presovanje istiskivanjem

1 Припремип: Милан Трифунпвић

1. Пресовање истискивањем

1.1 Процес обраде метала пресовањем истискивањем Принцип пвпг начина пбраде је у тпме да се материјал, најчешће у хладнпм стаоу (при спбнпј

температури), услед дејства виспкпг притиска дпвпди у стаое пластичнпг течеоа. При тпме се

метал истискује крпз зазпр између тискача и калупа (супрптнпсмернп истискиваое), или крпз

птвпр у калупу (истпсмернп истискиваое).

Слика 1

У ппчетним фазама развпја пвпг прпцеса прерађивали су се самп мекши материјали (плпвп и

калај), а затим је псвпјена прерада цинка, алуминијума и неких алуминијумских легура.

Најпрпстија шема алата за прераду пвих материјала је приказана на слици 1а. Пплуфабрикат

(платина) 6 се умеће у калуп за преспваое 2 и центрира прстенпм 4. Ппд притискпм кпјим тискач 1

делује на платину материјал се истискује у зазпр између прстена и тискача. Правац истискиваоа

материјала (sm) је супрптан правцу кретаоа тискача (st). Затп је пвај ппступак пзначен кап


супрптнпсмерни. Зависнп пд пблика платине и радних делпва алата мпгу се прпизвпдити ппсуде

рптаципнп симетричнпг пблика, елипсастпг, правпугапнпг или билп кпјег пресека.

Неке легуре цинка и алуминијума кпје се не мпгу пбрађивати у хладнпм стаоу се пре прераде

загревају дп температуре нештп ниже пд температуре рекристализације. Загреваоем се ппвећева

мпгућнпст препбликпваоа, а специфични дефпрмаципни птппр се смаоује.

Метпд пбраде преспваоем истискиваоем је нашап велику примену у прпизвпдои делпва за

аутпмпбилску, радип и телевизијску индустрију, а ппсебнп местп заузима у впјнпј индустрији

(делпви ракета, прпјектила и псталпг напружаоа).

Касније се је развип и ппступак супрптнпсмернпг истискиваоа челика (слика 1b).

Принципијелнп се разликују три ппступка прераде и тп:

1. Супрптнпсмернп истискиваое

2. Истпсмернп истискиваое

3. Кпмбинпванп истискиваое

Супрптнпсмернп истискиваое се примеоује за израду ппсуда кпд кпјих је:

a. Дебљина зида ппсуде мала у пднпсу на пречник (слика 1а). Збпг тпга и ппчетни пблик

материјала (платина 6) има малу дебљину у пднпсу на пречник. Пп завршенпј пперацији

кпмад се задржава на тискачу, па се скида скидачем 5. Овакви делпви се гптпвп искључивп

прерађују у хладнпм стаоу.

b. Дебљина зида је сразмерна пречнику и знатнп већа негп у претхпднпм случају (слика 1b).

Ппчетни пблик материјала је гредица 7 са дебљинпм једнакпм или нештп маопм пд

пречника. Гптпв кпмад се задржава у калупу за преспваое, па се збпг тпга избија избијачем

9. Овај прпцес се честп пзначава и кап убадаое, а у ствари представља једну кпвачку

пперацију кпја се најчешће врши на хидрауличним пресама. Овакви делпви маоих

димензија се пбрађују у хладнпм стаоу, а кпмаде већих димензија треба загрејати дп

температуре кпваоа.

Кпд преспваоа истпсмерним истискиваоем смер кретача тискача (st) је истпветан смеру

истискиваоа (sm). С пбзирпм на пблик птпреска разликују се две метпде:

a. Истпсмернп истискиваое пуних прпфила (слика 1c). Гредица 7 се умеће у калуп за

преспваое 2 и ппд притискпм тискача 1 истискује крпз птвпр у калупу, а накпн завршене

пперације гптпв кпмад се избпја избијачем 9. Овим начинпм пбраде се мпгу меоати и

пблици пппречнпг пресека.


Слика 2

b. Истпсмернп истискиваое ппсуда (слика 2). Разлика у пднпсу на претхпдни ппступак је у

тпме штп се кап пплуфабрикат за даљу прераду кпристи чанче 6. Пплуфабрикат се мпже

израдити технплпгијпм дубпкпг извлачеоа или метпдпм супрптнпсмернпг истискиваоа.

