WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA Wydział Nowych Technologii i Chemii KATEDRA ZAAWANSOWANYCH MATERIAŁÓW I TECHNOLOGII

Transkrypt

1 WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA Wydział Nowych Technologii i Chemii KATEDRA ZAAWANSOWANYCH MATERIAŁÓW I TECHNOLOGII Wpływ obróbki plastycznej na strukturę i właściwości materiału W 4: Odkształcenie plastyczne Mechanizmy odkształcenia Rodzaje obróbki plastycznej Technologia OP Opracował: dr inż. Radosław Łyszkowski

2 Literatura Skrypty WAT - Ćwiczenia laboratoryjne, H. Ziencik, WAT, 1997, s Stanisław Erbel i in. Obróbka plastyczna na zimno, PWN, Warszawa 1975 Stanisław Erbel i in. Obróbka plastyczna - techniki wytwarzania, PWN, Warszawa 1981 Marian Morawiec i in. Przeróbka plastyczna - podstawy teoretyczne, Wydawnictwo Śląsk, Katowice, 1986 M. Ashby, D. R. H. Johnes, Materiały inżynierskie, WNT, Warszawa1995, cz. I i II J. W. Wyrzykowski i in. Odkształcenie i pękanie metali, WNT, Warszawa, 1999 M. Blicharski, Wstęp do inżynierii materiałowej, WNT, Warszawa 2001 Dobrzański 2

3 Obróbka plastyczna Odkształcenie plastyczne j.t. odkształcenie trwałe pozostające w materiale po usunięciu obciążenia, które spowodowało to odkształcenie. Celem obróbki plastycznej jest nadanie określonego kształtu i wymiarów, a także polepszenie struktury przez rozbicie i rozproszenie niemetalicznych wtrąceń oraz rozdrobnienie ziaren bez naruszenia ich spójności. Plastyczność metali (odkształcalność) zdolność materiału do odkształcenia w sposób trwały, bez utraty spójności (zjawisko wykorzystywane w metodzie obróbki plastycznej). Do opracowania procesów obróbki plastycznej niezbędna jest znajomość związków między naprężeniami a odkształceniem plastycznym. 3

4 Miary odkształcenia Przy projektowaniu procesów OP zachodzi konieczność określania wartości odkształceń, jakich dozna materiał podczas jego kształtowania. Jest to niezbędne do określenia: sił i pracy odkształcenia przewidywanych zmian struktury i właściwości materiału oceny możliwości rozpatrywanej operacji. Najczęściej odkształcenia określa się na podstawie wymiarów materiału (przedmiotu) przed i po procesie kształtowania zakładając, że OP całego materiału jest jednorodna i zachodzi pod wpływem obciążenia prostego Najczęściej posługujemy się pojęciem odkształcenia: rzeczywistego (logarytmicznego) l dl l ln l l względnego (nierównomiernego) Pomiędzy tymi wielkościami występuje zależność: = ln(1 + ) co dla małych odkształceń (względnych 5-20%) w praktyce oznacza, że. 4 l o l l l o o o o l l Z

5 Prawo Hooke a W zakresie odkształceń sprężystych, wydłużenie l jest wprost proporcjonalne do wartości siły wymuszającej F działającej na dany element oraz jego długości l, a odwrotnie proporcjonalne do pola przekroju poprzecznego S tego elementu. przyjmując, że s E E moduł sprężystości wzdłużnej, zwany modułem Younga. Charakteryzuje on odporność materiału na odkształcenia, im jest większy, tym materiał jest mniej podatny na odkształcenie. Materiał Moduł Younga E [GPa] Stal 200 Żeliwo Miedź Aluminium Ołów 17 Szkło 50 Beton

6 Statyczna próba rozciągania Procesy zachodzące podczas obróbki plastycznej często opisuje się na przykładzie zachowania metali i stopów podczas rozciągania. 1. SPRĘŻYSTOŚĆ Granica proporcjonalności R H Początkowo naprężenie s jest proporcjonalne do odkształcenia zgodnie z prawem Hooke a. W zakresie tym materiał po ustąpieniu obciążenia powraca do pierwotnej postaci. Po przekroczeniu R H, rozpoczynają się odkształcenia plastyczne. Granica sprężystości R 0.05 Wartość umowna dla naprężenia odpowiadającego trwałemu wydłużeniu próbki o 0.05% jej długości. F H Siła F [kn] R H = F H S o [MPa] Wydłużenie l [mm, %] Odkształcenie sprężyste (max. osiąga ok.0,1%) 6

