Wyroby uzyskiwane metodą obróbki plastycznej uzyskuje się w wyniku trwałych odkształceń materiału.
Odkształceniem trwałym nazywamy takie odkształcenie, które pozostaje w materiale po odciążeniu sił zewnętrznych, które spowodowały to odkształcenie.
ZALETY obróbki plastycznej:
1. B. duża oszczędność materiału, wynosząca od 20 do 80% w stosunku do wyrobów uzyskiwanych metodą obróbki skrawaniem ( poprzez toczenie, frezowanie, wiercenie ).
2. B. duża wydajność procesu.
3. Podczas kształtowania wyrobów uzyskuje się b. wysokie własności mechaniczne: granicę plastyczności i wytrzymałość na rozciąganie.
4. Duża powtarzalność kształtów i wymiarów wyrobów produkowanych seryjnie.
5. Obróbka plastyczna jest jedyna metodą stosowanych technologii, w której wykonuje się wytłoczki karoseryjne cienkościenne.
6. B. duża wytrzymałość zmęczeniowa w przypadku wykonywania wyrobów np. wałów wykorbionych do silników samochodowych lub okrętowych pracujących przy b. zmiennych i dużych obciążeniach.
WADY obróbki plastycznej:
1. B. duży koszt maszyn oraz urządzeń mechanizujących lub automatyzujących procesy technologiczne.
2. Duża sztywność produkcji-długi czas jej uruchomienia ze względu na konieczność wykonania modelowych narzędzi przy uruchomieniu produkcji.
METODY OBRÓBKI PLASTYCZNEJ, w zależności od kształtów i wymiarów wyrobów oraz serii ich produkcji:
Walcowanie, kucie swobodne i matrycowe, wyciskanie, ciągnienie oraz wykonywanie wyrobów cienkościennych poprzez cięcie, gięcie wytłoczek z blach, ciągnienie poprzez wytłaczanie i przetłaczanie oraz wyciąganie wytłoczek z pocienioną ścianką.
WALCOWANIE
W procesach walcowania materiał zmienia swój kształt i wymiary w wyniku działania sił nacisku walcy na odkształcony materiał.
Sposoby walcowania:
* w. wzdłużne, w którym materiał odkształcany wykonuje ruch postępowy w stosunku do obracających się walcy w kierunkach przeciwnych, a ruch postępowy materiału jest spowodowany działaniem sil tarcia na powierzchni styku walcy z materiałem.
Wyroby walcowe uzyskiwane w trakcie w.w.:
-pręty okrągłe ( 8m<D<200mm), pręty kwadratowe (a=7-140mm), kształtowniki(kątowniki, ceowniki, teowniki, dwuteowniki, szyny)
-rury(d=8-508mm)
-blachy grube (o grubościach g>4,75mm) i cienkie (g=0,4-4mm) walcowane w arkuszach
-blachy cienkie oraz taśmy zimno walcowe (g=0,008-4mm) zwijane w pręgi na zwijarkach
* w. poprzeczne, w którym materiał obraca się zgodnie z kierunkiem obrotu walcy. Wykonywanie: gwintów na śrubach oraz wałków uzębionych lub uzębień kół zębatych.
* w. skośne, w którym osie walcy są nachylone względem siebie pod kątem α, gdy α=3-8° to materiał kształtowy przemieszcza się postępowo oraz obrotowo. Wykonywanie: tuleje grubościenne o dużych średnicach , które w dalszej produkcji wykorzystuje się do wykonywania rur o małych średnicach i grubościach ścianek oraz kulek do łożysk.
CIĄGNIENIE
Polega na przeciąganiu siłą osiową materiału poprzez ciągadło (narzędzie). Cel:
-zmniejszenie przekroju lub średnicy wyrobów,
-uzyskanie b. dużej gładkości powierzchni (niskiej chropowatości) oraz dokładnych wymiarów wyrobu
-znaczne zwiększenie własności mechanicznych uzyskiwanych wyrobów
Przy ciągnieniu prętów kwadratowych lub okrągłych proces ciągnienia prowadzi się na ciągarkach ławowych bez zwijania materiału na bębnach.
