Klasyfikacja i podstawy teoretyczne procesów obróbki ... obr.pdf · Obróbka plastyczna korzystnie wpływa na rozkład włókien w kształtowanym przedmiocie, powodując popraw

1

Klasyfikacja i podstawy teoretyczne procesów obróbki plastycznej metali

Wiadomości ogólne

Obróbka plastyczna ma na celu zmianę własności i kształtumateriałów w wyniku odkształcenia plastycznego na gorącolub na zimno.Pod działaniem sił zewnętrznych metale ulegająodkształceniom. Zdolność metali do zmiany kształtu poddziałaniem sił zewnętrznych jest wykorzystywana wprzemyśle do wytwarzania z wlewków różnego rodzajupółfabrykatów, jak pręty, blachy, kształtowniki, rury.Półfabrykaty przerabia się następnie na gotoweprzedmioty, np. śruby, druty, gwoździe, naczynia blaszane iwiele innych.

2

Wiadomości ogólne

Do najbardziej charakterystycznych cech procesówobróbki plastycznej należą:

1. Duża wartość naprężeń koniecznych do kształtowaniawyrobów. Naprężenia osiągają wartość od 50 do 2500MPa w zależności od rodzaju procesu i gatunkukształtowanego materiału. Ponieważ niejednokrotniepółwyrób (lub jego część) poddawany odkształceniuplastycznemu jest duży, więc zachodzi koniecznośćstosowania dużych sił nacisku. Na przykład wprocesach kucia siła nacisku może osiągać wartośćnawet 750 MN.

Wiadomości ogólne

2. Możliwość całkowitego przeformowania materiału (dużewartości odkształceń). Wymaga to stosowania urządzeńpozwalających uzyskać dużą wartość nacisków - zatemmaszyn wielkogabarytowych, ciężkich i co za tym idzie -drogich. Plastyczne kształtowanie wyrobówodpowiedniej jakości wymaga stosowania maszynbardzo precyzyjnych. Dlatego też zakłady stosująceprocesy obróbki plastycznej muszą mieć odpowiedniowyposażoną narzędziownię.

3

Wiadomości ogólne

3. Zastosowanie procesów tylko do produkcjiwielkoseryjnej ze względu na duży koszt maszyn iurządzeń do obróbki plastycznej. Jeżeli jest spełnionyten warunek, to można w pełni wyeksponować zaletyobróbki plastycznej jako techniki wytwarzania:

a) dużą wydajność (krótki czas produkcji),b) wysoką dokładność, wąski zakres tolerancji wymiarów i

kształtu,c) dobre właściwości mechaniczne wykonanych części.

Wiadomości ogólne

Obróbka plastyczna korzystnie wpływa na rozkład włókienw kształtowanym przedmiocie, powodując poprawęwłasności mechanicznych.Jeżeli naprężenia wywołane działaniem sił zewnętrznychnie przekraczają pewnej wartości zwanej granicąplastyczności, to odkształcenie nazywa się sprężystym.Odkształcenie takie nie jest trwałe, lecz ustępuje po ustaniudziałania siły na metal. Przekroczenie granicyplastyczności powoduje pojawienie się w materiale, opróczodkształceń sprężystych, również i odkształceń trwałych(plastycznych).

4

Wiadomości ogólne

Wyroby wykonywane z zastosowaniem procesów obróbkiplastycznej są często stosowane - wyróżnia sięnastępujące grupy tychże wyrobów:

1. Części pojazdów mechanicznych, maszyn i urządzeńprecyzyjnych.

2. Narzędzia ręczne, takie jak młotki, klucze, pilniki,narzędzia chirurgiczne.

3. Części łączne i mocujące.4. Różnego typu naczynia i pojemniki.5. Części konstrukcyjne stosowane w budownictwie,

drogownictwie i górnictwie.6. Części wyposażenia mieszkań i części dekoracyjne

Wiadomości ogólne

Wymienione typy wyrobów są wykonywane z różnegorodzaju materiałów metalowych - począwszy od różnychgatunków stali, poprzez stopy metali nieżelaznych, aż donajnowocześniejszych materiałów kompozytowych.Celem większości procesów obróbki plastycznej jestnadanie materiałowi wyjściowemu żądanego kształtu, awięc wywołanie odpowiednich odkształceń plastycznychmateriału bez naruszenia jego spójności. Uzyskanieżądanych odkształceń jest możliwe tylko wówczas, gdymateriał zostanie poddany działaniu naprężeń określonejwartości. Dlatego też do opracowania procesów obróbkiplastycznej jest niezbędna znajomość związków międzynaprężeniami a odkształceniami plastycznymi.

5

Wiadomości ogólne

Właściwości wyrobu z określonego gatunku materiałukształtowanego metodami obróbki plastycznej zależą odsposobu kształtowania i warunków prowadzenia procesu.Do warunków tych należy przede wszystkim zaliczyćtemperaturę kształtowania, wartość odkształcenia iprędkość odkształcenia oraz stan wyjściowy materiału.Technologia obróbki plastycznej stwarza szczególnie dużemożliwości wpływania na właściwości użytkowe.Odpowiedni dobór operacji obróbki plastycznej iewentualnie obróbki cieplnej oraz cieplno-chemicznejpozwala uzyskać pożądany rozkład umocnienia, korzystnyukład naprężeń własnych, właściwy przebieg włóknistychzanieczyszczeń.

