Politechnika
LABORATORIUM TECHNOLOGII SPECJALNYCH Ćwiczenie nr Temat ćwiczenia : Specjalne metody tłoczenia
Data wyk. ćw. Prowadzący : Wydział Mechaniczny Kierunek : Mechanika i Budowa Maszyn Rok akademicki : Semestr Grupa
Wykonawca ćwiczenia	Oceny
		sprawdzian	sprawozdanie	Końcowa

1. Procesy tłoczenia - kształtowania

Tłoczenie obejmuje szereg różnorodnych procesów obróbki plastycznej realizowanych głównie na zimno i stosowanych do rozdzielania, kształtowania i łączenia materiałów w postaci blach, folii i płyt (metalowych lub niemetalowych). Tłoczenie przeprowadza się za pomocą przyrządów zwanych tłocznikami, przeważnie na prasach mechanicznych lub hydraulicznych. Ponieważ jeden z wymiarów (grubość) półwyrobu jest istotnie mniejszy od dwóch pozostałych - stan naprężenia (poza pewnymi wyjątkami) można uważać za płaski.

Procesy tłoczenia, podczas których nie dochodzi do rozdzielania materiału stanowią oddzielną grupę (tzw. tłoczenie - kształtowanie).

Do ważniejszych operacji tłoczenia - kształtowania zalicza się:

• gięcie,

• rozciąganie na wzornikach (gięcie z rozciąganiem),

• rozpęczanie,

• obciskanie,

• kształtowanie miejscowe (np. wywijanie obrzeży wytłoczek oraz krawędzi otworów, kształtowanie wgłębień i rowków usztywniających itp.),

• dotłaczanie i kalibrowanie wytłoczek,

• operacje łączenia.

2. Specjalne metody tłoczenia - kształtowania

Istnieje szereg metod tłoczenia - kształtowania o specjalnym przeznaczeniu, które wykorzystuje się w przypadkach, gdy konwencjonalne metody nie są efektywne. Dotyczy to zwłaszcza warunków produkcji jednostkowej i małych serii wyrobów o specyficznych kształtach lub wykonywanych z materiałów o niskiej tłoczności. Zastosowanie specjalnych metod tłoczenia - kształtowania pozwala na obniżenie kosztów wykonania tłoczników, w których jeden z elementów (stempel lub matryca) staje się zbędny, a jego działanie zastępuje ciśnienie wywierane na powierzchnię blachy za pośrednictwem ośrodka ciekłego, gazowego lub stałego (sypkiego, względnie w postaci gumy lub tworzywa sztucznego). Wykorzystuje się również oddziaływanie pola elektromagnetycznego na materiał kształtowany. Ciągnienie materiałów o małej tłoczności (np. stopów tytanu i magnezu) wymaga zastosowania specyficznych warunków: podgrzewania kołnierza w celu zwiększenia jego plastyczności (za pomocą podgrzewanej elektrycznie płyty dociskacza) oraz ewentualnego chłodzenia stempla (w celu podwyższenia wytrzymałości materiału w przekroju niebezpiecznym).

Tłoczenie - kształtowanie z wysokimi prędkościami odkształcenia

W procesach tłoczenia - kształtowania z wysokimi prędkościami odkształcenia wykorzystuje się:

• energię fali uderzeniowej powstającej przy detonacji materiałów wybuchowych kruszących lub podczas wyładowania elektrycznego,

• ciśnienie wytwarzane podczas spalania materiałów wybuchowych miotających lub mieszanek gazowych i paliwowo - powietrznych,

• energię pola elektromagnetycznego.

