+ All Categories
Home > Documents > UTICAJ TRIBOLOŠKIH USLOVA NA HRAPAVOST ...tribolab.mas.bg.ac.rs/proceedings/2003/351-358.pdfOsnovni...

UTICAJ TRIBOLOŠKIH USLOVA NA HRAPAVOST ...tribolab.mas.bg.ac.rs/proceedings/2003/351-358.pdfOsnovni...

Date post: 19-Jan-2020
Category:
Upload: others
View: 14 times
Download: 0 times
Share this document with a friend
8
8 th International Tribology Conference, 8. - 10. Oktober 2003., Belgrade, Serbia 351 UTICAJ TRIBOLOŠKIH USLOVA NA HRAPAVOST POVRŠINE LIMA PRI OBRADI DUBOKIM IZVLAČENJEM SA STANJENJEM DEBLJINE ZIDA Dragan ADAMOVIĆ, Milentije STEFANOVIĆ, Vukić LAZIĆ, Bogdan NEDIĆ Mašinski fakultet u Kragujevcu, S. Janjić 6, 34000 Kragujevac INFLUENCE OF TRIBOLOGICAL CONDITIONS ONTO THE SHEET METAL SURFACE ROUGHNESS AT IRONING S u m m a r y Due to plastic strain which appears in ironing, very significant changes occur in topography of sheet metal surfaces which were in contact with tool. Since sheet metal is in contact with cone die on one side and with punch on the other side, various changes will occur on sheet metal surface due to various material flow in relation to tool. Conditions on sheet metal surface (roughness) depend on initial sheet metal roughness, tool surface condition, strain degree, kind of lubricant etc. This paper gives the results obtained on the basis of comprehensive researches, influence of various tribological conditions onto the sheet metal surface roughness. Key words: Ironing, roughness, steel 1. UVOD Osnovni cilj obrade metala deformisanjem (OMD) jeste dobijanje predmeta odredjenog oblika koji zavisi od oblika i geometrije alata. Površina kontakta u procesima OMD zavisi od geometrije kontakta, koja znatno utiče na parame- tre trenja i habanja, kao i na nominalne i stvarne jedinične pritiske. Oblik površine kontakta (dimen- zije, radijus krivine, promena preseka) utiče na vrstu kontakta i naponsko stanje u zoni kontakta, kako u površinskom sloju tako i u celoj zapremini deformisanog materijala, kao i na veličinu sila potrebnih za realizaciju procesa. Treba pri tome imati u vidu da do potpunog kontakta, tj. do nominalnog naleganja predmeta duž pune radne površine alata, dolazi postepeno – od veoma frag- mentalnog kontakta u početnom stanju do potpunog kontakta u završnom stanju. Mikrogeometrija površine definiše se pomoću: hrapavosti (R a , R z , R max , i dr.), valovitosti, koeficijenta neregularnosti profila, linijske i površinske nosivosti. Pri opisu pojava trenja bitan značaj ima takodje i pokazatelj zbliženja površina a, koji zavisi od opterećenja, nominalne površine kontakta, površinske hrapavosti kao i od mehani- čkih osobina materijala [1]. Iako se istraživanja mikrogeometrijskih parametara površine, izvode godinama i bez obzira na to što je u oblasti merenja hrapavosti površine učinjen veliki napredak, ni do danas nije razradjen metod odgovarajućeg matematičkog opisa mikrogeometrije površine. Navedeni pokazatelji hrapavosti nisu dovoljno pogodni za opis promene topografije površine pri trenju. Do sada izvedena ispitivanja u toj oblasti dozvoljavaju tvrdjenje da: geometrijska struktura spoljnih slojeva zahteva statistički opis; za približan matematički opis topografije površine treba težiti ka dobijanju prostornog rasporeda parametara mikrogeometrije povr- šina što se postiže zamenom metode merenja 2D sa 3D;
Transcript
Page 1: UTICAJ TRIBOLOŠKIH USLOVA NA HRAPAVOST ...tribolab.mas.bg.ac.rs/proceedings/2003/351-358.pdfOsnovni cilj obrade metala deformisanjem (OMD) jeste dobijanje predmeta odredjenog oblika

8th International Tribology Conference, 8. - 10. Oktober 2003., Belgrade, Serbia 351

