POLITECHNIKA GDAŃSKAROBERT SKOBLIK, LECH WILCZEWSKI TECHNOLOGIA METALI Laboratorium Skrypt przeznaczony jest dla studentów Wydziału Mechanicznego i Wydziału Chemicznego – kierunek Inżynieria Materiałowa GDAŃSK 2006 PRZEWODNICZĄCY KOMITETU REDAKCYJNEGO WYDAWNICTWA POLITECHNIKI GDAŃSKIEJ REDAKTOR SRYPTÓW RECENZENT Prof. dr hab. inż. Włodzimierz Walczak SPIS TREŚCI str. WSTĘP........................................................................................................................................4 CZĘŚĆ I ODLEWNICTWO. .....................................................................................................................5 WYKAZ WAŻNIEJSZYCH OZNACZEŃ ………………………………………………….... ..5 1. PRZYGOTOWANIE PRODUKCJI ODLEWU........................................................................7 2. RYSUNEK MODELU, SUROWEGO ODLEWU I FORMY ODLEWNICZEJ..........................................................................................................20 3. BADANIE PODSTAWOWYCH WŁAŚCIWOŚCI MATERIAŁÓW I MAS FORMIERSKICH..............................................................................................................36 4. FORMOWANIE RĘCZNE PRZY UŻYCIU MODELU NIEDZIELONEGO, DZIELONEGO I UPROSZCZONEGO....................................................................................49 5. ZALEWANIE FORM CIEKŁYM METALEM.....................................................................58 CZĘŚĆ II OBRÓBKA PLASTYCZNA................................................................................................65 WYKAZ WAŻNIEJSZYCH OZNACZEŃ..................................................................................65 1. MASZYNY DO OBRÓBKI PLASTYCZNEJ........................................................................67 2. WPŁYW ODKSZTAŁCENIA PLASTYCZNEGO NA ZIMNO NA ZMIANĘ WŁASNOŚC MECHANICZNYCH METALI...........................................81 3. WYZNACZANIE KRZYWEJ UMOCNIENIA MATERIAŁÓW...................................90 4. NACISKI I ODKSZTAŁCENIA W PROCESIE SPĘCZANIA.......................................97 5. PODSTAWOWE PARAMETRY WALCOWANIA.........................................................104 6. PRÓBY TECHNOLOGICZNE....................................... .........................................................112 7. GIĘCIE PLASTYCZNE..............................................................................................................123 8. CIĘCIE...............................................................................................................................................132 9. CIĄGNIENIE I PRZEPYCHANIE..........................................................................................142 10. WYCISKANIE......................................................................................................... ...................148 11. TŁOCZENIE POWŁOK NIEROZWIJALNYCH...............................................................154 12. ODKSZTAŁCENIA W PROCESIE TŁOCZENIA............................................................162 13. WYZNACZANIE GRANICZNYCH WARTOŚCI WSPÓŁCZYNNIKA WYTŁACZANIA................................................................................167 14. OCENA SKŁONNOŚCI BLACH DO ZACIERANIA W TRAKCIE TŁOCZENIA.........................................................................................................172 LITERATURA.................................................................................................................................. ..182 „TECHNOLOGIA METALI Laboratorium" został opracowany w dwu częściach. Pierwsza część dotyczy odlewnictwa. kierunek Inżynieria Materiałowa. natomiast druga . Skrypt ten powinien pomóc w opanowaniu wiadomości z odlewnictwa i obróbki plastycznej w zakresie ujętym w programie nauczania dla przedmiotu „Technologia Metali” I i II oraz „Technologia obróbki bezwiórowej” i „Metalurgia" i ułatwić studentom przygotowanie się do odrabiania ćwiczeń laboratoryjnych.obróbki plastycznej. Skrypt został opracowany przede wszystkim dla studentów I. III i IV roku Wydziału Mechanicznego Politechniki Gdańskiej oraz III roku Wydziału Chemicznego. .WSTĘP Skrypt pt. .wytrzymałość na ściskanie w MPa. . . .wysokość kształtki walcowej (m).wydatek metalu z kadzi odlewniczej w kg/s.początkowe maksymalne ciśnienie metalostatyczne w cm.przeważająca (średnia) grubość ścianek odlewu w mm.średnie ciśnienie metalostatyczne w cm. . . . .masa odlewu wraz z układem wlewowym i zasilającym w kg.powierzchnia przekroju wlewu rozprowadzającego.wysokość odlewu nad poziomem wlewów doprowadzających w cm. .Część I ODLEWNICTWO WYKAZ WAŻNIEJSZYCH OZNACZEŃ A A a B b C FWD FWR FWG g h hsr K k Os P P Pł PG PL p Qc Qodl Qc . .wytrzymałość na ściskanie w stanie wysuszonym w MPa τ Rc Rcw Rcs 5 .zawartość lepiszcza w %. . . .odsiew w % . .wytrzymałość na ściskanie w stanie wilgotnym w MPa. zależny od rodzaju stopu z którego wykonany ma być odlew.ciśnienie powietrza pod kształtką (Pa).masa surowego odlewu w kg. .współczynnik charakteryzujący uzysk.masa próbki przed badaniem w g. .suma powierzchni przekroju wlewów doprowadzających.wysokość odlewu w położeniu do zalewania w cm. .osypliwość wyrażona w %. ⎣ Pa ⋅ s ⎦ .masa próbki po badaniu w g. .płynność masy formierskiej w %.przelew (wychód) . .powierzchnia przekroju wlewu głównego .przepuszczalność próbki w ⎢ ⎥.objętość zbiornika (lejka) wlewowego w cm3. ⎡ m2 ⎤ . .podstawa wlewu głównego. . . . .optymalny czas zalewania w s. jego stopnia przegrzania i lejności oraz miejsca doprowadzenia metalu.wytrzymałość na ścinanie w stanie wilgotnym w MPa .powierzchnia przekroju poprzecznego kształtki walcowej w m2..czas rezerwy metalu w s.gęstość ciekłego metalu w g/cm3 . .ogólny współczynnik oporu formy.zbiornik wlewowy. . . .wytrzymałość na ścinanie w stanie suchym w MPa . .wlew rozprowadzający.czas przepływu powietrza przez kształtkę w s.wytrzymałość na rozciąganie w stanie suchym w MPa .współczynnik zależny od rodzaju metalu.objętość powietrza przepływającego przez kształtkę walcową w m3.wlew główny.wytrzymałość na ścinanie w MPa. .wytrzymałość na rozciąganie w MPa .wytrzymałość na rozciąganie w stanie wilgotnym w MPa . .Rt Rtw Rts Rm Rmw Rms S s V Vodl WG WR WD ZW . .objętość surowego odlewu w dm3. µ γ τ τ τ1 6 . .wlewy doprowadzające. Technologiczne konstruowanie wymaga więc pogodzenia przeciwieństw zachodzących między wymaganiami eksploatacyjnymi. PRZYGOTOWANIE PRODUKCJI ODLEWU 1. • analizy właściwości materiału odlewu w celu określenia jego przydatności do warunków eksploatacyjnych i technologii. ustalić.technologia na podstawie analizy kosztów. Ma na celu dostosowanie konstrukcji przedmiotu do specyficznych wymagań wybranej technologii jego produkcji. Cel ćwiczenia Zapoznanie się z metodami wykonywania odlewów.1. Wprowadzenie 1. naprężeń i pęknięć w odlewach oraz wymaganiami dotyczącymi konstrukcji odlewów ze względu na łatwość czyszczenia i obróbki mechanicznej. natomiast przy produkcji masowej kucie matrycowe i tłoczenie oraz odlewanie pod ciśnieniem. Właściwa analiza techniczno – ekonomiczna wykonania części maszyn przy zastosowaniu technologii odlewniczej obejmuje rozpatrzenie następujących wymagań w stosunku do odlewu i jego produkcji: • tworzywo odlewu. Każdy przypadek należy analizować indywidualnie i bardzo szczegółowo. • wyboru najkorzystniejszego wariantu: konstrukcja . spawanych i odkuwek przedstawiono w tablicy 1. Technologiczność konstrukcji odlewu Analiza technologiczności konstrukcji jest jedną z podstawowych czynności w przygotowaniu produkcji. Składa się ona z czterech podstawowych elementów: • analizy warunków wymagań eksploatacyjnych w celu ustalenia podstawowych danych do konstrukcji. odkuwką. tj.2.materiał .1.1. Przystępując do konstruowania części maszyn na podstawie danych i założeń wynikających z warunków eksploatacji oraz funkcji użytkowej części. przy produkcji jednostkowej na ogół najtańsze są części spawane lub formowane ręcznie w formach piaskowych. lub kute swobodnie. czy dana część ma być odlewem. przy produkcji seryjnej na ogół najtaniej wypada odlewanie. lub elementu współpracującego w maszynie z innymi częściami należy przede wszystkim dokonać wyboru metody wytwarzania. Często o sposobie wytwarzania części decyduje materiał (np. a w szczególności z zasadami zapobiegania powstawania jam skurczowych i rzadzizn.1. stawianymi przez użytkownika. wytłoczką itp. zasadami poprawnej konstrukcji odlewów. 1.2. Nie ma żadnej ogólnej reguły. a wymaganiami materiałowymi i możliwościami technologii wytwarzania. 7 . na podstawie której można by zadecydować o wyborze metody wytwarzania.ekonomicznych części odlewanych. częścią spawaną lub montowaną. jako wyrobu gotowego. żeliwo szare może być stosowane tylko na odlewy). Porównanie charakterystycznych cech techniczno . Tablica 1. stopy powszechnie stopy metali stal oraz materiał metali nieżelaznych o stosowana o niskowęglowa w nieżelaznych odpowiednich postaci prętów. pod ograniczona (ograniczenia w warunkiem posiadania młotów i pras: kucie w wielkość foremnikach na młotach do odpowiednich poszczególnych części metodach odlewania).ekonomicznych części odlewanych.• • • • • • wymiary odlewu. lecz bardzo bardzo trudne lub otrzymywanie stosunkowo łatwe pracochłonne niewykonalne skomplikowan ych kształtów wewnętrznych 8 .8 ÷ 5 możliwe ścian.stale stopowe i metale nieżelazne wielkością bez ograniczeń bez ograniczeń. W chwili obecnej wskutek postępu w otrzymywaniu coraz to nowych tworzyw odlewniczych i opracowania nowych technologii odlewniczych coraz więcej części maszyn wykonuje się jako odlewy.1 Porównanie charakterystycznych cech techniczno . zależnie od cienkie ścianki właściwości plastycznych ścianki tworzywa i metody materiału odlewania mniejsza niż odlewów duża wrażliwość na duża i odkuwek różnice grubości ścian możliwe.. zależnie od grubość mm. lecz bardzo 80% zróżnicowane w materiału spawanego zależności od stopu bardzo stosunkowo duża grubość najmniejsza przeciętnie 0. wielkość (skala) produkcji. dokładność odlewu. spawanych i odkuwek Odlewy Części spawane Odkuwki Cechy techniczno ekonomiczne 1 2 3 4 stale węglowe i stopowe żeliwo. staliwo. profili właściwościach właściwościach blach. itp. w plastycznych odlewniczych ograniczonym zakresie . zakres i koszty obróbki mechanicznej. na prasach do 30 kg pod warunkiem posiadania odpowiednich urządzeń do topienia metalu i dźwigowych właściwości na ogół gorsze niż spoina wykazuje około lepsze niż odlewów i części wytrzymałości spawanych mechaniczne odkuwek. urządzeń dźwigowych 1t. koszt odlewu. kształt odlewu. przy masowej dla niektórych spawanych i i produkcji seryjnej na części może być mniejszy odkuwek ogół większy 2 zależna od metody odlewania. niebezpieczeństwo paczenia się dużych części W tablicy 1. mała i bardzo mała przy kuciu swobodnym chropowate. dość jednostkowej przy kuciu wysoki i wysoki przy małoseryjnej mały lub duży matrycowym bardzo mały formowaniu maszynowym i metodach specjalnych zwykle mniejsza niż większa niż odlewów i duża przy kuciu części spawanych odkuwek matrycowych swobodnym.3 przedstawiono charakterystykę porównawczą metod odlewania.1 1 dokładność wymiarowa gładkość powierzchni masa części surowej przy podobnej wytrzymałości koszt oprzyrządowan ia pracochłonnoś ć wydajność koszt gotowej części przy zbliżonej masie i podobnym kształcie 4 zależnie od metody: duża przy kalibrowaniu (±0. d. mała (mniejsza niż odlewów) przy kuciu matrycowym przy formowaniu na ogół nieco większa przy kuciu swobodnym przy kuciu stosowaniu mała.5 ÷ ±3. gładkie przy kuciu matrycowym. tablicy 1. 9 . ich klasyfikację i zakres stosowania natomiast w tablicy 1.2 podano główne metody produkcji odlewów. ręcznym mała. chropowate przy kuciu od chropowatych do spoiny bardzo gładkich.c. przy większa niż części i odkuwek odkuwkach matrycowych spawanych. mała i średnia przy kuciu matrycowym (±0. maszyn spawalniczych matrycowym i prasowaniu duża pod ciśnieniem – bardzo duża produkcji przy produkcji seryjnej przy produkcji przy seryjnej na ogół jednostkowej na ogół większy niż odlewów i mniejszy niż części mniejszy niż odlewów części spawanych.1 ÷ ±4. przy maszynowym – duża. bardzo zależnie od metody gładkie przy kalibrowaniu odlewania na ogół większa niż masa odlewów z i części żeliwa szarego mniejsza niż odlewów odlewów spawanych.0 mm 3 przy produkcji w przyrządach dość duża. odchyłki wymiarowe: ±0. przy odkuwek. duży i bardzo ręcznym mały.0 mm). z żeliwa często nieco mniejsza niż sferoidalnego. z żeliw odlewów stopowych i staliwa zbliżona do masy części spawanych lub nieco większa przy kuciu produkcji mały przy formowaniu przy i swobodnym.1 mm). powierzchnie gładkie swobodnym. mających kształty proste i średnio skomplikowane Odlewanie w formach piaskowych Materiał wiążący lub spoiwo Budowa formy Omodelowanie (ciekłe masy samoutwardza lne) 10 . o podwyższonych wymaganiach wymiarowych proces CO2 Produkcja jednostkowa i seryjna odlewów odpowiedzialnych o wymiarach średnich i dużych.2 Główne metody produkcji odlewów. kształtach prostych i średnio proces CMS skomplikowanych 4 Produkcja jednostkowa i małoseryjna odlewów średnich i dużych wg wymiarów gabarytowych i ciężaru. rzadziej o średnich wymiarach.Tablica 1. przymiary kontrolne) Formowanie w skrzynkach Wszystkie rodzaje produkcji odlewów o dowolnym stałych i usuwalnych stopniu skomplikowania. głównie odlewów dużych o dowolnym stopniu skomplikowania Formowanie w dołach Powtarzalna produkcja odlewów o dużych i bardzo odlewniczych dużych wymiarach Formy jednorazowe Produkcja jednostkowa odlewów o dużych wymiarach szamotow półtrwałe Produkcja seryjna odlewów o średnich wymiarach i o– prostych kształtach ceglane formowanie na Wszystkie rodzaje produkcji odlewów małych i średniej Masy wilgotno wielkości o kształtach prostych i średnio formierski skomplikowanych ez formowanie na Wszystkie rodzaje produkcji odlewów odpowiedzialnych lepiszcze sucho o średnich i dużych wymiarach m formowanie w Wszystkie rodzaje produkcji odlewów odpowiedzialnych gliniastym rdzeniach i skomplikowanych. ich klasyfikacja i zakres stosowania Sposób odlewania 1 Cechy klasyfikacji Zakres zastosowania 2 3 Modele drewniane Modele metalowe Modele z tworzyw sztucznych Modele uproszczone (wzorniki. modele szkieletowe. Można stosować do formowania ręcznego i maszynowego Produkcja wielkoseryjna i masowa odlewów o małych i średnich wymiarach Produkcja seryjna odlewów o małych i średnich wymiarach Produkcja jednostkowa odlewów o dużych. małych i średnich wymiarach oraz przy produkcji seryjnej dużych odlewów Formowanie w gruncie Produkcja jednostkowa. bez Masy względu na stopień skomplikowania formierski proces SMS e ze (sypkie masy szkłem samoutwardzal Produkcja jednostkowa i seryjna odlewów o wymiarach wodnym ne) średnich i dużych. przede wirujących (odśrodkowe) wszystkim mających kształty brył obrotowych Odlewanie pod Praktycznie ogranicza się do metali nieżelaznych. tablicy 1.c.2 Produkcja jednostkowa i seryjna odlewów o Masy utwardzane formiersk chemicznie w wymiarach średnich i dużych. średnich i dużych oraz bardzo (formy ceramiczne) wysokich wymaganiach wymiarowych i gładkości powierzchni Proces Lost Wax Produkcja wielkoseryjna i masowa odlewów drobnych. o wysokich wymaganiach wymiarowych przez podgrzanie Formowanie w masach Produkcja jednostkowa i seryjna odlewów o dużych cementowych wymiarach i kształtach prostych oraz średnio skomplikowanych Odlewanie kokilowe. o bardzo wysokich wymaganiach (gorące rdzennice) wymiarowych Odl Pręty okrągłe i profilowe ewa Blachy płaskie i Zamiast metali i stopów walcowanych nie profilowe ciąg łe Formy i rdzenie precyzyjne Formy metalowe 1. Ogólna koncepcja budowy odlewu Można sformułować następujące zasady konstrukcyjne dotyczące ogólnej koncepcji budowy odlewu: Specjalne metody odlewania 11 . o podwyższonych ie z temperaturze wymaganiach wymiarowych żywicami otoczenia syntetycz utwardzane Produkcja wielkoseryjna i masowa odlewów nymi małych.2.2.d. ciśnieniem Masowa produkcja odlewów małych i średniej wielkości o dowolnym kształcie i bardzo wysokich wymaganiach co do dokładności wymiarowej i gładkości powierzchni Proces Croninga Produkcja wielkoseryjna i masowa odlewów o (formowanie skorupowe) wymiarach małych i średnich oraz wysokich wymaganiach wymiarowych Proces Shaw’a Produkcja jednostkowa i seryjna odlewów o wymiarach małych. Produkcja wielkoseryjna i masowa odlewów o grawitacyjne wymiarach małych i średnich oraz seryjna produkcja odlewów dużych Odlewanie w formach Seryjna i masowa produkcja odlewów. o bardzo wysokich wymaganiach (wytapiane modele) wymiarowych i dużej gładkości powierzchni Proces Hot Box Wielkoseryjna i masowa produkcja rdzeni drobnych i małych. specjalne stopy Al. Cu do 5 kg.. ze stopów Al i Al 0. obrabialnych szt. 100 kg 20 kg. rzadziej staliwo Mg.3 Lp. Al do 30 kg narzucarką do (80). staliwne . skomplikowanych.5 mm. Zn.Sn.. trudno ponad 100 szt. nieżelazne – 3 mm Cu ÷ l .6 ÷l mm.stopy lekkie.05 do 15 kg maszyny: stopy Zn do gramów do 200 t gramów do 5 t.3 ÷ ze stopów: odlewy żeliwne . zwykle staliwa odlewnicze lewnicze stopowe i stopy trudno rzadziej stopy Fe obrabialne od kilkudziesięciu od kilkudziesięciu od kilkudziesięciu g do zależnie od wielkości 0. 0.5 kg produkcja seryjna oraz produkcja produkcja seryjna i produkcja produkcja serie odlewów dla wielkoseryjna.8 ÷ l. 4 mm. Pb.Tablica 1.2 mm.w zasadzie bez ograniczeń rdzeni piaskowych. staliwne .2 mm odlewy żeliwne .1 ÷ 0. i masowa ponad 500 szt.5 mm Cu ÷3 mm bez ograniczeń bez ograniczeń dowolne kształty z ograniczenia wynika. zwykle małe masowa zwykle wielkoseryjna: jednostkowa stopów Al ponad 1000 ponad 10 do 20 tyś. jące z usuwania rdzeni ograniczenia wynikające metalowych ze sposobu usuwania rdzeni metalowych l l 2 rodzaj stopu 2 zakres jednostkowych mas odlewu 3 wielkość produkcji 4 najmniejsza osiągalna grubość ścian stopień skomplikowania kształtów wewnętrznych 5 9 . Cu.10 ÷ Zn 0. mosiądze. 15 mm. stopy. odlewy z żeliwa szt.3 mm. Cecha procesu Charakterystyka metod wytwarzania odlewów Metoda wytwarzania odlewu w kokilach pod ciśnieniem metodą wytapianych w formach piaskowych modeli formowanie formowanie maszyręczne nowe 3 4 5 6 7 wszystkie stopy wszystkie stopy od. Fe kilkudziesięciu ton do 0. w zasadzie wszystkie żeliwo. możliwość powstawania wad typu porowatości skurczowej małych produkcja odlewów o powszechnie stosowana produkcja zakres stosowania produkcja do produkcji małych i odlewów głównie ze skomplikowanych części kształtach ze stopów stopów Al średnich odlewów zamiennych.3 0. wyjątkowo 2 ÷ 10 duża dokładność wymiarowa i gładkość powierzchni. cd. łatwość mechanizacji 10 ÷ 20. formy i odlewu powyżej 100 łatwość mechanizacji i automatyzacji. tablicy 1.9 przypadkach . drobnoziarnista struktura.075 0.1 6 7 8 9 2 osiągalna klasa dokładności IT odchyłka wymiarowa w mm na 100 mm wymiaru odlewu osiągalna chropowatość powierzchni Rz µm podstawowe zalety 3 15 ÷ 16 nie stabilizowana powyżej 100 możliwość produkcji jednostkowej. możliwe -0. łatwość sterowania procesem krzepnięcia ograniczony stosowania. bardzo wysoki koszt form.0.8. bardzo skomplikowanych odlewów ze stopów trudno obrabialnych 10 .14 ÷ 16. brak większych ograniczeń w kształtach odlewów 40 .możliwe 0.6 ÷ 0. znaczna oszczędność na obróbce.możliwe . 10 ÷ 30. szybkość produkcji. w wyjątkowych wych przypadkach -12 przypadkach -11 wych przypadkach . brak ograniczeń w kształtach odlewów mała dokładność wymiarowa. szybkość produkcji. Zn i Al części maszyn (do 5 t) prototypowych podstawowe wady średnia dokładność ograniczony wymiarowa i gładkość stosowania koszt kokili powierzchni produkcja małych.5 .100 ścisła. w wyjątko. mechanizacji zakres trudność 10 11 zakres konieczność posiadawysoki nia maszyn. w wyjątkowych 10 ÷ 12.3 4 5 6 7 14 ÷ 16.9 0.3 zależnie od tworzywa modelu.15 ÷ 0.5 0. oszczędność na obróbce.3 . w wyjątko.11 ÷ 16. wyjątkowo 2÷10 duża dokładność wymiarowa. ręcznie podwieszonych automatycznie do. tablicy 1.dokładne odlewanie i dokładna ceramicznego na zespół skrawaniem nowe. pod obniżonym ciśnieniem.1 12 cd. na szkle wodnym lub tworzywach sztucznych korpusy żeliwne i stalowe. Pb i lub stal stopowa stopów Zn. stalowe lub piaskowe stal węglowa stopów Zn.25 do 2 MPa wtłaczanie metalu ciekłego lub w stanie ciastowatym pod ciśnieniem l do 200 MPa grawitacyjnie. sposób wykonania formy ubijakiem pneumatycznym lub narzucarką sposób zapełniania formy materiału obróbka nanoszenie zagęszczanie maszy.tycznie dozownikami lub suwnicą zownikami 11 . Al. warstwami naciski 0.obróbka skrawaniem modelowy kilkoma ny transport form. w próżni lub pod ciśnieniem odśrodkowym 15 łyżką. C Fe dla masy ceramiczne na bazie Sn krzemianu etylu lub szkła dla wodnego u i 13 14 ubicie ręczne. rdzenie żeliwne.3 2 3 4 5 6 7 dokładne metalowe lub inne formy modelowe i kokile ręczne lub do bardzo zespół modelowy modele i płyty do odlewania modeli formy metalowe rdzennice metalowe pracy w kokilarkach rdzennice woskowych zwykle z drewna lub wykonane z tworzyw sztucznych materiał formy masy naturalne lub syntetyczne ze spoiwami naturalnymi lub chemoutwardzalnymi masy syntetyczne ze spoiwami gliniastymi. zmechanizowa. grawitacyjnie z grawitacyjnie z kadzi grawitacyjnie lub kadzią lub automakadzi . jak: • jamy skurczowe i rzadzizny. że każdy problem konstrukcyjny można zmienić przez dobór innego odpowiedniego stopu odlewniczego. bez silnie wystających elementów zwiększających gabaryty i mogących hamować skurcz odlewniczy. Wytrzymałość a zarazem sztywność odlewów zależy głównie od: a) najkorzystniejszego kształtu z punktu widzenia równomierności rozkładu naprężeń.3. • lokalne zgrubienia odlewu. • łatwości wykonania modelu. gdyż grubości przekrojów wymagane ze względów technologicznych są na ogół większe od otrzymywanych z obliczeń wytrzymałościowych. • łatwości i kosztów obróbki mechanicznej. tzw. Przy konstruowaniu odlewów należy rozważyć wiele czynników wytrzymałościowych. ułatwienia obróbki mechanicznej.4. Przyczynami powstawania wad technologicznych w odlewie mogą być: • nieprawidłowe ukształtowanie ścian i ich połączeń. zmniejszenia ilości braków itp.. Typowe przykłady technologicznych i nie technologicznych konstrukcji odlewu przedstawiono w tablicy 1. 3) rozważenie celowości połączenia kilku prostych odlewów w jeden odlew o bardziej skomplikowanym kształcie w celu uproszczenia obróbki mechanicznej i montażu. uwzględniające własności technologiczne itp. przez odpowiednie kształty konstrukcyjne odlewu. Zapomina się przy tym. poradniki. Pomoce i urządzenia rysunki gotowych części maszyn. • zastosowania rodzaju stopu odlewniczego.1) rozważenie korzyści zastąpienia odlewu częścią spawaną. 2) ocena możliwości podzielenia dużego i skomplikowanego odlewu na kilka odlewów mniejszych w celu uproszczenia wykonania formy. • naprężenia. że prowadzenie obliczeń wytrzymałościowych dla odlewów jest zbędne. węzły cieplne i ich wzajemne rozmieszczenie w odlewie. kutą lub tłoczoną. 1. 9 . otrzymanego z poprawnie wykonanych obliczeń wytrzymałościowych. • niejednorodność struktury w ściankach o różnej grubości. odkształcenia. formy i rdzenia. Ma to szczególne znaczenie przy produkcji seryjnej i masowej. 4) przy odlewach staliwnych rozważenie możliwości spawania kilku odlewów w jedną całość. pęknięcia. a przede wszystkim przeanalizować konstrukcję pod względem: • wytrzymałości i sztywności. Często istnieje nieuzasadniony pogląd. normy odlewnicze. materiałowych i technologicznych. b) poprawnie ukształtowanego odlewu z uwagi na charakterystyczne dla procesu odlewania wady. • możliwości wystąpienia wad odlewniczych w zależności od stopu i metod odlewania. 5) utrzymanie zwartej konstrukcji odlewu. • charakterystycznych cech metody odlewania. a w konsekwencji do obniżki kosztów wykonania odlewu i wzrostu dokładności wymiarowej.Tablica 1. itp. umożliwiają stosowanie modeli i form bez dodatkowych pochyleń technologicznych. Konstrukcja nieprawidłowa – niedopuszczalna w produkcji wielkoseryjnej Zmiana konstrukcji umożliwia odtworzenie odlewu w jednej części formy – obniżka kosztów omodelowania. co prowadzi do zmiany kształtów i wymiarów surowego odlewu 2 Możliwość stosowania płaskiej powierzchni podziału skraca czas formowania lub obniża koszt omodelowania Zmiana kształtu prowadząca do zmniejszenia ilości płaszczyzn podziału lub wyeliminowania rdzeni zewnętrznych. wzrost dokładności odlewu oraz uniknięcie możliwości powstania wad.4 Przykłady konstrukcji odlewów – nietechnologicznych i technologicznych Nr 1 1 Pochylenia odlewnicze. zaprojektowane przez konstruktora z uwzględnieniem optymalnej powierzchni podziału i kierunku usuwania modelu z formy piaskowej lub odlewu z formy metalowej. przestawienia Przykłady nieprawidłowa 2 konstrukcji prawidłowa 3 4 Omówienie 3 4 10 . zwiększa łatwość odprowadzenia gazów. Zachodzi konieczność stosowania nadlewów. przesunięcie punktów przecięcia ścian lub żeber itp. likwidacja lokalnych węzłów cieplnych przez lokalne wybrania. umożliwia formowanie maszynowe i stosowanie form metalowych o uproszczonych kształtach bez niebezpieczeństwa pęknięć skurczowych 6 Pewność i łatwość montażu rdzeni w formie bez używania podpórek rdzeniowych. zwłaszcza w przypadku tworzyw o skłonności do tworzenia tlenków na powierzchni metalu. Zmiana prowadzi do obustronnego podparcia rdzenia. ochładzalników lub zmiany konstrukcji – zmniejszenie różnicy grubości ścianek. ułatwia usunięcie rdzenia z odlewu Pochylenie dużych płaskich ścianek zmniejsza niebezpieczeństwo niedolewów i zimnych spoin.cd. odlewanie do form ustawionych niepoziomo (skośnie) Lokalne zgrubienia w odlewie uniemożliwiają stosowanie zasady krzepnięcia jednoczesnego. Gdy jest to niemożliwe. stwarzają niebezpieczeństwo powstawania wad skurczowych (jam. dodatkowych rdzeni zewnętrznych. żeber itp. otwory. rzadzizn).tablicy 1. występów.4 1 5 2 3 4 Zmiana kształtu nadlewów. 7 8 11 . Eliminuje konieczność stosowania części luźnych. tablicy 1.zmniejszyć różnice grubości 12 . zastosowanie żeber skurczowych.c. co prowadzi do paczenia się odlewu.4 1 9 2 3 4 Konstrukcja zapewniająca prawidłowe zasilanie węzłów cieplnych przy realizacji krzepnięcia kierunkowego – w kierunku nadlewu: pewność zasilania każdego węzła ciekłym metalem. Zmniejszenie naprężeń cieplnych i fazowych przez unikanie zgrubień lokalnych. można przeciwdziałać przez złagodzenie ostrości połączeń ścian odlewu.d. ewentualnie usuwanych po wyżarzaniu odprężającym. przez stosowanie łagodnych przejść między grubymi i cienkimi ściankami odlewów 11 Gdy w odlewie przeważają naprężenia cieplne – grube części odlewów wykazują skłonność do zmniejszania swej długości. lub podział odlewu na kilka części. Należy zmienić konstrukcję . odlew bez jam i porowatości osiowej. ścisły 10 Pęknięciom odlewu w wyniku mechanicznego i cieplnego hamowania skurczu. a cienkie do zwiększania. 1.14.15.c.4. Literatura [1. przez zastosowanie żeber w płaszczyźnie podziału w przypadku odlewów o skomplikowanych kształtach 1.8. Instrukcja do ćwiczenia Wykonujący ćwiczenie otrzyma rysunek przedstawiający błędną konstrukcję odlewu. odkształceń i pęknięć. wybrać i uzasadnić wybór metody wykonania odlewu.10.13.18.11. zaproponować sposób zasilania odlewu ciekłym metalem (układ wlewowy. przeanalizować kształt odlewu ze względu na łatwość wykonania formy. np.4 1 12 2 3 4 Łatwość oczyszczania odlewu to łatwość usuwania układu wlewowego nadlewów i zalewek. ochładzalniki).9. wybór i uzasadnienie wyboru wykonania odlewu.5. d. Sprawozdanie Rysunek poprawnego kształtu odlewu wynikający z przeprowadzonej analizy.19.17. czyszczenia odlewu i obróbki mechanicznej.12.16.20] 13 . nadlewy. tablicy 1. Korzystając z pomocy norm i poradników będzie miał za zadanie: przeanalizować możliwość występowania naprężeń. • karta prób. w której skład wchodzą : • rysunek konstrukcyjny gotowego wyrobu. • karta kalkulacyjna wykonania odlewu. SUROWEGO ODLEWU I FORMY ODLEWNICZEJ 2. Wykonuje się go wg ogólnych zasad wykonywania rysunku maszynowego.2. Podstawowe i najważniejsze znaczenie w dokumentacji technologicznej posiada rysunek surowego odlewu. • bazy obróbkowe dla wyjściowej operacji obróbkowej.: • konstrukcji modelu. Rysunek surowego odlewu powinien zawierać: • dane rozpoznawcze. • powierzchnię podziału formy odlewniczej. • układ wlewowy i nadlewy. • naddatki technologiczne. czyli analizy technologiczności konstrukcji tj.1. • karta technologiczna. • konstrukcji formy odlewniczej. Stanowi on koncepcję technologiczną odlewu. • pochylenia i zbieżności ścian odlewu zgodnie z płaszczyzną podziału formy. RYSUNEK MODELU. • warunki techniczne odlewu. • doboru skrzynek rdzeniowych.2. • karty instrukcyjne. Jest podstawą do przeprowadzenia analizy konstrukcji odlewu pod względem technologii jego wytwarzania. Cel ćwiczenia Zapoznanie się z podstawowymi zasadami konstrukcji części maszyn. • konstrukcji sprawdzianów. • rysunek surowego odlewu. • naddatki na obróbkę skrawaniem. które są wykonywane jako odlewy. 20 . Służy również do opracowania procesu obróbki skrawaniem odlewu. • rysunki konstrukcyjne zespołu modelowego • rysunek formy odlewniczej. Wprowadzenie W celu wprowadzenia do produkcji nowego wyrobu konieczne jest opracowanie dokumentacji technologicznej. 2. • innych przyrządów i narzędzi stosownie do specyfikacji wykonywanego wyrobu. • rysunek koncepcyjny sposobu odlewania. • rysunki oprzyrządowania specjalnego. 9 ÷ 1.3 0. wymagania co do twardości itp.0 0. których skurcz jest najsilniej hamowany i dotyczą odlewów wykonywanych w niepodatnych formach metalowych ( ciśnieniowych i kokilowych) Dla odlewów z żeliwa i staliwa wyróżnia się pięć klas.0 Metale nieżelazne 1. Dane rozpoznawcze (nazwa przedmiotu. Powierzchnia podziału formy dzieli odlew.1) i klasę dokładności (tablica 2. obróbka cieplna. dla których odchyłki te odbiegają od normy. 21 .1 Skurcz liniowy odlewów z różnych stopów Rodzaj stopu odlewniczego i odlewu Skurcz % swobodny hamowany Żeliwo szare 0.2 0.9 ÷ 1. nr surowego odlewu).4 austenityczne 2.8 0.4 brąz cynowy 0.0 ÷ 1.4 1.6 ÷ 2.0 ÷ 2.3 1.8 odlewy ciężkie Żeliwo ciągliwe (po wyżarzaniu 1.9 ÷ 1.1a.7 1.0 odlewy drobne i średnie 0. • dane dotyczące specjalnych wymagań stawianych odlewom.2 brąz aluminiowy 2.• dopuszczalne odchyłki wymiarowe dla tych powierzchni nieobrabialnych. 2. Na rysunku surowego odlewu zaznacza się ją w postaci osi kolorem niebieskim i nad osią pisze się „G” w kolorze niebieskim. a w przypadku dużych odlewów powierzchnię podziału formy stosuje się także w celu zmniejszenia ciężaru dużych modeli.0 1. a dla odlewów z metali nieżelaznych siedem klas dokładności odlewania. miarę skurczową (tablica 2.7 wysokostopowe chromowe 1.6 ÷ 2.5 silumin 2.9 odlewy średnie i duże 0.0 stopy magnezu 1.2) odlewu wpisuje się w tabliczce rysunkowej. formę i skrzynkę odlewniczą na dwie lub więcej części i przebiega ona zasadniczo przez największy przekrój przedmiotu.0 ÷ 2.0 1.1 Uwaga.5 białe czarne Staliwo węglowe i niskostopowe 1.3 ÷ 1. Przykład zastosowania i oznakowania powierzchni podziału formy przedstawiono na rys.2 0.7 0.9 1. Tablica 2. Powierzchnia podziału formy ma na celu umożliwienie wyjęcia modelu z formy w czasie formowania. a pod osią „D” również w kolorze niebieskim lub oznacza się jak na rys.6 ÷ 1.8 mosiądz 1.3 0.6 ÷ 1.0 ÷ 1. 2.7 ÷ 2. tworzywo.0 stopy aluminium z miedzią 1. wielkości naddatków na obróbkę mechaniczną i odchyłki masy. Najniższe z podanych wartości skurczu hamowanego odnoszą się do wymiarów elementów. np.3 ÷ 1.8 ÷ 2.1a.0 ÷ 2.8 grafityzującym) 1. W zależności od klasy wykonania odlewu z norm dobiera się tolerancje wymiarów. 2. które są trudne lub wręcz niemożliwe do wykonania na drodze odlewania w kształcie przedstawionym na rysunku konstrukcyjnym gotowego wyrobu.1. łącznik zabezpieczający odlew przed odkształceniem jako naddatek technologiczny łącznik wyciąć po obróbce cieplnej c naddatki na obróbkę d naddatki technologiczne jako wypełnienie otworów i wnęk e naddatki technologiczne pochylenia ścian wynikające z f naddatki technologiczne – nadlewki służące do uchwycenia przedmiotu przy obróbce g żebra skurczowe technologiczne jako naddatki Rys. 2. muszą posiadać naddatki o odpowiedniej wielkości. Wielkość naddatku na obróbkę mechaniczną jest znormalizowana i zależy od klasy dokładności odlewania. wielkości danej powierzchni oraz od rodzaju materiału odlewanego ( rys. Naddatki technologiczne są to te części bądź fragmenty odlewu. Przykłady oznaczeń na rysunkach surowych odlewów 22 . które w późniejszym toku procesu technologicznego będą poddane obróbce skrawaniem. a powierzchnia podziału formy b baza obróbkowa xxx.Powierzchnie odlewu.1 c). II modeli Odlewanie ciśnieniowe norma nie przewiduje podziału na klasy Uwaga. seryjnej) oraz dla odlewów prostych • • Najczęściej spotykane naddatki technologiczne to: wypełnianie wnęk i otworów. uzębienia o małych modułach wykonuje się w odlewie również jako pełne. V III. łączniki zabezpieczające odlew przed odkształceniami i pęknięciami przy stygnięciu. IV IV.Tablica 2.1 b ). „+ -” i „-”). Ponadto w zależności od grubości ścianek stosuje się następujące pochylenia: g ≤8 pochylenie „+” 8< g ≤ 12 można w „+ -” 23 . Pochylenia ścian i zbieżności mają za zadanie ułatwić wyjęcie modelu z formy. Dla powierzchni obrabianych mechanicznie stosuje się pochylenie tylko w „+”. Pochylenia mogą być wykonane w trzech rodzajach („+” . IV Odlewanie metodą wytapianych I I. 2. • naddatki na skurcz ( rys. 2. mm 6 .10 Otwory odlewane do Produkcja masowa obróbki skrawaniem Produkcja seryjna w [mm] Produkcja jednostkowa 20 . • naddatki wynikające z pochyleń ścian odlewu nie przewidzianych na rysunku przedmiotu (rys.50 12 .1 g ).1 f ).1 d ). wielowypust.2 Orientacyjny zakres stosowania klas wykonania odlewów określonych odpowiednią normą Technologia produkcji Rodzaj odlewanego stopu staliwo metale odlewu żeliwo żeliwo nieżelazne szare ciągliwe Formy piaskowe IV. które odlewa się jako pełne ( rys. II I. mm 6 -10 na gotowo średnica odlanego otworu. IV V (formowanie maszynowe) Odlewanie kokilowe I. Najmniejsze wartości średnic otworów w odlewach żeliwnych wykonanych w formach piaskowych zależą od grubości ścianki odlewu oraz od wielkości produkcji i wynoszą odpowiednio ( tablica 2. III III.30 10 .15 20 mm 30 mm 50 mm 40 .1 e). 2.18 Wszelkiego rodzaju wnęki typu: rowek pod klin.3): Tablica 2. 2. • dodatkowe nadlewki służące do ustalenia i uchwycenia przedmiotu podczas obróbki mechanicznej ( rys. VII (formowanie ręczne) Formy piaskowe III. IV II. II II III. obróbce cieplnej i wykończeniu ( rys. V VI. W przypadku podania w tablicy dwóch klas dokładności wykonania odlewów należy klasę wyższą przyjmować dla produkcji większej ( masowej ew. 2.3 Średnice otworów w odlewach piaskowych Otwory wykonywane grubość ścianki odlewu. 