Tłoczenie

Tłoczenie polega na kształtowaniu materiału naciskiem narzędzi wykonujących
ruch posuwisto-zwrotny. Proces prowadzony na zimno umożliwia wykonywanie
wyrobów o różnorodnych kształtach w szczególności płaskich lub przestrzennych
wyrobów z blachy.

Tłoczenie obejmuje dużą grupę operacji, które można podzielić następująco:

Przedmioty tłoczone mogą być wytwarzane w jednej operacji (np. wyroby wykrawane z blachy), jak również w kilku następujących po sobie złożonych operacjach (wyroby cieto-gieto-kształtowane). Występują tutaj następstwa operacji, w których półwyroby uzyskane z jednej operacji są wsadem do następnej operacji, podobnie jak w procesie walcowania.

Typowe przykłady wyrobów tłoczonych oraz operacji prowadzących do ich wy­tworzenia przedstawiono na rysunku 3.37.

Wsad i wyrób w procesie tłoczenia

Wyroby tłoczone mogą być wykonywane ze stali węglowej lub stopowej oraz njetali i stopów nieżelaznych, zwykle w postaci blach, taśm i płyt. Taśmy o długości kilkudziesięciu metrów są dostarczane w kręgach i stosowane zwykle do tłoczenia przy pomocy pras z automatycznymi podajnikami. Materiałom tłoczonym stawia się szczególne wymagania w zakresie wymiarów, stanu powierzchni, składu chemicznego, struktury i tłocznośći. Szczególnie ważny jest ten ostatni czynnik.

Tłoczność blach można ocenić na podstawie badania tzw. metodą Erichsena. Stąd

blachy stalowe dzieli się na cztery kategorie: bardzo głęboko toczne (B), głęboko

toczne (G), tłoczne (T), płytko tłoczne (P). W pierwszej kategorii wyróżnia się

ponadto blachy na bardzo trudne wytłoczki (SBB) oraz blachy na trudne wytłoczki

(SB).

W zależności od rodzaju materiału, sposobu walcowania i zastosowanej obróbki cieplnej, blachy do tłoczenia są w różnych stanach. Używane są blachy w stanie: wyżarzonym, półtwardym, twardym, sprężystym, a ponadto stopy aluminium w stanie przesyconym i utwardzonym.

Taśmy stalowe, zimno walcowane, używane do tłoczenia dzieli się na następujące grupy:

Z 1/1 — twarde; Z 1/2 — półtwarde; Z 1/4 — ćwierćtwarde (półmiękkie); %1 — miękkie; OM — głęboko tłoczne.

Blachy i taśmy z metali nieżelaznych walcowane na zimno stosuje się w stanie: M — miękkim, Z1/2 — półtwardym, Z 1/1 — twardym, Z 2/1 — sprężysto-twardym oraz walcowane na gorąco oznaczone przez W.

Przykłady wyrobów tłoczonych przedstawiono na rys. 3.37. Spotykamy się z nimi na co dzień. Według tej technologii są wykonywane elementy karoserii samochodów, metalowe naczynia kuchenne (garnki, dzbany, czajniki, miski), zlewozmywaki i wanny z blachy stalowej, szereg wyrobów galanterii metalowej, różnego rodzaju puszki i inne.

Technologia tłoczenia

Jak już wspomniano wcześniej, tłoczenie składa się z dwóch podstawowych działań: ciecia i kształtowania (gięcia, ciągnienia i przekształcania).

Cięcie. W celu uzyskania żądanego kształtu materiału, z którego będzie wytwarza­ny wyrób metodą tłoczenia, należy na obrysie tego kształtu pokonać siły spójności materiału. Taką koncentracje naprężeń można uzyskać podczas operacji cięcia, którą przeprowadza się za pomocą nożyc lub wykrojników. -

W procesie ciecia można wyodrębnić fazy odkształcania sprężystego, plastyczne­go i pękania. W miarę wzrastania nacisku faza odkształceń sprężystych przechodzi w fazę odkształceń plastycznych. Gdy te ostatnie obejmą całą grubość ciętego materiału rozpoczyna się intensywne płynięcie materiału, a następnie pojawiają się pierwsze pęknięcia. Pojawiają się one w pobliżu krawędzi tnących obu noży i mogą łączyć się bezpośrednio lub z utworzeniem mostka.

