KATEDRA ZAAWANSOWANYCH MATERIAŁÓW I … · • Stanisław Erbel i in. Obróbka plastyczna - techniki wytwarzania, PWN, Warszawa 1981 • Marian Morawiec i in. Przeróbka plastyczna

Wpływ obróbki plastycznej na strukturę i właściwości materiału

Odkształcenie plastyczne

Mechanizmy odkształcenia

Rodzaje obróbki plastycznej

Technologia OP

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA Wydział Nowych Technologii i Chemii

KATEDRA ZAAWANSOWANYCH MATERIAŁÓW I TECHNOLOGII

Opracował: dr inż. Radosław Łyszkowski

W 4:

Literatura

• Skrypty WAT - Ćwiczenia laboratoryjne, H. Ziencik, WAT, 1997, s-46699

• Stanisław Erbel i in. Obróbka plastyczna na zimno, PWN, Warszawa 1975

• Stanisław Erbel i in. Obróbka plastyczna - techniki wytwarzania, PWN, Warszawa

1981

• Marian Morawiec i in. Przeróbka plastyczna - podstawy teoretyczne, Wydawnictwo

Śląsk, Katowice, 1986

• M. Ashby, D. R. H. Johnes, Materiały inżynierskie, WNT, Warszawa1995, cz. I i II

• J. W. Wyrzykowski i in. Odkształcenie i pękanie metali, WNT, Warszawa, 1999

• M. Blicharski, Wstęp do inżynierii materiałowej, WNT, Warszawa 2001

• Dobrzański

Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT 2

Obróbka plastyczna

3

Odkształcenie plastyczne – j.t. odkształcenie trwałe

pozostające w materiale po usunięciu obciążenia,

które spowodowało to odkształcenie.

Celem obróbki plastycznej jest nadanie określonego

kształtu i wymiarów, a także polepszenie struktury

przez rozbicie i rozproszenie niemetalicznych

wtrąceń oraz rozdrobnienie ziaren bez naruszenia

ich spójności.

Plastyczność metali (odkształcalność)

– zdolność materiału do odkształcenia

w sposób trwały, bez utraty spójności

(zjawisko wykorzystywane w metodzie

obróbki plastycznej).

Do opracowania procesów obróbki

plastycznej niezbędna jest

znajomość związków między

naprężeniami a odkształceniem

plastycznym.

Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT


Miary odkształcenia

Przy projektowaniu procesów OP zachodzi konieczność określania wartości

odkształceń, jakich dozna materiał podczas jego kształtowania.

Jest to niezbędne do określenia:

• sił i pracy odkształcenia

• przewidywanych zmian struktury i właściwości materiału

• oceny możliwości rozpatrywanej operacji.

Najczęściej odkształcenia określa się na podstawie wymiarów materiału (przedmiotu)

przed i po procesie kształtowania zakładając, że OP całego materiału jest

jednorodna i zachodzi pod wpływem obciążenia prostego

Najczęściej posługujemy się pojęciem odkształcenia:

• rzeczywistego (logarytmicznego)

• względnego (nierównomiernego)

Pomiędzy tymi wielkościami występuje zależność:

= ln(1 + )

co dla małych odkształceń (względnych 5-20%) w praktyce

oznacza, że .

o

l

ll

l

l

dl

o

ln

oo

o

l

l

l

ll

0 0.4 0.8 1.2 2.0

2.0

1.6

1.2

0.8

0.4

Z

4

Prawo Hooke’a


Materiał Moduł Younga E [GPa]

Stal 200

Żeliwo 120 - 160

Miedź 100 - 130

Aluminium 80 - 100

Ołów 17

Szkło 50

Beton 15 - 25

W zakresie odkształceń sprężystych, wydłużenie l jest

wprost proporcjonalne do wartości siły wymuszającej F

działającej na dany element oraz jego długości l, a

odwrotnie proporcjonalne do pola przekroju

poprzecznego S tego elementu.

E – moduł sprężystości

wzdłużnej, zwany

modułem Younga.

s E

przyjmując, że

Charakteryzuje on odporność materiału na

odkształcenia, im jest większy, tym materiał

jest mniej podatny na odkształcenie.

