Przeróbka plastyczna metali.

1. Podstawowe wiadomości:

Przeróbka plastyczna opiera się o właściwość technologiczną tworzyw określaną jako „plastyczność”.

Plastyczność - jest to zdolność tworzyw do powstawania pod wpływem określonych sił zewnętrznych odkształceń trwałych bez równoczesnej utraty ich spójności - zaistnienie rys, pęknięć itp.

Ten rodzaj przeróbki ma szerokie zastosowanie szczególnie przy wytwarzaniu półproduktów, w minimalnym zaś stopniu w produkcji gotowych wyrobów.

Typowe procesy tej przeróbki to: walcowanie, kucie, prasowanie, tłoczenie, przeciąganie, zginanie itd.

Typowe wyroby tej przeróbki to: blachy o różnych kształtach, przekroje hutnicze, pręty o różnych przekrojach, rury, nity, śruby nie podlegające obróbce itp.

Korzystna cecha w wytwarzaniu „przedmiotów” poprzez obróbkę plastyczną, to lepszy pod względem wytrzymałości układ włókien materiału.

Cecha niekorzystna to stosunkowo mała dokładność wymiarowa oraz niewystarczająca gładkość powierzchni.

Przeróbkę plastyczną można prowadzić „na zimno” bądź „na gorąco”.

Przy stosowaniu procesu „na zimno”, powstaje tzw. „zgniot”, charakteryzujący się istotną zmianą struktury oraz własności tworzywa metalowego, tak mechanicznych jak i fizycznych.

Pozytywnym skutkiem „zgniotu” jest umocnienie tworzywa, objawiające się podwyższeniem granicy plastyczności, wytrzymałości na rozciąganie, zwiększeniem twardości, zaś negatywnym jest obniżenie wydłużenia oraz przewężenia. Spowodowane to jest deformacjami ziaren i poślizgami w strukturze wewnętrznej materiału - często prowadzi to do powstania struktury włóknistej.

Powstające w materiale poddanym przeróbce plastycznej naprężenia wewnętrzne powodują rozdzielenie się siatek przestrzennych tworzywa na skutek wystąpienia poślizgów, będących następstwem naprężeń stycznych.

Poślizgi występują wzdłuż tzw. płaszczyzn poślizgu.

Wskazane naprężenia wewnętrzne i zmiany własności mechanicznych winny być z wytworzonego przedmiotu usunięte.

Czyni się to poprzez prowadzenie procesów cieplnych, przede wszystkim poprzez wyżarzanie rekrystalizujące / nie obniża własności mechanicznych, poprawiając równocześnie plastyczność /.

Procesy prowadzone „na gorąco” są łatwiejsze i ekonomiczniejsze, co wynika m.in. z obniżenia granicy plastyczności wskutek wstępnego podgrzania tworzywa, a w konsekwencji znacznego zmniejszenia sił niezbędnych dla danego procesu tej obróbki / dla uzyskania odkształcenia plastycznego /.

2. Walcowanie:

Polega na przepuszczaniu materiału pomiędzy walcami - powodującymi określony nacisk na materiał - dla uzyskania określonych kształtów i wymiarów produktu.

Materiał podczas walcowania samoczynnie przemieszcza się między obracającymi się w przeciwnych kierunkach walcami, wskutek tarcia występującego pomiędzy gniotącymi powierzchniami walców a powierzchniami materiału.

Warunkiem niezbędnym dla procesu walcowania jest by opór tarcia - wynikająca z niego siła tarcia - był większy od oporu jaki stawia walcowany materiał podczas zgniatania.

Nagrzewanie materiału przed procesem walcowania:

Temperatura nagrzewania jest zależna od rodzaju materiału i jego wielkości. Dla stali zawiera się w zakresie od 900 do 1300⁰ C.

Nagrzewanie dokonuje się w piecach ogrzewanych gazami generatorowymi.

Nagrzewana stal może w tym procesie ulegać „przegrzaniu”- następuje wówczas powstanie struktury gruboziarnistej, skutkującej pogorszeniem jej wytrzymałości - „przepaleniu” w następstwie zbyt długiego przetrzymywania w wysokiej temperaturze - następuje osłabienie powiązania przypowierzchniowych ziaren struktury metalu - „odwęgleniu” warstw przypowierzchniowych - prowadzi to do zniszczenia wyrobów - a także na powierzchni walcowanej może pojawić się „zgorzelina powierzchniowa” - wskutek działania tlenu z powietrza.

