Onderzoek naar het aanladen bij ponsen

Onderzoek naar het aanladen bij ponsen

Citation for published version (APA):

Wilting, R. H. J. (1982). Onderzoek naar het aanladen bij ponsen. (TH Eindhoven. Afd. Werktuigbouwkunde, Laboratorium voor mechanische technologie en werkplaatstechniek : WT rapporten; Vol. WT0547). Technische Hogeschool Eindhoven.

Document status and date: Gepubliceerd: 01/01/1982 Document Version:

Uitgevers PDF, ook bekend als Version of Record Please check the document version of this publication:

• A submitted manuscript is the version of the article upon submission and before peer-review. There can be important differences between the submitted version and the official published version of record. People interested in the research are advised to contact the author for the final version of the publication, or visit the DOI to the publisher's website.

• The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review.

• The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and page numbers.

Link to publication

General rights

Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights. • Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain

• You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal.

If the publication is distributed under the terms of Article 25fa of the Dutch Copyright Act, indicated by the “Taverne” license above, please follow below link for the End User Agreement:

www.tue.nl/taverne

Take down policy

If you believe that this document breaches copyright please contact us at: openaccess@tue.nl

providing details and we will investigate your claim.

"

.JIll

wpt

0547

Onderzoek

naar het aanladen

biiponsen

Een afstudeeropdracht voor de HTS h'erktuigbouw te Tilburg, verricht aan de TH te Eindhoven.

Student HTSbegeleiders TH begeleider .Afstudeerperiode R.H.J. vUlting 1..r..!' F. P. S. Doms·. Ir. P.H.J. Zeegers

Dr. Ir. J.A.E. Ramaekers

Errata

Pagina

"

"

"

"

tt 10 23 30 36 Ft=Fs +2l+'w

<T

lantste zin: "de faktor K. ~- is dus een konstante "te grootste eJasti~che inspanning" moet zijn" te

grote elastische inwendige spunningen Nieuwe zin: "Zowel blenk ••• etc."

46 Onder de mikroskoop is te zien ~

49 1e regel:"loog"moet zijn "laag" " 52 "gedeformeerd kan worden"

" 54 Er staat geschreven dat op de foto~s de snijkanten van de nippels zou zijn vermpld.Uit had als voIgt

"

57

B14

moeten gebeuren:f'oto 8 links

" 9

_"

It _{10 rechts}

"

1 1 links tI ₁₂ It " 1)

_"

" 14 II hec-tingen is hechtingen

P

0 hardheidsmeting HV = 2.~.cos 22 werkstofnummer nippel 11 is 1.2436 ...

-Inhoud

Voorwoord Literatuur Gebruikte symbolen Inleiding Ponsproces het procesverloop de ponskracht hoofdstukl 1.1 1.2 de wrijvingskracht de afstroopkracht de snijspeling de ruwheid de snijsnelheid de geometrie Wrijving,slijtageen aanladen wiskundige benadering fysische benadering het adhesiemodel het lamellenmodel Proefopzet bepaling wrijvingscoefficient bespreking meetresultaten Fotografisch onderzoek Konklusies Samenvatting

Bijlagen -resultaten trekproeven

.,

.

...

--resultaten metingen -gegevens gereedschap -grafieken Fa(U) en Fa(Hv)

1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 2 2.1 2.2 2.2.1 2.2.2 3 3.1 3.2 4 5 bladzijde II III VI 1 2 2 5 9 10 11 13 14 15 17 19 25 26 32 34 39 45 46 56 57 B 1 B 4 B14 B15

Voorwoord

Dit is het eindresultaat van mijn afstudeeropdracht aan de H.T.S. te Tilburg. De afstudeeropdracht zelf heb ik mogen doen aan de T.H. te Eindhoven en wel bij de vakgroep Produktie-technologie.

Bij deze wil ik alle medewerkers van deze vakgroep bedanken voor hun medewerking, in het bijzonder de heren Ramaekers, Houtackers, van Oijck, Smeets, en van Ierland.

Hun medewerking is voor mij een enorme steun geweest.

Ook wil ik mijn schoolbegeleiders, de heren Ooms en Zeegers bedanken voor de begeleiding tijdens de terugkomdagen.

Resteren nog Rietje, Karin en Marianne die me een hoop type-en plakwerk uit handtype-en gtype-enomtype-en hebbtype-en.

...

Literatuur

1. J.H. Dautzenberg

Reibung und Gleitverschleiss bei Trockenteibung Proefschrift TH Eindhoven, oktober 1977

2. Johnson & Mellor

Engineering plasticity

van Nostrand Reinhold Company London, oktober 1973

3. J.A.H. Ramaekers

Harte und Verformung Metallischer Werkstoffen Proefschrift T.H. Eindhoven, juni 1970

4. P.C. Veenstra

Slijtage bij het ponsen

i~ rapport nr. 0395 15 februari 1977

5. J .H: Zaat

Diffussielagen vo~r het verminderen van slijtage bij glijdende wrijving

PT werktuigbouw 33 (1978) nr. 6

6. H. Schenk e. a.

Blanking of sheet metal, relationship between proces Conditions and frakture of cut edge Annals of the CIRP vol. 27 - 1 - 1978 7. Siemons Kollegediktaat materiaalkunde HTS Tilburg 8. Dannenman e.a.

...

-On the adhesion of blanks to the punch in blanking and piercing

Annals of the CIRP, vol. 30-1-1981 9. W.J.G. Fincken (Philips) Wrijving augustus 1980 I nr. 8 Slijtage (1) en (2) De konstrukteur december 1980, nr. 12 resp. januari 1981, nr. 1 10. A. Cameron

Die Theorie des Fressens von Zahnradern

Schmiertechnik 14. jahrgang MaijJuni, nr. 3

11. A. lv. J. de Gee (TNO-Apeldoorn)

Slijtagebestrijding door het aanbrengen van harde lagen. Keuze van materialen en technieken.

Polytechnisch tijdschrift t.verktuigbouw 34 (1979) nr. 8

12. E. Semlinger Stanz technik·.

Vieweg Braunschweig 1973

13. Anoniem

Welke snijspeling kiezen ?

Metaalbewerking 12 februari 1980, nr 4

14. A.W.J. de Gee (TNO-Apeldoorn) Wrijving

De Kontukteur juni 1918, nr ....

6-15. Dautzenberg

Keuzekriteria voor gereedschaprr:.aterialen in de Produktie-techniek

PT rapport nr. 0504

Maart 1981

16. M. van Dijk

Theoretische analyse van het plastisch intrekken tijdens het snijproces.

Eindstudie werktuigbouw H.T.S. Tilburg 1981

17. H. Uetz, e.a.

Gleitverschleissuntersuchungen an unlegierten Radreifen-und Schienenstahlen

Schweissen und Schneider

18. W • Bunk

Tribologie Band 1

Jahrgang 24 (1972), nr. 11

Springer Verlag Berlin Heidelberg 1981

19. Plasticiteitsleer

;0:

S. Hoogeboom

Technische plasticiteitsleer T.E. Eindhoven, diktaat nr. 4.406

...

Symbolen

A = schijnbaar oppervlak (nun2 )

A = werkelijk oppervlak (nun2 )

w

b = breedte drukzone (nun)

C = specifieke spanning (N/nun2 )

d_{s =} diameter nippel (nun)

Ft,F =afstroopkracht _{a -} (N)

Fp'~s=ponskracht (N)

Fn = normaalkracht (N)

G = vrije enthalpie (kJ/kG)

H = enthalpie (kJ/kg)

h :::: hoogte gladgesneden deel (rnrn) s ho = oorspronkelijke blenkhoogte (rnrn) K = konstante L = snedelengte (rnrn) m = wrijvingscoefficient (-) n = verstevigingscoefficient (-) Rs = straal nippel (rnrn) s = entropie (kJ/kgK) T = temperatuur (K) U :::: vrije energie (kJ/kg) U _{= snijspleet} (rnrn) v = snelheid (m/s) z = momentane hoogte (rnrn) z' = relatieve hoogte (-) plaatdikte (rnrn)

t=

voordeformatie (-)

[=

effektieve rek (-) )J= wr i j vingscoeff ic1E:nt ...

