Vlakstuiken : een testmethode voor het bepalen vanplastische materiaaleigenschappenCitation for published version (APA):Smeets, M. J. H., Schot, P. C., & Ramaekers, J. A. H. (1987). Vlakstuiken : een testmethode voor het bepalenvan plastische materiaaleigenschappen. (TH Eindhoven. Afd. Werktuigbouwkunde, VakgroepProduktietechnologie : WPB; Vol. WPA0426). Eindhoven: Technische Universiteit Eindhoven.

Document status and date:Gepubliceerd: 01/01/1987

Document Version:Uitgevers PDF, ook bekend als Version of Record

Please check the document version of this publication:

• A submitted manuscript is the version of the article upon submission and before peer-review. There can beimportant differences between the submitted version and the official published version of record. Peopleinterested in the research are advised to contact the author for the final version of the publication, or visit theDOI to the publisher's website.• The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review.• The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and pagenumbers.Link to publication

General rightsCopyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright ownersand it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights.

• Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain • You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal.

If the publication is distributed under the terms of Article 25fa of the Dutch Copyright Act, indicated by the “Taverne” license above, pleasefollow below link for the End User Agreement:

www.tue.nl/taverne

Take down policyIf you believe that this document breaches copyright please contact us at:

openaccess@tue.nl

providing details and we will investigate your claim.

Download date: 08. Apr. 2019

" { "I" r"'1 I,.,~ "h'

VLAKSTUIKEN.

Een testmethode voor het bepalen van

plastische materiaaleigenschappen.door:

M.J.H.Smeets t

p.e.Schot t

J.A.H.Ramaekers.

mei 1987

V.F.-code: D3 W.P.A.rapp: 0426

- 1

Een testmethode voar het bepalen van plas1:ls('!lc matfCriaaleigenschappen.

M.J.H. Smcets; r.C'. Sf'hot; '-T.A.H. Ramilf'KPrs.

Samenvatting.

De stuikproef op pen cylindrisch produlct. wordt b(·~;('hreven. Eenvoud vanproefopstelling en praefstukken zijn de mc!'st in h0t: oog springende voorde­len t.o.v. de trekproef. Oaarnaast is he! Tf'Ktrajekt groter en sluit deproef beter aan bij de praktijksituatie, zOdls deze optreedt bij de z.g.massiefomvormprocessen (extrusie, stuiken, persen, etc.).Uit de proefgegevens kunnen op eenvoudige wijze materiaaldata afgeleid wor­den die relevant zijn voor plastische omvormprocessen.De stuikproef leent zich tevens vo!)r het lW:;tlltl"[f'l1 van het effekt van sme­ring.

1. Inleiding.

Het onder invloed van druk omvormen van mf'tAlf'n omvat pen brf'ed toepassings­gebied. Stuiken, matrijssmeden en extrusie zijn op grate schaal toegepasteomvormprocessen. Bij het toepasscn van dezf' pr(l('f:~~,5en is van belang dat mende plastische eigenschappen van het materi~al kf'nt. De gegevens van de mate­riaalleverancier zijn hiertoe niet steeds tOPTf'ikend.De trekproef verschaft doorgaans voldoende infnrmRtie. Voordelen van destuikproef zijn: de lage ko~tprijs van de nr)o~zakelijke apparatuur, eenvouden geringe afmetingen der proefstukken ell ltd ,Idllzien] ijk grotere bereikbarerektrajekt, hetgecn heter ovcteenstemt met de rekken die optreden bij stuik­processen.ten nadeel van de stuikproef is de invloed van de wrijving op de testresul­taten. Bij zorgvuldige uitvoering van de prnef kan deze storende invloedvergaand geelimineerd worden.

