Kucie Matrycowe: jest to sposób kształtowania materiału, którego płynięcie jest ograniczone przez powierzchnie boczne narzędzia, i w wyniku którego materiał uzyskuje kształt narzędzia. Celem kucia matrycowego jest wykonanie odkuwki, czyli gotowego narzędzia lub elementu

Wady i zalety kucia matrycowego(w stosunku do elementów odlewanych):

Zalety:

- ekonomiczność w produkcji wielkoseryjnej (mniejsze straty przy obróbce wykańczającej)

- wyższe właściwości mechaniczne (brak jam skurczowych, pęcherzy gazowych, prawidłowy przebieg włókien itp.)

Wady:

- mała ekonomiczność przy produkcji małoseryjnej

- ograniczone wymiary wytwarzanych narzędzi

Klasyfikacja kucia matrycowego:

1.ze względu na temperaturę kucia

-na gorąco

-na zimno

2.ze względu na zastosowane maszyny

-na młotach

-na prasach śrubowych

-na prasach korbowych

-na prasach hydraulicznych

-na kuźniarkach

-na specjalnych maszynach, np. automatach

3.ze względu na kształt matrycy

-kucie jednowykrojowe

-kucie wielowykrojowe

Matryce kuźnicze dzieli się w zależności od:

1. nazwy urządzenia, na którym matryca pracuje (matryce na młoty, na prasy korbowe itp.)

2. wykonywanych w matrycy operacji (do kalibrowania, do gięcia, do obcinania

wypływki itp.)

3. konstrukcji wykrojów matrycujących (zamknięte, otwarte)

4. ilości wykrojów (jedno- i wielowykrojowe)

Zabiegi dodatkowe, stosowane w celu wyprodukowania odkuwki:

- obcinanie wypływki

- kalibrowanie

- prostowanie

- dogniatanie

Urządzenia produkcyjne kuźni matrycowych

- maszyny kuźnicze tj. młoty, prasy, kuźniarki, maszyny specjalne

- pomocnicze maszyny tnące tj. nożyce, łamacze, piły mechaniczne

- urządzenia grzewcze tj. urządzenia do nagrzewania i obróbki cieplnej

- urządzenia do wykańczania odkuwek

- maszyny robocze podnośnikowo-przenośnikowe

Materiały wsadowe używane w procesie kucia matrycowego

-wlewki

- kęsy i pręty

- pręty kształtowe

- pręty specjalne

- ciekły metal

Materiały te są poddawane uprzedniemu normalizowaniu a te ze stali stopowych wyżarzane lub wysoko odpuszczane a także:

- prasy śrubowe

- prasy korbowe

- prasy hydrauliczne

- kuźniarki

Urządzenia różnią się od siebie sposobem poruszania stempli.

Matryce wykonuje się ze stali narzędziowych typu W - do pracy na gorąco. Od stali tych wymaga się:

- dużej wytrzymałości na rozciąganie

(Rm > 90 MPa)

- twardości powierzchni 300 do 500 HB

- zdolności do głębokiego hartowania się, przy nieznacznej zmianie kształtu

- małej ścieralności

- dużej udarności itp.

Czas pracy matrycy określony jest liczbą wyprodukowanych na niej odkuwek.

Trwałość matrycy zależy od:

- ciężaru części spadającej młota

- temperatury kucia

- stali użytej do produkcji matrycy i sposobu jej wytworzenia

Trwałość matrycy waha się w granicach 1000 do 200tyś. Sztuk.

WYCISKANIE jest to proces, w którym materiał zamknięty w pojemniku (recypiencie) i poddany naciskowi stempla, wypływa przez otwór matrycy, przyjmując określony jej zarysem kształt i ulegając wydłużeniu. Wyciskanie nazywa się też czasem prasowaniem wypływowym.

Podział:

Podział w zależności od temperatury:

-na zimno (poniżej temp. rekrystalizacji)

-na gorąco (powyżej temp. rekrystalizacji)

Podział w zależności od kierunku płynięcia metalu:

-współbieżne

-przeciwbieżne

-mieszane.

