MASZYNY DO OBRÓBKI PLASTYCZNEJ METALI

2. MASZYNY DO OBRÓBKI PLASTYCZNEJ METALI Dr inż. Ryszard GRZYB IMIiB Zakład Przetwórstwa Materiałów Metalowych i Polimerowych (pokój 173)

3. LITERATURA • 1. Dobrucki Wł.: Podstawy konstrukcji i eksploatacji • walcowni. Wydawnictwo „Śląsk, 1981. • 2. Wasiunyk P.: Kucie matrycowe. WNT, Warszawa, 1987. • 3. Cywiński M. i in.: Ćwiczenia laboratoryjne z obróbki plastycznej metali. • Skrypty Uczelniane. Wydanie II i III nr 1666 i 1968. • Gliwice, Pol. Śl.

4. Obróbka plastyczna metali zajmuje czołowe miejsce w produkcji wyrobów metalowych w  tym wyrobów hutniczych, elementów maszyn i wyrobów powszechnego użycia. Jest nowoczesną techniką wytwarzania, która w szerokim zakresie znajduje zastosowanie w różnych przemysłach gospodarki m.in. w przemyśle maszynowym, metalowym, samochodowym, lotniczym, elektrycznym i elektronicznym.

5. WYTWARZANIE WYROBÓW METALOWYCH Wytwarzanie większości wyrobów metalowych na drodze przeróbki plastycznej można podzielić na dwa zasadnicze etapy: - masowe wytwarzanie wyrobów hutniczych ze stali i materiałów nieżelaznych, które mogą być wykorzystane bezpośrednio na konstrukcje maszyn i budowli oraz służą jako wsad do dalszego przetwarzania w drugim etapie kształtowania, -wytwarzanie gotowych elementów maszyn i wyrobów użytkowych lub półproduktów do dalszej obróbki np. skrawaniem.

6. PODZIAŁ OBRÓBKI PLASTYCZNEJ Obróbkę plastyczną ze względu na sposób kształtowania i stosowane maszyny można podzielić na: • walcowanie hutnicze (blachy, pręty, kształtowniki, rury), • przetwarzanie hutnicze (blachy trapezowe, kształtowniki, • gięte na zimno, rury ze szwem), • walcowanie poza hutnicze (śruby, koła zębate, wałki), • kucie (odkuwki swobodnie kute, matrycowe), • wyciskanie (pręty, kształtowniki, rury z metali nieżelaznych), • tłoczenie (wyroby wykrawane, gięte, wytłoczki), • ciągnienie (druty, pręty, kształtowniki, rury).

7. Maszyny do obróbki plastycznej metali można podzielić ze względu kryterium uniwersalności na: - uniwersalne, - specjalne, - specjalizowane.

8. Maszyny do obróbki plastycznej ze względu na stosowaną technologię można podzielić na : 1. Maszyny stosowane do walcowania: 1.1. Walcarki wzdłużne do walcowania hutniczego z równoległym ułożeniem walców: - duo, - trio, - kwarto, - wielowalcowe (6 - walcowe, 12 - walcowe, 20 - walcowe t.z. Walcarki Sendzimira).

9. 1.1. Walcarki do walcowania rur: - skośne, (dziurujące i redukujace), - do walcowania ciągłego na trzpieniu, - inne. 1.2. Walcarki do walcowania poza hutniczego: - gwintów, - kół zębatych, - innych wyrobów.

10. 2. Maszyny stosowane do kucia: 2.1. Młoty - pojedynczego działania, - podwójnego działania, - wysokoenergetyczne,

11. 2.2. Prasy do kucia: 2.2.1. Mechaniczne - korbowe, - kolanowe, - klinowe, - śrubowe. 2.2.2. Hydrauliczne - pionowe (do kucia), - poziome (do wyciskania)

12. 2.3. Maszyny specjalne do kucia: - kuźniarki, - automaty kuźnicze, - inne.

