Jest to wersja robocza, wymagająca jeszcze uzupełnienia źródeł i porządnej

redakcji, ale zawierająca większą część najważniejszych informacji z zakresu

obróbki plastycznej, choć brakuje informacji o materiałach, o obróbce tworzyw

sztucznych i proszków spiekanych. Może stanowić uzupełnienie materiałów

znajdujących się w internecie zredagowanych przez dr inż. Stefana Kapińskiego.

Wiadomości w niej zawarte będą stanowiły podstawę do pytań na zbiorczym

kolokwium poprawkowym dla tych, którzy nie zaliczą "Technologii" wcześniej.

Mam nadzieję, że okaże się przydatna.

dr inż. Ryszard Kuryjański

1. Wstęp. Teoria odkształceń

Odkształcenie to miara deformacji ciała poddanego działaniu sił

zewnętrznych. W metalach występują dwa rodzaje odkształceń: sprężyste i

plastyczne.

1.1. Odkształcenia sprężyste

Odkształcenie sprężyste ma charakter nietrwały i następuje pod wpływem

działania siły zewnętrznej a po jej usunięciu materiał powraca do stanu

wyjściowego.

Istotą odkształcenia sprężystego jest to, że obciążenie zewnętrzne

powoduje sprężyste przesunięcia atomów z położeń równowagi (obciążenie jest

niewystarczające dla przeprowadzenia atomu w nowe położenie równowagowe).

Dla każdego metalu istnieje największa wartość siły po przekroczeniu

której przedmiot nie powróci do pierwotnego kształtu.

Graniczna wartość tej siły odniesiona do pierwotnego pola przekroju, na

którym działa jest naprężeniem nazwanym granicą sprężystości.

1.2. Odkształcenia plastyczne

Odkształcenie trwałe - plastyczne następuje wtedy, gdy wartość

naprężenia wywołanego siłą przekroczy wartość granicy sprężystości. Wielkość

tego naprężenia zależy od wielu czynników, z których najważniejszymi są: siły

oddziaływania między atomami w sieci, typ sieci, szybkość i temperatura, w

jakiej następuje odkształcanie.

Techniczną miarą odkształcenia jest stosunek zmniejszenia pola przekroju

poprzecznego (prostopadłego do kierunku odkształcenia), do pola tego

przekroju przed odkształceniem, wyrażony w procentach zwany zgniotem:

%1000

0

A

AAZ

gdzie: A0 - pole przekroju przed odkształceniem,

A- pole przekroju po odkształceniu,

1.3. Krzywa rozciągania [Wikipedia]

Początkowo wzrost przykładanej siły powoduje liniowy wzrost

odkształcenia, aż do osiągnięcia granicy proporcjonalności RH.

W zakresie tym obowiązuje prawo Hooke'a tzn. odkształcenie ciała pod

wpływem działającej na nie siły są proporcjonalne do tej siły, współczynnik

między naprężeniem wywołanym przez przyłożone siły a odkształceniem

nazywany jest współczynnikiem, modułem, sprężystości.

Prawo Hooke'a wyraża wzór:

𝜎 =𝐹

𝑆= 𝐸 ∙

∆𝑙

𝑙= 𝐸 ∙ 𝜀 [Pa]

gdzie:

F – siła rozciągająca [N]

S – pole przekroju poprzecznego [m2]

E – moduł Younga [Pa]

Δl – wydłużenie pręta [m]

l – długość początkowa [m]

ε - odkształcenie [%]

Następnie po osiągnięciu wyraźnej granicy sprężystości Rsp materiał

przechodzi w stan plastyczny, a odkształcenie staje się nieodwracalne.

Jeżeli niemożliwe było określenie wyraźnej granicy sprężystości to

wyznacza się umowną granicę sprężystości R0.05%.

Dalsze zwiększanie naprężenia powoduje nieliniowy wzrost

odkształcenia, aż do momentu wystąpienia zauważalnego, lokalnego

przewężenia zwanego szyjką. Naprężenie, w którym pojawia się szyjka, zwane

jest wytrzymałością na rozciąganie Rm.

Dalsze rozciąganie próbki powoduje jej zerwanie przy naprężeniu

zrywającym . Wykres przedstawia dwie linie. Przerywana pokazuje

naprężenie rzeczywiste σ2 obliczane przy uwzględnieniu przewężenia próbki.,

zaś linia ciągła pokazuje σ1 - stosunek uzyskiwanych sił do przekroju

początkowego

Przedstawiony wykres znacznie różni się dla różnych materiałów.

Materiały kruche nigdy nie przechodzą w stan plastyczny, lecz wcześniej

ulegają zerwaniu. Nie można więc poddawać ich obróbce plastycznej.

Dla wielu materiałów granica plastyczności jest trudna do określenia,

gdyż nie istnieje wyraźnie przejście z zakresu sprężystego do plastycznego.

Wyznacza się wtedy umowną granicę plastyczności R0.2% (naprężenie przy

odkształceniu równym 0.2%).

W przypadku wystąpienia widocznego płynięcia badanego materiału

wyznacza się górną ReH i dolną ReL granicę plastyczności.

Krzywa rozciągania materiałów plastycznych [Wikipedia]

Krzywa rozciągania materiałów kruchych

1.4. Terminy związane z budową metali i stopów

1.4.1. Ziarno (krystalit, domena krystaliczna)

Ziarno jest to część ciała stałego o budowie krystalicznej będąca

obszarem monokrystalicznego uporządkowania. Ma rozmiary od kilku

nanometrów do milimetrów. Krystality oddzielone są od siebie cienkimi

amorficznymi warstwami (granicami ziaren) tworząc większe struktury

polikrystaliczne. Ziarna są zwykle zorientowane przypadkowo.

W wyniku odkształcenia plastycznego powstającego podczas obróbki

plastycznej na zimno (np. walcowanie, ciągnienie), może nastąpić

ukierunkowanie struktury we wszystkich ziarnach. Strukturę taką nazywa się

teksturą. Swoiste tekstury mogą powstać również w specyficznych warunkach

krystalizacji odlewów (tekstura odlewnicza). Takie struktury uporządkowane

mogą wykazywać właściwości anizotropowe.

Przykłady ziaren

1.4.2. Polikryształ

Polikryształ - ciało stałe, będące zlepkiem wielu monokryształów,

zwanych w tym przypadku domenami krystalicznymi lub ziarnami. Domeny w

polikrysztale mają zwykle orientację statystyczną, choć w pewnych,

szczególnych warunkach można także uzyskać polikryształy o bardzo

regularnym układzie domen. Określony układ domen tworzy tzw.

mikrostrukturę polikryształu. Układ struktur krystalicznych tworzy tzw.

mikrostrukturę polikryształu, którą można obserwować za pomocą zwykłego

mikroskopu optycznego. Na granicach domen krystalicznych występuje wiele

niejednorodności w ułożeniu cząsteczek i w tych miejscach ciało to jest

najsłabsze. Powoduje to, że mikrostruktura polikryształu ma bardzo silny wpływ

na jego własności mechaniczne. W przełomie ciało polikrystaliczne o

statystycznym układzie domen jest szorstkie, objawiając układ monokryształów

w ciele (ich wielkość i ułożenie).

Schematyczna struktura układu atomów (cząsteczek) w ziarnie (krystalicie),

polikrysztale i ciele amorficznym [Dobrzański; Politechnika Wrocławska]

1.4.3. Ciało amorficzne (bezpostaciowe)

Ciało będące w stanie amorficznym jest ciałem stałym, ale tworzące je

cząsteczki są ułożone w sposób dość chaotyczny, bardziej zbliżony do

spotykanego w cieczach. W stanie amorficznym występują zwykle substancje,

które są zdolne do krystalizacji, ale ze względu na duży rozmiar cząsteczek,

zanieczyszczenia lub szybkie schłodzenie cieczy, nie mają warunków, aby w

pełni skrystalizować. Faza amorficzna rzadko występuje w całej objętości

substancji spotykanych w praktyce, lecz zwykle współistnieje z fazą

krystaliczną. W ciałach takich pojawiają wówczas domeny (niewielkie obszary)

fazy krystalicznej, przemieszane z domenami fazy amorficznej, przy czym

zmieniając warunki schładzania cieczy, można zmieniać proporcje jednej fazy

do drugiej w dość szerokim zakresie.

1.4.4. Defekty sieci krystalicznej

Defekty struktury krystalicznej są to niedoskonałości kryształów

polegające na punktowym lub warstwowym zerwaniu regularności ich sieci

przestrzennej. Defekty występują praktycznie we wszystkich rzeczywistych

kryształach. Wynikają one z natury procesu krystalizacji.

Wyróżnia się defekty:

a) punktowe:

wakanse, luki – wolne miejsca w sieci krystalicznej,

wyjście atomu na powierzchnie kryształu,

atomy międzywęzłowe – opuszczające węzły np. wskutek drgań

cieplnych,

b) liniowe, znane jako dyslokacje,

c) powierzchniowe:

granice ziaren – wąska strefa materiału, w której atomy są ułożone w

sposób chaotyczny

granice międzyfazowe: m.in. atomy granicy ziarna są wspólnymi atomami

obydwóch ziaren,

błąd ułożenia

[E-studia informatyczne BETA]

1.4.5. Temperatura rekrystalizacji

Temperatura rekrystalizacji jest to temperatura, w której dany metal

odkształcony plastycznie na zimno całkowicie ulegnie rekrystalizacji po

wyżarzaniu trwającym jedną godzinę.

Temperatura rekrystalizacji nie jest stałą cechą materiału, lecz zależy od

wielu czynników, głównie od czystości materiału, zmagazynowanej energii

odkształcenia oraz warunków wygrzewania.

Doświadczalnie stwierdzono że temperatura rekrystalizacji Tr jest tym

niższa im:

większy zgniot

większa szybkość odkształcenia

mniejsze ziarno wyjściowe

mniejsza szybkość nagrzewania po zgniocie

Temperatura rekrystalizacji dla stopów jest wyższa niż dla metali technicznie

czystych i w niektórych przypadkach dochodzi do 0,8 Ttopn, natomiast dla

metali o wysokiej czystości temperatura rekrystalizacji jest bardzo niska i

wynosi 0,1 – 0,2 Ttopn. Wartości te są słuszne w przypadku dużych stopni

odkształcenia plastycznego, natomiast dla małych odkształceń plastycznych

mogą być znacznie wyższe. Procesowi rekrystalizacji towarzyszą znaczne

zmiany własności mechanicznych odkształconego metalu.

W wyniku wyżarzania rekrystalizującego twardość i wytrzymałość maleją,

osiągając wartości właściwe dla materiału przed odkształceniem plastycznym.

Jednocześnie rekrystalizacja przywraca w pełni własności plastyczne metalu.

Ze względu na niejednoznaczność wartości temperatury rekrystalizacji, w

praktyce przemysłowej wprowadzono pojęcie progowej temperatury

rekrystalizacji, która jest najniższą temperaturą rekrystalizacji przy dużych

odkształceniach (60÷70%) i czasie wygrzewania 1÷2 godziny.

Temperatura rekrystalizacji jest ważnym parametrem technologicznym, gdyż

oddziela obróbkę plastyczną na zimno (poniżej Tr) od obróbki plastycznej na

gorąco (powyżej Tr).

Temperatura rekrystalizacji wynosi orientacyjnie:

dla stali ok. 5500C,

dla mosiądzu 300-4000C,

dla miedzi ok. 2500C,

dla aluminium 2000C,

dla ołowiu i cyny - 200C

Temperatury obróbki plastycznej na gorąco są znacząco wyższe i wynoszą:

dla stali 800-12000C,

dla mosiądzu 700-8000C,

dla miedzi ok. 900-10500C,

dla aluminium 350-4500C,

dla ołowiu i cyny - 150-1700C

1.4.6. Rekrystalizacja (Krzysztof Wierzbanowski)

Rekrystalizacja jest podstawowym procesem stosowanym do modyfikacji

metali po uprzednim odkształceniu plastycznym, w wyniku którego następuje

zwiększenie twardości, kruchości, oporu elektrycznego, a także wyraźna zmiana

mikrostruktury objawiającą się "poszatkowaniem" i wyraźnym wydłużeniem

ziaren oraz nagromadzeniem ogromnej liczby defektów. Gęstość dyslokacji

może wzrosnąć po odkształceniu plastycznym około milion razy. Typowe

wartości gęstości dyslokacji w metalu przed odkształceniem (a także po

rekrystalizacji) wynoszą 106-108 na cm2, zaś w metalu po dużym odkształceniu

plastycznym - 1012 na cm2.

Jeśli te modyfikacje w mikrostrukturze materiału są niepożądane (w

aspekcie przewidywanych jego zastosowań) to własności materiału modyfikuje

się w procesie rekrystalizacji.