7 Statyczna próba rozciągania 2) PLASTYCZNOŚĆ Granica plastyczności R e O granicy plastyczności decyduje początek płynięcia plastycznego spowodowany przemieszczaniem warstw atomów po płaszczyznach poślizgu w określonych kierunkach krystalograficznych wyznaczonych wskaźnikami Millera. Tak więc R e odpowiada naprężeniu wywołującemu wyraźny wzrost wydłużenia próbki. Umowna granica sprężystości R 0.2 Wartość umowna dla naprężenia odpowiadającego trwałemu wydłużeniu próbki o 0.2% jej długości. F 0.2 F e F H Siła F [kn] 0.2% R e = F e S o [MPa] Wydłużenie l [mm, %] Odkształcenie sprężyste (max. osiąga ok.0,1%) 7

8 Statyczna próba rozciągania 2) PLASTYCZNOŚĆ Granica wytrzymałości R m Przy dalszym wzroście siły, odkształcenie rośnie praktycznie w sposób proporcjonalny. Dzieje się tak do chwili osiągnięcia maksymalnej siły F m, jaką może dany materiał przenieść, bez wystąpienia efektów niszczenia pęknięć. Po wytworzeniu w materiale wystarczająco wysokich naprężeń (> od naprężeń F m niszczących) następuje Rjego m = zniszczenie [MPa] S przez rozdzielenie wiązkie. o F m F u F e F H Siła F [kn] 3) PĘKANIE Granica wytrzym. i na rozrywanie R u Po przekroczeniu R m, rozciągany materiał zachowuje się niestabilnie i każdy jego element staje się miejscem słabym (tworzy się szyjka), aż do momentu, w którym nastąpi rozerwanie. Wówczas naprężenia rozciągające > od wytrzymałości kohezyjnej materiału. 8 Odkształcenie sprężyste (max. osiąga ok.0,1%) Odkształcenie plastyczne Zakres odkształceń wykorzystywany w proc. obróbki plastycznej Wydłużenie l [mm, %] Odkształcenie nierównomierne

9 Makroskopowy obraz odkształcenia Przy obróbce plastycznej ważniejsze znaczenie ma znajomość relacji między naprężeniami rzeczywistymi, występującymi w materiale i odkształceniami trwałymi, wywołanymi przez te naprężenia. Relacja taka nosi nazwę krzywej umocnienia. 800 W wyniku zgniotu wywołanego odkształceniem plastycznym, dochodzi do umocnienia materiału wyrażającego się przyrostem wartości naprężenia uplastyczniającego s. m s k Umocnienie zjawisko w zakresie odkształceń plastycznych, występuje gdy granica plastyczności R e wzrasta wraz z odkształceniem plastycznym. s [MPa] spęczanie rozciąganie skręcanie 0 0,2 0,4 0,6 0,8 9

10 Obróbka plastyczna.. na gorąco Zgniot całokształt zmian mikrostruktury, naprężeń własnych i właściwości wywołanych odkształceniem plastycznym, wywołujących umocnienie materiału (wzrost HB, Re i Rm oraz spadek U, i przewężenie) z S 100% s o So S 100% S!!! Mały zgniot, w wyniku poślizgu i bliźniakowania, powoduje wydłużenie ziaren w kierunku największego odkształcenia oraz sprężystą deformację sieci!!! Duży zgniot wyraźne wydłużenie ziaren, ich rozdrobnienie i odkształcenia międzykrystaliczne. Tworzy się uprzywilejowana orientacja kryst. ziaren zwana teksturą zgniotu, powodująca anizotropię właściwości (głównie Rm i ) o 10