UTICAJ TRIBOLOŠKIH USLOVA NA HRAPAVOST POVRŠINE

LIMA PRI OBRADI DUBOKIM IZVLAČENJEM SA STANJENJEM DEBLJINE ZIDA

Dragan ADAMOVIĆ, Milentije STEFANOVIĆ, Vukić LAZIĆ, Bogdan NEDIĆ

Mašinski fakultet u Kragujevcu, S. Janjić 6, 34000 Kragujevac

INFLUENCE OF TRIBOLOGICAL CONDITIONS ONTO THE SHEET METAL SURFACE ROUGHNESS AT IRONING

S u m m a r y Due to plastic strain which appears in ironing, very significant changes occur in topography of sheet metal surfaces which were in contact with tool. Since sheet metal is in contact with cone die on one side and with punch on the other side, various changes will occur on sheet metal surface due to various material flow in relation to tool. Conditions on sheet metal surface (roughness) depend on initial sheet metal roughness, tool surface condition, strain degree, kind of lubricant etc. This paper gives the results obtained on the basis of comprehensive researches, influence of various tribological conditions onto the sheet metal surface roughness.

Key words: Ironing, roughness, steel

1. UVOD Osnovni cilj obrade metala deformisanjem

(OMD) jeste dobijanje predmeta odredjenog oblika koji zavisi od oblika i geometrije alata.

Površina kontakta u procesima OMD zavisi od geometrije kontakta, koja znatno utiče na parame-tre trenja i habanja, kao i na nominalne i stvarne jedinične pritiske. Oblik površine kontakta (dimen-zije, radijus krivine, promena preseka) utiče na vrstu kontakta i naponsko stanje u zoni kontakta, kako u površinskom sloju tako i u celoj zapremini deformisanog materijala, kao i na veličinu sila potrebnih za realizaciju procesa. Treba pri tome imati u vidu da do potpunog kontakta, tj. do nominalnog naleganja predmeta duž pune radne površine alata, dolazi postepeno – od veoma frag-mentalnog kontakta u početnom stanju do potpunog kontakta u završnom stanju.

Mikrogeometrija površine definiše se pomoću: hrapavosti (Ra, Rz, Rmax, i dr.), valovitosti, koeficijenta neregularnosti profila, linijske i

površinske nosivosti. Pri opisu pojava trenja bitan značaj ima takodje i pokazatelj zbliženja površina a, koji zavisi od opterećenja, nominalne površine kontakta, površinske hrapavosti kao i od mehani-čkih osobina materijala [1]. Iako se istraživanja mikrogeometrijskih parametara površine, izvode godinama i bez obzira na to što je u oblasti merenja hrapavosti površine učinjen veliki napredak, ni do danas nije razradjen metod odgovarajućeg matematičkog opisa mikrogeometrije površine. Navedeni pokazatelji hrapavosti nisu dovoljno pogodni za opis promene topografije površine pri trenju. Do sada izvedena ispitivanja u toj oblasti dozvoljavaju tvrdjenje da: • geometrijska struktura spoljnih slojeva zahteva

statistički opis; • za približan matematički opis topografije

površine treba težiti ka dobijanju prostornog rasporeda parametara mikrogeometrije povr-šina što se postiže zamenom metode merenja 2D sa 3D;

Page 2: UTICAJ TRIBOLOŠKIH USLOVA NA HRAPAVOST ...tribolab.mas.bg.ac.rs/proceedings/2003/351-358.pdfOsnovni cilj obrade metala deformisanjem (OMD) jeste dobijanje predmeta odredjenog oblika

8th International Tribology Conference, 8. - 10. Oktober 2003., Belgrade, Serbia 352

• dosadašnje metode merenja mikrogeometrije površine, a takodje ni sada korišćeni pokaza-telji i metode opisa, ne omogućuju da se prati dinamika kontakta u procesima trenja. U radovima Ahmatov-a [2], Bovden-a i Tabor-

a [3] i Krageljskog [4] pokazano je da površinska hrapavost bitno utiče na koeficijent trenja. Ipak, bez obzira na više ispitivanja teorijskog karaktera i brojnih iskustvenih podataka, nije uspostavljena direktna korelacija izmedju parametara hrapavosti i koeficijenta trenja i taj činilac nije uveden u jednačine trenja.

