• Nie Znaleziono Wyników

Widok Wyznaczenie naprężeń własnych metodą sin2 Y w stemplach do wyciskania przeciwbieżnego wyrobów z cynku

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "Widok Wyznaczenie naprężeń własnych metodą sin2 Y w stemplach do wyciskania przeciwbieżnego wyrobów z cynku"

Copied!
12
0
0

Pełen tekst

(1)

Dr inŜ. Jarosław SAMOLCZYK

Instytut Obróbki Plastycznej, Poznań

Dr inŜ. Henryk WOŹNIAK

Politechnika Poznańska, Poznań

Wyznaczenie napręŜeń własnych metodą sin

2

Ψ

Ψ

Ψ

Ψ

w stemplach do wyciskania przeciwbieŜnego

wyrobów z cynku

Determination of internal stresses in punches

for backward extrusion of zinc products

by the sin

2

Ψ

Ψ

Ψ

Ψ

method

Streszczenie

W artykule przedstawiono stan napręŜeń własnych w warstwie powierzchniowej stempli do wyciskania prze-ciwbieŜnego naczyń cylindrycznych. Pomiarów napręŜeń dokonano rentgenowską metodą sin2Ψ. Stwierdzono zmianę znaków napręŜeń własnych w badanej warstwie wierzchniej.

Abstract

The paper presents the state of internal stresses in the surface layer of punches for backward extrusion of cylin-drical vessels. The stress measurements have been performed by the sin2Ψ x-ray method. It has been found that the signs of the internal stress have changed in the surface layer being examined.

Słowa kluczowe: stemple do wyciskania, napręŜenia własne, metoda sin 2

ψ, napręŜenia wzdłuŜne, napręŜenia po-przeczne

Key words: extrusion punches, internal stresses, sin2Ψ method, longitudinal stresses, transverse stresses

1. WPROWADZENIE

Objętościowa obróbka plastyczna metali jest znaczącym źródłem napręŜeń własnych w warstwie wierzchniej narzędzi. Problematy-ka napręŜeń własnych w warstwach wierzch-nich narzędzi do obróbki plastycznej oraz me-todyka ich wyznaczania jest jednym z najczę-ściej podejmowanych zagadnień poznawczych gdyŜ stanowi kryterium oceny trwałości narzę-dzi. Szczególne znaczenie mają badania naprę-Ŝeń własnych w warstwach powierzchniowych, indukowanych w procesie ich wytwarzania (np. toczenia, szlifowania, azotowania) oraz pod-czas eksploatacji. Pomiary wartości napręŜeń własnych łącznie z ich znakiem, pozwalają na oszacowanie obszaru występowania napręŜeń

1. INTRODUCTION

Volumetric metal forming is an important source of internal stresses in the surface layer of the tools. The problems of internal stresses in surface layers is one of the most often stu-died cognitive subjects for it is a criterion of tool durability assessment. Investigation of internal stresses in the surface layers in-duced in the tools in the process of their manu-facturing, (e.g. turning, grinding, nitriding) and during service are of particular impor-tance. The measurements of the internal stresses values including their sign allow for estimation of the area of occurrence of tensile stresses [1÷4] which influence the wear of the tool working surfaces.

(2)

rozciągających [1÷4], które wpływają na zuŜy-cie powierzchni roboczych narzędzi.

Ocena technologiczna warstwy wierzchniej narzędzi przed i po eksploatacji sprowadza się zazwyczaj do pomiaru chropowatości i pomia-rów cech geometrycznych.

2. PRZEBIEG POMIARÓW

Stemple, stanowiące przedmiot badań, wykonano ze stali HS6-5-2. Skład chemiczny stali wyznaczono za pomocą optycznego spek-trometru emisyjnego o wzbudzeniu jarzenio-wym GDS500A firmy LECO. Wyniki za-mieszczono w tablicy 1.

Technological assessment of the tool surface layer before and after exploitation is usually limited to the measurement of roughness and measurement of geometrical features.

2. MEASUREMENTS

The punches under investigation have been made of HS6-5-2 steel. The chemical composi-tion of the steel has been determined by means of an optical emission spectrometer with glow excitation, GDS500A made by LECO. The re-sults can be found in Table 1.

