Podstawy obróbki plastycznej.doc

(1385 KB) Pobierz

PODSTAWY OBRÓBKI PLASTYCZNEJ

Obróbka plastyczna ma na celu zmianę własności i kształtu materiałów materiałów wyniku odkształcenia plastycznego na gorąco lub na zimno.

Pod działaniem sił zewnętrznych metale ulegają odkształceniom. Zdolność metali do zmieny kształtu pod działaniem sił zewnętrznych jest wykorzystywana w przemyśle do wytwarzania z wlewków różnego rodzaju półfabrykatów, jak pręty, blachy, kształtowniki, rury. Półfabrykaty przerabia się następnie na gotowe przedmioty, np. śruby, druty, gwoździe, naczynia blaszane i wiele innych.

Obróbka plastyczna korzystnie wpływa na rozkład włókien w kształtowanym przedmiocie, powodując poprawę własności mechanicznych.

Jeżeli naprężenia wywołane działaniem sił zewnętrznych nie przekraczają pewnej wartości zwanej granicą plastyczności, to odkształcenie nazywa się sprężystym. Odkształcenie takie nie jest trwałe, lecz ustępuje po ustaniu działania siły na metal. Przekroczenie granicy plastyczności powoduje pojawienie się w materiale, oprócz odkształceń sprężystych, również i odkształceń trwałych (plastycznych).

Jeżeli odkształcenie plastyczne nastąpi w temperaturze otoczenia, to można zauważyć, że niektóre metale, np. żelazo, miedź i srebro, oraz pewne stopy, np. stal, brąz, mosiądz i inne, zmieniają swe własności. Stają się twardsze i wytrzymalsze, lecz wraz ze wzrostem wartości zgniotu są coraz mniej plastyczne. Nie tylko własności mechaniczne ulegają zmianie. Zmieniają się również własności elektryczne, np. w metalach odkształconych plastycznie maleje przewodność elektryczna. Wpływ zgniotu ujawnia się wyraźnie w strukturze zgniecionego metalu. W ziarnach metalu odkształconego plastycznie stają się widoczne pod mikroskopem płaszczyzny poślizgów. W miarę postępowania zgniotu przesunięcia części kryształów po płaszczyznach poślizgów powodują wydłużenie się ziaren w kierunku największego wydłużenia materiału. W dalszej fazie procesu następuje pewne uporządkowanie kierunków osi krystalograficznych. Przybierają one kierunki wzajemnie do siebie równoległe. Taką strukturę nazywa się teksturą zgniotu.

Zarówno umocnienie powstałe wskutek odkształceń plastycznych, jak i kształt zgniecionego ziarna są trwałe tylko do pewnej temperatury. Wyżarzanie zgniecionego materiału powoduje w nim zmiany. Wyżarzanie w niskiej temperaturze wpływa na zmniejszenie naprężeń własnych, które występują w metalu po zgniocie. Obróbka cieplna, podczas której usuwa się naprężenia własne bez zmiany własności mechanicznych nazywa się odprężeniem.

Zmniejszeniu naprężeń własnych nie towarzyszą zmiany własności mechanicznych pod warunkiem, że podczas wyżarzania nie zostanie przekroczona pewna określona dla każdego materiału temperatura. Wyżarzanie zgniecionego metalu w pobliżu tej temperatury powoduje, poza zanikiem naprężeń, zmniejszenie własności wytrzymałościowych wytrzymałościowych polepszenie własności plastycznych. Po dostatecznie długim okresie wyżarzania w tej temperaturze zgnieciony materiał odzyskuje własności, które miał przed zgniotem. Zjawisko powrotu własności w wyniku wyżarzania zgniecionego materiały nazywa się nawrotem lub zdrowieniem.

