Enige technologische aspekten van het ponsproces

Enige technologische aspekten van het ponsproces

Citation for published version (APA):

Veenstra, P. C., Smit, J., & Ramaekers, J. A. H. (1973). Enige technologische aspekten van het ponsproces.

Metaalbewerking, 38(15), 325-332.

Document status and date:

Gepubliceerd: 01/01/1973

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.

WT 0286

Technische Hogeschool

Eindhoven

afdeling der

werktuigbouwkunde

rapport

van de laboratoria

voor produktietechniek

WT -RAPPORT No. 0286

Enige technologische aspekten

van het ponsproces

Enige technologische asp kten van het ponsproces

prof. dr. P. C. Veenstra, dr.

J.

Smit en dr. ir.

J.

A. H. Ramaekers

Secti!) werkplaatstechniek T.H. Eindhoven.

Uitgaande van de kennis en de inzichten

die een algemene theorie van het

pons-proces verschaft

l

wordt besproken van

wel-ke belangrijwel-ke invloed die

materiaaleigen-schappen zijn

l

die het verstevigende gedrag

van dat materiaal tijdens deformatie

be-schrijven.

Aangeduid wordt de samenhang met het

optreden van scheurvorming, de grootte

van de snijspleet en uiteindelijk met de

produktkwaliteit.

Aandacht wordt gegeven aan de interactie

tussen de aard van het materiaal en de pers

die in het proces wordt toegepast.

1 Inleiding

In een vorig ortikel* [1] is beschreven hoe de pons-kromme theoretisch berekend kan worden. Men goat daorbij uit van een vergelijking die het materiaalge-drag onder verstevigende deformotie beschriift, en verder betrekt men de procesgeometrie in de bereke-ning.

De theoretische beschouwingen bieden niet aileen in-zieht in het verloop van de ponskromme. De verkregen kennis schept ook de mogelijkheid diverse andere aspecten van het ponsproces beter fe doorzien. De beschrijvingen die in dit artikel oan het ponsen van een cilindervormig produkl gewijd zijn, zijn in princi-pe ook van foepossing op andere snijdende bewerkin-gen, zoals het knippen van plaat en het afkonten van staven.

2 De vervormingen bij het ponsproces

Om fe kunnen begrijpen welke invloed de verschillende focloren, zoals snijspleet en materiaaleigenschappen, op het verloop en het resultaa! van het ponsproces hebben, moelen we eers! het 'normale' pansen bekijken. Figuur 1

is

een schemotische weergave van een nOf-maal geponst rand got.

Bij het inlopen van de snijder op de plaat treedt eerst een combinatie van een drietal vervormingsprocessen op: de strip en de dop worden gebogen, afgerond aan de rand en het materiaal in de snijzone verloont een begin van afschuiving (figuur

2).

Bij het inlopen van de snijder wordt het materioal eerst elastisch gedeformeerd en loopt de kracht steil op.

Onder invloed van de stijgende pons kracht, wordt het

• Zie Metaalbewerking, Jrg. 3B, no. 9, 19 oktober 1972, pag. 189 e.Y.

Jrg. 38 No. 15 11 januari 1973

plaafmateriaal ofhonkelijk van de groolte van de snijspleel u (figuur 3) min of meer sterk gebagen. Om de of ron ding en aan de strip en de dop te kunnen verklaren is het nodig de spanningsverdeling in het materiaal nader te beschouwen (zie figuur

4).

De ponskracht geeft geen regelmatige spanningsverde-ling onder de stempel. Er is een spanningspiek can de snijranden. Ook het stripmateriaal dot zich vlak naast de sniider bevindt ondervindt nog - een snel uitdem-pende - drukspanning. Het materiaal in een sma lIe ringvormige zone tussen de snijranden van de snijder

I

snijder

I

_I

Fig. 1. De vervormings- en breukzones bij een 00111001 gapons! produkt.

1. h •• of ron ding yon strip en dop 2. h •. ofschuif- of sniizone 3. hbr. breukzone

4. hr . de hoagIe van de broom

" • buiging van de strip

Fig. 2. De gecombineerde vervormingsprocessen bii het inlopen von de sn'ider

-solider

ofrooding v.d. strip

I

en de snijplaa! word! gestuikt. Wegens de spannings-verdeling ontslaan de afronciingen, h aan Slrll) en dop (figuur 1). In figuur 4 is in

d~

snijzone' €len gestuikt blokje materiaal weergegeven.

Er

vlaei! mate-riaal in radiale richting. Dil betaken! dot de strip breder moet worden, hetgeen door Kramer inderdaad gemeten is [17] Bij het ponsen van €len rand got moel de dop dan dikker worden, iets dot bij de €ligen experimen!€ln g€lconstateerd is.

De dTie vervormingen - buigen, stuiken en afschuiven

-~ vinden plaats onder invloed van dezelfde belosting, de ponskracht Fp , en leveren aile een bijdrage aan de stempelverploatsing, s. Uit globale theorelische be-schouwingen von het ponsproces [1

J

voigt dot de ofschuifdeformaties het proces primoir bepalen, lerwii l het stuiken en buigen van het materiaal (ongewenste) bijverschijnselen ziin.

Bij een gegeven stempelweg, s, loopt de benodigde kracht VOor verdergaande stuik- en buigvervorrning zo steil op dot deze processen, vergeleken met het ofschuifproces, praktisch geen bijdroge meer leveren aan de verdergaande deformotie.

Nadal de of ron ding, hal ontstaan is, ontstaat de snijzone, h,. Tiidens daze fase wordt het materioal nog enigszins g8stuikl, maar deze vervorming heeft geen merkbare invloed maar op de uiteindelijke vorm von hat door ponsen verkregen oppervlak. Hoever precies het buig- en stuikproces zich voortzet is moeilijk Ie berekenen doar hierop zaer veel

fact~ren,

gereedschapsgeometrie, blank- en produktvorm en mo-teriaaleigenschappen, van invlaed zijn.

