Politechnika Warszawska

Wydział Inżynierii Środowiska

Materiałoznawstwo

Obróbka plastyczna i roboty blacharskie

Wykonał: Piotr Owczarczyk

COWiG 3

Sprawdzał: mgr inż. Andrzej Bieńkowski

1. Procesy tłoczenia

Tłoczenie jest to proces technologiczny obróbki plastycznej na zimno lub gorąco, obejmujący operacje 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.  Zabiegi, które najczęściej obejmuje tłocznie to cięcie, gięcie, ciągnienie, ściskanie, wyoblanie, obciąganie.

1.1 Cięcie

Można wyróżnić następujące rodzaje cięcia: wycinanie, odcinanie, dziurkowanie, przycinanie, nadcinanie, okrawanie, wygładzanie.

1.2 Gięcie

Gięcie jest procesem kształtowania, gdzie zmiana krzywizny zachodzi w jednej płaszczyźnie, a grubość materiału pozostaje niezmieniona. Przedmiot gięty w tłocznikach zachowuje nadany mu kształt, gdyż odkształcenia te mają charakter trwały. Urządzenie do gięcia jest podobne jak przy cięciu. Aby dokonać gięcie, zamiast ciecia, należy do tłocznika założyć stempel przystosowany do gięcia i odpowiednią matrycę.

Przykłady zginania przedstawia rys 5.

Rys. 5 Typowe przypadki gięcia blach: a - kształt „V”, 1 - stempel, 2 - matryca, 3 - dociskacz.

1.3 Ciągnienie

Operacjami ciągnienia posługujemy się przy wykonywaniu naczyń o różnych kształtach. Materiałem wyjściowym do produkcji tych naczyń są różnego kształtu płaskie wykroje z blachy. Czesem wykrojenie i ciągnienie odbywa się na jednym przyrządzie przy jednym ruchu roboczy stępla w dwóch kolejno następujących po sobie operacjach. Ciągnienie można podzielić na trzy rodzaje: wytłaczanie, wyciąganie, dotłaczanie.

Wytłaczanie

Wytłaczanie jest operacją, przy której z płaskiego materiału wyjściowego otrzymujemy naczynie przybierające kształt stempla tłocznika. Pod działaniem stempla materiał ulega uplastycznieniu i stopniowo przemieszcza się w głąb płyty ciągowej (rys. 1). Jak widać, strefa kontaktu materiału z płytą ciągową (tzw. kołnierz) jest oddzielona od strefy kontaktu ze stemplem powierzchnią swobodną. W czasie trwania procesu wymiary kołnierza i powierzchni swobodnej zmniejszają się, natomiast wzrasta obszar strefy kontaktu materiału ze stemplem.

Warunkiem poprawnej realizacji wytłaczania jest, aby ścianka powstającej wytłoczki mogła w każdej chwili przenieść niezbędne obciążenia.

Rys. 1 Poszczególne fazy wytłaczania

 

Wytłaczanie z dociskaczem

Materiał wyjściowy ustawia się na pierścieniu ciągowym, a stempel opuszcza i przeciąga materiał przez pierścień ciągowy kształtując naczynie. Luz pomiędzy pierścieniem i stemplem powinien być nieco większy od grubości materiału. Dociskacz zapobiega tworzeniu się fałd. Im cieńszy materiał tym bardziej fałduję się.

Wyciągnienie

Jeżeli wytłoczka jest za wysoka i nie może zostać wykonana w jednej operacji  - to najpierw stosuje się wytłaczanie. Otrzymaną wytłoczkę o średnicy większej i wysokości odpowiednio mniejszej od wymaganej poddaje się kolejnym operacjom przetłaczania. Wytłaczanie połączone z przetłaczaniem nosi nazwę ciągnienia wytłoczek.

Przewijanie (przetłaczanie z przewijaniem)

Schemat przewijania pokazano na rys. 2. Jak widać, powierzchnia zewnętrzna wytłoczki zamienia się na wewnętrzną. Sposób ten jest stosowany głównie do przetłaczania wytłoczek  o dużych średnicach przy małej grubości.

Rys. 2 Połączenie wytłaczania z przewijaniem na prasie podwójnego działania:
a) wytłaczanie górnym stemplem drążonym (1), b) przewijanie dolnym stemplem (2);
3 - dociskacz, 4 - płyta ciągowa, 5 - wytłoczka

Dotłaczanie

Wytłaczanie głębszych przedmiotów w jednej operacji wytłaczanie można uzyskać stosując dociskacz.