13. 3. Maszyny stosowane do tłoczenia: 3.1. Prasy: 3.1.1. Mechaniczne - mimośrodowe - korbowe (pojedynczego i podwójnego działania), 3.1.2. Hydrauliczne 3.1.3. Pneumatyczne 3.2. Maszyny specjalne i specjalizowane: - prasy do cięcia i gięcia (prasy szybkobieżne do wykrawania, prasy krawędziowe), - automaty do wyrobów z taśmy i drutu i inne.

14. 4. Maszyny stosowane do ciągnienia: 4.1. Ciągarki ławowe: - łańcuchowe, - linowe, - zębatkowe, - hydrauliczne. 4.2. Ciągarki bębnowe - jednostopniowe, - wielostopniowe.

15. Maszyny posiadają określone parametry techniczne, których znajomość jest niezbędna przy projektowaniu procesów. Do najważniejszych parametrów należy zaliczyć: 1. Parametry energetyczne: - siła nacisku, - praca lub moment obrotowy, - moc. 2. Parametry technologiczne pozostałe np.: - prędkość, - czas cyklu, - temperatura. 3. Parametry geometryczne przestrzeni roboczej. 4. Wymiary gabarytowe i inne.

16. Siła technologiczna czyli siła odkształcenia w procesach przeróbki plastycznej jest duża lub bardzo duża. Siłę odkształcenia w większości procesów można wyznaczyć z zależności: gdzie: pśr – średni nacisk jednostkowy na styku materiału i narzędzi, Fd – rzut powierzchni styku materiału z narzędziem, q=1,2-5 -współczynnik uwzględniający opory tarcia przy odkształceniu, σp – naprężenie uplastyczniające.

17. Do walcowania stosuje się masywne walcarki wyposażone w odpowiednio sztywne walce robocze, niekiedy podparte walcami oporowymi. Schemat napędu walcarki wzdłużnej 1 - walce robocze, 2 - łącznik uniwersalny, 3 -klatka walców zębatych, 4 - łącznik kształtowy, 5 – sprzęgło, 6 - przekładnia główna, 7 – silnik, 8 - stojak

18. Walec gładki Walec bruzdowy Walce robocze do walcowania blach posiadają gładką beczkę, natomiast do walcowania prętów i kształtowników posiadają bruzdy, w celu kolejnego kształtowania pasma. Prześwit pomiędzy dwoma współpracującymi ze sobą roboczymi bruzdami walców nazywa się wykrojem.

19. Kształty wykrojów wykonanych na walcach do walcowania: szyn, dwuteowników, ceowników i kątowników

20. Schematy układów walców w walcarkach z równoległymi walcami • - duo, b) - trio, c) - kwarto, d) - dwudziestowalcowa (Sendzimira). • Walce oznaczone strzałkami są napędzane. Ze względu na liczbę walców zabudowanych w walcarce rozróżnia się m.in. walcarki: c) d) a) b)

21. Walcarka duo - 2 walce robocze, stosuje się do walcowania: kęsów, taśm, prętów, walcówki i  kształtowników. Walcarka duo może być nawrotna, pracująca w układzie posobnym lub nie nawrotna, pracująca w układzie ciągłym.

22. V V Walcarka trio - 3 walce robocze, stosowane do walcowania z mniejszą wydajnością kęsów, prętów i kształtowników.

23. V Walcarka kwarto - 2 walce robocze i 2 walce oporowe, stosowana do walcowania blach grubych i cienkich na gorąco oraz taśm i blach walcowanych na zimno. Walcarka kwarto może być nawrotna lub nie nawrotna.

24. W celu uzyskania dużej płaskości walcowanej blachy stosuje się metody kompensacji ugięcia walców w skutek działania siły walcowania P. Jednym ze sposobów jest przeginanie walców za pomocą siłowników hydraulicznych działających na czopy walców regulowaną siłą R. P Regulacja płaskości za pomocą przeginania walców

25. Schemat walcowania blach grubych na gorąco systemem ciągłym

26. Walcarka kwarto nawrotna do walcowania blach grubych Huta Batory

27. Układ ciągły 5-ciu walcarek kwarto do walcowania blachy grubej na gorąco

28. Wytwarzanie rur stalowych bez szwu Wytwarzanie rur bez szwu obejmuje trzy etapy obróbki plastycznej na gorąco: 1 etap - wykonanie grubościennej tulei na walcarkach skośnych lub przez wyciskanie na prasach hydraulicznych poziomych, 2 etap - walcowanie redukcyjne w celu uzyskania wymiarów rury zbliżonych do końcowych np. na walcarkach ciągłych, walcarkach skośnych redukujących, 3 etap - walcowanie kalibrujące zapewniające końcowe wymiary rury np. na walcarkach pielgrzymowych.

