MASZYNY DO OBRÓBKI

PLASTYCZNEJ METALI

Dr inż. Ryszard GRZYB

IMIiB

Zakład Przetwórstwa Materiałów Metalowych i

Polimerowych

(pokój 173)

LITERATURA

LITERATURA

1. Dobrucki Wł.: Podstawy konstrukcji i
eksploatacji

walcowni. Wydawnictwo „Śląsk, 1981.

2. Wasiunyk P.: Kucie matrycowe. WNT,
Warszawa, 1987.

3. Cywiński M. i in.: Ćwiczenia laboratoryjne z
obróbki

plastycznej metali.

Skrypty Uczelniane. Wydanie II i III nr 1666 i

1968.

Gliwice, Pol. Śl.

Obróbka plastyczna

Obróbka plastyczna

metali zajmuje czołowe

miejsce w produkcji wyrobów metalowych w 

tym wyrobów hutniczych, elementów maszyn i

wyrobów

powszechnego

użycia.

Jest

nowoczesną techniką wytwarzania, która w

szerokim

zakresie

znajduje

zastosowanie

w różnych przemysłach gospodarki m.in. w

przemyśle

maszynowym,

metalowym,

samochodowym, lotniczym, elektrycznym i

elektronicznym.

- masowe wytwarzanie

wyrobów hutniczych

ze stali i materiałów nieżelaznych, które
mogą być wykorzystane bezpośrednio na
konstrukcje maszyn i budowli oraz służą
jako wsad do dalszego przetwarzania w
drugim etapie kształtowania,

-

wytwarzanie gotowych

elementów maszyn

i

wyrobów użytkowych

lub półproduktów

do dalszej obróbki np. skrawaniem.

Wytwarzanie

większości

wyrobów

metalowych na drodze przeróbki plastycznej
można podzielić na dwa zasadnicze etapy:

WYTWARZANIE WYROBÓW

METALOWYCH

PODZIAŁ OBRÓBKI PLASTYCZNEJ

Obróbkę plastyczną ze względu na

sposób

kształtowania

i stosowane

maszyny

można

podzielić na:

–

walcowanie

hutnicze

(blachy,

pręty,

kształtowniki, rury),

–

przetwarzanie hutnicze (blachy trapezowe,

kształtowniki,

gięte na zimno, rury ze szwem),

–

walcowanie poza hutnicze (śruby, koła zębate,

wałki),

–

kucie (odkuwki swobodnie kute, matrycowe),

–

wyciskanie (pręty, kształtowniki, rury z metali

nieżelaznych),

–

tłoczenie

(wyroby

wykrawane,

gięte,

wytłoczki),

–

ciągnienie (druty, pręty, kształtowniki, rury).

Maszyny do obróbki plastycznej

Maszyny do obróbki plastycznej

metali można podzielić ze względu

kryterium uniwersalności na:

- uniwersalne,

- specjalne,

- specjalizowane.

Maszyny do obróbki plastycznej

Maszyny do obróbki plastycznej

ze względu

na stosowaną technologię można podzielić

na :

1. Maszyny stosowane do walcowania:

1.1. Walcarki wzdłużne do walcowania

hutniczego

z równoległym ułożeniem walców:

- duo,

- trio,

- kwarto,

- wielowalcowe (6 - walcowe, 12 -

walcowe,

20 - walcowe t.z. Walcarki

Sendzimira).

1.1. Walcarki do walcowania rur:

-

skośne,

(dziurujące

i

redukujace),

- do walcowania ciągłego na

trzpieniu,

- inne.

1.2. Walcarki do walcowania poza

hutniczego:

- gwintów,

- kół zębatych,

- innych wyrobów.

2. Maszyny stosowane do kucia:

2.1. Młoty

- pojedynczego działania,
- podwójnego działania,
- wysokoenergetyczne,

2.2. Prasy do kucia:

2.2.1. Mechaniczne

- korbowe,
- kolanowe,
- klinowe,
- śrubowe.