11 Umocnienie odkształceniowe Jeżeli w trakcie odkształcenia materiał wzdłuż punktów zostanie on odciążony w pkt. 4, wówczas naprężenia s ulegną obniżeniu wzdłuż prostej 4-5, a odkształcenie zmniejszą się o wartość odkształceń sprężystych i osiągnie poziom odpowiadającą punktom 1 lub 5. Przy ponownym obciążeniu, materiał będzie się odkształcał sprężyście aż do pkt. 6 i dalej plastycznie, zgodnie z krzywą 6-7. Jednak w tym przypadku granica plastyczności R e jak i wytrzymałości R m będzie znacznie większa niż w trakcie pierwszego cyklu 1-4 NASTĄPIŁO JEGO UMOCNIENIE. Siła F [kn] 2 3 F Zjawisko KORZYSTNE wskutek zwiększenia WYTRZYMAŁOŚCI materiału. 1 5 Wydłużenie l [mm, %] 11

12 Efekt Bauschingera Granica plastyczności materiału wstępnie odkształconego plastycznie i ponownie obciążonego zależy nie tylko od wielkości odkształcenia, ale również od sposobu wtórnego obciążenia. Odkształcony plastycznie materiał wykazuje wyższą granicę plastyczności wtedy, gdy schemat wtórnego odkształcenia jest zgodny ze schematem odkształcenia pierwotnego. Natomiast niższą granicę plastyczności wówczas, gdy znaki składowych odkształcenia pierwotnego i wtórnego są przeciwne. 12

13 Skutki umocnienia Z punktu widzenia realizacji procesów technologicznych obróbki plastycznej zjawisko umocnienia stwarza znaczne problemy. Podczas technologii złożonej z następujących po sobie operacji proces umocnienia odkształceniowego utrudnia obróbkę plastyczną i zmusza do stosowania dodatkowych zabiegów technologicznych. Dodatkowo niekorzystnym następstwem umocnienia jest znaczne obniżenie właściwości plastycznych. Umocnienie można zlikwidować przez wyżarzanie materiału powyżej temp. rekrystalizacji (następuje odbudowa ziarnistej struktury materiału). 13

14 Mikroskopowy obraz odkształcenia Podłożem makroskopowych zjawisk odkształcenia są odpowiednie zmiany struktury, zależne od cech materiałowych oraz warunków odkształcenia. Rozróżnia się następujące mechanizmy odkształcenia plastycznego: Poślizg dyslokacyjny Bliźniakowanie o Pełzanie dyslokacyjne o Pełzanie dyfuzyjne o Poślizg po granicach ziaren Bliźniakowanie - polega na skręceniu jednej części kryształu względem drugiej o kąt w określonej płaszczyźnie i kierunku, co umożliwia powstawanie nowych płaszczyzn poślizgu. Występuje w materiałach o strukturze A3 oraz w metalach o mniejszej symetrii sieci. 14

15 Mikroskopowy obraz odkształcenia Poślizg - polega na przesunięciu jednej części kryształu względem drugiej o odległość będącą wielokrotnością (całkowitą) odległości międzyatomowej, w określonych płaszczyznach i kierunkach. W wyniku poślizgu nie zmienia się budowa krystaliczna przemieszczonych części kryształu. Poślizg zachodzi najłatwiej w płaszczyznach i kierunkach najgęściej obsadzonych atomami. KRYTERIUM Von MISSESA 15

16 Obróbka plastyczna na zimno Obróbka plastyczna na zimno (OPZ) to proces odkształcenia plastycznego prowadzony poniżej temperatury rekrystalizacji materiału. Polega ona na odkształcaniu plastycznym materiału, które wywołuje wzrost gęstości defektów w sieci krystalograficznej, a tym samym nagromadzenie energii odkształcenia, która jest tym większa, im niższa jest temperatura tego procesu. Powoduje to wzajemne ich blokowanie się, czego skutkiem jest zmiana własności fizycznych i mechanicznych. Zmianę tychże własności przyjęto nazywać zgniotem. Odkształcenie plastyczne (OP) metali niskotopliwych, takich jak cyna czy ołów, w temperaturze pokojowej zalicza się do OP na gorąco. Natomiast wysokotopliwych, np. wolfram, w temperaturze 700 C zaliczany do OPZ. T obr < T m Dolną granicą zakresu stosowania OPZ jest temperatura kruchego pękania danego materiału. Zaletą OPZ jest uzyskanie dużej dokładności wykonanego elementu. Jednak aby odkształcić materiał potrzebna jest duża siła. 16

