MASZYNY DO OBRÓBKI
PLASTYCZNEJ METALI
Dr inż. Ryszard GRZYB
IMIiB
Zakład Przetwórstwa Materiałów Metalowych i
Polimerowych
(pokój 173)
LITERATURA
LITERATURA
1. Dobrucki Wł.: Podstawy konstrukcji i
eksploatacji
walcowni. Wydawnictwo „Śląsk, 1981.
2. Wasiunyk P.: Kucie matrycowe. WNT,
Warszawa, 1987.
3. Cywiński M. i in.: Ćwiczenia laboratoryjne z
obróbki
plastycznej metali.
Skrypty Uczelniane. Wydanie II i III nr 1666 i
1968.
Gliwice, Pol. Śl.
Obróbka plastyczna
Obróbka plastyczna
metali zajmuje czołowe
miejsce w produkcji wyrobów metalowych w
tym wyrobów hutniczych, elementów maszyn i
wyrobów
powszechnego
użycia.
Jest
nowoczesną techniką wytwarzania, która w
szerokim
zakresie
znajduje
zastosowanie
w różnych przemysłach gospodarki m.in. w
przemyśle
maszynowym,
metalowym,
samochodowym, lotniczym, elektrycznym i
elektronicznym.
- masowe wytwarzanie
wyrobów hutniczych
ze stali i materiałów nieżelaznych, które
mogą być wykorzystane bezpośrednio na
konstrukcje maszyn i budowli oraz służą
jako wsad do dalszego przetwarzania w
drugim etapie kształtowania,
-
wytwarzanie gotowych
elementów maszyn
i
wyrobów użytkowych
lub półproduktów
do dalszej obróbki np. skrawaniem.
Wytwarzanie
większości
wyrobów
metalowych na drodze przeróbki plastycznej
można podzielić na dwa zasadnicze etapy:
WYTWARZANIE WYROBÓW
METALOWYCH
PODZIAŁ OBRÓBKI PLASTYCZNEJ
Obróbkę plastyczną ze względu na
sposób
kształtowania
i stosowane
maszyny
można
podzielić na:
–
walcowanie
hutnicze
(blachy,
pręty,
kształtowniki, rury),
–
przetwarzanie hutnicze (blachy trapezowe,
kształtowniki,
gięte na zimno, rury ze szwem),
–
walcowanie poza hutnicze (śruby, koła zębate,
wałki),
–
kucie (odkuwki swobodnie kute, matrycowe),
–
wyciskanie (pręty, kształtowniki, rury z metali
nieżelaznych),
–
tłoczenie
(wyroby
wykrawane,
gięte,
wytłoczki),
–
ciągnienie (druty, pręty, kształtowniki, rury).
Maszyny do obróbki plastycznej
Maszyny do obróbki plastycznej
metali można podzielić ze względu
kryterium uniwersalności na:
- uniwersalne,
- specjalne,
- specjalizowane.
Maszyny do obróbki plastycznej
Maszyny do obróbki plastycznej
ze względu
na stosowaną technologię można podzielić
na :
1. Maszyny stosowane do walcowania:
1.1. Walcarki wzdłużne do walcowania
hutniczego
z równoległym ułożeniem walców:
- duo,
- trio,
- kwarto,
- wielowalcowe (6 - walcowe, 12 -
walcowe,
20 - walcowe t.z. Walcarki
Sendzimira).
1.1. Walcarki do walcowania rur:
-
skośne,
(dziurujące
i
redukujace),
- do walcowania ciągłego na
trzpieniu,
- inne.
1.2. Walcarki do walcowania poza
hutniczego:
- gwintów,
- kół zębatych,
- innych wyrobów.
2. Maszyny stosowane do kucia:
2.1. Młoty
- pojedynczego działania,
- podwójnego działania,
- wysokoenergetyczne,
2.2. Prasy do kucia:
2.2.1. Mechaniczne
- korbowe,
- kolanowe,
- klinowe,
- śrubowe.
2.2.2. Hydrauliczne
- pionowe (do kucia),
- poziome (do wyciskania)
2.3. Maszyny specjalne do kucia:
- kuźniarki,
- automaty kuźnicze,
- inne.
