dr SINKO MUSAFIJA IGKRO SVJETLOST - OOUR ZAVOD ZA UD2:BENIKE. SARAJEVO PREDGOVOR U savremenoj masinogradnji, motornoj, metaloprpradivackoj i uCYpste me/.alnoj industriji obrada metala plasticnom deformacijom zauzima vidno mjesto u odnosu no ostale tehnoloske grane. Nagli razvoj, narocito u poslijerat-nom periodu, uslovio je primjenu ovih metoda i u proizvodnji raznih artikala nojSireg nsortimana (elektro-uredaji, avioni, drumska i sinska vozila, aparati precizne mehanike itd.). Fundamentalna noucno diseiplina, na kojoj je bazirana ova tehnoloska oblast je matematska teorija plasticnosti, 'a posebno njen primijenjeni dio --teorija g>lastiCne deformacije. U ovoj knjizi je ucinjen pokusaj da se teoretska i eksperimentalna dostignuca Sto je moguce viSe priblize nepos'rednc proizvodnje. Materija je obradena u devet poglavlj'a, koja Cine jedinstvenu ejelinu. Saddaj je koncipiran prema planu i programu Masinskog fakulteta u Sarajevu. Metodoloski prilaz pojedinim a1J.(1lizama vrSen je sa zeljom da se knjigom koriste ' i zainteresovani strucnjaci iz proizvodnje. Radi toga je svako pqglavlje dopunjeno primjerima proracuna i konstrukeije alata, prineipima projekttlvanja tehnoloskih proeesa, ka.o i nocinima odredivanja svih para me tara nuinih za izbor maSino. Pri tome je koriStena veoma bogata izvorno literaturC!, razni prospekti i podaei fabrika iz zemlje i inostranstv!l, kao i visegodisnje iskustvo iz proizvodnje. Prikazano rjesenja nisu uvijek nojoptimalnija, jer je pri njihovom izboru prvenstveni cilj bio da: budu to instruktivnija kako bi kori-snik na temelju Sire analize dosao do optimalne tehnoloske varijante. U teoretskom dijelu izlozeni StL nojosnovniji stavovi ,iz teol'ije plasticne deformacije. Pri rjeavanju veCine problema koriSten je metod srednjih glavnih napona iIi takozvani inzenjerski metod. Obim knjige nije dozvol javao da se izlazu i drugi metodi '(kao npr. metod karakteristika i linija' klizanja, metod varijacije potpune energije deformacije), koqi imaju veCi znacaj na istrazivac-kom planu, dok je za neposrednu praktienu primjenu prvi metod prikladniji. S obzirom no veliku obimnost materije, kao i raznolikost problema koji se u knjizi izlazu, svaku korisnu sugestiju za poboljsanje djela pisac ce primiti sa zahvalnoscu. Sarajevo, juno 1969. B. Musafija 1. UVOD I 1. Osnovna nacela procesa obrade deformacijom Pod obradom metala deform.acijom, ili oboodom bez skJidanja strugotine podIrazumijevaju se one me1xxle obmde pri koj.ima se metalu daje z.eljem oblik plasticnom defonnacijom 1 odvajanjem. Metlode obrOOe metala defunnaoijom mnogobrojne .i one nalaze najSiru pcimj enu u metamim indU.9trtijama (meta-lopr eradi vaelroj , motornoj, avionskoj, industrtip polufabr.i!kata, preciZlOOj me-harlnci, industriji proizvoda druStvenog standarda is!.). Dok obrncia metala sa sklidanjem nalazi svoju pI1imjenu i u pojedinacnoj proizvodnji, za obradu metala deformacijom moze St; reci da je iskljucrvo vezana za serijslci tip proizvodnje. U ovaj knjizi ce se obra(tiva1ti metode obrade defoomacijom koje se pri-mjenjuju u metalnoj industrUji. PolazeCi od polupraizV'Oda (valjanih, vucenih, i.ilii kovanih) kao gotovih polufubrlkata, razradivace se