Obróbka Plastyczna Metali t. XXII nr 4 (2011) Narzędzia, przyrządy i maszyny do obróbki plastycznej Dr inŝ. Jarosław SAMOLCZYK Instytut Obróbki Plastycznej, Poznań e-mail: jarosa@inop.poznan.pl Zmiany poziomu napręŝeń własnych w stemplach do wyciskania przeciwbieŝnego wyrobów z cynku Variations of internal stresses in punches for backward extrusion of zinc products Streszczenie W artykule przedstawiono wyniki badań napręŝeń własnych w warstwie powierzchniowej stempli do wyciskania przeciwbieŝnego wyrobów z cynku. Pomiarów napręŝeń dokonano rentgenowską metodą sin 2 ψ, która okazała się przydatną do wyznaczania napręŝeń własnych w stemplach do wyciskania przeciwbieŝnego metali. W przypadku stempli do wyciskania przeciwbieŝnego wyrobów z cynku, czas eksploatacji narzędzi wyraźnie zaleŝy od rodzaju napręŝeń panujących w ich warstwie wierzchniej. NapręŜenia ściskające przy powierzchni zapewniają bezpieczną eksploatację stempli do wyciskania. Zmiana napręŝeń ściskających na napręŝenia rozciągające w warstwie wierzchniej powoduje przyspieszenie zuŝycia narzędzi. Abstract The paper presents the results of investigation of internal stresses in the surface layer of punches for backward extrusion of zinc products. Stress measurements have been effected by the x-ray sin 2 ψ method which proved to be suitable for the determination of internal stresses in punches for backward extrusion of metals. In the case of the punches for backward extrusion of zinc products, the tool exploitation time is clearly dependent on the kind of stresses present in their surface layer. Compressive stresses at the surface result in safe exploitation of extrusion punches. The change of compressive stresses into tensile ones accelerates the tool wear. Słowa kluczowe: stempel do wyciskania przeciwbieŝnego, metoda dyfrakcji rentgenowskiej, napręŝenia własne, warstwa powierzchniowa Key words: backward extrusion punch, x-ray diffraction method, internal stresses, surface layer 1. WPROWADZENIE W artykule przedstawiono badania rozkładu napręŝeń własnych w stemplach do wyciskania przeciwbieŝnego wyrobów z cynku. Otrzymane wyniki z przeprowadzonych badań stempli do wyciskania przeciwbieŝnego były podstawą ustalenia poziomu napręŝeń własnych sygnalizujących etap przyspieszonego zuŝycia, który poprzedzany jest zmianą znaku napręŝeń (z minus na plus ściskanierozciaganie). 1. INTRODUCTION The paper presents investigation of internal stress distribution in punches for backward extrusion of products made of zinc. The results obtained in the examination of backward extrusion punches have been a reference for the determination of the internal stress level signalling the stage of accelerated wear which is preceded by the change of the stress sign (from minus to plus compressive-tensile).