2. Technologiczne przejścia między przekrojami różnej grubości Rys.10 mm. Wielkości zaokrąglenia krawędzi wewnętrznych Minimalne grubości ścian wynoszą odpowiednio: dla odlewów małych 3 . Rys. Przejścia między grubymi i cieńszymi przekrojami powinny być łagodne. Przykłady rozwiązań przedstawiono na rys. Ważnym zagadnieniem przy wykonywaniu odlewu jest zapewnienie dokładnego wypełnienia formy ciekłym metalem. Podstawową zasadą przy konstruowaniu odlewów jest zasada zachowania możliwie równomiernej grubości ścian oraz unikanie miejscowych zgrubień odlewu.3. 2. a zaokrąglenia należy wykonywać z odpowiednio dużymi promieniami.dla g > 12 można w „-” Wszystkie naddatki na rysunku surowego odlewu powinno się zaznaczać kolorem czerwonym lub jak na rys. 2.15 mm. Układem wlewowym nazywa się system kanałów wykonanych w formie odlewniczej. 2. dla odlewów dużych 12 .4 mm.2 i rysunku 2. Zapewnia to prawidłowo obliczony i zaprojektowany układ wlewowy.1. który powinien spełniać następujące zadania: 24 . 2. dla odlewów średnich 6 .3. • doprowadzenie ciekłego metalu do ustalonych miejsc wnęki formy z wymaganą prędkością. Pierwsze trzy zadania spełniać może część wprowadzająca układu wlewowego. • uzyskanie odpowiedniego rozkładu temperatur metalu wypełniającego formę oraz regulowanie zjawisk cieplnych podczas krzepnięcia i stygnięcia odlewu. sposób oznaczania i przeznaczenie różnych elementów układów wlewowych przedstawiono w tablicy 2. aby: FWD < FWR < FWG gdzie: FWD . należy tak dobrać przekroje poszczególnych elementów układu wlewowego tak.1) 25 . spokojnie i w określonym czasie. • zatrzymanie płynących z metalem zanieczyszczeń i żużla.powierzchnia przekroju wlewu głównego (2.4 natomiast typowy układ wlewowy dla form piaskowych o poziomej powierzchni podziału na rys 2. natomiast ostatnie zadanie spełniają części układu zwane nadlewami lub ochładzalnikami. FWR . aby umożliwiał on zgodne z wymogami technologicznymi stopu i formy zapełnienie wnęki formy odlewniczej. Elementy układu wlewowego Zasadą przy konstruowaniu elementów układu wlewowego jest. Rys. Aby ten warunek był spełniony. 2. Nazewnictwo. aby przez cały czas zalewania danej formy były wypełnione całkowicie ciekłym metalem. Klasyczny układ wlewowy przedstawiony jest na rys. 2.powierzchnia przekroju wlewu rozprowadzającego. FWG .5. • zasilanie krzepnącego odlewu ciekłym stopem.4.suma powierzchni przekroju wlewów doprowadzających. Powinny one być tak skonstruowane.4. Tablica 2. PG . Najczęściej stosowane opierają się na: a) określeniu najkorzystniejszego czasu zalewania formy dla danego odlewu.3) 26 .wlew rozprowadzający. [kg] (2. sposób oznaczania i przeznaczenie różnych elementów układów wlewowych L Nazwa elementu Skrót Przeznaczenie i uwagi p. PL .8 dla staliwa. s .0 dla żeliwa.podstawa wlewu głównego. s = 1. Vodl .wlew główny.2.0 dla stopów aluminium. s = 1. s = 0. jego stopnia przegrzania i lejności oraz miejsca doprowadzenia metalu.65÷1. Typowy układ wlewowy dla form o poziomej płaszczyźnie podziału: ZW zbiornik wlewowy. Masę surowego odlewu obliczamy ze wzoru: Qodl = Vodl ⋅ γ gdzie: Qodl . WR . Zatrzymanie zanieczyszczeń i żużla. γ .3 ÷ 1. WG .1 dla stopów miedzi. symboliczny 1 2 3 4 1 Zbiornik wlewowy ZW Spokojne wprowadzenie metalu do układu.przelew (wychód) τ = s 3 gQc [s] (2. b) obliczeniu przekrojów elementów układu wlewowego zapewniających uzyskanie ustalonego czasu zalewania formy.8 ÷ 2. Rezerwa metalu na nierównomierność zalewania.współczynnik zależny od rodzaju metalu. 2 Wlew główny WG Wprowadzenie metalu w głąb formy 3 Wlew WR Rozprowadzenie metalu w głębi formy rozprowadzający 4 Wlew WD Wprowadzenie metalu do wnęki formy doprowadzający Istnieje kilka metod obliczania układu wlewowego.2) gdzie: τ .masa surowego odlewu w kg.przeważająca (średnia) grubość ścianek odlewu w mm. WD wlewy doprowadzające. s = 1.objętość surowego odlewu w dm3.masa odlewu wraz z układem wlewowym i zasilającym w kg. g . Qc .optymalny czas zalewania w s.4 Nomenklatura.8 ÷ 3. Optymalny czas zalewania formy dla danego odlewu określa się ze wzoru empirycznego Sobolewa: Rys.5.gęstość stopu w kg/dm3. k = 1.współczynnik charakteryzujący uzysk.5 .3 ÷ 1. Na podstawie określonego czasu zalewania formy oblicza się sumę powierzchni przekrojów wlewów doprowadzających ΣFWD jako powierzchnię najwęższego miejsca układu wlewowego. k = 1. Prędkość ta nie powinna być zbyt mała ze względu na niebezpieczeństwo tworzenia się kożuchów tlenkowych oraz ich przymarzanie do ścian formy. np.5).8 ÷ 1.8 .liniowa prędkość podnoszenia się metalu we wnęce formy w cm/s (tablica 2.Masa odlewu wraz z układem wlewowym i zasilającym (nadlewami) obliczamy ze wzoru: Qc = Qodl ⋅ k [kg] (2. Prędkość podnoszenia się metalu oblicza się ze wzoru: ϑ= gdzie: ϑ C τ [cm/s] (2. Jeżeli prędkość zalewania okaże się zbyt mała .31 ⋅ µ hsr ΣFWD = Qc 0.2 . decydującego o wielkości wydatku metalu przepływającego przez układ wlewowy. τ . lub skrócić czas zalewania.5) .31 ⋅ µ hsr ⋅ τ = ⋅ Qc τ [cm2] (2.dla żeliwa szarego.6 ÷ 1.masa surowego odlewu wraz z układem wlewowym i zasilającym w kg. k .optymalny czas zalewania w s.5 Najmniejsze dopuszczalne prędkości podnoszenia się metalu w formie Grubość ścianek odlewu Prędkość dopuszczalna υ [cm/s] [mm] odlewy żeliwne odlewy staliwne do 4 3 ÷ 10 2 4 ÷10 2÷3 1 10 ÷ 40 1÷3 powyżej 40 0.dla żeliwa ciągliwego i sferoidalnego.6 .3 ÷ 1.dla staliwa. należy zmienić położenie odlewu w formie.wysokość odlewu w położeniu do zalewania w cm (rys. C . 2. tak aby C było większe. k = 1. Tablica 2.6) 27 . Sumę przekrojów wlewów doprowadzających określa się z zależności: 1 0.0 Przy odlewaniu metali nieżelaznych prędkość podnoszenia się metalu w formie przyjmuje się ϑ = 2 cm/s. zależny od rodzaju stopu z którego wykonany ma być odlew.8 0.6). k = 1.dla mosiądzów i brązów. Czas zalewania ma wpływ na prędkość podnoszenia się ciekłego metalu w formie.4) gdzie: Qc . ogólny współczynnik oporu formy (tablica 2. C .38 mały 0.30 0.6. Qc . τ Rys.42 0.32 suszona 0.6 Rodzaj odlewów żeliwne staliwne Wartość współczynnika oporu formy Rodzaj formy Opór formy duży średni wilgotna 0.gdzie: Qc .50 0. należy ustalić położenie odlewu podczas zalewania i z kolei określić rozmieszczenie odlewów w formie oraz 28 . Schematy położenia odlewu w formie odlewniczej w zależności od poziomu doprowadzenia metalu do wnęki formy Tablica 2.początkowe maksymalne ciśnienie metalostatyczne w cm.42 suszona 0. hsr . µ . P .wydatek metalu z kadzi odlewniczej w kg/s.50 Średnie ciśnienie metalostatyczne hsr . τ .48 wilgotna 0.średnie ciśnienie metalostatyczne w cm.wysokość odlewu nad poziomem wlewów doprowadzających w cm.masa odlewu wraz z układem wlewowym i nadlewami w kg.7) gdzie: hsr .6). 2. K .60 0.całkowita wysokość odlewu w położeniu do zalewania. oblicza się wg wzoru : hsr = K − P2 C [cm] (2.25 0.41 0. Aby można było obliczyć wartość średniego ciśnienia metalostatycznego.optymalny czas zalewania w s.35 0.średnie ciśnienie metalostatyczne w cm. 9 Tablica 2.Al) stopy Al stopy magnezu 1 1 1 2 ÷4 2÷6 2÷4 1.czas rezerwy metalu w s .2 1 1 1 1 Kształt i wymiary zbiornika wlewowego ustala się na podstawie wyliczonej z wzoru 2.7 Stosunki powierzchni przekrojów poszczególnych elementów układu wlewowego w zależności od odlewanego metalu Rodzaj metalu FWD FWR FWG żeliwo szare zwykłe i wysokojakościowe 1 1. γ .tablica 2.8 Czas rezerwy metalu w zbiorniku wlewowym w zależności od masy odlewu Masa metalu w formie Qc [kg] 100 100 ÷ 500 500 ÷ 1000 1000 ÷ 5000 powyżej 5000 Rezerwa τ1 2÷3 3÷4 4÷6 5 ÷7 6÷8 [s] Do odprowadzenia gazów z formy odlewniczej. Po przyjęciu najmniejszej dopuszczalnej grubości masy formierskiej otaczającej odlew można dobrać kształt i gabaryty znormalizowanych skrzynek formierskich.odległości pomiędzy odlewami i poszczególnymi elementami formy. którego głównym zadaniem jest zapobieganie tworzeniu się w odlewie jam skurczowych i rzadzizn.4 i 2.tablica 2.2 ÷ 2.masa surowego odlewu wraz z układem wlewowym i zasilającym w kg.optymalny czas zalewania w s. 2.1 2 2 ÷4 1.0 2÷4 1.0 ÷ 1. τ1 .2 ÷2.gęstość ciekłego metalu w g/cm3 .5 żeliwo ciągliwe staliwo stopy Cu brązale (Cu . Qc . a usuwa się go 29 . a następnie dobrać ich kształt i wymiary. A= Qc ⋅ τ 1 ⋅ 1000 [cm3] τ ⋅γ (2.3 1.2 1.8) gdzie: A .0 ÷ 1.0 ÷ 1.0 ÷ 1.7 można określić przekroje wlewów rozprowadzających FWR i wlewów głównych FWG. osłabienia uderzenia metalu o górną powierzchnię wnęki formy oraz dla oceny stopnia zapełnienia formy ciekłym metalem służą przelewy. Dla zrekompensowania ubytku metalu wskutek skurczu w stanie ciekłym i w okresie krzepnięcia służą nadlewy. Nadlew jest to naddatek technologiczny. wyprowadzenia zanieczyszczeń niemetalowych z wnęki formy.0 1. τ .objętość zbiornika (lejka) wlewowego w cm3.5).8 pojemności metalu w tym zbiorniku. Znając sumę najmniejszych przekrojów wlewów doprowadzających oraz korzystając z tablicy 2. Umiejscawia się je zwykle na najwyższym punkcie wnęki formy (rys.8. Tablica 2. 9 Gęstość różnych stopów odlewniczych w stanie ciekłym Gęstość w stanie Gęstość w stanie ciekłym ciekłym [g/cm3] 3 [g/cm ] Rodzaj stopu Rodzaj stopu zakres wartość zakres wartość średnia średnia żeliwo szare i białe 6. Tablica 2.80 8.70 Elementy układu wlewowego na rysunku surowego odlewu zaznacza się kolorem czerwonym linią cienką kreska – dwie kropki.10. 2.10 ÷ 2.5.30 8.40 6.8. Wykonać rysunek surowego odlewu dla przedmiotu jak na rysunku mając rysunek konstrukcyjny gotowego wyrobu oraz przyjmując dane: • produkcja jednostkowa. czyli takie.00 stopy ołowiu 9.60 staliwo węglowe 7. wykonać rysunek surowego odlewu.15 brązy aluminiowe 7.10 stopy Zn . 2.50 ÷ 1. kształtu itp. 2. • materiał (żeliwo ) EN-GJL 250. 30 .90 7.05 ÷ 7.40 brązy cynowe 7.65 ÷ 6. natomiast rysunek modelu na rys. 2. mieszczące się w głębi formy. sposobu zasilania formy ciekłym metalem. • wszystkie powierzchnie obrabiane mechanicznie. 2. oraz kryte lub zakryte.20 7.05 6.50 ÷ 8.90 brązy ołowiowe 8.00 1. 2.30 ÷ 7.70 ÷ 7. Istnieje wiele odmian nadlewów w zależności od miejsca umieszenia. natomiast na rysunku koncepcyjnym odlewu linią czerwoną ciągłą. Z kolei rozróżnia się nadlewy otwarte. Instrukcja do ćwiczenia • • • • Na podstawie rysunku konstrukcyjnego należy: ustalić pozycję odlewania.40 ÷ 8.4.9. 2.75 stopy Mg 1.70 i krzemowe mosiądze 7.60 ÷10.7 pokazano na rys. których górna powierzchnia sięga powierzchni formy. dobrać wielkość naddatków na obróbkę mechaniczną i naddatków technologicznych.75 ÷ 7.w trakcie obróbki wykańczającej.20 5. określić powierzchnię podziału formy. a rysunek formy odlewniczej na rys. normy. Pomoce i urządzenia • • rysunki zadanych części maszyn.3. Przebieg ćwiczenia Przykład wykonania rysunku surowego odlewu. Zależnie od umiejscowienia nadlewu względem odlewu rozróżnia się nadlewy górne i boczne.Al 5. Rysunek surowego odlewu dla przedmiotu przedstawionego na rys.60 stopy Al 2.90 2.60 7. 2.Rys.7. Rysunek konstrukcyjny pokrywy żeliwnej 31 . 2. Rysunek surowego odlewu 32 .Rys.8. 9 Rysunek modelu 33 .Rys. 2. Rysunek formy odlewniczej 34 . 2.Rys.10. 2.8. Sprawozdanie Sprawozdanie obejmuje rysunek surowego odlewu.13.10. Literatura [1.11.15.6.9.18.20] 35 .12. połowę całkowitej warstwy). Zgłębnik z pobraną próbką wyjmuje się z badanego materiału szybkim energicznym ruchem. Nigdy nie należy pobierać próbki z warstw powierzchniowych. a po odjęciu stożka wytrząsa się materiał z rury. 3. zawartości lepiszcza. Należy odrzucać z miejsc pobierania warstwę wierzchnią grubości 25 cm (przy grubości warstwy 50 cm . analiza ziarnistości piasków formierskich. głębokość próbki do 1000 mm.2.1.2. przeprowadzenie oznaczenia zawartości wilgoci. Zgłębnik typu LZ: 1 – rura stalowa z uchwytem. który powoduje zgarnianie materiałów do wnętrza rury.3.1.1. Oznaczenie zawartości wilgoci Pod pojęciem „wilgoci” rozumie się wodę higroskopijną. która zostaje usunięta z próbki w czasie suszenia jej w temperaturze 105 . aby reprezentowały średnie właściwości badanego materiału. kapilarna i swobodna.2. Jest to w przeważającej ilości woda adsorpcyjna.1). 3. Wprowadzenie 3. Objętość pobieranej próbki 0. Do pobierania próbek materiałów sypkich oraz mas formierskich i rdzeniowych służy zgłębnik typu LZ (rys.6 dcm3. narażonych na działanie wpływów atmosferycznych. 2 – metalowy stożek.1100C.2. 3. 3 – szczelina probiercza Pobieranie próbki za pomocą zgłębnika wykonuje się przez wbicie stożka w materiał i obrót w lewo o kąt 3600. 3. Cel ćwiczenia Zapoznanie się z metodami badania podstawowych właściwości piasków i glin formierskich. BADANIE PODSTAWOWYCH WŁAŚCIWOŚCI MATERIAŁÓW I MAS FORMIERSKICH 3. gdyż z warstw tych może być wypłukana część gliny z najdrobniejszych ziarn. Rys. Należy zwracać dużą uwagę na prawidłowe pobieranie próbek. Pobieranie próbek materiałów formierskich Badania laboratoryjne przeprowadza się na pobranych i odpowiednio przygotowanych próbkach. Do oznaczania zawartości wilgoci można stosować: 36 . badanie wytrzymałości mas formierskich. Suszarka laboratoryjna pospieszna promiennikowa 3 – stanowiskowa: 1 – komora.Czas suszenia dla próbek zawierających do 10% wilgoci wynosi 15 min. urządzenie do szybkiego oznaczania zawartości wilgoci Speedy (rys. Próbkę wstawia się do suszarki laboratoryjnej i suszy w temperaturze 105-1100C. mianowicie: aparatu z manometrem. Aparat składa się z cienkościennego korpusu1. 3 – próbka. Rys.2. 3. 4 – wyłącznik główny. 6 – wyłączniki błyskawiczne lamp promiennikowych. suszarkę pośpieszną promiennikową trójstanowiskową (rys. pojemnika 2. 37 . w której zachodzi reakcja chemiczna pomiędzy wodą zawartą w masie a rozdrobnionym karbidem. szczelnego naczynia na karbid. Z prawej strony suszarki jest umieszczony osprzęt elektryczny i tablicowy.3. Po wysuszeniu próbki i ostudzeniu w eksykatorze ustala się procentową zawartość wilgoci W według wzoru 3. W komorach są umieszczone żarówki promiennikowe 2. 8 – oprawa żarówki Suszarka promiennikowa składa się z trzech komór 1 wzajemnie odizolowanych cieplnie. 2 – pojemnik. Dostęp do komór udostępniają odchylane drzwiczki 7. manometru sprężynowego 4 i filtru. uchylnego jarzma ze śrubą dociskową 3.2.3). 4. Wnętrze korpusu stanowi komora. mierzonej termometrem rtęciowym z dokładnością do 0. Aparat Speedy do oznaczania wilgoci: 1 – korpus.). 7 – drzwiczki. jednoszalkowej wagi.2. 3. wyłączniki błyskawiczne do lamp promiennikowych 6.2. Zestaw Speedy składa się z kilku odrębnych części. każda o mocy 250 W. 3.• • • suszarkę elektryczną laboratoryjną z regulacją umożliwiającą utrzymanie w ciągu godziny temperatury 1050C. na który składają się: przekaźnik czasowy 5. Rys. czerpaka. 3 – śruba dociskowa. Oznaczanie zawartości wilgoci przy użyciu suszarki laboratoryjnej promiennikowej Z próbki laboratoryjnej pobranej zgodnie z normą odważa się na wadze technicznej 50 ±0.1 g materiału formierskiego.50C.manometr 3. 3. 2 – żarówka. wyłącznik główny 4.1.1. 5 – przekaźnik czasowy. szczotki. 3. Oddzielenie lepiszcza od osnowy jest oparte na wykorzystaniu różnicy szybkości opadania cząstek w wodzie w zależności od ich wielkości. Zakłócenie ruchu wirowego mieszaniny powoduje intensywniejsze ocieranie się cząsteczek stałych zawiesiny o siebie. Do oznaczenia zawartości lepiszcza służy aparat (rys.1) gdzie.W = a−b ⋅ 100% a (3. Następnie wstrząsa się aparatem w pozycji pionowej aż do ustalenia się położenia wskazówki manometru.2% wilgoci. na której ustawia się naczynie szklane napełnione badaną mieszaniną. Za miarodajny wynik przyjmuje się średnią arytmetyczną z dwóch oznaczeń. aby przed dokręceniem śruby dociskowej nie nastąpiło zetknięcie się wilgotnej próbki z karbidem.2) Wydzielający się acetylen powoduje wzrost ciśnienia w aparacie.2. 3. Oznaczenia zawartości wilgoci aparatem Speedy Do oznaczenia odważa się 6 g badanego materiału na specjalnie wycechowanej jednoszalkowej wadze stanowiącej wyposażenie aparatu. a rzeczywistą zawartość wilgoci ustala się przez porównanie odczytu na manometrze z wykresem cechowania dołączonym do każdego aparatu. a . mechanizm zaczepu ustalający głowicę w jej górnym położeniu 6. 3.4) składający się z głowicy napędowej 3 przesuwającej się po wałku pionowym 2 osadzonym w trójkątnej podstawie 1. Różnica między dwoma oznaczeniami nie może przekraczać 0. wyłącznik błyskawiczny 4. Pomiar polega na oddzieleniu lepiszcza od osnowy ziarnowej piasku i obliczeniu na podstawie różnicy mas procentowej zawartości lepiszcza. Odważoną próbkę materiału umieszcza się w starannie wyczyszczonym pojemniku.2. W podstawie aparatu znajduje się sprężyście zamocowana podstawka 5.masa próbki wysuszonej w gramach Za wynik pomiaru przyjmuje się średnią z dwóch równoległych oznaczeń. W głowicy jest umieszczony silnik elektryczny 8 sprzęgnięty z mieszadłem 7.Oznaczenia zawartości lepiszcza Przez „lepiszcze” rozumie się wszystkie występujące w piaskach formierskich minerały o wielkości ziarn równej lub mniejszej od 0.masa próbki wilgotnej w gramach b . W zamkniętej komorze zachodzi reakcja wytwarzania acetylenu: CaC2 + 2H20 → C2H2 + Ca(OH)2 (3. pobranego czerpakiem. a do korpusu aparatu wsypuje około 5 g sproszkowanego karbidu.5% wilgotności.2. przy założeniu jednakowej ich gęstości. który przenosi się na manometr wycechowany w procentach wilgotności. Asymetrycznie rozstawione pręty mają za zadanie zakłócenie ustabilizowanego przepływu mieszaniny ciekłej wprawionej w ruch wirowy przez obracające się mieszadło.2. trzy nastawne pręty kierunkowe o przekroju profilowym 9 oraz pierścień uszczelniający. a w rezultacie tego zjawiska szybsze obmywanie lepiszcza. 38 . Odczytu dokonuje się w poziomym położeniu aparatu.02 mm.3. Po wsypaniu materiałów aparat należy zestawić w położeniu poziomym uważając. przy czym różnica między tymi wartościami nie może przekraczać 0. Tablica 3. 4 – wyłącznik.zawartość lepiszcza w % a . Po wypłukaniu lepiszcza naczynie dopełnia się wodą do poziomu 150 mm do dna i odstawia na przeciąg 10 minut. Oznaczenie uznaje się za prawidłowe. Następnie uruchamia się mieszadło. 10 – naczynie Pozostałość w naczyniu po oddzieleniu lepiszcza szklane należy przenieść ostrożnie na sączek. ponownie pozostawia na 10 minut.podstawa. Czynności te powtarza się po raz napędową. W identyczny sposób postępuje się tak dźwignia zaczepu głowicy.1 g i wyznacza zawrtość lepiszcza: A= a−b 100% a (3.5 5.0 0.o 39 . Po ostudzeniu waży się wykruszone z sączka ziarna piasku z dokładnością do 0. 8 – silnik.0 1. Naczynie z zawartością umieszcza się na podstawie sprężynującej. wprawiając mieszaninę w ruch wirowy przez okres 5 minut.3 1. 6 – wynosi 5 minut. Aparat do oznaczania zawartości lepiszcza: 1.1.110 0C.0 0. gdy zachowana jest dokładność podana w tablicy 3.0 do 10. oraz 5 % roztworu HCl. który suszy się w temperaturze 105 . aż do ustalenia się ciężaru.1 g i wsypuje do naczynia szklanego dodając następnie 25 cm3 3 % roztworu NaOH. Z wysuszonego piasku lub masy formierskiej pobiera się próbkę o masie 50 ± 0. zwalnia dźwignię i dociska głowicę. a następnie zlewa zawiesinę w wodzie za pomocą rurki lewarowej. że czas opadania cząstek zawiesiny podstawka sprężynująca. 5 – trzeci z tym.masa piasku po oddzieleniu lepiszcza Za wynik przyjmuje się średnią arytmetyczną z dwóch równoległych oznaczeń. Do pozostałej próbki piasku dodaje się powtórnie wody i po wymieszaniu przez 5 minut ponownie pozostawia na 10 Rys. 7 – długo.1 do 1. kierunkowe.4) gdzie: A .0 powyżej 10. minut. aż ciecz nad osadem będzie po odstawieniu mieszadło.Oznaczenie zawartości lepiszcza przeprowadza się w następujący sposób. 9 – pręty zupełnie przezroczysta.3.masa piasku przed oddzieleniem lepiszcza b .0 do 5. a następnie 2 – słup prowadzący głowicę odciąga zawiesinę.1 Dokładność pomiaru zawartości lepiszcza Zawartość lepiszcza w % Dopuszczalna różniąca między dwoma oznaczeniami % 0.4. przez które przeszłyby ziarna badanego materiału formierskiego.2 Tablica 3.6) Liczba ziarnistości L obliczona przy stosowaniu zestawu sit (tablica 3.63 31 0.63 0.3.40 38 0.6 1.040 0.16 103 0. odsiew B: b B = 100% a (3.5) gdzie: a .4. Analiza ziarnistości Oznaczenie ziarnistości jest to określenie pozostałości ziarn na poszczególnych sitach (o różnej średnicy oczek) w procentach w stosunku do ilości badanego materiału.40 0.10 150 0.063 0.masa próbki pozostała na sicie w g Odsiew przeliczony xi jest to pozostałość ziarn na sicie przeliczona w procentach w stosunku do materiału formierskiego wziętego do przesiewania po obmyciu lepiszcza xi = B 100% 100 − A (3.32 0.32 52 0.056 0.8 0. gdyby je sprowadzić do przeciętnej wielkości L= ∑ a i ⋅ xi xi (3.063 195 0.2 Zestaw sit do oznaczania ziarnistości w zależności od rodzaju danego materiału formierskiego Nr sita Prześwit oczka Mnożnik do obliczania (Pi) (mm) liczby ziarnistości (ai) 5 1.20 0.8 17 0.7) gdzie : ai .071 0.20 66 0.2) jest to liczba wskazująca numer hipotetyczny sita.10 0.2.071 0.16 0. 040 300 Denko 40 .056 0.mnożnik podany w tablicy 3.masa próbki przed oznaczeniem w g b . Jest to tzw.6 11 0. Średnią wielkość ziarna D50 można określić: • z przeliczenia - jest to liczba wskazująca prześwit oczka hipotetycznego sita, przez które przeszły ziarna badanego materiału formierskiego, gdyby je sprowadzić do przeciętnej wielkości; • z krzywej sum - jest to wielkość prześwitu oczka w milimetrach odpowiadająca 50% sumy odsiewów przeliczeniowych (rys. 3.5.). Frakcja główna Fg jest to suma przeliczonych odsiewów z trzech sąsiednich sit znormalizowanego zestawu, na których pozostała największa ilość ziarna. Jest to jeden ze wskaźników charakteryzujący sposób osnowę pod względem jednorodności. Oznaczenie ziarnistości piasku przeprowadza się w następujący sposób. Z próbki laboratoryjnej pobranej zgodnie z obowiązującą normą i wysuszonej w temperaturze 105 110oC należy odważyć dwie próbki po 50 g masy formierskiej. Z odważonych próbek należy wypłukać lepiszcze, wysuszyć i następnie wsypać na górne sito (o największym prześwicie) zestawu ułożonego według numerów zgodnie z tablicą 3.2. Zestaw sit należy przykryć pokrywą i umieścić na wstrząsarce wibracyjnej. Czas przesiewania wynosi 15 min. Po zakończeniu przesiewania zestaw sit przenosi się na stół laboratoryjny i zsypuje piasek z każdego sita na przygotowane arkusze papieru, czyszcząc przy tym dokładnie sita przy użyciu pędzelka. Odsiewy, a więc pozostałości ziarna na poszczególnych sitach należy dokładnie zważyć z dokładnością do 0,01g i przeliczyć wg. równania 3.4 na procenty B w stosunku do ilości materiału formierskiego wziętego do oznaczenia. Różnica między ciężarem materiału użytego do badania a sumą pozostałości na sitach nie powinna przekraczać 0,05%. Następnie wypełnia się arkusz oceny piasku oraz wykreśla wykres krzywej sum (rys. 3.5). Ponadto określamy frakcję główną. Rys. 3.5. Krzywa sum osnowy piaskowej i wykres słupkowy rozkładu ziarn na poszczególnych sitach: a) krzywa sum, b) wykres słupkowy rozkładu ziarn Wskaźniki są podstawą dla oceny przydatności badanego materiału dla danej technologii odlewniczej. 3.2.5. Przygotowanie piasku i mas do badań Piasek względnie masa formierska, mające być poddawane badaniom technologicznym, muszą być uprzednio przygotowane. Przygotowanie to polega na dokładnym wymieszaniu 41 piasku względnie składników masy i na ich nawilżeniu. Wymieszanie masy przeprowadza się w mieszarce (rys. 3.6). Do sporządzenia masy stosuje się suchy piasek formierski o temperaturze otoczenia (powyżej 00 C), pozostałe składniki jak glinę formierską, pył węglowy, spoiwa itp. używa się, zależnie od rodzaju dodatku, w stanie stałym lub ciekłym. Nie należy stosować piasków gorących lub ciepłych. Sumaryczna ilość składników masy powinna wynosić 3 - 6 kg. Zbyt mała ilość składników masy nie zapewnia równomiernego jej wymieszania. Do wyczyszczonej mieszarki wprowadza się określoną Rys. 3.6. Mieszarka ilość piasku i uruchamia mieszarkę celem równomiernego laboratoryjna rozłożenia materiału w misie. Następnie wlewa się połowę określonej ilości wody i po 1 minutowym mieszaniu dodaje dalsze materiały sypkie mieszając później przez 2 minuty. W dalszym ciągu uzupełnia się resztę wody oraz dodaje inne składniki ciekłe i miesza przez 7 minut. Przygotowanie masy przeprowadza się przy zamkniętej pokrywie mieszarki. Gotową masę przesiewa się przez sito o oczkach 4x4 mm i wsypuje do szczelnie zamkniętego naczynia. Masę po dwóch godzinach odstania używa się do badań laboratoryjnych. Sposób sporządzania różnych rodzajów mas jest określony normą. 3.2.6. Formowanie kształtek laboratoryjnych Przewiduje się stosowanie do badań trzech rodzajów kształtek: walcowych, ósemkowych i podłużnych (rys. 3.7). Rys. 3.7. Kształtki walcowe, ósemkowe i podłużne do badań mas formierskich Kształtki walcowe służą do oznaczenia przepuszczalności i wytrzymałości na ściskanie w stanie wilgotnym i suszonym (utwardzonym), a także do oznaczenia innych właściwości jak odporność na ścieranie, odporność na wstrząsy itp. Kształtki ósemkowe są stosowane do oznaczania wytrzymałości na rozciąganie w stanie suszonym (utwardzonym). kształtki podłużne wykonuje się w celu oznaczenia wytrzymałości na zginanie w stanie wysuszonym (utwardzonym). Formowanie wszystkich rodzajów kształtek odbywa się przez trzykrotne ubicie ciężarkiem spadającym z wysokości 50 mm wykonującym pracę zagęszczania równą 10 J. Odbywa się to przy pomocy urządzenia zwanego ubijakiem (rys. 3.8). Badany materiał przygotowany do sporządzenia znormalizowanych kształtek wsypuje się luźno do foremki ustawionej na podstawce. Foremkę wraz z podstawką umieszcza się na podstawie ubijaka i opuszcza powoli części ruchome. Nie wolno przesuwać tych części 42 gwałtownie, gdyż powoduje to wstępne zagęszczenie próbki, zmieniając tym samym warunki wykonania. Przy wykonywaniu wszystkich rodzajów kształtek niedopuszczalne jest dosypywanie lub ujmowanie materiału z foremek w czasie ubijania. Przy pomocy ubijaka można przeprowadzić również oznaczenie „płynności” mas formierskich. Polega ono na określeniu stopnia odkształcenia znormalizowanej kształtki walcowej między czwartym a piątym uderzeniem ciężarka. Oznaczenie płynności przeprowadza się w następujący sposób: na kształtkę walcową sporządzoną w sposób znormalizowany opuszcza się po raz czwarty ciężarek ubijaka. Następnie na wałku pionowym ubijaka mocuje się uchwyt stopki pod nóżkę czujnika zegarowego i nastawia się czujnik na położenie np. 5 mm. Z kolei opuszcza się po raz piąty ciężarek i odczytuje na skali czujnika ubytek wysokości kształtki w mm. Wartość płynności oblicza się ze wzoru: Rys. 3. 8. Ubijak laboratoryjny: 1 - korpus, 2 - płyta, 3 - szabota, 4 - rama, 5 - wałek Pł =100 - 40 x (3.8) pionowy, 6 - ciężarek walcowy, 7 - jarzmo, 8 - krzywka I, 9 - krzywka II, 10 gdzie: wziernik z soczewką, 11 - czujnik zegarowy, x - ubytek wysokości kształtki walcowej w 12 - zatrzask dla krzywki II mm. Wyniki oznaczenia płynności są jednym z istotnych wskaźników oceny masy formierskiej pod względem jej przydatności do formowania zwłaszcza przez prasowanie. 3. 2.7. Oznaczanie przepuszczalności Przepuszczalność materiałów formierskich jest to zdolność do odprowadzenia gazów. Charakteryzuje ją różny dla rozmaitych piasków i mas formierskich współczynnik przepuszczalności określony wzorem: V ⋅ h ⎡ m2 ⎤ P= τ ⋅ S ⋅ p ⎢ Pa ⋅ s ⎥ ⎣ ⎦ gdzie: V - objętość powietrza przepływającego przez kształtkę walcową (m3), h - wysokość kształtki walcowej (m), S - powierzchnia przekroju poprzecznego kształtki walcowej (m2), p - ciśnienie powietrza pod kształtką (Pa), τ - czas przepływu powietrza przez kształtkę (s). (3.9) Oznaczenie przepuszczalności przeprowadza się aparatem do badania przepuszczalności z rejestratorem typ LP i LR przy stałym nadciśnieniu zasilania z wyposażeniem i podziałkami: • do odczytu ciśnienia powietrza pod próbką, zakres pomiarowy 0 ÷ 1000 MPa, 43 Oznaczenie wytrzymałości Wytrzymałość materiału formierskiego jest to wartość graniczna jego odporności na wywierany nacisk zewnętrzny.do odczytu przepuszczalności dla dyszy o średnicy 0. 7 – kształtka badana. 44 . 3. na ścinanie .Rc : w stanie wilgotnym Rcw i wysuszonym Rcs. 13 – urządzenie dociskające 3.5 mm (zakres pomiarowy 700 ÷ 40 000 ⋅ 10-9 m2/Pa ⋅ s). dociskaną do pobocznicy próbki powietrzem sprężonym pompką ręczną. 6 – podstawa. Schemat aparatu do oznaczania przepuszczalności.10.9. 3. w której próbka została ubita.9 Oznaczenie przepuszczalności przeprowadza się na znormalizowanej kształtce 50 x 50 mm zagęszczonej na ubijaku. • do odczytu przepuszczalności dla dyszy o średnicy 1. Zasady oznaczenia wytrzymałości są przedstawione na rys. 4 – klosz. 9 – króciec.5 mm (zakres pomiarowy 20 ÷ 800 ⋅ 10-9 m2/Pa ⋅ s). Schemat rejestratora przedstawia rys.8. 2 – rurka – przewód powietrzny. 11 – ruchoma skala. 8 – gniazdo dyszy.Rt ( Rtw i Rts). 12 – uchwyt klosza. Przepuszczalność mas wilgotnych pw bada się w tulejce niedzielonej. 5 – zawór trójdrożny. 4.Rm (Rmw i Rms). Przy zamkniętych dyszach aparatu ciśnienie powietrza powinno wynosić 980 ± 10 Pa. przy którym następuje trwałe odkształcenie badanej kształtki laboratoryjnej.5 mm (zakres pomiarowy 20 ÷ 800 ⋅ 10-9 m2/Pa ⋅ s). 1 – zbiornik wodny. 3 – rurka klosza. Przepuszczalność na sucho ps oznacza się w tulejce z przekładką gumową. • Rys. Metody badań własności wytrzymałościowych obejmują oznaczenia: wytrzymałości na ściskanie . • do odczytu przepuszczalności dla dyszy o średnicy 1. na rozciąganie . 10 – manometr.2. 10. 3. należy odczytany wynik pomiaru przeliczyć na jednostki SI wg relacji: 1⋅kG/cm2 = 9. Wyniki pomiarów dla poszczególnych zakresów wytrzymałościowych są odczytywane na osobnych skalach umieszczonych na wałku 45 . Ze względu na to że aparaty służące do pomiaru wytrzymałości mas są wycechowane w kG/cm2 względnie w G/cm2. rozciągania i zginania badanych kształtek. 11. 3. 3. Aparat do oznaczania wytrzymałości mas formierskich: I. drugi w kierunku powrotnym.11) jest zbudowany na zasadzie dźwigni jednoramiennej z przesuwnym obciążnikiem.Rys.81 ⋅10-2 MPa Aparat do oznaczania wytrzymałości mas formierskich (rys. Dolne szczęki są mocowane w odpowiednich otworach rozmieszczonych na podstawie aparatu. jeden w kierunku ruchu roboczego. Rodzaje kształtek laboratoryjnych i sposoby ich obciążania Jako jednostkę wytrzymałości w układzie SI przyjęto MPa. w których kolejno umieszczane są badane próbki Obciążnik jest napędzany dwoma silnikami działającymi na przemian. III – osie pomiarowe. ścinania. Na wspólnej osi z dźwignią jest osadzone ramię pomiarowe z otworami do mocowania szczęk górnych dla oznaczania ściskania. Rys. II. 3.04 G/cm2). Oznaczenie przeprowadza się na próbkach walcowych wilgotnych i suchych.4. Do oznaczenia stosuje się aparat posiadający lampę promiennikową o mocy 250 W.8. rozciąganie. 3. Przy oznaczaniu RrI (0 ÷ 13. 3.03 G/cm2) odczytany na skali wynik należy podzielić przez 2.8.2.1. Oznaczenie wytrzymałości na rozciąganie Przygotowaną kształtkę ósemkową umieszcza się w uchwytach wmontowanych przed pomiarem do aparatu i poddaje działaniu skierowanej osiowo siły rozciągającej P aż do osiągnięcia wartości granicznej Pm. Kształtkę umieszcza się w jednej z osi: • Rc0 (zakres 0 ÷ 0. Wyniki badań własności wytrzymałościowych umieszcza się w tablicy. przy której kształtka ulega zniszczeniu. oraz dwie napędzane rolki. 3.obrotowym. należy przejść na zakres drugi RrII (0 ÷ 264 G/cm2) używając nowej kształtki. Wyniki pomiarów odczytuje się na skalach RtI.9 Oznaczenie osypliwości mas formierskich Oznaczenie osypliwości mas formierskich służy do określenia ubytku masy formierskiej wskutek sił tarcia.3. RtII.2. ścinanie.(odczyt na skali Rgs dzielony przez 1000) .2.704 G/cm2). • RcIII (zakres 0 ÷ 21. • RcII (zakres 0÷ 6. Stosując przystawkę do aparatu wytrzymałościowego można rozciągać kształtki walcowe w zakresie RrIII (0 ÷ 0.2. Oznaczenie wytrzymałości na ścinanie Badanie przeprowadza się przy użyciu szczęk na ścinanie umieszczając je w osiach RtI lub RtII oraz po zestawieniu dodatkowego ramienia w osi RtIII.8.2. Oznaczanie wytrzymałości na zginanie Oznaczenie wykonuje się na kształtkach podłużnych umieszczonych pomiedzy pryzmatycznymi szczękami.8. przy której kształtka ulega zniszczeniu. Wyniki odczytuje się na skalach RgI (0 ÷ 86. 3.864 G/cm2).2. Jeżeli kształtka nie ulegnie zniszczeniu.0 kG/cm2) lub Rgs (0 ÷ 336 kG/cm2). Przy badaniu osypliwości masy formierskiej wilgotnej zważoną próbkę walcową umieszcza się na rolkach 46 . • RcI (zakres 0 ÷ 1. RtIII. Aparat jest wyposażony w komplet szczęk na ściskanie. zginanie. Oznaczanie wytrzymałości na ściskanie Przygotowaną kształtkę walcową umieszcza się między dwiema szczękami płaskimi i poddaje naciskowi skierowanej osiowo siły P wzrastającej aż do osiągnięcia wartości granicznej Pc.3364 G/cm2) . Wynik odczytuje się na odpowiedniej skali i dzieli przez 100.344 G/cm2). wzoru 3. 3. Twardościomierz do Za wynik przyjmuje się średnią arytmetyczną z trzech równoległych oznaczeń.37 N wywieraną przez sprężyny. jednocześnie włączając lampę promiennikową. 3.ciężar próbki po oznaczeniu Oznaczenie osypliwości próbek wysuszonych przeprowadza się bez udziału lampy promiennikowej.12. że do płaskiej powierzchni kształtki walcowej lub formy dociska się równomiernie kulkę tak.2. Oznaczenie twardości powierzchniowej Twardość powierzchniowa jest to opór stawiany przez materiał wciskanej kulce twardościomierza. aby podstawa twardościomierza przylegała ściśle do badanej powierzchni.10.3.osypliwość wyrażona w procentach a . aby temperatura panująca na powierzchni próbki wynosiła 95 ± 20C.12) o średnicy 5. Pomoce i urządzenia • • • • masa formierska piaski formierskie zgłębnik suszarki laboratoryjne 47 .w takiej odległości. Następnie próbkę wprawia się w ruch obrotowy na okres 5 min.11. Czas oznaczania waha się w granicach 2 minut. Osypliwość oblicza się na podstawie ubytku ciężaru badanej próbki wg. wzoru: a−b (3.0254 mm i jest równoznaczna jednostce twardości.08 mm z siłą 2. przedstawiony w tablicy 3. Następnie odczytuje się na skali twardość i określa stopień ubicia Rys.ciężar próbki przed oznaczeniem b . Jedna podziałka oznacza wgłębienie kulki równej 0.4.11) Os = ⋅ 100% a gdzie: Os . Pomiaru dokonuje się w ten sposób. Pomiar polega na wciskaniu kulki twardościomierza (rys. Tablica 3. Twardościomierz wyposażony jest w skale podzieloną na 100 części. Sposób obliczania osypliwości wg. 3. przy czym różnica między wartością minimalną i maksymalną nie może przekraczać 10% wyniku średniego.4 Stopień ubicia kształtki wyrażonej w jednostkach twardości Jednostki twardości Stopień ubicia bardzo słaby poniżej 12 słaby około 20 średni około 50 silny około 70 bardzo silny powyżej 80 3. 