63
1. Wstęp...............................................................................................................3
2. Cel i uzasadnienie tematu................................................................................5
3. Umocnienie jako zjawisko towarzyszące odkształceniom plastycznym.........6
3.1. Wpływ zgniotu na właściwości i strukturę materiału...................................8
4. Wpływ temperatury wyżarzania na właściwości zgniecionego materiału..10
4.1. Zanik naprężeń wewnętrznych...................................................................13
4.2. Rekrystalizacja ..........................................................................................16
4.3. Rodzaje rekrystalizacji................................................................................15
4.3.1. Rekrystalizacja pierwotna........................................................................15
4.3.2. Rekrystalizacja równomierna..................................................................18
4.3.3. Rekrystalizacja wtórna.....................................................................18
4.4. Temperatura rekrystalizacji........................................................................19
4.5. Wielkość ziarna po rekrystalizacji..............................................................21
4.6. Wyżarzanie rekrystalizujące.......................................................................23
5 . Podstawy teoretyczne procesów tłoczenia...................................................26 6. Wytłaczanie jako pierwsza operacja tłoczenia.............................................27
6.1.Wyznaczanie średnicy krążka wyjściowego................................................29
6.2. Ciągnienie kołnierza wytłoczki...................................................................31
6.3. Kształtowanie dna wytłoczki. ....................................................................32
6.4. Przyczyny pękania wytłoczek oraz środki zmierzające do ich
wyeliminowania..........................................................................................33
6.5. Fałdowanie kołnierza oraz sposoby jego zapobiegania.............................35
6.5.1. Luz jako czynnik wpływający na występowanie wad.............................37
7. Przetłaczanie jako następna operacja tłoczenia-zwiększenie wysokości kosztem zmniejszenia średnicy d................................................................38
7.1.Rozerwanie wytłoczki siłą osiową...............................................................41
7.2. Fałdowanie ścianki bocznej........................................................................43
7.3. Pękanie obrzeża wytłoczki..........................................................................44
7.4. Wyciąganie jako kolejna metoda przetłaczania..........................................45
7.5. Dotłaczanie jako operacja wykończająca...................................................47
8. Badania własne..............................................................................................49
8.1. Cel badań....................................................................................................49
9. Przeprowadzenie prób w warunkach laboratorium, oraz zestawienie wyników......................................................................................................50
9.1. Stanowisko badawcze.................................................................................50
9.2. Tłoczenie na surowo bez wyżarzania rekrystalizującego z użyciem środka smarnego.....................................................................................................51
9.3. Wykonanie operacji tłoczenia i przetłaczania z wykorzystaniem procesu wyżarzania rekrystalizującego....................................................................62
10. Analiza wyników.........................................................................................78
11. Wnioski........................................................................................................80
Literatura............................................................................................................81
1.Wstęp
Obróbka plastyczna na zimno jest procesem technologicznym realizowanym w wyniku plastycznego odkształcenia metalu za pomocą różnego rodzaju narzędzi, bezpośrednio odkształcających metal i wykonujących żądaną operacje. Obróbkę plastyczną stosuje się w procesach wytwarzania wyrobów hutniczych , półwyrobów do dalszej obróbki ,części maszyn i urządzeń na gotowo, na przykład wytłoczek z blachy części wyciskanych na zimno, części prasowanych i innych nie wymagających dodatkowej obróbki wykańczającej.
Technologia ta , jako określona technika wytwarzania posiada wiele zalet, uzasadniających w pełni jej rozpowszechnienie, do których można zaliczyć przede wszystkim duży stopień wykorzystania materiału, dużą wydajność procesu oraz poprawę własności mechanicznych wyrobu.
Jednym z procesów technologicznych obróbki plastycznej na zimno jest tłoczenie. Przedstawiając udział tego procesu w technice wytwarzania należy zaznaczyć że chociaż panuje powszechne przekonanie o przynależności obróbki plastycznej do nowoczesnych metod technologicznych, a więc powinna być ona w każdym przypadku możliwie stosowana, to jednak analizy statystyczno-ekonomiczne jak i praktyka zakładów przemysłowych wskazuje na stale utrzymujący się zbyt duży udział metod wiórowych. Jako przyczynę ograniczonych zastosowań przemysłowych określa się przede wszystkim brakiem maszyn do obróbki plastycznej i występujące z wykonaniem odpowiednich narzędzi. Tłoczenie jest to jeden z procesów technologicznych obróbki plastycznej na zimno lub na gorąco, który obejmuje kształtowanie blach, folii oraz płyt niemetalowych lub przedmiotów o malej grubości w stosunku do innych wymiarów. W procesie tym kształtowanie materiału wyjściowego odbywa się bez naruszenia jego spójności.