256 J. Samolczyk 2. PODSTAWY POMIARU MAKRONA- PRĘśEŃ METODĄ sin 2 ψ NapręŜenia powstające w materiale powodują odkształcenie sieci krystalicznej badanego materiału. Znajduje to odzwierciedlenie w zmianie połoŝenia lub charakteru refleksów rentgenowskich na dyfraktogramie. Istnieją róŝne dyfraktometryczne metody pomiaru napręŝeń, przy czym najczęściej stosowana tzw. metoda sin 2 ψ, która szczegółowo omówiona została w pracy [1]. W metodzie tej miernikiem napręŝeń są zmiany odstępów d hkl płaszczyzn sieciowych. W rentgenowskiej metodzie sin 2 ψ do pomiaru napręŝeń własnych wykorzystuje się zjawisko dyfrakcji promieni X na płaszczyznach atomowych kryształu. Metoda polega na wykorzystaniu symetrycznej dyfrakcji Bragga-Brentana, gdzie wektor dyfrakcji jest prostopadły do płaszczyzn uginających {hkl} i do powierzchni próbki, a odpowiednie nachylenie wektora dyfrakcji o kąty ψ, w płaszczyźnie prostopadłej do płaszczyzny dyfrakcji, uzyskuje się w goniometrze typu ψ (rys. 1). 2. REFERENCES FOR MACRO STRESS MEASUREMENT BY THE sin 2 ψ METHOD The stresses arising in a material cause deformation of the crystal lattice of the material under investigation. This is represented in by a change of the position or character of x-ray reflexes in a diffraction pattern. There are various diffraction pattern methods of stress measurement, but the most often applied one is the so called sin 2 ψ method which has been discussed in detail in work [1]. In this method, the stresses are measured by the changes of the d hkl gaps of the lattice planes. In the x-ray sin 2 ψ method, the phenomenon of diffraction of the X rays on the atomic planes of crystal is utilized. The method consists in utilization of symmetrical Bragg Brentan diffraction, where the diffraction vector is perpendicular to the deflecting planes {hkl} and to the sample surface and adequate inclination of the diffraction vector by the angles of ψ in a plane perpendicular to the diffraction plane is obtained in a goniometer type ψ (fig. 1). Rys. 1. Geometria promieni rtg w goniometrze ψ : 1 źródło promieni rentgenowskich, 2 szczelina rozbieŝności, 3 próbka, 4 szczelina wejściowa detektora, 5 okrąg ogniskowania promieni rentgenowskich [1] Fig. 1 Geometry of x rays in a ψ goniometer: 1 a n x-ray source, 2 divergence gap, 3 sample, 4 detector input gap, 5 x-ray focusing circle [1]
Zmiany poziomu napręŝeń własnych w stemplach... 257 Rys. 2. Liniowa zaleŝność ε ϕψ w klasycznej metodzie sin 2 ψ. Punkty (1), (2), (3) odpowiadają pomiarom odległości między płaszczyznowej {hkl} w odpowiednio zorientowanych ziarnach mikrostruktury [2] Fig. 2. Linear ε ϕψ relationship in the classical sin 2 ψ method. Points (1), (2), (3) correspond to the measurements of the distance between the planes {hkl} in the properly oriented microstructure grains [2] Odkształcenie sieci krystalicznej ε ϕψ zmierzone w kierunku wyznaczonym przez kąty ϕ i ψ, jest liniową funkcją sin 2 ψ (rys. 2), niezaleŝnie od kierunku wyznaczonego przez azymut ϕ [2]. Ta liniowa zaleŝność 2 ε = a σ sin ψ + wykorzystywana jest do ϕψ ϕ ( ) b obliczeń makronapręŝeń własnych przy zało- Ŝeniu izotropowości stałych spręŝystości. Do obliczeń bezwzględnych wartości σ ϕ nie jest konieczny pomiar d o materiału wzorcowego (bez napręŝeń), gdyŝ napręŝenie obliczone jest z nachylenia prostej. Takie postępowanie przy załoŝeniach ciała izotropowego czyni tę metodę bezwzorcową, umoŝliwiającą pomiary bezwzględnych wartości makronaprę- Ŝeń własnych. 