Statyczna próba rozciągania


1. SPRĘŻYSTOŚĆ

Granica proporcjonalności RH

Początkowo naprężenie s jest

proporcjonalne do odkształcenia

zgodnie z prawem Hooke’a. W zakresie

tym materiał po ustąpieniu obciążenia

powraca do pierwotnej postaci. Po

przekroczeniu RH, rozpoczynają się

odkształcenia plastyczne.

Granica sprężystości R0.05

Wartość umowna dla naprężenia

odpowiadającego trwałemu wydłużeniu

próbki o 0.05% jej długości.

Siła F [kN]

Wydłużenie l [mm, %]

FH

Odkształcenie

sprężyste (max. osiąga

ok.0,1%)

Procesy zachodzące podczas obróbki plastycznej często opisuje się na przykładzie zachowania metali i stopów podczas rozciągania.

RH = [MPa] FH

So

Siła F [kN]


Fe FH

Re = [MPa] Fe

So

2) PLASTYCZNOŚĆ

Granica plastyczności Re

O granicy plastyczności decyduje

początek płynięcia plastycznego

spowodowany przemieszczaniem

warstw atomów po płaszczyznach

poślizgu w określonych kierunkach

krystalograficznych wyznaczonych

wskaźnikami Millera. Tak więc Re

odpowiada naprężeniu wywołującemu

wyraźny wzrost wydłużenia próbki.

Umowna granica sprężystości R0.2

Wartość umowna dla naprężenia

odpowiadającego trwałemu wydłużeniu

próbki o 0.2% jej długości.


Odkształcenie


ok.0,1%)

0.2%

F0.2


Siła F [kN]


Fm

Fu

Fe

FH

Odkształcenie plastyczne

Zakres odkształceń

wykorzystywany w proc.

obróbki plastycznej

Odkształcenie

nierównomierne

Rm = [MPa] Fm

So

2) PLASTYCZNOŚĆ

Granica wytrzymałości Rm

Przy dalszym wzroście siły,

odkształcenie rośnie praktycznie w

sposób proporcjonalny. Dzieje się tak

do chwili osiągnięcia maksymalnej siły

Fm, jaką może dany materiał

przenieść, bez wystąpienia efektów

niszczenia – pęknięć.


3) PĘKANIE

Granica wytrzym. i na rozrywanie Ru

Po przekroczeniu Rm, rozciągany

materiał zachowuje się niestabilnie i

każdy jego element staje się

miejscem słabym (tworzy się szyjka),

aż do momentu, w którym nastąpi

rozerwanie. Wówczas naprężenia

rozciągające > od wytrzymałości

kohezyjnej materiału.

Odkształcenie


ok.0,1%)

Po wytworzeniu w materiale

wystarczająco wysokich naprężeń

(> od naprężeń niszczących)

następuje jego zniszczenie przez

rozdzielenie wiązkie.


Makroskopowy obraz odkształcenia

Przy obróbce plastycznej ważniejsze znaczenie ma znajomość relacji między

naprężeniami rzeczywistymi, występującymi w materiale i odkształceniami trwałymi,

wywołanymi przez te naprężenia.

Relacja taka nosi nazwę krzywej umocnienia.

W wyniku zgniotu wywołanego

odkształceniem plastycznym, dochodzi do

umocnienia materiału wyrażającego się

przyrostem wartości naprężenia

uplastyczniającego s.

mks

200

300

400

500

600

700

800

0 0,2 0,4 0,6 0,8

s [

MP

a]

spęczanie

rozciąganie

skręcanie

Umocnienie – zjawisko w zakresie

odkształceń plastycznych, występuje gdy

granica plastyczności Re wzrasta wraz z

odkształceniem plastycznym.


Zgniot – całokształt zmian mikrostruktury, naprężeń własnych i właściwości

wywołanych odkształceniem plastycznym, wywołujących umocnienie materiału

(wzrost HB, Re i Rm oraz spadek U, i przewężenie)

Obróbka plastyczna.. na gorąco

%100%100o

o

oS

SS

s

Sz

!!! Mały zgniot, w wyniku poślizgu i bliźniakowania, powoduje wydłużenie ziaren

w kierunku największego odkształcenia oraz sprężystą deformację sieci

!!! Duży zgniot – wyraźne wydłużenie ziaren, ich rozdrobnienie i odkształcenia

międzykrystaliczne. Tworzy się uprzywilejowana orientacja kryst. ziaren zwana

teksturą zgniotu, powodująca anizotropię właściwości (głównie Rm i )


Jednak w tym przypadku granica

plastyczności Re jak i wytrzymałości Rm

będzie znacznie większa niż w trakcie

pierwszego cyklu 1-4 – NASTĄPIŁO

JEGO UMOCNIENIE.

