Ćwiczenie 3 KUCIE 1. WSTĘP

Transkrypt

1 50 Ćwiczenie 3 KUCIE Celem ćwiczenia jest: - oznanie odstawowych oeracji kucia swobodnego, - oznanie rodzajów konstrukcji matryc stosowanych do kucia, sosobu określania sił kucia i odkształcania metalu w kuciu matrycowym, - oznanie czynników technologicznych decydujących o rawidłowym rzebiegu rocesu kucia i właściwościach otrzymywanych wyrobów. 1. WSTĘP W rocesie kucia materiał jest odkształcany trwale na gorąco lub na zimno od działaniem uderzeń młota, nacisku rasy lub walców. W chwili uderzenia bijaka o metal (omijając straty energii) energia kinetyczna bijaka jest zamieniana na racę odkształcenia lastycznego. Wyrób uzyskany w wyniku kucia nazywa się odkuwką, jeżeli roces kucia jest wykonywany w kilku oeracjach to odkuwka o ierwszym kuciu nazywa się rzedkuwką w drugiej oeracji (w kolejnych jest tak samo). Wsadem do rocesów kucia mogą być wlewki, kęsiska, kęsy oraz ręty. Odkuwki charakteryzują się: kształtem i wymiarami zbliżonymi do gotowej części, drobnoziarnistą strukturą, włóknistym rozkładem zanieczyszczeń, odwyższonymi własnościami mechanicznymi w stosunku do materiału wyjściowego. Podstawową decyzją o zastosowaniu kucia zamiast innych technologii wykonania (n. odlewania) są wymagania dotyczące leszych właściwości mechanicznych. Z odkuwek wykonuje się najbardziej odowiedzialne części maszyn, jak wirniki turbi-

2 51 nowe, wały okrętowe, wały korbowe, korbowody, elementy układu kierowniczego, haki i inne. W zależności od kształtu narzędzi i sosobu ich oddziaływania na odkształcany metal kucie dzielimy na: swobodne o w kowadłach łaskich, o w kowadłach kształtowych (ół swobodne), matrycowe: o w matrycach otwartych, o w matrycach zamkniętych. a) b) c) Rys. 1. Oeracja kucia swobodnego: a) w kowadłach łaskich b) i c) w kowadłach kształtowych Kucie swobodne w kowadłach łaskich (rys. 1a) charakteryzuje się odkształceniem metalu rzez zgniatanie go miedzy owierzchniami kowadeł dolnego i górnego. W rocesie tym łynięcie metalu na boki jest nieograniczone, rzez co owstają nierównomierne ola odkształceń owodujące w ewnych częściach odkształcanego rzedmiotu narężenia rozciągające. Taki stan narężeń może w ewnych rzyadkach sowodować rzejście z trójosiowego ściskania w różnoimienny stan narężenia (rys. 5), co znacznie ogarsza lastyczność metalu, co z kolei rzy większych odkształceniach może dorowadzić do rozerwania sójności cząstek i ojawienia się ęknięć. Kucie swobodne w kowadłach kształtowych (rys. 1b, c) charakteryzuje się swobodnym wydłużeniem metalu, natomiast jego rozszerzanie jest częściowo ograniczone bocznym naciskiem ścianek narzędzia. W tym rzyadku owstające narężenia rozciągające są mniejsze, a lastyczność materiału większa niż w rzyadku kucia w kowadłach łaskich.

3 52 Rys. 2. Kucie w matrycach: a) matryce otwarte b) matryce zamknięte Kucie w matrycach otwartych (rys. 2a) charakteryzuje się tym, że rozszerzanie materiału jest częściowo ograniczone bocznym naciskiem ścianek na narzędzia. W orównaniu z kuciem w kowadłach łaskich jednostkowy nacisk jest 1,5-3 razy większy, a lastyczność metalu znacznie lesza. Przedkuwka ma większą objętość od gotowego wyrobu, nadmiar materiału w trakcie rocesu kucia wyełnia rowek na wy ływkę. W rzyadku wykonywania odkuwek o złożonych kształtach rozkład odkształceń jest nierównomierny, co srzyja wytwarzaniu się dość znacznych narężeń rozciągających. W takich rzyadkach w celu zaobieżenia owstawania ęknięć wykonuje się odkuwki z rzedkuwek. Kucie w matrycach zamkniętych (rys. 2b) charakteryzuje się tym, że rozszerzanie materiału jest ograniczone ściankami narzędzia. Powoduje to owstawanie w całej objętości materiału trójosiowego ściskania. Jednostkowy nacisk odkształcenia jest dwukrotnie większy niż w rzyadku kucia w matrycach otwartych. Najważniejsze arametry rocesu kucia: temeratury nagrzewania materiału, rędkości odkształcenia. Rys. 3. Zakres temeratur kucia dla stali węglowych, 1-3 ółwyroby cienkie, 1-2 ółwyroby grube[2]

