Klasyfikacja procesów obróbki plastycznej:

W zależności od temp.przeprowadzania procesów:
-obróbka plastyczna na zimno
-na ciepło(półgorąco)
-na gorąco

Procesy mogą przebiegać powyżej lub poniżej rekrystalizacji,stąd obróbka na zimno i na gorąco.
Temp.rekrystalizacji dla metali techn.czystych (0,3;0,4) Kelvina,dla stopów metali (0,4;0,6).

W zależności od zasięgu odkształceń plastycznych:
-procesy kształtowania blach(dzielenie,cięcie,tłoczenie)
-procesy kształtowani brył(wydłużanie,spęczanie,wgłębianie,nagniatanie)

W zależności od sposobu prowadzenia obróbki:
-procesy walcowania(wzdłużne,poprzeczne,skośne,specjalne)
-p.tłoczenia
-p.kucia(swobodne,półswobodne,matrycowe)
-p.ciągnienia

Mechanizmy odkształceń plastycznych:
-odkształcenie w wyniku poślizgu-zachodzi najczęściej dla sieci regularnych,przestrzennie centrowanych,płasko centrowanych;polegają na przemieszczeniu jednej warstwy kryształów po drugiej wzdłuż płaszczyzn(płaszczyzny poślizgu)
-odkształcenie w wyniku bliźniakowania-zachodzi najczęściej dla materiałów o sieci heksagonalnej i polega na symetrycznym obrocie jednej części przestrzennej sieci krystalicznej w stosunku do drugiej tak,że po odkształceniu tworzą odbicie lustrzane

Obróbka plastyczna na gorąco
-utrata energii(występuje skurcz termiczny-mniejsza dokładność)
-większe niebezpieczeństwo
-utlenianie materiałów
-opór do odkształcenia się mat.zmniejsza się od kilku do kilkunastu razy

Obróbka na zimno
-utrata plastyczności materiału
-nie zachodzi rekrystalizacja materiału
-mat.zachowuje właściwości i strukturę nadane mu przez odkształcenie plastyczne
-zmieniają się w sposób decydujący właściwości mechaniczne półfabrykatów
-wzrastają wskaźniki wytrzymałościowe

Cięcie – metoda kształtowania wyrobów polegająca na oddzieleniu jednej części materiału od drugiej wzdłuż linii zamkniętej lub niezamkniętej zwanej linią cięcia.

Procesy cięcia:

• procesy polegające na oddzieleniu jednej części materiału od drugiej (np. cięcie),

• plastyczne kształtowanie wyrobów o powierzchni rozwijalnej (np. gięcie) i nierozwijalnej (np. wytłaczanie)

Sposoby cięcia:
-cięcie na nożycach(2 el.tnące)
-wykrawanie na wykrojnikach(2 el.tnące)
-okrawanie wypływki(1 el.tnący)
-wygładzanie otworu stemplem
-wygładzanie

Fazy procesu cięcia:
-wygięcie sprężyste materiału(odkształcenie sprężyste,sprężysto-plastyczne)
-plastyczne płynięcie
-pękanie
-całkowite oddzielenie wyciętego przedmiotu od blachy

Na powierzchni rozdzielenia można wyróżnić następujące strefy:

• zaokrąglenie górnej powierzchni,

• błyszcząca i gładka powierzchnia - strefa cięcia powstała wskutek odkształceń plastycznych,

• matowa i chropowata powierzchnia - strefa pękania powstała w wyniku pęknięcia,

• zadzior – ostry występ biegnący wzdłuż krawędzi przecięcia.

Wpływ luzu na stan powierzchni rozdzielanej:
-zaokrąglenie,strefa cięcia,strefa pękania,zadzior
-rodzaje luzu:zmniejszony,normalny,optymalny

Procesy wykrawania:
-wycinanie(cięcie-wzdłuż linii zamkniętej,część wycięta,wewnętrzna jest przedmiotem,zewnętrzna-odpadem)
-dziurkowanie(cięcie wzdłuż linii zamkniętej,cz.wycięta jest odpadem,zewnętrzna-przedmiotem)
-odcinanie(cięcie wzdłuż linii otwartej,podczas odcinania przedmiotu od materiału wyjściowego odpad powstaje lub nie)
-przycinanie(cięcie wzdłuż linii otwartej,usuwanie nadatku przylegającego do krawędzi przedmiotu)
-nadcinanie(cięcie wzdłuż linii otwartej niedochodzącej do krawędzi przedmiotu,mat.nie jest rozdzielany na dwie oddzielne części)
-okrawanie(usunięcie naddatku,najczęściej w częściach wykonanych w poprzednich operacjach tłoczenia lub kucia)
-rozcinanie(oddzielanie od siebie dwóch przedmiotów z wcześniej wykonanego elementu)
-wygładzanie(nadanie powierzchni przecięcia żądanej dokładności wymiarowej i gładkości,może następować poprzez ścinanie naddatku lub przez plastyczne odkształcenie)

