Obróbka plastyczna

Wykład 3

Wykrawanie

Wytłaczanie

 

 

W procesach 
technologicznych 
kształtowania blach 
wyróżniamy dwie 
podstawowe grupy 
operacji:



procesy polegające na 
oddzieleniu jednej części 
materiału od drugiej (np. 
cięcie),



plastyczne kształtowanie 
wyrobów o powierzchni 
rozwijalnej (np. gięcie) i 
nierozwijalnej (np. 
wytłaczanie).

 

 

Cięcie

 – metoda kształtowania 

wyrobów polegająca 
na oddzieleniu jednej 
części materiału od 
drugiej wzdłuż linii 
zamkniętej lub 
niezamkniętej zwanej 
linią cięcia.

 

 

Cięcie można realizować za 

pomocą: 



dwu elementów tnących (np. 
cięcie na nożycach, 
wykrawanie na wykrojnikach),



jednego elementu tnącego 
(np. okrawanie wypływki). 

 

 

Rys. 1. Różne sposoby cięcia: 
a) cięcie na nożycach, b) 
wykrawanie na wykrojnikach, c) 
okrawanie wypływki, d) wygładzanie 
otworu stemplem, 
e) wygładzanie powierzchni 
zewnętrznej płytą tnącą. 

 

 

Rys. 1 cd. Różne sposoby cięcia: 
f) cięcie nożowe, g) przebijanie otworu i 
wywijanie obrzeża, 
h) wykrawanie gumą, i) wykrawanie 
przy użyciu bardzo plastycznego metalu 
(np. ołowiu, aluminium). 

 

 

Schemat wykrawania na 
wykrojniku:

1 – stempel, 2 – blacha, 3 – płyta 
tnąca

 

 

Podstawowym parametrem 
wpływającym na przebieg 
procesu wykrawania jest luz 
względny:

g

d

D

L

s

pt





gdzie:
D

pt

 – średnica otworu płyty 

tnącej,
d

s

 – średnica stempla,

g – grubość blachy.

Luz względny podaje się 
również w procentach.

 

 

Fazy procesu cięcia:



odkształceń 
sprężystych,



odkształceń 
sprężysto 
plastycznych,



plastycznego 
płynięcia,



pękania,



całkowitego 
oddzielenia 
wyciętego 
przedmiotu od 
blachy.

 

 

Faza odkształceń 
sprężystych:

W fazie tej siły 

wywierane na 

blachę przez 

krawędzie tnące 

stempla i płyty 

tnącej są 

względem siebie 

przesunięte, a 

powstały na 

skutek tego 

moment zginający 

powoduje wstępne 

wybrzuszenie 

blachy.

 

 

Faza odkształceń 
sprężysto-plastycznych:

W chwili, gdy 
naprężenia tnące 
przekroczą 
wartość graniczną 
następuje 
miejscowe 
uplastycznienie 
materiału przy 
krawędziach 
tnących stempla i 
płyty tnącej.

 

 

Faza plastycznego 
płynięcia:

W fazie tej 
następuje 
plastyczne 
płynięcie 
materiału w 
otoczeniu 
powierzchni 
rozdzielania.

 

 

Faza pękania:

Po wyczerpaniu 
zdolności materiału do 
odkształceń 
plastycznych 
następuje pęknięcie w 
miejscach, gdzie 
materiał jest 
najbardziej 
odkształcony tj. w 
pobliżu krawędzi 
tnących.

 

 

 

Faza pękania:

Dla pewnego przedziału wartości 
luzu, pęknięcia rozchodzące się od 
obu krawędzi tnących spotykają się 
ze sobą tworząc powierzchnię 
pęknięcia. Taki luz nazywa się luzem 
optymalnym (L

o

). Zazwyczaj jest on 

równy od kilku do kilkunastu procent 
grubości wykrawanej blachy.

 

 

Faza całkowitego 
oddzielenia wyciętego 
przedmiotu od blachy:

Pomimo pęknięcia wycięty 
przedmiot, na skutek 
wzajemnego zazębiania się 
nierówności tkwi jeszcze mocno 
w otaczającym materiale. Aby 
nastąpiło całkowite rozdzielenie 
należy odkształcić lub ściąć 
występy na powierzchni 
pęknięcia. 