Als het materiaal een bepoalde vervormingsgrood be-reikt heeft, treedt er scheurvorming op. Het moment, waarop en de plaats woar deze scheurvorming begint is ofhankeliik van de materiaa leigenschappen en van de sniider en de snijplaat (figuur 5).

De scheuren lopen onder een hoek van ongeveer 7°

met de as van de snijder.

Fig. 3. Het optreden van buiging bii het ponsproces

Fig. 4. De verdeling van de normaalspanning in z-richting

0" lussen sniider en sniiplaal

z

soij plaot

metaalbewerking

I

326

Fig. 5. De scheurinlei-ding bii het ponsen

Bij een juist gekozen snijspleet u lopen de scheuren in elkoors verlengde (figuur 5. b) en ontslaat in een keer de breukzone, hbr , zoals deze in figuur 1 weergegeven is.

Indien de sniispleet te klein gekozen is, loopt de scheur dood in Ie weinig vervormd materiao!. In dit geval (figuur

5,)

voigt een tweede snijfase en opnieuw scheurvorming. Produkten, die op normae

I

gereed-schap met Ie kleine snijspleet gepons! zijn, vertanen dan oak meerdere opeenvolgende snij- en breukzones

[6]

Door de scheuren in het gesneden oppervlak von het produkt (overlappingenl, is de kwoliteit hiervon dan ook vaak onloelaotbaar slechl.

He! ontstaan van een doorlopende breuk, zoals figuur 5, situatie b, oangeeft, heeft echler tengevolge, dot een konisch produkl ontstaet. Tot slot wordt nog gewezen op de gedeformeerde zone in het maleriool, die tijdens het ponsen longs het snijvlak onlstaot. Deze .zone is in figulJr 1 mel lijnen van gelijke hordheid, HV - welke tege lijkertijd liinen van gelijke effectieve deformatie,

8,

ziin [4] weergegeven [6]. Deze sterk gedefor-meerde zone kon bij verdergoande vervorming, b.v. buigen, een storende irwloed uitoefenen. Dil horde materiaol is n.l. zeer breukgevoelig geworden.

Somenvattend kan gezegd worden, dot de afwijkingen

von het ideale produkt worden veroorzookt

door:

a. Het buigen; dit veroorzaokt het kromtrekken van de strip, (figuur 1, hoek a) en de welving van de ponsdop (figuur 1, detail b).

b. Het stuiken; dit veroorzaokt de afrondingen aan de

strip en de dop (figuur 1, hal. Verder wordt de strip, indien mogefijk, breder en de ponsdop dikker. c. De breuk;. hierdoor onlstoot een konisch produkt. Als nod eel kon ook gelden dot de oppervlakteruw-heid van het breukvlok veel groter is dan van hel gesneden dee I van het oppervlak [6].

d. De broom; op de vorming van de braam, en de factoren die hierop van invloed zijn, wordl in § 5

nader ingegaan. Door de broom meestol door een exira bewerking, b.v. slijpen, verwijderd moet wor-den, is het optreden van broamvorming een zeer ongewenst verschijnsel.

Er

zijn verschillende technieken bekend om een of meerdere van bovenvermelde nadelen op te heffen. De bekendste representant hiervon is het fijnstansen. Alvorens hierop nader in te goon, moel echter eel's! nog enige oandocht geschonken worden aon de scheur-vorming en de invloed van de groolte van de snii-splee! hierop.

3 De scheurvorming

Tiidens het pronsproces gedroagt het materioat zieh, zoals vastgefegd door de verstevigingskurve. Deze ver-stevigingskurve is experimen!eel bepoa Id, meeste I in

een trekproef. In figuur 6 is dit verloop schematisch weergegeven.

Enige morkante punten zijn in figuur 6 oongegeven.

Fig. 6 De verstevi-gingskromme

Het eerste punt is punt (1) woarbij de effedieve rek van hel materical numeriek gelijk word! aan de waarde van de verstevigingsexponent van dat

maleri-001,"8

=

n.

Op dot moment begin! bij de trekproef de insnoering.

In algemen~ zin word! dan gesproken von het inlreden

van plastische inslabili!ei!; een verschiinsel dot vooraf-goat aan het optreden von scheuring en breuk van het ma!eriaol.

Het punt van plostische instobiliteit is afhonkelijk von de oard van de belastingstoestond [2,3J.

Het ponsproces word! gekenmerkt door een toestand von zuivere ofschuiving.

In dit geval word! plastische instabiliteit bereikt in punt (2) van de verstevigingskurve woar geldt:

ponsen""

i

~

(1 )

In de plasticiteitsleer wordt onderscheid gemoakt fussen de plastische instabiliteit en de mechonische instobiliteit. Met dit laotste wordt bedoeld dot de belastende kracht bij voorlgoonde vervarming von hel moteriool door een maximum goat. Bij de trekproef vollen deze beide instabiliteilen samen: een trekstaof wordt plastisch instabiel {snoert in} wonneer de trekkracht door het maximum gaat. Bij andere belas-tingstoestanden dan de lijnspanning is dit niet het geval.

Zoals in een voorgaond artikel afgeleid werd [1] treedt bij het ponsproces de maximo Ie ponskracht op in punt (3) van figuur 6, waarvoor geldt:

(2) Door oltijd 0 n

<

1 geldt blijkbaar steeds:

01

>

li.

,1:" - ~(p()nsen) (3)

De mechanische instobiliteit treedt bij een toestand von grotere vervorming op don de plastische instabili-teil.

