Tob zagadnienia opracowane.doc

1. Podaj definicję wyraźnej i umownej granicy plastyczności.

Wyraźna granica plastyczności materiału – Re jest to naprężenie rozciągające, po osiagnięciu ,którego następuje wyraźny wzrost rozciąganej próbki bez wzrostu, lub przy minimalnym spadku obciążenia. Może wystąpić tylko w czasie pierwszego etapu obciążania próbki. Wyraźna granica plastyczności liczona jest ze wzoru:

Umowna granica plastyczności - stale wysoko-węglowe i kruche nie posiadają wyraźnej granicy plastyczności, w tych przypadkach wprowadza się jako kryterium porównawcze dla praktycznej oceny materiałów umowną granice plastyczności  R0,2. Przez umowna granice plastyczności rozumiemy taka wartość naprężenia rozciągjacego, która wywołuje w próbce umowne wydłużenie trwale x=0,2% pierwotnej długości pomiarowej próbki

2. Podaj warunek przejścia metalu w stan plastyczny przy prostym i złożonym stanie naprężenia.

Stan metalu lub stopu w czasie jego trwałego odkształcania nazywa się stanem plastycznym, a proces trwałej zmiany postaci, zachodzący w tym stanie, określa się jako odkształcenie plastyczne. Poszczególne objętości metalu przemieszczają się względem siebie pod działaniem sił zewnętrznych i metal otrzymuje żądany kształt bez naruszenia spójności międzykrystalicznej, przy czym tę jego zdolność nazywamy plastycznością.

Warunkiem przejścia ze stanu sprężystego w stan plastyczny jest osiągnięcie pewnej krytycznej wartości naprężeń, zwanej granicą plastyczności - w jednoosiowym stanie naprężeń, lub naprężenia uplastyczniającego - w płaskim lub przestrzennym stanie naprężeń, uzależnionych od rodzaju tworzywa i historii poprzednich odkształceń, oraz warunków obecnego procesu odkształceń plastycznych, tj. jego temperatury, stopnia i prędkości odkształcenia.

HIPOTEZA HMH (HUBERA- MISESA- HENCKY’EGO)

Huber zaobserwował, że:

- nie jest możliwe przejście w stan plastyczny ciał z odkształceniami objętościowymi

- musi nastąpić zmiana postaciowa a nie objętościowa, co świadczy o tym, że decyduje energia typu postaciowego;

Miarą wytężenia materiału jest energia sprężysta odkształcenia czystopostaciowego.

Wytężenie materiału – dążenie do zbliżenia się do granicy Rm.

Wytężenie materiału to stan materiału obciążonego siłami zewnętrznymi, w którym istnieje możliwość przejścia w stan plastyczny, czyli przekroczenie granicy sprężystości bądź utrata spójności jeśli materiał nie posiada granicy sprężystości. Wytężenie materiału określa się poprzez redukcje złożonego stanu naprężeń do jednego zredukowanego lub zastępczego naprężenia. Do redukcji stosuje się hipotezy wytężeniowe. Najczęściej jest to hipoteza energii odkształcenia (Hubera). Zakłada ona, że ciało jest doskonale sprężyste i praca naprężenia zredukowanego jest równa sumie prac naprężeń składowych. Hipoteza energii odkształcenia czysto postaciowego głosi, że miarą wytężenia materiału w dowolnym punkcie obciążonego (siłami) ciała sprężystego jest ta część energii sprężystej materiału, która jest związana z odkształceniem postaciowym – tylko ten rodzaj odkształcenia ma wpływ na osiągniecie stanu krytycznego
      1>2>3 – naprężenia główne

Warunkiem przejścia ze stanu sprężystego w stan plastyczny jest osiągnięcie pewnej krytycznej wartości naprężeń, zwanej granicą plastyczności w jednoosiowym stanie naprężeń, lub naprężenia uplastyczniającego - w płaskim lub przestrzennym stanie naprężeń, uzależnionych od rodzaju tworzywa i historii poprzednich odkształceń, oraz warunków obecnego procesu odkształceń plastycznych, tj. jego temperatury, stopnia i prędkości odkształcenia.

1>2>3 – naprężenia główne

3. Wymień jakie czynniki decydują o wartości energii potrzebnej do plastycznego odkształcenia metalu.

Wartość energii potrzebnej do realizacji odkształcenia plastycznego zależy od energii potrzebnej do pokonania sił spójności i sił tarcia na powierzchni zetknięcia materiału z narzędziem.