Wiadomości ogólne

Granica plastyczności odkształcanego materiału wdostatecznie niskiej temperaturze wzrasta w sposób ciągływ miarę zwiększającego się odkształcenia. Zwiększenietemperatury odkształcenia do temperatury rekrystalizacjilub wyższej, umożliwiającej wystąpienie procesów odnowystruktury, powoduje wielokrotne zmniejszenie oporuplastycznego materiału oraz eliminuje umocnieniepółwyrobów. Stąd też przyjęto podział obróbki plastycznejna tzw. obróbkę na zimno i na gorąco. Obróbką plastycznąna gorąco nazywa się kształtowanie materiału wtemperaturze równej temperaturze rekrystalizacji lubwyższej od niej. Procesy kształtowania przebiegające wtemperaturze niższej są zaliczane do obróbki plastycznejna zimno.

6

Wiadomości ogólne

Temperatury rekrystalizacji różnych metali i stopów zależągłównie od ich temperatury topnienia i wynoszą:�dla stali ok. 550°C,�dla aluminium ok. 200°C,�dla miedzi ok. 250°C,�dla mosiądzu ok. 300-400°C,�dla cyny i cynku ok. 20°C.

Wiadomości ogólne

Wynika z tego, że np. obróbka plastyczna stali wtemperaturze ok. 500°C jest obróbk ą plastyczną na zimno,natomiast obróbka plastyczna cynku w temperaturze ok.30°C jest obróbk ą plastyczną na gorąco. Nie znaczy tojednak, że obróbki plastycznej na gorąco dokonuje się wtemperaturze niewiele przekraczającej temperaturęrekrystalizacji, gdyż w miarę jej wzrostu zwiększa sięplastyczność materiału i do kształtowania są potrzebnemniejsze naciski.

7

Wiadomości ogólne

Temperatura obróbki plastycznej na gorąco dla różnychmetali i stopów wynosi:

�dla stali 800 - 1200°C,�dla aluminium 350 - 450°C,�dla miedzi 900 - 1050°C,�dla mosiądzu 700 - 800°C,�dla cyny i cynku ok. 150 - 170°C.

Wiadomości ogólne

8

Wiadomości ogólne

W celu wyeliminowania takich wad obróbki plastycznej nagorąco jak intensywne utlenianie powierzchni półwyrobów imała dokładność wymiarowa, z jednoczesnymzachowaniem możliwie małych oporów plastycznegokształtowania w porównaniu z wytrzymałością narzędzi,wprowadzono tzw. obróbką plastyczną na półgorąco.

Mechanizm odkształce ń plastycznych

We wszystkich procesach obróbki plastycznej wykorzystujesię zdolność metali do odkształceń trwałych. Jak wiadomo,metale mają budowę krystaliczną która występuje równieżpo ich odkształceniu plastycznym. Podstawowymmechanizmem odkształcenia plastycznego jestodkształcenie przez poślizg. W chwili powstaniapierwszych odkształceń plastycznych na powierzchniodkształcanego kryształu pojawiają się charakterystycznepasma, nazywane pasmami poślizgu.

9


Pasma te składają się z szeregu linii poślizgu. Jak możnasprawdzić pod bardzo dużym powiększeniem, linie poślizgusą w rzeczywistości bardzo cienkimi warstwami metalu,przesuniętymi względem siebie. Płaszczyzny, wzdłużktórych nastąpiły te przesunięcia, nazywają siępłaszczyznami poślizgu.


Obecność dyslokacji w krysztale powoduje, że szeregiatomów w pobliżu linii dyslokacji znajdują się w staniewychylenia z położenia równowagi, bez działania naprężeńzewnętrznych. Działanie nawet bardzo niewielkichnaprężeń zewnętrznych, powodujących tylko nieznaczneprzesunięcia atomów, jest już dostatecznym bodźcem dospowodowania ruchu dyslokacji. Ruch ten występujewzdłuż płaszczyzn łatwych poślizgów. Jeżeli dyslokacjewyjdą na powierzchnię kryształu, to tworzy się uskok. Jestto jednoznaczne z uzyskaniem odkształcenia trwałego.

10


Mała wartość granicy plastyczności materiałówwyżarzonych świadczy o istnieniu w tych materiałachodpowiedniej liczby dyslokacji. Liczbę tę określa się przezpodanie tzw. gęstości dyslokacji p. W materialeodkształconym plastycznie dyslokacje tworzą się wmiejscach, gdzie istnieje odpowiednie zaburzenie siecikrystalicznej. Najczęściej źródłami dyslokacji są graniceziarn lub zaburzenia spowodowane obcymi wtrąceniami.Gdy gęstość dyslokacji w krysztale jest zbyt mała i sątrudności w ich tworzeniu się, wówczas występują znacznenaprężenia uplastyczniające.


Drugim mechanizmem odkształceniaplastycznego jest bliźniakowanie. .Bliźniakowanie, tak jak i poślizg, możezachodzić po osiągnięciu krytycznejwartości naprężenia stycznego. Podczasbliźniakowania część kryształuprzechodzi w położenie symetryczne dopozostałej części względem pewnejkrystalograficznej płaszczyzny.Przemieszczenie atomów kończy się poprzesunięciu tylko o część odległościmiędzyatomowej, dlatego też bliźniako-wanie nie powoduje znacznegoodkształcenia plastycznego.