Tablica 1. Skład chemiczny materiału stempli uŜytych w badaniach Table 1. Chemical composition of the punches used in the investigation

Zawartość pierwiastków, % wag

Content of elements, wt % Znak stali Steel symbol C Si Mn P S Cr W Mo V Ni Ti. Co Cu HS6-5-2 1,02 0,37 0,31 0,028 0,017 3,71 6,31 4,28 1,84 0,53 0,57 0,42 0,15

Pomiary napręŜeń przeprowadzono za po-mocą dyfraktometru rentgenowskiego Krista-talloflex 4 firmy Siemens z goniometrem Eg 4/201. Zastosowano dyfraktometryczną me-todę pomiaru napręŜeń tzw. meme-todę sin2ψψ. ψψ Rejestrację obrazu dyfrakcyjnego realizowano za pomocą programu „Image.exe”.

Pomiarom rentgenowskim poddano stem-ple po kolejnych operacjach technologicznych w procesie ich wytwarzania oraz przed i po eksploatacji (tabl. 2). Za kryterium zuŜycia stempli przyjęto ubytek średnicy części robo-czej, wynoszący 0,03 mm.

Ekspozycji poddano powierzchnie stempli w obszarze części roboczej. Wszystkie pomiary przeprowadzono przy tych samych parame-trach prądowo-napięciowych i optycznych dla wiązki rentgenowskiej. Pomiarów dokonywano w sześciu punktach na obwodzie stempla. W tym celu stempel obracano wokół jego osi z podziałką 60°. NapręŜenia obliczano z uŜy-ciem programu „Stress calc.”. W badaniach wyznaczono napręŜenia wzdłuŜne i po-przeczne.

The stress measurements were performed using Kristalloflex 4 x-ray diffractometer with an Eg 4/201 goniometer made by Siemens. The sin2

Ψ

method, has been applied the di-ffraction profile has been recorded using the “Image.exe” program.

X-ray measurements have been applied to punches after subsequent technological op-erations in the process of their manufacturing, as well as prior to and after exploitation (Ta-bles 2). As the criterion of punch wear, the reduction of the working part diameter by 0.03 mm has been adopted.

The punch surfaces exposed were the ones in the area of the working part. All the mea-surements were performed at the same current – voltage as well as optical parameters for the x-ray beam. The measurements were taken at six points on the punch circumference. In order to do so, the punch was turned around its axis at intervals of 60 degrees. The stresses were calculated with the use of the “Stress calc.” program. Longitudinal and transverse stresses have been determined in this investiga-tion.

(3)

3. WYNIKI BADAŃ

Wartości napręŜeń własnych, obliczonych z liniowych zaleŜności εϕψ dla poszczególnych połoŜeń kątowych punktów pomiarowych na obwodzie stempli zamieszczono w tablicach 2 i 3. Oznaczenie stempla identyfikuje numer stempla i fazę jego wytwarzania oraz eksplo-atacji.

3. RESULTS

The values of internal stresses calculated from the linear relationship, εϕψ, for the indi-vidual angular positions of the measurement points on the punch circumference can be found in Tables 2 and 3. The designation of a punch identifies its number and a stage of manufacturing as well as exploitation.

Tablica 2. NapręŜenia wzdłuŜne w warstwach powierzchniowych badanych stali Table 2. Longitudinal stresses in the surface layers of the punches under investigation

NapręŜenia podłuŜne [MPa]

Longitudinal stresses [MPa]

