Laboratorium obróbki plastycznej

Ćwiczenie numer 1: Komputerowa symulacja procesów obróbki plastycznej.

Ćwiczenie numer 2: Plastyczne własności materiałów metalicznych w warunkach

zewnętrznie wymuszonej zmiany drogi odkształcenia.

Przeprowadzenie technologicznej próby tłoczności blach

metodą Erichsena.

Ćwiczenie numer 3: Badanie plastyczności na gorąco.

1. Komputerowa symulacja procesów obróbki plastycznej.

Symulację procesów obróbki plastycznej przeprowadzaliśmy przy użyciu programu: „ CAPS - FINEL - walzen”.

Symulowaliśmy proces walcowania przedmiotu z materiału St3S - jest to stal węglowa, konstrukcyjna zwykła ogólnego przeznaczenia.

Opis naprężenia uplastyczniającego dla stali St3S:

T-temperatura w °C

W programie, którym posługiwaliśmy się - „CAPS - FINEL - walzen” podaje się: materiał, kształt elementu jego wymiary, średnice walców roboczych oraz odstęp między nimi. Element jest pokrywany (dyskretyzowany) siatką elementów skończonych, jeden węzeł sieci symuluje (opisuje) działanie danego, małego elementu, na który działają wszystkie siły. Program ten „widzi” siatkę elementów skończonych jako macierz przestrzenną.

Ilość węzłów w procesie jest stała.

Wielkość oczka w sieci powinna być taka, aby błędy w całej jej przestrzeni były takie same. Oczka siatki mogą mieć różne kształty:

Próbka:

długość 100 [mm] Proces izotermiczny

szerokość 35 [mm] temperatura T=1100°C

Wielkość oczka 2,5 [mm]

Podczas przeprowadzania symulacji można było zarówno odczytywać wartości liczbowe wielkości zmieniających się podczas procesu jak i obserwować zachowanie się próbki podczas procesu walcowania:

Drugą symulacją jaką przeprowadziliśmy przy pomocy programu „CAPS - FINEL” był proces kucia półswobodnego. Przeprowadziliśmy ją dla przedmiotu wykonanego ze stali St35, przy temperaturze T=1100°C.

Przy przeprowadzaniu tego typu symulacji należy zdefiniować kształt urządzenia do kucia, wielkość materiału wejściowego, podać należy także współczynnik tarcia μ.

2. Plastyczne własności materiałów metalicznych w warunkach

zewnętrznie wymuszonej zmiany drogi odkształcenia.

Przeprowadzenie technologicznej próby tłoczności blach Erichsena.

Mechanizmy odkształcenia plastycznego w kryształach:

- poślizg:

- bliźniakowanie:

Sieć płasko centryczna posiada 12 systemów poślizgu, regularnie przestrzennie centrowana 12 systemów poślizgu, heksagonalna 3 systemy poślizgu.

Wzór Schmidta - Boasa (dotyczy uruchamiania płaszczyzn poślizgu):

dla równoległych i prostopadłych

nie nastąpi poślizg

Dla polikryształów - poślizg nastąpi najszybciej w płaszczyznach uprzywilejowanych, tzn. ukierunkowanych zgodnie z kierunkiem działania siły.

Wpływ granicy ziaren na odkształcenie:

Rozciąganie: Ściskanie: Umowna krzywa umocnienia:

Wzór Ludwiga dla materiałów wyżarzonych:

Wzór Swifta dla materiałów umocnionych:

Klasyfikacja funkcji naprężenia uplastyczniającego:

Grupa I - stanowi funkcje uwzględniające jedynie wielkość odkształcenia

Grupa II - uwzględnia temperaturę, prędkość, wielkość bieżącego odkształcenia

Grupa III - to co grupa II oraz stan wewnętrzny materiału

Grupa IV - temperaturę, prędkość, wielkość odkształceń oraz czas

Grupa V - uwzględnia zmianę orientacji osi głównych stanu odkształcenia

w trakcie kształtowania lub w kolejnych fazach i etapach kształtowania

Wyciskanie:

Badanie materiałów powłokowych - blach. Próba tłoczności blach Erichsena.

Próbę tę przeprowadza się dla blach o grubości od 0,1 [mm] do 2 [mm]. Bada się pasy blachy o szerokości około 90 [mm]. Wytłaczamy do momentu pojawienia się pęknięcia prześwitującego (na całej grubości blachy). Mierzymy w tej próbie odległość na jaką przesunie się stempel wyciskający do momentu pojawienia się pęknięcia.

Nacisk stempla na blachę wynosi 10 [kN], prędkość jego posuwu

5 - 10 [mm/min].

Po przeprowadzonym badaniu nadaje się badanej blasze indeks: IE₂₀=...[mm]

Oraz określa się czy jest to blacha płytko tłoczna (P), głęboko tłoczna (G),

tłoczna (T).

3. Badanie plastyczności na gorąco.

Plastyczność materiału.

Naprężenie uplastyczniające - naprężenie potrzebne do uplastycznienia materiału.

prędkość odkształcenia

Krzywa umocnienia:

W podwyższonej temperaturze materiał wykaże większą odkształcalność przy ściskaniu. Materiały trudno odkształcalne będą mogły być obrabiane (ściskane) w walcarkach.

m-długość próbki

Badania plastometryczne dają nam obraz zachowania się danego materiału w podwyższonej temperaturze przy przyłożonej sile. Przeprowadza się je na urządzeniach zwanych plastometrami. Próbka jest tam indukcyjnie podgrzewana do odpowiedniej temperatury (mierzy się ją przy użyciu pirometrów), następnie poddawana jest skręcaniu oraz ściskaniu lub rozciąganiu. Parametry σ_p oraz ε_g poprzez układ pomiarowy podłączony do plastometru przekazywane są do komputera, z którego je odczytujemy.

WNIOSKI:

Dzięki przeprowadzonym ćwiczeniom mieliśmy okazję zapoznać się z podstawami laboratoryjnego (doświadczalnego) procesu wspomagania obróbki plastycznej.

Badania laboratoryjne mogą w znacznym stopniu obniżyć koszty wytwarzania wyrobów. Pozwalają nam na to wszelkiego rodzaju symulacyjne programy komputerowe np. „CAPS - FINEL”, „Comp - axi”. Przy ich pomocy możemy bez fizycznego (rzeczywistego) procesu przeprowadzić symulację danej czynności związanej z obróbką plastyczną.

Dzięki próbie tłoczności Erichsena możemy określić tłoczność naszego materiału (blachy), co pozwoli określić nam zakres zastosowań tej blachy.

Badania plastometryczne pomogą nam dobrać tak parametry procesu obróbki plastycznej na gorąco aby przebiegał on poprawnie i bez zakłóceń. Obserwujemy zachowanie się materiału w wyższych temperaturach, gdy poddany jest dodatkowo skręcaniu, ściskaniu bądź rozciąganiu.

---