Obróbka Plastyczna Metali t. XX nr 2 (29) InŜynieria materiałowa w obróbce plastycznej Dr inŝ. Jarosław SAMOLCZYK Instytut Obróbki Plastycznej, Poznań Dr inŝ. Henryk WOŹNIAK Politechnika Poznańska, Poznań Wyznaczenie napręŝeń własnych metodą sin 2 Ψ w stemplach do wyciskania przeciwbieŝnego wyrobów z cynku Determination of internal stresses in punches for backward extrusion of zinc products by the sin 2 Ψ method Streszczenie W artykule przedstawiono stan napręŝeń własnych w warstwie powierzchniowej stempli do wyciskania przeciwbieŝnego naczyń cylindrycznych. Pomiarów napręŝeń dokonano rentgenowską metodą sin 2 Ψ. Stwierdzono zmianę znaków napręŝeń własnych w badanej warstwie wierzchniej. Abstract The paper presents the state of internal stresses in the surface layer of punches for backward extrusion of cylindrical vessels. The stress measurements have been performed by the sin 2 Ψ x-ray method. It has been found that the signs of the internal stress have changed in the surface layer being examined. Słowa kluczowe: stemple do wyciskania, napręŝenia własne, metoda sin 2 ψ, napręŝenia wzdłuŝne, napręŝenia poprzeczne Key words: extrusion punches, internal stresses, sin 2 Ψ method, longitudinal stresses, transverse stresses 1. WPROWADZENIE Objętościowa obróbka plastyczna metali jest znaczącym źródłem napręŝeń własnych w warstwie wierzchniej narzędzi. Problematyka napręŝeń własnych w warstwach wierzchnich narzędzi do obróbki plastycznej oraz metodyka ich wyznaczania jest jednym z najczęściej podejmowanych zagadnień poznawczych gdyŝ stanowi kryterium oceny trwałości narzędzi. Szczególne znaczenie mają badania naprę- Ŝeń własnych w warstwach powierzchniowych, indukowanych w procesie ich wytwarzania (np. toczenia, szlifowania, azotowania) oraz podczas eksploatacji. Pomiary wartości napręŝeń własnych łącznie z ich znakiem, pozwalają na oszacowanie obszaru występowania napręŝeń 1. INTRODUCTION Volumetric metal forming is an important source of internal stresses in the surface layer of the tools. The problems of internal stresses in surface layers is one of the most often studied cognitive subjects for it is a criterion of tool durability assessment. Investigation of internal stresses in the surface layers induced in the tools in the process of their manufacturing, (e.g. turning, grinding, nitriding) and during service are of particular importance. The measurements of the internal stresses values including their sign allow for estimation of the area of occurrence of tensile stresses [1 4] which influence the wear of the tool working surfaces.
38 J. Samolczyk, H. Woźniak rozciągających [1 4], które wpływają na zuŝycie powierzchni roboczych narzędzi. Ocena technologiczna warstwy wierzchniej narzędzi przed i po eksploatacji sprowadza się zazwyczaj do pomiaru chropowatości i pomiarów cech geometrycznych. Technological assessment of the tool surface layer before and after exploitation is usually limited to the measurement of roughness and measurement of geometrical features. 2. PRZEBIEG POMIARÓW Stemple, stanowiące przedmiot badań, wykonano ze stali HS6-5-2. Skład chemiczny stali wyznaczono za pomocą optycznego spektrometru emisyjnego o wzbudzeniu jarzeniowym GDS5A firmy LECO. Wyniki zamieszczono w tablicy 1. 