Kąt połoŜenia punktu pomiarowego na obwodzie stempla

Angular position of the measurement point on the punch circumference

Oznaczenie stempla

Punch designation

60° 120° 180° 240° 300° 360°

Nr 1 – po toczeniu

No. 1 – after turning +121 +120 +116 +119 +136 +123

Nr 2 – po toczeniu

No. 2 – after turning +170 +152 +317 +293 +244 +213

Nr 3 – po toczeniu

No. 3 – after turning +284 +295 +337 +289 +300 +341

Nr 1 – po hartowaniu i odpuszczaniu

No. 1 – after hardening and tempering -155 -156 -220 -163 -169 -178

Nr 2 – po hartowaniu i odpuszczaniu

No. 2 – after hardening and tempering -187 -193 -242 -166 -178 -185

Nr 3 – po hartowaniu i odpuszczaniu

No. 3 – after hardening and tempering -213 -193 -201 -170 -159 -179

Nr 1 – po procesie azotowania

No. 1 – after the nitriding process -728 -726 -730 -738 -747 -757

Nr 2 – po procesie azotowania

No. 2 – after the nitriding process -637 -647 -7 -658 -680 -697

Nr 3 – po procesie azotowania

No. 3 – after the nitriding process -730 -687 -648 -722 -180 -757

Po eksploatacji 10,5 mln. sztuk

After exploitation – 10.5 million pcs -40 -40 -43 -41 -42 -45

Po eksploatacji - 4,5 mln. sztuk*

After exploitation – 4.5 million pcs -38 -10 -43 -3 -22 +5

Po eksploatacji - 1,6 mln. sztuk*

After exploitation – 1.6 million pcs +50 -20 -56 -43 -56 +34

Po eksploatacji - 389 tys. sztuk*

After exploitation – 389 thousand pcs +294 +224 +380 +221 +341 +316

Po eksploatacji - 351 tys. sztuk*

After exploitation – 351 thousand pcs +345 +432 +397 +392 +425 +429 * wyciśnięta liczba wyrobów przy ubytku średnicy części roboczej stempla 0,03 mm

(4)

Tablica 3. NapręŜenia poprzeczne w warstwach powierzchniowych badanych stempli Table 3. Transverse stresses in the surface layers of the punches under investigation

NapręŜenia poprzeczne [MPa]

Transverse stresses [MPa]

Kąt połoŜenia punktu pomiarowego na obwodzie stempla

Angular position of the measurement point on the punch circumference Oznaczenie stempla Punch designation 60° 120° 180° 240° 300° 360° Nr 1 – po toczeniu

No. 1 – after turning +45 -13 +85 +13 +69 -3 Nr 2 – po toczeniu

No. 2 – after turning +5 +22 +93 +30 +61 +77

Nr 3 – po toczeniu

No. 3 – after turning +33 +13 +17 +25 +22 +30

Nr 1 – po hartowaniu i odpuszczaniu

No. 1 – after hardening and tempering -206 -187 -141 -166 -157 -150

Nr 2 – po hartowaniu i odpuszczaniu

No. 2 – after hardening and tempering -251 -250 -326 -204 -177 -173

Nr 3 – po hartowaniu i odpuszczaniu

No. 3 – after hardening and tempering -124 -196 -202 -232 -257 -191

Nr 1 – po procesie azotowania

No. 1 – after the nitriding process -278 -270 -268 -264 -265 -268

Nr 2 – po procesie azotowania

No. 2 – after the nitriding process -400 -412 +306 -422 -446 -443

Nr 3 – po procesie azotowania

No. 3 – after the nitriding process -298 -274 -322 -263 +321 -272

Po eksploatacji - 10,5 mln. sztuk*

After exploitation – 10.5 million pcs +17 +18 +28 +17 +15 +19

Po eksploatacji - 4,5 mln. sztuk*

After exploitation – 4.5 million pcs +45 +60 +93 +115 +48 +49

Po eksploatacji - 1,6 mln. sztuk*

After exploitation – 1.6 million pcs +93 +21 +85 +13 +69 +77

Po eksploatacji - 389 tys. sztuk*

After exploitation – 389 thousand pcs +529 +592 +550 +572 +519 +509

Po eksploatacji - 351 tys. sztuk*

After exploitation – 351 thousand pcs +519 +575 +683 +601 +653 +489 * wyciśnięta liczba wyrobów przy ubytku średnicy części roboczej stempla 0,03 mm

number of extruded products at 0.03 mm reduction of diameter of punch working part

Wyznaczone w badaniach wartości naprę-Ŝeń własnych poprzecznych i wzdłuŜnych, odnoszące się do kolejnych etapów wytwarza-nia stempli przedstawiono graficznie na rys. 1÷3. Linie łączące punkty pomiarowe nie są zaleŜnościami funkcyjnymi.

Na rys. 4 i 5 podano graficznie wartości napręŜeń własnych poprzecznych i wzdłuŜnych dla stempli po eksploatacji.

The values of longitudinal and transverse internal stresses determined in the investiga-tion referring to the individual stages of punch manufacturing are shown in Fig. 1÷3. The lines connecting the measurement points are not functional relationships.