Schemat rozmieszczenia atomów podczas bliźniakowania

11


Metale techniczne są ciałami polikrystalicznymi,zawierającymi wiele zanieczyszczeń. Osiekrystalograficzne poszczególnych ziarn są na ogółzorientowane chaotycznie. Podczas odkształcaniaplastycznego musi zachodzić jednoczesne odkształcaniewielu ziarn. Następuje ono przy znacznie większychnaprężeniach niż odkształcanie pojedynczego kryształu.Jest to spowodowane przede wszystkim zachowaniemspójności, a więc dostosowaniem kształtu każdego ziarnado ziarn sąsiednich. Nie każdy z systemów poślizgu jestkorzystnie zorientowany w stosunku do działającychnaprężeń, a więc wywołanie poślizgów wymaga działanianaprężeń odpowiednio większych.


Duże wartości naprężeń są również związane zwystępowaniem pewnych przemieszczeń ziarn względemsiebie, co podczas odkształcania materiałówpolikrystalicznych jest nieuniknione. Przemieszczenia tezachodzą w wąskich strefach przy granicach ziarn, a wniektórych przypadkach wzdłuż granic ziarn

12

Plastyczno ść metali

Przez plastyczność rozumiemy zdolność danego metalu doodkształcania bez objawów naruszenia spójności.Plastyczność zależy od składu chemicznego, struktury,temperatury, prędkości odkształcenia i od stanunaprężenia.Największą plastyczność uzyskują metale pod wpływemtrójosiowego wszechstronnego ściskania. Wprzeciwieństwie do tego przy wszechstronnym rozciąganiuplastyczność jest najmniejsza. Na plastyczność ma wpływnie tylko schemat głównych naprężeń i odkształceń, leczrównież znak i wartość tych naprężeń. Im większa ujemniejest wartość średniego naprężenia ściskającego, tymwiększa jest plastyczność


Kształtowanie materiału podczas obróbki plastycznejprzebiega w różnej temperaturze i przy różnychprędkościach odkształcenia. Ich dobór zależy od rodzajupółwyrobu i zastosowanego procesu technologicznego.Górna temperatura kształtowania może być zbliżona dotemperatury topnienia, dolna zaś jest zwykle równatemperaturze otoczenia. Możliwość zastosowaniaszerokiego zakresu wartości temperatury powoduje, żekształtowanie odbywa się przy różnych wartościachnaprężeń uplastyczniających. Zmiana tych naprężeń jestwynikiem oddziaływania na opór ruchu dyslokacji wieluzjawisk aktywowanych cieplnie, które mogą wpływać naliczbę przeszkód w poszczególnych ziarnach, zmianyzachodzące na granicach ziarn i tworzenie się nowychstruktur.

13


Zależność naprężenia uplastyczniającego od prędkościodkształcenia jest konsekwencją zależności tegoż odtemperatury. Wszystkie bowiem procesy aktywowanecieplnie zachodzą ze skończoną prędkością i to tymwiększą, im wyższa jest temperatura. Zmniejszenieprędkości odkształcenia, a więc przedłużenie czasu trwaniaprocesu, powoduje zatem taki sam skutek jak zwiększenietemperatury.


Struktura wyjściowa materiału wywiera wpływ na wartośćnaprężenia uplastyczniającego. Im większe są wymiaryziarn, tym mniejszy jest opór plastyczny materiału. Wynikato ze wzrostu długości swobodnej drogi ruchu dyslokacji.Pomimo to unika się stosowania materiałówgruboziarnistych, ze względu na ujemne właściwości, takiejak wytrzymałość, skłonność do pękania, możliwośćujawniania poszczególnych ziarn na swobodnychpowierzchniach wyrobów kształtowanych plastycznie.

14

Kucie

Wprowadzenie

Kuciem nazywamy proces obróbki plastycznej na gorącolub na zimno, podczas którego z materiałów w postaciwlewka, kęsiska, kęsa lub pręta kształtuje się wyrób przezwywarcie uderzenia lub nacisku. Kucie ma na celu nie tylkonadanie materiałowi odpowiedniego kształtu, lecz ponadtopoprawę własności mechanicznych. Kucie, podczasktórego nacisk na materiał ma charakter statyczny i jestwywierany przez prasę lub kuźniarkę, nazywamyprasowaniem.Kucie dzieli się na ręczne i maszynowe — swobodne lubmatrycowe.

15

Wprowadzenie

Proces technologiczny kucia obejmuje następująceczynności:

1. Przygotowanie materiału do kucia, tj. cięcie,czyszczenie, nagrzewanie

2. Kucie3. Wykończenie odkuwek, tj. okrawanie, oczyszczanie,

wyżarzanie i ewentualnie dogniatanie

Nagrzewanie materiału do kucia

Do kucia ręcznego materiał nagrzewa się przeważnie wogniskach kowalskich lub małych piecach komorowych.Do miejscowego nagrzewania materiału stosuje się pieceoczkowe lub szczelinowe opalane gazem lub mazutem.Piece te są piecami komorowymi, które zamiast drzwiczekwsadowych mają w ścianie przedniej otwory lub szczelinędo wkładania prętów w celu nagrzania ich odcinków.

16


Komora spalania 3znajduje się podkomorą grzejną, doktórej przez szczelinę2 wkłada się pręty 1przeznaczone doogrzania.