Rekrystalizacja prowadzi do drastycznej redukcji gęstości defektów, do

powstania regularnych dużych ziaren, a także nowej charakterystycznej tekstury

krystalograficznej. Istotą procesu jest pojawienie się zarodków nowych ziaren w

obrębie odkształconej osnowy (materiału po odkształceniu). Zarodki te szybko

sie rozrastają, dając początek nowym ziarnom i pochłaniają otaczający je

odkształcony materiał. Nowe ziarna (po rekrystalizacji) posiadają tą samą

strukturę krystalograficzną co stare (po odkształceniu). rekrystalizację podzielić

Rekrystalizację można podzielić na dwa główne procesy:

zarodkowanie

wzrost ziaren

Zarodkowanie w procesie rekrystalizacji polega na utworzeniu odpowiednio

dużych obszarów wolnych od odkształceń, których granice poruszając się mogą

transformować odkształconą osnowę w materiał wolny od skutków

odkształcenia plastycznego.

Częstymi miejscami pojawiania się zarodków są granice ziaren, granice

bliźniacze, wtrącenia niemetaliczne oraz pasma odkształceń. Jest to

spowodowane lokalnym, silnym zakrzywieniem płaszczyzn sieci krystalicznej.

Proces rekrystalizacji można podzielić na dwa etapy:

rekrystalizację pierwotną

rekrystalizację wtórną.

Rekrystalizacja pierwotna jest procesem tworzenia się nowych ziaren i ich

dalszego wzrostu. Etap zarodkowania polega na tworzeniu się małych obszarów

o niemal idealnej strukturze krystalicznej, zdolnych jednocześnie do ciągłego

wzrostu kosztem odkształconej osnowy. Etap zarodkowania zależy przede

wszystkim od struktury materiału po odkształceniu, wielkości zmagazynowanej

energii oraz temperatury wyżarzania rekrystalizującego. Zarodki tworzą się

lokalnie w miejscach o podwyższonej energii, a ich rozrost związany jest z

ruchem granic ziaren. W momencie, kiedy nowe nieodkształcone ziarna zetkną

się ze sobą i osnowa zostanie wyczerpana, rekrystalizacja pierwotna zostaje

zakończona. Efektem jest uzyskanie drobnoziarnistej struktury wolnej od

naprężeń.

Rozrost ziarna jest procesem strukturalnym, który zachodzi podczas

wyżarzania materiału po zakończonej rekrystalizacji pierwotnej. Mimo że

struktura ma dużo niższą energię, niż w stanie odkształconym to ciągle duża

ilość energii zmagazynowana jest w granicach ziaren. Jest to powód istnienia

siły pędnej do dalszego rozrostu ziarna celem obniżenia energii

powierzchniowej granic ziaren. Można wyróżnić dwa podstawowe rodzaje

przebiegu wzrostu:

normalny rozrost ziaren – polegający na ciągłym wzroście ziaren w

taki sposób, iż ich wielkość rośnie jednakowo w całej objętości

materiału

anormalny rozrost ziaren (rekrystalizacja wtórna) – polegający na

wzroście niewielkiej liczby dużych ziaren kosztem innych, których

wielkość nie ulega zmianie.

Rozrost ziaren rozpoczyna się natychmiast po zakończeniu rekrystalizacji

pierwotnej. Rekrystalizacja wtórna rozpoczyna się dopiero po pewnym czasie.

Czas potrzebny jest do selektywnego rozrostu tylko niektórych ziaren do

wielkości odpowiednio większej od ziaren sąsiednich.

Normalny rozrost ziaren może być hamowany przez atomy obce

rozpuszczone w roztworze stałym, dyspersyjne cząstki faz wtórnych.

Rekrystalizacja występuje w wyniku wyżarzania rekrystalizacyjnego

(rekrystalizacja statyczna) lub w przypadku obróbki plastycznej na gorąco

(rekrystalizacja dynamiczna).

Przez wyżarzanie rekrystalizujące rozumieć będziemy obróbkę cieplną

mającą na celu uzyskanie nowych ziaren przez zarodkowanie i rozrost ziaren

bez zmiany fazy w odkształconym plastycznie metalu. Ma ono na celu

zlikwidowanie skutków umocnienia odkształceniowego. Struktura odbudowuje

się, czemu towarzyszy zanik naprężeń wewnętrznych i zmniejszenie gęstości

defektów struktury krystalicznej. Pogarszają się własności wytrzymałościowe,

ale polepszają własności plastyczne.

W przypadku przeróbki plastycznej „na gorąco” rekrystalizacja następuje

natychmiast po odkształceniu (rekrystalizacja dynamiczna). Własności

obrabianego materiału zależą wtedy od tego, który proces następuje szybciej.

Gdy dominuje rekrystalizacja to nie obserwuje się makroskopowego

umocnienia. W przypadku, gdy szybkość odkształcenia jest duża, a temperatura

procesu niewysoka to można zaobserwować umocnienie materiału.

Jeżeli przeróbka plastyczna będzie prowadzona w zbyt wysokiej

temperaturze to może nastąpić nadmierny rozrost ziarna. Duże ziarno powoduje

uzyskanie większości dużo gorszych własności wytrzymałościowych materiału.

Przebieg rekrystalizacji warunkowany jest szybkością tworzenia zarodków

nowych ziaren ZV oraz szybkością ich wzrostu WV .

Jeżeli ZV > WV to w wyniku rekrystalizacji powstanie drobne ziarno, a gdy

ZV < WV to w wyniku rekrystalizacji powstanie duże ziarno

Zarodki nowych ziaren powstają w miejscach o podwyższonej energii np.

granicach ziaren czy skupiskach dyslokacji. Energia potrzebna do zarodkowania

jest wyższa niż do wzrostu ziarna. Dlatego też, przy stosunkowo niewielkich

zgniotach, skutkiem dalszego wygrzewania może być zamiast tworzenia nowych

ziaren, rozrost ziaren pierwotnych, co skutkuje otrzymaniem struktury

gruboziarnistej. Efekt ten zwany zgniotem krytycznym Zk jest zjawiskiem

niepożądanym, gdyż odbija się niekorzystnie na właściwościach mechanicznych i

technologicznych materiału. Dla większości metali wartość zgniotu krytycznego

zawiera się w przedziale 1÷10%. Dla odkształceń mniejszych od zgniotu

krytycznego rekrystalizacja nie występuje ze względu na zbyt mała liczbę

zarodków krystalizacji. Dla odkształceń w zakresie zgniotu krytycznego

rekrystalizacja prowadzi do uzyskania struktury gruboziarnistej. Dla odkształceń

wyższych od zgniotu krytycznego rekrystalizacja prowadzi zwykle do struktury

drobnoziarnistej.

Reasumując, dla wywołania rekrystalizacji konieczne jest nadanie materiałowi

pewnego minimalnego stopnia odkształcenia (tzw. odkształcenie krytyczne). Im

niższy jest stopień odkształcenia w tym wyższej temperaturze (zakładając stały

czas wyżarzania) zachodzi rekrystalizacja. Wydłużenie czasu wyżarzania

umożliwia uzyskanie zrekrystalizowanej mikrostruktury w niższej temperaturze.

Rozmiar ziarna po rekrystalizacji zależy silnie od wielkości odkształcenia na

zimno. Dla uzyskania drobniejszego ziarna potrzebne jest większe odkształcenie i

niższa temperatura wyżarzania. Długotrwałe wygrzewanie w wysokiej

temperaturze prowadzi do procesu rozrostu ziaren i rekrystalizacji wtórnej.

Materiał rekrystalizuje tym łatwiej im mniej zawiera zanieczyszczeń.

1.5. Mechanizmy odkształcenia plastycznego

Mechanizmami odkształcenia plastycznego są: poślizg dyslokacyjny i

bliźniakowanie w obróbce na zimno oraz pełzanie dyslokacyjne, pełzanie

dyfuzyjne i poślizg po granicach ziaren w obróbce plastycznej na gorąco, tzn. w

temperaturach przekraczających (0.3-04) temperatury topnienia metalu lub

stopu. .

1.5.1. Poślizg dyslokacyjny

Poślizg powoduje nieodwracalne zmiany kształtu. Powstaje na skutek działania

naprężeń stycznych. Poślizg polega na przemieszczeniu się jednej części

kryształu względem drugiej po określonych płaszczyznach krystalograficznych

zwanych płaszczyznami poślizgu. Po przemieszczeniu się tych części kryształu

względem siebie ich budową krystaliczna nie ulega zmianie.

Płaszczyzny poślizgu są zwykle płaszczyznami najgęściej upakowanymi

atomami. Kombinacja kierunku poślizgu i płaszczyzny poślizgu zawierająca ten

kierunek jest systemem poślizgu.

W przemieszczeniu się obu części kryształu względem siebie nie biorą

jednocześnie udziału wszystkie atomy leżące w płaszczyźnie poślizgu, lecz

tylko ich część. Dlatego siły potrzebne do wywołania odkształcenia w metalach

są względnie małe.

Metale powszechnie stosowane mają budowę polikrystaliczną, w których

ziarna pod względem kąta krystalograficznego są różnie zorientowane w

przestrzeni. Obroty ich sieci krystalicznej, wywołane poślizgiem mogą

spowodować to, że większość ziaren uzyska wspólną orientację. Taki układ

ziaren nazywa się teksturą odkształcenia, której konsekwencją jest anizotropia

właściwości mechanicznych i innych fizycznych.

Duże odkształcenia powodują wydłużanie ziaren co prowadzi do

utworzenia się budowy włóknistej typowej dla prętów, blach i drutów.

Poślizg jest podstawowym mechanizmem odkształcania monokryształów.

Po wyczerpaniu możliwości poślizgu przy bardzo dużych odkształceniach

odkształcenie monokrystaliczne może nastąpić przez bliźniakowanie.

Schemat zjawiska poślizgu

1.5.2. Bliźniakowanie

Bliźniakowanie polega na obrocie sieci krystalograficznej jednej części

kryształu o pewien kąt względem drugiej w taki sposób, że obie części uzyskają

położenie symetryczne (lustrzane odbicie). Płaszczyzna oddzielająca te części –

zbliźniaczoną i macierzystą nazywa się płaszczyzną zbliźniaczenia.

Bliźniakowanie następuje pod wpływem sił zewnętrznych.

W stopach o znaczeniu technicznym często obserwuje się bliźniaki np. w

mosiądzu jednofazowym. Niekiedy bliźniakowaniu w czasie odkształcenia

towarzyszy charakterystyczny dźwięk (chrzęst) wydawany przez metal (np.

cynk czy cynę).

Schemat zjawiska bliźniakowania

1.5.3. Pełzanie dyfuzyjne

Proces ten zachodzi za pośrednictwem dyfuzyjnego ruchu defektów

punktowych sieci (tzw. wakansów - nieobsadzonych węzłów sieci) po

granicach ziaren i przez ziarna pod działaniem naprężeń normalnych.

Efektywność odkształcenia plastycznego przez pełzanie dyfuzyjne po granicach

ziaren zaznacza się już powyżej 0.4 Tt (temperatury topnienia), natomiast

powyżej 0.6 Tt zaczyna się pełzanie dyfuzyjne za pośrednictwem dyfuzji

objętościowej.

1.5.4. Pełzanie dyslokacyjne (statyczne i dynamiczne)

Pełzanie dyslokacyjne to powolny proces, wywołany temperaturą, w

wyniku którego usunięte zostają częściowo lub niemal całkowicie skutki

umocnienia materiału spowodowanego zgniotem. Obejmuje ono procesy

zdrowienia i rekrystalizacji. Wyróżnia się procesy pełzania dyslokacyjnego

statycznego, które następuje po zakończeniu procesu obróbki plastycznej na

zimno podczas wyżarzania oraz pełzania dyslokacyjnego dynamicznego, które

występuje niemal jednocześnie z procesem obróbki plastycznej na gorąco.

Zdrowienie jest to proces zachodzący poniżej temperatury rekrystalizacji,

skutkujący zmniejszeniem liczby defektów punktowych, liczby dyslokacji oraz

zmianami w ich przestrzennym rozmieszczeniu.

Rekrystalizacja jest to proces, który zachodzi powyżej temperatury

rekrystalizacji i polega na wytworzeniu struktury drobnoziarnistej. Jego wadą

są: rozrost ziaren i rekrystalizacja wtórna.

1.5.5. Poślizg po granicach ziaren

Proces ten, dominujący przy temperaturach większych od 0.4 Tt , polega na

przesuwaniu się i obrotach ziaren. W polikryształach odkształconych

plastycznie na gorąco jest on wyłącznie skutkiem ruchu ziaren na granicy

dyslokacji lub dyslokacji sieciowych. Jego mechanizmy nie zostały jeszcze

dokładnie zbadane.

Zakresy występowania odkształceń na przykładzie czystego aluminium

[Dobrzański: Podstawy nauki o materiałach i materiałoznawstwo]

2. Obróbka plastyczna (wg wykładów prof. Macieja Pietrzyka)

Obróbką plastyczną nazywa się procesy technologiczne wykonywania części

i przedkuwek (półwyrobów) przez ich plastyczne kształtowanie.

Obecnie metodami obróbki plastycznej przerabia się około 90% wytapianej

stali, 55% metali nieżelaznych i ich stopów oraz różnego rodzaju tworzywa

sztuczne i inne materiały niemetalowe.