Odredjena ispitivanja koja objašnjavaju promenu mikrogeometrije površine zbog trenja u procesima OMD na hladno izveli su Wiegand i Kloos [5], koji tvrde da porast ili smanjenje hrapavosti zavisi od sklonosti metala kontaktnih parova ka adheziji. U slučaju metala sa malom

sklonošću ka adheziji (npr. kontaktni par čelik-mesing) promene mikroneravnina površine su relativno male. U slučaju sprege jednoimenih metala sile adhezije su veće, a procesi trenja praćeni su znatnim porastom hrapavosti površine što izaziva pojavu "hladnog zavarivanja" i izravnjavanja neravnina na kontaktnim površi-nama.

Nešto drukčije objašnjenje tih pojava daju Bowden [3], Ming-Feng [6] i drugi.

Prema teoriji Ming-Feng-a na površini kontakta, kao rezultat ozubljenja mikroneravnina, nastaje pojačan otpor protiv premeštanja, ojačanje i lokalni porast temperature što izaziva privarivanje. Zatim nastaje smicanje zavarenih spojeva, što izaziva porast hrapavosti površine (slika 1).

a) b) Slika 1 Shema promene mikroneravnina površine u procesu trenja prema Ming-Fengu:

a - kontakt vrhova neravnih površina, b - površina posle smicanja

Suštinska razlika izmedju teorije Bowden-a i Ming-Feng-a zasniva se na tome što po Bowden-u prvobitni uzrok trenja jeste spontano spajanje pod uticajem pritiska, dok po Ming- Feng-u spajanje nastaje pod uticajem lokalnog porasta temperature u mikrozonama kontakta. Ove teorije ipak ne uzimaju u obzir više složenih pojava fizičkog i hemijskog dejstva kontaktnih površina koje proizilaze, bilo zbog različitog hemijskog afiniteta metala kontaktnih parova ili složenih mehaničkih dejstava (sabijanje, ojačanje itd.).

Prema ispitivanjima Gierzynske [7], mehanizam kontakta dve hrapave površine može se delimično svesti na elasto-plastične probleme. Kako proizilazi iz prikazanih rezultata mikrogeometrija površine kontakta može imati bitan uticaj na vrstu i karakter kontaktnih pojava, naročito u početnom periodu plastične deformacije (pojava lokalnih mesta koncentracije napona izaziva nastajanje

"hladnog zavarivanja"). U daljim fazama plastičnog deformisanja nastaje toliko značajan porast stvarne površine kontakta plastično deformisanog metala pa prvobitno stanje mikro-geometrije kontakta postaje potpuno poremećeno.

Na površini dolaze nove "partije" materijala koje su prethodno ležale unutar deformisanog dela i kao rezultat tog procesa, dobija se krajnje stanje mikroneravnina koje je slučajnog karaktera i koje se po pravilu veoma teško može predvideti.

Bitan problem je takodje promena mikro-neravnina površine alata izazvana trenjem. Polazno stanje mikroneravnina površine alata zavisi od izvedene mašinske obrade (glodanje, brušenje, poliranje) pri kojoj u većini slučajeva odgovara hrapavost površine alata Ra = 0.5 do 0.8 µm.

Površinske mikroneravnine alata i mikrozarezi, zaostali od mašinske obrade, mogu delovati kao koncentratori napona, što stvara uslove za

PRAVAC KRETANJA

Linijatečenja

Linijasmicanja

N' (deo nominalne sile)

Plastičnadeformacija

Elastičnadeformacija

N'

Smaknuta čestica

Page 3: UTICAJ TRIBOLOŠKIH USLOVA NA HRAPAVOST ...tribolab.mas.bg.ac.rs/proceedings/2003/351-358.pdfOsnovni cilj obrade metala deformisanjem (OMD) jeste dobijanje predmeta odredjenog oblika

8th International Tribology Conference, 8. - 10. Oktober 2003., Belgrade, Serbia 353

nastajanje mikroprslina i pospešuje abrazivno, kao i druge vrste habanja. Da bi se sprečio ovaj nepovoljan uticaj hrapavosti potrebno je ispolirati radne površina alata.