2

2. Materiaalversteviging.

Praktisch aIle metal en die in de produktie toepast worden, kunnen beschrevenworden met de verstevigingsfunctie van Ludwik:

T f = C . (f.: + EO) n

Hierin is: C [N.mm- 2] is karakteristieke spanning

[2.1]

Ear ] is voordeformatie

n [ ] is ver~teviging5Pxponent

(Jf[N.mm- 2] is vloejspanning

~ [ ] is effektieve deformatic

Bepaling van de materiaaleigenschapPclI C, n ('II fO

met behulp van de trek­proef is reeds eerder behandeld [1], Voor zd,;htgt'91oeide materialen is denUlllerieke waarde van de v()ordeformatiro Co m('ro~;t-al verwaarloosbaar klein,zodat vergelijking [2.1] over gaat in:

[2.2]

Fig. 1 toont de T-E-kromme voor st. C. 15 op liniaire schalen en fig. 2 oplogarithmische schalen. Tevens is in de grafieken aangegeven wat de gevolgenvoor de li9ging der lijnen zijn, indien dit materiaal niet vrij zon zijn vanvoordeformatie.De (gefingeerde) voordeformatie ~o= 0.04.

100r----+----+-----1----+---~

n.~O.22

c:: 82.0 N.V'Y'm.-

=.~ ,"oo~-+_-+- +----

1

,.....,~f 600 eo=o.o~ E•• Oe r--t-:::~~q-:~+-----1.

o.~

o

o0.1 0.2 o.~

-----I.... ~0.5

- 3

,{O ""'"=..--....L.._"--..I.-.l~.w...u....-:--_L-....J--J.....L.u..llJ

lO';y ie)1 10·-~.. ~

Ft~. 2

In fig. 3 is schematisch de stuikproef wcrrgrgcven. Bij voldoende smering enbij voorkeur niet te lage procfstllkkpn (DIs) 1/2) zal het proefstuk nage­noeq cylindrisch blijven en heerst er dus li jn~;panning, zodat geldt:

Of = Oz = IF = gemeten perskracht [N]A = momentane doo[snedc v/h procfstllk [mm?]

F

[3. 1]

PL~.3

Voor de effektieve rek geldt:

L" - £ = 1n SQ -- 2 1n Dc. - z ~ - . .. I)i'; [3.2]

- So- 00- s- D

= initi~]e hCJogte= initiele diameter= momentane hoogte= momentanc diameter

[mm][mm][mm][mm]

·4-

Uit de op eenvoudige Wl]Ze te meten hooqte v,~n het proefstl1k en de optreden­de perskracht kan dus de effektieve r~k en de vlopi5p~nning berekend worden.Volumeinvariantie impliceert:

[3.3]

Voor de stempelweg H geldt:

H = So - S [3.4]

M~t vergelijking [2.1], [3.1] en [3.2] kan nu de kracht-weg-kromme afgeleidworden:

[3.5]

In fig. 4 is de gerelateerde theoretische kromme vaor div. n-waarden weerge­geven.

.-.- --- .. -----I

--. -- -----+-----i

0.6 o.~

----~...... tySo0.4-

Do:: 8 l"Y\ l'Vl

So _ I~W\ """N\. os 0

£ = 0o

~--_.-._- ...-

1----- -.-.

t

o ~--~_.---l-.-_---L_-----l_-----Io 0.2

!

!!. 0 1·C<4 0

4. Wri;vingsinvlQed.

De invloed van wrijving kan het beste besrhreven worden met het z.g. vonMises, of ·Constant Frictinn" wrijvingsmndd: [2.5]

[4. 1]

-5

TO = wrijvingsspanning in het kontaktvlak Ill:;:;r'n (yrc€'(]schap en werkstuk.

m = wrijvingscoefficient (0 ( m ( 1)

Met behulp van de 5chillenmethode "it rle pJ~:;tit;itpitsJee[ [2] kan de verge­lijking voor de Kracht afgeleid worden:

Bij maximale wrijving wordt de wrijvingsspanning in het kontaktvlak gelijkaan de maximale schuifspanning. Indien goed gpsmeerd wordt is de wrijvings­spanning laag (m = 0,1 0,2). Fig. 5 tnnnt dp invlned van de wrijving op deDp.r~1rr ... rht

m,.. 0m,:,O.2'Y'n. .. 0.4

=8Wl~

:. '4 m "'":.0.2-

=0

1

2

3

4

0.4 0.60.2.o~ ':""- .L__.__..L -----J'---__---l

o

Effekten van wrlJVlng manifesteren zich sterkr'Y, naarmate de waarde voor001 toeneemt, echter oak indien de wrijvings(dkt,)[ m konstant is, zal degeI~lateerde perskracht toenemen bij verJaginq van de initiele hoogte So. Infig. 6 is deze met vgl. 4.2 herekende tnename ~~ngegeven.

(,-

t-----+--... - --- -_ ...

1

So: 4So= B50::14

0.6

_. -_ .._- .._-_. --t.----....

0.8

-----4...... H/50

0.40.2

n: o.~

Eo "= 0tn.: 0.2-0 0 = B~ V'Y'\.

o

5

i

o

F

Onderzoek naar effekten van wrijving (5meermidd~lcn-onderzoek),alsook hetmeten van optredende proceskrachten bij hoge waarden vour DIs' zoals dieoptreden bij b.v. extrusie en reIiefpersen, kan zeer weI plaatsvinden d.m.v.de stuitproef. De optredende perskrachten zijn in deze situatie van dienaard, dat de experim~nl('n niet meeT met (1(' b('~;dH('V('n apparatuur uitgevoerdtunnen worden. Een geimpruv i.:)e~r(] fr.lme, m,'! 01'-'.1 r i n "~':'I\ zwaardere werKcylin­der kan echter reeds goede oiensten bewijzen. Gevaar vaar plastische knikvan de stuikblokjes is niet aan de oIde, zodat geleiding van baven- en on­derstempel niet noodzakelijk is.

5. Verwerking van de ~roefresul_L~te~.

Vastgesteld kan worden dat de stuikproef Iliistekenrl geschikt is voor hetbepalen van materiaaleigenschappen, mits men ~oryt vour lage wrijving tij­dens het stuiken (m~o). Verwerking van Of' In,"ct 1 (,~;\ll t,1ten vereist enig reken­wert, waarbij het gebruik van mnderne rekenappd.ratllur tot een snelle bepa­ling van de C- en n-waarde van een materiaal kan lci~en.

Bij ontbreken van deze middelen kan grafische verwerking uitkomst bieden.Uitgaande van de vergelijking [3.5] is een diagram ontworpen [3] waarin lij­nen van gelijke vloeispanning Of uitgezet zijn in een kracht-stempelver­plaatsing-diagram.Normering van de initiele afmetingen (do, So) is dan echter noodzakelijk.

------

4

-7

De afstanden tussen de of-waarden bij gegeven hoogte reduktie H, zijn ge­Hjk.

M~t Do=8 en 50=14, voIgt:

l1F =*p [RN]

In het diagram (fig. 7) zijn meetpunten aangegeven voar een stuikproef opstaal C 15.

'z I

MAT;4..300,......,

,.lll: I 5t. CiS ..1200 t~

~ So -= i~ 'rn. vn. •

1Do = 8 ~n'\..

euoo Z.

-. • &--J

AF = 70:37 [kN] lD00b'80 14-H -- - gOO

t---- BOO

700--+----=-'~-+---,t..."".~

600

500

400

300

20 1.-...",,:-.---,._=-_==-=_- ~-~-~ __-l-_---+--~--=--=-=t==--I 2.00

t==t=+---t--t--T-:-1 100

o 1- ...1- -1 -.-1- -1- ...1

1 2 3

0.1 0.2 0.3 0.4 O.:r---t

Uit fig. 7 kunnen direkt een aantal of-en t,ijhrhorende [-waarden afgelezenworden. Uitzettfm van deze waanlf'n in N'n dlllllJl'11o(1r\[itllmi~;chdiagram geeftde mogelijkheid om tot bepaling v~n de (- ~n nwaarde over te gaan (fig. 8).