tehnologija njihove dalje , prerade deformacijom. I u metalurskim preduzecima (zeljezarama i valjaonica-rna) obrada deformacijom, u cilju dobijanja poluproizvoda (valjanih limova, tra-ka. vucenih profi la i kovanih dij eloVlaJ) zauzima vidno mjesto. Mada je problematika obrade defonnacijom u metalnim preduzecima srodna onoj u me-talurSkim, kako po teoretskim osnovama, tako i po koncepcijama, ipak se zbog specifiCnih uslova rada svaka tretim pa;ebno. Cilj ovog nacrna prerade je da se sa najrnanje moguCrian otpatkom mate-rijala i sa najmanjim brojem radJ.JUh operaaija dobiju Joomadi u konac.norn obliku, tako da se isti U7. rruinlirnJaJnu doradu sa skidanjem strugoti.ne iii bez nje, mogu nepooredno upolrijebiti iii ugraditi u odgova.raju6i. sklop, kao sastavni elementi ising. Da hi se ma.tertijal mogao preradivati, potrebno ga je dovesti u stanje plasticnog tecenja, sto znaCi cia ga treba opteretJiti iznad gra.Illice elastiCrw6ti. PolIreban rad i silu (optereCenje) ostvaruju maAine za obradu deformacijom: prese, kavaCkri. cekici, maSoine za savijanje, makaze, automatJi itd. AI'Blt ko)i se prikljuruje maSini ima funkciju ob1ikovanja .ra.dnog proizvoda. SUa se sa maSine preko alata prenosi IlIa radni Joomad. Pretna tome, cIIi.narmku prerade deforrna-aij.om ostvaruje maSina, a geometriju radniog komada obezbje&uje alat. Na osnovu ovog slijedi cia je za pravilan izbor proce5a pre'-rade defurmaaijom potrebno izvrSiti: 1. AnaLizu procesa plastiene defonnaaije meta1a. 2. Konstrukciju alata. 3. Izbor mahne. 1. Analizom 'procesa iz ravnoteznih uslova i usiova za doticni nacin preradc se naponsko-deformacioni odnosi, na osno-vu kojih se doblj aju pot rebnc S'iUe i rad za izmenje defxmnacije. Nadalje se studli raju uslovi pod koj.ima se postize opt:imalni proces prernde, odn.osno naj-veCi st epen defurmacij e i najmanji moguci broj radnih opemoija. Daiji zadatak ove analize je 'iiz.nalaienj e naj prikladnijih dimenz.ija i Jron..!iguraci e pOCetnog materij ala i konacno prerade.nog komad Pri tome je potrebno ustanoviti funk-cionalni uticaj plasticne deformaaije na mehanlicka i ostaia fizzikalno-hemijska svojstva metala, kojima se obezbjeduj e kvaJ.:.iltet finaLnog proizvoda. Teorija plasticne deformacije sa pnimjenom u tehnolo!jl obrade metaia pl asticnom deformacij om baZlira na postavkama savremene teonije Fundarnent alne osnove matematske teorije plasticnosbi. .su u drugoj po-lovini Rroslog stolj eca postavili H. Tresoa (1864), St. Venant (1870) i M. Levy (1871). Vrlo vaine re'tuitate, kako na teoretskom, tako. i na ek$perimentalnoIn planu su u prvoj cetv.rtini ovog stoljeca izloZlihi R. Mi.ses (1913), L. Pra.ndtl .(192t) i H. Hencky (1923). Nadovezujuci se n:a ove koncepcije, matematsku teoriju pIa-sti cnosti i konkretna rj esenja su obradlivab rnnogi autAlri, oct kojih emmentnu . /il' upu sacinjavaju A. A. Iljusin, R. Hill , V. V. SokQlovski, L. M. Kacanov, A. Nadai ; W. Prager, G. A. Srnmrov-Atjoajev i niz .- Paralelno s tim razvtile su se i meto. v-... '" . " .