Sa povećanjem hrapavosti površine alata koeficijent trenja raste. U zavisnosti od vrste materijala, vrste maziva i stepena deformacije ta promena može da bude nelinearna ili linearna [8]. Ukoliko dodje do pojave "hladnog zavarivanja" onda se dobija veći koeficijent trenja nego pri velikoj hrapavosti površine alata.

Koeficijent trenja, takodje zavisi i od hrapavosti površine deformisanog materijala. To je povezano sa činjenicom da mikroreljef površine metala igra presudnu ulogu u formiranju i dejstvu razdvajajućeg mazivog sloja. Sa povećanjem hrapavosti površine deformisanog materijala poboljšavaju se uslovi uvlačenja maziva u zonu deformacije, ali zajedno s tim raste i broj mikrozadiranja na kontaktnoj površini što predstavlja uzrok povećanja koeficijenta trenja. U procesu dubokog izvlačenja sa stanjenjem debljine zida, zbog velikog normalnog opterećenja i istovremenom relativnom pomeranju lima u odnosu na alat, dolazi do intenzivnog smicanja neravnina i uvećanja stvarne površine kontakta. Visoke lokalne temperature dovode do mikro-zavarivanja vrhova neravnina, što znatno uvećava potrebnu silu deformisanja.

2. EKSPERIMENTALNA ISPITIVANJA Za eksperimentalna ispitivanja u ovom radu

izabran je klasičan niskougljenični čelični lim Č0148P3 debljine 2 mm.

Eksperiment je izveden pod sledećim uslo-vima:

• ugao nagiba matrice: α = 5°, 10°, 15°, 20°; • mazivo na strani matrice: mineralno

emulgirajuće vodorastvorivo ulje sa EP, antihabajućim i mazivim dodacima (M2);

• mazivo na strani izvlakača: neemulgirajuće mineralno ulje sa blagim EP svojstvima (M4);

• materijal matrice/izvlakača: TM/AC - tvrdi metal (TM) oznake WG30 (DIN 4990: G30)/ legirani alatni čelik (AC) oznake Č4750 (DIN17006: X165CrMoV12);

• sila držanja: 8.7; 17.4 i 26.1 kN; • hrapavost izvlakača: Ra = 0.01; 0.09; 0.4 µm

(N1; N3; N5 respektivno). Objektivna ocena geometrijskih parametara

površine limova treba da uključi karakteristike makrogeometrije, mikrogeometrije i submikrogeo-metrije, uzimajući u obzir prirodu i mehanizam obrazovanja geometrijskih nesavršenstava. Sa te tačke gledišta standardni parametri hrapavosti površine Ra (srednje aritmetičko odstupanje nerav-nina) i Rz (srednja visina neravnina) nedovoljni su kao karakteristika, ne samo eksploatacionih nego i geometrijskih svojstava površine, jer ne daju nikakve informacije o obliku i raspodeli neravnina. Zato mikrogeometriju, ne karakterišu samo usrednjeni parametri (takvi kao što su Ra i Rz), nego i lokalni parametri mikrogeometrije, na primer: dubina i radijus zaobljenja dna profila površine, korak neravnina i drugi. Pri trenju i habanju veoma su važni lokalni parametri geome-trije, koji opisuju visinu i oblik pojedinih vrhova, kao i dubinu i oblik udubljenja izmedju njih. Uloga vrhova profila hrapavosti posebno je važna pri trenju bez podmazivanja, a udubljenja pri trenju sa podmazivanjem.

Slika 2 Uredjaj za merenje hrapavosti Talysurf 6

Page 4: UTICAJ TRIBOLOŠKIH USLOVA NA HRAPAVOST ...tribolab.mas.bg.ac.rs/proceedings/2003/351-358.pdfOsnovni cilj obrade metala deformisanjem (OMD) jeste dobijanje predmeta odredjenog oblika

8th International Tribology Conference, 8. - 10. Oktober 2003., Belgrade, Serbia 354

Kod ispitivanih limova praktično ne postoji razlika izmedju karakteristika jedne i druge strane lima.

Hrapavost je merena na kompjuterizovanom mernom sistemu TALYSURF 6 firme RANK TAYLOR HOBSON (slika 2), koji odlikuje široki spektar mogućnosti, kao što su: • merenje velikog broja relevantnih parametara

hrapavosti, • statistička obrada rezultata merenja parametara

hrapavosti, • prikazivanje rezultata merenja na ekranu,

njihovo memorisanje, štampanje i crtanje, • prostorno skeniranje površine itd.

