DETERMINAREA FORTEI NECESARE LA AMBUTISARE

DETERMINAREA FORTEI NECESARE LA AMBUTISARE

1 Scopul lucrarii

Lucrarea isi propune determinarea experimentala a fortei necesare la prima operatie de ambutisare a pieselor de forma cilindrica din tabla. Ambutisarea pieselor se face fara modificarea voita a grosimii materialului.

2. Consideratii teoretice

Procesul ambutisarii pieselor cilindrice din tabla fara modificarea voita a grosimii materialului, decurge in modul urmator (fig.1): sub actiunea culisorului presei, poansonul 1 trage semifabricatul in cavitatea placii de ambutisare 2, cu o anumita forta F, tensionandu-l si deformandu-l, micsorandu-i diametrul. In acest timp, elementul de suprafata din flansa semifabricatului (fig.2.), se lungeste in directia radiala si se scurteaza in directia circumferentiala prin tensiunile si . Astfel, in directia circumferentiala dimensiunile semifabricatului scad, iar in directie radiala dimensiunile lui se maresc.

Fig. 1. Procesul ambutisarii  Fig.2. Starea de tensiune

in elementul de suprafata

In timpul procesului de ambutisare, este posibila pierderea stabilitatii flansei semifabricatului avand loc formarea cutelor. Tendinta flansei de a se cuta in timpul deformarii este cu atat ma mare cu cat diferenta dintre raza semifabricatului si raza piesei obtinute este mai mare.

Prevenirea formarii cutelor in flansa semifabricatului se asigura prin retinerea acestuia cu inelul 3 (fig.1). Inelul de retinere este actionat de berbecul exterior al presei sau prin arcuri elicoidale cu o anumita forta Q. In timpul ambutisarii, semifabricatul se deplaseaza intre placa de ambutisare si inelul de retinere, nemaifiind posibila ondularea sa. Intre semifabricatul apasat cu forta Q si placa de ambutisare, respectiv inelul de retinere, iau nastere forte de frecare m Q. Aceste forte de frecare diminueaza, intr-o oarecare masura, gradul de deformare a materialului semifabricatului. De aceea, este necesar ca aceste forte de frecare sa fie cat mai mici posibile. In acest scop, suprafetele active ale placii de ambutisare si inelului de retinere se prelucreaza cat mai fin, iar semifabricatele se ung cu un lubrifiant corespunzator.

Tensiunile si deformatiile care apar in materialul semifabricatului la operatia de ambutisare sunt prezentate, simbolic, in figura 3. Dupa cum se oberva in aceasta figura, starea de tensiune si de deformare a materialului in procesul de ambutisare este complexa si difera de la o zona la alta a semifabricatului. In zona flansei semifabricatului, starea de tensiune este spatiala.

Fig. 3. Starea de tensiune si de deformatie la ambutisare

Prezenta tensiunilor axiale in flansa plana a semifabricatului arata ca grosimea materialului poate ramane constanta numai daca s-ar aplica o asemenea forta exterioara Q, care sa echilibreze forta data de aceste tensiuni. Practic insa, pentru prevenirea formarii cutelor in timpul deformarii, se aplica presiuni mult mai mici decat tensiunile , pentru ca deformarea materialului sa fie posibila. De aceea procesul de ambutisare, este insotit de ingrosarea materialului in zona flansei plane a semifabricatului. Asa se explica faptul ca in procesul de ambutisare, semifabricatul plan nu trebuie strans ci numai retinut pentru a nu se ondula. Subtierea materialului pe raza matritei si in zona cilindrica a semifabricatului se datoreste tensiunilor de ambutisare normale principale, . Deoarece, tensiunile sunt foarte mici, in raport cu celelalte tensiuni starea de tensiune a materialului la ambutisare este aproximativ plana.

Trebuie mentionat ca pe raza matritei (in zona toroidala a flansei) starea de tensiune a materialului este mai complexa decat se arata in figura 3. Pe langa tensiunile indicate aici, in material mai actioneaza tensiunile de incovoiere a caror valoare este influentata sensibil de grosimea semifabricatului, de raza si de tensiunile datorate fortelor de frecare μQ (fig.11.4).

