Obróbka plastyczna:
Produkcja: średnioseryjna, seryjna, masowa, wielkoseryjna
Podział ze na względu temperaturę:
Na gorąco
Na zimno
Granicą jest temperatura rekrystalizacji = ok 0.7 temperatury topnienia
Dla niektórych metali temperatura rekrystalizacji może być nawet w temperaturze pokojowej
Obróbka plastyczna zmienia postać materiałów: powoduje wydłużenie ziaren( ziarna włókniste)= poprawa własności wytrzymałościowych
Kucie: bardzo wytrzymałe elementy np. haki dźwigów
Zwiększona wytrzymałość
Elementy mające dużą wytrzymałość przy niskiej masie( korbowody)
Wały korbowe, rozrządcze, elementy odpowiedzialne
Duża część materiału przetworzona w gotowy wyrób
Mechanizm obróbki plastycznej: materiał odkształcany: przemieszczenie atomów w sieci krystalicznej: dyslokacje, przemieszczanie atomów w wakanse
Wzajemne klinowanie się dyslokacji: umocnienie materiały: wzrost oporu, usztywnienie
Mechanizm bliźniakowania: po przyłożeniu sił atomy układają się symetrycznie względem płaszczyzn bliźniakowania
Miary odkształceń plastycznych:
Zgniot: Z=(A0-A1)*100%/A0 zgniot krytyczny: granica odkształcenia powyżej której nie powinno się odkształceń, trzeba wykonać zdrowienie materiału, aby „zresetować” strukturę
Odkształcenie względne: E1=(l1-l0)/l0 E2=(b1-b0)/b0 E3=(g1-g0)g0 ΣE1,E2,E3=0
Objętość materiału podczas obróbki plastycznej się nie zmienia
Odkształcenia logarytmiczne: p1=ln(l1/l0) p2=ln(b1/b0) p3=ln(g1/g0)
Odkształcenia postaciowe: kąt pochylenia ścianki, ścinanie, skręcanie
Granica plastyczności materiału: wyznaczana w próbie osiowego ściskania lub rozciągania.
Naprężenie zastępcze: zredukowane:
$$\sigma h = \frac{\sqrt{2}}{2}\sqrt{\left( \sigma 1 - \sigma 2 \right)^{2} + \left( \sigma 2 - \sigma 3 \right)^{2} + (\sigma 3 - \sigma 1)\hat{}2}$$
Jeśli σh > σ(plastyczne): trwałe odkształcenie plastyczne
Hipotezy umacniania materiału:
Hipoteza ortogonalna: walec powiększa średnicę więc zwiększa się powierzchnia
Hipoteza Kinematyczna: Walec przemieszcza się w kierunku osi obciążenia, średnica się nie zwiększa
Podział obróbki plastycznej ze względu na procesy technologiczne:
Walcowanie
Kucie
Tłoczenie
Metody specjalne
2 sposoby przygotowania metariału:
Metalurgiczny(surówka>stal) – z rud żelaza: KOKS + ruda żelaza + topniki> surówka (6%C)> stal. Obecnie stosuje się technologię L-D (Linz Donawitz): konwertor z dyszą tlenową wypalanie zanieczyszczeń i nadmiaru węgla
Ze złomu w piecach: w procesach łukowych, wielki piec
Stal wlewa się we wlewki, następnie rozwalcowuje się na kęsiska>kęsy>walcowanie
Walcowanie: wzdłużne ciągłe(płaskie, kształtowe), poprzeczne
Walcowanie na gorąco: blachy grube.