4 53 Temeratura nagrzewania materiału. Procesy kucia dla większości metali i stoów wykonuje się na gorąco, ma to na celu zmniejszenie nacisków otrzebnych do kształtowania dzięki zmniejszeniu narężenia ulastyczniającego oraz zwiększeniu wartości odkształcenia granicznego (owodującego ękanie materiału). Patrz laboratorium Odkształcanie na zimno i wyżarzanie materiałów. Na rysunku 3 rzedstawiono zakres temeratur kucia dla stali węglowej. Z uwagi na możliwość owstawania znacznych różnic temeratur, rocesy nagrzewania dzieli się na rocesy nagrzewania wsadu cienkiego i wsadu grubego. Wsadem cienkim nazywane są rzedmioty, w których różnica temeratur owierzchni i środka jest nieznaczna i nie może sowodować owstania niebeziecznych narężeń cielnych. Wsadem grubym (masywnym) nazywane są rzedmioty, w których odczas szybkiego grzania wystęują duże narężenia mogące sowodować ęknięcia materiału. Jakość odkuwek, ich właściwości i struktura, w dużym stoniu zależą od rawidłowego nagrzewania materiału. Nieodowiednie nagrzewanie materiału rowadzi do rzegrzania i rzealenia oraz nadmiernego utlenienia jego owierzchni. Prędkość odkształcania. Wływ rędkości odkształcania na wzrost narężenia ulastyczniającego rzy obróbce na gorąco jest znacznie większy niż rzy obróbce na zimno. Przy obróbce na gorąco zachodzą równocześnie dwa rocesy działające rzeciwnie na oór lastyczny: umocnienie i zdrowienie. Szybkość umocnienia wyznacza się szybkością odkształcania, a szybkość zdrowienia szybkością rekrystalizacji, zależną od temeratury. W zależności od wzajemnej szybkości obu rocesów oór lastyczny rzy danej temeraturze zmienia się. Jeżeli szybkość odkształcania jest zbyt duża i roces odkształcania zbyt krótki, to metal nie zdąży zrekrystalizować i będzie stawiał znaczny oór lastyczny. Zmniejszenie rędkości odkształcania, a więc rzedłużenie czasu trwania rocesu, owoduje zatem odobny skutek jak zwiększenie temeratury. Przy kształtowaniu na rasach i młotach rędkość odkształcania mieści się w granicach s KUCIE SWOBODNE Kucie swobodne może być realizowane ręcznie lub maszynowo. Do najczęściej stosowanych oeracji kucia swobodnego należą: sęczanie, wydłużanie, rzebijanie, oszerzanie, wgłębianie, rzebijanie, rozkuwanie, odsadzanie, rzesadzanie, gięcie, rzecinanie, skręcanie, zgrzewanie. Sęczanie jest oeracją mającą na celu zwiększenie rzekroju orzecznego materiału kosztem zmniejszenia jego wysokości lub długości (rys. 4). Oeracja ta może być wykonywana na całej wysokości (długości) rzedmiotu lub jedynie w określonych jego miejscach (sęczanie miejscowe) (rys. 4c, d, e). Sęczanie materiału owoduje zgrzanie ęcherzy, rzadzizn i nieciągłości znajdujących się we wlewkach.

5 54 Rys. 4. Główne oeracje sęczania Materiał o kształcie walcowym, w wyniku sęczania swobodnego rzyjmuje kształt baryłkowaty, który jest zależny w znacznej mierze od tarcia wystęującego miedzy narzędziem a metalem. Ze wzrostem wsółczynnika tarcia baryłkowatość zwiększa się. Czynnikami wływającym na baryłkowatość są również: ochłodzenie sęczanego materiału w otoczeniu stykających się z nim chłodniejszych kowadeł, rodzaj materiału, temeratura kucia, szybkość odkształcania, rodzaj uderzenia (ojedyncze czy seryjne), smukłość wsadu (określana stosunkiem h/d ) oraz stoień gniotu. Smukłość wsadu nie owinna rzekroczyć 2,5, rzy sęczaniu rostoadłościanu stosunek wysokości do mniejszego boku odstawy nie owinien rzekraczać 3,5. Przy większych wartościach łatwo może nastąić wyboczenie, którego usunięcie wymaga dodatkowych oeracji. W ionowym rzekroju sęczonej róbki cylindrycznej można wyodrębnić trzy obszary odkształceń (rys. 5). Obszar I, rzylegający do łaszczyzn czołowych odkuwki, odkształca się najmniej, jest to wynikiem tarcia materiału o narzędzie. Największe odkształcenia zachodzą w obszarze II, rzy czym rzejście z obszaru I do II nastęuje w sosób ciągły, tak że brak miedzy nimi wyraźnej granicy. Obszar III jest obszarem średnich odkształceń. a) b) Rys. 5. Nierównomierność łynięcia materiału rzy kuciu swobodnym: a) widoczna zniekształcona wskutek kucia siatka rostokątna b) obszary odkształceń i stan narężeń w oszczególnych strefach; I obszar małych odkształceń II i III obszary dużych odkształceń