-(-) ern

=

normaalspanning (N/rnrn ) 2

(1=

effektieve spanning (N/rnrn2 ) <Til = vloeispanning (N/rnrn2 )

r=

schuifspanning (N/rnrn2)

VI

Inleiding

Ponsen is een van de vele dagelijks terugkomende produktiepro-cessen.En zoals bij aIle gereedschap is ook de ponsnippel aan

slijtage onderhevig.De meest toegepaste manier van slijtagebestrij-ding is smering.Het nadeel van deze smering is dat het bij even-tueel andere fasen in het produktieproces weer nadelig kan zijn. Denk bijvoorbeeld maar eens aan het lakken of puntlassen.Voordat deze behandelingen plaatsvinden moet het smeermiddel grondig verwijderd worden en dat schijnt nogal eens problemen op te le-verene

Met in het achterhoofd de gedachte "wat er niet op zit hoeft er niet af" overweegt men om zonder smeermiddel te gaan werken.De huidige ponsnippels zijn net als ander gereedschap vaak van vrij slijtvast materiaal gemaakt.Daar zit het probleem dan ook niet in eerste instantie,maar weI dat er op het gereedschap na enige tijd materiaaldeeltjes van het werkstuk blijken te zitten.Bij gesmeerde bewerkingen treedt dit verschijnsel ook weI op,maar pas na langere tijd.Men noemt het aanladen.

De wrijvingskrachten blijken ten gevolge van dit aanladen enorm toe te kunnen nemen,soms weI tot boven 30% van de snijkracht.Zowel aan het gereedschap als aan het werkstuk kan hierdoor onherstel-bare schade optreden.

In dit onderzoek wordt een poging gedaan te achterhalen hoe de aangeladen laag vast zit op het gereedschap en welke faktoren het aanladen bevorderen.Als de oorzaak bekend is.kan bekeken wor-den of er maatregelen genomen kunn~n worden, die het aanladen voor-komen of minimaliseren.

Ponsproces

1

Het procesverloop 1.1

Gedurende het ponsproces zijn een aantal fasen te onderscheiden. Eigenlijk is fasen niet de jUiste benaming, omdat dit de indruk kan wekken dat hier bedoeld wordt dat het elkaar opvolgende deel-processen zijn.ln werkelijkheid

is

er tussen de fasen een groot overlappingsgebied, zonder duidelijke grenzen.

De verschillende fasen zijn: - buigen; - stuiken; - snijden; - breken.

.

,

..

BUIGEN

Bij een snijproces is een bepaalde snijspleet noodzakeliJk. Door dit verschil tussen nippel en snijbus wordt de blenk in zekere mate gebogen •..

STUIKEN

In de snijzone wordt het blenkmateriaal enigszins gestuikt. De kracht van de snijders wordt via een smalle strook rond de mes-kanten op het materiaal overgebracht, zoals ook tezien is bij figuur 1.1 bij buigen. Deze zone is naderhand op het produkt goed te onderscheiden. OVer de hele stempelweg gezien is de bijdrage van het bUigen en stuiken vrij gering. Bij verdere berekeningen zal deze dan ook verwaarloosd worden.

1-b

u

AFSCBUIVEN

Tijdens deze fase dringen de mespunten het materiaal in. In het materiaal treden bij de mespunten dusdanig hoge spanningen op dat de maximale rek wordt overschreden. Op deze plaatsen treden kleine mikroscheurtjes op. Anderen hebben in het verleden ooit

aange-toond dat deze scheurtjes zich in het materiaal voortplanten met dezelfde snelheid als de nippel. Op het moment dat de voortplanting sneller gaat dan de nippel komen we in de volgende fase, het breken.

BREKEN

De laatste fase van het snijproces. Door de snellere voortplanting van de scheurtjes ten opzichte van de snelheid van de nippel breekt het materiaal vrij abrupt en bros af. Bet gebroken deel is goed van het gesneden deel te onderscheiden door het doffere oppervlak en de koniciteit.

.

"

...

: : • . ; - •• # • • - : . : : :

FIGUUR 1. 2 Het ponsresultaat

fbraam

If=j;:;.:::;:;~~

_{.. .. ". . .. ':.... breken}

-# ff -. • . . . • • • • ~

snijden

...

--+--~-

stuiken

•

De

ponskracht

1.2

Uit het krachtenevenwicht op de ponsdop voIgt:

Hierin is: (N) ( 1.1) snedelengte (mm) oorspronkelijke plaat-dikte

•

schuifsterkte (N/~) (rtlm)

De jUiste optredende~is niet goed te voorspellen, deze hangt af van een aantal faktoren als:- scherpte meskanten:

- smering: - snijspeling.

Wat meestal weI goed te bepalen is, is de treksterkte van een

materiaal. De verhouding tussen de schuifsterkte~en de breeksterkte

VB

kan worden aangegeven met de zogenaamde shearfaktor sf.

(1.2)

De shearfaktor wordt empirisch bepaald en omvat aldus aIle faktoren zoals die al eerder zijn genoemd. Bij normale gang van zaken ligt de shearfaktor tussenO,7 en 0,9. Als vuistregel blijkt ~

=o,ax

as

te voldoen. Bij een verhouding tussen sternpeldiameter en plaatdikte kleiner dan 2 blijkt de shearfaktor echter snel op te lopen.

.

,

"

Dr. Ir. Ramaekers (THE) heeft in zijn dissertatie een andere aanpak toegepast" Hij heeft een beschrijving van het ponsproces gegeven met behulp van enige gegevens uit de technische plasti-citeitsleer. Bij de berekeningen is hij ervan uirgegaan dat de gebruikte materialen voldoen aan de relatie van Nadai.

r:T= c ( t +[.,. )n (1.3)

Ff

₌

effektieve spanning (N/rom2)

met c

₌

karakteristieke spanning (N/mm2)

n

₌

verstevigingsexponent ( )

t.

₌

effektieve rek ( )

=

voorversteviging ( )

In latere hoofdstukken komt het belang van deze verstevigingsfunktie nog naar voren.

Door midde1 van hardheidsmetingen is op experimentele wijze de hardheid als funktie van de effektieve rek bepaald: P

_v

=

Bv ([. ). Door deze te vergelijken met hardheidsmetingen op gedeeltelijk doorgeponste (en dus gedeformeerde) b1enks, kwam Ramaekers tot het volgende verband:

E

₌

_vT

' In

he

_(1.4)

h

met

t

₌

effektieve rek (

-

₎

..,

-n

₌

verstevigingsexponent (

-

)

hO

=

oorspronkelijke p1aatdikte (rom)

..c

'--'--"'--""---'----1-- - -

- - -

-FIGUUR 1.3 GIobale verdeling effektieve rek (e) en spanning

(<f )

Ingevuld in (1.3) geeft dit de effektieve spanning.

~o

• In h

n

+

to

J

(l.5)

Met behulp van de relatie van Mises:

2

U-1..=

(ux-

u;)1-

+

(U; -

ue)'l.

1:

(v;-

a;f--r

6

(z~'Z

+

L~!.I

f

~~)

(1.6)

en de aanname dat er in de snijzone-enkelvoudige afschuiving plaats vindt, waardoor (1.6) overgaat in:

{I.7}

is voor (1.5) te schrijven: _t

(l.8)

•

Als we (1.8) weer invullen in (1.1) krijgen we voor de snijkracht:

(1. 9)

Door (1.9) te differentieren en aan 0 gelijk te stellen kan de maximale ponskracht bepaald worden:

dF _s dh o !i1'c

.n

(1:-3 . Lo -h _opt. = ho.e v (1.10) ) (1.11)

Vullen we (1.11) in voor h=h in vergelijking (1.9) krijgen we: opt.

F

=

L •. c .• h 0 .

max. (1.12)

.

.

Wriivingskracht

1.3

Onder normale omstandigheden bedragen de wrijvingskrachten slechts enkele procenten van de snijkrachten, reden om de wrijving meestal te verwaarlozen. In ons probleem echter draait het om de wrijvings-kracht. We gaan u1.t van het wrijvingsmodel van Van Mises. Dit

model zal in een later hoofdstuk uitvoeriger aan de orde komen.

met

l

h'= - . m -1"'1 " I'i' v

lw

=

wrijvingsspanning m= wrijvingscoefficient ~

=

effektieve normaalspanning (1.13) (N/mrn2) (

-

) (N/mrn2)

Door (1.5) in te vullen in (1.13) kunnen we de wrijvingsspanning tussen stempel en materiaal respektievelijk ponsdop en snijbus bepalen. T . m • ("',,1=

-V3'

c.

(1/'3'.

In

h ..