Uzyskanie żądanych kształtów odbywa się najczęściej przez wywołanie

odpowiednich odkształceń plastycznych materiału bez naruszania jego

spójności. Cechą charakterystyczną procesów obróbki plastycznej jest fakt, że

podczas odkształcenia plastycznego objętość materiału nie ulega zmianie.

Wykonuje się nią różnego rodzaju półfabrykaty do dalszej obróbki

mechanicznej i gotowe części.

Obróbka plastyczna jest procesem technologicznym bardzo ekonomicznym i

szybko rozwijającym się. Części kute i tłoczone stanowią obecnie 60-85%

ciężaru wszystkich części w nowoczesnych samochodach, samolotach,

traktorach i innych maszynach.

Obróbka plastyczna pozwala nie tylko na uzyskanie wymaganych kształtów i

wymiarów danej części, ale również w wielu przypadkach poprawia jej

własności mechaniczne i fizyko-chemiczne.

Do zalet obróbki plastycznej należą:

oszczędność materiału - wyroby otrzymywane metodami obróbki

plastycznej są wytwarzane masowo., co pozwala na ograniczenie kosztów

jednostkowych i takie dostosowanie linii produkcyjnej aby cena

wytwarzania elementów była jak najniższa; wysoki spadek kosztów

produkcji spowodowany jest automatyzacją procesu produkcyjnego.

stosunkowo niskie koszty jednostkowe - w przypadku walcowania gwintów

jak również elementów uzębionych takich jak koła zębate, wielowypusty,

zauważa się poprawę właściwości mechanicznych w porównaniu z obróbką

skrawaniem oraz poprawia się gładkość elementów.

polepszenie właściwości fizycznych i mechanicznych przerobionego

materiału.

obróbka plastyczna zachowuje ciągłość włókien, co zapewnia lepsze

właściwości mechaniczne gotowego wyrobu.

możliwość nadawania skomplikowanych kształtów, które w innych

technologiach są trudne bądź niemożliwe do osiągnięcia.

Do wad obróbki plastycznej należą wysokie koszty maszyn i narzędzi, co

zmniejsza możliwości jej stosowania w produkcji jednostkowej i małoseryjnej.

Szczególne zalety ma obróbka plastyczna na zimno. Pozwala ona

uzyskanie:

• gotowych produktów lub półproduktów o małych przekrojach, co przez

obróbkę plastyczną na gorąco jest niemożliwe, jak np. drutów o średnicy

poniżej 5 mm, taśm o grubości poniżej 1 mm, rur o grubości ścianki poniżej

2.5 mm itp.,

• czystej powierzchni półproduktu, potrzebnej do dalszych procesów

zachodzących na powierzchni, jak np. cynowania, miedziowania, niklowania

itp.,

• czystej powierzchni o określonej średnicy potrzebnej do dalszej produkcji

np. wierteł itp.,

• określonych własności wytrzymałościowych, jak np. wytrzymałości na

rozciąganie, granicy sprężystości itp. (np. do produkcji sprężyn),

• odpowiedniej tekstury, która może mieć znaczenie przy żądanych

własnościach magnetycznych.

Obróbka plastyczna na zimno stanowi jedyny sposób znacznego

podwyższenia własności wytrzymałościowych (umocnienia) metali oraz stopów,

które nie podlegają przemianom fazowym.

Obróbka plastyczna jest procesem prowadzonym dla osiągnięcia założonego

kształtu i wymiarów przedmiotu, zachodzącym pod wpływem przyłożenia

zewnętrznych sił odkształcających, wywołujących w metalu określone

naprężenia, powodujące przejście metalu w stan plastyczny, jednakże bez

zmiany jego gęstości i naruszenia spójności.

Wykonywanie przedmiotów metodami obróbki plastycznej pozwala nadać

im nie tylko odpowiedni i pożądany kształt, ale również wpływać na ich

własności użytkowe, które zależą nie tylko od rodzaju przerabianego tworzywa,

ale również od technologii i warunków technologicznych prowadzonego

procesu plastycznego kształtowania, jak i od zabiegów cieplno-plastycznych

prowadzonych podczas tego procesu oraz bezpośrednio po nim, bądź na

wykańczalni wyrobów gotowych.

Do podstawowych procesów technologicznych obróbki plastycznej należą:

ciągnienie

walcowanie

kucie

wyciskanie

tłoczenie

2.1. Ciągnienie

Ciągnienie jest metodą plastycznego kształtowania metalu (na ogół na

zimno), w którym odkształcenie plastyczne następuje w wyniku działania

osiowej siły ciągnącej, wywieranej przez ciągarkę, i obwodowych sił

ściskających, wywieranych przez ciągadło, o kształcie oczka, odpowiadającego

profilowi wytwarzanego wyrobu: pełnego lub z otworem.

Wyroby otrzymywane w procesie ciągnienia charakteryzują się bardzo

gładką powierzchnią i wysokimi własnościami wytrzymałościowymi.

Ciągnienie stosowane jest do otrzymywania:

prętów okrągłych i kształtowych o dużych przekrojach,

charakteryzujących się wysokimi własnościami mechanicznymi, dużą

dokładnością oraz wysoką jakością powierzchni,

prętów kształtowych o małych i bardzo małych przekrojach,

drutów cienkich o średnicach od 0.01 do 4 mm,

rur o różnych kształtach i przekrojach o średnicach do 150 mm,

rur cienkościennych o małych i bardzo małych średnicach (poniżej 1 mm)

i grubościach ścianek rzędu dziesiętnych części milimetra

Ruch postępowy mechanizmu ciągnącego jest zgodny z ruchem

odkształcanego metalu.

Proces produkcyjny wykonania wyrobu ciągnionego poza podstawową

operacją ciągnienia wymaga przeprowadzenia szeregu operacji pomocniczych

zarówno przed jak również po operacji głównej w zależności od wymaganych

cech wyrobu ciągnionego wynikających z końcowego przeznaczenia materiału.

Przed ciągnieniem należy oczyścić powierzchnię walcówki z zendry

powstałej w procesach hutniczych np. przez śrutowanie, zaostrzyć koniec pręta

lub kształtownika (np. przez skrawanie na zaostrzarkach, walcowanie na

zawalcarkach lub przepychanie na poziomych prasach hydraulicznych tzw.

wciskarkach) w celu wprowadzenia materiału do ciągadła i uchwycenia przez

kleszcze ciągarki (po operacji ciągnienia końce są obcinane) oraz prostowanie

wstępne jedno- lub wielokrotne.

Maszyną do ciągnienia jest ciągarka, składająca się z ciągadła oraz

mechanizmu ciągnącego, o różnej konstrukcji. Wyróżnia się ciągarki bębnowe

do drutów, ciągarki ławowe do prętów i wieloczynnościowe kombajny

ciągarskie.

W wyniku ciągnienia następuje zmniejszenie średnicy obrabianego

przedmiotu oraz jego wydłużenie, może też nastąpić zmiana kształtu przekroju.

Podczas ciągnienia zachodzi umocnienie materiału (zwiększenie własności

wytrzymałościowych okupione zmniejszeniem własności plastycznych).

Materiałem wyjściowym do ciągnienia może być walcówka (pręt lub

kształtownik o małym w stosunku do długości przekroju poprzecznym

otrzymany w wyniku walcowania), prasówka (drut o średnicy 6–8 mm

otrzymany z wlewka sposobem wyciskania współbieżnego na gorąco), pręty z

odlewu ciągłego tzw. krajka oraz pręty kute ze sprasowanych proszków m.in. z

wolframu, tytanu lub molibdenu.

Decydujące znaczenie w procesie ciągnienia ma plastyczność materiału

oraz smarowanie szczeliny ciągowej. Tarcie w procesie ciągnienia jest

zjawiskiem bardzo niekorzystnym. Wpływa na zwiększenie siły ciągnienia, a

także na nierównomierność odkształcenia i występowanie naprężeń własnych.

Na pokonanie siły tarcia zużywa się od 30 do 50% całkowitej siły ciągnienia.

Nadmierne tarcie jest przyczyną szybkiego zużycia ciągadeł i utrudnia

uzyskanie odpowiedniej gładkości powierzchni gotowego wyrobu.

Zmniejszenie tarcia uzyskuje się przez zastosowanie odpowiednich

środków smarujących. Od smaru stosowanego w ciągarstwie wymaga się, aby:

• zmniejszał opory tarcia między ciągnionym metalem, a ciągadłem i przez to

wpływał na zmniejszenie siły ciągnienia,

• rozdzielał powierzchnie trące i zapobiegał powstawaniu narostów na

ciągadle,

• zmniejszał intensywność zużycia ciągadeł,

• ułatwiał plastyczne odkształcenie drutu w oczku ciągadła,

• obniżał temperaturę w strefie styku i przez to nie dopuszczał do

nadmiernego nagrzewania się zarówno ciągadła, jak też ciągnionych

wyrobów,

• umożliwiał otrzymanie wymaganej jakości powierzchni ciągnionego

wyrobu,

• nie wpływał ujemnie na zmianę własności mechanicznych wyrobów

otrzymywanych w procesach ciągnienia,

• miał odpowiednie własności antykorozyjne,

• był trwały, łatwy do nanoszenia i usuwania.

W procesach ciągnienia drutów, prętów i rur stosowane są w zasadzie

dwie podstawowe grupy smarów: smary stałe i płynne.

Smary stałe w postaci proszków stosowane są głównie przy ciągnieniu

drutów i prętów na zimno. W tej grupie smarów największe zastosowanie

znalazły smary typu mydeł, jak np. wszelkie mydła kwasu stearynowego,

powstające przez działanie wodorotlenków alkalicznych na kwas stearynowy.

Do smarów mydlanych dodawane są czasami inne dodatki takie jak wapno,

boraks, soda.

W grupie smarów stałych wymienić należy także powłoki podsmarowe

takie jak fosforanowe, które po nasyceniu roztworem mydła w wodzie stanowią

jeden z bardziej skutecznych środków smarujących. Przy ciągnieniu drutów

stosuje się także powłoki miedziane, jako warstwy podsmarowe.

Do ciągnienia na sucho w zakresie prędkości 12-15 m/s stosuje się:

• mydła wapniowe do ciągnienia drutów ze stali wysokowęglowych,

• mydła wapniowo - sodowe do ciągnienia drutów ze stali

wysokowęglowych, ocynkowanych,

W ciągarstwie, do ciągnienia na mokro w zakresie prędkości 15-18 m/s

stosowane są smary płynne:

• emulsje olejowo - wodne,

• emulsje olejowo - wodno - mydlane o składzie: 1% oleju, 1 ÷ 3% mydła

(sodowe lub potasowe ), 96 ÷ 98% wody destylowanej,

• emulsje mydlano - wodne o składzie: 2,5 kg mydła, 0,3 kg węglanu sodu,

100 l wody, 0,25 l substancji powierzchniowo - czynnej.

Skład chemiczny i rodzaj smaru powinien być dobrany w zależności od

prędkości ciągnienia i gatunku materiału.

Dobór właściwego smaru ma także istotne znaczenie w procesach ciągnienia

rur.

W dążeniu do uzyskania jak największej efektywności procesów

ciągnienia wyrażającej się:

• dużą sprawnością energetyczną procesu,

• małym zużyciem ciągadeł,

• dobrą jakością wyrobów,

doskonalono nie tylko środki smarujące, ale również konstrukcje ciągadeł, dążąc

do uzyskania warunków smarowania hydrodynamicznego lub hydrostatycznego.

Smarowanie hydrostatyczne uzyskuje się w ciągadłach, do których smar

jest doprowadzany za pomocą pompy wysokociśnieniowej. Natomiast

smarowanie hydrodynamiczne uzyskiwane jest przez wciąganie smaru do

ciągadła roboczego przez ciągniony drut, dzięki zastosowaniu specjalnych dysz

prowadzących o średnicy nieco większej niż średnica wlotowa drutu i

odpowiedniego układu ciągadeł. Jednym z istotnych warunków do uzyskania

smarowania płynnego w strefie odkształcenia jest wytworzenie w smarze

ciśnienia o wartości równej lub większej niż granica plastyczności ciągnionego

materiału.

Typowe smary ciągarskie na bazie olejów mineralnych zawierają aktywne

dodatki, takie jak grafit i siarczek molibdenu, które znacznie poprawiają ich

własności smarne i zwiększają odporność na działanie wysokich temperatur.

Wyróżnia się dwa rodzaje ciągnienia: jednostopniowe i wielostopniowe.

Przy ciągnieniu wielostopniowym, ze względu na zgniot, materiał poddaje się

wyżarzaniu międzyoperacyjnemu w piecach w atmosferze gazu ochronnego.

Względne ubytki przekroju, stosowane w praktyce dla jednej operacji,

zależą od rodzaju i stanu materiału.

Dla drutów i prętów o przekroju okrągłym wynoszą one:

dla miedzi, aluminium, mosiądzu, brązu i stali niskowęglowej w stanie

miękkim - 25-30%

dla miedzi, kobaltu i stali niskowęglowej w stanie półtwardym - 20-25%

dla stali niskowęglowej w stanie twardym, stali stopowych, wolframu i

molibdenu - 10-20%.

