Obróbka plastyczna metali obejmuje: kształtowanie plastyczne, dzielenie plastyczne (rozcinanie,
cięcie) oraz łaczenie
Obróbką plastyczną zmieniamy celowo własności wyrobów. Wprowadzamy dodatkowe naprężenia
wewnętrzne, zmieniamy strukturę materiału czyniąc go mniej podatnym na naprężenia zmienne albo
zniszczenie.
Odkształceniem plastycznym nazywamy odkształcenie trwałe, które powstaje w materiale po odjęciu
sił zewnętrznych (w odróżnieniu od odkształcenia sprężystego). Aby doprowadzid do odkształcenia
plastycznego należy materiał obciążyd siłą o dostatecznie dużej wartości.
POJ
CIE NAPR
ŻENIA
Pod działaniem sił zewnętrznych pojawiają się w ciele siły wewnętrzne zwane siłami zachowawczymi,
gdyż starają się zatrzymad poszczególne części ciała w niezmienionej odległości.
Iloraz siły wewnętrznej i powierzchni na którą ta siła działa nazywamy naprężeniem średnim
W ogólnym przypadku w układzie współrzędnych xyz na ścianach prostopadłościanu występują
naprężenia normalne sigma, normalne prostopadłe i naprężenia styczne, które leżą na tych
płaszczyznach.
Składowe stany naprężenia
Relacje pomiÄ™dzy naprężeniami normalnymi sigma i stycznymi (Ä) zależy od ustawienia kierunków
układu xyz. Zawsze jednak można znalez
d takie kierunki ukÅ‚adu, że naprężenia styczne znikajÄ… (Ä=0), a
posiadają tylko naprężenia normalne i osiągają wówczas wartośd maks. Takie kierunki nazywamy
głównymi i oznaczamy 1, 2, 3.
Wzdłuż kierunków głównych metal doznaje największych odkształceo
WARUNKI PLASTYCZNOÅšCI
Stan hydrostatyczny Ã1 = Ã2 = Ã3
Pod wpÅ‚ywem naprężeo Ã1 , Ã2 , Ã3 materiaÅ‚ może przejÅ›d w stan plastyczny lub może pozostad w
stanie odkształceo sprężystych. O rodzaju odkształcenia decyduje:
-wartoÅ›d naprężeo głównych Ã1 , Ã2 , Ã3
- różnica między tymi naprężeniami
- jeÅ›li Ã1 = Ã2 = Ã3 to materiaÅ‚ nigdy nie przejdzie w stan plastyczny, a przy naprężeniach rozciÄ…gajÄ…cych
nastąpi utrata spójności materiału (rozerwanie)
Aby materiaÅ‚ siÄ™ uplastyczniÅ‚ to pomiÄ™dzy Ã1 , Ã2 , Ã3 muszÄ… nastÄ…pid dostatecznie duże różnice. Jeżeli
wystąpią różnice to na płaszczyznach pochylonych pod kątem 45 stopni wystąpią naprężenia styczne
o wartoÅ›ciach maksymalnych Ä
Stwierdzono doświadczalnie że na tych kierunkach (45 stopni od głównych) pojawiają się pierwsze
oznaki odkształceo plastycznych. Są to tzw. pasma poślizgu. Są one widoczne na np. próbkach z blach
wyżarzonych w postaci krzyżujących się linii (widoczne gołym okiem).
Przy zagięciu drutu po to by go złamad, za pierwszym razem materiał tego nie odczuje, za drugim
również, natomiast dopiero za trzecim razem się złamie
Warunki plastyczności w zależności od przyjętej hipotezy mają następującą postad
1. Według hipotezy Hubera-Misesa
2. Według hipotezy Treski
Gdzie Ãp to naprężenie uplastycznienia wyznaczane dla konkretnego materiaÅ‚u doÅ›wiadczalnie
zazwyczaj na maszynie wytrzymałościowej
Jeżeli ÃzastÄ™pcze = Ãp to materiaÅ‚ uplastycznia siÄ™.
Hipoteza Hubera jest metodą dokładniejszą.
Różnice w wynikach obu hipotez mogą wynosid maks. 10 % (hipoteza Treski w stosunku do Hubera)
METODY WYZNACZANIA NAPR
ŻENIA UPLASTYCZNIAJ
CEGO Ãp
Wyznaczamy zazwyczaj z krzywych umocnienia. Krzywe te przedstawiają zależnośd pomiędzy
wartoÅ›ciÄ… naprężenia Ãp i wartoÅ›ciÄ… odksztaÅ‚cenia.
Krzywą umocnienia możemy zapisad w postaci funkcji:
odkształcenia wstępnego
c  wyznaczane przez aproksymacje
Druga z tych funkcji jest dokładniejsza
Krzywe umocnienia wyznaczamy w następujących próbach doświadczalnych:
a) dla materiałów w postaci prętów stosujemy spęczanie
b) dla materiałów w postaci blach stosujemy próbę rozciągania
c) dla rur, próbę skręcania
Krzywe umocnienia wyznaczamy w próbach przy zachowaniu jednorodnego stanu odkształcenia.