In Figs. 4 and 5, one can find a graphic presentation of the longitudinal and transverse internal stress values.

(5)

116 120 121 123 136 119 0 50 100 150 60 120 180 240 300 360 -13 85 13 -3 45 69 -50 0 50 100 60 120 180 240 300 360

a) Stempel nr 1 - po toczeniu  napręŜenia wzdłuŜne Punch no. 1 – after turning longitudinal stresses

a) Stempel nr 1 - po toczeniu  napręŜenia poprzeczne Punch no. 1 – after turning transverse stresses

-169 -163 -220 -156 -155 -178 -240 -170 -100 60 120 180 240 300 360 -166 -157 -150 -206 -187 -141 -250 -200 -150 -100 60 120 180 240 300 360

b) Stempel nr 1 - po hartowaniu  napręŜenia wzdłuŜne Punch no. 1 – after hardening longitudinal stresses

b) Stempel nr 1 - po hartowaniu  napręŜenia poprzeczne Punch no. 1 – after hardening transverse stresses

-728 -726 -730 -738 -747 -757 -780 -750 -720 -690 60 120 180 240 300 360 -268 -278 -270 -268 -264 -265 -300 -250 60 120 180 240 300 360

c) Stempel nr 1 - po azotowaniu  napręŜenia wzdłuŜne Punch no. 1 – after nitriding longitudinal stresses

c) Stempel nr 1 - po azotowaniu  napręŜenia poprzeczne Punch no. 1 – after nitriding transverse stresses

Rys. 1. Schemat rozkładu napręŜeń własnych na powierzchni roboczej stempla nr 1 w zaleŜności od kąta połoŜenia punktu pomiarowego na obwodzie stempla Fig. 1. A diagram of internal stress distribution on the working surface of punch no. 1

(6)

213 244 293 317 152 170 0 200 400 60 120 180 240 300 360 93 22 77 5 61 30 0 50 100 60 120 180 240 300 360

a) Stempel nr 2 - po toczeniu  napręŜenia wzdłuŜne Punch no. 2 – after turning longitudinal stresses

a) Stempel nr 2 - po toczeniu  napręŜenia poprzeczne Punch no. 2 – after turning transverse stresses

-166 -178 -185 -187 -193 -242 -300 -250 -200 -150 60 120 180 240 300 360 -173 -177 -204 -326 -250 -251 -350 -250 -150 60 120 180 240 300 360

b) Stempel nr 2 - po hartowaniu  napręŜenia wzdłuŜne Punch no. 2 – after hardening longitudinal stresses

b) Stempel nr 2 - po hartowaniu  napręŜenia poprzeczne Punch no. 2 – after hardening transverse stresses

-7 -658 -697 -680 -637 -647 -800 -350 100 60 120 180 240 300 360 -446 -422 -443 -400 -412 306 -500 -50 400 60 120 180 240 300 360

c) Stempel nr 2 - po azotowaniu  napręŜenia wzdłuŜne Punch no. 2 – after nitriding longitudinal stresses

c) Stempel nr 2 - po azotowaniu  napręŜenia poprzeczne Punch no. 2 – after nitriding transverse stresses

Rys. 2. Schemat rozkładu napręŜeń własnych na powierzchni roboczej stempla nr 2 w zaleŜności od kąta połoŜenia punktu pomiarowego na obwodzie stempla Fig. 2. A diagram of internal stress distribution on the working surface of punch no. 2

(7)

213 244 293 317 152 170 0 200 400 60 120 180 240 300 360 93 22 77 5 61 30 0 50 100 60 120 180 240 300 360

a) Stempel nr 3 - po toczeniu  napręŜenia wzdłuŜne Punch no. 3 – after turning longitudinal stresses

a) Stempel nr 3 - po toczeniu  napręŜenia poprzeczne Punch no. 3 – after turning transverse stresses

-166 -178 -185 -187 -193 -242 -300 -250 -200 -150 60 120 180 240 300 360 -173 -177 -204 -326 -250 -251 -350 -250 -150 60 120 180 240 300 360

b) Stempel nr 3 - po hartowaniu  napręŜenia wzdłuŜne Punch no. 3 – after hardening longitudinal stresses

b) Stempel nr 3 - po hartowaniu  napręŜenia poprzeczne Punch no. 3 – after hardening transverse stresses