Fig.4. Tensiunile din zona toroidala a flansei

Astfel, forta de ambutisare necesara pentru realizarea primei operatii se poate determina analitic (fig.4) cu relatia:

(1)

In aceasta relatie reprezinta tensiunea totala de ambutisare si se determina plecand de la relatia generala:

(2)

unde sunt tensiunea radiala necesara deformarii, invingerii frecarii si necesara indoirii pe raza placii de ambutisare (fig. 4). Se calculeaza cu relatiile:

(3)

(4)

(5)

Expresia este frecarea funiculara dintre semifabricat si placa de ambutisare. Pentru:

(6)

relatia (2), dupa unele transformari, devine:

(7)

Substituind relatia (7) in (1) se obtine relatia finala pentru calculul analitic al fortei de ambutisare, la prima operatie, cand procesul de deformare are loc fara modificarea voita a grosimii materialului:

(8)

Forta de ambutisare pentru prima operatie se poate determina si cu urmatoarea relatie:

(9)

in care este rezistenta limita la rupere a materialului pieselor, iar coeficientul depinde de coeficientul de ambutisare si are valorile conform tabelului 1.

Tabelul 1

Fig.5. Variatia fortei la ambutisarea Fig.6. Variatia fortei la ambutisarea

cu inel plan cu inel combinat

La prima operatie de ambutisare a pieselor cilindrice cu matrite cu inel plan de retinere a semifabricatului, forta maxima se dezvolta la inceputul procesului de deformare (fig.5). Prezenta celorlalte maxime relative pe ramura descendenta a curbei se datoreste fortei suplimentare de presare necesara pentru indreptarea cutelor materialului piesei formate dupa eliberarea acestuia de sub inelul plan de retinere.

In cazul ambutisarii cu matrite cu inel combinat de retinere a semifabricatului, ca urmare a retinerii complete a acestuia, ramura descendenta a curbei fortei de ambutisare este asemanatoare cu ramura ascendenta a acesteia (fig.6).

3. Dispozitiv si materiale folosite

Matrita utilizata pentru masurarea fortei este prezentata in fig.7.

Fig.7. Matrita pentru determinarea fortei de ambutisare

Matrita se compune din subansamblul placa de baza (reperele 1,7 si 8), subansamblul placa de cap (reperele 15,16 si 17), poansonul schimbabil 5, placa activa 18, inelul plan de retinere 10 actionat de arcurile elicoidale 9, extractorul 12 actionat de arcul 14, coloanele de ghidare 11 si bucsele de ghidare Placa portpoanson este inlocuita cu un piston 4, care se poate deplasa in camasa cilindrica 6.

Pistonul 4, se sprijina pe o perna de ulei 2, fiind etansat cu garnitura 3.

In timpul ambutisarii forta se transmite prin poansonul 5 pistonului 4, care creeaza in masa de lichid 2, o anumita presiune proportional cu forta.

Aceasta presiune se transmite prin racordul 20 la manometrul 21, unde se poate citi valoarea ei.

Actionarea matritei se face cu ajutorul unei prese manuale cu surub.

Semifabricatele utilizate au forma circulara si sunt din material diferite. Din acelasi material se vor executa semifabricate cu diametre si grosimi diferite.

4. Modul de lucru

Se vor ambutisa cu acelasi poanson semifabricate din materiale diferite avand diametre diferite.

Se vor repeta experiente folosind semifabricate de alta grosime, schimband in mod corespunzator poansonul.

La fiecare ambutisare se va citi valoarea maxima a presiunii indicate de manometru.

Valoare maxima a fortei de ambutisare se determina in functie de presiune, cu ajutorul diagramei de etalonare din fig.8.

De asemenea se va calcula forta de ambutisare folosind relatia 9.

Fig.8. Diagrama de etalonare

5. Prelucrarea si interpretarea rezultatelor. Concluzii

Datele initiale si rezultatele se vor trece in tabelul 2.

Se va evidentia dependenta fortei de ambutisare de proprietati mecanice ale materialului, de grosimea g si coeficientul de ambutisare m.

Tabelul 2