1.4 Wyoblanie

Proces wyoblania przdestawiony jest na rysunku 3. Przeprowadza się go na maszynach zwanych wyoblarkami. Na obrotowej części wyoblarki przymocowany jest wzornik (2). DO wzronika mocuję się krazek blachy (1). Na wirującą blachę wywiera się nacisk za pomocą wyoblaka (3), starając się ją przygiąć do powierzchni wzornika (2).

Wyoblanie stosuje się w produkcji jednostkowej lub seryjnej, gdy wykonanie przyrządów do ciągnienia byłoby zbyt kosztowne

Rys 3. Wyoblanie

1.5 Obciąganie

Obciąganie jest operacją łączącą gięcie z rozciąganiem. Ta technologia wytwarzania rozwinęła się w przemyśle samochodowym. Stosuje się grubości blach stalowych do 1,5 mm i blach ze stopów aluminium i magnezu do 3,0 mm.

1.6 Inne operacje tłoczenia - kształtowania

W praktyce spotykamy metody odmienne od omówionych dotychczas jak np:

• gięcie

• rozciąganie na wzornikach (gięcie z rozciąganiem)

• rozpęczanie

• obciskanie

• kształtowanie miejscowe (np. wywijanie obrzeży wytłoczek)

• operacje łączenia.

Rozpęczanie stosuje się w celu miejscowego powiększenia średnicy wytłoczki. Wytłoczkę umieszczoną w dzielonej matrycy poddaje się rozpęczaniu z wykorzystaniem gumowego stempla, ciśnienia cieczy (gazu), względnie ciśnienia wytwarzanego podczas spalania materiału wybuchowego o działaniu miotającym lub mieszanki paliwowo - powietrznej (po umieszczeniu przyrządu w komorze zamkniętej). Zamiast stempla gumowego można stosować stempel składający się z kilku segmentów rozsuwanych za pomocą centralnego trzpienia stożkowego.

Rys. 4 Wytłoczka rozpęczana w dzielonej matrycy; 1 - połówki dzielonej matrycy, 2 - wytłoczka przed rozpęczeniem, 4 - wytłoczka po rozpęczeniu

Obciskanie (rys. 5) polega na zmniejszeniu (lokalnym) średnicy wytłoczki. W strefie odkształcanej występuje dwuosiowe ściskanie. Odkształcenie możliwe do uzyskania w jednej operacji obciskania jest ograniczone, gdyż siłę obciskania przenoszą ścianki wytłoczki. Wobec tego przy zbyt dużych odkształceniach może wystąpić utrata stateczności lub niepożądane uplastycznienie ścianki. Przy wytłoczkach z cienkich  blach utrata stateczności (fałdowanie) może pojawić się także w strefie poddanej obciskaniu.

        

Rys. 5 Obciskanie (a) oraz obciskanie z przewijaniem (b): 1 - matryce; ścianki wytłoczek (2) przenoszą siłę obciskania - zbyt duża siła występująca w procesie może wywołać utratę stateczności ścianek lub odkształcenia plastyczne w niewłaściwym miejscu, co nakłada ograniczenie na wartość odkształcenia możliwego do realizacji .

 

Wywijanie

Rys. 6 Schemat wywijania krawędzi otworu bez pocieniania ścianki:  z małą (a) i dużą szczeliną s (b): 1 - stempel, 2 - materiał, 3 - matryca

1.7. Specjalne metody tłoczenia - kształtowania

Istnieje szereg metod tłoczenia - kształtowania o specjalnym przeznaczeniu, które wykorzystuje się w przypadkach, gdy konwencjonalne metody nie są efektywne. Dotyczy to zwłaszcza warunków produkcji jednostkowej i małych serii wyrobów o specyficznych kształtach lub wykonywanych z materiałów o niskiej tłoczności.  

Tłoczenie - kształtowanie z wysokimi prędkościami odkształcenia

W procesach tłoczenia - kształtowania z wysokimi prędkościami odkształcenia wykorzystuje się:

• energię fali uderzeniowej powstającej przy detonacji materiałów wybuchowych kruszących lub podczas wyładowania elektrycznego,

• ciśnienie wytwarzane podczas spalania materiałów wybuchowych miotających lub mieszanek gazowych i paliwowo - powietrznych,

• energię pola elektromagnetycznego.

