Wrijvingsverschijnselen bij het vlakke deformatie-proces

Citation for published version (APA):

Mortel, van de, F. H. (1975). Wrijvingsverschijnselen bij het vlakke deformatie-proces. (TH Eindhoven. Afd. Werktuigbouwkunde, Laboratorium voor mechanische technologie en werkplaatstechniek : WT rapporten; Vol. WT0355). Technische Hogeschool Eindhoven.

Document status and date: Gepubliceerd: 01/01/1975

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.

DOOR: F.H. VAN DE MaRTEL STUDIEJAAR:

1974/75

Uitgevoerd op de T.H.-Eindhoven Rapport: PT

0355

Technische Hogeschool te Eindhoven,in het kader VAn een afstudeeropdracht voor de studierichting Werktuigbouvrkunde van de Hogere Technische School te Venlo.

Ik wil van deze gelegenheid graag gebruik maken om iedereen te bedanken,die ertoe bijgedragen heeft dat deze afstudeer-periode in een zeer gemoedelijke en prettige sfeer is

verlopen.

Speciaal dank aan aIle medewerkers van de sektie IIplasticiteit" voor de prettige manier van samenwerking. In hat zonder Dr.Il.' .. J .A.H. Rama,ekers, begeleider op de 'r.H. en Ir. J .. Rampart als begeleidend docent van de H.T.S. Mede hierdoor is deze afstudeerperiode voor mij persoonlijk zeer te noemen ..

De Samensteller:

L>'

F.R. van de Mortel listen, mei 1975

1. Inleiding

2. Algemene inleiding tot de plasticiteitsleer

2.1 Vergelijking elastische-plastische deformatie

3.

Het deformatie-proces

4.

5.

6.

7.

3.1 Faktoren,die het deformatie-proces beInvloeden 3.2 Eisen,die men aan smeermiddelen stelt

Berekening van de perskracht

4.1

Coulombse wrijving

4.2

Plastische wrijving Materiaaleigensohappen C en n Experimenten

6.1

Proefopstelling

6.2

Meetmethode

6.3

Uitvoering van de -pro even

6.4

Meetresultaten

6.5

Disoussie en konklusies Literatuurlijst BIJLAGEN: I tim X +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ 2

6

7

8 12

15

17 19 22

26

28

29

30 31

33

38

und Werkzeug in Abh~ngigkeit vorn Umforrngrad und vorn Werkstoff hohe FIHchenpressungen auf.

Dabei hat der Schrnierstoff natUrlich eine F'Ulle von Aufgaben zu Ubernehmen. Hauptproblern ist dabei das Trennen zur Verrneiding rnetallischen Kontakts zwischen dem Werkzeugstahl und dern WerkstUck und das Schmieren zur Verminderung der Reibung, wodurch die UmformkrHfte und darnit die Werkzeugbelastung geringer werden. Wichtig sind ausserdem Verschliessminderung an den Fliesspresszeugen, DruckbestHndigkeit und die FHhigkeit, die OberflHchenvergrBsserung des WerkstUckes bei der Umformung rnitzumachen ohne abzureissen. Der Einfluss dar l~drodynamischen

Schmierung kann bei der Betrachtung verna.chlHssigt werden. Der Aufsatz gibt einen Uberblick Uber die EinflUsse und Grenzen des Kaltfliesspressens. Nach einer kurzen Darlegung der

theoretischen Modellen werden die Verfahren erlautert. Dabei werden fUr die einzelnen Verfahren die Werkzeugbeanspruchungen und die erreichbaren Umforrngrade angegeben. Als Kriterien fUr die Beurteilung des Schmierstoffes werden Pressekraft und Urnforrngrade herangezogen.

6

=

effektieve rek

~

=

spanning op bepaald vlak

() ~ specifieke (effektieve) spanning

~ := vloeispanning

~ == schuifspanning

lo

schuifspanning in het oppervla.k

C karateristieke of specifieke deformatieweerst~md

P == perskracht

p~ == dimensieloze perskracht

b := breedte proefstaaf

c :=: verhoudingsgetal bij plastische wrijving

f

<t)

== wrijvingscoefficient

h == hoogte proefstaaf

1 lengte proefstaaf n == verstevigingsexponent

Doel van dit experiment eel onderzoek is te komen tot een klassifikatie m.b.t. de smeermiddelkwaliteit van teoh-nisohe smeermiddelen en in werkstuk/smeermiddel kombi-naties.Het onderzoek dient gerioht ie zijn op industriale

toepassing van de resultaten op het gebied van massief omvormen.Dit houdt in,dat ook praktisohe aspekten,zoals aohteraf ontvetten van produkten en het verkregen opper-vlakte kwaliteit bij de interpretatie van de resultaten moeten worden bekeken.

Om tot een praktisoh handteerbaar resultaat te komen,:i.s het allereerst noodza.kelijk een goed inzioht in het verloop van het deformatie-prooes te hebben .. Dit verloop word.t in belanp:-rijke mate bepaald door de wrijving,die op zijn beurt weer afhankelijk is van het gebruikte smeermiddel.

Hiertoe oonoentreert het onderzoek zioh geheel op

deformatie-prooes,omdat hiermee vrij eenvoudig enkele theo~ retisohe modellen op te stellen zijn,die een goed inzicht geven in de wrijvingsversohijnselen en de belangrijkste invloedsfa.ktoren. In een later stadium kunnen eventueel andere deforma.tie-prooessen o.a. het extruderen aan de hand van de hier genoemde resultaten onderzocht worden.

Het eerate gedeelte van het rapport is gewijd Han de plasti-oiteitsleer en de belangrijkste faktoren,die met het (vlakke) deformatie-proces te maken hebben.De proefopstelling en meet-methode zullen evenals de verkregen resultnten met de konklusies in het verloop van het onderzoek uitvoerig aandeoht krijgen. Het rapport vormt geen afgerond geheel,hetgeen binnen een tijds-bestek van drie maanden niet te iseren is,maar is eerder bedoeld als inleiding voor onderzoek,m~t ver-kregen resultaten als uitgangspunt.

De bewerkingen van de mechanische produktie hebben tot doel vorm te geven aan het werkstuk,waardoor het gewenste produkt wordt verkregen.Deze bewerkingen kunnen berusten op:

verwijderen van materiaal vervormen van materiaal toevoegen VB.n rna teriaal verbinden van materiaal

Zij kunnen tot stand gebra.cht worden door mechanische,fysische en chemische processen en doorcombinaties ervan.Gesteld mag worden dat de mechanische processen leiden tot verwijdering van materiaal -de verspanende processen dus- en de mechanisch ver-v01'll.de of niet-verspanende bewerkingen op dezelfde grondslagen berusten en dat in beide gevallen de vormgeving ontstaat 8.113

gevolg van plastische vervorming van het materiaal.ln het geval van de verspaning is het plastisch vervormde materiaal in

hoofd-zaak in de spaan aanwezig en als zodanig een afvalprodukt bij het proces.Bij spaanloze vormgeving is het vervormde materiaal het verlangde produkt.

In de massametaalwarenproduktie heerst de tendens naar toepassing van spaanloze vervorming.Dit om materiaaleconomische redenen en de betrekkelijke eenvoud om in massa te produceren .. lmrners de ge-wenste vorm van het produkt is hier in zijn gehesl in het gsreed-schap (matrijs) gerepresenteerd.

Plastische deformatle is fysisch gezien een niet omkeerba.ar proces, de vormverandering van het materiaal is blijvend en de entropie neemt toe.Zoals bekend wordt het plastisch gebled bereikt ne. dcor-lopen van het elastisch gebied,waarin reversibele deforma.tle

optreedt volgens de relaties van Hooke.Iedere deformatie onder uitwendige belasting bestaat aldus uit een elastische en plas-tische component.r/ordt de belasting weggenome:n,da.n blijft de plastische deformatie over na verdwi,jnen van de elastische com-ponent. In de technische plasticiteitsleer wordt het materiaal meestal beschouwd als een homogeen isotroop medium.Voor het iso-trope homogene medium wordt de hypothese van Huber-Hencky-von Mises

aanv8.B.rd,die stel t dat een materiaal tot plastische vloei komt indien een kritische specifieke (= per volume-eenheid) waarde voor de vormveranderingsarbeid wordt overschreden.Plastische

deformatie wordt gekenmerkt door afschuiving in de kristalroosters, zodat voor deze vorm van deformatie het aanwezig zijn van schuif-spanningen een essenti~le voorwaarde is.

