Uploaded by User1805

Lecture 12 - Djupdragning

advertisement
Djupdragning/ Dragpressning
- Föreläsning 12
Prof. Tomas Beno
Metallformingsmetoder
- Översikt
Valsning
Bulk
deformation
Smidning
Extrudering
Metall
formning
Tråddragning
Bockning
Plåtformning
Dragpressning
Hydro
formning
2
TVB100 Föreläsning 12 – Djupdragning/Dragpressning
Plåtformning
- Innehåll i dagen föreläsning
§
§
§
§
§
Djupdragning
Djupdragning i flera steg
Normalanisotropi
Plananisotropi
Defekter vid djupdragning,
öronbildning, sprickor, rynkor
3
TVB100 Föreläsning 12 – Djupdragning/Dragpressning
Plåtformning
- Varför plåt?
§
§
§
§
§
§
§
§
§
§
Billigt
Många storlekar
Många tjocklekar
Lätt att skapa skräddarsydda till
tjocklekar
Snäva toleranser
Ytmönster
Olika beläggningar
Olika material
Möjligt att designa avancerade delar
Lätt och styvt
4
TVB100 Föreläsning 12 – Djupdragning/Dragpressning
Djupdragning
- Översikt
§ Plastisk formning av plåt till en önskad form
§ Dragspänningar dominerande
§ Utmaning: undvika veckbildning och brott p g a uttunning av
plåten
§ Faktorer som inverkar på resultatet
Ø
Material
Ø
Detaljens utformning
Ø
Tillgänglig utrustning
§ Två vanliga metoder för tillverkning av kärlformade detaljer:
Ø
Dragpressning
Ø
Sträckdragning
5
TVB100 Föreläsning 12 – Djupdragning/Dragpressning
Pressbarhet
- Djupdragning
Material
§ Lågkolhaltiga stål, rostfritt stål, ren koppar, mässing, aluminium, titan
§ Mjuka metaller (tenn, bly) kan inte dragpressas
§ Kornstrukturen har en stor inverkan på hållfastheten
Ø Minskad kornstorlek ger ökad brotthållfasthet
Ø Ökad brotthållfasthet ger minskad formbarhet
Ø Kan man då öka kornstorleken för att öka formbarheten?
- Nej, alltför stor kornstorlek leder till grova ytor (apelsinyta) efter pressningen.
Ø Vad är tillåten kornstorlek?
- Tumregel: < 40 μm
Kemisk
sammansättning
Kristallstruktur
(FCC, BCC, HCP)
Pressbarhet
Kornstruktur (orientering, storlek)
6
TVB100 Föreläsning 12 – Djupdragning/Dragpressning
Sträckpressning
- Princip
§ Tillverkning av grundare detaljer
§ Plåten hålls fast mellan tillhållare och dyna
§ Plåten töjs då över dynan och ökar sin hållfasthet genom
deformationshårdnandet
7
TVB100 Föreläsning 12 – Djupdragning/Dragpressning
Djupdragning
- Princip
8
TVB100 Föreläsning 12 – Djupdragning/Dragpressning
Djupdragning
- Video
9
TVB100 Föreläsning 12 – Djupdragning/Dragpressning
Djupdragning
- Video
10
TVB100 Föreläsning 12 – Djupdragning/Dragpressning
Djupdragning
- Process steg
11
TVB100 Föreläsning 12 – Djupdragning/Dragpressning
Djupdragning
- Deformationprocess
Dragpressning av enkla rotations-cylindriska
detaljer ger upphov till ett komplext fleraxligt
spänningstillstånd.
12
TVB100 Föreläsning 12 – Djupdragning/Dragpressning
Defekter hos djupdragna komponenter
- Översikt
Vid felaktig plåthållarkraft FP finns risk för
veckbildning i detaljens vägg och fläns.
13
TVB100 Föreläsning 12 – Djupdragning/Dragpressning
Analys av djuppressning
- Cirkelnättekniken
Metod för att analysera deformationer hos
djuppressade detaljer
§ Vision-baserad teknologi används också
§
14
TVB100 Föreläsning 12 – Djupdragning/Dragpressning
Dragförhållande och dragbarhet
- Formler och tumregler
§ Dragförhållandet m är kvoten mellan ämnets diameter
(rondelldiameter) 𝐷 och stämpelns (dragdornets) diameter
𝑑.
m=
D
d
§ Vid dragpressning kan man inte pressa hur höga koppor som
helst. Största rondelldiametern som kan dras till en hel
koppa är Dmax.
