Temat: Wpływ twardości gumy na stan wykrawanej i kształtowanej powierzchni.

Cel ćwiczenia.

Ćwiczenie ma na celu zapoznanie studentów z możliwościami wykonywania nawet złożonych elementów z blachy przy stosunkowo prostej technologii, jaką jest wykrawanie i kształtowanie gumą.

WPROWADZENIE

Tłoczenie gumą

Zastosowanie gumy do tłoczenia daje poważne korzyści, ponieważ przy wywieraniu na nią nacisków zachowuje się podobnie jak ciecze. Jeżeli pewną ilość gumy umieścić w cylindrze, a następnie z jednej strony przyłożyć siłę, to siła ta rozłoży się równomiernie na wszystkie powierzchnie, z którymi styka się guma.

Guma wykazuje również spoistość oraz odporność na płynięcie, których to własności nie mają ciecze. Odgrywa to bardzo ważną rolę podczas kształtowania materiałów. Spoistość gumy ma pewne granice i dlatego należy zwrócić uwagę na tę właściwość podczas projektowania narzędzi i nie stawiać zbyt wysokich wymagań temu materiałowi. Należy również mieć zapewnioną możliwość utrzymywania przez gumę odpowiedniego kształtu. Należy zapobiegać pękaniu gumy, co zwiększa poważnie okres jej trwałości.

Wspólną cechą wszystkich procesów tłoczenia gumą jest to, że tylko jedna część tłocznika tzn. stempel lub matryca jest wykonana z gumy, co obniża znacznie koszt narzędzi. Poduszka gumowa zwykle przymocowana jest do suwaka prasy i porusza się razem z nim. Po zetknięciu się z kształtowanym stemplem znajdującym się na płycie dolnej tłocznika, guma dociska blachę dookoła niego, tłocząc przedmiot o kształcie odpowiadającym kształtowi stempla.

Zwykłe metody obróbki plastycznej, w szerokim zakresie stosowania w produkcji wielkoseryjnej i masowej, są nieefektywne i nieracjonalne w warunkach produkcji małoseryjnej i szybko przestawialnej, gdyż do wykonania konstrukcyjnie złożonych i drogich przyrządów jest potrzebny dłuższy okres, a poniesione koszty są nieopłacalne.

Konieczność szybkiego wdrożenia nowych rodzajów wyrobów wymaga zastosowania w danych warunkach nowych procesów technologicznych uniwersalnego wykonaniem taniego uniwersalnego albo częściowo uniwersalnego oprzyrządowania. Do takich procesów zalicza się sposoby wykrawania i kształtowania z zastosowaniem narzędzi podatnych i ośrodków nieciągłych, jak wykrawanie i kształtowania gumą, wykrawanie metalami plastycznymi, dziurkowanie bezmatrycowe. Przy tych sposobach upraszcza się znacznie konstrukcja przyrządów, przez co zmniejsza się znacznie koszt ich wykonania, gdyż przy zastosowaniu dwóch pierwszych sposobów jest potrzebny tylko jeden wzornik wycinający, a przy ostatnim sposobie - tylko stemple dziurkujące. Odpada więc konieczność wykonania i dostosowania matryc wycinających, których rolę spełnia guma lub plastyczny metal.

W procesie Guerina poduszka gumowa zamocowana jest na suwaku prasy, a stempel kształtowy umieszczony jest na stole. Proces ten zalicza się do najstarszych i jest najszerzej stosowaną metodą tłoczenia gumą. Wadą procesu są pewne ograniczenia, które sprawiają, że nadaje się on do tłoczenia stosunkowo płytkich przedmiotów z metali lekkich. Na ogół nie stosuje się tłoczeń głębszych niż 32 do 38 mm. Najbardziej odpowiednie do wykonania tą metodą są przedmioty, mające proste półki, rozciągane kołnierze lub rowki (Żeberka) i są wykonane z płaskich wykrojów.

