Obróbka

plastyczna

metali

Błażej Major

Błażej Stankiewicz

Inżynieria Materiałowa

Semestr III

Grupa II

Informacje ogólne

Obróbkę plastyczna charakteryzuje się:

•

Możliwością nadawania wyrobom
różnorodnych kształtów jak i własności.

•

Oszczędność materiału przy małej ilości
odpadów.

•

Możliwość wytwarzania wyrobów o
określonych właściwościach mechanicznych i
technologicznych.

Informacje ogólne

Rodzaje obróbki plastycznej metali:

•

Walcowanie

•

Kucie

•

Ciągnienie

•

Wyciskanie

•

Cięcie

Walcowanie

Sposób obróbki plastycznej polegający na odkształcaniu

metali i ich stopów w wyniku nacisku wywieranego
przez obracające się walce lub przemieszczające się
szczęki. Odkształcenie plastyczne podczas
wzdłużnego walcowania odbywa się w wyniku
przechodzenia metalu przez szczelinę między walcami
obracającymi się w przeciwnych kierunkach.
Proces walcowania wykonują walce robocze, przy
czym przepustem nazywa się jedno przejście metalu
przez parę walców, bezpośrednio z sobą
współpracujących, podczas którego wykonano
określone odkształcenie plastyczne.

Walcowanie

Podział procesów walcowania:

a) wzdłużne – blachy i kształtowniki,
b) poprzeczne – śruby, koła zębate,
wielowypusty,
c) skośne – tuleje, kule,
d) okresowe – przedkuwki,
e) specjalne.

Walcowanie wzdłużne

Zależnie od rodzaju wyrobów można je

walcować w walcach o beczkach:

•

płaskich, na których zachodzi swobodne
poszerzenie metalu, mających zastosowanie
do walcowania wyrobów płaskich (blachy,
taśmy)

•

bruzdowych, na których zachodzi wymuszone
poszerzanie metalu z uwagi na odkształcenie
plastyczne w wykrojach, mających
zastosowanie przy walcowaniu prętów, szyn,
teowników

Walcowanie wzdłużne

Schemat walca roboczego do walcowania wyrobów
płaskich z dwustronną rozetą
1 - beczka, 2 - czop, 3 - rozeta

Walcowanie wzdłużne

Schemat walca roboczego do walcowania wyrobów
bruzdowych z dwustronną rozetą
1 - beczka, 2 - czop, 3 - rozeta

Walcowanie wzdłużne

Zasadniczą cechą walca jest twardość jego powierzchni roboczej i rodzaj

tworzywa, z

którego jest on wykonany. Wyróżnia się więc:

•

walce nie utwardzone (150+200 HB), wykonane ze staliwa, stali węglowej
kutej lub żeliwa szarego, a stosowane do walcowania w walcarkach:
wstępnej i dużej, w walcarkach dziurujących do rur bez szwu;

•

walce półutwardzone (250+300 HB), wykonane z żeliwa, staliwa lub stali
kutej, a stosowane do walcowania w walcowniach: średnich i małych, w
walcarkach blach oraz na walce oporowe w walcarkach kwarto;

•

walce utwardzone (350+550 HB), wykonane ze stali stopowej lub żeliwa, as
tosowane do walcowania na gorąco w walcarkach wykańczających: blachy i
profile bruzdowe;

•

walce utwardzone specjalnie (550+650 HB), wykonane ze kutej stali
stopowej z dużą zawartością chromu, a stosowane do walcowania w
walcarkach na zimno;

•

walce specjalne (> 650 HB), wykonane z węglików spiekanych, a stosowane
np. do walcowania w blokowych walcarkach wykańczających walcówkę.

Walcowanie wzdłużne

Klatka Walcownicza - walce robocze zabudowuje

się w klatce walcowniczej, w której zachodzi
operacja walcowania. Naciski na odkształcany
metal wywierane są więc bezpośrednio przez
walce robocze, których czopy ułożyskowane
są w łożyskach i ich obudowach,
umieszczonych w stojakach klatki roboczej.

Walcowanie wzdłużne

1. stojak,
2. walec,
3. łożyska,
4. urządzenie do regulacji nastawy
walców,
5. ściąg
6. płyta fundamentowa

Walcowanie wzdłużne

Walcarką - nazywa się komplet urządzeń

maszynowych z

własnym indywidualnym napędem, o

konstrukcji

mechanicznej przystosowanej bezpośrednio do

wykonania

operacji walcowania, wchodzącej w skład

realizowanego w

cyklu technologicznym przerobu plastycznego.