Walce:

Wykonuje się jako odlewy żeliwne bądź staliwne lub odkuwa się ze stali węglowej. Powierzchnie ich mogą być utwardzane / np. przy odlewaniu kokilowym /. Walce odkuwane stosowane są przy potrzebie uzyskania dużych nacisków.

W procesach walcowania „na zimno” - uzyskiwane są wówczas dokładne wymiary - walce stalowe są hartowane.

Walce powinny być chłodzone „od wewnątrz”.

„Beczka” walca w połowie swej długości ma powiększoną średnicę od kilu setnych do kilku dziesiątych części milimetra - związane jest to z możliwością ugięcia walców podczas walcowania, z możliwością wystąpienia ich sprężystych odkształceń, a także prowadzenia liniowego walcowanych przedmiotów.

„Czopy” walca podpierają go w walcarce na łożyskach, zaś „rozety” ustalają koła zębate i inne łączniki.

Walce do wytwarzania blach, taśm oraz walce zgniatarek są gładkie.

Walce do kształtowania profili zwane są „bruzdowymi”. Obok siebie mają umieszczone wykroje, każdy o innym kształcie i stopniowo zmniejszającej się powierzchni przekroju walcowanego. Walcowany „element” przechodzi przez wszystkie wykroje walca.

Walce bruzdowe mogą występować w dwóch rodzajach: o wykroju otwartym i o wykroju zamkniętym.

Walce o wykroju otwartym mają tak górny jak i dolny współpracujący o takim samym wykroju, zaś o wykroju zamkniętym zasadniczy wykrój znajduje się tylko w jednym walcu, drugi zaś ma tylko wykrój częściowy.

Średnice walców - jako podstawowy ich parametr - mają wartości:

• walce zgniatacza - ponad 1000 mm,

• walce walcarek wstępnych - 500 do 750 mm,

• bruzdowe - około 800 mm,

• blach grubych - 700 do 1100 mm,

• blach cienkich - 500 do 700 mm,

• do profili drobnych - 250 do 650 mm.

Stosunek długości „beczki” walca do średnicy zawiera się w zakresie od 1,3 / dla walców blach cienkich/, do nawet 3,2 / dla walców bruzdowych /.

Rodzaje walcarek:

Najbardziej rozpowszechnione walcarki to tzw. „duo”, mające dwa walce, obracające się w przeciwnych kierunkach - mogą być jednokierunkowe / przy braku możliwości zmiany kierunku obrotów / bądź dwukierunkowe / mają urządzenie zmieniające kierunek obrotów / zwane także zwrotnymi.

W walcarkach „trio” walcowanie odbywa się w dwóch kierunkach, najpierw pomiędzy górną parą walców a następnie przewalcowany materiał kierowany jest pomiędzy dolną parę walców.

Transport materiałów realizowany jest poprzez samotoki.

Walcarka „uniwersalna” to taka, w której materiał przechodzi między walcami poziomymi i równocześnie pomiędzy jedną lub dwoma parami walców pionowych.

Walcowanie rur:

a/ rury ze szwem:

Wykonuje się je z taśmy zwijanej na kształt rury, którą w miejscach łączenia spawa się czołowo lub na zakładkę - spawanie jest elektryczne.

Tego typu zwijane rury można również zgrzewać:

Podgrzaną do temp 900 do 1000⁰ C taśmę przeciąga się przez lejek, a uzyskaną po zwinięciu na kształt rury z zakładką, wprowadza się do pieca o temp. ok. 1300⁰ C, po czym walcuje na trzpieniu, posiadającym zgrubienie w miejscach działania nacisku walców. Te naciski przy wskazanej temperaturze powodują zgrzanie taśmy-rury.

b/ rury bez szwu:

Najczęściej wykonuje się je metodą Mannesnanna - jest to walcowanie między dwoma walcami o osiach nachylonych o określony kąt:

Okrągły pełny materiał - po uprzednim walcowaniu - wprowadza się miedzy walce, gdzie napotyka on na obracający się, lecz nieprzesuwny trzpień dziurawiący. Siły działające na materiał obracają go i skierowują na trzpień.

Okrągły pełny materiał - po uprzednim walcowaniu - wprowadza się miedzy walce, gdzie napotyka on na obracający się, lecz nieprzesuwny trzpień dziurawiący. Siły działające na materiał obracają go i skierowują na trzpień.