Umocnienie odkształceniowe

Jeżeli w trakcie odkształcenia materiał wzdłuż punktów 1-2-3 zostanie on odciążony

w pkt. 4, wówczas naprężenia s ulegną obniżeniu wzdłuż prostej 4-5, a

odkształcenie zmniejszą się o wartość odkształceń sprężystych i osiągnie poziom

odpowiadającą punktom 1 lub 5.

Zjawisko KORZYSTNE

wskutek zwiększenia

WYTRZYMAŁOŚCI

materiału.

Siła F [kN]


Przy ponownym obciążeniu, materiał będzie się odkształcał sprężyście aż do pkt. 6 i

dalej plastycznie, zgodnie z krzywą 6-7.

F 4

1

2 3

5

6

7


Efekt Bauschingera

Granica plastyczności materiału wstępnie odkształconego plastycznie

i ponownie obciążonego zależy nie tylko od wielkości odkształcenia, ale również od

sposobu wtórnego obciążenia.

Odkształcony plastycznie materiał

wykazuje wyższą granicę

plastyczności wtedy, gdy schemat

wtórnego odkształcenia jest

zgodny ze schematem

odkształcenia pierwotnego.

Natomiast niższą granicę

plastyczności wówczas, gdy znaki

składowych odkształcenia

pierwotnego i wtórnego są

przeciwne.


Skutki umocnienia

Z punktu widzenia realizacji procesów technologicznych

obróbki plastycznej zjawisko umocnienia stwarza znaczne

problemy.

Podczas technologii złożonej z następujących po sobie operacji proces umocnienia

odkształceniowego utrudnia obróbkę plastyczną i zmusza do stosowania

dodatkowych zabiegów technologicznych. Dodatkowo niekorzystnym następstwem

umocnienia jest znaczne obniżenie właściwości plastycznych.

Umocnienie można zlikwidować przez wyżarzanie materiału powyżej temp.

rekrystalizacji (następuje odbudowa ziarnistej struktury materiału).


Mikroskopowy obraz odkształcenia

Podłożem makroskopowych zjawisk odkształcenia są odpowiednie zmiany struktury,

zależne od cech materiałowych oraz warunków odkształcenia.

Rozróżnia się następujące mechanizmy odkształcenia plastycznego:

Poślizg dyslokacyjny

Bliźniakowanie

o Pełzanie dyslokacyjne

o Pełzanie dyfuzyjne

o Poślizg po granicach ziaren

Bliźniakowanie - polega na skręceniu jednej części

kryształu względem drugiej o kąt w określonej

płaszczyźnie i kierunku, co umożliwia powstawanie

nowych płaszczyzn poślizgu. Występuje w

materiałach o strukturze A3 oraz w metalach o

mniejszej symetrii sieci.



Mikroskopowy obraz odkształcenia

15

Poślizg - polega na przesunięciu jednej części kryształu

względem drugiej o odległość będącą wielokrotnością

(całkowitą) odległości międzyatomowej, w określonych

płaszczyznach i kierunkach.

W wyniku poślizgu nie zmienia się

budowa krystaliczna przemieszczonych

części kryształu.

Poślizg zachodzi najłatwiej w

płaszczyznach i kierunkach najgęściej

obsadzonych atomami.

KRYTERIUM

Von MISSESA

Obróbka plastyczna na zimno (OPZ) to proces odkształcenia plastycznego

prowadzony poniżej temperatury rekrystalizacji materiału. Polega ona na

odkształcaniu plastycznym materiału, które wywołuje wzrost gęstości defektów w

sieci krystalograficznej, a tym samym nagromadzenie energii odkształcenia, która

jest tym większa, im niższa jest temperatura tego procesu. Powoduje to wzajemne

ich blokowanie się, czego skutkiem jest zmiana własności fizycznych i

mechanicznych. Zmianę tychże własności przyjęto nazywać zgniotem.

Odkształcenie plastyczne (OP) metali niskotopliwych, takich jak cyna czy ołów, w

temperaturze pokojowej zalicza się do OP na gorąco. Natomiast wysokotopliwych,

np. wolfram, w temperaturze 700C zaliczany do OPZ.

