Transcript 16_Krállics György - Alakítási szilárdság mérése

Alakítási szilárdság mérése
Krállics György
[email protected]
Reé András, Szombathelyi Viktor, Bereczki Péter
Anyagvizsgálat a Gyakorlatban – 6. Szakmai Szeminárium – 2012. június 6-8.
Az előadás fő pontjai





Az alakítási szilárdság fogalma
Mérési módszerek
Az elvégzett kísérletek
A mérési folyamatok modellezése
Következtetések
2
Az alakítási szilárdság fogalma
Az az egytengelyű feszültség, amely az anyag képlékeny állapotba való
hozásához, és ezen állapot fenntartásához szükséges.
Anyagjellemző, az alakítástechnikai számításoknál, de más mechanikai
feladatoknál is szükség van az alakítási szilárdság ismeretére.
k f  k f  p ,  p , T 
alakváltozás mértéke, egyenértékű alakváltozási sebesség, hőmérséklet
kf

Re
e
k f  p
k f  c0  c1 m
 
 
k f  k f0 exp   1  T    
 0 
 p, 
n T 
 mT 
3
Mérési módszerek
Az alakítási szilárdság (kf ) méréséhez egyszerű alakváltozási és
feszültségi állapot létrehozására törekszünk, lehetőleg a próbatest
teljes térfogatában. A többtengelyű feszültségi állapot és a súrlódás
hatásának kiküszöbölésére korrekciókat alkalmazunk . 1
Alapvető eljárások
szakítás, zömítés, csavarás
Alakváltozási állapot
tengelyszimmetrikus, síkbeli
Próbatest geometria
hengeres, hasáb alakú
Vizsgálataink során alkalmazott módszerek
zömítés hengeres próbán, cinksztearát és grafit kenőanyaggal
zömítés hengeres hornyolt próbán, méhviasz kenőanyaggal
zömítés síkbeli alakváltozással, cinksztearát kenőanyaggal
Vizsgált anyag
egy tételből kimunkált, lágyított állapotú Al 99,5 próbatestek
1. P.W. Bridgeman - Studies in Large Plastic Flow and Fracture, McGraw-Hill 1952
4
Hengeres próbatest zömítése 2
Fontos cél a súrlódás hatásának minimalizálása.
Kenőanyag megválasztása hideg- és meleg alakításhoz.
Állandó alakváltozási sebesség biztosítása.
Sebesség szabályozása.
kf 
F
4F
v
h0
,


,


ln
d 2
h
h
h
h0
1
 2 Rg  
rmax  
k f   zz  1 
    zzCv
 ln  1 
rmax   2 Rg  

F
16h 2
 zz  2 , Rg 
 rmax
d max  d min
h 2   d max  d min 
Rg 
4  d max  d min 
2
 parabolikus hordó 
 kör hordó 
Rg
d max
2. O.Ettuney, D.E.Hardt - A Method for in-Process Failure Prediction in Cold Upset Forging.
Journal of Engineering for Industry. August 1983. Vol.105. pp.161-167.
5
Korrekciós tényező alkalmazása
Alakítási ellenállás
200
Aid – ideális keresztmetszet,
térfogat állandóság alapján
hordósodás nélkül számítva
150
125
100




75
50
175
25
0
0,0
150
0,2
0,4
0,6
0,8
ln(h0/h)
Alakítási szilárdság
korrekció alkalmazásával
Amax – a dmax alapján
számított keresztmetszet
k f ,korrigált   Cv
1,0
125
kfkorr=Cv [MPa]
F/Aid Alakítási ellenállás [MPa]
175
100
75




50
25
0
0,0
0,2
0,4
0,6
2ln(dmax/d0)
0,8
1,0
6
Súrlódás hatásának csökkentése 3
Speciális geometria és nagy viszkozitású kenőanyag alkalmazásával.
Rastegaev módszere
t0 
u0 1  0.25 2 
,   Poisson tényező
1 
d 0  7  30 mm, u0  0.5  0.8 mm
h0  1  1.5 d 0
  0.9  1.2
Vizsgált próbatest
u0
t0
1,5
0,5
h0
d0
3. M.V. Rastegaev - Zavodszkaja Laboratorija, 1940, N3, p.354
22,5
h0
f15
7
Watts-Ford vizsgálat
(hasáb alakú próbatest zömítése)
A síkbeli alakváltozási állapotban
történő alakítási szilárdság mérés
súrlódási és geometriai feltételeit
Watts és Ford dolgozta ki 4 .
Szakaszos zömítés, a kenés felújítása,
a szerszámok cseréje a geometriai
feltételek betartása érdekében.
 