2. MEASUREMENTS The punches under investigation have been made of HS6-5-2 steel. The chemical composition of the steel has been determined by means of an optical emission spectrometer with glow excitation, GDS5A made by LECO. The results can be found in Table 1. Tablica 1. Skład chemiczny materiału stempli uŝytych w badaniach Table 1. Chemical composition of the punches used in the investigation Znak stali Zawartość pierwiastków, % wag Content of elements, wt % Steel symbol C Si Mn P S Cr W Mo V Ni Ti. Co Cu HS6-5-2 1,2,37,31,28,17 3,71 6,31 4,28 1,84,53,57,42,15 Pomiary napręŝeń przeprowadzono za pomocą dyfraktometru rentgenowskiego Kristatalloflex 4 firmy Siemens z goniometrem Eg 4/21. Zastosowano dyfraktometryczną metodę pomiaru napręŝeń tzw. metodę sin 2 ψ. Rejestrację obrazu dyfrakcyjnego realizowano za pomocą programu Image.exe. Pomiarom rentgenowskim poddano stemple po kolejnych operacjach technologicznych w procesie ich wytwarzania oraz przed i po eksploatacji (tabl. 2). Za kryterium zuŝycia stempli przyjęto ubytek średnicy części roboczej, wynoszący,3 mm. Ekspozycji poddano powierzchnie stempli w obszarze części roboczej. Wszystkie pomiary przeprowadzono przy tych samych parametrach prądowo-napięciowych i optycznych dla wiązki rentgenowskiej. Pomiarów dokonywano w sześciu punktach na obwodzie stempla. W tym celu stempel obracano wokół jego osi z podziałką. NapręŜenia obliczano z uŝyciem programu Stress calc.. W badaniach wyznaczono napręŝenia wzdłuŝne i poprzeczne. The stress measurements were performed using Kristalloflex 4 x-ray diffractometer with an Eg 4/21 goniometer made by Siemens. The sin 2 Ψ method, has been applied the diffraction profile has been recorded using the Image.exe program. X-ray measurements have been applied to punches after subsequent technological operations in the process of their manufacturing, as well as prior to and after exploitation (Tables 2). As the criterion of punch wear, the reduction of the working part diameter by.3 mm has been adopted. The punch surfaces exposed were the ones in the area of the working part. All the measurements were performed at the same current voltage as well as optical parameters for the x-ray beam. The measurements were taken at six points on the punch circumference. In order to do so, the punch was turned around its axis at intervals of degrees. The stresses were calculated with the use of the Stress calc. program. Longitudinal and transverse stresses have been determined in this investigation.
Wyznaczenie napręŝeń własnych metodą... 39 3. WYNIKI BADAŃ Wartości napręŝeń własnych, obliczonych z liniowych zaleŝności ε ϕψ dla poszczególnych połoŝeń kątowych punktów pomiarowych na obwodzie stempli zamieszczono w tablicach 2 i 3. Oznaczenie stempla identyfikuje numer stempla i fazę jego wytwarzania oraz eksploatacji. 3. RESULTS The values of internal stresses calculated from the linear relationship, ε ϕψ, for the individual angular positions of the measurement points on the punch circumference can be found in Tables 2 and 3. The designation of a punch identifies its number and a stage of manufacturing as well as exploitation. Tablica 2. NapręŜenia wzdłuŝne w warstwach powierzchniowych badanych stali Table 2. Longitudinal stresses in the surface layers of the punches under investigation Oznaczenie stempla Punch designation NapręŜenia podłuŝne [MPa] Longitudinal stresses [MPa] Kąt połoŝenia punktu pomiarowego na obwodzie stempla Angular position of the measurement point on the punch circumference 3 Nr 1 po toczeniu No. 1 after turning +121 + +116 +119 +136 +123 Nr 2 po toczeniu No. 2 after turning Nr 3 po toczeniu No. 3 after turning Nr 1 po hartowaniu i odpuszczaniu No. 1 after hardening and tempering Nr 2 po hartowaniu i odpuszczaniu No. 2 after hardening and tempering Nr 3 po hartowaniu i