WICZENIE NR IV BADANIA PRZYDATNOCI MATERIAŁÓW DO OBRÓBKI PLASTYCZNEJ - BADANIA WŁASNOCI TECHNOLOGICZNYCH -

Transkrypt

1 . Cel wiczenia WICZENIE NR IV BADANIA PRZYDATNOCI MATERIAŁÓW DO OBRÓBKI PLASTYCZNEJ - BADANIA WŁASNOCI TECHNOLOGICZNYCH - Celem wiczenia jest zapoznanie si z metoami baa własnoci technologicznych materiałów o obróbki plastycznej ze szczególnym uwzglnieniem prób tłocznoci blach oraz baa przyatnoci materiałów prtowych o kształtowania plastycznego. Zwraca si uwag na cele, zakres stosowania oraz ograniczenia baa technologicznych.. Tematyka prac baawczych i technicznych Realizacja wybranych prób tłocznoci blach oraz próby spczania ocinków prtów na kowałach rowkowanych.. Schemat metoy baawczej Schematy poszczególnych meto baawczych przestawiono w Informacji merytorycznej (p.6). 4. Zalecenia 4.. Przestawienie wyników pomiarów Temat. Próba Erichsena Tabela IV/. Wyniki baa tłocznoci meto Erichsena Rozaj urzzenia baawczego: Lp. Uwagi: Gatunek i stan materiału baanego g Wymiary próbki D A D k Liczba Erichsena IE Oznaczenia: g - grubo blachy, D - renica próbki okrgłej, A - ługo boku próbki kwaratowej, D k = r k - renica kulistego zakoczenia stempla

2 Temat. Próba Engelharta i Grossa Tabela IV/. Wyniki baa tłocznoci meto Engelharta i Grossa Rozaj urzzenia baawczego: Lp. Uwagi: Gatunek i stan materiału baanego Wymiary próbki g D s m m D s P t [kn] P zr [kn] Miara tłocznoci Pzr Pt T = % P zr Oznaczenia: g - grubo blachy, D - renica krka, s - renica stempla, m - renica matrycy, m - współczynnik wytłaczania, P t - maksymalna siła wytłaczania, P zr - siła zrywajca cianki wytłoczki Temat. Próba przeginania Tabela IV/. Wyniki prób przeginania paska blachy Rozaj urzzenia baawczego Lp Gatunek i stan materiału baanego Oznaczenie orientacji linii gicia wzglem kierunku walcowania ( lub ) g Wymiary próbki b l Miary tłocznoci n z n z Z = % n. Oznaczenia: g - grubo blachy, b, l - szeroko i ługo próbki, n z - liczba powójnych zgi o momentu pknicia, Z - wskanik anizotropii, n z, n z - liczby powójnych zgi o momentu pknicia przy liniach gicia opowienio: równoległej i prostopałej o kierunku walcowania z

3 Temat 4. Próba miseczkowania Tabela IV/4. Wyniki prób miseczkowania Rozaj urzzenia baawczego Lp... Gatunek i stan materiału baanego Grubo blachy g renice wytłaczanych krków D D D renica otworu w płycie cigowej m renica stempla s Siły przy wytłaczaniu (F la krka o renicy D, F la krka o renicy D ) Siła zrywajca (przy wytłaczaniu krka o renicy D ) F [kn] F [kn] F zr [kn] Maksymalna renica krka (interpolowana) D max Minimalny współczynnik wytłaczania m min Maksymalna wysoko wytłoczki h max *) Minimalna wysoko wytłoczki h min *) Wskanik anizotropii płaskiej α [%] m s min = D max h max h min = F zr s ( F F ) ( D D ) F D + F D α = % h *) max wartoci renie z pomiaru kilku wytłoczek Temat 5 moe by realizowany na wiczeniu nr VII.

4 Temat 5. Próba Fukui Tabela IV/5. Wyniki baa tłocznoci meto Fukui Rozaj urzzenia baawczego Lp. Uwagi: Gatunek i stan materiału baanego Wymiary próbki g D st max st min st η Miary tłocznoci D st max F = D Oznaczenia: g - grubo blachy, D - renica krka, st max, st min - opowienio: najwiksza i najmniejsza warto maksymalnej renicy stokowej wytłoczki (w momencie st max + st min pknicia), st = - renia maksymalna renica stokowej wytłoczki, η F - wskanik Fukui, D max - maksymalna renica krka, z której mona otrzyma prawiłow wytłoczk (bez pknicia) Temat 6. Próba KWI Tabela IV/6. Wyniki baa tłocznoci meto KWI Rozaj urzzenia baawczego Lp Gatunek i stan materiału baanego g. Uwagi: Wymiary próbki A s max min r ε KWI [%] Oznaczenia: g - grubo blachy, A - ługo boku próbki kwaratowej, - renica otworu w roku próbki, s - renica stempla, max, min, r - opowienio: maksymalna, minimalna i renia renica otworu w nie wytłoczki w chwili pojawienia si pknicia na obrzeu otworu, ε KWI - miara tłocznoci r max + min ε KWI = % r =