3. Maszyny stosowane do tłoczenia:
3.1. Prasy:
3.1.1. Mechaniczne
- mimośrodowe
- korbowe (pojedynczego i
podwójnego
działania),
3.1.2. Hydrauliczne
3.1.3. Pneumatyczne
3.2. Maszyny specjalne i specjalizowane:
- prasy do cięcia i gięcia (prasy
szybkobieżne do
wykrawania, prasy krawędziowe),
- automaty do wyrobów z taśmy i drutu
i inne.
4. Maszyny stosowane do ciągnienia:
4.1. Ciągarki ławowe:
- łańcuchowe,
- linowe,
- zębatkowe,
- hydrauliczne.
4.2. Ciągarki bębnowe
- jednostopniowe,
- wielostopniowe.
Maszyny posiadają określone parametry
techniczne,
których znajomość jest niezbędna przy
projektowaniu procesów. Do najważniejszych
parametrów należy zaliczyć:
1. Parametry energetyczne:
- siła nacisku,
- praca lub moment obrotowy,
- moc.
2. Parametry technologiczne pozostałe np.:
- prędkość,
- czas cyklu,
- temperatura.
3.
Parametry
geometryczne
przestrzeni
roboczej.
4. Wymiary gabarytowe i inne.
Siłę odkształcenia w większości procesów
można wyznaczyć z zależności:
Siła technologiczna czyli siła odkształcenia
Siła technologiczna czyli siła odkształcenia
w procesach przeróbki plastycznej jest duża
w procesach przeróbki plastycznej jest duża
lub bardzo duża.
lub bardzo duża.
d
śr
F
p
P
p
śr
q
p
gdzie:
p
śr
– średni nacisk jednostkowy na styku materiału i
narzędzi,
F
d
– rzut powierzchni styku materiału z narzędziem,
q=1,2-5 -współczynnik uwzględniający opory tarcia
przy odkształceniu,
σ
p
– naprężenie uplastyczniające.
Do walcowania stosuje się masywne walcarki
wyposażone w odpowiednio sztywne walce
robocze,
niekiedy
podparte
walcami
oporowymi.
Schemat napędu walcarki wzdłużnej
1 - walce robocze, 2 - łącznik uniwersalny, 3 -klatka walców
zębatych,
4 - łącznik kształtowy, 5 – sprzęgło, 6 - przekładnia główna, 7 –
silnik, 8 - stojak
Walce robocze do walcowania blach posiadają
gładką beczkę
, natomiast do walcowania
prętów i kształtowników posiadają
bruzdy
, w
celu kolejnego kształtowania pasma. Prześwit
pomiędzy dwoma współpracującymi ze sobą
roboczymi bruzdami walców nazywa się
wykrojem
.
Walec
gładki
Walec
bruzdo
wy
Kształty wykrojów wykonanych na walcach do
walcowania:
szyn, dwuteowników, ceowników i kątowników
a)
b)
c)
d)
Schematy
układów
walców
w
walcarkach
z
równoległymi walcami
a) - duo, b) - trio, c) - kwarto, d) -
dwudziestowalcowa (Sendzimira).
Walce oznaczone strzałkami są napędzane.
Ze względu na liczbę walców zabudowanych w
walcarce rozróżnia się m.in. walcarki:
Walcarka duo
- 2 walce robocze, stosuje się
do walcowania: kęsów, taśm, prętów, walcówki
i kształtowników.
Walcarka duo może być nawrotna, pracująca w
układzie posobnym lub nie nawrotna,
pracująca w układzie ciągłym.
Walcarka trio
- 3 walce robocze, stosowane
do walcowania z mniejszą wydajnością kęsów,
prętów i kształtowników.
V
V
Walcarka kwarto
- 2 walce robocze i 2
walce oporowe, stosowana do walcowania
blach grubych i cienkich na gorąco oraz taśm
i blach walcowanych na zimno.
Walcarka kwarto może być nawrotna lub nie
nawrotna.
V
Regulacja
płaskości
za
pomocą
przeginania walców
P
W celu uzyskania dużej płaskości walcowanej blachy
stosuje się metody kompensacji ugięcia walców w
skutek działania siły walcowania P.
Jednym ze sposobów jest przeginanie walców za pomocą
siłowników hydraulicznych działających na czopy walców
regulowaną siłą R.
