Pred. 04. Deformacioni Rad

ObradaObrada metala metalabez rezanjabez rezanja

4. 4. predavanje predavanje

Mr. Mr. Nenad Janjić, Nenad Janjić, dipl. maš. inž.dipl. maš. inž.

Visoka škola primenjenih strukovnih studijaVranje

Deformacioni rad

Deformacioni rad je rad utrošen na smanjenje visine od početne vrednosti 0h do zadane vrednosti h.

Elementarni deformacioni rad: dW = Fdh

Deformacioni rad:

0

h

h

W Fdh

Traži se apsolutna vrednost, pa se granice integrala mogu

zameniti: 0h

h

W Fdh

Deformaciona sila: F k A k – specifični deformacioni otpor bez trenja, A – kontaktna površina na kojoj deluje sila.

Rad u idealnim usovima: ho

h

W kAdh

Obrada metala bez rezanja


Za ravnomernu deformaciju: V

Ah

. S obzirom da je

V const i dh

dh

, sledi: 0

0

h

h

dhW V k V k d V a N mm

h

Specifični deformacioni otpor: 3

0

N mma k d

mm

Deformacioni rad bitno zavisi od toga da li je deformacija izvršena u hladnom ili vrućem stanju.

Za deformaciju u hladnom stanju uvodi se pojam srednji

deformacioni otpor: 0 1

0

1,

2sr srk ka

k k d k

gde je: 0k – specifični deformacioni otpor za 0

1k – specifični deformacioni otpor za 0lnh

h


Deformacioni rad za hladnu obradu u idealnim uslovima:

0lnsr sr i srh

W V a V k V k V kh

gde je : iV – istisnuta zapremina. Deformacioni rad za vruću obradu u idealnim uslovima:

0ln ih

W V k V k V kh

gde je: k – specifični deformacioni otpor pri određenoj temperaturi i brzini deformacije.

Stvarni deformacioni rad dW je veći od idealnog za iznos gubitaka kontaktnog trenja i gubitka unutrašnjeg trenja:

dd

WW

gde je: d – stepen korisnog dejstva deformacije.


Stepen deformacije ( d ) zavisi od : vrste tehnološkog procesa obrade, vrste materijala, stanje kontaktnih površina, geometrije radnog komada, temperature deformacije i dr.

Po Siebelu koeficijent d je:

1. Za sabijanje .......................................0,85÷0,95 (hladno) 0,65÷0,80 (vruće) 2. Izvlačenje žice ...................................0,40÷0,70 3. Izvlačenje cevi ...................................0,40÷0,70 (hladno) 0,20÷0,50 (vruće) 4. Duboko izvlačenje bez promene debljine materijala .......................... 0,50÷0,60 5. Presovanje istiskivanjem ................... 0,30÷0,60


Stvarni deformacioni rad za obradu u hladnom stanju:

srd dsr i dsr

d d

kWW V V k V k

,

gde je: srdsr

d

kk

– stvarni srednji specifični deformacioni otpor sa

trenjem. Stvarni deformacioni rad za obradu u vrućem stanju:

d d i dd d

W kW V V k V k

,

gde je: dd

kk

– stvarni specifični deformacioni otpor sa trenjem za

zadane uslove temperature i brzine deformacije.


P R I M E R

Uslovi plastičnog tečenja Ako je telo opterećeno glavnim normalnim naponima 1 , 2 , 3 ,

koji deluju u tri međusobno upravna pravcima tada se zakon plastičnog tečenja matematički može izraziti funkcijom

1 2 3 1 2, , , , , 0F C C .

gde su: 1 , 2 , 3 – glavni normalni naponi, 1C , 2C – fizičke konstante matala. Prikazana funkcija predstavlja izvesnu zakonitost, koji moraju

glavni naponi zadovoljiti da bi došlo do plastičnog tečenja. Razni autori su ovu funkciju izražavali različitim jednačinama i tako su nastale razne hipoteze o plastičnom tečenju.

Postoje dve hipoteze koje su najbolje usaglašene sa eksperimentima.