odpuszczaniu No. 3 after hardening and tempering Nr 1 po procesie azotowania No. 1 after the nitriding process Nr 2 po procesie azotowania No. 2 after the nitriding process Nr 3 po procesie azotowania No. 3 after the nitriding process Po eksploatacji 1,5 mln. sztuk After exploitation 1.5 million pcs Po eksploatacji - 4,5 mln. sztuk* After exploitation 4.5 million pcs Po eksploatacji - 1,6 mln. sztuk* After exploitation 1.6 million pcs Po eksploatacji - 389 tys. sztuk* After exploitation 389 thousand pcs Po eksploatacji - 351 tys. sztuk* After exploitation 351 thousand pcs +17 +152 +317 +293 +244 +213 +284 +295 +337 +289 + +341-155 -156-22 -163-169 -178-187 -193-242 -166-178 -185-213 -193-21 -17-159 -179-728 -726-73 -738-747 -757-637 -647-7 -658-68 -697-73 -687-648 -722 - -757-4 -4-43 -41-42 -45-38 -1-43 -3-22 +5 +5-2 -56-43 -56 +34 +294 +224 +38 +221 +341 +316 +345 +432 +397 +392 +425 +429 * wyciśnięta liczba wyrobów przy ubytku średnicy części roboczej stempla,3 mm number of extruded products at.3 mm reduction of diameter of punch working part
4 J. Samolczyk, H. Woźniak Tablica 3. NapręŜenia poprzeczne w warstwach powierzchniowych badanych stempli Table 3. Transverse stresses in the surface layers of the punches under investigation Oznaczenie stempla Punch designation NapręŜenia poprzeczne [MPa] Transverse stresses [MPa] Kąt połoŝenia punktu pomiarowego na obwodzie stempla Angular position of the measurement point on the punch circumference 3 Nr 1 po toczeniu No. 1 after turning +45-13 +85 +13 +69-3 Nr 2 po toczeniu No. 2 after turning +5 +22 +93 +3 +61 +77 Nr 3 po toczeniu No. 3 after turning +33 +13 +17 +25 +22 +3 Nr 1 po hartowaniu i odpuszczaniu No. 1 after hardening and tempering -26-187 -141-166 -157-15 Nr 2 po hartowaniu i odpuszczaniu No. 2 after hardening and tempering -251-25 -326-24 -177-173 Nr 3 po hartowaniu i odpuszczaniu No. 3 after hardening and tempering -124-196 -22-232 -257-191 Nr 1 po procesie azotowania No. 1 after the nitriding process -278-27 -268-264 -265-268 Nr 2 po procesie azotowania No. 2 after the nitriding process -4-412 +36-422 -446-443 Nr 3 po procesie azotowania No. 3 after the nitriding process -298-274 -322-263 +321-272 Po eksploatacji - 1,5 mln. sztuk* After exploitation 1.5 million pcs +17 +18 +28 +17 +15 +19 Po eksploatacji - 4,5 mln. sztuk* After exploitation 4.5 million pcs +45 + +93 +115 +48 +49 Po eksploatacji - 1,6 mln. sztuk* After exploitation 1.6 million pcs +93 +21 +85 +13 +69 +77 Po eksploatacji - 389 tys. sztuk* After exploitation 389 thousand pcs +529 +592 +55 +572 +519 +59 Po eksploatacji - 351 tys. sztuk* After exploitation 351 thousand pcs +519 +575 +683 +1 +653 +489 * wyciśnięta liczba wyrobów przy ubytku średnicy części roboczej stempla,3 mm number of extruded products at.3 mm reduction of diameter of punch working part Wyznaczone w badaniach wartości naprę- Ŝeń własnych poprzecznych i wzdłuŝnych, odnoszące się do kolejnych etapów wytwarzania stempli przedstawiono graficznie na rys. 1 3. Linie łączące punkty pomiarowe nie są zaleŝnościami funkcyjnymi. Na rys. 4 i 5 podano graficznie wartości napręŝeń własnych poprzecznych i wzdłuŝnych dla stempli po eksploatacji. The values of longitudinal and transverse internal stresses determined in the investigation referring to the individual stages of punch manufacturing are shown in Fig. 1 3. The lines connecting the measurement points are not functional relationships. In Figs. 4 and 5, one can find a graphic presentation of the longitudinal and transverse internal stress values.