Er is sprake van een hoofdspanning en het vlak waarop deze spanning werkt is een hoofdvlak,indien de spanning geen schuifspannings-componenten in dat vlak heeft. Een hoofdspanning is dus een normaal-spanning een hoofdvlak,waarvoor geldt

cr:: cr.,

en "t ==

Cirkels van Mohr:

T

U' ..

Us,

.,;----U

_{1 ,(J2 en} ( j 3 jn hoofdspanningen

_2. 'l. '), 1.

Volgens von Mises geldt:

2.u

= (%-<r'1.)

+

(G":1-\i'3) + (C1'3-c.Tt)

en algemeen l.ij="

'l.

=

(G"'x-O-a) ....

+

«J"a-<r'Z

)\«(i'"2-1J",)'\b

trx':!'l.

+

T~'Z1

T

L'Z)(~

J

De grootheid

cr

(effektieve spanning) is een skalaire toestands-grootheid voor het materiaal en is een meat voor de specif'ieke

vormveranderingsarbeid bij ver-vorming onder invloed van een algemene ruimtelijke spanningstoestand in het elastisch gebied.Het blijkt, dat uitsluitend het verschil tussen de hoofdspanningen relevant is

v~~r de grootte van de specifieke vormveranderingsarbeid en dus ook

voor het al of niet overgaan naar de plastische toestand.

"lfordt een lijnspanningstoestand (j 2 '" (J 3 :: 0 bezien, zoals di t bij de trekproef het geval is, dan krijgen ,ie voor de plastid tei

ts-y ~~=~~ ~

voorwaarde \J ==

\J

1 ::: \Tv"

Hieruit volgt,dat de ware treksDanning in de proefstaaf representatief is voor de effektieve spanning in een ruimtelijke spanningstoestcmd.

Zolang aldus de toestandsgrootheirl

(f

kleiner is dan de absolute waarde va.n de vloeisnanning,vindt de deformatie in het elstische gebied plaats. vlordt de toestandsgrootheid gelijk aan de modulus van de vloeispanning dan begint plastische vloei op te treden. rrresca is met experimenten tot de konklusie gekomen (tat onafhankeli van de spanningstoestand het materiaal plastisch begint te vloeien, als de grootste optredende schuifspanning gelijk wordt aan een karHk-teristieke waarde behorende bij het desbetreffende materiaal.Deze waarde wordt met een lijnspanningstoestand (trekproef) gemeten.

Gi

₁ heeft bij vloeien een bepaalde waarde == (lv.

Schuifspanningstheorie van Tresca:

"1:' max ==

iG'v

Het plastisch vloeien begint bij iedere spanningstoestand als:

U1 - \/3

\:: max

=

- 2 - - '"

"'t'max lijnsp. ==

i<J

_v

=*

U1 -

(J3 ==

\J

_v

De invariantie van volume in het plastisch gebied,hetgeen inhoudt da.t de deformatiearbeid ui tslui tend wordt opgenomen ala vormver-anderingsarbeid,leidt tot een eenvoudige uitdrukking voor de effektieve deformatie in dat gebied,namelijk;

d&::

V

2/3

(d&~

+

d6~

+

d&~)

De effektieve rek d3 is een skalaire grootheid,die representatief is voor de gedaanteverandering van een volume-elementje,terwijl de invariantie van volume verdeI' voorschrijft:

d41 + db₂ +

db

3 == 0

Levy-von Mises geeft een vorm voor de rek-spanningsrelaties in het plastische gebied volgens:

...1 (

i§.J

I. _ Ci1.

+\h.).

d (

d& (I.' _

Ci~+\i4. \ •

!.JIOt'" (l l \ h ~ \ 02.=

<f""

\j2, 'l. J ,

(Bij lijnspanning

<r:::

\1

1

~

d&1 == dS of

& '"

~

)

Dit als tegenhanger in het plastische gebied van de vergelijkingen vol gens Hooke in het elastische gebied.

db

VOor dA

=

_er

krijgen we :

db!'"

d).(\li-G'2

iG'"J)

d02'" d A (\I'!l. -G'~:(j'l. )

d&"!.= dA(\I:._crd(j'~)

2

Deze vergeli.jkingen beschrijven hoe in zekere spanningstoeBta.nd (0-₁ ,G"2,\I3) ,dua ook bij gegeven waarde van de effektieve spanning (J, ieder van de inorementen van de drie hoofdrekken afgeleid kan worden.

Bij het vlakke deformatie-proces ontstaat de volgende spannings-toestand. Hierbij is de verlenging in de lengte-richting nul

p

De maximale schuifspanning ontstaat in hat xy-vlak en weI onder

o

een hoek van

45 •

Een veel gebruikte term bij het deformatie-proces is de drukberg. Zou er geen wrijving tussen produkt en stempel besta&n, dan ontstond bij een spanning gelijk aan

<r

plastische deformatie van het produkt.

v

Is er weI wrijving,dan is een hogere spanning noodzakelijk om plas-tische vervorming te verkrijgen. Een gedeelte va.n de toegevoegde arbeid is namelijk nodig om de wrijving te overwinnen.

p p

/ /

wrijvingsloos met wri,jving

p

p

Deze verhoogde spanning wordt het drukbergverschi sel genoemd, verder in dit verslag zal hier uitvoerig op ingegaan worden. Het voorgaande geeft in het kort de belangrijkste theorien, die op het gebied van de technische plasticiteit ontwikkeld zijn weer. Deze samenvatting is geenszins volledig, terwijl birmen het kader van mijn afstudeeropdracht de afleidingen van de genoemde formules achterwege zijn gelaten.

Getracht is een zo kort,maar toch overzichteli,ik te presenteren.

Elastische deformatie Plastische def'ormati~

De deformatie treedt bij de kleinste De deformatie treedt op indien de spanning op en is reversibel effektieve spanning de

model-vloeispanning als grenswaarde o'1er-schrijdt en is irreversibel

De deformatie be!nvloed de mate-riaal eigenschappen niet

Deformatie gaat gepaard met ver-andering van volume,uitgedrukt in de compressibiliteit

Deformatie heeft vervormingsver-steviging tot gevolg,d.i. een

verhoging van de vloeigrens volgens Nadai (zie hoofdstuk 5)

De deformatie verloopt bij kOl.1S1 ant volume

Dwarscontractiecoefficient is een Dwarscontr. is een proceskonstante materiaalkonstante en voor aIle materialen V =

t

Er is een verband tussen spanning Er is een verband tussen spanning en rek volgens de relaties van Hooke en incrementele rek volgens de De evenredigheidsfaktor E is een relaties van Levy-von Mises. materiaalkonstante Evenredigheidsfaktor hangt van de

momentane deformatietoestand af. De effektieve spanning wordt

gede-finieerd als:

:t~~::

(Ih

-(jzr

T(~?-(jll)'4

+

((i'3-q-1)'l.

De incrementele specifieke vervor-mingsarbeid wordt gegeven door

dAs "" (i1. dE!. +1J2.db. +G''3 c:lE3

Het bestaat uit volumeveranderings-en vormveranderingsarbeid

Definitie voor effektieve spanning is identiek.De inorementele effek-tieve deformatie wordt beschreven als

dt\

'.1/3

(d&~

+

d6~ +d~~)

De totale effektieve deformatie hangt af van de spanningsweg. Vervormingsarbeid wordt gegeven

door dA = <r:t.

dcSi

'i" G"a d02 T

<:i ...

d~r3 s

De totale vervormingsarbeid hangt van de deformatie-relatie af

De totale specifieke vervormings- Totale arbeid hangt van de defor-arbeid hangt van materiaalkonstanten matie-relatie af.Specifieke spa.nning af.Elasticiteitsmodulus en dwars- en vervormingsversteviging zijn contractiecoeff. zijn materiaalkon- afhankelijk van de

3.