1. Hipoteza najvećeg tangencijalnog napona Kulon je dao ideju da se maksimalni tangencijalni napon uzme

kao kriterijum za određivanje uslova pod kojim nastupa lom. Po ovoj hipotezi, plastično tečenje metala počinje kada najveći

tangencijalni napon u metalu dostigne vrednost napona tečenja pri linearnom istezanju.

a) Prostorno naponsko stanje

Ako je ovo naponsko stanje određeno glavnim naponima

1 2 3 0 , tada je najveći tangencijalni napon:

1 3max 2


Napon na granici tečenja pri linearnom istezanju:

2sk ,

gde je: k – specifični deformacioni otpor za zadane uslove stepena, brzine i temperature deformacije.

Izjednačavanjem napona, dobija se uslov tečenja:

1 3 k .

Odnosno, izraženo šire:

max min k .

Ako su glavni naponi negativni 1 2 3 0 tada je 1 min i 3 max , pa je uslov tečenja:

3 1 k


b) Ravansko naponsko stanje Nastaje u uslovima kada je jedan od glavnih napona jednak nuli

2 0 . Za ravansko stanje naponsko hipoteza se može predstaviti

nepravilnim šestougaonikom A1BC3DA. Za 1 3 0 , je 1 3 k , a to je jednačina prave AD ili BC .

Za 1 max 0 i 3 max 0 , to je prava AD.

Za 1 3 0 i 1 3 je 1 k , a to je jednačina prave 1A ili

3C . Za 1 3 0 je 1 max i 3 min pa je 1 k , a to je

prava 1A . Za 1 3 0 i 1 3 je 3 k , a to je jednačina prave 1B ili

3D . Ova hipoteza je jednostavnija za primenu i često se koristi u

proračunima tehnoloških procesa obrade.



2. Hipoteza najveće deformacione energije utrošene na promenu oblika

Količina potencijalne deformacione energije, koja se troši za promenu oblika, za date uslove deformacije (stepena, brzinu i temperaturu) konstantna je i jednaka količini deformacione energije promene oblika na granici tečenja pri linearnom istezanju.

Energija promene oblika se može izraziti:

2 221 2 2 3 3 1

1

6dU E

Energija promene oblika na granici tečenja pri linearnom

istezanju: 21

3dsU kE

gde su: 1 , 2 , 3 – glavni normalni naponi, - Poissonov koeficijent, E – modul elastičnosti.


a) Prostorno naponsko stanje Izjednačavajući izraze d dsU U dobija se uslov tečenja za

prostorno naponsko stanje po ovoj hipotezi u obliku:

2 22 21 2 2 3 3 1 2k

Ako je vrednost napona 2 u granicama 3 2 1 onda imamo dva slučaja i to:

1) Ako je 2 1 ili 2 3 tada nastaje:

2 21 3 1 32 2 ilik k

Vidi se u ovom slučaju energetska hipoteza poklapa sa hipotezom najvećeg tangencijalnog napona.

2) Ako je glavni napon jednak aritmetičkoj sredini glavnih

napona sa granica intervala 1 32 2

, tada:

2 21 3 1 3

3 22 ili 1,15

2 3k k k


U opštem slučaju 3 2 1 obrazac se može prikazati u

obliku:

1 3 k ,

gde je:

– kojeficijent koji se kreće u granicama 2

1 1,153

1 za 2 1 ili 2 3 – maksimalna simetrična

deformacija,

1,15 za 1 32 2

– ravansko deformaciono stanje.


b) Ravansko naponsko stanje Uslov tečenja za ravansko naponsko stanje dobija se za 2 0 .

2 2 21 1 3 3 k

Ovaj obrazac predstavlja opštu jednačinu elipse u kordinatnom sistemu 1 3O i ako se ovaj kordinatni sistem zaokrene za 45° u novi položaj, tada se transformacijom kordinata dobija jednačina elipse:

''31

2 21

223

k k

iz kojeg se vidi da elipsa ima: – veliku osu 2 2a k i

– malu osu 2

23

b k


Deformaciona sila Deformaciona sila je aktivna sila, koju razvije mašina i preko

alata preda radnom predmetu. U svakom momentu perioda deformacije je jednaka reakcionoj

sili, kojom se predmet suprostavlja deformaciji. Na osnovu deformacione sile vrši se izbor mašine za obradu

deformacijom. Kod tehnoloških operacija sa rotacionim kretanjem radnog organa

mašine (valjanje, savijanje i dr.) potrebno je, pored pritiska na valjke, poznavati i obrtni moment.



