Zadania i podział obróbki plastycznej metali:

Obróbka plastyczna obejmuje:

-cięcie plastyczne (dzielenie)

-kształtowanie plastyczne

-łączenie części poprzez odkształcenie plastyczne

Podczas odkształcenia plastycznego następuje zamierzona lub niezamierzona zmiana właściwości materiału, głównie jego struktury wewnętrznej, chropowatości powierzchni i wytworzenia naprężeń własnych.

Aluminium możemy utwardzić tylko przez zgniot.

Ogólne wiadomości o odkształceniu plastycznym metali:

Odkształcenie plastyczne – nazywa się odkształcenie trwałe pozostające w materiale po usunięciu obciążenia ( w przeciwieństwie do odkształcenia sprężystego)

Aby uzyskać żądane odkształcenie plastyczne należy materiał poddać działaniu sił zewnętrznych o odpowiednich wartościach

Pojęcie naprężenia – pod wpływem działania sił zewnętrznych pojawią się w ciele siły wewnętrzne, zwane też siłami zachowawczymi, gdyż starają się nie dopuścić do zmiany odległości poszczególnych punktów w ciele. Iloraz siły zewnętrznej i pola przekroju, na który ta siła oddziałuje nazywamy naprężeniem.

Rozróżniamy naprężenie średnie i w punkcie.

Składowe naprężenia w punkcie – jeżeli wokół punktu wydzielimy sześcian, to w ogólnym przypadku na jego ścianach wystąpią naprężenia normalne i naprężenia styczne.

Relacje pomiędzy naprężeniami normalnymi i stycznymi zależą od orientacji układu współrzędnych xyz. Zawsze można jednak tak dobrać kierunki osi układu współrzędnych, że na ściankach sześcianu (w tym samym punkcie) znikną naprężenia styczne, a pozostaną tylko naprężenia normalne, które osiągną wartości maksymalne. Kierunki te nazywa się głównymi i oznaczamy 1, 2, 3 (zamiast x y z), a naprężenia δ₁δ₂δ₃ działające w tych kierunkach nazywamy też naprężeniami głównymi. Wzdłuż kierunków głównych materiał doznaje największych odkształceń plastycznych.

Warunki plastyczności

Dają odpowiedź na dwa pytania:

1. Jakiej wartości muszą być naprężnia, aby materiał przeszedł w stan plastyczny?

2. Czy pod wpływem istniejących naprężenień materiał przejdzie w stan plastyczny?

O rodzaj odkształceń i przejściu w stan plastyczny decyduje:

• Wartość δ₁ ,δ₂ ,δ₃

• Róznice między tymi naprężeniami

Jeżeli różnica nie występuje, to znaczy, że panuje stan hydrostatyczny i δ₁ =δ₂ =δ₃, to materiał nie przejdzie w stan plastyczny

Wykład 25.03.2010

Warunek plastyczności wg. hipotezy Hubera-Misesa

Warunek plastyczności wg. Treski

Zawsze można tak zorientować krawędzie rozpatrywanego prostopadłościanu, że przekształci się również w prostopadłościan, ale o zmienionych długościach poszczególnych krawędzi. Noszą one nazwę głównych kierunków odkształcenia

Przyrosty odkształceń, jakim ulegają krawędzie prostopadłościanu określa się jako iloraz długości krawędzi dl i jej aktualnej długości l.

Wykład 08.04.2010

Rozróżniamy dwa podstawowe mechanizmy odkształcenia monokryształu:

1. Przez poślizg

2. Przez bliźniakowanie

Odkształcenie ciała polikrystalicznego (technicznego).

W metalu technicznym rozmieszczenie i zorientowanie płaszczyzn krystalograficznych jest chaotyczne. Wynika stąd, że płaszczyzny poślizgu są zorientowane pod różnymi kątami w odniesieniu do działających naprężeń. Sprzyjające warunki do plastycznego odkształcenia mają tylko te ziarna, których płaszczyzny poślizgu tworzą kąt ok. 45^○ z kierunkiem działania siły.

Pierwsze odkształcają się ziarna, których kierunek krystalograficzny jest zgodny z kierunkiem działających sił. Uplastycznione ziarna umożliwiają obrót ziarnom sąsiednim, które do tej pory były w stanie sprężystym. Ziarna te po odpowiednim ustawieniu się w stosunku do sił wewnętrznych doznają również odkształceń plastycznych.

W ten sposób tworzy się struktura ukierunkowana zwana teksturą zgniotu.

Ponieważ metal musi się odkształcić w całości, stąd wniosek, że siły ściskające lub rozciągające muszą być większe od sił występujących przy odkształcaniu monokryształu.

Tekstura zgniotu w wyrobach hutniczych mierzona jest za pomocą tzw. współczynników anizotropii.

Rola dyslokacji i innych wad budowy w oporze plastycznym materiału:

Gdybyśmy mieli do czynienia z siecią idealną, wówczas poślizg odbywał by się przez jednocześnie wszystkie warstwy atomów. Doświadczenie wykazało, że wartość naprężeń stycznych jest w rzeczywistych monokryształach 100-1000 krotnie mniejsze, jak by to wynikało z analizy sił atomowych.