+

l

r n h a

De wrijvingskracht Fw voIgt verv~lgens uit:

met FW

=

wrijvingskrac~~ L = snedelengte I (1.14) (1.15) (1.16)

•

De totale kracht op te brengen door de pers is:

De

afstroopkracht

1.4

let ligt voor de hand om de afstroopkracht op dezelfde wijze te bepalen als de wrijvingskracht bij het snijden.

hSj

(

_

n F

=

F

=

[!1 •

C .

L .

1:3' •

In

h. f

E )

d2-A w

1/3'

Vn

h () o (1.16)

•

Fa

De sniispeling' 1.5

De ponskracht, afstroopkracht, kwaliteit van het snijvlakoppervlak, maar ook de standtijd van het gereedschap zijn sterk afhankelijk van de snijspleet. De snijspleet kan worden gedefinieerd als de kleinste afstand tussen de stempel en de snijbus. Bij ponsen werkt men echter meestal met het begrip snijspeling. Deze is gedefinieerd als het verschil tussen de diameters van respektievelijk nippel en snijbus. Eet is uiteraard belangrijk, vooral bij kleine snijspeling-en, dat de nippel zo goed mogelijk in het midden van de snijbus ge-plaatst wordt. Met wat geduld en een sigarette-vloeitje kan dit redelijk benaderd worden. Zo blijken sigarette-vloeitjes dus ook nuttig gebruikt te kunnen worden.

De invloed van de snijspeling op de afstroopkracht wordt duidelijk gemaakt in figuur 1.'1

FIGUUR 1.4

.

,

snljspe

ng

Globaal verloop afstroopkracht als funktie van de snijkracht.

De grootte van de optimale snijspleet hangt af van wat de producent eigenlijk precies wil. Wil deze een grote nauwkeurigheid en een groot gladgesneden deel dan kiest hij de snijspeling klein, wil hij echter langere standtijden van het gereedschap, dan zal de producent voor een grotere snijspeling moeten kiezen. De keuze zal ook bepaald worden door de volgende faktoren:

- plaatdikte~

- schuifsterkte blenk;

- vorm snijbus en nippel.

De invloed van de plaatdikte laat zich raden doordat in de praktijk veel gewerkt wordt met de relatieve snijspleet, gedefinieerd als snijspleet/plaatdikte.

Uit l i t . (12) is de vo1gende figuur overgenomen:

FIGUUR 1.5 formules voor de optimale snijspleet

vorml

vorm II

5(4

U

-1..

.s.Yfi

-120

10

U=75'·S·

1fM

10

s~4

U':"1.

.s·i~

-'60

10

U 1

=100

.s.ffi.

10

-.

. .,.

-met s=plaatdikte (rom) U=snijspleet (rom)

~=schuifsterkte (N/rom~

Opm.: Bovenstaande vuistregels gelden voor gewoon snijden. Bij ponsen kunnen de waarden voor U met 20 tot 30% verminderd worden.

De ruwheid

1.6

Binnen bepaalde grenzen

(o,2"Pm

<

Ra

<

2,5 ~m

)

geldt dat de

wrijvingskracht vrijwel onafhankelijk is van de ruwhei~. De verkla-" ring hiervoor ligt in het feit dat niet het schijnbare, maar het werkelijke kontaktvlak bepalend is voor de wrijving. Dit kontakt-vlak wordt bepaald door de hardheid van het zachtste opperkontakt-vlak. Ais de ruwheid Ra

<

0, 2~JtJ wordt , neemt de wrijvingskracht echter toe. De reden hiervan zou kunnen zijn dat er meer atomen van de twee kontaktvlakken in elkaars invloedssfeer komen en elkaar gaan aantrekken, hetgeen de beweging bemoeilijkt. Een andere mogelijke reden zou kunnen voortkomen uit het feit dat ook gladde oppervlak-ken nog ruwheidstoppen hebben. Deze zijn weI kleiner, maaf ook groter in getal. De kans dat er twee toppen tegen elkaar komen is dan ook veel groter. Een dergelijke konfrontatie zal daarom'veel vaker voorkomen, gezamenlijk kunnen zij voor een grotere afschuif-kracht zorgen.

Een uitgebreidere uitleg over de adhesieve en de vervormingings-theorieen volgen in de paragraaf "fysische benadering"

hfdst. 2.1.2

.

,

De

sniisnelheid

1.7

Plastische deformaties en afschuivingen worden bij metalen slechts weinig beinvloed door de snelheid. nat geldt dus voor zowel de

snijbeweging als voor het afstropen.

Bij plastische deformaties komt warmte vrij. Bij hoge snelheden blijft deze warmte gedurende korte tijd gekoncentreerd ~icht bij het oppervlak. De temperatuur kan daar erg hoog oplopen, veel hoger dan de omgevingstemperatuur. De invloed van de omgevingstemperatuur

is daarom ook te verwaarlozen •

.

,

De geometrie

1.8

De meest gangbare vorm voor nippel en snijbus is de cylindrische. Ze zijn vrij eenvoudig, dus goedkoop op maat te maken en te slijpen. Als men de ponskracht wil verlagen kan men de snijkant zo slijpen dat de meskant niet in z~jn geheel in een keer met het blenkmateriaal in kontakt is. lJ) X U")

..

""7

-FIGUUR 1.6 Nippel met schuine snijkant.

Bij het ponsen is dit aIleen mogelijk bij dunnere plaatdikten.

De

toppen moeten het werkstuk alweer verla ten hebben als de dalen nog aan hun werk moe ten beginnen •.

.

,

Om zo min mogelijk hinder te ondervinden van de wrijving kan men de glijvlakken iets laten verlopen.

FIGUUR 1. 7 Nippel met verlopend glijvlak.

Een nadeel kan zijn dat bij eventueel herslijpen een kleine maatverandering plaats vindt •

.

.

Wriiving,sliitage en aanladen

2

De 1evensduur van gereedschappen wordt meesta1 begrensd door s1ij-tage en soms door breuk. De breuk kan veroorzaakt zijn door een verkeerde be1asting of doordat ten gevblge van slijtage of aanla-den de proceskondities dusdanig vers1echterd zijn, dat de krachten te hoog oplopen voor gereedschap of werkstuk. oak aan1aden is slij-tage, niet van het gereedschap maar van het werkstuk. De slijtdeel-tjes blijven op het gereedschap achter.

Norrna1iter voIgt slijtage op wrijving, reden om deze volgorde bij een iets exactere bespreking van de genoemde fenomenen aan te hou-den.

.,.

Onderzoekers als Da Vinci en Coulomb hebben in het verI eden een aantal wetmatigheden geformuleerd met betrekking.tot het begrip wrijving.

1. De wrijvingskracht is onafhankelijk van de grootte van het kontakt-vlak.

2. De wrijvingskracht neemt rechtevenredig toe met de normaal-kracht.

3. De wrijvingskracht is onafhankelijk van de glijsnelheid.

Ebewel deze wetmatigheden niet meer helemaal overeind staan, wordt er in de praktijk nog steeds mee gewerkt. Als vuistregel voldoen ze nog uitstekend.

Om met het fenomeen "wrijving" te kunnen werken is men reeds lang gel eden begonnen met het opzetten van modellen, gebaseerd op de meest invloedrijke faktoren. Men he~ft rnodellen ontworpen om met wrijving te kunnen rekenen, hierna besproken in het hoofdstuk

"wiskundige benaderinglt en om wrijving te verklaren, het hoofdstuk Ufysische benadering".·

..

Wiskundige benadering

2.1

In de praktijk z~Jn momenteel demeest gangbare wrijvings-modellen het model van Coulomb en het model van Mises.

-+--werkstuk

~"--

smeerm

i

d de l

... -gereedschap

FIGUUR 2.1

Afschuiving volledig in het smeermiddel

Er wordt aangenomen dat in het smeermiddel enkelvoudige afschui-ving plaatsvindt. £2:1t.

--

...

-.,

.

I I

t/

l:

u I

..

Met behulp van de relatie van Mises:

2q=-~=

(6-

vyJ1.

f

frly-

tJi)1.#>

(Q;-V;lr

6(C;~+l'j~

+Z;r)

(Z'I)

waarin

Of =

effektieve spanning

Gr

=

normaalspanning

L

=

schuifspanning Bij enkelvoudige afschuiving geldt

en (2.1) gaat hiermee over in:

.

, .,

-(N/mm2) ( N / wrr",l ) (N/~,J) • (2.3) (2.4)

•

In eerste iristantie gaan we er vanuit dat er tussen gereedschap en werkstuk een smeermiddel zit, dat voldoende sterk is om me-taalkontakt te voorkomen.