Merenje hrapavosti je izvedeno upravno na pravac izvlačenja.

3. REZULTATI ISPITIVANJA Usled plastične deformacije, koja nastaje u

procesu dubokog izvlačenja sa stanjenjem debljine zida, dolazi do vrlo značajnih promena u topografiji površina lima koje su bile u kontaktu sa alatom. Budući da je lim sa jedne strane u kontaktu sa konusnom matricom, a sa druge strane sa izvlakačem, dolazi i do različitih promena na površini lima, zbog različitog tečenja materijala u odnosu na alat. Stanje na površini lima (hrapavost) zavisi od polazne hrapavosti lima, stanja površine alata, stepena deformacije, vrste maziva i dr.

Za ocenu topografije površine postoji veliki broj parametara kao što su: Ra, Rz, Ry, Rmax, Rq, Rv, Rp, Np, Sc, S, HSC itd, ali je ovde, za ocenu hrapavosti, izabran parametar Ra (srednje aritmetičko odstupanje profila na dužini ocenjivanja) kao reprezentativan. U preliminarnoj analizi utvrdjeno je da postoji velika korelacija izmedju parametra Ra, s jedne strane, i parametara: Rq, Ry i Rmax, s druge strane. Referentna dužina pri merenju hrapavosti lima iznosila je 0.8 mm, a 0.25 mm pri merenju parametara hrapavosti alata. Odredjivanje parametara hrapavosti izvodjeno je na dužini ocenjivanja L koja je sadržala pet referentnih dužina (L = 4 mm i L = 1.25 mm ). Hrapavost je uvek merena u pravcu koji je upravan na pravac izvlačenja (klizanja).

Promena hrapavosti (parametra Ra) lima na strani matrice od stepena deformacije data je na slici 3. Dijagrami promene Ra od ε, nacrtani su za tri vrednosti hrapavosti izvlakača. Medjutim, logično je da hrapavost izvlakača ne bi trebalo da utiče na hrapavost lima na strani matrice, pa stoga dobijene rezultate treba smatrati kao tri ponovljena merenja za jedno te isto mazivo. Već pri malim stepenima deformacije, dolazi do smanjenja

hrapavosti lima. Sa daljim povećanjem stepena deformacije u početku će doći do blagog povećanja hrapavosti, a zatim do nešto intenzivnijeg. Novonastala hrapavost, u većini slučajeva, čak i pri najvećim ostvarenim deformacijama ne prelazi početnu vrednost koju je lim imao pre deformisanja (Ra=1.01 µm). Hrapavost lima se pri malim deformacijama približava hrapavosti koju ima matrica (isprekidana linija na dijagramu) ali je ne dostiže.

Stepen deformacije, %H

rapa

vost

lim

ana

stra

ni m

atric

e, R

a, µ

m

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

0 10 20 30 40 50

Č0148P3 - Mazivo M2/M4Hrapavost izvlakača

N1 N3 N5

Hrapavost matrice Ra=0.01 µm

Slika 3 Promena hrapavosti čeličnog lima na

strani matrice od stepena deformacije

Izgledi 2D površina lima na strani matrice pri različitim stepenima deformacije dati su na slici 4. Pored svakog profila hrapavosti data je i mikrofotografija (uvećanje 100×) površine kako bi se stekla što bolja slika o novonastaloj površini lima. Na početku slike prikazan je i izgled početne površine lima kao i izgled površine matrice, kako bi se što lakše uočile promene na novogenerisanoj površini.

Kod čeličnog lima, korišćenjem maziva M2, već pri malim deformacijama (ε = 3.5 %), dolazi do drastičnog smanjenja hrapavosti, ali u isto vreme se stvaraju prvi risevi koji se jasno uočavaju na pokazanim mikrofotografijama. Pomenute rise-ve na površini stvaraju abrazivne čestice nastale krunjenjem krtih delića oksida (Fe2O3) sa površine lima. Na površini matrica su zapažene naslage oksida, što potvrdjuje prethodno navedenu kons-tantaciju. Daljim povećanjem stepena deformacije hrapavost površine raste, a broj riseva, kao i njiho-va veličina, se značajno povećava.