5 Temat 7. Próba spczania na kowałach rowkowanych Tabela IV/7. Wyniki prób spczania na kowałach rowkowanych Lp Gatunek i stan h h D D materiału baanego D r D S =. Oznaczenia:, h - renica i wysoko próbki prze spczaniem, h - wysoko próbki w momencie pojawienia si pknicia, D - renica próbki w pobliu pknicia, D + D D - renica zmierzona w kierunku prostopałym o D (rys. IV/ c), Dr =, S - wskanik okształcalnoci 4.. Opracowanie wyników pomiarów Wyniki zrealizowanych na wiczeniu pomiarów i oblicze oraz opowienie uwagi naley wpisa o opowienich tabel (IV/ - IV/7). 4.. Wnioski Wnioski winny otyczy oceny przyatnoci baanych materiałów o obróbki plastycznej na postawie wskaników wyznaczonych poczas przeprowazonych prób technologicznych. 5. Zaganienia kontrolne Pojcie własnoci technologicznych i prób technologicznych. Postawowe metoy baa tłocznoci blach: próbki, warunki realizacji baa, wyznaczane wskaniki, urzzenia baawcze, okłano i powtarzalno wyników. Stany napre wystpujce poczas baa tłocznoci metoami: Erichsena, Engelharta i Grossa, Fukui oraz KWI. Wykorzystanie wyników baa tłocznoci w ocenie przyatnoci materiałów o kształtowania plastycznego w okrelonych procesach tłoczenia - rola poobiestwa geometrycznego baanych próbek i rzeczywistych wytłoczek. Ocena plastycznoci materiałów prtowych - próba spczania za pomoc kowaeł rowkowanych. r

6 6. Informacja merytoryczna 6.. Baania własnoci technologicznych materiałów i próby technologiczne Celem baa własnoci technologicznych materiałów jest okrelenie stopnia ich przyatnoci o obróbki (przetwarzania) w konkretnym procesie lub operacji technologicznej. Przykłaowe pojcia: spawalnoci, skrawalnoci, tłocznoci, hartownoci itp. otycz własnoci technologicznych materiałów istotnych z punktu wizenia opowienich procesów lub operacji (spawania, skrawania, tłoczenia, hartowania itp.). Metoy baawcze słuce o wyznaczania własnoci technologicznych okrelane s zazwyczaj mianem prób technologicznych. Istot tych prób jest baanie zachowania si moelowych próbek wykonanych z anego materiału w warunkach ientycznych lub zblionych o wystpujcych w konkretnym procesie lub operacji. Mówic inaczej, próba technologiczna polega na moelowaniu (symulacji) w laboratorium pewnych aspektów rzeczywistego przebiegu procesu wytwarzania. Wyniki próby s zazwyczaj zbiorem wskaników ilociowych (liczbowych) i/lub jakociowych (opisowych), bcym miar anej własnoci technologicznej. Analiza wyników - polegajca na porównaniu wartoci wyznaczonych wskaników z przyjtymi wartociami granicznymi (krytycznymi) - pozwala na ocen stopnia przyatnoci materiału o przetwarzania w anym procesie lub operacji technologicznej.. Bezporenie wykorzystanie wyników prób technologicznych w warunkach przemysłowych wymaga spełnienia (cile lub w przyblieniu) praw poobiestwa moelowego. Zaganienie to bzie przestawione bliej w alszym cigu przy omawianiu baa tłocznoci blach. Próby technologiczne winny spełnia nastpujce warunki, ecyujce o ich przyatnoci: moelowanie istotnych aspektów procesu lub operacji technologicznej, spełnienie praw poobiestwa moelowego, ilociowy charakter wyników, prostota próby i łatwo wykonania próbek, okłano i powtarzalno wyników. Jak si okae w alszym cigu, nie wszystkie próby spełniaj te warunki. Dlatego te wyznaczane wskaniki cechuje zazwyczaj niski stopie ogólnoci. 6.. Czy próby technologiczne s niezbne? Rozwój meto komputerowych, a zwłaszcza wykorzystanie metoy elementów skoczonych (MES) w moelowaniu matematycznym rzeczywistych procesów technologicznych stwarza szerokie moliwoci przewiywania zachowania si materiałów w rónoronych warunkach ich obróbki (przetwarzania) na postawie znajomoci parametrów materiałowych okrelanych w trakcie stanarowych baa strukturalnych, baa własnoci wytrzymałociowych, plastycznych itp. Jenak stopie komplikacji niektórych realnych procesów technologicznych jest tak znaczny, e ich moelowanie matematyczne napotyka trunoci, a liczba parametrów, które musz by uwzglnione, aby uzyska aekwatny opis przebiegu procesu i zachowania si materiału jest barzo ua. Dowiaczalna ientyfikacja tych parametrów (rónoronych stałych i funkcji materiałowych) moe okaza si truna, pracochłonna i aleko wykraczajca poza zakres baa stanarowych. Ponato materiały wykazuj naturalne rozrzuty własnoci, co oatkowo utrunia wszelkie analizy teoretyczne. W takich przypakach wykorzystanie stosunkowo prostych prób technologicznych staje si w pełni uzasanione, mimo pewnych ogranicze przy bezporenim zastosowaniu ich wyników w praktyce przemysłowej. Naley

