plasticno deformisanje materijala

7/24/2019 Plasticno deformisanje materijala

1/20

1

2. TEORIJSKE OSNOVE POSTUPAKA OMD (TPD)

Plasti no deformisanje metala odvija se pod dejstvom odgovaraju eg spoljanjegoptere enja koje izaziva unutranje napone i trajnu promenu oblika polaznog materijala.

Pri obradi deformisanjem ne smeju se prekora iti vrednosti grani nih iznosadeformacije, jer se u protivnom razara struktura materijala ili pojavljuju drugi neprihvatljivi

defekti.Zbog toga se za svaku tehnoloku metodu OMD izvodi prora un komponenti napona ideformacija, zatim prora un deformacionih sila i rada. Ovi parametri neophodni su zapravilno dimenzionisanje alata i izbor odgovaraju ih maina.

2.1 PRETPOSTAVKE U TPD

a ) hipoteza o homogenosti elasti no plasti nog tela (zanemaruje se stvarnadiskretna, kristalna, struktura metala).b) hipoteza o prirodnom naponskom stanju (pre po etka deformisanja nemaunutranjih napona ili su uravnoteeni).c) izotropnost strukture materijala (realni materijali imaju razli ita svojstva u raznimpravcima po zapremini).d) Idealizacija elasti nih i plasti nih svojstava (sl. 2.1).e) nepromenljivost zapremine .


2/20

2

0 0 0

0 0

a) b) c)

d) e)

Sl. 2.1 Idealizacija elasti no plasti nih svojstava materijala


3/20

3

=

=3

2

1

zzyzx

yzyyx

xzxyx

0000

00

T

2.2 NAPONI

normalni naponi; tangencijalninaponi

1>

2>

3 glavni normalni naponi

(deluju u ravnima u kojima nematangencijalnih napona)

Naponsko stanje u bilo kojoj ta ki naregnutog tela odre eno je tenzorom napona :

Srednji (hidrostati ki) napon:

( )321m 31

++=

=

m

m

ms

00

00

00

T

+= DTT s

( ) ( ) ( )213

2

32

2

21e 2

2 ++=


4/20

4


5/20

5

2.3 DEFORMACIJE

U tehnologiji plasti nog deformisanja pribegava pojednostavljenju tako to seposmatra ve a, makro, zapremina i za nju definie ostvarena deformacija.Smatra se da je po posmatranoj zapremini deformacija ravnomerna(homogena), a njen iznos predstavlja srednju vrednost svih realnih vrednosti.

( ) ( ) ( )2132

322

21e 32 ++=


6/20

6

01 lll =

Pokazatelji deformacije:

apsolutna deformacija:

,mm relativna (jedini na) deformacija:

0ll=

deformacija povrine (proirenje ili suenje ):0A

A=

prirodna (logaritamska) deformacija :0

1

llln=

.consth blh blV111000

=== 1h

h

b

b

l

l

0

1

0

1

0

1 = 0321 =++


7/20

7

1s, &

2.4 BRZINA DEFORMACIJE I BRZINA DEFORMISANJA

Razlikujemo brzinu deformisanja (brzina kretanja izvrnog elementa maine, v, mm/s ) ibrzinu deformacije (promena deformacije u jedinici vremena, ).

lv

ldtdl

dtd ===& l, mm trenutna dimenzija zapremine koja se deformie ,

s/mm,vdtdl

= brzina deformisanja

.

2.5 VEZA IZME U NAPONA I DEFORMACIJA

U oblasti elasti nosti postoji linearna jednozna na veza izme u napona i deformacija

definisana poznatim Hukovim (Hooke) zakonom.U oblasti plasti nosti ta zavisnost je sloena i nelinearnog karaktera. Pri veoma malim

deformacijama pravi se analogija sa elasti nim deformisanjem i to su Levi Mizesove jedna ine (Levy Misses).


8/20

8

2.6 USLOVI PLASTI NOSTI

Pod dejstvom spoljanjeg optere enja polazni materijal (polufabrikat) se u prvoj fazideformie elasti no, a onda u kriti nom trenutku po inje ostvarivanje procesa plasti nogoblikovanja, koji traje sve do kona ne promene oblika.

Da bi se ostvario prelaz iz elasti nog u plasti no deformisanje , potrebno je da buduispunjeni odre eni uslovi u pogledu intenziteta i me usobnog odnosa napona koji deluju po

zapremini tela.