Dolną granicą zakresu stosowania OPZ jest temperatura kruchego pękania

danego materiału.

Obróbka plastyczna na zimno

Zaletą OPZ jest uzyskanie dużej dokładności wykonanego elementu. Jednak aby

odkształcić materiał potrzebna jest duża siła.

Tobr < 0.40.6 Tm


Zmiana właściwości mechanicznych


Wpływ naprężeń własnych na wytrzymałość

Naprężenia własne są to naprężenia pozostałe w odkształconym materiale po

zdjęciu obciążenia zewnętrznego, a więc są to naprężenia równoważące się.

Rodzaje naprężeń własnych (podział wynika z zakresu ich działania):

• pierwszego rodzaju - (s, ) występują między poszczególnymi warstwami

materiału,

• drugiego rodzaju - wywołane różnicami we właściwościach sprężystych i

plastycznych poszczególnych ziaren w agregacie polikrystalicznym,

• trzeciego rodzaju - występują wewnątrz poszczególnych ziaren na skutek

niejednorodności ich struktury wewnętrznej.

Naprężenia własne trzech rodzajów wywołane OPZ zawsze zwiększają

wytrzymałość wyrobu, jeśli obciążenie występujące w czasie

użytkowania jest zgodne w obciążeniem powodującym jego

plastyczne odkształcenie.

Natomiast jeśli te dwa obciążenia działają w kierunkach przeciwnych,

to naprężenia własne są niekorzystne i należy je usunąć przez

zastosowanie wyżarzania odprężającego.


Zakres stosowania

OPZ powoduje zmiany struktury i właściwości materiału, będące wynikiem:

• powstania włóknistego układu ziaren i zanieczyszczeń

• umocnienia materiału

• powstania naprężeń własnych I-go rodzaju

• powstania naprężeń własnych II-go i III-go rodzaju

• utworzenia pęknięć

Cechy eksploatacyjne

• Duża nośność

• Stabilność wymiarowa

• Wytrzymałość zmęczeniowa

• Odporność na korozję

• Odporność na ścieranie

Obróbkę plastyczną cechuje:

• niezmienność objętości materiału wsadu;

• wytwarzanie elementów o złożonym kształcie;

• dobra dokładność wykonania;

• ekonomia - niewielkie straty materiału;

• duża wydajność produkcji;

• stosunkowo proste narzędzia i maszyny.


Obróbkę plastyczną na gorąco OPG prowadzi

się w temperatura powyżej temperatury

rekrystalizacji (0.6-0.9Tm), w celu: • zmniejszenia nacisków niezbędnych do

kształtowania (kilka do kilkanastu razy),

• zwiększenia wartości odkształcenia materiału –

możliwość wystąpienia pęknięć w zakresie

temperatur OPG wzrasta tak znacznie, że

rzadko ogranicza ono wartość stosowanych

odkształceń.

Obróbka plastyczna na gorąco

Ograniczenia: • górnej temperatury wynika z utleniania,

odwęglania i nadmiernego rozrostu ziarna, zjawiska kruchości na gorąco (np. w stalach z przyczyn występowania błonek FeS),

• dolnej temperatury – odkształcenia nie mogą być zbyt małe (zgniot krytyczny!).


Zakresy temperatur OPG

Stale stopowe mają mniejszą zdolność do odkształceń plastycznych oraz węższe

zakresy temperatur OPG

Temperatura kucia matrycowego półwyrobów ze stali

niestopowej

Półwyroby kształtowane na

gorąco mają na ogół strukturę

materiału wyżarzonego o

stosunkowo drobnym ziarnie

w porównaniu ze strukturą

wlewków. Rozdrobnienie

ziaren jest wynikiem procesu

odkształcania i rekrystalizacji


Zgniot i rekrystalizacja

Zdrowienie – pierwszy etap odbudowy odkształconej

po zgniocie struktury metalu, w stosunkowo niskiej

T, nie wykazujący widocznych zmian struktury, ale:

• zanikają defekty budowy sieci krystalicznej (zanik i

przegrupowanie dyslokacji obniżające energię),

• spadek naprężeń własnych

• odnowienie takich właściwości, jak oporność

elektryczna, właściwości magnetyczne, odporność

na korozję,

• częściowe uwolnienie zmagazynowanej energii

odkształcenia.