2.2.2. Hydrauliczne

- pionowe (do kucia),
- poziome (do wyciskania)

2.3. Maszyny specjalne do kucia:
- kuźniarki,
- automaty kuźnicze,
- inne.

3. Maszyny stosowane do tłoczenia:
3.1. Prasy:

3.1.1. Mechaniczne

- mimośrodowe

- korbowe (pojedynczego i

podwójnego
działania),
3.1.2. Hydrauliczne

3.1.3. Pneumatyczne

3.2. Maszyny specjalne i specjalizowane:

- prasy do cięcia i gięcia (prasy

szybkobieżne do
wykrawania, prasy krawędziowe),

- automaty do wyrobów z taśmy i drutu

i inne.

4. Maszyny stosowane do ciągnienia:
4.1. Ciągarki ławowe:

- łańcuchowe,

- linowe,
- zębatkowe,

- hydrauliczne.

4.2. Ciągarki bębnowe

- jednostopniowe,
- wielostopniowe.

Maszyny posiadają określone parametry
techniczne,
których znajomość jest niezbędna przy
projektowaniu procesów. Do najważniejszych
parametrów należy zaliczyć:
1. Parametry energetyczne:

- siła nacisku,
- praca lub moment obrotowy,
- moc.

2. Parametry technologiczne pozostałe np.:

- prędkość,
- czas cyklu,
- temperatura.

3.

Parametry

geometryczne

przestrzeni

roboczej.
4. Wymiary gabarytowe i inne.

Siłę odkształcenia w większości procesów
można wyznaczyć z zależności:

Siła technologiczna czyli siła odkształcenia

Siła technologiczna czyli siła odkształcenia

w procesach przeróbki plastycznej jest duża

w procesach przeróbki plastycznej jest duża

lub bardzo duża.

lub bardzo duża.

d

śr

F

p

P





p

śr

q

p







gdzie:
p

śr

– średni nacisk jednostkowy na styku materiału i

narzędzi,
F

d

– rzut powierzchni styku materiału z narzędziem,

q=1,2-5 -współczynnik uwzględniający opory tarcia
przy odkształceniu,
σ

p

– naprężenie uplastyczniające.

Do walcowania stosuje się masywne walcarki
wyposażone w odpowiednio sztywne walce
robocze,

niekiedy

podparte

walcami

oporowymi.

Schemat napędu walcarki wzdłużnej

1 - walce robocze, 2 - łącznik uniwersalny, 3 -klatka walców

zębatych,

4 - łącznik kształtowy, 5 – sprzęgło, 6 - przekładnia główna, 7 –

silnik, 8 - stojak

Walce robocze do walcowania blach posiadają

gładką beczkę

, natomiast do walcowania

prętów i kształtowników posiadają

bruzdy

, w

celu kolejnego kształtowania pasma. Prześwit
pomiędzy dwoma współpracującymi ze sobą
roboczymi bruzdami walców nazywa się

wykrojem

.

Walec

gładki

Walec

bruzdo

wy

Kształty wykrojów wykonanych na walcach do

walcowania:

szyn, dwuteowników, ceowników i kątowników

a)

b)

c)

d)

Schematy

układów

walców

w

walcarkach

z

równoległymi walcami

a) - duo, b) - trio, c) - kwarto, d) -

dwudziestowalcowa (Sendzimira).

Walce oznaczone strzałkami są napędzane.

Ze względu na liczbę walców zabudowanych w
walcarce rozróżnia się m.in. walcarki:

Walcarka duo

- 2 walce robocze, stosuje się

do walcowania: kęsów, taśm, prętów, walcówki
i  kształtowników.

Walcarka duo może być nawrotna, pracująca w
układzie posobnym lub nie nawrotna,
pracująca w układzie ciągłym.

Walcarka trio

- 3 walce robocze, stosowane

do walcowania z mniejszą wydajnością kęsów,
prętów i kształtowników.

V

V

Walcarka kwarto

- 2 walce robocze i 2

walce oporowe, stosowana do walcowania
blach grubych i cienkich na gorąco oraz taśm
i blach walcowanych na zimno.

Walcarka kwarto może być nawrotna lub nie
nawrotna.

V

Regulacja

płaskości

za

pomocą

przeginania walców

P

W celu uzyskania dużej płaskości walcowanej blachy
stosuje się metody kompensacji ugięcia walców w
skutek działania siły walcowania P.

Jednym ze sposobów jest przeginanie walców za pomocą
siłowników hydraulicznych działających na czopy walców
regulowaną siłą R.

