Duboko izvlacenje

2012/2013

ZADATAK:

Projektovanje tehnologije i konstrukcija alata za duboko izvlačenje.

Na osnovu zadatog konstrukcionog crteža gotovog dijela (izratka) (slika 1.) potrebno je projektovati tehnološki postupak dubokog izvlačenja i konstruisati alat za jednu fazu izvlačenja (sklop alata i radioničke crteže izvlakača i matrice).

Proračun treba da obuhvati:

Određivanje dimenzija pripremka (platine); Broj operacija izvlačenja; Dimenzije izratka po pojedinim fazama (prečnici, radijusi,

visine); Dimenzionisanje radnih elemenata alata (žig i matrica); Potreba za držačem lima i silu držača lima po pojedinim

operacijama; Analizu naponskog stanja po pojedinim operacijama (radni

napon, proračun sile i deformacionog rada).

Zadani su slijedeći podaci:

- dn=65 mm; h0=150 mm, rn=7 mm, s=1,9 mm, materijal:Bakar

2012/2013

1 Tehnološki proces izrade 1.1 Dodatak za obrezivanje:

∇ h=f ( h0

dn );∇ h=15065

=2,31

...(L1),tabela br.51,str,346

Dodatak za obrezivanje je kao što vidimo u funkciji odnosa (h0/dn) ,pa je za odnos h0/dn=2,31 interpolacijom vrijednosti (h0=150 mm je h=6,5 mm)

1.2 Visina komada nakon zadnjeg izvlačenja:

h=h0+∇ h=150+6,5=156,5mm

1.3 Prečnik platine:

I način- Iz tabele br.50,str.341 (L1)- Za zaobljeni prelaz:

d=dn-2s=65-2·1,9 d=61,2 mm

r=7 mm

h1=hn-r=150-7 h1=143 mm

h2=h-r=156,5-7 h2=149,5 mm

-za h1=143 mm

D=√d2+4∗d (h1+0,75∗r )=√61,22+4∗61,2∗(143+0,75∗7 )=¿

¿200,09mm≈200mm

-za h2=149,5 mm

D=√d2+4∗d (h2+0,75∗r )=√61,22+4∗61,2∗(149,5+0,75∗7 )=¿¿204,03mm≈204mm

2012/2013

II način- Prema (L2)

d1=dn-2r=65-2·7 d1=51 mm

d2=dn=65 mm

r=7 mm

h1=hn-r=150-7 h1=143mm

h2=h-r=156,5-7 h2=149,5 mm

-za h1=143 mm

D=√d12+2π d1+8 r2+4 d2∗h1=√512+2 π51+8∗72+4∗65∗143=¿

¿201,229mm≈202mm -za h2=149,5 mm

D=√d22+2π d2+8 r2+4d2∗h2=√652+2π 65+8∗72+4∗65∗149,5=¿

¿209,51mm≈210mm

- Radi sigurnosti usvaja se najveći prečnik platine i on iznosi: D=210 mm

Tako smo dobili sljedeće dimenzije platine: 2101,9 mm.

2012/2013

1.4 Relativna debljina materijala:

Sr=sD∗100= 1,9

210∗100=0,9048

1.5 Odnosi izvlačenja:- Iz tabele br.54, str 367 (L1)

za odnos mi=fi(Sr=0,1-0,6),slijede odnosi izvlačenja:

mi preporučene vrijednosti usvojene vrijednosti

m1=d1/D 0,50 - 0,55 0,55

m2=d2/d1 0,72 – 0,74 0,74

m3=d3/d2 0,75 – 0,76 0,76

m4=d4/d3 0,77 – 0,78 0,78

m5=d5/d4 0,79 – 0,80 0,80

1.6 Broj operacija izvlačenja:

n=1+

log dn−log(m1∗D)logm sr

=1+log 65−log(0,55∗210)

log0,77=3,1995≈3

usvajam: n=3 , gdje je:

msr=m2+m3+m4+m5

n−1=0,74+0,76+0,78+0,80

5−1=0,77

1.7 Prečnici komada po fazama:- I način

di mm Usvaja se d (mm)

d1=m1·D 115,5 116

d2=m2·d1 85,84 86

D3=m3·d2 65,36 65

- provjera:

m4=d4

d3

=dnd3

=1 , zadovoljava po tabeli br.54,str367(L1) jer je:

m4=(0,77-0,78) ;

2012/2013Pošto je m4 = 1 > 0,77 – 0,78 ; znači da dobijeni prečnici po fazama izvlačenja zadovoljavaju.