-. Po-

r; 10~.--__~---.,._..--,.---__._ _.

f t:====~t-=--=-i-=--=-+J--.--....b---.--=~=- =-=-._.-::=-j==t=t=t=::::.1-~- CIL, ~---+-~-+-~~=-'---- -=-... - -----1--.....,·....,b,... ~~-::..---------~~;;Il-3'" /----1---+---+-.-...+- ..---....- -----.- ...-

1----+- -+-~eI---T --:-- --

! -_.- .. ~ 50 _ -.-_.+---t-+-----4

-1--1--- -- f---...._- -- --~---l--+_--~

n", ~==.22101 '--~----'----L--L..--L--_-S°J-..l.,.__-L..-----L~----L--...I

102 101

-----E

Indien de punten in fig. 8 op ('pn recht(' lijn liggcn is de voordeformatie EO

gelijk aan nUl. Liggen de punten njet op e~n rechte lijn, dan is kennelijksprake van voordeformatie.De waarde van deze voordeformatie kan bepaahl worden door "trial and error".

Hiertoe dient men de gemeten E-waard~n net zo lang met Eo-waarden te ver­meerderen, totdat de uitgezette spanningen en ~ldllS verkregen rekken

(E + EO) w~l op een rechte lijn ljggrn (fjg. q) .

1-----+---- ---. '._0 .-

- ::::--3

2-~0 "----....,;_:!:--_l_----L.--'--L--__

to

.-. - -- ..-1---1----1--+-----1-- _. _.0 _--4__-"""',.-""'1

--_I-o-_~~__--l

_._.

-1 • E+ 0

--~2 : ~ + 0.02. -

~ : l + 0.04

_ L--.l._.l-'.L-, __-,

1.0-1 to---..-e

Bij vergelijken van de Aldus bepaalde C, n en FO

waarden met uitkomsten vanregress ie-analyse op de komplIh'[, qphru i.km.lkend,' Vdll nallwkelIrige trekproef­gegevens, blijken de resultiltf'n Z('('l yUI"} md. dkaar ov~reen te stemmen.

6. Het persgereedschap.

Er is naar gestreefd, de stuikprnef tp rpalisPTPn mpt minimaal noodzakelijkemiddelen.

Voor het aanbrengen van de perskracht is gcbrllik gemaakt van een hydrauli­sche handpers met bijbehnr~ndp w~rkcylinrler.

- max. werkdruk handpomp- max. werkdruk manotnpb?[- max. perskracht werk~ylindeT

750 bar.800 har.120 kN.

De manometer is na kalibratie voorzipn van ppn srhaalverdeling in tN.Het eigenlijke persgereedschap is aangepast aan de werkcylinder en kan vooraanvang van de stuikproef eenvoudiq op dezp cylinlier geschroefd worden.VOO! het meten van d(' stpmpf'lv('rplilill:;inq i:; !"'n 0.01 mm. mef'tklok aange'­bracht.De stuikvlakken zijn uitgevnerd met een centrpprkegeltje in het centrum.De afmetingen van een stuikblokje zijn primair afh,inkelijk van de beschikba­re max. perskracht. De stuikhlokjes ~icnpn gpnmptrisch te voldoen aan:

~ < 2,

teneinde plastische knik te voorkomen.

In het centrum van de kopvlakken is cen kegelvormige holte aangebracht, tor­responderend met de cp.ntreerkegeltjes op dr· :;tlli'kvl<lkken.De werkwijze is nu als voIgt:

- Onderstempe] op plunjer van de cyl i n(h~r l' ldrll:;("n.