6 55 Nierównomierne odkształcanie się metalu rzy sęczaniu ogarsza jakość wyrobu i owoduje: nierównomierne umocnienie materiału rzy sęczaniu na zimno, zróżnicowanie wielkości ziarna rzy sęczaniu na gorąco w różnych częściach odkuwki, ograniczenie stonia odkształcenia rzy sęczaniu. W celu obniżenia nierównomierności odkształcenia stosuje się nastęujące środki i metody: dużą gładkość racujących części narzędzia, odgrzanie narzędzia do temeratury C, smarowanie racujących łaszczyzn narzędzia. Dla materiałów mało lastycznych zaleca się niekiedy stosowanie do sęczania kowadeł stożkowych o kącie α= arctg µ (µ -wsółczynnik tarcia) lub lastycznych odkładek między metalem a narzędziem. Przy sęczaniu rostoadłościanu zniekształceniu odlegają również rzekroje orzeczne (niejednorodność materiału jest większa niż rzy sęczaniu materiałów cylindrycznych). Wielkościami charakteryzującymi stoień odkształcenia rzy sęczaniu są: gniot bezwzględny (sęczenie bezwzględne) Δ h = h h k (1) gdzie: h wysokość oczątkowa, h k wysokość końcowa, gniot względny (sęczenie względne) ε = Δh / h = ( h h ) / h (2) w k gniot rzeczywisty (sęczenie rzeczywiste) wsółczynnik gniotu (wsółczynnik sęczenia) ε = ln( h / h ) (3) k γ = h / h (4) h k Wydłużanie (rys. 6) jest oeracją kucia swobodnego w wyniku której zmniejsza się rzekrój orzeczny materiału, a zwiększa się jego długość. W tym celu materiał odczas kucia obraca się o 90 (kantuje) o każdym uderzeniu oraz rzesuwa. Jeżeli

7 56 odkuwka ma otwór, wydłużenie materiału wykonuje się na trzieniu (rys. 7) a) b) c) Rys. 6. Kolejność uderzeń rzy wydłużaniu; a) obracanie materiału ruchem wahadłowym, b) obracanie materiału w jedną stronę (ruch śrubowy), c) szereg kolejnych uderzeń na jednej stronie ręta a nastęnie obrót o 90 Wydłużenie materiału jest oeracją składającą się z kolejnych gniotów sęczających. Przy wydłużaniu wystęuje jednocześnie niezamierzone oszerzanie materiału w kierunku orzecznym. Obracanie materiału można realizować ruchem wahadłowym w lewo i w rawo rys. 6a, c lub w jedną stronę (rys. 6b). Drugi sosób (tzw. śrubowy) stosuje się do kucia twardych gatunków stali i metali mających małą rędkość rekrystalizacji w temeraturze kucia. Można również wykonywać szereg kolejnych uderzeń na jednej stronie ręta osuwając go wzdłużnie, a nastęnie wykonać obrót o 90 i kontynuować kucie (rys. 6c). Wydłużanie długich i ciężkich odkuwek rzerowadza się od środka ku jednemu końcowi, o czym o rzeniesieniu uchwytu na rzeciwległy koniec kuje się drugą ołowę odkuwki. Wielkościami charakteryzującymi stoień odkształcenia rzy wydłużaniu są: wydłużenie bezwzględne Δ l = l k l (5) gdzie: l długość oczątkowa, l k długość końcowa, wydłużenie względne ε = Δl / l = ( l l )/ l (6) w k