Het deformatie-proces:

================~========

Een van de spaanloze vormgevingsmethoden voor metalen,die concur-reren met de verspanende bewerkingen,is het (koude-) deformatie proces.Deformatie is over het algemeen een bewerking,waarbij het materiaal plastisch vervormd wordt onder een spanningstoestand,die hoofdzakelijk compressief is.Het gevolg is een minimum aan

trek-spanningen in het materiaal. Hierdoor is het mogelijk in een bewerking een zeer grote vervorming te geven,zonder dat het materiaal breekt. De hoofdmeohanismen,die bij plastisohe bewerkingen optreden zijn:

afsohuiving tweelingvorming

1

afschuiving tweelingvorming

De afsohuiving vindt niet in opeenvolgende roostervla~(en plaats, maar in paketten met een dikte van ca. 1~m.

Tweelingvorming is een vorm van homogene deformatie als gevolg VBn proportionele verplaatsing in een reeks opeenvolgende roostervlakken. Tengevolge van de deformatie wordt het kristal in zijn spiegelbeeld getransformeerd.Het optreden van afschuiving of tweelingvorming is sterk afhankelijk van de deformatie-snelheid,terwijl vaak beide te konstateren jn.

Er wordt onderscheid gemaakt in:

bewerkingen door koude vervorming bewerkingen door warme vervorming

Bij de eerete categorie verloopt het proces in zijn geheel beneden de rekristallisatietemperatuur van het metaal.Zoals nog zal blijken, moet in dft geval rekening worden gehouden met het optreden van vervormingsversteviging.De weerstand van het materiaal tegen ver-vorming neemt toe met voortgaande mate van deformatie ..

Bij de tweede categorie verloopt het proces boven de rekri isatie-temperatuur,waarbi.i geen verstevigingseffekten optreden.De deformatie-gre.ad speel t hierbij ook een belangrijke rol.

l~akt££~nzdie h~eformat!~£E£~~_beinvl£~~~~

Het (vlakke) deformatie-proces is in hoofdzaak van de volgende faktoren afhankelijk:

1) Afmetingen,geometrie en oppervlakte-gesteldheid van de stempel 2) Vorm,afmetingen,materiaal en oppervlakte-gesteldheid van het

te deformeren voorwerp 3) Deformatie-snelheid

4) Temperatuur,waarbij de deformatie plaatavindt 5) Deformatiegraad

6) Wrijving en smering 7) Deformatiedruk ad.1 :

De geometrie van de matrijs heeft grote invloed op de perskracht. Om te komen tot een verlaging van de benodigde perskracht,kan de stempel van een hoek voorzien

p

De gedachtengang is als voIgt: Bij het aanbrengen van ean hoek ont-staat een component van de normaalkracht op het werkstuk in de richti!cg van de materiaalstroom. Deze component is tegengesteld gericht aan de

tijdens het vloeien optredende wrijvingskracht.

Omdat de wrijvingskracht in hat werkstukmateriaal de grootte van de hydrostatische spanning bepaalt,zal een component tegengesteld aan de wrijvingsspanning de hydrostatische druk verlagen. Hierdoor zal bij een lagere totale belasting materia.alvloei mogelijk zijn. Een gunstige bijkomstigheid is de geleidelijke aanvang van de be-werking vanwege de toenemende vloeizone rond de punt van de stempel. Daarnaast wordt de richting van de materiaalstroom glIDstig beinvloed. Bij een vlakke stempel bestaat het gevaar,dat het materiaal naar een zijd.e uitvloeit ..

De oppervlakte-gesteldheid (ruwheid) heart vooral invloed op de smering tijdens de deformatie en op de benodigde smeerfilmdikte

om metallisch-kontakt

\

h ruw 1

htoelaatbaar min.> hruw 1 + hruw 2 ad. 2:

Het materiaal en de afmetingen van het te deformeren voorwerp be!nvloeden in grote mate het proces. Zoals later zal blijken,is de verhouding breedte/hoogte erg belangrijk betrekking tot het drukbergverschi jnsel .. OOk de vloeispe,nning, verstevigingsfakto1' en specifieke mate1'iaalkonstante bepalen eveneens het verloop van liet proces. Dit komt bij het opstellen van de theoretische modellen duidelijker naar voren.

De oppervlakte-gesteldheid van het te deformeren produkt in belangrijke mate of e1' metallisch kontakt optresclt .. Ret gevolg is

verhoging van de wrijvingscoefficient en extra slijtage aan de matrijs. Metallisch kontakt is te konstateren,indien na de deformatie het ge-deformeerde oppervlak geheel of gedeeltelijk instert ..

ad.

3:

De deformatiesnelheid bedraagt in het algemeen 0,06-12 lnm/min,o.a. afhankelijk van de vloeispanning van het produktmateriaal en het vermogen van de gebruikte pel's. De invloed van de snelheid is merk-baar door een verandering van de benodigde perskracht in samenhang met de deformatiegraad. Bij langzaam deformeren,kan bij geli.jke kracht een grotere deformatiegraad bereikt worden. Alleen in grens-gevallen is echter een waarneembaar verschil te konstateren.

In het algemeen geldt tevens,hoe hoger de vloeispanning van het produkt,deste geringer wordt de deformatiesnelheid gekozen en om-gekeerd.

ad.

4:

T ussen 200 en 2000C daalt de t re. s er evan e mees ge k t kt d t' b 'rUJ., -kt e mate1'ialen met ongeveer 15%. Vaaral in grensgevallen bereikt men zonder tU8sengloeien door apwarmen tot 150°C een gratere

deformatie-graad,dan bi,j kamertemperatuur. Bij hogere tempernturen kan de stempel aan hardheid verliezen. Ook moet rekeninp: gehouden worden met de invloed van de temperatuur op de smeereigensohappen VDn het

smeermiddel. ad.

5:

Door de deformatie zal de verhouding b/h wijzigen,dit heeft invloed op de drukberg. VerdeI' neemt de smeerfilmdikte tijdens het deformeren af,waardoor de wrijvingsooefficient tijdens het prooes verandert~

Meb

Ten slotte moet I'ekening gehouden wordenvde versteviging van het materiaal bij koude vervorming. Dit wordt in hoofdstuk 5 nader toe-gelicht door de verstevigingsrelatie volgens Nadai.

ad. 6:

Wrijving moet op die plaatsen overwonnen woI'den,waar relatieve bewegingen optreden. De wrijving werkt de beweging steeds tegen en vermindert de effektieve perskracht en daarmee de deformatiegraad. Daarom heeft dit een niet onbelangrijke negatieve oed. De wrijving is afhankelijk van de normaalkracht,die loodreoht op de gli~vlakken werkt en van de wrijvingscoefficient.

Bepalend voor het eerate is de perskraoht en daarmee oak de geometrie van de stempel,voor het laatste de oppervlakte-gesteldheid en de smering.

De grootte van de drukberg wordt mede bepaald en ontstaat door de wrijving tUBsen produkt en stempel. De smering (soort smeermiddel)

speel took een 1'01 betreffende het verkregen oppervlfLk na de deforrnetie.

Als glijla,ag is vooral koper ui tstekend geschikt, tervdjl een fosfaat-laag een goede smeermiddeldrager is. Door het van de

stempel is het mogelijk gebleken,de perskracht met ongeveer

15%

te verminderen,om dezelfde deformatie te realiseren.

Verdunde fosforzuren,die bestanddelen zink.-mangaan of ijzerfosfaat bevatten,geven een poreuze deklaag op het produkt,die ongeveer

13-maal zoveel olie absorbeert ala een onbehandeld vIak .. Het sterk wrijvingsafhankelijke metaalkontakt wordt hierdoor

een makkelijk vervormbare laag ontstaat ..

ad.

7:

WvUT;;;U, terlfijl

druk kan eventueel invloed hebben op de smeereigenschappen vem het gebruikte smeermiddel. Voor de stempel moet een geschikt materiaal gekozen worden (bijv. Styria chroom speciaal) en een juiste warmte-behandeling krijgen om beschadiging in de vorm van breuk of plastische vervorming te voorkomen.

Bij de proefnemingen en de opgestelde theoretische modellen 'fwrdt aIleen gebruik gemaakt van een vlakke stempel. De oppervlakte-gesteldheid van produkt en stempel is verdeI' in de beschouwingen niet verdisconteerd. Ook wordt de deformatiesnelheid en temperatuur konstant verondersteld.

WeI zijn bij de proeven faktoren als smering, deformatiegractd en werkstukmateriaal in acht genomen. Omdit te realiseren is het smeer-middel (wrijvingsfaktor) als parameter gekozen, de funktie van de benodigde perskracht tegen de b/h-verhouding van het

proef-stuk wordt opgetekend. E.e.a. la tel' in de beschri ;iving vem de proefopstelling toegelicht worden.