Rekrystalizacja – proces polegający na przywróceniu odkształconemu metalowi

poprawnej struktury krystalicznej, a także własności fizycznych i mechanicznych

jakimi się charakteryzował przed obróbką plastyczną.

Polega na tworzeniu się nowych ziaren i ich wzrostowi, na drodze tworzenia małych

obszarów o niemal idealnej strukturze krystalicznej. Efektem jest uzyskanie

drobnoziarnistej struktury wolnej od naprężeń.

Zwiększanie temperatury obróbki może prowadzić do:

• rozrostu ziarna - wielkość ziaren rośnie jednakowo w całej objętości materiału,

• anormalnego rozrostu ziarna – wzrost niewielkiej liczby dużych ziarn kosztem

innych.

Plastyczność


Do wad obróbki plastycznej na gorąco należy zaliczyć:

• utlenianie powierzchni półwyrobu, co powoduje nie tylko straty materiału, ale

wskutek obecności warstwy tlenków utrudnia uzyskanie dobrej jakościowo

powierzchni półwyrobów,

• konieczność stosowania znacznych naddatków na obróbkę,

• straty materiału związane z technologią procesu, np. konieczność stosowania

wypływki w kuciu matrycowym

• konieczność stosowania odpowiednich urządzeń grzewczych oraz znaczna ich

energochłonność.

Aby zapobiec intensywnemu utlenianiu powierzchni półwyrobów i ich małej

dokładności wymiarowej stosuje się tzw. obróbkę plastyczną na ciepło

(półgorąco).

Znaczenie parametrów OPG

T < Tr T > Tr

𝜺 T >> Tr

𝜺


Obróbka plastyczna na półgorąco (OPPG) ma na celu wyeliminowanie takich wad

OPG, jak intensywne utlenianie powierzchni wyrobów i mała dokładność

wymiarową, przy jednoczesnym zachowaniu możliwie małych oporów plastycznego

kształtowania w porównaniu z wytrzymałością narzędzi.

Zastosowanie OPPG dla stali węglowych i niskostopowych jest uzasadnione w

przypadkach wykonywania półwyrobów o kształtach wymagających dużych

nacisków jednostkowych przy OPZ.

Obróbka plastyczna na półgorąco

Zakres temperatur OPPG

Charakterystyki stali 45

1.zmiany wartości sp

2.przewężenie

3.strata materiału spowodowana

utlenianiem

I. pik sp = f(T) - kruchość na niebiesko

II. pik - sp = f(T) - kruchość na czerwono

Wniosek: Stal 45 powinna być

obrabiana w zakresie temperatury

550-750 C.

Zakresy temp. OPPG dla różnych materiałów

stale niskowęglowe 550-750 C

stale wysokowęglowe i stopowe 650-800 C

trudno odkształcalne stopy aluminium 320-430 C

tytan i jego stopy 200-550 C

Problemy OPPG:

• Wąskie zakresy temperatur kształtowania

• Konieczność stosowania urządzeń grzewczych, które zapewniają szybkie osiąganie

żądanej temperatury materiału wsadowego - nagrzewanie indukcyjne.

• Konieczność wstępnego nagrzania narzędzi przed rozpoczęciem procesu OPPG.


Niekorzystne aspekty OPZ, takie jak wzrost naprężeń własnych i uplastyczniających,

nadmierne zmniejszenie plastyczności materiału oraz zbyt wysoką sztywność i

twardość

można usunąć przez zastosowanie odpowiedniej

obróbki cieplnej odkształconego plastycznie

materiału

Obróbka cieplna materiałów

odkształconych plastycznie

Proces usuwania skutków umocnienia nazywa się nawrotem. Najczęściej uzyskuje

się go w wyniku:

• wyżarzania odprężającego,

• wyżarzania rekrystalizującego.


Wyżarzanie odprężające WO ma na celu

usunięcie naprężeń własnych z zachowaniem

dobrych właściwości wytrzymałościowych

materiału.

Wyżarzanie odprężające

WO przeprowadza się w wąskim zakresie

temperatur, w którym następuje gwałtowny

spadek naprężeń własnych, a nie stwierdza się

jeszcze spadku twardości.

Wąski zakres temperatur wskazuje na

konieczność prowadzenia WO w piecach

gwarantujących zachowanie możliwie stałej

temperatury w całej komorze grzewczej.

WO stosuje się po zakończeniu procesu

plastycznego kształtowania przedmiotów i tylko

wtedy, gdy jest niezbędne.