- Proefstukje van smeermLdtkl vuorzil~n en 1i[1 l)ntjprsL~~mpel plaatsen.- Stuikgereedschap op cyllnder 5chro(·v('n.- Meetklot plaatsen en op 0 zetten.- In stappen persen en telkens F en H aflezPrt.- Meetpunten aangeven in diaqram (fig. 7).

Fig. 10 geeft cen doorsnede van hr'!: gpref'cl:.dwf!:

1 0.01 mm meetklok2 bovenstempe] (gPT. star'! 1, i ngr'~)f'n;t )3 stuikblokje4 onderstempel (ger. sl:aal. yf'leid in ,; )

5 huis6 plunjer7 werkcylinder

Fig. 11 toont ecn oveYzicht Vi:\n hct 9dll,pl.

p

......u----47~-----+------u

-it"

....

Konklysies.

De nauwkeurigheid waarmee de materiaaleigcnschappen met gebruikmaking van debeschreven middelen bepaald kunn,~n wurlh-n i:, in honfdzaak afhankelijk van dezorgvuldigheid in aIle opzichten bij het uitvoercn van de stuikproef. Om dewrijvingsinvloed te elimineren dient men er zorq vo!)r te dragen dat destuikvlakken van het gereedschap glad gepolij~l. zijn tcrwijl als smeermiddelb.v. Lanolyne gebruikt moet worden.Het is raadzaam om bij elk meetpunt de ingcstcldc belasting een vaste tijd(b.v. 10 sec.) te handhaven. Montage van een klein expansievat (accu) kandit aanzienlijk vergemakkelijken.Toepassing van een digitale manometer zal zeker de afleesnauwkeurigheid vande perskracht verhagen; deze manometers Kosten echter het 10-voudige van eenkonventionele manometer.Het diagram (fig. 7) kan direkt als waarnemingsblad fungcren; het is raad­zaam, in dat geval het diagram op groter fnrmaat (h.v. A3) nauwkeurig tetekenen.Voor het nauwkeurig bepalen van C, n en event. In is het aan te bevelen deafgelezen numer ieke waarden te hanterpn, znda 1- a f 1(,f~S fouten in het diagramniet aan de orde zijn.

Meetnauwkeurigheden:

ManometerMeetklokMicrometer

1\ bij volle schaal.± 0.01 mm.± 0.01 mm.

aij vergelijkende expt"rimentcn tus!.'f'n t rCKprod (.1'1 ~;Iuikproef traden overhet gehele rektrajekt geen grotere afwijkingen or in de gcm~ten spanningendan 5\.In VDI-Arbeitsblatt 5-3200, alsook in de VDI-richtlinien 3200 zijn veeltestresultaten verzameld. De spreiding tussen de verschillende materiaal­charges blijkt voor de C-waard~ ± 50 N.mm 2 te zijn en voor de n-waarde ±0.02. Indien de stuikproef ais vergelijkende smeermiddeitest gebruikt wordt,moeten relatief lage proefstukken (& < 1) toegppast worden. De hiermee ver­bonden hoge krachten maken een zwaardere procfnpstf"lling noodzakelijk.

Literatuur:

[1] J.A.H. Ramaekers e.3.De ponskracht. Metaalbewerking Jrg. 18, No.9, okt. '72, bIz. 189-192.

[2] J.A.H. Ramaekers en M.J.H. Sm~~ts.

Kontaktverschijnselen bij omvormcn.Metaalbewerkinq Jrr1. 50, Nil. 1, feb. '84, hl7.. r,4 r,7.

[3] P.C. Schot~

Handleiding stuikprnpf.Werktuigbouwkundig prakt-ikum Ttl Delft..

[4] P.C. Schot.Vervormen ondf'r druk.Metaalbewerking .Jrg. 1::', No. 1fl, mrt '(,7, [)lz. 14(, 15::'.

[5] J.A.H. Ramaekers, J.A.G. Rals.Mathematical Representdtion of Friction in M"1:.11 Furming Analysis.Annals of the CIRP Vo]. J5/1/1qn~.