KK

0

R P0,2

T

Idealno plasti an materijal

0AF= tehni ki napon.

e1 K AF ===

Stvarni napon:


9/20

9

2.6.1 Energetski uslov plasti nostiPoznat je i kao Mizesov kriterijum plasti nosti (Misses) i vai u optem slu aju prostornih

naponskih stanja. Po iva na slede oj energetskoj hipotezi: da bi otpo elo plasti nodeformisanje u napregnutom telu, koli ina unutranje energije elasti ne promene oblika, po

jedinici zapremine, treba da dostigne jedan kriti an iznos u datim uslovima (temperatura,brzina, stepen deformacije ). Ova energija ne zavisi od naponsko deformacionog stanja, ve isklju ivo od svojstava materijala.

Kona na forma ovog uslova moe se dati preko slede eg izraza:

( ) ( ) ( ) K 22 2

132

322

21e =++=

2.6.2 Uslov najve eg smi u eg naponaPoznat je pod nazivom kriterijuma Treska (Tresca) i glasi: da bi otpo eo proces plasti nogdeformisanja maksimalni smi u i napon u materijalu treba da dostigne odgovaraju u kriti nuvrednost .

.constK Smax == 1331max 2==

K i0 132 ===Pri jednoosnom zatezanju pa je: Smax K 2K ==

Kona no:2K

221 = K minmax =, odnosno


10/20

10

2.7 DEFORMACIONO OJA ANJE I KRIVE OJA ANJA

Tokom procesa deformisanja sa pove anjem ostvarene plasti ne deformacije raste naponte enja potreban da se proces nesmetano odvija. Karakteristike plasti nosti i ilavostiopadaju, dok su svojstva vrsto e u porastu. Materijal se opire deformisanju i u skladu sanjegovim osobinama treba delovati sve ve im i ve im deformacionim silama.

Upravo taj efekat izraenog porasta napona te enja sa pove anjem plasti ne deformacijepra en padom plasti nosti materijala predstavlja deformaciono oja anje.

Efekat oja anja zavisi od:a) vrste (hemijski sastav) i osobina materijala (stanje strukture),b) brzine deformacije,c) temperature obrade.

2.7.1 Hladno i toplo deformisanje

Egzaktno posmatrano, deformisanje je u hladnom stanju ako je temperatura obrade niaod temperature rekristalizacije (T


11/20

11

0Olovo600 800Srednje i visokolegirani elici

0Kalaj450 600Nelegirani elici

150 Aluminijum450Gvo e

270Mesing1200VolframTemperatura rekristalizacije pojedinih metala,

oC

Deformisanje u toplom stanju vri se ako je temperatura obrade via od temperaturerekristalizacije. Osnovne karakteristike ove obrade (u odnosu na oblikovanje u hladnomstanju):

a) znatno nii deformacioni otpor,b) pove ana plasti nost,

c) nii kvalitet povrina i nia ta nost dimenzija,d) vii trokovi proizvodnje zbog zagrevanja.Postoji i polutopla obrada (temperatura obrade je u intervalu izme u hladne i tople obrade).

Kod ve ine elika taj temperaturski interval je izme u 450 i 700 o C.


12/20

12

2.7.2 Krive oja anja

Krive oja anja predstavljaju zavisnost deformacionog otpora (napona te enja, deformacionevrsto e, efektivnog napona) od ostvarene efektivne plasti ne deformacije.

F (

)

()l0 l M -PL l M -EL

ravnomerno def. neravn. def.

P, E

T(H)

T(L)

M

R

,AF

0

= tehni ki napon (fiktivnavrednost proporcionalnasili zatezanja).


13/20

13

Veza izme u deformacionog otpora K i napona jednostavno se odre uje:

;ll

AF

AF

K 00== ( ) ( )+=+= 11A

FK 0

na osnovu uslova o nepromenljivosti zapremine: AllA 00 =i osnovnih definicija pokazatelja deformacije (na pr. relativnog izduenja): 1

ll

lll

00

0 ==

(, )

K=K(;; )K

K 0

0Deformacija u ta ki M je pri jednoosnom zatezanju naj e e manja od 30%, pa za ve e

iznose nije mogu e odrediti krivu oja anja. Za ve e stepene deformacije mogu e je koristitianaliti ke aproksimacije ili druga iji eksperimentalni postupak (na pr. pritiskivanje).

Da bi u procesu sabijanja (naj e e cilindri nog polaznog komada) vladalo jednoosnonaponsko stanje potrebno je eliminisati trenje na kontaktnim povrinama.