3. BADANIA WŁASNE 3.1. Materiał do badań Stemple do wyciskania przeciwbieŝnego wyrobów z cynku wykonane były z jednego odcinka pręta, ze stali HS6-5-2. Skład chemiczny stali wyznaczono za pomocą optycznego spektrometru emisyjnego o wzbudzeniu jarzeniowym GDS500A firmy LECO. Wyniki zamieszczono w tablicy 1. Deformation of the crystal lattice, ε ϕψ, measured in the direction determined by the angles of ϕ and ψ, is a linear function, 2 sin ψ (fig. 2) regardless of the direction determined by the azimuth, ϕ. [2]. The linear 2 relationship of ε = a σ ( ψ ) + b ϕψ ϕ sin is used in the calculation of macro stresses with the assumption of constant elasticity isotropy The measurement of d 0 of the model material (with no stress) is not necessary for the calculation of the absolute values of σ, because the stress is calculated from the straight line inclination. Such a procedure, with the assumptions of an isotropic body, makes the method a no model one, enabling the absolute values of internal stresses to be measured. 3. THE AUTHOR S OWN INVESTIGA- TION 3.1. Investigation material The punches for backward extrusion of zinc products were made from one section of a HS6-5-2 steel bar. The chemical composition of the steel has been determined by means of a glow discharge spectrometer, GDS500A made by LECO. The results can be found in table 1. ϕ
258 J. Samolczyk Tablica 1. Skład chemiczny stali HS6-5-2 uŝytej do wykonania stempli Table 1. The chemical composition of the HS6-5-2 steel used for the punches Znak stali Steel designation Zawartość pierwiastków, % Content of elements, % C Si Mn P S Cr W Mo V Ni Ti. Co Cu HS6-5-2 1,02 0,37 0,31 0,028 0,017 3,71 6,31 4,28 1,84 0,53 0,57 0,42 0,15 Rys. 3. Stempel do wyciskania przeciwbieŝnego i wypraska Fig. 3. A backward extrusion punch and a die stamping Zdjęcie stempla do wyciskania przeciwbieŝnego z wyrobem z cynku pokazano na rys. 3. 3.2. Aparatura do badania napręŝeń własnych Pomiary napręŝeń w stemplu przeprowadzono za pomocą dyfraktometru rentgenowskiego Kristatalloflex 4 firmy Siemens z goniometrem Eg 4/201 (rys. 4). Zastosowano dyfraktometryczną metodę pomiaru napręŝeń tzw. metodę sin 2 ψ. Pomiary kontrolne przeprowadzono na odpręŝonym proszku Ŝelaza ARMCO. Do analizy wybrano refleks (211) widoczny przy promieniowaniu Cr Kα. Wyniki zaprezentowano w tablicy 2. Zaobserwowano, Ŝe zastosowane procedury pomiarowe dla goniometru EG 4/201 umoŝliwiają pomiar odległości międzypłaszczyznowej z dokładnością ± 0.00001 Å i w tych granicach nie zmieniają się równieŝ dla próbki wzorcowej (bez napręŝeń). A photograph of a backward extrusion punch with a zinc product has been show in fig. 3. 3.2. Internal stress investigation apparatus The stress measurement in the punch has been performed by means of an x-ray diffractometer, Kristalloflex 4 made by Siemens, with a goniometer, Eg 4/201 (fig. 4). The diffractometric method of stress measurement, the so called sin 2 ψ method, has been applied. Check measurements have been performed on a relieved iron powder, ARMCO. For the analysis, the reflex (211) visible in the Cr Kα radiation has been selected. The results are shown in table 2. It has been found that the measurement procedure applied for the EG 4/201 goniometer make it possible to measure the distance between the planes with the accuracy of ± 0.00001 Å and within that limit they do not vary for the model sample (with no stress) either.