-7 -658 -697 -680 -637 -647 -800 -350 100 60 120 180 240 300 360 -446 -422 -443 -400 -412 306 -500 -50 400 60 120 180 240 300 360

c) Stempel nr 3 - po azotowaniu  napręŜenia wzdłuŜne Punch no. 3 – after nitriding longitudinal stresses

c) Stempel nr 3 - po azotowaniu  napręŜenia poprzeczne Punch no. 3 – after nitriding transverse stresses

Rys. 3. Schemat rozkładu napręŜeń własnych na powierzchni roboczej stempla nr 3 w zaleŜności od kąta połoŜenia punktu pomiarowego na obwodzie stempla Fig. 3. A diagram of internal stress distribution on the working surface of punch no. 3

(8)

-45 -42 -41 -43 -40 -40 -100 -50 0 60 120 180 240 300 360 15 17 28 18 17 19 0 15 30 60 120 180 240 300 360

a) Stempel – 10,5 mln sztuk  napręŜenia wzdłuŜne Punch – 10.5 million pcs longitudinal stresses

a) Stempel - 10,5 mln sztuk  napręŜenia poprzeczne

Punch – 10.5 million pcs transverse stresses

-22 -3 -43 -10 -38 5 -100 -40 20 60 120 180 240 300 360 48 115 93 60 45 49 0 60 120 60 120 180 240 300 360

b) Stempel – 4,5 mln sztuk  napręŜenia wzdłuŜne Punch – 4.5 million pcs longitudinal stresses

b) Stempel – 4,5 mln sztuk  napręŜenia poprzeczne Punch – 4.5 million pcs transverse stresses

34 -56 -43 -56 -20 50 -100 -20 60 60 120 180 240 300 360 77 69 13 85 21 93 0 50 100 60 120 180 240 300 360

c) Stempel – 1,6 mln sztuk  napręŜenia wzdłuŜne Punch – 1.6 million pcs transverse stresses

c) Stempel – 1,6 mln sztuk  napręŜenia poprzeczne Punch – 1.6 million pcs transverse stresses

Rys. 4. Schemat rozkładu napręŜeń własnych na stemplach do wyciskania przeciwbieŜnego po eksploatacji, w zaleŜności od kąta połoŜenia punktu pomiarowego na obwodzie stempla

Fig. 4. A diagram of internal stress distribution on backward extrusion punches after exploitation, versus angular position of the measurement point on the punch circumference

(9)

341 221 380 224 294 316 0 200 400 60 120 180 240 300 360 509 519 572 550 592 529 400 450 500 550 600 60 120 180 240 300 360

a) Stempel – 389 tys. sztuk  napręŜenia wzdłuŜne Punch – 389 thousand pcs longitudinal stresses

a) Stempel – 389 tys. sztuk  napręŜenia poprzeczne

Punch – 389 thousand pcs transverse stresses

429 425 392 397 432 345 0 250 500 60 120 180 240 300 360 653 601 683 575 519 489 100 400 700 60 120 180 240 300 360

b) Stempel – 351 tys. sztuk  napręŜenia wzdłuŜne Punch – 351 thousand pcs longitudinal stresses

b) Stempel – 351 tys. sztuk  napręŜenia poprzeczne Punch – 351 thousand pcs transverse stresses

Rys. 5. Schemat rozkładu napręŜeń na stemplach do wyciskania przeciwbieŜnego po eksploatacji, w zaleŜności od kąta połoŜenia punktu pomiarowego na obwodzie stempla

Fig. 5. A diagram of internal stress distribution on backward extrusion punches after exploitation, versus angular position of the measurement point on the punch circumference

4. DYSKUSJA WYNIKÓW

4.1. Rozkład napręŜeń własnych w stemplach po kolejnych etapach wytwarzania

Obróbka mechaniczna generuje na po-wierzchni stempli napręŜenia własne - rozcią-gające (dodatnie) [5÷7]. Otrzymane wyniki pomiarów rentgenowskich potwierdzają zjawi-ska zachodzące podczas obróbki skrawaniem (rys.1a÷3a).