Schemat walcowania blach grubych na
gorąco systemem ciągłym
Walcarka kwarto nawrotna do walcowania blach
grubych
Huta Batory
Układ ciągły 5-ciu walcarek kwarto do walcowania blachy
grubej na gorąco
Wytwarzanie rur stalowych bez szwu
Wytwarzanie rur bez szwu obejmuje trzy etapy
obróbki plastycznej na gorąco:
1 etap - wykonanie grubościennej tulei na
walcarkach
skośnych lub przez wyciskanie na
prasach
hydraulicznych poziomych,
2 etap - walcowanie redukcyjne w celu
uzyskania wymiarów
rury zbliżonych do końcowych np. na
walcarkach
ciągłych,
walcarkach
skośnych
redukujących,
3 etap - walcowanie kalibrujące zapewniające
końcowe
wymiary rury np. na walcarkach
pielgrzymowych.
Schemat walcarki skośnej do dziurowania tulei
grubościennej
1 – walec , 2 – trzpień, 3 – materiał
Pierwszy etap wytwarzania
rur
Schemat walcarki do ciągłego walcowania
rur
1 – walce robocze, 2 – trzpień, 3 – rura
Schemat ułożenia walców w walcarce do walcowania ciągłego
rur:
a – dwuwalcowe, b – czterowalcowe, c – trzywalcowe
Drugi
etap
walcowania
redukującego rur
Schemat walcowania planetarnego gwintu
1- walec, 2-matryca, 3-walcowany materiał (śruba)
2
3
1
Prasa
korbow
a
Młot
Prasa
korbow
a
do
cięcia
Piec
indukcyj
ny
Prasa
kolanowa
Maszyny i urządzenia stosowane do kucia odkuwek
matrycowych
Młoty do kucia odkuwek matrycowych
Młoty do kucia odkuwek matrycowych
Kucie odkuwek na młotach jest uniwersalne,
ale charakteryzuje się stosunkowo małą
dokładnością i dużą uciążliwością. Do kucia
stosuje się matryce w postaci bloków,
mocowane za pomocą jaskółczego ogona do
bijaka szaboty młota. Młoty do kucia
matrycowego podwójnego działania uderzają z
prędkością 7 – 9 m/s, kształtując dynamicznie
materiał w kilku uderzeniach.
Wielkość młotów określa się ich energią
uderzenia lub masą części spadającej (matryca
+ bijak + tłoczysko + tłok). Buduje się młoty o
energii od 12kJ (1000kg) do 630kJ (20Mg).
Młoty do kucia charakteryzują się sztywną
budową, dokładnym prowadzeniem bijaka w
stojakach młota oraz muszą posiadać masywną
podstawę w postaci szaboty. Szabota przejmuje
energię uderzenia bijaka, dlatego musi być ok.
10 – 15 razy cięższa od masy spadającej.
1
2
3
4
V
5
6
p
Schemat młota parowo-powietrznego
(podwojnego działania)
1- stojak, 2-szabota, 3-matryca, 4-bijak z tłoczyskiem
i tłokiem, 5-cylinder, 6-zasilanie powietrzem
Schemat młota hydrauliczno-gazowego
1- stojak, 2-szabota, 3-matryca, 4-bijak, 5- tłok, 6- cylinder z
akumulatorem gazowym, 7-pompa hydrauliczna, 8- zawór sterujący
2
1
4
3
5
8
6
V
7
Maszyny do kucia matrycowego - młot
podwójnego działania
Schemat matrycy wielowykrojowej do kucia na
młotach
1
’
-jaskółczy ogon, 3
’
, 4’-wykroje pomocnicze, 5
’
-
wykrój wstępnie matrycujący, 5
’
- wykrój matrycujący,
2-6 -kolejne fazy kształtowania
Odkuwka matrycowa jest to półwyrób, z
którego wykonuje się gotowe elementy
maszyn i wyroby metalowe za pomocą dalszej
obróbki ubytkowej.
Gniazdo do kucia odkuwek matrycowych
składające się z pieca indukcyjnego, młota
i prasy do okrawania
Piec
Prasa
Młot
Prasy mechaniczne
Prasy mechaniczne
Prasy mechaniczne stanowią obszerną grupę
maszyn
technologicznych
(
uniwersalnych,
specjalnych, specjalizowanych
) do wykonywania m.in.
operacji kucia i tłoczenia. Prasy wykonują
operacje technologiczne poprzez wywieranie
nacisku
suwakiem,
który
wykonuje
ruch
posuwisto-zwrotny.