Szerokość przy walcowaniu jest stała, zwiększa się długość, zmniejsza grubość
Kąt tarcia i kąt chwytu: dobrane tak, aby pasmo zostało wciągane w walce: kąt tarcia> kąt chwytu
Aby uzyskać odpowiednie zmniejszenie grubości należy więc zastosować szereg klatek walcowniczych w ciągu
Na gorąco walcujemy blachy >2mm grubości
Walcowanie cieńszych blach wykonujemy na zimno: wytrzymałość blachy jest większa niż na gorąco więc nie doprowadzamy do rozrywania blach
Stopniowe zwiększanie nacisku: poprzez zwiększenie siły lub zmniejszenie średnicy walców
Przy walcach o małej średnicy stosuje się podpory: walce o większej średnicy
Blachy są dostarczane w postaci kręgów: do produkcji wielkoseryjnej lub w arkuszach: przy mniejszej produkcji
Etapy produkcji kształtowników:
Walcowanie profilowe:
Walcowanie wstępne
Walcowanie kształtowe
Walcowanie profilowe
Walcowanie poprzeczne:
zastosowanie: gwinty, koła zębate, ślimaki, wielowypusty, wielokarby
Sposoby:
Walcowanie rolkami
Walcowanie zębatkami
Walcowanie szczękami o wewnętrznej powierzchni kształtującej
Walcowanie ślimakami( Maaga)
Walcowanie uderzeniowe profilowymi rolkami (Grooba)
Kucie:
Zmiana geometrii + zwiększenie wytrzymałości, scalanie mikropęknięć
Kucie:
Swobodne
Półswobodne
Matrycowe
Specjalne
Swobodne: jednostkowe i małoseryjne: możliwe kucie elementów o dużych gabarytach np. wały korbowe silników okrętowych
Operacje kucia swobodnego:
Wydłużanie, spęczanie, zginanie, skręcanie, odsadzanie,
Wielkość naddatków znacznie większa niż przy kuciu półswobodnym lub matrycowym (większe naddatki na obróbkę skrawaniem w oparciu o normy)
Kucie półswobodne: bardziej złożone kształty, proste narzędzia podtrzymujące
Kucie matrycowe: stosuje się matrycy
Wysoki koszt matrycy: tylko do wytwarzania dużych ilości odkuwek
Kucie matrycowe zapewnia większą jakość i mniejsze naddatki
Matryce są wykonywane ze stali narzędziowej do pracy na gorąco: duża odporność na ścieranie, duża udarność, mała rozszerzalność temperaturowa
Aby zmniejszyć ścieranie stosuje się smary np. grafitowe
Etapy kucia korbowodu: materiał wyjściowy>wydłużanie>podkuwanie>gięcie>matrycowanie wstępne> matrycowanie wykańczające
Kucie nie zapewnia dokładności powierzchni ani chropowatości
Żeliw się nie kuje, tylko odlewa
Kuje się stalowe półfabrykaty
Płaszczyzna podziału matrycy: najlepiej przez największy przedmiot, jak najbliżej połowy przedmiotu.
W kuciu konieczne jest stosowanie pochyleń i innych naddatków technologicznych
Nie kujemy otworów na wylot: pozostawiamy denko i wypływkę
Przy rysunku technicznym odkuwki podajemy:
Materiał, klasę odkuwki, wskaźnik trudności materiału, masę odkuwki, wskaźnik zawartości kształtu, niezwymiarowane promienie, twardość materiału, tolerancje zgodne z normą
Proces technologiczny odkuwania: określenie materiału wejściowego: kształtownika, określenie objętości wraz z naddatkami.
W trakcie kucia na gorąco: utlenianie powierzchni
Matryca zamknięta: proste kształty, brak wypływki: 100% materiału przerobiona na odkuwkę
Matryca otwarta: powstaje wypływka
Maszyny kuźnicze:
Młot parowo-powietrzny
Prasa śrubowa
Prasa korbowa typu Maxi
Prasa kolanowa
Rodzaje kucia matrycowego:
Kucie na młotach
Kucie na prasach(śrubowych, korbowych, kolanowych, hydraulicznych)
Kucie na kuźniarkach
Kucie na maszynach specjalnych: automatach kuźniczych, walcach kuźniczych, kowarkach
Matryca: posiada jaskółczy ogon wchodzący w suwak
Młoty spadowe: energia potencjalna młota(bijaka)
Młoty łańcuchowe, deskowe, resorowe
Najczęściej stosuje się młoty parowo-powietrzne i prasy śrubowe
Kuźniarki: do zakuwania końcówek elementów np. półosi samochodowych.