Walcowanie skośne

Ogólnie można powiedzieć, że procesy

wytwarzania rur stalowych można podzielić na
dwie odmienne technologicznie grupy,
różniące się zarówno stosowanymi metodami,
jak i urządzeniami do ich wytwarzania, tj.:

•

procesy produkcji rur bez szwu -
przebiegające na gorąco

•

procesy produkcji rur ze szwem -
przebiegające na zimno

Walcowanie skośne

Schemat walcowania skośnego
1 – walce, 2 – materiał walcowany, 3 – przebijak,
4 - trzpień

Walcowanie

Wszystkie wyroby stalowe i większość z metali
nieżelaznych w pierwszym stadium walcuje
się na gorąco. Niektóre wyroby walcowane na
gorąco można następnie walcować na zimno.
Nie wszystkie stopy metali dają się walcować,
np.: żeliwo, stale wysokowęglowe, nikiel i jego
stopy.

Przykłady walcarek

Kucie

Rodzaje kucia ze względu na swobodę płynięcia

kształtowanego materiału:

•

kucie swobodne polegające na zmianie kształtu materiału
obrabianego - metalu poprzez wywieranie nacisku (uderzeń)
narzędziami. Powoduje to płynięcie materiału w kilku
kierunkach.

•

kucie półswobodne – polegające na częściowym ograniczaniu
swobodnego płynięcia metalu podczas wywierania nacisku
narzędziem na część powierzchni przedkuwki.

•

kucie matrycowe - polegające na odkształcaniu materiału
zwanego przedkuwką za pomocą uderzeń. Narzędzia do
obróbki, w tym konkretnym przypadku matryce wywierają
nacisk na obrabiany element.

Kucie

Schemat kucia:
a) Swobodnego
b) Półswobodnego

Kucie

Kucie swobodne stosuje się głównie w następujących przypadkach:

•

przy produkcji jednostkowej, gdzie wykonanie matryc jest
nieopłacalne;

•

przy wykonywaniu odkuwek, których ciężar 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 produkcji prętów kutych ze stali stopowych lub stopów o
specjalnych własnościach, jak również ze stali z gatunków
normalnych w tych przypadkach, gdy przekrój danego pręta nie
jest objęty programem walcowania;

•

przy szeroko pojętej regeneracji narzędzi i sprzętu warsztatowego;

•

przy wykonywaniu części zamiennych i do celów remontowych.

Kucie

Młoty są to maszyny służące do kucia
materiału na gorąco i pracujące udarowo.
Dzielą się one pod względem
energetycznym na młoty pojedynczego i
podwójnego działania.

1 - szabota,
2 - stojaki,
3 - cylinder,
4 - bijak,
5 - dźwignie,
6 - kowadło
górne,
7 - kowadło dolne

Kucie

Podstawowym problemem konstrukcji młotów jest rozwiązanie sposobu

wprawienia w ruch bijaka (tzn. nadawania mu przyśpieszenia).

Z tego względu młoty można podzielić na pięć grup:

•

młoty spadowe, w których przyśpieszenie bijaka następuje wyłącznie pod
wpływem działania siły ciężkości

•

młoty, w których przyśpieszenie bijaka następuje pod wpływem sił jego
ciężaru i parcia pary lub powietrza sprężonego, działających na górną
powierzchnię tłoka,

•

młoty dźwigniowe i sprężynowe, w których przyśpieszenie bijaka zależy od
siły ciężaru, prędkości obrotowej korby oraz własności sprężystych ramienia
lub resoru

•

młoty przeciwbieżne o zrównoważonych ciężarach bijaków, w których
przyśpieszenie ruchu bijaków zależy wyłącznie od działania ciśnienia; w
młotach tych siła ciążenia nie wpływa na przyśpieszenie zespołów bijakowych

•

młoty bardzo szybkie; w młotach tych przyśpieszenie bijaka następuje również
pod wpływem sumy nacisku gazu na górną powierzchnia tłoczyska, jednak ze
względu na sposób rozwiązania konstrukcyjnego, jak i na działanie wielkimi
zasobami energii, różnią się one znacznie od młotów konwencjonalnych;
prędkość ruchu bijaka w tych młotach jest kilkakrotnie większa od prędkości
młotów konwencjonalnych.

Przykłady młotów

kuźniczych

Ciągnienie

Ciągnieniem nazywamy sposób przeróbki

plastycznej materiału (metalu lub stopu)
polegający na przeciągnięciu go przez otwór w
specjalnie ukształtowanej matrycy, zwanej
ciągadłem pod wpływem przyłożonej z zewnątrz
siły, zwanej siłą ciągnienia.

Ciągnienie

Głównym elementem ciągadła jest otwór

roboczy.

