Ściąga6

12

13

Stefan Gadziński: Obróbka piastycz

Procesy obróbki plastycznej wymagaj* kosztownych środków produkcji i - na ogół - skomplikowanego oprzyrządowania, ale charakteryzują się wysoką wydajności*, są zatem najbardziej odpowiednie dla warunków produkcji wielko-seryjnej oraz masowej. Szybkobieżne prasy do wyrobów wykrawanych z taśmy osiągają do 1500 skoków na minutę. Przy walcowaniu produkt wychodzi spod walców z szybkością wielu metrów na sekundę. Są to wydajności znacznie przekraczające możliwości najnowszych i najhardziej zautomatyzowanych obrabiarek skrawających. Materiał wyrobów nta na skutek zgniotu podwyższoną granicę plastyczności i twardość oraz korzystny układ włókien, co wpływa dodatnio na własności eksploatacyjne wyrobów. Wszystkie te cechy procesów obróbki plastycznej zachęcają do coraz szerszego ich stosowania dla obniżenia kosztów produkcji. tak jak to obserwujemy w krajach wysoko uprzemysłowionych.

Udział procesów obróbki plastycznej przy wytwarzaniu niektórych wyrobów

Tablica 1. Procentowy udział obróbki plastycznej w różnego rodząju

1.1. Rodzaje procesów obróbki plastycznej

Pojęciem obróbki plastycznej określa się. zgodnie z normą PN-65/M-66001. rodzaj obróbki, w której zmianę własności, struktury i kształtu materiału osiąga się przez jego odkształcenie plastyczne, kształtowaniem lub cięciem na gorąco lub

Rozróżnia sic następujące podstawowe rodzaje procesów obróbki plastycznej:

Kodo

Walcowanie	-jest procesem ob	róbki piasty.	:znej na zimno lub na goi
w którym materiał kształtuje się pn		rez zgniatani.	e obracającymi się walcami.
czarni lub rolka	mi albo za pomocą	płaskich szc	zęk lub płyt, których wzajc
równoległe przesunięcie wprawia mat		eriał w ruch	obrotowy,
Rozróżnia sit	; walcowanie wzdłuż]	iie, okresowe	, skośne i poprzeczne.
Walcowanie	wzdłużne odbywa s	ię według «	■'hernatu podanego na rys. 1
Cckm walcował	iia wzdłużnego jest	wydłużenie
jego przekroju p	sprzecznego, a głów	mie grubości	. Materiał wykonuje ruch p.
powy, walce są <	iy metryczne względei	Ti swych osi	obrotu i są ustawione równol
względem siebie	. Proces ten jest pow	szechnie sto<	iowany w hutnictwie przy w;
waniu kęsisk, kę:	sów. prętów, kształtu	.wników i his

]4    Stefan GadziAski: Obróbka plastyczna metali

Do walcowania poprzecznego zalicza się także walcowanie szczękmi płaskimi lub płytami. Metoda ta znajduje zastosowanie do walcowania na zimno gwintów (rys. I.2a). uzębień kół i wielowypustćw (rys. 1.2b).

Wiadomości wstępne    15

Łacie jest procesem obróbki plastycznej na gorąco lub na zimno, w którym wyrób kształtuje się z wlewka, kęsiska, kęsa lub pręta przez zgniatanie uderzeniem

Zgodnie z normą PN-65/M-ÓĆ003 do kucia zalicza się również pewne specjalne sposoby wakowania młotami, zwane młotowaniem i kucie prasami, czyli praso-

Schemary procesów młotowania i prasowania są identyczne. Różnica polega tyftn na prędkości działania narzędzi kształtujących, która przy młotowaniu przekracza 4 tn/s (nieraz kilkakrotnie), a przy prasowaniu jest niższa od I m/s. Stąd potocznie mówi się o uderzeniu młota (działanie dynamiczne) i nacisku prasy (dzia-

W istocie efekt uderzenia powstaje wówczas, gdy narzędzie wraz z ruchomymi częściami maszyny przed zetknięciem się z materiałem nabiera znacznej energii kinetycznej, kosztem której wykonywana jest potem praca odkształcenia, aż do jej wyczerpania. Natomiast efekt nacisku prasy powstaje wtedy, kiedy narzędzie stykające się Z materiałem posiada niewielką energię kinetyczną, a praca odkształcenia zostaje wykonana dzięki doprowadzeniu energii przez mechanizmy maszyny w czasie trwania procesu odkształcenia. Proces kucia, w którym wyrób kształtuje się przez zgniatanie kowadłami nie ograniczającymi przemieszczania sie materiału w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku ich ruchu nazywa się kuciem swobodnym (rys. 1,3ti). Kucie swobodne może być przeprowadzone pod młotami i prasami za pomocą płaskich lub kształtowych kowadeł i różnych narzędzi kowalskich.