Zmiany poziomu napręŝeń własnych w stemplach... 259 Stempel do wyciskania przeciwbieŝnego Detektor promieniowania X σ wzdłuŝne σ obwodowe Stolik do próbek Okienko lampy rtg Rys. 4. Stempel do wyciskania umieszczony w goniometrze EG 4/201 Fig. 4. Extrusion punch placed In the EG 4/201 goniometer Tablica 2. Sprawdzenie poprawności procedury pomiaru na proszku Ŝelaza ARMCO (odpręŝony proszek) Table 2. Check of the measurement procedure correctness on the ARMCO iron powder (relieved one) Lp. Item ψ [ ] d o [ A ] 2Θ [ ] 1-40 1,17351 154,646 2-30 1,17350 154,649 3-20 1,17350 154,650 4 0,0 1,17350 154,650 gdzie: ψ - kąt między normalną do powierzchni i normalną do uginających płaszczyzn {hkl}, d - odległość między płaszczyznami krystalograficznymi {hkl}, θ - kąt Bragga. Zapisy dyfrakcyjne wykonano stosując następujące parametry: promieniowanie Cr Kα, napięcie lampy 40kV, natęŝenie 16 ma, szczelinę ograniczającą wiązkę pierwotną DS = 0,5, szczelinę przyjmującą licznika SS=0,2 mm, zakres zapisów dyfrakcyjnych: 147 154, z krokiem 0,5 i czasem zliczania INT = 30 s, zmiany kątów ψ = -40, -30, -20, 0,0. where: ψ - the angle between normal to the surface and the normal to the deflecting planes, {hkl}, d - distance between the crystallographic planes, {hkl}, θ - Bragg angle. The diffraction records have been made with the use of the following parameters: radiation Cr K, lamp voltage 40 kv, intensity 16 ma, primary beam limiting gap, DS = 0.5 o, counter receiving gap, SS = 0.2 mm, diffraction recording range: 147 154, with the step of 0.5 o and computation time of INT = 30 s, variations of ψ angles = -40, -30, -20, 0,0.
260 J. Samolczyk NatęŜenie I Ψ=0,0 o Ψ=-20 o Ψ=-30 o Ψ=-40 o Rys. 5. Przykład układu profili dyfrakcyjnych na stemplu - prasa nr 1, sekcja nr 1 Fig. 5. An example of diffraction profile arrangement on a punch press no. 1, section no.1 Otrzymane profile linii dyfrakcyjnych stali (211) (rys. 5) wygładzono, odejmowano tło, składową α 2, wyznaczano maksimum. Z linii dyfrakcyjnych obliczono odległość międzypłaszczyznową d 221 stanowiącą podstawę do obliczeń napręŝeń. 3.3. Badania napręŝeń w stemplu do wyciskania Pomiary rentgenowskie wykonano na stemplach do wyciskania przeciwbieŝnego wyrobów z cynku w przerwach eksploatacyjnych. Ekspozycji poddano powierzchnie stempli w obszarze części roboczej. Wszystkie pomiary przeprowadzono w tych samych warunkach prądowo-napięciowych i optycznych wiązki rentgenowskiej. KaŜdy pomiar wykonano w trzech punktach na obwodzie stempla, po obrocie o kąt 120 wokół jego osi. 4. WYNIKI BADAŃ 4. 1. Materiał badany Materiałem badanym były stemple do wyciskania przeciwbieŝnego wyrobów z cynku. Badania przeprowadzono w przerwach eksploatacyjnych. Stemple oznaczano: prasa nr 1, sekcja nr 1, 2, 3, 4 (rys. 6). The obtained profiles of diffraction lines of the steel (211) (fig.5) have been smoothed, the background, component α 2 have been subtracted, maximum has been determined. From the diffraction lines, the distance between the planes, d 221 (which is the basis for the stress calculation) has been calculated. 3.3. Examination of stresses in an extrusion punch X-ray measurements have been performed on punches for backward extrusion of zinc products in exploitation intervals. The parts exposed were the punch surfaces in the working areas of them. All the measurements have been performed under the same current, voltage and optical conditions of the x-ray beam. Each measurement has been performed at three points on the punch circumference, after turning the punch by the angle of 120 o around its axis. 4. INVESTIGATION RESULTS 4.1. Material under investigation The material under investigation was punches for backward extrusion of zinc products. The investigation has been performed under exploitation conditions. The punches have been marked: press no. 1, section no. 1, 2, 3, 4 (fig. 6).