--'!: , ., .. .. ..2..... . Q -- ,--l/J ... , ' . - Q ,, -:0 u vrucero stanju, a duboko u hladnom. ' Medutim, praksa dem.antuje oV\l tW"dnju, jer se duboka izvLafenja, naroOi1x> debelastijenih po5uda vrie u vrueem stanju a lrovanje, i sIDrenih 1)b1ik-a, u hladnom stanju. Zbog I roga ovakva pod]eJa se vTSi viSe radii sistematbike 0Ibmrle prooesa nego radii stro-gog ogran.itavanja jedne vrste abrade do dr.uge. Osiro Dlirza DSJloWllih operaaija obrade, rnogu6e su i ram,e kombinacije kao: prosijecanje i probijanje sa Sla:vtijanjem, pI'OOijeoanje sa izvlatenjem i pmvla-eenjem, kombinaClje raznih obLilrovanja i sl. Kvrem.enK>. To se obavlja specijalnJim ala-tom, koji je .Jronstru:i.san za menje nelroliiko operaaija. 'I1aloo se za svak.i posmak trake i u svakom radnom hodu prese doblija gOitov lromad. S Obzi!fOID da je tnPgUee na presi namjesfliti po nelOOadalt II 0MOd o 1001 Probijo se otvor zatvorenekoo-ture. ProbiJeno j.zgro je otpa-dak,o ostotok Je rodlli komad. - -+-_.- - --- -Obrezivanjem 51 odVaja vifak ma-terti . kod rovnih iii savijenih dijelo-va, iii !upljih posudo, koo i profilo . " Zasijeca se mat.rijal po otvo-I . -::::::B L renoj konluri hz odvajOnjb . , razdvojenog dije/a . - I Probijanjem se odvaja prstMOsti ;, 1 . I .:. slOI materijala po konturi otvoro, u cilju dObivanjo listih povdina L..L..r i tolnih dimenzijo. " I I I I PromjMO ob/iko s. postil. savi -V \..,.J pnjem ravnih dije/cw,i/j dj.-____ -L __ __ ____ lIJ ' ..... := .' I/) o UVIJANJE ::: " KRutNO ZAVIJANJE 1-- liE} Dij.'ovi trake 51 uvijaju oka nj.zin. uZduln. os., Prethodno savijeni kraj trake s. krulllo zavija no cifindrilni iii konusl1i oblik. NASTAVAK TABELE br -' --I } ] , -5 - - -- - -8U 11 ravoe (plotlfte) I} PROMifNE D tJ bez prom).n. (J(jbIJlne moteflJo-DE8(JINf fa nasto/v p05ud. fOlnlh '" ZIOA obliko poprefn. og presjeko -.--. -----. SA STANJI-m Postrpenim izv{otenjem s,dobi-'" ...., I] VANJfM iaju posude $if" vetih If ISInO, aI, ... mojih rldovo Oeb/jmo dna as to/. -ZIDA '" neprorrnjenjeno . "< - FfAZVLAtE-A No kroj'!lImo zotegfluU Ilm,.i1i fro-" ko se deformise I r02Il(oO pod 0 NJE t iskoto. Toko nostoju en :;:, I tij.1a roznih jspup(enih o/JI/JIQ . '" :.: IZVLAtfNJE Platina Sf nosfonja no rotacianu -15 PRITISKIVA- mo!;n. i podup,re noslonom. (y-u{n;m iU mehonilklm pritiskom NJfM ala t o, S(j pas tepeno il-vlalI'!u . I lJosuda . 16 SUIAVANJE ffi SuJovanj. ;zv(Jcenih " je/o,ill djevi s. postibl smonjlVofllem pr.cniko nQ odredenoj Vls.ml 1!P No iZllut,lOim posudoma III 17 B /1/ ispvp{enp VANJf s. postilu no roiun Smon)MJO '" ' ' '" d.bl}ioe zido . 0 - PROV, A -I Ovim postupltom Sf dob/IO omo--tal prov/o{.nj.m prethodno prI>-en 18 tENJf , I r bi).nog dl)"o, p" tom. st deb-0 l}ino motflrijo/o smoojuje . , ISPRAVLJA-Troke s. IsprovlJO/u flO moflnl zo "< I ... 19 NJf . - ISprovIIOn)e .Rovnl 1 50'1'1).01 d,).lo-0: , VI . t. posud. 5. pfg/aju 0-(PfGLANJE) '" latom no presomo )G 08RU8-'CJ Obrubllivon/e iVlcO lupljih pOSl,Jdo se post/Ie kruJflIm 10vl)On)em ru LJIVANJE bovo p'o clJ.lom obodu Po(.to; oblik mot' fI)O/O Sf thlor-}I SA8IJANJE mIl. taka do mu Sf v,slno sma njuj . ul n.ometono rJe- govih dlm. ozljo . ;! 