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

Átírás

1 8. előad adás Lemezalakítás Mélyhúzás Prof. Dr. Tisza Miklós 1 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 2 A mélyhúzás feszültségi állapotának elemzése Az elemzést az átlagfeszültségi (mérnöki) módszerrel végezzük Az elemi térfogatra ható erők egyensúlya 3 Seite 1

2 A mélyhúzás feszültségi állapotának elemzése az elemi térfogatra ható erők egyensúlya dα ( σr + dσr)( r + dr) sdα σr rsdα 2σtsdr sin = 0. a feszültségi egyensúlyi egyenlet dσ r σr σt + = 0 dr r a folyási feltétel σ σ = k 1 3 f amely az alakváltozások megfontolásával σ σ = k r t f 2 4 A mélyhúzás feszültségi állapotának elemzése A folyási feltétel behelyettesítése után a feszültségi egyensúlyi egyenlet változóit szétválasztva dr dσ r = kf, r amelyből σ = k ln r+ ln C r fm az r=rhelyen a σ r = 0 peremfeltételből (ideális, súrlódásmentes állapot!) R σ r = k fmln R σ t = kfm 1 ln r r 5 A húzási viszony elméleti határértéke (Ideális, súrlódásmentes állapot) A mélyhúzási művelet akkor végezhető el sikeresen, ha a mélyhúzott edény falában (azaz az r =r k ) helyen sem haladja meg a munkadarab anyagának e helyen mérhető alakítási szilárdságát, azaz teljesül a R σr,max = σr( r = rk) = kfmln = kfm r amelyből a kezdő húzás elméleti határértékeire d 1 1 m= k = = illetve β = = e= D e m k 6 Seite 2

3 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 2μQ σ rq = 2Rπ s lemez behúzásához szükséges radiális feszültség azzal a peremfeltétellel számítható, hogy az r=rhelyen σ r = σ rq, azaz 2μQ σr( r = R) = σrq =, 2Rπ s 7 A matrica rádiuszon bekövetkező hajlításból származó járulékos feszültség összetevő meghatározása dz hosszúságú, b szélességű és s o vastagságú lemezt r M sugarúra kell alakítani a húzás során a képlékeny hajlítás M nyomatéka egy elemi dγ szögelfordulás alatt 2 bs dw = M dγ = k f dγ 4 amelyet Δσ z feszültséggel hozunk létre s dw =Δ σ zsb dz =Δ σzsb rm + d γ 2 8 A matrica rádiuszon bekövetkező hajlításból származó járulékos feszültség összetevő meghatározása Az előzőkben levezetett két munka egyenlőségéből a húzógyűrű rádiuszán bekövetkező hajlítás járulékos feszültsége, s Δ σ z = k fm 4 r + s/2 ( M ) a meghajlított lemez kiegyenesítéséhez szükséges járulékos feszültség komponenst a hajlítás feszültség igényével azonosnak véve, a hajlításkiegyenesítés összegezett járulékos feszültség igénye, s Δ σ z = k fm 2 r + s/2 ( M ) 9 Seite 3

4 A mélyhúzás teljes feszültség igénye a mélyhúzás teljes radiális feszültség komponense R μq s σ r = k fm ln + +. r kfmrπ s 2 ( rm + s/2) sugár irányú feszültséget axiális erővel hozzuk létre úgy, hogy a lemez a húzógyűrű (r M ) rádiuszán elcsúszva súrlódik. Ezért a kötélsúrlódás képletének analógiájára számolható az axiális irányú feszültség a munkadarab mélyhúzott hengeres palástjában a μa R μq s μα σz = σre = kfm ln + + e, r kfmrπ s 2 ( rm + s/2) 10 A mélyhúzás erő- és munkaszükséglete Elméleti és kísérleti vizsgálatok szerint a maximális húzófeszültség akkor lép fel, amikor a teríték átmérője 2R =0,77D o =d p -re csökken d p 2μQ s μα σ z,max = kfm ln + + e dk kfmdpπ s 2 ( rm + s/2) Ezzel a húzás erőszükséglete F = d π sσ max A húzás munkaszükséglete k W = cfmaxh z,max 11 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