Zmiany poziomu napręŝeń własnych w stemplach... 261 Stempel po wykonaniu 150.500 sztuk wyrobów Punch after execution of 150,500 pcs of products Stempel po wykonaniu 523.125 sztuk wyrobów Punch after execution of 523,125 pcs of products Stempel po wykonaniu 841.625 sztuk wyrobów Punch after execution of 841,625 pcs of products Stempel po wykonaniu 1.050.125 sztuk wyrobów Punch after execution of 1,050,125 pcs of products Stempel po wykonaniu 1.538.875 sztuk wyrobów Punch after execution of 1,538,875 pcs of products Rys. 6. Stemple do wyciskania wyrobów z cynku wybrane do badań Fig. 6. Zinc product extrusion punches selected for the investigation
262 J. Samolczyk 4.2. Pomiary napręŝeń 4.2. Stress measurements W tablicach 3 7 podano wyniki pomiarów napręŝeń własnych w warstwach wierzchnich stempli do wyciskania przeciwbieŝnego. Graficzną interpretację badanego stanu napręŝeń podano na rys. 7 11. In tables 3 7, one can find the results of internal stress measurements ion the surface layers of backward extrusion punches. A graphic interpretation of the stress condition under investigation has been presented in figs 7 11. Tablica 3. NapręŜenia własne w warstwach powierzchniowych badanych stempli po wykonaniu 150.500 sztuk wyrobów Table 3. Internal stresses in the surface layers of the investigated punches after execution of 150,500 pcs of products Charakterystyka stempla Punch characteristics Ilość wykonanych wyrobów 150.500 sztuk Number of products executed 150,500 pcs Kąt połoŝenia punktu pomiarowego na obwodzie stempla Angular position of the measurement point on the punch circumference [ o ] NapręŜenia Stresses σ Stempel nr 1 / Punch no. 1 120-740 240-738 Sekcja nr 1 / Section no. 1 360-762 Stempel nr 2 / Punch no. 2 120-517 240-497 Sekcja nr 2 / Section no. 2 360-523 Stempel nr 3 / Punch no. 3 120-687 240-716 Sekcja nr 3 / Section no. 3 360-698 Stempel nr 4 / Punch no. 4 120-769 240-643 Sekcja nr 4 / Section no. 4 360-633 Średnia wartość napręŝeń Average stress value -747-512 -700-682 Tablica 4. NapręŜenia własne w warstwach powierzchniowych badanych stempli po wykonaniu 523.123 sztuk wyrobów Table 4. Internal stresses in the surface layers of the punches under investigation after execution of 523,123 pcs of products Charakterystyka stempla Punch characteristics Ilość wykonanych wyrobów 523.123 sztuk Number of products executed 523,123 pcs Kąt połoŝenia punktu pomiarowego na obwodzie stempla Angular position of the measurement point on the punch circumference [ o ] NapręŜenia Stresses σ Stempel nr 1 / Punch no. 1 120-696 240-631 Sekcja nr 1 / Section no. 1 360-717 Stempel nr 2 / Punch no. 2 120-524 240-532 Sekcja nr 2 / Section no. 2 360-495 Stempel nr 3 / Punch no. 3 120-703 240-723 Sekcja nr 3 / Section no. 3 360-730 Stempel nr 4 / Punch no. 4 120-728 240-641 Sekcja nr 4 / Section no. 4 360-656 Średnia wartość napręŝeń Average stress value -681-517 -719-675
Zmiany poziomu napręŝeń własnych w stemplach... 263-480 -480 NapreŜenia własne... -740-738 -740-760 -762 Stempel nr 1, ilość sztuk - 150 500-780 Napr enia własne. -500-497 -520-517 -523 Stempel nr 2, ilo sztuk - 150 500-540 -660-600 -600-687 -700-698 -716 Stempel nr 3, ilość sztuk - 150 500-740 -640-633 -643-760 Stempel nr 4, ilość sztuk - 150 500-769 -800 Rys. 7. Wartości napręŝeń własnych w warstwie powierzchniowej stempli po wykonaniu 150.500 sztuk wyrobów Fig. 7. Internal stress values in the surface layer of the punches after execution of 150,500 pcs of products -600-600 -440-440 -620-640 -660-700 -740-631 -696 Stempel nr 1, ilość sztuk - 523 123-717 -480-520 -560-495 -524-532 Stempel nr 2, ilość sztuk - 523 123-560 -560-703 -723-730 Stempel nr 3, ilość sztuk - 523 123-760 -600-640 -641-656 -728 Stempel nr 4, ilość sztuk - 523 123-760 Rys. 8. Wartości napręŝeń własnych w warstwie powierzchniowej stempli po wykonaniu 523.123 sztuk wyrobów Fig.8. Internal stress values In the surface layer of the punches after execution of 523,123 pcs of products