W celu wytworzenia ndkuwek o bardziej złożonych kształtach i dokładniejszych wymiarach stosuje się narzędzia zwane matrycami. Matryce posiadają odpowiednie wykroje, które wypełnia uplastyczniony materiał, przybierając żądany kształt i

Ścianki wykroju matrycy ograniczają swobodne przemieszczanie się materiału i wymuszają osiągnięcie określonego kształtu. Prstces taki nazywa się kuciem matrycowym lub matrycowaniem. Kucie w matrycach wymaga znacznie większego ucisku niż kucie swobodne.

Matryca wykonana w sposób pokazany na rys. 1.3fr. składająca się z dwóch części, które nie domykają się po zakończeniu matrycowania, lecz pozostawiają wąską szczelinę pozwalającą na wypływanie nadmiaru materiału przez wykrój maryeuwy. nazywa się matrycą otwartą. Wypływający z wykroju nadmiar materiału nazywa się wy pływką.

Natomiast matryca przedstawiona na rys. 1.3c nie posiada szczeliny, w którą mógłby wpłynąć materiał, przez co kształtowanie odbywa się w przestrzeni zamkniętej. Matryca taka nazywa się matrycą zamkniętą, a proces kształtowania kuciem bezwypfywkowym.

Inny przykład kucia bezwypływkowegn przedstawia schemat na rys. I .id Jest to proces spęczania materiału o średnicy d dla ukształtowania grubszej główki D. Znajduje nn szerokie zastosowanie przy wtelkoseryjnej i masowej produkcji drobnych wyrobów jak sworzni, śrub i nitów wykonywanych na kuźniarkach i prasach całkowicie lub częściowo zautomatyzowanych.

Materiał w matrycy przemieszcza się z miejsc podlegających bezpośredniemu ściskaniu do przestrzeni jeszcze nie zapełnionej. Wykorzystując to typowe zjawisko przy plastycznym kształtowaniu materiału, można przez odpowiednie uformowanie matryc wytworzyć warunki sprzyjające intensywnemu płynięciu materiału w określonym kierunku. Tak na przykład, przewidując w dnie matrycy odpowiedni otwór (rys. l.3e). można uplastycznić materiał przez ściskanie i wycisnąć go przez ten otwór. Potrzebne naciski są wielokrotnie większe niż przy kuciu swobodnym.

Poces taki nazywa się wyciskaniem współbieżnym, gdyż materiał wypływa w kierunku zgodnym z ruchem wyciskającego stempla. Znajduje on szerokie zastosowanie do produkcji prasowaniem: prętów, profili i rur. jak również do wyrobu drobnych przedmiotów o zmiennych przekrojach. Przedmiot przedstawiony

Wiadomości wstępne    17

schematycznie na rys. 1.3? jest zbliżony do przedmiotu z rys. 1.3d, który otrzymano przez spęczanie z cieńszego materiału wyjściowego.

Na rys. 1.3/ przedstawiono schemat wyciskania przeciwbieżnego. Płynięcie metalu następuje w kierunku przeciwnym do mchu stempla.

Ciągnienie jest zasadniczym procesem obróbki plastycznej przy wyrobie drutu oraz dokładnych prętów profilowych i rur. Proces ten przeprowadza się na zimno lub na gorąco drogą przeciągania odpowiednio zaostrzonego materiału przez otwór (oczko) ciągadła lub pomiędzy nienapędzanymi walcami.

Przekrój materiału przy ciągnieniu ulega zmniejszeniu (redukcji). Na rys. I.4a pokazano schemat ciągnienia drutu lub pręta, na rys 1.4b - ciągnienie rury przy użyciu stałego trzpienia kształtującego wnętrze, a na rys. l.4c - ciągnienie profilowego pręta za pomocą ciągadła walcowego.

Procesy redukowania przekrojów, a zwłaszcza zmniejszania średnic nie na całej długości przedmiotu realizuje się nie droga przeciągania, lecz wpychania w oczko matrycy. Proces ten jest zbliżony do poprzednio omówionego procesu wyciskania współbieżnego.

W wyniku otrzymuje się przedmiot o dokładnych wymiarach poprzecznego przekroju i gładką umocnioną powierzchnię. Zabieg ten, jako ekonomiczniejszy od skrawania, jest z powodzeniem stosowany np. przy masowej produkcji śrub dla przygotowania sworzni pod walcowanie gwintu.

Również w ekonomiczny sposób redukuje się średnicę prętów i rur (me na całej długości przedmiotu) za pomocą zabiegu młotkowania na kowarkach.

18    Stefan Gadziński: Obróbka plastyczna metali

Nowoczesne kowarki posiadają 3 lub 4 profilowe kowadełka równomiernie rozmieszczone na obwodzie młotkowanego przedmiotu, które równocześnie uderzając bardzo dokładnie kształtują wyrób. Zabieg młotkowania może być przeprowadzony na zimno lub na gorąco.

Tłoczenie jest procesem obróbki plastycznej na zimno, w którym wyrób otrzymuje się przez cięcie lub kształtowanie blachy, taśmy, folii lub przedmiotów o małej grubości w stosunku do pozostałych wymiarów.