W celu uzyskania większego ubytku przekroju poprzecznego niż jest to

możliwe w jednorazowym ciągu, konieczne jest wielokrotne przepuszczanie

materiału przez szereg ciągadeł o stopniowo zmniejszających się średnicach i

stosowanie wyżarzania miedzy operacyjnego.

Specjalną technologią ciągnienia jest ciągnienie na gorąco, które stosuje

się przy szczególnie twardych gatunkach stali. W tym procesie nagrzanie

indukcyjne następuje bezpośrednio przed strefą zgniatania. Ciągnienie na gorąco

pozwala uzyskać druty o średnicy do 0.08 mm.

Narzędziami stosowanymi w procesie ciągnienia są ciągadła z jednym lub

więcej otworami roboczymi, które mają odpowiednie kształty i wymiary służące

do ciągnienia drutów lub prętów.

Ze względu na materiał oczka ciągadła dzielimy na diamentowe,

węglikowe i kompozytowe. Do ciągnienia elementów o dużych przekrojach

mogą być stosowane ciągadła ze stali narzędziowych. Ich wadą jest brak

gwarancji utrzymania wymaganych parametrów wymiarowo-jakościowych

przez dłuższy czas eksploatacji, a zaletą stosunkowo niska cena i prostota

obróbki cieplnej)

Ciągadła diamentowe stosowane są głównie do obróbki plastycznej metali

twardych i trudno obrabialnych takich jak wolfram lub molibden i nie

zawierających żelaza. Do ich wad należy wysoka kruchość i cena, do zalet -

wysoka jakość wyrobu.

Ciągadła z węglików spiekanych są powszechnie stosowane do ciągnienia

materiałów zawierających żelazo. Są wielokrotnie trwalsze od ciągadeł ze stali

narzędziowych, są twarde, odporne na ścieranie i dają wysoką gładkość

powierzchni wyrobu. Ich wadą jest wysoka cena.

Ze względu na kształt części roboczej ciągadła dzielimy na:

stożkowe

łukowe (wypukłe, wklęsłe, sigmoidalne)

a)

b)

Ciągadło: a) stożkowe, b) łukowe

Najczęściej stosuje się ciągadła stożkowe. Składa się ono z 4 zasadniczych

części:

stożka smarującego, który ma za zadanie ułatwienie dostępu smaru do części

roboczej ciągadła (kąt tego stożka przy smarowaniu mydłem sproszkowanym

wynosi ok. 40°, przy smarowaniu płynnym i półpłynnym – 70-80°),

stożka roboczego, który jest najważniejszym elementem konstrukcyjnym

ciągadła, gdyż całe odkształcenie metalu zachodzi w jego obrębie; kąt tego

stożka musi być odpowiednio dobrany w zależności od rodzaju przeciąganego

materiału i warunków przeprowadzanego procesu; mieści się on w zakresie

od 16 do 48° (do twardszych materiałów i cieńszych drutów stosuje się

mniejsze kąty, natomiast bardziej miękkim materiałom i większym średnicom

odpowiadają kąty bliższe górnej granicy).

walcowej części kalibrującej (pierścienia kalibrującego), która nadaje

przeciąganemu materiałowi żądany wymiar; w praktyce przyjmuje się, że

stosunek długości części kalibrującej do jej średnicy mieści się w przedziale

od 0.2 do 2.0, przy czym większe wartości stosunku stosuje się do cienkich

drutów i miękkich materiałów.

stożka wyjściowego o kącie rozwarcia 40-80°; podczas ciągnienia twardych

drutów stalowych przy zbyt dużym kącie stożka wyjściowego następuje

wykruszenie dolnej krawędzi części kalibrującej.

Poza wymienionymi częściami spotyka się często załamanie krawędzi (fazkę)

na wejściu do stożka smarującego oraz przy wylocie stożka wyjściowego; jako

kąt załamania przyjmuje się 120°.

Odrębnym, bardziej skomplikowanym przypadkiem ciągnienia jest

ciągnienie rur. Wymaga ono jednoczesnej obróbki dwóch powierzchni:

zewnętrznej i wewnętrznej.

W przypadku ciągnienia rur, wewnętrznym narzędziem odkształcającym

może być korek lub trzpień, dodatkowo wywierający wpływ na zmianę średnicy

wewnętrznej. Rozróżnia się następujące technologie ciągnienia rur:

ciągnienie swobodne - uzyskuje się zmniejszenie przekroju i wydłużenie bez

istotnego zmniejszenia grubości ścianek

ciągnienie na trzpieniu stałym - proces zachodzi pomiędzy nieruchomym

krótkim trzpieniem i nieruchomym ciągadłem; zaletą tej metody jest

zsuwanie się rury z trzpienia, dzięki czemu rura po wyjściu z ciągadła nie

jest obciśnięta na trzpieniu, wadą jest ograniczona długość rury

ciągnienie na trzpieniu ruchomym - proces odbywa się pomiędzy

nieruchomym ciągadłem i ruchomym długim trzpieniem przesuwającym się

wraz z rurą

ciągnienie na trzpieniu swobodnym - proces przebiega pomiędzy

nieruchomym ciągadłem a ruchomym, nieutwierdzonym, samorzutnie

nastawnym, swobodnym krótkim trzpieniem; zaletą metody jest możliwość

wykonywania rur o dowolnej długości, wadą - większe tarcie materiału o

powierzchnię trzpienia

Ciągnienie rur:

a) swobodne, b) na trzpieniu stałym, c) na trzpieniu ruchomym, d) na trzpieniu

swobodnym

2.2. Walcowanie

Walcowanie polega na zgniataniu materiału do obróbki między

obracającymi się walcami, tarczami, rolkami lub przemieszczającymi się

względem siebie narzędziami płaskimi. Podstawową maszyną do walcowania

jest walcarka. Wyróżnia się:

walcowanie wzdłużne (na gorąco lub na zimno), w którym materiał wykonuje

ruch postępowy, a walce o osiach wzajemnie równoległych obracają się w

przeciwnych kierunkach; tą metodą otrzymuje się głównie blachy, taśmy,

pręty i kształtowniki

walcowanie poprzeczne (na gorąco lub na zimno), w którym metal wykonuje

ruch obrotowy, a walce o osiach równoległych obracają się w tym samym

kierunku, przy czym zgniatanie realizuje się poprzez zmienną okresowo

średnicę beczki, obracających się walców roboczych, tworzących zmienny

wykrój, albo poprzez przemieszczanie się metalu w kierunku szczeliny

pomiędzy walcami roboczymi; tą metodą wykonuje się śruby, wkręty i koła

zębate

walcowanie skośne (na gorąco), w którym wskutek specyficznego

kalibrowania beczek walców, wykazujących zgodny kierunek obrotów,

jednakże nachylonych, zarówno w płaszczyźnie pionowej (pod kątem

zukosowania, przeciwnym dla obu walców), jak i w płaszczyźnie poziomej

(pod kątem rozwalcowania, przeciwnym dla obu walców), powstają osiowe

składowe aktywnych sił tarcia, wciągające metal w strefę odkształcenia,

wskutek czego materiał jednocześnie wykonuje ruch postępowy - w kierunku

osiowym, i obrotowy w kierunku obwodowym,; tą metodą wykonuje się

tuleje rurowe, kule

walcowanie okresowe (m.in. walcowanie pielgrzymowe), w którym materiał

wykonuje ruch postępowy lub postępowo-zwrotny, a walce o osiach

równoległych lecz niekołowych przekrojach obracają się w przeciwnych

kierunkach; metodą tą produkuje się tuleje rurowe, przedkuwki w formie

prętów o zmiennym przekroju i wyroby ornamentowe;

Walcowanie wzdłużne jest najprostszym przypadkiem walcowania.

Można je podzielić na walcowanie płaskie ciągłe i walcowanie kształtowe

ciągłe. Powoduje zmniejszenie grubości, a zwiększenie długości materiału

(szerokość zwiększa się bardzo nieznacznie).

Walcowanie płaskie, prowadzone przy użyciu gładkich walców, stosuje

się do wytwarzania blach grubych i cienkich. Blachy stalowe grube są

walcowane na gorąco, a blachy cienkie na zimno. Umowną technologiczną

granicą określającą w/w grupy jest wymiar grubości g=2 mm.

Walcowanie blach cienkich na zimno wynika z konieczności zachowania

odpowiednio dużej wytrzymałości materiału na rozerwanie. Przeciwdziała to

możliwości rwania się pasma walcowanej blachy przemieszczającego się na

linii produkcyjnej pomiędzy klatkami walcowniczymi. Przyrost długości

blachy jest uzyskiwany kosztem zmniejszenia grubości. Szerokość blachy w

czasie walcowania nie ulega zmianie. W celu zmniejszenia nacisków

jednostkowych, a przez to zwiększenie żywotności narzędzi (walców) stosuje

się napięcie blachy w czasie walcowania. W celu uzyskania dużych nacisków

jednostkowych, niezbędnych do walcowania blach o małej grubości stosuje

się walce o małych średnicach. Walce takie mają mała sztywność i wobec

tego, aby uzyskać wysoką dokładność płaskości walcowanej blachy stosuje

się układy walców, których liczba w klatce walcowniczej może dochodzić

nawet do kilkunastu walców.

Walcowanie kształtowe stosuje się do walcowania kształtowników:

prętów, ceowników, kątowników, teowników i dwuteowników. Walcowany

materiał przemieszcza się przez układ wyprofilowanych kształtowo walców i

w ten sposób uzyskuje ostateczną żądaną geometrię. Do walcowania

kształtowego stosuje się walce bruzdowane, stosowane do walcowania

kształtowników, prętów, i rur oraz walce profilowe do wytwarzania profili

walcowanych.

Walce bruzdowane mają wykonane nacięcia zwane bruzdami. Dwie

bruzdy złożonych i współpracujących ze sobą walców tworzą tzw. wykrój,

nadający żądany kształt walcowanemu wyrobowi

Proces walcowania składa się z kilku przejść (przepustów), których liczba

zależy od różnicy grubości materiału wejściowego i wyrobu końcowego. W

procesie walcowania wzdłużnego tylko niewielka część materiału jest

poddawana naciskowi walców i odkształca się plastycznie. Ma to miejsce w

szczelinie między walcami zwanej kotliną walcowniczą.

Podstawowymi urządzeniami do walcowania są walcarki i urządzenia

pomocnicze tworzące razem tzw. zespoły walcownicze. Walcarką nazywamy

urządzenie złożone zwykle z trzech zasadniczych zespołów: klatki

walcowniczej, silnika napędowego i mechanizmu przenoszącego ruch

obrotowy wału silnika na walce.

Podstawowa klatka walcownicza składa się z walców roboczych, kadłuba

klatki z łożyskami w których obracają się czopy walców, urządzenia do

ustawiania odległości między walcami oraz urządzenia do wprowadzania

materiału między walce.

Walcarka

Klatki walcownicze dzieli się w zależności od liczby walców na klatki

duo, trio, kwarto i wielowalcowe.

Rodzaje klatek walcowniczych

Klatki trio- , kwarto- i wielowalcowe stosuje się w celu zmniejszenia

nierównomierności grubości walcowanej blachy wynikające ze sprężystego

uginania się walców. Zwiększenie średnicy walców nieco poprawia jakość

wyrobu, lecz znacznie skuteczniejsze jest zastosowanie klatki kwarto- , w której

między dwa walce oporowe o dużej średnicy umieszcza się dwa małe walce

robocze. Zmniejsza to powierzchni styku materiału z walcami , co powoduje

zmniejszenie obciążenia całkowitego walców, a w konsekwencji pozwala na

stosowanie większych zgniotów przy zachowaniu dużej dokładności geometrii i

wymiarów wyrobów.

Walcowanie blach na zimno stosuje się w celu uzyskania blach i taśm o

grubości do 0.1 mm o dużej dokładności wymiarów, małej chropowatości

powierzchni oraz poprawionych własnościach i strukturze. Materiałem

wyjściowym są blachy walcowane na gorąco o grubości nie przekraczającej ok.

4 mm. Materiałem wyjściowym dla blach ze stopów aluminium i miedzi są

bloki materiałowe.

Przed walcowaniem na zimno przeprowadza się oczyszczanie blachy ze

zgorzeliny poprzez wytrawianie.

Do walcowania stosuje się walcarki kwarto w układzie ciągłym złożonym z

dwóch do pięciu klatek. Blacha rozwijana z rozwijarki przechodzi przez kolejne

klatki z bardzo dużymi prędkościami dochodzącymi do 30 m/s i jest zwijana na

zwijarce.

Do walcowania blach o grubościach od 0.005 do 0.2 mm używane są

walcarki sześcio- , dwunasto- i dwudziestowalcowe.

Materiałem wyjściowym są blachy lub taśmy walcowane na zimno na

walcarkach kwarto.