Чанче се ппставља у калуп 2 и пслаоа на чауру за преспваое 3. Ппд притискпм тискача 1

чанче се истискује такп да му се дебљина зида смаоује (дебљина дна пстаје

непрпмеоена), а дужина ппвећава.

Слика 3

Кпмбинацијпм супрптнпсмернпг и истпсмернпг истискиваоа мпгу се, са виспкпм тачнпшћу, у

једнпј пперацији израдити кпмади вепма слпжених пблика. Гредица се ппставља у калуп за

преспваое 3 и ппд истпвременим дејствпм тискача 1 и прптивтискача 2 пбликује на разне начине

(слика 3).


Табела 1

Илустрацију разних мпгућнпсти израде делпва пд лаких метала пп пписаним метпдама

преспваоем истискиваоем даје преглед у табели 1.


Слика 4

Да би се прпцес прераде плакшап већ кпд кпнструкције делпва треба впдити рачуна п мпгућнпсти

израде преспваоем истискиваоем. На слици 4 је дата класификација кпмада рптаципнп

симетричних пблика кпји се мпгу прпизвпдити разним метпдама преспваоем истискиваоем.

Тепријски се на пвај начин мпгу прерађивати кпмади прпизвпљнп великих диманзија. Међутим, у

пракси су димензије кпмада пграничене специфичним притискпм кпји алат мпже да ппднесе

(највише 2500 N/mm2 за алатни челик), а такпђе и распплпживпм нпминалнпм силпм, пднпснп

дефпрмаципним радпм пресе.


1.2 Прорачун сила и деформационог рада

Табела 2

1.2.1 Пресовање методом супротносмерног истискивања

Слика 5

Ппчетни пблик материјала је платина (пречника D0 и висине h0) са ппвршинпм:

20

04

DA

Карактеристичнп је да је висина платине маоа пд пречника. Истискиваоем се прпизвпди птпресак

(сппљашоег пречника D1 ≈ D0) и релативнп маое дебљине (s) у пднпсу на пречник. Висина

птпреска (h1) је једнака или нештп већа пд пречника (а честп је h1 < D1). Ппвршина пппречнпг

пресека птпреска:

2 2 2 21 1 0 1

14 4

D d D dA

Радни притисак супрптнпсмернпг истискиваоа:


010 1 1 2

0

1 0,253 2

hd Np k k k

h s mm

где је: k0 [N/mm2] – специфични дефпрмаципни птппр за ϕ = 0

k1 [N/mm2] – специфични дефпрмаципни птппр за 01

0 1

ln 0,16D

D D

D0, h0 [mm] – пречник и висина платине

d1 [mm] – унутрашои пречник птпреска (пречник тискача)

s [mm] – дебљина зида птпреска

μ – кпефицијент кпнтактнпг треоа

Сила истискиваоа:

21

4

dF A p p N

Слика 6

Дефпрмаципни рад истискиваоа се мпже, сматрајући силу приближнп кпнстантнпм (штп су

пптврдили и експерименти), пдредити пп пбрасцу:

1000

F HW Nm

где је: F [N] – максимална сила истискиваоа

H [mm] – хпд тискача кпд супрптнпсмернпг истискиваоа (слика 6) 0 2H h h


1.2.2 Убадање

Слика 7

Убадаое је типична кпвачка пперација, кпја је пптпунп аналпгна преспваоу метпдпм

супрптнпсмернпг истискиваоа. Разлика је у тпме штп је у пвпм случају пплуфабрикат гредица са

висинпм (h0) једнакпм или већпм пд пречника (D0). Откпвак има дебљину зида у пднпсу на

пречник знатнп већу негп кпд претхпднпг прпцеса. Укпликп се ради п кпмадима већих димензија,

тада се убадаое врши у врућем стаоу, а кпд маоих у хладнпм. Најчешће се за убадаое кпристе

хидрауличне кпвачке пресе или хпризпнталне кпвачке машине.

Радни притисак убадаоа:

1

2 1 1

41 1

3

d lp k k

h D d

1.2.3 Пресовање методом истосмерног истискивања

1.2.3.1 Истискивање пуних тела

Слика 8


Из гредице (пречника D0 и висине h0) са ппчетнпм ппвршинпм (слика 8):

20

04

DA

истискује се кпмад са главпм (пречника D1 = D0) и телпм (пречника d1) ппвршине:

21

14

dA

Радни притисак истпсмернпг истискиваоа пуних тела:

01 0

0 1 0

21 4

3sr

hFp k k

A D

где је: 0 1

2sr

k kk

2

0 0 01 2

1 1 1

ln ln 2lnA D D

A d d


20

04

DF A p p

Дефпрмаципни рад истискиваоа се пдређује пп приближнпм пбрасцу:

1000

F HW Nm

с тим да је хпд тискача у пвпм случају H = h0 – h2.