Kowarki: odkuwanie profili mających zbieżność na długości np. lufy pistoletowe.
Automaty kuźnicze: do wielkoseryjnej produkcji np. śrub, nitów
Wyciskanie:
Wyciskanie współbieżne, przeciwbieżne, dwukierunkowe
Współbieżne: wypływanie w kierunku pobijania, przeciwbieżne: w 2 stronę
Elementy wyciskane: skomplikowane przekroje otwarte i zamknięte, rury kanalizacyjne
Przepychanie, ciągnienie: druty
Siła i praca ciągnienia: siła musi być mniejsza niż wytrzymałość na rozciąganie: trzeba stosować szereg coraz mniejszych otworów
Po osiągnięciu zgniotu krytycznego, w celu dalszej obróbki materiał musimy wyżarzyć
Przepychanie: materiał wpychany do oczka redukującego średnicę
Tłoczenie: kształtowanie materiałów cienkich (wymiar grubości zdecydowanie mniejszy od innych): blachy
Tłoczniki współpracujące z prasami. Produkcja seryjna, wielkoseryjna i masowa
Tłoczenie: z utratą lub bez utraty spójności
Cięcie: odcinanie, wycinanie, dziurkowanie, przycinanie, okrawanie, nacinanie, wygładzanie
Gięcie: wyginanie, zwijanie, zawijanie
Kształtowanie: profilowanie, prostowanie, wygniatanie, wytłaczanie, przetłaczanie, dotłaczanie, wyciąganie, obciąganie, wywijanie, dociskanie, rozpęczanie, wybijanie
Tłoczniki proste: jednozabiegowe
Tłoczniki złożone: wielozabiegowe wielotaktowe lub wielozabiegowe jednoczesne
Układy wykrojów: różne w zależności od wymiarów wykrojów, wymiarów blachy i wymaganych powierzchni: dąży się do uzyskania jak najlepszego wykorzystania materiału
Współczynnik wykorzystania materiału:
P(wykroju)*ilość wykrojów*100%/P(pasa materiału=współczynnik wykorzystania materiału
Siły podczas cięcia na wykrojnikach:
Siły rozciągające powodują kruche pękanie
Siły ściskające: korzystne, prowadzą do uplastycznienie
Tłocznik: wykonany ze znormalizowanych elementów:
Skrzynka tłoczna, korpus tłocznika, czop, elementy prowadzące, płytka górna, dolna, elementy prowadzące pasmo materiału, kołki ustalające, listwy prowadzące, element dociskowy(ze sprężyną talerzową, spiralną, spiralną na regulowanej śrubie)
Skok ustala się kołkiem oporowym lub przy pomocy noża bocznego i zderzaka.
Nóż boczny odcina odpowiednią długość blachy: potem odciętą powierzchnię dosuwamy do zderzaka. Skok równy długości noża bocznego, stosuje się do blach poniżej 1mm grubości
Gięcie: najlepiej prostopadle do kierunku walcowania: jeśli się nie da to kąt musi być >=300od kierunku walcowania
Rysunek konstrukcyjny tłocznika musi być wykonany w skali 1:1
Wysokość zamknięta prasy: maksymalne wychylenie w dół (pozycja dolna)
Przy cięciu, siła nacisku prasy musi być większa niż siła cięcia
Skok musi być niezbyt duży, lecz na tyle długi, aby pozwolić na przesunięcie materiału do kolejnej pozycji cięcia
Tłoczniki pracują zazwyczaj z prasami mechanicznymi mimośrodowymi: PMS lub PMP
Prasa: korpus spawany/odlewany, silnik elektryczny, przekładnia pasowa, wał mimośrodowy z kołem zamachowym
Zabezpieczenie przed przeciążeniem: koło zamachowe przenosi moment obrotowy na wał (i na odwrót) przez kołek pracujący na ścinanie: przy przeciążeniu kołek się ścina i koło zamachowe kręci się niezależnie od wału i tym samym suwaka
W stole prasy: otwór na spadające wypadające wykrojki
Tłocznik posiada czop stożkowy, po przykręceniu nakładki z odpowiadającym stożkiem, tłocznik nie ma szans wypaść z suwaka
Płyta stołu: dolna płyta tłocznika przymocowana do stołu za pomocą śrub teowych w rowkach teowych
W prasie mimośrodowej skok reguluje się za pomocą dokręcanego mimośrodu tulei, na mimośród wału nie mamy wpływu.