 

 

Narzędzia produkcyjne wykonuje się z 
luzem mniejszym od optymalnego tzw. 

luzem normalnym

. Podyktowane jest to 

wycieraniem się powierzchni bocznych 
stempla i płyty tnącej przez co luz ulega 
powiększaniu. Zastosowanie luzu 
normalnego pozwala na utrzymanie 
przez dłuższy czas warunków cięcia 
zbliżonych do optymalnych.

Grubość g 

[mm] 

do 1  1-2  2-3  3-5  5-7 

L

n

 [%] 

5-7  6-8  7-9  8-10  9-11 

 

 

Wartości luzu normalnego L

n

 w % 

grubości materiału wykrawanego

Mniejsze wartości luzów przyjmuje się dla 
materiałów miękkich i plastycznych, większe – dla 
twardych i kruchych.

 

 

Siły i praca cięcia

Maksymalna wartość siły 

wykrawania:

t

R

g

l

k

P









max

gdzie:

R

t

 – wytrzymałość materiału na 

ścianie,

g – grubość ciętego materiału,

l – długość linii cięcia,

k=1,11,3 – współczynnik 

uwzględniający 
dodatkowe opory cięcia 
(stan krawędzi tnących, 
nierównomierność 
własności 
wytrzymałościowych i 
grubości ciętego 
materiału, nieosiowość 
stempla itp.)

 

 

Cięcie za pomocą wykrojników

Wykrojnik

 – tłocznik mocowany na 

prasach, przystosowany do cięcia 

materiału.

Wykrawanie 

– sposób cięcia blachy 

(najczęściej w postaci pasów lub taśm) 

realizowany za pomocą wykrojników.

Pasy

 są cięte z arkuszy blach.

Taśmy

 są wyrobem o odpowiedniej 

szerokości, produkowanym specjalnie 

na potrzeby procesów tłoczenia. Są 

zwijane w kręgi, wykorzystuje się je 

zazwyczaj do produkcji masowej. 

 

 

Cięcie za pomocą wykrojników

Za pomocą wykrojników można 
wykonać osiem różnych operacji 
cięcia:
wycinanie, dziurkowanie, odcinanie, 
przycinanie, nadcinanie, okrawanie, 
rozcinanie, wygładzanie.
 

 

 

Wykrojniki ze względu na znaczne 
koszty wykonania stosowane są 
najczęściej do produkcji dużych serii.

Wykrojniki

wielozabiegowe jednozabiegowe

wielotaktowe

jednoczesne

Wykrojniki

 

 

Wykrojniki

Wykrojniki wielotaktowe 

– wyrób 

kształtowany jest kolejno w czasie 
kilku skoków suwaka prasy; ilość 
skoków niezbędnych do 
wyprodukowania jednego wyrobu 
określa ilu taktowy jest wykrojnik.

Wykrojniki jednoczesne 

– w czasie 

jednego skoku suwaka prasy 
wykonywane są wszystkie zabiegi.

 

 

Wykrojniki jednozabiegowe

Zalety: prosta konstrukcja, niski 

koszt.

Wady: mała wydajność.

 

 

Wykrojniki wielotaktowe

Zalety: 

wysoka wydajność, możliwość 

automatyzacji.

Wady: stosunkowo niewielka dokładność wymiarowa, 

występowanie zadzioru po obu stronach 

przedmiotu.

 

 

Wykrojniki jednoczesne

Zalety: 

wysoka wydajność, dobra dokładność 

wymiarowa, dobra płaskość wyrobu, 

jednostronny zadzior.

Wady: wysoki koszt, utrudniona automatyzacja 

procesu.

 

 

Kształtowanie 
przedmiotów o 
powierzchni 
nierozwijalnej

 

 

Ciągnienie i rozciąganie

Rozpatrując proces wytłaczania można 
przyjąć, że przebiega on w płaskim stanie 
naprężenia tj. naprężenie działające w 
kierunku normalnym do powierzchni blachy 
jest równe zero (

3

=0). Linia B’B’ rozdziela 

cylindryczno-stożkową wytłoczkę na dwa 
obszary. W kołnierzowej części występuje 
tzw. 

ciągnienie

, w części dennej – 

rozciąganie

.