In de technische plosticiteitsleer, zoals toegepost bij de bestudering von rnetoalvervormingsprocessen, is tot op heden geen sluitend breukcriterium bekend. Zaols gezegd is, wordt als criterium voor de grens van de vervorrnbaarheid het optreden van plastische instabili-teit toegepast, orndot kort daorna breuk optreedt. Slechts bij de trekproef treedt deze breuk op no het be rei ken van de maxima Ie trekkrachl. In andere gevallen zoals ponsen, treedt inscheuring zowel op voar als na het bereiken van de maximo Ie kracht, doch steeds no het passeren van de krilische rekwaar-de gekoppeld met plostische instobiliteit, zoals fornwle

(1) oangeeft. In figuur 6 is er zodoende een gebled rond punt (3) gearceerd weergegeven waar, bij pon-sen, de scheurvorming optreedt,

Op de scheurvorming en op de ploats von een gegeven materieal in he! in figuur 6 gearceerde gebled ziin een aantal factaren von invloed:

Jr9. 38 No. 15 11 ianuari 1973

a. Hel verstevigend gedrog van het materiaol

Hoe kleiner de verstevigingsexponent, n, von het materiaal is, des fe sneller za! scheurvorming optre-don. De stoolsaort C45 bijv. met n 0.24, verloont reeds scheurvorming voor het bereiken van de maxima Ie ponskraeht. Een zeer ductiel maleriaal, zoals zoeh! elektrolytisch koper, met een n-waarde van co. 0.55, scheur! praktisch niet [4J.

b. De structuur van het moteriaol

Een structuur met grove korrels en slakinsluitsels werkt breuk in de hand. Het olaf niet eerder optreden van breuk is echler nag duidelijk afhanke-lijk van de heersende spanningsfoestand (4J.

c. De spanningstoestond

Plastische en mechanische instabititeit, en dus breuk, kunnen aileen optreden indien €len trekspanning aanwezig is. Oit geldf ook voor het ponsproces, waarin twee van de drie haofdspanningen drukspan-ningen zijn, dach de derde een trekspanning. Het is bekend dot de vervarming von een materiaal uitslui-tend beheerst wordt door de verschillen von de optredende (hoofd)spanningen, en dus niet door het oanleggen von een alzijdige (hydrostotische) druk. Onder deze omstandigheid veronderen immers aile spanningen met eenzelfde waarde en hun verschillen blijven dus galljk_ Het is echter denkbaar, dat een zo grole alzijdige drukspanning wordt aangelegd, dot de oorspronkelijke pasitieve Irekspanningen over-goan in drukspanningen. In dit geval worden zeer grate vervormingen zander inscheuring of breuk mogelijk [5,6J. Bij het fijnstanzen wordt dit princi-pe toegepost, zoals figuur 7 loot zien. Het e!imineren van de scheurvorming leidt don tot het onstaon von zeer gludde gesneden vlokken en een goede maat-nouwkeurigheid von het produkt.

Door de aandrukkrocht

Fa

wordt een ril in het maleriaal geperst. Hierdoor ontstaan min of meer rodiaal en tangentiaal gerichte druksponningen. Verder veroorzaakt het opdrukken von de aandrukplaat en de tegenhouder nag een oxiaal gerichte drukspanning. Op deze wijze wordt de gewenste olzijdige druksponning opgewekt [7,8,9,1

OJ.

4 De snijspJeet

Bii het ponsen von een rand got is de sniispleet, v, gelijk aan het halve verschil tussen snijploatdiomefer, O'P' en snijderdiameter, Don (figuur 3):

u

== ~ (D

-

D

)

sp

sn

Fig. 7. De extra druksponningen bij he! fijnstompen

sOlider oondrvkploot - met r i~ snijpfoot uihtoter

327 /

metaalbewerking

Volgens vele onderzoekers, 0.0. Keller [11], bestaat or tussen maxima Ie ponskracht, Fpma " en snijspleet, u, een vel'band zoals in figuur 8 door kurve (1) weerge-geven wordt.

De motingen van Keller laten een vrij sterke afhanke-lijkheid van de ponskracht, Fpmax , von de snijspleet, u, zien.

Reichel en Katz [14] suggereren zelfs aan de hond van deze metingen, dat de ponskracht tot zeer grate waarde (Fp

>

15 KN) zou stijgen als de snijspleet tot nul nadert.

Bij onzo eigen meting en aan a-messing (KMs63) was van het zojuist genoemde steile oplopen van de kurve, bij afnemende snijspleet, u, niets te bemerken.

Omdat Keller de materiaalgrootheden C (specifieke spanning) en n (verstevigingsexponent) niet gemeten heeft en dus niet vermeldt, kan de theoretische ponskrachf niet zonder meer berekend worden. Voor de gebruikte staalsoort echter - St-3K60: 0.31%C en 0.48 % Mn, (Tn 590 N/mm2

- kan met goede

benadering aangenomen worden dat n gelijk aan ca. 0.2 is. De afschuiffaclor Sf wordt dan [1]:

Met behulp van de bekende praktijkformule (1):

Fp '" 2

TiR

h

a

o

B

sf

kan dan de maxima Ie ponskracht berekend worden. Voor het ponsen van een rond gat met een diameter van 2 mm in een plaat met een dikte van 4 mm wordt de ponskracht dan:

Fp ~ 11 KN

De ponskracht wordt zeer zeker niet zo groot als Reichel en Katz suggereren (18).

Het afnemen van de maximale ponskracht bij vergro-ten van de snijspleet is daarentegen, bij een aantal materialen, wei een duidelijk effect. De oorzaak hier-van is dat het proces hier-van zuivere afschuiving meer en meer begeleid gaat worden door een buigproces, zoals in figuur 3 wordt getoond.

Deze buigdeformaties hebben tot gevolg - daar zij opgete!d moeten worden bij de afschuifdeformaties

Fig. 8. Het verband tussen maxima Ie ponskracht, Fpm.x, en sniispleet u, vaor een koolstofstaal (St3K60) en a-messing (KMs63)

28

...