17 Zmiana właściwości mechanicznych 17

18 Wpływ naprężeń własnych na wytrzymałość Naprężenia własne są to naprężenia pozostałe w odkształconym materiale po zdjęciu obciążenia zewnętrznego, a więc są to naprężenia równoważące się. Rodzaje naprężeń własnych (podział wynika z zakresu ich działania): pierwszego rodzaju - (s, ) występują między poszczególnymi warstwami materiału, drugiego rodzaju - wywołane różnicami we właściwościach sprężystych i plastycznych poszczególnych ziaren w agregacie polikrystalicznym, trzeciego rodzaju - występują wewnątrz poszczególnych ziaren na skutek niejednorodności ich struktury wewnętrznej. Naprężenia własne trzech rodzajów wywołane OPZ zawsze zwiększają wytrzymałość wyrobu, jeśli obciążenie występujące w czasie użytkowania jest zgodne w obciążeniem powodującym jego plastyczne odkształcenie. Natomiast jeśli te dwa obciążenia działają w kierunkach przeciwnych, to naprężenia własne są niekorzystne i należy je usunąć przez zastosowanie wyżarzania odprężającego. 18

19 Zakres stosowania OPZ powoduje zmiany struktury i właściwości materiału, będące wynikiem: powstania włóknistego układu ziaren i zanieczyszczeń umocnienia materiału powstania naprężeń własnych I-go rodzaju powstania naprężeń własnych II-go i III-go rodzaju utworzenia pęknięć Obróbkę plastyczną cechuje: niezmienność objętości materiału wsadu; wytwarzanie elementów o złożonym kształcie; dobra dokładność wykonania; ekonomia - niewielkie straty materiału; duża wydajność produkcji; stosunkowo proste narzędzia i maszyny. Cechy eksploatacyjne Duża nośność Stabilność wymiarowa Wytrzymałość zmęczeniowa Odporność na korozję Odporność na ścieranie 19

20 Obróbka plastyczna na gorąco Obróbkę plastyczną na gorąco OPG prowadzi się w temperatura powyżej temperatury rekrystalizacji ( Tm), w celu: zmniejszenia nacisków niezbędnych do kształtowania (kilka do kilkanastu razy), zwiększenia wartości odkształcenia materiału możliwość wystąpienia pęknięć w zakresie temperatur OPG wzrasta tak znacznie, że rzadko ogranicza ono wartość stosowanych odkształceń. Ograniczenia: górnej temperatury wynika z utleniania, odwęglania i nadmiernego rozrostu ziarna, zjawiska kruchości na gorąco (np. w stalach z przyczyn występowania błonek FeS), dolnej temperatury odkształcenia nie mogą być zbyt małe (zgniot krytyczny!). 20

21 Zakresy temperatur OPG Półwyroby kształtowane na gorąco mają na ogół strukturę materiału wyżarzonego o stosunkowo drobnym ziarnie w porównaniu ze strukturą wlewków. Rozdrobnienie ziaren jest wynikiem procesu odkształcania i rekrystalizacji Temperatura kucia matrycowego półwyrobów ze stali niestopowej Stale stopowe mają mniejszą zdolność do odkształceń plastycznych oraz węższe zakresy temperatur OPG 21

22 Zgniot i rekrystalizacja Plastyczność Zdrowienie pierwszy etap odbudowy odkształconej po zgniocie struktury metalu, w stosunkowo niskiej T, nie wykazujący widocznych zmian struktury, ale: zanikają defekty budowy sieci krystalicznej (zanik i przegrupowanie dyslokacji obniżające energię), spadek naprężeń własnych odnowienie takich właściwości, jak oporność elektryczna, właściwości magnetyczne, odporność na korozję, częściowe uwolnienie zmagazynowanej energii odkształcenia. Rekrystalizacja proces polegający na przywróceniu odkształconemu metalowi poprawnej struktury krystalicznej, a także własności fizycznych i mechanicznych jakimi się charakteryzował przed obróbką plastyczną. Polega na tworzeniu się nowych ziaren i ich wzrostowi, na drodze tworzenia małych obszarów o niemal idealnej strukturze krystalicznej. Efektem jest uzyskanie drobnoziarnistej struktury wolnej od naprężeń. Zwiększanie temperatury obróbki może prowadzić do: rozrostu ziarna - wielkość ziaren rośnie jednakowo w całej objętości materiału, anormalnego rozrostu ziarna wzrost niewielkiej liczby dużych ziarn kosztem 22 innych.

