Obróbka plastyczna metali-jest to liczna grupa procesów realizowanych na zimno lub na gorąco, podczas których na materiał oddziaływujemy za pomocą odpowiednich narzędzi z odpowiednio dużą siłą wytwarzając w tym materiale odpowiedni stan naprężeń zdolnych do trwałej deformacji plastycznej tego materiału bez zmiany jego objętości. Obróbkę plastyczną metali dzielimy na 5 podstawowych technologii w zależności od rodzaju narzędzi oddziaływujących na materiał, zmiany kształtów i wymiarów materiału oraz sposobu jego poruszania się. Technologiami tymi są: kucie, walcowanie, ciągnienie, wyciskanie, tłoczenie.

obróbka plastyczna na zimno-realizowana jest w temp. niższej niż temp. rekrystalizacji w związku z czym materiał umacnia się, a więc wzrastają jego własności wytrzymałościowe (Re granica plastyczności, twardość), maleją natomiast własności plastyczne (wydłużenie, przewężenie, ubytek). W związku z tym umocnieniem materiału coraz trudniej go dalej odkształcać i dlatego po osiągnięciu odkształceń dopuszczalnych materiał należy wyżarzyć w temp. powyżej temp. rekrystalizacji przez określony czas. Po takim wyżarzaniu przywracane są własności początkowe pozwalające na dalsze odkształcanie materiałów.

obróbka plastyczna na gorąco-prowadzona jest powyżej temp. rekrystalizacji, a więc nie obserwujemy zjawiska umocnienia, dzięki czemu materiał możemy odkształcać dowolnie bez groźby jego pękania lub uszkodzenia wyrobu.
Kucie-jest to często spotykana technologia w celu wytworzenia wyrobów objętościowych zwanych odkuwkami. Kucie możemy realizować dwoma podstawowymi metodami: kucie swobodne, kucie matrycowe.

Kucie swobodne-stosujemy je do wykonywania odkuwek o dużych wymiarach masach, dla których nie ma możliwości wykonania matryc kuźniczych. Ponadto metoda ta jest stosowana do różnego rodzaju niewielkich odkuwek w niewielkich ilościach, dla których nieopłacalne jest wykonanie drogich matryc kuźniczych. Poprzez kucie swobodne rozumiemy oddziaływanie narzędziami kształtującymi się w sposób swobodny. Kucie swobodne składa się z dowolnej ilości zabiegów kuźniczych wykonywanych w dowolnej kolejności w zależności od kształtu wykonywanej odkuwki. Zabiegi kucia swobodnego możemy realizować na następujących maszynach kuźniczych: młotek do kucia swobodnego, kowarka, elektrospęczarka, prasy mechaniczne lub hydrauliczne. Do podstawowych zabiegów kuźniczych zaliczamy:
spęczanie-jest to zabieg kuźniczy, podczas którego następuje zmniejszenie jednego z wymiarów (z reguły wysokości) w wyniku czego następuje zwiększenie wymiarów w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku działania siły. Wielkość odkształcenia w tym zabiegu najczęściej podajemy poprzez gniot względny w procentach
Rys.1
wydłużanie-jest to zabieg, podczas którego następuje zwiększenie długości przedmiotu w kierunku jednej z jego osi kosztem zmniejszenia przekroju poprzecznego prostopadłego do tej osi. Wydłużanie klasyczne z reguły przeprowadzamy z przekroju kwadratowego na przekrój kwadratowy i w tym celu po pierwszym uderzeniu kowadłem w materiał obracamy go o 90° wokół osi i ponownie uderzamy we wcześniej odkształconą część materiału. Te 2 uderzenia z obrotem o 90° pomiędzy nimi nazywamy przejściem i po każdym takim przejściu przesuwamy materiał na odległość l i cykl wydłużania ponawiamy, aż odkształcimy materiał na żądanej długości. Podstawowym wskaźnikiem odkształcania jest współczynnik wydłużenia
gdzie L1,L0- długość po i przed wydłużaniem; S1,S0-przekrój poprzeczny po i przed wydłużaniem. Rys.2 Poza wydłużaniem klasycznym do zabiegów wydłużania zaliczamy: wydłużanie tulei na trzpieniu, rozkuwanie pierścieni na trzpieniu, wydłużanie tulei lub walców na stożek, odsadzanie(zmniejszenie przekroju na określonym odcinku materiału), przesadzanie.