Walcarka trio i kwarto

Walcowanie kształtowników i prętów przeprowadza się na walcach

bruzdowych. W czasie całego procesu odległość między walcami w

poszczególnych klatkach jest taka sama, a zmienia się tylko wykrój.

Walce bruzdowe

Materiał przepuszczany jest za każdym razem przez mniejszy wykrój.

Swój ostateczny kształt uzyskuje po kilku do kilkunastu przejściach

(przepustach). Szyny walcuje się zwykle w 8 do 10 przepustach, a dwuteowniki,

ceowniki i kątowniki w 9 do 12 przepustach.

Walcowanie poprzeczne

W czasie walcowania poprzecznego materiał płynie prostopadle do osi

kształtowanego elementu. Wyróżnia się:

• walcowanie dwiema lub trzema rolkami (koła zębate, ślimaki,

wielowypusty, wielokarby)

• walcowanie zębatkami, tzw. metoda Roto-Flo (koła zębate,

wielowypusty, wielokarby)

• walcowanie szczękami o wewnętrznej powierzchni kształtującej ( koła

zębate o zębach prostych i skośnych, wielowypusty ewolwentowe,

wielokarby)

• walcowanie ślimakami tzw. metoda Maaga (koła zębate o zębach

prostych i śrubowych, wielowypusty)

• walcowanie uderzeniowe profilowanymi rolkami tzw. metoda Groba

(koła zębate o zębach prostych i skośnych, wielowypusty ewolwentowe).

Walcowanie rur (walcowanie okresowe)

Rury dzieli się na rury bez szwu i rury ze szwem. Rury bez szwu

produkuje się o średnicach nominalnych od 0.5 do 500 mm, a rury ze szwem

o średnicach od ułamków milimetra (np. igły strzykawek) do około 2000 mm.

Wsadem do produkcji rur bez szwu są zwykle kęsy lub kęsiska.

Ich cykl produkcyjny składa się z 4 faz:

przedziurawienie wsadu i wykonanie krótkiej tulei rurowej o grubych

ściankach,

wydłużenie tulei w rurę przez zmniejszenie grubości jej ścianek; zwykle

wykonanie rury z tulei odbywa się w jednym zabiegu wydłużania ścianek

przy zachowaniu w przybliżeniu średnicy wewnętrznej metodą walcowania

okresowego,

wykończenie rur na gorąco w walcarkach kalibrujących lub redukujących;

operacje te mają nadać rurze dokładny kołowy kształt przekroju

poprzecznego i wymagany wymiar średnicy,

rury wyższej jakości, cienkościenne, precyzyjne i inne przeznaczone do

celów konstrukcyjnych wymagają dalszej redukcji grubości ścianek i

średnicy, co jest możliwe do osiągnięcia metodami obróbki plastycznej na

zimno - walcowaniem lub ciągnieniem.

Walcowanie okresowe

Rury bez szwu wykonuje się z taśm, a następnie zgrzewa się je lub spawa.

Obróbkę wykańczającą prowadzi się w ten sam sposób jak dla rur bez szwu.

(Walcowanie rur i profili - Metalplast Wrocław)

2.3. Kucie

Kucie – proces technologiczny, rodzaj obróbki plastycznej, polegający na

odkształcaniu materiału za pomocą uderzeń lub nacisku narzędzi.

Materiałem wsadowym jest przedkuwka (wstępniak) lub pręt, natomiast

produktem jest odkuwka.

Ze względu na kształt narzędzi roboczych i związane z tym ograniczenie

swobody płynięcia metalu w obszarze odkształcenia procesy kucia dzieli się na:

kucie swobodne, w którym metal kształtuje się między równoległymi

kowadłami płaskimi; ze względu na nierównomierne odkształcanie w

pewnych częściach materiału mogą wystąpić obok naprężeń ściskających

naprężenia rozciągające, co znacznie pogarsza plastyczność metalu,

zwiększa jego kruchość i przy większych odkształceniach może

doprowadzić do pęknięć

Kucie swobodne - spęczanie: a) walcowy kęs materiału między dwoma

płaskimi kowadłami; b) równomierne odkształcenie kęsa; c) odkształcenie

kęsa, gdy występują siły tarcia

kucie półswobodne w którym metal kształtuje się między równoległymi

kowadłami kształtowymi, nie odpowiadającymi założonemu kształtowi

kutego wyrobu, lecz częściowo ograniczającymi jego swobodne płynięcie w

kierunku prostopadłym do kierunku ruchu narzędzia roboczego; w tym

przypadku powstające naprężenia rozciągające są znacznie mniejsze a

plastyczność metalu większa niż w przypadku kucia w kowadłach płaskich;

kucie matrycowe w matrycach otwartych w których metal kształtuje się

między matrycami o wykrojach, odpowiadających kształtowanej

przedkuwce lub odkuwce, które częściowo ograniczają jego płynięcie

poprzeczne (powstaje wypływka) ; w porównaniu z kuciem w kowadłach

płaskich nacisk jednostkowy jest 3 razy większy a plastyczność metalu

znacznie lepsza.

Kucie matrycowe w matrycach otwartych

kucie matrycowe w matrycach zamkniętych, w których metal kształtuje się

między matrycami o wykrojach, odpowiadających kształtowanej

przedkuwce lub odkuwce, które całkowicie ograniczają jego płynięcie

poprzeczne (nie powstaje wypływka); w porównaniu z kuciem w kowadłach

płaskich nacisk jednostkowy jest 2 razy większy i nie występują naprężenia

rozciągające.

Parametrem charakteryzującym proces kucia jest stopień przekucia.

Jest to stosunek pola przekroju materiału wejściowego do pola przekroju

odkuwki:

𝑘 =𝑆0

𝑆

Wielkość stopnia przekucia ma istotny wpływ na zmianę własności

mechanicznych i strukturę metalu.

Dla k = 2÷3 w strefie wolnych kryształów zaczynają występować

wyraźne włókna.

Dla k= 4÷6 w przekroju całej odkuwki można zaobserwować strukturę

włóknistą.

W kuciu swobodnym pod młotem wskutek nierównomierności

odkształceń i dużej prędkości odkształcania kierunek włókien może znacznie

odchylać się od kierunku płynięcia metalu, natomiast w kuciu swobodnym pod

prasą hydrauliczną odchylenia te są znacznie mniejsze.

W kuciu matrycowym w matrycach zamkniętych kierunek włókien jest

zgodny z geometrycznym kształtem wyrobu.

Przy większych stopniach przekucia następuje poprawa własności w

kierunku największego przekształcenia z jednoczesnym pogorszeniem własności

plastycznych w kierunku poprzecznym.

Wartości stopnia przekucia orientacyjnie wynoszą:

• k= 3÷4.5 dla kucia swobodnego,

• k= 3÷6 dla kucia matrycowego,

• k≥10 dla wykonywania wyrobów, które powinny odznaczać się wysoką

jednorodnością budowy, bardzo dobrymi własnościami jednokierunkowymi i

wysoką granicą zmęczenia

Maszynami stosowanymi w procesie kucia są:

• młoty,

• prasy,

• walcarki kuźnicze.

Młoty służą do kucia materiału na gorąco. Pracują udarowo. Zasadniczymi

częściami młotów są: bijak, który uderza w kształtowany materiał oraz szabota,

przyjmująca uderzenie bijaka. W bijaku i szamocie mocuje się kowadła płaskie

lub kształtowe (przy kuciu swobodnym lub półswobodnym) względnie matryce

(przy kuciu matrycowym). Energia kinetyczna bijaka zostaje zużytkowana na

pracę odkształceń plastycznych oraz na energię drgań szaboty i energię

odkształceń sprężystych młota. W celu zapobiegania rozchodzeniu się drgań

szabotę umieszcza się na fundamencie ułożonym na przekładce amortyzacyjnej,

którą najczęściej stanowi warstwa bali dębowych lub układ specjalnych sprężyn.

Do zalet młotów należą:

• duży zakres wymiarów produkowanych odkuwek,

• mała wrażliwość na przeciążenia,

• zdolność wywierania bardzo dużych sił nacisku (nawet 1000 razy

większych od ciężaru bijaka przy stosunkowo małym ciężarze młota),

• łatwa regulacja energii uderzeń.

Największą wadą młotów jest niszczące działanie wstrząsów na otoczenie, na

sam młot i jego fundament. Zmniejszenie tych wstrząsów wymaga budowania

kosztownych, bardzo ciężkich fundamentów, będących jeszcze dodatkowo

specjalnie amortyzowanych. Mimo tych środków zaradczych zarówno

mechanizmy młota jak i fundamenty wymagają częstych remontów.

Specjalnym typem młotów są kowarki.

Prasy są jednymi z najczęściej stosowanych maszyn do obróbki plastycznej.

Stosuje sie je do kucia, wyciskania i tłoczenia.

W zależności od sposobu napędzania części ruchomej prasy, zwanej

suwakiem, w której osadza się kowadło, ruchomą część matrycy lub stempel,

wyróżnia się:

• prasy korbowe, mimośrodowe i kolanowe

• prasy śrubowo-cierne,

• prasy hydrauliczne,

• prasy specjalne.

Prasy korbowe, mimośrodowe i kolanowe odznaczają się dużym

współczynnikiem sprawności, dużą wydajnością oraz dokładnością przy kuciu

matrycowym. Zasada ich działania polega na zmianie ruchu obrotowego silnika

na ruch posuwisto-zwrotny suwaka.

W prasie korbowej skok suwaka jest stały i zależy od wielkości

wykorbienia wały korbowego. W prasie mimośrodowej skok suwaka można

zmieniać skokowo w pewnych granicach w zależności od ustawienia

mimośrodu względem wykorbienia wału korbowego.

Schemat działania prasy korbowej, mimośrodowej i kolanowej

Prasy korbowe stosowane są do kucia w matrycach wielowykrojowych na

zimno i na gorąco oraz do spęczania (kuźniarki). Naciski w tych prasach

dochodzą do 10 MN.

Prasy mimośrodowe bardzo szeroko stosowane są do tłoczenia wyrobów

ze względu na dużą uniwersalność związana z możliwością zmiany skoku

suwaka.

Prasy kolanowe wyróżniają się niewielkimi skokami przy bardzo dużych

naciskach. Pozwala to na wykonywanie odkuwek o bardzo dużych

dokładnościach, wynoszących 0.05 do 0.1 mm.

W prasach śrubowych siła nacisku jest wywierana za pomocą śruby o

gwincie prostokątnym, obracającej się w nakrętce osadzonej w korpusie prasy.

Na śrubie umieszczony jest suwak, w którym mocuje się górną część matrycy

lub kowadło. Prasy śrubowe są mniej wydajne i sprawne od innych, ale są mniej

wrażliwe na przeciążenia. Stosuje się je do gięcia, prostowania, wyciskania i

spęczania łbów śrub, nitów, zaworów silnikowych spalinowych oraz odkuwek o

prostych kształtach. Naciski w tych prasach dochodzą do 9.8 MN.

Prasy hydrauliczne należą do najczęściej stosowanych maszyn

kuźniczych. We wszystkich typach tych pras w cylindrze roboczym pracuje tłok

zakończony suwakiem (poprzecznicą). Korpus cylindra jest połączony ze stołem

i kolumnami, które są jednocześnie prowadnicami suwaka. Ruch roboczy

odbywa się dzięki ciśnieniu na tłok od góry, natomiast ruch powrotny wywołuje

ciśnienie na tłok od dołu. Do kucia używa się pras pionowych o sile nacisku

dochodzącej do 740 MN, natomiast prasy do wyciskania posiadają naciski

dochodzące do 200 MN.

Proces technologiczny kucia na gorąco

Z uwagi na rodzaj ruchu postępowego, wykonywanego przez narzędzie

robocze, wyróżnia się:

młotowanie, w którym kształtowanie plastyczne ma charakter dynamiczny -

dzięki energii zmagazynowanej w bijaku młota, przy czym elementem

bezpośrednio uderzającym w metal jest kowadło lub matryca;

prasowanie, w którym kształtowanie zachodzi statycznie pod naciskiem

stempla prasy, do którego zamontowano kowadło lub matrycę.

Kucie swobodne polega na kształtowaniu metalu poprzez wywieranie

nacisku narzędziami powodującymi jego płynięcie w kilku dowolnych

kierunkach. Kucie swobodne stosuje się przy niedużych seriach lub przy

wykonywaniu odkuwek ciężkich. Maksymalna masa surowca w postaci

wlewków na odkuwki kute swobodnie wynosi 500 ton. Małe odkuwki wykonuje

się z wsadu uprzednio walcowanego, duże z wlewków.