Z ~ 27 26 ~ v

-I-I

..1.

_ 1 -KMs 63

- -f-- -

J r -°S,590 ~ mm D. 2 mm h_o' 4 mm ~ 10 tReichel en Katz

{14}

c

&.

9 8

!

- - - 5 t . 3 K60 7

o

0·2 0.4 0.6 0.8 1.0 snijspleet u [mm] metaalbewerking /

328

dat het punt van plastische instabiliteit eerder wordt bereikt en dus ook dot de scheurvorming eerder optreedt. Bovendien worden aan de snijplaatzijde van de strip extra trekspanningen ge·introduceerd. En zoals we reeds gezien hebben, bevorderen trekspanningen de scheurvorming.

Een grote snijspleet is dan ook bij materialen met een loge wamde van de verstevigingsexponent - zools staal met n ~ 0.2

a

0.3 - steeds verbonden met een mindel' goed-; kwaliteit van het produkt. Enerzijds treedt een sterke doorbuigingsvervorming op, ander-zijds is de gesneden oppervlakte slecht.

De metingen op een zeer dueliel moteriaal zoals

a-messing - zachtgegloeid KMs63 met n ~ 0.6 - tonen aan dot scheurvorming hier, ook bij grotere snijspleet, bijna niet optreedt. De maximale ponskraeht wordt dan ook in sleehts geringe mate door de grootte van de snijspleet be'invloed.

Vaak wordt in de praktijk de snijspleet tach zo groot gekozen dat de verhouding tussen snijzone, hs' en breukzone, hbl" ongeveer 1 op 2 is. Deze keuze wordt bepaald door het streven naar een geringe gereed-sehapslijtage. Het is in de praktijk bekend, en ook theoretisch te berekenen, dat de wrijving tussen gereedschap en werkstukmateriaal zeer snel (praktisch kwadratisch) toeneemt met de grootte van de snijzo-ne, h_{s .} Terwijl uit de figuren 1 en 5 duidelijk blijkt dat de breukzone, hbr, geen bijdrage kan leveren aan de

wrijving, waardoor dus met groter wordende breukzone de wrijvingskrachten zeer snel afnemen.

5 De produktkwaliteit

5.1 De sniizone,

hs

Tot nu toe is door ons geen gedetailleerd onderzoek naar de faeloren die de produktkwa liteit be'invloeden, verricht. In de literatuur [5, 6, 9, 10, 12, 13, 15, 16] zijn eehter vrij vee I gegevens hierover te vinden. De, voor onze theoretische besehouwingen essentiele, materiaal-eigenschappen, specifieke spanning C en verstevigings-exponent n, worden in deze artikelen niet vermeld. De resultaten van deze onderzoekingen kunnen dan ook slechts naar hun tendens weergegeven worden. De meeste onderzoekingen vonden plaats op varianten van het norma Ie ponsen, zoals fijnstanzen.

Uit de literatuurgegevens en theoretisehe beschouwin-gen voIgt, dat een aantal van de verkrebeschouwin-gen resultaten ook zonder meer van toepassing zijn op het norma Ie ponsproces.

Ais eerste kwaliteitsparameter wordt nu de verhouding tussen de grootte van de snijzone, hs, en de oorspron-kelijke plaatdikte, ho, gedefinieerd. De samenhang met verschillende faeloren, die de grootte van de snijzone be'invloeden, wordt in figuur 9 sehematiseh weergegeven.

Fig. 9. De samenhang tussen de gtootte van de snijzane h, en de verschillende foktaren:

o. verstevigingsexponent n

b. sniispleet u

c. dambreedte B; relatieve gotdiameter Dfho

d. stempel- of sniisnelheid v

verstevigings -- _{snljspleet u}

_I

_{dombreedte B} stempelsnelheid v

exponent n

'~~

h'l

h,/

I h ~

_h'l

~

_I~"

I

t

~:;~;.

~

~!ho

~ n

_a,/;;;

\' Jrg. 38 No. 15 11 ianuari 1973

Zoa!s uit de vorige parogrnfen duidelijk noor voren komt, neem! de groolle van de sniizone, h" toe met groter worden de verstevigingsexponent, n, en de afne-mend~ snijspleet, u.

Het toenemen van de snijzonel h~ - of, wat hetzelfde

is, het kleincr worden van de breukzone h1))' - met toenemende dambreedte B kan als voigt verklaard worden: De strip moet onder invfoed van de sluikver-vorming in de beginfase van het ponsproces (zie §

2) breder worden. Hoe groter nu de dambreedte B is, hoe meer weerstand dit materiaal tegen di!

oprek-~en uitoef,:~t. Dit betekent dus cen extra drukspanning

In de snqzone, waardoor, zoals we reeds hebbenl de scheurvorming legengegaan wordt.

Op dezelfde wijze kan, bij het ponsen van een rand got, de invfoed van de relatieve gatdiameJer,

D/nol

op de produktkwaliteit verklaard worden. Onder invloed van de stuikbewerking moet niet aileen materiaal naar buiten, moor ook naar binnen vloeien. Hoe dikker de ponsdop, relalief gezien, nu is, hoe meer weerstand er bestaal legen de:te materiaalverplaalsing. Dit betekent dus ook toenemende radiale drukspanningen, waardoor de scheurvorming voorkomen wordt. Hierdoor kan de relatief goade kwaliteit verklaard wordenl die Keller

[12, 13] bij het ponsen van kleine gaten _ D

<

1 _

bereikt. bo

Verder kan verklaard worden waarom de maxima Ie ponskracht niet lineair toeneemt met de plaatdikte h

zoals Keller (19] gemeten heeft -

ter~ijl'

dit volgens het ~pgestelde theoretische model [1] wei zo z~u moeten zqn. De scheurvorming treed! namelijk bij dlkker wordende plaat - en constante getdiameter D

steeds later op.