264 J. Samolczyk Tablica 5. NapręŜenia własne w warstwach powierzchniowych badanych stempli po wykonaniu 841.625 sztuk wyrobów Table 5. Internal stresses in the surface layers of the punches under investigation after execution of 841,625 pcs of products Charakterystyka stempla Punch characteristics Ilość wykonanych wyrobów 841.625 sztuk Number of products executed 841,625 pcs Kąt połoŝenia punktu pomiarowego na obwodzie stempla Angular position of the measurement point on the punch circumference [ o ] NapręŜenia Stresses σ Stempel nr 1 / Punch no. 1 120-674 240-601 Sekcja nr 1 / Section no. 1 360-648 Stempel nr 2 / Punch no. 2 120-508 240-503 Sekcja nr 2 / Section no. 2 360-488 Stempel nr 3 / Punch no. 3 120-727 240-699 Sekcja nr 3 / Section no. 3 360-733 Stempel nr 4 / Punch no. 4 120-28 240-26 Sekcja nr 4 / Section no. 4 360-24 Średnia wartość napręŝeń Average stress value -641-500 -26 Tablica 6. NapręŜenia własne w warstwach powierzchniowych badanych stempli po wykonaniu 1.050.125 sztuk wyrobów Table 6. Internal stresses in the surface layers of the punches under investigation after execution of 1,050,125 pcs of product Charakterystyka stempla Punch characteristics Ilość wykonanych wyrobów 1.050.125 sztuk Number of products executed 1,050,125 pcs Kąt połoŝenia punktu pomiarowego na obwodzie stempla Angular position of the measurement point on the punch circumference [ o ] NapręŜenia Stresses σ Stempel nr 1 / Punch no. 1 120-628 240-545 Sekcja nr 1 / Section no. 1 360-605 Stempel nr 2 / Punch no. 2 120-445 240-415 Sekcja nr 2 / Section no. 2 360-406 Stempel nr 3 / Punch no. 3 120-664 240-643 Sekcja nr 3 / Section no. 3 360-660 Stempel nr 4 / Punch no. 4 120 213 240 247 Sekcja nr 4 / Section no. 4 360 243 Średnia wartość napręŝeń Average stress value -592-422 -656 234
Zmiany poziomu napręŝeń własnych w stemplach... 265-540 -440-580 -620-660 -700-601 -648-674 Stempel nr 1, ilość sztuk - 841 625-480 -520-488 -503-508 Stempel nr 2, ilość sztuk - 841 625-670 -690-700 -699-710 -730-727 -740-733 Stempel nr 3, ilość sztuk - 841 625-750 Rys. 9. Wartości napręŝeń własnych w warstwie powierzchniowej stempli po wykonaniu 841.625 sztuk wyrobów Fig. 9. Internal stress values in the surface layer of the punches after execution of 841,625 pcs -490-340 -530-570 -610-545 -605-380 -420-415 -406-650 -628 Stempel nr 1, ilość sztuk -1 050 125-460 -445 Stempel nr 2, ilość sztuk -1 050 125-600 280 Stempel nr 4, ilość sztuk -1 050 125-640 -643-660 -664 Stempel nr 3, ilość sztuk -1 050 125 247 243 240 213 200 160 Rys. 10. Wartości napręŝeń własnych w warstwie powierzchniowej stempli po wykonaniu 1.050.125 sztuk wyrobów Fig.10. Internal stress values In the surface layer of the punches after execution of 1,050,125 pcs of products