5 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 s s o ez tkp. csak viszonylag vastagfalú edények mélyhúzásánál érvényesül előnyei egyszerű könnyű gyárthatóság hátránya kis húzási viszony érhető el o 13 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 Ráncgátló nélküli mélyhúzószerszámok Ráncgátló nélküli szerszámok a) Kúpos húzógyűrű áteső munkadarabbal; b) Traktrix húzógyűrű, kilökővel ellátott szerszám 15 Seite 5

6 Ráncgátlós mélyhúzó szerszámok Fő típusai Merev ráncgátlós, mechanikus ráncgátlóval Rugós ráncgátlós, mechanikus ráncgátlóval Szabályozott ráncgátló nyomást biztosító szerszámok» Pneumatikus ráncgátlóval» Hidraulikus ráncgátlóval 16 Ráncgátlós mélyhúzó szerszámok Ráncgátlós mélyhúzó szerszámok a) kezdő húzás; b) továbbhúzás 17 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: r M =(6-10)s» réz, alumínium: r M =(5-8)s matrica lekerekítési sugár peremes darabokra» acél anyagokra: r M =(10-15)s» réz, alumínium: r M =(8-10)s 18 Seite 6

7 A szerszám lekerekítési sugarak értéke a bélyeg lekerekítési sugara kisebb hatást gyakorol a mélyhúzási folyamatra értékei kezdő húzásra: r B = r M továbbhúzásra: r B = 0,5r M befejező húzásra: r B = r fenék éles sarkú, kis rádiuszú mdb-ok csak a mélyhúzás után, fenéksajtolással állíthatók elő 19 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 Az aktív szerszámelemek tűrésezése attól függ, hogy a mdb külső, vagy belső mérete a tűrésezett méret külső tűrésezett méret esetén» a matrica mérete TM DM = ( D Tmdb) 0» a bélyeg mérete DB = ( D Tmdb 2u) 0 T B belső tűrésezett méret esetén» a matrica mérete T D ( 2 ) M M = D+ u 0» a bélyeg mérete D ( ) 0 B = D TB 21 Seite 7

8 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 %-kal is nagyobbra célszerű választani az egyenes szakaszokhoz képest 22 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 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

9 A képlékenységi anizotrópia a képlékenységi anizotrópiát az ún. normál anizotrópia tényezővel jellemezzük, amely a lemez szélességi és vastagsági alakváltozásának arányát jellemzi b ln ϕb bo r = = ϕ s s ln 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 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 0 o, r 0 b 0 L 0 ro + 2r + r r = a 0 90 o, r 90 hengerlési irány 45 o, r A síkbeli anizotrópia és a fülesedés jelensége a síkbeli anizotrópia a lemez fülesedésére jellemző; értéke ro 2r45 + r90 Δ r = 2 a fülesedésre jellemző érték határozható meg a csészehúzó próbával (ld. később) f H max min = H min H 100% H min H max 27 Seite 9

10 Az n keményedési kitevő és vizsgálata Az n keményedési kitevő a Nádai-féle összefüggésben n σ = Kϕ, 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 %-os felső határ alkalmazható. Ilyenkor a felső alakváltozási határt y indexként meg kell adni Az anizotrópiához hasonlóan értelmezzük a közepes keményedési kitevőt is n0 + 2n45 + n90 n = 4 28 Erichsen-féle mélyítővizsgálat 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 húzógyűrű próbatest szorítógyűrű nyomófej d 2 d 1 d 3 a h IE d = 20 ± 0,05 mm 1 d = 27 ± 0,05 mm 2 d = 33 ± 0,1 mm 3 29 Különböző anyagminőségek Erichsen vizsgálati eredményei 30 Seite 10

11 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 IG L = 5 mm, IG A = 12 mm, IG F = 16,5 mm, 31 A csészehúzó vizsgálat elrendezési vázlata d = 33± 0,05mm r (L) = 5mm ny r (A) = 12mm ny r (F) = 16,5 mm ny dny = d+ 2h 32 Seite 11