Ciągnienie prętów o małych średnicach odbywa się przy b. dużych prędkościach ciągnienia zależnych od średnicy drutu. Przy małych średnicach drutu wykonywanych z miedzi prędkość ta wynosi v=50m/s, a proces ciągnienia wykonuje się na ciągarkach nawijając ciągniony drut na bębny stożkowe, które eliminują pękanie drutu.
CIĄGNIENIA RUR
Celem c.r. jest znaczne zmniejszenie średnicy zewnętrznej rury oraz zwiększenie grubości jej ścianki.
Sposoby ciągnienia rur:
1) C. swobodne, w którym zmniejsza się średnica zewn. I o niewielką wielkość zwiększa się grubość ścianki. Zmniejszenie rury o 10mm powoduje przyrost grubości ścianki tylko o 0,1mm. Maksymalne zmniejszenie przekroju po przejściu rury przez ciągadło nie może przekroczyć 25%(bo następuje pękanie rury)
2) C. na trzpieniu długim przemieszczającym się wraz z rurą - możliwe zmniejszenia zarówno średnicy jak i grubości ścianki rury.
3) C. na trzpieniu krótkim.
4) C. na trzpieniu ruchomym (korku swobodnym)- stosuje się przy ciągnieniu rur o b. małych średnicach i grubościach ścianki.
KUCIE SWOBODNE
W procesie tym zgniatany materiał siłą osiową zmniejsza swoją wysokość i przemieszcza się swobodnie w kierunku promieniowym do działającej siły. K.S stosuje się przy wykonywaniu wyrobów (odkuwek) o dużych wymiarach gabarytowych oraz dużych naddatkach na obróbkę skrawaniem.
W procesie K.S uzyskuje się różne kształty odkuwek:
- pręty o przekrojach okrągłych lub kwadratowych ze stali narzędziowych, które w dalszej produkcji wykorzystuje się do wyrobu noży tokarskich, frezów oraz wierteł lub odkuwki w postaci sześcianów lub prostopadłościanów, z których wykonuje się narzędzia do obróbki plastycznej (matryc i stempli)
- tulei lub pierścieni
- wałów wykorbionych do silników okrętowych
W procesach K.S stosuje się następujące operacje:
* spęczanie swobodne (zwiększa się średnica i zmniejsza się wysokość)
* wydłużenie swobodne (zwiększa się długość materiału i zmniejsza przekrój poprzeczny)
* dziurowanie (przebijanie otworów w tulejach lub pierścieniach)
* zgrzewanie (spajanie) dwóch detali poprzez spęczanie materiału
* gięcie lub skręcanie wcześniej wykonanych odkuwek
KUCIE MATRYCOWE
Charakteryzuje się tym, że nagrzany materiał wyjściowy dokładnie wypełnia wykroje matrycy ruchomej i nieruchomej. W zależności od kształtu produkowanych odkuwek, ich wymiarów oraz serii produkcji stosuje się różne maszyny kuźnicze:
* młoty parowo-powietrzne o v=6m/s
* młoty napędzane azotem o v=50m/s
* prasy: korbowe, śrubowe, śrubowo-hydrauliczne
* kuźniarki: prasy o podwójnym napędzie dźwigniowo-kolanowym oraz korbowym
* automaty kuźnicze o b. dużych wydajnościach.
Typowe kształty odkuwek kształtowanych matrycowo:
I grupa: odkuwki o zarysie okrągłym lub kwadratowym
II grupa: odkuwki wydłużone, których długość jest większa od największej szerokości
a) odkuwki z linia podziału prostą
b) -||- wygiętą
c) -||- prostą i osią główną wygiętą
d) -||-wygiętą i osią główną prostą
e) o. z rozwidleniami
f) o. z odgałęzieniami (stosowane w armaturze przemysłowej)
Linia podziału- linia łącząca wykrój matrycy ruchomej i nieruchomej.
Oś główna- linia łącząca środki ciężkości przekrojów odkuwki wzdłuż jej długości.