29. Pierwszy etap wytwarzania rur Schemat walcarki skośnej do dziurowania tulei grubościennej 1 – walec , 2 – trzpień, 3 – materiał

30. Drugi etap walcowania redukującego rur Schemat walcarkido ciągłego walcowania rur 1 – walce robocze, 2 – trzpień, 3 – rura Schemat ułożenia walców w walcarce do walcowania ciągłego rur: a – dwuwalcowe, b – czterowalcowe, c – trzywalcowe

31. Przykład maszyn do walcowania poza hutniczego Schemat walcarki do walcowania poprzecznego gwintu 

33. Maszyny i urządzenia stosowane do kucia odkuwek matrycowych Piec indukcyjny Prasa korbowa do cięcia Młot Prasa korbowa Prasa kolanowa

34. Młoty do kucia odkuwek matrycowych Kucie odkuwek na młotach jest uniwersalne, ale charakteryzuje się stosunkowo małą dokładnością i dużą uciążliwością. Do kucia stosuje się matryce w postaci bloków, mocowane za pomocą jaskółczego ogona do bijaka szaboty młota. Młoty do kucia matrycowego podwójnego działania uderzają z prędkością 7 – 9 m/s, kształtując dynamicznie materiał w kilku uderzeniach. Wielkość młotów określa się ich energią uderzenia lub masą części spadającej (matryca + bijak + tłoczysko + tłok). Buduje się młoty o energii od 12kJ (1000kg) do 630kJ (20Mg). Młoty do kucia charakteryzują się sztywną budową, dokładnym prowadzeniem bijaka w stojakach młota oraz muszą posiadać masywną podstawę w postaci szaboty. Szabota przejmuje energię uderzenia bijaka, dlatego musi być ok. 10 – 15 razy cięższa od masy spadającej.

35. Maszyny do kucia matrycowego - młot podwójnego działania

36. Odkuwka matrycowa jest to półwyrób, z którego wykonuje się gotowe elementy maszyn i wyroby metalowe za pomocą dalszej obróbki ubytkowej. Schemat matrycy wielowykrojowej do kucia na młotach 1’-jaskółczy ogon, 3’, 4’-wykroje pomocnicze, 5’-wykrój wstępnie matrycujący, 5’- wykrój matrycujący, 2-6 -kolejne fazy kształtowania

37. Młot Prasa Piec Gniazdo do kucia odkuwek matrycowych składające się z pieca indukcyjnego, młota i prasy do okrawania

38. Prasy mechaniczne • Prasy mechaniczne stanowią obszerną grupę maszyn technologicznych (uniwersalnych, specjalnych, specjalizowanych) do wykonywania m.in. operacji kucia i tłoczenia. Prasy wykonują operacje technologiczne poprzez wywieranie nacisku suwakiem, który wykonuje ruch posuwisto-zwrotny. • Ze względu na mechanizm, który zamienia ruch obrotowy na posuwisto zwrotny prasy dzielimy na: • korbowe (stosowane są do kucia matrycowego, do tłoczenia), • mimośrodowe ( powszechnie stosowane do wykrawania, • gięcia, do kształtowania za pomocą różnych operacji tłoczenia), • kolanowe (stosowane są do kucia matrycowego), • klinowe (stosowane są do kucia matrycowego), • krzywkowe ( mechanizm tego typu stosowany jest w prasach • automatycznych wielosuwakowych do wykonywania wyrobów • z taśmy, drutu itp.), • - śrubowe (stosowane są do kucia matrycowego).