Kucie swobodne stosuje się w szczególności dla następujących przypadków:

przy produkcji jednostkowej, gdzie wykonywanie matryc jest nieopłacalne;

przy wykonywaniu odkuwek, których masa i wymiary przekraczają

możliwości produkcyjne najcięższych dysponowanych zespołów

matrycowych;

przy wstępnej obróbce plastycznej wlewków ze stali stopowych lub stopów

o specjalnych własnościach na kęsiska i kęsy kute;

przy wykonywaniu części zamiennych i do celów remontowych;

przy szeroko pojętej regeneracji narzędzi i sprzętu warsztatowego

Młot i prasa kuźnicza do kucia swobodnego

Proces technologiczny kucia swobodnego polega na wzajemnym łączeniu w

dowolnej kolejności dowolnej liczby podstawowych operacji kuźniczych, do

których zaliczamy:

a) spęczanie

b) wydłużanie

c) dziurowanie

d) gięcie

e) cięcie

f) skręcanie

g) zgrzewania

Spęczanie

Spęczanie jest operacją, przy której następuje skracanie wymiaru jednej z

głównych osi przekroju w skutek, czego zwiększa się przekrój prostopadły do

tej osi.

Operacje spęczania stosuje się wówczas, gdy:

• przekrój odkuwki lub jej części jest większy niż przekrój materiału

wsadowego,

• żądany stopień przekucia wymaga zwiększenia przekroju przed dalszymi

operacjami,

• wlewek lub kęs przygotowuje się do przebijania otworów,

• kuje się odkuwki w kształcie kostek, krążków, pierścieni,

• wymagane jest polepszenie własności mechanicznych odkuwki.

Tarcie występujące pomiędzy pracującym narzędziem a spęczanym metalem

powoduje nierównomierne odkształcanie się próbki podczas spęczania w

wyniku czego próbka przyjmuje kształt baryłki. Niejednorodne odkształcanie się

materiału podczas spęczania ma ujemny wpływ na jakość wyrobu i obniża

plastyczność, co ogranicza zakres spęcznia dla wielu metali. Dlatego też

zarówno podczas operacji spęczania jak i innych operacji kuźniczych stosuje się

środki zapobiegające (obniżające) niejednorodności odkształcenia. Tarcie

występujące podczas spęczania można obniżyć przez stosowanie gładkich

powierzchni pracujących narzędzi i środków smarujących oraz podgrzanie

narzędzi do temperatury 200 ÷ 300 °C.

Kucie swobodne - spęczanie: a) walcowy kęs materiału między dwoma

płaskimi kowadłami; b) równomierne odkształcenie kęsa; c) odkształcenie

kęsa, gdy występują siły tarcia

Dobrze zaprojektowany proces spęczania musi spełniać następujące warunki:

• stosunek wysokości materiału spęczanego do jego średnicy musi być

mniejszy od 2.5,

• spęczany materiał powinien być równomiernie nagrzany w całej swojej masie

do najwyższej temperatury kucia,

• wlewek przed spęczaniem powinien być przekuty na okrągło,

• stopnie przekucia przy każdym uderzeniu młota lub naciśnięciu prasy należy

tak dobrać, aby nie przekraczały wartości gniotów krytycznych,

• na powierzchni wsadu niedopuszczalne są wady zewnętrzne,

• powierzchnie czołowe wlewka powinny być prostopadle do osi,

• spęczanie należy wykonywać silnymi uderzeniami lub naciskami prasy

Wydłużanie

Wydłużanie jest operacją, podczas której następuje wydłużenie

przedmiotu w kierunku jednej osi kosztem zmniejszenia przekroju

prostopadłego do tej osi.

W celu wydłużenia odkuwki kładzie się ją na dolnym kowadle i naciska

lub uderza górnym kowadłem. Następnie obraca sie materiał o 90o wokół osi

wzdłuż której następuje wydłużenia i ponownie uderza w miejsce, które na

skutek poprzedniego uderzenia uległo poszerzeniu. Dwa kolejno następujące po

sobie gnioty i jedno obrócenie materiału o 900 nazywamy przejściem.

Podczas operacji wydłużania obracanie próbki może odbywać się ruchem

wahadłowym w lewo i w prawo lub w jedną stronę. Drugi sposób stosuje się

przy kuciu twardych gatunków stali i metali mających mała szybkość

rekrystalizacji w temperaturze kucia.

Istnieje jeszcze trzecia metoda kucia, w której najpierw dokonuje się

szeregu uderzeń po jednej stronie materiału, a dopiero po przejściu całej jego

długości obraca się go o 900 i zaczyna kucie od początku.

Kucie swobodne - wydłużanie: schemat i metody kucia

W celu wydłużenia okrągłego pręta należy najpierw przekuć go na pręt

kwadratowy o boku równym średnicy okrągłego pręta po przekuciu. Kolejnym

krokiem jest przekucie pręta kwadratowego na ośmiokątny. Ostatnim etapem

jest wyrównanie powierzchni pręta ośmiokątnego w kowadłach kształtowych

tak, aby przekrój poprzeczny pręta osiągnął kształt koła i żądaną średnicę.

Etapy wydłużania prętów okrągłych

Przy wydłużaniu należy odpowiednio dobrać wielkość jednostkowego

gniotu. Przyjmuje się, że jego wartość powinna zapewniać wartość

współczynnika kształtu (stosunek długości do grubości po uderzeniu) w zakresie

2 do 2.5. Przy za dużym gniocie jednostkowym w wydłużanym materiale

powstaną zafałdowania.

Kowadła przeznaczone do wydłużania powinny mieć powierzchnie

czołowe wzajemnie równoległe, jednakową szerokość i jednakowe promienie

zaokrągleń krawędzi. Nie zachowanie tych warunków prowadzi do skrzywienia

osi odkuwki.

Operacja wydłużania powinno się prowadzić na odpowiednio dużych

młotach (prasach).

Materiał wydłużany powinien być równomiernie nagrzany do

odpowiednio wysokiej temperatury. Przy odpowiedniej temperaturze materiału i

dostatecznie silnych uderzeniach młota przekuciu ulega rdzeń materiału. Osiąga

on wówczas drobnoziarnistą strukturę. Końcówka materiału przy poprawnym

wydłużeniu jest wypukła.

Jeśli materiał będzie za słabo nagrzany lub uderzenia młota będą zbyt

słabe to przekuciu ulega tylko warstwa zewnętrzna materiału. Końcówka

materiału przy takim wydłużeniu będzie wklęsła.

Kucie swobodne - wydłużanie:

a) materiał prawidłowo nagrzany, b) materiał niedogrzany

Podczas wydłużania elementów z mniej plastycznych stali należy unikać

wielokrotnych uderzeń młota w to samo miejsce, gdyż szczególnie w połączeniu

ze zbyt mała energią uderzeń może to doprowadzić do lokalnego umocnienia

materiału i powstawania wad powierzchniowych.

Dziurowanie

Dziurowanie jest operacją która służy do wykonywania w odkuwkach

otworów lub wgłębień. Dziurowanie można przeprowadzić zasadniczo dwiema

metodami: z podkładanym pierścieniem i bez podkładanego pierścienia.

Dziurowanie z podkładanym pierścieniem stosuje się przy odkuwkach o

niewielkiej grubości, nie przekraczającej wysokości przebijaka. Pierścień

kładzie się na dolnym kowadle i dopiero na tym pierścieniu umieszcza się

rozgrzaną odkuwkę. Na odkuwce, w osi pierścienia ustawia się przebijak i

górnym kowadłem wciska się go w odkuwkę aż osiągnie poziom na jakim

znajduje się pierścień. Wypchnięty materiał nazywa się denkiem.

Dziurowanie z podkładanym pierścieniem:

a) przed dziurowaniem, b) po dziurowaniu

1 - przebijak, 2 - odkuwka, 3- pierścień, 4 -denko

Dziurowanie bez podkładanego pierścienia prowadzi się przebijakiem

pełnym lub przebijakiem drążonym.

Do dziurowania przebijakiem pełnym stosuje się przebijaki o kształcie

stożka ściętego, odwróconego do góry dnem, co zmniejsza nacisk przy

wgłebianiu. Przebijak ustawia się na odkuwce w osi prasy i nieznacznie wgłębia

się, po czym wyjmuje się, a w powstałe w ten sposób wgłębienie wsypuje się

miał węglowy. Miał ten podczas dalszego wgłebiania spala się, wydzielając

gazy tworzące swoistą poduszkę między materiałem odkuwki i przebijakiem.

Jeszcze raz ustawiamy przebijak we wgłębieniu i wprowadzamy na całą jego

wysokość. Gdy potrzeba wykonać głębszy otwór wprowadza się między prasę a

przebijak nadstawki i kuntynuuje się proces wgłebiania. Liczba nadstawek

użytych podczas dziurowania zależy od grubości odkuwki. Muszą one zapewnić

wgłębienie na głębokość 85-90% głebokości otworu. Gdy denko pod

przebijakiem osiągnie grubość około 10-15% wysokości odkuwki nadstawki

wyciąga się, a odkuwkę odwraca. Ustawia się na niej, w osi otworu przebijak

wycinający, którego zadaniem jest wycięcie denka w odkuwce i wypchnięcie

przebijaka wgłebiającego.

Do dziurowania przebijakiem pełnym niezbędne jest stosowanie prasy o

dużych naciskach, a odkuwka ulega dużym odkształceniom, co ogranicza

stosowalność tej metody.

Kucie swobodne - Dziurowanie bez pierścienia przebijakiem pełnym

1 - przebijak, 2 - pierwsza nadstawka, 3 - druga nadstawka, 4 - przebijak

wycinający

Przy wykonywaniu otworów o średnicach powyżej 450 mm dziurowanie

przebijakiem pełnym jest w zasadzie niemożliwe ze względu na konieczność

posiadania pras o bardzo dużym nacisku.

Stąd też stosuje się metodę dziurowania przebijakiem drążonym. Po

ustawieniu wlewka na dolnym kowadle, podobnie jak poprzednio, delikatnie

wgłębia się przebijak, po czym wycofuje się go, a wgłębienie posypuje się

miałem węglowym. Powtórnie ustawia się przebijak w osi otworu i wgłębia się

go, przy użyciu jeśli to konieczne nadstawek, do 2/3 wysokości odkuwki.

Wówczas ustawia się materiał na pierścieniu i kontynuuje operację wgłębiania,

aż do momentu przebicia otworu na wylot.

Wadami tej metody są:

• trudność zdejmowania przebijaka z wyciętego rdzenia,

• nagrzewanie się i w konsekwencji odkształcenie przebijaka,

• duże odpady.

Do jej zalet, w porównaniu do dziurowania przebijakiem pełnym, zaliczyć

należy:

• możliwość użycia pras o mniejszym nacisku

• mniejsze odkształcenia odkuwki,

• możliwość wycięcia rdzenia odkuwki, w którym z reguły skupiają się wady

materiałowe,

• niższe koszty operacji.

Kucie swobodne - dziurowanie przebijakiem drążonym

1 - odkuwka, 2 - przebijak drążony, 3 - nadstawki, 4 - odpad, 5 - pierścień

Gięcie

Jest to operacja kuźnicza podczas której nadaje się odkuwce żądany

kształt bez zmiany zasadniczych przekrojów. W miejscu gięcia w odkuwce

włókna zewnętrzne są rozciągane, a wewnętrzne ściskane. Skutkiem gięcia są

zniekształcenia przekroju poprzecznego odkuwki: na powierzchni rozciąganej

mogą powstawać pęknięcia, a na powierzchni ściskanej - fałdy.

W celu uzyskania odkuwki o jednakowym przekroju na całej długości

należy poddać odkuwkę operacji zwiększenia grubości zginanego przekroju.

Zwiększenie grubości powinno być tym większe im większy jest kąt

gięcia i im mniejszy promień gięcia. Przy dużych promieniach gięcia i małych

kątach zginania zwiększenie grubości zginanego przekroju nie jest konieczne.

Metodą gięcia wykonuje się m.in. haki i kątowniki.

Kucie swobodne - gięcie

Cięcie

Cięcie to operacja wykorzystywana do oddzielania odpadu od wlewka,

wykonywania odkuwek o bardzo złożonych kształtach i dzieleniu materiału

wsadowego na kilka części.

W procesie cięcia wyróżnia się takie operacje jak: obcinanie, rozcinanie i

wycinanie.

Kucie swobodne - cięcie: a) i c) obcinanie, b) rozcinanie, d) wycinanie

Metody cięcia dzielimy na :

• jednostronne,

• dwustronne (stosuje się, gdy jedna z odcinanych części odkuwki jest

odpadem - odkuwki mają zadziory na powierzchni cięcia)

• trójstronne (stosuje się je do przecinania odkuwek o przekroju okrągłych

na kowadłach kształtowych)

• czterostronne (stosuje się je przy cieciu odkuwek o dużych gabarytach -

odkuwka jest nadcinana z czterech stron, a na końcu rozszerzonym

przecinakiem rozdzielana na dwie części)

Kucie - ciecie jednostronne:

1 - bijak, 2 - kowadło, 3 - odkuwka, 4 - przecinak, 5 - podkładka

Kucie - cięcie dwustronne: 1- bijak, 2- przecinak, 3 - odkuwka, 4 - kowadło

Kucie swobodne - cięcie trójstronne:

1 - przecinak, 2 - odkuwka, 3- kowadło, 4 - przecinak

Kucie - cięcie czterostronne: 1 - bijak, 2 - przecinak, 3 - odkuwka, 4 - kowadło

Skręcanie

Skręcanie to operacja w czasie której dokonuje się skręcenia wokół osi jednej

części odkuwki względem drugiej. Podczas skręcania jeden koniec odkuwki jest

mocowany w imadle, a jeśli odkuwka jest duża - jest mocowany w kowadłach

młota. Drugi koniec jest skręcany wokół osi za pomocą specjalnej dźwigni.