Promena hrapavosti lima na strani izvlakača od stepena deformacije pri različitim hrapavostima izvlakača data je na slici 5. Hrapavost lima, posle izvlačenja, zavisiće od hrapavosti izvlakača, kao i stepena deformacije ε. Sa povećanjem stepena deformacije hrapavost lima teži, pre ili kasnije, da se izjednači sa hrapavošću izvlakača. Ukoliko je hrapavost izvlakača veća, utoliko pre dolazi do pomenutog izjednačavanja.

Page 5: UTICAJ TRIBOLOŠKIH USLOVA NA HRAPAVOST ...tribolab.mas.bg.ac.rs/proceedings/2003/351-358.pdfOsnovni cilj obrade metala deformisanjem (OMD) jeste dobijanje predmeta odredjenog oblika

8th International Tribology Conference, 8. - 10. Oktober 2003., Belgrade, Serbia 355

mm

µm

-4

-2

0

2

4

0 1 2 3 4

mm

µm

-4

-2

0

2

4

0.0 0.5 1.0

Lim – Č0148P3, Ra = 1.01 µm, ε = 0 % Matrica – TM, Ra = 0.01 µm (N1)

mm

µm

-4

-2

0

2

4

0 1 2 3 4

ε = 3.5 %, Ra = 0.161 µm

mm

µm

-4

-2

0

2

4

0 1 2 3 4

ε = 10.1 %, Ra = 0.190 µm

mm

µm

-4

-2

0

2

4

0 1 2 3 4

ε = 20.5 %, Ra = 0.390 µm

mm

µm

-4

-2

0

2

4

0 1 2 3 4

ε = 35.5 %, Ra = 0.480 µm

mm

µm

-4

-2

0

2

4

0 1 2 3 4

ε = 45.5 %, Ra = 1.09 µm

Slika 4 2D izgled i mikrofotografije površina čeličnog lima na strani matrice pri različitim stepenima deformacije (mazivo na matrici M2)

prav

ac iz

vlač

enja

Page 6: UTICAJ TRIBOLOŠKIH USLOVA NA HRAPAVOST ...tribolab.mas.bg.ac.rs/proceedings/2003/351-358.pdfOsnovni cilj obrade metala deformisanjem (OMD) jeste dobijanje predmeta odredjenog oblika

8th International Tribology Conference, 8. - 10. Oktober 2003., Belgrade, Serbia 356

Stepen deformacije, %

Hra

pavo

st li

ma

na s

trani

izvl

akač

a, R

a, µ

m

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

0 10 20 30 40 50

Č0148P3 - Mazivo M2/M4Hrapavost izvlakača

N1 N3 N5

Ra=0.01 µm

Hrapavost izvlakačaRa=0.42 µm

Ra=0.09 µm

Slika 5 Zavisnost hrapavosti lima na strani

izvlakača od stepena deformacije pri različitim hrapavostima izvlakača

Pri velikoj hrapavosti izvlakača (Ra = 0.4 µm) i

pri vrlo maloj deformaciji dolazi do izjednačavanja

hrapavosti lima sa hrapavošću izvlakača. Pri sma-njenju hrapavosti izvlakača raste stepen deforma-cije pri kome dolazi do izjednačavanja hrapavosti lima i izvlakača.

Na slici 6 prikazani su 2D izgledi hrapavosti, kao i mikrofotografije površina lima na strani izvlakača, nastalih pri različitim stepenima deformacije i različitim hrapavostima izvlakača. Već pri malom stepenu deformacije (ε = 3.5 %), pri svim hrapavostima izvlakača, hrapavost lima na strani izvlakača opada na približno Ra = 0.5 µm. Sa povećanjem stepena deformacije dolazi do daljeg smanjenja hrapavosti.

mm

µm

-4

-2

0

2

4

0 1 2 3

mm

µm

-4

-2

0

2

4

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

Lim – Č0148P3, Ra = 1.01 µm, ε = 0 % Izvlakač – AC, Ra = 0.01µm (N1)

mm

µm

-4

-2

0

2

4

0 1 2 3

ε = 3.5 %, Ra = 0.527 µm

mm

µm

-4

-2

0

2

4

0 1 2 3

ε = 10.1 %, Ra = 0.287 µm

mm

µm

-4

-2

0

2

4

0 1 2 3

ε = 45.5 %, Ra = 0.058 µm

Slika 6 2D izgled i mikro fotografije površina lima na strani izvlakača pri različitim stepenima deformacije (hrapavost izvlakača – N1 – Ra = 0.01 µm)