Piece szczelinowea) do nagrzewania końców

prętab) do nagrzewania prętów

w dowolnym miejscu


Do nagrzewania całkowitego materiałów są stosowane piecekomorowe gazowe lub na paliwo ciekłe. W ścianie komory 1znajdują się palniki 2. Uchodzące spaliny przechodzą przezrekuperator 3, który nagrzewa powietrze 4 doprowadzane dopalników. W ścianie przedniej znajdują się drzwiczki 5 dozaładowania wsadu.

17


Piece te mają bardzo prostą konstrukcję i są wykonywanew różnych wielkościach. Piece małe wykonuje się jakoprzenośne, a większe (o powierzchni trzonu powyżej 4 m2)jako stale. Piece na paliwa ciekłe różnią się od gazowychtylko konstrukcją palników. Są stosowane również pieceelektryczne oraz urządzenia do grzania oporowego prądemelektrycznym, ale są bardzo drogie w eksploatacji z uwagina bardzo duże zużycie prądu.

Kucie swobodne

Podczas kucia swobodnego wszystkie czynniki kowalskiesą wykonywane bez użycia specjalnych narzędzikształtowych; wykorzystuje się wówczas wyłącznienarzędzia uniwersalne.Do kucia używa się narzędzi pomocniczych, które ułatwiajątrzymanie materiału lub służą do nadawania muodpowiedniego kształtu.

18

Kucie swobodne

Narzędzia kowalskie roboczea) przecinak, b) podcinka,c) zastosowanie podcinkid) przebijaki, e) trzpienie,f) podsadzki, g) nadstawki,h) żłobniki, i) obsadzak,j) foremniki, k) gładziki,l) kowadło na pieńkuł) dziurownica (płyta kowalska)m) kleszcze

Kucie swobodne

Do trzymania materiału podczas kucia swobodnego używasię kleszczy. Ich kształt i wymiary powinny być dobranetak, aby zapewniały wygodne i mocne uchwyceniemateriału.

a) b) c)

Dobór kleszczy: a, b) nieprawidłowy, c) prawidłowy

19

Kucie swobodne

Do kucia ręcznego używa się młotków. Dzieli je najednoręczne o masie 1 - 3 kg i dwuręczne o masie 6 - 8 kg.Szersza część młota nazywa się obuchem, a węższa -rąbem.

Kucie swobodneKucie swobodne odbywa się nakowadle. Do kucia ręcznego używasię zwykle kowadłaprzedstawionego na. Górnapowierzchnia kowadła nazywa sięgładzią 1. Po jednej lub po dwóchstronach kowadła znajdują się rogi2. Róg kanciasty służy do kucia izginania, a róg stożkowy — dowykuwania. W gładzi kowadłaznajdują się otwory 3. Otwór kwadratowy służy dozamocowywania w nim narzędzi pomocniczych, np. podstawkilub podcinaka Otwór okrągły ułatwia przebijanie otworów wmateriale. Dolną część kowadła stanowi wystający próg, służącydo spęczania dłuższych prętów. Kowadło spoczywa nadębowym pniaku.

20

Zabiegi i operacje kucia swobodnego

Podstawowymi operacjami kucia ręcznego są: przecinanie,przebijanie, wydłużanie, spęczanie, wyginanie, odsądzaniei zgrzewanie.Przecinanie odbywa się na kowadle za pomocąprzecinaków i podcinek.

Przecinaki a) siekierowy, b) tępy, c) kształtowy


Przebijanie otworów może się odbywać na kowadle lubdziurownicy.

21


Wydłu żanie materiału wykonuje się młotkiem lubżłobnikiem na kowadle. Falistą powierzchnię materiału,powstałą po przejściu żłobnika, wygładza się gładzikiem.

Wydłużanie: a) za pomocą nakładki, b) za pomocąkowadeł wypukłych


Wydłużanie na kowadle:a) wydłużanie za

pomocą żłobnika,b) rozszerzanie za

pomocą żłobnika,c) rozszerzanie

płaskownika rabem młotka,

d) wygładzanie gładzikiem kowalskim

22


Poszerzanie

Cyfry oznaczają miejsca kolejnych uderzeń młotka


Spęczanie polega na uderzaniu młotkiem w materiałustawiony pionowo na kowadle, wskutek czego pręt stajesię krótszy i grubszy. Chcąc spęczyć pręt w określonymmiejscu, np. w środku lub na końcu, należy go nagrzać wtym miejscu.

spęczanie sworznia na końcu

spęczanie sworznia w środku

23


Wyginanie materiału.

wyginanie na rogu kowadła wyginanie na krawędzi kowadła


Odsadzaniem nazywa się zmniejszenie grubości materiałuna jego końcu; jest ono wykonywane na kowadle zapomocą odsadzki.

24


Zgrzewanie polega na łączeniu stali przez nagrzanie jej dowysokiej temperatury (ok. 1200°C) i zł ączenie poduderzeniami młota. Końce materiału ścina się ukośnie,nagrzewa, starannie oczyszcza ze zgorzeliny i pododpowiednim naciskiem.

e) zgrzewanie stykowe (doczołowe), f) zgrzewanie na zakładkę, g) zgrzewanie w klin

Kucie maszynowe

Kucie maszynowe jest to sposób kucia, w którym nacisk namateriał wywiera maszyna, działająca naciskiem lubuderzeniem (prasa, kuźniarka, młot mechaniczny itp.).Kucie na prasach nazywa się prasowaniem.