Wyżarzanie rekrystalizujące

Wyżarzanie rekrystalizujące WR ma na celu przywrócenie pierwotnych właściwości

materiałowi odkształconemu plastycznie

Tr 0.4Tm - dla metali

Tr 0.6Tm - dla stopów

Zakres temperatury WR rozciąga się od

temperatury o 50-150 C powyżej Tr, aż

do temperatur bliskich rekrystalizacji

wtórnej.

Temperatura rekrystalizacji jest tym wyższa,

im niższy jest stopień zgniotu.

28

Walcowanie

Walcowanie jest obróbką, która polega na plastycznym odkształcaniu materiału

wprowadzonego między dwa walce współpracujące ze sobą i przechodzącego

między nimi.


Wzdłużne - blachy, taśmy, pręty i kształtowniki

Poprzeczne - śruby, wkręty i koła zębate

30

Skośne

tuleje rurowe, kule

Okresowe

tuleje rurowe

Specjalne

koła wagonowe

Rodzaje walcowania


31

Gniot - jest to liniowe zmniejszenie wymiarów przedmiotu odkształconego pod

działaniem siły ściskającej w kierunku jej działania:

h = h0 - h1

Poszerzenie - jest to przyrost szerokości przedmiotu w każdym procesie

przeróbki plastycznej, powodujący powiększenie szerokości:

b = b1 - b0

Wydłużenie - oznacza przyrost długości przerabianego plastycznie

przedmiotu:

l = l1 - l0

Objętość metalu w czasie walcowania nie ulega zmianie!!!

Walcowanie - parametry

31 Wojskowa Akademia Techniczna WTC KZMiT

Walcowanie


Wszystkie wyroby stalowe i większość z metali nieżelaznych w pierwszym stadium

walcuje się na gorąco. Nie wszystkie stopy metali dają się walcować, np. żeliwo,

stale wysokowęglowe, nikiel i jego stopy. Za pomocą walcowania wzdłużnego

otrzymuje się 90% wszystkich wyrobów walcowanych.

Walcarka to urządzenie składające się z:

• klatki walcowniczej,

• silnika napędowego

• mechanizmu przeniesienia napędu.

Walcowanie - przykład

Metoda otrzymywania: walcowanie w temperaturze ciekłego

azotu (LNT) i wygrzewanie rekrystalizujące

Stop Ni3Al

Wyciskanie, zwane również prasowaniem wypływowym, polega na wywieraniu

nacisku na wsad umieszczony w pojemniku (recypiencie), na skutek czego metal

wypływa przez otwór matrycy.

Wyciskanie


Wyciskanie jest najbardziej ekonomiczną metodą do:

• wstępnej przeróbki metali o niskiej plastyczności,

• wytwarzania prętów i wyrobów z otworami o złożonych kształtach

• łączenia różnorodnych metali

• wytwarzania małych partii wyrobów

Wyroby wyciskane charakteryzują się dobrymi właściwościami

mechanicznymi, dużą dokładnością wymiarów, czystą i

gładką powierzchnią.

Sposoby wyciskania


W zależności od kierunku płynięcia metalu względem kierunku tłoczyska rozróżnia się:

• wyciskanie przeciwbieżne

• wyciskanie współbieżne

• wyciskanie złożone

Przy wyciskaniu hydrostatycznym

metal wypływa przez otwór matrycy

w wyniku nacisku wywieranego na

materiał za pośrednictwem cieczy.

tłok medium komora wsad matryca produkt

W procesie wyciskania wyróżnia się 4 fazy (stadia):

I. Spęczanie

materiału

III. Faza wyciskania

równomiernego

(laminarnego)

IV. Faza wyciskania

turbulentnego

II. Początkowa faza

wyciskania

Proces wyciskania

Wartość i przebieg siły wyciskania zależy od:

• właściwości wyciskanego materiału

• sposobu wyciskania

• prędkości odkształcenia

• temperatury

• kształtu narzędzia

• stanu powierzchni narzędzia

• warunków smarowania

Siła wyciskania

1

00 ln

1

F

FFP pśś s

Prasy

Do wyciskania używa się pras mechanicznych i hydraulicznych. Prasy są jednymi z

najczęściej używanych maszyn do OP. Stosuje się je również do kucia i tłoczenia.