We voeren in:

m':

(2.51 ingevuld in (2.4) Levert:

mel

(J c:: hi < / (~.6)

Als we uitgaan van twee schone kontaktvlakken, zoals bijvoor-beeld bij droge wrijving, bij benadering, het geval is luidt het als volgt:

It

De schijbare schuifspanning (ell } langs het oppervlak (A) is

l'o

t::

rw

(2-1)

/1

waarin Fw = wrijvingskracht (N)

A

=

schijnbare opp. (fI'I"IWI't)

Omdat de vlakken elkaar alleen op deruwheidstoppen raken is

het werkelijke kontakt-oppe.rvlak

(Aw)

kleiner.

We voeren nu in: m

-

Aw

.

A

(2.8).. ~ waarin Aw =werkelijke opp.

~n-f)

Op de kontaktplaatsen is de afschuiving

Met (2.4), (2.8) en (2.9) levert dit

(2-/0)

Dit model wordt het wrijvingsmodel van Von Mises genoemd.

"

Coulomb ging er vanuit dat als de normaalkracht (Fn) toenam, het werkelijke kontaktvlak (Aw) rechtevenredig toenam, dus in

formulevorm

=

(2.11)

Deze rechtevenredigheid houdt in dat het materiaal niet ver-stevigt, dus

<1;

is konstant.

V~~r (2.11) kan ook geschreven worden:

Aw

=

K • Fn

₌

K .

0;;

(2.12)

A A

waarin

on

= schijnbare normaalsp. Met (2.8) wordt dit:

m

=

K.Qi;

(2.13}

(2.13) ingevuld in (2.19) levert weer:

=

(2.14)

..

De faktor K •

yen wordt als

is dus geen konstante welke normaal

Uiteindelijk Ievert dit de bekende formuleop:

(2-/5)

of gedeeld door het oppervlak A:

N (2.16}

Vooral in de Duitse literatuur wordt nog veel gewerkt met het wrijvingsmodel. volgens Coulomb. Als de belastingen binnen het Hookse gebied blijven of als met materialen wordt gewerkt, die niet verstevigen, is dit geen probleem. Bij het ponsen wordt aan de eerste eis zeker niet voldaan en omdat vermoedelijk de versteviging een zeer belangrijke rol speelt in het probleem "aanladen" werken we verder aIleen nog met het wrijvingsmodel van Mises.

..

..

Fysische benadering

Reeds enkele decennia geleden stelden Bowden en Tabor vast dat de wrijvingskracht opgebouwd was uit twee komponenten, een adhesieve kracht en een deformatie kracht.

+ _{Fdef •} (2.17)

Bowden en Tabor konkludeerden vervolgens uit het door hen gedane onderzoek dat de deformatie kracht vele malen kleiner was als de adhesie kracht en dus vrijwel verwaarloosbaar.

De hierboven genoemde heren stelden met deze konklusie het zo-genaamde "Adhesie-model" OPe

Dit model wordt momenteel in vrij grate kring aanvaard als "De" verklaring voor het optreden van wrijving.

Echter in

1977

toonde Dautzenberg (tJ in zijn dissertatie

aan dat Bowden en Tabor er best eens goed naast konden zitten met de verwaarlozing van de deformatie kracht. Dautzenberg stel-de een wrijvingsmostel-del op, het " lame 1 len-mostel-de 1 " dat er juist van uit gaat dat de wrijvingskracht het gevolg is van een plastische deformatie in het kontaktvlak.

In de praktijk worden beide modellen naast elkaar gebruikt. Of liever, tegen elkaar, want ze hebben ieder hun voor- en tegen-standers als ware het godsdienstige sekten.

Het adhesiemodel

'2.2.1

Bij de wiskundige benadering was alte zien dat de wrijving af-hing van de werkelijke kontaktvlakjes op de ruwheidstoppen.

FIGUUR 2.3 Het werkelijke kontaktvlak A

w

In deze kontaktvlakjes zou tussen de oppervlakte atomen van beide vlakken een aantrekkingskracht ontstaan. Deze kracht zal, mits beide vlakken elkaar voldoende kunnen benaderen van dezelfde ordegrootte zijn, als de~krachten die het atoom ondervindt

vanuit de atomen van het eigen vlak.

I

o

0 0·0 0

a

~

°

oL9)f0

0

o

0

o--ra~

0

0 0 0 6 0 0

OOOjOOO

,

FIGUUR 2.4 Adhesie in het kontaktvlak.

De aantrekkingskracht die twee atomen of molekulen ten opzichte van elkaar ondervinden, noemt men adhesie-kracht.

Bij onderlinge kontakten wordt de bindingsenergie bepaald door het natuurlijke streven van materialen naar een zo laag mogelijke vrije enthalpie ofwel een zo hoog mogelijke entropie.

Bindingsenetgie bij kontakt

Bij een temperatuur van nul Kelvin hebben twee buur-atomen in een ideaal rooster steeds dezelfde afstand. reder atoom is om-geven door een gelijk aantal buren. Bijvoorbeeld de dichtste bolstapeling f.c.c. met 12 buuratomen.

FIGUUR 2.5 Voorbeela dichtste bolstapeling. De resulterende kracht op ieder atoom is nul. De potentiele energie van een bepaald atoom is minimaal, UoRo (zie figuur).

'"

.

r

..

FIGUUR 2.6 Potentiaalkromme van een atoompaar in een metaalrooster.

Wordt een van de buuratomen iets verschoven t.o.v. het bekeken atoom, neemt de potentHHe energie tussen deze twee atomen iets toe.

Van atomen buiten het bekeken materiaal kan worden gezegd dat ze een oneindig grote verplaatsing hebben ten opzichte van de atomen, helemaal aan het oppervlak.

100'0

1

'000

f",

0 ....

---lr9~

0

0 0 0

.

1

0 0 0

I

FIGUUR 2.7 Atoom met grote verplaatsing.

".

..

.I _

Een oppervlakte atoom heeft daardoor dus een verhoogde poten-tiele energie en zal volgens het natuurlijke streven naar een toestand met minimale potentiele energie gaan proberen om atomen om zich heen te verzamelen.

Praktische gezien zou dit moeten betekenen dat als twee opper-vlakken elkaar naderen binnen de attraktiesfeer van de atomen en een binding tussen deze oppervlakken optreedt.De ordegrootte ligt hier op enkele Rngstroms. Dank zij deze binding daalt de

vrije enthalpie G van het systeem.

Als de atomen aan de oppervlakken voldoende bewegelijk zijn, kunnen beide atomen onder bepaalde voorwaarden in elkaar op-lossen. Bij deze diffusie wordt weer voldaan aan het streven naar maximale wanorde ofwel naar maximale entropie.

In formule-vorm luidt dit streven:

.tJ

G::::

il

H - T.AS

met.4G == verandering vrije enthalpie £j<J/k<j

.dH == enthalpie _[KJ/k~

.1S

== verandering entropie [KJ/k9Kl

T

₌

_{temperatuur [K]}

'"

Eerder is gesproken over bepaaldevoorwaarden waaraan voldaan moet worden wil diffusie mogelijk zijn.

Deze voorwaarden zijn samengevat in:

De oplosbaarheidsregels van Hume-Rotary

1. Slechts de atomen zijn oplosbaar in elkaars rooster waarvan het verschil in de kleinste atoomafstand kleiner is als

15%.

2. V~~r oplosbaarheid in vaste toestand moet bet verschil in chemische valentie kleiner zijn als 2.

3. De elektronegativiteiten van beide deelnemende metalen mogen niet teveel verschi~len.

4. V~~r oplosbaarheid in aIle verhoudingen moeten be ide metalen hetzelfde rooster hebben.

Als aan de eerste voorwaarden niet is voldaan dan veroorzaakt het oplossen te grote elastische inspanningen. Dit leidt dan tot een tegennatuurlijke verhoging van de potentiele energie en dus vrije enthalpie ten opzichte van de idea Ie situatie. Wordt aan de tweede voorwaarde niet voldaan can leidt dit tot een te sterke verstoring van de metallische binding en ook dat heeft weer een ontoelaatbare verhoging van de vrije enthalpie .

tot gevolg.

.

. ., ...

Bij te grote elektronegativiteitsverschillen kunnen intermetal-lische verbindingen vormen. Gebeurt dit dan levert juist deze vorming een lagere vrije enthalpie op als de oplossing.