§ Maximala dragförhållandet (MDF), dragbarheten, gäller för
en viss kombination av verktyg och material, och betraktas
som en materialegenskap.
LDR =
Dmax
d
§ Om 𝑚𝑡𝑜𝑡>𝑀𝐷𝐹 så krävs dragpressning i flera steg, annars
brister plåten.
§ Tumregel: Om godstjockleken är t > 3-4 mm och
dragförhållandet D / d < 1.05, kan dragpressningen utföras
utan plåthållare och utan risk för veckbildning.
15
TVB100 Föreläsning 12 – Djupdragning/Dragpressning
Dragbarhet
- Dragpressningsprovet
§ En metod för att bestämma maximala materials dragförhållandet (MDF)
hos ett material
§ Faktorer som inverkar på MDF:
-
Arbetsmaterialets mekaniska egenskaper
Verktygsradier
Verktygsmaterial och verktygets ytfinhet hos glidytorna
Smörjmedlet
Draghastigheten (deformationshastigheten)
Plåthållarkraftens storlek
§ Dragpressningsprovet utförs genom burkdragning
- Ett antal plåtrondeller med olika diametrar dras (dragpressas) till en burk.
Under dragpressningen mäter man stämpelkraften 𝐹#
16
TVB100 Föreläsning 12 – Djupdragning/Dragpressning
Dragpressningsprovet
- forts.
§ Stämpelkraften är direkt proportionell mot rondelldiametern, dock
endast till den rondellstorlek Dmax som resulterar i brott
§ Skärningspunkten mellan linjen för brott och kraftlinjen för de
rondeller som kan pressas till burkar är materialets MDF.
§ MDF definieras som kvoten mellan den största rondelldiametern Dmax
som kan pressas till en godkänd burk, utan att brista, och
stämpeldiametern d.
Fs
LDR =
MDF
MDF
LDR
TVB100 Föreläsning 12 – Djupdragning/Dragpressning
Dmax
d
Dd
17
Dragpressning i flera steg
- Flera steg
d1
§ Om totala dragförhållandet 𝑚$%$ är större
än maximala dragförhållandet (MDF) (eller
då stora deformationer krävs) så görs
dragpressningen i flera steg
d2
d3
Step 3
§ Oftast har man ett lägre dragförhållande i
efterföljande steg
h
Step 2
§ Om ämnet glödgas efter varje
Step 1
deformationssteg kan man använda det
första stegets dragförhållande eftersom
materialet då har bättre
formningsegenskaper
§ Vid tillverkning av cylindriska detaljer med
Plåtrondell
D
cirkulär botten används ofta en fas på 45
grader
18
TVB100 Föreläsning 12 – Djupdragning/Dragpressning
Dragpressning i flera steg
- forts. II
Beräkningsvärden för dragpressning:
Material
s B [N/mm2 ]
Stål
280-400
Koppar
[
p N/mm2
]
Dragförhållande m
Första drag
Följande drag
2,5-3,0
1,6-1,8
1,25
210-240
2,0
1,7-1,8
1,2
Mässing
250-300
2,0
1,8-2,0
1,25
Aluminium
70-90
1,0-1,2
1,6-2,0
1,25
s B : Dragbrottgränsen
p : Plåthållartrycket
19
TVB100 Föreläsning 12 – Djupdragning/Dragpressning
Dragpressning i flera steg
- forts. III
§ Korrigering av 𝑚-värdet
Användbara formler för dragpressning i
𝑚&(! =
flera steg:
§ För det första dragsteget gäller
𝐷
𝑚! =
𝑑!
𝑚=
!"#
𝑑!
𝑑&
𝑑! ⁄𝑑& =
Rondelldiameter
•
§ Totala dragförhållandet för 𝑛 dragsteg
&
𝑚"#" = % 𝑚$ = 𝑚! & 𝑚' & ⋯ & 𝑚& = 𝑚! & 𝑚&(! =
$%!
𝐷
𝑑&
§ Antal dragsteg som behövs
𝐷
𝑚! 𝑑!
=
𝑑&
𝑑&
log 𝑑! ⁄𝑑&
𝑛 =1+
log 𝑚
𝑚! & 𝑚&(! =
𝒏 avrundas uppåt till närmaste heltal, vilket innebär att
tabellvärdet för 𝒎 oftast behöver korrigeras.