Kucie maszynowe dzieli się na swobodne i matrycowe.Najczęściej maszynowe jest wykonywane na młotach.Młoty ze względu na zastosowanie dzieli się na: do kuciaswobodnego i do kucia matrycowego. Ze względu narodzaj napędu rozróżnia się młoty o napędziemechanicznym oraz młoty parowo-powietrzne.

25

Kucie maszynowe

Najczęściej stosowanym młotem do kucia swobodnego onapędzie mechanicznym jest młot sprężarkowy. Młot tenjest używany w małych kuźniach. Buduje się w różnychwielkościach o ciężarze bijaka 0,5 ÷ 5 kN. W dużychkuźniach do kucia swobodnego są stosowane młotyparowo-powietrzne o ciężarze bijaka do 60 kN.

Kucie maszynowe

Kucie matrycowe polega na nadawaniu kształtuwykonywanym przedmiotom za pomocą udarowegodziałania narzędzia zwanego matrycą.Matryca składa się, podobnie jak forma odlewnicza, zdwóch części odtwarzających kształty zewnętrzne wyrobu.Dolna część matrycy podczas pracy spoczywa na szabociemłota lub na stole prasy. Górna część, umocowana dobijaka młota lub suwaka prasy, uderza w dolną,nieruchomą, część matrycy. Jeżeli w obszarze działaniamatrycy znajduje się dostatecznie plastyczny materiał, toprzybiera on postać przedmiotu, którego kształtyzewnętrzne są odtworzone w matrycy.

26

Kucie maszynowe

Matryc ę jednowykrojow ą. Górnajej część 2 jest połączona z bijakiem3 młota za pomocą klina 5 i wpustu6. Dolna część 1 jest zamocowana wobsadzie 4 klinem 7 i wpustem 8.Obsada spoczywa w szabocie 10, zktórą jest połączona klinem 9. Nadolnej części matrycy spoczywamateriał 11, który pod działaniemmłota lub prasy odkształca sięplastycznie i wypełnia wgłębieniamatrycy, zwane wykrojem.

Kucie maszynowe

Wykrój odpowiadający kształtem gotowej odkuwce wpłaszczyźnie podziału jest otoczony rowkiem, w którymzbiera się nadmiar materiału, tzw. wypływka.

27

Kucie maszynowe

Obcina się ją w następnejoperacji w specjalnejokrojnicy. Składa się ona zpłyty tnącej 3 wspartej napodstawie (niewidocznejna rysunku) oraz stempla 2dopasowanego do kształtuodkuwki, który naciskającodkuwkę 1 przetłacza jąprzez otwór płyty tnącej.Odcięta wypływka 4pozostaje na powierzchnipłyty tnącej.

Kucie maszynowe

Kucie matrycowe ma duże zastosowanie w produkcjiseryjnej odkuwek, przede wszystkim w przemyślemotoryzacyjnym i lotniczym. Umożliwia ono wykonywanieodkuwek o skomplikowanych kształtach w bardzo krótkimczasie. Ostatnio coraz częściej do dokładnego kucia(prasowania) matrycowego stosuje się prasy korbowe,przeważnie typu Maxi.

28

Kucie maszynowe

Kuźniarki są to prasy poziome służące do spęczaniakońców prętów lub rur w matrycach. Na kuźniarkachprodukuje się między innymi odkuwki pierścieni łożysktocznych i zaworów silników spalinowych.

Tłoczenie

29

Tłoczenie

Tłoczenie to proces technologiczny obróbki plastycznej nazimno lub gorąco, obejmujący operacje cięcia ikształtowania blach oraz folii lub płyt niemetalowych alboprzedmiotów o małej grubości w stosunku do innychwymiarów. Procesy tłoczenia dzieli się na cięcie ikształtowanie.

Tłoczenie

� Cięciem nazywamy operacje, podczas którychnastępuje naruszenie spójności materiału — zarównocałkowite, jak i częściowe. Operacje cięcia możnapodzielić na: odcinanie, wycinanie, dziurkowanie,przycinanie, okrawanie, nacinanie, rozcinanie iwygładzanie

� Operacje kształtowania dzieli się na: gięcie,ciągnienie, obciąganie, wywijanie, wygniatanie,rozpęczanie, obciskanie, wyciskanie itp.

30

Tłoczenie

Operacje cięcia:a) wycinanie,b) dziurkowanie,c) przycinanie,d) okrawanie,e) nacinanie

1 — wyrób,2 — odpad,3 — stempel,4 — matryca

Tłoczenie

Najczęściej stosowanymi operacjami cięcia są wycinanie,zwane również wykrawaniem, i dziurkowanie. Operacje tewykonuje się na prasie za pomocą przyrządu zwanegowykrojnikiem . Rozróżnia się wykrojniki bez prowadzenia iz prowadzeniem płytowym lub słupowym.