- II način

di mm Usvaja se d (mm)

d3=d4/m4 83,35 83

d2=d3/m3 109,21 109

d1=d2/m2 147,2979 147

- provjera:

m1=d1

D=147

210=0,7>0,50−0,55, zadovoljava po tabeli br.54,str367(L1) jer je:

Pošto je m1 = 0,7 > 0,50 – 0,55 ; znači da dobijeni prečnici po fazama izvlačenja zadovoljavaju.

1.8 Radijusi komada po fazama izvlačenja:

-uzimamo podatke dobijene na drugi način

Ako je ri≤s , onda je ri≈0 , a ako je ri≥s , što je slučaj u ovom primjeru, tada se koristi

obrazac: ri=

d i−d i+1

2

r1=(d1−d2 )

2=

(147−109 )2

=19mm

r2=(d2−d3 )

2=

(109−83 )2

=13mm

2012/2013

r3=(d3−d4 )

2=

(83−65 )2

=9mm

r3=r4=7mm

1.9 Visine komada po fazama izvlačenja:

Izraz za izračunavanje visina po fazama izrade u slučaju zaobljenih prelaza je:

hi=0 ,25⋅(D2

d i2−d i)+0 ,43⋅

rid i⋅(d i+0 ,32⋅ri )

hi mm Usvaja se h (mm)

h1 46,76 47

h2 79,696 80

h3 115,17 115

h4 156,478 156

1.10 Šematski prikaz izvlačenja sa redukcijom debljine zida dat je na slici 3.

2 Dimenzionisanje radnih elemenata

2012/20132.1 Zazor između izvlakača i matrice:

f=s+c∗√10∗s=1,9+0,04∗√10∗1,9=2,07mm

,

gdje su:

- c – koeficijent koji zavisi od vrste materijala, c=0,04 za bakar

- f – zračnost- s=1,9 – debljina lima

W=2∗f=2∗2,07=4,14mm

Slika 4.Shematski prikaz dubokog izvlačenja

2.2 Matrica – prsten za izvlačenje

2.2.1 Prva operacija izvlačenja

Za prvu operaciju biram matricu sa radijus profilom (slika 5.).

2012/2013

Slika 5. Matrica sa radiusom

Radijus zaobljenja matrice za prvu operaciju može se izračunati pomoću obrasca:

rM 1=0,8∗√(D−d1 )∗s

,gdje je:

d1-unutrašnji prečnik komada nakon prve operacije, tj.

d1=d1v-2s.

d1=d1V−2∗s=147−1,9∗2=143,2mm

rM 1=0,8∗√(D−d1 )∗s=0,8∗√ (210−143,2 )∗1,9=9,01≈9mm

,usvajam

2012/2013

h0=(3÷5 )∗s=4∗1,9=7,6mm

2.2.2 Ostale operacije izvlačenja

Za ostale operacije izvlačenja bira se matrica sa konusnim profilom prema slici 7.

α=(40 °÷45° )

usvaja se =45o,

=90o-=45o

Slika 7. Matrica sa konusom

2.3 Žig

Kod žiga ili izvlakača najvažniji je radijus zaobljenja pri vrhu.

Ako jesr= s

D⋅100>0,5⇒r Ž=rM

, a

Ako je sr=0,2÷0,5⇒r Ž=1,5⋅rM i sr<0,2⇒r Ž=2⋅rM

Za prvu operaciju izvlačenja:

sr=

sD∗100= 1,9

210∗100=0,9048>0,5

rž1=rM=9 mm.