266 J. Samolczyk Tablica 7. NapręŜenia własne w warstwach powierzchniowych badanych stempli po wykonaniu 1.538.878 sztuk wyrobów Table 7. Internal stresses in the surface layers of the punches under investigation after execution of 1,538,878 pcs of products Charakterystyka stempla Punch characteristics Ilość wykonanych wyrobów 1.538.878 sztuk Number of products executed 1,538,878 pcs Kąt połoŝenia punktu pomiarowego na obwodzie stempla Angular position of the measurement point on the punch circumference [ o ] NapręŜenia Stresses σ Stempel nr 1 / Punch no. 1 120-649 240-630 Sekcja nr 1 / Section no. 1 360-602 Stempel nr 2 / Punch no. 2 120-418 240-401 Sekcja nr 2 / Section no. 2 360-415 Stempel nr 3 / Punch no. 3 120 240-657 Sekcja nr 3 / Section no. 3 360-633 Średnia wartość napręŝeń Average stress value -627-411 -657-560 K t poło enia punktu pomiarowego na obwodzie stempla [ ] -360 K t poło enia punktu pomiarowego na obwodzie stempla [ ] -600-640 -649-630 -602-400 -418-401 -415 Stempel nr 1, ilość sztuk -1 538 878 Stempel nr 2, ilość sztuk -1 538 878-440 -600-640 -657-633 Stempel nr 3, ilość sztuk -1 538 878 Rys. 11. Wartości napręŝeń własnych w warstwie powierzchniowej stempli po wykonaniu 1.538.878 sztuk wyrobów Fig. 11. Internal stress values in the surface layer of the punches after execution of 1,538,878 pcs of products
Zmiany poziomu napręŝeń własnych w stemplach... 267 5. WYNIKI KOŃCOWE BADAŃ ZuŜycie lub zniszczenie stempli do wyciskania przeciwbieŝnego wyrobów z cynku w wyniku ich eksploatacji uzaleŝnione jest od następujących głównych czynników: charakterystyki i sposobu obciąŝenia, struktury i właściwości materiałów stempli do wyciskania przeciwbieŝnego, warunków eksploatacyjnych, oddziaływania środowiska. ObciąŜenia eksploatacyjne stempli do wyciskania przeciwbieŝnego wywołują w nich złoŝony stan napręŝeń. Cechą charakterystyczną, jak wynika z przeprowadzonych badań na stemplach do wyciskania przeciwbieŝnego, jest występowanie w warstwie wierzchniej stempla napręŝeń wewnętrznych. W strefie przypowierzchniowej występuje koncentracja napręŝeń wynikająca ze stykowego oddziaływania współpracujących elementów (stempel matryca). Powoduje ona zmniejszenie wytrzymałości stempli w wyniku działania okresowo zmiennych obciąŝeń. Pomiary napręŝeń własnych stempli do wyciskania przeciwbieŝnego wyrobów z cynku były wykonywane na stemplach (rys. 6) w czasie prowadzenia konserwacji przyrządów produkcyjnych. Stwierdzono, Ŝe napręŝenia własne w punktach pomiarowych na obwodzie stempli wykazują róŝnice w przypadku stempli nr 1, 2, 3 wynoszą ok. 20 MPa, natomiast dla stempla nr 4 ok. 130 MPa (rys. 7). W trakcie eksploatacji obciąŝenie stempli zmienia się cyklicznie. Stempel jest bowiem ściskany w czasie roboczego ruchu suwaka prasy i rozciągany w czasie ruchu powrotnego. Wskutek nakładania się w warstwie wierzchniej napręŝeń własnych i napręŝeń od obciąŝeń zewnętrznych w przypadku stempla nr 4 po pomiarach napręŝeń zaobserwowano nagłe obniŝenie napręŝeń ujemnych do wartości ok. - 26 MPa (rys. 9). MoŜe to być sygnał przyspieszonego zuŝycia stempla nr 4, które poprzedza przewartościowanie znaku (z - na + ) napręŝeń własnych (rys. 10). Przebieg zmian napręŝeń własnych (wartości średnie) w stemplach nr 1, 2, 3, 4 do wyciskania przeciwbieŝnego wyrobów z cynku został przedstawiony na rys. 12. 