Wykrojniki: a) bez prowadzenia, b) z prowadzeniem słupowym1.2 — słupy, 3 —głowica, 4 —stempel, 5 — płyta tnąca, 6 — płyta podstawowa, 7 —czop

31

Tłoczenie

Wykrojnik bez prowadzenia jest przeznaczony do mniejdokładnego wykrawania. Stempel jest zamocowany wsuwaku prasy, a płyta tnąca - na stole prasy dokładnie wosi stempla. W wykrojniku z prowadzeniem stempel 4 jestzamocowany w głowicy 3 prowadzonej w dwóch słupach 1i 2. Płyta tnąca jest zamocowana na płycie podstawowej 6mocowanej do stołu prasy Czop 7 jest zamocowany wsuwaku prasy. Wykrojniki z prowadzeniem zapewniająwiększą dokładność wycinania lub dziurkowania. Należyzaznaczyć, że między wycinaniem a dziurkowaniem jesttylko różnica w określeniu, które część ciętej blachy jestwyrobem, a która odpadem. Przy dziurkowaniu blach zotworami jest wyrobem, a przy wycinaniu odwrotnie.Wszystkie operacje cięcia są wykonywane przeważnie zapomocą wykrojników na prasach mimośrodowych.

Tłoczenie

Ciągnienie składa się znastępujących operacji:wytłaczanie, przetłaczaniei dotłaczanie. Pierwsząoperacją ciągnienia jestwytłaczanie, czyliwykonanie np. z krążkablachy o średnicy Dnaczynia w kształciemiseczki za pomocąstempla o średnicy d.

32

Tłoczenie

Następną operacjąciągnienia jestprzetłaczanie, w czasiektórego następujezmniejszenie wymiarówmiseczki uprzedniowytłoczonej, np. ześrednicy d1 na średnicęd2.

Tłoczenie

Jeżeli chcemy uzyskaćmiseczkę o małej średnicyi dużej wysokości, tonależy powtórzyć operacjęprzetłaczania nawetkilkakrotnie, stosującmiędzy operacyjnewyżarzanierekrystalizujące w celuusunięcia skutkówumocnienia. Dotłaczaniestosuje się po wytłoczeniu,jeżeli przedmiotowi należynadać ostateczny kształt.

33

Tłoczenie

Do nowoczesnych metod tłoczenia zalicza się:� tłoczenie wybuchowe, przy którym wykorzystuje się

energię detonacji materiałów wybuchowych,� tłoczenie pneumatyczne, które polega na wykorzystaniu

energii wysokoprężnych gazów,� tłoczenie elektrohydrauliczne, polegające na

wykorzystaniu energii wyładowań elektrycznych wcieczy,

� tłoczenie elektromagnetyczne, w którym jestwykorzystane działanie na blachę impulsu polamagnetycznego.

Tłoczenie

Do tłoczenia używa się najczęściej pras mimośrodowych,korbowych i hydraulicznych. Do ciągnienia używa siebardzo często pras podwójnego działania, aby zapewnićzróżnicowany nacisk na stempel i na dociskacz. Do cięcia,a najczęściej wycinania i dziurkowania, używa się prasmimośrodowych.Do ciągnienia mają zastosowanie prasy korbowe,kolanowe, a również hydrauliczne (przeważnie podwójnegodziałania).

34

Tłoczenie

Wszystkie prasy są uruchamiane dźwignią ręczną lubnożną i powinny być zabezpieczone przed możliwościąwłożenia ręki w obszar prac suwaków. Ostatnio stosuje sięzabezpieczenia za pomocą fotokomórki, która powodujenatychmiastowe zatrzymanie prasy w przypadku, gdyzbliży się rękę do obszaru pracy suwaków. Nowoczesneprasy są sterowane wyłącznie elektrycznie i zamiastdźwigni są wyposażone w pulpit sterowniczy z przyciskamido uruchamiania i sterowania mechanizmami prasy.

Walcowanie

35

Walcowanie

Wyprodukowane w hucie metale i stopy, o ile nie sąprzeznaczone na odlewy, poddaje się obróbce plastycznejgłównie przez walcowanie.W procesie walcowania przedmiot uzyskuje zamierzonykształt w wyniku odkształcenia plastycznego metalu międzyobracającymi się twardymi walcami, tarczami lub rolkami.Walcowanie powoduje zmiany wymiarów walcowanegomateriału.

Walcowanie

Większość półfabrykatów metalowych wytwarza sięmetodą walcowania. Materiałem wyjściowym, z któregoprodukuje się półfabrykaty, są wlewki. Z nich wyrabia się:kęsiska o przekroju kwadratowym, kęsiska płaskie oprzekroju prostokątnym, blachówki, z których następniewalcuje się blachy cienkie, oraz kęsy okrągłe i płaskie.Wytwarzane z półfabrykatów produkty walcowane możnapodzielić na pręty, kształtowniki, taśmy, rury i wyrobyspecjalne, jak np. obręcze kół wagonowych. Większośćwyrobów walcowanych otrzymuje się metodą obróbki nagorąco (kształtowniki, pręty, rury, blachy grube i cienkieitd.). Walcowanie na zimno ogranicza się wyłącznie dowyrobu blach i taśm.

36

Walcowanie

Walcowanie kształtowników, pr ętów i walców polega nastopniowym kształtowaniu profilu walcowanego materiału wkolejnych kalibrowanych wykrojach walców bruzdowych.