+ Goede hechting (adhesie)

+ Eigenschappen niet verliezen bij hoge druk

+ Moet vergroting van het werkstukoppervlak kWlnen volgen

+ Goede smeereigenschappen bij bedrijfstemperatuur,hetgeen betekent verlaging wrijvingscosfficient en voorkomen metal-lisch kontakt

+ Makkelijk aan te brengen zijn en goed te verwijderen

+ Mag geen chemische aantasting van werkstuk en gereedsohap ten gevolge hebben

+ Zo goedkoop mogelijk

+ Stabiele kwaliteit m.b .. t. opslag

+ Milieu niet aantasten t.a.v. het afval

Voor smeermiddelen kan de volgende (globcJ.le) indeling gemaakt worden: Smeermiddelen kunnen verdeeld worden naar d.e druk tijdens het persen in lage en hoge druk.

- Voor zeer lage procesdrukken kan men gewone olie gebruiken Bij toenemende eisen moet men organische stoffen, zgn. polair",: eigenschappen hebben,toevoegen. Deze stoffen bestaan uit

keten koolstofatomen,die geen af'finiteit hebben tot de metalen delen en een groep aan het einde van de keten,die zich weI sterk: aan het metaal hecht. De laatste groep zet zich dus vast aan het werkstuk en gereedschap, ter~djl de keten er loodrecht op gaat stna.n"

Hierdoor worden de metalen delen 01' een bepaalde afstand van elkaar gehouden.

De meest gebruikeli,jke stoffen van di t saort zijn:

+ vetzuren en verbindingen van glycerine

+ wassoorten en ze1'en

+ esters van vetzuren

Bij hoge 1'rocesdrukken voldoen ook de stoffen met polaire

schappen niet meer. Om toch een smering te creeren,maakt men gebruik van zgn. "extreme pressureH

(E"P.)

_{middelen. Deze middelen} zorgen voor de scheiding van werkstuk en schap langs

chemische weg mechanische 'flag

Scheiding langs chemische weg:

Deze soorten gaan verbindingen aan met het metaal. Hierdoor ontstaan verbindingen,die vreten voorkomen en zelf makkelijk vervormd worden. Men gebruikt hoofdzakelijk chloor- en zwavelverbindingen en fosfaten. De reakties zijn zeer temperatuur afhankelijk,zodat pas bij bepaalde temperaturen smerende werking optreedt tijdens het vervormingsproceF. Scheiding langs mechanische weg:

Deze middelen houden de metaaldelen van elkaar door een zuivere fysische werking,terwijl ze zelf weer gemakkelijk vervormen. We

dit ala voIgt voorstellen:

r

~ { \\':"< _-.' <~.' '.:7<

_..

.-T';. _,~ ~-< <~'~::-_... .. _~.;:: ~. ,,~, :;:::;:: .. ::;:;;:L _~ zwakke smeermiddel;.<,;r:<.·:,: ..

,:·~:}:\F;·~

vaste > .. »n77jn;r"77>17>'>';»>'~""""",~"'" 7h kunnen metaal

Voorbeelden zijn o.a. grafiet en molybdeensulfide Indeling van de meest gebruikte smeermiddelen: - Minerale olie

bindingen

De gewone dunne machine-olie is geschikt voor gevallen, waarbi,j aan de smering geen hoge eisen worden gesteld en de druk niet hoog op-loopt. De olie heeft geen polaire eigenschappen.

- Gecompoundeerde olie

Hierbij is vette olie aan minerale olie toegevoegd

(5-50%)

afhankelijk van de vereiste polaire eigenschappen.

- Minerale oli~n met zwavel/zwavelverbindingen of zuivere gesulfo-neerde olie

Deze olien hebben chemische E.P. eigenschappen. Bij verhoogde tempe-ratuur wordt zwavel afgesplitst,waardoor sulfiden ontstaan aan hat metaaloppervlak. Boven de 1 heeft zwavel een corrosieve werking, maar de smerende eigenschappen in de zin van het vermi,jden van het metallisch kontakt,wordt beter met verhoogd zl'lavelgehal tee

- Minerale oli~n met chloorverbindingen of zuivere gechloreerde olie Zijn in het algemeen beter geschikt dan voorgenoemde,omdat ze minder corrosieve eigenschappen hebben. Zij zijn zeer geschikt voor bepaalde gelegeerde stalen,maar hebben ook bezwaren bij gewoon staal.

- Zeepoplossingen

Dit zijn geconcentreerde oplossingen van kalium- of natriumzeep,die gemakkelijk in water oplossen. Ze hebben polaire eigenschappen en

geven een Inge wri,ivinp; bi.i Inge drukken,terwijJ con gOEld aaneengesloten smeerfilm wordt verkrogen.

- IIDroge film"- zepen

Doze bestaan meestal uit een zeep en een in water oplosbare mecha-nische E.p.-toevoeging (zoals borax). Dete vervormen delen "l-mrden ondergedompeld in een 10-25% oplossingsbad,dat op ongeveer 900C wordt gehouden. Na het dompelen wordt gedroogd (in de lucht of oven\ en de achterblijvende smeerfilm heeft zeer goede eigenschappen. - Emulgeerbare vet ten met vulstoffen

Voor zwaardere belastingen voegt men aan verbindingen met

50%

glycerine of vetzuren,vulstoffen toe. Deze vulstoffen kunnen o .. a~

grafiet,zinkoxyde en krijt zijn,dus stoffen met mechanisohe E.P. eigenschappen. De smeermiddelen hebben een betere werking dc'.l1 zonlier vulstoffen,doch het verwijderen van de vulstoffen van de produkten

is soms moeilijk. - Vaste smeermiddelen

Hebben goede glij- en smeereigenschappen (bijv. MoS,.."ZnO,grafiet en

c.

polytetra-fluorethyleen). Grafiet heeft de beste thermische en chemische eigenschappen. Wat het drukopname vermogen betreft,staat MoS

2 bovenaan. Met polytetra-fluorethyleen is een zeer lage wrijvings-coefficient te verkrijgen,maar het druk- en temperatuursbereik is relatief gering.

Ui t het scala van bestacmde smeermiddelen werd acm de hand van gegevens uit vroegere proefnemingen een selektie gemaakt. De gekozen smeermiddelen hebben ui teenlopende eigenschappen en zi.jn zowel vast ala vloeibaar. Het is echter weinig zinvol om de voor-en nadelvoor-en ervan uitvoerig te onderzoekvoor-en ,omdat te veel faktorvoor-en hierbij een 1'01 spelen. WeI zullen kenmerkende eigenschappen van

de gebruikte smeermiddelen in de resultaten vermeld l-lOrden .. Getracht is om m .. b.v. de gekozen smeermiddelen een inzicht te verkrijgen in het verloop van het deformatieproces en in hoeverre dit van het smeermiddel afhankelijk is.

In de theorie zijn enkele model 1 en opgesteld.,die een inzicht moeten geven over het verloop en de invloedsfaktoren van het deformatie-proces. De meest gehanteerde modellen zijn:

Coulombse wrijving Plastische wrijving

Principieel verschil tUBsen deze modellen is de benadering van de wrijving. Coulomb gaat ui t van een schuH'spanning in het" oppervlak van het produkt,daarvoor geldt de betrekking: L

f de

wrijvingscoefficient~ ~ l~

~T

f·u

_y

De plastische wrijving verondersteld aan het oupervlak sen konstante schuifspanning ~ = - coT •

o v

Hierbij zijn twae varianten mogelijk,namelijk: IU~

- In het lichaam is T geen fun.1<::tie van y Yo=-c."r~

T

In het lichaam is Teen funktie van y volgens

-r:::=

-y o(~)m voor m=1 krijgen we:

De inwendige krachten en vervorming van het kan t.g.v~

deze schuifspanningen als voIgt voorgesteld worden. is II stH.:kH

verondersteld,zodat we zuivere afschuiving • Indien geen stick, dan krijgen we naast afschuiving ook een rek c.q. stuik vormverandering (zie tek.). Dit zal in de meeste gevallen

Er bestaa.n versohillende oplossingsmethoden om bt,j de wrijvingsgevallen de bijbehorende

+ met globaal evenwicht \) \Jx

d~.

