Data: 19.05.1998	LABORATORIUM OBRÓBKI PLASTYCZNEJ	Ocena:
Motyl Paweł gr. 21M	Temat: Ciągnienie prętów.	Podpis:

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z procesem ciągnienia prętów, poznanie procesu ciągnienia drutu, prętów i rur, zjawiskami towarzyszącymi procesowi ciągnienia oraz obliczanie i pomiar siły ciągnienia.

2. Teoria.

Ciągnienie.

Ciągnienie jest to sposób obróbki plastycznej polegający na wprowadzeniu metalu w postaci drutu, rury, prętów w stożkowe narzędzie czyli ciągadło i przezeń przeciąganiu. Prowadzi to do zmniejszenia przekroju poprzecznego. Stożek ciągadła posiada na całej długości przekrój poprzeczny o kształcie identycznym lub bliskim idealnemu materiału wsadowego i zmniejszającym się do wyjścia ciągadła długość przeciąganego materiału rośnie wprost proporcjonalnie do ubytku powierzchni przekroju poprzecznego.

Schemat procesu ciągnienia

gdzie:

P_c - siła ciągnienia, P_o - siła przeciwciągu, d_p - średnica początkowa, d_k - średnica końcowa,  - kąt pochylenia stożka ciągadła.

Zasadniczym parametrem określającym dynamiczne warunki jest siła ciągnienia:

gdzie

σ_c - naprężenie ciągnienia, S_k­ - przekrój poprzeczny końcowy,

Przed rozpoczęciem ciągnienia materiał zaostrza się na końcu celem łatwiejszego wprowadzenia w stożek ciągała.

W procesie ciągnienia oprócz zmniejszenia przekroju poprzecznego uzyskuje się także podniesienie własności mechanicznych, lepszą jakość powierzchni przedmiotu oraz lepsze tolerancje wymiarowe.

Proces ciągnienia różni się od innych procesów obróbki plastycznej następującymi cechami: sposobem przyłożenia siły, wymiary liniowe poprzecznego przekroju metalu zmieniają się do zadanych wielkości we wszystkich kierunkach równomiernie, możliwością otrzymania różnych profili o niezmiennych wymiarach na długości. Za pomocą ciągnienia przerabia się stale miękkie, stale o dużych zawartościach węgla (1.2%C), stale stopowe, stale konstrukcyjne i narzędziowe oraz metale nie żelażne i ich stopy.

Ciągnie można podzielić na:

• ciągnienie profili pełnych (pręty, druty, profile o różnych kształtach),

• rury ze szwem i bez szwu.

Materiał wyjściowy na wyroby ciągnione powinny być bez wad. Niedopuszczalna jest niejednorodność materiału pod względem struktury, składu chemicznego, własności mechanicznych, pęknięcia wzdłużne, rysy, itp.

Miary odkształcenia.

Zgniot:

Wydłużenie jednostkowe:

Wydłużenie:

Wydłużenie rzeczywiste:

Wielkości te definiujemy za pomocą wielkości podstawowych :

S_p - przekrój poprzeczny początkowy, S_k - przekrój poprzeczny końcowy,

l_p - długość początkowa, l_k - długość końcowa,

d_p - średnica początkowa, d_k - średnica końcowa.

Czynniki wpływające na proces ciągnienia

Decydujący wpływ na przebieg procesu ciągnienia mają:

• mechaniczne i fizyczne właściwości przeciąganego materiału,

• stopień odkształcenia,

• kształt ciągadła (głównie kąt α),

• materiał ciągadła,

• jakość powierzchni trących i smarowanie,

• prędkość ciągnienia,

• nierównomierny rozkład odkształceń,

• procesy cieplne.

Rola tarcia w procesie ciągnienia.

Tarcie w procesie ciągnienia jest zjawiskiem szkodliwym, wpływającym na zwiększenia siły ciągnienia, nierównomierność odkształcenia i występowanie naprężeń własnych - wynika z tego zwiększenie wydatku energii do przeprowadzenia procesu. Tarcie jest główną przeszkodą na drodze postępu w ciągarstwie. Zjawisko tarcia opisują hipotezy tarcia:

Hipoteza mechaniczna - opiera się na założeniu, że opory tarcia wynikają z mechanicznego zaczepienia nierówności powierzchni. W punkcie rzeczywistego styku dwóch metali następuje zespolenie, a następnie ich ścinanie wywołane przesuwaniem się jednego metalu względem drugiego

T = μ * N

Hipoteza molekularna - opory tarcia są wynikiem przyciągania molekularnego poszczególnych rzeczywistych punktów styku dwóch współpracujących powierzchni. Połączenia tarciowe zależą od własności fizyczno - chemicznych pary tnącej.