Za ostale operacije:

2012/2013

r ž2=(d1−d2)

2=

(147−109 )2

=19mm

r ž3=(d2−d3 )

2=

(109−83 )2

=13mm

r ž4=(d3−d4 )

2=

( 83−65 )2

=9mm

napomena: u posljednjoj operaciji dubokog izvlačenja mora biti ispunjen uslov:

r ž=rzad=7mm

2.3.1. Dimenzionisanje radnih elemenata alata

2012/2013

a) Tolerisan vanjski prečnik komada

U ovom slučaju se uzima da je prečnik matrice jednak najmanjem prečniku predmeta (v-) , a prečnik izvlakača je za iznos veličine zazora manji od prečnika matrice:

dM=d Ž+W=du+Wd Ž=du−t ž- - izradna tolerancija predmeta [mm];- dM, dŽ– nazivni prečnici matrice i žiga [mm];- tM, tŽ – izradna tolerancija matrice I žiga [mm];- W – zazor [mm].

b) Tolerisan unutrašnji prečnik komadaU ovom slučaju prečnik izvlakača se uzima jednak najmanjem prečniku komada, a prečnik matrice je za iznos veličine zazora veći od prečnika izvlakača.

dŽ=du; dM=dŽ+W.

Minimanlni prečnik izvlakača i maksimalni prečnik prstena za izvlačenje se određuje po sljedećim obrascima:

dS(min) = dS – tS = dU – tS

dM(max) = dM + tM = dU + W + tM

2012/2013Gdje je:

dU = dV – 2 · s dU- nazivni vanjski prečnik predmeta;dV-nazivni unutrašnji prečnik predmeta;s-debljina lima[mm];- tolerisane dimenzije u intervalu 10¿ 50 [mm] i s = 0,5 [mm]:

-Δ – izradna tolerancija predmeta [mm];-Δ = 0,15 –usvojeno prema preporuci predavača predmeta iz kojeg se dati projekat

radi.

1. Za prvu operaciju izvlačenja je:

dU1 = dV1 – 2 ∙ s =147 – 2 ∙ 1,9 = 143,2 [mm], pa će mo imati da su:

dS1 = dŽ1 = dU1 = 143,2 [mm],

dM1 = dS1 + W = 143,2 + 4,14= 147,34 [mm],

dS1(min) = dS1 – tS = 143,2 – 0,12 = 143,08[mm],

dM1(max) = dM1 + tM = 147,34 + 0,17 = 147,51[mm].

2. Za drugu operaciju izvlačenja je:

dU2 = dV2 – 2 ∙ s = 109– 2 ∙ 1,9 = 105,2 [mm], pa će mo imati da su:

dS2 = dŽ2 = dU2 = 105,2 [mm],

dM2 = dS2 + W = 105,2 + 4,14= 109,34 [mm],

dS2(min) = dS2 – tS = 105,2 – 0,12 = 105,08 [mm],

dM2(max) = dM2 + tM = 109,34 + 0,17 = 109,51 [mm].

3. Zatrecuoperacijuizvlačenja je:


dS3 = dŽ3 = dU3 = 79,2 [mm],

dM3 = dS3 + W = 79,2+ 4,14= 83,34 [mm],

dS3(min) = dS3 – tS = 79,2 – 0,12 = 79,08[mm],

dM3(max) = dM3 + tM = 83,34 + 0,17 = 83,51 [mm].

4. Za četvrtu operaciju izvlačenja je:

2012/2013


dS4 = dŽ4 = dU4 = 61,2 [mm],

dM4 = dS4 + W = 61,2 + 4,14= 65,34 [mm],

dS4(min) = dS4 – tS = 61,2 – 0,12 = 61,08 [mm],

dM4(max) = dM4 + tM = 65,34 + 0,17 = 65,51 [mm].