111 KALl8RI- Ova jf zovrlno obrada dljfl#ovo d. 0 formaci/om u cliJu doblvonjo tot VI '" RANJE oog koootnog abillta , dim,nzl-0: jo komodo. Q. --:;; UTISKI W2f'i?tm 23 rn Sfovo, znokovi i rOZM gravure no po-VANJE vdlnl prrdm.to Sf rode utlsklvo -nj.m dotJcnlh obI/ito u motffijol . NASTAVAK TABELE br 1 =--1 } 3 5 - -=-- =:-= " " -[J Pripreml;eno posudo se ist,sku;8 ISrOSMJER- kroz olvor kolupa. raHO do jo; se vi-tRJ sino a Zid smanji. Provac t..I NO islis. se pokkJpo sa prove kNIt. tisk . ..., , ---_. -. --- [J Gredica materij se postovlja u ka-i: PROru -lup Uslijed pritisHo tiskoro no ma-I/} SMJERNO terijal, istl se islisku;e suprotno --c:J pruvcu kretanja tlskaCo. ..... VI -- -.. _-----Podesnom HonslruKcl)om olota i ijl -.: KOMBI-kombinocijom IS losmJer. I prolu - :;;: NOVA NO smjernog Islis/ovonjO se rode li-;ela sloten,h obliHo . _. . --- Zooonr ObltH se posttie rutnim l4J ' I iii mosinsHlm Hovonjem so is-..., 27 SLOBOONO '// kljuci vo pomocnlln kovockim I . . ala/om. .- ---.-- - ---0 Oblikovonje materl) se postiie u :.: u :::: KOvaC ukovnju so grovurom kOjo :;;: UKOVNJIMA /. ;. odgovoro detrn obliHu Ku;e se no te/ocu, presl ill specljal. mosini 1-- - 1--- - -- - -- - - izA8IJANJE SPOj se postde zobljOnjem jednog :t elemento u drugl p,., tome dolazi do 0 / (jetormoclje ;edJlog, ilt obo dljelo ..., -u -.. .-- SPOjOjU se dvo, ill Vise .'/movo, 0 ZAKIVANJE ill drug'" dljelOvo zOHIVOnjem lo.. l4J glove ZOHOVIC e. C --------- - -- --- ---- ------------l4J HLAONO Spo; dvo, III vise Ilmovo, ill dva ..., dlje/o se postde pn/lsHO{n no h = h; dq = - Z-. db dq>b = - ' b Konacne deformacije se mogu dobiti integriranjem prednjih izraza u granicama izrnedu pocetnog i konacnog stanja. Cjlh = Cjlt = hi ho Z\ hi = In -ho r = In.!!.. J I Zo Zo (1), (1 a), I dl o. POtErNO 51 MOE b. TRENUTNO STANlE c. KONA-tNO STANlE 51. 5 DEFORMACIJE PARALELOPIPEDA PRI SABIJANJU 8EZ TRNJA I I.( (" c: 0 0 c: -c 0 .s I :!( .... c: 0 0 c C ... -\I) II " P, II " (" " G I I I , I I ---I' I' II II " " " I, I , I I ---l I FJ - gronko prop-clenollto.t' E - gron/co "0'- V - g'Onlco rolYkl hnlo t.fet)jo) H - Ist.-ron}o Z - 'otko pr.JddO probn pru-, I "' t. OJ - pia s defat'-! I I 1-moe/jo AS - .'astJ(ono dllor-modjo QA - tro)no d.for-ma-cljo A.- pot.tn; pres-j.k probtl -prul/.t. d. - pof,'n; pr.f-ni#( I. - "perno dllll-no 51.6 DIJAGRAM NOMINALNIH t 5TVARNIH NAPONA 1 a.rnska deformacija sabijanja u2lima po2li.tAvna i nacava kao glavna logaritamska defonnaoija. ho A cP = 10 - = In --h Ao (8). Glavna deformacija E i glavna logaritamska deformacija q> se koristi kod iznalazenja krivulja ocvrscavanja probama na pritisak. II 2. Priroda plasticne defonnacije II. 2. 1. Nominalni i stvarni naponi Plastienom deformacijom se m1ijenja vanjskJi obLik metala. Promjene oblika su pracene j promjenama UIllutraSnje strukrure metala. U2li.majuCi u obz.i.r ove strukturne efekte pl.a.sl2iOne deformac:ije pogodno je cIa se obrada metala podijeli na obradu u hladnom stanju i obradu u vrucem sfanju. Za nelti mebaJ se kaZe cIa je bin obMden u hladncm stanju ako S'Il njegova kristalna zrna Obtala u deformisanom obLilru posl!ije plasbiene deformac:ije. Na primjer, kod hladno valjanog mesinga se mogu UIOCibi jako razVllcena una u smjeru valjanja (tekstura valjanja). Jedan od \'aznih efe-kata hladne obrade metala deformaci-jom i povecanje njegove cvrs!loCe. Sa poveeanom deformaci(j1om, otpor006t me-tala prema daljnoj se stalno poveC.ava (kao rezultat