Tot slot heeft de snelheid, v, waarmee geponst wordt nog invloed op het optreden van breuk [51 10, 16/. Bij hoge snelheden - b.v. 45 mm/sec. - geponste produk-ten hebben een glad en recht gesneden oppervlak. Een s!uitende verklaring voor dit verschijnsel is tot op heden niet gegeven. Indien aile bovenstaonde factoren vastliggen, ken men de produktkwoliteit nag verbete-ren door het aanbverbete-rengen van extra druk~panningen [5/ 6,7/ 8,91 10). De grootte van de snijzone h neemt toe

met de <?pgelegde hydrostatiscne drukl p, zo'altfiguur 10

schemallsch weergeeft.

In § 3 (figuur 7) is reeds uiteengezel hoe bij het fijnstanzen de hydrostatische druk wordt opgewekt. De belangriikste component van de hydrostatische druk is, met het oog op de scheurvorming, de druk in radiale richting, O'r' Deze druk staat namelijk praktisch

loodrecht op het vlak, waarin de scheurvorming zou optreden.

De grootte van de opgewekte radiale druk is

afhanke-Fig. 10. He! verband lussen de snijzone, h" en de hydrostati-sene druk p

Fig. 11. De benodigde aandruk-kracht, Fa, als funetie van de specifieke spanning, c, von het materiaal

Jr9. 38 No. 1S 11 ienueri 1973

..

p

c

Fig. 12. De doorbuigin9 van de strip, It,,,, en de dop, (\d 1m ofhanke-liikheid van

o. de snijspleet u

b. de tcnenhouderkracht, Ft c. de oondrukkracht, Fa

de candrukkracht, F. en de cfstand, a, van de rit Lo.v. het

sniivlak

oOlldrukkracht Fo ohlGlld 11 je~ta v.d. r i I

n.

~

Fa

L

11

~

_hr

a b c

Fig. 13. De samenhang tvssen de afronding oan de rand h. en

a. de aondrukkra,ht F.

b. de alstand tvssen de ril en de sniizana, a c. de indrukdiepte van de ril, hp

lijk van de groolle en de vorm van de ingedrukte ril. Uit metingen en theoretische beschouwingen voigt, dot de benodigde aandrukkracht,

Fa

l om een gewenste ril

in het strookmateriaal te persenl lineair afhankelijk is

von de specifieke spanning, C, van het materiaa! (figuur 11).

De werkelijke snijkracht, benodigd voor het afschuif-pracesl is bij het fijnstanzen dezelfde als bij het

normale ponsen. De totale machinekracht neemt bij het fijnstanzen echter wei in belangrijke male toe. Behalve de eigenlijke snijkracnt, F_{s ,} moet de machine ook nog de tegenhouderkrachl, F tt en de

aandruk-krachtl

Fa'

opbrengen. Verder moet bij het fijnstanzen

ook nog gerekend worden op grotere wrijvingskrcch-ten. Door het vergroten van de snijzone,

h.,

en de optredende extra drukspanningen wordt de radiale druk op het gereedschap, en dus de wriivingskracht, vergroot.

5.2. De doorbuiging en de of ron ding

Uit figuur 3 voigt duidelijk dot het buigend moment tijdens het ponsproces !ineair toeneem! met de grootte van de snijspleet, u. Een grate sniispleet beteken!

dV5,

zoals we reeds gezien habben, een starke doorbuiging van het produkt.

Uit fjguur 7 voigt, dot door middeJ van de tegenhou-derkracht, FtJ de doorbuiging van de dop op eenvoudi-ge wijze voorkomen kan worden [10]. De aandruk-kracht,

Fal

verhindert het kromtrekken van de strip. Door het inpersen van de ril echter word! er materiaal verplaatst van de strip naar de dop. Hierdoor wordt de dop niel aileen dikker maar hij trek! oak krom [10]. Dit laalste nu is sterk afhankeliik van de afstand, a, van de rif ten opzichte van het snijvlak (figuur 3).

Een en onder word! schemafisch in figuur 12 samenge-vat. De doorbuiging von de strip wordt weergegeven met het symbooll astl" en de doorbuiging van de dOPI ad'

De afrondingl ha' van de strip en de dop betekent een

vrij onbelongrijke afwijking van de ideole moat. Kramer [9] en Moede c.s. [l0] hebben ook hieroon nog enige metingen verricht. De resultoten von hun onderzoekingen worden in figuur 13 samengevot.

De of ron ding, h_{a ,} neemt in het algemeen of met toenemende oandrukkracht

Fa.

De vorm en de plaals van de rif is hierop echler nog van invloed. De afronding word! kleiner met afnemende afstandl a, en

toenemende indringdiepte,

hI"'

Indien een oandrukploat zonder ril (h_r :::; 0) toegepast word!1 blijft de grootte van de afranding gelijk, ongeocht de grootte von de aondrukkrachtl

F

U'

De braamhoogte en de gereedschapslijtage

De broom is wellicht de belangrijkste storende factor bij het ponsproces. De praktijkervoring leert, en dit is bevestigd door experimenten [lO, 15, 211, dat de braamhoogte !oeneeml met het aantol produkten, i, waf geponst wordt. Dit is een gevolg van de slijtage van het gereedschap. Figuur 14 demonstreert duidelijk hoe bij een afgerond (gesleten) gereedschap de braam ontstaat (20) en hoe dus bij toenemende ofronding (s) de braom groter wordt. De afronding van de snijrand van het gereedschap heeft nu een dubbele functie. Eenerzijds neemt de braamhoogte, hb' toe. Anderziids ontstaan er door de afronding Gxlra druk-spanningen, die een eventuele scheurvorming tegen-gaan. Er ontstaat dus een grater glad gesneden oppervlak.