23 Znaczenie parametrów OPG T < T r T > T r ε T >> T r ε Do wad obróbki plastycznej na gorąco należy zaliczyć: utlenianie powierzchni półwyrobu, co powoduje nie tylko straty materiału, ale wskutek obecności warstwy tlenków utrudnia uzyskanie dobrej jakościowo powierzchni półwyrobów, konieczność stosowania znacznych naddatków na obróbkę, straty materiału związane z technologią procesu, np. konieczność stosowania wypływki w kuciu matrycowym konieczność stosowania odpowiednich urządzeń grzewczych oraz znaczna ich energochłonność. Aby zapobiec intensywnemu utlenianiu powierzchni półwyrobów i ich małej dokładności wymiarowej stosuje się tzw. obróbkę plastyczną na ciepło (półgorąco). 23

24 Obróbka plastyczna na półgorąco Obróbka plastyczna na półgorąco (OPPG) ma na celu wyeliminowanie takich wad OPG, jak intensywne utlenianie powierzchni wyrobów i mała dokładność wymiarową, przy jednoczesnym zachowaniu możliwie małych oporów plastycznego kształtowania w porównaniu z wytrzymałością narzędzi. Zastosowanie OPPG dla stali węglowych i niskostopowych jest uzasadnione w przypadkach wykonywania półwyrobów o kształtach wymagających dużych nacisków jednostkowych przy OPZ.

25 Zakres temperatur OPPG Charakterystyki stali 45 1.zmiany wartości s p 2.przewężenie 3.strata materiału spowodowana utlenianiem I. pik s p = f(t) - kruchość na niebiesko II. pik - s p = f(t) - kruchość na czerwono Wniosek: Stal 45 powinna być obrabiana w zakresie temperatury C. Zakresy temp. OPPG dla różnych materiałów stale niskowęglowe C stale wysokowęglowe i stopowe C trudno odkształcalne stopy aluminium C tytan i jego stopy C Problemy OPPG: Wąskie zakresy temperatur kształtowania Konieczność stosowania urządzeń grzewczych, które zapewniają szybkie osiąganie żądanej temperatury materiału wsadowego - nagrzewanie indukcyjne. Konieczność wstępnego nagrzania narzędzi przed rozpoczęciem procesu OPPG. 25

26 Obróbka cieplna materiałów odkształconych plastycznie Niekorzystne aspekty OPZ, takie jak wzrost naprężeń własnych i uplastyczniających, nadmierne zmniejszenie plastyczności materiału oraz zbyt wysoką sztywność i twardość można usunąć przez zastosowanie odpowiedniej obróbki cieplnej odkształconego plastycznie materiału Proces usuwania skutków umocnienia nazywa się nawrotem. Najczęściej uzyskuje się go w wyniku: wyżarzania odprężającego, wyżarzania rekrystalizującego. 26

27 Wyżarzanie odprężające Wyżarzanie odprężające WO ma na celu usunięcie naprężeń własnych z zachowaniem dobrych właściwości wytrzymałościowych materiału. WO przeprowadza się w wąskim zakresie temperatur, w którym następuje gwałtowny spadek naprężeń własnych, a nie stwierdza się jeszcze spadku twardości. Wąski zakres temperatur wskazuje na konieczność prowadzenia WO w piecach gwarantujących zachowanie możliwie stałej temperatury w całej komorze grzewczej. WO stosuje się po zakończeniu procesu plastycznego kształtowania przedmiotów i tylko wtedy, gdy jest niezbędne. 27