7 oa, e wiele prób technologicznych, sprawzonych w praktyce, stanowi przemiot zalece normatywnych, co zapewnia ustalone warunki ich realizacji. Próby realizowane w ientycznych warunkach, na takiej samej aparaturze i przy uyciu jenakowego oprzyrzowania wykazuj na ogół wystarczajc okłano i powtarzalno wyników la celów baa obiorczych i porównawczych. 6.. Baania przyatnoci materiałów o kształtowania plastycznego Materiały przyatne o kształtowania plastycznego powinny oznacza si zolnoci o okształce plastycznych przy równoczesnym zachowaniu spójnoci. Cech t okrela si ogólnie jako plastyczno, własnoci plastyczne lub okształcalno. Miar okształcalnoci moe by tzw. okształcenie graniczne, wyraone np. przez intensywno okształce w momencie i miejscu utraty spójnoci, moliwe o osignicia przy anej historii staniu naprenia i w okrelonych warunkach termoynamicznych. Naley oa, e warto okształcenia moliwa o zrealizowania w procesie technologicznym moe by ograniczona nie tylko przez okształcalno materiału (w sensie poanej wyej efinicji), lecz równie przez zjawisko utraty statecznoci (poprzezajce proces ekohezji), wytrzymało (oran lub zmczeniow) narzzi kształtujcych lub inne zjawiska (np. zwizane z tarciem na powierzchni kontaktu narzzia z materiałem okształcanym). Jenoznaczne stwierzenie, czy any materiał naaje si o kształtowania w konkretnym procesie lub operacji obróbki plastycznej na postawie znajomoci jego własnoci plastycznych, np. wyłuenia (całkowitego lub równomiernego) i przewenia zwykle nie jest moliwe. Jest to spowoowane specyficznymi cechami i warunkami realizacji procesów, a zwłaszcza wystpowaniem zrónicowanych stanów naprenia i okształcenia w poszczególnych fazach kształtowania, nawet w obrbie jenego wyrobu kształtowanego. Przykłaowo: poczas wytłaczania w strefie kołnierza wystpuje ciskanie obwoowe i rozciganie promieniowe, w powstajcej ciance i nie wytłoczki - wuosiowe rozciganie, oraz - oatkowo - zginanie na zaokrglonej krawzi płyty cigowej. W zwizku z tym materiał winien mie wysokie własnoci plastyczne i nisk granic plastycznoci tylko w strefie kołnierza i w obszarze gicia - natomiast powstajca cianka wytłoczki powinna mie u wytrzymało. Tak specyficzne wymagania spełniaj blachy, które charakteryzuj si uym współczynnikiem anizotropii normalnej R r i/lub u wartoci iloczynu nr r (n jest wykłanikiem funkcji potgowej opisujcej krzyw wzmocnienia). Ocena przyatnoci materiału o kształtowania plastycznego wymaga wic zwykle wykonania oatkowych baa w celu ientyfikacji szeregu parametrów konstytutywnych (np. parametrów ortotropii) 4, niezbnych w moelowaniu matematycznym złoonego procesu kształtowania z uwzglnieniem zjawisk ekohezji i utraty statecznoci. Przykłaowo, analiza moliwoci wykonania za pomoc tłoczenia rónoronych wyrobów o złoonych kształtach (np. wytłoczek karoseryjnych) wymaga znajomoci tzw. krzywych okształce granicznych (patrz p. 6.5), których wyznaczanie (owiaczalne lub teoretyczne) stanowi powany problem. Alternatyw jest przeprowazenie stosunkowo prostych baa własnoci technologicznych. Dla blach s to tzw. próby tłocznoci. Dla materiału prtowego ocen okształcalnoci (zwłaszcza na zimno) przeprowaza si m. in. w próbach spczania i zginania. Pewn ogóln koncepcj okrelania przyatnoci materiałów o kształtowania plastycznego na zimno la blach i prtów zawarto w [4,5]. Polega ona na okrelaniu tzw. Patrz Informacja merytoryczna o wiczenia I. Patrz Informacja merytoryczna o wicze I, II i VII. 4 Patrz Informacja merytoryczna o wiczenia II.