Ook als een metaal, het oplossende element, in een rooster ge-dwongen wordt, waarin het zich niet thuisvoelt, zal dit een ontoelaatbare verhoging van de vrije enthalpie inhouden. Met de tot nu toe behandelde gegevens is het eenvoudig te begrijpen wat de_ zogenaamde adhesieve slijtage inhoudt.

I

'000

00 O!O

° °

00010-00

° ° °iO ° °

° °

OJ

I

j

~v

FIGUUR 2.8 Adhesieve slijtage

I

.

0001

_.

OOOJOOO

I

00/° 000

°

ole

000

·0000

I

Twee materialen naderen elkaar binnen de attraktie-sfeer van de atomen en er ontstaan overen weer adhesieve krachten. Blijken

de krachten met het eigen materiaal sterker al~ eie met het

andere materiaal, dan z'al" geen sltjtage optreden. Blijken echter de krachten tussen het materiaal en het andere de sterkere, dan

zullen enkele atomen uit hun rooster gebroken worden en als aan-geladen deeltje op het oppervlak worden meegenomen.

Het lamellenmodel

2.2.2

De grondgedachte waarop Dautzenberg het lamellenmodel

[~ I [l~ baseert is, dat elke grote relatieve verp~atsing

tussen twee vaste lichamen bij droge wrijving plaatsvindt door plastische deformatie in het kontaktvlak van een of beide

lichamen.

Bij normale gang van zaken.valt te verwachten dat het hard ere materiaal, het zachtere zal deformeren. Dautzenberg gebruikte bij zijn onderzoek zogenaamde pen-ring opstellingen. Eierbij werd een uit een zachter materiaal bestaande pen (bijvoorbeeld Cu) tegen ronddraaiende sch ijf gedrukt (St.C45).

Het materiaal van de pen wordt afgeschoven met de draairichting mee en vormt zo een zogenaamde baard. Ben nader onderzoek van de baard laat zien dat deze geheel is opgebouwd uit lanellen.

" " ' ' r

-t

_,F

FIGUUR 2.9 Pen-ring opstelling.

De 'reden waarom materiaal door de ring wordt meegetrokken zou in

theorie nog een adhesieve kunnen zijn. Dautzenberg spreekt echter voor een andere reden zijn voorkeur uit, een rnechanische.

De ruwheidstoppen of andere harde uitsteeksels dringen in het zachtere materiaal en fungeren bij een beweging van de

"

vlakken ten opzichte van elkaar als een soort ankertjes ~n

trek-ken zo het materiaal mee.

Het zachtere materiaal wordt.gedeformeerd en verstevigd en daar-mee neemt volgens Ramaekers (3) ook de hardheid toe.

Bij extreme deformaties kan de hardheid zelfs boven die van het harde vlak komen. Hiermee wordt meteen een mogelijke ver-klaring gegeven voor het optreden van slijtage aan gereedschappen als bijvoorbeeld ponsnippels of beitels, die op zich vele malen harder zijn als het werkstuk.

Ook het aanladen kan van'uit deze hoek verklaard worden.

FIGUUR 2.10 Voorbeeld abrasief aanladen.

~+--

werkstuk

Q

carbiden

_nippel

'"

-Bovenstaande fi guur laat een mogelijk· begin zien van het aan-laden. Het abra;ieve deeltje'S'hier voorgesteld als een boven. het oppervlak uitstekende carbide. De carbide hapt een beetje

materiaal uit het tegenvlak. Dit materiaal verstevigt en vormt op zichzelf een nieuw, soms groter abrasief deel.

Proefopzet 3

De foto lsI en 2 laten de proefopstelling zien. De pers heeft een instelbare max. perskracht en snijsnelheid.

De max. kracht wordt zo ingeteld dat de maxir.1.aal toelaatbare kracht op de dynamometer (100 ~~) niet wordt overschreden. Er is gekozen v90r een lage ponssnelheid, vele malen lager-als gebrukelijk is bij het ponsen. De keuze heeft te maken met de opstelling, maar ook met het doel van de proef. Niet het ponsen, maar het aanladen wordt onderzocht. Het ponsen wordt gebruikt. Gezien de beperkte ruimte is het niet goed mogelijk een veilige aanslag te maken over de dynamometer heen. De onderste stand moet nu met de hand bepaald worden en dat gaat beter met lage snelheden.

ttJaar weI rekening mee gehouden dient te worden in de resultaten is dat bij hogere snelheden de warmte in kortere tijd ontwik-keld wordt en er daardoor plaatselijk hogere temperaturen kun-nen ontstaan. De snijsnelheid

.

.

5 mm/s De afstroopsnelheid: 18 mm/s

..

(instelbaar) (handgemeten)

•

FOTO 1 De proefopstelling + FOTO 2 De stempel de krachtopnemer de ponsnippel - - --· de afstroper de snijbu

o

Om te kunnen beoordelen welke. van de beide mogelijke oorzaken, adhesie of deformatie, dominant is bij het aanladen, moeten de theori"en tegen elkaar uitgespeeld worden.

Door aan de hand van de oplosregels bepaalde kombinaties van nippel en blenkmateriaal te kiezen kan bekeken worden of er ad-hesie in het spel is. Door te kijken naar ruwheid, hardheid,

ver-stev~gingscoefficient, etc. kan de invloed van de deformatie

ge-schat worden. Als blenkmateriaal worden eerst twee veelgebruikte materialen gekozen, messing en staal.

Ook bij de nippels worden gangbare materialen gekozen, 12% Cr en Snelstaal.

De proefresultaten die hieruit volgen worden als basis gebruikt om te ktjken of andere kombinaties meer of minder aanladen.

Samen met zilver, indium, cadmium is lood een van de metalen die niet in staal oplossen en daarom in geval van adhesie niet mag aanladen.

Aluminium is berucht om zijn moeilijke bewerkbaarheid. Freesjes zitten binnen de kortste keren vol.

Door nippels te voorzien van diffusielagen zou het aanladen in ge-val van adhesie moeten verminderen. .

Gekozen is voor het nitreren en boreren.

Ben nippel van zilverstaal, dat vrij zuiver is en dus een lage entropie heeft moet in geval van adhesie weer sterk aanladen. Mocht deformatie de oorzaak zijn van het aanladen is het denkbaar dat juist de nippels met de harde deeltjes als carbiden sterker aanladen.

Ook door niet-metallische -lagen aan te brengen moet diffusie kunnen worden voorkomen, zowel blenk als nippels worden voor gebruik grondig ontvet met trio

Figuur

3.1

stelt een matrix voor waarin aIle te maken kombinaties

kunnen worden weergegeven.

nippel 12% Cr HSS Zilverstaal genitreerd genitrokarbo-neerd geboreerd Materialen

FIGUUR 3.1 Matrix materiaalproeven.

"

De pr~oven zelf zullen als volgt wordenweergegeven;

Alleen bij de eerste keer ponseri wordt de ponskracht-weg kromme weergegeven. Ook de afstroopkracht wordt als funktie van de weg genoteerd.

Omdat voor de praktijk alleen de maximale waarde belangrijk is wordt bij de andere ponsingen het wegsignaal weggelaten.

In de figuur die aIle registraties met elkaar vormen is goed de toename van de wrijvingskracht te zien.

Studie vooraf leert dat 30 ponsingen per nippel voldoende re-sultaat Ievert.

Om de series goed met elkaar te kunnen vergeIijken zal van elk de opgetreden wrijvingscoefficient bepaald worden •

.

,

8epaling wriivingscoefficient 3.:1

Ne gaan uit van de afstroopkracht,zoals die bepaald is in hoofdstuk 1. ~

Ii:.

f

,~

.

0;

2.71 As

d2:

I> y3

en met

(Ir)

wordt dit

110:;

flA.,·(7

tr

IF

t..(

It:] ).

E.

r

de.

(/.It)

Dit kan ook geschreven worden als:

2:J,h.C=

W

t'4.

f~

!n6-r)

,EJdf.

(1'7~

Vervolgens stellen we d:t

~:r

21

~'I8}en

•

Q=

(iff

~_~,)r

C.)

(1. 1

9)

en voeren dit in bij

(1./6)

en elimineren m:

I

( /.20)

fGch'

Q wordt numeriek opgelost. Zie hiertoe tabel

t11

en de grafieken op de volgende bladzijden.

Vervolgens wordt

J

Q

dt.'

bepaald net voor

dt.'

