Przedmiot: Seminaria dyplomowe

Temat: Procesy kucia swobodnego i matrycowego

Osoby wykonujące prace: Towarek Marta, Krystyna Labe ZIP 42 sekcja 2

Spis treści:

1.Definicja kucia

2.Podział kucia

3.Kucie swobodne

3.1 Spęczanie

3.2 Wydłużanie

3.3 Dziurowanie

3.4 Gięcie

3.5 Cięcie

3.6 Skręcanie

3.7 Zgrzewanie

4.Kucie matrycowe

4.1 Wpływ stopnia przekucia na strukturę i własności mechaniczne metalu

4.2 Zalety kucia matrycowego

4.3 Wady kucia matrycowego

1.Definicja kucia.

Kucie - proces technologiczny przeróbki plastycznej na gorąco w podwyższonej temperaturze lub na zimno, w którym wyrób kształtuje się poprzez odkształcenie uderzeniem (na młotach) lub naciskiem (na prasach). W procesach kucia na gorąco materiałem wsadowym może być wlewek, kęsisko, kęs lub pręt. W procesach kucia w podwyższonej temperaturze materiałem wsadowym może być pręt, walcówka lub drut.

Podstawowe zadania nowoczesnego kucia:

- wytwarzanie odkuwek maksymalnie zbliżonych do kształtu i wymiarów gotowego wyrobu (ograniczenie do minimum naddatków na obróbkę skrawaniem)

- powtarzalna i wysoka jakość odkuwek uzyskiwana przy minimalnym nakładzie kosztów i dużej wydajności produkcji

- możliwość przeróbki plastycznej stopów o malej odkształcalności i dużym nacisku kształtowania

- zapewnienie bezpiecznych i możliwie wodnych warunków pracy

2. Podział kucia.

Kucie dzielimy na :

- kucie ręczne - nacisk wywierany przez uderzenie ręcznego młota

- kucie maszynowe - odkształcenie materiału jest uzyskiwane przez nacisk lub uderzenie wykonywane przez maszyny (prasy, młoty, kuźniarki, kowarki, lub automaty kuźnicze). Kucie maszynowe dzielimy na:

- kucie swobodne - kształtowanie wyrobu poprzez odkształcenie kowadłami nieograniczającymi przemieszczania się materiału w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku ich ruchu

- kucie matrycowe - swobodne przemieszczanie się wyrobu ograniczone jest ściankami wykroju matrycy, kuty materiał wypełnia wykrój i przyjmuje jego kształt.

3. Kucie swobodne

Kucie to proces polegający na odkształcaniu metalu za pomocą nacisku lub energii uderzenia. Jeżeli urządzenie wywiera nacisk tylko na część powierzchni metalu a pozostała część powierzchni nie są ograniczone kształtem narzędzia i odkształcany metal może płynąć w różnych kierunkach to mamy do czynienia z kuciem swobodnym.

Wadami kucia swobodnego jest zbyt niska wydajność i jakość odkuwek oraz bardzo duże odpady. Dlatego kucie swobodne stosuje się przy małych seriach lub przy bardzo dużych i ciężkich odkuwkach. Przy pomocy tej metody kucia możemy otrzymywać odkuwki o dowolnej masie - do 200 t i większe. Do wykonywania odkuwek metodami kucia swobodnego wykorzystuje się młoty sprężarkowe, młoty parowo-powietrzne i prasy hydrauliczne. Proces technologiczny kucia swobodnego polega na wzajemnym łączeniu w dowolnej kolejności dowolnej liczby podstawowych operacji kuźniczych, do których zaliczamy: spęczanie, wydłużanie, dziurowanie, gięcie, cięcie, skręcanie, zgrzewanie.

3.1 Spęczanie.

Spęczanie jest operacją, przy której następuje skracanie wymiaru jednej z głównych osi przekroju w skutek, czego zwiększa się przekrój prostopadły do tej osi. Operacje spęczania stosuje się wówczas, gdy:

- przekrój odkuwki lub jej części jest większy niż przekrój materiału wsadowego,

- żądany stopień przekucia wymaga zwiększenia przekroju przed dalszymi operacjami,

- wlewek lub kęs przygotowuje się do przebijania otworów,

- kuje się odkuwki w kształcie kostek, krążków, pierścieni,

- wymagane jest polepszenie własności mechanicznych odkuwki.

3.2 Wydłużenie

Wydłużanie jest operacją, podczas której następuje wydłużenie przedmiotu w kierunku jednej jego osi, kosztem zmniejszenia przekroju prostopadłego do tej osi. W celu wydłużenia próbki kładziemy ją na dolnym kowadle i naciskamy lub uderzamy górnym kowadłem. Następnym krokiem jest obrócenie próbki o 90° wokół osi, po której następuje wydłużenie i ponowne uderzenie w miejsce, które na skutek poprzedniego uderzenia uległo poszerzeniu. Dwa kolejno po sobie następujące gnioty i jedno obrócenie próbki o 90° nazywamy przejściem. Podczas operacji wydłużania obracanie próbki może odbywać się ruchem wahadłowym w lewo i w prawo lub w jedną stronę .