Hartowanie i odpuszczania powoduje po-wstanie napręŜeń ściskających (ujemnych) [8, 9]. Przyczyną takiego stanu jest większa obję-tość martenzytu niŜ austenitu i jego zwiększo-ny udział w warstwie wierzchniej (rys. 1b÷3b).

4. DISCUSSION OF THE RESULTS

4.1. Distribution of internal stresses in punches after the subsequent stages of manufacturing

Machining generates internal stresses – tensile ones (positive) [5÷7]). The results of x-ray measurements confirm the phenomena taking place during machining (Figs 1a÷3a).

Hardening and tempering cause compre-ssive (negative) stresses [8, 9]. The reason is the higher volume of martensite than austen-ite and its higher content in the surface layer (Figs 1b÷3b).

(10)

Szlifowanie obrobionych cieplnie stempli, generując na powierzchni stempli napręŜenia własne rozciągające (dodatnie) [10, 11]. Rów-nieŜ warstwy dyfuzyjne, powstałe w wyniku azotowania gazowego spowodowały wytwo-rzenie na powierzchni stempli napręŜeń wła-snych ściskających.

Uzyskany rozkład napręŜeń własnych (rys. 2c i 3c) po azotowaniu gazowym charak-teryzuje się nagłymi zmianami napręŜeń po-dłuŜnych i poprzecznych na powierzchni stem-pli. W przypadku napręŜeń wzdłuŜnych, dla stempla nr 2, wartości mieszczą się w przedzia-le od -697 MPa do -7 MPa i dla stempla nr 3 w przedziale od -757 MPa do -180 MPa. Ana-liza rozkładu napręŜeń poprzecznych wskazuje na zmianę znaku napręŜeń ze ściskających na rozciągające i tak w przypadku stempla nr 2 od -446 do +306 MPa a w przypadku stempla nr 3 od -322 do +321 MPa. W obszarach napręŜeń dodatnich, z duŜym prawdopodobieństwem, moŜe nastąpić szybsze zuŜycie mechaniczne (np. wykruszenia) w trakcie eksploatacji stem-pli.

Niebezpieczne z punktu widzenia eksplo-atacji stempli, rozciągające napręŜenia własne w tych obszarach są często skutkiem azotowa-nia gazowego [12].

4.2. Rozkład napręŜeń własnych w stem-plach po eksploatacji

W trakcie eksploatacji obciąŜenie stempli zmienia się cyklicznie. Stempel jest bowiem ściskany w czasie roboczego ruchu suwaka prasy i rozciągany w czasie ruchu powrotnego. Spiętrzenie dodatnich napręŜeń własnych w warstwie wierzchniej stempli do wyciskania przeciwbieŜnego, moŜe prowadzić do kruchego pękania tej warstwy, co potwierdza rys. 6. Ten typ zniszczenia zmęczeniowego rozpoczyna się inicjacją pęknięcia na powierzchni stempla lub w warstwie podpowierzchniowej [13].

Analiza otrzymanych rozkładów napręŜeń własnych w warstwie wierzchniej stempli po eksploatacji wykazała, Ŝe napręŜenia wzdłuŜne ściskające, o średniej wartości ujemnej 40 MPa, występują jedynie na powierzchni stempla, który wykonał 10,5 mln wyrobów (napręŜenia poprzeczne rozciągające w tym stemplu wynosiły średnio +20 MPa).

Grinding of the heat treated punches gene-rates tensile (positive) stresses on their surface [10, 11]. The diffusion layers, too, formed as a result of gas nitriding, have caused com-pressive internal stresses on the punch sur-faces.

The distribution of internal stresses (Figs 2c and 3c) after gas nitriding is characterized by rapid changes of longitudinal and trans-verse stresses on the surface of the punches. In the case of the longitudinal stresses for punch No. 2, the values are within the range from -697 MPa to -7 MPa and for punch No. 3 in the range from -757 MPa to -180 MPa. An analysis of the transverse stress distribu-tion indicates the change of the sign of the stress from compressive to tensile ones; in the case of punch No. 2, - from -446 to +306 MPa and in the case of punch No. 3 – from -322 to +321 MPa. In the areas of posi-tive stress, there is a high probability of quicker mechanical wear (e.g. spalling) du-ring punch exploitation.

The tensile internal stresses in those areas, dangerous from the point of view of exploita-tion of the punches, are often a result of gas nitriding [12].