28 Wyżarzanie rekrystalizujące Wyżarzanie rekrystalizujące WR ma na celu przywrócenie pierwotnych właściwości materiałowi odkształconemu plastycznie T r 0.4T m - dla metali T r 0.6T m - dla stopów Zakres temperatury WR rozciąga się od temperatury o C powyżej Tr, aż do temperatur bliskich rekrystalizacji wtórnej. Temperatura rekrystalizacji jest tym wyższa, im niższy jest stopień zgniotu. 28

29 Walcowanie Walcowanie jest obróbką, która polega na plastycznym odkształcaniu materiału wprowadzonego między dwa walce współpracujące ze sobą i przechodzącego między nimi. Wzdłużne - blachy, taśmy, pręty i kształtowniki Poprzeczne - śruby, wkręty i koła zębate 29

30 Rodzaje walcowania Skośne tuleje rurowe, kule Okresowe tuleje rurowe Specjalne koła wagonowe 30

31 Walcowanie - parametry Gniot - jest to liniowe zmniejszenie wymiarów przedmiotu odkształconego pod działaniem siły ściskającej w kierunku jej działania: h = h 0 - h 1 Poszerzenie - jest to przyrost szerokości przedmiotu w każdym procesie przeróbki plastycznej, powodujący powiększenie szerokości: b = b 1 - b 0 Wydłużenie - oznacza przyrost długości przerabianego plastycznie przedmiotu: l = l 1 - l 0 Objętość metalu w czasie walcowania nie ulega zmianie!!! 31

32 Walcowanie Walcarka to urządzenie składające się z: klatki walcowniczej, silnika napędowego mechanizmu przeniesienia napędu. Wszystkie wyroby stalowe i większość z metali nieżelaznych w pierwszym stadium walcuje się na gorąco. Nie wszystkie stopy metali dają się walcować, np. żeliwo, stale wysokowęglowe, nikiel i jego stopy. Za pomocą walcowania wzdłużnego otrzymuje się 90% wszystkich wyrobów walcowanych. 32

33 Walcowanie - przykład Metoda otrzymywania: walcowanie w temperaturze ciekłego azotu (LNT) i wygrzewanie rekrystalizujące Stop Ni 3 Al

34

35 Wyciskanie Wyciskanie, zwane również prasowaniem wypływowym, polega na wywieraniu nacisku na wsad umieszczony w pojemniku (recypiencie), na skutek czego metal wypływa przez otwór matrycy. Wyciskanie jest najbardziej ekonomiczną metodą do: wstępnej przeróbki metali o niskiej plastyczności, wytwarzania prętów i wyrobów z otworami o złożonych kształtach łączenia różnorodnych metali wytwarzania małych partii wyrobów Wyroby wyciskane charakteryzują się dobrymi właściwościami mechanicznymi, dużą dokładnością wymiarów, czystą i gładką powierzchnią. 35

36 Sposoby wyciskania W zależności od kierunku płynięcia metalu względem kierunku tłoczyska rozróżnia się: wyciskanie przeciwbieżne wyciskanie współbieżne wyciskanie złożone tłok medium komora wsad matryca produkt Przy wyciskaniu hydrostatycznym metal wypływa przez otwór matrycy w wyniku nacisku wywieranego na materiał za pośrednictwem cieczy. 36

37 Proces wyciskania W procesie wyciskania wyróżnia się 4 fazy (stadia): I. Spęczanie materiału II. Początkowa faza wyciskania III. Faza wyciskania równomiernego (laminarnego) IV. Faza wyciskania turbulentnego Wartość i przebieg siły wyciskania zależy od: właściwości wyciskanego materiału sposobu wyciskania prędkości odkształcenia temperatury kształtu narzędzia stanu powierzchni narzędzia warunków smarowania Siła wyciskania 1 P s F ln pśś 0 F F 0 1