Wyciskanie współbieżne-Metal jest wypychany z pojemnika w ten sposób, że płyta cisnąca jest przemieszczana stemplem względem ścianek pojemnika, natomiast matryca nie przemieszcza się względem nich. W miarę zbliżania się stempla do matrycy wygniatany jest z niej wyrób.

Wyciskanie współbieżne hydrauliczne-Metal z pojemnika wygniatany jest przez otwór matrycy pod działaniem cieczy, doprowadzonej do pojemnika pod wysokim ciśnieniem.

Wyciskanie przeciwbieżne-Przy wyciskaniu przeciwbieżnym wsad wypychany jest matrycą, którą przesuwa stempel względem ścian pojemnika. Wyrób wypływa w przeciwnym kierunku do ruchu stempla.

Wyciskanie mieszane-Wyciskanie współbieżne i przeciwbieżne metalu zachodzi równocześnie lub kolejno. Wyrób wypływa zgodnie jak i przeciwnie do kierunku ruchu stempla.

Wady wyciskania:

-trudne warunki pracy narzędzi matryc i iglic,

-znaczna nierównomierność własności wyrobu na przekroju i długości,

-gorszy uzysk w porównaniu z walcowaniem.

Wyroby powstałe w procesie wyciskania-Wyroby wyciskane zbliżone są kształtem do wyrobów otrzymywanych przez walcowanie. Wyciskanie stosuje się także do otrzymywania przedkuwek mających kształt trzpienia o stałym lub zmiennym przekroju, z pocienieniem na końcu.

Prasy do wyciskania-Prasa o nacisku 200kN do wyciskania w Katedrze Przetwórstwa Materiałów Metalowych i Polimerowych PŚ w Gliwicach.

KUŹNICTWO: jest to dział przeróbki plastycznej zajmujący się technologią kucia i wykonywania odkuwek. Kuźnictwo obejmuje również procesy pomocnicze niezbędne dla wykonania wyrobów właściwej jakości tj. przygotowanie i nagrzewanie wsadu i obróbkę wykańczającą.

Kucie - sposób obróbki plastycznej , w którym kształtowanie materiału następuje uderzeniem lub naciskiem narzędzia wykonującego ruch postępowy.

Kucie dzieli się na :

- swobodne - narzędzie wywiera nacisk tylko na część powierzchni metalu i nie ogranicza innych powierzchni, a odkształcony metal może płynąć w kilku dowolnych kierunkach. Zastosowanie: produkcja wyrobów w małych seriach, odkuwki duże i ciężkie. Wady: mała wydajność, niska jakość, znaczne straty materiału (duże naddatki na obróbkę).

- matrycowe - całkowite ograniczenie płynięcia metalu przy jednoczesnym wywarciu nacisku na metal wszystkimi powierzchniami roboczymi, w wyniku czego materiał przybiera kształt wykroju roboczego narzędzia. Zastosowanie: produkcja seryjna i masowa. Zalety: wysoka jakość

Do podstawowych operacji kuźniczych zaliczamy:

-spęczanie

-wydłużanie

-przebijanie i wgłębianie

-przesadzanie

-gięcie

-cięcie

-skręcanie

-operacje pomocnicze i kontrolne

Spęczanie zwane też zgrubianiem, polega na zwiększeniu przekroju poprzecznego materiału wsadowego przy jednoczesnym zmniejszeniu jego wysokości lub długości.

Przykładowe kuźnicze sposoby spęczania:

-spęczanie między płaskimi kowadłami

- spęczanie częściowe w dwóch pierścieniach ograniczających strefę spęczania

- spęczanie kołnierza czołowego

Zasady prawidłowego spęczania:

-materiał powinien być starannie oczyszczony i równomiernie nagrzany

-płaszczyzny czołowe powinny być równoległe i prostopadłe do osi

-stosunek wymiarowy części spęczanej powinien być: H/D<3

-obracanie odkuwek między naciskami sprzyja zwiększeniu równomierności odkształcenia

-należy spęczać silnymi uderzeniami lub naciskami

Wydłużanie- nazywa się operację, przy której materiał kuty zwiększa swą długość, a jednocześnie zmniejsza przekrój.