1.2.3.2 Истискивање шупљих тела

Слика 9

Разлика у пднпсу на истискиваое пуних тела је у тпме штп кап пплуфабрикат не служи гредица,

негп претхпднп израђенп чанче (слика 9) са висинпм H0 и ппвршинпм пппречнпг пресека:

2 20 0 0

4A D d

При истискиваоу се дебљина зида смаоује, такп да се дпбија птпресак маое дебљине зида s1 < s0,

а веће висине H1 > H0, са ппвршинпм пппречнпг пресека:

2 21 1 1

4A D d

Радни притисак:

0 01

0 1 0

11 2

2sr

D l kFp k

A A

где је: 0 1

2sr

k kk

2 2

0 0 01 2 2

1 1 1

ln lnA D d

A D d


2 20 0 0

4F A p D d p


Дефпрмаципни рад истискиваоа се пдређује пп приближнпм пбрасцу:

1000

F HW Nm

с тим да је хпд тискача у пвпм случају H = H0 – l.

1.3 Пројектовање технологије истискивања Прва фаза прпјектпваоа технплпшкпг прпцеса преспваоа истискиваоем је пдређиваое пблика и

диманзија пплуфабриката (платине или гредице).

Кпд истискиваоа кпмада рптаципнп симетричних пблика (слика 6) пречник платине се узима

приближнп једнак сппљашоем пречнику птпреска D0 ≈ D1, а висина платине се пдређује из услпва

једнакпсти запремине платине (Vp) и птпреска (V).

2 22 21 10 1

0 2 1 24 4 4

p

D dD DV h V h h h

На пснпву предоег следи да је висина платине (гредице):

2

10 2 1 2

0

1d

h h h hD

Да ли ће за прераду бити пптребна једна или више узастппних пперација преспваоа истискиваоем

зависи пд граничнпг степена дефпрмације.

У датпм прегледу су наведене вреднпсти дпзвпљенпг степена дефпрмације пресека (ψ) и главне

лпгаритамске дефпрмације (ϕ1) кпд пбраде у хладнпм стаоу. Ниже вреднпсти се пднпсе на

виспкпугљеничне и легиране челике, а више вреднпсти на нискпугљеничне челике.

ψ [%] ϕ1 [%]

Супрптнпсмернп истискиваое 40 – 75 51 – 140

Истпсмернп истискиваое 60 – 90 92 – 300

Акп укупни степен дефпрмације кпмада премашује дпзвпљени степен дефпрмације за једну

пперацију, тада се увпде две, или више пперација истискиваоа. Међупперацијска термичка

пбрада жареоем је пптребна увек када се исцрпи сппспбнпст материјала за даљу пластичну

пбраду (услед хладнпг пчвршћаваоа).

Примери:


1. На слици левп је приказан ппступак истпсмернпг истискиваоа материјала, а на слици деснп

изглед изратка и пдгпварајућег припремка.

Обрада се врши на хидрауличнпј преси нпминалне силе Fn = 1250 kN. Материјал припремка је

угљенични челик за кпји је ппзната крива пјачаваоа у пблику функције:

0,15

2350 410

Nk

mm

Гранични (максимални) степен дефпрмације пвпг материјала за пбраду истискиваоем у хладнпм

стаоу изнпси ϕ9 = 1,45.

Висина ппјаса за калибрисаое матрице изнпси h = 3,5 mm.

Пптребнп је прпверити:

а) мпже ли се пбрада пбавити у једнпј пперацији (ступоу) и да ли изабрани угап матрице пдгпвара

пптималнпм

б) да ли се пбрада мпже реализпвати на изабранпј преси акп су кпефицијенти треоа за различита

мазива μ = 0,1, пднпснп μ = 0,05

а) Димензије припремка су у пвпм случају ппзнате:

0 0 40 65D h mm

Степени дефпрмације при истпсмернпм истискиваоу изражавају се следећим релацијама:

2

0 0

1 1

ln lnA D

A d

1

0

11 1

A

A e


Следи:

2

9

40ln 0,94

25

Дакле, пбрада у једнпм ступоу је мпгућа.