8 57 wydłużenie rzeczywiste ε = ln( l / l ) (7) w k wsółczynnik wydłużenia γ = l / l (8) l k Orócz normalnych sosobów wydłużania na łaskich lub kształtowych kowadłach wykonuje się wydłużanie stosując secjalne narzędzia omocnicze. 1. Wydłużenie na trzieniu, za omocą którego zwiększa się długość odkuwki rzy równoczesnym zmniejszeniu jej średnicy zewnętrznej (rys. 7). 2. Rozkuwanie ierścieni na trzieniu, które olega na zwiększaniu średnicy zewnętrznej i wewnętrznej odkuwki rzez zmniejszenie grubości ścianki (rys.8). Rys. 7. Schemat wydłużania odkuwki z otworem: 1 - materiał, 2 - trzień, 3 - kowadło Rys.8. Schemat rozkuwania ierścieni Poszerzanie (rys. 9) jest to odkształcanie w kierunku orzecznym do osi materiału, rowadzące do zwiększenia szerokości rzedmiotu kosztem jego grubości.

9 58 Rys. 9. Schemat oszerzania: 1- materiał o żłobkowaniu, 2-żłobek, 3-materiał oszerzony Odsadzanie (rys. 10) jest to zmniejszenie rzekroju orzecznego ręta od określonego miejsca, rzez wydłużenie odsadzonej części. Rys. 10. Schemat odsadzanie: 1- materiał, 2-odsadzka, 3-kowadło Przesadzanie (rys. 11) jest to równomierne rzesunięcie jednej części materiału względem drugiej. Rys. 11. Schemat rzesadzania Wgłębianie (rys. 12) jest oeracją wykonywania otworów nierzelotowych

10 59 Rys. 12. Schemat wgłębiania: 1-stemel, 2-materiał Przebijanie (rys. 13) (dziurowanie) jest oeracją w której wykonuje się otwory rzelotowe rzy omocy bijaka ełnego lub drążonego. a) b) Rys. 13. Schemat rzebijania rzebijakiem: a) ełnym (1-rzebijak, 2- nadstawka, 3 materiał) b) drążonym (1-materiał, 2 rzebijak drążony, 3-nadstawka) Gięcie (rys. 14) jest oeracją w której nadaje się odowiedni kształt bez zmiany zasadniczych rzekrojów. Oerację tą stosuje się rzy wykonywaniu haków, kątowników, wszelkiego rodzaju dźwigni, wałów wykorbionych itd. Rys. 14. Gięcie: a) rzy omocy suwnicy b) rzy omocy odowiednio ukształtowanych odstawek Zgrzewanie (rys. 15) jest oeracją olegającą na ołączeniu rzez dociśnięcie dwóch kawałków metalu, nagrzanych do odowiednio wysokiej temeratury.

11 60 I II III Rys. 15. Sosoby zgrzewania: a)zgrzewanie na zakładkę, b) zgrzewanie na klin; c) zgrzewanie na styk I-rzygotowanie końców rętów do zgrzewania, II- ustawienie zgrzewanych końców rzy zgrzewaniu, II- ręt o wykonaniu zgrzania i wykończeniu. Dodatkowymi oeracjami kowalskimi są: cięcie stosowane do dzielenia rzedmiotów, usuwania nadmiaru materiału. skręcanie stosowane rzy wykonywaniu odkuwek o secjalnych kształtach, jak n. wały korbowe o wykorbieniach leżących w różnych łaszczyznach, wiertła siralne itd. 3.KUCIE MATRYCOWE Podczas kucia w matrycach wsad jest ściskany między częściami matrycy, wyełniając rzestrzeń utworzoną rzez owierzchnie jej wykrojów. Właściwe wyełnienie wykrojów matrycy zależy od kształtów odkuwki i wykroju oraz od właściwego dobrania wsadu do danej oeracji (tzw. rzedkuwki). Matryca składa się rzeważnie z dwóch części zamocowanych na młotach, rasach korbowych, rasach hydraulicznych, rasach śrubowych, walcarkach, kuźniarkach, elektrosrężarkach. Zależnie od rodzaju oraz ilości wykrojów rozróżnia się nastęujące rodzaje matryc: -otwarte jednowykrojowe, -otwarte wielowykrojowe, -otwarte wielokrotne, -zamknięte jednowykrojowe. Matryca otwarta jednowykrojowa (rys. 16a) stosowana jest do rostych kształtów oraz rodukcji małoseryjnej odkuwek o kształtach bardziej złożonych, ale nie wymagających zbyt złożonego łynięcia materiału. W tym samym wykroju matrycy materiał kuje się rzez ojedyncze lub kilkakrotne uderzenie, niekiedy z międzyoeracyjnym odcinaniem wyływki, a także z międzyoeracyjnym dogrzewaniem aż do uzyskania gotowej odkuwki. Materiałem wyjściowym mogą być odcinki rętów bądź też rzedkuwki kute swobodnie.