Poszerzaniem natomiast nazywa się taki sposób kucia, przy którym przemieszczanie się materiału na szerokości jest większe niż w kierunku długości.

Wydłużanie - rozkuwanie pierścieni: Stosowane jest w razie konieczności zwiększenia średnicy krótkich tulei i pierścieni. Rozkuwa się je na trzpieniach luźnych, przy czym przyrost średnicy odbywa się przez pocienienie grubości ścianki pierścienia lub tulei.

Przebijanie i wgłębianie-Przebijaniem nazywamy wykonanie w odkuwce otworów przelotowych okrągłych lub kształtowych.Przebijanie dzielimy na jedno i dwustronne. Wgłębianiem nazywamy wykonanie wgłębień okrągłych lub kształtowych (bez przebijania na wskroś).

Przesadzanie-Operacje przesadzania stosuje się przy kuciu jednorodnych wałów korbowych, jeśli zachodzi konieczność równoległego przesunięcia pewnego odcinka odkuwki przy niezmienionym kształcie przekroju poprzecznego.

Gięcie- przeprowadza się zwykle na krótkich odcinkach odkuwki nagrzanych do odpowiedniej temperatury, natomiast przyległe części odkuwki pozostawia się zimne.Gięcie na gorąco powoduje znaczne zmiany kształtu pręta wyjściowego. Im większy jest kąt zgięcia i im mniejszy promień zagięcia, tym większe są zniekształcenia.

Cięcie-Operacje cięcia stanowią ok. 10% całego czasu kucia . Są to operacje czasochłonne, trudne do wykonania i niebezpieczne.

Cięcie przeprowadza się w celu:

- obcinania odpadów od głowy i stopy wlewka, końców odkuwek wydłużonych, ścinanie ostrych krawędzi, itp.

- odcinanie odkuwki przy kuciu kilku odkuwek z jednego wlewka

- cięcie kęsa na kilka odcinków

- wycinanie naddatków technologicznych lub wad lokalnych

Przy cięciu mniejszych przekrojów stosuje się cięcie jednostronne. Grubsze przekroje tnie się dwustronnie.

Skręcanie-Przy kuciu jednorodnych wałów korbowych zastosowanie operacji skręcania pozwala na znaczne uproszczenie procesu kucia. Wszystkie korby kuje się w jednej płaszczyźnie, po czym za pomocą specjalnego klucza skręca się je do wymaganej pozycji

Operacje pomocnicze i kontrolne-Do operacji tych zaliczamy operacje przygotowania materiału wyjściowego, wykończenia odkuwek oraz niezbędne czynności kontroli międzyoperacyjnej czyli:

-kontrola wymiarów

-ewentualne prostowanie

-pomiar twardości

-znakowanie i ważenie

-kontrola jakości

Zalety technologii kucia:

1.Możliwość otrzymywania elementów konstrukcyjnych różnego rodzaju i wielkości z ogólnodostępnych materiałów i półproduktów.

2.Możliwość osiągania wysokiego stopnia odwzorowania kształtu wyrobu finalnego.

3.Możliwość otrzymywania wyrobów wysokiej jakości
i użyteczności, nie osiągalnej innymi technologiami.

4. Możliwość oddziaływania poprzez kucie na strukturę
i właściwości materiału.

5. Niski, w porównaniu z konkurencyjnymi technologiami, koszt produkcji i bezproblemowy recykling wytworzonych produktów kutych.