Wartość luzu, która powoduje, że oba pęknięcia spotykają się w środku grubości materiału, nosi nazwę luzu optymalnego do uzyskania pękania..

Nożyce do cięcia dzieli się na następujące rodzaje:

— o nożach równoległych,

— gilotynowe,

— krążkowe (rolkowe),

— wielokrążkowe (wielorolkowe),

— skokowe.

Proces ciecia materiału przy pomocy nożyc jest przeprowadzany przeważnie wzdłuż linii prostej względnie o niewielkiej krzywiźnie, przy czym ciecie następuje stopniowo (za wyjątkiem nożyc o równoległych krawędziach, gdy cięcie następuje równocześnie na całej długości ciętego materiału. Przykłady różnego rodzaju nożyc przedstawiono na rysunku 3.38.

Cięcie na wykrojnikach przebiega zazwyczaj jednocześnie wzdłuż całego zarysu. Schemat cięcia na wykrojniku przedstawiono na rysunku 3.39.

Podczas wykrawania wymiary wyciętego przedmiotu są równe wymiaromłńatry-cy, wymiary otworu natomiast odpowiadają wymiarowi stempla. Dlatego podczas wycinania przedmiotów projektuje się wymiary matrycy równe wymiarom nominal­nym wyciskanego przedmiotu, a luz uzyskuje się kosztem zmniejszenia wymiarów stempla. Podczas dziurkowania postępujemy odwrotnie.

Do niedawna nożyce i prasy do wykrawania były sterowane ręcznie. Praca przy nich była bardzo uciążliwa.. Obecnie nowoczesne urządzenia są w pełni zmechanizo­wane i zastępują pracę wielu starych urządzeń. Komputerowe sterowanie nowoczes­nych pras umożliwia również optymalizację ułożenia wykrojów na powierzchni materiału, tak aby udział odpadów był najmniejszy.

Gięcie polega na kształtowaniu materiału pomiędzy narzędziami bez istotnej zmiany jego grubości. Podczas gięcia warstwy materiału od strony matrycy podlegają rozciąganiu, a warstwy wewnętrzne od strony stempla są ściskane. Ponieważ podczas gięcia występują również odkształcenia sprężyste, należy więc wygiąć materiał o kąt większy, uwzględniający odkształcenie sprężyste.

Do projektowania gięcia niezbędna jest znajomość minimalnego promienia gięcia, który jest charakterystyczny dla samego materiału, zależy od jego grubości oraz kierunku linii gięcia w stosunku do kierunku walcowania. Linia gięcia powinna przebiegać w miarę możności prostopadle do kierunku walcowania, a należy unikać równoległego położenia linii gięcia i kierunku walcowania. Przykładowe sposoby gięcia przedstawiono na rysunku 3.40.

Ciągnienie. Pod pojęciem ciągnienia w tłocznictwie rozumie się kształtowanie wy tłoczek o powierzchni nierozwijalnej z płaskiej blachy (wytłaczanie), zwiększanie wysokości wytłoczek kosztem zmniejszenia ich średnic (przetłaczanie), bądź ko­sztem zmniejszenia grubości ich ścianek (wyciąganie).

Prawidłowe ciągnienie zależy od relacji wymiarów blachy przed tą operacją do wymiarów wyrobu po ciągnieniu. Zbyt duże odkształcenie powoduje powstawanie, nieciągłości materiału. Najczęściej wynikiem jest wówczas oderwanie dna wy tłoczki od jej pobocznicy.