4.20] 48 . Sprawozdanie Sprawozdanie obejmuje tablicowe zestawienie wyników pomiarów.10.17.12.6. Instrukcja ćwiczenia • • • • • • • • • • • pobrać próbkę piasku formierskiego zbadać jej wilgotność określić zawartość lepiszcza przeprowadzić oznaczenie ziarnistości wymieszać masę formierską przygotować kształtki oznaczyć przepuszczalność masy formierskiej oznaczyć własności wytrzymałościowe masy formierskiej oznaczyć osypliwość zmierzyć twardość próbek sporządzić sprawozdanie 3.16. Literatura [4.11.5.• • • • • • • • • • aparat Speedy aparat do oznaczania zawartości lepiszcza zestaw sit z wstrząsarką wibracyjną waga laboratoryjna mieszarka ubijak z foremkami aparat do oznaczania przepuszczalności z rejestratorem aparat do badania wytrzymałości masy formierskiej aparat do oznaczania osypliwości twardościomierz 3. W piaskach tych może występować naturalne lepiszcze mineralne . Masą formierską lub rdzeniową nazywa się mieszaninę głównych i pomocniczych materiałów formierskich z wodą. materiały zwiększające przepuszczalność (torf.w ilości do 35%. DZIELONEGO I UPROSZCZONEGO 4. Materiały formierskie i ich przygotowanie Materiały formierskie służą . FORMOWANIE RĘCZNE PRZY UŻYCIU MODELU NIEDZIELONEGO.4. • masy naturalne i syntetyczne. dobranych w odpowiednich proporcjach i odpowiednio przygotowanych.po odpowiedniej przeróbce . Wprowadzenie 4. Pomocniczym materiałem formierskim zazwyczaj są różnego rodzaju spoiwa pochodzenia organicznego i nieorganicznego. węgiel drzewny). Do pomocniczych materiałów zaliczamy również materiały chroniące masę przed przypaleniem się jej do powierzchni odlewu (grafit. melasa. dekstryna. szamot. jak: oleje roślinne.2. silimanit i cyrkon. Dzielą się na główne i pomocnicze. mulit. • masy do form odlewanych „na wilgotno” i „ na sucho”.1. talk). żywice syntetyczne i w coraz większym zakresie żywice szybkoutwardzalne na zimno i na gorąco. Masy formierskie i rdzeniowe można sklasyfikować zależnie od zastosowania i rodzaju: • masy stosowane do odlewania żeliwa.do wykonywania form i rdzeni. pudry formierskie (likopodium. składające się głównie z ziarn kwarcu o nieregularnych kształtach. chromit. ceramiczne i tp. kalafonia. staliwa i metali nieżelaznych. trociny). Poza piaskami formierskimi mogą być stosowane inne minerały charakteryzujące się wysoką ognioodpornością oraz posiadające mniejszą rozszerzalność cieplną jak np. 4. • masy formierskie i rdzeniowe specjalne (cementowe.2. pył węglowy.1. gdzie zawartość osnowy ziarnowej wynosi minimum 65% ciężaru. Główne materiały formierskie to: • piaski formierskie .1. Masy formierskie przygotowuje się ze świeżego piasku i gliny z dodatkiem używanej masy i domieszek.niektóre z sypkich i luźnych skał osadowych. Cel ćwiczenia Praktyczne zapoznanie się z wykonywaniem form piaskowych przy użyciu modelu niedzielonego. Schemat podziału materiałów formierskich przedstawiony jest na rys.). służące do spajania ze sobą luźnych ziaren piasku. • masy przymodelowe i wypełniające oraz jednolite. 4. szkło wodne. korund naturalny i sztuczny. • gliny formierskie zawierające powyżej 50% lepiszcza. dzielonego i uproszczonego. magnezyt. Proces technologiczny przygotowania mas składa się z następujących etapów: 49 . Podział mas formierskich Rys. Kolejne czynności związane z tokiem przerobu wprowadzonych materiałów i przebiegiem sporządzania z nich użytecznej masy wraz ze stosowanymi urządzeniami przedstawia rys.2. przygotowanie masy formierskiej z przygotowanych składników. Rys. przygotowanie domieszek. regeneracja masy formierskiej używanej (starej). 4.• • • • przygotowanie świeżych piasków z potrzebną zawartością gliny.1.2. Schemat przygotowania masy formierskiej 50 . 4. 4. okrągłe i o kształtach specjalnych.haczyk do wyjmowania modelu.modele uproszczone. wymagające stosowania skrzynek rdzeniowych (rdzennic). Do formowania ręcznego.4). 9 . płytę modelową.modele pośrednio odtwarzające kształt odlewu. 6 .3). III . 12 .sito.2. Wykonuje się je jako odlewy z żeliwa . 13 pędzel Formy odlewnicze wykonuje się najczęściej w metalowych skrzynkach formierskich. Pod względem konstrukcyjnym modele możemy podzielić na grupy: I. Wszystkie modele można wykonać jako modele dzielone i niedzielone (rys. naprawiania części uszkodzonych formy i ostatecznego wykończenia jej (rys. modele naturalne.ubijaki małe.gładziki płaskie. Rys. miedzi i żeliwa.lancet z haczykiem. 10 . czyli tzw. Model odlewniczy jest pomocniczym przyrządem o kształcie zewnętrznym odlewanego przedmiotu z pewnymi zmianami podyktowanymi względami odlewniczym . 51 . 8 . czyli do produkcji jednostkowej i małoseryjnej wykonuje się je z drewna.3). Podstawowe narzędzia do formowania ręcznego: 1. 4. Skrzynki te mogą być prostokątne. 11 .modele bezpośrednio odtwarzające kształt odlewu: są to modele bezrdzeniowe.łopata. które zależnie od zastosowania można podzielić na dwie grupy: • narzędzia służące do zaformowania modelu w skrzynce lub w podłożu odlewni (rys. są one zamocowane na stałe do płyt podmodelowych i tworzą tzw. Znacznie bardziej trwałe są modele metalowe wykonywane najczęściej ze stopów aluminium. 4.gładziki krawędziowe. aluminium oraz tłoczone i spawane z blach stalowych. II .ubijak pneumatyczny. 3. 7 . staliwa .4. • narzędzia służące do wyjmowania modelu. 4 . 5 .ubijaki duże.3. kwadratowe.2. Do wykonania formy odlewniczej potrzebny jest model . 4. Wymiary modelu powiększone są o wielkości skurczu metalu w czasie krzepnięcia.jaszczurki.Narzędzia i przyrządy formierskie Do ręcznego wykonywania formy służą specjalne narzędzia formierskie. 4. Modele metalowe stosuje się przy formowaniu maszynowym. 2 . 5.boczne wysuwane części.4. 1 – pancerz rozbieralny. 4. Nie wszystkie odlewy tworzą pełną. 2 . wypełnioną całkowicie metalem.niedzielony. Rdzenie formuje się w rdzennicach.dzielony. c – skrzynkowa z częściami odejmowanymi. 1 .kołki ustalające Obecnie modele i rdzennice małe i średniej wielkości wykonywane są z tworzyw sztucznych. b . c . Większość odlewanych elementów posiada wewnątrz różnego kształtu i wielkości wolne przestrzenie lub otwory odtwarzane przez rdzenie mocowane w formie. 1 .listwy odejmowane. 1 . 1 . zwartą bryłę.z częściami odejmowanymi. 4. które również mogą być niedzielone.rdzeń. dzielone i z częściami odejmowanymi (rys. b .Rys.niedzielone.rdzeń. Rys. Modele drewniane: a . 4.dzielone.5). Rdzennice: a . 3 .dolna odejmowana część 52 . 4. w której była zaformowana połowa modelu. 4. Wnękę do umieszczenia rdzenia w formie odtwarza znak rdzeniowy modelu.2. szkło wodne. wyjęcie modeli.3.2. układa się jego drugą część. dopełnia rdzennicę masą.3. forma składa się z części górnej i dolnej.3. Wykonanie formy Większość form odlewniczych sporządza się w dwóch. 4. wyjmuje rdzeń z rdzennicy i suszy się. 4. powierzchnia podziału modelu pokrywa się z powierzchnią podziału formy. że po odwróceniu dolnej skrzynki. Wykonanie rdzeni • • • • • Rdzenie wykonuje się w rdzennicach w następujący sposób: składa się połówki rdzennicy i ściąga ściskaczem.1. • wykonanie odpowietrzenia nakłuwakiem. z tą jednak różnicą. reperacje i wykańczanie form suszenie rdzeni. najczęściej spotykanym.2. a następnie górną skrzynkę. rzadziej w kilku skrzynkach formierskich. • wypełnienie górnej skrzynki masą formierską i ubicie jej. przygotowanie do zalania i zalanie ciekłym metalem. wypełnia do połowy rdzennicę masą rdzeniową i ustawia żebro z drutu stalowego. ustawienie na modelu odlewu modelu układu wlewowego i górnej skrzynki.W rdzeniach odróżniamy dwie części: właściwy rdzeń odtwarzający określoną część odlewu i rdzennik.2. Rdzenie wykonywane są najczęściej z masy ze spoiwem wymagającym suszenia w suszarni w celu utwardzenia (np. Formy dwuskrzynkowe można wykonać z modeli niedzielonych i dzielonych. • wypełnienie skrzynki masą przymodelową i wypełniającą oraz jej ubicie.3. Formowanie wzornikiem Poza opisanym formowaniem ręcznym w dwóch skrzynkach z modelu niedzielonego lub dzielonego istnieje cały szereg metod formowania ręcznego różniących się czynnościami i zabiegami oraz zakresem zastosowań w zależności od wielkości i charakteru produkcji. Wykonanie form z modelu dzielonego przebiega w podobny sposób.3. spoiwa żywiczne ). • rozłożenie ubitych form na części. wykonuje kanał odpowietrzający nakłuwakiem. W przypadku formowania dwuskrzynkowego. • składanie formy. 53 .1. • posypanie modelu pudrem formierskim w celu zabezpieczenia przed przywieraniem masy formierskiej. Formowanie w dwóch skrzynkach formierskich Wykonanie formy odlewniczej w dwóch skrzynkach z modelu drewnianego niedzielonego składa się z następujących zabiegów: • ustawienie modelu i odwróconej skrzynki dolnej na płycie podmodelowej. niezbędny do utrzymania rdzenia w ściśle określonym miejscu formy. model wlewu. którą wypełnia się masą formierską. W ostatnim przypadku. rozdzielonych płaszczyzną podziału. • odwrócenie dolnej połówki formy wraz z modelem o 180 0. Kolejne czynności przy formowaniu w dwóch skrzynkach przedstawia tablica 4.2. Tablica 4.1 Przebieg ręcznego wykonania formy 1 2 Ustawić płytę podmodelową. Na płycie umieścić model i opylić pudrem Nałożyć dolną skrzynkę formierską Obsypać model masą formierską i obcisnąć ręką Wypełnić skrzynkę masą Ubijać ubijakiem ręcznym 54 . c. Zgarnąć nadmiar ubitej masy. Wyrównać gładzikiem powierzchnię. Obsypać powierzchnię pudrem formierskim Wypełnić górną skrzynkę masą formierską ubijając ubijakiem ręcznym.d. Wykonać nakłuwakiem kanały odpowietrzające. Ustawić na wlewach doprowadzających belkę wlewową i na belce wlew główny Ustawić górną połówkę skrzynki.1 1 2 Zgarniać nadmiar masy listwą zgarniającą Wykonać kanały odpowietrzające za pomocą nakłuwaka Obrócić dolną połowę formy o 180°. Wykonać zbiornik wlewowy i wyjąć model wlewu głównego 55 . tablicy 4. Przebieg formowania wzornikiem: • wykonujemy w gruncie za pomocą wzornika wgłębienie służące do uformowania skrzynki górnej.metalem Odlew Do formowania pojedynczych lub najwyżej kilku dużych odlewów o kształcie obrotowym jak koło zamachowe. Zwilżyć obrys modeli nawilżonym pędzlem.1 1 2 Zdjąć górną połowę formy i obrócić o 180°. Obstukać modele i ostrożnie je wyjąć Zamocować rdzeń w gnieździe Założyć górną połówkę skrzynki na dolną wg.d. zamiast kosztownych i łatwo deformujących się modeli używa się tanich i prostych w wykonaniu wzorników. Zalać formę ciekłym . • formujemy skrzynkę górną. 4.6). pokrywy itp. tablicy 4. 56 . sworzni. większe koła pasowe.c. obracanych przeważnie dookoła osi pionowej (rys. Ustawić na formie obciążniki. 6. Sprawozdanie Podstawą zaliczenia ćwiczenia jest wykonana forma.10. za pomocą wzornika formujemy dolną cześć formy. 4 . płyta podmodelowa.pierścień nastawczy.pokrywa.forma przygotowana do zalania 4.formowanie skrzynki górnej.11. 1 .formowanie wzornikiem górnej powierzchni pokrywy.• • • zdejmujemy skrzynkę górną.9. 4. wykonać formę z zadanego modelu.13.14. 3 . 4 . Instrukcja do ćwiczenia • • przygotować masę formierską.formowanie wzornikowe pokrywy. 4.wrzeciono stalowe.3. 3 . a .6.16. Rys.5. 4.8. 5 .17. model.12. 2 .5. b . puder formierski.18. narzędzia formierskie.urządzenie do formowania wzornikowego.ramię żeliwne. skrzynki formierskie.formowanie pokrywy. Przykład formowania przy użyciu wzornika. 1 . składamy skrzynki do zalewania. 2 .2. Literatura [1. Pomoce i urządzenia • • • • • • masa formierska.4.20] 57 .łożysko.7. 2. Polska Norma dzieli żeliwa sferoidalne na dziewięć gatunków w zależności od wytrzymałości na rozciąganie Rm 58 . EN-GJL-150. mangan itp.2. Najbardziej rozpowszechnionym odlewniczym stopem żelaza jest żeliwo szare. EN-GJL – HB-175 (twardość HB min. EN-GJL-300.żelazokrzemu lub wapniokrzemu w celu regulowania procesem grafityzacji. określonych właściwości wprowadza się do żeliwa dodatki stopowe. gdy zawartość składników stopowych nie przekracza 3%. Szczegółowy podział tworzyw odlewniczych przedstawiono na rys. 5. w których zawsze występują w większych lub mniejszych ilościach krzem.perlityczne i perlityczne. oraz wysokostopowe. zawierające składniki stopowe w ilości powyżej 3%.5. w którym cały węgiel lub znaczna jego część występuje w postaci wolnej w formie płatków grafitu (żeliwo szare) lub kulek grafitu (żeliwo sferoidalne). takie jak nikiel. Rozróżniamy żeliwa niskostopowe. max. Cel ćwiczenia Poznanie budowy układu wlewowego i zasilania oraz procesów cieplnych zachodzących w trakcie krzepnięcia i stygnięcia metalu w formie. a także sposobów podniesienia jakości odlewu.1. EN-GJL-200. Podstawą klasyfikacji jest minimalna wytrzymałość na rozciąganie Rm. chrom.1. Dla uzyskania wysokiej wytrzymałości odlewu stosuje się modyfikowanie żeliwa przez dodanie do ciekłego metalu modyfikatora . a nie jak w żeliwie szarym w postaci płatków grafitu. fosfor i szkodliwa siarka. aluminium. WPROWADZENIE 5. Innym takim kryterium podziału może być twardość np. Pod względem struktury osnowy metalicznej żeliwo szare można podzielić na żeliwo szare ferrytyczne. w którym nie związana część węgla wydziela się w czasie krzepnięcia w postaci kulek grafitu. 175). molibden.1. żeliwa ciągliwe i są stopami żelaza z węglem. krzem. 100. lub żelazem i krzemem. Najbardziej znanym na świecie żeliwem modyfikowanym jest żeliwo Meehanite. W celu ogólnego polepszenia właściwości mechanicznych lub otrzymania wybitnie dobrych. Tworzywa odlewnicze Tworzywa odlewnicze dzielimy na stopy żelaza i stopy metali nieżelaznych. Żeliwo sferoidalne jest typowym żeliwem szarym. EN-GJL-250. Stopy odlewnicze żelaza dzielą się na żeliwa. 5. ZALEWANIE FORM CIEKŁYM METALEM 5. Uzyskujemy to poprzez modyfikowanie żeliwa szarego czystym magnezem lub stopami magnezu z niklem. Coraz szersze zastosowanie w budowie maszyn mają żeliwa sferoidalne. mangan. ferrytyczno . Polska Norma dzieli żeliwo szare niestopowe na sześć gatunków: EN-GJL-100. EN-GJL-350. staliwa. miedzią. Stało się ono jednak materiałem wyjściowym do produkcji żeliwa ciągliwego. Takie żeliwo nazywamy zabielonym.1. 59 . EN-GJS-900-2. EN-GJS-5007. EN-GJS-600-3. EN-GJS-450-10. Żeliwo białe ze względu na dużą twardość i trudności w jego obróbce nie znalazło szerszego zastosowania. Są to tzw. Rys. Poprzez odpowiednia obróbkę cieplna żeliwa białego możemy uzyskać żeliwo ciągliwe białe. Są również żeliwa w których przy powierzchni występuje żeliwo białe a w głębi odlewu żeliwo szare. EN-GJS-700-2.i wydłużenia A%: EN-GJS-350-22. EN-GJS-400-15. żeliwa białe. EN-GJS-800-2. żeliwo ciągliwe czarne i żeliwo ciągliwe perlityczne. EN-GJS-400-18. perlitu czy ledeburytu. Występowanie cementytu powoduje. 5. czyli cementytu. Podział tworzyw odlewniczych Węgiel w żeliwach może również występować w postaci związanej. że żeliwo takie jest bardzo twarde. w których źródłem ciepła są reakcje utleniania zachodzące w ciekłym metalu pod wpływem wdmuchiwanego do niego powietrza albo powietrza wzbogaconego tlenem.2. odlewany do form odlewniczych. Procesy wytapiania można również klasyfikować w zależności od rodzajów pieców. S . Poza siluminem duże zastosowanie znalazły stopy: aluminium z miedzią. w których przeprowadzane są procesy metalurgiczne. H . przemyśle spożywczym i gospodarstwie domowym.mangan. stopów miedzi. zawierający do 2. Staliwa oznacza się podając: literę L. • piece płomienne. 5. Najbardziej rozpowszechnionymi stopami odlewniczymi cynku są stopy z aluminium zwane „znalami” i stopy z miedzią. poza różnymi temperaturami wytapiania wymaga przeprowadzenia wielu zupełnie odmiennych i charakterystycznych dla tych stopów procesów metalurgicznych. żeliwa i metali nieżelaznych lekkich i ciężkich. 60 . F . w których wytapiany metal styka się bezpośrednio tylko ze spalinami. umożliwiając stopienie wsadu metalowego. Stopy metali nieżelaznych znalazły bardzo szerokie zastosowanie zarówno w budowie maszyn. aluminium z magnezem. krzemowe. opalane paliwem stałym. głównie z aluminium.do wytapiania staliw. stosując jako kryterium tego podziału źródła ciepła oraz usytuowanie wsadu względem źródeł energii cieplnej. opalane najczęściej paliwem gazowym. Odlewnicze stopy miedzi to głównie brązy (brązy cynowe. chemii. Stopy odlewnicze aluminiowe to głównie siluminy ( stopy aluminium z krzemem). Dzieli się ono na staliwo węglowe konstrukcyjne i staliwo stopowe. Rozróżniamy następujące typy pieców: • żeliwiaki . 5. cynkiem i manganem. w których wsad metalowy styka się bezpośrednio z koksem jako paliwem i spalinami. rzadziej brązu.wanad.krzem. ciekłym lub gazowym.3.do wytopu stopów metali nieżelaznych. gdzie krzepnie w postaci odlewu. lecz często wybrakowanie wyrobu. aluminiowe.ołowiowe. Zalewanie form odlewniczych Zalewanie formy ciekłym metalem jest bardzo ważnym zabiegiem w wytwarzaniu odlewu. a wszelkie błędy popełnione przy tej operacji powodują nie tylko powstawanie wad. a także elektryczne.2. liczbę określającą średnią zawartość węgla w setnych procenta i litery oznaczające pierwiastki stopowe (G . ani ze spalinami. • konwertory .Staliwo jest to stop żelaza z węglem i innymi pierwiastkami. przetwarzają energię elektryczną na energię cieplną. w których wytapiany metal umieszczony w ogniotrwałym tyglu nie styka się ani z paliwem. • piece tyglowe .do wytopu żeliwa. • piece elektryczne .do wytapiania żeliw i staliw wysokojakościowych i stopów metali nieżelaznych.2. lub nawet czystego tlenu. ołowiowe) i mosiądze.chrom. N . aluminium z cynkiem.0% węgla. cynowo . M .nikiel. W przemyśle lotniczym duże zastosowanie znalazły odlewnicze stopy magnezu. a także ciekłym i stałym. jak i w komunikacji.molibden). Otrzymywanie tych stopów.piece szybowe do topienia żeliwa. Wytapianie stopów odlewniczych Procesy wytapiania można podzielić według rodzajów stopów na wytapianie staliwa. kadź przechylna z przegrodą. d . 5. c . wilgotna) oraz od wielkości i grubości ścianek odlewu.2. przewodność cieplna. 5. • wielkości skurczu materiału odlewu.kadź suwnicowa. otwarta. Najważniejszym zjawiskiem towarzyszącym procesowi krzepnięcia i stygnięcia jest skurcz metalu (rys.kadź suwnicowa zamknięta.Rys. którego jakość zależy od: • właściwości fizycznych i technicznych materiału formy (przewodność cieplna. Jest to zmniejszenie wymiarów odlewu w stosunku do odpowiednich wymiarów modelu. jednorodność). wytrzymałość w wysokich temperaturach.2. 61 .kadź syfonowa (czajnikowa).3). b . 5. e .łyżka odlewnicza. Czas ten zależy od rodzaju formy (suszona. • właściwości fizycznych i mechanicznych materiału odlewu (temperatura zalewania. wytrzymałość. według którego wykonano formę odlewniczą. 5. f . przepuszczalność). płynność. podatność.). Zjawiska zachodzące w czasie krzepnięcia i stygnięcia metalu w formie Po zalaniu formy ciekłym metalem rozpoczyna się proces krzepnięcia i stygnięcia odlewu. Kadzie odlewnicze: a .4. Właściwe i prawidłowe zalanie oraz rozprowadzenie ciekłego metalu w formie spełnia układ wlewowy (omówiony w ćwiczeniu 2). g . Zalewanie formy przeprowadza się przy użyciu kadzi odlewniczych (rys.kadź z widłami.kadź zatyczkowa Forma powinna być zalana w jak najkrótszym czasie po jej wykonaniu.2. Sposób odprowadzenia ciepła w czasie krzepnięcia metalu ma wpływ na powstawanie jam skurczowych i rzadzizn skurczowych (rys.4. 5.7).4.skurcz w okresie krzepnięcia S2. 62 .skurcz swobodny. rury). Wpływ konstrukcji Rys. a tym samym z różnych szybkości stygnięcia). c . 5. 5. Schematyczny przebieg krzepnięcia i powstawania jamy skurczowej Najskuteczniejszym środkiem zapobiegania tworzeniu się jam i rzadzizn skurczowych w odlewach jest stosowanie nadlewów. 5. Hamowanie skurczu metalu mogą spowodować czynniki mechaniczne (opór formy. Powstawaniu jam i rzadzizn skurczowych możemy zapobiegać poprzez odpowiednie zaprojektowanie układu zasilania ciekłym metalem (rys. 5. b .skurcz w stanie ciekłym S1. koła. 5.5).hamowany mechanicznie i cieplnie Rys. Wpływ konstrukcji odlewu na rodzaj skurczu: a .hamowany cieplnie.Skurcz może być swobodny w odlewach o kształtach prostych (płyty. d . wałki) lub hamowany w odlewach o kształtach złożonych (tuleje.skurcz w stanie stałym S3 odlewu na rodzaj skurczu przedstawia rys. b . 5.forma po zalaniu. c . Rys. Skurcz metalu w czasie stygnięcia: a . 5. Stosuje się je głównie przy kierunkowym krzepnięciu w celu zasilania odpowiednich części odlewu ciekłym metalem w okresie jego krzepnięcia. Również błędne łączenie ścian odlewów może sprzyjać powstawaniu jam i rzadzizn skurczowych (rys.3. rdzeni. użebrowania skrzynek) i cieplne (różny skurcz poszczególnych części odlewu wynikający z rożnych grubości ścianek.6). Metal wlany do formy krzepnie stopniowo od ścianek do środka odlewu.hamowany mechanicznie. d . 5. b – wewnętrznych Przyspieszenie krzepnięcia i stygnięcia węzłów cieplnych w niektórych częściach odlewu możemy osiągnąć za pomocą ustawienia w formie ochładzalników.jednoczesnego. 5. 5. Sposób ustawiania ochładzalników: a . Błędne i poprawne łączenie ścian odlewów w celu zapobiegania powstawaniu pęknięć i jam skurczowych w miejscach łączenia Rys.zewnętrznych. 5.9).6.7. b – kierunkowego Rys. Skurcz metalu zachodzący w stanie stałym powoduje powstawanie w odlewie naprężeń.zniekształcenia odlewu 63 .9. Schematyczne przedstawienie zasady krzepnięcia: a .Rys.8). 5. Rozróżnia się ochładzalniki zewnętrzne i wewnętrzne (rys. Rys. 5. 8. Skutki skurczu hamowanego . które mogą prowadzić do paczenia się i pękania odlewów (rys. 12.5.5.8.11.15. wybicie odlewu. zalanie formy.9.10.14.4.2. 5.13. piece do topienia metalu. oczyszczenie i kontrola odlewu. Instrukcja do ćwiczenia • • • • dobranie układu wlewowego. 5. formy odlewnicze. Literatura [1. stopienie metalu. wsad odlewniczy. 5. Sprawozdanie Zaliczenie ćwiczenia nastąpi po sprawdzeniu i ocenie wykonanego zadania.18.22] 64 .16.6.3 Pomoce i urządzenia • • • • rysunki konstrukcyjne części maszyn.17.20. liczba przegięć lub skręceń do zniszczenia próbki.moment obrotowy i walcowania.wydłużenie względne lub równomierne.określona odpowiednio metodami statycznymi. M N r Rm Ru R0. . tzw.twardość metali .2 S t T .całkowita siła nacisku narzędzia zewnętrznego lub na jednostkę szerokości walcowanego pasma. .wskaźnik tłoczności Erichsena. temperatura odkształcenia. .współczynnik ciągnienia (wytłaczania). HR(A.umowna granica plastyczności. .udamość.współczynnik sprężystości wzdłużnej materiału (stała materiałowa. według: Brinella. . . .B.siła tarcia.czas.wydłużenie względne w próbie rozciągania. średnica krążka użytego do wytłaczania. HV . Lp m = (d/D) M Mo.siła bezwładności.moment siły zewnętrznej. . Ec F Fn. . . . IE27 K=(D0/d) KC l0 L. . . gt h . . moduł Younga) przy rozciąganiu lub ściskaniu. 65 . Ar A5. . HB. Fp g. dk D E.średnica narzędzia odkształcającego.praca odkształcenia sprężystego i plastycznego. .granica wytrzymałości na rozciąganie.promień.Część II OBRÓBKA PLASTYCZNA WYKAZ WAŻNIEJSZYCH OZNACZEŃ A. .baza pomiarowa próbki do rozciągania.granica wytrzymałości na zerwanie.stopień odkształcenia przy tłoczeniu.wysokość pasma. .siła naciągu i przeciwciągu. . .F). . . A10 B d.powierzchnia przekroju poprzecznego.C.średnica wyrobu lub kęsa.grubość pasma lub ścianki tulei. Vickersa i Rockwella . . . Tt Tr U V z Z α β γ ∆b. gniot i wydłużenie bezwzględne. 66 . .główne naprężenia styczne. . εh. . promieniowym i stycznym.współczynnik przewężenia poprzecznego (stała materiałowa. εwl εb.odkształcenie logarytmiczne w kierunku wzdłużnym.σ2.współczynnik tarcia. gniot i wydłużenie względne. εl ε1. – temperatura rekrystalizacji.naprężenie. . . ε2.poszerzenie. granica plastyczności przy ścinaniu.kąt ciągnienia.temperatura topnienia. ε3 λ µ ν ρ σ σi = σH σm σp σ1.intensywność odkształcenia. .przewężenie względne i równomierne.naprężenie styczne na powierzchni styku metalu i narzędzia.kąt sprężynowania. kąt tarcia.główne odkształcenia logarytmiczne. . ∆h. . . . . . Liczba Poissona). . τ31 .εr. εt εwb. εwh.współczynnik gniotu. tzw.objętość. . τ23. . ∆l εi= εH εm εl. współczynnik poszerzenia. . σ3 τ τS τ12. .współczynnik wydłużenia.poszerzenie. . .intensywność naprężeń (naprężenie uogólnione).energia odkształcenia.naprężenie styczne.naprężenie średnie.zgniot względny. . . pionowym i wzdłużnym. .gęstość ciała. odkształcenie uogólnione.naprężenie uplastyczniające.odkształcenie średnie. . . kąt chwytu. .naprężenia główne. . stopień zgniotu.odkształcenie rzeczywiste logarytmiczne w kierunku poprzecznym. a walce o osiach równoległych (o przekrojach niekołowych) obracają się w przeciwnych kierunkach . np.1. b) poprzeczne (rys.otrzymuje się tak głównie blachy. Procesy obróbki plastycznej przeprowadzane w temperaturach poniżej temperatury rekrystalizacji nazywamy obróbką plastyczną na zimno. 1.1d). a walce o osiach wzajemnie skośnych obracają się w zgodnych kierunkach . Niektóre wyroby walcowane na gorąco można następnie walcować na zimno. 1. Wszystkie wyroby stalowe i większość z metali nieżelaznych w pierwszym stadium walcuje się na gorąco.produkuje się tak tuleje rurowe. 1. dzięki odkształceniom trwałym metalu (odkształceniom plastycznym) uzyskujemy jego żądane ukształtowanie bez zniszczenia obrabianego materiału. wyroby ornamentowe itp.2.1).: żeliwo.wytwarza się tak tuleje rurowe. taśmy. 1.wykonuje się tak śruby.wyrabia się tak bose koła wagonowe (rys.obrotowy. 67 .1a).1e) i inne wyroby o złożonym kształcie. a walce o osiach równoległych obracają się w zgodnym kierunku . w którym materiał wykonuje ruch postępowy. Wprowadzenie Obróbką plastyczną metali nazywamy proces technologiczny podczas którego. wkręty i koła zębate. a walce o osiach wzajemnie równoległych obracają się w kierunkach przeciwnych .1b). 1.1. Odkształcenie plastyczne jest to trwałe odkształcenie materiału nie znikające po usunięciu obciążenia. e) specjalne..2. 1. natomiast powyżej temperatury rekrystalizacji – obróbką plastyczną na gorąco. kule itp. które jest kombinacją omówionych sposobów walcowania . Cel ćwiczenia Zapoznanie się z podstawowymi maszynami do obróbki plastycznej. działając na obrabiany metal odpowiednio wielką siłą zewnętrzną. stale wysokowęglowe. MASZYNY DO OBRÓBKI PLASTYCZNEJ 1. 1. w którym materiał wykonuje ruch postępowy lub postępowo zwrotny.. 1. w którym materiał wykonuje ruch postępowo . nikiel i jego stopy. Podstawowe rodzaje procesów obróbki plastycznej Walcowanie jest obróbką. która polega na plastycznym odkształcaniu materiału wprowadzonego między dwa walce współpracujące ze sobą i przechodzącego między nimi (rys. przedkuwki. Ze względu na rodzaj ruchu walcowanego materiału.1c). Nie wszystkie stopy metali dają się walcować. kształt i ustawienie walców rozróżnia się walcowanie: a) wzdłużne (rys. pręty i kształtowniki.1. c) skośne (rys. d) okresowe (rys. w którym materiał wykonuje ruch obrotowy. walce. wyciskanie przeciwbieżne. 1 .metal wyciskany a) b) c) d) W zależności od kierunku płynięcia metalu względem kierunku posuwu rozróżniamy: wyciskanie współbieżne.tłoczysko. 3 . 2 . 1. 1.przetłoczka. Schematy walcowania: a) wzdłużnego. przyjmując kształty wyznaczone jego zarysem ( rys. 2 . 68 . wyciskanie złożone.2 Schemat wyciskania. Do wyciskania używa się pras mechanicznych i hydraulicznych. Rys. 1.podpora. na skutek czego metal wypływa przez otwór matrycy. 1 . wyciskanie hydrostatyczne. d) okresowego. polega na wywieraniu nacisku na wsad umieszczony w pojemniku (inaczej zwanym recypientem).trzpień Wyciskanie zwane również prasowaniem wypływowym. c) skośnego. b) poprzecznego.2 ).matryca. 4 . 3 . M .pojemnik.materiał. e) specjalnego. 4.Rys.1. 6). Klatka walcownicza składa się z walców roboczych.grubość blachy. klatka 69 . 1. 1. s . silnika napędowego oraz mechanizmu przenoszącego ruch obrotowy silnika na walce (rys. Przeprowadza się je na prasach mechanicznych i hydraulicznych.średnica wytłoczki Gięcie jest to kształtowanie blachy lub taśmy bez zmiany jej grubości. jak np.5. a nawet w przypadku metali nieżelaznych druty. do tych procesów należy również gięcie rur. Schemat kucia Kucie i prasowanie polega na ściskaniu kutego metalu między kowadłem a bijakiem (rys. kształtowników.2. Przeprowadza się je na nożycach i w wykrojnikach. Kuć można pod młotami lub prasami. M matryca.3). urządzenia nastawczego służącego do regulacji wzajemnego odstępu walców. nadaje wyrobowi ciągnionemu właściwe kształty i wymiary przekroju poprzecznego. K . łączniki.4. Ciągnienie przeprowadza się na ciągarkach bębnowych i ławowych. jak rury. w obu przypadkach w metalu przerobionym plastycznie powstają podobne stany naprężenia oraz odkształcenia. łożysk. kształtowniki. Ciągnienie polega na odkształcaniu plastycznym niemal wyłącznie na zimno wyrobów walcowanych lub wyciskanych przez powierzchnie wewnętrzne ciągadła (rys. przekładnia zębata służąca do zmniejszenia prędkości obrotowej. Rys. Walcarki Walcarką nazywamy urządzenie złożone zwykle z trzech zasadniczych zespołów: klatki walcowniczej. dm . Rys. giętarkach.stempel. walcach. Przeprowadzamy je na prasach. Metodą wyciskania na zimno produkuje się wiele rożnych wyrobów gotowych. 1.5).4) lub miedzy połówkami matrycy.Za pomocą wyciskania na gorąco wyrabia się wydłużone wyroby hutnicze.średnica blachy. pręty. Ciągadło. dwóch stojaków połączonych ściągaczami. 1. Schemat ciągnienia Rys. N wytłoczka. 1. podobnie jak matryca w procesie wyciskania.2. w których obracają się czopy walców. Schemat procesu tłoczenia: I . prętów itp. tubki do past. Cięcie polega na rozdzieleniu całkowitym lub częściowym materiału. D . części maszyn itp. W skład mechanizmów przenoszących ruch obrotowy silnika na walce wchodzą: sprzęgło główne łączące silnik z przekładnią zębatą.blacha. Tłoczenie służy ono do wyrobu z blach lub taśm naczyń przestrzennych (rys. 1. które służą do połączenia walców z klatką walców zębatych. 1.3. stanowiących kadłub klatki. 1. oraz uzbrojenia walców służącego do wprowadzenia materiału między walce. 4 .koła zamachowe • • • a) Lp.6.łożyska. 7 . 6 . koło zamachowe. 5 . do walcowania nawrotnego grubych blach i profilów. prętów i kształtowników.walców zębatych przenosząca ruch obrotowy na dwa lub trzy walce.7a. 2 . 1. 1 . 1 duo do zgniatania. Rys. A .7b. B . które służy jako akumulator energii.przekładnia zębata. 1.łączniki.sprzęgło główne. Typ walcarki Przeznaczenie Wszystkie walcarki można sklasyfikować wg trzech kryteriów : według liczby i układu walców w klatce roboczej rys. umieszczone na wale małego koła przekładni zębatej .klatka robocza. 1. 3 . Schemat walcarki. zwykłe walcowanie stali stopowych podwójne duo 70 . według rodzaju walców według przeznaczenia walcarek.silnik.walce robocze. do walcowania kęsów. do walcowania blach cienkich oraz blach i taśm na zimno 2 do walcowania drobnych i średnich wyrobów o małej wydajności.klatki walców zębatych. Lp. kęsisk. do walcowania bednarki trio Lautha 6 do walcowania na gorąco i zimno blach grubych. Typ walcarki Przeznaczenie 3 trio do walcowania dwuteowników. i innych grubych profilów. szyn. bednarki i taśm kwarto 71 . do gładzenia blach cienkich. kęsów. do walcowania bruzdowego o małej wydajności 4 walcowanie drobnych niektórych kształtowników ślepe trio (duo przemienne) prętów i 5 do walcowania grubych blach. Schematy ułożenia walców poziomych w klatkach walcowniczych i w zespołach walcowniczych: a) schematy walcarek. b) układy klatek roboczych w zespole walcowniczym 72 .7. 1.Lp. Typ walcarki Przeznaczenie 7 do walcowania na zimno blach cienkich. 1 układ jednoliniowy Układ walcowni Schemat ustawienia walcarek 2 układ wieloliniowy 3 układ ciągły 4 układ półciągły 5 układ mijany 6 układ szachownicowy Rys. taśm oraz folii wielowalcowe b) Lp. który uderza w kształtowany materiał. tj. c) spadowy pasowy.b.c). a zwłaszcza nowoczesnej konstrukcji. nadawania mu przyśpieszenia). 1. 3 . służące do kucia swobodnego lub półswobodnego. Wielkość tych młotów powinna być określona zasadniczo ich energią uderzenia liczoną w J. prędkości obrotowej korby oraz własności sprężystych ramienia lub resoru (rys. płaskie bądź kształtowe.kowadło górne. 2 . O ile określenie to dla młotów do swobodnego kucia jest wystarczające. 4 . e) młot dwustronnego działania sprężarkowy. W celu zapobiegania rozchodzenia się drgań szabotę umieszcza się na fundamencie ułożonym na przekładce amortyzacyjnej. to dla młotów matrycowych .8.8 a. działających na górną powierzchnię tłoka (rys. Z tego względu młoty można podzielić na pięć grup: 1) młoty spadowe. 2) młoty. 73 . nie jest ścisłe i nie charakteryzuje należycie ich wielkości. Schematy młotów: a) młot spadowy parowo . Energia kinetyczna bijaka zostaje zużytkowana na pracę odkształcenia plastycznego oraz na energię drgań szaboty i energię odkształceń sprężystych młota. Podstawowym problemem konstrukcji młotów jest rozwiązanie sposobu wprawienia w ruch bijaka (tzn. b) spadowy deskowy. Młoty mechaniczne Młoty są to maszyny służące do kucia materiału na gorąco i pracujące udarowo. Wielkość młotów określa się zazwyczaj ciężarem G części spadających. d) młot obustronnego działania parowy lub pneumatyczny. g) młot przeciwbieżny. w których przyśpieszenie bijaka zależy od siły ciężaru.kowadło dolne.powietrzny.3. 3. 1 bijak. 3) młoty dźwigniowe i sprężynowe. Dzielą się one pod względem energetycznym na młoty pojedynczego i podwójnego działania. W bijaku i szabocie mocuje się kowadła 2 i. Zasadniczymi częściami młotów są: bijak 1. w których przyśpieszenie bijaka następuje wyłącznie pod wpływem działania siły ciężkości (rys. 1.1. 5 .8 d. Schematy młotów i ich podział przedstawia rys. 1. gdy przeprowadza się kucie matrycowe. w których przyśpieszenie bijaka następuje pod wpływem sił jego ciężaru i parcia pary lub powietrza sprężonego. którą najczęściej stanowi warstwa bali dębowych.e). oraz szabota 4 przyjmująca uderzanie bijaka.8. f) młot sprężynowy. ciężarem tłoczyska.fundament. bijaka i górnej połowy matrycy. Rys. względnie matryce. 1.szabota. 1.2.8 f). 4 Prasy Prasy są jednymi z najczęściej stosowanych maszyn do obróbki plastycznej. mimośrodowe i kolanowe odznaczają się dużym współczynnikiem sprawności. w których przyśpieszenie ruchu bijaków zależy wyłącznie od działania ciśnienia. ustawiane na klocach drewnianych lub na sprężynach). 5) młoty bardzo szybkie. Ze względu na sposób pracy młoty dzielimy na młoty do swobodnego kucia. Prasy kolanowe wyróżniają się niewielkimi skokami przy bardzo dużych naciskach. sprzęgło i wykorbienie wału obrotowego na ruch posuwisto . zwanej suwakiem (w której osadza się ruchome kowadło.11). 2) prasy śrubowo . w młotach tych przyśpieszenie bijaka następuje również pod wpływem sumy nacisku gazu na górną powierzchnia tłoczyska. dużą wydajnością oraz dokładnością przy kuciu matrycowym.1 mm.4) młoty przeciwbieżne o zrównoważonych ciężarach bijaków. Stosuje się je do kucia.zwrotny suwaka 11. Naciski w tych prasach dochodzą do 10 MN. jak też do spęczania. Prasy mimośrodowe bardzo szeroko stosowane do tłoczenia wyrobów. różnią się one znacznie od młotów konwencjonalnych. Równolegle jednak mają i wady. mała wrażliwość na przeciążenie.2. W zależności od sposobu napędzania części ruchomej prasy. 