background image

Obróbka plastyczna metali obejmuje: kształtowanie plastyczne, dzielenie plastyczne (rozcinanie, 
cięcie) oraz łaczenie 
 
Obróbką plastyczną zmieniamy celowo własności wyrobów. Wprowadzamy dodatkowe naprężenia 
wewnętrzne, zmieniamy strukturę materiału czyniąc go mniej podatnym na naprężenia zmienne albo 
zniszczenie. 
 
Odkształceniem plastycznym nazywamy odkształcenie trwałe, które powstaje w materiale po odjęciu 
sił zewnętrznych (w odróżnieniu od odkształcenia sprężystego). Aby doprowadzid do odkształcenia 
plastycznego należy materiał obciążyd siłą o dostatecznie dużej wartości. 
 
POJĘCIE NAPRĘŻENIA 
Pod działaniem sił zewnętrznych pojawiają się w ciele siły wewnętrzne zwane siłami zachowawczymi, 
gdyż starają się zatrzymad poszczególne części ciała w niezmienionej odległości. 
 
Iloraz siły wewnętrznej i powierzchni na którą ta siła działa nazywamy naprężeniem średnim 

 

  

 

  
  

 

 

 

W ogólnym przypadku w układzie współrzędnych xyz na ścianach prostopadłościanu występują 
naprężenia normalne sigma, normalne prostopadłe i naprężenia styczne, które leżą na tych 
płaszczyznach. 

 

background image

Składowe stany naprężenia 

 

 
Relacje pomiędzy naprężeniami normalnymi sigma i stycznymi (τ) zależy od ustawienia kierunków 
układu xyz. Zawsze jednak można znaleźd takie kierunki układu, że naprężenia styczne znikają (τ=0), a 
posiadają tylko naprężenia normalne i osiągają wówczas wartośd maks. Takie kierunki nazywamy 
głównymi i oznaczamy 1, 2, 3. 
 

 

 
Wzdłuż kierunków głównych metal doznaje największych odkształceo 
 
WARUNKI PLASTYCZNOŚCI 
 
Stan hydrostatyczny σ

= σ

= σ

 

 
Pod wpływem naprężeo σ

1

 , σ

, σ

materiał może przejśd w stan plastyczny lub może pozostad w 

stanie odkształceo sprężystych. O rodzaju odkształcenia decyduje: 
-wartośd naprężeo głównych σ

1

 , σ

, σ

 

- różnica między tymi naprężeniami 
- jeśli σ

= σ

= σ

to materiał nigdy nie przejdzie w stan plastyczny, a przy naprężeniach rozciągających 

nastąpi utrata spójności materiału (rozerwanie) 

background image

 
Aby materiał się uplastycznił to pomiędzy σ

1

 , σ

, σ

muszą nastąpid dostatecznie duże różnice. Jeżeli 

wystąpią różnice to na płaszczyznach pochylonych pod kątem 45 stopni wystąpią naprężenia styczne 
o wartościach maksymalnych τ  
 

   

   

   

 

 

  

 

 

 

 
Stwierdzono doświadczalnie że na tych kierunkach (45 stopni od głównych) pojawiają się pierwsze 
oznaki odkształceo plastycznych. Są to tzw. pasma poślizgu. Są one widoczne na np. próbkach z blach 
wyżarzonych w postaci krzyżujących się linii (widoczne gołym okiem). 
 

 

 
Przy zagięciu drutu po to by go złamad, za pierwszym razem materiał tego nie odczuje, za drugim 
również, natomiast dopiero za trzecim razem się złamie 
 
Warunki plastyczności w zależności od przyjętej hipotezy mają następującą postad 
 
1. Według hipotezy Hubera-Misesa 

 

         

 

  

 

   

 

   

 

 

 

    

 

   

 

 

 

    

 

   

 

 

 

   

 

 

 

background image

2. Według hipotezy Treski 

 

         

   

 

 

   

 

    

 

 

 

   

 

    

 

 

 

        

 

  

Gdzie σ

to naprężenie uplastycznienia wyznaczane dla konkretnego materiału doświadczalnie 

zazwyczaj na maszynie wytrzymałościowej 
 
Jeżeli σ

zastępcze 

= σ

to materiał uplastycznia się. 

Hipoteza Hubera jest metodą dokładniejszą. 
Różnice w wynikach obu hipotez mogą wynosid maks. 10 % (hipoteza Treski w stosunku do Hubera) 
 
METODY WYZNACZANIA NAPRĘŻENIA UPLASTYCZNIAJĄCEGO σ

 

Wyznaczamy zazwyczaj z krzywych umocnienia. Krzywe te przedstawiają zależnośd pomiędzy 
wartością naprężenia σ

i wartością odkształcenia. 

Krzywą umocnienia możemy zapisad w postaci funkcji: 
 

 

 

       

 

                                         

 

     

 

    

 

 

 

 

          odkształcenia wstępnego 

c – wyznaczane przez aproksymacje 
Druga z tych funkcji jest dokładniejsza 
 
Krzywe umocnienia wyznaczamy w następujących próbach doświadczalnych: 
a) dla materiałów w postaci prętów stosujemy spęczanie 
b) dla materiałów  w postaci blach stosujemy próbę rozciągania 
c) dla rur, próbę skręcania 

 

 
Krzywe umocnienia wyznaczamy w próbach przy zachowaniu jednorodnego stanu odkształcenia. 
 