Rys. 1 Schemat 
obrazujący udział 
ciągnienia i 
rozciągania w 
procesie wytłaczania

 

 

Ciągnienie i 
rozciąganie

Rozciąganie

 – charakteryzuje się 

występowaniem naprężeń rozciągających 
zarówno w kierunku promieniowym jak i 
obwodowym (

1

>0, 

2

>0). Materiał oddala 

się od osi wytłoczki (pkt. CC’).

Ciągnienie

 

– charakteryzuje się 

występowaniem naprężeń o różnych 
znakach; w kierunku obwodowym występują 
naprężenia ściskające (

1

<0), w kierunku 

promieniowym – rozciągające (

2

>0). 

Materiał przemieszcza się w kierunku osi 
wytłoczki (pkt. AA’).

Rys. 1 Schemat 
obrazujący udział 
ciągnienia i rozciągania 
w procesie wytłaczania

 

 

Kształtowanie 
wytłoczek przez 
rozciąganie

Kształtowanie wytłoczek poprzez 
rozciąganie ma miejsce podczas 
kształtowania zagłębień, jeżeli są one małe 
w porównaniu z wymiarami blachy, lub gdy 
jej obrzeże jest utwierdzone. Powierzchnia 
wytłoczki ulega powiększeniu kosztem 
zmniejszenia grubości jej ścianki.

Rys. 2 Sposoby kształtowania wytłoczek przez 
rozciąganie: a) za pomocą sztywnego stempla, b) 
za pomocą cieczy, c) za pomocą bardzo dużych 
mocy, d) rozpychanie, e) obciąganie, f) 
wyoblanie.

 

 

Kształtowanie 
wytłoczek przez 
ciągnienie

W większości przypadków wytłaczanie zachodzi z 
dominującym udziałem ciągnienia. 
W przypadku b) i c) rolę jednego z narzędzi odgrywa 
ciecz, guma lub poliuretan.
W przypadku d) wytłaczanie jest realizowane 
działaniem impulsu ciśnienia wywołanego w cieczy 
detonacją ładunku wybuchowego lub rozładowaniem 
iskrowym baterii kondensatorów.
W przypadku e) wytłaczanie przebiega za pomocą 
impulsu elektromagnetycznego.

Rys. 3 Sposoby 
kształtowania wytłoczek 
przez ciągnienie: a) za 
pomocą sztywnych 
narzędzi, b) 
hydrauliczne, c) 
wytłaczanie gumą, d) 
przy użyciu dużych 
mocy, e) 
elektromagnetyczne.

 

 

Wytłaczanie

Najczęściej stosowane jest wytłaczanie za pomocą 
sztywnych narzędzi. Materiał wsadowy w postaci 
płaskiego krążka blachy na skutek działania 
stempla zmienia kształt na walcowy poprzez 
odkształcenie plastyczne, przy którym zachodzi 
podwójna zmiana krzywizny blachy.

Rys. 4 Poszczególne 
fazy procesu 
wytłaczania z 
dociskaczem 
naczynia 
cylindrycznego.

 

 

Maksymalną siłę wytłaczania 

naczyń cylindrycznych bez 

kołnierza można wyznaczyć ze 

wzoru:

gdzie: 

d – średnica wytłoczki 

zmierzona  w środku grubości 

ścianki,
R

m

 – wytrzymałość na rozciąganie 

kształtowanej blachy,
g – grubość blachy,
k – współczynnik zależny od 

wartości d/D i (g/D)·100 (tab. 1).

Wytłaczanie

m

k

R

g

d

k

P













max

 

 

Wytłaczanie

Zjawiska ograniczające 

proces wytłaczania:



pękanie obwodowe 
ścianki,



fałdowanie kołnierza.