Normalna elementarna sila: n n kdF dA U pravcu kretanja alata deluje elementarna aktivna sila:

cos cosn n kdF dF dA ,

– ugao između pravac normalnog napona i pravac kretanja alata. Element površine: coskdA dA

tako da: ndF dA

Deformaciona sila: nA

F dxdy

Ako je normalni napon n konstantan, tada je sila: nF A

Radni pritisak: n

A

dAF

pA A

ili p mk

gde su: m – bezdimenzionalni koeficijent k – specifični deformacioni otpor


Kontaktno trenje Kontaktno trenje je trenje koje nastaje pri obradi metala

plastičnom deformacijom u uslovima dodira metala koji se deformiše sa alatom u zoni deformacije.

Sila kontaktnog trenja nastaje pri klizanju metala po dodirnim površinama alata.

Kod plastične deformacije površina alata se deformiše elastično, a komad koji se obrađuje deformiše se plastično.

Površina komada je podvrgnuta gnječenju i ona teži da poprimi oblik površine alata.

Zbog toga je stvarna dodirna površina kod plastične deformacije veća i u uslovima visokog pritiska nastaju velike sile molekularnog zahvata.


Na veličinu gubitka trenja pri plastičnoj deformaciji utiče niz faktora od kojih su najvažniji:

1. vrsta tehnološkog procesa, 2. vrsta materijala koji se obrađuje, 3. kvalitet površine alata, 4. kontaktna površina radnog komada, 5. temperatura deformacije, 6. brzina deformisanja, 7. mazivo. Da bi ispitao uticaj maziva na sniženje napona tečenja kod raznih

tehnoloških procesa obrade deformacijom Gubkin je izvršio eksperiment. Napravljen je probni uzorak početnog prečnika

10D mm i redukovanog prečnika 10d mm . Probni uzorak je zatim ubačen u prsten za presovanje istiskivanjem.


Stepen deformacije preseka: 2 2 2 2

2 2

10 80,36 36%

10

D d

D .

Napon tečenja kod presovanja istiskivanjem:

2

4

pp

F

D

,

i napon tečenja kod izlačenja:

2

4

pi

F

d

.

Osnovna uloga maziva kod plastične deformacije je da se smanji utrošak rada za izvršenje deformacije i poveća kvalitet površine metala.


U koliko se sabijanje cilindričnog uzorka vrši silom F , tada se u pravcu normale na površinu pod uglom javlja normalni napon N , odnosno normalni napon n .

Usled kojeficijenta trenja između površine alata i predmeta javlja se sila trenja T ili tangencijalni napon k .

Zavisno od odnosa N i T mogu nastupiti tri slučaja:

1. cos sinT N , cos sinN N , 180

2tg tg

2. cos sinT N , tg 3. cos sinT N , tg

cosT - horizontalna komponenta sile trenja sinN - horizontalna komponenta normalnog napona



Tangencijalni napon je usmeren u pravcu tangente na kontaktnu ravan i on je proporcionalan normalnom naponu.

Trenje na kontaktnim površinama izaziva pojavu tangencijalnog napona k .

Analiza tehnološkog procesa obrade deformacijom dovodi do tri granična slučaja i to:

1. Za n k onda je granični uslov: k n . 2. Za 0,5k k onda je granični uslov: k k . 3. Ukoliko na najvećem delu kontaktnih površina tangencijalni

napon dostiže svoju maksimalnu vrednost tada je uslov: 0,5k k U ovom slučaju oblast lepljenja metala uz alat rasprostranjena po

celoj dodirnoj površini, tako da klizanje površinskih slojeva nema, a deformacija se vrši usled klizanja unutrašnjih slojeva metala.


Documents

Pred. 04. Deformacioni Rad