=

0,1

Er wordt nog onderscheid gemaakt voor de m bij de eerste ponsing bij de maximaal opgetreden trekkracht en bij de gestabiliseerde

kracht.

..

De bepaling van het gladgesneden deel bij de 'grootste kracht is onmogelijk.

De nippel is hierin inmiddels zover aangeladen dat bij de terug-trekkende beweging (waarschijnlijk ook al bij de heengaande) deaangeladen laag aIle sporen uitwist.

We nemen nu aan dat het gladgesneden gedeelte konstant blijft gedurende de hele proef. V~~r de eerste drie ponsingen wordt een schatting gemaakt en deze wordt gemiddeld.

..

tabel messing Z I 0 0,05 0,1 0,2 0,3 0;:4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0,95 0,975 0,99 (1,0) Messing:

Het bepalen

va~

f

ad2'

voor het maken van Cle grafiek staal

G

klasSE

SGdZ'

Z'

ex

k.lasse

·~Gdt

mid del midden

0,50

-

-

0 0,25

-

-0,63

-

-

0,05 0,68

-

-0,74 0,63 0,063 0,1 0,81) 0,68 0,068 0,91 0,84 0,147 0,2 0,95 0,88 0,156 1,06 0,99 0,246 0,3 1,06 1,00 0,256 1,20 1,14 0,360 0,4 1,15 1,10 0,366 1,33 1,26 0,486 0,5 1,23 1,19 0,485 1,48 1,40 0,626 0,6 1,32 1,26 0,611 1,64 1,56 0,782 0,7 1,40 1,36 0,747 1,82 1,72 0,954 0,8 1,50 1,46 0,893 2,09 1,94 1,148 0,9 1,63 1,56 1,049 2,31

-

-

0,95 1,73

-

-2,51

-

-

0,97 1,79

-

-2,73

-

-

0,99 1,90

-

--

2,31 1,379 (l,0)

-

1,73 1,222

.

C

=

689,4 n/rnm2 SPEDD: C

=

560,7 n/rnm 2 n

=

0,393

-

n = 0,229

-f

Q = 0,168

-

£~= 0,00219

-..

...

-•

tabel

1

de opgetreden wrijvingscoerficienten bij ce nroeven t ·

..

pons-F

mar.

f

,cmtJlll

kracht

F stab,

In mtt,X

m

_{/·maa.! WI} Jlf..b.

serle

_[kN]

_{l<N]

_riMJ

_&NJ

_{[.-] r::J f:;::J} Fel 48,99 5,51 0,14 4,49 0,24 0,006 0,19 Fe2 48,04 6,22 0,14 4,90 0,23 0,005 0,19 Fe3 46,63 4,66 0,24 3,77 0,17 0,008 0;13 Fe4 49,46 5,56 0,19 4,95 0,20 0,007 0,18 Ms1 46,16 6,22 0.66 5,32 0,23 0,024 0,21 Ms2 49,93 7,11 1,08 6,59 0,19 0,028 0,16 Ms3 50,40 ~11, 30 2,69 8,01

>

0,32 0,058 0,23 Ms4 53,69 6,78 0,99 6,45 0,16 0,023 0,19

tabe12 bepaling

fG

dt

bij de series serie _~sern. 2.' -

z

- "'II

) (5l

dt

~ Fel 2,13 0,71 0,76 Fe 2,33 0,78 0,87 Fe3 2,47 0,82 0,92 Fe4 2,43 0,81 0,91 Ms1 2,03 0,67 0,72 Ms2 2,53 0,84 1,04 Ms3 _. , 2,83 0,94 1,24

-Ms4 2,67 0,89 1,13

•

Bespreking

meet~~ultaten

'3 .. 2

Helaas is niet de hele matrix (figuur 3./ ) ingevuld.

We moeten dan ook erg voorzichtig zijn met hettrekken van konklusies.

Als we kijken naar de wrijvingscoEHficient van de eerste ponsing is bij de staalserie geen duidelijk verschil te zien.

Volgens het adhesiemodel zou Fe juist bij de zilverstalen nippel het sterkst aan moeten laden. Men zou in dat geval verwachten dat reeds in het begin de snelste start wordt gemaakt, dus de snelste toename in wrijvingskracht. Het verschil in enkele O,OOlsten is niet serieus te nemen.

Oat bij Fe3 uiteindeljk een lag ere wrijvingcoefficient ootreedt wordt waarschijnlijk veroorzaakt door de relatief grotere snij-speling.

Bij de messingse.rie springt Ms3 er boven uit.

Binnen 5 keer ponsen buiten het maximum meetbereik en na het op-nieuw instellen van het meetbereik, herhaaldelijk boven de trek: kapaciteit van de pers.

V~~r de oorzaak kan niet direkt een oplossing gevonden worden. Oe ruwheid, hardheid of snijspeling liggen niet extreem anders als bij de andere proeven. En in geval van adhesie had dit eerder bij de Fe-serie moeten gebueren.

..

_""

-Oat Pb3 slechts een zeer weinig toeneemt in de loop· van de proeven ligt waarschijnlijk aan de lage n-w~arde

en de relatief grotere snijspeling.

Fotografisch onderzoek

4

Allereerst drie foto's dielaten zien hoeeen aangeladen laag eruit Jtan zien.

De drie aangeladen lagen staal, messing en lood geven een vrij verschillende indruk.

FOTO 3.: Staal. De laag zit er vrij ruw op. Dankzij enkele uitschieters is te zien wat de invloed van de ruw-heid is.

Onder de mikroskoop is te zien

dat de laag zich

2E

de toppen heeft afgezet. Waar-schijnlijk als gevolg van de enorme versteviging worden deeltjes tot beiteltjes gevormd, waardoor het effekt versterkt wordt.

FOTO 4.: ~1essing. De laag is vrij egaal ui tgesmeerd over het gebied. V~~r wat betreft de n-waarde kan messing zich best meten met die van het staal. Dat messing zich toch zo goed laat uitsmeren ligt waarschijnlijk aan de lage rekristallisatie-temperaturen (onverste-vigd ± 460 oC)

Bij de hoge deformaties die hier optreden komt die temperatuur nog eensvele malen lager te liggen. FOTO 5.: Lood. Hierbij is helemaal mooi te zien hoehet

werk-stukmateriaal zich afzet 00 de ruwheidstoppen.

..

_..

FOTO 3.Nippel 12% chroom

aangeladen met staal.

FOTO 4.Genitreerde snel-stalen nippelaangeladen met messing

Fete 5.Zilverstalen

nip-pel aangeladen met loed.

Het zal niet direkt duidelijk zijn wat op de hierna volgende foto's te zien is. Daarom wordt nu eerst een summiere tekening gegeven."

·

I

.

•

.

. .

..

.

_\ • • • •

.

.

• _"

.

.

•

.

• • • • • _{~. T}

,

#

.

• •

,

.

_•

.

,

" ~ • ."!! .. "..: :(.",\..;.~;~:;t.t~{:.,·

,-: .. '\

.~,:,')~.aw.-l·~>-:r.

_·

;\~~~,~,,~~,

cI'~ _{'--'--~~''''/f..l.} "- rl".

VO

G

DO

0

,

C

0

FIGUUR 4.1 Uitleg fotomateriaal.

-nikkel

koper

aang eladen laag

tussenruimte

nippelmateriaol

met carbiden

De nikkel- en koperlaag zijn aangebracht als ondersteuning voor de aangeladen laag.

Deze ondersteuning moet voorkomen dat de laag bij het doorslijpen en polijsten afbrokkelt.

FOTO 6. Doorsnede van aangeladen mes-sing op 12% chroom nippel

Opvallend is de zwarte streep tussen de aangeladen laag en de nippel. Dit is vrijweloveral loze ruimte. Ret lijkt zo wel of dat de laag los ligt van de nippel en dat terwijl de laag juist stevig vast zit. Met sterkere vergrotingen wordt nu gezocht naar mogelijke hechtplaatsen en naar een beter inzicht over de struktuur in de laag.

FOTO 7. Doorsnede van aangeladen laag staal 00 12% chroom nippel

Vergroting 800 x

FOTO 8.Messing op 12% chroom nippel . Vergroting 8890 x FOTO 9.Staal op 12% chroom nippel. Vergroting 1780 x

s

.... _---_. - - _._- - - ------;-_ ...

_

.. _--_ . . ---- ----_._--

-

--

-

--

_

.. _- --.-.. __ ....