In de getekende situatie (figuur 14) ontstaat de broam aan de strip, en wordt het glad gesneden deel van het oppervlak van de uitgeponsle dop vergroot. De scheur n.l., die - uitgaonde van de scherpe snijrand van de snijplaat - in het dopmateriaal doorloopt, word! in toenemende mate voorkomen (figuur

15).

Er moet dus duidelijk onderscheid worden gemaakt tussen de ponsdop als produkt en het got in de strip of plaat, ols produkt. Indien de dop het gewenste produkt is, kan door een afgeronde snijrand van de snijploat een glad gesneden oppervlak verkregen wor-den. Evenwel wordt ols prijs hiervoor een toenemende doorbuiging von de ponsdop betaald (figuur 3). Indien in dit gevol de snijder tijdig bijgeslepen word!, kan de braamvorming oan de ponsdop min of meer worden voorkomen [22J.

Fig. 14. Het ontsloan von een broom bi'\ het ponsen met afgss efeo sniiploa! (20).

Fig. 15. Verminderde scheurvorming bij ofge· sle!en sniirand

metaalbewerking

I

330

Fig. 16. De broornhoogle, hb" 015 fuoclie van het oanlol ge· panste produkten, i, en de .nii· sple"t, u. ~~ _ _ - L _ _ ~ _ _ L-~ ___ -L~.-l o 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 lotole .Iog 20 mm pfaatdik!e S mm gatdiameter 20 mm Fig. 17. De belastingkorokteris· tiek, Ft, tegen 5, von earl excenterpers met de ponskrom· men von twee verschillende mo· teriolen.

Zoals reeds gezegd, is de afronding echler vaak een gevolg van slijtage. De braamhaogte neeml toe met het aanlal geponste produkten. Verder is hierop nog de snijspleet van invloed (figuur 16, 115,21)).

Een afgerond onderzoek naar de fadoren die de slijtage, en dus de braamvorming, beinvloeden IS

echter nog niet verricht.

6 De pers en het ponsproces

Veelal worden voor ponsbewerkingen excenterpersen gebruikt. Figuur 17 geeft voor €len dergelijke pers, de toelaatbare belasting F t als fundie van de stempelweg s.

In het eerste deel van de slag wordt de toelaatbare belasting, F_{ta ,} begrensd door het maximale moment op de excenteras. Daarna word! F t begrensd door de

nominale belasting F n' die afgeleid wordt ui! de maximaal toeloalbare (elastische) vervorming van het persfreem.

In de figuur zijn nu ook de theoretische ponskrommen (F S1 en F 52 tegEm s) von twee malerialen met sterk verschillende verstevigingseigenschappen (n== 0.1 en n

==

0.6) weergegeven. Voor beide materiaalsoorten is de maxima Ie ponskrocht dezelfde. Toch word! door de materiaalsoorl met de kleine verstevigingsexponent de pers op onloelaatbare wijze belast, lerwijl dit voor het maleriool met de grote n-woarde niet het gevol is.

Deze beschouwing is uiteraard vooral van belang voor die situaties, woarin de stempel ver voor hel onderste dode punt op het maleriaal inloopt. Evenwel, ook indien de toelaatbare belasting van de pers Ft niet

overschreden wordt, blijft het ponsen van malerialen met loge waarde van de verstevigingsexponent bijzon-dere aandachl vragenl teneinde ernstige beschadigingen

Ie voorkomen.

Bij dergelijke materiolen, waarvoor koud gewalst stcol en keramische malerialen representatief ziin, loopt de ponskracht zeer steil op, waorna 0 Is gevolg van het praktisch ontbreken van materiaolversteviging plotse· linge lotale breuk langs het Igesneden' vlak optreedt. De in de pers opgehoopte elastische energie - bepaald door de veer-constante van de pers en maximaol bereikte ponskracht - komi plotseling vrij.

Hat gevolg is dat in earste inslantia de stempel (snijder) met grate sne!heid in de matrijs doorschiet, waarna de pers gedurende het verdere deel van de slag een gedemple trilling met aanzienlijke aanvangs· amplitude uitvoer!. Hierbij vertaont dus het fraem van de pers periodiek een vervormingstoestand tegenge· steld aan die welke bij belasting optreedt en woarop de constructie niet is berekend. Het bergt aldus risico's in zich - en dit in het bijzonder voor nief zeer stijf geconstrueerde persen, zoals de open·('freem persen - bij het ponsen van weinig verstevigende materialen de pers tot zijn nominale waarde te belasten.

UTERATUUR

I lJ Ramaekers, J. A. H., J_ Smit en P_ C Veenstra Ponsk~acht', Me· taalbewerking, Jrg. 38 no. 9, 19 oktober 1972, 189·192.

[ 2] Veenstra, P. C. 'Technisehe Pla,tidteit,leer', Eindhoven Univer· sity Press (1968).

r

3J Kals, J. A. G. 'Dieptrekken', Eindhoven University Pre" (1969).

[ 4] Romaekers, J. A. H. 'Harte und Verfo(mung metallischcr Werk· stoffe', Di,sertatie T.H. Eindhoven (1970).

[ 5] Herbst, U_ 'Genouscheren von Werkstolfen zum Koltfliesspres. sen', WT·Z indo Fert. 61) (1970) 2, biz., 66·70; 60 (1970) 3, biz. 131·137.

[ 6J Stromberger, C, Th. Thom,. 'Gliitte Lochwonde beim lochen', Werkstatt und Betrieb 98 (1965) 10, biz. 739·747.

[ 7) N.N. 'Feirl,tonzen een economische bewerkingsmethode', Metoal-bewerking 30 (1964) 12, biz. 221·224.

[ 8J Hilbert, H. l. 'Nachschneiden und Feinschnciden', TZ f. prakt. Melallbearb. 63 (1969] 3, biz. 120·126.

! 9J Kromer, W. 'Untersuchungert beim Genouschneiden vOn Stahl und Niehleisenmelalle', Industrie Anzeiger 90 (1968) 27, biz. 515-522.