W zależności od sposobu napędzania części ruchomej prasy, zwanej suwakiem (w

której osadza się ruchome kowadło, ruchomą matryca lub stempel), rozróżnia się:

Prasy śrubowo-cierne

W prasach śrubowych (PŚ) siła nacisku wywierana jest za pomocą śruby o gwincie

prostokątnym, obracającej się w nakrętce osadzonej w korpusie prasy. Na śrubie

osadzony jest suwak, w którym mocuje się górną część matrycy lub kowadło.

PŚ stosuje się do gięcia, prostowania,

wyciskania i spęczania łbów śrub, nitów

zaworów silników spalinowych oraz odkuwek.

Siła nacisku do 9800kN.

Napęd śruby może być cierny, hydrauliczny i

pneumatyczny.

PŚ są mało wydajne ale mało wrażliwe na

przeciążenia.

Prasy

Prasy te odznaczają się dużą sprawnością, wydajnością oraz

dokładnością. Zasada działania polega na zmianie ruchu

obrotowego silnika przez wykorbienie wału obrotowego na ruch

posuwisto-zwrotny suwaka. Skok suwaka w prasie jest stały i

zależy od wykorbienia wału korbowego.

Skok suwaka można zmieniać, zależnie od ustawienia

wykorbienia mimośrodu względem wału korbowego.

Prasy korbowo-mimośrodowe

Prasy hydrauliczne należą do najczęściej pracujących maszyn

kuźniczych. Rozróżnia się prasy do kucia swobodnego o

nacisku do 740 MN, matrycowego oraz wyciskania 200 MN.

Zasada działania PH: w cylindrze roboczym pracuje nurnik

zakończony suwakiem. Korpus cylindra połączony jest ze

stołem i kolumnami, które są jednocześnie prowadnicami

suwaka. Ruch roboczy suwaka odbywa się dzięki ciśnieniu na

nurnik, natomiast ruch powrotny wywołują tłoki.

Prasy hydrauliczne

Prasy specjalne

Wyciskanie hydrostatyczne na gorąco

Wałki ze stopu Fe3Al przed i po wyciskaniu oraz ich struktura

Kucie i prasowanie

Zarówno proces kucia, jak i prasowania polega na ściskaniu kutego metalu między

kowadłem a bijakiem lub między połówkami matrycy.


Młoty są to maszyny służące do kucia materiału na gorąco i pracują udarowo,

natomiast prasy statycznie.

Młoty ze względu na sposób pracy dzielimy na młoty do:

• kucia swobodnego

• kucia matrycowego

• uniwersalne.

Kucie i prasowanie

Pod względem ruchu bijaka wyróżniamy młoty:

spadowe - przyśpieszenie bijaka zależy wyłącznie

od ciężaru G, parowe, deskowe, pasowe;

sprężarkowe - przyspieszenie bijaka następuje pod

wpływem sił jego ciężaru i parcia pary lub

sprężonego powietrza;

dźwigniowo-sprężynowe - przyśpieszenie bijaka

zależy od ciężaru G, prędkości obrotowej korby i

właściwości sprężystych ramienia lub resoru;

przeciwbieżne - ruch bijaków zależy

wyłącznie od działania ciśnienia, bardzo

szybkie.

Kucie swobodne na gorąco

Zalety:

• duży zakres wymiarowy produkowanych odkuwek

• mała wrażliwość na przeciążenie

• zdolność wywierania bardzo dużych nacisków

• łatwa regulacja energii uderzenia

Wady:

• niszczące działanie wstrząsów na otoczenie

• częste remonty urządzenia

Kucie wału korbowego typu 16V48 w przyrządzie TR-80

na prasie 80MN, masa wału ok. 100t.

Ciągnienie

Ciągnienie polega na odkształcaniu plastycznym niemal wyłącznie na zimno wyrobów

walcowanych lub wyciskanych przez powierzchnie wewnętrzne ciągadła.


Ciągadło to zwężka, odpowiedzialna

za zmianę gabarytów przechodzącego

przez nią metalu. Wykonuje się je ze

stali, węglików spiekanych lub

diamentu.

Siła ciągnienia P :

1

0

1

1 lnA

A

h

AP ps

Ciągarki bębnowe

Ciągnienie przeprowadza się na ciągarkach.