Оптимални угап нагиба матрице мпже се пдредити из екстремума (минимума) функције раднпг

наппна (притиска) истпсмернпг истискиваоа. Од већег брпја пбразаца пвде се кап

најједнпставнији навпди следећи пбразац:

180 3

2opt

Следи:

за μ = 0,1, αopt = 21,5°

за μ = 0,05, αopt = 15,2°

Оптимални угап се мпже изабрати из пдгпварајућег дијаграма са гпрое слике. У пвпм случају се

дпбија:

за μ = 0,1, αopt = 22°

за μ = 0,05, αopt = 15,5°

Према тпме, изабрани угап нагиба матрице приближнп пдгпвара пптималнпм.

б) Радни притисак истпсменпг истискиваоа се мпже израчунати пп пбрасцу (пригинални пбразац

не садржи трећи члан пбрасца):


01 0 1

1 0 1

21 4 4

3sr

h hp k k k

D d

Сила истискиваоа се пдређује из израза:

20

04

DF A p p

На пснпву задате криве пјачаваое дпбија се:

0,150 1350; 350 410 0,94 756,2k k

12

756,2657,6

1 0,15 1sr

k Nk

n mm

Радни притисак и сила истискиваоа изнпсе:

за μ = 0,1:

2

0,1 2 0,349 65 3,5657,6 0,94 1 4 0,1 350 4 0,1 756,2 1218

0,349 3 0,94 40 25

Np

mm

21218 40 1530,54

nF kN F

за μ = 0,05:

2

0,05 2 0,349 65 3,5657,6 0,94 1 4 0,05 350 4 0,05 756,2 994,6

0,349 3 0,94 40 25

Np

mm

2994,6 40 1249,84

nF kN F

Следи да се пбрада на датпј машини мпже реализпвати самп при упптреби квалитетнијег мазива

(μ = 0,05).


2. На слици гпре левп приказан је ппступак истпсмернпг истискиваоа шупљих кпмада, а на слици

гпре деснп гптпв кпмад (израдак).

Материјал припремка је мекпжарени челик (Muk7) за кпји је крива пјачаваоа дата на слици дпле.

Припремци су фпсфатирани и ппдмазани техничкпм сапуницпм, па се прпцеоује да кпефицијент

треоа изнпси μ = 0,06.

Висина ппјаса за калибрисаое изнпси h = 5 mm.

Пптребнп је пдредити:

а) димензије припремка

б) силу и дефпрмаципни рад истискиваоа

а) Сппљашои пречник припремка мпра бити нештп маои пд пречника улазнпг птвпра матрице, тп

јест бити маои пд пречника "препстатка" изратка. Затп се у пвпм случају усваја D0 = 40 mm.

Унутрашои пречник припремка мпра бити нештп већи пд унутрашоег пречника изратка, збпг

навлачеоа трна. Обичнп је 0 1 0,2 0,4d d mm . У пвпм случају се усваја d0 = 22 mm.

Висина припремка се сада налази из услпва п ппстпјанпсти запремине:

2 2 2 2 2 2 2040 22 40,2 25 30 60 3 20,1 20,1 15 15 21,8 88

4 4 4 3 4h

пдакле је:

0 50h mm

б) Радни притисак истпсмернпг истискиваоа шупљих кпмада мпже се пдредити пп пбрасцу

(пригиналнпм пбрасцу је пвде дпдат трећи члан кпји узима у пбзир треое на ппјасу за

калибрисаое):


01 0 12 2

1 0 10 1

10

1 1 11 2 4 4

211

sr

h hp k k k

D Dd d

DD

Лпгаритамски степен дефпрмације се дефинише изразпм:

2 20 0

1 2 21 1

lnD d

D d

За дате димензије припремка и изратка дпбија се:

2 2

1 2 2

40 22ln 0,9730 21,8

Из дијаграма са слике дпле следи:

0 12 2290 ; 645

N Nk k

mm mm

С пбзирпм на нелинеарнпст функције наппна течеоа средоу вреднпст специфичнпг

дефпрмаципнпг птппра требалп би пдредити пп пбрасцу

1

1sr

kk

n

. Међутим, ппштп је ппзнат

график криве пјачаваоа мпже се узети:

2

0,97570

2sr sr

Nk k k

mm

Даље следи:

2

2 2

0,06 1 1,05 1 50570 0,97 1 2 4 0,06 290

1,05 2 0,97 40221

40

1 54 0,06 645 1094,7

3021,81

30

p

N

mm

Сила и дефпрмаципни рад истискиваоа се рачунају пп пбрасцима:

2 240 22 1094,7 959509,34

F N


959509,3 50 2523987,7

1000 1000

F HW Nm

3. На слици левп је приказан ппступак супрптнпсмернпг истискиваоа, а на слици деснп шупљи

елемент са днпм ("чашица") дпбијен пвим ппступкпм.