dziurowanie-są to zabiegi kuźnicze stosowane w celu wykonania w odkuwkach otworów, ewentualnie wgłębień. Dziurowanie może być realizowane bez podkładowego pierścienia przebijakiem pełnym lub drążonym oraz z podkładowym pierścieniem(wycinanie otworu w stemplu). Przykład dziurowania przebijakiem pełnym: w odkuwkę wciskamy przebijak pełny lekko stożkowy, na około 90% wysokości odkuwki po czym odkuwkę z tym przebijakiem obracamy o 180° i drugim przebijakiem wycinającym wycinamy pozostałe w odkuwce denko i wypychamy je wraz z przebijakiem dziurującym. Rys.3 Przebijaki drążone stosujemy dla wysokich odkuwek o dużych średnicach wykonywanego otworu. W przypadku wycinania otworów z podkładowym pierścieniem metoda ta stosowana jest dla stosunkowo cienkich odkuwek, w których wykonujemy otwory o średnicach większych niż dwie grubości odkuwki.

Zginanie odkuwki-jest to zabieg kuźniczy, w którym bez zmiany przekrojów poprzecznych odkuwki zmieniamy kształt jej osi głównej, czyli linii łączącej środki ciężkości przekrojów poprzecznych odkuwki. Podstawowymi parametrami gięcia jest promień gięcia i kąt gięcia, i im mniejszy jest promień gięcia tym bardziej deformacji ulega przekrój giętej odkuwki, a czasami może dochodzić do zewnętrznych pęknięć i wewnętrznych pofałdowań.

Cięcie odkuwki-jest to grupa zabiegów kuźniczych stosowanych głównie do dzielenia materiału na mniejsze kawałki(cięcie bezodpadowe prętów) oraz do usuwania niepotrzebnych fragmentów odkuwki.

Skręcanie-jest to zabieg kuźniczy stosowany do wykonywania odkuwek poprzez skręcenie o pewien kąt jej fragmentów w stosunku do pozostałej części odkuwki. Metodę tą wykorzystujemy do wykonywania odkuwek typu: śmigła, śruby okrętowe, wiertła spiralne, wały korbowe z korbami w różnych płaszczyznach. Dla małych odkuwek skręcanie możemy wykonywać ręcznie lub maszynowo zaciskając nieodkształconą część odkuwki w imadłach lub zaciskach. Do skręcania wykorzystujemy dźwignię lub pokrętło. Odkuwki duże skręcamy na młotach lub prasach.

Zgrzewanie kuźnicze-jest to najstarsza metoda łączenia materiału poprzez silne jego nagrzewanie i wywieranie nacisku na stykające się, nagrzane części. Z uwagi na nowoczesne technologie spajania metoda ta obecnie stosowana jest jedynie przez kowali artystów oraz przez wytwórców broni białej metodami klasycznymi(miecze samurajskie, sztylety). Rys.4