Foto 8 laat zien hoe de laag tot ;:n soort beitel kan worden gevormd en zo ','leer meer materiaal kan afstropen.

Foto 9 laat zien hoe een bepaalde oppervlakte-verruwing materiaal kan afschrapen. Het is niet te zien of de ruwheid is ontstaan

doordat er materiaal ui t de nippel is gerukt ju!st dddr de aan -geladen laag.

Foto 10 laat zien dat de laag en de nippel verbonden kunnen zijn door middel van abrasieve deeltjes.

Foto 11 Geeft een mooi voorbeeld van ontstane lamellen, zoals Dautzenberg ook vond bij zijn onderzoek. Vanuit de rechterzijde

loopt een soort brug naar het nippel materiaal "toe. Met een beetje goede wil zijn juist in het kontaktvlak enige uits

teek-sels van de nippel te zien.

FOTO 10. Staal op 12% chroom nippel. Vergroting 4440 x FOTO 11. Staal op 12% chroom nippel. Vergroting 3110 x. •

s

-FOTO 12. Staal op 12% chroom nippel. Vergroting: 178G x 5

Ook deze foto's zijn bedoeld om te laten zien hoe het materiaal

van de b1enk gedeformeerd worden

FOTO 13. Detail foto 12.

Vergroting:

6670 x

Uit de breuklijn is op te maken dat er materiaal uit de nippel is gescheurd.

Dit geeft een indruk hoe sterk de hechtingen met de

aan-geladen laag kunnen zijn.

FOTO 14.

Staal op 12% chroom

nippel .

Er dient opgemerkt te worden dat in de aangelad~n laag een voorkeursrichting is waar te nemen. Het is niet toevallig dat de lamellen bij de foto's 9 en 11 dezelfde kant op liggen. Op veel meer plaatsen was dit waar te nemen. De reden kan zijn dat de lamellen zo liggen omdat de terugtrekkende beweging als laatste heeft plaatsgevonden. Bij de volgence snijbeweging zouden deze lamellen weer door elkaar geroerd worden en zouden er weer nieuwe ontstaan. De snijkant van de nippel wordt bij de foto's met een S aangegeven.

Een andere mogelijkheid zou kunnen zijn dat het aanladen bij het terugtrekken veel meer plaatsvindt als bij het snijden.

Bij de snijbeweging wordt het materiaal in de snijzone gedefor-meerd en verstevigd.

FIGUUR 4.2 Versteviging in snlj~lak door deformatie.

Bij de terugtrekkende beweging ontmoeten de harde toppen of reeds aangeladen deeltjes hetverstevigde blenkmateriaal. Meestal zal het blenkmateriaal moeten wijken, maar waarschijnlijk niet in het verstevigde gedeelte, maar iets daaronder, op een minder verstevigde plaats.

FIGUUR 4.3 Mogelijke verklaring ontstaan abrasief deeltje.

Als het deeltje afschuift zal het verder als :a~rasief de~ltje

door de nippel worden meegenomen. Als dit waar is dat de wrijvingskracht bij de terugtrekkende beweging groter moe ten wezen als bij de snijdende. Hierbij komt ook nog dat de blenk kan gaan schranken zonder de nippel. Dit verschijnsel kan in principe optreden bij iets grotere snijspelingen. De blenk

wordt sterker tegen de nippel aangedrukt. De nippel kan de blenk dan alleen nog verlateri door materiaal af te schuiven.

Al met al geven de foto's een zeer sterke indruk dat er bij de hechtingen alleen mechanische oorzaken te vinden zijn.

Konklusies

5

Ret fotomateriaal wektzeer sterk de indruk dat het aanladen geen adhesieve,maar een mechanische zaak is.Ook vanuit de meet-resultaten is niet direkt ~ets te zien dat op adhesie wijst, maar gezien het beperktaantal proeven mag dat niet erg zwaar worden meegerekend.

De dure of duurbewerkte nippels leveren geen betere resultaten op als de goedkqpe zilverstalen nippel.Over de slijtvastheid _, wil ik geen oordeel geven,maar voor wat betreft het aanladen

zijn aIle onderzochte nippels even goed.!1iserabel dus.

Als ~it het onderzoek was gebleken dat het aanladen een adhe-sieve zaak was, dan zou door bepaalde mater1aalkeuzes het aan-laden gem1n1mal1seerd moeten kunnen worden.Nu het v~rroe0en

groe1t dat aanladen een mechan1sch oorzaak heeft,wordt het moe111jker.Het 1s n1et te voorkomen dat een 0PP ervlak een be-paalde ruwhe1d bez1t.Toch wil ik verder onderzoek met zeer gladde en zeer harde oppervlakken aanbevelen •

.

,

Samenvatting

Bijalle omvorm- en verspaningsprocessen blijkt naast de normale slijtage oak eeri zekere materiaaloverdracht plaats te vinc.en. Dit aanladen,zoals het genoemd wordt,kan veel problemen opleve-ren door de flinke verhoging van de wrijvingskracht die hierbij optreedt.

Omdat het verschijnsel bij aIle omvormprocessen optreedt,maakt het niet uit welk proces voor het onderzoek gebruikt wordt.Ge-kozen wordt voor het ponsproces.Dit proces is relatief eenvoudig te 6verzien en het gereedschap is goed te vervangen.

.

-Na het beschrijven van de krachten die bij het proces optreden en de diverse fasen die het proces doorloopt,wordt dieper in-gegaan op de wrijvingstheorie.Eerst worden twee wiskundige wrij-vingsmodellen behandeld,Coulomb en van Mises,en vervolgens twee fysische,het lamellenmodel en het adhesiemodel.Vanuit ieder van modellen is een verklaring te geven over de oorzaak van het

aan-laden.Het adhesiemodel gaat er van uit dat in de kontaktvlakjes dusdanig grote aantrekkingskrachten ontstaan dat materiaaldeel-tjes uit hun eigen materiaal gerukt worden.Eet lamellenmodel daarentegen gaat meer uit van mechanische hechtingen.Door de for-matie haken de ruwheidstoppen inelkaar.Deze toppen zijn door de deformatie sterk verstevigd en vormen zo zeer sterke verbindingen .

•

Door middel van proeven met verschillende materiaalko~linaties

(nippel-blenk) zal bekeken worden of bij de ene kombinatie meer of minder adhesie optreedt of dat de oplossing gezocht moet wor-den in de mechanische hechtingen.De hec-tingen ~ullen ook onder-zocht worden met behulp 'van een elektronenmikroskoop.Aan de hand van hiermee gemaakt foto materiaal zal de aangeladen laag worden toegelicht.

Uit de proeven z~Jn geen duidelijke aanw~Jz~ngen te vinden dat bij bepaalde kombinaties meer of minder adhesie optreedt.

Ook het fotomateriaal geeft de indruk dat de hechtingen eerd<:!r mechanisch zijn als adhesief.

Biilagen

t . , _

,IHf • VAKGRCfP PFOOUKTIEfECHNOlOG!£ l_30RArORIlH YOOR PlASlISCHE VORMGEVING.

".T£RIAAlr~OEQIOEK (PL"T) T.e.w. HR J. lEENDF.RS

BEPAL[NG £~PONEH1IElE \ERSIEVIGIHGSrU~KIIES (HEI E~ Z[~tEF vtJRQEFORMAJIEl

VE~LOqP ANISOIROPIEr_~10R (Rl~ IREKSfERKTE (SIGHA-S)_ IHSNOERREK (DELIA-Kall.l. _~IAlf REK (£PS.-A) DhOERZOCHTE MAIERIAAlS(ORT: SPEce, EcRS1~ "EETSERI~

QRIENTATir JRfKSIRIP: CH8EKEND

lNul

=

~.025 [NUL * 1.~15 'Nul = U.ZJG. '(M") D(MM) ACHMZ) f{l)-8.915 ~.O~9 21.00E 5300 e.939 2.995 2&.712 5904 ~.9i5 2.990 26.686 6200 f.ee7 2.983 2&.514 6600 R.St5 2.914 2&.365 6800 R.8l6 2.9E5 20.1SS 6900 e.el1 2.960 26.081 1190 6.810 2.9~7 2&.051 7Z00 8.7l3 2.946 25.645 140Q e.759 2.9~3 25.776 7600 ~.7.2 2.9~6 ~~.4S1 7100 8.661 2.92~ 25.366 7600 8.6~3 2.9G~ 25.10e ~o~o t.6L9 2.9Ll 2S.C!! ao5~ 8.Gul 2.e~2 24.614 8100 ~.SIG 2.~6~ 24.,4, 62~O e.~_l 2.650 24.342 8300 6.518 2.6tt 24.370 a30U 6.'~S 2.647 24.(,71 8,,0(1 8.4~6 2.e4! 24.004 8400 e.468 2.e~4 21.144 ~4nu B.3tS 2.6il 2J.6~4 8400 8.340 2.e~6 23.462 85no 8.263 2.1l~ 22.ee. 860U !lEl.HU-) -0.110556 -O.CGS51 -0.OU11; -O.U15H -~.01' 81!1 -0.02116, -O.1!24CO -0.02411 -0.02832 -o.dJ2992 -0.03530 -0.03Ef6 -0.04325 -U.04Itfl •. -O.OldU;: -(1.051(13 -0.05512 -v.OS16l! -0.065(40

-u.