1. ruchomą cześć matrycy lub stempel). jak i matrycowego. młoty do kucia matrycowego i młoty uniwersalne. na których można wykonywać zarówno operacje kucia swobodnego.8 g). Skok suwaka w prasie korbowej jest stały i zależy od wykorbienia wału korbowego. Pozwala to na wykonanie odkuwek o bardzo dużych dokładnościach. rozróżnia się : 1) prasy korbowe. jak duży zakres produkowanych wymiarów odkuwek. Młoty posiadają liczne zalety. 1. Najpoważniejszą wadą jest niszczące działanie wstrząsów na otoczenie i na sam młot oraz na jego fundament. Mechanizmy młota i fundament wymagają częstych remontów. 4) prasy specjalne. które powodują ograniczenie ich zastosowania. 3) prasy hydrauliczne.cierne. wyciskania jak i tłoczenia. Prasy korbowe (rys. mimośrodowe. Zasada działania tych pras polega na zmianie ruchu obrotowego silnika 3 przez przekładnię. 74 . zależnie od ustawienia wykorbienia mimośrodu względem wykorbienia wału korbowego. w młotach tych siła ciążenia nie wpływa na przyśpieszenie zespołów bijakowych (rys. Prasy korbowe stosowane są do kucia w matrycach wielowykrojowych na zimno i na gorąco. W prasie mimośrodowej skok suwaka można zmieniać skokowo w pewnych granicach. Te trudności sprawiły. jak i na działanie wielkimi zasobami energii.0. prędkość ruchu bijaka w tych młotach jest kilkakrotnie większa od prędkości młotów konwencjonalnych. dogniatania itp.1. wynoszących 0. prasy kolanowe. Wskutek tego fundamenty młotów są bardzo ciężkie i specjalnie amortyzowane (np. ze względu na dużą uniwersalność związana z możliwością zmiany skoku suwaka. jednak ze względu na sposób rozwiązania konstrukcyjnego.9. 1.05 . łatwą regulację energii uderzenia i szereg innych. że współcześnie istnieje pogląd w myśl którego zamiast bardzo dużych młotów lepiej jest instalować prasy. zdolność wywierania bardzo dużych sił nacisku (nawet 1000 razy większych od ciężaru bijaka przy stosunkowo małym ciężarze młota). hydrauliczne i pneumatyczne.hamulec.sprzęgło cierne. zaworów silnikowych spalinowych oraz odkuwek o prostych kształtach. prostowania. 12 .10) siła nacisku jest wywierana za pomocą śruby o gwincie prostokątnym 5.korbowód. 6. 1. Prasy takie buduje się o sile nacisku 9800kN (1000T). 1. Wszystkie typy pras hydraulicznych działają na tej samej zasadzie. wielkościami nacisków. 2 . 10. 1 .wał korbowy.kadłub. Rozróżnia się prasy hydrauliczne: • do kucia swobodnego.belka łącząca poprzeczna. • do kucia matrycowego.7 przekładnia kół zębatych. Rys. Korpus cylindra połączony jest ze stołem i kolumnami.9. 6 dźwignia do przesuwania poosiowego wału 2 z tarczami 1 i 4. • do wyciskania. 1.koło zamachowe. 8 . 10 . są mniej wrażliwe na przeciążenia. które są jednocześnie prowadnicami suwaka. Schemat prasy korbowej. 7 .12) należą do najczęściej pracujących maszyn kuźniczych.silnik asynchroniczny. 3 tarcza cierna napędzana osadzona na końcówce śruby. Ruch roboczy suwaka odbywa się dzięki ciśnieniu na tłok od góry.wał. konstrukcją. w którym mocuje się górną cześć matrycy lub kowadło.wał pośredni.śruba naciskowa. natomiast ruch powrotny wywołuje ciśnienie na tłok od dołu. prędkościami suwaków itp. 3 . Zależnie od sposobu napędu śruby rozróżnia się prasy śrubowe cierne (najczęściej stosowane).W prasie śrubowej (rys. 1. nitów. Istnieje wiele odmian pras hydraulicznych. jak też z bezpośrednim napędem elektrycznym.suwak. 11 . 1. Prasy do wyciskania posiadają naciski nawet do 200000 kN. różniących się przeznaczeniem. Do kucia używa się pras pionowych o nacisku od kilku tysięcy kN do 740000 kN (75000T).tarcze cierne napędowe. Prasa cierna śrubowa.suwak prasy Prasy hydrauliczne (rys. wyciskania i spęczania łbów śrub. na którym osadzone są tarcze 1 i 4.stół prasy Rys. mimo że są mniej wydajne i sprawne od innych.4 . 5 . zakończony suwakiem (poprzecznicą) 3. Stosuje się je do gięcia. 5 . 13 . Na śrubie umieszczony jest suwak 7. obracającej się w nakrętce osadzonej w korpusie prasy. 2 . W cylindrze roboczym pracuje tłok. 4 . Prasy śrubowe. 75 . 9 . poddaje się dalszej obróbce plastycznej. Głównym elementem ciągadła jest otwór roboczy.13 b). Rozróżnia się ciągadła o profilu prostym (rys. 1.5. zwanym ciągadłem mocowanym w maszynie zwanej ciągarką. Ciągadła i ciągarki Wyroby walcowane lub wyciskane na gorąco. Zasada pracy prasy korbowej 1. mianowicie pręty.2. 1. niewielkie kształtowniki. 1.Rys. Poszczególne części profilu otworu pokazane na rys. polegającej na ciągnieniu przez otwór w narzędziu. 1.11.13 a spełniają zadanie: 76 .13 a) lub łukowym (rys. 2 Zależnie od rodzaju mechanizmu ciągnącego stożek zgniatający. 1. tak łagodne zakończenie powierzchni ścieranych przez metal przeciągany zabezpiecza je przed wykruszaniem. stożek zgniatający 2 przejmuje naciski metalu podczas odkształcenia plastycznego w ciągadle. kąt rozwarcia powierzchni roboczych zwykle waha się w granicach 4 do 120 . Ciągarka składa się z ciągadła oraz z mechanizmu ciągnącego. 1 rad. 1 .Rys. Ciągadło umieszcza się w odpowiedniej Rys. 13. Zasada pracy prasy hydraulicznej stożek smarujący 1 ma za zadanie doprowadzenie smaru na powierzchnie robocze.otwór można podzielić ciągarki na dwie grupy: kalibrujący. b) ciągadło rur) o ruchu prostoliniowym. 4 . Zaostrzony koniec wsadu przewleka się ciągadła: a) ciągadło stożkowe (o przez otwór ciągadła i podaje do uchwytu prostych tworzących powierzchnię mechanizmu ciągnącego (rys. Profile otworów oprawie. z węglików spiekanych lub diamentowe. 1. otworu).stożek smarujący. zależnie od rodzaju metalu przerabianego plastycznie oraz od jego wymiarów . ławowe – częłukowe • • 77 . tzw. 1) ciągarki do ciągnienia pasm prostych (prętów i dk . 3 .stożek wyjściowy.3). • stożek wyjściowy 4 powinien mieć kąt wierzchołkowy ok.12. • część kalibrująca 3 ma powierzchnię równoległą do osi otworu. Obecnie stosuje się ciągadła stalowe. 1.średnica nominalna. 9 przekładnia i silnik elektryczny.ciągadło. Rys. Dlatego wyroby o małych przekrojach.łańcuchy drabinkowe. 1 . Na ciągarkach tych możemy wykonywać odcinki o długości do 30 m (rzadko do 60 m). Stosowane prędkości ciągnienia wynoszą 0.sprzęgło cierne Rys.bęben. w których siłę ciągnącą wywołują obracające się bębny lub pierścienie i odpowiednio do tego nazywa się je ciągarkami bębnowymi lub pierścieniowymi. 1. 1.silnik elektryczny Prosta ciągarka łańcuchowa przedstawiona jest na rys.3-4. 1. Po łożu 1 posuwa się wózek 2 z zamocowanymi na nim uchwytami.14.15). Najprostsza ciągarka jednobębnowa składa się z ciągadła i napędzanego bębna (rys. 3 . 4 . 7 . 5 .łańcuch. 4 . 2 . w którym zamocowane są kleszcze chwytające ciągnione pasmo. Jednobębnowa ciągarka do produkcji drutu.ciągadło. Ciągarki ławowe są budowane o sile ciągnienia od kilku N do około 2000 kN (tj.rozwijarka. W uchwytach wózka mocuje się końce metalu przewleczonego przez otwór ciągadła 7.14.łoże. 1 . zabezpieczającego łańcuch przed zerwaniem.ścią ciągnąca tych ciągarek może być łańcuch. Po ukończeniu ciągnienia powrót wózka na stronę ciągadła odbywa się samoczynnie.koła łańcuchowe.1 do 1.15. Przekładnia jest połączona z wałem silnika za pomocą sprzęgła ciernego 10. są przeciągane za pomocą ciągarek bębnowych. do około 200 T).0 m/s. 3 . a ich prędkości wahają się od 0. 78 . 2) ciągarki do drutu w kręgach.silnik elektryczny. 6 . 6 . Ciągarek jednobębnowych używa się do ciągnienia drutów o większych średnicach: 6 16 mm. lina i niekiedy cylinder hydrauliczny.przekładnia zębata stożkowa.przekładnia zębata. 5 . Łańcuch poruszany jest przez koło zębate łańcuchowe 4 napędzane silnikiem elektrycznym 6 przez przekładnię pasową 5. 8 .przekładnia zębata (reduktor). Ciągarka łańcuchowa. 10 . poruszający wózek. Wózek zaczepiany jest do łańcucha drabinkowego 3. 2 . nadające się do zwijania w kręgi. Do ciągnienia drutów o mniejszych średnicach stosuje się ciągarki wielostopniowe.wózek.0 m/s. 1. Nożyce uniwersalne NU-13A Dzięki zgrupowaniu tych urządzeń w jednej maszynie nożyce uniwersalne NU . Półfabrykaty przeznaczone do obróbki skrawaniem lub obróbki plastycznej w większości przypadków poddawane są wstępnej operacji cięcia. gilotynowych.. Narzędziami w procesie wykrawania są wykrojniki.17 a cięcia gumą rys. Rys. Cięcie wykonuje się na nożycach dźwigniowych. Dzięki swej uniwersalności nożyce NU-13A nadają się do stosowania w różnych gałęziach przemysłu budowy maszyn i konstrukcji stalowych w hutnictwie. których wymiary podane są na tabliczce zamontowanej na nożycach. Przy użyciu noży specjalnych można przecinać przedmioty.13A umożliwiają wykonanie różnorodnych operacji. Schemat wykrojnika przedstawia rys. Cięcie na prasach nazywamy wykrawaniem. cięcie prostopadłe i ukośne kształtowników (kątowników i teowników) itp. • przebijarkę.1. b) cięcie na prasach.6.16). budownictwie itp. krążkowych i innych (tablica 1. Jest to maszyna wielooperacyjna.2.1. jak: cięcie blach i płaskowników. c) cięcie gumą. • wycinarkę. Wszystkie urządzenia nożyc posiadają możliwość wykonywania jednocześnie ruchu pojedynczego lub ciągłego.16.18. • nożyce do profili. zawierająca cztery różne urządzenia: • nożyce do blach. w stoczniach.1).1. 1. Maszyny do cięcia Operacje cięcia możemy podzielić na: a) cięcie nożycami. w magazynach stali. 1. czyli wykrawanie. 79 . cięcie prętów o przekroju okrągłymi i kwadratowym. Jedną z maszyn do cięcia materiału są nożyce uniwersalne NU-13A (rys. 30.17. Literatura [23. 4 – tuleja prowadząca.3.41.40. 10 – słup prowadzący.29. 5 .24. Schemat wykrojnika: 1 – czop.obudowa 1.1. 2 – wzornik. 8 – matryca.18. wykonanie prostych przedmiotów. 7 – spychacz.39. 2 – płyta głowicowa.42. Pomoce i urządzenia Maszyny do obróbki plastycznej znajdujące się w laboratorium. 4 – wyrzutnik gumy. 3 – przekładka.38. uruchomienie maszyn.37. 6 – stempel.Rys. 5 – płyta stemplowa.43] 80 .27. 1.4.31. Instrukcja do ćwiczenia • • • zapoznanie się z zasadą działania maszyn. Schemat cięcia gumą: 1 – płyta podstawowa. 9 – pierścień mocujący.1. 11 – płyta podstawowa Rys.36. 3 – guma. to jest w temperaturze poniżej tzw. Przy odkształceniu metalu następują zmiany jego struktury.przekrój po obróbce.1. Zjawisko zgniotu występuje jedynie trwale jako skutek przeróbki plastycznej na zimno.blachy. Ogólne pojęcie zgniotu Trwałe odkształcenie metali bez naruszania ich spójności nazywamy odkształceniem plastycznym. Dlatego na ogół pomija się jego krótkotrwałe występowanie i przyjmuje się. które wywołują zmianę jego własności mechanicznych.przekrój początkowy. wyrażający całkowitą zmianę przekroju po wszystkich zabiegach obróbki plastycznej na zimno od ostatniej obróbki cieplnej lub plastycznej na gorąco. tłoczyć. profile i inne elementy o złożonym kształcie. Na skutek tej właściwości metali możemy z nich wyrabiać . walcować. które powodują zwiększenie własności wytrzymałościowych i obniżenie własności plastycznych. Cel ćwiczenia Zapoznanie się z możliwością trwałego odkształcenia metalu na zimno oraz z wpływem tego odkształcenia na jego własności mechaniczne.za pomocą obróbki plastycznej na zimno . trwałego odkształcania się na zimno i gorąco pod wpływem działania określonej wielkości siły. Dają się one zatem łatwo kuć. Stopień zgniotu jest to ubytek względny przekroju przyjmowany jako wskaźnik liczbowego stanu zgniotu.1) 81 . S0 − S ⋅ 100% S0 (2. 2. rur o grubości ścianki poniżej 2 mm itp. bez wywoływania rys i pęknięć. że podczas przeróbki plastycznej na gorąco zgniot w ogóle nie występuje. W czasie odkształcenia plastycznego na zimno. rekrystalizacji zachodzą zmiany w budowie krystalicznej.2. Obróbka plastyczna na zimno stosowana jest głównie do wytwarzania cienkich blach i taśm poniżej 1 mm grubości. ciągnąć. gdyż podczas przeróbki plastycznej na gorąco zgniot zanika w bardzo krótkim czasie. drutu. powodujących rekrystalizację. WPŁYW ODKSZTAŁCENIA PLASTYCZNEGO NA ZIMNO NA ZMIANĘ WŁASNOŚCI MECHANICZNYCH METALI 2.2. zginać itp.2. stopnia zgniotu. Wielkość zgniotu określa się za pomocą tzw. druty. S . Całokształt zmian tych własności nosi nazwę zgniotu. bez naruszenia ich wewnętrznej spójności. Za pomocą tej obróbki uzyskuje się także wyroby. Ponadto obróbka taka stosowana jest dla podwyższenia wytrzymałości metalu i jego twardości. 2. Wprowadzenie Metale posiadają specyficzną cechę łatwego.1. z= gdzie: S0 .: rury i pręty o dużej dokładności wymiarowej. np. Mechanizm odkształceń plastycznych Zdolność metali do odkształceń plastycznych jest ściśle związana z ich krystaliczną budową.2. charakteryzujące Rys. regularnym przestrzennie centrycznym A2 i heksogonalnym zwartym A3 (rys. 2. Ponieważ poszczególne płaszczyzny krystalograficzne obsadzone są różną ilością atomów. badana w różnych kierunkach. Szczególnie silna zmiana własności mechanicznych występuje po obróbce plastycznej na zimno. 2. Rys.4).5). Taka sieć o statystycznie uporządkowanych regularnej przestrzennocentrycznej kierunkach płaszczyzn krystalograficznych nazywana jest teksturą (rys.1).najgęściej obsadzonych atomami.2) lub też poprzez bliźniakowanie (rys. Płaszczyzny i kierunki po.2. 2. c) przemieszczenie w trzech sąsiednich płaszczyznach poślizgu 82 . Wydłużaniu się ziarn towarzyszy uporządkowanie ich osi krystalograficznych.1.się równoległością określonych płaszczyzn i kieślizgu w sieciach przestrzennych: a) runków krystalograficznych poszczególnych regularnej. Niejednorodność tę nazywamy anizotropią Anizotropia silnie uwidacznia się w monokryształach.2. 2. b) przemieszczenie na jednej płaszczyźnie poślizgu. 2. Odkształcenie ziarn A2. Ujawnia się ona jednak po przeróbce plastycznej. W technice stosowane są przeważnie metale o budowie polikrystalicznej. Większość metali krystalizuje w układach: regularnym płaskocentrycznym A1. c) heksagonalnej A3 wywołuje zmianę własności mechanicznych oraz powoduje niejednorodność własności w kierunku podłużnym i poprzecznym do kierunku płynięcia materiału.2. Odkształcenie plastyczne wskutek poślizgu: a) sieć kryształu nie odkształconego. w krysztale występuje niejednorodność własności mechanicznych. Poślizg odbywa się w płaszczyznach krystalograficznych . Odkształcenie plastyczne powoduje wydłużenie poszczególnych ziarn w kierunku płynięcia materiału (rys. b) ziarn. Odkształcenie plastyczne odbywa się poprzez poślizg w płaszczyźnie krystalograficznej (rys. w których na ogół anizotropii nie obserwuje się. płaskocentrycznej A1.2.2.3). b) stan przejściowy. c) stan końcowy Rys. Mechanizm ten polega na przemieszczeniu bloku sieci krystalicznej wokół płaszczyzny symetrii w położenie. że odkształcenie plastyczne zwiększa liczbę defektów w sieci.Poza poślizgiem metale mogą odkształcać się w sposób trwały za pomocą mechanizmu bliźniakowania. Zjawisko umocnienia występuje zarówno w mono . Wielkość przemieszczenia przy bliźniakowaniu jest proporcjonalna do odległości tych warstw od płaszczyzny bliźniakowania. 2. Schemat zmiany struktury pod wpływem wzrastającego zgniotu w metalu polikrystalicznym: a) struktura w stanie wyżarzonym. przewodności elektrycznej.jak i w polikryształach i zależy zarówno od szybkości odkształcenia. trzeba stosować większe obciążenia.c) po różnym stopniu zgniotu Ze wzrostem odkształcenia plastycznego. określonego przez stopień zgniotu. ulegają zmianie własności mechaniczne metalu. trwałe odkształcenie plastyczne metali zachodzi poprzez poślizg. Maleje natomiast udarność KC oraz zanika zdolność do odkształceń plastycznych. np. granica plastyczności Re oraz twardość HB. 2. Jasne to jest. Rys. co wyraża się spadkiem wydłużenia A i przewężenia Z (rys. 2. aby je dalej kontynuować. a w miarę jego postępowania powoduje coraz silniejsze blokowanie deformacji. gdyż wzrastają wówczas: wytrzymałość na rozciąganie Rm. których sieć krystaliczna ma małą liczbę płaszczyzn łatwego poślizgu. b. Zmiana tych własności nosi ogólną nazwę umocnienia. 2. gdyż dodatkowo dochodzi element przeszkody dla ruchu dyslokacji w postaci granic ziarn. jak i od temperatury. na jakie napotykają dyslokacje w swoim ruchu. w metalach o sieci heksagonalnej. jeżeli pamiętamy o przeszkodach. Ponieważ przesunięcie to nie może przyjmować znacznych wartości. Umocnienie polega na tym. 83 .3).3. w którym atomy przemieszczonego kryształu są lustrzanym odbiciem atomów w części nieodkształconej (rys. gęstości itp. Bliźniakowanie występuje w tych metalach. W przypadku polikryształu wzmocnienie przebiega zawsze wyraźniej. Schemat odkształceń plastycznych w krysztale metalu przez tworzenie kryształów bliźniaczych: a) sieć kryształu nie odkształconego.6b). zgniot wywołuje zmianę niektórych własności fizycznych. Oprócz zmian własności mechanicznych. np.4.6a i 2. 2.6.7. Plastyczność i spójność metali przy jednoosiowym rozciąganiu Przebieg procesu technologicznego wytwarzania wyrobu w procesach obróbki plastycznej ma istotny wpływ na końcowe własności mechaniczne materiału które można sprawdzić w próbie rozciągania.Rys. Zmiana kształtu krzywych rozciągania dla próbek z różnym stopniem zgniotu (a) oraz zmiana własności czystego żelaza w zależności od stopnia zgniotu (b) 2. Kształt i podstawowe wymiary próbki do rozciągania przedstawia rys. Tekstura metalu po zgniocie: a) układ kryształów w stanie wyżarzonym. 2.3. Ten sam materiał poddany różnym zabiegom technologicznym ma zupełnie inne końcowe własności mechaniczne Statyczna próba rozciągania jest podstawową próbą w badaniach materiałów a zwłaszcza metali.5. b) tekstura po zgniocie (ukierunkowane osie krystalograficzne w kierunku płynięcia metalu) Rys. 84 . 2. 2. Wyznaczone przy pomocy tej próby własności mechaniczne umożliwiają odbiór techniczny metali i stopów i pozwalają ocenić skuteczność przeprowadzanych procesów technologicznych. Próbki do próby rozciągania w zależności od kształtu i wymiarów materiału wyjściowego pobiera się zgodnie z wymaganiami odpowiednich norm. Rys.3) 85 . Rys.wydłużenie F(∆l) (rys. w zależności od rodzaju metalu. 2. 2.2) b) dolna granica plastyczności ReL – najmniejsze naprężenie podczas płynięcia: ReL = FeL S0 (2. czyli wykreśla się krzywoliniową zależność w układzie współrzędnych siła . których miernikiem jest naprężenie i własności plastyczne określane przez zmianę wymiarów odkształcanej próbki.7. Jak wynika z powyższych rysunków.2.8 b).8). Wykresy rozciągania stali z wyraźną granicą plastyczności (a) i bez wyraźnej granicy plastyczności (b) Na podstawie próby rozciągania można określić dwie grupy własności mechanicznych – własności wytrzymałościowe. Własności wytrzymałościowe: a) górna granica plastyczności ReH – wartość naprężenia przy pierwszym spadku siły FeH odniesionej do przekroju początkowego próbki S0: ReH = FeH S0 (2. 2. z wykazaniem wyraźnej granicy plastyczności (rys.8 a) oraz bez wyraźnej granicy plastyczności (rys. 2. przebieg odkształcenia metali w czasie rozciągania może się odbywać. Próbka o przekroju okrągłym stosowana w próbie rozciągania Przy rozciągania próbek rejestruje się siłę oraz wydłużenie próbki.8. 4) Rys. braku cech wyraźnej granicy plastyczności.2: R p 0 . Naprężenie graniczne przy przyroście nieproporcjonalnym Rp d) wytrzymałość na rozciąganie – Rm – naprężenie odpowiadające największej sile Fm odniesionej do przekroju początkowego próbki S0: Rm = Fm S0 (2. 0. równym umownemu procentowi długości pomiarowej np.5) e) naprężenie rozrywające Ru .2 S0 (2.Górną i dolną granicę plastyczności można wyznaczyć jedynie gdy na wykresie rozciągania jest wyraźny wzrost wydłużenia próbki przy ustalonej lub nieco zmniejszonej sile rozciągania.naprężenie w momencie gdy próbka pęka odniesione do najmniejszego pola przekroju próbki Su po rozerwaniu: Ru = Fu Su (2.2 = F p 0 . 2. c) naprężenie graniczne przy przyroście nieproporcjonalnym Rp – naprężenie określone przy przyroście nieproporcjonalnym tzn.2 % (rys.9. 2.9) określanej do tej pory jako „umowna granica plastyczności R0.6) Jednostką własności wytrzymałościowych jest 1 MPa = 1 N/mm2. 86 . Wykres naprężeń i odkształceń umownych (krzywa 1) i rzeczywistych (krzywa 2) rozciągania próbek: a) materiał posiadający wyraźną granicę plastyczności.10). 2. jako stosunek siły rozciągającej F do początkowego przekroju próbki S0. Naprężenia umowne charakteryzują własności wytrzymałościowe metali z dokładnością wystarczającą dla potrzeb budowy maszyn i konstrukcji metalowych.7) ⋅ 100 A= u L0 Początkowa długość pomiarowa próbki związana jest z początkową powierzchnią przekroju poprzecznego S0 i określana na podstawie równania L0 = k S 0 (2. mierząc naprężenie σ oraz odkształcenie ε. Na wykresie przedstawione są dwie krzywe .naprężeń rzeczywistych σpl uplastyczniających. 2. Rys. otrzymujemy wykres rozciągania (rys.8) gdzie k = 5.65 odpowiada długości pomiarowej L0 = 5d w wypadku próbek o przekroju okrągłym.Własności plastyczne: a) wydłużenie procentowe po rozerwaniu A – trwałe wydłużenie długości pomiarowej po rozerwaniu (Lu – L0) wyrażone w procentach początkowej długości pomiarowej L0 L − L0 (2. b) nie posiadający wyraźnej granicy plastyczności 87 .10.9) Przy rozciąganiu jednoosiowym gładkich próbek. wyznaczonych ze stosunku siły rozciągania F do chwilowego rzeczywistego przekroju próbki S oraz naprężeń umownych σ (w rzeczywistości nieistniejących). b) przewężenie procentowe przekroju Z – największa zmiana przekroju poprzecznego która następuje podczas próby (S0 – Su). wyrażona w procentach początkowej powierzchni przekroju poprzecznego S0 Z= S0 − Su ⋅ 100 S0 (2. Następnie inne próbki wyżarzonego drutu przeciągamy na ciągarce stosując różne średnice oczka ciągadła tak.3. (2. W tym momencie siła obciążająca zaczyna maleć. Krzywą tę można przedstawić wyrażeniem: σpl = σ o ε n gdzie: σ0 .średnia średnica ziarna. ε . k y − 1 (2. Dopiero po osiągnięciu tego punktu dalsze rozciąganie powoduje odkształcenie plastyczne. 2.10.współczynnik wzmocnienia zawarty zwykle w granicach 0. n .1 do 0. prostej 01B aż do punktu B.odkształcenie logarytmiczne.Petcha. Najpierw określamy krzywą rozciągania dla próbek z drutu w stanie wyżarzonym. Wielkość odkształcenia sprężystego i plastycznego dla punktu B pokazuje rys.Przy rozciąganiu próbki do chwili osiągnięcia granicy plastyczności (ściślej do granicy sprężystości) w próbce zachodzą wyłącznie odkształcenia sprężyste. Przy dalszym rozciąganiu w pewnym momencie na próbce zaczyna tworzyć się przewężenie (szyjka). nastąpił bowiem tu wzrost granicy plastyczności z wartości σpl0 do σpl B. aby 88 . prostej 0A. kolejne stany naprężenia i odkształcenia będą przebiegały wg prostej 01B. Rm. pręt do ciągnienia. Przy ponownym obciążaniu próbki naprężenie odkształcenie będzie przebiegało wg. 2.stała materiałowa. określamy Re.11) gdzie: dz . Po przekroczeniu naprężenia σ plZ następuje rozerwanie próbki. Po przekroczeniu naprężenia σA (granicy sprężystości) w metalu pojawiają się obok odkształceń sprężystych odkształcenia plastyczne. σpl . maszyna wytrzymałościowa.jest zależne od wielkości ziarna.10) naprężenie σ pl = σ o + dz 2 . A i Z. Część krzywej powyżej σpl0 nazywamy krzywą umocnienia.3. Pomoce i urządzenia • • • • ciągarka. ky i σ0 . Wszystkie stany naprężeń i odkształceń w tym obszarze. Przy odciążaniu próbki ze stanu naprężenia B. zarówno przy wzroście jak i przy obniżaniu naprężeń. Zjawisko wzrostu naprężenia uplastyczniającego po uprzednim odkształceniu plastycznym nazywamy umocnieniem. przebiegają wg. równoległej do prostej 0A. 2.4. Po całkowitym usunięciu obciążenia pozostaje trwałe odkształcenie εpl.wielkości stałe dla danego materiału w określonej temperaturze i przy określonej szybkości odkształcenia. Zjawisko tworzenia się szyjki nazywane jest utratą stateczności. wpływ wielkości ziarna na uplastyczniające przedstawia zależność Halla . ciągadła. Przebieg ćwiczenia Do badań wpływu odkształcenia plastycznego na zimno na własności mechaniczne metali zastosujemy drut stalowy w stanie wyżarzonym. podobnie jak dla próbki wyżarzonej.32.1. A.25. Z od stopnia zgniotu z i HV od odległości od powierzchni drutu Tablica 2.35. Próbki z drutu po różnym stopniu zgniotu rozciągamy na maszynie wytrzymałościowej i określamy podstawowe parametry Re i Rm oraz A.41] 89 . Dla narysowania wykresu należy zbadać minimum cztery próbki o różnym stopniu zgniotu. Na podstawie danych z tablicy 2.24. Rozkład twardości na średnicy przeciąganego drutu HB Stopień zgniotu odległość od zewnętrznej poz% wierzchni drutu Literatura [23. Rm.1 i 2. Sprawozdanie W sprawozdaniu zamieścić wyniki pomiarów i obliczeń (tablica 2. Re.37. Nr próbki z % Re MPa Wyniki badań Rm MPa A % Z % Uwagi Tablica 2. Na wyciętych próbkach twardość mierzymy na powierzchni czołowej w różnej odległości od powierzchni.34.40.26.1 rysujemy wykres zależności Re.29. A i Z od stopnia zgniotu.2) oraz wykresy zależności Rm.33.2. Wyniki wpisujemy do tablicy.28. na podstawie wyników badań robimy wykres. 2.38. Następnie z drutu pobieramy próbki do badań twardości i wytrzymałości.5.uzyskać różne stopnie zgniotu. 31. Wprowadzenie Umocnieniem (wzmocnieniem plastycznym) metali nazywa się zjawisko wzrostu naprężeń uplastyczniających wywołane trwałymi odkształceniami. WYZNACZANIE KRZYWEJ UMOCNIENIA MATERIAŁÓW 3.2. 1 2 3 4 Oznaczenia: Najczęściej stosowane równania krzywych umocnienia Analityczna postać wzoru σ p = σ 0 + C (ε i + ε i0 ) p n σ p = C (ε i + ε i0 ) σ p = Cε in C. Do najbardziej uniwersalnych opisów zmian naprężenia uplastyczniającego w funkcji odkształcenia należą krzywe umocnienia opisane równaniami podanymi w tablicy 3. jakość wyrobów oraz trwałość narzędzi w procesach przeróbki plastycznej na zimno uzależniona jest od dokładności określenia cech plastycznych kształtowanego materiału. 3. krzywe umocnienia.2. Tablica 3. Prawidłowy dobór mocy i nacisków urządzeń. Zmiana własności mechanicznych wraz ze wzrostem odkształcenia wpływa na wartość sił i możliwości kształtowania wyrobów. Metody wyznaczania krzywej umocnienia Zależność naprężenia uplastyczniającego od odkształcenia wyznacza się drogą doświadczalną i otrzymuje tzw. σ0. n. Zjawisko zgniotu występuje jedynie trwale jako skutek przeróbki plastycznej na zimno.1.1.1.1 Lp.stałe materiałowe σ p = σ 0 + Cε in p n Zmiany budowy krystalicznej metalu wpływają na jego własności mechaniczne oraz fizyczne. 90 . Zjawisko zgniotu i umocnienia zostało szerzej omówione w ćwiczeniu 2. 3. pracy odkształcenia plastycznego w różnych procesach przeróbki plastycznej. Zjawisko umocnienia jest czynnikiem decydującym o przebiegu operacji przeróbki plastycznej metali na zimno. ε0. Informacja o przebiegu takiej krzywej jest niezbędna do obliczania wartości sił. gdyż podczas przeróbki plastycznej na gorąco zgniot zanika w bardzo krótkim czasie. Cel ćwiczenia Zapoznanie się z metodami wyznaczania krzywej umocnienia materiałów w zależności od wielkości stopnia zgniotu.3. Całokształt zmian tych własności nosi nazwę zgniotu. naprężeń. . C różnej szerokości początkowej b0: bB0 = 1. walcowanie lub kucie). B. metoda ściskania pakietu utworzonego z wielu krążków blach i inne). W praktyce.1. Wyodrębnia się trzy grupy metod doświadczalnych wyznaczających uogólnioną krzywą umocnienia σp = f(εi ): Grupa 1: próby wytrzymałościowe (jednoosiowe rozciąganie. ściskanie.Do celów związanych z technologią przeróbki plastycznej na zimno wykorzystywany jest początkowy odcinek krzywej umocnienia w zakresie odkształceń nie przekraczających ε = 0. Aby umożliwić dokładne określenie odkształceń εB i εC. Grupa 3: specjalne próby wytrzymałościowe przystosowane do postaci badanego elementu (próba pierścieni wyciętych z blach.Heyera polega na poddaniu próbki.1 ÷ 0. 3.w statycznej próbie spęczania. spęczania i wymiary próbki stosowanej w metodzie Heyera „beztarciowego” i skręcania przedstawia rys. W praktyce stosowane są głównie dwie metody wyznaczania krzywej umocnienia: a) analityczna . Metoda analityczna rozciągania próbki o zmiennym przekroju Metoda zaproponowana przez R. Część środkowa próbki składa się z trzech odcinków A. b) doświadczalna . Wartość stałych materiałowych C i n oblicza się na podstawie wyznaczonych doświadczalnie współrzędnych dwóch punktów krzywej umocnienia.2.2.1.rozciągania próbki o zmiennym przekroju. skręcanie). „szyjki”). A wyraźnego przewężenia (tzw. która posiada najmniejszą średnicę. Grupa 2: metody wyznaczania naprężenia uplastyczniającego σp materiału wstępnie odkształconego przez obróbkę plastyczną (np. Krzywe umocnienia stali 25 otrzymane z prób rozciągania. rozciąganiu. 3. 3. która na swojej długości posiada zmienne przekroje (jak na rys. czyli jako uogólniona krzywa umocnienia. aż do momentu uzyskania odkształcenia plastycznego w części A. bC0 = 1. Charakterystyki te są sporządzane dla temperatury około 200 C i prędkości odkształcenia od 10-3 do 10-2 m/s. 3.1. 3. to jest tej części próbki. przy czym zadaniem próby rozciągania jest określenie współrzędnych tylko tych punktów.1. Po rozciągnięciu próbki aż do momentu wyraźnego przewężenia lub zerwania w części A odczytujemy wartość siły maksymalnej i mierzymy długość odcinków lB i lC. Zależność pomiędzy σp a ε najczęściej przedstawiana jest jako wykres zależności naprężenia uplastyczniającego od zastępczego odkształcenia plastycznego. Kształt otrzymane z prób rozciągania. Krzywe umocnienia stali 25. ciągnienie.1 bA0. nanosi się na odcinkach B i C bazy pomiarowe lB0 i lC0.H. aż do utworzenia się w części próbki Rys. spęczania beztarciowego i skręcania przedstawia rys.3.2). Szukane wartości odkształceń obliczamy jako: 91 .01 bA0. są równe naprężeniom rozciągającym. lC 0 ε B = ln lB l B0 (3.pola odpowiednich przekrojów próbki Przekroje próbek można określić z warunków stałej objętości odcinków pomiarowych: S B = g O bB 0 gdzie: g0 . lB S C = g O bC 0 lC 0 lC (3. które występują w tych częściach próbki w fazie końcowej rozciągania: σ pB = Fmax .2. 3.2) gdzie: SB i SC . Kształt i wymiary próbki do wyznaczania parametrów równania krzywej umocnienia metodą Heyera: a) próbka płaska. SB σ pC = Fmax SC (3.4) Wykorzystując dane zależności oraz fakt. obliczamy wartości stałych materiałowych n i C: 92 . b) próbka okrągła ε C = ln lC .Rys. obliczamy odpowiednie wartości naprężeń: n σ pB = Cε B oraz n σ pC = Cε C (3. że wartość siły maksymalnej rozciągającej część B i C próbki była taka sama.3) Korzystając z przyjętego równania krzywej umocnienia dla materiałów wyżarzonych. odpowiadające obliczonym odkształceniom.grubość próbki lB0 .1) Naprężenia uplastyczniające. 2.3. zaproponowana przez Rastiegajewa w 1940 r. 93 .7) C= Fmax 2 πd B n εB 4 (3. które ulegają zgnieceniu na początku procesu spęczania. 0. Kształt próbki zalecana jest parafina w stanie stałym.6) funkcji Z punktu widzenia praktycznego dla określenia krzywej umocnienia wystarczająco dokładna jest metoda doświadczalna przeprowadzona przez spęczanie. Podczas spęczania smar utrzymuje się w zagłębieniu i całkowicie zapobiega tarciu do ściskania metalicznemu środkowej części próbki o powierzchnię narzędzi spęczających. Statyczna próba spęczania (3.itd.1. poddana została z biegiem lat wielu próbom sprawdzającym i obecnie jest szeroko stosowana.5) C= Fmax l n bC 0 g O C 0 ε C lC (3.3. σ p = C ⋅ε n Przedstawiona metoda analityczna wyznaczenia krzywej wzmocnienia jako krzywej σ p = f (ε ) jest metodą bardzo dokładną.8) Znając wartości współczynników C i n . przy czym Rys.2. 0. podstawiając odpowiednie wartości ϕ (np.2.. Przed spęczaniem wytoczenia zapełnia się smarem.ln n= bC 0 + ε B − εC bB 0 ln ε B − ln ε C (3.. Stykają się z nimi jedynie burty.. 3.1. a zalecane wymiary podano w tablicy 3..3. 3. Kształt próbek z czołowymi wytoczeniami pokazano na rys.2.. 0.) należy obliczyć naprężenie uplastyczniające (wytrzymałość plastyczną) σp [MPa ] i sporządzić wykres krzywej umocnienia w układzie współrzędnych: σ p (rzędna) i ε (odcięta). 3..6) Analogicznie obliczamy stałe materiałowe przy rozciąganiu próbek okrągłych: 2 ⋅ ln n= dC0 + ε B − εC d B0 ln ε B − ln ε C (3. Metoda ta. 4 14 14 0. odpowiadające kolejnym spęczaniom. F = 100 kN.stabelaryzować aktualne pola przekrojów poprzecznych. Próbka zachowuje niemal idealny walcowy kształt.5 15 15 0.3) d0 h0 u t0 0. warsztatowe przyrządy pomiarowe. Pomoce i urządzenia • • • • • maszyny wytrzymałościowe. przeprowadzenia prostych obliczeń i wykreślenia krzywej wzmocnienia nie przekracza 2 godzin.45 1.15 0. Tablica 3.6 18 18 0.30 0. W zasadzie do wykonania pomiaru naprężeń rzeczywistych przy spęczaniu opisanym sposobem wystarcza jedna próbka. 3.0 28 28 0. 3.20 0.20 0. Całkowity czas pomiaru na trzech próbkach.0 30 30 Do prób spęczania skonstruowano przyrząd jak na rys.40 0. bez tworzenia się charakterystycznej baryłki.6 20 20 0. próbki na ściskanie.15 0.6 19 19 0.8 24 24 0.20 0.5 16 16 0.30 0.8 22 22 0.30 0.45 1. Konsekwentnie można więc . próbki o zmiennych przekrojach na rozciąganie.45 0.2 Zalecane wymiary w mm próbek z czołowymi wytoczeniami (patrz rys.40 0. w którym aktualną wysokość próbki (z pominięciem jej bardzo małych odkształceń sprężystych) mierzy się za pomocą dwu czujników. Tak zredukowano udział sprężystych odkształceń przyrządu.4 12 12 0.40 0. dzieląc zmierzoną siłę spęczającą przez aktualny poprzeczny przekrój próbki.4. 3.8 26 26 0. 94 .opierając się na zasadzie stałej objętości . przyrząd do spęczania próbek wraz z wyposażeniem.45 0.4 13 13 0.3 10 10 0. Jedynie dla celów kontrolnych i zwiększenia dokładności można użyć trzech lub więcej próbek.30 0. Naprężenie uplastyczniające oblicza się wówczas najprościej.Dzięki warunkom hydrostatycznego smarowania spęczanie jest równomierne nawet przy 60 -70 % ubytku wysokości próbki.5 17 17 0.3. Te czujniki są zawieszone w dwu jarzmach bezpośrednio na kowadełkach spęczających.3 11 11 0. 2 .1 mm. Przyrząd do próby spęczania.korpus przyrządu 3. 2) Zamontować na maszynie wytrzymałościowej przyrząd do spęczania próbek. 3 . dokonać jej obciążenia siłą powodującą odkształcenie plastyczne części A próbki (do utworzenia „szyjki”). li σ pi = Fi [MPa] Si 95 . • obciążać płynnie próbkę i co 0. 6 . Instrukcja do ćwiczenia 1) Na maszynie wytrzymałościowej.stempel.Rys. po zamontowaniu próbki o zmiennym przekroju. • po zdjęciu próbki dokonać pomiarów wydłużenia części C i B próbki lC i lB [mm] z dokładnością ±0. • obliczyć zależność funkcyjną σ p = C ⋅ε n oraz ε = 0. 0. 3. 4 . lo Si = S o ⋅ lo [mm2].czujnik zegarowy.2 i wykonać wykres krzywej wzmocnienia we współrzędnych σ p − ε. 3) dla każdego pomiaru wykonać obliczenia: ε i = ln l .kowadełka spęczające. • odnotować maksymalną siłę przyłożonego obciążenia F [N] z dokładnością ±100 N.4.jarzmo czujnika.4.1. • czujniki zegarowe w zamontowanym przyrządzie ustawić na ‘0”. • po założeniu próbki dokonać wstępnego spęczania próbki siłą F =2000 ÷ 4000 N. w zależności od rodzaju materiału próbki. • przeprowadzić obliczenia współczynników C i n.próbka spęczana.5 mm dokonywać odczytu wielkości siły F z dokładnością do ±100 N. 5 . 