Kucie matrycowe-poprzez kucie matrycowe rozumiemy technologię realizowaną z reguły na gorąco, podczas której narzędziami wywieramy nacisk na wszystkie powierzchnie odkształcanego materiału zmniejszając go do przyjęcia kształtu wykrojów wykonanych w tych narzędziach. Materiał nie ma możliwości swobodnego wypływania poza obszar wykroju, chyba że w sposób kontrolowany formowana jest wypływka. Kucie matrycowe stosowane jest do stosunkowo niewielkich odkuwek(do kilkudziesięciu kg) w wykonywanych w dużych seriach, dla których opłacalne jest wykonywanie kosztownego oprzyrządowania kuźniczego w postaci matryc kuźniczych, ewentualnie innych narzędzi, np. stempli, wkładek matrycowych. Matryce kuźnicze wykorzystujemy podczas kucia na młotach matrycowych i prasach, natomiast stemple i wkładki matrycowe różnego typu stosujemy dla kucia na kuźniarkach. Podstawowym sposobem kucia matrycowego jest kucie na młotach i schemat najczęściej spotykanej odmiany kucia w matrycach otwartych i zamkniętych przedstawia rysunek: Rys.5 Spośród tych dwóch metod pomimo większego zużycia materiałów częściej stosujemy kucie z wypływką, gdyż dzięki jej powstawaniu zapobiegamy twardym uderzeniu matryc o siebie oraz niwelujemy niedokładności objętości materiału wyjściowego i podczas jej wypływu na zewnątrz wykroju dzięki szybkiemu studzeniu i dużym oporom przemieszczania pomiędzy matrycami materiał w wykrojach zmuszony jest do ich dokładnego wypełnienia. Wypływka bezpośrednio po zakończeniu kucia jest okrawana w narzędziu do okrawania wypływu i wraz z tym zabiegiem okrawania wypływki możemy również wyciąć denko w odkuwce jeżeli odkuwka ma posiadać otwór. Nie można bowiem uzyskać na młotach od razu odkuwki z otworem i dlatego w miejscu przewidywanego otworu z reguły wykonujemy dwustronne wgłębienia oddzielone od siebie cienką warstwą materiału zwaną denkiem. W celu właściwego uformowania wypływki w obu matrycach wykonujemy tzw. Rowek na wypływkę i z reguły kształt takiego rowka wygląda następująco: Rys.6

Wykroje stosowane do kucia matrycowego-poprzez wykroje rozumiemy wgłębienia wykonywane w matrycach, które mają nadać kształt kutemu materiałowi i w zależności od kształtu i wymiarów odkuwki mogą być one wykonywane od razu na gotowo w wykrojach matrycujących lub też stopniowo przybliżamy kształt materiału do kształtu gotowej odkuwki stosując różnego rodzaju wykroje pomocnicze i wykroje te dzielimy na 3 podstawowe grupy: 1. Wykroje zmieniające przekrój poprzeczny materiału na jego odległość - wydłużające, przewężające, rolujące. 2. Wykroje zmieniające kształt materiału bez zmiany jego przekrojów poprzecznych- gnące, kształtujące. 3. Płaszczyzny do wstępnego spęczania materiału i noże boczne do oddzielania odkuwki od reszty materiału. Wymienione wykroje pomocnicze stosowane są przede wszystkim do odkuwek o wydłużonych kształtach, a wykroje matrycujące od razu z reguły do odkuwek kołowo symetrycznych. Czasami aby zmniejszyć zużycie wykrojów matrycujących stosowane są wykroje wstępnie matrycujące, w których uzyskujemy „prawie gotowe” odkuwki, ale bez wypełnienia najtrudniej dostępnych miejsc wykroju, które wypełnimy w wykroju matrycujących. Należy pamiętać, że wypływka powstaje jedynie podczas kucia w wykrojach matrycujących.

Walcowanie-poprzez walcowanie rozumiemy technologie obróbki plastycznej na zimno lub na gorąco podczas których z reguły oddziaływujemy na materiał obracającymi się walcami, chociaż znamy procesy walcowania, w których zamiast walców stosujemy płaskie szczęki, szczęki o wklęsłych powierzchniach kształtujących oraz walce współpracujące ze szczękami płaskimi lub wklęsłymi. Procesy walcowania walcami możemy podzielić na trzy podstawowe grupy, wynikające ze sposobu poruszania się walcowanego materiału oraz położenia walców względem siebie i materiału, i kierunku ich obrotu. Wyróżniamy więc walcowanie: wzdłużne, poprzeczne, skośne.