Page 7: UTICAJ TRIBOLOŠKIH USLOVA NA HRAPAVOST ...tribolab.mas.bg.ac.rs/proceedings/2003/351-358.pdfOsnovni cilj obrade metala deformisanjem (OMD) jeste dobijanje predmeta odredjenog oblika

8th International Tribology Conference, 8. - 10. Oktober 2003., Belgrade, Serbia 357

0.25 mm

2 µm

2 µm

0.25 mm

2 µm

0.25 mm

Č0148P3, ε =3.5 %, M2 Č0148P3, ε = 20.5 %, M2 Č0148P3, ε = 45.5 %, M2

a) b) c) Slika 7 Karakteristični izgledi površina nastalih pri dubokom izvlačenju sa stanjenjem lima

od Č0148P3: a) glatka površina, b) izgrebana površina, c) izbrazdana površina

Ukoliko je hrapavost izvlakača Ra = 0.4 µm

(N5) već pri deformaciji nešto manjoj od 10% dolazi do izjednačavanja hrapavosti lima sa hrapavošću izvlakača i sa daljim povećanjem stepena deformacije hrapavost lima na strani izvlakača variraće oko hrapavosti izvlakača. Na mikrofotografijama površina uočava se izrazito usmerena tekstura u pravcu izvlačenja (slika 6). Na površini izvlakača, pri većim stepenima deformacije, uočene su naslage oksida skinute sa površine lima. Ukoliko je hrapavost izvlakača manja utoliko je potreban veći stepen deformacije pri kome bi došlo do izjednačavanja (približavanja) hrapavosti lima sa hrapavošću izvlakača [9]. Takodje, samo tek pri visokim stepenima defor-macije, uočava se usmerenost teksture površine u pravcu izvlačenja.

Površine limova nastale posle dubokog izvlačenja sa stanjenjem debljine zida, na osnovu svog izgleda, odnosno hrapavosti, mogu se klasifikovati u tri karakteristične grupe (slika 7): • glatke (slika 7a), • izgrebane (slika 7b) i • izbrazdane (slika 7c).

Glatka (ravna, ogledalasta) površina nastaje uglavnom pri malim stepenima deformacije i pri tome dolazi skoro do potpunog izravnavanja nerav-nina (Ra < 0.3 µm). Dobijena površina posmatrana golim okom ima ogledalasti izgled. Ovakve povr-šine uglavnom prate male vrednosti koeficijenta trenja. Sa povećanjem stepena deformacije dolazi do krunjenja čestica materijala obrade koje će na površini lima mestimično praviti ogrebotine izmedju kojih će se zadržati glatka površina. Izgre-banim površinama odgovaraju nešto veće vrednosti koeficijenta trenja, u odnosu na glatke. Daljim

povećanjem stepena deformacije dolazi do još intenzivnijeg krunjenja čestica koje će grubo zadirati u mekšu površinu lima i značajno poveća-vati hrapavost, usled čega će doći do daljeg povećanja koeficijenta trenja.

Ovakve promene nastaće ukoliko je brzina deformisanja mala. Pri većim brzinama deformi-sanja, i u zavisnosti od osobina maziva (viskoz-nost, koegzistencija, vrsta aditiva) može doći do promene tipa trenja, a samim tim i do drugačije promene hrapavosti [10, 11, 12, 13, 14, 15]. 4. ZAKLJUČAK

Pri dubokom izvlačenju sa stanjenjem debljine zida dolazi do vrlo značajnih promena na površinama lima koje su bile u kontaktu sa alatom. Pošto je lim sa jedne strane u kontaktu sa konusnom matricom, a sa druge strane sa izvlakačem, dolazi i do različitih promena na površini lima, a usled različitog tečenja materijala u odnosu na alat. Novonastala hrapavost lima zavisi od: polazne hrapavosti lima, stanja površine alata, stepena deformacije, vrste maziva i dr.