14/20

14


15/20

15

2.7.3 Aproksimacije krivih oja anja

n

CK =C i n su konstante koje je mogu e odrediti iz uslova nepromenljivosti zapremine i

maksimuma sile na dijagramu zatezanja (primeri u tabeli).

eMeM

MK C = eMn =

KMdeformacioni otpor u trenutku postizanja maksimuma sile pri zatezanju,

eMefektivna deformacija pri maksimalnoj sili zatezanja. C (MPa) n

Legure aluminijuma1100O2024T46061O6061T67075O

Mesing7030, aren8515, hl. valjan

Leg. kobalta, arena

Bakar, aren elikNisko uglj., aren 4731 aren 4731 hl. valjan 5430 aren 4580 ner . aren 4170 ner . aren

180690205410400

900580

2070

315

53010151100640

1275960

0.200.160.200.050.17

0.490.340.50

0.54

0.260.170.140.150.450.10


16/20

16

2.8 DEFORMABILNOST

U oblasti tehnologije plasti nog oblikovanja esto se koriste termini: deformabilnost,plasti nost, obradivost . Ako je re o trajnom (plasti nom) deformisanju deformabilnost iplasti nost se odnose na optu sposobnost materijala da se trajno deformie bez pojaverazaranja ili nekog drugog ote enja strukture.

Obradivost se naj e e vezuje za konkretan tip obrade (na pr. dubokim izvla enjem,istiskivanjem itd.).

Najzna ajniji uticajni faktori na deformabilnost su: vrsta materijala (hemijski sastav),struktura, temperatura obrade, brzina deformacije i naponsko stanje.

e

321

++=


17/20

17

Kod deformisanja limova, naj e e se deformabilnost izra ava preko intenziteta glavnihdeformacija u ravni lima u trenutku lokalizovanog deformisanja i razaranja. Zavisnost ve e

glavne deformacije ( 1) od manje ( 2) pri graninim uslovima predstavlja dijagram grani

nedeformabilnosti kod limova, poznat i kao Kiler Gudvinov dijagram (Keeler Goodwin).

Stuart Keeler (Keeler TechnologiesLLC, USA)


18/20

18

2.9 PARAMETRI PROCESA

Osnovni parametri procesa plasti nog deformisanja su: deformaciona sila, srednji povrinskipritisak (radni pritisak, radni napon) i deformacioni rad.

Da bi se ostvario proces plasti nog deformisanja, naj e e izvrni element maine(pritiskiva prese, bat kova kog eki a, itd.) nosi pokretni deo alata i ima pravolinijskokretanje. Aktivna sila kojom se preko maine deluje na radni komad naziva se deformaciona

sila i za pravilan izbor maine potrebno je poznavati njen intenzitet.

2.10 KONTAKTNO TRENJE I GRANI NI USLOVI

U toku procesa plasti nog deformisanja metala na kontaktnim povrinama izme u alata i

radnog predmeta nastaje odgovaraju e trenje, poto dolazi do relativnog kretanja izme u alatai komada. Po svojoj prirodi ovo trenje je bitno druga ije od trenja izme u krutih mainskihparova, koji rade u oblasti elasti nosti.

Kontaktni pritisci mogu pre i iznad 2500 MPa, za razliku od mainskih parova gde je tonaj e e ispod 50 MPa .

Kontaktna povrina se naj e e pove ava i menja njena konfiguracija.Kod mainskih parova trenje je uvek tetno, pri deformisanju u brojnim slu ajevima moe dabude i korisno (valjanje, duboko izvla enje).

Glavni uticaji na kontakno trenje su: kontaktni pritisak, brzina klizanja, temperatura, parametrikontaktnih povrina (hrapavost, fizi kohemijske osobine), vrsta materijala u kontaktu,primenjeno mazivo itd.


19/20

19

Osnovne vrste maziva su: ulja, emulzije (smee ulja i vode), masti i maziva u vrstom stanju(prakovi, grafit, molibden disulfid, cink sulfid, sapuni i polimeri).

Sile trenja deluju na kontaktnim povrinama i predstavljaju smicajne sile usmerene suprotnood smera pomeranja metala.

1) Normalni napon u kontaktu je znatno ve i od deformacione vrsto e (na pr. pri toplomkovanju), . Tada vai da je smicajni napon usled trenja:K >>

K k = gde je koeficijent trenja.Prema hipotezi maksimalnog smi ueg napona

K 5,0max =

K 5,0max = , pa je o igledno najve avrednost koeficijenta trenja =0,5.

2) Normalni napon u kontaktu je manji od deformacione vrsto e, K (na pr. pri obradidubokim izvla enjem).

=k to odgovara Kulonovom trenju.

Za prakti nu primenu mogu se usvojiti slede e vrednosti koeficijenta trenja:=0,4 0,5 za obradu u toplom stanju,=0,2 0,3 za hladnu obradu bez podmazivanja,=0,08 0,15 za hladnu obradu sa podmazivanjem .


20/20

20

plasticno deformisanje materijala

Documents