4.2. Distribution of internal stresses in punches after exploitation

In the course of exploitation, the load of the punches changes in a cyclic way as the punch is compressed during the working stroke of the press ram and stretched during its return stroke. The build-up of positive internal stresses in the surface layer of backward extru-sion punches can result in brittle fractures of that layer as evidenced in Fig. 6. This kind of fatigue destruction starts in an initiation of a crack on the punch surface or in the zone just under the surface [13].

An analysis of the internal stresses distri-bution in the surface layer of punches after exploitation has shown that that longitudinal compressive stresses with an average negative value of 40 MPa occur only on the surface of a punch which had made 10.5 million pro-ducts (transverse tensile stress in that punch had an average value of +20 MPa ).

(11)

Rys. 6. Pęknięcia na powierzchni stempla po eksploatacji: obraz z mikroskopu skaningowego w przekroju poprzecznym Fig. 6. Cracks on the surface of a punch after exploitation: SEM images taken in cross sections

W pozostałych stemplach (4,5 mln wyrobów i 1,6 mln wyrobów) napręŜenia wzdłuŜne na obwodzie stempla są zarówno ściskające jak i rozciągające (zmieniają swój znak) – rys. 4b i 4c.

Natomiast w stemplach, które wykonały naj-mniejszą liczbę wyrobów (389 i 351 tys. szt.), wyniki pomiarów wykazały tylko napręŜenia rozciągające – rys. 5a i 5b. Uzasadnienie wy-stępowania tych zjawisk będzie przedmiotem dalszych badań.

5. WNIOSKI

1. Zastosowana rentgenowska metoda sin2ΨΨΨΨ pozwoliła wyznaczyć napręŜenia własne w stemplach do wyciskania przeciwbieŜne-go wyrobów cylindrycznych z cynku.

2. Graficzny obraz napręŜeń własnych w stemplach umoŜliwia umiejscowienie na-pręŜeń rozciągających, niekorzystnych z punktu widzenia eksploatacji.

3. Operacje technologiczne w trakcie wyko-nywania stempli, generują napręŜenia wła-sne róŜnych znaków.

4. Rozkłady napręŜeń własnych wyznaczone metodą sin2ΨΨΨΨ stanowią bazę do modelowa-nia numerycznego napręŜeń w warstwach azotowanych narzędzi do obróbki plastycz-nej.

In the other punches (4.5 million products and 1.6 million products) the longitudinal stresses on the punch circumference are both compressive and tensile ones (they change their sign) – Figs 4b and 4c. On the other hand, in the punches which had made the least number of products (389 and 351 thousand pcs) the measurements have shown only ten-sile stresses – Fig. 5a and 5b. The reason will be an objective of further investigation.

5. CONCLUSIONS

1. The sin2Ψ method applied has allowed for the determination of internal stresses in punches for backward extrusion of cylin-drical zinc products.

2. The graphic presentation of the internal stresses in punches enables location of tensile stresses, detrimental from the point of view of exploitation.

3. The technological operations involved in the manufacture of the punches generate internal stresses of different signs.

4. Internal stress distributions determined by the sin2Ψ method are a basis for nu-merical modelling of stresses in the nitrided layers of metal forming tools.

(12)

5. NapręŜenia własne wyznaczone metodą sin2ΨΨ w wierzchniej warstwie stempli do ΨΨ wyciskania przeciwbieŜnego, mogą stano-wić kryterium do zmian konstrukcyjnych narzędzi oraz do wyboru prawidłowej ob-róbki powierzchniowej z uwzględnieniem kryteriów zuŜycia trybologicznego i ekono-micznego.

6. Dalsze badania będą ukierunkowane na po-szukiwania związków pomiędzy składnika-mi strukturalnyskładnika-mi warstwy wierzchniej, rozkładem napręŜeń własnych w tej war-stwie i właściwościami eksploatacyjnymi narzędzi.

5. The internal stresses determined by the sin2Ψ method in the surface layer of back-ward extrusion punches can be a criterion for tool design modifications and for the se-lection of adequate surface treatment with the consideration of the criteria of tribologi-cal and economitribologi-cal wear.

6. Further investigations will be aimed at the search for the relationships between the structural components of the surface layer, internal stress distribution in that layer and the exploitation properties of the tools.