Wyznaczenie napręŝeń własnych metodą... 41 15 121 1 3 123 1 3 5 45 5-3 -5-13 136 116 69 13 85 119 a) Stempel nr 1 - po toczeniu napręŝenia wzdłuŝne Punch no. 1 after turning longitudinal stresses -1 a) Stempel nr 1 - po toczeniu napręŝenia poprzeczne Punch no. 1 after turning transverse stresses -1 3-155 -17-156 3-15 -15-26 -2-178 - -22-25 -187-169 -163-157 -166-141 b) Stempel nr 1 - po hartowaniu napręŝenia wzdłuŝne Punch no. 1 after hardening longitudinal stresses -69 b) Stempel nr 1 - po hartowaniu napręŝenia poprzeczne Punch no. 1 after hardening transverse stresses -25 3-72 -75-757 -728-726 3-268 -278-27 -747-78 - -738-73 -265-268 -264 c) Stempel nr 1 - po azotowaniu napręŝenia wzdłuŝne Punch no. 1 after nitriding longitudinal stresses c) Stempel nr 1 - po azotowaniu napręŝenia poprzeczne Punch no. 1 after nitriding transverse stresses Rys. 1. Schemat rozkładu napręŝeń własnych na powierzchni roboczej stempla nr 1 w zaleŝności od kąta połoŝenia punktu pomiarowego na obwodzie stempla Fig. 1. A diagram of internal stress distribution on the working surface of punch no. 1 versus angular position of the measurement point on the punch circumference
42 J. Samolczyk, H. Woźniak 4 1 3 213 2 17 3 77 5 152 5 22 244 61 293 317 3 93 a) Stempel nr 2 - po toczeniu napręŝenia wzdłuŝne Punch no. 2 after turning longitudinal stresses a) Stempel nr 2 - po toczeniu napręŝenia poprzeczne Punch no. 2 after turning transverse stresses -15-15 -187 3-185 -2-25 - -193 3-173 -25-35 -251-25 -178-242 -177-326 -166-24 b) Stempel nr 2 - po hartowaniu napręŝenia wzdłuŝne Punch no. 2 after hardening longitudinal stresses 1 b) Stempel nr 2 - po hartowaniu napręŝenia poprzeczne Punch no. 2 after hardening transverse stresses 4 3-35 3-5 -697-8 -637-647 -443-5 -4-412 -68-658 -7-446 -422 36 c) Stempel nr 2 - po azotowaniu napręŝenia wzdłuŝne Punch no. 2 after nitriding longitudinal stresses c) Stempel nr 2 - po azotowaniu napręŝenia poprzeczne Punch no. 2 after nitriding transverse stresses Rys. 2. Schemat rozkładu napręŝeń własnych na powierzchni roboczej stempla nr 2 w zaleŝności od kąta połoŝenia punktu pomiarowego na obwodzie stempla Fig. 2. A diagram of internal stress distribution on the working surface of punch no. 2 versus angular position of the measurement point on the punch circumference
Wyznaczenie napręŝeń własnych metodą... 43 4 1 3 213 2 17 3 77 5 152 5 22 244 61 293 317 3 93 a) Stempel nr 3 - po toczeniu napręŝenia wzdłuŝne Punch no. 3 after turning longitudinal stresses a) Stempel nr 3 - po toczeniu napręŝenia poprzeczne Punch no. 3 after turning transverse stresses 3-185 -15-2 -187 3-173 -15-25 -251-25 - -193-35 -25-178 -242-177 -326-166 -24 b) Stempel nr 3 - po hartowaniu napręŝenia wzdłuŝne Punch no. 3 after hardening longitudinal stresses 1 b) Stempel nr 3 - po hartowaniu napręŝenia poprzeczne Punch no. 3 after hardening transverse stresses 4 3-35 3-5 -697-8 -68-637 -658-647 -7-4 -443-412 -5-446 -422 36 c) Stempel nr 3 - po azotowaniu napręŝenia wzdłuŝne Punch no. 3 after nitriding longitudinal stresses c) Stempel nr 3 - po azotowaniu napręŝenia poprzeczne Punch no. 3 after nitriding transverse stresses Rys. 3. Schemat rozkładu napręŝeń własnych na powierzchni roboczej stempla nr 3 w zaleŝności od kąta połoŝenia punktu pomiarowego na obwodzie stempla Fig. 3. A diagram of internal stress distribution on the working surface of punch no. 3 versus angular position of the measurement point on the punch circumference
44 J. Samolczyk, H. Woźniak 3 3-45 -5-4 3 19 15 17-4 18-1 -42 15-41 -43 17 28 a) Stempel 1,5 mln sztuk napręŝenia wzdłuŝne Punch 1.5 million pcs longitudinal stresses a) Stempel - 1,5 mln sztuk napręŝenia poprzeczne Punch 1.5 million pcs transverse stresses 2 5 3-22 -4-1 -38-43 -1 3 48 49 45-3 93 115 b) Stempel 4,5 mln sztuk napręŝenia wzdłuŝne Punch 4.5 million pcs longitudinal stresses 5 b) Stempel 4,5 mln sztuk napręŝenia poprzeczne Punch 4.5 million pcs transverse stresses 1 93 3 34-2 3 77 5-56 -1-43 -56-2 69 13 21 85 c) Stempel 1,6 mln sztuk napręŝenia wzdłuŝne Punch 1.6 million pcs transverse stresses c) Stempel 1,6 mln sztuk napręŝenia poprzeczne Punch 1.6 million pcs transverse stresses Rys. 4. Schemat rozkładu napręŝeń własnych na stemplach do wyciskania przeciwbieŝnego po eksploatacji, w zaleŝności od kąta połoŝenia punktu pomiarowego na obwodzie stempla Fig. 4. A diagram of internal stress distribution on backward extrusion punches after exploitation, versus angular position of the measurement point on the punch circumference