Watts-Ford szerszám
2
s
3
F
ln 0 , k f 

2 bw
3 s
Nyomóbetét párok
w1=6.06 mm
w2=4.40 mm
w3=2.24 mm
w4=1.18 mm
4. Watts, A.B., Ford, H. - Proc. Instn. Mech. Eng., 169 (1955), p. 1141-1156.
s [mm]
Watts-Ford vizsgálat
1,2
1,8
2,4
3,0
33,0
25000
32,5
20000
32,0
F [N]
Próbatest geometria: b0=30 mm, s0=3 mm
MTS 810 szakítógép, 100 N/s-os erővezérlés
0,6
15000
31,5
F-s
b-s
10000
b [mm]
0,0
30000
31,0
5000
30,5
0
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
30,0
0,0
s [mm]
w [mm]
0 (alakítatlan)
1
2
3
4
6.06
4.40
2.24
1.18
Voce típusú egyenlet illesztés:


k f   0   1  1  exp( 
c

n

)

200
150
kf [MPa]
Jelölés
Egyenértékű
alakváltozás
0
0.48
1.10
1.91
2.64
100
50
szakítóvizsgálati eredmény
0
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
Egyenértékű alakváltozás
9
Gleeble szimulátor alkalmazása
• Vezérlő ipari számítógép (QNX System)
• Főegység
szinkronizált, kettős
• „Hydrawedge”
szervo-hidraulikus
kiegészítő egység rendszer
}
Vezérlés: a munkahengereken LVDT típusú,
indukciós elvű elmozdulás mérőkkel
A mechanikai rendszer szabályozása:
szimulációs programokkal
(PC-n, Windows környezetben)
vezérlő ipari számítógép
minta beadó villa
erőmérő cella
10
Gleeble szimulátor alkalmazása
1. Hengeres zömítés
próbatest: Ø6×9mm-es hengeres
 szerszám: Ø19×25mm-es hengeres
wolframkarbid
2. Ékbenyomó (Watts-Ford jellegű) próba



próbatest: 10×15×20mm-es hasáb
szerszám: 5×25mm-es nyomófelületű, 26,5°-os ékszögű
wolframkarbid
11
Gleeble eredmények
Súrlódási viszonyok: kenőanyag nélkül, grafitos kenőanyag, grafit fólia
300
Feszültség [MPa]
250
Hengeres zömítés
200
150
Ékbenyomó próba
100
- kenőanyag nélkül
- 2-2 db grafitfólia
- grafit kenőanyag
50
0
0,00
0,25
0,50
0,75
1,00
1,25
1,50
1,75
2,00
Egyenértékű alakváltozás
12
Végeselemes folyamatmodellezés
Egyenértékű feszültség
 0
  0.2
Hengeres zömítés
h0=15 mm, d0=10 mm
h=5 mm
  0.1
  0.3
13
Végeselemes folyamatmodellezés
Egyenértékű alakváltozás
 0
  0.1
dideális  17.321 mm
dmax  17.751 mm
  0.2
  0.3
dmax  17.873 mm
dmax  17.905  mm
14
Végeselemes
folyamatmodellezés 5
C10
1000
800
kf [MPa]
Ékbenyomó próba
1200
600
kf-görbe
Gleeble, m=0
Gleeble, m=0,1
Ford, egy lépés, m=0,1
400
200
Egyenértékű
alakváltozás
0
0,00
0,25
0,50
0,75
1,00
1,25
1,50
1,75
2,00
egyenértékű alakváltozás
5. Reé A., Bobor K., Krállics Gy. - Az alakítási szilárdság mérésének problémái.
XIV. Képlékenyalakító Konferencia ,Miskolc, 2012 Konferencia Kiadvány . 222-227. old.
15
Végeselemes
folyamatmodellezés 5
Watts-Ford vizsgálat
C10
1000
800
kf [MPa]
w = 6 mm
s0 = 3 mm, s = 1,5 mm
μ=0,1
1200
600
kf-görbe
egy lépés, m=0
egy lépés, m=0,1
3 lépés lépés, m=0
3 lépés lépés, m=0,1
400
200
0
0,00
Egyenértékű
alakváltozás
0,25
0,50
0,75
1,00
1,25
1,50
1,75
egyenértékű alakváltozás
16
2,00
Vizsgálati eredmények összehasonlítása
Alakítási szilárdság [MPa]
200
150
Al 99.5
100
50
0
0,0
- Watts-Ford zömítés
- Ékbenyomó próba (Gleeble)
- Hengeres zömítés grafitfóliával (Gleeble)
- Hornyos zömítés
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
Egyenértékű alakváltozás
17
Következtetések
Az alakítási szilárdság mérését egyszerű geometriájú
próbatestekkel célszerű végezni.
 A mérés kiértékelésében fontos szerepet játszik a
súrlódás (kenés) és a próbatest geometria torzulása.
 Hidegalakítás és nagy alakváltozás esetén a szakaszos
Watts-Ford vizsgálat adja a legjobb eredményt.
 Folyamatos vizsgálatoknál romlanak a kenés feltételei és
megváltozik a próbatest egyszerű geometriája.
Az emiatt használt korrekciós összefüggések csak a
kisebb (0–0,6) alakváltozási tartományban adnak
megbízható eredményt. A Rastegaev típusú próbatestek
a 0–1,5 alakváltozás tartományban jól használhatók.

A bemutatott munka a TÁMOP-4.2.1.B-10/2/KONV-2010-0001 projekt keretében valósult meg.
18