1 . 25.32. 5.4) wykonać wykres umocnienia materiału we współrzędnych σ p − ε.30.36. Sprawozdanie W sprawozdaniu zamieścić tok obliczeń krzywych umocnienia i wykresy σp −ε Literatura [24.38.40] 96 .37. 3.28.34.31.29.33. 4. podobnie nierównomierny jest również rozkład nacisku jednostkowego na stykających się powierzchniach. to cylindryczna próbka przyjmie po spęczeniu charakterystyczny kształt beczkowaty (rys. że materiał odkształca się nierównomiernie. 4. zachowując kształt cylindryczny. że materiał ten odkształca się nierównomiernie. Przebieg procesu zależy od wymiarów materiału i tarcia na powierzchni styku materiału z narzędziem. próbka może przyjąć po spęczeniu kształt podwójnej beczki (rys. 1. nacisk jednostkowy na powierzchni styku byłby jednakowy w każdym punkcie. a mniejszy od dwóch. wówczas próbka ulega wyboczeniu.1). NACISKI I ODKSZTAŁCENIA W PROCESIE SPĘCZANIA 4.1.1 a).2. nierównomierny jest również rozkład nacisków jednostkowych na powierzchni spęczanego materiału. W procesie swobodnego spęczania tarcie występujące pomiędzy powierzchniami kowadeł a kształtowanym materiałem powoduje. Podczas spęczania swobodnego w kierunku działania siły następuje zmniejszenie wymiaru materiału. Cel ćwiczenia Poglądowe przedstawienie wpływu tarcia na rozkład odkształceń i nacisków w procesie swobodnego spęczania. ale mniejszym od trzech. a w pozostałych kierunkach materiał przemieszcza się swobodnie. Gdyby proces przebiegał bez tarcia. 4.1 b). Rys. to próbka odkształcałaby się równomiernie. 4. Najprostszym sposobem spęczania jest ściskanie krótkich odcinków pręta między dwiema płytami o równoległych powierzchniach roboczych. Przy stosunku wysokości do średnicy większym od dwóch. 4.4. W rzeczywistym procesie wskutek tarcia próbka przybiera różne kształty w zależności od wymiarów i działania sił tarcia (rys. Kształty walcowych próbek o różnym stosunku h/d po spęczeniu miedzy płytami 97 . Natomiast gdy h0/d0 jest większe od trzech. W procesie swobodnego spęczania tarcie powoduje. Wprowadzenie W praktyce rozróżnia się dwa zasadnicze sposoby spęczania: spęczanie swobodne i spęczanie w matrycy. Jeżeli stosunek wysokości do średnicy jest większy od jedności. Rozważmy proces swobodnego spęczania próbki cylindrycznej. • obszar zewnętrzny. Przemieszczanie się cząstek materiału podczas spęczania walca w warunkach dużego tarcia oraz rozkład nacisków na powierzchni Próbka wykonana z różnokolorowych warstw plasteliny (rys. Na rys.Świadczy to o nierównomierności odkształceń w czasie spęczania.2) Promienie R i r związane są ze sobą warunkiem Rys. ε2. 4. że kierunek osiowy z. 4. Najbardziej odkształca się materiał w środkowej strefie próbki.4 odkształcenie w kierunku osiowym (ε1) cylindrycznej warstwy odległej o r od osi próbki wyrazi się wzorem: ε 1 = ε z = ln g (r ) g0 (4.1) Odkształcenie obwodowe (ε2) rozpatrywanej warstwy cylindrycznej określić można porównując jej obwód przed i po odkształceniu: ε 2 = ε t = ln r R (4. 4. b) po odkształceniu πR 2 g 0 = ∫ 2 ⋅ π ⋅ r ⋅ g (r ) ⋅ dr (4.2. ε3. Rys. nie ulegające większym odkształceniom (I). w której można wyodrębnić trzy charakterystyczne obszary: • dwa stożki przylegające do obu powierzchni narzędzia. • obszar intensywnego płynięcia plastycznego. promieniowy r i obwodowy t są głównymi kierunkami odkształcenia. 4. Wygląd warstw próbki z stałej objętości: materiału modelowego: a) r nieodkształconej. Jeżeli przyjmiemy. to porównując wymiary poszczególnych warstw po i przed odkształceniem. najmniej w strefie przylegającej do kowadeł.3) 0 98 .2 pokazana jest spęczana próbka walcowa. które przemieszczają się wraz z narzędziem. możemy obliczyć wartości składowych odkształcenia ε1. Zgodnie z oznaczeniami na rys. 4. w którym panują znaczne obwodowe naprężenia rozciągające (III).3. w którym materiał przemieszcza się w kierunku swobodnych powierzchni zgodnie ze strzałkami pokazanymi na rysunku (II).3) pozwala oszacować poglądowo rozkład odkształceń. 4. najmniejsza zaś przy krawędzi próbki (rys. 4. że nacisk jednostkowy na powierzchniach styku nie jest jednakowy w każdym ich punkcie. 4. (4. Schemat do obliczeń odkształceń próbki po spęczeniu Dokonując pomiarów grubości gi danej warstwy w określonych odległościach ri od osi próbki można. W punkcie lezącym na osi próbki nacisk jest największy. obliczyć wartości odkształceń głównych ε1 i ε2. 4. Trzecią składową odkształcenia można wyznaczyć z warunku stałej objętości: ε1 + ε 2 + ε 3 = 0 Tarcie utrudniające promieniowe przemieszczanie się materiału powoduje.6.Ponieważ funkcja określająca grubość warstwy g(r) od promienia r jest nieznana.5. powstałych z zastąpienia ciągłej funkcji g(r) odcinkami linii prostej. w którą może wpływać spęczany materiał.4) n 1 ⋅ ∑V πg 0 1 i gdzie: vi jest objętością i-tego pierścienia o przekroju trapezowym i wynosi: vi = p ⋅ [( 2 g i + g i −1 ) ri2 − ( g i − g i −1 ) ri ri −1 − ( 2 g i −1 + g i ) ri2 1 ] − 3 (4.5) Rys. korzystając z zależności (4. że wysokość otrzymanej wypływki największa jest w punkcie leżącym na osi.1) i (4.4). najmniejszy nacisk jest przy krawędzi próbki.4. Przy takim uproszczeniu wyrażenie na odkształcenie w kierunku n-tej warstwy Rys. to okaże się.6). Schemat oznaczeń przyjmuje postać: próbki spęczonej rn ε 2 = ln (4.5. rys. Jeżeli na czołowej powierzchni kowadełka wykonamy wąską szczelinę. Kształt wypływki świadczy o niejednorodnym polu nacisku na powierzchni styku.3) można zastąpić sumą skończonych objętości pierścieni o przekroju trapezowym. 4.6) Rys. dlatego wypływka jest największa. Próbka po spęczeniu z wypływką 99 . to całkę (4. gdyż tarcie przeciwdziała obwodowemu i promieniowemu płynięciu materiału.7.9) Jeżeli założy się.7).µ) oraz po zróżniczkowaniu równania (4.8) Po redukcji i podzieleniu przez Θ⋅r otrzymuje się: Θ sin dr dr 2 =0 h ⋅ dσ r − σ r ⋅ h ⋅ − 2τ zr ⋅ dr + 2σ t ⋅ h ⋅ ⋅ r r Θ (4. Układ naprężeń σt i naprężeniem promieniowym σr.7) σp . zaś z warunku plastyczności równanie: σt −σ z = σ p gdzie: (4.8a) Θ sin dr 2 są małe. naprężeniem obwodowym Rys.W celu wyjaśnienia tego zjawiska należy rozważyć element objętościowy spęczanego krążka o wysokości h. to warunek równowagi przybiera postać: 100 . 4. że podczas swobodnego spęczania σr=σt. Ponieważ osiowe naprężenie σz równe jest naciskowi p. że wartość naprężenia stycznego τzr określona jest zgodnie z prawem tarcia posuwistego Coulomba.naprężenie uplastyczniające. Element ten obciążony jest naprężeniem osiowym σz oraz wynikającymi z występowania tarcia: naprężeniem stycznym τzr. działających na element Obwodowe i promieniowe naprężenia ściskające objętościowy pojawiają się w próbce. Ze stowarzyszonego prawa płynięcia wynika.8) określi się dσr = -dp. ograniczony współosiowymi płaszczyznami cylindrycznymi o promieniach r i r+dr oraz dwiema płaszczyznami promieniowymi rozchylonymi o kąt Θ (rys. to można zapisać: σr =σt =σ p − p Równanie równowagi rozpatrywanego elementu objętościowego ma postać: (σ r + dσ r ) ⋅ h ⋅ rΘ − σ r ( r + dr )Θ ⋅ h − 2τ zr ⋅ r ⋅ Θ ⋅ dr + 2σ t ⋅ dr ⋅ h ⋅ sin Θ =0 2 (4. 4. to w dalszym rozważaniu składnik i zawierające te wyrażenia Ponieważ i d Θ zostają pominięte i ostatecznie równanie równowagi przejmie postać: h ⋅ dσ r − 2τ zr ⋅ dr = 0 (4. τzr = µ⋅p (współczynnik tarcia . złożyć z nieparzystej ilości krążków próbkę do spęczania. spęczyć między dwiema równoległymi płytami przygotowaną próbkę do około połowy jej wysokości.11) Stałą całkowania wyznacza się z warunku brzegowego: dla r = R0 naprężenie promieniowe σr = 0 a więc: σt = σr = 0 = σp . Rozkład nacisków na próbkę spęczaną 4.8.13) ilustruje rys.10) (4.3.8. 4.13) Rozkład nacisku odpowiadający równaniu (4. Przebieg ćwiczenia • • • przygotować z plasteliny o różnych kolorach krążki o jednakowej grubości wynoszącej około 6 mm i średnicy około 30 mm. 101 . Zanotować w tablicach wg wzoru wymiary krążków.p Stała C wynosi: C = −σ p ⋅ exp( 2⋅µ ⋅ R0 ) h (4. 4. układając krążki na przemian kolorami.12) Stąd nacisk jednostkowy na powierzchni próbki wynosi: p = −σ p ⋅ exp 2⋅µ ( R0 − r ) h (4.dp 2⋅µ =− ⋅ dr p h a po scałkowaniu i przekształceniu p = C ⋅ exp( − 2⋅µ ⋅ r) h (4. Rys. 3.5.• • • • • spęczoną próbkę przeciąć w płaszczyźnie prostopadłej do czołowej powierzchni i przechodzącej przez oś asymetrii. plastelina kolorowa. 2. 2. ri mm 0 4 8 12 gi mm Vi mm3 ΣVi mm3 ε1 Ri mm ln gi/go -- ε2 ln ri/Ri -- ε3 -ε2-ε1 -- 102 . 3.2. Tablica 4. spęczyć jednowarstwowy krążek między kowadełkami ze szczeliną. wykonać szkice odkształconych próbek. ε2 i ε3 w środkowej warstwie spęczonej próbki wzdłuż kierunku promieniowego (tablica 4. 4. 4. • rozkład odkształceń głównych ε1.).2 Rozkład odkształceń głównych Grubość początkowa g0= Średnica początkowa d0= Odległo grubość objętoś suma odległość ść ć objętości od osi odkształcenie Lp od osi 1. Wyniki zanotować w tablicach. w płaszczyźnie przekroju zaznaczyć rysikiem oś symetrii próbki. Instrukcja do ćwiczenia • Na podstawie wyników przeprowadzonego doświadczenie należy wyznaczyć: rozkład odkształcenia osiowego ε1 wzdłuż osi próbki (tablica 4. 4. 4.). Tablica 4. mikroskop warsztatowy. suwmiarka. rysik.1.1 Rozkład odkształcenia osiowego ε1 wzdłuż osi próbki Grubość początkowa Grubość końcowa Odkształcenie osiowe Nr warstwy g g0 ε1 mm mm -1. próbkę umieścić na stoliku mikroskopu warsztatowego i dokonać pomiarów grubości poszczególnych warstw w osi próbki oraz grubości warstwy środkowej w odpowiednich odległościach od osi. Pomoce i urządzenia • • • • • prasa ręczna. szkice spęczonych próbek.6. Literatura [34.43] 103 . ε2.• szkice obu próbek. rozkład nacisków na powierzchni styku kowadeł z próbką wraz z rozkładem teoretycznym nacisków (na papierze milimetrowym).37. Sprawozdanie • • • Sprawozdanie z przeprowadzonego ćwiczenia winno zawierać: wykres rozkładu odkształceń głównych ε1.40. 4.38.42. opisać rozkład na powierzchni styku kowadeł z próbką. i ε3 w środkowej warstwie spęczonej próbki wzdłuż kierunku promieniowego (na papierze milimetrowym). Cel ćwiczenia Zapoznanie się z technologią walcowania i sposobami określania podstawowych parametrów tego procesu.1. Przy walcowaniu wzdłużnym (rys. Na skutek tarcia. Rys. Czasami zamiast walców stosuje się tarcze stożkowe lub skośne. jakie występuje między walcami a metalem. wywołanego przez obracające się walce. 5. Walcowanie poprzeczne i skośne stosuje się przy produkcji rur.1) odkształcenie dokonuje się między dwoma walcami o osiach równoległych. zostaje on wciągnięty między walce i odkształcony.5. 5. przy czym zwykle długość powiększa się znacznie więcej niż szerokość i z tego powodu poszerzenie często się pomija. poprzeczne i skośne.1.1 Charakterystyka procesu walcowania W procesie walcowania żądany kształt przedmiotu otrzymuje się za pomocą odkształcenia plastycznego materiału. Metal walcowany otrzymuje ruch prostoliniowy. natomiast długość i szerokość powiększają się.2. 104 . Wprowadzenie 5. Początkowa wysokość walcowanego metalu ho zmniejsza się do wysokości h1. 5. Schemat walcowania wzdłużnego Rozróżniamy trzy zasadnicze rodzaje walcowania: walcowanie wzdłużne. PODSTAWOWE PARAMETRY WALCOWANIA 5. obracającymi się w przeciwnych kierunkach. prostopadły do osi walców. Za pomocą walcowania wzdłużnego otrzymuje się około 90% wszystkich wyrobów walcowanych.2. w tym samym kierunku następuje jego największe wydłużenie. l0 .powierzchnia przekroju pasma po walcowaniu.2. Wyrażając objętość odkształcanego materiału przed odkształceniem i po odkształceniu za pomocą jego podstawowych wymiarów. S1 .wysokość (grubość) pasma przed walcowaniem (przepustem). Parametry procesu walcowania Do głównych parametrów wpływających na technologię walcowania należą: gniot.7) (5. czyli V0 = V1 ( 5. S0 = h0 b0 S1 = h1 b1 (5. poszerzenie. l1 . wydłużenie i wyprzedzenie.szerokość pasma po walcowaniu. „zasada stałej objętości”.5. S0 .2) W dalszych rozważaniach przyjmować się będzie.1) (5. b0 .8) ∆ h = h0 -h1 ε wh = ∆h h0 105 .6) (5.2. h1 .długość pasma przed walcowaniem. V1 = h1 b1 l1 ( 5. b1 .4 ) Wykorzystując równanie stałej objętości można zapisać h0 b0 l0 = h1 b1 l1 czyli h1 b1 l1 =1 h0 b0 l0 (5. otrzymuje się: V0 = h0 b0 l0 .jest to liniowe zmniejszenie wymiarów przedmiotu odkształconego pod działaniem siły ściskającej w kierunku jej działania h1 = γ <1 h0 współczynnik gniotu gniot bezwzględny gniot względny (5.3 ) Jest to tzw. W celu umożliwienia ich określenia przyjmuje się następujące oznaczenia: ho .wysokość pasma po walcowaniu.powierzchnia przekroju pasma przed walcowaniem.5) Zmiany odpowiednich liniowych wymiarów będzie się określać wielkością współczynnika odkształcenia.szerokość pasma przed walcowaniem. znajdująca całkowite potwierdzenie w praktyce. że objętość metalu w czasie walcowania nie ulega zmianie.długość pasma po walcowaniu. Podstawowe określenia parametrów walcowania: gniot . b0 ε wb = ∆b b0 Gb = 100ε wb ε b = ln wydłużenie b1 b0 .13) (5.18) ∆l = l1 .21) (5.22) Gl = 100ε wl ∆S = So -S1 q= S 0 − S1 S0 S 0 − S1 ⋅ 100% S0 q% = ubytek przekroju względny procentowy (5.16) (5.15) ∆ b = b1 .17) (5.19) (5.10) ε h = ln h1 h0 poszerzenie .23) 106 .11) (5. powodujący powiększenie szerokości b1 = β ≥1 b0 współczynnik poszerzenia poszerzenie bezwzględne poszerzenie względne poszerzenie względne procentowe poszerzenie rzeczywiste (5.14) (5.12) (5.oznacza przyrost długości przerabianego plastycznie przedmiotu l1 S o = = λ >1 l 0 S1 współczynnik wydłużenia wydłużenie bezwzględne wydłużenie względne (5.9) (5.l0 ε wl = ∆l S 0 − S 1 = l0 S0 ε l = ln S l1 = ln 0 l0 S1 wydłużenie rzeczywiste wydłużenie względne procentowe ubytek przekroju bezwzględny ubytek przekroju względny (5.G h = 100ε wh gniot względny procentowy gniot rzeczywisty (5.jest to przyrost szerokości przedmiotu w każdym procesie przeróbki plastycznej.20) (5. ⋅ n −1 = λ1 ⋅ λ 2 ⋅ λ3 ⋅ .6. υ h − prędkość wyjściowa metalu. w walcowniach blach cienkich ciągłych na gorąco stosuje się λśr = 1. Dla określenia stopnia odkształcenia w całym cyklu walcowania (za pomocą współczynników wydłużenia w kolejnych przepustach) wprowadzono pojęcie współczynnika całkowitego wydłużenia λc = 0 Sn = S 0 S1 2 S ⋅ ⋅ ⋅ . n wylicza się ze wzoru n= log S 0 − log S n log λsr (5. od konstrukcji walcarek i mocy napędu. 1..26) gdzie: υ 0 − prędkość wejściowa metalu.12 ... S0 Sn (5. Przykładowo: λśr = 1.1.λc = S0 Sn b h całkowity stopień przeróbki plastycznej (5.3 .28) Wielkości współczynnika wydłużenia λśr dla poszczególnych rodzajów procesów walcowania są różne i zależne od kształtu wykroju..ilość przepustów.27) λ sr = n gdzie: λśr . W celu określenia ilości przepustów dla danego rodzaju walcowania. znając λśr .29) 107 . n .24) δw = współczynnik kształtu (5. w walcowniach wstępnych 2.6. 3.. w walcowniach bruzdowych λśr = 1.25) W procesie walcowania można wyrazić współczynnik wydłużenia w dowolnym przepuście w zależności od różnych wielkości λ= S 0 h0 b0 l1 υ h = ⋅ = = S1 h1 b1 l 0 υ 0 (5.1.25.średni współczynnik wydłużenia. ⋅ λ n = λn sr S1 S 2 S 3 Sn (5.. siła spowodowana ruchem obrotowym samotoku podającego. 3. więc oraz T > Ntgα + B−F 2 cos α NH = N sin α T cos α + F B > N sin α + 2 2 ( 5.32 ) Przyjmując otrzymuje się T=µN µ > tgα + B−F 2N cosα (5. B . Warunek chwytu Aby pasmo mogło być wprowadzone między walce. górnym. Rys.2. Pasmo zostanie uchwycone przez walce jeżeli: TH + F B > NH + 2 2 (5. W chwili zetknięcia się metalu z walcem (np. Zależności pomiędzy kątem chwytu i kątem tarcia: a) w momencie chwytu metalu przez walce. b) przy ustalonym procesie walcowania Ponieważ TH = T cos α .5.siła bezwładności.31 ) ( 5. Ze względu na symetrię wystarczy rozpatrywać siły w odniesieniu do jednego walca.2) w punkcie A walec ciśnie na pręt siłą N prostopadłą do zarysu walca.33 ) 108 . rys.2. Wskutek obrotu walca i pod wpływem siły N wystąpi w punkcie A siła tarcia styczna do obwodu walca i skierowana zgodnie z kierunkiem obrotu.30) gdzie: F . 5. 5. jego grubość powinna być w pewnym stosunku do średnicy walców oraz do odległości między nimi. średnicą walców 6. gdyż w zakresie przeróbki plastycznej stali na gorąco współczynnik tarcia maleje ze wzrostem temperatury. Ogólne zależności pomiędzy wielkością gniotu a średnicą walców wyprowadza się na podstawie rys. Im większa jest prędkość obwodowa walców. gniotem i zmniejsza się kąt α. Walcowane pasmo będzie tym łatwiej chwytane przez walce. 2.35 ) Dla chwytu pasma przez walce konieczne jest więc. Chwyt pasma przez walce jest utrudniony przy temperaturach wyższych. 5. Przy takiej samej średnicy walców i wysokości pasma . 5.: cos α = OD OD = OA R (5.3. 5. odnośnie chwytu pasma przez walce. Z podwyższeniem temperatury wzrasta plastyczność walcowanego metalu.3.36) oraz OD = OB − DB = R − ∆h 2 (5. że wielkość dopuszczalnego chwytu zależy od bardzo wielu czynników. np.Jeśli nie ma siły zewnętrznej F. następujące uwagi: 1. tym (przy niezmienionej wysokości pasma) kąt chwytu jest większy. Z powyższych rozważań można poczynić. Wielkość kąta chwytu zależna jest od średnicy walca. Zależność pomiędzy kątem chwytu. Jeżeli więc wprowadzi się gorące pasmo w walce z pewną prędkością υ nadaną mu przez samotok. to warunek chwytu pasma przy walcu przyjmie postać: µ > tg α ( 5. 5. aby kąt tarcia ρ był większy od kąta chwytu α. tym pasmo trudniej jest przez nie chwytane. że im średnica walca jest mniejsza. 3. a zatem zwiększenie prędkości walcowania zmusza do stosowania mniejszych gniotów.34 ) albo wyrażając współczynnik tarcia µ przez kąt tarcia ρ czyli µ = tg ρ otrzyma się tg ρ > tg α i ostatecznie: ρ>α ( 5. a siłę bezwładności B można pominąć. co ułatwia chwyt. Z rys. im większa jest siła F (zewnętrzna. gdyż Rys. Z powyższych uwag wynika.3 widać.37) 109 . tym mniejszy jest kąt chwytu i tym łatwiej następuje uchwycenie metalu przez walce. wówczas początek pasma ulega łatwemu odkształceniu. 4.im gniot jest mniejszy. wywołana prędkością samotoku) wepchnięcia do walców. Maksymalne kąty chwytu stosowane w praktyce w zależności od rodzaju walcowania podaje tablica 5. Maksymalny kąt chwytu.45 ÷ 0.62 0. suwmiarka.36 0.05 ÷0. tym trudniej pasmo jest przez nie chwytane.39) Równanie to określa maksymalny dopuszczalny gniot. Instrukcja do ćwiczenia • uruchomić walcarkę.1.skąd cos α = R− ∆h 2 = 1 − ∆h = 1 − ∆h 2R R D (5.18 0.09 ÷ 0. 0. próbka o zmiennej szerokości. tym większy jest kąt chwytu (przy tym samym gniocie). jaki można stosować przy danym rodzaju walców i danej średnicy.09 24 ÷ 32 20 ÷25 15 ÷ 20 5 ÷10 3÷5 1 1 ÷ 5 3 1 1 ÷ 8 7 1 1 ÷ 14 8 1 1 ÷ 130 33 1 1 ÷ 350 250 5. że im mniejsza jest średnica walców.38) Im większa jest zatem średnica walców.3.36 ÷ 0. a ponieważ kąt chwytu α może być co najwyżej równy kątowi tarcia. Tablica 5.4. Graniczne kąty chwytu w zależności od rodzaju walcowania Maksymalny Współczynni Maksymalny stosunek ∆h k Rodzaj walcowania kąt chwytu tarcia α R µ walcowanie na gorąco: kęsiska ( na walcach z napawaniami) kęsy blachy walcowanie na zimno: na walcach gładkich na walcach z dobrze szlifowaną beczką 5. zatem można napisać: ∆hmax = D (1-cos ρ) (5. Pomoce i urządzenia • • • • walcarka duo.1. Wynika z tego. próbka klinowa. 110 .27 ÷ 0. Z przekształcenia powyższych wzorów wynika: ∆h = D (1-cos α).47 0. nazywa się granicznym kątem chwytu. 37. Pomiar parametrów walcowania Tablica 5. 2. 2.40] l0 Podstawowe parametry walcowania b0 h1 b1 l1 ∆h ∆b ∆l Kąt chwytu materiału przez walce Kąt chwytu Kąt tarcia Średnica Graniczny walców kąt chwytu Gniot maksymalny λ β γ 111 .2. Pomiar kąta chwytu Tablica 5.38. 5.36. 3.34. Pomiar Prześwit 1. Pomiar h0 1.• • • • przeprowadzić próbę pomiaru kąta chwytu.24.5.3. Literatura [23. 4. zmierzyć uzyskane wymiary próbek. Sprawozdanie 1. przewalcować próbkę o zmiennej szerokości.27. 3. 2. sporządzić sprawozdanie. podaje się w jednostkach umownych lub tylko na podstawie obserwacji badanego materiału podczas przeprowadzania próby. Sposób pobierania próbek do badań oraz metodyka badań określana jest normami.3. próba nawijania drutu. Wyniki. próba podwójnego zginania. dla drutów i walcówki: 1. 2. 2. próba dwukierunkowego przeginania. Wprowadzenie Próby technologiczne mają na celu sprawdzenie własności technologicznych danego materiału.1 próba spłaszczania rur.3.5. próba jednokierunkowego skręcania.6. numer wytopu) c) średnicę d d) szczegóły dotyczące przygotowania próbki (prostowania) e) warunki przeprowadzenia próby (odległość między uchwytami. 2. 2. 2.2. próba dwukierunkowego przeginania.1. dla kształtowników: 4. 4. 2. 3.2. w zależności od rodzajów przeprowadzanych prób. bednarki. Próbom technologicznym możemy poddawać bednarki.1. dla blach . blachy. 1. technologiczna próba zginania metali. prętów: 2. PRÓBY TECHNOLOGICZNE 6.6. 6. próba tłoczności metodą Erichsena. dla rur: 3.4. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z metodami badań własności technologicznych materiałów konstrukcyjnych. kształtowniki i rury. pręty i walcówkę. druty. Protokół badania powinien zawierać następujące informacje : a) powołanie na normę międzynarodową b) identyfikację próbki (rodzaj materiału.2.1. próba rozginania i zginania kształtowników.1. próba zwijania ze zginaniem. zastosowane obciążenie rozciągające) f) wynik próby 112 . próba spęczania. 1. Najczęściej stosowane próby technologiczne: 1. Od wymiarów próbki zależy także wymagany odstęp h między górną. jeśli r > 2.5 mm.2.5 mm. Tablica 6.1. 6 – oś przeginania dżwigni Parametry pomiarowe próby przeginania przedstawiono w tablicy 6. Górna krawędź uchwytu powinna znajdować się poniżej osi wałków zginających w odległości y równej 1. Schemat przyrządu do przeginania drutu: 1 – próbka.0 mm) Długość wyprostowanej przed badaniem próbki winna wynosić 100 ÷ 150 mm.1.5 mm i równej 3. styczną powierzchnią wałków zginających a dolną powierzchnią prowadnicy.6. Próba ta polega na wielokrotnym przeginaniu próbki zaciśniętej w szczękach przyrządu i przesuniętej przez otwór w prowadnicy. 5 – dźwignia.0 mm – dla wałków o większym promieniu (jeśli r ≤ 2.1 Parametry pomiarowe próby przeginania Oznaczenie Określenie d Średnica drutu okrągłego Najmniejsza grubość drutu o przekroju nieokrągłym. 4 prowadnica.1.1. Próby technologiczne dla drutów i walcówki 6. Próbę przeprowadza się z zastosowaniem przyrządu przedstawionego na rys. a wady wewnętrzne materiału z przełomu próbki.5 mm. 2 – wałek. y = 3.5 mm – dla wałków o promieniu do 2.1. 3 – wkładka. Próba dwukierunkowego przeginania drutu i walcówki Próbę wielokrotnego przeginania drutów o średnicy d lub walcówki o grubości g od 0. g umieszczonego między równoległymi uchwytami r Promień wałków zginających h Odległość między górną płaszczyzną styczną do wałków zginających a dolną powierzchnią prowadnicy dg Średnica otworu prowadnicy y Odległość osi wałka zginającego od górnej powierzchni uchwytu Jednostka mm mm mm mm mm mm Urządzenie jest wyposażone w komplet wymiennych wałków oraz prowadnic o wymiarach zależnych od średnicy lub grubości próbki. Podatność próbki na odkształcenia plastyczne ocenia się z liczby przegięć.6. przegina się 113 . Rys.3 mm do 10 mm przeprowadza się w celu określenia podatności próbki na odkształcenia plastyczne i wykrycia wad wewnętrznych materiału.6. Z położenia wyjściowego pionowego.2.1. y = 1. Drugie i następne przegięcia na przemian w lewo i w prawo.5 3. licząc to przegięcie jako pierwsze.5 < d(g) ≥ 2.1 50 4. aby nagrzanie próbki nie miało wpływu na wynik próby.0 7.05 15 2.1.1 35 3.2 Warunki zamocowania próbek drutu do prób wielokrotnego przeginania Promień wałka Średnica nominalna Średnica otworu Odległość zginającego lub grubość drutu prowadnicy1) h r d(g) dg 1 2 3 4 15 2.0 < d(g) ≥ 4.0 < d(g) ≥ 1.25 ± 0. 6.05 15 2. 114 .próbkę za pomocą dźwigni w prawo o 90° do zderzaka i z powrotem do położenia wyjściowego.1 Mniejsze średnice otworów mogą być stosowane dla mniejszych nominalnych średnic drutów (patrz kolumna 1) i większe średnice otworów dla większych średnic nominalnych (patrz kolumna 1).5 1. względnie wymogami odbiorcy.0 0.0 0.0 10 ± 0. Dla zakresu średnic podanego w kolumnie 1 powinny być wybrane odpowiednie średnice otworów w celu zapewnienia swobodnego ruchu drutu.0 i 11.5 i 3. Jeśli jest to konieczne należy zmniejszyć prędkość przeginania. ze stałą prędkością do momentu do momentu pęknięcia. wad materiału oraz błędów obróbki plastycznej lub termicznej.7 1.1 75 7.0 ± 0.5 i 4.0 < d(g) ≥ 8. wystarczające do jej wyprostowania ale nie przekraczające 2% wartości nominalnego obciążenia zrywającego drut). wykonuje się aż do złamania próbki. względnie osiągnięcia żądanej liczby skręceń.0 20 ± 0.0 1.75 ± 0.5 i 7. Próbę przeprowadza się w temperaturze otoczenia w przedziale od 10 do 30°C.1 20 2.7 < d(g) ≥ 1.2) zamocowanej w uchwytach skręcarki (rys.0 i 9.1 25 2.3).0 < d(g) ≥ 10 25 ± 0.2.75 ± 0. Próby w warunkach kontrolowanych powinny być wykonywane w temperaturze 23 ±5°C.5 2.5 < d(g) ≥ 0. służy do określenia podatności drutów na odkształcenia plastyczne przy jednokierunkowym skręcaniu.0 0.0 2. w czasie którego następuje pęknięcie próbki nie powinno być wliczane do liczby przegięć. wykrycia niejednorodności.1 100 9.0 6.0 8.1 20 2. Przegięcie. Próba jednokierunkowego skręcania drutu Próba skręcania drutów o średnicy d od 0. Próba polega na skręcaniu próbki (rys. 6.5 3. Podatność na skręcenie badanego drutu oraz przełom opisujemy zgodnie z wymogami normy na badany drut.5 1.5 ± 0. każde do zderzaka i z powrotem do położenia wyjściowego.0 4.3 ≤ d(g) ≥ 0. 1) Przeginanie powinno odbywać się ze stałą prędkością nie przekraczającą jednego przegięcia na sekundę. wstępnie napiętej siłą Q (stałe obciążenie rozciągające.0 < d(g) ≥ 3.0 15 ± 0.5 ± 0.0 < d(g) ≥ 6. Próbę należy prowadzić aż do uzyskania podanej w normach przedmiotowych liczby przegięć lub wystąpienia pęknięcia widocznego bez zastosowania przyrządów powiększających.3 mm do 5 mm. Tablica 6. 6.2.0 i 2.0 5. 3 ≤ d < 1 100 d1) 1 ≤d<5 50 d2) 5≤d Odległość 50 d może być stos. 10 – szafa elektryczna. 19 – licznik Tablica 6.Rys. zgodą . 115 . Średnica nominalna Odległość między zaciskami (nominalna) d [mm] 200 d 0. 4 – mikroprzełącznik. 15 – podstawa. zgodą . Próbę przeprowadza się w temperaturze otoczenia od 10 do 35°C. 6. gdy maszyna nie pozwala na zastos.2 Schemat próby jednokierunkowego skręcania Rys. miedzi. długości równej 50 d 1) 2) Jeżeli w normie przedmiotowej nie podano inaczej. 14 – korpus maszyny. 8 – dźwignia. 12 – ślimak (przekładnia). prędkość przeprowadzenia próby nie powinna przekroczyć wartości podanej w tablicy 6. 2 – stojak.3 Odległość L między zaciskami w zależności od średnicy d próbki (drutu). 9 – uchwyty. 5 – dźwignia opuszczania wrzeciona. długości równej 100 d Odległość 30 d może być stos. 17 – mikroprzełącznik. 6. Próby przeprowadza się na urządzeniu zwanym skręcarką . 11 – dźwignia. aluminium. Na wyposażeniu laboratorium znajduje się skręcarka do drutów K – 5. 18 – obudowa.3 Ogólny widok maszyny K-5. 3 – zawieszenie. 13 – pokrywa.4 w przypadku stali. 6 – górna tuleja (słup). stopów aluminium dla podanych wartości średnic. za spec. Próby prowadzone w specjalnych warunkach powinny być wykonane w temperaturze 23 ±5°C. 1 – silnik. gdy maszyna nie pozwala na zastos. 16 – mechanizm obciążenia. 7 – kółko ręczne. za spec. w próbkę dociśniętą do matrycy o odpowiedniej średnicy 5. pęknięcia .2. Własności plastyczne materiału. 21. 6.5 0.5).2. 6.0 0.4. 15 lub 20 mm.0 1 1 3. Próba nawijania drutu Próbę nawijania stosuję się do drutów o średnicy d ≤ 6 mm. 27 mm za pomocą dociskacza.6 ≤ d < 5. 8.3. Polega ona na nawinięciu 5 ÷ 10 ściśle przylegających do siebie zwojów na trzpień o określonej średnicy (rys.0 1. dobieranej w zależności od grubości blachy.2. Przykład zapisu wyników próby tłoczności pokazano w tablicy 6.2.1.4 Prędkość skręcania w zależności od średnicy drutu i rodzaju materiału Średnica Maksymalna liczba skręceń na sekundę d [mm] Stal Miedź i stopy miedzi Aluminium i stopy aluminium d<1 3 5 2 1 ≤ d < 3. 116 .6. Próby technologiczne dla blach .4). Wynik próby tłoczności metodą Erichsena stanowi średnia arytmetyczna wyników pomiarów głębokości trzech wtłoczeń.1 mm i szerokości b ≥ 13 mm oraz sprawdzenia ich podatności do tłoczenia na zimno. Zasadnicze wymiary aparatu Erichsena przedstawia rys. naderwania i odpryśnięcia drutu lub powłoki ochronnej . Polega ona na powolnym wtłaczaniu kulki lub stempla zakończonego kulisto. zwracając uwagę na rozwarstwienia .5 1. Rys. bednarki i prętów 6. Schemat próby technologicznej nawijania drutu 6. 11.6 1 3.0 6.0 ≤ d < 3. jakość przylegania powłok ochronnych oraz obecność ewentualnych wad materiałowych określa się w wyniku oględzin próbek.5 5. Próba tłoczności metodą Erichsena Próba metodą Erichsena jest stosowana w celu określenia tłoczności cienkich blach i bednarki o grubości g ≥ 0.5 ≤ d < 3.5.Tablica 6.0 ≤ d < 10.1. o średnicy 3.2. Wtłaczanie przerywa się w chwili powstania pęknięcia w próbce . z ewentualnym zastosowaniem wkładek (rys. b) schemat pomiaru: 1.Próba zginania. 3 – pierścień dociskający.5.6). 14. Próbkę ustawioną na dwóch podporach nastawnych. w kształcie 117 . zgina się równomiernie i nieprzerwanie za pomocą trzpienia o określonej grubości i zaokrągleniu. Próba ma na celu sprawdzenie zdolności materiału do odkształceń plastycznych przy zginaniu.53 20/27 14.79 14. Erichsen.22 Średnio Wygląd powierzchni mm 14. 2 – matryca. ustawionego w połowie odległości między podporami. 1.2. Przebieg próby zginania opisuje norma PN-EN ISO 7438:2006 Metale -. Zamiast podpór można użyć przystosowanej do tego celu podkładki z pryzmatycznym wycięciem o rozwartości nie mniejszej niż 125 mm.4 matowa matowa 6. 5 . 2.85 Średnica tłocznika Wyniki próby i średnica matrycy mm mm 20/27 14.5 14.5 Sposób zapisu wyników próby tłoczności metodą Erichsena Próba tłoczności metodą Erichsena.próbka. Grubość próbki mm 0. Próba tłoczności Erichsena: a) schemat aparatu.81 0. 3274 Lp. 4 – stempel.06 . kutych i lanych.2.10 14. protokół nr 45/82 Materiał: blacha mosiężną nieznanego gatunku Aparat. Technologiczna próba zginania metali Technologicznej próbnie zginania na zimno lub w podwyższonej temperaturze poddaje się próbki pobrane z półwyrobów i wyrobów walcowanych. wyposażonych w obracające się wałki. 6.21 14.lustro Tablica 6. 6. nr fabr.2.Rys. do równoległości ramion.do styku ramion 6. 118 .2. Sposób przeprowadzania technologicznej próby zginania metali : a) .3 Próba przeginania blach Próba przeginania blach o grubości g do 3 mm przeprowadza się w celu określenia przydatności do odkształceń plastycznych.2 mm.6 Oznaczenia pomiarowe w próbie przeginania blach Oznaczenie Określenie g Grubość próbki r Promień rolek lub szczęk oporowych Odległość między górną płaszczyzną styczną do rolek lub szczęk h oporowych a dolną powierzchnią czołową prowadnicy Odległość pomiędzy płaszczyzną przechodząca przez osie rolek y lub szczęk oporowych a najbliższym punktem zetknięcia próbki z uchwytami mocującymi urządzenia Jednostka mm mm mm mm Grubość g próbki powinna odpowiadać grubości badanego wyrobu. b) . Szerokość próbki (jeżeli w normach przedmiotowych nie podano inaczej) powinna + wynosić 20 0 5 mm. posiada tylko inną prowadnicę i uchwyt mocujący. o kącie rozwarcia 60°. Tablica 6.do określonego kąta zgięcia α ≤ 180°. przy zachowaniu neutralnego stanu jego powierzchni na próbce. Długość próbki powinna wynosić 100 ÷ 150 mm. c) .litery U lub V. Próbę przeprowadza się z zastosowaniem przyrządu podobnego jak do próby przeginania dwukierunkowego drutu i walcówki. Próba ta polega na wielokrotnym przeginaniu próbki zamocowanej jednym końcem w uchwycie składającym się z odpowiednich szczęk lub wałków o promieniu r o kąt 90° od położenia wyjściowego na przemian w jedną i drugą stronę. Próbki taśm o szerokości do 25 mm zachowują pełną szerokość wyrobu (nie podlegają obróbce mechanicznej).2. rozwarstwień lub pęknięć. 6. Wynik próby jest uważany za dodatni jeżeli przy zgięciu jednym z podanych sposobów próbka zginana na trzpieniu o zadanej grubości i średnicy zaokrąglenia nie uległa złamaniu i nie wykaże na zewnętrznej zgiętej powierzchni naderwań . aż do pojawienia się pęknięcia.6. Rys. W próbie przeginania blach i taśm prądnicowych i transformatorowych. dopuszcza się próbki o szerokości 30 ÷ 0. 3 1. Złączone odcinki blach zgina się o kąt α ≤ 45° na trzpieniu o promieniu r = (3 ÷ 5) g wzdłuż osi prostopadłej do osi zawinięcia . 6.0 ±0.0 ±0. stosowana również do cienkich blach.1 10 ±0. jest stosowana dla cienkich blach o grubości g ≤ 0.5.2. a następnie prostuje.0 5.1 15 ±0. Rys.0 1) 2) Dopuszcza się stosowanie urządzeń w odległości h wynoszącej od 25 do 50 mm Podana odległość y dotyczy wyłącznie rolek oporowych 6. (tzw. Tablica 6.7 Podstawowe wymiary konstrukcyjne urządzenia do próby przeginania Grubość próbki Podstawowe wymiary konstrukcyjne urządzenia do próby przeginania g r h1) y2) mm do 0.3 do 0.0 10.Przegięcie które spowodowało pęknięcie lub całkowite złamanie próbki.0 do 1.1 5 ±0.2 25 ±1. nie wlicza się do liczby przegięć.5 ±0. 119 .1 powyżej 0. próba zginania podwójnego zamka).2.5 ±0. g) sposób zginania blachy 6. Próba podwójnego zaginania Próbę podwójnego zawijania jest to tzw.5 do 3.8 mm. Schemat próby zawijania ze zginaniem : a ÷ e) kolejne etapy zawijania blachy.2.7). 6.5 powyżej 0.5 1.2 20 ±1. Zginanie i prostowanie przeprowadza się wielokrotnie do osiągnięcia wymaganej liczby zgięć.5 ±0.4.5 powyżej 1. próba kopertowa.7.0 powyżej 1. Polega na ścisłym złączeniu dwóch odcinków blachy przez podwójne ich zawinięcie (rys.5 3.2.5 do 1. W czasie trwania próby należy obserwować powierzchnię próbki w miejscu zginania.0 ±0.5 2.0 ±0. Próba zwijania ze zginaniem Próba zwijania ze zginaniem.2 7. f. Przeprowadza się ją zginając próbkę wzdłuż dwóch prostopadłych do siebie osi, aż do styku ramion (rys. 6.8) . Jeżeli w miejscu największych odkształceń plastycznych w okolicy środka próbki nie powstają rysy ani pęknięcia , wynik próby uważa się za dodatni. Rys. 6.8 Schemat próby podwójnego zginania blachy : a ÷ d) kolejne etapy próby 6.2.3. Próba spłaszczania rur Próbie poddaje się rury o średnicy zewnętrznej D do 400 mm włącznie, o grubości ścianki do 0,15 D, jeżeli normy przedmiotowe dla rur nie przewidują inaczej. Próbkę spłaszcza się w kierunku prostopadłym do osi rury aż do osiągnięcia przepisanej wysokości lub do styku i sprawdza się, czy na powierzchni zewnętrznej nie wystąpiły pęknięcia lub naderwania (rys. 6.9). Rys. 6.9. Próba spłaszczania rur; a) do określonej wysokości, b) do styku, c) spawanych lub zgrzewanych Próbkę długości L = 1,5 Dw (Dw - średnica wewnętrzna rury), nie mniej jednak niż 10 mm i nie więcej niż 100 mm, odcina się z końca rury, prostopadle do osi. Powierzchnie czołowe próbek powinny być obrabiane mechanicznie, Prędkość spłaszczania próbki; nie powinna przekraczać 25 mm/min. a) Spłaszczanie do określonej wysokości - próbkę kładzie się na dolną płytę prasy, tak aby oś wzdłużna rury leżała w płaszczyźnie prostopadłej do osi działania siły ściskającej. Próbę przeprowadza się do osiągnięcia między płytami odległości z lub do chwili pojawienia się pierwszego pęknięcia, jeżeli wystąpi ono przed osiągnięciem przepisanej 120 odległości z. Jeżeli warunki techniczne zamówienia określają wysokość spłaszczenia h mierzoną wewnątrz rury (rys. 6.9 a), odległość z oblicza się wg wzoru: z = h + 2g g - grubość ścianki rury b) Spłaszczanie do styku - próbkę spłaszcza się jak to opisano poprzednio, lecz do styku (rys. 6.9 b). Próbę należy przerwać, jeżeli przed zetknięciem się ścianek ukażą się pęknięcia lub naderwanie. Przy spłaszczeniu do styku dopuszcza się na końcach próbki szczeliny o wysokości nie większej niż 1/4 grubości ścianki rury c) Spłaszczanie rur spawanych lub zgrzewanych - przeprowadza się próbę zgodnie z wymogami norm przedmiotowych lub warunków technicznych zamówienia, do określonej wysokości lub styku. Położenie złącza powinno być podane, jeżeli nie określono położenia, złącze powinno znajdować się w płaszczyźnie nachylonej o 45° do kierunku spłaszczania (rys. 6.9 c). Sprawdzenie próbek po spłaszczeniu przeprowadza się nieuzbrojonym okiem, przy czym nie bierze się pod uwagę odpadnięcia warstwy tlenków. 