Cięcie blach może być przeprowadzone nożycami lub prasami. Cięcie prasami nosi nazwę wykrawania, a stosowane narzędzia nazywa się wykrojnikami.

Rozróżnia się. zależnie od technologicznego sposobu wykrawania, następujące _: operacje: odcinanie, wykrawanie, dziurkowanie, przycinanie, nadcinanie, rozcina- ^; nie. okrawanie i wygładzanie. Schemat wykrawania ża pomocą stempla i płyty tnącej pokazano na rys. 1.5a.

Kształtowanie wyrobów z blach może być dokonane różnymi sposobami bez pocienienia ich grubości lub z pocienieniem czasem bardzo znacznym. Do kształtowania zalicza się wszystkie operacje gięcia, jak np. wyginanie (rys. I.5ó>, zaginanie, zawijanie i zwijanie. Zbliżoną do gięcia jest operacja wygniatania (rys.

1 .Sc), przy której obustronne miejscowe wypukłości i wgłębienia przedmiotu wytwarzane są przez podobne ukształtowanie powierzchni tłocznika (wygniataka).

Często kształtowanie polega na wytłaczaniu z krążka płaskiej blachy powłokowego wyrobu (rys. I.5d) i ewentualnym dalszym przetoczeniu (rys. ł.5e). aby nadać kształt odmienny, bardziej złożony o zwiększonej głębokości.

Ry,. 1.5. Schematy procesów tłoczenia: a) wykrawanie, b) wyginanie, c) wygniatanie, (fi wytłaczanie, e) przetłaczanie, f) obciskanie, y) wybijanie

Wiadomości wytepne    19

W przypadku kształtowania głębokich naczyń, tulei lub łusek stosuje stosuje się kolejno szereg przetłoczeń, w których średnica przedmiotu stopniowo ulega zmniejszeniu. a powiększa się jego głębokość. Podczas podobnego procesu można uzyskać także pocienienie ścianek bocznych przedmiotu.

Na rys. 1.5/ pokazano schemat operacji redukowania średnicy odcinka rury lub tulei Operacja ta nosi nazwę obciskania.

Rys. I.5g ilustruje schemat operacji wybijania wypukłych łub wklęsłych wzorów i ornamentów, jakie spotyka się przy biciu monet lub medali.

Tłocznictwo dysponuje jeszcze całym szeregiem charakterystycznych operacji wykonywanych prawie wyłącznie na zimno, jak np. dotlaczanie, obciąganie, rozpaczanie, wyoblanie i inne.

1,2. Podział obróbki plastycznej na zimno i gorąco

Z podwyższeniem temperatury zmieniają się właściwości plastyczne nagrzanego metalu. Metale wymagające w normalnych temperaturach bardzo dużych nacisków dla uzyskania odkształceń plastycznych, po ich nagrzaniu można kształtować przy wielokrotnie mniejszych naciskach.

Temperaturą graniczną między obróbką plastyczną na zimno i na gorąco jest temperatura rekrystalizacji.

Ponieważ procesy obróbki plastycznej przeprowadzane w temperaturze poniżej temperatury rekrystalizacji doprowadzają materiał do zgniotu, a tym samym do

Jeżeli natomiast proces obróbki plastycznej przebiega powyżej temperatury rekrystalizacji. zachodzą równocześnie dwa przeciwdziałające sobie zjawiska: zgniot i odkształcenie kryształów, priwadzące do umocnienia materiału oraz rekrystalizacja. likwidująca skutki zgniotu i powodująca wytworzenie się nowej budowy krystalicznej. nie wykazującej cech zgniecionego materiału (proces zwany nawrotem).

Ostateczny wynik zależy od wzajemnej szybkości obu tych zjawisk. Jeśli po

wykazuje śladów umocnienia, to obróbkę taką nazywamy obróbką plastyczną na gorąco. Poprawne zakwalifikowanie procesu obróbki plastycznej metali do .zimnej* czy do .gorącej" obróbki zależy od tego. Czy przebiegał on w temperaturze niższej, czy wyższej od temperatury rekrystalizacji. Ocena tego w zależności od

Tak np. obróbka ołowiu w temperaturze pokojowej, która jest wyższa od tem-peraiury rekrystalizacji ołowiu, nie pozostawia śladów zgniotu, jest zatem obróbką plastyczną na gorąco, a obróbka stopów z dużą zawartością wolframu w temperaturze 80CTC jest obróbką na zimno dla tych materiałów, ponieważ wprowadza umocnienie i zgniot.

Temperatura rekrystalizacji jest tym niższa:

-    im większy był poprzedni stopień przeróbki plastycznej na zimno (zgniot).

-    im mniej zanieczyszczony byt materiał; metale czyste maja niższą temperaturę rekrystalizacji niż stopy.

Temperatura rekrystalizacji czystych metali daje się określić orientacyjnie wg

T_r - bezwzględna temperatura rekrystalizacji, w K, T, - bezwzględna temperatura topnienia, w K.

Tablica 2. Temperatura odprężania, rekrystalizacji, wyżarzania i obróbki plastycznej na gorąco niektórych metali i stopów