8 współczynnika pewnoci technologicznej N, który jest efiniowany w zalenoci o rozaju zjawisk ograniczajcych wielko okształce plastycznych w anym procesie, np: εgr Pgr p gr N = N p = >, N w = >, N n = > (IV.) εmax Pmax p max gzie: N p, N w i N n - współczynniki pewnoci technologicznej, okrelane opowienio na postawie: okształce, sił i nacisków jenostkowych na powierzchniach narzzi kształtujcych, ε gr, P gr, p gr - wartoci graniczne (opuszczalne) okształce, sił i nacisków jenostkowych, ε max, P max, p max - opowienie wartoci maksymalne, wystpujce w realizowanym procesie technologicznym. Warunkiem poprawnej realizacji procesu jest, aby N >. Przypaek N p oznacza, e została przekroczona (osignita) graniczna warto okształcenia, co grozi naruszeniem spójnoci materiału kształtowanego. Gy N w - przekroczono lub osignito graniczn warto siły, któr moe przenie cz kształtowana - wystpi wic powstanie niepoanych okształce, wzglnie pknicie lub utrata statecznoci materiału poza właciw stref okształce (np. rut ulegnie zerwaniu poza cigałem, prt przepychany ulegnie wyboczeniu prze matryc itp.). Wreszcie jeeli N n - nastpi zniszczenie narzzia kształtujcego wskutek przekroczenia lub osignicia napre opuszczalnych (wytrzymałoci oranej lub zmczeniowej), wzglnie pogorszenie głakoci powierzchni wyrobu wskutek tworzenia si narostów i zacierania. Weług [4,5] współczynnik N mona przestawi jako funkcj Φ, zalen o parametrów materiałowych m i (i =,,...) oraz geometrycznych g i (w ustalonych warunkach termoynamicznych): ( m, m,..., g, g,...) = Φ (IV.) N przy czym parametry materiałowe wyznacza si zarówno na postawie stanarowych baa własnoci wytrzymałociowych i plastycznych, jak i w próbach technologicznych. Konkretna posta funkcji Φ jest ustalana w oparciu o przesłanki teoretyczne i baania owiaczalne. Przykłaowo [5] la procesu wytłaczania wytłoczek osiowo - symetrycznych współczynnik pewnoci technologicznej N w moe by okrelony ze wzoru: N w k 4k 5 = (IV.) g kk + µ k +,6 r m gzie: k k = f = f ( R, m ) R = ( R + R + R ) m = k = f ( n, m ) r g D, m k r 4 4 r = f g s, k 5 45 = f 9 ( R, n) r D (IV.4) µ - współczynnik tarcia na zaokrglonej promieniem r m krawzi płyty cigowej, g - grubo blachy, R r - renia warto współczynnika anizotropii normalnej, R, R 45, R 9 - opowienie

9 współczynniki anizotropii normalnej, wyznaczone la próbek o osiach tworzcych z kierunkiem walcowania blachy kty o, 45 o i 9 o, m - współczynnik wytłaczania, - renica wytłoczki, D - renica krka blachy prze wytłaczaniem, n - wykłanik w równaniu opisujcym krzyw wzmocnienia, r s - promie zaokrglenia krawzi stempla (patrz te Informacja merytoryczna o wicze: I, II, VII). Dla kształtowania w warunkach wuosiowego rozcigania stemplem osiowo - symetrycznym [5]: N p h s gr k + k = = (IV.5) h h s s gzie: rs s s k = f, k = fie, (IV.6) s g g h - głboko kształtowanego wybrzuszenia, s - renica stempla, IE - liczba Erichsena (patrz p. 6.4); pozostałe oznaczenia - jak poprzenio. Dla operacji spczania swobonego na zimno prtów osiowo - symetrycznych [4]: gr S k N p = = (IV.7) gzie: h k =,94,46,8µ + (,5,µ ) (IV.8), - renice prta po i prze spczaniem, h - wysoko prze spczaniem, S - wskanik z próby spczania na kowałach rowkowanych (patrz p. 6.4). We wzorach (IV.4) i (IV.6) jenym symbolem f oznaczono róne funkcje opowienich argumentów, zestawione w postaci tabelarycznej w [5]. Przestawiona powyej koncepcja pozwala na opowienie uogólnienie i szersze wykorzystanie wyników niektórych prób technologicznych Wybrane próby tłocznoci blach Próba Erichsena Próba Erichsena (rys. IV/) polega na kształtowaniu wgłbienia stemplem o zarysie kulistym. Próbka okrgła lub kwaratowa jest ociskana o matrycy za pomoc ociskacza. Miar tłocznoci blachy jest liczba Erichsena (IE), która oznacza rog stempla

10 w milimetrach (z okłanoci, ) o chwili zetknicia z próbk, o momentu pojawienia si pknicia na wskro blachy. Wiksza liczba Erichsena oznacza oczywicie lepsz tłoczno. Kierunek obserwacji powstajcej bruzy i pknicia r,75 IE r,75 r k 4 Rys. IV/. Schemat próby Erichsena: matryca, próbka, ociskacz, 4 stempel z zakoczeniem kulistym Prób wykonuje si za pomoc urzze z napem hyraulicznym lub rcznym. Stosuje si j w wielu krajach przy baaniach obiorczych i porównawczych blach o gruboci, -. Norma [N] poaje szczegółowe warunki wykonania próby (m. in. sposób wywarcia nacisku ociskacza, rozaj smarowania, moment przerwania próby, wymiary stempli i matryc). renice kulistych zakocze stempli D s = r k wynosz, 5, 8 i i s ostosowane o wymiarów próbek (okrgłych lub kwaratowych), które mona pobra z blachy. Zwykle stosuje si stemple o renicach D s = (chyba e baa si tamy lub pasy o szerokociach mniejszych o 9 ). Prób uwaa si za prawiłow, jeeli powstała wskutek pknicia szczelina przepuszcza wiatło, a jej szeroko (stopie rozwarcia) jest moliwie równa i minimalna. Wymagania ononie minimalnych wartoci IE la blach w rónych kategoriach tłocznoci (B - blacha barzo głbokotłoczna, G - głebokotłoczna, T - tłoczna, P - płytkotłoczna) poaje norma [N]. Próba Erichsena aje pewn ocen opornoci blachy na pkanie poprzezone utrat statecznoci (tworzeniem si bruzy) poczas wuosiowego rozcigania w obecnoci tarcia na czole stempla. Poniewa poczas wgłbiania stempla zachozi wysuwanie si próbki spo ociskacza - w strefie kołnierza pojawiaj si równie obwoowe naprenia ciskajce (poobnie jak poczas wytłaczania) 5. Wynik próby aje obr ocen przyatnoci blachy o cignienia elementów kulistych, parabolicznych, stokowych i o złoonych kształtach w tłocznikach z ebrami lub progami cigowymi oraz o cignienia hyraulicznego. Do wa próby Erichsena mona zaliczy: 5 Patrz Informacja merytoryczna o wiczenia VII.