6.2.4. Próba rozginania i zginania kształtowników Próbę zginania kształtowników przeprowadza się na kowadle za pomocą młotów mechanicznych lub przez uderzanie młotkiem ręcznym . Po osiągnięciu kąta 180° między ramionami w przypadku kątowników lub między średnikiem a stopką w przypadku ceowników i zetowników, próbkę zgina się prostopadle do podłużnej osi kształtownika (rys. 6.10) . Wynik próby jest dodatni , jeżeli na powierzchni próbki nie występują pęknięcia i naderwania widoczne nieuzbrojonym okiem . Rys. 6.10. Schemat próby rozginania kątownika : a) ÷ c) kolejne etapy próby 6.3. Pomoce i urządzenia • Stanowiska do badań własności technologicznych, • Próbki materiałów konstrukcyjnych. 121 6.4. Przebieg ćwiczenia • • Zapoznanie się z urządzeniami, na technologiczne, Przeprowadzenie prób technologicznych. których przeprowadza się próby 6.5. Sprawozdanie Sprawozdanie winno zawierać protokoły z badań wg schematu podanego we wprowadzeniu do ćwiczenia. Literatura [25,28,34,35,37,38,39,40,41] 122 1 d. 7. Powoduje to zakrzywianie się blachy i obrót ramion wyginanego przedmiotu. jak również z praktycznym wykonaniem gięcia na zimno. 7. natomiast drugi koniec dociskany jest rolką lub płytą do wzornika. h) – blachę umieszcza się pomiędzy trzema obracającymi się walcami.b. Zaginanie (rys. Gięcie przez przeciąganie (rys.7. 7. 7.g. w których zachowana zostaje prostoliniowość tworzących.e.1 c) – siła kształtująca skierowana jest wzdłuż płaszczyzny blachy. Owijanie (rys. a także z naprężeniami i odkształceniami powstającymi przy tym zabiegu. Kształtowanie blachy następuje wskutek ślizgania się jej po wewnętrznej walcowej powierzchni matrycy 2.2.7.i. Ramiona blachy wystające poza stempel ślizgają się po zaokrąglonych krawędziach matrycy 4 ulegając stopniowemu zaginaniu. Cel ćwiczenia Zapoznanie ze sposobami gięcia. profilowanie.7. Wprowadzenie Gięcie jest procesem kształtowania przedmiotów.1. powyżej temperatury rekrystalizacji).j) • za pomocą ciągnienia (przepychania) (rys.7.1 a) jest podstawowym sposobem gięcia na prasach. Pas blachy 1 położony na matrycy 2 kształtowany jest wskutek wywierania przez stempel 3 odpowiedniego nacisku na materiał. 7.1.h.1. 123 . drutu lub rury w przyrządzie.c). skręcanie.1 b) – blacha 1 w trakcie zaginania dociskana jest do czoła stempla 2 za pomocą sprężystego dociskacza 3. Krzywiznę gięcia uzyskujemy poprzez odpowiedni rozstaw i działanie nacisków. 7.1. GIĘCIE PLASTYCZNE 7.g.f.1j). • walcach (rys. a zmiana krzywizny giętego materiału zachodzi w jednej płaszczyźnie.1 i). Zwinięty przedmiot wyjmowany jest poprzez wysunięcie w kierunku równoległym do osi ukształtowanego przedmiotu. 7. 7.2. Zwijanie (rys. 7.1 a.1 k) Wyginanie (rys. zaginanie. prostowanie.f. Do wykonywania elementów giętych o dużych długościach stosuje się często walcowanie wzdłużne (rys. W ten sposób m.k) służy głównie do zwijania taśmy w rury. 7. można uzyskiwać rury o dużych średnicach lub płaszcze zbiorników cystern. Gięcie na walcach wykorzystywane jest również do prostowania wyrobów w prostownicach rolkowych (rys. Gięcie na trzech walcach (rys. Obejmuje takie operacje jak: wyginanie.1 d. zwijanie. Operacje gięcia mogą być prowadzone zarówno na zimno jak i na gorąco ( tj.) – metoda ta polega na zamocowaniu jednego końca blachy. Metody gięcia W zależności od rodzaju ruchu narzędzia w stosunku do obrabianego materiału znane są następujące metody gięcia: • na prasach (rys.e. in. 1. Faza odkształceń sprężystych materiału.2) i krzywizny gięcia 1/ρ. Rozkład naprężeń i odkształceń Stan naprężeń i odkształceń występujący przy gięciu zależy przede wszystkim od geometrycznych warunków procesu.2. d) owijanie prętów. W procesie gięcia wyróżnia się następujące fazy: 1. występującym przy jednoosiowym p 124 . tj. 7. j) wzdłużne walcowanie kształtowników. g) owijanie rur. i) prostowanie blachy. b) zaginanie. 7.Zależność między odkształceniem ε a naprężeniem σ. k) gięcie przez przeciąganie 7. gdy w skrajnych włóknach naprężenia osiągną wartość naprężeń uplastyczniających σ 0 . f) zwijanie sprężyn na trzpieniu.Rys. h) gięcie blachy za pomocą trzech walców. e) gięcie na zaginarkach. Sposoby gięcia: a) wyginanie. dla której w skrajnych punktach przekroju poprzecznego wartość naprężeń i odkształceń jest liniowa. c) zwijanie.2. od stosunku wymiarów przekroju poprzecznego b/g (rys. Faza gięcia sprężystego kończy się z chwilą. b) gięcie o małej krzywiźnie pasów szerokich. Dalszy ich wzrost w obszarze plastycznym spowodo- σ0p (granicę plastyczności).rozciąganiu lub ściskaniu dla większości metali i ich stopów przedstawia wykres podany na rys. Jak widać. Rozkład naprężeń i odkształceń w przekroju poprzecznym pręta przedstawiono na rys. W wyniku działania momentu M następuje zakrzywienie pręta. już w zakresie plastycznym. Otrzymany w ten sposób rozkład naprężeń przedstawia rys. charakteryzujący się odkształceniem trwa- 2.3 e. przy czym w zakresie sprężystym zarówno odkształcenia osiowe εr jak i naprężenia σ są proporcjonalne do odległości rozpatrywanej warstwy od osi neutralnej. zachowany zostaje w przybliżeniu liniowy rozkład odkształceń (rys. spowodowany zjawiskiem umocnienia się materiału odkształcanego plastycznie na zimno. podczas gdy leżąca między nimi warstwa o grubości e jest jeszcze w stanie sprężystym. 7. gdy w warstwie skrajnej odkształcenia i naprężenia osiągną wartości graniczne εp i σp0 (stan A). c) gięcie o dużej krzywiźnie łym. 7. 7. Faza gięcia sprężystego kończy się z chwilą. przy czym w obu warstwach zewnętrznych o grubości f odkształcenie osiowe przekracza wartość graniczną εp.2. Rys. Przy dalszym zwiększaniu krzywizny.3 a) wyznaczyć można naprężenie osiowe istniejące w każdym punkcie przekroju poprzecznego przy plastycznym zginaniu. Gdy naprężenie przekroczy pewną graniczną wartość 125 .3 d). Faza odkształceń plastycznych. Prostoliniowy odcinek PrOPc tej krzywej odpowiada stanowi sprężystemu. przyłożonego do obu końców tego pręta. by na granicy obszaru uplastyczniającego osiągnąć σp0.c. 7. wobec czego warstwy te znajdują się w stanie plastycznym.3 a. materiał wchodzi w stan plastyczny. Klasyfikacja procesów gięcia ze względu na stan naprężeń: a) gięcie o małej krzywiźnie pasów wąskich. 7. 7. 7. Na podstawie wykresu odkształceń (rys. co jest równoznaczne z osiągnięciem odkształceń większych od wartości εp. Wraz ze wzrostem odkształcenia trwałego obserwuje się pewien dalszy wzrost naprężenia uplastyczniającego.3 d) oraz wykresu podstawowego (rys.3 b. Prostoliniowy odcinek pręta wykonanego z materiału o opisanych własnościach poddany został zginaniu pod wpływem wzrastającego stopniowo momentu zginającego M. w środkowej warstwie sprężystej naprężenia wzrastają liniowo w miarę oddalenia się od warstwy neutralnej. h) odkształcenia szczątkowe.3. dochodząc w końcu do zera. że pręt zakrzywiony jak w stanie B jest wolny od odkształceń i naprężeń. należy założyć chwilowo. f) odkształcenia przy odciążaniu. Omawiany dotychczas rozkład naprężeń i odkształceń odnosił się do procesu obciążania.Rys. Faza powrotnych odkształceń sprężystych. że po osiągnięciu stanu zakrzywienia B pokazanego na rys. a więc zakrzywienie jego osi ulega pewnemu zmniejszeniu.e następuje odciążenie. 7. 3. 7. b) odkształcenia sprężyste. Rozkład odkształceń i naprężeń w przekroju poprzecznym pręta giętego: a) zależność między odkształceniem ε a naprężeniem σ przy jednoosiowym rozciąganiu i ściskaniu metalu. Wyobrażając sobie. d) naprężenia sprężyste. Zmniejszenie się jego zakrzywienia. i) naprężenia szczątkowe wany jest zjawiskiem umacniania się odkształconego materiału i nie jest proporcjonalny do odległości od warstwy neutralnej. W czasie odciążania następuje częściowe wyprostowanie zakrzywionego pręta. moment zginający zaczyna się zmniejszać. Ponieważ odciążanie 126 . g) naprężenia przy odciążaniu.3 d. e) odkształcenia plastyczne. odpowiadające odciążeniu (równoznaczne z częściowym rozgięciem pręta) wywoła w nim odkształcenia i naprężenia o znaku przeciwnym niż przy zagięciu. przy którym zarówno moment zginający jak i zakrzywienie stopniowo się zwiększają. W celu określenia rozkładu naprężeń po odciążeniu. Naprężenia te można określić pamiętając.zachodzi w zakresie sprężystym. krzywoliniowy rozkład naprężeń spowodowany umocnieniem materiału. Jak zawsze przy naprężeniach własnych istnieje równowaga sił i momentów. potrzebnego do uzyskania żądanej krzywizny trwałej. w warstwie zewnętrznej.4). napotyka na duże trudności ze względu na złożone zjawiska zachodzące w procesie gięcia plastycznego.3 f. jak to przedstawia rys. ujmująca zmianę jego własności przy gięciu plastycznym. W celu uzyskania takiej charakterystyki najlepiej jest przeprowadzić operację gięcia czystym momentem gnącym (rys.3 e.w skrajnej warstwie wewnętrznej pozostają rozciągające naprężenia własne. Jeżeli materiał w stanie wyjściowym B nie jest wolny od naprężeń. Określenie momentu gięcia Obliczenie momentu gnącego. 7. 7. że rozkład ich jest liniowy. tak jak to jest w rzeczywistości. 7.2. wówczas wykres 7.g.g. Jak widać z tego rysunku. 7. zmniejszenie się grubości giętego przedmiotu itp. przedstawia rys. Schemat gięcia czystym momentem Mx = F ⋅x 2 (7. Istnieje możliwość uwzględnienia tych wszystkich czynników przy jednoczesnym zachowaniu prostoty obliczeń potrzebnych do określenia wartości momentu. jak np. przeto rozkład tych naprężeń i odkształceń będzie liniowy. która w czasie gięcia była rozciągana.3.MB. pozostających w materiale po całkowitym zdjęciu obciążenia zewnętrznego (stan C). Analityczne określenie rozkładu momentów dla zakresu: 0≤ x≤ l −b 2 Rys. W celu otrzymania rozkładu naprężeń pozostających w pręcie po zdjęciu obciążenia należy zsumować rozkłady naprężeń pokazane na rys.3 g przedstawia naprężenia σBC związane z odciążaniem. 7.1) dla zakresu: 1− b 1 ≤x≤ 2 2 Mx = F F l −b F F F (l − b) ⋅ x − ⋅ (x − ) = ⋅x− ⋅x+ 2 2 2 2 2 4 po redukcji otrzymuje się: 127 . Do tego celu niezbędna jest doświadczalnie wyznaczona charakterystyka materiału.3 i. 7. Otrzymany w ten sposób rozkład naprężeń własnych. a moment względem osi neutralnej musi być równy .4. pojawiają się ściskające naprężenia własne (szczątkowe) i odwrotnie . gdzie ρ jest promieniem krzywizny. σ g = będzie przedstawiał charakterystykę materiału dla Wx procesu gięcia. Podaje ona zależność między tzw. wykres z rys. Zmiany kształtu przekroju poprzecznego przedmiotów wywołane gięciem plastycznym 128 .7.Mx = F (l − b) = const 4 (7. zastępczym naprężeniem gnącym Mg σg = a względną krzywizną g/ρ. 7.grubość próbki. 7. b.5.2) Z analizy rozkładu momentów działających wzdłuż giętej próbki wynika. że na szerokości b wielkość momentu jest wartością stałą.szerokość próbki Zmieniając odpowiednio podziałki na osiach odciętych i rzędnych.5 w ukłaMg dzie osi współrzędnych: g/ρ. Z krzywej Mg=(1/ρ) można uzyskać krzywą gięcia danego materiału mnożąc krzywiznę 1/ρ przez znaną grubość próbki g oraz dzieląc moment Mg przez wskaźnik przekroju poprzecznego próbki: Wx = gdzie: g.6. Wx bg 2 6 Rys. Krzywa gięcia Rys. Odpowiadającą danemu zakrzywieniu wartość momentu gnącego nanosi się na wykres o współrzędnych Mg i 1/ρ. Stała wartość momentu zapewnia uzyskanie stałej wartości zakrzywienia próbki na długości b. 2.7) zmniejszy się do wartości 1/ρs. Wpływ poszczególnych czynników na wielkość kąta sprężynowania przedstawiono na rys. Prostowanie służy do usuwania zniekształceń blach lub wyrobów w celu otrzymania płaskich powierzchni. 7.6).9.4. 7.10. grubość giętego materiału g.7.2. Jest to najmniejszy promień. • jakości powierzchni giętego materiału. Prostowanie Do procesów gięcia możemy zaliczyć również operacje prostowania. W projektowaniu wyrobów giętych i doborze materiału uwzględnia się przede wszystkim krytyczny promień gięcia.8. gdyż w czasie tego procesu następuje odkształcenie materiału bez zmiany jego grubości. Podczas gięcia plastycznego następują najczęściej zmiany kształtu poprzecznego giętej części spowodowane zwiększaniem się wymiarów poprzecznych warstw ściskanych i zmniejszaniem analogicznych wymiarów warstw rozciąganych (rys. szerokość pasma). • prostowanie walcami (rolkami). względny promień gięcia ρ/g. krzywizna materiału 1/ρ (rys. przy którym na zewnętrznej. 7. Schemat sprężynowania po gięciu Sprężynowanie.7. 7. stosunek granicy plastyczności do granicy wytrzymałości Re/Rm.5. orientacja linii gięcia względem kierunku walcowania. gdy wartość momentu gnącego zmaleje do zera. • czynniki technologiczne (temperatura i prędkość odkształcania). 7. Rys. rodzaj struktury materiału). 7. Minimalny promień gięcia zależy od: • skłonności materiału do pękania. • wyprężanie – poddanie go rozciąganiu i wywołaniu w nim niewielkich trwałych wydłużeń 129 . W biernej fazie procesu gięcia. odległość pomiędzy podporami. • położenia linii gięcia w stosunku do kierunku walcowania. Czynniki określające zjawisko sprężynowania po gięciu można podzielić na trzy grupy: • czynniki geometryczne ( promień gięcia ρ. rozciąganej powierzchni może występować pękanie materiału. Zmiana przekroju poprzecznego jest nieuniknioną konsekwencją gięcia plastycznego i musi być uwzględniona w konstruowaniu przedmiotów zakrzywionych plastycznie. Rozróżnia się prostowanie: • między płytami płaskimi i naciętymi. 7. Ograniczenia procesu gięcia. • czynniki materiałowe (granica plastyczności Re. Wpływ czynników geometrycznych: promienia gięcia ρ (1). odległości pomiędzy podporami (4).Rys. 130 . względnego promienia gięcia ρ/g (3). Wpływ czynników materiałowych na wartość kąta sprężynowania Rys. 7. 7. 7.10. czasu (2).9. temperatury gięcia (3) maszyna wytrzymałościowa. przyrząd do gięcia czystym momentem (rys. 7. grubości g (2).11).3. Pomoce i urządzenia • • Rys. szerokości pasma (5) na wartość kąta sprężynowania po gięciu 7. Wpływ niektórych czynników technologicznych na wartość kąta sprężynowania po gięciu: prędkości (1).8. 6 – cięgna elastyczne. 7 – belka. Schemat przyrządu do gięcia czystym momentem gnącym (a) oraz próbek do wyznaczania charakterystyki gięcia materiału przed i podczas zginania (b): 1. gdzie rw .28. • ustawić próbkę.32. Sprawozdanie • • Sprawozdanie winno zawierać: szkice i wymiary próbek. wyniki pomiarów i obliczeń .29.31.3 –głowica przyrządu. Literatura [23.11.39. 8 .krzywą gięcia (wykres). 2 – szczęki dociskowe. • zdjąć krzywą uzależniającą siłę gięcia F=f(rw). W czasie ćwiczenia należy: • założyć przyrząd na prasę.34. 4 – cięgna.Rys. • przeprowadzić próbę gięcia.41] 131 . Przebieg ćwiczenia Ćwiczenie przeprowadzone zostanie na próbkach ze stali niskowęglowej i aluminium. 7.próbka blaszana.promień wewnętrzny gięcia.strzemiona 7.24. 7.5. 5 – szczęki obrotowe.4.37.25.38.40.33. Cel ćwiczenia Poznanie ogólnej charakterystyki procesów cięcia blach i profili na prasach i nożycach z uwzględnieniem zjawisk zachodzących w materiale oraz podstawowych parametrów cięcia i budowy narzędzi. 5 .8. 8. gilotynowych. 2 . ale poszarpana. 1 . 8. wykazującego wpływ na przebieg procesu wykrawania. Wprowadzenie Operacje cięcia możemy podzielić na: a) cięcie nożycami.1. płyta dociskacza. Narzędziami w procesie wykrawania są wykrojniki. Gdy luz jest za mały. CIĘCIE 8. a ich krawędzie ostre. czyli wykrawanie. Wykrawanie Cięcie na prasach nazywamy wykrawaniem. Cięcie wykonuje się na nożycach dźwigniowych. krążkowych i innych (tablica 8. to pęknięcia nie łączą się ze sobą i wycięty przedmiot ma na całym obwodzie Rys.2.2. 4 . Wykrawanie odbywa się pod naciskiem stempla 1. Stempel i matryca muszą być hartowane i szlifowane.2. 8. Określenie wpływu luzu pomiędzy otworem w płycie tnącej. grubością materiału i rodzajem materiału na wartość maksymalnej siły wykrawania i jakość powierzchni cięcia.1. Cięcie nożycami Półfabrykaty przeznaczone do obróbki skrawaniem lub obróbki plastycznej w większości przypadków poddawane są wstępnej operacji cięcia. 8.2. Blachę 5 dociska do matrycy 2 płyta 3. b) cięcie na prasach. c) cięcie gumą.Wartość luzu optymalnego zależy od rodzaju materiału. Są one jakby nożami o zamkniętym obrysie.1. mającym sprzężone ze sobą krawędzie tnące.1). a wycinanie otworów z gładkimi ściankami (przy tej samej grubości g) L = 6 ÷ 8% g.stempel.blacha g = 10 ÷ 25 mm wymaga luzu L = 10 ÷ 15% g. 3 .matryca. Matryca jest wciśnięta w oprawę 4. Istotne jest określenie prawidłowego luzu między stemplem i matrycą.1. 8. Schemat zadziory. 132 . Przykładowo wycinanie i dziurkowanie stali o grubości matrycy. Schemat wykrojnika laboratoryjnego przedstawia rys.oprawa grubości blachy i rodzaju operacji. Przy zbyt dużym luzie górna powierzchnia wykrojnika laboratoryjnego: przedmiotu nie jest gładka i błyszcząca. Tablica 8.1 133 8.2.2.1. Operacje wykrawania Rys. 8.2 przedstawia różne operacje wykrawania. Rys. 8.2. Schemat operacji: a) wycinania, b) dziurkowania, c), odcinania, d) nacinania, e) wygładzania, f) okrawania, g) cięcia dokładnego ze spęczaniem a) Wycinanie - jest to całkowite oddzielenie materiału wzdłuż linii zamkniętej. Część wycięta stanowi przedmiot, a materiał leżący na zewnątrz jest odpadem - rys. 8.2 a. b) Dziurkowanie - jest to całkowite oddzielenie materiału wzdłuż linii zamkniętej. Część wycięta stanowi odpad, a materiał leżący na zewnątrz linii cięcia - przedmiot, w którym wycięto otwór - rys. 8.2 b. c) Odcinanie - jest to całkowite oddzielenie przedmiotu od materiału wzdłuż linii nie zamkniętej - rys. 8.2 c. d) Nacinanie - jest to częściowe oddzielenie materiału wzdłuż linii nie zamkniętej. Nie występuje tu rozdzielenie materiału na dwie oddzielne części - rys. 8.2 d. e) Wygładzanie - celem operacji jest nadanie powierzchni przecięcia żądanej dokładności kształtu, wymiarów i gładkości. Przykład wygładzania przez ścinanie zewnętrznego naddatku przedstawia rys. 8.2. e. f) Okrawanie - jest to wyrównanie obrzeża przedmiotu przez usunięcie nadmiaru materiału rys. 8.2 f. 134 g) Dokładne wykrawanie - jest operacją, zapewniającą polepszenie jakości i dokładności wymiarów powierzchni ciętej, dzięki czemu niepotrzebna staje się wykańczająca obróbka skrawaniem wyrobów wykrawanych - rys. 8.2 g. Ze względu na powiększające się zastosowanie dokładnego wykrawania zostanie ono omówione szerzej. 8.2.2.2. Dokładne wykrawanie Dokładne wykrawanie umożliwia uzyskanie małej chropowatości powierzchni cięcia wielkości Ra= 0,3 ÷ 1,5 µm i zwiększenie małej dokładności do 5 ÷ 6 klasy ISO. Wartości te uzależnione są od własności materiału wykrawanego, wymiarów wyrobu i dokładności wykonania wykrojnika. Wydajność produkcji gotowych wyrobów metodą wykrawania dokładnego jest rzędu 30 szt./min, operacja ta jest więc szczególnie korzystna z punktu widzenia kryterium oceny techniczno - ekonomicznej. Można wyróżnić następujące metody dokładnego wykrawania: a) ze spęczaniem - dzięki dodatkowemu obciążeniu materiału wykrawanego w pobliżu krawędzi tnącej występuje kompensacja naprężeń rozciągających, niekorzystnych dla gładkości powierzchni i dokładności wymiarów (rys. 8.2.g), b) ze zmniejszonym luzem - uzyskuje się korzystniejszy stan naprężeń i występuje proces ścierania powierzchni cięcia o powierzchnię przyłożenia matrycy, co powoduje poprawę gładkości. 8.2.3. Fazy cięcia Proces cięcia blachy składa się następujących faz: 1) odkształceń sprężystych, 2) odkształceń sprężysto – plastycznych, 3) plastycznego płynięcia, 4) pękania, 5) całkowitego oddzielenia wyciętego przedmiotu od blachy. Faza odkształceń sprężystych. W tej fazie siły wywierane na blachę, przez krawędzie tnące stempla i płyty tnącej, są względem siebie przesunięte. Zarówno siły prostopadłe Fp jak i siły równoległe Fr do siły cięcia Fc tworzą momenty obrotowe. Moment Fr⋅s działa w ten sposób na materiał cięty, że próbuje obrócić go zgodnie z mchem wskazówek zegara, natomiast moment Fp⋅h obraca materiał przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, czyli przeciwdziała momentowi Fr⋅s. Siła Fr jest większa od siły Fp, ale „ramie" (odległość h) na jakim działa moment Fp⋅h niweluje tę różnicę i w rezultacie mamy, że Fr⋅s > Fp⋅h (nieznacznie), co powoduje niewielkie wstępne, kątowe odchylenie blachy, co uwidoczniono na rys.8.3. W rezultacie obszar przylegania blachy do czołowych powierzchni stempla i płyty tnącej zmniejsza się do wąskich pasków biegnących wzdłuż obu krawędzi tnących. Obszar tego przylegania wynosi od l do 3mm. Faza odkształceń sprężysto - plastycznych i plastycznego płynięcia. Gdy naprężenia tnące osiągną tam wartość dostateczną do uplastycznienia materiału rozpoczyna się faza odkształceń sprężysto - plastycznych. Powstają wówczas dwa obszary uplastycznione, które swoje źródła mają przy krawędziach tnących stempla i matrycy. Oba obszary uplastycznione, łączą się w jeden obszar i następuje plastyczne płynięcie materiału, czemu towarzyszy wzajemne przemieszczanie się obu części ciętego materiału. 135 chwilowo obniżoną granicę plastyczności (rys. 8. Rozwój pęknięcia 136 . spotykają się ze sobą tworząc wspólną powierzchnię pęknięcia o zarysie zbliżonym do litery S (rys. W środkowej strefie powstaje wąski pasek materiału. Dodatkowo powstają nitki umocnionego materiału. siła nacisku stempla dalej wzrasta w wyniku umocnienia materiału.występuje na krawędziach tnących (w rzeczywistości będących bardzo małymi promieniami). Dlatego bardzo ważnym zadaniem przy projektowaniu tłoczników jest optymalny dobór luzu pomiędzy matrycą a stemplem. 8. w której następuje pęknięcie. Jeżeli luz jest prawidłowo dobrany to pęknięcia rozchodzące się od obu krawędzi. Nagły spadek siły występujący w chwili pęknięcia powoduje skok stempla wywołany wyzwolona energia sprężystego odkształcenia stempla. 8. Dalsze zagłębianie się stempla w materiale powoduje rozszerzenie się pęknięcia (rys. że przy powierzchni styku stempla z materiałem ciętym występują odkształcenia plastyczne. W tej fazie. które również powodują niszczenie powierzchni materiału ciętego jak i narzędzi.). Faza odkształceń sprężystych W okolicy krawędzi tnącej (promień po) stempla następuje rozciąganie materiału wzdłuż x' jak i jego ściskanie normalnie do x' (związane z oporem jaki stawia matryca) co powoduje.4 Początek pękania materiału Rys.5. Rys. 8. czemu towarzyszy proces powstawania. Stosunek długości materiału przed cięciem l do długości materiału w trakcie cięcia l’ wskazuje na to.6). które następuje w kolejnej fazie powoduje tępienie się krawędzi stempla i matrycy co jest niepożądane.4. 8.16g. Faza pękania (przedstawiona w aspekcie braku luzu i dalej luzu optymalnego). W miarę zwiększającego się odkształcenia plastycznego następuje umacnianie się materiału.5). że materiał w tym miejscu ma lokalnie. zależy od rodzaju materiału. wzrostu i łączenia się porów i pustek prowadzący do plastycznego pękania materiału. który w czasie dalszego ruchu stempla spęcza się i obraca. Największy gradient odkształcenia plastycznego — . pomimo ubytku grubości ścinanej warstwy. tłocznika i korpusu prasy. Rys. Pęknięcia rozchodzące się od obu krawędzi nie napotykają się i występują wzdłuż dwu powierzchni przesuniętych względem siebie. Tak powstała „klucha" materiału oddzielona od reszty umacnia się osiągając twardość zbliżoną do twardości stempla i matrycy. a więc pęknięcie jest wynikiem rozrywania materiału. Przecięcie tego materiału.Przemieszczenie to i obszar błyszczący z gładką powierzchnią otworu jak i wyciętego przedmiotu jest równy 1/6 grubości przecinanej blachy czyli około 0. a nie jego cięcia. Takie samo zjawisko występuje od strony matrycy. 8.3. Chwila. Występuje ono zwykle w pobliżu ekstremum nacisku stempla. Dla materiałów twardych pęknięcie może wystąpić znacznie wcześniej, a dla bardzo plastycznych dopiero pod koniec procesu cięcia przy sile dużo mniejszej od wartości ekstremalnej. Faza całkowitego oddzielenia wykrojonego przedmiotu. Pomimo pęknięcia, materiał znajdujący się pod stemplem, tkwi jeszcze dość mocno w otaczającym go materiale. Zjawisko to, występujące przy cięciu wzdłuż linii zamkniętej; jest spowodowane wzajemnym zazębianiem się nierówności po obu stronach powierzchni rozdzielenia. Aby osiągnąć całkowite oddzielenie wyciętego przedmiotu, należy odkształcić Rys. 8.6. Pęknięcie materiału przy lub ściąć występy na powierzchni pęknięcia, co wymaga optymalnym luzie wywarcia przez stempel pewnego nacisku. Dlatego też, z chwilą pęknięcia materiału, siła nie spada od razu do zera. Występowanie takiego przebiegu siły jest również związane z pokonaniem oporów tarcia materiału o boczne powierzchnie otworu płyty tnącej i stempla. 8.2.4. Wygląd powierzchni przecięcia Na powierzchni wykrojonego otworu oraz na powierzchni wyciętego przedmiotu można wyróżnić cztery strefy pokazane na rys. 8.7. Strefa 1, zwana strefą zaokrąglenia, powstaje w fazie sprężysto - plastycznej przy wgłębianiu się krawędzi tnących w materiał. Strefa 2 o błyszczącej powierzchni z podłużnymi ryskami charakterystyczna jest dla fazy intensywnego odkształcenia plastycznego. Strefa 3 jest strefą pękania o matowej nierównej powierzchni. Strefa 4 charakteryzuje się wgnieceniem czołowej powierzchni narzędzia - bardzo często zakończona ostrym występem, zwanym zadziorem. Zadzior występuje głównie w przypadku cięcia z niewłaściwym luzem miedzy stemplem a otworem płyty tnącej przy stępionej krawędzi tnącej. 8.2.5.Wpływ luzów na warunki wykrawania Właściwe cięcie występuje wtedy, gdy otrzymane wyroby mają obrzeża zupełnie równe bez wyszarpań i załamań, siła cięcia oraz energia zużyta na cięcie są najmniejsze, a tłoczniki mają odpowiednią trwałość. Aby warunki te zostały spełnione, musi być zachowany odpowiedni luz między stemplem a otworem płyty tnącej. Szczelina (czyli luz jednostronny) jest to najmniejsza odległość współpracujących krawędzi tnących stempla i płyty tnącej, mierzona w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku ruchu stempla. Właściwa wielkość szczeliny między krawędziami tnącymi umożliwia połączenie się obu powierzchni pęknięć, a wycięta część materiału ma wtedy stosunkowo gładkie krawędzie. Dla otrzymania gładkich krawędzi przedmiotów wycinanych konieczne jest stosowanie szczelin o właściwej wielkości, których szerokość zależy od rodzaju, grubości i twardości materiału obrabianego. Cięcie przebiega w sposób najbardziej właściwy, gdy stempel wciśnie się w materiał przed powstaniem pęknięć na głębokość równą jednej trzeciej grubości materiału, a na tę samą głębokość wciska się materiał w otwór płyty tnącej. Część powierzchni cięcia, która powstaje w czasie wspomnianego zagłębienia się stempla, jest bardzo gładka i wygląda jak 137 wypolerowana obręcz przylegająca do zaokrąglonej krawędzi. Gdy wielkość szczeliny jest niedostateczna, Rys. 8.7. Wygląd powierzchni przecięcia Rys. 8.8. Wygląd powierzchni przecięcia przy różnej wielkości luzu 138 dodatkowa część grubości materiału musi być cięta, zanim nastąpi całkowite oddzielenie materiału. Gdy wielkość szczeliny jest właściwa, powierzchnia cięcia poniżej części gładkiej jest nierówna tak na wykroju, jak i na pozostałym materiale. W przypadku zastosowania właściwej wielkości szczeliny kąt pochylenia powierzchni pęknięć jest taki, że pozwala na równe oderwanie się wycinanego materiału. Pęknięcia powstające obok krawędzi tnących stempla i płyty tnącej, rozprzestrzeniają się wtedy wzdłuż jednej linii i w końcu łączą się. Wynikiem stosowania szczeliny o nadmiernej szerokości jest powstawanie zbieżnych powierzchni cięcia, wielkość wykroju tylko od strony przylegającej do płyty tnącej jest równa wielkości otworu płyty tnącej. Szerokość fragmentu powierzchni cięcia odznaczającej się gładką błyszczącą powierzchnią zależeć będzie od twardości materiału przy założeniu, że wielkość szczeliny i grubość materiału są stałe; im bardziej miękki materiał, tym większa szerokość gładkiego fragmentu. Metale o większej twardości wymagają stosowania większej szczeliny, a stempel zagłębia się w nie na głębokość mniejszą niż przy metalach miękkich. Tępe narzędzie wywołuje ten sam skutek co zbyt mała szczelina oraz powoduje powstawanie zadziorów na krawędzi materiału od strony płyty tnącej. Skutki stosowania szczelin o różnych wielkościach przedstawia rys. 8.8. Materiał o złej jakości lub niejednorodny daje krawędzie nieregularne, nawet przy cięciu ze szczeliną o właściwej wielkości. 8.2.6. Siła cięcia Obliczenie wartości siły cięcia jest konieczne ze względu na dobór nacisku i mocy silnika prasy lub nożyc odpowiednich do wykonania wyrobu. Wartość siły nacisku zależy przede wszystkim od długości linii cięcia, grubości materiału i jego wytrzymałości na ścinanie. Siły cięcia występujące przy wykrawaniu przedstawia rys. 8. 9. Jak widać z rysunku, siła cięcia F ulega zmianie w miarę zagłębiania się stempla w materiał. Rys. 8.10 przedstawia zmianę siły cięcia w funkcji drogi stempla dla trzech różnych materiałów: kruchych, plastycznych i bardzo plastycznych. Moment, w którym następuje pęknięcie, zależy od rodzaju materiału. Dla materiałów miękkich i plastycznych, np. przy cięciu ołowiu, cyny lub miękkiego aluminium, pęknięcie występuje w końcowej fazie procesu (rys. 8.10 a). Natomiast proces plastycznego płynięcia materiałów twardych (np. stal o dużej zawartości węgla) może być już na samym początku przerwany pęknięciem materiału (rys. 8.10 c). Rys.8.9. Siły występujące przy wykrawaniu: a – podczas cięcia, b – po rozdzieleniu, c – przebieg siły cięcia 139 g . Dlatego też. 8. w ten sposób uzyskuje się zmniejszenie powierzchni cięcia. 8.grubość materiału. lecz utrzymuje się na pewnym poziomie. w przypadku cięcia wzdłuż linii zamkniętej siła nie spada do zera z chwilą pęknięcia materiału. co powoduje zmniejszenie wartości Rt. b) plastycznych.długość linii cięcia.1. Aby całkowicie oddzielić wycięty przedmiot. K = 1.Rys.współczynnik uwzględniający występowanie gięcia przy cięciu. Spowodowane jest to również tarciem materiału o powierzchnię otworu płyty tnącej.3 . Maksymalną siłę cięcia oblicza się wg.10.wytrzymałość materiału na ścinanie. 8. należy odkształcić lub ściąć występy na powierzchni pęknięcia.7 stępienie noży (8. Dzięki tym działaniom uzyskuje się zmniejszenie siły cięcia o 10 ÷ 60%. itp.1) 8.2. 140 .7. • za pomocą stempli o różnej długości w przypadku równoczesnego wycinania kilku otworów (rys. co wymaga wywarcia przez stempel pewnego nacisku. Wykresy siły wykrawania w funkcji drogi stempla dla materiałów: a) bardzo plastycznych. L .10. co widać na rys. K .11 a). wzoru Ft = K ⋅ L ⋅ g ⋅ Rt gdzie: Rt . Jest to spowodowane wzajemnym zazębieniem się nierówności istniejących po obu stronach powierzchni pęknięcia.11 b). 8. • podgrzewanie ciętego materiału. Sposoby zmniejszania siły cięcia W celu zmniejszenia siły cięcia stosuje się: • cięcie stopniowe • za pomocą wykrojnika lub matryc zukosowanych (rys. w zależności od kąta zukosowania i grubości materiału. c) kruchych Pomimo pęknięcia krążek blachy znajdujący się pod stemplem tkwi jeszcze dość mocno w otaczającym go materiale. próba wykrawania z pomiarem i bez pomiaru sił. Pomoce i urządzenia • • • • • nożyce uniwersalne. uzyskany w czasie próby wykrawania.29.18. maszyna wytrzymałościowa 100 kN. Przebieg ćwiczenia • • • • próba cięcia nożycami.11.31. zapoznanie się z budową wykrojnika. prasa hydrauliczna 1500 kN. 8.30. b) wykrawanie za pomocą kilku stempli 8. wykrawanie blach o różnych grubościach z różnymi luzami.Rys. prasa mimośrodowa 600 kN. Sprawozdanie • • • • narysować przebieg siły wykrawania w funkcji drogi stempla. 8.24. przeprowadzić analizę wpływu wielkości luzu na jakość cięcia. 8. naszkicować poznany wykrojnik. obliczyć teoretycznie maksymalną siłę cięcia i porównać ją z uzyskaną na wykresie.23. Literatura [17.3. uproszczone wykrojniki.4.32] 141 .27.5. Metody zmniejszania siły wykrawania: a) przez zukosowanie matrycy. ciągnienie rur swobodne („na pusto”) (b). manganu itp. • polepszenie własności mechanicznych.2. oraz metale nieżelazne. (rys.1: ciągnienie prętów i drutów o przekroju pełnym (a). Materiałem do ich wyrobu są głównie węgliki spiekane i diament techniczny. oraz ściskających naprężeń promieniowych σ2 = σ3.rys. 142 .9. nieosiągalnych podczas walcowania lub wyciskania na gorąco. ale także stale o większych zawartościach węgla . wywołanych siłą F. CIĄGNIENIE I PRZEPYCHANIE 9. wolfram. 9. Do ciągnienia elementów o dużych przekrojach można wykonywać ciągadła ze stali narzędziowych. Rozkład naprężeń σ1 i σ2 wzdłuż osi pręta przedstawiono na rys. wywołanych naciskiem ścianek stożkowatego otworu ciągadła.1. Kształt otworu roboczego ciągadła jest jednym z podstawowych czynników wpływających na proces ciągnienia. mianowicie pręty. Ze względu na kształt części roboczej ciągadła dzielimy na stożkowe i łukowe (patrz ćwiczenie „maszyny do obróbki plastycznej . cynk. • minimalnych odchyłek wymiarowych. 9. krótkim (d) i swobodnym („korku swobodnym”) (e). Charakterystyka procesów Wyroby walcowane lub wyciskane na gorąco. niklu. aluminium i jego stopy. molibden itp. niewielkie kształtowniki. zwanym ciągadłem. 9. Stosuje się je w celu uzyskania: • małych wymiarów przekroju. a powiększa długość.2.12). 1. ołów.1. nikiel i jego stopy.2%. ciągnienie na trzpieniu długim (c). polegającej na ciągnieniu przez otwór w narzędziu. Wprowadzenie 9. a także ze sposobem realizacji odkształcenia. Za pomocą ciągnienia przerabia się przede wszystkim węglowe stale miękkie.2 a). Częściej stosowane są ciągadła stożkowe. Są to przedstawione na rys.nawet do 1. Cel ćwiczenia Zapoznanie się z przygotowaniem oraz technologią wytwarzania drutów i prętów metodą ciągnienia.2 b. Plastyczne odkształcanie materiału następuje w otworze na odcinku A-B pod wpływem rozciągających naprężeń osiowych. jak: miedź oraz brązy i mosiądze. 