Ze względu na mechanizm, który zamienia ruch
obrotowy na posuwisto zwrotny prasy dzielimy
na:
- korbowe (stosowane są do kucia matrycowego,
do tłoczenia),
- mimośrodowe ( powszechnie stosowane do
wykrawania,
gięcia, do kształtowania za pomocą różnych
operacji tłoczenia),
-
kolanowe
(stosowane
są
do
kucia
matrycowego),
- klinowe (stosowane są do kucia matrycowego),
- krzywkowe ( mechanizm tego typu stosowany
jest w prasach
automatycznych
wielosuwakowych
do
wykonywania wyrobów
z taśmy, drutu itp.),
- śrubowe (stosowane są do kucia matrycowego).
S
m
ax
S
m
in
Schematy napędów pras mechanicznych
a- korbowa, b- mimośrodowa, c- kolanowa, d- klinowa, e- krzywkowa, f- śrubowa
S
k
d)
S
k
S
e)
S
f)
S
b)
a)
S
S
c)
S
Prasy
mechaniczne
–
rodzaje
napędów pras
Prasy do kucia odkuwek matrycowych
Prasy do kucia odkuwek matrycowych
Kucie odkuwek na prasach mechanicznych jest
nieco
mniej
uniwersalne,
ale
za
to
charakteryzuje
się
większą
dokładnością
odkuwek i możliwością automatyzacji. Do
kucia stosuje się obudowy kuźnicze z
wkładkami
matrycowymi,
które
często
posiadają wypychacze.
Najczęściej do kucia na gorąco stosuje się
prasy mechaniczne korbowe, a na zimno
kolanowe i hydrauliczne.
Prasa kuźnicza korbowa charakteryzuje się
bardzo sztywną konstrukcją ramy oraz układu:
suwak – korbowód - wał korbowy – łożyska.
Suwak posiada przedłużone i wzmocnione
prowadzenie, co zapewnia mniejszą wrażliwość
na nie osiowe obciążenia, jakie występują przy
kuciu. Suwaki pras posiadają dolny punkt
zwrotny i dlatego mają zabezpieczenia przed
przeciążeniem: mechaniczne, elektryczne, a
duże
prasy
(nowoczesne)
posiadają
zabezpieczenia czujnikami nacisku.
Schemat konstrukcji prasy korbowej kuźniczej - Maxi
1- rama, 2- stół regulowany, 3- suwak, 4- korbowód, 5- wał korbowy, 6- hamulec,
7- sprzęgło, 8- przekładnia zębata, 9- Koło zamachowe, 10- przekładnia pasowa,
11- silnik, 12- dodatkowe prowadzenie suwaka, 13- wypychacz
4
2
3
1
5
6
9
10
7
8
11
3
4
12
13
Prasa
korbowa
do
kucia
matrycowego
Przyrząd do kucia
na prasach
1,2-obudowa,
5,6-wkładki
matrycowe,
7,8-uchwyty
mocujące,
9-słupy prowadzące,
10- tuleje
prowadzące,
11,12- wypychacze
Maszyny stosowane do tłoczenia
Maszyny stosowane do tłoczenia
Tłoczenie jest procesem technologicznym
obróbki plastycznej na zimno lub rzadziej na
gorąco, obejmujące kształtowanie różnych
elementów maszyn i wyrobów metalowych
wykonywanych z blach, taśm, rur, prętów i
drutu.
Następujące operacje tłoczenia wykonuje się
na prasach uniwersalnych i specjalnych :
-cięcie i wykrawanie
(na prasach
mimośrodowych
i specjalnych),
-kształtowanie
wytłoczek
(na prasach
specjalnych
korbowych i
mimośrodowych).