3.3 Dziurowanie

Dziurowanie jest operacją która służy do wykonywania w odkuwkach otworów lub wgłębień. Dziurowanie można przeprowadzić zasadniczo dwiema metodami: z podkładanym pierścieniem i bez podkładanego pierścienia. Proces dziurowania bez podkładanego pierścienia można przeprowadzić przebijakiem pełnym lub przebijakiem drążonym Dziurowanie z podkładany pierścieniem stosuje się przy odkuwkach o niewielkiej grubości, nie przekraczającej wysokości przebijaka. Aby wykonać dziurowanie tą metodą na dolnym kowadle kładziemy pierścień i dopiero na tym pierścieniu kładziemy rozgrzaną odkuwkę. Na odkuwce w osi pierścienia ustawiamy przebijak i górnym kowadłem wciskamy go w odkuwkę do momentu aż osiągnie poziom na jakim znajduje się pierścień. Podczas dziurowania stosuje się przebijaki o kształcie ściętego stożka odwróconego do góry dnem by zmniejszyć nacisk przy wgłębianiu. Po wgłębieniu wyjmuje się przebijak i wsypuje do powstałego w ten sposób wgłębienia miał węglowy. Miał podczas wgłębiania przebijaka ulega spalaniu i wydziela gazy, które tworzą swoistą poduszkę gazowa pomiędzy materiałem odkuwki a przebijakiem. Dziurowanie przebijakiem pełnym posiada wady które mogą dyskwalifikować użycie tego procesu. Do dziurowania przebijakiem pełnym trzeba używać pras o dużych naciskach. Kolejną bardzo istotną wadą jest to iż podczas tego procesu odkuwka ulega znacznym zniekształceniom.

3.4 Gięcie

Gięcie to operacja kuźnicza podczas której nadajemy odkuwce żądany kształt bez zmiany zasadniczych przekrojów. W miejscu gięcia w odkuwce włókna zewnętrzne są rozciągane, a wewnętrzne ściskane. Skutkiem gięcia jest zniekształcenie przekroju poprzecznego odkuwki, na powierzchni rozciąganej mogą powstać pęknięcia, a na części ściskanej fałdy. Aby otrzymać odkuwkę o jednakowym przekroju na całej długości należy wcześniej poddać odkuwkę operacji zgrubienia przekroju. Zgrubienie to powinno być tym większe im większy kąt gięcia i im mniejszy promień gięcia, a przy dużych promieniach gięcia i małych kątach zginania zgrubienia nie jest konieczne.Gięcie stosuje się przy wytwarzaniu haków, kątowników itp.

3.5 Cięcie

Cięcie to operacja wykorzystywana np., do oddzielenia odpadu od wlewka, wykonywania odkuwek o bardzo złożonych kształtach i dzielenia materiału wsadowego na kilka części. W operacji cięcia wyodrębniamy takie operacje jak obcinanie, rozcinanie, wycinanie. Rozróżniamy kilka metod cięcia: jednostronne, dwustronne, trójstronne, czterostronne.

3.6 Skręcanie

Skręcanie to operacja w czasie której dokonuje się skręcenia wokół osi jednej części odkuwki względem drugiej. Podczas skręcania jeden koniec odkuwki mocujemy w imadle, a jeśli odkuwka jest duża przyciskamy kowadłami młota. Drugi koniec skręcamy wokół osi za pomocą specjalnej dzwigni. Ponieważ skręcanie wywołuje w odkuwce niekorzystny stan naprężeń podobny do ścinania to przy nieodpowiednim doborze kąta skręcania do materiału z jakiego wykonana jest odkuwka może dojść nawet do pęknięcia odkuwki. Podczas skręcania odkuwka może ulec pęknięciu, aby do tego nie dopuścić należy stosować się do poniższych zasad:

- odkuwki można skręcać tylko do określonego kąta, który zależy od tego z jakiego materiału została wykonana skręcana odkuwka,

- materiał przed skręcaniem powinien być równomiernie nagrzany do odpowiedniej temperatury,

- powierzchnie odkuwki, które będą skręcane powinny być gładkie i pozbawione takich wad jak pęknięcia czy zakucia,

- przekrój odkuwki w całej strefie, która będzie skręcana powinien być jednakowy,

- jeżeli konieczne jest skręcenie odkuwki o kąt większy niż maksymalny kąt dozwolony dla danego rodzaju materiału to skręcanie należy wykonywać etapami stosując za każdym razem dogrzewanie odkuwki. W razie konieczności pomiędzy poszczególnym etapami skręcania można wykonywać wyżarzanie międzyoperacyjne.

3.7 Zgrzewanie.

Zgrzewanie to operacja kowalska w czasie której przez dociśniecie łączone są dwa kawałki metalu. Najczęściej stosuje się dwie metody zgrzewania: zgrzewanie na zakładkę i zgrzewanie na klin.