Hipoteza molekularno - mechaniczna - uwzględnia zarówno mechaniczne, jak i molekularne współdziałanie w procesie tarcia. W procesie przeróbki plastycznej metali występujące mikronierówności narzędzia i przedmiotu obrabianego odkształcają się i przemieszczają się powodując ciągłą zmianę warunków tarcia na kontakcie (zmiana nacisków jednostkowych, temperatury, prędkości przemieszczania się cząsteczek).

Wpływ przeciwciągu na proces ciągnienia.

Dla zmniejszenia tarcia i zwiększenia żywotności ciągadeł stosuje się często ciągnienie z przeciwciągiem. Jest to rodzaj ciągnienia, w którym materiał znajdujący się przed ciągadłem jest poddawany działaniu siły P_o, skierowanej przeciwnie do kierunku ciągnienia. Powoduje to zmniejszenie nacisku metalu na powierzchnię ciągadła, co z kolei powoduje zmniejszenie tarcia, a w następstwie mniejsze zużycie ciągadła.

Między siłą ciągnienia, siłą przeciwciągu i siłą nacisku metalu na ciągadło istnieje związek

P_c=P_m+P_o.

Składowe ciągnienia drutu

Siła ciągnienia P_C lub naprężenie ciągnienia składa się z trzech elementów:

P_C = P _i+ P_f + P_n

gdzie:

P_i - składowa zależna od wielkości oporu plastycznego, charakteryzująca beztarciowe odkształcenie, składowa ta nie zależy od wielkości kąta ,

P_f - składowa siły P_C służąca pokonaniu siły tarcia, przy niezmiennym współczynniku tarcia, składowa ta rośnie wraz ze zmniejszaniem się kąta  ( wraz ze wzrostem powierzchni tarcia w ciągadle),

P_n - składowa na pokonanie sił wynikających z nierównomierności odkształcenia.

Całkowita siła ciągnienia związana jest z naprężeniem ciągnienia równym:

Obliczenie siły ciągnienia sprowadza się do obliczenia wielkości naprężenia ciągnienia σ_k.

Rodzaje i budowa ciągadeł.

Ciągadła to narzędzia do realizowania procesu ciągnienia. Ciągadła pracują w bardzo ciężkich warunkach - są narażone na ścieranie i trwałe odkształcenia. Dlatego materiał ciągadła musi być odporny na ścieranie i mieć odpowiednio wysoką granicę sprężystości i wytrzymałości, aby nie nastąpiły w nim odkształcenia plastyczne lub pęknięcia. Obecnie najczęściej stosowanymi materiałami na ciągadła są: stal, węgliki spiekane i diament.

Jednym z podstawowych czynników wpływających na proces ciągnienia jest kształt otworu roboczego ciągadła Jeśli kształt ten jest prawidłowo dobrany, siła ciągnienia jest najniższa, ciągadło wykazuje małe zużycie, a wyrób uzyskuje lepszą jakość.

Ciągadło stożkowe - najczęściej stosowane ciągadło, wykonuje się je zależnie od potrzeby ze stali, węglików spiekanych i diamentu.

Kształt roboczego otworu ciągadła stożkowego

Otwór roboczy składa się z 4 podstawowych części:

• stożek smarujący - doprowadza odpowiednią ilość smaru do części roboczej ciągadła,

• stożek zgniatający - najważniejszy element ciągadła - wpływa na proces ciągnienia, gdyż całe odkształcenie materiału zachodzi w jego obrębie,

• pierścień kalibrujący - służy do nadania ściśle żądanego kształtu i wymiaru ciągnionemu materiałowi,

• stożek wyjściowy - nie odgrywa znaczącej roli w procesie ciągnienia, nie może być jednak nadmiernie zbieżny, gdyż podtrzymuje krawędź walcowej części otworu roboczego i przeciwdziała wykruszaniu się tej krawędzi, na co jest ona narażona.

