Operacje kucia swobodnego w prasie i pod młotem

1. Charakterystyka i zakres kucia swobodnego (5.1)

Kucie swobodne polega na odkształcaniu metalu między narzędziami, co umożliwia płynięcie w kilku dowolnych kierunkach. Jeśli płynięcie metalu jest częściowo ograniczone narzędziami, to jest to kucie półswobodne.

Kucie swobodne stosuje się przy niedużych seriach lub przy wykonywaniu odkuwek ciężkich. Metoda ta stosowana jest do wykonywania odkuwek o dowolnej masie.

Stosuje się je w przypadkach:

- podczas produkcji jednostkowej,

- podczas wykonywania odkuwek, których ciężar i wymiary przekraczają kucia matrycowego,

- podczas wstępnej obróbki plastycznej wlewków ze stali stopowych lub stopów o specjalnych własnościach,

- podczas produkcji prętów kutych ze stali stopowych lub stopów o specjalnych własnościach, jak i również ze stali z gatunków normalnych.

- podczas regeneracji narzędzi i sprzętu warsztatowego,

- podczas wykonywania części zamiennych i do celów remontowych

1. Rodzaje i kształty materiału wsadowego do kucia swobodnego(5.4)

Wlewki- Odkuwki o znacznych wymiarach i masie kuje się najczęściej bezpośrednio z wlewków odpowiedniej wielkości odlanych w kształcie ostrosłupa ściętego o przekroju sześci0-, ośmio- lub dwunastoboku.

Półwyroby- kute lub walcowane mają przekrój kwadratowy o bokach wklęsłych i zaokrąglonych krawędziach. Wymiary ich wynoszą: bok kwadratu a: 140-400mm, długość 6m.

Pręty- mają przekrój poprzeczny zbliżony do kwadratu o boku 42-140 mm. Pręty walcowane moją mieć przekrój poprzeczny kwadratowy, okrągły lub prostokątny.

Pręty kształtowe i o okresowo zmiennym przekroju – niektóre typy odkuwek matrycowanych wykonuje się z prętów kształtowych. W produkcji masowej stosuje się pręty o okresowo zmiennym przekroju przystosowanym do kształtu odkuwki.

1. Wpływ stopnia przekucia i metod kucia na własności mechaniczne odkuwek (5.5)

Stopień przekucia-wskaźnik określający zmianę kształtu wyrobu i własności przekuwanego materiału

$\mathbf{\lambda = \ }\frac{\mathbf{S}\mathbf{0}}{\mathbf{S}}\mathbf{\ lub\ \lambda = \ }\frac{\mathbf{l}}{\mathbf{l}\mathbf{0}}$

Wpływ stopnia przekucia na wł. Mechaniczne.

Gdy stopień przekucia wynosi:

• 1-3, w rdzeniu wlewka odpowiadającym strefie wolnych kryształów występują już wyraźne włókna, a w strefie kryształów słupkowych osie dendrytów, w niewielkim stopniu zmieniają swój pierwotny kierunek

• 4-6, dendryty wyraźnie zmieniają swoją orientację. Dopiero przy wyższym stopniu przekucia w przekrojach całej odkuwki można zaobserwować wyraźną strukturę włóknistą

Wpływ metod kucia na wł. Mechaniczne:

Stopień przekucia:

• 3-4,5- w kuciu swobodnym odkuwek- własności mechaniczne są dość dobre i wystarczające pod względem wymagań wytrzymałościowo- konstrukcyjnych,

• 3-6 w kuciu matrycowym

• Równy i większy od 10 przy wykonywaniu wyrobów które powinny mieć jednorodną budowę, dobre jednokierunkowe własności mechaniczne i wysoką granicę zmęczeniową,

• 1,1-1,5- stosuje się do odkuwek z materiału wyjściowego walcowanego lub kutego.

1. Definicja oraz obliczenie podstawowych parametrów operacji spęczania (5.6.1)

Spęcznienie - Zwiększenie przekroju poprzecznego kosztem wysokości lub długości materiału pod wpływem odpowiedniego nacisku prasy lub uderzeniem młota.

Średnia średnica materiału w dowolnym momencie spęcznienia:

$$\mathbf{d}\mathbf{=}\mathbf{d}_{\mathbf{0}}\sqrt{\frac{\mathbf{h}_{\mathbf{0}}}{\mathbf{h}}}$$

d0,h0- średnica i wysokość materiału przed spęczaniem

d,h- średnica i wysokość materiału po spęczaniu

Odkształcenie względne:

$$\mathbf{\varepsilon}_{\mathbf{\text{wh}}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{h}_{\mathbf{0}}\mathbf{- h}}{\mathbf{h}_{\mathbf{0}}}$$

Siła nacisku prasy:

F=p_srS

S- pole poprzecznego przekroju materiału po spęczaniu

Pśr- średni nacisk wywierany na jednostkę powierzchni odkuwki

Praca odkształcenia jednego urządzenia:

W = wkε_hσ_pV

Ε- stopień odkształcenia przy jednym uderzeniu

V- objętość spęczanego materiału

Wielkość energii jednego uderzenia:

$$\mathbf{L =}\frac{\mathbf{W}}{\mathbf{\eta}}$$

η- sprawność uderzenia

1. Rozkład odkształceń oraz naprężeń przy spęczaniu swobodnym (5.6.1)

Podczas spęczniania ulegają zniekształceniu boczne powierzchnie elementu. Kształt powierzchni bocznej zależy od współczynnika tarcia stosunku h0/d0.