Każda z wymienionych grup wymaga innego sposobu opracowania technologii kształtowania, tak aby zużycie materiału było b. małe.
KSZTAŁTOWANIE BLACH LUB TAŚM ZIMNOWALCOWYCH
Do podstawowych operacji kształtowania wyrobów cienkościennych zaliczamy cięcie, gięcie wytłoczek z blach, tłoczenie ( ciągnienie - wytłaczanie i przetłaczanie) oraz wyciąganie wytłoczek z pocienioną ścianką.
CIĘCIE
Polega na oddzieleniu jednej części materiału względem drugiej w wyniku naruszenia sił spójności (pękania). Warunkiem koniecznym w trakcie cięcia jest przekroczenie w materiale naprężeń ścinających
Rt=0,8*Rm , gdzie Rm to wytrzymałość materiału na rozciąganie.
Sposoby cięcia blach:
1. C. na nożycach gilotynowych
2. C. na nożycach krążkowych
3. C. na nożycach skokowych - dowolne wycinane kształty detali o wytrasowanej części lub po wzorniku
4. C. na wykrojnikach (narzędziach) montowanych na prasach - dowolne kształty wycinanych detali o dużych dokładnościach wymiarowych oraz wysokiej dokładności powierzchni cięcia.
Dokładność i jakość powierzchni cięcia zależą od luzu „L” pomiędzy krawędziami wkładki tnącej i stempla. Wielkość luzu przyjmuje się w zależności od grubości blachy „g” oraz rodzaju materiału. Luzy są proporcjonalne do grubości i znacznie mniejsze luzy przyjmuje się dla materiałów o dużej plastyczności (miedź, aluminium, stale niskowęglowe o zawartości węgla <= 0,25%)
Podstawowe operacje cięcia na wykrojnikach:
*wycinanie (wykrawanie)
*okrawanie (usunięcie naddatku na czole kształtowanej wytłoczki lub na jej kołnierzu)
*nadcinanie
*wygładzanie (usunięcia b. małego naddatku w celu uzyskania b. wysokiej jakości powierzchni wyrobu)
*dziurkowanie (wycinanie otworów)
Sposoby ułożenia wycinanego detalu w pasie blachy lub taśmy: układ prosty, pochyły (skośny), naprzemianległy, złożony (stosowany przy wycinaniu dwóch różnych kształtów detali, ale o tej samej grubości, z tego samego materiału i zbliżonej serii ich produkcji)
GIĘCIE WYTLOCZEK Z BLACHY:
Wytłoczki gięte uzyskuje się w wyniku trwałych odkształceń materiału na promieniu gięcia „r”, a pozostałe strefy materiału są w stanie sprężystym.
Sposoby cięcia blachy:
1. Gięcie wzdłużne na walcach
2. Poprzez walcowanie poprzeczne - uzyskuje się tuleje grubościenne o b. dużych średnicach, stosowane np. w wymiennikach ciepła.
3. Poprzez ciągnienie - stosuje się przy produkcji tulei cienkościennych dzielonych o b. małych grubościach ścianki, które wykorzystuje się np. w produkcji pomp.
4. Gięcie w tłocznikach (narzędziach) na prasach
TŁOCZENIE (CIĄGNIENIE) WYTŁOCZEK:
W procesie ciągnienia z płaskiego półfabrykatu uzyskuje się wytłoczki o nierozbijalnych kształtach geometrycznych, tzn. takich, że nawet poprzez pocięcie wytłoczek i ich prostowanie nie uzyska się kształtu i wymiaru użytego do tłoczenia półfabrykatu.
Pierwszą operacje tłoczenia wytłoczki z płaskiego półfabrykatu nazywamy wytłaczaniem. W operacji wytłaczania można uzyskać maksymalną względną wysokość wytłoczki: h/d=0,7 - 0,8 , ponieważ stosowane siły nacisku wytłaczania SA b. duże i powodują oderwanie dna wytłoczki od pozostałej części. Dalsze stopniowe zmniejszanie średnic wytłoczek i zwiększanie ich wysokości nazywamy przetłaczaniem.