12 61 a) b) Rys. 16. Rodzaje matryc otwartych: a) jednowykrojowa b) wielowykrojowa [1] Matryca otwarta wielowykrojowa (rys. 16 b) jest stosowana do kucia dużej serii odkuwek o złożonych kształtach. Odkuwka w tym rzyadku jest kształtowana w kilku oddzielnych wykrojach znajdujących się w jednej matrycy. a) b) Rys. 17. Rodzaje matryc : a) otwarta wielokrotna b) zamknięta jednowykrojowa [1]

13 62 Matryca otwarta wielokrotna (rys. 17 a) jest stosowana do kucia wielkoseryjnego odkuwek o stosunkowo rostych kształtach i wymiarach. Metoda ta olega na jednoczesnym wykonaniu z jednej rzedkuwki kilku mniejszych odkuwek o takich samych lub różniących się kształtach. Oddzielenie odkuwek odbywa się rzez okrawanie. Matryca zamknięta jednowykrojowa (rys. 17 b) tzw. bezwyływkowa jest odobna do matrycy otwartej jednowykrojowej. Różnica olega na wcześniejszym zamknięciu wykroju matrycy, co uniemożliwia wyływanie materiału na zewnątrz. Zaletą tej matrycy jest duża oszczędność materiału, wadą natomiast konieczność stosowania materiału wyjściowego o ściśle określonej objętości oraz ras o większych naciskach. Rys. 18. Matryce: a) o łaszczyźnie odziałowej b) o złożonej owierzchni odziałowej [2] Podział matryc jest niezbędny dla ułożenia materiału wsadowego w wykroju i do wyjęcia z matrycy gotowej odkuwki. Zależnie od kształtu odkuwki odział matryc może być łaski lub może być o złożonej owierzchni (rys. 18). Na rysunku odkuwki i matrycy odział oznacza się tzw. linią odziału. Na rysunku 19 rzedstawiono kolejne etay wyełniania wykroju matrycy w rocesie kucia na młotach. W ierwszym i drugim uderzeniu materiał odkształcany został oddany oeracji sęczenia tak jak to ma miejsce w kowadłach kształtowych natomiast w trzecim uderzeniu ograniczenia wynikające z ukształtowania matrycy zablokowały możliwość łynięcia tak, żeby materiał odkształcany wyełnił matrycę. W czwartym uderzeniu widać nadmiar materiału, który jest komensowany w rowkach na wyływkę. Piąte uderzenie w tym rzyadku nadaje ostateczny kształt wyrobu, wówczas naciski osiągają wartości maksymalne.

14 Rys. 19. Etay wyełniania wykroju matrycy w rocesie kucia 4. WYZNACZENIE SIŁ KUCIA Określenie sił otrzebnych do wykonania odkuwki jest jedną z odstawowych czynności odczas oracowania rocesu technologicznego wykonywania odkuwek, ozwala to dobrać młot o odowiedniej energii uderzenia lub rasy o odowiednim nacisku. Zagadnienie to srowadza się dookreślenia największej siły otrzebnej do ukształtowania odkuwki. W rocesie kucia matrycowego siła kucia ciągle wzrasta wraz ze wzrostem stonia wyełniania wykrojów i uływu czasu. Przyczynia się do tego wzrost ooru odkształcenia, owodowany obniżaniem się temeratury odkształcanego materiału, oraz wzrost sił tarcia materiału o ścianki wykroju i ścianki rowka na wyływkę, wyełnianego nadmiarem materiału. W końcowym etaie kucia, gdy materiał wyełni wykrój matrycy, lastycznie odkształca się tylko wyływka i środkowa część odkuwki leżąca w łaszczyźnie odziału matryc (rys. 20) o wysokość h o wynoszącej około 4h. Wielkość siły kucia w końcowym etaie odkształcania jest roorcjonalna do długości b części rowka rzeznaczonego na wyływkę (zwanej mostkiem), i odwrotnie roorcjonalna do wysokości mostka h. Zależność między naciskiem wywieranym na jednostkę owierzchni wyływki śr a narężeniem ulastyczniającym i wymiarami wyływki jest nastęująca [1]: b = σ (1,5 ) (9) 2h śr + Jak wynika z rzedstawionych informacji wielkość sił w końcowym etaie kucia