11 brak poobiestwa geometrycznego - przy stosowaniu stałej renicy D s kulistego czoła stempla o baania blach o rónych grubociach g - stosunek g /D s nie jest stały, wyniki zale wic o gruboci blachy; la stempli o rónych renicach otrzymuje si róne liczby Erichsena, przy czym nie ma prostego sposobu wyznaczenia np. IE, jeeli znamy IE 8 lub IE 5 albo IE (ineksy olne oznaczaj renice D s ); truno wyeliminowania czynnika subiektywnego []: okrelenie momentu powstania pknicia i przerwania próby jest trune i uzalenione o wykonujcego baanie, st moliwo rozrzutu wyników i błnego zakwalifikowania baanej blachy. Poza wskanikiem liczbowym (IE) oatkowo w próbie Erichsena ocenia si wielko ziarna (wizualnie z obserwacji powierzchni wypukłej) oraz jenorono materiału - na postawie kształtu pknicia (winno przebiega w przyblieniu wzłu łuku w kierunku obwoowym) Inne próby moelujce stan wuosiowego rozcigania Próby Olsena i Guillery róni si o próby Erichsena wymiarami narzzi. W próbie Avery miar tłocznoci jest rónica pomizy głbokociami wgłbie w momencie powstania pknicia otrzymanych w przypaku, gy luz pomizy sztywn i głak płyt ociskacza i blach wynosi ok.,5 oraz przy zacinitym ociskaczu o powierzchni raełkowanej. W próbie Jovignota (rys. IV/) wybrzuszenie jest kształtowane cinieniem cieczy (bez tarcia), a miar tłocznoci jest okrelana w momencie pknicia liczba Jovignota LJ, która wyraa wzglny przyrost powierzchni próbki (oznaczenia jak na rys. IV/): πr r S πrh πr h LJ = = = (IV.9) S h p R r p Rys. IV/. Schemat próby Jovignota: matryca, próbka, komora cinieniowa

12 Na postawie próby mona okreli maksymalne naprenia promieniowe σ rr i obwoowe σ θθ w blasze (przy załoeniu kulistego kształtu wybrzuszenia): ( r + h ) p maxr p max σrr = σθθ = = (IV.) g 4g h gzie: p max - maksymalne cinienie oleju w komorze cinieniowej urzzenia, g - grubo blachy. W próbie NPL (Gough, Hankins) opartej na tej samej zasazie co próba Jovignota rejestruje si wielko h (lub R) i cinienie p. Dane te łcznie ze znajomoci opowienich wartoci okształce promieniowych na biegunie wybrzuszenia (czaszy kulistej) pozwalaj na wyznaczenie krzywej wzmocnienia σ p = f ( ε ) Próba Engelharta i Grossa Próba Engelharta i Grossa (rys. IV/, IV/4) moeluje proces wytłaczania i jest przeznaczona o baania blach o grubociach,5 -. Przeprowaza si j za pomoc specjalnego urzzenia o napzie hyraulicznym w wóch etapach: wytłaczanie z ociskaczem o opowienio obranej stałej sile ocisku o głbokoci nieco wikszej ni ta, przy której siła wytłaczania osiga maksimum, alsze wytłaczanie po uniemoliwieniu wysuwania si materiału spo płyty ociskacza wskutek zaziałania oatkowego ociskacza blokujcego - a o zerwania cianki wytłoczki. 5 s 4 r s r m D Rys. IV/. Schemat próby Engelharta i Grossa: stempel, matryca, próbka, 4 ociskacz płaski, 5 ociskacz blokujcy 6 Patrz Informacja merytoryczna o wiczenia I.