(10J Maedo, T. and T. Nakaaawa 'Experimenlal Investigation on Fine Blanking', Sci. Papers IPeR 6'1 (1968) 2, biz. 65·80.

[l1J Keller, F. 'Einfluss des Schneidspalles auf die Schnittkraft und die Sdmitfarbeit beim lochen mit kleinerem Stempe!durchmesser als die zu lochende Blechdicke', Fertigungstechnik und Befdeb, 10 (1960) 5, biz. 301·304.

[12J Keller, F. 'Die BeeinfluS5ung der Trennflaehen und der Trennzo· nen dureh den SchneidsDaJt beim lochen mit kleinerem Stem-peldurchmesser ols die zu lachende Blechdicke', Fertigungsfeeh. nik und Befrieb 11 (1961) 4, biz. 251·256.

{l3J Keller, F. 'Einfluss de, Schneidspoltes auf die Abmessur1\.len des laches und das Bufzens beim lochen mit kleinerem Stempe!durch· messer 01, die zu lachende Blechdicke', Perligung,technik und Betrieb 11 (1961) 3, biz. 194·197.

[14J Reichel, W. und R. Katz 'Dos Stanzen kleiner locher', Bleeh (1968) 1, biz. 24·34; 2, biz. 63·71; 3, biz. 115·130; 4, biz. 160·164; 5, biz. 260·269.

[15J BUhler, H. und F. PallOlar 'Die Gratbildung beim Schneiden von Feinblech', Bander Bleche Robre 12 (1971) 3, biz. 105·111. [16J Mikkers, J. C. 'High 'peed blonking', AnNols of the ClRP, Vol. 17

(1969) biz. 269-278.

(17) Kromer, W. 'Ueber die Ermittlung de, beim Schnei. den', Induslria Anzeiger 91 (1969) 11,

[lSJ Oehler, G. 'Die Abbildung des Schr.:eidspo!tes durcn den Slanzgrol', Werkstaltsfeennik und Ma,ehinenbau 48 (1958) 6, biz. 306, 307.

[19] Keller, F. 'Messungen zurn Einfluss des Schneidspaltes auf Kraft. bedarf und Schniltarbeil beim lochen von Stahlblech', Werkstatt und Betrieb 84 (1951) 2, biz. 67·73.

[20J Guidi, A. 'Some current developments in the fine.blallking pro· cess and its tooling'. Sheet Metal Indusfries (1969J biz. 41·52, biz. 131-148.

[21] Peler, H. 'Der Schneidspalt des Schnitwerkzeuges', Werkstatt und Betrieb 90 (1957) 1, bIz. 89·92.

[22J Oehler, G. 'ZulOssige Grothohe an Teilen ous Bleehen oder Botndern', Bleeh 11968] 8, biz. 462·463.

Boekbesprekingen

Sfaaiconstrucfies - deel I, door G. May en M Striekwo[d, Kluwer Schoo[boeken NV· 16° druk • 1972 - 264 biz.

De bezorgdheid van de uitgever om de teehnisehe aetua[ileit op de voet fe vo[gen, heeft geleid tot essentiele wijzigingen en aanvullingen van dit overbe-kende leerboek, ter gelegenheid van de zestiende druk. Het nieuwe ligt vooral in:

- de aanpassing aan nieuwe Nederlandse normen of ontwerpnormen i

de berekening volgens de plasticiteitsleer noost de elasticiteitsleer i

- het gebruik van belaslingsfactoren fer vervanging van toelaatbare spanningenj

een andere berekeningswijze op knik.

Het zijn vooral de ontwerpen van normen 83850 aangaande belastingvoorschriften, en NEN 3851 TGB 1970·Staal, die de aanpassingen be'invloed hebben. Spijtig is echter dat nog steeds geen verwijzing naar buitenlandse normen is opgenomen, waardoor het boek voor de praktijk aan waarde inboet. Dit geld! vanzelfsprekend voora[ voor het gebruik in Nederlands-talige gebieden buiten Nederland, zoals in BelgiEi, van dit overigens uitstekend baek.

ir.

L.

de Wachter

Jrg. 38 No. 15 11 ianuari 1973

Veiligheid; A. J. Scholteni 19,5 x 26,5 emi 75 bIz; derde druk 1972i Technische Uitgeverij H. Stam NV, Culem-borg.

Het boek behoort tot de serie: 'Uitgoven ten dienste van de Vakopleiding voor de Proeesindustrie'.

Het bedienen en het bewaken van de kostbare en ingewikkelde apparatuuf, in deze industrie gebruikt, eist dat hoar vak!ieden nauwgezet zijn en beschikken over een gevoel voor veiligheid. Daarom wordt in voor het vakonderwijs bestemde uitgave, de leerling gewezen op de specifieke gevoren en beschermingsmid· delen van zijn beroep.

In deze derde druk (eerste druk 1966) houdt de auteur rekening met het feit dot de procesindustrie aanzien· lijk is gegroeid en dot samen hiermee ook de gevaren voor de veiligheid van de me:1S, zowel binnen als buiten het bedrijf, toegenomen zijn. De inhoud is zeer bevatteliik en wordt overvloedig met didactische vei· Iigheidsaffiches geillustreerd.

Behande[d worden o.m.: explosiegevaar van gassen en dampen; vluchtige brandbare vloeistoffen; oxyderend werkende stoffen; brandbore vaste stoffeni brandge· vaar bij gassen; blusmiddelen; vergiftigingsgevaar; per· soonlijke beschermingsmiddelen, opsporen van gevaar-Hike gassen; vervoer van gevaarlijke steffeni tanks en bes[oten ruimten.