38 Prasy Do wyciskania używa się pras mechanicznych i hydraulicznych. Prasy są jednymi z najczęściej używanych maszyn do OP. Stosuje się je również do kucia i tłoczenia. W zależności od sposobu napędzania części ruchomej prasy, zwanej suwakiem (w której osadza się ruchome kowadło, ruchomą matryca lub stempel), rozróżnia się: Prasy śrubowo-cierne W prasach śrubowych (PŚ) siła nacisku wywierana jest za pomocą śruby o gwincie prostokątnym, obracającej się w nakrętce osadzonej w korpusie prasy. Na śrubie osadzony jest suwak, w którym mocuje się górną część matrycy lub kowadło. PŚ stosuje się do gięcia, prostowania, wyciskania i spęczania łbów śrub, nitów zaworów silników spalinowych oraz odkuwek. Siła nacisku do 9800kN. Napęd śruby może być cierny, hydrauliczny i pneumatyczny. PŚ są mało wydajne ale mało wrażliwe na przeciążenia.

39 Prasy Prasy korbowo-mimośrodowe Prasy te odznaczają się dużą sprawnością, wydajnością oraz dokładnością. Zasada działania polega na zmianie ruchu obrotowego silnika przez wykorbienie wału obrotowego na ruch posuwisto-zwrotny suwaka. Skok suwaka w prasie jest stały i zależy od wykorbienia wału korbowego. Skok suwaka można zmieniać, zależnie od ustawienia wykorbienia mimośrodu względem wału korbowego. Prasy hydrauliczne Prasy hydrauliczne należą do najczęściej pracujących maszyn kuźniczych. Rozróżnia się prasy do kucia swobodnego o nacisku do 740 MN, matrycowego oraz wyciskania 200 MN. Zasada działania PH: w cylindrze roboczym pracuje nurnik zakończony suwakiem. Korpus cylindra połączony jest ze stołem i kolumnami, które są jednocześnie prowadnicami suwaka. Ruch roboczy suwaka odbywa się dzięki ciśnieniu na nurnik, natomiast ruch powrotny wywołują tłoki. Prasy specjalne

40 Wyciskanie hydrostatyczne na gorąco Wałki ze stopu Fe 3 Al przed i po wyciskaniu oraz ich struktura

41 Kucie i prasowanie Zarówno proces kucia, jak i prasowania polega na ściskaniu kutego metalu między kowadłem a bijakiem lub między połówkami matrycy. Młoty są to maszyny służące do kucia materiału na gorąco i pracują udarowo, natomiast prasy statycznie. 41

42 Kucie i prasowanie Młoty ze względu na sposób pracy dzielimy na młoty do: kucia swobodnego kucia matrycowego uniwersalne. Pod względem ruchu bijaka wyróżniamy młoty: spadowe - przyśpieszenie bijaka zależy wyłącznie od ciężaru G, parowe, deskowe, pasowe; sprężarkowe - przyspieszenie bijaka następuje pod wpływem sił jego ciężaru i parcia pary lub sprężonego powietrza; dźwigniowo-sprężynowe - przyśpieszenie bijaka zależy od ciężaru G, prędkości obrotowej korby i właściwości sprężystych ramienia lub resoru; przeciwbieżne - ruch bijaków zależy wyłącznie od działania ciśnienia, bardzo szybkie.

43 Kucie swobodne na gorąco Zalety: duży zakres wymiarowy produkowanych odkuwek mała wrażliwość na przeciążenie zdolność wywierania bardzo dużych nacisków łatwa regulacja energii uderzenia Wady: niszczące działanie wstrząsów na otoczenie częste remonty urządzenia

44 Kucie wału korbowego typu 16V48 w przyrządzie TR-80 na prasie 80MN, masa wału ok. 100t.

45 Ciągnienie Ciągnienie polega na odkształcaniu plastycznym niemal wyłącznie na zimno wyrobów walcowanych lub wyciskanych przez powierzchnie wewnętrzne ciągadła. Ciągadło to zwężka, odpowiedzialna za zmianę gabarytów przechodzącego przez nią metalu. Wykonuje się je ze stali, węglików spiekanych lub diamentu. Siła ciągnienia P : P A1 A s p ln h A

46 Ciągarki bębnowe Ciągnienie przeprowadza się na ciągarkach. Bębnowe - w których siłę ciągnącą wywołują obracające się bębny lub pierścienie; przeznaczone do ciągnienia drutów w kręgach (do 16mm); prędkość ciągnienia od 0.3 do 4m/s; 46

47 Ciągarki ławowe Ławowe - o ruchu prostoliniowym; częścią ciągnącą może być łańcuch, lina lub wózek; przeznaczone do ciągnienia prętów i rur; siła ciągnienia od kilku do 2000N; prędkość ciągnienia od 0.1 do 1m/s; wykonywane są odcinki o długości do 30m.