13 P P zr P t a b s Rys. IV/4. Zaleno siły P o rogi stempla s poczas próby Engelharta i Grossa: a przytrzymanie materiału przez ociskacz blokujcy, b pknicie cianki wytłoczki Urzzenie baawcze posiaa wa manometry o automatycznego oczytu cinie w ukłazie hyraulicznym - maksymalnego (p t ) w pierwszym etapie próby oraz zrywajcego (p zr ) w momencie pknicia (lub opowienich sił P t i P zr - patrz rys. IV/4). Miar tłocznoci jest wskanik T: Pzr Pt T = % (IV.) P zr wyraajcy wzgln nawyk siły zrywajcej na maksymaln, wystpujc w procesie wytłaczania (zapas bezpieczestwa). Wiksza warto T oznacza lepsz tłoczno. W baaniach stosuje si krki z blachy o renicy D = 5 (wycinane z pasa blachy bezporenio w urzzeniu baawczym) i stempel o renicy s = oraz wie wymienne matryce o renicach m = 4, i 5.5 (opowienio la blach o grubociach g =,5,5 i > g,5 ). Współczynnik wytłaczania m,58. W próbie mona ocenia take wielko ziarna (na postawie wyglu powierzchni w pobliu przejcia cianki w no wytłoczki) i jenorono materiału (linia pknicia winna przebiega w kierunku obwoowym). Kształt kołnierza wytłoczki pozwala na okrelenie stopnia anizotropii płaskiej baanej blachy. Na postawie próby Engelharta i Grossa mona właciwie oceni przyatno blach o wytłaczania. Np. niektóre materiały w stanie umocnionym (m. in. aluminium) maj nisze wartoci minimalnych współczynników wytłaczania (patrz p ) i równoczenie wysze wskaniki T w porównaniu z nie umocnionymi, co oznacza lepsz tłoczno - poczas gy wyniki prób Erichsena la blach umocnionych wskazuj - nieprawiłowo w oniesieniu o wytłaczania - tłoczno nisz. Zalet próby Engelharta i Grossa jest mały wpływ gruboci blachy na uzyskane wyniki i eliminacja czynników subiektywnych, co zapewnia obr powtarzalno wyników Próba przeginania Prób przeginania stosuje si o baania blach o gruboci o [N]. Wahałowe zginanie (rys. IV/5) obywa si w przyrzzie o napzie mechanicznym lub rcznym, zwykle wyposaonym w licznik powójnych zgi. Wskanik tłocznoci n z jest liczb powójnych zgi o momentu pknicia. Im wiksze n z, tym lepsza tłoczno. Wskanik n z

14 zaley o stosunku r/g (r oznacza promie zaokrglenia krawzi, wokół której nastpuje zginanie) oraz o orientacji osi próbki wzglem kierunku walcowania blachy (la blach anizotropowych). Zwykle liczba powójnych zgi n z jest najwiksza, gy linia gicia jest prostopała o kierunku walcowania. Stopie anizotropii blachy mona oceni obliczajc współczynnik Z: n Z = n z z % (IV.) gzie: n z, n z - liczby powójnych zgi o momentu pknicia przy liniach gicia opowienio: równoległej i prostopałej o kierunku walcowania. Oczywicie im mniejszy współcznnik Z, tym wikszy stopie anizotropii. g Rys. IV/5. Schemat próby przeginania: próbka, rolki, uchwyt przeginajcy r Próba miseczkowania (AEG) Próba (rys. IV/6) polega na wyznaczaniu minimalnych współczynników wytłaczania m min 7 : s m min = (IV.) D max przy czym s jest renic stempla, D max oznacza maksymaln renic, przy której mona jeszcze otrzyma prawiłow wytłoczk (bez pknicia). Najczciej stosuje si jeen stempel oraz wymienne matryce (la rónych gruboci blach). renic D max mona wyznacza rónymi sposobami. Zwykle wykonuje si próby la rónych renic krków: D, D i D. renice te s obrane w ten sposób, e pierwsze wie zapewniaj wykonanie prawiłowej wytłoczki, a trzecia prowazi o zerwania cianki. Mierzy si opowienie siły tłoczenia: F i F oraz sił zrywajc F zr. renic D max, któr naley postawi o wzoru 7 Współczynnik wytłaczania moe by zefiniowany nieco inaczej (patrz np. wzory (IV.4) oraz Informacja merytoryczna o wiczenia VII). Jenak wobec niewielkich rónic pomizy renicami stempla, otworu w płycie cigowej oraz renic reni (mierzon w połowie gruboci cianki wytłoczki) nie ma to wikszego znaczenia.

15 (IV.) wyznacza si przez ekstrapolacj przy załoeniu, e trzy punkty o współrznych: (D, F ), (D, F ) i (D max, F zr ) le na jenej prostej (rys. IV/7). Ostatecznie otrzymuje si zwizek: m min max zr s ( F F ) ( D D ) F D + F D s = = (IV.4) D F Wyniki prób miseczkowania mog by bezporenio wykorzystane w praktyce (np. w projektowaniu procesów technologicznych) - jeeli spełnione s prawa poobiestwa moelowego, co oznacza równo (la rzeczywistych i moelowych wytłoczek) nastpujcych parametrów: g /D, r s /g, r m /g, s/g (oznaczenia jak na rys. VII/6) i reniego nacisku jenostkowego q ociskacza 8 oraz jenakowych warunków tarcia. Zalecane wartoci współczynników wytłaczania mona znale m. in. w [5]. 4 s r s g r m m s Rys. IV/6. Schemat próby miseczkowania: stempel, matryca, próbka, 4 ociskacz D P P zr P B C A P D D D max D Rys. IV/7. Sposób wyznaczania renicy D max w próbie miseczkowania przez ekstrapolacj prostej AB o punktu C (la D D max, P = P zr ) 8 Patrz Informacja merytoryczna o wiczenia VII.