Wykrojnik – tłocznik mocowany na prasach, przystosowany do cięcia materiału.

Za pomocą wykrojników można wykonać osiem różnych operacji cięcia: wycinanie, dziurkowanie, odcinanie, przycinanie, nadcinanie, okrawanie, rozcinanie, wygładzanie.

Gięcie – metoda kształtowania przedmiotów z blach, prętów, drutów i rur.

W zależności od rodzaju ruchu narzędzia rozróżnia się następujące podstawowe metody gięcia:

• gięcie na prasach – narzędzie wykonuje ruchu prostoliniowo-zwrotne,

• gięcie za pomocą walców – narzędzia kształtujące wykonują ruch obrotowy,

• gięcie przez przeciąganie

Procesy technologiczne gięcia:
Wyginanie. Ten proces realizowany za pomocą stempla i matrycy w kształcie litery V. Przebieg procesu jest silnie uzależniony od wymiarów matrycy oraz promieni zaokrągleń jej krawędzi:

Zaginanie. Tłocznik do zaginania składa się z trzech części kształtujących: nieruchomej szczęki gnącej 1, stempla 2 i dociskacza 3, na który działa siła S.
W trakcie procesu jedno z ramion zaginanego przedmiotu jest silnie dociskane do czołowej powierzchni stempla za pomocą sprężystego dociskacza. W tym czasie drugie ramię wystające poza stempel, ulega zagięciu ślizgając się po zaokrąglonej krawędzi gnącej nieruchomej matrycy. Po zagięciu przyjmie ono kierunek zgodny z kierunkiem ruchu stempla.

Prasy krawędziowe.

Prasy krawędziowe dają możliwość produkcji większego asortymentu kształtowników w porównaniu z krawędziarkami. Ze względu na rodzaj napędu rozróżnia się dwie grupy urządzeń:

• prasy z napędem mechanicznym,

• prasy z napędem hydraulicznym.

Zwijanie. W przypadku zwijania nacisk wywierany jest wzdłuż płaszczyzny blachy. Zakrzywienie blachy następuje na skutek ślizgania się po jej wewnętrznej walcowej powierzchni narzędzia.

Owijanie. Proces owijania przebiega w następujący sposób: obrabiany materiał zamocowany jednym końcem do narzędzia układa się stopniowo na jego powierzchni, przybierając żądany kształt zarysu, zgodny z kształtem narzędzia.

Gięcie za pomocą trzech walców. Proces zakrzywiania materiału za pomocą trzech obracających się walców, stosowany jest do zwijania blach cienkich, do zakrzywiania płaskowników, prętów i wszelkiego rodzaju kształtowników.

Prostowanie walcami. Proces prostowania odbywa się między obracającymi walcami leżącymi na przemian.

Gięcie z rozciąganiem. Podczas gięcia zwykłego w pewnych warstwach materiału mogą powstać naprężenia ściskające, które powodują fałdowanie się giętego przekroju.

Profilowanie taśm walcami. Jedną z metod produkcji cienkościennych kształtowników jest profilowanie ich z taśm za pomocą walcowania wzdłużnego. Polega ono na przepuszczaniu obrabianej taśmy kolejno przez kilka par walców, które stopniowo zaginają taśmę nadając jej żądany zarys przekroju. Zarys przekroju poprzecznego kształtownika powstaje stopniowo. W każdej parze obracających się walców materiał otrzymuje coraz bardziej zbliżony przekrój poprzeczny do przekroju końcowego

Przez kucie rozumie się zmianę kształtu obrabianego metalu spowodowaną działaniem młota, bijaka młota lub suwaka prasy, przy wykorzystaniu własności plastycznych przerabianego metalu.