Schemat walcowania blach grubych na

gorąco systemem ciągłym

Walcarka kwarto nawrotna do walcowania blach

grubych

Huta Batory

Układ ciągły 5-ciu walcarek kwarto do walcowania blachy

grubej na gorąco

Wytwarzanie rur stalowych bez szwu

Wytwarzanie rur bez szwu obejmuje trzy etapy
obróbki plastycznej na gorąco:

1 etap - wykonanie grubościennej tulei na
walcarkach

skośnych lub przez wyciskanie na

prasach

hydraulicznych poziomych,

2 etap - walcowanie redukcyjne w celu
uzyskania wymiarów
rury zbliżonych do końcowych np. na
walcarkach

ciągłych,

walcarkach

skośnych

redukujących,

3 etap - walcowanie kalibrujące zapewniające
końcowe
wymiary rury np. na walcarkach
pielgrzymowych.

Schemat walcarki skośnej do dziurowania tulei

grubościennej

1 – walec , 2 – trzpień, 3 – materiał

Pierwszy etap wytwarzania
rur

Schemat walcarki do ciągłego walcowania

rur

1 – walce robocze, 2 – trzpień, 3 – rura

Schemat ułożenia walców w walcarce do walcowania ciągłego

rur:

a – dwuwalcowe, b – czterowalcowe, c – trzywalcowe

Drugi

etap

walcowania

redukującego rur

Schemat walcarki do walcowania

poprzecznego

gwintu



Przykład maszyn do walcowania poza

hutniczego

Schemat walcowania planetarnego gwintu

1- walec, 2-matryca, 3-walcowany materiał (śruba)

2

3

1

Prasa

korbow

a

Młot

Prasa

korbow

a
do

cięcia

Piec

indukcyj

ny

Prasa

kolanowa

Maszyny i urządzenia stosowane do kucia odkuwek
matrycowych

Młoty do kucia odkuwek matrycowych

Młoty do kucia odkuwek matrycowych

Kucie odkuwek na młotach jest uniwersalne,
ale charakteryzuje się stosunkowo małą
dokładnością i dużą uciążliwością. Do kucia
stosuje się matryce w postaci bloków,
mocowane za pomocą jaskółczego ogona do
bijaka szaboty młota. Młoty do kucia
matrycowego podwójnego działania uderzają z
prędkością 7 – 9 m/s, kształtując dynamicznie
materiał w kilku uderzeniach.
Wielkość młotów określa się ich energią
uderzenia lub masą części spadającej (matryca
+ bijak + tłoczysko + tłok). Buduje się młoty o
energii od 12kJ (1000kg) do 630kJ (20Mg).
Młoty do kucia charakteryzują się sztywną
budową, dokładnym prowadzeniem bijaka w
stojakach młota oraz muszą posiadać masywną
podstawę w postaci szaboty. Szabota przejmuje
energię uderzenia bijaka, dlatego musi być ok.
10 – 15 razy cięższa od masy spadającej.

1

2

3

4

V

5

6

p

Schemat młota parowo-powietrznego
(podwojnego działania)

1- stojak, 2-szabota, 3-matryca, 4-bijak z tłoczyskiem
i tłokiem, 5-cylinder, 6-zasilanie powietrzem

Schemat młota hydrauliczno-gazowego

1- stojak, 2-szabota, 3-matryca, 4-bijak, 5- tłok, 6- cylinder z
akumulatorem gazowym, 7-pompa hydrauliczna, 8- zawór sterujący

2

1

4

3

5

8

6

V

7

Maszyny do kucia matrycowego - młot

podwójnego działania

Schemat matrycy wielowykrojowej do kucia na

młotach

1

’

-jaskółczy ogon, 3

’

, 4’-wykroje pomocnicze, 5

’

-

wykrój wstępnie matrycujący, 5

’

- wykrój matrycujący,

2-6 -kolejne fazy kształtowania

Odkuwka matrycowa jest to półwyrób, z
którego wykonuje się gotowe elementy
maszyn i wyroby metalowe za pomocą dalszej
obróbki ubytkowej.