Przyczyną takiej rozbieżności są defekty struktury krystalicznej, która powoduje, że w rzeczywistości nie występuje zjawisko poślizgu jednoczesnego. Przemieszczeniom podlegają tylko pewne grupy atomów związane z określonymi defektami sieci krystalograficznej.

Defektami są:

-defekty punktowe – brak atomów w położeniach międzywęzłowych (wakanse), nadmiar atomów najczęściej pierwiastków o małych promieniach atomowych (H, N, C)

-defekty liniowe – nazywane dyslokacjami – krawędziowa, śrubowa, mieszana

Wszystkie procesy obróbki plastycznej (cięcie, kształtowanie lub łączenie) mogą odbywać się na zimno, na ciepło lub na gorąco

Obróbka plastyczna na zimno

1. Materiał wyjściowy nie jest podgrzewany i podczas odkształcania materiał nie osiąga temperatury rekrystalizacji.

2. Materiał obrabiany plastycznie (wyrób) wykazuje umocnienie (utwardzenie) i posiada strukturę materiału zgniecionego.

3. Wyroby charakteryzują się anizotropią własności mechanicznych.

Obróbka plastyczna na gorąco

1. Materiał wyjściowy podgrzewany powyżej temperatury rekrystalizacji.

2. Podczas obróbki temperatura materiału jest wyższa od temperatury rekrystalizacji.

3. Wyroby nie wykazują umocnienia i struktura jest zrekrystalizowana.

Obróbka plastyczna na ciepło (półgorąco)

Ten rodzaj obróbki łączy zalety obróbki na zimno(duża dokładność wyrobów, dobra jakość powierzchni – Ra < 1,25) z zaletami obróbki na gorąco (dobra odkształcalność materiału oraz niski opór plastyczny)

1. Materiał wyjściowy podgrzewa się do temperatury, w której następuje wyraźne obniżenie oporu plastycznego

1. Podczas obróbki temperatura materiału może (ale nie musi) osiągnąć temperatury rekrystalizacji.

2. Materiał – wyrób wykazuje umocnienie lub częściowe umocnienie.

Zwiększoną trwałość narzędzi i gładkość wyrobu w odniesieniu do obróbki na gorąco zawdzięcza się faktowi, że w tej temperaturze istnieją jeszcze smary oddzielające materiał kształtowany od narzędzia.

Wykład 06.04.2010

Dużo częściej stosuje się obróbkę na zimno. Jeśli się nie da, to na gorąco.

Po obróbce na zimno materiał jest gotowy, nie wymaga dalszej obróbki, ma znacznie lepszą jakość powierzchni, dużo większa wydajność.

Obróbka na ciepło (pośrednia) łączy zalety obróbki na zimno i na gorąco, ale trzeba w pełni zautomatyzować proces. Niewielka różnica w temperaturze może zniszczyć narzędzia (jak na zimno) lub wyrób może być niewystarczająco dobry (za ciepło).

Obróbka plastyczna ze stanu półpłynnego – polega na napełnianiu matrycy płynnym metalem i wywarciu nacisku za pomocą stempla w chwili, gdy rozpoczyna się proces krzepnięcia. Wykorzystuje się ten proces do stopów aluminium (np. do produkcji tłoków do silników wysokoprężnych)

Cięcie plastyczne – warunkiem przecięcia plastycznego jest doprowadzenie do koncentracji naprężeń w miejscu cięcia. Wyróżniamy cięcie jednym ostrzem lub dwoma ostrzami.

Wykrawanie, okrawanie, przecinanie, rozcinanie….

(Szczelina – z jednej strony; Luz – na obwodzie) – na ostrzach/ stempel-matryca

Gięcie – gięciem kształtuje się przedmioty z blachy, z prętów, z kształtowników oraz z rur. Przykłady sposobów gięcia: (moment=siła*ramię)

* wyginanie - moment gnący

* zaginanie

* owijanie

* owijanie rur

* gięcie walcami

* gięcie przez przeciąganie

* walcowanie wzdłużne

* prostowanie walcami

* prostowanie płytami

W procesie gięcia zewnętrznego warstwy materiału są rozciągane, a wewnętrzne ściskane.

Jeżeli promień gięcia jest zbyt mały, wówczas po stronie rozciąganej powstają pęknięci, a po stronie ściskanej fałdy.

Natomiast jeżeli promień jest duży wówczas w warstwach wewnętrznych i zewnętrznych występują tylko odkształcenia sprężyste. W przypadku gięcia często stosujemy siły rozciągające powodujące odkształcenie plastyczne w obszarze gięcia. O wartości tzw. kąta odsprężynowania decyduje szerokość obszaru sprężystego.

Tłoczenie – rozróżniamy 2 podstawowe operacje tłoczenia:

- wytłaczanie

- przetłaczanie

Wytłaczanie – w procesie wytłaczania płaski wykrój blachy przekształcamy wytłoczkę o powierzchni nierozwijalnej.

Wyróżniamy metody wytłaczania:

- za pomocą sztywnych narzędzi (zazwyczaj stalowych)

- za pomocą elastycznej matrycy (np. metoda hydromechaniczna)-nie trze się o promień matrycy

- za pomocą elastycznego stempla