Rozróżnia się ciągadła o profilu:



prostym (a)



łukowym (b)

1) Stożek smarujący
2) Stożek zgniatający
3) Część kalibrująca
4) Stożek wyjściowy

Ciągnienie

Maszyny służące do przeróbki plastycznej

materiałów przez ciągnienie nazywamy
ciągarkami. W zależności od zasady działania i
przebiegu osi ciągnionego materiału ciągarki
możemy podzielić na:



Ławowe – w których ruch ciągnionego

materiału jest prostoliniowy



Bębnowe – w których materiał nawija się na

bęben lub tarczę

Ciągarki ławowe

W zależności od elementu przekazującego siłę

ciągnienia ciągarki ławowe dzieli się na:

•

Łańcuchowe (a,b)

•

Linowe (c,d)

•

Zębatkowe (e)

•

Hydrauliczne (f,g)

Ciągarki bębnowe

W zależności od liczby bębnów dzielą się na:



Jednostopniowe – redukcja przekroju w

jednym ciągadle lub zestawie ciągadeł, mają
jeden bęben roboczy (pionowy lub poziomy)



Wielostopniowe – jednoczesne redukowanie

przekroju w kilku ciągadłach, z napędem
indywidualnym lub grupowym, poślizgowe lub
bezpoślizgowe

Ciągarki bębnowe

Ciągarka bębnowa jednostopniowa z bębnem pionowym.
1 – bęben roboczy, 2 – skrzynia przekładniowa z przekładnią, 3 – silnik elektryczny,
4 – puszka do smaru z uchwytem na ciągadło, 5 – żuraw do zdejmowania kręgu drutu

Ciągnienie

Wyciskanie

Proces wyciskania polega na tym, że metal

zamknięty w pojemniku (rycypiencie) jest
wyciskany przez otwór matrycy i otrzymuje
kształt przekroju poprzecznego wyrobu,
odpowiadający kształtowi otworu matrycy.

Rodzaje procesów wyciskania:

- współbieżne

- przeciwbieżne

- poprzeczne

- złożone

Wyciskanie

Współbieżne-

gdy

zwroty

prędkości stempla i materiału
wypływającego przez otwór w
matrycy są zgodne.

Przeciwbieżne-

gdy

zwroty

prędkości stempla i materiału
wypływającego przez otwór w
matrycy lub szczelinę pomiędzy
stemplem

i

matrycą

są

przeciwne.

Złożone- gdy materiał
równocześnie wypływa z
matrycy zgodnie i przeciwnie
do ruchu stempla.

Poprzeczne- gdy matryca lub
matryce

znajdują

się

w

bocznych ścianach pojemnika,
względnie materiał wpływa do
szczelin matrycy w kierunku
poprzecznym.

Tłoczenie

Jest to metoda obróbki metali polegająca na wywieraniu
narzędziem na obrabiany materiał nacisku

przekraczającego

granicę jego plastyczności, mającego na celu trwałą

zmianę

kształtu i wymiarów obrabianego przedmiotu.

Tłoczenie

Spośród wielu wyrobów przemysłu hutniczego, do
tłoczenia stosowane są blachy i taśmy stalowe oraz

blachy i

taśmy z metali nieżelaznych. Blachy stalowe często są
używane jako powlekane innymi materiałami.

Najczęściej

spotykanymi materiałami wśród metali nieżelaznych
to: blachy i taśmy miedziane, mosiężne, aluminiowe i
Cynkowe.

Tłoczenie

Tłoczenie przeprowadza się za pomocą

przyrządów

zwanych tłocznikami, przeważnie na prasach
mechanicznych lub hydraulicznych.

Jest to operacja rozdzielania materiału.
Zaliczana jest do jednego z procesów obróbki
plastycznej, polegającego na oddzielaniu
jednej części materiału od drugiej. Cięcie
stosowane jest najczęściej w obróbce
materiałów, która polega na wytworzeniu
takiego stanu naprężenia w żądanym miejscu,
aby nastąpiło w nim pęknięcie obrabianego
przedmiotu.

Cięcie

Cięcie

Operacje cięcia możemy podzielić na:

•

cięcie nożycami,

•

cięcie na prasach, czyli wykrawanie.

•

cięcie gumą.

Półfabrykaty przeznaczone do obróbki

skrawaniem lub obróbki plastycznej w
większości przypadków poddawane są
wstępnej operacji cięcia. Cięcie wykonuje się
na nożycach dźwigniowych, gilotynowych,
krążkowych i innych.

Nożyce do cięcia
blachy:

Bibliografia



Dobrzański L.A.: Podstawy nauki o

materiałach i metaloznawstwo,
Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, 2006



Sińczak J.: Procesy przeróbki plastycznej –

ćwiczenia laboratoryjne, Wydawnictwo
Naukowe AKAPIT, 2001



Prowans S.: Obróbka plastyczna,

Wydawnictwo Uczelniane Politechniki
Szczecińskiej, 1975