Poduszka gumowa jest obsadzona w stalowym lub Żeliwnym zasobniku. Ściany tego zasobnika powinny być na tyle grube i wytrzymałe, aby wytrzymały nacisk wywierany przez gumę w czasie pracy. Grubość poduszki gumowej powinna wynosić od 150 do 300 mm. Poduszka gumowa może być jednolita lub warstwowa. Poduszkę jednolitą wykonuje się przez: 1) wulkanizowanie z jednolitej masy, 2) wulkanizowanie arkuszy gumy o grubości ok. 25 mm w jeden blok o Żądanej grubości. Poduszkę warstwową wykonuje się w ten sposób, że w zasobniku układa się jeden na drugim arkusze gumy, ale nie wulkanizuje się ich w jeden blok. Poważną zaletą poduszki warstwowej jest możliwość

odwrócenia zużytego arkusza zewnętrznego na drugą stronę lub zamienienie go miejscami z innym arkuszem. Guma stosowana do gięcia i wytłaczania powinna mieć twardość wg Shore'a od 55 do 65. Podczas cięcia lub wycinania gumą, pojedynczy arkusz gumy o twardości wg Shore'a 90, układa się bezpośrednio na ciętym materiale lub też przykleja się go jako zewnętrzną warstwę poduszki. Na

rys. 1 pokazano sposób ułożenia gumy w zasobniku, przymocowanym do suwaka prasy, oraz stół prasy, na którym ustawia się kształtowy stempel.

Blok gumowy mocuje się w zasobniku w ten sposób, ze gumę wykonuje się dłuższą i szerszą od otworu zasobnika. Wciśnięcie gumy do zasobnika odbywa się na prasie. Gumę układa się na stole prasy, a następnie opuszczający się suwak wciska gumę do zasobnika. Minimalny naddatek gumy na wciśnięcie powinien wynosić na długości i szerokości po ok. 1 %.

Przedstawiony na rys. 2 zasobnik o przekroju zbliżonym do litery Z, utrzymuje poduszkę warstwową złożoną z pojedynczych arkuszy, które nie są ani klejone ani wulkanizowane ze sobą. Dolna półka takiego zasobnika może z nim tworzyć jedną całość lub też może być przykręcona śrubami. Wymiary płyty dolnej powinny być mniejsze o 1,6 do 3,2 mm na stronę od wewnętrznych wymiarów

zasobnika.

Stemple kształtowe wykonuje się z różnych materiałów. Drewno utwardzane (tzw. lignofol) lub fibra impregnowana, wytrzymują dobrze naciski i są stosunkowo niedrogie. Utwardzone drewno może dość szybko pękać, gdy wykonywany z niego stempel ma ostre naroża lub wystające i nie podparte

części. W obu tych przypadkach lub też, gdy produkcja ma obejmować dużą ilość sztuk przedmiotów, stempel należy wykonać z żeliwa lub ze stali. Do wyrobu stempli stosuje się również stopy cynku, magnezu lub aluminium. Podczas kształtowania gorąco stopów magnezu, stopy cynku mają tendencję do płynięcia w temperaturze powyżej 235°C. Stosowane na stemple kształtowe stopy magnezu są łatwo obrabialne, mają mały ciężar, co ułatwia ich obsługę oraz mają ten sam współczynnik rozszerzalności, co tłoczony materiał.

Dla przedłużenia okresu trwałości gumy, stemple powinny być jak najniższe a wszystkie krawędzie i naroża, do których przylega guma, powinny być zaokrąglone jak największym promieniem, który umożliwiałby jednak otrzymanie właściwego kształtu przedmiotu. Podczas określania wysokości stempla, należy wziąć pod uwagę fakt, Se guma nie wypełnia wewnętrznych ostrych zagłębień i naroży. Dla przykładu można podać, że guma nie wypełni naroża o kącie 90° zawartego między ścianą boczną stempla a płytą stołu prasy, na której stempel jest zamocowany. W miejscu tym guma utworzy naturalne, łagodne przejścia zaokrąglone pewnym promieniem. Na skutek tych właściwości gumy, stempel powinien być na tyle wysoki, aby dolne krawędzie tłoczonej ścianki były nieco wyżej niż utworzone przez gumę zaokrąglenia. Najbardziej wysunięty punkt ściany przedmiotu powinien być wyżej przynajmniej o 3 do 5 mm od wspomnianego zaokrąglenia.