Kucie lub prasowanie swobodne jest to proces, w którym narzędzie wywiera nacisk tylko na część powierzchni metalu, a odkształcony metal może płynąć w kilku dowolnych kierunkach.

W procesie kucia półswobodnego stosuje się dodatkowo narzędzia umożliwiające zwiększenie dokładności wykonania odkuwek oraz ograniczenie naddatków technologicznych i obróbkowych

Kucie swobodne i półswobodne-zastosowanie:

-wykonywanie odkuwek ciężkich

-produkcja jednostkowa i małoseryjna

-przy wykonywaniu części zmiennych i do celów remontowych

-przy wstępnej obróbce plastycznej wlewków ze stali stopowych lub stopów o specjalnych własnościach na kęsiska i kęsy kute

Operacje przy kuciu swobodnym:

-spęczanie(zwiększenie przekroju poprzecznego półfabrykatu kosztem zmniejszenia wysokości lub długości wsadu)

-wydłużanie(zwiększenie długości półfabrykatu w kierunku jednej osi kosztem zmniejszenia przekroju poprzecznego)

-przebijanie(wykonanie otworów przelotowych i nieprzelotowych-wgłębień,przebijanie swobodne,duże siły)

-gięcie(następuje kształtowanie półfabrykatu bez zmiany zasadniczych przekrojów odkuwki)

-przecinanie(odcinanie odpadów od głowy i stopy wlewka,odcinanie naroży,końców,odkuwki,rozcinanie miejscowe w celu uzyskania odpowiedniego kształtu odkuwki,podział wstępnego kęsiska na kilka części,wycinanie wad i naddatków technologicznych)

-skręcanie(jednej części odkuwki względem drugiej dookoła osi o określony kąt,pozwala na ułatwienie procesu kucia)

-zgrzewanie-połączenie przez dociśnięcie dwóch kawałków metalu,nagrzanych do odpowiednio wysokiej temp-na zakładkę lub na klin)

Kucie matrycowe polega na kształtowaniu objętościowym metali i ich stopów w wykroju narzędzi (matryc) w wyniku nacisku lub uderzenia. Cechą charakterystyczną jest to, że powierzchnie boczne narzędzi ograniczają swobodne płyniecie materiału i odkształcony metal przybiera kształt wykroju w narzędziu.

Kucie matrycowe, podobnie jak kucie swobodne charakteryzuje się trój-osiowym stanem naprężenia, przy czym wszystkie naprężenia główne są ściskające

Kucie matrycowe na młotach

Najbardziej rozpowszechnionym sposobem wykonywania odkuwek matrycowych w kuźnictwie, jest kucie na młotach matrycowych. Co wynika z dużej uniwersalności tych urządzeń. Uniwersalność młotów matrycowych polega na tym, że można na nich wykonywać odkuwki zwarte jak i wydłużone, kute bezpośrednio z materiału wyjściowego i wymagające wykonywania przedkuwek, proces można prowadzić w matrycach otwartych jak i zamkniętych, kształtować odkuwki posiadające wysokie występy, można kuć w sposób pojedynczy oraz wielokrotny.

Kucie matrycowe można przeprowadzać na młotach, prasach i kuźniarkach.

Kucie matrycowe na młotach jest najbardziej rozpowszechnioną metodą wytwarzania odkuwek matrycowych. Prowadzi się je bezpośrednio z pręta lub z przedkuwek.

Narzędzia do kucia matrycowego na młotach składają się z dwóch matryc: dolnej i górnej. Górna matryca mocowana jest do bijaka młota, a dolna do poduszki znajdującej się na szabocie młota

Kształty matryc:

-otwarte(wypływający między matryce nadmiar metalu tworzy pierścień zwany wypływką)

-zamknięte(bez wypływki,nie uzyskujemy skomplikowanych kształtów odkuwki)

Wady wyrobów kutych swobodnie:

• Wgniecenia

• Zakucia

• Zniekształcenia

• Niezgodność wymiarów

• Niewłaściwy przebieg włókien

• Pęknięcia i rysy

• Krzyż kucia

Zalety matryc otwartych,funkcje wypływki:

-magazynuje i pochłania nadmiar materiału

-amortyzuje uderzenie górnego narzędzia w dolne

-ułatwia wypełnienie wykroju matrycowego poprzez przeciwdziałanie nadmiernemu wypływowi materiału na zewnątrz narzędzi

Wypływka ma podstawowe znaczenie przy kuciu w matrycach otwartych. Jej zadania są następujące:

• tworzy wokół odkuwki pierścień zamknięty, który przeciwstawia się wypływaniu metalu z wykroju na zewnątrz,

• zabezpiecza matryce przed bezpośrednim wzajemnym uderzaniem i uszkodzeniem,

• magazynuje nadmiar wsadu po wypełnieniu wykroju.