Ciągadła łukowe mają bardzo zbliżoną konstrukcję do ciągadeł stożkowych, różnią się kształtem części zgniatającej, która ma profil łukowy.

Druciadła - są to wielootworowe ciągadła wykonane we wspólnej płycie z narzędziowej stali chromowej. Płyta ma kształt łopatki w której wykonane jest od 8÷10 stożkowych otworów roboczych kalibrowanych szlifowanymi trzpieniami.

Ciągadła składane nastawne - są zmontowane z elementów w taki sposób, że wymiary otworu roboczego można zmieniać w pewnych granicach przez regulację śrubami nastawczymi.

Ciągadła walcowe - są to ciągadła w których elementami roboczymi są walce lub rolki osadowe w specjalnie sztywnych uchwytach na łożyskach tocznych.

Ciągadła kulkowe - są odmianą ciągadeł z obrotowymi elementami roboczymi i znajdują zastosowanie przy ciągnieniu rur.

Ciągnienie rur.

Ciągnienie rur na zimno może być przeprowadzone kilkoma metodami:

• ciągnienie swobodne,

• ciągnienie z trzpieniem długim,

• ciągnienie z trzpieniem zamocowanym,

• ciągnienie w korku swobodnym,

• ciągnienie w ciągadłach kulkowych.

Rodzaje ciągarek.

Ciągarki to urządzenia służące do przeciągania materiału przez ciągadło ciągarka składa się z dwóch głównych części ciągadła i mechanizmu ciągnącego. Zależnie od rodzaju mechanizmu ciągnącego rozróżnia się ciągarki:

• Bębnowe: pojedyncze i wielostopniowe (z poślizgiem i bez poślizgu)

• Łańcuchowe: pojedyncze i wielostopniowe (jednokrotne i wielokrotne).

Schemat stanowiska do ciągnienia

3. Wyniki pomiarów i obliczenia:

Na podstawie przeprowadzonych pomiarów geometrycznych uzyskanych wyrobów oraz mierzonych sił, należało wyznaczyć wartość teoretycznej siły ciągnienia, oraz zgniot, wydłużenie jednostkowe, wydłużenie, wydłużenie rzeczywiste.Materiały użyte w trakcie doświadczenia

Materiał	Własności mechaniczne	Zastosowanie
stal węglowa 20	Rm = 420 MPa Re = min 245 MPa HB156 A5 = 24 %	stal stosowana na części maszyn, od których nie wymaga się większej wytrzymałości, lecz żąda się dobrej spawalności: mało obciążone części maszyn np.: czopy, sworznie, śruby, tuleje itp.

według PN-93/H-84019

Wyniki pomiarów.

stal węglowa 20
d0 [mm]	so [mm^2]	dk [mm]	sk [mm^2]	Pc [kG]
		7.07	39.258	2056
8.97	62.912	7.56	44.888	1840
		7.97	49.889	1544

α = 6^o

Wyniki obliczeń.

wartości siły i naprężenia ciągnienia				miary odkształcenia
Pcrz [N]	Pcteoret [N]	σcrz [MPa]	σcteoret [MPa]	Z [%]	ε	λ	lnλ
20162.48	10181.01	513,59	259.37	37.6	0.603	1.603	0.472
18044.27	8843.90	401.981	197.02	28.65	0.402	1.402	0.338
15141.47	7084.63	303.50	142	20.7	0.261	1.261	0.232

Obliczenia teoretycznej siły ciągnienia:

- wg. wzoru HOFFMANA SACHSA

Obliczenia zgniotu.

Obliczenia wydłużenia względnego.

Obliczenia wydłużenia.

Obliczenia wydłużenia rzeczywistego.

4. Wnioski.

Wartości teoretycznej siły ciągnienia obliczone według wzoru HOFFMANA SACHSA różnią się znacząco od wartości siły doświadczalnej. Wartość teoretyczna jest około dwa razy mniejsza od wartości doświadczalnej.

1. ciągadło stożkowe,

1. ciągniony materiał,

1. element mocujący,

1. szczęki chwytające materiał,

1. płyta dolna maszyny wytrzymałościowej,

1. płyta górna maszyny wytrzymałościowej,

1. pierścień redukcyjny,

1. śruby mocujące.

---