Wysokość suwaka reguluje się za pomocą wydłużania i skracania korbowodu łączącego mimośród z suwakiem prasy (regulacja długości śruby z nakrętką zabezpieczającą)
W produkcji wielkoseryjnej lub masowej: podawanie automatyczne, prasa ciągła.
Produkcja seryjna lub małoseryjna: ręczne przemieszczenie, prasa uruchamiana przez pracownika (naciśnięcie pedału), po każdym cyklu prasa się zatrzymuje w górnym położeniu
Optymalizacja sił w tłoczniku: czop powinien być ustawiony w 1 osi z wypadkową siłą reakcji wywoływaną cięciem, aby zminimalizować momenty działające na prowadnice wydłużając trwałość narzędzi.
Metoda analityczna: element (figury geometryczne, których krawędzie wykrawają blachę) o złożonych kształtach dzielimy na proste fragmenty, rysujemy w dowolnym punkcie układ XY, obliczamy siły reakcji od poszczególnych odcinków: obliczamy środek ciężkości odcinków, wyznaczamy odległości środków ciężkości od osi x i y.
Znajdujemy przemieszczenie osi x i y tak, aby przechodziły one przez środek ciężkości figury
X0=√(x1*l1+x2*l2+x3*l3+…/(l1+l2+l3+…)) y0=√(y1*l1+y2*l2+y3*l3+…./(l1+l2+l3+…))
Przesunięty układ wyznacza punkt reakcji siły odcięcia: przez ten punkt powinna przechodzić oś czopa.
Przy złożonym układzie figur: znajdujemy środki ciężkości poszczególnych figur, potem znajdujemy środek ciężkości układu figur: jest to punkt wypadkowy siły cięcia
Metoda graficzna: jak na GW: rysujemy jakieś ..uje muje i mamy wyznaczony punkt
Gięcie: wyginanie, zaginanie, zginanie
Układ naprężeń: naprężenia rozciągające na zewnątrz, ściskające wewnątrz
WARSTWA OBOJĘTNA: naprężenia podczas zginanie nie występują
Krzywizna =1/R
Największe naprężenia występują na skrajach materiału. Po przekroczeniu naprężeń sprężystych: otrzymujemy odkształcenie plastyczne: materiał nie wróci do stanu początkowego
Im bliżej warstwy obojętnej tym większy stosunek odkształceń sprężystych do odkształceń plastycznych
Minimalny promień gięcia: przy próbie gięcia z mniejszym promieniem: przerywanie ciągłości materiału, pękanie
Warstwa obojętna nie przebiega przez środek symetrii, zależy ona od promienia krzywizny i grubości materiału.
Znając położenie warstwy obojętnej możemy wyznaczyć długość materiału który musimy giąć aby otrzymać pożądany produkt
Narzędzia do gięcia:
Tłoczniki: matryce i stemple
Matryce do wyginania, matryce do zaginania
Kąt sprężynowania: rozgięcie ramion po usunięciu z tłocznika
Projektując narzędzia do gięcia musimy uwzględnić kąt sprężynowania.
Kąt sprężynowania możemy również zminimalizować lub się go pozbyć przez eliminację warstwy obojętnej przez zwiększenie naprężeń np. przez przymocowanie i rozciąganie końców blach tak, aby w każdym puncie jej gięcia występowały naprężenia plastyczne.