Već pri malim stepenima deformacije, hrapa-vosti lima na strani matrice se smanjuje. Sa daljim povećanjem stepena deformacije, u početku dolazi do blagog povećanja hrapavosti, a zatim do nešto intenzivnijeg. Novonastala hrapavost, u većini slučajeva, čak i pri najvećim ostvarenim deforma-cijama, ne prelazi početnu vrednost koju je lim imao pre deformisanja. Hrapavost lima se pri malim deformacijama približava hrapavosti koju ima matrica, ali je ne dostiže.

Hrapavost lima na strani izvlakača u prvom redu zavisi od hrapavosti izvlakača. Ako je hrapa-

Page 8: UTICAJ TRIBOLOŠKIH USLOVA NA HRAPAVOST ...tribolab.mas.bg.ac.rs/proceedings/2003/351-358.pdfOsnovni cilj obrade metala deformisanjem (OMD) jeste dobijanje predmeta odredjenog oblika

8th International Tribology Conference, 8. - 10. Oktober 2003., Belgrade, Serbia 358

vost izvlakača manja od hrapavosti lima, onda će hrapavost lima da opada i da teži da se izjednači sa hrapavošću izvlakača. Ukoliko je hrapavost izvlakača veća od hrapavosti lima, tada će pri povećanju stepena deformacije hrapavost lima da raste do hrapavosti izvlakača. Dobijeni rezultati pokazuju, da ukoliko je hrapavost izvlakača manja utoliko je potreban veći stepen deformacije da bi se hrapavost lima približila hrapavosti izvlakača. U ovom radu uočena su tri karakteristična tipa površina, koje su se pojavljivale kod oba mate-rijala, i to: glatke, izgrebane i izbrazdane, mada pri detaljnijoj analizi bilo je moguće uočiti i druge podtipove navedenih površina.

LITERATURA 1. Hebda M., Wachal A.: Trybologia, WNT,

Warszawa, 1980. 2. Ахматов А.С.: Молекулаpная физика

граничного трения, Москва, Машгиз, 1965.

3. Bowden F.P., Tabor D.: The friction and lubrication of solids, Part II, Clarendon Press, Oxford 1964.

4. Крагелский И.В.: Трение и износ, Машгиз, Москва, 1962.

5. Wiegand H., Kloss K.H.: Oberflächenvergange bei der Kaltumformung, Ind. Anz., No 70, 1969.

6. Ming-Feng I.: A new theory of metal transfer and wear, Lubric. Eng. 1954.

7. Gierzynska M.: Tarcie zužycie i smarowanie w obrobce plastycznej metali, WNT, Warszawa, 1983.

8. Грудев А.П., Зильберг Ю.В., Тилик В.Т.: Трение и смазки при обработке металлов

давлением – Стравочник, Металлургия, Москва, 1982.

9. Adamović D.: Ponašanje materijala u kontaktu pri procesima hladnog plastičnog oblikovanja sa visokim radnim pritiscima, Doktorska disertacija, Mašinski fakultet u Kragujevcu, Kragujevac, 2002.

10. Kawai N. (1982b), Nakamura T., Miyamoto S.: On the assessment of lubricity in the deformation process by a strip-ironing type friction testing machine, Bull. Of the JSME, Vol. 25, No 199, 1982., 95-102

11. Kawai N. (1990a), Dohda K., Wang Z., Akizama K.: Research into Mirror Surface Finishing by the Ironing Process, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 22, 1990., 123-136

12. Kawai N. (1990b), et all: Optimum Conditions for Mirror Surface Finishing by Ironing Process, Advanced Technology of Plasticity, Vol. 3, Kyoto, 1990., 1199-1206

13. Saito M. (1989b), Saiki H., Kawai N.: Galling and Friction in Ironing of Aluminum Cups, Trans. ASME, J. Eng. Ind., Vol. 111, 1989., 64-69

14. Saito M. (1990): Metal Fracture Mechanisms in Cup Ironing Process, Advanced Technology of Plasticity, Proceedings of Third International Conference on Technology of Plasticity, Vol. 3, Kyoto, 1990., 1185-1190

15. Dohda K. (1990a), Saito M., Saiki H., Kawai N.: Tribology in the Ironing Process of Aluminium Cans, Advanced Technology of Plasticity, Proceedings of Third International Conference on Technology of Plasticity, Vol. 3, Kyoto, 1990., 1191-1198


Recommended