Walcowanie wzdłużne-w metodzie tej walce są ustawione równolegle względem siebie i obracają się w przeciwnych kierunkach, a odkształcany materiał przemieszcza się wzdłużnie w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku siły wywieranej przez walec. Rys.7 Metoda ta jest powszechnie stosowana do produkcji blach oraz wszelkiego rodzaju kształtowników stalowych, jak również do produkcji prętów i rur. W przypadku walcowania blach beczka walców jest płaska, natomiast w przypadku walcowania profili i kształtowników beczki są typu bruzdowego, a więc na obwodzie mają odpowiednie wgłębienia lub wypukłości o takich kształtach, że prześwit między walcami odpowiada przekrojowi poprzecznemu walcowanego profilu. Tak więc walce z beczkami płaskimi są rozsunięte na odległość wynikającą z grubości walcowanego materiału, natomiast walce bruzdowe są do siebie dociśnięte.

Walcowanie poprzeczne-jest to walcowanie dwoma lub trzema walcami o jednakowym kierunku obrotu, pomiędzy którymi obraca się w przeciwnym kierunku walcowany materiał. Osie walców i materiałów są równoległe względem siebie. Rys.8 Metoda ta stosowana jest przede wszystkim do produkcji elementów z krótkimi gwintami (śruby) jak również do redukcji średnicy prętów (wałków) na niewielkiej długości ograniczonej szerokością beczki walca. Jeżeli chcemy materiał odkształcić na większej długości musimy walce rozsunąć i wprowadzić pomiędzy nie kolejny fragment materiału i ponowić walcowanie.

Walcowanie skośne-jest to walcowanie dwoma lub trzema walcami o jednakowym kierunku obrotu z osiami ustawionymi w sposób zwichrowany względem siebie i względem osi walcowanego materiału, który dzięki temu wykonuje ruch złożony z ruchu obrotowego w kierunku przeciwnym do kierunku obrotu walców oraz ruchu postępowego, a więc wykonuje ruch śrubowy. Metoda ta w związku z rodzajem ruchu materiału może być stosowana do walcowania długich elementów i często mówi się, że jest to walcowanie przelotowe. Metodę tę stosujemy do walcowania długich gwintów. Po drugie do redukcji przekroju poprzecznego długich wałków, ale przede wszystkim do produkcji rur stalowych bez szwu. W przypadku walcowania skośnego rur wyróżniamy dwie odmiany takiego walcowania: 1. walcowanie dziurujące, podczas którego z pełnego materiału wsadowego otrzymujemy grubościenną tuleję. Dziurowanie to realizowane jest za pomocą trzpienia dziurującego zamocowanego na trzpieniu mocującym zgodnie ze schematem: Rys.9 Po uzyskaniu tulei można ją wydłużyć poprzez walcowanie skośne wydłużające, na której dość mocno pocieniamy ściankę rury bez wyraźnej zmiany jej średnicy zewnętrznej. Oczywiście wydłużanie tulei lub rury możemy również zrealizować poprzez ciągnienie.

Parametry procesu walcowania-podstawowymi parametrami opisującymi walcowanie są wskaźniki i współczynniki walcowania mówiące jak zmieniają się wymiary przekroju poprzecznego walcowanego materiału i jego długość. Możemy mówić o gniocie, wydłużeniu, poszerzeniu i ubytku przekroju. Wyliczenie tych wskaźników realizujemy na podstawie wzorów z poradników. 1 siła nacisku, która wynika z rozkładu nacisków jednostkowych na długości kotliny walcowniczej, czyli długości od miejsca zetknięcia się materiału z walcami do miejsca, w którym walce tracą z materiałem kontakt. Rozkład tych nacisków może się bardzo zmieniać w zależności od wielu parametrów. 2. Prędkość walcowania mówiąca o tym jak szybko przemieszcza się materiał względem walców.