Walcowanie gwintówPodczas walcowania zarys gwintu uzyskuje się wskutekplastycznego odksztalcenia. Walcowania gwintu możnadokonywać:szczękami,rolkami,

Walcowanie

Walcowanie gwintu szcz ękami polega na tym, że jednaze szczęk 2 jest umocowana nieruchomo na obrabiarce, adruga 1 w ruchomym jej suwaku. W czasie pracy szczękisą przesunięte względem siebie o wartość połowy skokugwintu, a na powierzchniach roboczych szczęk są nacięterowki pochylone pod kątem, równym kątowi wzniosugwintu.

37

Walcowanie

Walcowanie gwintu za pomoc ą rolek odbywa się naspecjalnych obrabiarkach, wyposażonych w obracające sięrolki 4 ustawione do siebie równolegle. Przy walcowaniugwintu za pomocą rolek uzyskuje się większą dokładność,ponieważ oś przedmiotu 3 wspartego na prowadnicy 5znajduje się na linii łączącej środek rolek.

Walcowanie

Proces walcowania odbywa się w urządzeniach zwanychwalcarkami. Są to maszyny do obróbki plastycznej metodąwalcowania wsadu na półfabrykat lub wyrób ostateczny.Walcarka składa się z klatki roboczej i elementównapędowych przenoszących ruch obrotowy od silnika nawalce oraz elementów mocujących je do fundamentów. Wprzemyśle stosuje się wiele typów tych urządzeń,różniących się znacznie między sobą. Różnice te jednaknie dotyczą charakteru pracy i zasady działania głównychelementów roboczych. Podstawowymi elementamikonstrukcyjnymi decydującymi o przebiegu procesu sąwalce, których zadaniem jest odkształcenie metalu przezwalcowanie. Walce zależnie od rodzaju walcowania mogąmieć różne kształty i wymiary.

38

Walcowanie

Klatką roboczą nazywamy zespół roboczy walców wraz złożyskami, ich obudową, urządzeniem do nastawiania iwyrównoważenia walców, urządzeniem smarującym ichłodzącym.Klatka walców roboczych może być wyposażona w walcegładkie lub bruzdowe. Walce gładkie składają się z beczki1, stanowiącej środkową część walca, czopów 2 doosadzania walca w łożyskach i rozet 3, za pomocą którychłączy się walce z mechanizmem napędowym. Walcebruzdowe różnią się od gładkich kształtem częściśrodkowej 1.

Walcowanie

Służą one do nadawania walcowanym , materiałomokreślonych zarysów. Bruzdy kolejno wykonują różneoperacje walcowania. Przygotowanie bruzd oraz określeniekolejności przebiegu walcowania nazywamy kalibrowaniemwalców.Niekiedy proces walcowania jest tak złożony, że wszystkiebruzdy przewidziane planem operacyjnym nie mieszczą sięw jednej klatce walcowniczej. W takim przypadku ustawiasię obok siebie w linii głównej jeszcze jedną lub więcejklatek walcowniczych, które otrzymują napęd od tegosamego silnika za pośrednictwem pierwszej klatki walcówroboczych.

39

Walcowanie

Najprostsze walcarki składają się z dwóch walców. Takiukład nazywa się duo. Walcarki w układzie duo mogą byćjednokierunkowe lub zwrotne. W jednokierunkowychwalcarkach duo walcowanie przebiega tylko w jednymkierunku. jednokierunkowe mogą służyć do walcowaniastosunkowo niewielkich walcówek. Większe mogą byćwalcowane na walcarkach duo zwrotnych. W takichurządzeniach walce po przejściu między nimi materiałuzmieniają kierunek obrotu.

Układ walców walcarek duo:

a) jednokierunkowej,

b) zwrotnej

Walcowanie

Umieszczenie w klatce roboczejtrzeciego walca umożliwia pracę wobie strony bez konieczności zmianykierunku obrotu walców. Taki układwalców nazywamy trio. Wwalcarkach trio materiał przechodzina przemian między walcem górnyma środkowym i następnie wprzeciwnym kierunku — międzyśrodkowym a dolnym. Odległościmiędzy walcami można zmieniać wpewnych granicach dzięki możliwościprzesuwania walców zewnętrznych wpłaszczyźnie pionowej.

40

Walcowanie

Do walcowania cienkich blach stosujesię walcarki pracujące w układzieczterech walców, tzw. kwarto. Dwawalce środkowe o małej średnicywykonują pracę walcowania.Stosowanie walców roboczych omałych średnicach umożliwiauzyskanie dużych naciskówjednostkowych przy małych siłachdociskających walce. Walce roboczewspierają się na walcach oporowych odużej średnicy. Dzięki temu podczaswalcowania blach walce robocze niewyginają się pod naciskiem materiału

Ciągnienie drutów, prętów i rur

41


Ciągnienie to obróbka plastyczna wykonywana na zimnolub na gorąco, powodująca zmiany kształtu lub polaprzekroju poprzecznego materiału w postaci drutu, prętalub rury pod wpływem przeciągania go przez otwórnarzędzia (ciągadła) lub między walcami.Ciągnienie stosuje się do wyrobu prętów, drutów orazróżnego rodzaju rur (bez szwu i ze szwem). W celuuzyskania odpowiednich wymiarów wyrobu niejednokrotnienależy ciągnąć materiał przez kilkanaście, niekiedy nawetkilkadziesiąt coraz mniejszych ciągadeł. Operacjeciągnienia wykonuje się na maszynach zwanychciągarkami.