Tłoczenie z wykorzystaniem ładunków kruszących lub miotających nazywa się tłoczeniem wybuchowym. Ładunki kruszące (np. trotyl) stosuje się przy kształtowaniu wyrobów o dużych i bardzo dużych gabarytach (nawet do kilku metrów) z grubych blach i materiałów o wysokiej wytrzymałości, np. elementów dużych zbiorników ciśnieniowych (dennic), rakiet kosmicznych itp., zwykle w produkcji jednostkowej lub przy niewielkich seriach. Ośrodki, w których powstaje fala uderzeniowa mogą być gazowe, ciekłe lub sypkie. Kształtowanie odbywa się na wolnym powietrzu lub w zbiornikach wodnych otwartych, z dala od zabudowań (np. na poligonach wojskowych). Jedynym elementem tłocznika jest matryca (zwykle metalowa lub żelbetowa z wykładziną kompozytową), rolę stempla spełnia ciśnienie na froncie fali uderzeniowej Istotną rolę odgrywa masa ładunku, jego ukształtowanie oraz usytuowanie względem powierzchni półwyrobu i głębokość zanurzenia H. Czynniki te wpływają na wartość energii efektywnej (wywołującej odkształcenie plastyczne) i kształt czoła fali uderzeniowej. Kształtowanie na gorąco jest możliwe przy zastosowaniu sypkiego ośrodka przenoszącego energię wybuchu (np. piasku).

Do kształtowania wyrobów o małych i średnich wymiarach oraz kształcie trudnym do otrzymania w konwencjonalnych operacjach tłoczenia - kształtowania wykorzystuje się energię spalania wybuchowego materiałów miotających (prochów) lub mieszanek gazowych i paliwowo - powietrznych, zwlaszcza w operacjach rozpęczania i obciskania. Półwyrób umieszcza się w dzielonej matrycy w pojemniku zamkniętym. Przy użyciu materiałów prochowych uzyskiwane ciśnienie wzrasta wraz ze wzrostem tzw. gęstości ładowania (stosunku masy ładunku do objętości komory spalania).

Tłoczenie elektrohydrauliczne przebiega podobnie jak tłoczenie wybuchowe ładunkami kruszącymi, przy czym fala uderzeniowa powstaje wskutek wyładowania elektrycznego dużej mocy w cieczy dielektrycznej.

Podczas tłoczenia elektromagnetycznego krótkotrwały impuls prądu przepływającego przez induktor wytwarza impuls pola elektromagnetycznego o dużym natężeniu, co powoduje powstanie w materiale kształtowanym prądów wirowych. W efekcie powstaje siła oddziaływania powodująca odpychanie materiału od induktora. Ciśnienie działające na powierzchnię blachy może osiągać wartości rzędu kilkuset do kilku tysięcy MPa. Półwyrób zderza się z matrycą z prędkością ok. 300 - 400 m/s. Zastosowanie tłoczenia elektromagnetycznego jest podobne jak tłoczenia z wykorzystaniem materiałów miotających, mieszanek gazowych i paliwowo - powietrznych. Osiąga się dużą dokładność wyrobów i wydajność. Istnieją możliwości automatyzacji procesu. W pewnych przypadkach stosuje się kilka impulsów prądu, przy czym pierwsze z nich są używane do podgrzania materiału w celu podwyższenia własności plastycznych.

Tłoczenie hydrauliczne

W procesach tłoczenia hydraulicznego wykorzystuje się ciśnienie cieczy działające na powierzchnię blachy bezpośrednio lub poprzez gumową przeponę. Ciecz może spełniać rolę stempla, wtłaczając półwyrób do matrycy, względnie zastępować działanie matrycy, obciskając blachę na stemplu. Tłoczenie przeprowadza się na prasach hydraulicznych specjalnych lub posiadających odpowiednie wyposażenie. W pewnych przypadkach tłoczenie hydrauliczne może być realizowane bez udziału prasy - ciecz pod ciśnieniem pompuje się do wnętrza specjalnego pojemnika gumowego, umieszczonego pomiędzy dwoma sztywnymi płytami, połączonymi ze sobą. Matryca wraz z kształtowaną blachą jest umieszczona pod pojemnikiem z cieczą na dolnej płycie urządzenia.

Literatura

1. S. Erbel, K. Kuczyński, Z. Marciniak: „Obróbka plastyczna”. PWN, Warszawa 1981

2. Mazurkiewisz A., Kocur L.: „OBRÓBKA PLASTYCZNA”. Radom 2001

3. Stiepanow W.C.: „Tłoczenie wybuchowe”. WN-T, Warszawa 1968

---