8
Schemat konstrukcji prasy mimośrodowej wysięgowej (PMS
)
1
2
16
5
4
3
6
7
e
1
15
A
13
12
14
9
10
11
A - A
12
A
Prasa mimośrodowa –
uniwersalna
1-korpus,
2-stół,
3-suwak,
4-bezpiecznik
mechaniczny,
5-mocowanie czopa,
6-przegub kulisty,
7-śruba regulująca,
8-korbowód,
9-tuleja
mimośrodowa-
nastawna
10-mimośród,
11- wał mimośrodowy,
12-sprzęgło mechaniczne,
13-hamulec,
14-koło zamachowe,
15-przekładnia pasowa,
16-silnik
Wykrojnik z
prowadzeniem
słupowym
1 - stempel,
2 - prowadzenie
taśmy,
3 - matryca,
4 - słup prowadzący.
Przykład przyrządu do wykrawania stosowanego na
prasach uniwersalnych
Schemat konstrukcji prasy korbowej jednopunktowej podwójnego działania
1- rama, 2- stół, 3- suwak, 4- korbowód, 5- wał korbowy, 6- hamulec, 7- sprzęgło
8- przekładnia zębata, 9- Koło zamachowe, 10- przekładnia pasowa, 11- silnik
12- układ krzywkowy, 13- suwak dociskacza
2
1
4
3
6
5
9
10
13
12
8
7
11
Prasa podwójnego działania do tłoczenia
wytłoczek z dociskaczem
Schemat konstrukcji prasy krawędziowej - hydraulicznej
1- korpus, 2- suwak, 3- prowadzenie suwaka, 4- siłownik, 5- matryca, 6- stempel, 7- układ hydrauliczny
1
4
3
5
6
7
2
Prasa hydrauliczna
– krawędziowa do wykonywania
kształtowników
Wyciskanie wyrobów długich z metali
Wyciskanie wyrobów długich z metali
nieżelaznych
nieżelaznych
Wyroby w postaci prętów
rur i kształtowników
z
aluminium i miedzi i ich stopów,
produkowane są przez wyciskanie współbieżne
na gorąco na specjalnych poziomych prasach
hydraulicznych.
Prasy posiadają naciski od 20 – 200 MN (2-20
tys. ton) i s są sterowane komputerowo.
Prędkość wyciskanego kształtownika wynosi
do 30m/min. Proces kształtowania polega na
wyciskaniu z pojemnika nagrzanego wlewka
(np. dla stopów Al w temp. 460-540
o
C) przez
matrycę z otworem o kształcie wyrobu. Do
wyciskania rur i kształtowników rurowych z
Al stosuje się specjalne matryce komorowe z
trzpieniami.
Wyciskanie wyrobów długich z metali
Wyciskanie wyrobów długich z metali
nieżelaznych
nieżelaznych
Proces wyciskania prowadzi się okresowo, w
którym
po
wyciśnięciu
jednego
wlewka
zostawiając „resztkę” wycofuje się tłoczysko i
wprowadza się do pojemnika następny wlewek.
Po wyciśnięciu wyroby wyciskane ze stopów Al
są prostowane przez rozciąganie i cięte na
odcinki oraz zwykle poddawane obróbce
cieplnej.
Schemat wyciskania współbieżnego
Schemat wyciskania współbieżnego
a) Schemat wyciskania prętów,
b) matryca płaska do wyciskania prętów,
c) matryca komorowa do wyciskania rur.
a)
b)
c)
Przykłady wyrobów wyciskanych ze
Przykłady wyrobów wyciskanych ze
stopów Al
stopów Al
Prasa do wyciskania wyrobów ze stopów
Prasa do wyciskania wyrobów ze stopów
Al
Al
Maszyny do ciągnienie
Maszyny do ciągnienie
Pręty, kształtowniki i rury ciągnione
wytwarza
się za pomocą ciągnienia przez ciągadło na
ciągarkach
ławowych
z
odpowiednio
przygotowanego wsadu. Drut wytwarza się z
walcówki (pręta walcowanego w kręgu) za
pomocą wielokrotnego przeciągania przez
ciągadło na ciągarkach bębnowych.
Schemat ciągnienia drutu i
prętów
i budowa ciągadła
1- część wejściowa,
2- część zgniatająca,
3- część kalibrująca,
4- część wyjściowa
P
Schemat konstrukcji ciągarki ławowej
1- korpus, 2- wózek, 3- łańcuch napędowy, 4 - przekładnia, 5- silnik, 6- stojak, 7- ciągadło, 8 - rura
7
6
1
2
3
4
5
8
Przykład maszyny do ciągnienia -
ciągarka
ławowa