16 Próba Fukui Próba Fukui polega na kształtowaniu wytłoczki z płaskiego krka blachy o renicy D w stokowej matrycy o kcie rozwarcia 6 o (rys. IV/8). Stempel ma zakoczenie kuliste. Ocen tłocznoci przeprowaza si na postawie wskanika Fukui η F : st st max + st min η F = = (IV.5) D D gzie: st max, st min - opowienio: najwiksza i najmniejsza warto maksymalnej renicy stokowej wytłoczki w momencie pknicia. Inn miar tłocznoci jest warto D max. Jest to maksymalna renica krka, z której mona otrzyma prawiłow wytłoczk (bez pknicia). Mona j wyznaczy meto kolejnych prób lub poobnie jak w próbie miseczkowania. Mniejsze wartoci η F i wiksze D max oznaczaj lepsz tłoczno. Obywa kryteria tłocznoci s jenakowo przyatne i mog by stosowane alternatywnie. W próbie nie stosuje si ociskacza, a blacha zachowuje stateczno (nie ulega pofałowaniu wskutek istnienia w czci stokowej obwoowych napre ciskajcych) jeeli D = (5-7) g. Prób przeprowaza si przy stałym stosunku ( m + s )/D la blach o grubociach,4 -. Zalet próby Fukui jest ua powtarzalno wyników, które ponato prawie nie zale o gruboci blachy. Poobnie jak w próbie Erichsena, z obserwacji wypukłej powierzchni wytłoczki w pobliu pknicia mona orientacyjnie okreli wielko ziarna oraz - na postawie przebiegu linii pknicia - wnioskowa o jenoronoci baanego materiału. Porównanie renic st max i st min ostarcza informacji o stopniu anizotropii płaskiej blachy. a) b) 6 o D o st s r s m Rys. IV/8. Próba Fukui: a) schemat, b) wymiary pocztkowe i kocowe próbki; stempel, matryca

17 Próba KWI (Siebel i Pomp, Kaiser Wilhelm Institut) Próba KWI opracowana przez Siebela i Pompa (rys. IV/9) polega na wytłaczaniu wytłoczki za pomoc stempla o renicy s = 4 z kwaratowej próbki o boku A = 8. W roku próbki jest wykonany otwór o głakich ciankach (np. rozwiercany) o renicy =. Poczas próby nastpuje poszerzanie otworu, a o pojawienia si na jego brzegu pkni w kierunku promieniowym. Miar tłocznoci jest wskanik ε KWI : r ε KWI = % (IV.6) max + min gzie: r =, max, min - opowienio: maksymalna i minimalna renica otworu w nie wytłoczki w chwili pojawienia si pkni (rys. IV/9 b). a) m r m 4 r s s b) pknicie min A max Rys. IV/9. Próba KWI: a) schemat, b) wymiary kocowe próbki; stempel z pilotem, matryca, próbka kwaratowa z otworem, 4 ociskacz

18 Okrelenie momentu przerwania próby jest o trune, st moliwo znacznego rozrzutu wyników. Próba moeluje stan napre wystpujcy w operacjach wywijania obrzey otworów (wuosiowe rozciganie w nie wytłoczki i jenoosiowe rozciganie w kierunku obwoowym na brzegu otworu). Wytrzymało na rozciganie baanej blachy R m mona oszacowa ze wzoru: R m = Pmax π (IV.7) ( s ) g gzie P max jest maksymaln sił w czasie próby. Poobnie jak w próbie Erichsena okonuje si oceny wielkoci ziarna Inne próby tłocznoci Oprócz wyej przestawionych zaproponowano szereg prób tłocznoci, m. in. próby zginania i powójnego zginania, próby polegajce na przeciganiu trapezowego paska blachy przez klinow matryc moelujce okształcenia wycinka kołnierza wytłoczki osiowo - symetrycznej (Sachs, Kayseler) oraz rónorone próby wielostopniowego cignienia, które sprawzaj zachowanie si blachy przy uych okształceniach plastycznych bez wyarzania. Dalsze informacje mona znale w literaturze (obszerny wykaz publikacji z tej zieziny zawiera m. in. praca []) Krzywe okształce granicznych (graniczne krzywe tłocznoci) Krzywymi okształce granicznych nazywamy linie na płaszczynie okształce głównych (ε,ε ), bce miejscem geometrycznym punktów utraty statecznoci lub naruszenia spójnoci (kierunki główne i le w płaszczynie blachy). Krzywe te opracowane po raz pierwszy przez Keelera i Goowina (rys. IV/) mog by wyznaczone la anego materiału analitycznie (na postawie kryteriów utraty statecznoci oraz praw płynicia przy załoeniu wzmocnienia izotropowego) lub owiaczalnie. Stanowi one cenn pomoc przy projektowaniu procesów tłoczenia - kształtowania wytłoczek o złoonych kształtach. Wykonujc pomiary okształce głównych na powierzchniach próbnych lub moelowych wytłoczek (np. meto siatek koorynacyjnych) 9 mona oceni, w których miejscach wystpuje niebezpieczestwo utraty statecznoci lub naruszenia spójnoci. Uyteczno krzywych okształce granicznych jest wioczna szczególnie wtey, gy mamy moliwo okłanego moelowania matematycznego procesu - np. meto elementów skoczonych. Znajc z oblicze wartoci okształce ε i ε ju na etapie moelowania moemy okreli, czy any kształt powłoki jest moliwy o ukształtowania bez utraty statecznoci lub naruszenia spójnoci - przy czym nie ma potrzeby wykonywania szeregu tłoczników próbnych. Skraca to znacznie czas i obnia koszty przygotowania proukcji nowej serii wytłoczek (np. karoseryjnych). 9 Metoa siatek koorynacyjnych polega na wyznaczaniu skłaowych tensora okształce skoczonych na postawie pomiaru współrznych wzłów siatki koorynacyjnej. Niezbna jest znajomo tych współrznych prze i po anym etapie okształcenia. Siatki koorynacyjne nanosi si na powierzchni blachy sposobem mechanicznym lub chemicznym.