!
&(!
𝑑!
𝑑&
Dragdornets diameter i steg 𝑘 =
2,3, … , 𝑛
𝑑!"#
𝑑! =
𝑚
Dorndiameter i
föregående steg
§ Dragkroppens (kärlets) höjd efter varje
dragsteg 𝑘 kan erhållas med empirisk
formel för aktuell kärlgeometri. För en
cylindrisk detalj med halvsfärisk botten
gäller att:
𝐷 = 1,414 𝑑!$ + 2𝑑! ℎ!
𝐷 ⁄1,414 $ − 𝑑!$
ℎ! =
2𝑑!
20
TVB100 Föreläsning 12 – Djupdragning/Dragpressning
Dragpressning
- Ämnesberäkning för dragpressning
Empiriska samband mellan rondelldiametern D och dragkroppens (kärlets) dimensioner
för några vanliga kärltyper.
D = d 2 + 4dh
D = 1.414 d 2 + 2dh
21
TVB100 Föreläsning 12 – Djupdragning/Dragpressning
Plasticitetsanisotropi, r
- Normal och plananisotropi
§ Anisotropa material har olika egenskaper i
olika riktningar.
§ Ett materials plasticitetsanisotropi kan
uttryckas genom töjningsförhållandet r.
§ Töjningsförhållandet definieras som kvoten
mellan provstavens naturliga bredd- och
tjocklekstöjning. Här ska altså sann töjning
användas!
𝑟=
𝑇ö𝑗𝑛𝑖𝑛𝑔&'())
𝑇ö𝑗𝑛𝑖𝑛𝑔*+%,-.(-
§ Man skiljer på normalanisotropi och
plananisotropi.
22
TVB100 Föreläsning 12 – Djupdragning/Dragpressning
Normal anisotropi
- 𝑟̅
§ Representerar plåtens egenskaper i
riktningen vinkelrätt mot plåtens plan, d v s i
dess tjockleksplan (dessa skiljer sig från
egenskaperna i plåtens valsningsplan)
§ Normalanisotropin är relaterad till
dragpressbarheten
§ Ju högre värde desto större dragförhållande
och därmed ökat dragdjup kan uppnås.
§ Ett material med hög normalanisotropi har i
regel även hög plananisotropi.
r0 + 2r45 + r90
r=
4
23
TVB100 Föreläsning 12 – Djupdragning/Dragpressning
Planar anisotropy
- Δr
§ Representerar egenskaperna i plåtens
valsningsplan
§ Plananisotropin är relaterad till
öronbildningen (kantvågighet) hos detaljen.
§ Om r-värdet har stor variation i plåtens plan
vid dragpressning uppstår öronbildning.
§ Bilden visar öronbildning i en djupdragen
detalj orsakad av plåtens plananisotropi Δr.
§ Ett högt värde på Δr ger stora öron.
r0 - 2r45 + r90
Dr =
2
Δr = 0 ger ingen öronbildning (önskvärt)
Δr > 0 creates ear formation in the directions 0° and 90°
Δr < 0 creates ear formation in the direction 45°
24
TVB100 Föreläsning 12 – Djupdragning/Dragpressning
Räkneexempel
- Anisotropin hos en provstav
Vilket plåtmaterial A eller B är lämpligast för dragpressning med avseende på
normalanisotropin?
Provstaven för båda materialen hade bredden b0=20 mm och längden l0=50 mm.
Tabellen ger uppmätta värden på längd l och bredd b hos provstaven för olika
riktningar relativt valsriktningen 0°.
Material
0°
45°
90°
A
b
18,6
18,94
19,29
l
56
55
54
b
18
18,3
18,6
l
61
60
59
B
25
TVB100 Föreläsning 12 – Djupdragning/Dragpressning
Räkneexempel
- Dragpressning i flera steg
Ett cylindrisk kärl med halvsfärisk botten ska tillverkas av en
plåtrondell med diametern D=62 mm genom dragpressning i
totalt 3 steg. Dragförhållandet är 5/3 i steg 1 och 4/3 i övriga
steg.
d1
d2
d3
Bestäm höjden h hos den färdiga detaljen.
Färdig detalj:
Step 3
h
Step 2
Step 1
Plåtrondell
D
26
TVB100 Föreläsning 12 – Djupdragning/Dragpressning
27
TVB100 Föreläsning 12 – Djupdragning/Dragpressning
Download