Wyżarzanie w jeszcze wyższej temperaturze powoduje nie tylko odprężenie i powrót do własności, którymi odznaczał się materiał przed zgniotem, lecz również likwidację struktury włóknistej powstałej w wyniku obróbki plastycznej. Zjawisko odbudowy struktury komórkowej nazywa się rekrystalizacją. Rekrystalizacja jest w procesach obróbki plastycznej wykorzystywana do odzyskiwania własności plastycznych metalu utraconych podczas znacznych zgniotów. Temperaturę rekrystalizacji można w przybliżeniu określić wg empirycznego wzoru

Tr = A * Top

W którym: Tr – temperatura rekrystalizacji w K,

Top – temperatura topnienia w K,

A – współczynnik wynoszący 0,4 dla czystych metali oraz 0,6 dla stopów o budowie roztworów stałych.

Obróbka plastyczna odbywająca się w temperaturze niższej od temperatury rekrystalizacji powoduje umocnienie materiału. Nie obserwuje się natomiast zupełnie umocnienia podczas obróbki plastycznej metali ogrzanych do temperatury przekraczającej temperaturę rekrystalizacji. Stąd podział na obróbkę plastyczną na gorąco – przebiegającą w temperaturze przekraczającej temperaturę rekrystalizacji – oraz obróbkę plastyczną na zimno – w temperaturze niższej od temperatury rekrystalizacji.

KUCIE

Kucie

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

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. Metodą tą można wykonywać odkuwki o dowolnej masie. Maksymalna masa surowca w postaci wlewków na odkuwki kute swobodnie wynosi 500 Mg. 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

Kleszcze kowalskie:

Płyta kowalska:

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 ciężarze nieprzekraczającym kilkuset kilogramów. Zaletami procesu kucia matrycowego są: niewielki czas wykonania wyrobu, możliwość produkowania odkuwek o skomplikowanych kształtach, możliwość zatrudnienia w produkcji pracowników przyuczonych oraz małe straty materiału wskutek stosowania małych naddatków na obróbkę.

Młoty

W procesach kucia są stosowane różnego rodzaju młoty napędzane silnikami elektrycznymi, sprężonym powietrzem lub parą wodną.

Energia uderzenia młota zależy od masy części spadającej i prędkości ruchu. Część spadająca młota nosi nazwę bijaka. Część młota przyjmująca uderzenia, na której stoi kowadło, nazywa się szabotą. Bijak porusza się zazwyczaj zazwyczaj prowadnicach, które zapewniają mu ruch prostoliniowy. Dzięki prowadnicom bijak trafia zawsze w to samo miejsce, co jest szczególnie ważne podczas kucia matrycowego. Szamota wspiera się na fundamencie.

Młoty sprężarkowe są stosowane głównie do kucia swobodnego. Bijak jest w ruch napędzany za pomocą sprężonego powietrza dostarczanego przez połączoną z młotem sprężarkę. Tłok napędzany silnikiem za pomocą przekładni pasowej spręża w cylindrze sprężarki powietrze, które następnie przetłacza do cylindra bijaka. Znaczny wzrost ciśnienia nad tłokiem bijaka powoduje jego opadanie. Jednocześnie powietrze spod tłoka bijaka przepływa pod tłok sprężarki. Zmiana kierunku ruchu sprężarki powoduje przetłaczanie sprężonego powietrza pod tłok bijaka i tym samym jego podnoszenie. Siłę uderzenia bijaka można regulować w szerokim zakresie za pomocą zaworów. Młoty sprężarkowe są rożnej wielkości, zależnie od masy bijaka. Masa bijaka najmniejszego młota sprężarkowego nie przekracza 50kg, a najmniejszego 2000kg.

Młoty parowo-powietrzne mogą być napędzane zarówno parą, jak i sprężonym powietrzem pobieranym z instalacji przemysłowej. Ciśnienie robocze pary lub powietrza w tych urządzeniach wynosi 0,5 – 0,8 MPa.

Rozróżnia się młoty parowo powietrzne jednostronnego i dwustronnego działania.