Okrągły pełny materiał - po uprzednim walcowaniu - wprowadza się miedzy walce, gdzie napotyka on na obracający się, lecz nieprzesuwny trzpień dziurawiący. Siły działające na materiał obracają go i skierowują na trzpień.

Ruch obrotowy walcowanego materiału zapewniają siły „O₁” i „O₂”, natomiast siły „S₁” i „S₂” wciągają materiał na trzpień dziurawiący.

Po procesie dziurawienia rury są poddawane dalszej obróbce „kalibrującej” na specjalnych walcarkach.

3. Prasowanie:

Stosuje się przede wszystkim do metali nieżelaznych - procesy prasowania wypływowego lub matrycowego.

Wytwarza się pręty o dowolnych profilach, rury itp.

a/ prasowanie wypływowe:

Podgrzany do odpowiedniej temp. materiał wprowadzany jest do cylindra, z którego jest wyciskany przez otwór w matrycy, poprzez tłok.

Temperaturę podgrzania jak i szybkość wypływu - a więc także siłę tłoka - dobiera się doświadczalnie.

Stosowane są dwa sposoby prasowania wypływowego: matryca znajduje się bądź w cylindrze bądź w tłoku / tzw. prasowanie wypływowe odwrotne /.

Korzystniejsze jest prasowanie „odwrotne”, bowiem materiał „wypływający” jest bardziej zanieczyszczony przy ścianach cylindra, a więc można oddzielić część wyrobu bardziej wartościową od mniej wartościowej. Także wartość siły koniecznej do przepychania jest mniejsza, bowiem przepycha się mniejszą objętość materiału - w sposobie pierwszym przepychana jest cała objętość wypełniająca cylinder.

Prasowanie rur wykonywane jest pierwszą metodą, przy czym tłok jest w kształcie rury, w którym znajduje się stopniowy trzpień, współpracujący z otworem matrycy, co daje określoną grubość ścianki prasowanej rury.

b/ prasowanie matrycowe:

W masowej produkcji drobnych wyrobów z metali kolorowych stosuje się ten rodzaj przeróbki.

Materiał w postaci nagrzanych krążków wkładany jest do gniazda dolnej matrycy, a po opuszczeniu górnej matrycy i jej dociśnięciu aż do oporu, materiał wypełnia przestrzeń matryc. Po podniesieniu matrycy górnej wyrzutnik wypchnięty przez popychacz podnosi gotowy wyrób.

Dokładność wymiarowa i gładkość wyrobów są wysokie.

4. Kuźnictwo:

Jest to proces, w którym określony kształt wyrobu uzyskuje się poprzez uderzenia bądź naciski.

Uderzenia uzyskiwane są poprzez młoty ręczne lub mechaniczne, zaś naciski poprzez użycie pras kuziennych mechanicznych lub hydraulicznych.

Metal do tych procesów podgrzewany jest w piecach opalanych węglem, koksem, gazami, paliwem płynnym jak również w piecach elektrycznych oporowych lub indukcyjnych.

Ogniska kowalskie:

Stosowane przy jednostkowym wytwarzaniu wyrobów, w zakładach rzemieślniczych.

Piece grzewcze:

Używane są w kuźniach, przy licznej produkcji wyrobów. Zabudowywane są w miejscach stanowisk pracy obsługujących młoty czy prasy kuzienne.

Kucie młotami mechanicznymi:

Podział młotów:

• parowe - energia uderzenia uzyskiwana poprzez parę,

• powietrzne - energia uzyskiwana poprzez sprężone powietrze,

• parowo-powietrzne - poprzez parę bądź sprężone powietrze,

• sprężynowe - przez sprężynę,

• spadowe - poprzez swobodnie spadający ciężar.

Młoty zabudowywane są na specjalnym podłożu, zwanym fundamentem młota. Na fundamencie posadowiony jest stojak młota - pojedynczy, podwójny lub bramowy - stanowiący korpus młota. W górnej części stojaka lub stojaków, z wyjątkiem młotów sprężynowych i spadowych, mieści się cylinder i ruchoma część młota zwana bijakiem, stanowiąca jedną część z tłokiem, która uderza w kuty materiał.

Uderzenie bijaka przenosi się przez obrabiany materiał, spoczywający na części młota zwanej szabotą. Szabota winna być około 20 razy cięższa od bijaka.