Do podstawowych operacji tłoczenia można zaliczyć przede wszystkim wytłaczanie, przetłaczanie i wyciąganie. Do innych operacji tłoczenia zalicza się też dotłaczanie i wyoblanie. Takimi sposobami kształtowania można otrzymać wiele wyrobów o symetrii osiowej i zróżnicowanej grubości ścianek, takich jak na przykład cylindry amortyzatorów , butle, pojemniki gazowe, korpusy gaśnic, łuski pocisków, obudowy filtrów olejowych i tym podobne wyroby o podobnym kształcie. Przedmioty o wyżej wymienionych kształtach są właśnie tak zwanymi głębokimi wytłoczkami, którym w niniejszej pracy zostanie poświęcona szczególna uwaga.
2. Cel i uzasadnienie podjętego tematu.
Celem niniejszej pracy jest dokładne omówienie procesów tłoczenia oraz pokazanie jak wyżarzanie rekrystalizujące wpływa na dalszą przeróbkę odkształconego materiału.
Jak wiadomo materiał poddany zgniotowi, w porównaniu z materiałem nie poddanym obróbce plastycznej, wykazuje wzrost sprężystości oraz wzrost wytrzymałości na rozciąganie i twardości, a jednocześnie spadek własności plastycznych, wydłużenia i przewężenia oraz udarności. W materiale poddanym obróbce plastycznej na zimno pojawiają się również naprężenia wewnętrzne, które osiągają niekiedy tak duże wartości, że prowadzą do pęknięć.
W celu wyeliminowania tych, niekiedy nie pożądanych czynników stosuje się właśnie proces wyżarzania rekrystalizującego, który ma na celu przywrócenie pierwotnych właściwości materiałowi odkształconemu.
W oparciu o podane we wstępie pracy mechanizmy i wiadomości związane z procesem tłoczenia, w niniejszej pracy podjęto próbę głębszej analizy literaturowej w zakresie tematycznym, która poszerzając zakres wiadomości dotyczących procesu tłoczenia umożliwiłaby szersze zastosowanie i rozpowszechnienie tej technologii w przemyśle.
Uwzględniając powyższe w dalszej części pracy zajęto się analizą
czynników technologicznych, mających wpływ na kształtowanie wytłoczek. Bazując na ogólnodostępnej literaturze, w niniejszej pracy zostaną przedstawione zależności i czynniki wpływające na proces tłoczenia.
3. Umocnienie jako zjawisko towarzyszące odkształceniom plastycznym.
Umocnieniem metali nazywa się wzrost naprężeń uplastyczniających wywołany trwałymi odkształceniami.
Zjawisko umocnienia tłumaczy się wzrostem poziomu naprężeń koniecznych do wywołania ruchu dyslokacji. Dyslokacje poruszające się napotykają na swej drodze przeszkody. Są nimi innego rodzaju defekty sieci krystalicznej, takie jak bak atomów w położeniach węzłowych (wakanse), atomy obce i nadmiarowe granice bloków lub różne układy dyslokacji stacjonarnych albo poruszających się. Liczba tych ostatnich przeszkód powiększa się w miarę wzrostu gęstości dyslokacji. Pierwsze dyslokacje spiętrzają się przy napotkanych przeszkodach, następne zaś, poruszające się w innych systemach poślizgów, krzyżują się z nimi, tworząc różnego rodzaju sploty. W ten sposób wzrasta liczba dyslokacji w materiale, a zmniejsza się swobodna droga dyslokacji. Zjawisko wzrastania oporów ruchu dyslokacji w rzeczywistości jest bardziej złożone od przedstawionego, niemniej jednak czynnikiem decydującym o umocnieniu materiału jest wzrost gęstości dyslokacji. Należy podkreślić, że rozkład dyslokacji w odkształcanym materiale, ze względu na tworzące się sploty, nie jest równomierny. Sploty te są granicami wąskokątowymi tzw. substruktury komórkowej. Umacnianie materiału trwa tak długo, jak długo wzrasta gęstość dyslokacji. Nie może ona jednak zwiększać się w sposób nieograniczony. Maksymalna gęstość dyslokacji zależy od rodzaju materiału, działającego stanu naprężenia i temperatury.
W przypadku działania naprężeń rozciągających z chwilą wystąpienia pewnej gęstości dyslokacji następuje naruszenie spójności materiału przez utworzenie się szczelin. Dalsze odkształcanie prowadzi zwykle do rozdzielenia materiału.