LITERATURA/REFERENCES

[1] Marciniak Z.: Konstrukcja tłoczników. Ośrodek Techniczny, Warszawa, 2002.

[2] Korbel A., Raghhunathan V. S., Teirlink D.: A structural study of influence of pressure on shear band formation. Acta Metall., 32, 1984, s. 511.

[3] Somers M., Mittemeijer E.: Development and relaxation of stress in surface layers; composition and residual pro-files in γ’ Fe4N1-x layers on α-Fe substrates. Metallurgical Transactions A, vol. 21A, January 1990, s. 189.

[4] Gawroński Z., Jakubowski K.: Wpływ parametrów azotowania próŜniowego: „NITROVAC’79”. na poziomie napręŜeń w warstwie wierzchniej stali SW7M. III Ogólnopolska Konferencja Naukowa – Obróbka Powierzchnio-wa, Kule 1996, s. 96.

[5] Faninger G., Reitz A. W.: Verformungseigenspannungen in Eisenwrkstoffen. Berg- und Hüttenm. Monatshefte, 1965, t. 110, nr 1, s. 6-23.

[6] Senczyk D. , Musiał R.: X-ray macrostress measurements in a surface layer of the WT22 titanium alloy. XIIth Conf. on Apll. Cryst., Cieszyn, 23-27.08.1988, Proc., t. 1. s. 265-269.

[7] Heriksen E.: Residual stresses in machined surface. Trans. ASME, 1951, t. 73.

[8] Kocańda S., Natkaniec D.: Opis analityczny napręŜeń własnych w elementach stalowych wywołanych hartowa-niem. Archiw. Nauki o Mat., 12, 3, 1991, s. 143-163.

[9] Kocańda S., Lech-Grega M.: NapręŜenia własne w laserowo hartowanych elementach ze stali 15 i 45. ZN AGH Mechanika , 9, 1990, s. 29-38.

[10] Senczyk D., Lis. K.: Rentgenograficzne badania stanu napręŜeń w warstwie wierzchniej szlifowanych stali kon-strukcyjnych. 4th Int. Conf. „Achievements In the mechanical and material engineering AMME’95”, Gliwice-Wisła, 29.11-01.12.1995, Proc. s. 295-298.

[11] Hauk V. M.: Stress evaluation on materials having non- linear lattice strain distribution. Metals&Materials Socie-ty, 1991, s. 635-651.

[12] Kreft U., Hoffmann F., Hirsh T., Maer P.: Eigenspannnungsenttehung während des gasnitrierens. HTM 50, 1995, s.169.

[13] Somers M., Mittemeijer E.: Development and relaxation of stress in surface layers; composition and residual pro-files in γ’ Fe4N1-x layers on α-Fe substrates. Metallurgical Transactions A, vol. 21A, January 1990, s. 189.

Cytaty

Powiązane dokumenty

W rozwiązaniu przyjmij, że orbita Ziemi jest okręgiem o promieniu 1 AU, pomiń wpływ oddziaływań perturbacyjnych, a wymienione w treści zadania dane liczbowe

Gdyby poetyka rozpraw naukowych pozwalała na ty tu ł dwuczęś­ ciowy, tego na przykład rodzaju, co: Malwina, czyli domyślność serca lub Śluby panieńskie, czyli

Do matury z języka polskiego przystępuje w Nowej Południowej Walii około dwudziestu uczniów.. Co jest niezwykle istotne, zdają oni maturę z doskonałymi

In case of using the Word 2007 or later versions of the program, the formulas must be created in MathType strictly complying. with provided recommendations concerning type style

the steering performance of ships during full-scale trials and model tests", Symposium on Ship Steering /'titomatic Control, Genoa,.

Mandorla uosabiająca boskie, niestworzone światło pojawia się również w scenach Anastasis oraz Koimesis.. W scenach Przemienienia pochodzących z okresu panowania dynastii

Przy wkroczeniu Niemców i ucieczce wojsk radzieckich zginęło w Archidiecezji około 30 kapłanów zamordowanych już to przez Niemców, już to przez cofające się oddziały

length, /L=O.5.O.7, there is remarkable im- provement for the value of the added re- sistance in regular head waves. In oblique waves, the change of the added resistance v.s.