Skręcanie wywołuje w odkuwce bardzo niekorzystny stan naprężeń, podobny do

ścinania. Przy nieodpowiednim doborze kąta skręcania dla konkretnego

materiału odkuwki skręcanie może doprowadzić nawet do pęknięcia odkuwki.

Można tego uniknąć stosując się do następujących zasad:

• odkuwki można skręcać tylko do określonego kąta, który zależy od

materiału odkuwki,

• materiał powinien być równomiernie rozgrzany do odpowiedniej

temperatury,

• powierzchnie odkuwki powinny być gładkie i pozbawione takich wad jak

pęknięcia czy zakucia,

• przekrój odkuwki w całej strefie, która będzie skręcana, powinien być

jednakowy,

• jeśli konieczne jest skręcenie odkuwki o kąt większy od dopuszczalnego

to skręcanie należy wykonywać etapami, stosując za każdym razem

dogrzewanie odkuwki, a w razie konieczności wykonać wyżarzanie

miedzyoperacyjne.

Kucie swobodne - skręcanie:

1 - kowadło górne, 2 - kowadło dolne, 3 - odkuwka, 4 - dźwignia

Zgrzewanie

Zgrzewanie to operacja kowalska w czasie której przez dociśnięcie

łączone są dwa kawałki metalu. Najczęściej stosuje się zgrzewanie na zakładkę i

zgrzewanie na klin.

Zgrzewanie na zakładkę rozpoczyna się spęczeniem końców części, które

mają być zgrzewane. Następnie końcówki są ukosowane i nagrzewane. W czasie

nagrzewania konieczne jest posypywanie nagrzanych fragmentów piaskiem,

który topiąc się, pokrywa metal cienką warstwą płynnej otuliny, która zapobiega

utlenianiu się nagrzewanych powierzchni. Gdy nagrzewane części osiągną

temperaturę ok. 1250-13000C (temperaturę białego żaru) wyjmuje się je, nakłada

jedną na drugą i uderzeniem młota zgrzewa.

Zgrzewanie na zakładkę można stosować do prętów o maksymalnej średnicy

ok. 100 mm.

Kucie swobodne - zgrzewanie na zakładkę

W procesie zgrzewania na klin jedną końcówkę spęcza się i wycina z niej

trójkątny fragment. Drugi koniec zaostrza się tak, aby pasował w wycięte

wcześniej miejsce w pierwszej końcówce. Następnie nagrzewa się oba końce, po

osiągnięciu odpowiedniej temperatury łączy i uderzeniem młota zgrzewa.

Zgrzewaniem na klin można stosować do łączenia odkuwek o dużych

przekrojach lub odkuwek wykonanych z różnych gatunków stali.

Kucie swobodne - zgrzewanie na klin

Kucie półswobodne - polega na częściowym ograniczaniu swobodnego

płynięcia metalu podczas wywierania nacisku narzędziem na część powierzchni

przedkuwki.

Zalety kucia półswobodnego:

można wykonywać złożone odkuwki na uniwersalnych urządzeniach, w

których głównemu zużyciu podlegają części robocze

można wykonywać duże odkuwki

naddatki na obróbkę ubytkową mogą być dużo mniejsze niż przypadku

kucia swobodnego.

Kucie matrycowe - polega na kształtowaniu wyrobu w matrycy. 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.

Kucie matrycowe ma zastosowanie do wyrobu odkuwek o masie

nieprzekraczającej kilkuset kilogramów.

Zaletami procesu kucia matrycowego są niewielki czas wykonania wyrobu,

możliwość produkowania odkuwek o skomplikowanych kształtach, możliwość

zatrudnienia w produkcji pracowników niezbyt wysoko wykwalifikowanych

oraz małe straty materiału wskutek stosowania małych naddatków na obróbkę.

Wyróżnia się:

kucie matrycowe w matrycach otwartych (powstaje odpad w postaci

odcinanej wypływki)

kucie matrycowe w matrycach zamkniętych (kucie bezodpadowe);

zwykle prowadzone na zimno

kucie precyzyjne

kucie na kowarkach

kucie na kuźniarkach

Zespół matryc do kucia precyzyjnego

Kowarki są to maszyny kuźnicze wielobijakowe (wielokowadełkowe) do

kształtowania materiału na gorąco lub zimno, głównie drutów, prętów, rur, tulei

i odkuwek, a także do przekuwania kęsisk i kęsów. Kowarki przeznaczone są do

wydłużania i zmieniania kształtu przedmiotów, głównie prętów i rur.

Wydłużanie na kowarkach (przez młotkowanie) polega na odkształceniu

materiału za pomocą jednoczesnego nacisku, wywieranego na boczną

powierzchnię przedmiotu obrabianego przez trzy lub cztery szczęki kształtujące,

wykonujące niewielkie ruchy posuwisto-zwrotne w kierunku promieniowym i

zmieniające najczęściej swoje położenie kątowe w stosunku do kształtowanego

przedmiotu. Na kowarkach można kształtować zarówno powierzchnie

zewnętrzne wyrobu, jak również ich powierzchnie wewnętrzne, dzięki

zastosowaniu odpowiednich rdzeni. Wyroby te odznaczają się dużą gładkością

powierzchni i dokładnością wymiarów.

Rozróżnia się kowarki z wirującymi bijakami, z wirującą osłoną i

kopiujące (do kucia wałków o zmiennym przekroju). Kowarki wielopunktowe

mają kilka bijaków napędzanych do wału mimośrodowego.

Kucie na kowarce

Kuźniarki są to prasy mechaniczne poziome najczęściej korbowe,

charakteryzujące się tym, że oprócz ruchomego suwaka mają również ruchomy

blok matrycowy. Blok ten pozwala nie tylko na unieruchomienie pręta podczas

procesy kucia, ale stwarza również możliwość kształtowania wielozabiegowego.

Kuźniarki najczęściej służą do wykonywania odkuwek z pręta stanowiącego

materiał wyjściowy, który po nagrzaniu, zaciskany jest w matrycy, a następnie

jest kształtowany za pomocą stempla. Kształtowanie odkuwek odbywa się w

kilku zabiegach, w ostatnim zabiegu odkuwka jest oddzielana od pręta.

Kuźniarki buduje się z pionowym lub poziomym podziałem matryc. Pozioma

prasa kuźnicza do kształtowania odkuwek matrycowych zapewnia możliwość

automatyzacji produkcji, dużą wydajność, wysoką dokładność wykonania

odkuwek i małe straty materiału.

Kuźniarki należą do najbardziej wydajnych maszyn i są powszechnie

stosowane w produkcji wielkoseryjnej odkuwek. Zakres kształtów odkuwek

produkowanych na kuźniarkach jest bardzo szeroki, umożliwiają one

wykonywanie bezpośrednio odkuwki z otworami przelotowymi, np. pierścieni

łożysk tocznych.

Odkuwki wykonane na kuźniarkach cechuje:

duża dokładność wymiarów;

małe zbieżności kuźnicze;

małe naddatki na obróbkę skrawaniem;

równomierny stopień przekucia;

takie same własności odkuwek wykonanych w jednej partii;

2.4. Wyciskanie

Wyciskanie (ekstruzja) – rodzaj obróbki plastycznej metali i tworzyw

sztucznych. Materiał pod naciskiem stempla wypływa przez otwór lub otwory w

narzędziu albo przez szczeliny utworzone przez narzędzia.

Podczas wyciskania materiał umieszczony w pojemniku lub matrycy i

poddany naciskowi stempla (lub tłoczyska – poprzez przekładkę, zwaną także

przetłoczką, względnie płytą naciskową) wypływa przez otwór matrycy lub

szczelinę pomiędzy stemplem i matrycą, doznając wydłużenia kosztem

zmniejszenia przekroju poprzecznego. Stan naprężenia w przeważającej części

obszaru uplastycznionego jest trójosiowym nierównomiernym ściskaniem.

Możliwe są więc duże odkształcenia plastyczne bez naruszenia spójności

materiału (maksymalne współczynniki wydłużenia są rzędu 300, średnie – ok.

50). Jest to główna zaleta procesów wyciskania. Duże odkształcenia wymagają

dużych sił.

Głównym ograniczeniem wielkości odkształceń możliwych do uzyskania

w jednej operacji wyciskania nie jest zjawisko uszkodzenia materiału (jak w

wielu innych procesach), lecz wytrzymałość narzędzi.

Przy dużych odkształceniach stosuje się wyciskanie na gorąco, gdyż

podczas wyciskania na zimno siły są tak znaczne, że narzędzia nie wytrzymują

obciążeń.

Duże odkształcenia mogą być zrealizowane na zimno tylko dla

materiałów miękkich (np. czystego aluminium).

Rodzaje procesów wyciskania

współbieżne, gdy zwroty wektorów prędkości stempla i materiału

wypływającego przez otwór w matrycy są zgodne

przeciwbieżne, gdy zwroty wektorów prędkości stempla i materiału

wypływającego przez otwór w matrycy lub szczelinę pomiędzy stemplem

i matrycą są przeciwne,

z bocznym (poprzecznym, promieniowym) wypływem materiału, gdy

matryca lub matryce znajdują się w bocznych ścianach pojemnika,

względnie materiał wpływa do szczelin matrycy w kierunku poprzecznym

(prostopadle do kierunku ruchu stempla),

złożone, gdy materiał równocześnie wypływa z matrycy zgodnie i

przeciwnie do ruchu stempla ,

specjalne, wyciskanie hydrostatyczne, z ruchomym pojemnikiem, bez

pojemnika i inne, np. wyciskanie osłon kabli, wyciskanie proszków

metali.

Wyciskanie:

a) współbieżne wyrobów pełnych, b) współbieżne wyrobów wydrążonych,

c) przeciwbieżne wyrobów pełnych, d) przeciwbieżne wyrobów wydrążonych

Proces wyciskania polega na tym, że metal zamknięty w pojemniku

(rycypiencie) jest wyciskany przez otwór matrycy i otrzymuje kształt

poprzecznego przekroju, odpowiadający kształtowi otworu matrycy. Wyciskanie

nazywa się czasem prasowaniem wypływowym.

Wyciskanie stosuje się do wytwarzania wyrobów pełnych i wydrążonych

o wydłużonym kształcie, w tym rur o przekroju stałym lub zmiennym. Wyroby

wyciskane zbliżone są kształtem do wyrobów otrzymywanych przez

walcowanie. Wyciskanie stosuje się także do otrzymywania przedkuwek

mających kształt trzpienia o stałym lub zmiennym przekroju, z pocienieniem na

końcu.

Wyciskanie z bocznym wypływem materiału:

a) jednokierunkowym, b) dwukierunkowym

1 - materiał wyciskany, 2 - pojemnik, 3 - tłoczysko, 4 - przetłoczka, 5 - matryca,

6 - tuleja pojemnika

Wyciskanie złożone

1 - materiał wyciskany, 2 - matryca, 3 - tłoczysko

Wyciskanie jest podstawową metodą wytwarzania rur, prętów i profili z

metali kolorowych i ich stopów.

Wyroby wyciskane charakteryzują się dobrymi własnościami

mechanicznymi, dużą dokładnością wymiarów, czystą i gładką powierzchnią.

Zalety wyciskania:

• można je stosować do odkształcania metali i stopów o niewielkiej

plastyczności, które nie dają się odkształcać plastycznie innymi metodami,

• można otrzymywać wyroby pełne i wydrążone o bardzo złożonym kształcie

przekroju poprzecznego,

• można je stosować w produkcji małoseryjnej, gdyż zmiana jednego wyrobu w

drugi wymaga tylko zmiany matrycy

• uzyskuje się dużą dokładność wymiarów przekroju wyrobów w porównaniu z

walcowaniem, gdyż odkształcenie sprężyste jest znikome.

Wady wyciskania:

• trudne warunki pracy narzędzi: matryc i iglic, powoduje szybsze ich zużycie i

zmusza do częstszej ich wymiany, co w konsekwencji prowadzi do

zwiększenia kosztów produkcji (materiały na narzędzia są drogie),

• niezbędne są prasy o dużych siłach nacisku,

• ze względu na zróżnicowane wartości odkształceń wyroby odznaczają się

dużą nierównomiernością własności na przekroju i długości,

• uzyskuje się w porównaniu z walcowaniem większy odpad z powodu

trudności doprowadzenia procesu do końca - zawsze zostaje metal zwany

denkiem lub resztą prasowniczą

2.5. Tłoczenie

Tłoczeniem nazywamy proces technologiczny przeróbki plastycznej na

zimno lub na gorąco blach, płyt lub folii, obejmujący cięcie i kształtowanie z

nich przedmiotów małej grubości w stosunku do szerokości i długości, m.in.:

powłok blaszanych, kształtowników giętych - otwartych lub ze szwem, i innych.