H·L

=

:tTo'

d:t.·

L ~x perskra.cht te I~'\ l ' .. ~

~

~~

"~."~d'

lot

stick waaronder:

<i't + <I~.'1 d'1 + met differentiael vergeli,jIdng voor het evimdcht

';lUx. + uL ::.0 oX "il'il a~

aT

~ il'il .... ~:::o

--.:{'

+ met de arbeidsmethode ' 1 ' 0 _

f~~_~h

~<bl--(j")(+ (f)(,l( dx

Totale arbeid van de stempelverplaatsing is i:jk aan de som van hat liri,jvingsloze stuiken plus de bi,idrage van de Yiri,jving.

De wrijvingssoanning 1:' beinvloed het stulkproces niet.

o

In het navolgende is de oplossingsmethode met het evenwicht 'gehanteerd,voor zowel het coulombse ala plastische wrijvingsmodel.

Theoretisch model voor vlakke stempel en vlakke matri.js: 1~_Coulombse wrilving:

De figuur geeft een momentopname tijdens het stuiken. Aanname: l)')b,zodat in de I-richting de rek nul is (6

1=0).

Evenwicht van de krachten in de

<;Ix·~·t- (\iX+cHIl<\~·t 2·Y·ldx:o x-ri ch ting:

L.---.-::b::....---l

\lx.·n - \'t,.'n-

d\i)(·'h-

l.T dlc"'O

_=>

_{d G")( :: -1. l h} dx

Hri .jvingskracht F ""f· F of 1:' ""f·!J'

w n y

substi tueren: dux.:: -:I..

«(I;

~'I( Deze funktie mogen

Vloeivoorwaarde van we niet integreren,omdHt!J" _y

cr

_y (x) Tresca:

<r

-

G".

::::

\l == konstant -c' max mJ.n v ddz:: 0'" d>' (G"2-

\i~tr':\)

<=>

\lP

~i\j,\

I , \IKilt"~" <ll'loJ( = \1)(.

Tresca word t nu: Irx. -~-'\,. \IV of \I11",q-"+\lv ""7 oIJx"'d\i" O~ :

J

dCi"1 ~

J-:d

s!!. (1'1 h

tn

(1'1 '" -2..

~

x + C

~)

Randvoorwaarde: x=b/2,.:; q-x",O } IJ' x:; U_y +Cl_v 2.1 b vie kri dan: - (Iv::

e-r't . et:

'l.tb '-t

'!:.! (

~

-

x)

\i'1",-~e-;t--1;""x =-\iv.e'" l (Ix::: \l'i +\lv :::: (j" (1-

e~p.{ ~~

L

l-'lCH)

\lx Max::::: (J'1 Mal( + \III

D·l (f" Mal( '=: - \Iv'

e

1\

>

o-\( "'\J

y v

De \I" is niet konstant,maar gedurende het stuikproces een f1..1.nkt:ie

v _ _ n ' h )n

van de deformatie: \I:::

c·o

:::9 \Iv c·Inl volgens Nadai. Bij afnemende hoogte van de te stuiken ,'(wrdt de ~y hoger door koudversteviging. De invloed van de versteviging op de vlaktedruk tussen werkstuk en gereedschap is in veel gevaJlen te verwa,arlozen t.o.v. de invloed van de wrijvingscoefficient f en de schaalfaktor b!h.

Afgezien van de vraag of dit model de werkelijkheid juist weergeeft, is het getal

'r=::f

x b/h een belangrijk kental,waarooor het proces wordt bepaald. U

=

U.

x e~

y v

Resume: T.g.v. de wrijving tussen produkt en stempel ontstaat een drukberg. De grootte van de drukberg wordt bepa£1.1d door de wrijvings-coefficient f en de schaalfaktor b/h. Hierdoor is de benodigde arbeid om een bepaalde deformatie te realiseren groter. De wri.jvingscoefficH§nt kunnen we beinvloeden door een smeermiddel toe te passen.

Berekening van de perskracht P:

Ft. ... bh

P ;: F

f

CI; elF '"

J~"

t

dx

t bl:!. ~"'';\.

P =

:Hiv,{

J

{ei;l(b/~-x)~

dy

=

o

liillen we de verschillende modellen met elkaar ijken,dan is het noodzakelijk de perskracht P dimensieloos te maken .. Dit is mogeli door de werkelijke perskracht te

b

*

P h

fil

p ;::: - - - - ;::: f-( e coul ~ ·l·b b v delen door ~ .l-b. v 1 ) ============~===============

'To = -

c·cr

v waarin: O~ cE 0,5 Evenwicht in x-richting: (h.·n·~ - (\ix

+

d\lx )h'~ - ~

To'

dx'~ =0 - } -

_{dX -}

d~~ h .,... 2. 10:::: 0 dUx·h :::: '4c,u" dx

(Ix -= ~'

Uv'

x

+ kON:.t.

Randvoorwaarde: x:b/2 [=0

x Tresca: r7' -lJ V - l." \J max - G' min

~c b h 0: h

!J"

"a; +

K

=') \<" -h' ,.~ ':tc b ~:: h '4.)( - h

"\Iv

( loX-b) \I'll -:: (:-(lv

- r

<lv :::

(f X -1J'i ¢=)

U'1 '"

<lx - <lv

(

b-~)() G'i ';::

uv

-1

-c

~

+ G""lto

Voor de perskracht krijgen we:

b/~ b/~

"

o

\i :: 2,1'

v v

P

=

z{fo;dx=.

-2(\ivf(1+c..b-h~)C)dx

=

-b·fG:CL+i·~~

o 0

============~============

Uxo event. +

-\lv

In grafiek I en II zijn de coulombse en plastische wrijvingsmodellen weergegeven. Opvallend hierbij is de sterke toename van de

bij grotere wrijvingscoefficienten (f=0,4) voor sti,igende b/h-verhouding in het model opgesteld naar Coulomb.

O.a. bij het extruderen komen kenmerken,zoals hier beschreven naar

v~rene Het is dan ook voor veel andere gevallen zinvol enig inzicht

te veI'kri,jgen naar de gedragingen van de wri,jving gedurende het ver-loop van de deformatie.

In onderstaande figuur is een schematische'treergave een theoretische benadering van het extruderen. Omciet

voor

t buiten

het kader ve.n de opdracht va.l t, zal hierop niet verder ingega13.n worden. Het extrucie-proces wordt hierbij in

~:::'O,20 \5

... b/h

\ "20 f\) o I

?'i' "t:I;:t H H II ••

....

"t:I ,':O,~O

...

+ \b Ul

--

c+ 1\)1 ()

....

W ~ Q ::rIo" ::r " - ' _{(".:: 0,"30}

---

~---.---=~

---

---_ ---_ ---_ ---_ .:=O\\) • i $" - - - + - - + - - - - -~ \O--~~--~~--·

...

II"

c~o I 1$

De materiaalkonstcmten C en n verschaffen een Inzicht in het te verwachten gedrag van het materiaal onder invloed van plastische bewerkingen. De technologische trekproef wordt uitgevoerd m.b.v. proefstaafjes,waaraan geen bijzondere geometrische (genormaliseerde) eisen gesteld worden. Aangenomen wordt,dat in het plastisch gebied het volume van het proefobjekt invariant is.

Langs deze weg kan voor het proefmateriaa.l het verbend tussen de rek en de snanning worden bepaald,waarbij voor de meeste metalen een uitkomst wordt verkregen,die in zeer goede benadering volgens Nadai kan worden beschreven door: n

(j' =

c·J

Deze uitdrukking wordt de deformatievergelijking voor hat materiaal in lijnspanning genoemd. In hoofdstuk 2 hebban we gezien,da,t de ware trekspanning in de proefstaaf representatief is voor de effektieve spanning in een ruimtelijke spanningstoestand. 'revens is in lLin-spanningstoestand de rek representatief voor de deformatie .. Hierdoor mogen we dus schrijven:

(f

C

--' - - - ! - - - - -K

Blijkbaar is C de spanning behorend bij de rek is =1 en 1'lOrdt daarom karakteristieke deformatieweerstand genoemd. De grootheid n heet de verstevigingsexponent,omdat hij aangeeft in welke mate de spanning met de rek toeneemt.