9. Ciągnienie przeprowadza się głównie na zimno. Znajdujący się w ciągadle metal ściskany jego ściankami zmniejsza swoje wymiary poprzeczne. również stale stopowe konstrukcyjne i narzędziowe z zawartością wolframu. chromu. przyłożoną do wychodzącego z narzędzia końca pręta. • gładkiej i czystej powierzchni. • zmiany kształtu przekroju poprzecznego. poddaje się dalszej obróbce plastycznej. zwanego ciągadłem. Zasadniczy proces odkształcenia plastycznego odbywa się w czasie przeciągania zaostrzonego pręta (rury) przez odpowiednio ukształtowany otwór narzędzia. Podstawowe schematy ciągnienia związane są z rodzajem wyrobu. 1. Ciągnienie pręta: a) schemat ciągnienia. 9. b) rozkład naprężeń wzdłuż osi pręta 143 .Rys. 9. Podstawowe schematy ciągnienia Rys.2. molibdenu 10 ÷ 20%. S równanie (9. Dla prętów i drutów o przekroju okrągłym wynoszą one: • dla miedzi. Po wytrawieniu materiał 144 . wybór właściwej metody ciągnienia oraz procesy wykończeniowe wyrobów ciągnionych. S ε = ln 0 − odkształcenie rzeczywiste. wolframu. pokryta jest warstwą tlenków. • dla miedzi.współczynnik określany doświadczalnie. • dla stali niskowęglowej w stanie twardym.2) gdzie : λ . ponieważ po przekroczeniu pewnej wielkości mogłoby nastąpić zerwanie pręta.9. mosiądzu. Powierzchnia materiałów wyjściowych. zależny głównie od rodzaju materiału. 9. w czasie gdy koniec pręta przesunął się o wielkość h0. Względne ubytki przekroju.naprężenie uplastyczniające.2. konieczną do przeciągnięcia pręta o początkowym przekroju S0 przez ciągadło o polu otworu S. stali niskowęglowej w stanie półtwardym 20 ÷ 25%.1) zapisać można w postaci F ⋅ h1 = S λ ⋅ S1 ⋅ σ p ln 0 S η (9. kobaltu.2. która usuwa się przez trawienie w roztworach kwasów. σp . siła F jest tym większa.2. wykonaną przez siłę F. z pracą zużytą w tym czasie na plastyczne wydłużenie odcinka pręta o długości h0 i objętości V=S0 ⋅ h0 = S1 ⋅ h1 F ⋅ h1 = L η (9. W celu uzyskania większego ubytku przekroju poprzecznego.3. takich jak walcówka lub prasówka. porównujemy pracę L= F⋅h1. Technologia ciągnienia Technologia ciągnienia oprócz samego procesu ciągnienia obejmuje procesy przygotowania materiału do ciągnienia. aluminium. przeznaczonych do ciągnienia. niż to jest możliwe do osiągnięcia w jednorazowym ciągu. Wartości siły ciągnienia F nie można dowolnie zwiększać.3) Jak wynika z tego wzoru. brązu i stali niskowęglowej w stanie miękkim 25 ÷ 30%. stali stopowych. stosowane w praktyce dla jednej operacji ciągnienia zależą od stanu i rodzaju materiału. Korzystając z wzoru na pracę L = λ ⋅V ⋅σ p ⋅ ε (9.1) przy czym η jest współczynnikiem energetycznej sprawności procesu ciągnienia. konieczne jest wielokrotne przepuszczanie materiału przez szereg ciągadeł o stopniowo zmniejszających się wymiarach ciągadła i stosowanie wyżarzania międzyoperacyjnego. Obliczanie siły ciągnienia Aby wyznaczyć siłę F. im większą wartość osiąga stosunek S0 S . W procesach ciągnienia najczęściej stosowane są smary ciekłe będące kompozycją różnych olejów lub smary stałe. a nawet z wielowypustami). że naciski jednostkowe wywierane przez materiał na ścianki narzędzia są także większe podczas procesu przepychania.4.4. Siłę w procesie przepychania określa się wg podobnego wzoru jak w przypadku ciągnienia: ⎛D ⎞ πD02 σ psr Fp = ⋅ ⋅ ln⎜ 0 ⎟ ⎜d ⎟ 4 η pη t ⎝ 1 ⎠ 2 (9. ηp . Bardzo często na tym etapie przygotowań na powierzchnię materiałów nakłada się powłoki smarne. metaliczne lub fosforanowe Tak przygotowany materiał zostaje zaostrzony przez walcowanie na zaostrzarce walcowej lub przez kucie i zaciągnięty w otwór ciągadła.4) gdzie: D0 . Jak wynika z porównania rys.3. Wpływa na zwiększenie siły ciągnienia jak również na nierównomierność odkształcenia i występowania naprężeń własnych. z odsadzeniami. Przepychanie można stosować w produkcji wałków przekładniowych (gładkich.średnica przed odkształceniem. Takie substancje jak grafit i siarczek molibdenu mają dobre własności smarujące a ponadto dużą odporność na działanie wysokich temperatur. pękanie powierzchniowe. które znacznie poprawiają własności smarów.średnica po odkształceniu. 9. częściej występuje w sposób ukryty w procesach kucia lub wyciskania.2.5.wyjściowy powinien być płukany w wodzie i kąpieli neutralizującej działanie roztworów trawiących. d1 . Występowanie nierównomierności odkształcenia powoduje nierównomierności własności na przekroju ciągnionego wyrobu. obciskania i zamykania końcówek rur (np. 9. Z nierównomiernością odkształcenia jest ściśle związane zjawisko powstawania naprężeń własnych. Oznacza to. σp sr . Rozkład naprężeń osiowych i promieniowych wzdłuż osi pręta pokazano na rys. których głównym składnikiem są mydła.średnia granica plastyczności. Nadmierne tarcie jest przyczyną szybkiego zużycia ciągadeł i utrudnia uzyskanie odpowiedniej gładkości powierzchni gotowego wyrobu. pęknięcia głębokie sięgające środka materiału itp. 9.2 i 9. rozpychania.4 naprężenia σ2 przyjmują znacznie większe wartości dla przepychania niż dla ciągnienia (przy tej samej wartości ubytku przekroju poprzecznego kształtowanego pręta). Przykłady przepychania zestawiono na rys. Zmniejszenie tarcia uzyskujemy poprzez zastosowanie odpowiednich środków smarujących. Na pokonanie sił tarcia zużywa się około 30 – 50% całkowitej siły ciągnienia. Operację przepychania stosuje się w praktyce przemysłowej raczej rzadko. Typowe smary ciągarskie na bazie olejów mineralnych zawierają pewne aktywne dodatki. 9. Tarcie i smarowanie w procesie ciągnienia Tarcie w procesie ciągnienia jest zjawiskiem bardzo niekorzystnym.2. Naprężenia własne powodują określone wady materiału jak np. z niejednorodności odkształceń pla- 145 . butle gazowe). 9. łuski.sprawność procesu wynikająca stycznych. Przepychanie Proces przepychania różni się od ciągnienia miejscem przyłożenia siły i większym oporem tarcia. Przepychanie: a) schemat przepychania. Dla celów praktycznych przyjmuje się. Opór tarcia przepychania (ηt) jest większy niż w przypadku ciągnienia. że dopuszczalny ubytek przekroju w jednej operacji przepychania nie powinien przekraczać około 25%.15. b) rozkład naprężeń wzdłuż osi pręta Dopuszczalne zmniejszenie przekroju poprzecznego jest ograniczone wartością siły F.sprawność procesu wynikająca z oporów tarcia. co wywołuje 146 . które zwiększają nacisk materiału na ścianki robocze narzędzia. Rys. co odpowiada stosunkowi średnic D0/d1≈1. która nie może przekroczyć wytrzymałości na ściskanie nieodkształconego odcinka materiału. gdyż w części zgniatającej i kalibrującej narzędzia występują ściskające naprężenia w kierunku wzdłużnym (σ1).ηt . 9. Operacje przepychania (przykłady) Rys.4. 9.3. 30. Sprawozdanie • • • • W sprawozdaniu należy umieścić: schemat układu: przedmiot .38. 9.zwiększenie siły tarcia. 9. ciągnienie prętów. szkic narzędzia do przepychania. teoretyczne wyznaczanie siły ciągnienia i porównanie jej z siłą pomiarową. a więc zmniejszającymi wielkość nacisku materiału na ścianki narzędzia.5. Do przepychania należy stosować smary posiadające bardzo dużą przyczepność do materiału.narzędzie . Podatność na ugięcia ulega znacznemu zmniejszeniu. Literatura [23. druty i pręty. w której materiał będący w stanie plastycznym ulega ugięciu przy stosunkowo małym momencie gnącym. ciągarka łańcuchowa. ciągnienie drutów. Utrata prostoliniowości powstaje w części zgniatającej narzędzia. Duże naciski wywierane przez materiał na ścianki robocze narzędzia powodują wypychanie smaru na zewnątrz. określenie wielkości odkształcenia odcinków rur. Moment taki wywołują różnice oporu tarcia na obwodzie ciągadła. Instrukcja do ćwiczenia • • • • • • • • przygotowanie drutów i prętów do ciągnienia i przepychania. przepychanie pręta. Pomoce i urządzenia • • • • • • ciągarka bębnowa.ciągarka. przepychanie odcinków rur.34.4.24. określenie wielkości odkształcenia pręta. przy kształtowaniu wielowypustu). wyznaczanie siły ciągnienia.29. ciągadła do ciągnienia drutów i prętów. narzędzia do przepychania.40] 147 . Narosty rysują wyrób obniżając jego jakość i jednocześnie zacznie zwiększają siłę przepychania. rysunek uzyskanej próbki.3. 9. W przypadku ciągnienia naprężenia wzdłużne są naprężeniami rozciągającymi. Istnieje duża podatność do tworzenia narostów na powierzchni narzędzia.37. maszyna wytrzymałościowa. jeżeli proces przepychania prowadzony jest bez konieczności uplastyczniania rdzenia (np. . Należy ona do grupy tzw. których otrzymanie innymi metodami jest trudne lub niemożliwe. w którym za pomocą narzędzi wywiera się nacisk na metal umieszczony w pojemniku (recypiencie). • łączenia różnorodnych metali i otrzymywania wyrobów bi. w którym metal płynie równocześnie zgodnie i przeciwnie z ruchem tłoczyska. W zależności od kierunku płynięcia metalu względem kierunku ruchu tłoczyska rozróżnia się : • wyciskanie współbieżne (rys. którą celowo jest stosować do: • wstępnej przeróbki metali o niskiej plastyczności. Wyciskanie na zimno jest szczególnie efektywną metodą. których wytwarzanie innymi metodami jest nieekonomiczne.1a). 10. dużą dokładnością wymiarów . • wytwarzania prętów i wyrobów z otworami o złożonych kształtach. prętów i profili z metali i ich stopów. czystą i gładką powierzchnią. 10. • wyciskanie złożone (rys. 10. Wprowadzenie 10.i polimetalicznych z określonymi grubościami poszczególnych warstw.1. • wyciskanie przeciwbieżne (rys. WYCISKANIE 10. Wyroby wyciskane charakteryzują się dobrymi własnościami mechanicznymi. w którym metal płynie przeciwnie do ruchu tłoczyska. ale również przez wywieranie na materiał nacisku za pośrednictwem cieczy.1. jest procesem. nazywane często prasowaniem wypływowym.1c). Przy wyciskaniu współbieżnym metal może wypływać przez otwór matrycy nie tylko w wyniku nacisku tłoczyska. 10. Cel ćwiczenia Zapoznanie się z techniką wyciskania współbieżnego i przeciwbieżnego.10.1b). • wytwarzania małych partii wyrobów o dużej masie i prostych kształtach.2. metod dokładnej obróbki plastycznej metali. których nie można odkształcać drogą kucia czy walcowania. co powoduje wymuszone jego płynięcie przez odpowiednią szczelinę (otwór). 148 . 10. Wyciskanie jest najbardziej ekonomiczną metodą.2. w którym metal płynie w kierunku zgodnym z ruchem tłoczyska. Zasadniczą zaletą jest możliwość uzyskania wyrobów o wysokiej jakości w sposób bardziej opłacalny niż przy użyciu innych metod obróbki mechanicznej.2. Charakterystyka procesu wyciskania Wyciskanie jest podstawową metodą wytwarzania rur. zakresem stosowania oraz podstawowymi parametrami technologicznymi tego procesu. Wyciskanie. Schematy takiego sposobu wyciskania zwanego wyciskaniem hydrostatycznym przedstawia rys. Schemat wyciskania hydrostatycznego.2. 1 – nurnik. 2 – pojemnik – cylinder wysokiego ciśnienia. 6 – ciecz o wysokim ciśnieniu Podstawowe zalety wyciskania na zimno to: • duży stopień wykorzystania materiału (nawet do 100%). c) wyciskanie złożone Rys. • możliwość stosowania gatunków gorszych (tańszych) materiałów w miejsce bardziej wytrzymałych. 149 . a mianowicie: zdolność do odkształceń materiału kształtowanego bez naruszenia spójności oraz zdolność warstwy smarnej do odkształceń. 10.Rys. 5 – matryca. 4 – wsad. Ponadto są jeszcze inne czynniki ograniczające procesy wyciskania. To z kolei wiąże się z problemem zagwarantowania dużej wytrzymałości stempli i matryc. b) wyciskanie współbieżne. • ograniczenie lub wyeliminowanie obróbki wykańczającej. • możliwość uzyskania na gotowo kształtów trudnych do uzyskania innymi metodami. Wynikają one głównie z występowania dużych nacisków jednostkowych podczas kształtowania. • duża dokładność kształtowo . podczas którego nacisk stempla powoduje powstawanie naprężeń mniejszych od granicy plastyczności wsadu.1. 3 – uszczelka. 10. 10. zachodzi również częściowe wpływanie materiału w otwór matrycy. W trakcie wyciskania wyróżnia się następujące stadia: • Spęczanie materiału (rys. Sposoby wyciskania: a) wyciskanie przeciwbieżne. Procesy wyciskania mają także wady. wywołując sprężyste odkształcenie materiału.3).wymiarowa i dobra jakość powierzchni. • polepszenie własności mechanicznych z uwagi na korzystny układ włókien oraz podwyższenie własności wytrzymałościowych i twardości. W fazie tej wypełnia się luz między wsadem a ściankami recypienta. wielokrotnie większych niż w reszcie materiału.3. Kierunek przemieszczania się materiału pokazują strzałki (rys. co powoduje przesuwanie się płaszczyzny poślizgu. Schemat wyciskania turbulentnego 150 .10.4).5.4a).4. oznaczona numerem II powstaje pod wpływem poślizgu metalu na granicy obszarów I i II. na skutek szybkiego wyciskania materiału z warstw przyosiowych rozpoczyna się proces zawijania warstw zewnętrznych do wnętrza pręta (rys.. 3 – matryca • Rys. podczas której wypływ metalu zapewnia stałe własności na długości wyciśniętego wyrobu.Rys. Rys. Wielkość tego obszaru zależy od kąta pochylenia matrycy α (rys. Początkowa faza wyciskania współbieżnego: a) schemat. 10. Strefa ta. zaś zdeformowaną siatkę obrazuje rys 10. kończąca proces wyciskania. 2 – pojemnik (recypient). Spęczanie materiału podczas wyciskania współbieżnego. przy powierzchni stempla. W tylnej części wsadu. Warstwa przejściowa między obszarami I i II na skutek odkształceń.6).6. 10. Wyciskanie przeciwbieżne posiada w porównaniu z wyciskaniem współbieżnym szereg zalet i zapewnia przede wszystkim bardziej równomierny przepływ metalu. umacnia się. której kształt dowodzi dużej niejednorodności odkształceń. 10. podczas której wyciskany materiał płynie do otworu matrycy wzdłuż granicy strefy martwej (sprężystej).5. b) siatka wspólrzędnych Początkowa faza wyciskania (10. 10. Siatka współrzędnych dla fazy wyciskania równomiernego (laminarnego) Rys.10. Jest to główna część procesu. • • Faza wyciskania turbulentnego. lecz przerywa się proces w chwili rozpoczęcia turbulentnych ruchów wsadu. nie doprowadza się wyciskania do końca.metal wyciskany. Aby do wyrobu nie dostał się wciąg prasowniczy. 10. Siatka współrzędnych tej fazy jest zilustrowana na rys.10.4b. Proces ten wprowadza do środka pręta warstwy zewnętrzne zawierające zanieczyszczenia i tworzy w środkowej części stempla wgłębienie w kształcie lejka (wciąg prasowniczy) skupiający wady wsadu.8) oraz jakości smarowania. Faza wyciskania równomiernego laminarnego). 1. powierzchnia przekroju poprzecznego wsadu.7).10.2) 151 . • warunków prowadzenia procesu wyciskania.2. Wyciskany materiał. 10.1) gdzie: S0 .powierzchnia przekroju poprzecznego wyrobu. czasami szacuje się wpływ danego materiału wyciskanie współbieżne. • sposobu wyciskania. Sk .2. Do tego celu można zastosować kilka rożnych wskaźników: • współczynnik wydłużenia: λ= S0 D2 = 2 Sk D − d 2 (10. wytrzymałości na rozciąganie lub na podstawie jego Cyframi od I do IV oznaczono twardości. Do wyciskania przeznacza się wiele metali i stopów. miedzi. Siły wyciskania Wartość i przebieg siły wyciskania zależy od: • własności wyciskanego metalu. aluminium i ich stopów. ze względu na siły wyciskania w funkcji trudności związane z szybkim wykonaniem krzywej drogi stempla P=f(x). Odkształcenie materiału w procesie wyciskania określane jest przez zaistniałe zmiany wymiarowe. fazy procesów wyciskania Stopień odkształcenia. • kształtu narzędzia. określonych przez wartość i prędkość odkształcenia oraz temperaturę. 1 – umocnienia. W pokazanych krzywych można wyróżnić trzy przedziały: • narastanie siły aż do momentu osiągnięcia lokalnego maksimum. Na wartość nacisków przy wyciskaniu wpływa przede wszystkim skład chemiczny oraz struktura materiału przeznaczonego do wyciskania. Najczęściej w dotychczasowej praktyce przemysłowej w procesie wyciskania wykonuje się wyroby z żelaza. • ostatnia część wykresu charakteryzująca się gwałtownym przyrostem siły (zwykle faza ta w praktyce przemysłowej jest pomijana). Najdokładniejsze informacje o wpływie zastosowanego materiału na naciski przy wyciskaniu można uzyskać wykonując krzywą umocnienia tego materiału. stanu powierzchni narzędzia i warunków smarowania. • część wykresu o prawie stałej wartości siły charakteryzująca stacjonarną fazę procesu. 10. W praktyce. Wykres przebiegu małym module umocnienia. 2 – na naciski przy wyciskaniu na zimno na podstawie jego wyciskanie przeciwbieżne. przy czym pożądana jest krzywa o małych naprężeniach uplastyczniających oraz Rys. • względny stopień odkształcenia: ε wl = S 0 − S k ∆S ⎛ d ⎞ = =⎜ ⎟ S0 S0 ⎝ D ⎠ 2 (10. Analizę sił przy wyciskaniu można rozpocząć od analizy typowych wykresów tych sił w funkcji drogi stempla (rys.7. mydłem. Również do wyciskania stali na gorąco recypient wykonuje się z węglików wolframu. Obliczanie wartości nacisków. stal. grafit. aluminium i jego stopy. Narzędzia wykonuje się wówczas z węglików spiekanych.300. Wymiary wyrobów z metali kolorowych wyciskanych na gorąco są ograniczone tylko wielkością prasy i pojemnością recypienta. Doświadczalnie stwierdzono. stearynianem cynku itp. Pugh’a i Watkina. 10. Stosuje się różne temperatury. miedź i jej stopy. fosforanami cynkowymi. Kształt narzędzi. b) matryca płaska Smarowanie wpływa decydująco na zmianę sił tarcia w procesie wyciskania. Kuhnego. natomiast przy wyciskaniu przeciwbieżnym ukształtowanie zakończenia stempla. że przy wyciskaniu współbieżnym prętów optymalny kąt stożka wynosi 45 . Przy wyciskaniu na gorąco warstwę smarującą może stanowić szkło wodne. Istnieje szereg wzorów na obliczenie nacisków jak i sił wyciskania np.8. Matryce do wyciskania współbieżnego: a) matryca stożkowa. Przy wyciskaniu przeciwbieżnym naciski są w zasadzie niezależne od kształtu stempla . Tychowskiego. ich dokładne określenie nastręcza szereg problemów. o ile grubość dna wyciskanego naczynia nie osiąga krytycznej wartości. Możliwość wyciskania na zimno metali twardych jak stal lub brąz jest ograniczona.8). zwiększa możliwość tworzenia się pęknięć i pęcherzy w wyrobie. Temperatura.4) 152 . zmniejsza żywotność matrycy. Siebla i Fangmeiera. Siłę wyciskania z wystarczającą dla praktyki dokładnością określić można z zależności: S 1 F = σ pśś ⋅ S 0 ⋅ ln 0 η S1 (10.10.3) Stopień odkształcenia odgrywa istotną rolę w procesie wyciskania. Wsad przed wyciskaniem na zimno jest poddawany odtłuszczaniu. Wszelkie ograniczenia zastosowania wyciskania wynikają z twardości i wytrzymałości narzędzi. Faworskiego. Przy wyciskaniu współbieżnym jest to przede wszystkim kształt stożka matrycy (rys. Recypienty i stemple do wyciskania w temperaturze rzędu 6000 C wykonane są ze stali do pracy na gorąco. Najwyższych temperatur wymagają brązy i stal. a co za tym idzie. Ponieważ na wartość nacisków przy wyciskaniu wpływa duża ilość różnych czynników. a do wyciskania w wyższych temperaturach ze stali żarowytrzymałych. Rys. Dippera. Na wartość nacisków przy wyciskaniu wpływają części narzędzi bezpośrednio stykające się z odkształcanym metalem. wytrawianiu i pokrywaniu odpowiednimi warstwami smarującymi np. Na gorąco wyciska się stopy cynku.• logarytmiczny lub rzeczywisty stopień odkształcenia: εl = ln S0 Sk (10. Zwiększenie stopnia odkształcenia powoduje wzrost prędkości przepływu metalu przez otwór w matrycy. POMOCE I URZĄDZENIA • • • • tłocznik do wyciskania na zimno (rys. 6 . próbki aluminiowe i miedziane. 3 – stempel. rysunek wykonanego wyrobu.34.3.37.75. 2 – recypient. σ pśr . 10.40] 153 .średnia wartość naprężenia uplastyczniającego materiał przed i po odkształceniu. Sprawozdanie • • • • • Rys. 1 – wyciskany metal. szkic tłocznika.39. odczytana z przebiegu siły. 10.prowadnica Sprawozdanie winno zawierać: krótki opis przeprowadzonego ćwiczenia. 4 – płytka oporowa.2 ÷ 0.4. 10. • przeprowadzenie próby wyciskania połączone ze zdjęciem przebiegu siły w funkcji drogi stempla F = f(x) • demontaż tłocznika. PRZEBIEG ĆWICZENIA • zapoznanie się z budową tłocznika. • pomiar próbek do wyciskania.9). obliczenie wymaganej siły wyciskania ze wzoru (10. • pomiar kształtu próbki po wyciskaniu. 10. 5 – oprawa.36.3) i porównanie jej z wartością rzeczywistą. 9. Laboratoryjny tłocznik do wyciskania przeciwbieżnego wyrobu wydrążonego.5.38. 10. • montaż tłocznika.29. prasa hydrauliczna 2500 kN suwmiarka. Literatura [23.24. obliczenie rzeczywistego odkształcenia ε.sprawność procesu wyciskania wynoszący w zależności od warunków prowadzenia procesu wynoszący η = 0.gdzie: η . 2. Schemat procesu wytłaczania przedstawia rys. wywijanie. TŁOCZENIE POWŁOK NIEROZWIJALNYCH 11. która praktycznie nie przekracza (0. Składa się on głównie ze stempla. Schemat przetłaczania przedstawiono na rys.11. 11. 11. wyciąganie. Podstawowe operacje kształtowania wytłoczek nierozwijalnych • • Operacje kształtowania wytłoczek nierozwijalnych na prasach dzielimy na dwie grupy: operacje służące do nadania zasadniczego kształtu wytłoczce: wytłaczanie. W celu uzyskania większych wysokości należy wstępnie ukształtowaną wytłoczkę poddać następnej operacji zwanej przetłaczaniem. Cel ćwiczenia Zapoznanie się ze sposobami kształtowania na prasach wytłoczek nierozwijalnych.2. Przykłady wytłoczek o powierzchniach nierozwijalnych pokazano na rys. Wspólną cechą tych wytłoczek jest to. 11. Przetłaczanie polega na zwiększeniu wysokości wytłoczki kosztem zmniejszenia średnicy d. 154 . Wprowadzenie Do wytłoczek o powierzchni nierozwijalnej zalicza się przedmioty od bardzo prostych (typu miseczka) do złożonych kształtów (elementy karoserii samochodu). 11.1 Przykłady wytłoczek o powierzchni nierozwijalnej 11. operacje wykańczające: dotłaczanie. przetłaczanie. Przetłaczanie Niebezpieczeństwo obwodowego pęknięcia wytłoczki w czasie procesu wytłaczania ogranicza wysokość wytłoczki. bez pocięcia. przy czym grubość ścianki powiększa się. Wytłaczanie Jest to proces.2. że nie można ich rozłożyć na płaszczyźnie przez rozginanie. przewijanie. Narzędziem w procesie wytłaczania jest tłocznik. matrycy i dociskacza.8) średnicy końcowej d.1. zabezpieczającego brzeg blachy przed pofałdowaniem pod działaniem obwodowych naprężeń ściskających.7 ÷ 0. podczas którego następuje przekształcenie płaskiego półwyrobu w wytłoczkę o powierzchni nierozwijalnej.1. 11.3.1. Rys. rozpychanie i obciskanie. Schemat przetłaczania z przewijaniem Wyciąganie Wyciąganie polega na zwiększeniu wysokości wytłoczki przez zmniejszenie grubości jej ścianki. w stosunku do zwykłego przetłaczania. 11.Rys. następujące zalety: • istnieje możliwość większego zredukowania średnicy naczynia w jednym • zabiegu przetłaczania. przy czym wewnętrzna średnica wytłoczki nie ulega zazwyczaj większej zmianie. na której układa się cylindryczna wytłoczka.025dn-1 (dn-1 -średnica wytłoczki przed przewijaniem). Schemat przetłaczania Przewijanie Inną metodą przetłaczania jest przewijanie (rys. W dalszej fazie tłoczenia dno wytłoczki opiera się o przeciwstempel rozpoczynając fazę przewijania wytłoczki ze średnicy d1 na średnicę d2. 11. • istnieje możliwość łączenia w jednej operacji wytłaczania z przewijaniem. Można przewijać wytłoczki cienkościenne o grubości ścianki g <0.5. Stemplomatryca jest wykonana w kształcie rury. 11.6. Schemat wyciągania przedstawia rys.4. Schemat wytłaczania Rys.2. Przykładem połączenia zabiegów wytłaczania z przewijaniem podano na rys.3. Rys. 11.4).5. 155 . Przetłaczanie za pomocą przewijania ma. 11.11. 11. Schemat przewijania Rys. W wyniku procesu przewijania powierzchnia wewnętrzna wytłoczki staje się zewnętrzną. 6.11.9). Operacje wykańczające Dotłaczanie Dotłaczanie polega na nadaniu wytłoczce ostatecznego kształtu. Schemat wyciągania Rys. Dotłaczanie: a) stempel. b) wytłoczka. która powoduje zmniejszenie wymiarów poprzecznych wyrobów. 11. 11.9. 11.2. Rys. Wywijanie dna wytłoczki Rys.7.8) otrzymuje się powiększenie uprzednio wyciętych otworów i wywinięcie ścianek dookoła tych otworów. Obciskanie Obciskaniem nazywa się operacje. c) matryca Wywijanie Za pomocą wywijania (rys. 11.8. 11. Rys. 11. Przykład obciskania 156 . Operacja ta jest powszechnie stosowana przy zwężaniu łusek amunicyjnych oraz przy wyrobie butli na sprężone gazy (rys.7. Przykład ostatecznego kształtowania przez dotłaczanie przedstawiono na rys.2. 11. O zastosowaniu tłoczenia hydrostatycznego zwykle decyduje prosta budowa tłocznika lub niemożność wykonania jakiegoś wyrobu innym sposobem. 11. Hydrauliczny docisk jest realizowany za pomocą: • cieczy • worków napełnionych cieczą • wkładek z tworzyw elastycznych. Powoduje to znaczne zwiększenie siły potrzebnej do realizacji procesu tłoczenia hydrostatycznego.3. część roboczego ciśnienia przenosi się z wzornika poprzez blachę na dociskacz.10). 157 . gdzie tłoczona blacha opiera się o wzornik. Stosuje się do kształtowania wypukłych. nie biorąc udziału w pracy kształtowania. tworzyw poliuretanowych itp.Rozpychanie Rozpychaniem nazywa się operację. ale nie stosuje się ich ze względu na trudności uszczelnienia. np. Dodatkową zaletą tłoczenia hydrostatycznego jest całkowite wyeliminowanie tarcia blachy o powierzchnię stempla lub pierścienia ciągowego. bocznych ścian rur.11 i rys. gdy stempel zastąpiony jest przez ciecz lub wkładkę. rozpęczanie środkowego odcinka rury (rys. stanowiącym stempel lub matrycę. Przykłady wyrobów kształtowanych przez rozpychanie 11. 11. W miejscu. natomiast matrycę stanowi metalowy wzornik. W przypadku wytłaczania zewnętrznego ciecz lub wkładka zastępuje matrycę.13). 11. gumy odpornej na oleje.10. Tłoczenie hydrostatyczne Tłoczenie hydrostatyczne wykonuje się na urządzeniu. Pośrednim rozwiązaniem są elastyczne worki napełnione cieczą. co występuje przy tradycyjnym tłoczeniu. która powoduje powiększenie wymiarów poprzecznych wyrobów. jaką spełnia ciśnienie cieczy lub wkładki. np. Ciecze byłyby doskonalsze w przenoszeniu ciśnienia (niż guma).2. kształtowania kołnierzy wytłoczek (rys. 11. Rys. Ciśnienie hydrostatyczne działające równomiernie na całej powierzchni wytłaczanej blachy zwiększa możliwości wykonania wytłoczek o złożonych kształtach geometrycznych. Pierwszy rodzaj wytłaczania występuje wówczas. wytłaczanie hydrauliczne dzielimy na zewnętrzne i wewnętrzne (rys. oraz hydraulicznym dociskaczem. W zależności od roli. w którym tłoczona na zimno blacha znajduje się pomiędzy metalowym wzornikiem.12). 11. 5 wysokości gotowej wytłoczki. Fala wysokiego ciśnienia. b) matryca z dociskaczem. Początkowo rośnie. wywołana eksplozją ładunku wybuchowego zanurzonego w wodzie. Określenie siły w procesie wytłaczania Siłę nacisku stempla w funkcji jego przesunięcia przedstawiono na rys. 4 . d = m1 określamy mianem współczynnika wytłaczania (współczynnika D 158 . żeby siła Fkmax była mniejsza od siły zrywającej wytłoczkę Fzr. 11.1. 11. 3 – przekładka gumowa.2. Siła tłoczenia osiąga największą wartość przy przesunięciu stempla odpowiadającemu ok. 1 . a) tłoczenie o działaniu bez dociskacza. 11.cylinder. 2 – stempel. gdy stosunek średnicy d wytłoczki do średnicy D użytego do wytłaczania krążka jest większy od pewnej wartości granicznej d d > ( )gr D D (11.11. czyli wybuchem.4. 0. Aby do tego nie dopuścić. 1 – obudowa. proces musi być zrealizowany w ten sposób. Laboratoryjny tłocznik hydrostatyczny o działaniu wewnętrznym. niezbędną do pokonania oporów tarcia obrzeża wytłoczki o cylindryczną ściankę otworu matrycy. prawidłowo kształtuje wytłoczki.wkładka gumowa. Siła ta jest ściśle związana z oporem plastycznym kołnierza.14.dociskacz metalowy Podobne efekty do kształtowania hydrostatycznego możemy uzyskać kształtując metodą hydrodynamiczną. W tym właśnie momencie występuje niebezpieczeństwo obwodowego pęknięcia wytłoczki. a po osiągnięciu wartości maksymalnej Fkmax maleje.matryca.12.3 ÷ 0.Rys. 3 . 5 – zacisk.4 – dociskacz. Laboratoryjny tłocznik hydrostatyczny o działaniu zewnętrznym.) Stosunek ciągnienia). 11. nawet bez uszczelnień. osiągając w końcowej fazie zupełnie małą wartość Ft . 6 – poliuretanowy worek hydrauliczny Rys. 2 . W czasie wytłaczania więc: Fkmax < Fz Warunek ten jest spełniony wówczas.blacha. 5 . 15 0. Rozpęczanie środkowego odcinka rury przy użyciu tłocznika hydrostatycznego o działaniu wewnętrznym. miedzi itp. 11.stempel.55 0. Można osiągnąć to przez: a) zaokrąglenie krawędzi pierścienia ciągowego możliwie dużym promieniem rm = ( 5÷10)g (rys. Tablica 11.6 0.rura. b) staranne wypolerowanie powierzchni roboczych pierścienia ciągowego i dociskacza.13.Rys.grubość blachy 159 .2) oraz stempla rs = (4÷6)g w celu zmniejszenia dodatkowego zaginania blachy na tej krawędzi.14. że tarcie pomiędzy stemplem a wewnętrzną powierzchnią wytłoczki nie jest szkodliwe.1. 11.63 m1 = 0. 3 . Najmniejsze dopuszczalne wartości współczynnika wytłaczania m1 g ⋅ 100 D 2 1.53 0. Przebieg siły stempla w funkcji jego drogi nacisku W celu zmniejszenia niebezpieczeństwa pęknięcia wytłoczki (zmniejszenia wartości współczynnika m1) należy tak przeprowadzać proces wytłaczania. mosiądzu. toteż dane liczbowe zawarte w tej tabeli można stosować do różnych gatunków stali miękkiej.08 0. 2 . aby maksymalna siła ciągnienia Fkmax była jak najmniejsza. zaś siła zrywająca dno Fzr możliwie duża. po których ślizga się kształtowana blacha oraz dobre smarowanie powierzchni trących (należy tu zauważyć. 4 – elastyczne tworzywo Rys. 11. Przy zachowaniu możliwie optymalnych warunków tłoczenia współczynnik wytłaczania m1 może osiągnąć wartości podane w tablicy 11.dwudzielna matryca.1.5 0.58 0. 1 .48 d D g . Wartości współczynnika m1 zależą stosunkowo nieznacznie od rodzaju kształtowanego materiału.6 0.5 1 0. a nawet polepsza warunki tłoczenia powodując zwiększenie siły Fzr).3 0. 6 (11. przeprowadzić próbę tłoczenia dla poszczególnych próbek z zarejestrowaniem przebiegu siły nacisku na stempel.4) Uwzględniając wartości współczynnika wytłaczania można wyznaczyć ze wzoru: podane w tablicy 11.4.3. D Ponieważ w pierwszym przybliżeniu zachodzi: Fzr ≈ π ⋅ d ⋅ g ⋅ R m więc dla tego przypadku: Fkmax ≈ π ⋅ d ⋅ g ⋅ R m gdzie Rm . dokonać pomiaru wymiarów próbek . k to: (11.5) Tablica 11. suwmiarka. zmierzyć wysokość uzyskanych wytłoczek.55 1 0. siła wytłaczania Fkmax jest równa sile zrywającej. próbki z blachy o różnych średnicach D k. 160 .średnicy krążków DK.Jak wynika z poprzednich rozważań.6 0. maszyna wytrzymałościowa (100 kN). Gdy: Fkmax < Fzr . Pomoce i urządzenia • • • • • tłoczniki.3) Fzr =k Fkmax ( 11. 11. d m1 = D 0.7 0. Przebieg ćwiczenia • • • • • • P r ó b a t ł o c z e n i a: zapoznać się z budową tłocznika.2. grubości krążków g.5 0.72 0.65 0. prasa hydrauliczna (1000 kN).wytrzymałość materiału na rozciąganie. d gdy współczynnik m1 jest równy granicznej wartości stosunku ( )gr.8 0. wyniki pomiarów zestawić w tablicy wyników.86 0.2 maksymalną siłę Fkmax = k ⋅ π ⋅ d ⋅ g ⋅ R m Wartości współczynnika k 0.2) (11.75 0.4 K 11. przeprowadzić próbę tłoczenia z przewijaniem. przykład obliczenia F0max.32] Tablica wyników h Rm k F0max Fkmax 161 .• • • P r ó b a t ł o c z e n i a z p r z e w i j a n i e m: zapoznać się z budową tłocznika do tłoczenia z przewijaniem.28. k .3). F0max. wysokości wytłoczek jakie powinno się otrzymać i porównanie z wynikami pomiarów. 2. Literatura [17. wykresy przebiegu rzeczywistej siły nacisku. wnioski.25.29.23. obliczenie średnicy. Tablica 11.2). dokonać pomiaru próbki.współczynnik zależny od m1 (tablica 11. tablicę wyników (tablica 11. m 1 -współczynnik wytłaczania.27. Sprawozdanie • • • • • • W sprawozdaniu umieścić: rysunki poznanych tłoczników.3 g d m1 Lp DK 1.24. 3.26.31. F0max -maksymalna siła nacisku uzyskana w doświadczeniu.30. 11. Rm -wytrzymałość na rozciąganie badanego materiału.maksymalna siła nacisku określona z obliczeń.18. 5. W dalszej odkształcania się elementu materiału operacji rozpatrywany element ulega gięciu. Wprowadzenie W procesie kształtowania wytłoczek powłokowych operacje tłoczenia można podzielić na dwie grupy: 1) operacje ciągnienia służące do nadania zasadniczego kształtu wytłoczce (wytłaczanie. Oprócz wydłużenia w kierunku tworzącej ε1. Następnie podczas zbliżania się elementu do krawędzi matrycy naprężenia ściskające stopniowo maleją. Odkształcenia zaczynają pojawiać się najpierw na promieniu zakrzywienia i przyjmują największe wartości przy końcu powierzchni walcowej. 12. 12. Kolejne etapy zwiększają się naprężenia rozciągające.2. 12. w wyniku działania naprężeń promieniowych σr i obwodowych σt. 12. wydłuża się w kierunku promieniowym. W trakcie tłoczenia wytłoczek występują różne naprężenia i w wyniku działania tych naprężeń w wytłoczce powstają odpowiedniej wielkości odkształcenia.1. przetłaczanie). 2) operacje wykańczające (np. Fakt ten wynika z redukcji stale zmniejszającej się szerokości kołnierza. skraca w kierunku obwodowym i nieznacznie pogrubia się. W trakcie ciągnienia kołnierza wytłoczki powstają w nim odkształcenia w następujących kierunkach: • w kierunku promieniowym • w kierunku stycznym • w kierunku pionowym (po grubości) Kierunki odkształceń przedstawiono na rys. ulegając niewielkiemu wydłużeniu wzdłuż tworzącej. wywijanie). Na dnie wytłoczki nie występują prawie żadne odkształcenia. Przykład odkształceń dla cylindrycznego naczynia w zależności od wielkości średnicy krążka przedstawiono na rys. 162 .1. a Rys. Cel ćwiczenia Zapoznanie się z rodzajem odkształceń występujących w procesie tłoczenia i sposobem ich określania w przypadku miseczkowania. ODKSZTAŁCENIA W PROCESIE TŁOCZENIA 12.2. okrawanie.12.1. zajmując położenie II. w procesie wytłaczania przesuwając się po roboczej krawędzi matrycy i przekształca się w element bocznej powierzchni naczynia. W początkowej fazie procesu płaski element kołnierza I. Wykres odkształceń w miseczce po trzech kolejnych ciągach 163 . 12. W pobliżu dna wytłoczki występuje pocienienie ścianki o około 10 ÷20 %. występują również niepożądane odkształcenia w kierunku grubości materiału ε3 (εg). 12. a rys. jakie wystąpiły w miseczce po trzech kolejnych ciągach. ale o osiowo -symetrycznym kształcie mają podobny przebieg odkształceń jak przy miseczkowaniu. 12.2.4 przedstawia odkształcenia siatki dla tego przykładu. Rys.3. Wielkość odkształceń cylindrycznego naczynia w zależności od średnicy krążka Rys. 12. Wytłoczki niecylindryczne.powstałego w wyniku działających naprężeń rozciągających o kierunku promienia σ1 (σr ) i ściskających obwodowych σ 2 (σ t). Na rys. a przy brzegu pogrubienie o około 30%.3 przedstawiono odkształcenia. 5b). gdzie początkowa średnica krążka D zostaje zmniejszona do średnicy dm otworu matrycy. próbki z naniesioną siatką współrzędnych.4.Ściskające naprężenia obwodowe osiągają największą wartość przy krawędzi naczynia. 