Rys. 6  Pękniecie obwodowe 
ścianki a) oraz pofałdowanie b)

 

 

Wytłaczanie: pękanie 
obwodowe ścianki

Aby nie dopuścić do pęknięcia 
ścianki, proces wytłaczania musi być 
realizowany przy sile tłoczenia 
mniejszej od siły zrywającej:

Ogranicza to odkształcenia jakie 
mogą być zrealizowane w procesie 
wytłaczania, które umownie 
reprezentowane są przez tzw. 
współczynnik wytłaczania m

1

:

0

1

1

D

d

m 

gdzie: 

d

1

 – średnica zewnętrzna 

wytłoczki,

D – średnica materiału 

wsadowego.

zr

k

P

P



max

 

 

Wytłaczanie: pękanie 
obwodowe ścianki

Jeżeli współczynnik m

1

 jest większy 

od pewnej granicznej wartości:

m

1 

> m

gr

 

to proces przebiega prawidłowo. 
Jeżeli ten warunek nie jest 
zachowany następuje pocienienie 
ścianki i pęknięcie w tzw. przekroju 
niebezpiecznym znajdującym się w 
pobliżu przejścia części walcowej 
stempla w zaokrąglenie.

 

 

Wytłaczanie: pękanie 
obwodowe ścianki

Tab. 2  Zalecane wartości współczynnika 

wytłaczania m

1

 dla naczyń 

cylindrycznych bez kołnierza.

Względna 

grubość 

krążka 

(g/D)·100

2,0

1,5

1,0

0,5

0,2

0,0

6

Współczynnik 

wytłaczania 

m

1

0,4

6

0,5

0

0,5

3

0,5

6

0,5

8

0,6

0

 

 

Wytłaczanie: pękanie 
obwodowe ścianki

Niebezpieczeństwo pęknięcia zmniejsza się wówczas, 

gdy zmniejsza się maksymalna siła wytłaczania i 

zwiększa się wartość siły zrywającej.

Zmniejszenie maksymalnej siły wytłaczania można 

osiągnąć przez:



zaokrąglenie krawędzi pierścienia ciągowego 

możliwie dużym promieniem r

m

 > (5÷10)g, co 

zmniejsza pracę gięcia plastycznego na tej krawędzi 

oraz zmniejsza występujące na niej opory tarcia,



zmniejszenie oporów tarcia między blachą a 

powierzchniami roboczymi matrycy i dociskacza 

przez staranne wypolerowanie i odpowiednie 

smarowanie tych powierzchni,



ograniczenie do niezbędnego minimum nacisków 

jednostkowych wywieranych przez dociskacz.

Zwiększenie wartości siły zrywającej można osiągnąć 

przez:



wykonanie możliwie dużych promieni zaokrąglenia 

krawędzi stempla 

r

s

  (4÷6)g,



zwiększenie tarcia między powierzchnią boczną 

stempla i kształtowaną blachą, co odciąża 

niebezpieczny przekrój.

 

 

Wytłaczanie: fałdowanie 
kołnierza

Fałdowanie kołnierza

 jest pewną formą  

plastycznego wyboczenia blachy, 
zachodzącego pod wpływem ściskających 
naprężeń obwodowych. Występuje 
wówczas, gdy grubość blachy g jest mała w 
porównaniu ze średnicą D odkształcanego 
krążka.

 

 

Wytłaczanie: fałdowanie 
kołnierza

Przyjmuje się , że przy wytłaczaniu 
swobodnym fałdowanie kołnierza 
wystąpi jeżeli zachodzi 
następująca zależność jest 
prawdziwa:
 

)

1

(

5

100

1

m

D

g







W takich przypadkach należy 
stosować tzw. dociskacz.

 

 

Wytłaczanie: fałdowanie 
kołnierza

Dociskacz – 
dodatkowy 
pierścień 
dociskający blachę 
do powierzchni 
pierścienia 
ciągowego z pewną 
siła P

d

.

Dociskacz stosuje 
się tylko wtedy gdy 
jest to konieczne, 
gdyż powoduje on 
dodatkowe opory 
wytłaczania i 
zwiększa 
niebezpieczeństwo 
pęknięcia wytłoczki. 