15 64 można regulować rzez dobór szerokości i wysokości mostka. W rojektowaniu konstrukcji matryc zagadnienie srowadza się do takiego.doboru wymiarów mostka, które zaewnią dostateczne wyełnienie wykroju matrycy (odwzorowanie kształtu matrycy) bez zbędnego rzeciążenia matrycy oraz stosowanej maszyny. Rys. 20. Podział odkuwki na strefy odkształcające się I i nie odkształcające się II w końcowej fazie kucia matrycowego [1] Do wyznaczenia wielkości siły otrzebnej do właściwego wyełnienia rzez materiał wykroju matrycy stosuje się rogramy symulacyjne oarte na metodzie elementów skończonych ozwalające z dużą dokładnością oszacować jej wielkość i dobrać rasę o wymaganym nacisku. Podobnie jak wielkość siły kucia można wyznaczyć racę odkształcenia lastycznego i na jej odstawie dobrać wielkość młota. Przy kuciu matrycowym odkuwek o zarysie okrągłym w łaszczyźnie odziału matryc, w rzyadku stosowania ras i kucia z wyływką, siłę nacisku można obliczyć ze wzoru [3]: F = q A σ (10) gdzie: F siła nacisku rasy [MN], A owierzchnia odkuwki w łaszczyźnie odziału (bez wyływki) [mm], б narężenie ulastyczniające w końcowym etaie kucia [MPa], q wsółczynnik obliczany ze wzoru [3]: 20 q = 8(1 0,001 d) 1,1 + (11) d d średnica odkuwki w łaszczyźnie odziału [mm]. 2

16 65 4. NAGRZEWANIE MATERIAŁU Do nagrzewania metali stosuje się iece elektryczne i aliwowe. Pierwszy ty ieców stosuje się głównie do nagrzewania metali nieżelaznych. Do nagrzewania stali stosuje się głównie iece oalane gazem lub aliwem ciekłym. Nagrzewanie w iecach elektrycznych zaewnia dużą szybkość nagrzewania i bardziej równomierny niż w iecach aliwowych rozkład temeratury w całym rzekroju materiału. Szybkie nagrzewanie materiału zabeziecza rzed nadmiernym utlenieniem jego owierzchni. Temeraturę ieca do nagrzewania materiału dobiera się w zależności od jego rodzaju, dla stali C, a dla metali nieżelaznych C. Temeratura anująca w komorze ieca owinna być wyższa o około 100 C od temeratury, do której należy nagrzać materiał. W górnej części komory ieca temeratura jest wyższa od temeratury anującej w dolnej części ieca. Nagrzewanie materiału w iecach komorowych odbywa się głównie wskutek romieniowania, owoduje to nierównomierne nagrzewanie się materiału w jego rzekroju. Powstająca różnica temeratur wywołuje w środku materiału narężenie rozciągające, a w warstwie zewnętrznej ściskające. Zbyt szybkie nagrzewanie materiału (szczególnie stali stoowych), wystęujące rzy dużej różnicy temeratur materiału i ieca, może dorowadzić do owstawania ęknięć. W czasie nagrzewania stali największe narężenia owstają w temeraturach C. Stal w tych temeraturach ma niewielkie własności lastyczne i skłonna jest do ęknięć. W raktyce; w rzyadku nagrzewania stali, rzyjmuje się, że douszczalna różnica temeratur między środkiem a owierzchnią zewnętrzną nagrzewanego materiału nie owinna rzekraczać 200 C. Materiały o dużych średnicach oraz stale wysokostoowe mające mniejszą niż stale stoowe lastyczność, nagrzewa się etaami. oczątkowo w iecu o niższej temeraturze, a nastęnie w temeraturze wyższej. Ze względu na tworzenie.się zgorzeliny nie należy jednak nagrzewać materiału zbyt długo. Całkowity czas nagrzewania materiału o większych średnicach można wyznaczyć wg wzorów: - dla stali miękkiej t = (12-13) d 2, (10) - dla stali twardej t = (24-26) d 2, (11) w których d - średnica materiału [m], t czas [h]. Do obliczenia czasu nagrzewania stali niskowęglowej od temeratury C można stosować wzór emiryczny N. N. Dobruchotowa 3/ 2 t = k d (12) gdzie t - czas nagrzewania [h] d - średnica nagrzewanego materiału [m], k - wsółczynnik uwzględniający zawartość węgla i składników stoowych (dla stali węglowej k=10, dla stali niskostoowych k=20).