Naprężenia ściskające o dostatecznie dużej wartości utrudniają powstawanie szczelin, a przez to stwarzają warunki sprzyjające przemianie układów dyslokacji w nowe granice ziaren, na których nie można rozróżnić poszczególnych dyslokacji. Procesowi temu towarzyszy spadek gęstości dyslokacji w obszarze nowej granicy. Powoduje to pewne obniżenie poziomu naprężeń uplastyczniających. Jednakże jest on nadal wysoki, gdyż granice ziaren są również przeszkodą dla ruchu dyslokacji. W tej fazie procesu odkształcania naprężenia uplastyczniające ustalają się na pewnym poziomie, a nawet mogą się obniżyć. Zjawisko takie występuje dopiero przy bardzo dużych wartościach odkształceń.
W wyższych temperaturach dostarczona energia cieplna przyspiesza proces przemiany układów dyslokacji w granice ziaren. Przemiana ta zachodzi wówczas przy mniejszej gęstości dyslokacji. Ma to korzystny wpływ na zachowanie spójności materiału, gdyż możliwość powstania szczelin się zmniejsza.
Tworzenie się szczelin w materiale lub przemiany układów dyslokacji w nowe granice ziaren wyznaczają granice odkształceń, w których zachodzi zjawisko umocnienia materiału.
3.1. Wpływ zgniotu na właściwości i strukturę materiału.
Wielkość odkształcenia plastycznego metalu dla celów technicznych określa się procentowym stosunkiem zmniejszenia pola przekroju poprzecznego A materiału do pola początkowego AO
gdzie:
AO -przekrój początkowy materiału,
A- przekrój po obróbce plastycznej.
Odkształcenie plastyczne poza zmianą kształtu i wymiarów materiału powoduje zmiany:
· mikrostruktury,
· stanu naprężeń
· właściwości.
Całokształt tych zmian określa się mianem zgniotu.
Odkształcenie następuje głównie przez poślizg, zachodzący wydłuż płaszczyzn i kierunków łatwego poślizgu ( systemach poślizgu), typowych dla struktury krystalicznej kryształu, oraz w pewnym stopniu przez bliźniakowanie. Skutkiem poślizgów w częściach kryształu następują obroty sieci względem kierunku działania siły zewnętrznej takie, że podczas rozciągania kierunek poślizgu dąży do położenia równoległego do kierunku rozciągania, a podczas ściskania normalna do płaszczyzny poślizgu dąży do położenia równoległego do kierunku ściskania.
W polikrysztale o przypadkowej orientacji poszczególnych, przeważnie równo-osiowych ziarn, w wyniku poślizgów w ziarnach, niewielkie gnioty powodują pewne ich wydłużenie w kierunku największego odkształcenia (odkształcenia wewnątrz-krystaliczne). Duże gnioty skutkiem poślizgów i bliźniakowania powodują wydłużenie ziarn oraz ich rozdrobnienie; (fragmentację) i obroty (odkształcenia wewnątrzkrystaliczne), co prowadzi do utworzenia tzw. struktury włóknistej charakterystycznej np. dla blach i drutów. Dostatecznie duże gnioty doprowadzają do zgodności określonego kierunku krystalograficznego z kierunkiem największego odkształcenia, czyli do statystycznie uprzywilejowanej orientacji ziarn — do utworzenia tekstury odkształcenia.
Tekstura odkształcenia zależy od struktury krystalicznej materiału oraz od sposobu odkształcenia. Tekstura wywołuje właściwości, głównie wytrzymałości na rozciąganie i wydłużenia. Anizotropie potęgują na przykład w stalach wtrącenia faz międzymetalicznych rozciągniętych albo rozłożonych w kierunku największego odkształcenia. Anizotropia jest na ogół nie pożądana (np. w blachach), ale w szczególnych przypadkach może być korzystna (np. druty, blachy transformatorowe), jeżeli potęguje określone właściwości w pożądanym kierunku.
Zmiany właściwości materiału objawiają się głównie umocnieniem: powiększeniem granicy sprężystości, wytrzymałości i twardości, a zmniejszeniem granicy plastyczności, wydłużenia, przewężenia i udarności (rys.3.1.)
Rys.3.1. Zmiana właściwości mechanicznych mosiądzu wywołana odkształceniem plastycznym. [14]
4. Wpływ temperatury wyżarzania na właściwości zgniecionego materiału.
Jeśli zgnieciony materiał poddawać będziemy działaniu coraz to większej temperatury, to możemy zaobserwować następujące zjawiska:
· zanik naprężeń wewnętrznych,
· rekrystalizacja i rozrost ziarn .
Przebieg tych zmian zjawisk w zależności od temperatury przedstawia schematycznie rys.4.1.
Rys.4.1. Schematyczny przebieg zmian zachodzących podczas nagrzewania materiału poddanego zgniotowi na zimno. [12]
skyline1985