Bębnowe - w których siłę ciągnącą wywołują

obracające się bębny lub pierścienie;

przeznaczone do ciągnienia drutów w

kręgach (do 16mm); prędkość ciągnienia

od 0.3 do 4m/s;


Ciągarki ławowe

Ławowe - o ruchu prostoliniowym;

częścią ciągnącą może być łańcuch,

lina lub wózek; przeznaczone do

ciągnienia prętów i rur; siła

ciągnienia od kilku do 2000N;

prędkość ciągnienia od 0.1 do 1m/s;

wykonywane są odcinki o długości

do 30m.

Operacje kształtowania wytłoczek dzielimy na:

• operacje służące do nadania zasadniczego kształtu wytłoczce - wytłaczanie,

przetłaczanie, przewijanie, wyciąganie;

• operacje wykańczające - dotłaczanie,

wywijanie, rozpychanie i obciskanie.

Tłoczenie

Tłoczenie – proces obróbki plastycznej na

zimno stosowanych do, kształtowania,

łączenia lub rozdzielania materiałów w

postaci płyt, blach i folii.

Wykonuje się je za pomocą przyrządów

zwanych tłocznikami, 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.


Wytłaczanie i przetłaczanie

Przetłaczanie to wielokrotne

wytłaczanie prowadzące do

zwiększenia wysokości wytłoczki

kosztem zmniejszenia jej

średnicy.


Przewijanie to przetłaczanie, w którym wewnętrzna powierzchnia

wytłoczki staje się zewnętrzną, zabieg umożliwia zwiększenie

jednostkowej głębokości tłoczenia kosztem redukcji średnicy

wytłoczki.

Wyciąganie polega na zwiększeniu

wysokości wytłoczki przez

zmniejszenie grubości jej ścianki, przy

czym wewnętrzna średnica wytłoczki

nie ulega zazwyczaj zmianie.

Wytłaczanie to proces przekształcenia płaskiego

wyrobu w wytłoczkę o powierzchni nierozwijalnej.

Operacje wykańczające

Dotłaczanie polega na

nadaniu wytłoczce

ostatecznego kształtu. Wywijanie pozwala na

powiększenie uprzednio

wyciętych otworów z

jednoczesnym wywinięciem

kołnierza.

Obciskanie polega

na zmniejszeniu

wymiarów

poprzecznych wyrobu

Rozpychanie powoduje

powiększenie wymiarów

poprzecznych wyrobu.


d - średnica wytłoczki

g - grubość blachy

Rm - wytrzymałość na rozciąganie

k - współczynnik zależny od współczynnika ciągnienia m=d/D

Wartość siły w procesie wytłaczania

mk RgdkP max

Cięcie

Cięcie polega na rozdzieleniu całkowitym lub częściowym materiału.

Możemy podzielić je na:

• cięcie nożycami

• cięcie na prasach, czyli wykrawanie


Cięcie prostoliniowe

arkuszy na pasy, odcinki Wycinanie zarysów krzywoliniowych

o małej krzywiźnie

Cięcie prosto- i krzywoliniowe Cięcie i wycinanie krzywoliniowe

Cięcie arkuszy blachy

na taśmy lub pasy

Wykrawanie


Wycinanie Odcinanie

Dziurkowanie

Nadcinanie

Okrawanie Rozcinanie

Fazy cięcia

tt RgLKF

Faza odkształceń sprężystych

Faza odk. sprężysto-plastycznych

Faza plastycznego płynięcia

Faza pękania

Siła cięcia

Proces gięcia można prowadzić na prasach,

walcach i za pomocą ciągnienia

Gięcie

Jest to proces kształtowania przedmiotów o

powierzchniach nierozwijalnych, w którym

zostaje zachowana prostoliniowość

tworzących, a zmiana krzywizny giętego

przedmiotu zachodzi w jednej płaszczyźnie.

Obejmuje ono następujące operacje:

wyginanie

zaginanie

profilowanie

skręcanie

prostowanie


Komputerowe projektowanie OP

Komputerowe projektowanie OP

W5 – Metody termicznego spajanie metali

spawanie, zgrzewanie i lutowanie.

Dziękuję za uwagę!

Następne zajęcia :

Prowadzenie: dr inż. Radosław Łyszkowski

Documents

KATEDRA ZAAWANSOWANYCH MATERIAŁÓW I … · • Stanisław Erbel i in. Obróbka plastyczna - techniki wytwarzania, PWN, Warszawa 1981 • Marian Morawiec i in. Przeróbka plastyczna