Ciągnieniem nazywamy obróbkę plastyczną przeprowadzaną na zimno lub na gorąco, w której wyniku zmienia się kształt lub pole przekroju poprzecznego materiału wyjściowego (w postaci drutu, pręta lub rury) pod wpływem przeciągania go przez otwór narzędzia lub między nie napędzanymi walcami, wskutek czego długość materiału zazwyczaj wzrasta.

Procesem ciągnienia nazywamy zespół wszystkich podstawowych operacji i zabiegów ciągnienia wykonywanych na jednym wyrobie, na jednej lub wielu maszynach i za pomocą różnych narzędzi.

Operacja ciągnienia jest to zespół wszystkich zabiegów ciągnienia wykonywanych na jednej maszynie i z użyciem jednego zestawu narzędzi lub jednego narzędzia bez jego zmiany. Podstawowa czynność w procesie ciągnienia nazywa się zabiegiem ciągnienia lub krócej ciągiem.

Podczas jednego ciągu zachodzi tylko częściowe odkształcenie ciągnionego materiału za pomocą jednego narzędzia. Narzędzie, za pomocą którego zmniejsza się przekrój ciągnionego materiału, uzyskuje wymagany kształt, wymiar lub żądaną jakość powierzchni, nazywamy ciągadłem.

W celu przeprowadzenia materiału przez otwór roboczy ciągadła należy ścienić jego koniec, tj. zaostrzyć materiał, przewlec przez otwór, chwycić za ścieniony koniec i przeciągnąć. Ciągnienie stosuje się najczęściej w celu zmniejszenia przekroju półwyrobów w postaci drutów, prętów lub rur o profilu podobnym do profilu wyrobu gotowego. Występuje przy tym trójosiowy stan naprężeń: naprężenia rozciągające σ₁ w kierunku osiowym oraz naprężenia ściskające σ₂ i σ₃ w kierunku promieniowym, co pokazano na rys.

Proces ciągnienia może być również wykorzystany w celu wzdłużnego ścinania materiału. W tym celu taśmę wprowadza się w szczelinę między dwie części narzędzia roboczego i przeciąga. W miejscu, gdzie taśma ma być cięta, powierzchnia szczeliny roboczej ma ukośny występ z ostrą krawędzią, w jednej części narzędzia, który dokładnie pasuje do odpowiedniego wrębu w drugiej części narzędzia. Przeciągana taśma, napotykając ostre krawędzie występu, ulega wzdłużnemu rozcięciu, jak nożycami.

Za pomocą ciągnienia można także powiększyć prześwit rur, stosując ciągadło o kształcie trzpienia z rozszerzeniem na końcu. W takim procesie ciągnienia występują przede wszystkim naprężenia rozciągające w przekroju poprzecznym do osi rury.

Wyciskaniem nazywamy operację kucia matrycowego, która polega na tym, że metal zamknięty w pojemniku pod wpływem nacisku narzędzia wyciskany jest przez otwór matrycy i otrzymuje kształt przekroju poprzecznego wyrobu odpowiadający kształtowi matrycy. Wyciskaniem nazywa się również prasowanie wypływowe.

W zależności od kierunku płynięcia metalu rozróżnia się następujące metody wyciskania:

• współbieżne,

• przeciwbieżne,

• boczne,

• mieszane

Przebieg siły wyciskania w poszczególnych etapach procesu:

• etap I: wyciskanie wstępne, spęczanie wsadu i wypełnianie luzu między nim a ściankami pojemnika,

• etap II: wyciskanie laminarne metalu,

• etap III: wyciskanie turbulentne metalu.