Gięcie z dotłaczaniem
Obliczanie długości materiału przed gięciem: po warstwie obojętnej: odcinki proste sumujemy, dodajemy długości łuków warstwy obojętnej: l=R*a(rad)
Gięcie na prasach krawędziowych: długie elementy
Gięcie na walcach
Kształtowanie wytłoczek o powierzchni nierozwijalnej:
http://www.pg.gda.pl/~rskoblik/tm/pliki/C11PLTloczenie.pdf
Metoda analityczna
D=√(d^2 + 4d(h+h’)
D-średnica krążka materiału wyjściowego
d- średnica wytłoczki
h- wysokości konstrukcyjna wytłoczki
h’- naddatek na cięcie(wygładzanie)
Metoda graficzna
Metoda analityczno-graficzna
Rm=(r1*l1+r2*l2+r3*l3+…rn*ln)/L- średni promień czy coś takiego
D=√(8RmL)
Obliczanie wymiarów materiału wyjściowego do operacji kształtowania elementów prostokątnych, owalnych, eliptycznych
Przy kształtowaniu potrzebujemy odpowiedniej ilości materiału:
Wystarczająco dużej, aby w materiale końcowym nie było luk ani niedoborów
Odpowiednio małej, aby nie zwiększała niepotrzebnie oporów kształtowania, które mogą nawet doprowadzić do zerwania materiału
Wytłaczanie:
Naprężenia obwodowe: fałdowanie kołnierza, brak stabilności procesu
Dociskacz zapobiega sfałdowaniu
Umacnianie podczas odkształcenia: siła rośnie do siły maksymalnej
W zależności od D/d: modułu ciągnięcia: 5 różnych zakresów które ustalają, w którym momencie mamy przerwać tłoczenie aby proces był stabilny
Przy tłoczenia na duże głębokości należy robić to stopniowo: wytłaczanie> max 4x przetłaczanie>wyżarzanie rekrystalizująca>wytłaczanie>….
Rodzaje uszkodzeń wytłoczek:
Zerwanie dna wytłoczki: za duży stosunek D/d: średnicy po tłoczeniu do średnicy przed tłoczeniem
Obwodowe pęknięcie ścianki boczne
Sfałdowanie ścianki bocznej: zbyt mała siła dociskacza
Wzdłużne pęknięcie ścianki bocznej: osiągnięcie zgniotu krytycznego(maksymalnego utwardzenia) i próba dalszego tłoczenia bez wyżarzenia
Stosowanie progów ciągowych(żeber): zwiększa opory kształtowania(pozytywne): bardzo często stosowane przy wytłoczkach niesymetrycznych: w miejscach gdzie są małe siły kształtowania
Wywijanie: określa się maksymalną wysokość wywinięcia powyżej której nastąpiłoby zerwanie
Aby uzyskać większe wywinięcie: najpierw należy przetłoczyć wytłoczkę a następnie wywinąć wytłoczkę.
Im mniejszy promień zaokrąglenia otworu lub krawędzi zewnętrznej tym trudniejsze wywijanie(zmniejsza się maksymalna wysokość wywinięcia)
Wyciąganie: zmniejszanie grubości przy zwiększeniu długości: ważny zgniot krytyczny
Technologie specjalistyczne:
Hydroforming: ciśnienie cieczy odkształca materiał do kształtu formy
Kształtowanie z ultradźwiękiem: ultradźwięki zwiększają aktywność atomów w sieciach krystalograficznych: ułatwienie dyskolacji, spada opór plastycznego kształtowania: stosuje się do materiałów trudno odkształcalnych
Kształtowanie w polu elektrycznym lub elektrostatycznym: taka sama sytuacja
Kształtowanie wybuchowe: wybuch powoduje zwiększenie ciśnienia cieczy: wywołanie ogromnego nacisku na metal
Przydatne strony: http://www.e-technolog.pl/index3ddc.html?menu=3
http://www.pg.gda.pl/~rskoblik/tm/pliki/C11PLTloczenie.pdf
http://www.metalplast.pwr.wroc.pl/pliki/lab7.pdf
Powodzenia ;)