Gniazdo do kucia odkuwek matrycowych

składające się z pieca indukcyjnego, młota

i prasy do okrawania

Piec

Prasa

Młot

Prasy mechaniczne

Prasy mechaniczne

Prasy mechaniczne stanowią obszerną grupę
maszyn

technologicznych

(

uniwersalnych,

specjalnych, specjalizowanych

) do wykonywania m.in.

operacji kucia i tłoczenia. Prasy wykonują
operacje technologiczne poprzez wywieranie
nacisku

suwakiem,

który

wykonuje

ruch

posuwisto-zwrotny.
Ze względu na mechanizm, który zamienia ruch
obrotowy na posuwisto zwrotny prasy dzielimy
na:

- korbowe (stosowane są do kucia matrycowego,
do tłoczenia),

- mimośrodowe ( powszechnie stosowane do
wykrawania,
gięcia, do kształtowania za pomocą różnych
operacji tłoczenia),

-

kolanowe

(stosowane

są

do

kucia

matrycowego),

- klinowe (stosowane są do kucia matrycowego),

- krzywkowe ( mechanizm tego typu stosowany
jest w prasach

automatycznych

wielosuwakowych

do

wykonywania wyrobów
z taśmy, drutu itp.),
- śrubowe (stosowane są do kucia matrycowego).

S

m

ax

S

m

in

Schematy napędów pras mechanicznych

a- korbowa, b- mimośrodowa, c- kolanowa, d- klinowa, e- krzywkowa, f- śrubowa

S

k

d)

S

k

S

e)

S

f)

S

b)

a)

S

S

c)

S

Prasy

mechaniczne

–

rodzaje

napędów pras

Prasy do kucia odkuwek matrycowych

Prasy do kucia odkuwek matrycowych

Kucie odkuwek na prasach mechanicznych jest
nieco

mniej

uniwersalne,

ale

za

to

charakteryzuje

się

większą

dokładnością

odkuwek i możliwością automatyzacji. Do
kucia stosuje się obudowy kuźnicze z
wkładkami

matrycowymi,

które

często

posiadają wypychacze.
Najczęściej do kucia na gorąco stosuje się
prasy mechaniczne korbowe, a na zimno
kolanowe i hydrauliczne.
Prasa kuźnicza korbowa charakteryzuje się
bardzo sztywną konstrukcją ramy oraz układu:
suwak – korbowód - wał korbowy – łożyska.
Suwak posiada przedłużone i wzmocnione
prowadzenie, co zapewnia mniejszą wrażliwość
na nie osiowe obciążenia, jakie występują przy
kuciu. Suwaki pras posiadają dolny punkt
zwrotny i dlatego mają zabezpieczenia przed
przeciążeniem: mechaniczne, elektryczne, a
duże

prasy

(nowoczesne)

posiadają

zabezpieczenia czujnikami nacisku.

Schemat konstrukcji prasy korbowej kuźniczej - Maxi

1- rama, 2- stół regulowany, 3- suwak, 4- korbowód, 5- wał korbowy, 6- hamulec,
7- sprzęgło, 8- przekładnia zębata, 9- Koło zamachowe, 10- przekładnia pasowa,
11- silnik, 12- dodatkowe prowadzenie suwaka, 13- wypychacz

4

2

3

1

5

6

9

10

7

8

11

3

4

12

13

Prasa

korbowa

do

kucia

matrycowego

Przyrząd do kucia

na prasach

1,2-obudowa,
5,6-wkładki

matrycowe,
7,8-uchwyty

mocujące,
9-słupy prowadzące,
10- tuleje

prowadzące,
11,12- wypychacze

Maszyny stosowane do tłoczenia

Maszyny stosowane do tłoczenia

Tłoczenie jest procesem technologicznym
obróbki plastycznej na zimno lub rzadziej na
gorąco, obejmujące kształtowanie różnych
elementów maszyn i wyrobów metalowych
wykonywanych z blach, taśm, rur, prętów i
drutu.

Następujące operacje tłoczenia wykonuje się
na prasach uniwersalnych i specjalnych :

-cięcie i wykrawanie

(na prasach

mimośrodowych
i specjalnych),

-kształtowanie

wytłoczek

(na prasach

specjalnych
korbowych i
mimośrodowych).