STAN ODKSZTAŁCENIA 
Podobnie jak naprężenie tak i odkształcenie wyznaczamy wzdłuż kierunków głównych. Tylko w 
ciałach izotropowych kierunki główne naprężeo i odkształceo pokrywają się. Zazwyczaj wartości 
naprężeo wzdłuż tych trzech kierunków wyznaczamy za pomocą zależności. 
-w kierunku osi 1 

 

  

 

 

 

    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
ZASADA STAŁEJ OBJĘTOŚCI 

background image

Przyjmując, że objętośd materiału nie ulega zmianie podczas odkształcenia plastycznego możemy 
napisad: 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

 

 

   

 

 

 

 

 

   

 

 

   

 

 

    

Po obustronnym zlogarytmowaniu otrzymujemy zero: 

  

 

 

 

 

 

 

    

 

 

 

 

 

 

    

 

 

 

 

 

 

    

                                                                          

 

   

 

   

 

    (nie dotyczy odkształceo względnych) 

 
Podobnie jak w przypadku naprężeo zastępczych wyznaczamy również odkształcenia zastępcze, które 
w przypadku odkształceo proporcjonalnych możemy obliczyd z wzoru 

 

         

   

 
 

  

 

 

   

 

 

   

 

 

 

Jest słuszna gdy odkształcenia (w tych 3 kierunkach) zmieniają się proporcjonalnie podczas całego 
procesu odkształcenia 
 
Tylko odkształcenia logarytmiczne: 

 

         

   

 
 

    

 

 

     

 

 

     

 

 

 

 

 

 

 
PRACA ODKSZTAŁCENIA PLASTYCZNEGO 
Pole pod krzywą umocnienia wyraża pracę potrzebną do odkształcenia jednej jednostki γ 
 

 

 
Jeżeli σ

= σ

( ) wówczas WP=γ 

 

 

 

 
ANIZOTROPIA WŁAŚCIWOŚCI PLASTYCZNYCH 
Wyroby kształtowane obróbką plastyczną zwłaszcza na zimno mają ukierunkowaną strukturę i tym 
samym właściwości. Jest to szczególnie widoczne przy kształtowaniu blachy. Powstają ucha a ich 
wysokośd zalezy od współczynnika anizotropowości. 
 
MECHANIZM ODKSZTAŁCEO PLASTYCZNYCH 
Metale i ich stopy odkształcają się przez: 
a) poślizg (jedna warstwa atomów ślizga się po drugiej) 
b) bliźniakowanie 
c) mechanizmy a i b łącznie 

background image

 

 
Przemieszczanie następuje pod wpływem naprężeo stycznych 
 
ODKSZTAŁCENIE CIAŁA POLIKRYSTALICZNEGO 
Najpierw odkształcają się te ziarna, które zorientowane są korzystnie. 
W skutek odkształceo struktura się ukierunkowuje. 
Aby powstały odkształcenia muszą leżed w kierunku naprężeo stycznych 
 
OBRÓBKA PLASTYCZNA NA ZIMNO, CIEPŁO i GORĄCO 
Operacje kształtowania plastycznego, łączenia plastycznego, a także zamierzonej zmiany właściwości 
możemy realizowad na zimno, ciepło i gorąco 
 
***zimno*** 
- materiału nie podgrzewamy 
- w trakcie kształtowania, materiał nie osiąga temp. rekrystalizacji 
- wyroby są dokładne i powierzchnie gładkie (np. tłoki w tej metodzie mają większą gładkośd) 
- ciepło generuje się w skutek odkształceo plastycznych 
- następuje zgniot i umocnienie materiału, zwiększa się wytrzymałośd i zmieniają się właściwości 
mechaniczne 
- wymagane maszyny o znacznych siłach i wytrzymałych 
 
***ciepło*** 
- materiał podgrzewamy do temp. w której następuje znaczące obniżenie oporu plastycznego 
- podczas odkształcenia materiał osiąga lub nie osiąga temp. rekrystalizacji 
- materiał kształtowany na ciepło może mied obszary zrekrystalizowane lub umocniony zgniot 
- tolerancja wyrobów i gładkośd powierzchni zbliżone do wyrobów kształtowanych na zimno 
- powierzchnia podgrzewanego metalu jest tylko nieznacznie utleniona 
- koszt związany z koniecznością pełnej mechanizacji i automatyzacji procesu produkcji 
 
***gorąco*** 
- podgrzewamy materiał powyżej temp. rekrystalizacji 
- w trakcie odkształcania temp. nie może obniżyd się poniżej temp. rekrystalizacji 
- duże zużycie narzędzi i maszyn (wysoka temp) 
- wyroby o chropowatej powierzchni 
- tolerancja wymiarowa nawet do 1mm 
- siła kształtowania jest ok. 10-krotnie mniejsza niż na zimno 
 
KRYTERIA WYBORU OBRÓBKI PLASTYCZNEJ 
- wymagania klienta w zakresie właściwości wyrobu  
- analiza techniczno - ekonomiczna  
- ze względu na opór plastyczny metali i ich stopów (zbyt duże obciążenia na narzędzia mogłyby je 
zniszczyd; na gorąco wymagany ok 10-krotnie mniejszy nacisk narzędzi niż w przypadku obróbki na 
zimno)  
- ze względu na plastycznośd konieczne jest kształtowanie na gorąco (np. mosiądz)