12.1) 12. b) zafałdowanie kołnierza Stopień odkształcenia podczas wytłaczania przedmiotów cylindrycznych wyraża się za pomocą współczynnika wytłaczania który jest stosunkiem średniej średnicy wytłoczki d do średnicy krążka materiału wyjściowego D: m= d D (12. W celu zapobieżenia fałdowania się płaskiego kołnierza stosuje się dociskanie materiału do czołowej powierzchni matrycy za pomocą pierścienia dociskającego. Odkształcenia siatki po trzech Najbardziej niebezpiecznym miejscem w procesie wytłaczania jest strefa przejściowa z dna naczynia kolejnych ciągach w ściankę boczną. 12. Wady wyrobów wytłaczanych: a) obwodowe pęknięcie ścianki bocznej. 12. 164 . Rys.3. 12.5. suwmiarka. Rys. a w efekcie może prowadzić do fałdowania obrzeży naczynia (rys. maszyna wytrzymałościowa. gdyż w tym miejscu działają jedynie naprężenia rozciągające powodujące znaczne pocienienie ścianki. mogące doprowadzić w efekcie do oderwania dna (rys. Pomoce i urządzenia • • • • tłoczniki. Powoduje to powstanie nadmiaru materiału utrudniającego kształtowanie bocznych ścianek naczynia.5a). .4. dokonać pomiarów próbek (krążków).2. α0 w mierze łukowej 12. Przebieg ćwiczenia • • • • • • • • • • • W celu przeprowadzenia ćwiczenia należy: zapoznać się z budową tłocznika. zmierzyć odległość między kolejnymi kołami współśrodkowymi siatki s0. . Wzór tablicy pomiarów odkształceń (tablica 12.12. 12. • Tablica 12.2).5. zmierzyć kąty między kolejnymi promieniami siatki α 0. przygotować tłocznik do pracy. . założyć próbkę. przeprowadzić operację tłoczenia.średnie odległości łuków między promieniami siatki li. zmierzyć średnicę krążków D0.1 Wyniki pomiarów Średnia długość Średnia Uwagi Odległość Odległość początkowa łuków między kołami długość łuków początkowa współśrodkomiędzy 0 wymi po Lp. zdemontować tłocznik. dokonać pomiarów uzyskanej wytłoczki i siatki mierząc: . obliczenie maksymalnego pocienienia i pogrubienia ścianki wytłoczki z zaznaczeniem na szkicu miejsc ich występowania. zmierzyć grubość blachy g0. wyniki pomiarów zestawić w tablicy (wzór tablicy .wysokość wytłoczki h.odległość między kolejnymi kołami współśrodkowymi si.średnicę wytłoczki d. Sprawozdanie • • Sprawozdanie winno zawierać: tablicę pomiarów odkształceń oraz wykres odkształceń jak na rys.tablica 12.1). kolejnymi kołami ∆li ∆li tłoczeniu współśrodkowy si mi l +l α (d + d i −1 ) ∆li = i i −1 ∆l i0 = 0 i s0 2 4 mm mm mm mm 1 2 3 4 5 1 2 3 . 165 . 31. . .38.28. ε2 si s0 ε 1i = ln 2 ε 2i = ln 3 ∆li ∆li0 ε3 ε 3i = −(ε 1i + ε 2i ) 4 Uwagi 5 1 1 2 3 .33.30.39. 29.Tablica 13. Literatura [23.36.24.40] 166 .32.2 Wyniki pomiarów odkształceń ε1 Lp. dające wypadkową Fk w kierunku osi.1). Kołnierz wytłoczki traktuje się jako pierścień. Najprostszą wytłoczka tego rodzaju jest naczynie cylindryczne bez kołnierza. którego zewnętrzna krawędź jest wolna od obciążeń.współczynnik wytłaczania. Ich wartości graniczne (m1)gr lub βgr wynikają z warunku równości największej siły tłoczenia Fmax i wytrzymałości walcowej ścianki wytłoczki na zerwanie.2) Współczynniki m1 lub β nie mogą mieć wartości dowolnych.średnica krążka materiału wyjściowego blachy.1b. 13.1.średnica wytłoczki.13. materiału zachodzące podczas wytłaczania naczynia cylindrycznego. który jest odwrotnością współczynnika wytłaczania: β= D 1 = m1 d (13. Osiągnięcie przez siłę tłoczenia wartości Fzr jest równoznaczne z obwodowym rozdzieleniem wytłoczki w pobliżu zaokrąglonej krawędzi stempla. wyrażonymi jako „współczynnik wytłaczania”. d . 13. D . 13. Zamiast współczynnika m1 używa się czasem współczynnika odkształcenia β. a mianowicie na dno i kołnierz (rys. a na krawędź wewnętrzną działają siły ciągnące. nazwanej krótko siłą zrywającą Fzr. Zmiany te przedstawia wykres na rys.. WYZNACZANIE GRANICZNYCH WARTOŚCI WSPÓŁCZYNNIKA WYTŁACZANIA 13. W kołnierzu występują promieniowe naprężenia rozciągające i obwodowe naprężenia ściskające. Cel ćwiczenia Zapoznanie się z mechanizmem odkształcania dna wytłoczki i kołnierza oraz czynnikami ograniczającymi wielkość odkształceń. przyjęto określać w praktyce przemysłowej wartością współczynnika wytłaczania: m1 = d D (13. Wprowadzenie W tłocznictwie cienkich blach duży udział ilościowy ma operacja wytłaczania.2. której celem jest przekształcenie płaskiego kawałka blachy w wytłoczkę o powierzchni nierozwijalnej. Kształtowaną wytłoczkę można myślowo podzielić na dwie części. względnie βgr od wartości sił Fmax i Fzr przeprowadzono analizę sił występujących w procesie wytłaczania. Osiowa siła Fk wywierana na wewnętrzny brzeg pierścienia zależy od oporu plastycznego kołnierza i ulega zmianie w miarę zmniejszania się jego średnicy zewnętrznej D1 i powiększania wysokości hk walcowych ścianek. Przeformowanie.1) gdzie: m1 . 167 . Ze względu na zależność (m1)gr. Natomiast obie siły związane z procesem kształtowania kołnierza. Upraszczając analizę wpływu stosunku D/d. gdy cały kołnierz przekształci się w walcową część wytłoczki.Rys. Rosnąca siła Fd osiąga wartość Fdpl . gdzie grubość ścianki jest najmniejsza. gdy siła osiąga krytyczną wartość Fdzr . następuje przewężenie ścianek bocznych prowadzące do pęknięcia. Jednocześnie jednak zmniejszanie się szerokości odkształcanego kołnierza. im większe są średnice D krążka. łatwo zauważa się zależność występowania poszczególnych faz kształtowania dna i kołnierza od stosunku D/d. charakteryzujący się zmniejszaniem zewnętrznej jego średnicy D1. przy stałej średnicy d. W procesie rozciągania dna jest ono obciążone siłą osiową Fd. a zmieniać tylko średnicę D. przyczynia się do spadku oporu plastycznego. równomiernie rozłożoną wzdłuż jego obwodu i zastępującą oddziaływanie kołnierza wytłoczki. przyjąć należy średnicę d jako stałą. po osiągnięciu wartości Fkmax . rozpoczyna się przy sile Fkpl . którego średnica D1 zbliża się stopniowo do jego średnicy wewnętrznej d. co powoduje proces plastycznego rozciągania płaskiego dna oraz jego ścianek bocznych. 168 . W momencie. Następnie siła Fk rośnie na skutek umacniania zachodzącego w odkształcanym na zimno materiale w wyniku zwiększania się grubości blachy w zewnętrznej części kołnierza. Sporządzając wykresy tych sił jako funkcji stosunku D/d można zanalizować wpływ tego stosunku na przebieg procesu. W rezultacie obu tych zjawisk Fk. maleje prawie do zera wtedy. Początkowy wzrost siły Fd jest spowodowany intensywnym umacnianiem się materiału.1. Wytłoczka z działającymi siłami osiowymi (a) oraz zmiany sił na długości wytłoczki (b) Proces plastycznego płynięcia kołnierza. Rozpatrując łącznie przebieg tłoczenia kołnierza i dna (co ma miejsce w rzeczywistym procesie tłoczenia). Przy takim założeniu siła Fdpl i Fdzr zrywająca dno nie zależy od stosunku D/d. 13. Pęknięcie to ma miejsce najczęściej na zaokrąglonej krawędzi. a więc Fkpl i Fkmax są tym większe. W czasie tłoczenia musi być więc spełniony warunek Fkmax 〈 Fdzr (13. Aby do niego nie dopuścić.2.2). D odpowiednich linii wykresu (rys.5 wysokości gotowej wytłoczki.Posługując się omawianym wykresem można wyodrębnić kilka różnych przebiegów kształtowania wytłoczki. Rys. wyznaczonym przez punkty przecięcia A.3) Z wykresu (rys. 13.2) widać. gdy stosunek ⎛ D⎞ średnicy D/d użytego krążka jest mniejszy od odciętej ⎜ ⎟ punktu B lezącego na przecięciu ⎝ d ⎠ gr się linii Fkmax i Fdzr . W tym właśnie momencie występuje niebezpieczeństwo obwodowego pęknięcia wytłoczki. 13. Siła tłoczenia osiąga największą wartość przy przesunięciu stempla odpowiadającemu około 0. 13. z których każdy zachodzi w innym zakresie stosunku D/d. żeby siła Fkmax była mniejsza od siły zrywającej wytłoczkę Fdzr . proces musi być prowadzony w ten sposób. że warunek ten jest spełniony wówczas. B.3 ÷ 0. Różne przebiegi kształtowania wytłoczki w zależności od stosunku D/d 169 . C. Gdy współczynnik m1 〉 ⎜ (13.1. Graniczne wartości współczynnika m1 zależą stosunkowo nieznacznie od rodzaju kształtowanego materiału. Rm .6) Ponieważ w pierwszym przybliżeniu siła zrywająca wytłoczkę wynosi F zr ≈ π ⋅ d ⋅ g ⋅ R m więc dla tego przypadku Fkmax ≈ π ⋅ d ⋅ g ⋅ R m gdzie: d . aby maksymalna siła ciągnienia kołnierza Fkmax była jak najmniejsza. przy czym stosunek ⎝ D ⎠ gr tych dwu sił oznaczymy przez k. wtedy siła Fkmax jest mniejsza od Fzr. określane są doświadczalnie i podane w podręcznikach poświęconych tłocznictwu. b) staranne wypolerowanie powierzchni roboczych pierścienia ciągowego i dociskacza. c) wykonanie możliwie dużych promieni zaokrąglenia krawędzi stempla rs=(4÷6)g. Jak wynika z poprzednich rozważań.średnica wytłoczki (liczona po środku grubości ścianek). maksymalną siłę wytłaczania można wyznaczyć ze wzoru: Fkmax = k ⋅ π ⋅ d ⋅ g ⋅ R m (13. gdy współczynnik m1 = ⎜ ⎛d⎞ ⎟ . g . w celu zmniejszenia dodatkowego zaginania blachy na tej krawędzi.początkowa grubość blachy. należy tak przeprowadzić proces wytłaczania. po których ślizga się kształtowana blacha oraz dobre smarowanie powierzchni tnących. ⎝ D ⎠ gr (13. Uwzględniając wartości współczynnika k podane w tablicy 13. maksymalna siła wytłaczania Fkmax jest równa sile zrywającej Fzr wówczas.wytrzymałość na rozciąganie kształtowanej blachy.4) Graniczna wartość współczynnika wytłaczania to minimalna wartość stosunku d/D.Stosunek D/d dla wytłoczki spełnia warunek D ⎛ D⎞ 〈⎜ ⎟ d ⎝ d ⎠ gr lub d ⎛d⎞ = m 1 〉⎜ ⎟ ⎝ D ⎠ gr D (13.8) 170 . W celu zmniejszenia niebezpieczeństwa pęknięcia wytłoczki (obniżenie wartości współczynnika m1).5) (13. przy którym w trakcie tłoczenia uzyskuje się miseczkę. zaś siła zrywająca dno Fdzr możliwie duża. Można to osiągnąć przez: a) zaokrąglenie krawędzi pierścienia ciągowego możliwie dużym promieniem rm=(5÷10)g.7) ⎛d⎞ ⎟ . założyć próbkę na tłocznik.8 0.72 0.65 0.38.37.6 0. Literatura [23. zmierzyć średnicę próbek do tłoczenia D.39.34. 13.5. Pomoce i urządzenia • • • • tłocznik. Przebieg ćwiczenia • • • • • • • • • W celu przeprowadzenia ćwiczenia należy: zapoznać się z budową tłocznika.6 0.31.3. przeprowadzić operację tłoczenia wyznaczając zależność F=f(h).7 0.29. 13.33.55 1 Wartości współczynnika k 0.4. próbki (w postaci krążków) o różnej średnicy D0. przygotować tłocznik do pracy. Sprawozdanie • • Sprawozdanie winno zawierać: wielkości maksymalnych sił tłocznika dla poszczególnych stosunków D0/d wytłoczki.1 m1 = d D 0. zmierzyć średnicę otworu roboczego matrycy d. suwmiarka.86 0.przeprowadzić takie same czynności dla wszystkich próbek (krążków). zmierzyć wysokość wytłoczki i jej średnicę.32. wyznaczenie granicznej wartości współczynnika wytłaczania m1=d/D. .75 0. maszyna wytrzymałościowa.5 0.Tablica 13.4 k 13.24. zdemontować tłocznik.40] 171 . 14. dziurowanie.2. Wprowadzenie 14. Jak wynika z tej definicji. 14. wielkością i sposobem jego wyznaczania.1. procesy tłoczenia mogą być przeprowadzone: • przy naruszaniu spójności materiału (odcinanie. do tego procesu zostaną odniesione dalsze rozważania.2. Tarcie w procesie tłoczenia Tłoczenie jest jednym z podstawowych procesów obróbki plastycznej na zimno obejmującym: cięcie. Rys. wytłaczanie i kształtowanie). OCENA SKŁONNOŚCI BLACH DO ZACIERANIA W TRAKCIE TŁOCZENIA 14. okrawanie.1. w stosunku do innych wymiarów. kształtowanie blach. • bez naruszania spójności materiału (gięcie. wycinanie.1.14. Ze względu na to. że najbardziej charakterystyczne dla tej grupy procesów jest wytłaczanie. grubości. Schemat stanów naprężenia i odkształcenia przy wytłaczaniu sztywnymi narzędziami z dociskaczem 172 . przyczynami jego występowania. nacinanie). 14. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest zapoznanie się ze zjawiskiem powstawania zatarcia w procesie tłoczenia blach.1. Schemat możliwych stanów naprężenia i odkształcenia przy wytłaczaniu sztywnymi narzędziami z dociskaczem ilustruje rys. folii i płyt metalowych lub przedmiotów o małej. Wyraźne zmiany grubości wytłoczki występują w strefie zetknięcia z czołem stempla. Fogga ilustruje rys.Wpływ tarcia na prowadzenie procesu. jak i trójosiowe stany naprężenia i odkształcenia.2). Ma to szczególne znaczenie przy wytłaczaniu blach o małej grubości. 14. cia w procesie wytłaczania z dociskaczem Opory tarcia w dociskaczu wywierają więc wpływ niekorzystny i mogą prowadzić do zerwania wytłoczki.2. 14. natomiast metal znajdujący się w obszarze styku z promieniową częścią stempla .2. 14. w procesie wytłaczania mogą wystąpić zarówno jedno. Zmianę grubości blachy wg badań B. podczas gdy powierzchnia tarcia nie ulega zmianie. Zależnie od schematu procesu i warunków technologicznych siły tarcia mogą wywierać wpływ zarówno dodatni. • w szczelinie ciągownika. Proces wytłaczania jest realizowany na ogół na prasach. Kontakt narzędzia z odkształcanym metalem ma charakter cykliczny. drugi (matryca) jest nieruchomy.Jak wynika z rysunku. Schemat oddziaływania sił tarcia w procesie wytłaczania z dociskaczem ilustruje rys. Schemat oddziaływania sił tarcia opory tarcia występujące: • w dociskaczu. gdyż w czasie każdego cyklu wytłaczania ulegają zmianie zarówno wartość siły wytłaczania. a więc jest czynnikiem ułatwiającym tłoczenie.4. że istnieją dwie strefy lokalnego pocienienia . Tarcie odkształcanej blachy o powierzchnię pierścienia ciągowego (na krawędzi ciągowej oraz w szczelinie ciągownika) powoduje wzrost nacisku wywieranego przez stempel i zwiększa niebezpieczeństwo oderwania dna wytłoczki (niebezpieczny przekrój A-A rys. natomiast w kołnierzu (pod dociskaczem) oprócz naprężeń rozciągających występują również naprężenia ściskające. Metal będący w kontakcie z płaską powierzchnią stempla pocienia się jednorodnie.zwiększenie naprężeń osiowych. Widać z niej.3. Typową krzywą zmiany grubości w funkcji odkształcenia ilustruje rys. Tarcie wywiera także wpływ na odkształcalność graniczną oraz na zmianę grubości ścianek. Z uwagi na warunki mechaniczne i kinematyczne proces tłoczenia należy do procesów mało stabilnych.pocienienie dotyczące profilu stempla. Ponadto w jednym i drugim przypadku tarcie powoduje zwiększenie siły wytłaczania FW. przy czym w denku i części walcowej wytłoczki przeważają naprężenia rozciągające. przy czym istotny wpływ na nierównomierność odkształceń wywiera tutaj tarcie między stemplem a wytłoczką. jak również prędkość i temperatura. Jedynie tarcie odkształcanej blachy o powierzchnię stempla wywiera wpływ dodatni. 14. a odkształcany metal ślizga się po powierzchni narzędzia. w procesie wytłaczania z dociskaczem • na krawędzi ciągowej matrycy. 14. przy czym jeden element narzędzia (stempel) wykonuje ruch posuwisto-zwrotny. a przez to pogorszenie współczynnika sprawności energetycznej procesu.14. Schemat oddziaływania sił tar.2. nazywane szyjką pierwotną i pocienienie spowodowane zginaniem z rozciąganiem nazywane szyjką pierwotną i pocienienie spowodowane zginaniem z rozciąganiem nazywane szyjką 173 .2. gdyż zwiększa siłę Fzr (siła konieczna do zerwania wytłoczki). jak i ujemny.niejednorodnie. W procesie wytłaczania należy pokonać s. 14. przy czym zmiany te są różne w różnych obszarach wytłoczki. • na stemplu. Tarcie występujące w dociskaczu wpływa na Rys. dwu. a więc również wywiera wpływ ujemny.2. gdyż wraz ze zmniejszeniem grubości maleje przekrój czynny wytłoczki. Na zmianę grubości ścianki wytłoczki w procesie tłoczenia istotny wpływ wywierają takie czynniki jak: promień zaokrąglenia stempla. Marciniaka wyrazić zależnością: ⎛ g µh Fzr = Fa + Ft = 2πRs g o ⎜1 − ⎜ 2r + 2 R s s ⎝ ⎞ ⎟ Rm ⎟ ⎠ (14. Rm . g . Schemat zmiany grubości blachy w procesie wytłaczania z dociskaczem 14.2. 14. 174 . Ft .3. W dalszych obszarach występuje przyrost grubości ścianki wytłoczki.wytrzymałość blachy na rozciąganie. maksymalna siła wywierana przez stempel Pw musi być mniejsza niż siła zrywająca denko wytłoczki Fzr.promień stempla.siła tarcia blachy o stempel. Czynniki ograniczające proces wytłaczania.początkowa grubość blachy.współczynnik tarcia.maksymalna siła. µ .wysokość strefy przylegania. którą jest w stanie przenieść przekrój A-A wytłoczki. Zmiany grubości blachy w różnych obszarach wytłoczki Wpływ tarcia jest szczególnie istotny przy głębokim tłoczeniu. Rys.2) gdzie: Fa .1) przy czym siłę Fzr można wg Z. gdy siła tłoczenia jest odpowiednio duża. 14.grubość blachy po tłoczeniu. wartość naprężeń osiowych oraz opory tarcia występujące między stemplem a odkształcanym metalem. czyli: Fw ≤ F zr (14. Rys. Aby w procesie wytłaczania nie nastąpiło zerwanie wytłoczki. h . Rs .wtórną. grubość blachy.promień zaokrąglenia krawędzi stempla. rs . by spowodować pęknięcie wytłoczki.3. go .4. należy dążyć do zmniejszenia oporów tarcia w dociskaczu. że jeśli pominie się wpływ zmiany takich wielkości jak: Rs.zewnętrzny promień kołnierza. σp . powodujący niebezpieczeństwo powstawania pęknięć w wytłoczce. α.3) ⎛ ⎜ ⎟ R ⎥ g ⎞ R 1⎢ ⎜ ⎛ ⎞ ⎢ s ⎥ sin α k + k ⎟ + 2 µP Fw = ⎢ 2πRs ⎜ σ p g ⎟ ⎜ ln ⎟ ⎝ ⎠ śr ⎜ doc R ⎥ ⎟ ⎢ ⎥ 2ρ ⎟ R η⎢ ⎜ k⎥ s ⎝ ⎠ ⎣ ⎦ ⎡ ⎤ gdzie: Rk . na krawędzi gnącej oraz w szczelinie ciągownika. Rk/Rs.kąt pochylenia stycznej. powodujące znaczne zmiany grubości wytłoczki. Aby zatem zapewnić większą stateczność procesu wytłaczania oraz realizować proces przy minimalnym zużyciu energii. Wpływ tarcia na własności warstwy wierzchniej 175 . g (spowodowanych umocnieniem). Efekty oddziaływania sił tarcia w procesie wytłaczania można zaliczyć zarówno do pozytywnych. to wzrost oporów tarcia powoduje wzrost siły wytłaczania. Innym problemem ograniczającym proces wytłaczania jest wpływ tarcia na ogólną wartość siły wytłaczania i współczynnik sprawności procesu. Według Z.2. 14. • wzrost temperatury w obszarze styku w granicach 30 ÷ 80o C i pogorszenie warunków smarowania (na skutek zmiany lepkości smaru).naprężenie uplastyczniające kołnierz. Do negatywnych skutków oddziaływania sił tarcia należą: • zwiększenie nierównomierności odkształceń. Marciniaka wartość rzeczywistej siły wytłaczania można wyznaczyć ze wzoru: (14. • wzrost naprężeń promieniowych σ2.5. z którego można wytłoczyć naczynie o wymaganej średnicy bez obawy zerwania wytłoczki. • wzrost siły wytłaczania Fw. Wyrażenia na siłę wytłaczania Fw podawane przez innych autorów oparte są na podobnych założeniach. Ze wzoru wynika.4.współczynnik sprawności energetycznej procesu. σp. Pozytywnym efektem jest oddziaływanie sił tarcia występujących między odkształcanym metalem a stemplem.krzywizna środkowej warstwy blachy na krawędzi matryc. nie eliminując tarcia między stemplem a odkształcaną blachą.Warunek ten ogranicza jednocześnie maksymalną średnicę krążka.końcowa grubość kołnierza. spowodowany oporami tarcia w dociskaczu i ciągowniku. jak i negatywnych czynników. gk .2. ρ. Skutki oddziaływania sił tarcia. η. 14. • obniżanie trwałości narzędzi. a nawet pękanie (oderwanie dna wytłoczki). • pogorszenie gładkości powierzchni wytłoczki (rysowanie). czyli smaru. na które pozwalają względy wytrzymałościowe. gdzie możliwy jest dobór materiałów pary trącej w dość szerokim zakresie. Obecnie istnieje pogląd. w odróżnieniu od elementów maszyn. Materiał narzędzia w obróbce plastycznej może być zmieniany w granicach. W procesach obróbki plastycznej. wady budowy). jak i zmiany stanu warstwy wierzchniej narzędzia.Mimo wielu badań i doświadczeń nie przedstawiono do tej pory dokładnych związków między warunkami tarcia a uzyskanym polem własności warstwy wierzchniej wyrobu. Szczególnie wyróżniającymi się parametrami warstwy wierzchniej w procesach obróbki plastycznej w stosunku do innych procesów technologicznych w przyszłości mogą być: • głębokość zalegania warstwy wierzchniej. Występujące w strefie kontaktu. nośność. prędkość odkształcenia. Zmniejszenie oporów tarcia. Dotychczas konstruktor projektując wyrób zwracał uwagę na takie cechy. zmian strukturalnych. chropowatość powierzchni. • odporność na korozję . a zwłaszcza o cechach użytkowych. które są efektem oddziaływania ciała trzeciego .3. falistość. • adhezyjne współdziałanie przesuwających się względem siebie powierzchni.bądź estetykę wyrobu. takich jak trwałość i niezawodność. Do istotnych czynników wpływających na stan warstwy wierzchniej wyrobu można zaliczyć: • warunki tarcia. tarcie zewnętrzne. decyduje w bardzo dużym stopniu stan warstwy wierzchniej. 14. gdy obróbka plastyczna jest obróbką ostateczną wyrobu. • reakcje fizykochemiczne. a ściślej zespół procesów trybologicznych. stopień umocnienia. tj. zwłaszcza w tych przypadkach. a przez to poprawa jakości wyrobu. steksturowanie. • dokładność wymiarowo-kształtową. świadczy o złożoności wpływu tych czynników i trudności przewidywania skutków końcowych.narzędzie. mikrotwardości.krotnie większe niż w przypadku elementów maszyn. jak: • wytrzymałość na obciążenia. Próba zacierania blach 176 . należy dążyć do uzyskania wymaganych własności warstwy wierzchniej. temperatura odkształcenia metalu). W procesach obróbki plastycznej wartości współczynników tarcia są około 10 . ma istotny wpływ na stan warstwy wierzchniej wyrobu. Przez tarcie zewnętrzne jest wywierany wpływ na własności mechaniczne warstwy wierzchniej wyrobu (rozkład i wartość naprężeń własnych. Różnorodność procesów trybologicznych obejmujących: • mechaniczne współdziałania powierzchni trących.2. Stan warstwy wierzchniej narzędzia powinien być tak dobrany. Zmianę składu chemicznego warstwy wierzchniej narzędzia można uzyskać przez stosowanie różnych procesów obróbki cieplno chemicznej. jak też na własności stereometryczne. odkształcany metal . aby przy zastosowanej technice wytwarzania narzędzie nie traciło zbyt szybko swoich własności geometrycznych i zapewniało uzyskanie wymaganej jakości wyrobów określanej przez użytkownika. poza nadawaniem wymiarów i kształtów obrabianemu elementowi. galwanicznej itp. że o jakości wyrobu. • gradienty: naprężeń własnych. możliwe jest przez odpowiedni dobór własności warstwy wierzchniej narzędzia. • parametry kształtowania (naciski jednostkowe. W przypadku procesów obróbki plastycznej odkształcany metal jest z góry narzucony. który obrabia się cieplnie na twardość 60 HRC. 14. nie zatartą powierzchnię. żeby odsłonić ich nową. 6 . 7.płytka boczna. 3 . 4 . 5.5. Rys.stempel. Zostały one wykonane ze stali narzędziowej (NC10) i zahartowane do twardości 60 HRCmin. Stempel wykonany jest z wałka ze stali narzędziowej (NC10). 10 .płyta stemplowa.korpus. 177 . Próba oceny skłonności blach do zacierania polega na przepychaniu klinowego stempla 2 w dół. Ma kształt klina.płyta podstawy. charakterystyczną dla danego gatunku blachy i warunków tarcia. 9.zawleczka. 12 . 11 – tulejka Tarcie próbki o przeciwpróbki zmniejsza jej grubość. 13 . Schemat przyrządu do próby zacierania: 1 . Efektem końcowym procesu tarcia jest zerwanie próbki. 8.Schemat przyrządu do wyznaczania wskaźników charakteryzujących ocenę skłonności blach do zacierania obrazuje rys. z opasaną na nim próbką.śruby. Przeciwpróbki są wałeczkami i obracane są o niewielki kąt.podkładki. aż do momentu gdy odkształcenie osiągnie wartość graniczną. 14. pomiędzy dwiema sztywno zamocowanymi przeciwpróbkami 3. z powodu istniejących w procesie dużych nacisków powierzchniowych.przeciwpróbka. 2 . 5 . umieszczonymi w korpusie 1. 4) nanosi się na wykres w funkcji drogi tarcia Lt ( wg schematu 14. Do szczególnych przypadków należy zaliczyć kształtowanie bardzo plastycznych materiałów. Przyrząd jest przystosowany do maszyny wytrzymałościowej o nacisku nie mniejszym niż 150 kN z prędkością od 15 do 100 mm/min. a) Po dokonaniu próby umieszcza się odkształcony pasek blachy na stoliku mikroskopu warsztatowego. 60. 100% odległości drogi tarcia Lt od miejsca nawiązania styku ( wg schematu na rys. Na ocenę skłonności do zacierania składają się następujące wskaźniki: • umowny wskaźnik odporności próbki na zatarcie T.całkowite pole styku próbki z przeciwpróbką.6).pole powierzchni zatarcia Sc . • graniczny ubytek próbki εgr. Informują pośrednio o maksymalnie osiągalnej wielkości odkształcenia plastycznego w obecności sił tarcia i związanym z nim zjawisku szczepności. benzyną lub tri) powierzchni roboczych przeciwpróbek oraz próbki po obu jej stronach.5 x 320 mm i grubości 1 mm. W celu zachowania tych samych warunków tarcia w każdym przeprowadzonym doświadczeniu.6b ). 80.Próbki są wykonane w postaci pasków blachy o wymiarach 12. Następnie wykonuje się pomiar sumarycznej szerokości s śladów zatarcia na pasku blachy w oznaczonych odległościach od początku nawiązania styku próbki z przeciwpróbką oraz całkowitej szerokości powierzchni styku sc. 178 . Ad. W wyjątkowych przypadkach należy użyć stempla o większej długości niż podany.5) gdzie: S . 20. Przed rozpoczęciem badania sprawdza się początkową chropowatość powierzchni próbki Rao (średnie arytmetyczne odchylenie profilu od linii średniej) za pomocą profilografometru. Następną czynnością jest odtłuszczenie rozpuszczalnikiem (np. jak również użycie smaru. Powiększenie długości stempla może być związane z koniecznością zwiększenia długości próbki. Wyniki pomiarów względnej szerokości pola zatarcia R= s ⋅ 100% sc (14. Wyraża się wzorem: T= S SC (14. 40. 14. • wskaźnik zmiany chropowatości WR. Wskaźnik skłonności do zacierania jest to stosunek pola pod krzywą wykresu do pola całkowitego. takiego który zapewni zerwanie próbki. Pomiar jest pobierany w odległościach 10. który umożliwia osiąganie bardzo dużych odkształceń granicznych. należy użyć nowe przeciwpróbki lub też regenerować ich powierzchnie robocze przez polerowanie i mycie. Wyznaczanie wskaźników na zatarcie Wskaźniki te charakteryzują skłonność blach do zacierania się podczas tłoczenia. Pobiera się je równolegle do kierunku walcowania blachy. tzn. Wzrost wskaźnika świadczy o zmianach zachodzących na powierzchni tarcia podczas odkształcenia próbki. że zatarcie wystąpiło na całej powierzchni od początku nawiązania styku. że w procesie tarcia nastąpiło wygładzanie powierzchni. Mierzy się najpierw Rao. powierzchni Do pomiaru chropowatości stosuje się profilografometr. b) Wskaźnik zmiany chropowatości WR podczas odkształcenia jest to stosunek chropowatości powierzchni po odkształceniu do pierwotnej chropowatości próbki. natomiast wskaźnik równy jedności informuje.6) Wskaźnik o wartości równej zero oznacza.7) blachy przed od- gdzie: początkowa chropowatość Rao kształceniem.chropowatość próbki po odkształceniu.Rys. że nie ma żadnych śladów zatarcia na powierzchni współpracy próbki z przeciwpróbką. Pomiaru dokonuje się na odcinku o długości 3. c) Graniczny ubytek grubości próbki ε mierzy się po stronie przeciwnej do miejsca zerwania. a następnie Rat w kierunku prostopadłym do kierunku tarcia. b) wykres pola zatarcia Pole S pod krzywą na wykresie mierzy się za pomocą planimetru lub oblicza się ze wzoru: S = 10(s10+s100)+15s20+20(s40+s60+s80) (14. 14. Schemat wyznaczania wskaźnika T: a) schemat pomiaru na próbce.6. Ad. Wskaźnik WR mniejszy od jedności oznacza. 2 mm. Ad. po stronie przeciwnej do miejsca zerwania próbki. Oblicza się go ze wzoru: 179 . Rat . w miejscu największego odkształcenia. Wskaźnik ten oblicza się ze wzoru: WR = Rat Rao (14. odnotować maksymalną siłę przyłożonego obciążenia.01 mm. Instrukcja do ćwiczenia • • • • • • • • • • • • • zmierzyć początkową grubość próbki g0 z dokładnością do 0. 180 .01 mm. profilografometr. umieścić na maszynie wytrzymałościowej przyrząd do wyznaczania wskaźnika na zatarcie. rozpuszczalnik do odtłuszczania próbki i przeciwpróbek (benzyna lub tri).4. próbę przeprowadzić kilkakrotnie i wartości uśrednić.8).3. odtłuścić dokładnie powierzchnie robocze przeciwpróbek oraz próbki. sprawdzić profilografometrem początkową chropowatość powierzchni próbki Rao przed odkształceniem. dokonać pomiaru na mikroskopie warsztatowym sumarycznej szerokości śladów zatarcia S oraz całkowitej szerokości powierzchni styku Sc w oznaczonych odległościach. 14. wykonać pomiar chropowatości Rat i obliczyć wskaźnik chropowatości wg wzoru (14. za pomocą planimetru lub innej metody dokonać pomiaru pola F pod krzywą na wykresie R = f(L).01 mm. przeprowadzić obliczenia wskaźnika skłonności do zacierania wg wzoru (14.ε = ln g1 go (14.8) gdzie: go . zmierzyć grubość próbki g1 po zerwaniu w miejscu największego odkształcenia i obliczyć graniczny ubytek grubości próbki wg wzoru (14.5. 14.7). 14. aż do zerwania próbki. mikrometr.4) i wykonać na papierze milimetrowym wykres R = f(L) (wg rys.początkowa grubość blachy mierzona jest z dokładnością do 0.5). 14. z dokładnością 0. założyć na stempel próbkę (wg rys. ustalić prędkość i naciski powierzchniowe przeprowadzonego procesu.) i obciążyć go siłą. próbki. po stronie przeciwnej do miejsca zerwania.grubość próbki mierzona po zerwaniu w miejscu największego odkształcenia. Pomoce i urządzenia • • • • • • • maszyna wytrzymałościowa o nacisku nie mniejszym niż 150 kN. przyrząd do wyznaczania wskaźnika na zatarcie wraz z wyposażeniem. g1 .6 b). przeprowadzić obliczenia względnej szerokości pola zatarcia według wzoru (14. mikroskop warsztatowy. rs . . . [mm] Ss = . . . . .. [mm] K= . . . grubość go = . . . . Tablica 14. Rm = . . wykonaną według wzoru tablicę 14. . ...1 z odnotowanymi informacjami dotyczącymi: materiału próbki.. przykładowe obliczenia. .[mm] Ls = . .14. . . Ls .. . . .40] 181 . Typowe warunki procesu Blacha ze stali . . .kąt stempla. Pomiary i obliczenia względnej szerokości pola zatarcia Droga tarcia 10 20 40 60 80 L = % Lt s [mm] sc [mm] R= s ⋅100% sc Prędkość przeprowadzania procesu [mm/s] V= .5. . .wysokość krążka.35. . . . .szerokość krążka. . . . . . Pomiar i obliczenia do wyznaczania wskaźników na zatarcie S SC Rao Rat WR go g1 S 2] 2] T = S [m] [m] [mm] [mm] [mm [mm c ε= ln g1 g0 Literatura [26. . wnioski z przeprowadzonego doświadczenia.. . .. . 100 Nr próbki 1 2 3 4 5 6 wartość średnia Vk . . [mm] Sk = . Sk .. . .. wykres względnej szerokości pola zatarcia R = f(L). . . . . matrycy i wyników wcześniej wykonanych obliczeń. [Mpa] Wymiary próbki . . . . ..1. [mm] rs = . .. [mm] .. . [mm] αs = ... P= ... .promień stempla. . . Sprawozdanie • • • • • Sprawozdanie z przeprowadzonego ćwiczenia winno zawierać: rysunek próbki.długość stempla. Stan .. .. . hk . hk = . . . αs . . [mm] Matryca Stempel Nacisk poSiła nacisku (dwa wałeczki) (w postaci klina) wierzchniowy na stempel [MPa] [kN] Wymiary narzędzia Warunki wytłaczania Vk = .promień krążka. . . Warszawa: Wyd.. Badania własności fizycznych. Warszawa: WSiP 1979.: Obróbka plastyczna.. Warszawa: PWN 1986. Paczyniak T. Politechniki Warszawskiej 1981.: Odlewnictwo. Haratym R. Politechniki Łódzkiej 2001 [5] Kosowski A..Obróbka plastyczna [23] Dobrucki W. Politechniki Krakowskiej 1994.. [4] Jopkiewicz A. Warszawa: WNT 1987. AGH 2001 [6] Lewandowski L. Gliwice: Wyd. Laboratorium. Laboratorium. [13] Praca zbiorowa: Podstawy odlewnictwa . Lech Z.: Odlewanie kokilowe stopów metali nieżelaznych. Kaczorowski M.. [25] Dobrzanski L... Projektowanie. Błaszkowski K.: Technologia Odlewnictwa.. Warszawa: WNT 1986. Politechniki Gdańskiej 1997 [21] Tabor A. [20] Skoblik R. Laboratorium. topienia i odlewania metali. Waszkiewicz S.. Jopkiewicz A.. Marciniak Z. Briks W. Kraków: Wyd. Kraków: Wyd. Politechniki Poznańskiej 2002 Część II . Butnicki). [8] Murza . Politechniki Warszawskiej 1978. Odlewnictwo.. Materiały do projektowania procesów odlewniczych. Warszawa: WNT 1983. [16] Materiały do ćwiczeń laboratoryjnych z technik wytwarzania. Łódź: Wyd.: Tarcie. Katowice: Śląsk 1973.. [19] Skarbiński M. [7] Longa W. Nowosielski R..ćwiczenia laboratoryjne. Pawlak M.. Żakowski C. S. Katowice: Śląsk 1975. Politechniki Warszawskiej 1982. Gdańsk: Wyd.: Technologiczność konstrukcji maszyn. Politechniki Gdańskiej 1984. Odlewnictwo i obróbka plastyczna (Red.: Krzepnięcie odlewów w formach piaskowych. Ćwiczenia laboratoryjne z technologii formowania. Warszawa: PWN 1977. Kuczyński K. Gdańsk: Wyd.: Odlewnictwo. [10] Perzyk M.. Odlewnictwo..: Zarys odlewnictwa i wytapianie stopów. Projektowanie nowoczesnych metod wykonywania odlewów. Warszawa WNT 2000 [11] Poradnik inżyniera.LITERATURA Część l .: Techniki wytwarzania .: Metody badań metali i stopów.Odlewnictwo [l] Błaszkowski K. Poznań: Wyd. [3] Górny Z. Politechniki Krakowskiej 1994. zużycie i smarowanie w obróbce plastycznej metali. [18] Rączka J. [17] Rączka J.: Odlewnictwo i obróbka plastyczna..odlewnictwo.: Materiały formierskie.. [24] Erbel S. Kaczorowski R. AGH 1997. [15] Praca zbiorowa. Warszawa: PWN 1978.: Zarys obróbki plastycznej metali. [26] Gierzyńska M.: Technologia formy i rdzenia. Politechniki Poznańskiej 1993. Warszawa: WNT 1975. Warszawa: Wyd.A. Waszkiewicz S.: Podstawy metalurgii i odlewnictwa. Szczepanik. Stryjski J..: Wybrane zagadnienia z odlewnictwa. Kraków: Wyd. Warszawa: WNT 1977. Tabor A.: Technologia Odlewnictwa. Wybrane zagadnienia z technologii odlewnictwa. Poznań: Wyd. Wilczewski L. [12] Praca zbiorowa. [2] Chudzikiewicz R.. Ćwiczenia laboratoryjne i projektowe z odlewnictwa.Mucha P. 182 . Kraków: Wyd. Tabor A. [9] Perzyk M. Warszawa: Wyd.: Metalurgia i odlewnictwo. Nadolska D.. Politechniki Krakowskiej 1998 [22] Szweycer M. [14] Praca zbiorowa. Kraków: Wyd. Politechniki Śląskiej 1993. Odlewnictwo i obróbka plastyczna.: Przeróbka plastyczna. podstawy teoretyczne.. Katowice: Śląsk 1977. Gdańsk: Wyd. Laboratorium.: Mechanika procesów tłoczenia blach. Warszawa: WNT 1971.: Odkształcenia graniczne przy tłoczeniu blach.: Technologia i urządzenia walcownicze. Warszawa: Wyd. [34] Morawiecki M. [33] Marciniak Z. Warszawa: Wyd. Politechniki Gdańskiej 1997 [41] Stachowicz F. Wilczewski L. Warszawa: WNT 1961. Politechniki Warszawskiej 1984. [29] Kuczyński K. 183 ..P. AGH 2001 [31] Marciniak Z. Gdańsk: Wyd. Pręty. Tłoczenie blach.: Kucie matrycowe. [42] Wasiunyk P. Blachy. Leskiewicz W. [38] Praca zbiorowa pod redakcją Sińczaka J. Morawiecki M. Ocena materiałów hutniczych z punktu widzenia wymagań obróbki plastycznej na zimno . [35] Praca zbiorowa. Ćwiczenia laboratoryjne z budowy maszyn. Warszawa: WNT 1976. [30] Łuksza J. Wrocław: Wyd. Część II. Poznań: Instytut Obróbki Plastycznej 1981. Warszawa: WNT 1991. Politechniki Gdańskiej 1984. Kołodziejski J.: Elementy ciągarstwa.: Badania własności mechanicznych metali.. Wosiek E. Laboratorium.. Zakrzewski M. [40] Skoblik R. Katowice: Śląsk 1986.: Procesy przeróbki plastycznej – ćwiczenia laboratoryjne. [28] Katarzyński S. Kocańda S. Laboratorium. Kraków: Wyd. Część II. Materiały do ćwiczeń laboratoryjnych z technik wytwarzania. Obróbka plastyczna.Część I.. Kraków: Wydawnictwa Naukowe AKAPIT 2001 [39] Romanowski W.. Rzeszów: Wyd.II. [43] Wasiunyk P.: Obróbka plastyczna. Politechniki Warszawskiej 1983. Warszawa: WNT 1968. Politechniki Wrocławskiej 1981. [36] Praca zbiorowa. Warszawa: WNT 1987.: Teoria procesów kucia i prasowania. Podstawy teoretyczne i wykonawstwo ćwiczeń.: Odlewnictwo i obróbka plastyczna.. [37] Praca zbiorowa. Sadok L.[27] Jaglarz Z.. Erbel S.: Obróbka plastyczna.: Poradnik obróbki plastycznej na zimno. cz.: Teoria procesów obróbki plastycznej. [32] Marciniak Z. Politechniki Rzeszowskiej 1993.