19 ε Obszar naruszenia spójnoci Utrata spójnoci Utrata statecznoci Obszar bezpieczny (ε < ) Utrata statecznoci (tworzenie bruzy) Obszar bezpieczny (ε > ) ε Rys. IV/. Schemat przebiegu krzywych okształce granicznych Kellera Goowina na płaszczynie okształce głównych ε, ε Naley oa, e wyznaczanie krzywych okształce granicznych stanowi powany problem owiaczalny i teoretyczny. Jest to spowoowane m. in. faktem, i moment utraty statecznoci (lub utraty spójnoci) zaley o historii stanu okształcenia, a nie tylko o kocowych wartoci ε i ε. W ramach mizynaroowego programu baawczego Inco - Copernicus został opracowany [] specjalny system projektowania procesów tłoczenia, który umoliwia przewiywanie momentu utraty statecznoci blachy na postawie przebiegu krzywych okształce granicznych. Krzywe te s konstruowane teoretycznie na postawie wartoci napre obliczanych meto elementów skoczonych. Konieczna jest znajomo konkretnej postaci funkcji wyraajcej wpływ okształcenia i prkoci okształcenia na naprenie uplastyczniajce materiału. Dalsze informacje mona znale w [,7,8] Próba spczania na kowałach rowkowanych Próba słuy o oceny przyatnoci materiałów prtowych o kształtowania plastycznego na zimno. Opowieni schemat pokazano na rys. IV/. Próbk walcow o smukłoci h / =,4 poaje si spczaniu na kowałach rowkowanych o momentu powstania na pobocznicy pierwszego pknicia wiocznego gołym okiem. Miar okształcalnoci materiału jest wskanik S: D S = r (IV.8) D + D gzie: Dr =, D - renica mierzona w pobliu pknicia, D - renica prostopała o D (rys. IV/ c). Im wiksza warto S - tym wiksza okształcalno. Próbki ocina si z prta i obrabia powierzchnie czołowe aby zapewni ich równoległo. Wykonuje si równie nawiercenia słuce o centrowania na rokowych stokach kowaeł (rys. IV/ b). Pobocznice próbek pozostawia si bez obróbki. Spczanie przeprowaza si zwykle na maszynie wytrzymałociowej w specjalnym przyrzzie, zapewniajcym równoległo powierzchni kowaeł. Zastosowanie kowaeł rowkowanych aje efekt wzrostu

20 sił tarcia na powierzchniach kontaktowych, co zwiksza obwoowe naprenia rozcigajce na powierzchni swobonej próbki i przyspiesza moment pknicia. a) b) o o Pknicie h,,4 c) Pknicie D Rys. IV/. Próba spczania na kowałach rowkowanych wg zalece CIRP ICFG oraz INOP [4]: a) schemat, b) rowkowana powierzchnia kowaeł, c) sposób pomiaru renic D i D D 7. Literatura. J. Gronostajski, Z. Gronostajski, A. Niechajowicz, Z. Zimniak: Baania i projektowanie procesów tłoczenia blach. Materiały konferencyjne XII Konferencji Sprawozawczej Metalurgia 98, wy. Akapit, Kraków 998. Z. Marciniak: Okształcenia graniczne przy tłoczeniu blach. WNT, Warszawa 97. Morawiecki, L. Saok, E. Wosiek: Przeróbka plastyczna. Postawy teoretyczne. Wy. lsk, Katowice 977, Ocena materiałów hutniczych z punktu wizenia wymaga obróbki plastycznej na zimno. Cz I. Prty. Opracowanie zbiorowe po re. A. Turno. Instytut Obróbki Plastycznej, Pozna Ocena materiałów hutniczych z punktu wizenia wymaga obróbki plastycznej na zimno. Cz II. Blachy. Opracowanie zbiorowe po re. A. Turno. Instytut Obróbki Plastycznej, Pozna W. P. Romanowski: Poranik obróbki plastycznej na zimno. WNT, Warszawa F. Stachowicz: Dowiaczalne i teoretyczne wyznaczanie przebiegu krzywych okształcalnoci granicznej blach. Materiały konferencyjne XII Konferencji Sprawozawczej Metalurgia 98, wy. Akapit, Kraków 998

21 8. Z. Zimniak: System projektowania technologii trójwymiarowego tłoczenia blach. Projekty baawcze z zakresu przeróbki plastycznej, metaloznawstwa i technologii spiekowych. Oficyna Wyawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław Wykaz norm N. PN 68/H 44 N. PN 69/H 9 N. PN 55/H 447 N4. PN 57/H 448