Przy projektowaniu tego typu kształtowania plastycznego należy znać zarówno

tłoczność, jak i własności sprężyste blach. Tłoczenie obejmuje szeroką gamę

zabiegów i czynności tłoczenia w zakresie procesów technologicznych,

różniących się sposobem działania sił, rodzajem zmiany kształtu oraz

stosowanymi urządzeniami i narzędziami. Jest to technologia szczególnie

szybko rozwijająca się w świecie i wykazująca znaczny postęp technologiczny.

Proces tłoczenia obejmuje zespół wszystkich podstawowych czynności tłoczenia

wykonywanych na jednym przedmiocie, natomiast operacją tłoczenia

nazywamy zespół wszystkich zabiegów i czynności wykonywanych na jednej

maszynie.

Podstawowa czynność w procesie tłoczenia wykonywana przy użyciu

jednego przyrządu, bez zmiany narzędzia , gdy zachodzi tylko jedna zmiana

kształtu tłoczonego przedmiotu nazywa się zabiegiem tłoczenia.

W tłoczeniu wyróżnia się:

• cięcie

• kształtowanie

• łączenie.

Tłoczenie - cięcie

Cięcie to rozdzielenie materiału następuje poprzez wytworzenia takiego

stanu naprężenia w żądanym miejscu, aby nastąpiło pęknięcie obrabianego

przedmiotu. Wyróżnia się:

cięcie dwoma krawędziami tnącymi – za pomocą stempla i matrycy;

cięcie jedną krawędzią tnącą – np. przy okrawaniu odkuwek, wygładzaniu

otworów;

cięcie gumą – wykrawanie na ostrych krawędziach wzornika ciśnieniem

wywieranym przez warstwę gumy;

cięcie nożowe – zagłębienie się noża w materiale spoczywającym na

miękkim podłożu: cięcie (sztancowanie) kartonu, skóry, filcu itp.;

przebijanie otworów – wraz z wywinięciem pękniętego brzegu;

Cięcie prowadzi się na:

prasach za pomocą wykrojników - jest to wykrawanie;

na specjalnych maszynach (stosowane są np. nożyce gilotynowe,

dziurkarki itp.), bez zmiany elementów tnących;

na nożycach krążkowych.

Do operacji cięcia zalicza się:

dziurkowanie

nacinanie

odcinanie

okrawanie

przycinanie

rozcinanie

wycinanie

wygładzanie

Cięcie na nożycach

prasa krawędziowa , mechaniczne nożyce gilotynowe (nożyca mechaniczna)

Wykrawanie

Wykrawanie to specjalny rodzaj cięcia blach. Wykrawanie to inaczej

cięcie blach za pomocą wykrojników. Podstawowymi operacjami wykrawania

są: wycinanie, okrawanie, dziurkowanie, odcinanie, przycinanie, nadcinanie,

rozcinanie. Proces wykrawania realizowany jest między matrycą a

wykrojnikiem. Do wykrawania blach stosuje się prasy mimośrodowe. Zwykle

wykrawania nie występuje samo, ale jest połączone z tłoczeniem. Wykrawanie

jest bardzo często stosowane w przemyśle, głównie ze względu na dużą

wydajność.

Schemat wykrawania - obcinanie

Schemat wykrojnika: 1 - czop, 2 - płyta głowicowa, 3 - przekładka, 4 - tuleja

prowadząca, 5 - płyta stemplowa, 6 - stempel, 7 - spychacz, 8 - matryca, 9 -

pierścień mocujący, 10 - słup prowadzący, 11 - płyta podstawowa

Schemat wykrawania - wycinanie

Kształtowanie

Kształtowanie jest to proces tłoczenia materiału bez naruszenia jego

spójności. Kształtowanie, przy którym zostaje zachowana prostoliniowość

tworzących, a zmiana krzywizny zachodzi w jednej płaszczyźnie, nazywa się

gięciem. Do gięcia zalicza się operacje wyginania, zaginania, zwijania i

zawijania. Natomiast kształtowanie wyrobu przez wtłaczanie blachy stemplem

do otworu matrycy celem otrzymania przedmiotu wydrążonego nazywa się

ciągnieniem lub głębokim tłoczeniem. Do ciągnienia zalicza się wytłaczanie,

czyli ciągnienie z płytki wsadowej (uzyskuje się miseczkę) oraz przetłaczanie,

czyli dalsze ciągnienie miseczki w celu zmniejszenia jej wymiarów

poprzecznych. Oprócz wymienionych rozróżnia się jeszcze następujące operacje

kształtowania: skręcanie, profilowanie, wygniatanie, dotłaczanie, obciąganie,

wywijanie, obciskanie, rozpęczanie, wybijanie, wyoblanie

i zgniatanie obrotowe.

Kształtowanie - gięcie

Gięcie obejmuje operacje lub zabiegi: wyginania, zaginania, zwijania,

zawijania, profilowania, skręcania, prostowania i wygniatania.

Cechą charakterystyczną gięcia jest zmiana krzywizny osi kształtowanego

przedmiotu. Odkształcenia gięcia można prowadzić do pewnej wartości

naprężenia, powyżej której następuje uszkodzenie giętego przedmiotu. Po

stronie rozciąganej mogą powstać pęknięcia, a po stronie ściskanej - fałdy.

Mogą także wystąpić zmiany wymiarów dyskwalifikujące wyrób.

Wyginanie, zaginanie, zawijanie i wygniatanie wykonuje się wyłącznie na

prasach.

Rodzaje gięcia: wyginanie, zawijanie, zwijanie

prasa do gięcia

Zwijanie wykonuje się na zwijarkach między trzema rolkami lub przez

owijanie na obracającym się bębnie.

Profilowanie przeprowadza się za pomocą walcowania wzdłużnego

między dwoma walcami.

Skręcanie wykonuje się na skrętarce lub przez zastosowanie rolek

skręcających.

Prostowanie wykonuje się na prasach (prostowanie płytami lub

wyprężanie) lub w prostownicach (prostowanie rolkami napędzanymi).

We wszystkich procesach gięcia wyróżnia się trzy fazy:

• gięcie sprężyste,

• gięcie plastyczne,

• dotłaczanie.

Dotłaczanie to kształtowanie wyrobu wcześniej wygiętego, zagiętego,

wytłoczonego lub przetłoczonego, usuwające nierówności, skutki

sprężynowania oraz nadające mu ostateczny kształt.

Schemat gięcia

Kształtowanie - ciągnienie blach

Ciągnienie blach składa się z 2 operacji: wytłaczania i przetłaczania.

Wytłaczanie jest to proces, podczas którego następuje przekształcenie

płaskiego półwyrobu w wytłoczkę o powierzchni nierozwijalnej. Narzędziem w

procesie wytłaczania jest tłocznik. Składa się on głównie ze stempla, matrycy i

dociskacza, zabezpieczającego brzeg blachy przed pofałdowaniem pod

działaniem obwodowych naprężeń ściskających. Niebezpieczeństwo

obwodowego pęknięcia wytłoczki w czasie procesu wytłaczania ogranicza

wysokość wytłoczki, która praktycznie nie przekracza (0,7—0,8) średnicy

końcowej. W celu uzyskania większych wysokości wstępnie ukształtowaną

wytłoczkę poddaje się następnej operacji zwanej przetłaczaniem.

Przetłaczanie jest to proces obróbki plastycznej, polegający na

zwiększeniu wysokości wytłoczki kosztem zmniejszenia jej średnicy, przy czym

grubość ścianki jest stała.

Podczas procesu przetłaczania mogą wystąpić następujące wady

wytłoczek:

• obwodowe rozdzielenie wytłoczki w pobliżu dna, spowodowane

przekroczeniem wytrzymałości bocznej ścianki (oderwanie dna)

• fałdowanie ścianki wytłoczki wywołane obwodowymi naprężeniami

ściskającymi

• wzdłużne pęknięcie ścianki przy obrzeżu wytłoczki, będące wynikiem

nadmiernego umocnienia materiału i niekorzystnego działania naprężeń

własnych

Wady wytłoczek

Wymienione zjawiska ograniczają zakres stosowania operacji przetłaczania.

W celu uniknięcia wystąpienia obwodowego pęknięcia ścianki

maksymalna siła przetłaczania musi być mniejsza od siły zrywającej. Warunek

ten jest spełniony, gdy stosunek średnic wytłoczki po i przed przetłaczaniu jest

większy od pewnej wartości granicznej zwanej współczynnikiem przetłaczania.

Współczynnik ten wynosi od 0.75 do 0.85, przy czym większe wartości

przyjmuje wraz z kolejnymi operacjami przetłaczania. Dla operacji wytłaczania

jego wartość powinna mieścić się granicach 0.5 - 0.6.

W celu uniknięcia pękania wytłoczki należy zastosować odpowiedni

promień krawędzi ciągowej matrycy rm i promień zaokrąglenia stempla rs.

Przy wytłaczaniu zaleca się stosowanie promienia rm = (5÷10) g (g -

grubość ścianki) i promienia rs > (4÷6) g. Przy przetłaczaniu promienie te można

zmniejszyć o 10 do 30%.

W celu zapobiegania fałdowaniu kołnierza podczas wytłaczania należy

przy grubości blachy g<0.015D (średnica krążka) zastosować dociskacz. Dla

g>0.02D można stosować wytłaczanie swobodne, bez dociskacza. W zakresie

0.015D<g<0.02D możliwe są oba rozwiązania. Prawdopodobieństwo

wystąpienia pofałdowania rośnie gdy twardość materiału i współczynnik

wytłaczania maleją.

Dla przetłaczania dociskacz należy stosować, gdy g<0.01d (średnicy

wytłoczki przed operacją), natomiast dla g>0.015 d stosuje się przetłaczanie

swobodne.

Operacje ciągnienia: a) wytłaczanie, b) przetłaczanie

1- stempel, 2 - dociskacz, 3 - matryca, 4- krążek blachy, 5 - miseczka,

W celu uzyskania głębokich wytłoczek operację przetłaczania powtarza się

kilka razy stosując międzyoperacyjne wyżarzanie rekrystalizujące w celu

usunięcia skutków umocnienia.

Wyoblanie i zgniatanie obrotowe

Wyoblanie polega na kształtowaniu wirującego krążka lub wytłoczki

przez wywieranie miejscowego nacisku przez narzędzie. Element kształtujący

może toczyć się lub ślizgać po powierzchni blachy . Podczas wyoblania grubość

blachy zmienia się najczęściej tylko w niewielkim zakresie. Dokładność

przedmiotów wyoblanych znajduje się w granicy 0,001 – 0,0022 ich średnicy.

Zgniatanie obrotowe to wyoblanie połączone z dużym pocienianiem

ścianki lub tylko pocienianie ścianki przez jej rozwalcowywanie . Wyroby

otrzymane charakteryzują się gładką powierzchnią i znacznie podwyższonymi

właściwościami mechanicznymi.

Obróbce takiej - zwanej wyoblaniem - poddawane bywają zazwyczaj

arkusze blachy wycięte wstępnie w formie krążków. Krążek blachy dociskany

jest do wzornika rolką do wyoblania podczas wyoblania maszynowego lub

wyoblakiem podczas wyoblania ręcznego , a następnie uruchamia się obroty

wrzeciona. Narzędzie dociskane jest do wirującego krążka powoli odkształcając

krawędź krążka i modelując go w żądany sposób.

Schemat wyoblania

Przy pomocy wyoblarki uzyskuje się przedmioty o symetrii obrotowej,

jak kielichy, misy, talerze, czasze (tak np. wykonywane są czasze puzonów i

niektórych innych instrumentów dętych blaszanych).

Modelowanie przedmiotów tą metodą jest zazwyczaj, w przypadku mało

lub średnio seryjnej produkcji oraz w przypadku wykonywania elementów o

bardzo skomplikowanych kształtach znacznie tańsze, niż tłoczenie, będące

sposobem alternatywnym.

Bibliografia

Dobrzański L.: Podstawy nauki o materiałach i metaloznawstwo. WNT, 2002

Górecki A.: Technologia ogólna. Podstawy technologii mechanicznych.

Kapiński S., Sobieszczański J., Sobolewski J.: Techniki wytwarzania.

Technologie bezwiórowe. Warszawa 2012.

Kazanecki J.: Wykłady "plastyczna przeróbka metali" AGH, Kraków, 1998

Leśniewicz A.: Ciągnienie wytłoczek cylindrycznych. Instrukcja laboratoryjna,

SiMR PW

Morawiecki M., Sadok L., Wosiek E.: "Przeróbka plastyczna - podstawy

technologicznych procesów przeróbki plastycznej, Wydawnictwo Śląsk,

Katowice, 1977

Materiały dydaktyczne Politechniki Gdańskiej - www.pg.gda.pl

Materiały dydaktyczne AGH - www.zasoby1.open.agh.edu.pl/dydaktyka/.

www.e-technolog.pl

http://thelibraryofmanufacturing.com (bardzo dydaktyczne materiały w języku

angielskim)