 

 

Wytłaczanie: fałdowanie 
kołnierza

Bardzo ważny jest dobór siły 
dociskającej. Nie może być ona zbyt 
mała, gdyż dociskacz nie spełni swojego 
zadania; z drugiej strony nie może być 
zbyt duża, gdyż prowadzi do 
nadmiernego wzrostu siły tłoczenia i 
pęknięcia wytłoczki. 
Siłę wywieraną przez dociskacz oblicza 
się na podstawie wzoru:

gdzie: A

d

 – powierzchnia, na którą działa 

dociskacz,
q – nacisk jednostkowy zależny od 
rodzaju materiału i jego grubości, 
r

m

 – promień zaokrąglenia krawędzi 

matrycy.





q

r

d

D

q

A

P

m

m

d

d















2

2

)

2

(

4

 

 

Wytłaczanie: fałdowanie 
kołnierza

Dociskacz zapobiega tworzeniu się fałd 
jedynie na płaskim kołnierzu wytłoczki. Przy 
innych kształtach niż cylindryczne, fałdy 
mogą powstać poza kołnierzem, w 
obszarach swobodnych. Ma to miejsce 
przede wszystkim przy kształtowaniu 
wytłoczek typu karoseryjnego oraz 
cienkościennych naczyń o kształcie stożków 
ściętych, paraboloid obrotowych itp.

 

 

Wytłaczanie: fałdowanie 
kołnierza

Obwodowe naprężenia ściskające można 
zmniejszyć lub nawet zupełnie usunąć 
przez zwiększenie promieniowych naprężeń 
rozciągających. Najczęściej uzyskuje się to 
przez zastosowanie żeber lub progów 
ciągowych (rys.). 
Progi ciągowe powinny być tak 
projektowane, aby opory kształtowania nie 
były zbyt duże, gdyż prowadzi to do 
pęknięcia wytłoczki.

 

 

Przetłaczanie

Jeżeli geometria wytłoczki nie 
pozwala na jej wykonanie w jednej 
operacji wytłaczania, to najpierw 
stosuje się wytłaczanie z 
zalecanym stosunkiem 
wytłaczania m

1

, a następnie 

operację przetłaczania. 

 

 

Przetłaczanie

Najczęściej realizowany jest sposób 
przetłaczania przedstawiony na rys. a. 
Przetłaczanie można prowadzić tak, aby 
wewnętrzna powierzchnia wytłoczki stała 
się powierzchnią zewnętrzną (tzw. 
przewijanie) – rys. b. Przetłaczanie, 
podczas którego wytłoczka jest dociskana 
do stempla cieczą pod ciśnieniem (rys. c), 
wskutek korzystnego wpływu tarcia między 
stemplem a cylindryczną ścianką , 
umożliwia uzyskanie w jednej operacji 
znacznie wyższych wytłoczek niż przy 
sposobach konwencjonalnych. Wymaga 
ono jednak zastosowania specjalnej prasy.

 

 

Przetłaczanie: zjawiska 
ograniczające

Proces przetłaczania ograniczony jest przez trzy 
zjawiska:



 pęknięcia obwodowe wytłoczki w pobliżu dna 

(rys. a),



 fałdowanie ścianki wytłoczki, wywołane 

obwodowymi naprężeniami ściskającymi (rys. b),



 wzdłużne pęknięcie ścianki przy obrzeżu 

wytłoczki, będące wynikiem nadmiernego 
umocnienia materiału (rys.c). 

 

 

Przetłaczanie: zjawiska 
ograniczające

Ze względu na występowanie obwodowego pęknięcia 
ścianki wytłoczki stosunek średnic d

2

/d

1

 zwany 

inaczej współczynnikiem przetłaczania m

2

 musi być 

większy od wartości granicznej tego stosunku 
(d

2

/d

1

)

gr

.