Het boek [egl de wal gezien ziin verantwoord is.

klemtoon op elementaire basiskennis, gerichtheid lot het vakonderwijs,

L. Wouters, techno ing.

Oppe

met straalmidd

len

Onder oppervlaktcstra1en verstaat men de behandeling

van oppervlakken met behulp van not· of droogstraol· machines. De eenvoudigste straalmachine zou kunnen bestaan uil een konische houder waar een T-stuk aan bevestigd is, een toevoerpersluchtleiding en een leiding met een spuitmondstuk voor het stroalmiddel. De perslucht transporteer! het straalmiddel, afkomstig uil de houder, door de leiding naar het spuitmondstuk. De snelheid waarmee de straalmassa uit het spuitmond-stuk komi is afhankeliik van de luchtdruk en de hoeveelheid straalmiddel. Is er op een bepaald mo· men! geen straalmiddel in het T-stuk onder de houder, dan zal de perslucht, vanwege het venturi-effect, het straalmiddel aanzuigen en vervolgens naar het spuit· mondstuk transporteren.

Een dergelijke machine zal geen beste resultaten opleveren o.m. vanwege de onregelmatige werking veroorzaakt door de samendrukbaarheid van de lucht en vanwege oorzaken die hun oorsprong vinden in de eenvoud van de gebruikte methode. Tenslotte moet he! straalmiddel no gebruik weer 'bij elkaar geveegd' en teruggebracht worden noar de houder.

Voorda! wordt overgegaan tot de bespreking van de tegenwoordig gebruikte straalmachines, eerst in het kort iets over de theorie. Aile gebruikte methoden en machines (hoe ingewikkeld ze ook mogen zijn) ziin gebaseerd op dezelfde theorie. De grondslag van deze theorie s de vergeliiking Ekin ""

%

my".

Een straalkorrel met massa m krijgt met behulp van perslucht in een droogstraalmachine en met behulp van een pomp in een natstraalmachine (meestal ook nog met perslucht) een snelheid v. Hierdoor kriigt de korrel een hoeveelheid kinetische energie waardoor hij in staal is op het oppervlak waarmee hij in aanraking komi arbein te verrichten.

Men onderscheidt twee fundamenle1e bewerkingspro-cessen met straalmiddelen. Ten eerste reiniging, opper-vtakteversteviging en verfraaiing van oppervlakken waarbij geen maat- en vormverandering optreden. Ten tweede verspanende bewerkingen tengevolge waarvan wei moal- en vormveranderingen optreden.

Wanneer men de vergelijking bekijkt, ziel men dot verandering van de snelheid van het stroalmiddel een vee I grotera invloed heef! op de kinetische anergie en dus op de mogelijke arbeidsprestatie don verandering van de massa van de korrels. In het algemeen heeft een machine een vaste snelheid waormee hel straal-middel het spuitmondstuk verlaat. De constructie von de machine is meeslal aangepasl aan de gewenste snelheid. Verandering in de uitlaatsnelheid heef! dan ook consequenties voor hel prestatievermogen en het maxima Ie rendement.

Toch is de lineaire afhankelijkheid tussen korrelmassa en effect op het oppervlak wei van belang. Want luist de uiteindelijke keuze van de korrelgrootte kan een zeer grote invloed hebben op de gewenste oppervlakle-gesteld heid.

Droogstraalmachines

De meest gebruikte droogstraalmachines ziin de zg. zandslraalmachines. Oorspronkeliik gebruikte men kwarlszand ols straalmiddel maar vanwegc de

schade-metaolbewerking

I 332

Hike werking van de silicose in hel kwartszand, is men overgegaan op silicosevrije straalmiddclen zoals ko· rund, siliciumcarbide, glasporels en gemalen plan len-granulaten.

Men onderscheidt twee fundamentele droogstraalproce-des. Het eerste is gebaseerd op het venturi-principe, zoals dot in het begin beschreven is: een perslucht. stroal veroorzaakt in de aanzuiginrichting een onder-druk waardoor het straalmiddel uit het straalmiddelre-servoir aangezogen word!. Het mengsel van lucht en straalmiddel wordt door een wriivingsvaste, flexibele gummislang naar de spuitmondstukken gevoerd en in een bepaa Ide richting op het werkstuk gespoten. Bii deze machines zijn drie punten van belang: een storingvriie functionering van het aanzuigsysteem; een lage snelheid van het mengsel van perslucht en stroalmiddel in de toevoerleiding naor het spuitmond-stuk; een toename van de snelheid bii het mondsluk teneinde een zo homogeen mogelijk mengsel van perslucht en straalmiddel Ie verkriigen. De lage snel-heid is weliswaar moeiliik te reoliseren, maar heeft een zeer gunstige invloed op de slillage van de leiding. Het straolmiddel wordt in de meeste gevallen opgevan-gen in een conische trechter onder de stroallafel en weer teruggebracht naor de houder, waorna het weer opnieuw in het proces lerecht kom!. Een dergeliike kring loop betekent een hoog rendement van het straal-middeL Men moet aileen het straalmiddel nog reinigen van gebroken slraalkorrels en stof. Dit geschiedt meestal met behulp van een filter of een cycloonaf-scheider.

Het tweede procede berus! op het principe von een drukkomer. Het straolmiddel wordt door een in €len richting werkende klep naar een drukvat getronspor-leerd. Met de perslucht wordt het straalmiddel door de toevoerleiding noar het spuitmondstuk gevoerd in een continue strao!' Omdat het venturi-proces een intermitterende stroal voortbrengt en het drukvotpro-ces een continue strool produceert, werkt het loalste proces veer doeltreffender. Omdat drukkamer- of druk-vatmachines door hun grootte duurde: ziin dan andere droogstraalmochines, dient men zich bij de aanschaf van een dergelijke machine af te vragen of een nolstraalmachine wellicht niet lonender is. Figuur 1

Fig, 1, Droogstraolinslallatie Fig. 2, Natstraalinstallatie