De trekproeven werden ui tgevoerd op een "Hounsfield-Tensometer'l • Tijdens de proef wordt meerdere malen trekstripbreedte en dikte en momentane trekkrr,wht gemeten. Ui t de aldua trekkre,ch ten en bijbehorende doorsneden,kan een reeks spanningen en bijbehorende natuurlijke rekken berekend worden volgenj:

(f;:: ~ = __ F_ en

& ""

In . 0

A h x b

h x b

a 0

Vervolgens worden op dubbel logaritmische schalen de rek.1<en en

getx'okken worden .. De nummerieke waarde voor de verstevigings-exponent n is nu de tangens van de hoek,welke de verkregen rechte maakt met de abcis.

De karakteristieke deformatieweersta.nd C is de spanning

?f

bij een (fiktieve) rek ~ van 1.

In grafiek III is de verkregen jn voor aluminium weergegeven. Daarbij geldt voor C=282 N/mm2 en n=0,057. De lage waarde voor n betekent,dat het materiaal onder invloed van koude plastiscbe ver-vorming weinig verstevigd. Volgens grafiek IV kriJgen vre voor kMs dat C=950 N/mm2 en n=0,29. Di t materiaal verstevigt dns aam:ienlijk meer dan aluminium. In eerste instantie zullen de proeven dan ook met aluminium uitgevoerd worden,zodat de versteviging nagenoeg te verwaarlozen is.

i\

I '

I

i \J

.b ....

Graf'iek III : Aluminium

C '" 282 N/mm2 n '" 0,057

...

0

I

q ;} J .,) 0

~

I \

I \

\

\

I l " , " ' -Grafiek IV : kMs

58

c =

950 N/mm

2

n ;: 0,29

6. Experimenten:

==============~=

Doel van dit onderzoek is mede de waarde va.n de theoretisch opgestelde modellen te bepalen. Dit betekent,het onderzoeken in hoeverre bepaalde theoretische aa.nname's of voorspellingen ,juist blijken te zijn. Vooral de wrijving tijdens het verloop van het proces en de invloedsfaktoren krijgen aandacht. De wrijving is de deformatie een vrij onbekende grootheid.

am de waarde van de theoretische modellen te kunnen bepalen,werd €len geschikt praktisch model ontwikkeld. Hierbij moet aan enkele randvoorwaarden voldaan worden o.a. een vlakke bovenstempel en de verlenging in de lengte-richting moet (praktisch) nul zijn. Om dit te realiseren werden de volgende stadia doorlopen:

1- De proefstaaf komt tussen twee vlakke stempels te naar aIle richtingen deformeren.

en kan

Bij de theoretische modellen wordt &1==0 veronderst.eld. am di t te bereiken werd de lengte

»

breedte gekozen. Een materiaaldeel tje prefereert de kortere weg boven de langere. Tijdens €len serie proef-nemingen werd het volgende gekonstateerd:

De konditie lengte7>breedte is niet alti,jd mogelijk,terwijl

0"

1 steeds relatief groot was.

Na de deformatie was de breedte grillig van vorm,zodat de faktor b/h moeilijk bepaald kon worden.

De dikte over de proefstaven was 1'1a deformatie niet i.jk,hetgeen tot grote onnauwkeurigheden leidde .. Dit ontstond t.g.v. vervorming van de bovenstempel.

2- Er wordt gebruik gemaakt van €len reeds bestaande onder- en bovenstempel. Het te 'Persen materiaal is in lengterichting zodanig opgesloten, dat aIleen mfJ.teria.a,lverpla.a tsing in breedte-richting mogelijk is.

deformatie vloeit het materiaal onder de stempel vandaan.

Hierbij ontsta,an allerlei nevenverschijnselen o.a. buiging van de proefstaaf ..

3-

De onderstempel is gelijk,alleen de bovenstempel is gewijzigd. Deze heeft nu een breedte van ongeveer 80 mm. Het resultaat is,dat hat mat~ tussen onder- en bovanstempel opgesloten blijft.

'is

Met deze stempel kunnen proefstaafjes van

75

mm lengte en verschilIende breedte en/Of dikte gedeformeerd worden.

We hebben nu een praktisch model,dat aan de randvoorwaarden voldoet, waardoor het mogeliJk is de theorie aan de werkeli,jkheicl te toetsen. Er bestaan nog kleine afwijkingen,zoals de wrijving tussen stempel en de zijkanten van de proefstaaf (zie tek.). Deze invloed is echter minimaal,zodat ze verder verwaarloosd wordt.

l' Bovenaanzicht

1 - ---

_{1 - - - 1}

Het ligt in de bedoeling om de (dimensieloze) perskracht uit te zetten tegen de b/h-verhouding,evenals bij de theoretische modellen gebeurd is. Hierdoor is het mogelijk tot een ijking te komen .. De proeven zullen met verschillende afmetingen van de -proefstaven 'uitgevoerd worden,terwijl de maximale perskracht steeds 200 ton

bedraagt. Ook zullen verschillende smeermiddelen en eventueel mate-rialen gebruikt worden. Bij gebruik van verschillende smeermiddelen~

ontstaan grafieken met de wrijvingsfaktor ala parameter. Dit geeft een indikatie over de eigenschappen van het betreffende smeermiddel eventueel in kombinatie met een bepaald produktmateriaal.

De voor de proeven gebruikte hydraulische pel'S heeft een maxima.le perskracht van 250 ton. Het is mogelijk een kracht-weg diagram op te laten tekenen. Om enig inzicht te krijgen in het ver.loop van het proces,is bij de ui tvoering van de proeven gebruik gemaakt VB.n deze schrijver. Voor de bediening van de pel'S verwijs ik naar de bijbe-horende handleiding en wil hierbij volstaan met een principe tekening van de installatie: PER~KRAC.HT

8 __ _

! ~ctH\ 'JVE:R : - - I

f-...ii--~

\__

]il

TROMMf:L

Merk: AVERY type 7112 eCG

De elasticiteit van de pel'S wordt oak steeds door de Bchrijver gere-gistreerd. Het is daarom noodzakelijk de opgetekende grafieken te corrigeren volgens onderstaande tabel .. Deze tabel is verkregen door meting van de elasticiteit van de pel'S m.b.v .. de schrijver (zie

bijlage I) bij oplopende belasting. De overbrengingsverhouding VEin de

stempelverplaatsing naar de schri,jftrommel moet hiervoor bekend zi

-.-perskracht

.

.

20 40 60 80 100 120 140 _{160 180 200 iton}

elast.pers : 0,298 0,372 0,445 0,520 0,590 0,656 0,718 0,78 0,85 0,895

-De dikte van de smeerfilm en de afname ervan t.g.v. de deformatie

wordt verdeI' niet in rekening gebracht,daar daze gering is ten opzichte van de dikte-afname van het proefstuk.

6.2 Meetmethode:

Ten gevolge van de perskracht zal de proefstaaf pJastisch deformeren. De dikte afname wordt met de bi,jbehorende perskracht geregistreerd. Tijdens de deformatie zal de b/h-verhouding kontinu veranderen. plastische vervorming is het volume invariant,zodat het mogelijk is aan de hand van de opgetekende grafiek op elk moment de b/h-verhoudin/ uit te rekenen.

De totale deformatie wordt nu in stappen bekeken,beginnende bij 20 ton en met steeds 20 ton oplopend tot 200.. We kunnen ons dat als voIgt voorstellen:

r- -

-r,' -

-rt+t

r -I o

De deformatie verloopt kontinu,maar zal in tien stappen geanalyseerd worden. Bijlage I toont een door de pel'S opgetekende grafiek. De verplaatsing van de stempel is,indien de overbrengingverhouding bekend verondersteld,te berekenen. EVenals de momentane breedte t.g.v. de volume invariantie. WeI moet,zoals gezegd,rekening worden gehouden met de elasticiteit van de pel's.

Door de werkelijke perskracht te delen door de (",konstant en momentane breedte van de proefstaaf en de vloeisparming van hat materiaal,wordt de dimensieloze perskracht gevonden.