4.Znaczenie normalizacji warunków przeprowadzania statycznej próby rozciągania i zawartość polskiej normy

Podstawową próbą w badaniach materiałów, a zwłaszcza metali jest statyczna próba rozciągania. Wyznaczone w próbie własności mechaniczne umożliwiają odbiór techniczny metali i stopów, pozwalają na porównanie i klasyfikacją według przewidywanych zastosowań oraz ocenę skuteczności przeprowadzonych procesów technologicznych. Wyniki badań własności mechanicznych są wykorzystywane również przez konstruktorów w procesie projektowania elementów konstrukcyjnych. Zaletą tej próby jest między innymi to, że w prosty sposób pozwala określić szereg parametrów, które dzięki stosowaniu próbek znormalizowanych, można porównywać. Próbę wykorzystuje się również do badania własności mechanicznych i reakcji na obciążenie gotowych elementów konstrukcyjnych takich jak liny, druty, łańcuchy czy elementy złączne.

Próba polega na wolnym rozciąganiu próbki materiału na maszynie wytrzymałościowej, na ogół aż do rozerwania.

Jeżeli nie ustalono inaczej próbę należy prowadzić w temperaturze otoczenia od 10 oC do 35oC. Przy zaostrzonych wymaganiach próbę przeprowadza się w temperaturze 23±5 oC. Próbki powinny być zamocowane w odpowiednich uchwytach tak aby zapewnić osiowe działanie siły. Szczegółowe wytyczne dotyczące przeprowadzania próby rozciągania podaje norma PN-EN 10002-1+AC1:1998 [81].

Próbki do badań

Kształt i wymiary próbek zależą od kształtu i wymiarów wyrobów metalowych, których własności mają być określone. Próbkę zwykle wykonuje się z wyrobu lub półwyrobu poprzez obróbkę mechaniczną, prasowanie albo odlewanie. Wyroby o niezmiennym przekroju poprzecznym (profile, pręty, druty itp.) jak i próbki odlane (np. z żeliwa i metali nieżelaznych} mogą być badane bez obróbki mechanicznej. Przekrój poprzeczny próbki powinien być okrągły, kwadratowy, prostokątny lub pierścieniowy. W szczególnych przypadkach dopuszczalny jest jednak inny kształt przekroju poprzecznego.

Próbki dla których początkowa długość pomiarowa L0 jest związana z początkową powierzchnią przekroju poprzecznego S0 i obliczona na podstawie równania ,określa się jako proporcjonalne. Przyjęto, że wartość k wynosi 5,65.

Jeżeli przekroje poprzeczne próbek zmieniają się, powinny one mieć łagodne przejścia między długością roboczą, a główkami, Kształt główek próbki może być dowolny, odpowiednio przystosowany do uchwytów maszyny wytrzymałościowej (szczękowych bądź pierścieniowych).

Próbki z różnych materiałów powinny być pobrane i wykonane zgodnie z wymaganiami odpowiednich norm. Normy te podają również zalecane wymiary i tolerancje wymiarowe próbek.

W czasie próby rozciągania dokonuje się rejestracji siły oraz wydłużenia próbki. W praktyce wykonuje się to poprzez wykreślenie krzywoliniowej zależności w układzie współrzędnych siła F wydłużenie ΔL.

Spośród własności mechanicznych wyodrębnić można dwie grupy. Pierwsza, to własności wytrzymałościowe będące reakcją materiału na przyłożoną silę, których miernikiem jest naprężenie. Druga grupa to własności plastyczne określane w oparciu o zmianę wymiarów odkształcanej próbki.

Na podstawie punktów charakterystycznych wykresu rozciągania oraz stosownych pomiarów próbki przed i po próbie rozciągania, zgodnie z normą dokonuje się wyznaczenia własności mechanicznych (wytrzymałościowych i plastycznych) badanego materiału.

Typową krzywą rozciągania z wyraźną granicą plastyczności:

5. W pewnym procesie przeróbki plastycznej naprężenia główne osiągnęły wartości +320MPa. +150MPa -70MPa. Naprężenie uplastyczniające obranego stopu jest równe 490 MPa. Podaj czy materiał przejdzie w stan plastyczny.

Zgodnie ze wzorem Huberta:

H = ;1>2>3

1=320MPa, 2=150MPa 3=-70MPa Re=490MPa

H = = 0,707*=0,707*478,9=338,9

338,9<490 – metal nie przejdzie w stan plastyczny

6. Podaj znane ci miary odkształceń i związki między nimi

Zakładając, że początkowo wymiary próbki wynosiły h0b0l0 końcowe zaś h1b1l1

Tak obliczamy odkształcenia rzeczywiste.