Tłoczenie wybuchowe. Ładunki kruszące (np. trotyl) stosuje się przy kształtowaniu wyrobów o dużych i bardzo dużych gabarytach (nawet do kilku metrów) z grubych blach i materiałów o wysokiej wytrzymałości, np. elementów dużych zbiorników ciśnieniowych (dennic), rakiet kosmicznych itp. Kształtowanie odbywa się na wolnym powietrzu lub w zbiornikach wodnych otwartych, z dala od zabudowań (np. na poligonach wojskowych). Jedynym elementem tłocznika jest matryca (zwykle metalowa lub żelbetowa z wykładziną kompozytową), rolę stempla spełnia ciśnienie na froncie fali uderzeniowej. Istotną rolę odgrywa masa ładunku, jego ukształtowanie oraz usytuowanie względem powierzchni półwyrobu i głębokość zanurzenia H. Czynniki te wpływają na wartość energii efektywnej (wywołującej odkształcenie plastyczne) i kształt czoła fali uderzeniowej.

Tłoczenie elektrohydrauliczne. Przebiega podobnie jak tłoczenie wybuchowe ładunkami kruszącymi, przy czym fala uderzeniowa powstaje wskutek wyładowania elektrycznego dużej mocy w cieczy dielektrycznej.

Tłoczenie elektromagnetyczne. Jest to krótkotrwały impuls prądu przepływającego przez induktor wytwarza impuls pola elektromagnetycznego o dużym natężeniu, co powoduje powstanie w materiale kształtowanym prądów wirowych. W efekcie powstaje siła oddziaływania powodująca odpychanie materiału od induktora. Ciśnienie działające na powierzchnię blachy może osiągać wartości rzędu kilkuset do kilku tysięcy MPa. Półwyrób zderza się z matrycą z prędkością ok. 300 - 400 m/s. Osiąga się dużą dokładność wyrobów i wydajność. W pewnych przypadkach stosuje się kilka impulsów prądu, przy czym pierwsze z nich są używane do podgrzania materiału w celu podwyższenia własności plastycznych.

Tłoczenie hydrauliczne. W procesach tłoczenia hydraulicznego wykorzystuje się ciśnienie cieczy działające na powierzchnię blachy bezpośrednio lub poprzez gumową przeponę. Ciecz może spełniać rolę stempla, wtłaczając półwyrób do matrycy, względnie zastępować działanie matrycy, obciskając blachę na stemplu. Tłoczenie przeprowadza się na prasach hydraulicznych specjalnych lub posiadających odpowiednie wyposażenie. W pewnych przypadkach tłoczenie hydrauliczne może być realizowane bez udziału prasy - ciecz pod ciśnieniem pompuje się do wnętrza specjalnego pojemnika gumowego, umieszczonego pomiędzy dwoma sztywnymi płytami, połączonymi ze sobą. Matryca wraz z kształtowaną blachą jest umieszczona pod pojemnikiem z cieczą na dolnej płycie urządzenia.

2. Fragment instalacji wentylacji mechanicznej

Kanały wentylacyjne robi się z blachy ocynkowanej (tzw. białej), aby były odporne na działanie korozji i zarastanie.

Sposoby łączenia blachy:

3. Pudełko i technologia jego tworzenia

Etapy wykonywania pudełka:

Trasowanie

Na otrzymanym arkuszu blachy (nieocynkowanej, czarnej) przy pomocy rysika rysuje się poszczególne linie cięcia

Ciecie

Blachę cięto specjalnymi ręcznymi nożycami, pozostawiając trochę naddatku na wykonanie połączeń

Zaginanie

Zaginano ścianki w odpowiednich miejscach za pomocą giętarki

Łączenie

Jedną parę ścianek zgrzano za pomocą zgrzewarki punktowej, a drugą parę zlutowano cyną(60% cyny, 40% ołowiu). Przed lutowaniem powierzchnie oczyszczono kwasem z tłuszczu oraz wstępnie pobielono cyną (aby uzyskać trwalsze połączenie). Za pomocą lutownicy (kolby) rozprowadzono równomiernie lut w miejscu łączenia.

Etap końcowy

Krawędzie prawie gotowego pudełka wyrównano młotkiem na kowadle.

- 10 -

Warszawa 7.04.2005

---