Tabela.1 :Mjere izvlakača i prstena tokom faza dubokog izvlačenja

I faza II fazaIII

fazaIV

faza

dM[mm] 147,34 109,34 83,51 65,34

dŽ[mm] 143,2 105,2 79,2 61,2

dM(max)[mm] 147,51 109,51 83,51 65,51

dŽ(min) [mm] 143,08 105,08 79,08 61,08

2.4 Držač lima

Kao kriterij da li je potreban držač služi vrijednost relativne debljine materijala i odnosi izvlačenja. Zato se može reći da se komadi mogu izvlačiti bez držača lima ako su ispunjeni uslovi:

- za prvu operaciju:

Sr1= sD⋅100=>2 %

i m1=

d1

D<0,6

.

- za ostale operacije dubokog izvlačenja:

2012/2013

Sr i= sd i−1

¿100≥1,5 %, i

mi=did i−1

≥0,8.

I. Za prvu operaciju izvlačenja:

a) provjera

Sr1= sD⋅100= 1,9

210∗100=0 ,904<2 %

m1=d1

D=147

210=0,7>0,6

Dakle za prvu operaciju izvlačenja potreban je držač lima .

b) Pritisak držača lima

pd 1=0 ,25⋅[(Dd1

−1)3

+d1

200⋅s ]⋅10−2⋅σM, gdje je :

- D=210 mm,- s=1,9 mm,- d1=d1v – 2s=147-2∙1,9=143,2 mm

- σM=km∗(1−ψM )=280∗(1−0 ,30)=196N /mm .- kM = 280 N/mm2 (za bakar) prema sl. 17 [L1]

- ψm=0,30 (za bakar) prema sl.17 [L

pd 1=0 ,25⋅[(210147

−1)3

+147200⋅1,9 ]⋅10−2⋅196=0 ,25∗(0 ,0787+0 ,3868 )∗10−2∗196=0 ,22N /mm2

c) Sila na držaču lima za prvu operaciju:

Fd 1=A∗pd 1=π4⋅[D2−(dM 1+2 rM 1)

2 ]⋅pd 1

dM=d1+W=147+4 ,14=151 ,14rM 1=19mm

Fd 1=A∗pd 1=π4⋅[2102−(151 ,14+2∗19 )2 ]⋅0 ,22=1437 ,9N

II. Držač lima za drugu operaciju:

2012/2013a) Uslovi

Sr 2=sd1

⋅100= 1,9147

∗100=1 ,29<1,5 %

m2=d2

d1

=109147

=0 ,74<0,8


pd 2=0 ,25⋅[( d1

d2

−1)3

+d2

200⋅s ]⋅10−2⋅σM

pd 2=0 ,25⋅[(147109

−1)3

+109200⋅1,9 ]⋅10−2⋅196=0 ,25∗(0 ,04237+0 ,2868 )⋅10−2⋅196=0 ,16N /mm2

c) Sila na držaču lima za drugu operaciju:

- U drugoj operaciji I sljedećim bira se matrica sa konusom pa imamo:

Fd 2=A∗pd 2=π4⋅[d1

2−(d2+2rM 2 )2]⋅(1+μ⋅ctg α ) pd 2

Fd 1=A∗pd 1=π4⋅[1472−(109+2⋅13 )2 ]⋅(1+0 ,13⋅ctg 45∘)0 ,16=2656 ,44⋅0 ,1808=

¿480 ,28435N

III. Držač lima za treću operaciju

a) Uslovi

Sr 3=sd2

⋅100= 1,9109

∗100=1 ,74>1,5 %

m3=d3

d2

=83109

=0 ,76<0,8


pd 3=0 ,25⋅[( d2

d3

−1)3

+d3

200⋅s ]⋅10−2⋅σM

2012/2013

pd 3=0 ,25⋅[(10983

−1)3

+83200⋅1,9 ]⋅10−2⋅196=0 ,25∗(0 ,03074+0 ,21842 )⋅10−2⋅196=0 ,1221N /mm2

c) Sila na držaču lima za treću operaciju

Fd 3=A∗pd 3=π4⋅[d2

2−(d3+2 rM 3)2 ]⋅(1+μ⋅ctg α ) pd 3

Fd 3=A∗pd 3=π4⋅[1092−(83+2⋅7 )2]⋅(1+0 ,13⋅ctg 45∘)0 ,122=1940 ,52⋅0 ,13786=

¿267 ,52N

IV. Držač lima za četvrtu operaciju izvlačenja

a) Uslovi

Sr 4=sd3

⋅100=1,983

∗100=2,28>1,5 %

m4=d4

d3

=6583

=0 ,78<0,8


pd 4=0 ,25⋅[( d3

d4

−1)3

+d 4

200⋅s ]⋅10−2⋅σM

pd 4=0 ,25⋅[(8365

−1)3

+83200⋅1,9 ]⋅10−2⋅196=0 ,25∗(0 ,021236+0 ,17105)⋅10−2⋅196=0 ,09422N /mm2

c) Sila na držaču lima za treću operaciju

Fd 4=A∗pd 4=π4⋅[d3

2−(d4+2rM 4 )2]⋅(1+μ⋅ctg α ) pd 4

Fd 3=A∗pd 4=π4⋅[832−(65+2⋅7 )2 ]⋅(1+0 ,13⋅ctg 45∘)0 ,09422=508 ,68⋅0 ,10646=

¿54 ,158N

2012/2013

3 Analiza naponskog stanja

Analiza naponskog stanja dubokog izvlačenja obuhvata određivanje radnog napona , sile izvlačenja i deformacionog rada za svaku operaciju izvlačenja.

3.1 Prva operacija izvlačenja

a)Radni napon prve operacije izvlačenja

σ 1=eμ⋅π

2⋅(1,1⋅k sr 1⋅lnDds 1

+2 μ⋅Fd 1

π⋅d sr 1⋅s)+k sr 1

s2⋅rM 1+s

μ−0 ,13koefcijentkons tan tnogtrenja (str . 485 , L2)

eμπ2 =1+μ⋅

π2=1+0 ,13⋅

π2=1 ,204

k sr=k 0+k1

2¿

[k0=120N /mm2 ¿ ]¿¿

¿¿

za materijal bakar iz tabele na strani 52 imamo :

2012/2013

k sr=120+3902

=255N /mm2

d sr 1=d1−s=147−1,9=145 ,1mm

σ 1=1 ,204⋅(1,1⋅255⋅ln210147

+20 ,13⋅1437 ,93 ,14⋅145 ,1⋅1,9

)+2551,92⋅19+1,9

=120 ,936+12 ,143=

¿133 ,079N /mm2

b)Sila izvlačenja

F1=π⋅dsr 1⋅σ1=3 ,14⋅145 ,1⋅133 ,079=60632 ,6555N

c)Sila prese

FM 1=F1+Fd 1=60632 ,6555+1437 ,9=62070 ,5555N

d)Deformacioni rad izvlačenja

W=x⋅F1⋅h1

1000=0,8⋅60632,6555⋅47

1000=2279 ,7878Nm

za m1=0,55 x1=0,80 faktor koji predstavlja odnos srednje i max. sile izvlačenja (L1 , str.485).

3.2.Druga operacija izvlačenja

a)Radni napon

σ 2=1,1⋅eμ⋅α⋅cS⋅cd⋅ksr 2⋅(1+ tg αμ )⋅(1−d S 2

d S 1)⋅ μtg α

eμ⋅π

2 =1,204cS=1,2 - korekcioni faktor usljed izvlacenja lima povecava napon za

10÷20 % cS=1,1÷1,2cd=1,2 - korekcioni faktor drzaca lima povecava napon za 10÷20 % cd=1,1÷1,2