STAN ODKSZTAA
CENIA
Podobnie jak naprężenie tak i odkształcenie wyznaczamy wzdłuż kierunków głównych. Tylko w
ciałach izotropowych kierunki główne naprężeo i odkształceo pokrywają się. Zazwyczaj wartości
naprężeo wzdłuż tych trzech kierunków wyznaczamy za pomocą zależności.
-w kierunku osi 1
ZASADA STAA
EJ OBJ
TOÅšCI
Przyjmując, że objętośd materiału nie ulega zmianie podczas odkształcenia plastycznego możemy
napisad:
Po obustronnym zlogarytmowaniu otrzymujemy zero:
(nie dotyczy odkształceo względnych)
Podobnie jak w przypadku naprężeo zastępczych wyznaczamy również odkształcenia zastępcze, które
w przypadku odkształceo proporcjonalnych możemy obliczyd z wzoru
Jest słuszna gdy odkształcenia (w tych 3 kierunkach) zmieniają się proporcjonalnie podczas całego
procesu odkształcenia
Tylko odkształcenia logarytmiczne:
PRACA ODKSZTAA
CENIA PLASTYCZNEGO
Pole pod krzywą umocnienia wyraża pracę potrzebną do odkształcenia jednej jednostki ł
Jeżeli Ãp = Ãp ( ) wówczas WP=Å‚
ANIZOTROPIA WA
AÅšCIWOÅšCI PLASTYCZNYCH
Wyroby kształtowane obróbką plastyczną zwłaszcza na zimno mają ukierunkowaną strukturę i tym
samym właściwości. Jest to szczególnie widoczne przy kształtowaniu blachy. Powstają ucha a ich
wysokośd zalezy od współczynnika anizotropowości.
MECHANIZM ODKSZTAA
CEO PLASTYCZNYCH
Metale i ich stopy odkształcają się przez:
a) poślizg (jedna warstwa atomów ślizga się po drugiej)
b) bliz
niakowanie
c) mechanizmy a i b Å‚Ä…cznie
Przemieszczanie następuje pod wpływem naprężeo stycznych
ODKSZTAA
CENIE CIAA
A POLIKRYSTALICZNEGO
Najpierw odkształcają się te ziarna, które zorientowane są korzystnie.
W skutek odkształceo struktura się ukierunkowuje.
Aby powstały odkształcenia muszą leżed w kierunku naprężeo stycznych
OBRÓBKA PLASTYCZNA NA ZIMNO, CIEPA
O i GOR
CO
Operacje kształtowania plastycznego, łączenia plastycznego, a także zamierzonej zmiany właściwości
możemy realizowad na zimno, ciepło i gorąco
***zimno***
- materiału nie podgrzewamy
- w trakcie kształtowania, materiał nie osiąga temp. rekrystalizacji
- wyroby są dokładne i powierzchnie gładkie (np. tłoki w tej metodzie mają większą gładkośd)
- ciepło generuje się w skutek odkształceo plastycznych
- następuje zgniot i umocnienie materiału, zwiększa się wytrzymałośd i zmieniają się właściwości
mechaniczne
- wymagane maszyny o znacznych siłach i wytrzymałych
***ciepło***
- materiał podgrzewamy do temp. w której następuje znaczące obniżenie oporu plastycznego
- podczas odkształcenia materiał osiąga lub nie osiąga temp. rekrystalizacji
- materiał kształtowany na ciepło może mied obszary zrekrystalizowane lub umocniony zgniot
- tolerancja wyrobów i gładkośd powierzchni zbliżone do wyrobów kształtowanych na zimno
- powierzchnia podgrzewanego metalu jest tylko nieznacznie utleniona
- koszt związany z koniecznością pełnej mechanizacji i automatyzacji procesu produkcji
***gorÄ…co***
- podgrzewamy materiał powyżej temp. rekrystalizacji
- w trakcie odkształcania temp. nie może obniżyd się poniżej temp. rekrystalizacji
- duże zużycie narzędzi i maszyn (wysoka temp)
- wyroby o chropowatej powierzchni
- tolerancja wymiarowa nawet do 1mm
- siła kształtowania jest ok. 10-krotnie mniejsza niż na zimno
KRYTERIA WYBORU OBRÓBKI PLASTYCZNEJ
- wymagania klienta w zakresie właściwości wyrobu
- analiza techniczno - ekonomiczna
- ze względu na opór plastyczny metali i ich stopów (zbyt duże obciążenia na narzędzia mogłyby je
zniszczyd; na gorąco wymagany ok 10-krotnie mniejszy nacisk narzędzi niż w przypadku obróbki na
zimno)
- ze względu na plastycznośd konieczne jest kształtowanie na gorąco (np. mosiądz)