SCHEMAT PROCESU KUCIA:

-OPERACJE PRZEGOTOWANIA MATERIAŁU WSADOWEGO: OCZYSZCZANIE, CIĘCIE

-GRZANIE MATERIAŁU WSADOWEGO

-KUCIE SWOBODNE LUB MATRYCOWE

-STUDZENIE

-OBRÓBKA CIEPLNA

-OPERACJE WYKAŃCZAJĄCE:

-OCZYSZCZANIE CHEMICZNE LUB MECHANICZNE, PROSTOWANIE, KONTROLA TECHNICZNA

Odkuwki matrycowe-Przemysł samochodowy - odkuwki do kół zębatych, wałków, belek osi przednich, zwrotnic, ramion, korbowodów, wsporników, rozpieraków. Przemysł górniczy - elementy systemów transportowych (zabieraki, łączniki) i napędowych do kombajnów górniczych. Przemysł kolejowy - elementy rozjazdów kolejowych: iglice, płyty, drążki, dzioby i inne. Rolnictwo - odkuwki wykorzystywane w maszynach rolniczych i transportowych, takie jak: elementy zespołów napędowych, zaczepy wózków widłowych, szyny ślizgowe. Maszyny budowlane - odkuwki do maszyn budowlanych (ciągników gąsienicowych, ładowarek kołowych), elementy jezdne (ogniwa, rolki), tłoczyska, wsporniki, elementy napędowe.

Zależnie od kształtu narzędzi i sposobu ich oddziaływania kucie i prasowanie dzieli się na:

swobodne i matrycowe.

Kucie swobodne - narzędzie wywiera nacisk tylko na część powierzchni metalu i nie ogranicza innych powierzchni, a odkształcony metal może płynąć w kilku dowolnych kierunkach.

Kucie półswobodne - częściowe ograniczenie swobodnego płynięcia metalu, przy jednoczesnym wywieraniu nacisku narzędziem na część powierzchni materiału.

Kucie matrycowe - całkowite ograniczenie płynięcia metalu przy jednoczesnym wywarciu nacisku na metal wszystkimi powierzchniami roboczymi, w wyniku czego materiał przybiera kształt wykroju roboczego narzędzia.

Czynniki decydujące o sposobie wykonywania odkuwki:

1. WIELKOŚĆ SERII I WIELKOŚĆ ROCZNEJ PRODUKCJI ODKUWEK.

2. KSZTAŁT GEOMETRYCZNY I WYMIARY ODKUWEK.

3. GATUNEK STALI.

4. ZAKRES KONIECZNEJ OBRÓBKI WYKAŃCZAJĄCEJ.

5. RODZAJ OBRÓBKI CIEPLNEJ PO KUCIU.

6. WYMAGANIA ODBIORCZE.

7. WARUNKI TECHNICZNE WYKONANIA.

8. DOKŁADNOŚĆ PODSTAWOWYCH MASZYN KUŹNICZYCH, ICH KOSZT EKSPLOATACJI, STOPIEŃ ZMECHANIZOWANIA, WARUNKI BHP.

PODSTAWOWE OPERACJE KUCIA SWOBODNEGO I PÓŁSWOBODNEGO: -SPĘCZANIE

-WYDŁUŻANIE

-PRZEBIJANIE I WGŁĘBIANIE

-PRZESADZANIE

-GIĘCIE

-CIĘCIE SPOSOBAMI KUŹNICZYMI

-SKRĘCANIE

-OPERACJE POMOCNICZE I KONTROLNE

Spęczanie stosuje się gdy:

1.Przekrój gotowej odkuwki lub jej części jest większy od przekroju materiału wyjściowego.

2.Żądany stopień przekucia wymaga wstępnego zwiększenia przekroju przed dalszymi operacjami (zwykle wydłużaniem).

3.Wlewek lub kęs przygotowuje się do przebijania otworu.

4.Wymagany przebieg włókien można uzyskać tylko przez spęczanie (np. tarcze wirnika, koła zębate).

5.Wymagana jest znaczna jednorodność struktury
i izotropowość własności mechanicznych w całym przekroju odkuwki.

6.Konieczne jest uzyskanie ostrych krawędzi odkuwek przy niewielkich różnicach wymiarów materiału wsadowego.

7. Kuje się odkuwki w kształcie krążków, pierścieni, kostek itp.

8.Wszechstronny przerób, tj. spęczanie i wydłużanie, sprzyja skutecznemu rozbiciu siatki węglików (kucie stali szybkotnących, łożyskowych itp.).

---