8

Schemat konstrukcji prasy mimośrodowej wysięgowej (PMS

)

1

2

16

5

4

3

6

7

e

1

15

A

13

12

14

9

10

11

A - A

12

A

Prasa mimośrodowa –

uniwersalna

1-korpus,
2-stół,
3-suwak,
4-bezpiecznik

mechaniczny,
5-mocowanie czopa,
6-przegub kulisty,
7-śruba regulująca,
8-korbowód,
9-tuleja

mimośrodowa-

nastawna
10-mimośród,
11- wał mimośrodowy,
12-sprzęgło mechaniczne,
13-hamulec,
14-koło zamachowe,
15-przekładnia pasowa,
16-silnik

Wykrojnik z

prowadzeniem

słupowym

1 - stempel,
2 - prowadzenie

taśmy,
3 - matryca,
4 - słup prowadzący.

Przykład przyrządu do wykrawania stosowanego na
prasach uniwersalnych

Schemat konstrukcji prasy korbowej jednopunktowej podwójnego działania

1- rama, 2- stół, 3- suwak, 4- korbowód, 5- wał korbowy, 6- hamulec, 7- sprzęgło
8- przekładnia zębata, 9- Koło zamachowe, 10- przekładnia pasowa, 11- silnik
12- układ krzywkowy, 13- suwak dociskacza

2

1

4

3

6

5

9

10

13

12

8

7

11

Prasa podwójnego działania do tłoczenia
wytłoczek z dociskaczem

Schemat konstrukcji prasy krawędziowej - hydraulicznej

1- korpus, 2- suwak, 3- prowadzenie suwaka, 4- siłownik, 5- matryca, 6- stempel, 7- układ hydrauliczny

1

4

3

5

6

7

2

Prasa hydrauliczna

– krawędziowa do wykonywania

kształtowników

Wyciskanie wyrobów długich z metali

Wyciskanie wyrobów długich z metali

nieżelaznych

nieżelaznych

Wyroby w postaci prętów

rur i kształtowników

z

aluminium i miedzi i ich stopów,

produkowane są przez wyciskanie współbieżne
na gorąco na specjalnych poziomych prasach
hydraulicznych.
Prasy posiadają naciski od 20 – 200 MN (2-20
tys. ton) i s są sterowane komputerowo.
Prędkość wyciskanego kształtownika wynosi
do 30m/min. Proces kształtowania polega na
wyciskaniu z pojemnika nagrzanego wlewka
(np. dla stopów Al w temp. 460-540

o

C) przez

matrycę z otworem o kształcie wyrobu. Do
wyciskania rur i kształtowników rurowych z
Al stosuje się specjalne matryce komorowe z
trzpieniami.

Wyciskanie wyrobów długich z metali

Wyciskanie wyrobów długich z metali

nieżelaznych

nieżelaznych

Proces wyciskania prowadzi się okresowo, w
którym

po

wyciśnięciu

jednego

wlewka

zostawiając „resztkę” wycofuje się tłoczysko i
wprowadza się do pojemnika następny wlewek.
Po wyciśnięciu wyroby wyciskane ze stopów Al
są prostowane przez rozciąganie i cięte na
odcinki oraz zwykle poddawane obróbce
cieplnej.

Schemat wyciskania współbieżnego

Schemat wyciskania współbieżnego

a) Schemat wyciskania prętów,
b) matryca płaska do wyciskania prętów,
c) matryca komorowa do wyciskania rur.

a)

b)

c)

Przykłady wyrobów wyciskanych ze

Przykłady wyrobów wyciskanych ze

stopów Al

stopów Al

Prasa do wyciskania wyrobów ze stopów

Prasa do wyciskania wyrobów ze stopów

Al

Al

Maszyny do ciągnienie

Maszyny do ciągnienie

Pręty, kształtowniki i rury ciągnione

wytwarza

się za pomocą ciągnienia przez ciągadło na
ciągarkach

ławowych

z

odpowiednio

przygotowanego wsadu. Drut wytwarza się z
walcówki (pręta walcowanego w kręgu) za
pomocą wielokrotnego przeciągania przez
ciągadło na ciągarkach bębnowych.

Schemat ciągnienia drutu i

prętów

i budowa ciągadła

1- część wejściowa,

2- część zgniatająca,

3- część kalibrująca,

4- część wyjściowa

P

Schemat konstrukcji ciągarki ławowej

1- korpus, 2- wózek, 3- łańcuch napędowy, 4 - przekładnia, 5- silnik, 6- stojak, 7- ciągadło, 8 - rura

7

6

1

2

3

4

5

8

Przykład maszyny do ciągnienia -

ciągarka

ławowa