IH6:n -O~0101!1 -() .117355 -0.076910 -0.0'1821 £1'5.-. DELJAD(-,J -0.0.1) 199 .~O ... OQU6. -o .. Gun .-0..1)1061 -0.0136S :-0.01 HZ , -O.Qifltl -Q.OB4Z -0.02U5 -0.02"11 -C/ .IiZ 9 96 -0..03133 -0.03711 -0..11365" -0..0.4165 -f).QUO' -0.0.562(1 -Cl.g',,43 -(;.0.5133 -0.0590.9 -(J.()6~1t~ -o.a6ES! -0..0716" -O.pIlUS tl.243

U:- )".,K(",:) DEL U( -) SHMAU/HK2)

2.1.9, ,-0,.41 0..0.0.155 196.3 1 .. 41t_~_ .. :-_O.H!, fho.16~1 220.10 1"34 .. ,,, .... 0.140 0.01947 232.3 1.44 -9.18 o..026u6 249.0. 1.31 ,-0.13 .o..61158 257.9 1.2L_ .. ~O.12 0.0.376" 263.4 .1.30 . . -0.13.0.0.4241 ZIZ.2 1.24 ~-O.11 0.U4354 216.4 1.2~ -0.10. o..OSI4' 286.3 1.24 -0..11 0..05409 Z94.e 1.18 -o.oe 0.06526 3U2.1 1.Z4 -0.11 0.0'019 3ul.S 1.16 -C.CE o.o.e9~2 31ft.6 1.16 -0..06 0.06341 321.6 1.16 -0.01 11.0.8917 325 •• 6 t.IE -0..01 0.05511 3l1.~ 0..98 0.0.1 C.1J140 J41.0 t.l0 -0.05 0.1102'5 341l.6 , 1.1. -0.06 0.12251 H9.0 \ 1.1~ -C.CIl O.12S~o 349.9 l.OE -0.04 0.1!6~6 ~53.f 1.11 -0.05 1).1401_{'1) 355.1} 1.10 ·o.~s 0.150/6 363.2 1.0.. -0.02 O.172~6 375.7 51 GZO (N/MH2» 189 .... 22 J. 6 232.8 2~8.1 256.1 269.1 US.8 271.4 211'.1 290.8 303.0 301.8 317.1 31'1.6

SIGMA = C • «DElTA * OElTANUl)

!2 t,. 6 321S.9 34v.4 339.6 3101 .6 j49.3 355.1 357.8 Jld.6 374.1 '* N) C = 5&0.7 N/MH2 [PS.-A C.255 SIGHO(N/HM2 ) t 9 J. ~ 224.4 232. <) llo7.6 251.9 2Eft.2 ?llt.a Uf, • • 286.1 289.9 3':2.2 3117.1 11G.6 319.2 324.4 328.7 J4').5 ]39.7 HI.) 349.7 356.3 351J.6 364.6 H6.1 SIGMA: C • (CEll- •• N) C '" 54,.1 f\/tll!l-N '" 0.216 SIGMA-a DElH-K!lIT. : 111 NIKKi (BtR.) 316 N/HHc (GEK.) G .21& ""' 0.Z29 ~ttKA-B =

DEL lAHUL"' O.i1uZH

DELTI\-l\lHT. = RIIS GRKS = 319 li/MM2 316 N/MM2 4).221 (HR. ) (GEM. ) KS .. 2.2658(t06 RKS = GKS " 9.6514f.ttt4 IiRKS 'IJC~ElO(HG£~: (~.TIM[: 1-.595 l.S51t\EtCZ 6.751Q[*,,0 IO-TI tiE: KS = GI'\S '" 2.2658£"n6 .". 851ttE f04 1.20""E*02 5 .2 J 1!6E tl)(I '

-m

f",E - VAIlGRUI' PjlODUKT IElECHNOLOGIE LA80RAfORIUM 'OOR PlASTISCHE VORMGEYING.

IArEIIAALONOiR10IK (PlAAf) r.B.V. HR J. LEENDERS

aEPAtlNG EXPINENllEtE \ERSIEVIGINGSfUNKIIES (MET EN ZONDER VOOROEfORMAttE)

YUlaOl' ANISCJROPtEfAKTOft (R,. TREUTERKT£ (StGllA-ah IItSNOERREI( (DEtH-UIl.). AUAU REK UPS.-A)

INOEfllDCHTE MArERIAAlSCDRT: HESSI"G

ORIEIiTATIE TRE1<SlRIP: ONBEKEND "

BNUl -= 9.019 DNUt... 2.963', INUl'.' "26.725 """~""'" """" :-"'""', ,,'

'(ltM~ DC"") '(MH2) HN) DELTA8('" ""DEt.ue("') " I ( ','·',,-,«f.)' "OEt. rUe) SlEMACH/MMZ) 51G100/MM21

S.930 2.912 26.UI3 9300"0.00992 '·0.ot4l'S!' -"O.9-~, ." '0.03'0.02043 355.2 340.4

S.8U 2.906 25.170 9500 -0.01688' '''0.01'42 0.81-':' 0.07' 0.03631 368.6 366.3 8.1ttt6 2.814 25.512 9600 -0.'1931"'''---0.02702'-'- o.n·~'0.tJ"0.046J9 376.3 311.9 8.805 2.884 25.394" 9100 "0.02~0l----'.02f02- '''0.8'9' '''''0.06''-0.0510'' 382.0 382.5 8.128 2.8:£6 lS.014 9800 -0.05U8 -0.83328 0.99 O .. U O.066U 391.8 !95.3 8.615 2.849 24.715 '80t) "O.038e,' -0.03925 ' 0 . " - ' 0.00 0.01812 396.5 403.8 8.618 2.82') 211.311t 9900 -0 .. 041132* -0.04"'-·"·'0 .. '3--0.04 0.0924)1 1106.2 412.3 8.586 2.805 24.084 9'00 -0.04920 '-0.G5480" 0.91"" '0.05 0.10400 411.1 418.8 8.526 2.U8 2.5.110 10000 -0.05621 -0.0.088 0.'2 0.04 f).1lI09 420.1 ,,25.2 8. SOO 2.155 23.418 10000 -0.05921 -0.01218 0.81 0.10 0.1321)5 421.0 "31.1 8.1015 2.718 21.040 10100 -0.06932'" -0 .. 018" ", 0.88 '-'0.07 0.14829 438.1, 438.2 8.tOl 2.596 Z1.UE 10200 -0.10661 -0.13223 .. 0.81 "0.11 0.2381l4 48".7 465.6

UG1U .. C • (DEtH . . H) SIGMA" C • ((DELTi. OEtUNUU ** N)

C c 558.8 "'HH2 EPS.-A: 0.136 C .. 689.4 N/KM2 EPS.-A

=

0.253 51 IiHOOIIMH2) 357." 368.9 316.0 31'1.2 389.2 397.0 405.7 1012.9 1,20.7 1029.2 lo38.2 46J.9

N.. 0.121 SIGMA-8" 178 N/MH2 (lER.)" N:: 0 .. 393 SIGHA-B" 381 N/MHZ (BER. ) (6£H. ,

382 H/MMZ (GEM. ) O E l T A N U l . 0.16769 382 N/MH2

DElU-IIRIT . . . 0.121 DELrA-KRlr... 0.226

KS .. 1.'806E.~6 RKS .. 1.9651£.02 KS" 1.980&E t06 RKS" 2.8542E.01 GKS .. 1.800EE.05 GRKS : l.lUOE.,t GKS.. 1.8006E"05 ,!iRKS" 2.5941£.00