Przez wielokrotne powtarzanie operacji przetłaczania 
można uzyskać stopniowo zmniejszające się średnice 
wytłoczki d

2

, d

3

, ..., d

n-1

, d

n

. W każdej z tych kolejnych 

operacji musi być spełniony warunek:

gr

n

n

n

n

n

d

d

d

d

m





















1

1

 

 

Przetłaczanie: zjawiska 
ograniczające

Fałdowanie ścianki wytłoczki nie występuje, jeżeli 

spełniony jest warunek:

Jeżeli warunek ten nie jest spełniony, to 

zapobiega się fałdowaniu przez zastosowanie 

dociskacza (rys.). 

n

n

m

d

g

1

100

1







 

 

Przetłaczanie: zjawiska 
ograniczające

Wzdłużne pęknięcie wytłoczki następuje 

na skutek umocnienia materiału na skutek 

odkształceń, które w kolejnych operacjach 

osiągają wartości największe na obrzeżach 

wytłoczki. Pęknięcia te mogą się pojawić 

bezpośrednio po przetłoczeniu wyrobu 

przez matrycę lub po upływie pewnego 

czasu. Aby wyeliminować to zjawisko 

stosuje się międzyoperacyjne wyżarzanie 

rekrystalizujące. Dokładne określenie 

liczby operacji bez wyżarzania jest trudne i 

wymaga zwykle przeprowadzenia prób.

 

 

Gięcie – metoda kształtowania 

przedmiotów z blach, prętów, 

drutów i rur.

W  zależności  od  rodzaju  ruchu 
narzędzia  rozróżnia  się  następujące 
podstawowe metody gięcia:



 gięcie na prasach – narzędzie 

wykonuje ruchu prostoliniowo-
zwrotne,



 gięcie za pomocą walców – 

narzędzia kształtujące wykonują 
ruch obrotowy,



 gięcie przez przeciąganie.

GIĘCIE

 

 

Wyginanie

Wyginanie jest podstawowym 
sposobem gięcia na prasach. 
Kształtowanie pasa blachy 1, 
położonego na matrycy 2, odbywa 
się wskutek wywarcia nacisku 
przez stempel 3.

 

 

Zaginanie

Podczas zaginania blacha 1 jest 
stale dociskana do powierzchni 
stempla 2 za pomocą dociskacza 
3. Ramiona przedmiotu ulegają 
zaginaniu wskutek ślizgania się po 
zaokrąglonych krawędziach 
nieruchomych szczęk gnących 4.

 

 

Zwijanie

W przypadku zwijania nacisk 
wywierany jest wzdłuż 
płaszczyzny blachy. Zakrzywienie 
blachy następuje na skutek 
ślizgania się po jej wewnętrznej 
walcowej powierzchni narzędzia 2. 

 

 

Owijanie

Owijanie polega na zamocowaniu 
jednego końca materiału w 
zacisku 1 i owijaniu go wokół 
wzornika 2 za pomocą rolki 3, 
umieszczonej na długiej dźwigni 
4. 

 

 

Owijanie

Na rysunku przedstawiono różne 
sposoby owijania: e) gięcie na 
zaginarkach, f) zwijanie sprężyn na 
trzpieniu, g) owijanie rur

 

 

Gięcie blachy za pomocą 

trzech walców

Zakrzywienie materiału następuje 
na skutek ruchu obrotowego 
walców i działania odpowiednich 
nacisków wywieranych przez te 
walce na kształtowaną blachę. 
Między innymi tą metodą 
kształtuje się duże płaszcze 
zbiorników wykonywanych z grubej 
blachy. 

 

 

Gięcie za pomocą 

walcowania wzdłużnego

Obrabianą taśmę przepuszcza się kolejno 
przez jedną, kilka lub kilkanaście par 
walców ustawionych jedna za drugą. 
Zginają one taśmę nadając jej stopniowo 
żądany kształt. Walce mają zwykle osie 
poziome i są napędzane. Pomiędzy nimi 
umieszcza się często pomocnicze, nie 
napędzane walce (rolki) o osiach 
pionowych. Jest to bardzo wydajny 
sposób gięcia stosowany do produkcji 
różnego rodzaju kształtowników.

 

 

Gięcie przez przeciąganie

Na rysunku przedstawiono schemat 
wzdłużnego zwijania taśmy w rurę metodą 
przeciągania przez nieruchome narzędzie 
o odpowiednio ukształtowanym zarysie 
otworu roboczego.