrópia tényező

25



Miskolci Egyetem


A közepes normál anizotrópia tényező • a hengerlés sajátosságaiból adódóan – a normál anizotrópia értéke a hengerlés különböző irányaiból kivett próbatesteken eltérő, – ezért a közepes normál anizotrópiát vesszük figyelembe 0o, r 0

r=

ro + 2r45 + r90 4

a0

L0

b0

45o, r45 90o,

r90

hengerlési irány

26



Miskolci Egyetem


A síkbeli anizotrópia és a fülesedés jelensége • a síkbeli anizotrópia a lemez fülesedésére jellemző; értéke

ro − 2 r45 + r90 2

H max

Δr =

f =

∑H


max

− ∑ H min

∑H

Hmin

• a fülesedésre jellemző érték határozható meg a csészehúzó próbával (ld. később)

× 100%

min

27


Seite 9

Miskolci Egyetem


Az n keményedési kitevő és vizsgálata • Az n keményedési kitevő a Nádai-féle összefüggésben

σ = Kϕ n , szereplő hatványkitevő, amely az anyag keményedőképességére jellemző paraméter • a vonatkozó szabvány által előírt vizsgálati módszer a szakítóvizsgálat, – a keményedési kitevőt a 10 % és a 20 % közötti homogén alakváltozási tartományban határozzuk meg – ha a vizsgált termék egyenletes nyúlása nem éri el a 20 %-ot, akkor a 15-20 %-os felső határ alkalmazható. Ilyenkor a felső alakváltozási határt y indexként meg kell adni • Az anizotrópiához hasonlóan értelmezzük a közepes keményedési kitevőt n + 2n45 + n90 is n= 0 4 Képlékenyalakítás

28


Miskolci Egyetem


Erichsen-féle mélyítővizsgálat


∅ d2

h IE

húzógyűrű

próbatest a

• A vizsgálat során egy húzógyűrű és egy szorítógyűrű közé befogott próbatestet gömbvégű nyomófejjel addig mélyítenek, amíg a próbatest a mélyítés helyén átszakad • A mélységet (h) 0,1 mm-es pontossággal kell mérni és ez a mm-ben kifejezett mélység az Erichsen-féle mélyítési szám (IE) • Mivel a feszültségi állapot nem azonos a mélyhúzáséval, ezért csak összehasonlító értékelésre alkalmas

szorítógyűrű nyomófej

d1 = 20 ± 0,05 mm

∅ d1 ∅ d3

29

Miskolci Egyetem

d 2 = 27 ± 0,05 mm d 3 = 33 ± 0,1 mm



Különböző anyagminőségek Erichsen vizsgálati eredményei


30


Seite 10

Miskolci Egyetem


A csészehúzó vizsgálat • A csészehúzó próba a szabványos mélyhúzhatósági technológiai vizsgálat, amellyel lényegében a húzási viszony megengedhető értékeit határozzuk meg • A vizsgálóberendezés paraméterei – DB = 33 mm, –u=s – DM = DB + 2u • Az eredményt a húzóbélyeg lekerekítési sugara alapvetően befolyásolja; értékei – IGL = 5 mm, – IGA = 12 mm, – IGF = 16,5 mm, Képlékenyalakítás

31

Miskolci Egyetem



A csészehúzó vizsgálat elrendezési vázlata

d = 33 ± 0,05 mm

rny (L) = 5 mm rny (A) = 12 mm rny (F) = 16,5 mm d ny = d + 2h


32


Seite 11

Seite 1. Lemezalakítás Mélyhúzás. A mélyhúzás feszültségi állapotának elemzése. A mélyhúzás feszültségi állapotának elemzése

Recommend Documents