Baryłkowatość powstaje w wyniku nierównomiernego odkształcenia metalu. W podłużnym przekroju spęczanej próbki cylindrycznej można wyodrębni trzy strefy odkształcenia:

1. strefa przylegająca do płaszczyzny czołowej próbki, gdzie odkształcenie jest najmniejsze

2. strefa gdzie odkształcenia w kierunku osiowym jak i promieniowym przy czym przejście ze strefy I do II przejście jest ciągłe i jest brak zaznaczającej się granicy.

3. jest obszarem średnich odkształceń

1. Definicja oraz obliczanie podstawowych parametrów operacji wydłużania i dziurowania (5.6.2)

Wydłużanie- operacja, w której następuje wydłużanie się przedmiotu w kierunku jednej jego osi, kosztem zmniejszania przekroju prostopadłego do tej osi.

Do parametrów każdego oddzielnego gniotu zaliczamy:

-gniot jednostkowy (względny):

$$\ \mathbf{E}\mathbf{\text{wh}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{h}\mathbf{0 - h}}{\mathbf{h}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{h}}{\mathbf{h}}$$

-bieżący stopień przekucia(wsp wydłużenia) :

$$\mathbf{\lambda = \ }\frac{\mathbf{S}\mathbf{0}}{\mathbf{S}}\mathbf{\ lub\ \lambda = \ }\frac{\mathbf{l}}{\mathbf{l}\mathbf{0}}$$

-całkowity stopień przekucia

$$\text{\ \ }\mathbf{\lambda}\mathbf{k}\mathbf{=}\frac{\mathbf{S}\mathbf{0}}{\mathbf{\text{Sk}}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{S}\mathbf{0}}{\mathbf{S}\mathbf{1}}\mathbf{*}\frac{\mathbf{S}\mathbf{1}}{\mathbf{S}\mathbf{2}}\mathbf{*\ldots\ }\frac{\mathbf{Sk - 1}}{\mathbf{\text{Sk}}}$$

gdzie S_k- pole pow przekroju poprz mat po wydł

- poszerzenie względne :

$$\mathbf{\beta =}\mathbf{\varepsilon}^{\mathbf{'}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{b - b}\mathbf{0}}{\mathbf{b}\mathbf{0}}\mathbf{= \ }\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{\lambda(1 - \varepsilon)}}\mathbf{- 1\ }$$

–współczynnik kształtu:

$$\mathbf{\delta =}\frac{\mathbf{b}}{\mathbf{h}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{b}\mathbf{0}}{\mathbf{h}\mathbf{0}}\mathbf{*}\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{\lambda(1 - \varepsilon)\hat{}2}}$$

Liczba nacisków prasy lub uderzeń młota n dla jednego przejścia:

$$\mathbf{n =}\frac{\mathbf{ln - 1}}{\mathbf{\text{lp}}}$$

l_n-1- długość pręta przed przejściem

l_p- posuw bezwzględny

Nacisk prasy do wydłużania

F= zkSσ_p

z- współczynnik zależny od kształtu kowadeł

k- współczynnik uwzględniający wpływ kształtu i tarcia metalu na powierzchnię narzędzia

Dziurowanie - Operacja kuźnicza, za pomocą której wykonuje się w odkuwkach otwory lub wgłębienia. Dziurowanie przeprowadzane bez podkładanego pierścienia można przeprowadzić stosując przebijaki. Proces ten nazywa się przebijaniem.

Rodzaje dziurowania:

Dziurowaniem pełnym przebijakiem.

Dziurowanie przebijakiem drążonym: stosuje się do wykonywania w spęczanych wlewkach otwory o średnicy powyżej 450mm.

Dziurowanie z podkładanym pierścieniem- zwane wycinaniem. Stosuje się przy nieznacznej grubości materiału, mniejszej od wysokości przebijaka.

Siła wyciskania:

1. Definicja posuwu względnego i jego wpływ na proces wydłużania (5.6.2)

Czynniki wplywajace na Rozkład naprężeń i odkształceń:

- wielkości posuwu względnego :

l_w= l_p/h₀ lub l_w = l_p/D

gdzie:

h_{0 –} wys początkowa wydłużanego materiału

D - średnica początkowa wydłużanego materiału

l_p - posuw bezwzględny czyli przesunięcie wzdłużne materiału po kowadle dolnym przed każdym uderzeniem kowadła górnego

Posuw względny:

Stosunek posuwu do wysokości lub średnicy wydłużonego materiału, tzw, wpływa na kierunek działania naprężeń wzdłużnych. Jeżeli l_p/h₀ < 0,5 odkuwka będzie wklęsła. Natomiast przy l_p/h₀ > 0,6 będzie miała kształt baryłkowaty. W wyniku wzajemnego oddziaływania stref odkształconych i nieodkształconych powstają na wklęsłej części konturu wzdłużne naprężenia rozciągające, a na wypukłej części konturu –ściskające. Przy małym stosunku l_p/h₀ naprężenia rozciągające są znacznie większe niż przy l_p/h₀ dużym. przy małym l_p/h₀ naprężenia rozciągające powstają w środku wlewka tj. w strefie mało plastycznej, a przy dużym – wyst w warstwach zewnętrznych mających wysoką plastyczność.