Stosunki wymiarów odkształconego elementu do odpowiednich wymiarów przed odkształceniem, nazywamy:

- współczynnik gniotu

- współczynnik poszerzenia

- współczynnik wydłużenia

Współczynniki te określają zasadę stałej objętości, którą w najprostszy sposób wyrażamy:

V0 = V1

b0 · h0 · l0 = b1 · h1 · l1

Jednym z podstawowych założeń teorii plastyczności jest zasada stałej objętości, którą można zapisać za pomocą odkształceń rzeczywistych:

δl  +  δ b +  δh  = 0

7. Masz dwa przedmioty o takich samych wymiarach i kształcie, jeden uzyskany na drodze odlewania a drugi w procesie przeróbki plastycznej. Czy ich własności są takie same czy różne. Jeżeli różne, to na czym ta różnica polega.

Ich własności są różne:

- przedmiot uzyskany w drodze obróbki plastycznej będzie się charakteryzował lepszymi właściwościami wytrzymałościowymi (np. twardość) i równocześnie gorszymi właściwościami plastycznymi (np. mniejsza udarność, zdolność do wydłużenia).

- odlew jest kruchy, posiada naprężenia odlewnicze oraz dużą chropowatość

8. Jaką technologię obróbki plastycznej zastosujesz aby z regularnego walca o średnicy Do i wysokości ho uzyskać taki sam walec lecz o średnicy D1 (D1<Do) i wysokośći h1.

Do tego celu można zastosować dwie metody:

a.      Walcowanie na walcarce reduktor

W czasie walcowania redukowana jest średnica oraz poprawiany jest kształt – regularność walca. W konsekwencji otrzymujemy taki sam walec tylko o mniejszej średnicy.

b.      Ciągnienie swobodne

Podczas ciągnienia w matrycy stożkowej lub łukowej otrzymujemy pręt o bardzo regularnym kształcie oraz dużym umocnieniu.

9. Znając rzeczywiste wydłużenie =0,47 wylicz współczynnik wydłużenia i wydłużenie względne.

Współczynnik wydłużenia

Wydłużenie względne –

10. Scharakteryzuj procesy kucia – zakres zastosowania, zalety, ograniczenia.

Kucie - proces technologiczny polegający na odkształcaniu materiału za pomocą uderzeń lub nacisku narzędzi. Narzędzia - czyli matryce lub bijaki umieszczane są na częściach ruchomych narzędzi. Proces ten również może być realizowany w specjalnych przyrządach kuźniczych. W procesie tym nadaje się kutemu materiałowi odpowiedni kształt, strukturę i własności mechaniczne. Materiałem wsadowym jest przedkuwka, natomiast produktem jest odkuwka.

Procesy kucia są najczęściej prowadzone na gorąco. Dzięki temu praca i siła
niezbędne do kształtowania przedmiotu są małe, a zdolność materiału do odkształceń
plastycznych szczególnie duża.
Zalety:

- metoda umożliwiająca wytworzenie części o dużej wytrzymałości, które można stosować w urządzeniach mocno obciążonych lub urządzeniach wymagających długiej i bezawaryjnej pracy;

- metoda stosunkowo tanią i bardzo szybką w przypadku produkcji wielkoseryjnej
Wady:

- metoda dość kosztowną dla niewielkiej liczby części wykonanych;
Rodzaje kucia:

- kucie swobodne - polega na kształtowaniu plastycznym wyrobu za pomocą narzędzi nie
ograniczających przemieszczania się materiału w kierunkach prostopadłych do kierunku
wywieranej siły uderzenia. Kucie to jest procesem długotrwałym, który stosuje się
w produkcji niewielkiej ilości sztuk przedmiotu

-kucie półswobodne - posiada cechy kucia swobodnego oraz dodatkowo ogranicza się
płynięcie metalu w jednym kierunku.
-kucie matrycowe - w którym kształt odkuwki jest odwzorowaniem kształtu wykroju roboczego matrycy - polega na kształtowaniu wyrobu w wykroju matrycy składającej się z dwóch części, zamocowanych na młotach, prasach korbowych, prasach hydraulicznych, prasach śrubowych, walcarkach, kuźniarkach, elektrosprężarkach.
Dolna część matrycy spoczywa na nieruchomej części młota mechanicznego, zwanej szabotą.
Górna część matrycy, umocowana w ruchomej części młota, zwanej bijakiem może podnosić
się ku górze. Jeżeli w czasie pracy młota zostanie w obszarze wykroju dolnej części matrycy umieszczony nagrzany materiał, to uderzenie górnej części matrycy spowoduje wypełnienie wykroju matrycy materiałem. Powstaje wówczas produkt zwany odkuwką.