Młoty przeciwbieżne nadają się specjalnie do kucia matrycowego. Działanie ich polega na ruchu dwóch bijaków w przeciwnych kierunkach. Górny bijak jest poruszany ciśnieniem pary lub powietrza wtłaczanego do cylindra. Bijak dolny jest podłączony z bijakiem górnym za pomocą taśmy stalowej lub układu dźwigni. Oba bijaki spotykają się w połowie drogi, wywierając nacisk na znajdujący się między nimi materiał.

Prasy kuźnicze

Oprócz młotów do wykonywania odkuwek używa się pras kuźniczych. Istotna różnica między działaniem młota i prasy tkwi w sposobie wywierania nacisku na przerabiany materiał. Młot działa gwałtownie na materiał i z tego powodu odkształcają się głównie warstwy zewnętrzne. Podczas prasowania naciski wywierane przez prasę na materiał są długotrwałe i to jest powodem, że odkształcenia sięgają głęboko do wnętrza materiału, korzystnie wpływając na jego własności.

Najczęściej są stosowane prasy korbowe, cierno-śrubowe i hydrauliczne.

WALCOWANIE

Walcowanie

Rodzaj obróbki plastycznej metali wykonywany na walcarkach.

Walcowanie polega na kształtowaniu materiału między obracającymi się walcami, tarczami, rolkami lub przemieszczającymi się względem siebie narzędziami płaskimi.

Sposoby walcowania:

· wzdłużne

· poprzeczne

· poprzeczno-klinowe

· pielgrzymowe

· kuźnicze

· skośnie

Walcowanie wzdłużne jest podstawową metodą kształtowania wyrobów hutniczych, takich jak pręty, kształtowniki, blachy itp. Pozostałymi metodami walcowania można również kształtować rury oraz wyroby osiowo-symetryczne.