α=45O

μ=0 ,13

2012/2013

k 2=390N /mm2

k sr=390+2502

=300N /mm2

d s2=d2−s=109−1,9=107 ,1mmd s1=145 ,1

σ 2=1,1⋅1 ,204⋅1,2⋅1,2⋅300⋅(1+ tg 450 ,13 )⋅(1−107 ,1

145 ,1 )⋅0 ,13tg 45

=4973 ,224⋅0 ,262⋅0 ,13=169 ,388N /mm2

b)Sila izvlačenja

F2=π⋅ds 2⋅σ 2=3 ,14⋅107 ,1⋅169 ,388=56964 ,168N

c)Sila prese

FM 2=F2+Fd 2=56964 ,168+480 ,28435=57444 ,4524N

d)Deformacioni rad

W=x2⋅F2⋅h2

1000=0 ,68⋅56964 ,168⋅80

1000=3098 ,85Nm

za m2=0,74 x2=0,68 ,(L1, str.485)

3.3.Treća operacija izvlačenja

a)Radni napon izvlačenja

σ 3=1,1⋅eμ⋅α⋅cS⋅cd⋅ksr 3⋅(1+ tgαμ )⋅(1−dS 3

dS 2)⋅μtgα

zaε 2=0 ,26⇒ k2=390N /mm2

zaε 3=1−m3=1−0 ,76=0 ,24⇒ k sr=220N /mm2

k sr=250+2202

=235N /mm2

d s3=d3−s=83−1,9=81 ,1mmd s2=107 ,1mm

σ 3=1,1⋅1,204⋅1,2⋅1,2⋅235⋅(1+ tg 450 ,13 )⋅(1−81 ,1

107 ,1 )⋅0 ,13tg 45

=3895 ,69⋅0 ,243⋅0 ,13=123 ,0648N /mm2

b)Sila izvlačenja

2012/2013

F3=π⋅ds 3⋅σ3=3 ,14⋅81 ,1⋅123 ,0648=31338 ,955N

c)Sila prese

FM 3=F3+Fd 3=31338 ,955+267 ,52=31606 ,476N

d)Deformacini rad

W 3=x3⋅F3⋅h3

1000=0 ,67⋅31338 ,955⋅115

1000=2414 ,666Nm

za m3=0,76 x3=0,67 , (L1 , str.485)

3.4. Posljednja operacija izvlačenja

a)Radni napon izvlačenja

σ 4=1,1⋅e μ⋅α⋅cS⋅cd⋅k sr 4⋅(1+ tgαμ )⋅(1−dS 4

dS 3)⋅μtg α

zaε 3=0 ,24⇒ k2=220N /mm2

zaε 4=1−m4=1−0 ,80=0,2⇒ k sr=205N /mm2

k sr=205+2202

=212 ,5N /mm2

d s4=d4−s=65−1,9=83 ,1mmd s3=81 ,1mm

2012/2013

σ 4=1,1⋅1 ,204⋅1,2⋅1,2⋅212 ,5⋅(1+ tg 450 ,13 )⋅(1−63 ,1

81 ,1 )⋅0 ,13tg 45

=3522 ,7⋅0 ,0288=101 ,6414N /mm2

b)Sila izvlačenja

F4=π⋅d s4⋅σ4=3 ,14⋅63 ,1⋅101 ,6414=20138 ,61N

c)Sila prese

FM 4=F4+Fd 4=54 ,158+20138 ,61=20192 ,277514N

d) Deformacioni rad kod posljednje operacije izvlačenja

W 4=x4⋅F4⋅h4

1000=0 ,64⋅20138 ,61⋅156

1000=2010 ,6388Nm

za m4=0,80 x4=0,64 , (L1 , str.485)

4. Konstrukcija alata

Konstrukcija alata (žiga i matrice) za 1. operaciju dubokog izvlačenja prikazana je na:

1. Alat na crtežu br: MFZ-PT-02-01 ,2. Izvlakač na crtežu br:MFZ-PT-O2-02 ,3. Matrica na crtežu br: MFZ-PT-02-03.

5.LITERATURA

L1-Binko Musafija

2012/2013

L2-Vlado Vujović

Documents

Duboko izvlacenje