Wyznaczenie napręŝeń własnych metodą... 45 4 294 55 529 3 316 2 224 3 59 5 45 592 4 341 519 221 38 55 572 a) Stempel 389 tys. sztuk napręŝenia wzdłuŝne Punch 389 thousand pcs longitudinal stresses 5 a) Stempel 389 tys. sztuk napręŝenia poprzeczne Punch 389 thousand pcs transverse stresses 7 345 519 3 429 25 3 489 4 432 575 1 425 653 397 683 392 1 b) Stempel 351 tys. sztuk napręŝenia wzdłuŝne Punch 351 thousand pcs longitudinal stresses b) Stempel 351 tys. sztuk napręŝenia poprzeczne Punch 351 thousand pcs transverse stresses Rys. 5. Schemat rozkładu napręŝeń na stemplach do wyciskania przeciwbieŝnego po eksploatacji, w zaleŝności od kąta połoŝenia punktu pomiarowego na obwodzie stempla Fig. 5. A diagram of internal stress distribution on backward extrusion punches after exploitation, versus angular position of the measurement point on the punch circumference 4. DYSKUSJA WYNIKÓW 4.1. Rozkład napręŝeń własnych w stemplach po kolejnych etapach wytwarzania Obróbka mechaniczna generuje na powierzchni stempli napręŝenia własne - rozciągające (dodatnie) [5 7]. Otrzymane wyniki pomiarów rentgenowskich potwierdzają zjawiska zachodzące podczas obróbki skrawaniem (rys.1a 3a). Hartowanie i odpuszczania powoduje powstanie napręŝeń ściskających (ujemnych) [8, 9]. Przyczyną takiego stanu jest większa objętość martenzytu niŝ austenitu i jego zwiększony udział w warstwie wierzchniej (rys. 1b 3b). 4. DISCUSSION OF THE RESULTS 4.1. Distribution of internal stresses in punches after the subsequent stages of manufacturing Machining generates internal stresses tensile ones (positive) [5 7]). The results of x-ray measurements confirm the phenomena taking place during machining (Figs 1a 3a). Hardening and tempering cause compressive (negative) stresses [8, 9]. The reason is the higher volume of martensite than austenite and its higher content in the surface layer (Figs 1b 3b).
46 J. Samolczyk, H. Woźniak Szlifowanie obrobionych cieplnie stempli, generując na powierzchni stempli napręŝenia własne rozciągające (dodatnie) [1, 11]. RównieŜ warstwy dyfuzyjne, powstałe w wyniku azotowania gazowego spowodowały wytworzenie na powierzchni stempli napręŝeń własnych ściskających. Uzyskany rozkład napręŝeń własnych (rys. 2c i 3c) po azotowaniu gazowym charakteryzuje się nagłymi zmianami napręŝeń podłuŝnych i poprzecznych na powierzchni stempli. W przypadku napręŝeń wzdłuŝnych, dla stempla nr 2, wartości mieszczą się w przedziale od -697 MPa do -7 MPa i dla stempla nr 3 w przedziale od -757 MPa do - MPa. Analiza rozkładu napręŝeń poprzecznych wskazuje na zmianę znaku napręŝeń ze ściskających na rozciągające i tak w przypadku stempla nr 2 od -446 do +36 MPa a w przypadku stempla nr 3 od -322 do +321 MPa. W obszarach napręŝeń dodatnich, z duŝym prawdopodobieństwem, moŝe nastąpić szybsze zuŝycie mechaniczne (np. wykruszenia) w trakcie eksploatacji stempli. Niebezpieczne z punktu widzenia eksploatacji stempli, rozciągające napręŝenia własne w tych obszarach są często skutkiem azotowania gazowego [12]. 4.2. Rozkład napręŝeń własnych w stemplach po eksploatacji W trakcie eksploatacji obciąŝenie stempli zmienia się cyklicznie. Stempel jest bowiem ściskany w czasie roboczego ruchu suwaka prasy i rozciągany w czasie ruchu powrotnego. Spiętrzenie dodatnich napręŝeń własnych w warstwie wierzchniej stempli do wyciskania przeciwbieŝnego, moŝe prowadzić do kruchego pękania tej warstwy, co potwierdza rys. 6. Ten typ zniszczenia zmęczeniowego rozpoczyna się inicjacją pęknięcia na powierzchni stempla lub w warstwie podpowierzchniowej [13]. Analiza otrzymanych rozkładów napręŝeń własnych w warstwie wierzchniej stempli po eksploatacji wykazała, Ŝe napręŝenia wzdłuŝne ściskające, o średniej wartości ujemnej 4 MPa, występują jedynie na powierzchni stempla, który wykonał 1,5 mln wyrobów (napręŝenia poprzeczne rozciągające w tym stemplu wynosiły średnio +2 MPa). Grinding of the heat treated punches generates