Voor het geheel is een eenvoudig komputerprogramma opgesteld, zoal:,:' bijlage II laat zien. De overbrengingsverhouding van de schri.jftrommel wordt bepaald aan de hand van de dikte-vermindering van de proefstaaf en de totale uitslag van de schrijver minus de elasticiteit van de pel'S bij de maximale belasting. Met dit gegeven worden de tussen-liggende stappen berekend. M.b.v. de door de komputer gemaakte berekeningen,kunnen de gra,fieken van de dimensieloze perskrach t

Voor het uitvoeren van de proeven zijn staafjes nodig met een lengte van

75

mm,een maximale dikte van

7

mm en een minimale breedte van 10 mm. Dit in verband met de afmetingen van de onder- en bovenstempel. am enig inzicht te hebben in de versteviging van hat materiaal tijden3 de deformatie moeten de C en n waarden bekend (zie hoofdstuk ). Tevens de vloeispanning voor het dimensieloos maken van de perskracht. Aan de hand van gegevens uit vroegere onderzoekingen,werden de

volgende smeermiddelen gekozen: deluxol calibrating oil 10 molykote Kli' 50

schapevet

Ipro L 34 Mavom -

plast~-foellie

ontvet

De eigenschappen van deze smeermiddelen lopen sterk uiteen en er is zowel voor vloeibare,vaste smeermiddelen als vetten gekozen.

De vlerkwij ze bi j de proefnemingen is als voIgt:

De boven- en onderstempel worden evenals het proefstu~ ontvet. Hierna wordt het proefstuk al of niet van een smeermiddel voorzien. Voor het bedienen van de hydraulische pers,vervTijs ik nae.r de hand-leiding. De maximale perskracht bedraagt 200 ton, dens de deformatie wordt door de schrijver een kracht-weg'kromme

Door de oplopende belasting en de oppervlakte-vergroting zullen de smeerkondities veranderen. am dit gedeeltelijk te ondervangen is een serie proefnemingen ui tgevoerd, waarbij om de 20 ton een niem,e smeer:film wordt aangebracht,na eerst ontvet te hebben.

De resultaten van de genoemde experiment en zijn in hat volgende hoo:fdstuk weergegeven.

6.4

Meetresultatens

===================

Proefno. afmeting uiteind.dikte materiaal smeermiddel

-1 2 3 4

5

6 7 8*

9*

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20+ 5x25,2 5x39,3 5x20 5x20,9 5x20,3 5x10,3 5x40 5x20 5x20 5x20 5x20,1 5x20 5x20,2 5x20,1 5x10,2 5x1 0, 1 5x10,1 5x20,1 5x10 5x20,4 3,2 mID 3,7 3,5 2,6 2,65 1,95

4,6

3,55 3,4 3,4 3,15 3,0

3,0

2,9 2,3 2,25 2,35

2,7

1,95

1,64

Aluminium: C kMs

58

:

G 282 N/mm2 2

=

950 N/mm aluminium aluminium aluminitun aluminium aluminium aluminium messing messing messing staal aluminium aluminium aluminium aluminium aluminium aluminium aluminium aluminium aluminium aluminium molykote molykote oal"oil 10 molykote molykote molykote Ipro L34 molykote molykote molykote ontvet Ipro L34 sohapeve't plastic ontvet Ipro L34 oal.oil 10 molykote molykote molykote n

=

0,057 n 0,29 2 {l. :::: 200 N/ mm v 2 \Iv '" 400 N/mm Van deze proeven is steeds een kracht-weg kromma opgetekend

door de sohrijver. We hebben gezien,dat m.b .. v .. daze krommen de dimensieloze perskraoht en de b!h-verhoudingen zijn te berekenen.

In de bijlagen zijn echter niet aIle opgetekende en berekende grafieken weergegeven,maar beperkt zich tot de meest relevante. Het proefnummer is steeds vermeld,zodat de afmeting,materiaal, uiteindelijke dikte en het gebruikte smeerrniddel middels boven-staande tabel opgezooht kan worden.

Q:pI!!..et.k:!:.ng,ell.:

*)

Het was niet mogelijk de perskracht tot 200 ton op te voeren, daar het materiaal (kMs 58) voortijdig aan de kanten onder een

o

hoek van

45

afschoof. _Mohr:

Uit de cirkels van Mohr :den we,dat de maximale schuifspanning onder een hoek van

45

0 in het xy-vlak optreedt. Bijlage IX toont de maximale perskracht en bijlage X het verloop van de deformat:Le ..

+)

Het smeermiddel werd om de 20 ton opnieuw aangebracht,na eerSt

ontvet te hebben,om de smering zo optimaal mogelijk ta houden. De deformatie tot 200 ton werd dus in tien fasen uitgevoerd. In bijlage VII en VIII is dit weergegeven.

!e.,!! ,!a,!!zie.,!! 'y:a.,!! het j!r,!kj,i..!,oh E!0!!el:

Het gehanteerde praktisoh model voldoet uitstekend,de verkregen resultaten kunnen reohtstreeks vergeleken worden met de opgestelde theoretisohe modellen.

De proefmodellen zijn vergeleken aan de hand van de dimensieloze perskraoht tegen de b/h-verhouding. Hiervoor kunnen eveneens andere normen gehanteerd worden, zoals de hoeveelheid verplaatst materiaal bij versohillende smeermiddelen. Eventueel kan de invloed van het produktmateriaal en afmeting van het proefstuk onderzooht worden. Naast reohthoekige is het ook mogelijk soort geli,jke proeven ui t te voeren met ronde of vierkente proefstaven. WeI moet hiervoor een gesohikte stempel gebruikt worden.

T.'!_'y:._d.! ..!,m.!e£middele.!!:

De gebruikte smeermiddelen waren gekozen san de hand van gegevens uit vroegere onderzoekingen. Dit assortiment voldoet,daar smeer-middelen met uiteenlopende eigensohappen vertegenwoordigd zijn. Van de afzonderlijke smeermiddelen kan het volgende opgemerkt worden:

- Deoal. oil 1 0

Zeer dun vloeibaar,heeft geen smerende eigenschappen,waardoor de deformaties gering zijn. WeI wordt een glanzend oppervlak verkregen. De resultaten van deze olie was zelfs sleohter dan wanneer gesn

smeermiddel gebruikt werd. - Plastic

Is makkelijk aan te brengen en te verwijderen.Bi.j dit soort proefnemingen minder gesohikt,daar het plastic steeds aan de randen van het proefstuk afscheurt en de oppervlakte-vergroting niet voIgt. Hierdoor ontstaat nauwelijks enig inzicht in de smeer-eigensohappen van het plastic.

- Ipro L34:

Uitstekende smeereigensohappen en een redelijk ouperiflak. Is vrij moeilijk te verwijderen,omdat het gedeeltelijk in het oppervlakte gedrukt wordt.

- Sohapevet:

Moeilijk aan te brengen en matige smeerkwaliteit. Ontstaat aan de randen een glanzend oppervlak t.g.v. metallisoh kontRkt. - Molykote:

Uitstekende smeereigensohappen, waardoor de grootste deformaties te realiseren zijn. Op een gegeven moment wordt de oppervlakte-vergroting door het smeermiddel niet meer gevolgd en ontstaet aan de randen metallisoh kontakt (glanzend oppervlak). De molykote is eveneens moeilijk te verwijderen,omdat het door de hydrostatische druk in het materiaal geperst wordt.

smeermiddel

{~

wordt opgesloten ~

glimmend opp. metall. !contad CJof oppervlak

De meeste smeermiddelen kunnen de oppervlakte-vergroting niet

volgen en worden door de hydrostatisohe druk in het metaal gedrukt. Dit is door het onderstaande type stempel op te vangen. De onder-en bovonder-enstempel hebbonder-en beide de afmetingonder-en van de proefstavonder-en, het materiaal is in de lengte-richting opgesloten.

Ll

Aan de hand van de verkregen resultaten,kan voor sohappen de volgende staat gemetakt worden:

sleohtste

d

smeereigen-beste decal.oil - ontvet - schapevet - Ipro L34 - plastic - molykote De meeste proeven zijn met molykote uitgevoerd,andere smeermiddelen zijn sleohts een of twee keer toeeepast. Het is dan ook voorbarig om deze volgorde voor algemeen aan te nemen,wel geeft het een globale indikatie.

T.2:..':::. _

h~t_pro..!!uktma..!.e.£i1!al t

De proeven werden bijna allemaal met aluminium uitgevoerd. Voor--deel is, dat aluminium onder koude deformatie nauwelijks verstevigt en goed vervormbaar is, zodat met de gebruikte pers grote deformaties mogelijk zijn. In een later stadium kunnen eventueel andere materialen gekozen worden, waarbij opgemerkt dient te worden dat o.a. kMs

58

minder geschikt is (zie hoofdstuk 6.4).