hladne abrade), a duktilnost mu istovremeno opada. Za stucLij ove pojave i iznalazenje odgovarajucih krivulja oCvrscava.nja, kao i m odredivanje mehaJni.ckih osobina i ocjenu plastiCnosti, slwe probni dija-grami istezanja ilri pritiska. DJ.jagram istezanja se dohija dspitivanjeon probnih palica (epruveta) sa li!n.ea'I1nim opterecenjem na istezanje, n.a probIlli;n k1idalicama, koje OIl\ogucavaju klinematsku reglistraciju zavisnooti probne sIile F {ordinaba) od apsolutnog izdu-zenja probne palice 6. I (apscisa'. 'It d 2 Probna epruveta (sl. 6) ima poeetill preroik do i presjek Ao =T" Reperna (pocetna) duziIllaJ probne epruvete se odreduje po. JUS C. A 4.002: za no-rmalnu epruvetu za nornnaLnu kratku . za proporcionalnu za proporcioonalnu kratku !o = 10 du = 200 mm, !o = 5 do = 100 mm, lo = 10 dQ = 11,30 V Ao, i(l = 5 do = 5,65 V Ao. U nekom momentu probe pod opterecenjem silom F, presjek epruvete ce se smanjiti na vrijednost A < Ao, a duzina povecati na vrijednost 1 > 10 (za. iznos apsolutnog izduzenja 6. 1 = 1- 10). Derormacije prol:>ne epfUvete se mogu iZI1aziti na 3 naCina, i t.o kao: 1. Jedinicno (relativno). izduzenje; iH deformacija I-og reda: (91. Deformacija prvog reda preqst.avlja odn.os apsolutnog izduzenja i po-cetne (reperne) duZille probne epruvete. 2. Preena kontrakauja (suzenje-deformacija presjeka), iii defurmacija II-og reda: I If = Ao - = 6.A = 1 - I . Ao Ao Ao (9, II). Deformacija II-og reda predstavlja odnos razlike povrSina (suzenje) i pocetne povrSine. Precna kontrakcija (If)kod proba na istezanje je ekviva-lentna glavnoj deformaciji sabijanja (E) kod proba na pritisak (obrazac 7). 3. Logaritamska deformacija ili derormaai'ja III-eg reda: Ao q>=ln -A (9, III). Dljagram istezanja je predoeena funkcija nominalnog napona F (optereeenje redukovano ha pocetru presjek epruvete) u zav:i.snosti rr= Ao od jed:in:ienog izduienja (s1. 6) 0 = 6.1, 10 U podrucju malih deformacija funkcija rr = rr (0) je lrnearnog karaktera, tako da do taCke Pr vaZi zawn proporcionalnostn (Hooke-ov zakon), koji se moze izraziti jednacmm. rr - = tgCl = E = const o (gdje je E - modul elasticnoofli). . Pri .povecanju opte.recenj-a iznad tacke Pr deformacije BU joS uvijek ela- karaktera (do taeke E), six> znaOi da se prol:>na epruveta nakon rasterc-cenJa vraca na prvobitnu duzinu 10. K.od daljeg lTlIi.ndmalnog poveeanja optereeenja poomJe razvlacenje (te-.een.je) probne epruvete. Napon na granli.ci razvlacenja (crv) se oz.n.atava kao granica razvla.cenja ill poeetRlk teCenja rnater.ijala. S obzJiJrom da se \rod veC:ine materiiala ovaj prelaz moze teSko uoeilti , tada se za graruicu razvlacenja u2lima napon koji odgovRll'a deformaciji od 0,20/0 (DIN 50144). Prem.a tome, napon teCenja se moze izrazLti i kau: FO,2 to , crO,2 = - - za 00,2 = 0,20'0 = 0,002 . . Ao Pri daljem poveeanju opteretnja (Lznad . taCke V) nastaje podrucje blaiih nagiba krivulje, lito znam cia bde l'astJu od porasta optere25 0 n; (,m C 01l 7. P, 51 VI/I-iX zo d ubo COilS. P, SI VII/-IX do 0.1 doQ}O Q}0.IJ.l5 0.03 m.i or. ko In/ac. e.olls. P, 51 X 0.03S }B-3S }'-30 >}5 TABELA br. 5 MEHAN/eKE OSOB/NE LlMOVA 00 LAK/H ME TALA ' 16 -19 27- 28 20-22 8-11 6-10 14j 1!> Mil AI 6 ;C: l..,