Zaletami procesu kucia matrycowego są:
- niewielki czas wykonania wyrobu,
- możliwość produkowania odkuwek o skomplikowanych kształtach,
- możliwość zatrudnienia w produkcji pracowników przyuczonych,
- małe straty materiału wskutek stasowania małych naddatków na obróbkę.

Wady kucia matrycowego są następujące:

-konieczność stosowania maszyn kuźniczych o podwyższonej dokładności prowadzenia matryc,

-dodatkowe koszty związane z prasami do okrawania wypływki,

-duży koszt oprzyrządowania,

-opłacalność przy dużych seriach odkuwek,

-niewielkie wymiary wykonywanych odkuwek.

11. Scharakteryzuj procesy walcowania wyrobów długich: zakres zastosowania, zalety, ograniczenia.

12. Scharakteryzuj procesy walcowania wyrobów płaskich: zakres zastosowania, zalety, ograniczenia.

13. Wymień podstawowe wymagania stawiane blachom karoseryjnym.

-        Niewielka waga;

-        Odporność na korozję;

-        Odporność na środki chemiczne;

-        Duża wytrzymałość przy niewielkiej grubości;

-        Aerodynamiczne kształty dla samochodów sportowych;

-        Kanciaste dla samochodów terenowych (częste naprawy, łatwiejsza wymiana);

-        Gładka powierzchnia;

-        Jednorodna struktura przy często niejednakowej grubość;

14. Narysuj schemat kinematyczny kuźniarki, Podaj do otrzymania jakich wyrobów służy.

Kuźniarka to typ prasy mechanicznej o układzie korbowym i o dwóch suwakach poruszających się względem siebie pod kątem prostym. Kuźniarki buduje się z pionowym lub coraz szerzej stosowanym poziomym podziałem matryc. Ponieważ w przypadku tych urządzeń powstają duże naprężenia termiczne, przy doborze materiałów na matryce należy kierować się warunkami pracy narzędzia. Matryce stosowane do kucia na gorąco na kuźniarkach, prasach kuźniczych i młotach konwencjonalnych wykonuje się z narzędziowej stali węglowej.

Odkuwki wykonane na kuźniarkach cechuje:

-duża dokładność wymiarów;

-małe zbieżności kuźnicze;

-małe dodatki na obróbkę skrawaniem;

-równomierny stopień przekucia;

-takie same własności odkuwek wykonanych w jednej partii;

Kuźniarki służą do produkcji gł. przedmiotów o kształcie brył obrotowych (np. piast, pierścieni łożysk tocznych);

15. Wykreśl przebieg zależności kosztu jednostkowego wyrobu w procesie kucia swobodnego i matrycowego. Wyjaśnij różnice w przebiegach tych krzywych.

Kucie swobodne stosuje się w produkcji jednostkowej lub małoseryjnej mniejszych odkuwek oraz do kucia odkuwek o dużych wymiarach i dużym ciężarze, ze względu do wysoki koszt wykonania matrycy.

Kucie matrycowe, zwane także matrycowaniem, jest opłacalne tylko do seryjnego wykonywania odkuwek, ze względu na duży koszt wykonania matryc.

Koszt odkuwki zależy od:

-rodzaju materiału, wymiaru odkuwki, kształtu odkuwki, wielkość serii, sposobu kucia;

K = G · c + (r + w) · t + N/n

K – koszt odkuwki

G – masa materiału (kg) brutto

c – cena jednostkowa materiału (zł/kg)

r – koszt robocizny

w – koszt pracy urządzenia (zł/h)

t – czas kucia

N – koszt oprzyrządowania

n – ilość sztuk wykonanych

Kucie matrycowe jest tańsze dla dużej ilości sztuk, kucie swobodne jest tańsze tylko dla małych serii produkcji wyrobu.

16. Podaj jakie urządzenia technologiczne są wykorzystywane kolejno w produkcji blach o grubości 0,2mm.

17. Narysuj schemat ułożenia walców w walcarce Sendzimira. Wyjaśnij sens takiej konstrukcji.

Ugięcie sprężyste walców roboczych, dzięki ich małym średnicom i dużej sztywności walców oporowych zostaje prawie całkowicie wyeliminowane.

18. Narysuj schemat ułożenia walców w walcarce kwarto. Wyjaśnij sens takiej

...