17 66 Wzór ten jest słuszny rzy założeniu, że rzedmiot jest nagrzewany ze wszystkich stron, a temeratura ieca jest o 100 C wyższa od górnej temeratury nagrzewania materiału. W raktyce nagrzewanie materiału ze wszystkich stron jest utrudnione (nagrzewa się jednocześnie kilka kawałków materiału) i w tych rzyadkach czas nagrzewania należy omnożyć rzez wsółczynnik k m =1-4, zależny od ułożenia materiału (atrz tabela 1). Czas nagrzewania materiału można również odczytać z odowiednich tablic lub wykresów. Tabela 1 Wartość wsółczynnika k m czasu nagrzewania materiału [3] Tabela 2 Czas nagrzewania do temeratury 1200ºC stali węglowej konstrukcyjnej walcowanej lub kutej o zawartości węgla % w iecu o temeraturze 1300 ºC [3] Przekrój materiału Wymiary materiału mm (d lub a) okrągły kwadratowy Sosób ułożenia materiału w iecach ojedynczo W odstęach d d/2 d=0 Czas nagrzewania w minutach ojedynczo W odstęach a a/2 d=0 10 2,0 2,5 3,0 4,0 3,0 3,5 5,0 8,0 20 4,0 4,5 5,5 7,5 5,0 6,5 9,0 15,0 30 6,0 7,0 8,5 12,0 16,0 10,5 13,5 23,0 40 8,0 9,5 12,0 16,0 10,5 14,5 18,0 23, ,0 12,0 15,5 20,5 13,5 16,8 23,0 41, ,5 14,5 18,5 25,0 18,0 22,0 27,5 50, ,5 17,5 22,0 29,0 19,0 26,0 32,0 58, ,5 20,0 25,0 33,0 22,0 30,0 37,0 66, ,0 22,5 28,0 37,5 24,5 34,0 42,0 76, ,0 25,0 31,5 42,0 27,5 38,0 46,0 84,0

18 67 Przy studzeniu odkuwek na owietrzu zachodzą odwrotne zjawiska niż rzy nagrzewaniu, gdyż działają te same rawa wymiany cieła. Przy studzeniu temeratura warstw zewnętrznych rzedmiotu staje się niższa niż wewnątrz. Skurcz materiału wywołuje w jego wnętrzu narężenia ściskające, a w warstwach zewnętrznych narężenia rozciągające. Wartość tych narężeń zależy od szybkości studzenia, właściwości fizycznych materiału oraz jego geometrii. Przy niewłaściwie dobranych arametrach chłodzenia, a zwłaszcza rzy dużych szybkościach chłodzenia narężenia rozciągające w warstwach zewnętrznych mogą rzekroczyć granicę wytrzymałości materiału i wywołać ęknięcia. 5. CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA Celem ćwiczenia jest wyznaczenie odkształceń odkuwki walcowej w oeracji sęczania oraz wykonanie badań odkuwki osiowosymetrycznej. Ocenić stoień odwzorowania kształtu wykroju w odkuwce na tle rzebiegu siły kucia. Przebieg ćwiczenia: W celu zrealizowania celu ćwiczenia należy: 1. rzygotować róbki walcowe do sęczania o wymiarach odanych rzez rowadzącego, zaoznać się z zasadami nagrzewania materiału i ustalić temeraturę do jakiej należy odgrzać materiał w rocesie kucia, 2. rzerowadzić sęczanie róbek każdą o inny stoień sęczenia i wyznaczyć odkształcenia względne i rzeczywiste róbek w kierunku osiowym oraz obwodowym (dla wybranych rzekrojów), 3. rzygotować matryce jednowykrojową o okrągłym zarysie, obliczyć objętość wykroju matrycy oraz objętość wyływki, ustalić wielkość wsadu otrzebną do wykonania odkuwki, 4. róbki odkształcić zgodnie z zaleceniami rowadzącego, odczas odkształcania rejestrować rzebieg siły kucia w funkcji zmniejszania wysokości odkształcanego materiału, 5. każdorazowo o wyciągnięciu odkuwki z matrycy dokonać oględzin i omiarów charakterystycznych wymiarów, 6. rzeanalizować rzebieg zmiany siły kucia w funkcji zmiany wysokości materiału, ocenić stoień odwzorowania kształtu wykroju w odkuwce na tle rzebiegu siły kucia. WYZNACZANIE ODKSZTAŁCEŃ ODKUWKI W OPERACJI SPĘCZANIA Przygotować róbki walcowe o wymiarach odanych rzez rowadzącego. Materiałem na róbki może być stal, mosiądz bądź aluminium, ołów (kute na zimno). Za-