5. FINAL RESULTS OF THE INVESTIGA- TION The wear or destruction of punches for backward extrusion of zinc products as result of their exploitation depends on the following major factors: character and manner of loading, structure and properties of the backward extrusion punch materials, exploitation conditions, influence of the environment. The exploitation loads of backward extrusion punches cause a complex state of stresses in them. A characteristic feature is, as found in the performed investigation of backward extrusion punches, is the occurrence of internal stresses in the punch surface layer. There is a concentration of stresses in the near surface layer resulting from the contact impacyt of the matching parts (punch die). It causes a reduction of the punch strength resulting from periodically variable loads. The measurements of internal stresses of the punches for backward extrusion of zinc products have been performed on the punches (fig. 6) during maintenance works on production devices. It has been found that the internal stresses at the measurement points on the punch circumference show differences; in the case of punches no. 1, 2, 3 the differences are about 20 MPa; in the case of punch no. 4 about 130 MPa (fig. 7). In the course of exploitation, the load of the punches varies in a cyclic way for the punch is compressed during the working stroke of the press and stretched during the return stroke. Due to the coincidence of the internal stresses and those resulting from external loads in the surface layer, in the case of punch no. 4, after stress measurements a sudden drop of negative stresses down to about -26 MPa has been observed (fig. 9). This can be a symptom of accelerated wear of punch no.4 which is followed by the change of the sign of the internal stresses (from - to + ) (fig. 10). The progress of internal stress variations (average values) in punches no. 1, 2, 3, 4 for backward extrusion of zinc products has been shown in fig. 12.
268 J. Samolczyk NapręŜenia własne... 400 200 0-200 -400-600 Stempel nr 1 stempel nr 2 Stempel nr 3 Stempel nr 4 0 400000 800000 1200000 1600000-800 Liczba wyciśniętych wyrobów [mln] Rys. 12. Wartości napręŝenia w stemplach do wyciskania przeciwbieŝnego w zaleŝności od liczby wykonanych wyrobów Fig. 12. Stress values in backward extrusion punches as a function of the number of products executed 6. WNIOSKI Uzyskane wyniki wskazują, Ŝe: 1. Monitorowanie stanu napręŝeń własnych w stemplach do wyciskania wyrobów z cynku umoŝliwia precyzyjną ocenę warunków pojawienia się przy powierzchni napręŝeń rozciągających, niedopuszczalnych z punktu widzenia eksploatacji. 2. NapręŜenia ściskające zapewniają długotrwałą eksploatację stempli do wyciskania przeciwbieŝnego. 3. Z chwilą wystąpienia zmiany napręŝeń ściskających na napręŝenia rozciągające występuje przyspieszenie zuŝycia stempli do wyciskania. Pracę zrealizowano w ramach działalności statutowej BB 901 69 002 Instytutu Obróbki Plastycznej w Poznaniu. 6. CONCLUSIONS 1. Monitoring of the state of internal stresses in the punches for extruding zinc products enables precise assessment of the conditions of occurrence of tensile stresses, inadmissible from the exploitation point of view, to be effected. 2. Compressive stresses provide long lasting exploitation of backward extrusion punches. 3. When the compressive stresses change into tensile ones, the wear of the extrusion punches accelerated. The work has been performed within statute activity BB 901 69 002 of the Metal Forming Institute in Poznań. LITERATURA/REFERENCES [1] Samolczyk J.: Wyznaczanie napręŝeń własnych w wyrobach metalowych metodą rentgenowską. Praca INOP: BM 901.78.01.02.03.04.2005. [2] Lai MO, Oh JT, and Nee AYC: Fatigue Properties of Holes with Residual Stresses. Eng Fracture Mech. 1993, 45(5), 551-557.