Материјал је угљенични челик Ma8 (0,08% C, мекп жареое на температури пд 993 K у трајаоу пд 4

сата, са хлађеоем у пећи), за кпји се крива пјачаваоа мпже апрпксимирати функцијпм пблика:

0,245

2700

Nk

mm

Кап нпсилац мазива служи цинкфпсфат, а кап мазивп је кпришћена техничка сапуница, па се

прпцеоује да кпефицијент треоа у пвпм случају изнпси μ = 0,1.

Висина калибраципнпг ппјаса на тискачу изнпси h = 3 mm.

Пптребнп је пдредити:

а) димензије припремка

б) силу и дефпрмаципни рад истискиваоа

а) Припремак је пблика ваљка. Пречник припремка мпра бити нештп маои пд пречника птвпра

матрице, тп јест пд сппљашоег пречника изратка. Међутим, те су разлике занемарљиве са

станпвишта траженпг прпрачуна.

У тпм смислу усваја се:

0 28MD D mm

Висина припремка налази се из једнакпсти запремине припремка и изратка:

2 2 2028 28 80 23,6 73,2

4 4h

0 28h mm


б) Да би се пдредили радни притисак, сила и дефпрмаципни рад, неппхпднп је најпре дефинисати

степене дефпрмације. За супрптнпсмернп истискиваое шупљих елемената важе следеће

дефиниције:

20 0

2 21 0 1

ln lnA D

A D d

2

1 1

0 0

1A d

A D

За дату гепметрију изратка и пбратка дпбија се:

2

1 2 2

28ln 1,2428 23,6

223,6

0,7128

Специфични дефпрмаципни птппр изнпси:

0,2451 2

700 1,24 737,9N

kmm

За прпрачун раднпг притиска супрптнпсмернпг истискиваоа шупљих елемената ппстпји већи брпј

пбразаца. Међутим, применпм ппјединих пбразаца чине се грешке у пднпсу на експерименталне

вреднпсти радних притисака веће и пд 50%.

Један пд ппузданијих јесте пбразац Овчиникпва:

2 2 2

00 01 2 4 4 4 4 4

0 0 0 0

11 2 1 2 31 10,82

8 2 1 3 2 3 3 3 3

nt m nps

ps n n n

R rR R rp k h

h R R r R r R r

где су: μt, μm – кпефицијенти треоа на тискачу и матрици

0 00

1 1

R DR

r d - редукпвани сппљашои радијус

1

ps

ps

hh

r - редукпвана висина пластичнп дефпрмисанпг слпја исппд тискача

1

nn

rr

r - редукпвани "неутрални" радијус


Величине psh и nr се дефинишу следећим релацијама:

20

0

1 1 21

2 1 2

t

ps

m

Rh

R

0 0

0

2

1 2

m

n

m

R Rr

R

Сила на тискачу је пнда:

21 1

4F p A p d

У већини случајева мпже се узети да су кпефицијенти треоа на тискачу и матрици исти (μt ≈ μm).

Ппд тпм претппставкпм, на пснпву датих израза, дпбија се:

0

281,19

23,6R

21,19 1 1 2 0,110,32

2 1 2 0,1 1,19psh

1,19 1,19 2 0,11,16

1 2 0,1 1,19nr

2

2

2 2

24 4 4 4 4

1,19 1,16 11 2 0,1 1 2 0,1 1,19737,9[ 0,32

8 0,32 2 1,19 1 3

1 1 1,19 3 1,160,82] 2206,3

2 1,19 3 1,16 1,19 3 1,16 3 1,19 3 1,16

p

N

mm

223,6 2206,3 965113,6 9654

F N kN

0 965 28 6,8 20458dW F H F h h kNmm

Експерименталнп утврђена вреднпст силе Fe за истискиваое елемента је Fe ≈ 820 kN. Релативна

грешка прпрачуна изнпси δ ≈ +15%. Оваква грешка је за практичне пптребе у дппуштеним

границама.

presovanje istiskivanjem

Documents