Tłoczenie gumą może być również stosowane do wykonywania przedmiotów z płytkimi zagłębieniami. Aby nie dopuścić do fałdowania krawędzi, materiał musi być mocno dociśnięty, ale jednocześnie musi mieć możliwość przesuwania się, podobnie jak przy ciągnieniu na prasach.

Zdjęcia z ćwiczenia tłoczenia gumą

Wkrawanie gumą

Wycinanie gumą daje krawędzie lepszej jakości niż wycinanie piłą taśmową, a w wielu przypadkach również lepsze od uzyskanych przez frezowanie. Ponieważ przy wycinaniu gumą wymagane są większe naciski niż przy kształtowaniu, grubość materiału zależy od wielkości nacisków na jednostkę powierzchni, jakie może przenieść guma. Grubość blachy ze stopu aluminium 24SO, którą można wycinać gumą, nie powinna w przeciętnych warunkach przekraczać 0,8 mm, jednakże czasami może ona wynosić 1 mm. Krzywizny o dużych promieniach i proste krawędzie dają się wycinać bez żadnych trudności. Można również wycinać gumą otwory i wycięcia, jeżeli nie są zbyt małe. Minimalna średnica wycinanego otworu lub szerokość wycięcia wynosi ok. 50mm.

Ilość odpadów materiału przy wycinaniu gumą jest większa niż przy wycinaniu na wykrojnikach stalowych. Minimalna odległość między krawędzią tnącą a krawędzią blachy powinna wynosić ok. 38 mm (11/2”). W przypadku wycinania szeregu wykrojów z dużego arkusza blachy, dla uzyskania gładkich krawędzi wykrojów, krawędzie tnące powinny być oddalone od siebie ok. 75mm.

Rys. 7. Schemat działania hydraulicznej prasy wysokiego nacisku:

a i b - położenie początkowe i końcowe, 1-wzornik, 2-podstawka, 3-korpus prasy, 4-gumowy „worek”, 5-przekładka gumowa.

W produkcji wielkoseryjnej i masowej stosuje się wykrawanie gumą małych części z bardzo cienkich materiałów jak folie o grubości 0,01 do 0,005mm. Wykrawanie i kształtowanie gumą wykonuje się na prasach hydraulicznych, ciernych i korbowych a także na prasach ręcznych śrubowych. Zastosowanie odpowiedniej prasy zależy głównie od niezbędnej siły nacisku, wielkości wycinanych i kształtowanych elementów a także od szybkości jej pracy.

Zdjęcia z ćwiczenia wykrawania gumą

Wnioski:

Wspólną cechą wszystkich procesów tłoczenia gumą jest to, że tylko jedna część tłocznika tzn. stempel lub matryca jest wykonana z gumy, co obniża znacznie koszt narzędzi.

Zwykłe metody obróbki plastycznej, w szerokim zakresie stosowania w produkcji wielkoseryjnej i masowej, są nieefektywne i nieracjonalne w warunkach produkcji małoseryjnej i szybko przestawialnej, gdyż do wykonania konstrukcyjnie złożonych i drogich przyrządów jest potrzebny dłuższy okres, a poniesione koszty są nieopłacalne.

Podczas wycinania gumą uzyskuje się krawędzie lepszej jakości niż wycinanie piłą taśmową, a w wielu przypadkach również lepsze od uzyskanych przez frezowanie. Ponieważ przy wycinaniu gumą wymagane są większe naciski niż przy kształtowaniu, grubość materiału zależy od wielkości nacisków na jednostkę powierzchni, jakie może przenieść guma.

Ilość odpadów materiału przy wycinaniu gumą jest większa niż przy wycinaniu na wykrojnikach stalowych.

---