tensile (positive) stresses on their surface [1, 11]. The diffusion layers, too, formed as a result of gas nitriding, have caused compressive internal stresses on the punch surfaces. The distribution of internal stresses (Figs 2c and 3c) after gas nitriding is characterized by rapid changes of longitudinal and transverse stresses on the surface of the punches. In the case of the longitudinal stresses for punch No. 2, the values are within the range from -697 MPa to -7 MPa and for punch No. 3 in the range from -757 MPa to - MPa. An analysis of the transverse stress distribution indicates the change of the sign of the stress from compressive to tensile ones; in the case of punch No. 2, - from -446 to +36 MPa and in the case of punch No. 3 from -322 to +321 MPa. In the areas of positive stress, there is a high probability of quicker mechanical wear (e.g. spalling) during punch exploitation. The tensile internal stresses in those areas, dangerous from the point of view of exploitation of the punches, are often a result of gas nitriding [12]. 4.2. Distribution of internal stresses in punches after exploitation In the course of exploitation, the load of the punches changes in a cyclic way as the punch is compressed during the working stroke of the press ram and stretched during its return stroke. The build-up of positive internal stresses in the surface layer of backward extrusion punches can result in brittle fractures of that layer as evidenced in Fig. 6. This kind of fatigue destruction starts in an initiation of a crack on the punch surface or in the zone just under the surface [13]. An analysis of the internal stresses distribution in the surface layer of punches after exploitation has shown that that longitudinal compressive stresses with an average negative value of 4 MPa occur only on the surface of a punch which had made 1.5 million products (transverse tensile stress in that punch had an average value of +2 MPa ).
Wyznaczenie napręŝeń własnych metodą... 47 Rys. 6. Pęknięcia na powierzchni stempla po eksploatacji: obraz z mikroskopu skaningowego w przekroju poprzecznym Fig. 6. Cracks on the surface of a punch after exploitation: SEM images taken in cross sections W pozostałych stemplach (4,5 mln wyrobów i 1,6 mln wyrobów) napręŝenia wzdłuŝne na obwodzie stempla są zarówno ściskające jak i rozciągające (zmieniają swój znak) rys. 4b i 4c. Natomiast w stemplach, które wykonały najmniejszą liczbę wyrobów (389 i 351 tys. szt.), wyniki pomiarów wykazały tylko napręŝenia rozciągające rys. 5a i 5b. Uzasadnienie występowania tych zjawisk będzie przedmiotem dalszych badań. 5. WNIOSKI 1. Zastosowana rentgenowska metoda sin 2 Ψ pozwoliła wyznaczyć napręŝenia własne w stemplach do wyciskania przeciwbieŝnego wyrobów cylindrycznych z cynku. 2. Graficzny obraz napręŝeń własnych w stemplach umoŝliwia umiejscowienie napręŝeń rozciągających, niekorzystnych z punktu widzenia eksploatacji. 3. Operacje technologiczne w trakcie wykonywania stempli, generują napręŝenia własne róŝnych znaków. 4. Rozkłady napręŝeń własnych wyznaczone metodą sin 2 Ψ stanowią bazę do modelowania numerycznego napręŝeń w warstwach azotowanych narzędzi do obróbki plastycznej. In the other punches (4.5 million products and 1.6 million products) the longitudinal stresses on the punch circumference are both compressive and tensile ones (they change their sign) Figs 4b and 4c. On the other hand, in the punches which had made the least number of products (389 and 351 thousand pcs) the measurements have shown only tensile stresses Fig. 5a and 5b. The reason will be an objective of further investigation. 5. CONCLUSIONS 1. The sin 2 Ψ method applied has allowed for the determination of internal stresses in punches for backward extrusion of cylindrical zinc products. 2. The graphic presentation of the internal stresses in punches enables location of tensile stresses, detrimental from the point of view of exploitation. 3. The technological operations involved in the manufacture of the punches generate internal stresses of different signs. 4. Internal stress distributions determined by the sin 2 Ψ method are a basis for numerical modelling of stresses in the nitrided layers of metal forming tools.