39. Prasy mechaniczne – rodzaje napędów pras

40. Prasy do kucia odkuwek matrycowych Kucie odkuwek na prasach mechanicznych jest nieco mniej uniwersalne, ale za to charakteryzuje się większą dokładnością odkuwek i możliwością automatyzacji. Do kucia stosuje się obudowy kuźnicze z wkładkami matrycowymi, które często posiadają wypychacze. Najczęściej do kucia na gorąco stosuje się prasy mechaniczne korbowe, a na zimno kolanowe i hydrauliczne. Prasa kuźnicza korbowa charakteryzuje się bardzo sztywną konstrukcją ramy oraz układu: suwak – korbowód - wał korbowy – łożyska. Suwak posiada przedłużone i wzmocnione prowadzenie, co zapewnia mniejszą wrażliwość na nie osiowe obciążenia, jakie występują przy kuciu. Suwaki pras posiadają dolny punkt zwrotny i dlatego mają zabezpieczenia przed przeciążeniem: mechaniczne, elektryczne, a duże prasy (nowoczesne) posiadają zabezpieczenia czujnikami nacisku.

41. Prasa korbowa do kucia matrycowego

42. Przyrząd do kucia na prasach 1,2-obudowa, 5,6-wkładki matrycowe, 7,8-uchwyty mocujące, 9-słupy prowadzące, 10- tuleje prowadzące, 11,12- wypychacze

43. Maszyny stosowane do tłoczenia Tłoczenie jest procesem technologicznym obróbki plastycznej na zimno lub rzadziej na gorąco, obejmujące kształtowanie różnych elementów maszyn i wyrobów metalowych wykonywanych z blach, taśm, rur, prętów i drutu. • Następujące operacje tłoczenia wykonuje się na prasach uniwersalnych i specjalnych : • cięcie i wykrawanie (na prasach mimośrodowych • i specjalnych), • kształtowaniewytłoczek (na prasach specjalnych • korbowych i mimośrodowych).

44. Prasa mimośrodowa – uniwersalna 1-korpus, 2-stół, 3-suwak, 4-bezpiecznik mechaniczny, 5-mocowanie czopa, 6-przegub kulisty, 7-śruba regulująca, 8-korbowód, 9-tuleja mimośrodowa-nastawna 10-mimośród, 11- wał mimośrodowy, 12-sprzęgło mechaniczne, 13-hamulec, 14-koło zamachowe, 15-przekładnia pasowa, 16-silnik

45. Przykład przyrządu do wykrawania stosowanego na prasach uniwersalnych Wykrojnik z prowadzeniem słupowym 1 - stempel, 2 - prowadzenie taśmy, 3 - matryca, 4 - słup prowadzący.

46. Prasa podwójnego działania do tłoczenia wytłoczek z dociskaczem

47. Prasa hydrauliczna– krawędziowa do wykonywania kształtowników

48. Wyciskanie wyrobów długich z metali nieżelaznych Wyroby w postaci prętówrur i kształtowników z aluminium i miedzi i ich stopów, produkowane są przez wyciskanie współbieżne na gorąco na specjalnych poziomych prasach hydraulicznych. Prasy posiadają naciski od 20 – 200 MN (2-20 tys. ton) i s są sterowane komputerowo. Prędkość wyciskanego kształtownika wynosi do 30m/min. Proces kształtowania polega na wyciskaniu z pojemnika nagrzanego wlewka (np. dla stopów Al w temp. 460-540 oC) przez matrycę z otworem o kształcie wyrobu. Do wyciskania rur i kształtowników rurowych z Al stosuje się specjalne matryce komorowe z trzpieniami.

49. Wyciskanie wyrobów długich z metali nieżelaznych Proces wyciskania prowadzi się okresowo, w którym po wyciśnięciu jednego wlewka zostawiając „resztkę” wycofuje się tłoczysko i wprowadza się do pojemnika następny wlewek. Po wyciśnięciu wyroby wyciskane ze stopów Al są prostowane przez rozciąganie i cięte na odcinki oraz zwykle poddawane obróbce cieplnej.

50. Schemat wyciskania współbieżnego a) c) b) a) Schemat wyciskania prętów, b) matryca płaska do wyciskania prętów, c) matryca komorowa do wyciskania rur.