Procesy tłoczenia-polegają na przekształceniu płaskiego półfabrykatu w element o powierzchni nierozwijalnej. Proces może być efektem występowania zjawisk:

-rozciągania-ukształtowane przekształcenie jest efektem zmniejszenia grubości ścianki półfabrykatu,a uzyskane przetłoczenia są stosunkowo płytkie(wykorzystywane do wytwarzania stosunkowo płytkich elementów,a zmiana kształtu półfabrykatu jest efektem rozciągnięcia materiału)

-ciągnienia i rozciągania-ukształtowana wytłoczka powstaje w wyniku rozciągania materiału oraz przekształceniu kołnierza płaskiego blachy w ścianki boczne

-ciągnienia-wytłoczka jest efektem jedynie przekształcenia płaskiego kołnierza ścianki bocznej(uzyskuje się stosunkowo wysokie półfabrykaty,które są efektem uplastycznienia kołnierza a następnie jego przekształcenie w ścianki boczne wyrobu;wykorzystuje się najczęściej sztywne narzędzia w postaci stempla,matrycy oraz płyty dociskającej,które naciskając na półfabrykat powodują zmianę jego kształtu)

Zjawiska ograniczające proces tłoczenia:

-pękanie obwodowe ścianki wytłoczki

-fałdowanie powierzchni kołnierza

Zapobieganie:

-pękaniu-zwiększenie promieni zaokrąglenia stempla i matrycy,zmniejszenie do min niezbędnego wartości nacisków płyty dociskacza,zmniejszenie oporów tarcia między blachą a powierzchnią matrycy,zwiększenie sił tarcia pomiędzy stemplem a półfabrykatem, Zwiększenie wartości siły zrywającej można osiągnąć przez:

• wykonanie możliwie dużych promieni zaokrąglenia krawędzi stempla

r_s ≈ (4÷6)g,

• zwiększenie tarcia między powierzchnią boczną stempla
  i kształtowaną blachą, co odciąża niebezpieczny przekrój.

-fałdowaniu-zastosowanie pierścienia dociskającego półfabrykat do płyty ciągowej-matrycy, Obwodowe naprężenia ściskające można zmniejszyć lub nawet zupełnie usunąć przez zwiększenie promieniowych naprężeń rozciągających. Najczęściej uzyskuje się to przez zastosowanie żeber lub progów ciągowych. Progi ciągowe powinny być tak projektowane, aby opory kształtowania nie były zbyt duże, gdyż prowadzi to do pęknięcia wytłoczki.

Dociskacz – dodatkowy pierścień dociskający blachę do powierzchni pierścienia ciągowego z pewną siła Pd.

Dociskacz stosuje się tylko wtedy gdy jest to konieczne, gdyż powoduje on dodatkowe opory wytłaczania i zwiększa niebezpieczeństwo pęknięcia wytłoczki

Dociskacz zapobiega tworzeniu się fałd jedynie na płaskim kołnierzu wytłoczki. Przy innych kształtach niż cylindryczne, fałdy mogą powstać poza kołnierzem, w obszarach swobodnych. Ma to miejsce przede wszystkim przy kształtowaniu wytłoczek typu karoseryjnego oraz cienkościennych naczyń o kształcie stożków ściętych, paraboloid obrotowych itp.

Wyoblanie i zgniatanie obrotowe są metodami kształtowania obrotowego wyrobów na wirującym wzorniku za pomocą rolki, zalecanymi przy mało- i średnioseryjnej produkcji wyrobów osiowo-symetrycznych.

Wyoblanie jest optymalną metodą produkcji wyrobów o złożonych kształtach, trudnych do osiągnięcia klasycznymi metodami tłoczenia. Materiałem wyjściowym może być krążek blachy lub wytłoczka. Metodę stosuje się do produkcji wyrobów ze stali węglowych i plastycznych stopów metali kolorowych. Na wyoblarkach można realizować złożony proces technologiczny, składający się z operacji:

wyoblania, obcinania, zawijania obrzeża,

wywijania, zaginania i łączenia.

Schematy procesów wyoblania: a) wyoblanie naczynia o zarysie wypukłym z krążka blachy za pomocą wyoblaka stałego, b) wyoblanie bocznej ścianki wytłoczki o zarysie wklęsłym za pomocą rolki obrotowej wewnętrznej

Zgniatanie obrotowe jest bezkonkurencyjną metodą wytwarzania wyrobów stożkowych oraz cylindrycznych z grubym dnem
i cienką ścianką pobocznicy.

Materiałem wyjściowym może być krążek blachy, wytłoczka lub odcinek rury. Metodę stosuje się do produkcji wyrobów ze stali węglowych, nierdzewnych, stopów metali nieżelaznych, także stopów trudno odkształcalnych.