19 68 leżnie od wybranej maszyny, sosobu kucia i ustawienia maszyny ustalić czas otrzebny do rzeniesienia róbki z ieca do rzestrzeni roboczej młota oraz czas otrzebny do wykonania odkuwki (jeżeli kucie będzie wykonywane na gorąco). Dla wybranego rodzaju materiału, ustalić douszczalną temeraturę wsadową ieca, czas nagrzewania róbek oraz górną temeraturę graniczną nagrzewania. Umieścić w iecu trzy róbki, nagrzać je, a nastęnie sęczyć za omogą młota, każdą o inny stoień sęczania względnego wynoszący około 0,3; 0,5 i 0,8. Po ochłodzeniu róbek w wodzie zmierzyć wysokość róbki o sęczeniu, jej średnicę maksymalną oraz średnice w miejscu styku z kowadłami. Obliczyć średnie sęczanie względne, sęczanie rzeczywiste, odkształcenie rzeczywiste w kierunku obwodu dla zmierzonych średnic (wzory -rozdział 2). Wyniki wisać do tabeli 3. a) b) c) d) Rys. 22. Rozkład ola odkształceń dla róbki o wymiarach oczątkowych d=25mm, h=45mm dla 60% sęczenia względnego (sęczenie rzeczywiste -0,92) a)rozkład osiowy b) rozkład romieniowy c) rozkład obwodowy d) rozkład odkształceń zastęczych

20 69 Tabela 3 Wyznaczanie rozkładów odkształceń w róbce sęczanej Nr róbki Materiał h d h k ε w ε γ h d ri ε di uwagi min max Przeanalizować otrzymane wyniki oraz orównać je z rzykładowymi wynikami rozkładu odkształceń (rys. 22) BADANIE ODKUWKI OSIOWOSYMETRYCZNEJ Przygotować matrycę jednowykrojową o okrągłym zarysie wykroju, dokonać omiaru charakterystycznych wielkości wykroju. Obliczyć objętość wykroju matrycy oraz objętość wyływki. Uwzględniając ewentualne straty na zgorzelinę. Obliczyć objętość wsadu otrzebnego do wykonania odkuwki. W ćwiczeniu jako materiału odkształcanego można użyć lastelinę bądź ołów (kształtowanie w tem. otoczenia). Tabela 4 Wyniki badań rocesu kucia odkuwki osiowosymetrycznej Rodzaj maszyny kuźniczej:... Materiał odkuwki:... Temeratura kucia: t =... [ o C] Wymiary materiału wsadowego: D =...[mm], H =... [mm] Wykres zależności siły kucia F od rzemieszczenia s górnej ołówki matrycy Rysunek matrycy Nr odkuwki s [mm] F [kn] Rysunek odkuwki o danym etaie kucia Uwagi I II III IV

21 70 Przygotować cztery róbki walcowe o objętości odowiadającej wykrojowi matrycy. Zamocować części matrycy na rasie lub maszynie wytrzymałościowej, osmarować wykroje matrycy samarem, umieścić róbkę w wykroju. Podczas odkształcania rejestrować rzebieg siły kucia w funkcji rzemieszczenia górnej ołówki matrycy. Pierwsze trzy róbki odkształcać etaami tzn. ierwszą róbkę odkształcić o około 50% (eta I) zmniejszenia odległości między matrycami, drugą o około 75%(eta II), a trzecią do ełnego wyełnienia wykroju matryc(eta III) (atrz rys. 22). Po wyciągnięciu odkuwki z matrycy dokonać oględzin i omiarów charakterystycznych wielkości w tym wewnętrznych i zewnętrznych romieni zaokrągleń, grubości wyływki. Ocenić stoień odwzorowania kształtu wykroju w odkuwce na tle rzebiegu siły kucia. Czwartą z róbek rzed umieszczeniem w wykroju matrycy sęczyć za omocą rasy o sęczenie względne odane rzez rowadzącego. Nastęnie wykonać odkuwkę i orównać kształt oraz rzebieg siły w funkcji rzemieszczenia górnej ołówki matrycy z badaniami wykonanymi bez sęczenia dla trzeciej róbki. Srawozdanie: W srawozdaniu należy zamieścić: Ois rowadzonych rób Tab. 3 Tab. 4 Wnioski i sostrzeżenia Literatura: [1] Ćwiczenia laboratoryjne z budowy maszyn część II Obróbka Plastyczna od redakcją Henryka Ziemby, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław [2] MAZURKIEWICZ A., KOCUR L.: Obróbka lastyczna laboratorium, Politechnika Radomska, Radom [3] WASIUNYK P. JAROCKI J.: Kuźnictwo i rasownictwo, Wydawnictwa szkolne i edagogiczne [4] WŁADYSŁAW D.: Zarys rzeróbki lastycznej metali, Wydawnictwo Śląsk, Katowice 1965.