48 J. Samolczyk, H. Woźniak 5. NapręŜenia własne wyznaczone metodą sin 2 Ψ w wierzchniej warstwie stempli do wyciskania przeciwbieŝnego, mogą stanowić kryterium do zmian konstrukcyjnych narzędzi oraz do wyboru prawidłowej obróbki powierzchniowej z uwzględnieniem kryteriów zuŝycia trybologicznego i ekonomicznego. 6. Dalsze badania będą ukierunkowane na poszukiwania związków pomiędzy składnikami strukturalnymi warstwy wierzchniej, rozkładem napręŝeń własnych w tej warstwie i właściwościami eksploatacyjnymi narzędzi. 5. The internal stresses determined by the sin 2 Ψ method in the surface layer of backward extrusion punches can be a criterion for tool design modifications and for the selection of adequate surface treatment with the consideration of the criteria of tribological and economical wear. 6. Further investigations will be aimed at the search for the relationships between the structural components of the surface layer, internal stress distribution in that layer and the exploitation properties of the tools. LITERATURA/REFERENCES [1] Marciniak Z.: Konstrukcja tłoczników. Ośrodek Techniczny, Warszawa, 22. [2] Korbel A., Raghhunathan V. S., Teirlink D.: A structural study of influence of pressure on shear band formation. Acta Metall., 32, 1984, s. 511. [3] Somers M., Mittemeijer E.: Development and relaxation of stress in surface layers; composition and residual profiles in γ Fe 4 N 1-x layers on α-fe substrates. Metallurgical Transactions A, vol. 21A, January 199, s. 189. [4] Gawroński Z., Jakubowski K.: Wpływ parametrów azotowania próŝniowego: NITROVAC 79. na poziomie napręŝeń w warstwie wierzchniej stali SW7M. III Ogólnopolska Konferencja Naukowa Obróbka Powierzchniowa, Kule 1996, s. 96. [5] Faninger G., Reitz A. W.: Verformungseigenspannungen in Eisenwrkstoffen. Berg- und Hüttenm. Monatshefte, 1965, t. 11, nr 1, s. 6-23. [6] Senczyk D., Musiał R.: X-ray macrostress measurements in a surface layer of the WT22 titanium alloy. XIIth Conf. on Apll. Cryst., Cieszyn, 23-27.8.1988, Proc., t. 1. s. 265-269. [7] Heriksen E.: Residual stresses in machined surface. Trans. ASME, 1951, t. 73. [8] Kocańda S., Natkaniec D.: Opis analityczny napręŝeń własnych w elementach stalowych wywołanych hartowaniem. Archiw. Nauki o Mat., 12, 3, 1991, s. 143-163. [9] Kocańda S., Lech-Grega M.: NapręŜenia własne w laserowo hartowanych elementach ze stali 15 i 45. ZN AGH Mechanika, 9, 199, s. 29-38. [1] Senczyk D., Lis. K.: Rentgenograficzne badania stanu napręŝeń w warstwie wierzchniej szlifowanych stali konstrukcyjnych. 4 th Int. Conf. Achievements In the mechanical and material engineering AMME 95, Gliwice- Wisła, 29.11-1.12.1995, Proc. s. 295-298. [11] Hauk V. M.: Stress evaluation on materials having non- linear lattice strain distribution. Metals&Materials Society, 1991, s. 635-651. [12] Kreft U., Hoffmann F., Hirsh T., Maer P.: Eigenspannnungsenttehung während des gasnitrierens. HTM 5, 1995, s.169. [13] Somers M., Mittemeijer E.: Development and relaxation of stress in surface layers; composition and residual profiles in γ Fe 4 N 1-x layers on α-fe substrates. Metallurgical Transactions A, vol. 21A, January 199, s. 189.