Można uzyskać większą wysokość wyrobów ciągnionych niż to wynika z ich granicznych współczynników ciągnienia. Należy wówczas przeprowadzać ciągnie­nie w kilku operacjach ze zmniejszającym się stopniem odkształcenia w każdej kolejnej operacji, ponieważ materiał po każdej operacji ulega umocnieniu. Jeśli umocnienie byłoby nadmierne, można stosować wyżarzanie międzyoperacyjne. Schematy operacji ciągnienia przedstawiono na rysunku 3.41.

Przekształcanie.

Do tej grupy operacji należą m.in.:

— wyoblanie: nadawanie kształtu krążkowi blachy zaciśniętej pomiędzy wzorni­kiem a tarczą osadzoną obrotowo w koniku wyoblarki. Kształtowany na wzorniku wyrób wiruje, a jego kształt jest tworzony przez docisk tarczy. Takie rozwiązanie stosuje się do produkcji niewielkiej liczby wyrobów o powierzchni nierozwiniętej,

— obciskanie: zmniejszanie średnicy naczynia. Może być wykonane za pomocą walców lub przez wyoblanie,

— rozpęczanie polega na miejscowym zwiększeniu wymiarów przekroju poprze­cznego wytłoczki bądź naczynia walcowego. Może być realizowane przy użyciu cieczy, materiałów sypkich, narzędzi sztywnych oraz poprzez kształtowanie z dużymi prędkościami.

Dla kształtowania dużych wyrobów często z materiałów trudno-odkształcalnych stosuje się nowoczesne technologie oparte na dużych prędkościach odkształcenia. Może to być tłoczenie wybuchowe, elektromagnetyczne, elektrohydrodynamiczne czy gazowe.

Przyrządy i prasy do tłoczenia

Do cięcia są stosowane nożyce oraz wykrojniki. Przykłady obydwu przedstawiono na rysunkach 3.38 i 3.39. Wykrawanie odbywa się za pomocą pras, gdyż zwykle wymagane są do tej operacji duże naciski.

Do gięcia i ciągnienia stosuje się tłoczniki swobodne oraz z prowadzeniem stempla względem matrycy. Mogą one być jednozabiegowe, wielozabiegowe i złożone. Urzą­dzenia takie to giętarki.

Tłoczniki, które są narzędziami w prasach do gięcia dzielą się na wyginaki, zawijaki oraz tłoczniki prostujące.

Urządzenia do wyoblania, to tzw. wyoblarki.

Obciąganie odbywa się za pomocą ruchomego wzornika oraz nieruchomych uchwytów mocujących materiał. Urządzenie takie nosi nazwę obciągarki.

Podstawowe urządzenia w procesie tłoczenia to prasy z wymiennymi narzędziami (tłocznikami i matrycami). Prasy dzieli się na:

— prasy śrubowe (cierne): charakteryzują się dużym skokiem regulowanym w całym zakresie, nacisk tych pras wynosi zwykle 40 kN—10 MN. Raczej wychodzące z użycia,

— prasy korbowe i mimośrodowe: charakteryzują się małym i średnim skokiem. Nacisk do 20 MN dla pras korbowych oraz 5 MN dla pras mimośrodowych. Te ostatnie są stosowane szczególnie do operacji cięcia, płytkiego wyginania, prostowania, wytłaczania i płytkiego wyciągania. Prasy korbowe są stosowane głównie do cięcia i gięcia oraz do wytłaczania i płytkiego wyciągania,

— prasy hydrauliczne: umożliwiają uzyskiwanie znacznych nacisków (do kilkudziesięciu MN) oraz dużych skoków roboczych. Są stosowane do głębokiego tłoczenia, wyginania i kształtowania blach (przemysł stoczniowy i samochodowy).

Szczególnie przydatne są prasy hydrauliczne podwójnego działania umożliwiające uzyskiwanie podczas tłoczenia stałego docisku tłoczonego materiału.

---