Przekrój typowego ciągadła przedstawia rysunek. Stożekwejściowy służy do wprowadzania materiału do ciągadła.Stożek smarujący ma za zadanie doprowadzić smar doczęści roboczej ciągadła. Ciągadło jest najbardziejobciążone w części zwanej stożkiem zgniatającym, gdyż tujest wykonywana główna praca zgniatania materiału. Kątstożka zgniatającego musi być starannie dobrany do rodzaju przeciąganego materiału, własności i rodzaju użytego smaru oraz wymiarów przeciąganego materiału. Zawiera się on zwykle w granicach 4÷12°.

42


Pierścień kalibrujący ostatecznie wygładza powierzchnięprzeciągniętego materiału i nadaje mu wymagane wymiary.Długość pierścienia kalibrującego powinna zapewniaćprawidłowe wykonanie zadania. Zbyt krótkie pierścieniezużywają się i szybko tracą wymiary, natomiast nadmierniedługie są przyczyną straty mocy na tarcie.

Stożek wyjściowy ma za zadanie ułatwienie wyjściamateriału oraz zabezpieczenie ciągadła przedwykruszaniem się.


Ciągadła wykonuje się z materiałów twardych ijednocześnie odpornych na ścieranie. Pręty, druty i rury odużych wymiarach ciągnie się przez ciągadła wykonane zestali chromowej. Do ciągnienia drutów o mniejszychśrednicach używa się ciągadeł wykonanych ze spiekanychwęglików wolframu i tytanu. Do ciągnienia na małeśrednice stosuje się zwykle ciągadła wykonane z diamentu.

43


W przemyśle stosuje się wiele typów ciągarek. Dociągnienia drutów z materiałów miękkich służą ciągarkiwielostopniowe, w których drut przechodzi przez szeregciągadeł.Z bębna 1 drut przeznaczony do przeciągania na mniejsząśrednicę przechodzi przez ciągadło umieszczone woprawie 3. Po wyjściu z ciągadła drut opasuje obracającysię bęben wielopierścieniowy 2, który dzięki tarciu wywierana drut siłę ciągnącą.Przedstawiona na rysunku ciągarka jest wyposażona wkilkanaście ciągadeł i odpowiednią liczbę pierścieni nabębnie ciągnącym.


Ciągarka wielostopniowa

44


Ciągnienie rur wykonuje się z użyciem lub bez użyciatrzpienia. Ciągnienie rur na trzpieniu najczęściej stosuje sięwtedy, gdy należy nie tylko zmniejszyć średnicęzewnętrzną wytwarzanej rury, lecz również grubość jejścianek. Rozróżnia się przy tym ciągnienie rur na trzpieniustałym, na trzpieniu ruchomym oraz na trzpieniuswobodnym.


Podczas ciągnienia rury na trzpieniu stałym nieruchomejest zarówno ciągadło, jak i trzpień. Zaletą tej metody jestzsuwanie się rury z trzpienia wraz z postępem procesuciągnienia. Dzięki temu rura po wyjściu z ciągadła nie jestna trzpieniu obciśnięta. Wadą zaś jest ograniczona długośćrury.

45


Wada ograniczenia długości nie występuje przy ciągnięciurury na trzpieniu swobodnym, lecz większe jest tu niż wpoprzedniej metodzie tarcie materiałów o powierzchniętrzpienia.

Zasady bezpiecznej pracy podczas obróbki plastycznej

46


W zakładach obróbki plastycznej istnieje szczególnie dużezagrożenie wypadkowe ze względu na operowaniegorącymi materiałami oraz pracę młotów, pras i innychurządzeń. Stałym zagrożeniem bezpiecznej i higienicznejpracy są hałas, zapylenie, dym i gazy oraz wysokatemperatura od pieców grzewczych. Podczas pracy przytakim zagrożeniu sprawą niezmiernie ważną jestzapoznanie się każdego pracownika ze stanowiskowąinstrukcją bhp oraz wyposażenie we właściwą dla danegostanowiska odzież ochronną i sprzęt ochrony osobistej.


W szczególności należy:� zabezpieczyć wszystkie młoty mechaniczne w kuźniach

od strony przejść ekranami, ażeby odpryskującazgorzelina nie poparzyła przechodzących,

� zachować szczególną ostrożność podczas przenoszeniagorącego materiału wsadowego z pieca pod młot,

� przestrzegać zasady, że rozpalanie pieców grzewczychmoże być dokonywane tylko przez uprawnione osoby, zzachowaniem wszystkich wymogów bez-pieczeństwa,

� przestrzegać, aby pedał uruchamiający młoty i prasy byłzabezpieczony przed możliwością przypadkowegowłączenia,

47


� zwrócić uwagę, by wszystkie ruchome części młotów ipras były zabezpieczone osłonami,

� przestrzegać, by przy prasach do cięcia i tłoczenia byłystosowane osłony lub inne zabezpieczenia obszarupracy tłocznika uniemożliwiającego włożenie rąk do tejniebezpiecznej strefy,

� używać rękawic do przenoszenia wytłoczek z blach iodpadów, aby uniknąć skaleczeń o krawędzie blach.

Documents

Klasyfikacja i podstawy teoretyczne procesów obróbki ... obr.pdf · Obróbka plastyczna korzystnie wpływa na rozkład włókien w kształtowanym przedmiocie, powodując popraw