Transcript Tvarnenie_2

Tvárnenie 2
doc. Ing. Harold Mäsiar, CSc.
Šk. rok 2011/2012
Schémy napätosti a
pretvorenia
Napätosti i pretvorenia sú vektorové veličiny
Hlavné normálové napätia – napätia, pri ktorých sa
nevyskytujú šmykové zložky.
σ1, σ2, σ3 – označenie σ1 + ťah
σ2 + tlak
σ3 = 0
Schémy napätosti a
pretvorenia
Schémy napätosti vytvorené kombináciou napätí
Schémy napätosti a
pretvorenia
Hypotéza maximálnych
šmykových napätí
Hypotéza maximálnych šmykových napätí
1  3
2
K trvalému pretvoreniu pri trojosej
napätosti dôjde ak sa vyvodí taký stav, že
maximálne šmykové napätie dosiahne
polovičnú hodnotu medze sklzu
  max
 1   3  2 max  R e   max 
Re
2
1   2  3
Pri jednoosovom stave napätosti vznikne plastická deformácia po
dosiahnutí medze sklzu Re.
2 max  R e
Energetická hypotéza
Energetická hypotéza – intenzita napätosti. Aby nastalo
trvalé pretvorenie, musí intenzita napätosti dosiahnuť
hodnoty napätia, pri ktorom sa uvedie do pohybu
mechanizmus sklzu.
i 
1
2

  2    2   3    3   1 
2
1
2
Re – medza skutočných sklzových napätí
Odchýlka a pohybuje v rozmedzí max. 1%
2
 R
e
Zákony tvárnenia
1.) Zákon ( konštantnosti ) stálosti objemu – objem
materiálu ( polotovaru ) pred tvárnením sa rovná objemu
materiálu po tvárnení ( objem výtvarku ) t.j. Vpol = Vvýtv = konšt.
. V praxi sa objem zčasti mení, ale táto zmena je
zanedbateľná. Matematicky sa môže zákon konštantnosti
objemu vyjadriť ako:
Vpol = Vvýtv
l0 . b0 . h0 = l . b . h
Ak rovnicu predelíme súčinom l0 . b0 . h0 dostaneme :
l

b

h
l0 b 0 h 0
1
Zákony tvárnenia
Ak rovnicu zlogaritmujeme dostaneme :
ln
l
l0
 ln
b
b0
 ln
h
0
h0
Rovnicu môžeme prepísať v tvare pretvorení:
φl + φb + φh = 0
φ – prirodzené logaritmické pretvorenie
Zákony tvárnenia
2.) Zákon najmenšieho odporu – materiál sa pri tvárnení
premiestňuje ( tečie ) v smere najmenšieho odporu, t.j.
jednotlivé body tvárneného telesa sa premiestňujú v smere
najmenšieho odporu. Veľkosť odporu proti pohybu (
premiestňovaniu ) častice závisí od tej dráhy, ktorú musí
častica vykonať pri tvárnení, nakoľko energia vynaložená
na jej premiestnenie sa rovná práci pozdĺž tejto dráhy. Zo
zákona najmenšieho odporu vyplýva, že častica sa bude
pohybovať smerom, ktorým bude potrebovať pre svoj
pohyb minimálnu energiu.
Zákony tvárnenia
3.) Zákon podobnosti – dva procesy tvárenia sú podobne (
totožné, alebo porovnateľné ), ak je dodržaná geometrická
podobnosť, mechanická podobnosť a fyzikálna podobnosť.
Zákon podobnosti umožňuje modelovanie procesov
tvárnenia. Pre geometrickú podobnosť musí platiť
konštantnosť pomeru jednotlivých rozmerov výtvarku a
modelu. Matematické sa môže vyjadriť ako:
b1
b2

h1
h2

l1
 konšt
l2
b 1 , h 1 , l1  rozmery
výtvarku
b 2 , h 2 , l 2  rozmery
modelu
Zákony tvárnenia
Pre mechanickú podobnosť musí platiť rovnosť pomerov
tvárniacich síl Fi a druhých mocnín dĺžkových rozmerov bi,
hi, li. Matematicky môže byť vyjadrené ako:
F1
2
1
b

F2
b
2
2
alebo
F1
2
1
h

F2
h
2
2
Zároveň však musí platiť rovnosť tvárniacich tlakov výtvarku
a modelu P1= P2 . Pri fyzikálnej podobnosti sa zohľadňujú
rovnaké chemické zloženie, štruktúra, rýchlosť pretvorenia,
teplota a rozloženie napätí.
Zákony tvárnenia
4.) Zákon konštantnosti potenciálnej energie na zmenu tvaru
- potenciálna energia, potrebná na trvalú zmenu tvaru telesa,
nezávisí od schémy hlavných napätí ( stavu napätosti ).
Potenciálna energia na trvalú zmenu tvaru závisí od materiálu a
podmienok tvárnenia ( teplota, veľkosť pretvorenia, rýchlosť
pretvorenia ).
5.) Zákon neodlučiteľnosti elastických deformácií – každé
plastické pretvorenie je sprevádzané pružnou deformáciou podľa
Hookovho zákona. Celková deformácia (pretvorenie) sa skladá z
pružnej a plastickej deformácie εc = εcl + εpl. Rozmery výtvarku po
tvárnení nebudú zhodné s rozmermi pracovného nástroja,
pretože po tvárnení zostanú len účinky plastickej deformácie.
Zákony tvárnenia
6.) Zákon spevnenia – každý proces tvárnenia je sprevádzaný
deformačným spevnením materiálu. Zákon spevnenia dokazuje, že trvalá
deformácia v telese nastane vtedy, keď maximálne šmykové napätie bude
väčšie, nanajvýš rovné polovici meniaceho sa prirodzeného deformačného
odporu, kladie materiál proti pretvoreniu.
7.) Zákon trenia – každý proces tvárnenia je sprevádzaný vonkajším
kontaktným trením. Coulombov zákon trenia definuje treciu silu pri suchom
a polosuchom trení: Ff = f . Fn , kde Fn je normálová zložka sily a f je
súčiniteľ trenia. Vzťah nástroja a polotovaru pri kvapalinovom trení:
Ff   
 Sf

N 
kde Sf – kontaktná plocha, η – súčiniteľ dynamickej
viskozity, δ – hrúbka vrstvy maziva, v – rýchlosť pohybu
Zákony tvárnenia
8.) Zákon zvyškových napätí – tvárniace procesy sú
sprevádzané vznikom zvyškových napätí vo výtvarku v dôsledku
nerovnomerného rozloženia pretvorení. Nerovnomernosť
rozloženia pretvorení môžu ovplyvňovať zložitosť tvaru, trenie
medzi povrchmi, nerovnomernosť rozloženia teplôt a
nerovnomerné mechanické vlastnosti polotovaru. Z uvedeného
dôvodu sa odstraňuje napätie žíhaním, alebo vnesením napätia
opačnej orientácie.