4. Kucie matrycowe

Kucie - to odkształcenie metalu narzędziem wykonującym ruch posuwisto zwrotny. Przy produkcji seryjnej i masowej odkuwki wykonuje się kuciem matrycowym. Odkuwki matrycowe cechuje stałość kształtów i wymiarów oraz duża dokładność wykonania. Kucie matrycowe na młotach, prasach, kuźniarkach jest najbardziej rozpowszechnioną metodą wykonywania odkuwek matrycowych. Na młotach i prasach można wykonywać odkuwki o dowolnych kształtach. Proces kucia można prowadzić bezpośrednio z pręta lub z przedkuwek. Przy czym można kuć po jednej sztuce lub wielokrotności. Matryce składają się z części górnej i dolnej. W młotach górne matryce mocuje się do bijaka a dolną do poduszki, szaboty młota. Wgłębienie w matrycy, które nadaje kształt odkówce nazywa się wykrojem. Wykonuje się go w dwóch częściach matrycy i wyróżnia się wykroje pomocnicze, ostateczne i wstępnie matrycujące. Wyróżniamy następujące rodzaje schematów kucia:

1) w kowadłach płaskich

Materiał odkształca się nierównomiernie... W pewnych częściach odkształcanego przedmiotu powstają naprężenia rozciągające. Taki stan naprężeń może w pewnych przypadkach spowodować przejście z trójosiowego stanu naprężeń ściskających w dwuosiowy stan naprężeń (2 rozciągające, 1 ściskające) co znacznie pogarsza plastyczność metalu, zwiększa jego kruchość a przy większych odkształceniach może doprowadzić do rozerwania spójności cząstek i pojawienia się pęknięć.

2) w kowadłach kształtowych

Materiał może się swobodnie wydłużać, natomiast jego rozszerzanie jest ograniczone bocznymi ściankami narzędzia. W tym przypadku powstające dodatkowe naprężenia rozciągające są znacznie mniejsze a plastyczność metalu większa niż w przypadku kucia w kowadłach płaskich.

3) w matrycach otwartych

Rozszerzenie się materiału jest częściowo ograniczone przez boczne ścianki narzędzia. W porównaniu z kuciem w kowadłach płaskich nacisk jednostkowy jest do 3 razy większy a plastyczność metalu znacznie lepsza.

4) w matrycach zamkniętych

Rozszerzanie się materiału jest ograniczone ściankami narzędzia, dlatego w całej objętości materiału stan naprężeń jest ściskający. Nacisk jednostkowy jest 2 razy większy niż w przypadku kucia w matrycach otwartych.

4.1 Wpływ stopnia przekucia na strukturę i własności mechaniczne metalu

Stopień przekucia jest to stosunek przekroju materiału wejściowego do pola przekroju odkuwki. Wielkość stopnia przekucia ma znaczny wpływ na zmianą własności mechanicznych i strukturę metalu.

k = 2 ÷ 3 - w rdzeniu wlewka odpowiadającym strefie wolnych kryształów występują już wyraźne włókna, gdy tymczasem w strefie kryształów iglastych oraz dendrytów w niewielkim stopniu zmieniają swój kierunek

k = 4 ÷ 6 - dendryty wyraźnie zmieniają kierunek i dopiero przy większym stopniu przekucia w przekrojach całej odkuwki można zaobserwować strukturę włóknistą. Kierunek przebiegu włókien zależy od metody kucia. W kuciu swobodnym pod młotem w skutek nierównomiernych odkształceń i dużej prędkości odkształcenia, kierunek włókien może się znacznie odchylać od kierunku płynięcia metalu. W kuciu swobodnym pod prasą hydrauliczną odchylenia te są znacznie mniejsze. W kuciu w matrycach zamkniętych kierunek włókien jest zgodny z geometrycznym kształtem wyrobu. Przy większych stopniach przekucia następuje poprawa własności w kierunku największego odkształcenia z jednoczesnym pogorszeniem własności plastycznych w kierunku poprzecznym.

Stosowane stopnie przekucia:

k = 3 ÷ 4,5 - kucie swobodne odkuwek

k = 3 ÷ 6 - kucie matrycowe

k = 10 (>10) - stosuje się w wykonywaniu wyrobów które powinny odznaczać się zupełną jednorodnością budowy, bardzo dobrymi własnościami jednokierunkowymi i wysoką granicą zmęczeniową.

4.2 Zalety kucia matrycowego

Możemy wyróżnić następujące zalety kucia matrycowego :

-możliwość stosowania mniejszych naddatków technologicznych,

-większą dokładność wykonania odkuwek,

-możliwość nadawania kształtów odkuwce, jakich nie można nadać przez kucie swobodne,

-możliwość łatwego i szybkiego odkuwania przedmiotów o kształtach skomplikowanych,

-małą pracochłonność oraz dużą wydajność,

4.3 Wady kucia matrycowego

Wady kucia są następujące :

-konieczność stosowania maszyn kuźniczych o podwyższonej dokładności -prowadzenia matryc,

-dodatkowe koszty związane z prasami do okrawania wypływki,

-duży koszt oprzyrządowania,

-opłacalność przy dużych seriach odkuwek,

-niewielkie wymiary wykonywanych odkuwek.