48 Tłoczenie Tłoczenie proces obróbki plastycznej na zimno stosowanych do, kształtowania, łączenia lub rozdzielania materiałów w postaci płyt, blach i folii. Wykonuje się je za pomocą przyrządów zwanych tłocznikami, na prasach mechanicznych lub hydraulicznych. Ponieważ jeden z wymiarów (grubość) półwyrobu jest istotnie mniejszy od dwóch pozostałych stan naprężenia (poza pewnymi wyjątkami) można uważać za płaski. Operacje kształtowania wytłoczek dzielimy na: operacje służące do nadania zasadniczego kształtu wytłoczce - wytłaczanie, przetłaczanie, przewijanie, wyciąganie; operacje wykańczające - dotłaczanie, wywijanie, rozpychanie i obciskanie. 48

49 Wytłaczanie i przetłaczanie Przetłaczanie to wielokrotne wytłaczanie prowadzące do zwiększenia wysokości wytłoczki kosztem zmniejszenia jej średnicy. Wytłaczanie to proces przekształcenia płaskiego wyrobu w wytłoczkę o powierzchni nierozwijalnej. Wyciąganie polega na zwiększeniu wysokości wytłoczki przez zmniejszenie grubości jej ścianki, przy czym wewnętrzna średnica wytłoczki nie ulega zazwyczaj zmianie. 49 Przewijanie to przetłaczanie, w którym wewnętrzna powierzchnia wytłoczki staje się zewnętrzną, zabieg umożliwia zwiększenie jednostkowej głębokości tłoczenia kosztem redukcji średnicy wytłoczki.

50 Operacje wykańczające Dotłaczanie polega na nadaniu wytłoczce ostatecznego kształtu. Wywijanie pozwala na powiększenie uprzednio wyciętych otworów z jednoczesnym wywinięciem kołnierza. Obciskanie polega na zmniejszeniu wymiarów poprzecznych wyrobu Rozpychanie powoduje powiększenie wymiarów poprzecznych wyrobu. 50

51 Wartość siły w procesie wytłaczania P k d g max k R m d - średnica wytłoczki g - grubość blachy Rm - wytrzymałość na rozciąganie k - współczynnik zależny od współczynnika ciągnienia m=d/d

52 Cięcie Cięcie polega na rozdzieleniu całkowitym lub częściowym materiału. Możemy podzielić je na: cięcie nożycami cięcie na prasach, czyli wykrawanie Cięcie prostoliniowe arkuszy na pasy, odcinki Wycinanie zarysów krzywoliniowych o małej krzywiźnie Cięcie prosto- i krzywoliniowe Cięcie i wycinanie krzywoliniowe Cięcie arkuszy blachy na taśmy lub pasy 52

53 Wykrawanie Wycinanie Odcinanie Dziurkowanie Nadcinanie 53 Rozcinanie Okrawanie

54 Fazy cięcia Faza odkształceń sprężystych Faza odk. sprężysto-plastycznych Faza plastycznego płynięcia Siła cięcia F K L g t R t Faza pękania

55 Gięcie Jest to proces kształtowania przedmiotów o powierzchniach nierozwijalnych, w którym zostaje zachowana prostoliniowość tworzących, a zmiana krzywizny giętego przedmiotu zachodzi w jednej płaszczyźnie. Proces gięcia można prowadzić na prasach, walcach i za pomocą ciągnienia Obejmuje ono następujące operacje: wyginanie zaginanie profilowanie skręcanie prostowanie 55

56 Komputerowe projektowanie OP

57 Komputerowe projektowanie OP

58 Następne zajęcia : W5 Metody termicznego spajanie metali spawanie, zgrzewanie i lutowanie. Dziękuję za uwagę! Prowadzenie: dr inż. Radosław Łyszkowski