Ciągnienie-jest to proces obróbki plastycznej realizowany prawie zawsze na zimno (99,9%), podczas którego przemieszczany wzdłużnie materiał przez zwężający się otwór wykonany w narzędziu zwany ciągadłem. Siła ciągnienia przyłożona jest do gotowego wyrobu (za ciągadłem) i dlatego przed przystąpieniem do ciągnienia musimy wstępnie zaostrzyć pewien odcinek materiału (z reguły metodami obróbki plastycznej) aby ten zaostrzony koniec materiału przełożyć przez otwór w ciągadle i szczękami chwycić go za ciągadłem. Właśnie do tych szczęk przykładana jest siła ciągnienia. Z punktu widzenia materiału ciągnienie możemy podzielić na dwie podstawowe grupy: ciągnienie przekrojów pełnych (prętów i drutów) oraz ciągnienie profili pustych (rur).

Ciągnienie profili pełnych-w tym przypadku na materiał oddziaływujemy tylko ciągadłem zgodnie ze schematem: Rys.10

Ciągnienie rur-w tym przypadku możemy oddziaływać na rurę tylko ciągadłem i zmieniać jej średnicę zewnętrzną, ale nie możemy w ten sposób zmniejszyć grubości ścianki rury i takie ciągnienie rur nazywamy swobodnym. Zazwyczaj jednak chcemy podczas ciągnienia rur zmieniać zarówno średnicę jak i grubość ścianki i osiągamy to poprzez wprowadzenie do wnętrza rury odpowiedniego trzpienia i może to być trzpień krótki zamocowany, trzpień długi przemieszczający się podczas ciągnienia wraz z rurą, trzpień swobodny który sam ustawia się wewnątrz rury w ciągadle. Rys.11 , Rys.12 Podstawowym parametrem opisującym wszelkie sposoby ciągnienia prętów i rur jest współczynnik wydłużenia λ gdzie Fo-przekrój poprzeczny przed ciągnieniem, F1-po ciągnieniu.
Z uwagi na przyłożoną siłę ciągnienia do gotowego wyrobu lambda podczas ciągnienia jest najmniejszym współczynnikiem obróbki plastycznej, rzadko przekracza 2, zazwyczaj λ=1,5-1,7.

Tłoczenie-technologie tłoczenia stosowane są do wytwarzania wyrobów z blach. Tłocznictwo obejmuje 3 główne grupy zabiegów kształtowania z blach i zaliczamy do: ciągnienie wytłoczne, gięcie blach, cięcie blach. Poza tymi trzema głównymi grupami możemy mówić o innych sposobach kształtowania wyrobów z blach jak również o łączeniu elementów poprzez tłoczenie.

Ciągnienie wytłoczne- ciągnienie wytłoczek jest to grupa zabiegów, których celem jest przeformowanie płaskiego kawałka blachy w wytłoczkę, czyli wyrób z blachy o nierozwijalnej powierzchni. Ciągnienie wytłoczek realizujemy trzema metodami: wytłaczanie, przetłaczanie, wyciąganie.

Wyciąganie- poprzez wyciąganie wytłoczek rozumiemy wykonywanie wytłoczek o cienkich ściankach i grubym denku i wyciąganie klasyczne polega na zamierzonej zmianie grubości ścianki bez wyraźnej zmiany jej średnicy wewnętrznej. W wyniku wyciągania zwiększa się wysokość wytłoczki. Rys.19 Parametrem opisującym wyciąganie klasyczne jest współczynnik wyciągania
gdzie
-grubość po wyciąganiu,
- grubość przed wyciąganiem