Szabota wykonywana jako odlew staliwny winna być tak fundamentowana, aby tłumiła wynikające z procesu kucia wstrząsy.

Umieszcza się ją na palach dębowych i warstwowo układanych elementach tłumiących np. z grubego filcu.

Fundament szaboty winien być oddzielony od fundamentu stojaków i nie powinien się z nimi stykać.

Schematy młotów:

Kucie w matrycach:

Polega ono na kuciu przedmiotu pomiędzy dwiema matrycami, z których dolna zabudowana jest w poduszce na szabocie, a górna w bijaku.

W matrycach wykonany jest „kształt” wyrobu-odkuwki. Niezbędne jest tu ustalenie płaszczyzny podziału oraz wykonanie takich pochyleń odkuwki by umożliwić jej łatwe wyjęcie z matrycy.

Aby uzyskać pełny kształt odkuwki, miedzy matryce musi być wprowadzony materiał o większej objętości. Nadmiar materiału wypływa poza odkuwkę do wgłębień wykonanych w matrycach, tworząc tzw.” grat”.

Grat odkuwki obcinany jest na gratownicy, tj. przeznaczonej do tego prasie, na której ustawia się okrojnik ze specjalną matrycą, na której kładzie się odkuwkę z gratem. Odcięcie następuje poprzez nacisk kształtowego stempla.

Cięcie nożycami:

Stosowane są nożyce. Rozsunięcie ostrzy nie powinno być mniejsze od kilku setnych do kilku dziesiątych milimetra.

Im grubszy materiał i im bardziej kruchy, tym rozsunięcie ostrzy może być większe.

Kąt przyłożenia „
” stosuje się do około 2⁰, kąt ostrza „
” w zakresie od 78 do 90⁰, zaś kąt natarcia „
” do około 10⁰.

Przy cięciu długich elementów używa się noży tak skonstruowanych, że jeden z nich ma krawędź tnącą pochyloną pod kątem „
” nie przekraczającym kilkunastu stopni.

Odmianą prostych narzędzi do cięcia stanowią nożyce „krążkowe”, stosowane do cięcia wzdłuż linii prostej, wobec równoległego ustawienia krążków do powierzchni ciętej blachy.

Wycinanie w wykrojnikach:

Wyroby płaskie wykonywane z blachy wycina się na prasach przy użyciu wykrojników.

Wykrojnik zestawiony jest z części dolnej zwanej „korpusem” ujmującej „matrycę”. Górna część to „stempel” wprowadzany do matrycy, posiadający określony luz zależny od rodzaju materiału i jego grubości.

Wykrojniki, w których stempel z płytą jest prowadzony na słupkach, określa się jako „wykrojniki z prowadzeniem słupkowym.”

Tłoczenie: / wytłaczanie, dotłaczanie, wyciąganie, wyciskanie /:

Jest to przekształcanie płaskiej blachy w produkt w kształcie „naczynia”.

Następuje tu ruch posuwisty tłocznika, wciskającego materiał przez matrycę.

Wyoblanie:

Jest to proces, w którym z blachy otrzymuje się przedmiot o kształcie bryły obrotowej, wskutek dogniatania jej odpowiednimi narzędziami do obracającej się / wirującej / formy.

Proces ten prowadzi się często na tokarkach, na których w tarczy osadzonej we wrzecionie mocuje się formę odpowiadającą wymiarom i kształtowi przedmiotu.

Formę wykonuje się z drewna twardego bądź jako odlew żeliwny.

Blachę dociska się do formy specjalnym narzędziem, którym może być zakończony kulisto pręt, bądź wałek osadzony obrotowo w widełkach.

Po „wyobleniu” nadmiar blachy obcina się nożem tokarskim.

Ciągnienie drutów:

Jest to proces przeciągania drutów i prętów przez specjalne narzędzia zwane „ciągadłami”, posiadającymi otwory kalibrujące.

W procesie tym przekrój materiału maleje, a więc powiększa się jego długość. Urządzenie do tego procesu nazywa się „ciągarkami”.

Jest to rodzaj obróbki „na zimno” - niezbędny czynnik smarujący ciągadło. Ciągadła wykonuje się ze stali najwyższej jakości, odpornej na ścieranie - są one hartowane i docierane. Wykonuje się je dla małych średnic drutów nawet z węglików spiekanych czy diamentu.

20

---