Inny podział ze względu na temperaturę walcowanego materiału

· walcowanie na zimno

· walcowanie na gorąco

· walcowanie na ciepło

Walcarki

Proces walcowania odbywa się w urządzeniach zwanych walcarkami. SA to maszyny do obróbki plastycznej metodą walcowania wsadu na półfabrykat lub wyrób ostateczny. Walcarka składa się z klatki roboczej i elementów napędowych przenoszących ruch obrotowy od silnika na walce oraz elementów mocujących je do fundamentów. W przemyśle stosuje się wiele typów tych urządzeń, różniących się znacznie między sobą. Różnice te jednak nie dotyczą charakteru pracy i zasady działania głównych elementów roboczych. Podstawowymi elementami konstrukcyjnymi decydującymi o przebiegu procesu są walce zależnie od rodzaju walcowania mogą mieć różne kształty i wymiary. Klatką roboczą nazywamy zespół walców wraz z łożyskami, ich obudową, urządzeniem do nastawiania i wyrównoważania walców, urządzeniem smarującym i chłodzącym. Walce klatki roboczej są napędzane pośrednio przez przekładnię zębatą za pomocą silnika elektrycznego. Silnik napędza bezpośrednio przekładnię zębatą zmniejszającą prędkość obrotową. Ze skrzynki przekładniowej ruch obrotowy przenosi się na klatkę walców zębatych, która służy do rozgałęzienia napędu i przenoszenia go na poszczególne walce klatki roboczej. Napęd ten przenosi się na klatkę roboczą za pomocą łączników i nasuwek. Klatka walców roboczych może być wyposażona w walce gładkie lub bruzdowe. Walce gładkie składają się z beczki stanowiącej środkową część walca, czopów do osadzania walca w łożyskach i rozet, za pomocą których łączy się walce z mechanizmem napędowym. Walce bruzdowe różnią się od gładkich kształtem części środkowej. Służą one do nadawania walcowatym materiałom określonych zarysów. Bruzdy kolejno wykonują różne operacje walcowania. Przygotowanie bruzd oraz określenie kolejności przebiegu walcowania nazywamy kalibrowaniem walców. Niekiedy proces walcowania jest tak złożony, że wszystkie bruzdy przewidziane planem operacyjnym nie mieszczą się w jednej klatce walcowniczej. W takim przypadku ustawia się obok siebie w linii głównej jeszcze jedną lub więcej klatek walcowniczych, które otrzymują napęd od tego samego silnika za pośrednictwem pierwszej klatki walców roboczych. Najprostsze walcarki składają się z dwóch walców. Taki układ nazywa się duo. Walcarki w układzie duo mogą być jednokierunkowe lub zwrotne. W jednokierunkowych walcarkach duo walcowanie przebiega tylko w jednym kierunku. Ponieważ w celu uzyskania gotowego produktu materiał należy przepuszczać między walcami kilka razy, konieczne jest podawanie walcowanego produktu na drugą stronę walcarki. Zadanie mechanizmu podającego spełnia w takim przypadku walec główny. Przenosi on pręty z powrotem na przeciwną stronę. Walce jednokierunkowe mogą służyć do walcowania stosunkowo niewielkich walcówek. Większe mogą być walcowane na walcarkach duo zwrotnych. W takich urządzeniach walce po przejściu między nimi materiału zmieniają kierunek obrotu. Walcarki te walcują materiał podczas ruchu w obu kierunkach. Główną wadą walcarek duo zwrotnych jest konieczność hamowania dużych mas obracających się dużą prędkością. W układzie walców duo zwrotnych pracują walcarki stosowane do wstępnego walcowania wlewków. Są to tzw. Zgniatacze, wyrabiające kęsiska lub kęsy, służące później do produkcji prętów lub kształtowników, oraz blichówki przerabiane następnie na blachy cienkie. Umieszczenie w klatce roboczej trzeciego walca umożliwia pracę w obie strony bez konieczności zmiany kierunku obrotu walców. Taki układ walców nazywamy trio. W walcarkach trio materiał przechodzi na przemian między walcem górnym a środkowym i następnie w przeciwnym kierunku – między środkowym a dolnym. Odległości między walcami można zmieniać w pewnych granicach dzięki możliwości przesuwania walców zewnętrznych w płaszczyźnie pionowej. Do walcowania cienkich blach stosuje się walcarki pracujące w układzie czterech walców, tzw. Kwarto. Dwa walce środkowe o małej średnicy wykonują pracę walcowania. Stosowanie walców roboczych o małych średnicach umożliwia uzyskanie dużych nacisków jednostkowych przy małych siłach dociskających walce. Walce robocze wspierają się na walcach oporowych o dużej średnicy. Dzięki temu podczas walcowania blach walce robocze nie wyginają się pod naciskiem materiału. Blachy określonej szerokości walcuje się w walcarkach uniwersalnych. Są w nich stosowane układy walców o osiach poziomych i pionowych. Najprostsza walcarka uniwersalna jest wyposażona w jedną parę walców poziomych i jedną parę pionowych. Walcarkę uniwersalną można stosować między innymi – do walcowania belek dwuteowych. Za pomocą walcowania można produkować również wyroby o skomplikowanych kształtach, np. koła tarczowe, bandaże do kół wagonowych.

TŁOCZENIE

Tłoczenie

Obejmuje szereg różnorodnych procesów obróbki plastycznej realizowanych głównie na zimno i stosowanych do rozdzielania, kształtowania i łączenia materiałów w postaci blach, folii i płyt (metalowych lub niemetalowych). Tłoczenie przeprowadza się za pomocą przyrządów zwanych tłocznikami, przeważnie na prasach mechanicznych lub hydraulicznych. Ponieważ jeden z wymiarów (grubość) półwyrobu jest istotnie mniejszy od dwóch pozostałych - stan naprężenia (poza pewnymi wyjątkami) można uważać za płaski. Procesy tłoczenia, podczas których nie dochodzi do rozdzielania materiału stanowią oddzielną grupę (tzw. tłoczenie - kształtowanie). Szczegółową klasyfikację i nazwy poszczególnych procesów tłoczenia rozróżnia przede wszystkim występujący stan naprężenia.