Wytłaczanie- jest to zawsze pierwszy zabieg ciągnienia wytłoczki, podczas którego bez ingerencji w grubość blachy otrzymujemy wytłoczkę o odpowiedniej średnicy. Wytłaczanie możemy realizować różnymi metodami, a więc stosując sztywny stempel i sztywną matrycę, lub też zastępując jedno z tych narzędzi cieczą lub gumą i wówczas mówimy o wytłaczaniu hydraulicznym. Sporadycznie wytłaczanie możemy realizować metodą wybuchową lub z zastosowaniem pola elektromagnetycznego i wówczas kształtowanie odbywa się jednym narzędziem, a rolę drugiego narzędzia spełnia siła uderzeniowa ładunku wybuchowego, ewentualnie siła uderzeniowa od impulsu ładunku elektrycznego w roztworze. Najczęściej mamy do czynienia z wytłaczaniem za pomocą sztywnego stempla lub sztywnej matrycy, które możemy realizować w sposób swobodny lub z zastosowaniem dociskacza kołnierza. Ten ostatni sposób jest najczęściej spotkany szczególnie wówczas, gdy wytłaczany wyrób z cienkiej blachy. Rys.17 Podstawowym parametrem opisującym wytłaczanie jest współczynnik wytłaczania
gdzie d-średnia średnica wytłoczki,
-średnica krążka. Wielkość dopuszczalnego współczynnika wytłaczania dobieramy z odpowiednich tablic w poradnikach do tłoczenia.

Przetłaczanie- jest to zabieg ciągnienia wytłoczki bez ingerencji w grubość jej ścianki, podczas którego zmniejszamy średnicę wcześniej wykonanej wytłoczki zwiększając jej wysokość. Przetłaczanie z reguły realizujemy za pomocą sztywnych stempli i matryc w sposób swobodny, z dociskaczem pobocznicy, jako przewijanie. Z pośród tych sposobów najczęściej stosujemy przetłaczanie z dociskaczem pobocznicy. Rys.18 Podstawowym parametrem opisującym przetłaczanie są współczynniki przetłaczania
gdzie
- średnia średnica po przetłaczaniu,
- średnia średnica przed przetłaczaniem.

Wyciskanie-poprzez wyciskanie rozumiemy proces polegający na tym, że na materiał zamknięty pomiędzy narzędziami jednym z tych narzędzi, które się porusza wywieramy nacisk na materiał powodując w nim wszechstronne naprężenia ściskające, które odprowadzają do plastycznego odkształcenia materiału i jego płynięcia w kierunku określonym geometrią narzędzi. Wyciskanie możemy stosować do dwóch grup wyrobów: 1. Do wytwarzania długich profili(pełnych lub pustych) z aluminium i jego stopów oraz miedzi i jej stopów(w mniejszym zakresie). 2. Wyciskanie niewielkich wyrobów kołowo symetrycznych zarówno ze stali jak i metali nieżelaznych. Pierwszy z tych procesów zawsze realizowany jest na gorąco, a drugi z reguły na zimno, chociaż może być również na gorąco. Poza tym głównym podziałem ze względu na temp. wyciskania najważniejszym podziałem decydującym o kształtowaniu materiału (prasówki) jak również oprzyrządowanie jakie trzeba zastosować do tego wyciskania jest kierunek wypływu tej prasówki i według tego kryterium wyróżniamy 4 sposoby wyciskania: współbieżne Rys.13, przeciwbieżne Rys.14, boczne promieniowe Rys.15, złożone (składające się z dwóch lub trzech wcześniej przedstawionych sposobów wyciskania) Rys.16. Podstawowym parametrem opisującym wyciskanie jest stopień odkształcenia wyrażany współczynnikiem wydłużenia λ i współczynnik ten jest najwyższy dla wszystkich znanych procesów obróbki plastycznej i może dochodzić do kilku tysięcy, a w standartowych warunkach przemysłowych przy wyciskaniu na gorąco profili osiąga wartość kilkadziesiąt lub kilkaset. Procesy wyciskania profili realizowane są na specjalnych prasach hydraulicznych poziomych o bardzo dużych naciskach (dla stopów aluminium ok. 2000 ton, dla miedzi powyżej 3000ton).

---