De proefstaven waren steeds

5

mm dik, terwijl de breedte varieerde. Het is nuttig om voor dezelfde b/h-verhouding,verschillende afmetingen te nemen bijvoorbeeld 3x15 en 5x25 mm.

1..2:..,:::. _

d~ be.!eke.!!d~ u.afielseE:.:

De met aluminium uitgevoerde proefnemingen kunnen in drie groepen verdeeld worden:

- Proef 1,2,4 en 6 (zie bijlage III)

De afmetingen van de proefstaven varieren,terwijl als smeermiddel steeds molykote is gebruikt.

Het begin van de grafieken is afhankelijk van de b/h-verhouding, om dit te voorkomen is in bijlage IV de deformatiegraad (ho/h) tegen de perskracht uitgezet. We zien,dat de hoeken die de lijnen met de abeis maken niet gelijk zijn. Dit betekent,dat de afrnetingen van het proef-stuk mede bepalend zijn voor het verloop van het deformatie-proees. - Proef 11,12,13,14 en 18 (zie bijlage V)

De afmetingen van de proefstaven zijn gelijk nml. 5x20 mm,alleen is steeds een ander smeermiddel gebruikt. Uit de grafieken komt de invloed van het smeermiddel op de deformatie naar voren. Hoe kleiner de hoek, die de lijn met de abeis maakt,deste beter de smeer-eigensehappen.

- Proef 15,16,17 en 19 (zie bijlage VI)

De afmetingen van de proefstaven bedraagt 5x10 mm, terwijl het smeermiddel varieert. Hier zien we weer de versehillen in de smeermiddelkwaliteit.

Gaan we deze li,jnen vergelijken met de voorgaande serie proef-nemingen,dan blijkt weer de invloed van de afmeting van het proefstuk op het resultaat.

Om de smering zo optimaal mogelijk te houden,is bij proef 20 het smeermiddel om de 20 ton opnieuw aangebraeht. De deformatie tot 200 ton werd dus in tien fasan uitgevoerd. In bijlage VII en VIII is dit weergegeven.

We zien een veel grotere deformatie en vooral bij grotere b/h-verhoudingen een kleine hoek met de abeis. Hieruit volgt,dat

tijdens de deformatie van de voorgaande proeven ten gevolge van de oppervlakte-vergroting en in mindere mate de oplopende

pers-kraoht, de smeereigensohappen van het smeermiddel sterk terug zijn gelopen. Verder was het metallisoh kontakt bij daze proef tot een mi.nimum

beperkt.

Bijlage IX en X toont tenslotte enkele resultaten van proeven,die met messing en staal uitgevoerd zijn. De deformaties

gering,terwijl de versteviging een rol gaat spelen$ T.!! • .:!. _ de J.heo£et 1 !!!,ehe _ m..2,delle,!!:

jn r:llechts

De ui t de proeven berekende lijnen z:l.Jn nagenoeg recht. Het coulombse wrijvingsmodel geeft geheel andere krommen (z1e grafiek I), terwijl het plastisch wrijvingsmodel ook rechte lijnen (zie grafiek II) geeft. Van deze twae modellen voldoet het plastisoh model dan ook het beste. Dit betekent niet,dat een nauwkeurige benadering is gevonden. De afwijkingen van het theoretische t.o.v. het praktische model zijn groot,opvallend daarbij is dat:

De berekende lijnen ongevear tussen het Coulombse en plastisch model inliggen. Een combinatie van beide is als meest ideale oplossing niet uitgesloten.

Het verloop afhankelijk is van de wrijving (gebruikte smeer-middel) en afmeting van het proefstuk. Door het verplaatste materiaal als maatstaf te hanteren i.p.v. de o/h-verhouding, ontstaat hierin missohien maar inzioht. WeI kan nu gezegd worden, dat bij hetzelfde smaarmiddel de hoek met de abcis kleiner wordt, indian van een grotere b/h-verhouding uitgegaan wordt.

Het materia.al steeds bij dazelfde dimensieloze perskracht (::::::: 1, ) begint te vloeian. Waarschijnlijk is de \lv van aluminium te lasg ganomen (200 N/mm2), zodat de vloei bij P*= 1 (wrijvingsloze geval) zou moeten beginnen.

'--_--L _ _ _ _ _ b/n theoretisch / '

/

/" praktisch

We zien di t eveneens bi.i het staal en messing(Bi.jlage X).

Er is trouwens pas wrijving ala er relatieve beweging optreedt, dit verklaart waarom het vloeien bij het wrijvingsloze geval begint. Het dimensieloos makan van de perskracht door deling met 1·b·C\ ,

v

1) Grondslagen van de mechanische technologie Technische Plasticiteitsleer

Prof.dr. P.G. Veenstra

T.H.-Eindhoven dictaatnr. 4.406 2} Contactverschijnselen filmsmering

Prof.ir. J.van Vollenhoven T.H.-Eindhoven dictaatnr. 419 3) Kalteinsenken Teil 1+11

Sack

&

Kiesselbach Maschinenfabrik G.M.B.H. 4 DUsseldorf-Rath,Postfach 330346

4) Festsohmierstoffe fUr das Kaltfliessp'ressen von Stahl 1ndustrie-Anzeiger 93 Jg. Hr. 66 vom 10.8.1971

Dip'l.1ng. H.Vetter,Ulm

200 18 19 180 160 140

\

120 100

\

I 80

\

60 40 20 ton .-

1 1 :J 11 , 1 :') f , ' J , Ii I I ,I r ) l , r i 1

';

,~(

, - '. ) Ie" - )

, )

,( ; ) I , ) :~ ; \ - ( ( J ) - i; ( , ) ) " (' . ) ) ,~ ( ; ( I. ) .~ l

,.

e

) ) \ i f _,r

"

" ) ,

I, ,

'Jf I . 1,. • I , 1.,. 1 1

.

; . ~, / ',> ( ,1) ~ If ( : ) ( , ) ') I , 1 j j I, .. ,

.

" 1. ' " "" , If "l • f , I ( • , ", ) )

"

( I ) " " , _• : '7 "

,.

• ' !

"

1, , i ) " I , 1 J

"

I

.

, 1

,

.,~

"

'\

.

.

•

'" ,

.

:

PI :.:

~,C> i,S

,/j

/ '

t

t , '1

s

3 i:,

- - -... b/h

s,v

r'

'-I " ,~ 1.,::; . -S,'"

..

. ",:> • 2,0

J

15-1,<> "It

0"1

I

1

1. _{',1 I,S. lit} l i t \ _I"

_'""

;,5.

~'

I

.'V

r

~,~

t

2.V.~

18

I

l'i

... bih

- - - -

.... b/h

,

\ '.

i

200 ton

i

~ i 180 I

!

I

i

I

i

I

_I

160

I

I

I

_!

i

I

20

I

I

i

_I

140 I i

i

I

\

I

I I j

i

_I

120 I I

I

I I !

I

I

I

I

_I

I

I

I

I

\

_\

100 i

}

I

\ I I

,

I

I

I

\

1

I

80 I

t

\ ! I 1

!

, I

I

1 i

I

!

I

I

I

60 ,

I

\

\

i

1

!

I

I

,

I

I \ ! I "

I

I

I

_I

I

\ i ! j

I

1 140 i

I

!

_i I I

I

\

i

I

!

! ! I

I

₁ i l

I

\

\

1 I I \

\

!

i

I I

\

\

1 \

t

, 1 i ! ! \ ,

\

1 ' , I

St •• pelverPlaatsil1i:."Mrbi,i oro d. 20 ton het ameerroiddel Opnieuw

I, 4,O I " -f i 1

,

'I ~~ _{~ ~ "~ \ l} I 1'-1 ~ i ~ \

-

f:;'

..

_'"

It.,

a 20

PI ::

I V '-i,S '"1., 'i+

I

IS

!

~

lr'

_I

I

,) I

:~­

r

I

I i - - - b/h I b 20 ":>\ I \ I I

!,

\ \ -.:;: "t;; 'l.'-t l\ ~L _~1

-sr

~." ~t"

200 ton

180

160

140