Kucie.pdf

Ćwiczenie 3

KUCIE

Celem ćwiczenia jest:

- poznanie podstawowych operacji kucia swobodnego,

- poznanie rodzajów konstrukcji matryc stosowanych do kucia, sposobu

określania sił kucia i odkształcania metalu w kuciu matrycowym,

- poznanie czynników technologicznych decydujących o prawidłowym prze-

biegu procesu kucia i właściwościach otrzymywanych wyrobów.

1. W STĘP

W procesie kucia materiał jest odkształcany trwale na gorąco lub na zimno pod

działaniem uderzeń młota, nacisku prasy lub walców. W chwili uderzenia bijaka o

metal (pomijając straty energii) energia kinetyczna bijaka jest zamieniana na pracę

odkształcenia plastycznego. Wyrób uzyskany w wyniku kucia nazywa się odkuwką,

jeżeli proces kucia jest wykonywany w kilku operacjach to odkuwka po pierwszym

kuciu nazywa się przedkuwką w drugiej operacji (w kolejnych jest tak samo).

Wsadem do procesów kucia mogą być wlewki, kęsiska, kęsy oraz pręty.

Odkuwki charakteryzują się:

• kształtem i wymiarami zbliżonymi do gotowej części,

• drobnoziarnistą strukturą,

• włóknistym rozkładem zanieczyszczeń,

• podwyższonymi własnościami mechanicznymi w stosunku do materiału

wyjściowego.

Podstawową decyzją o zastosowaniu kucia zamiast innych technologii wykonania

(np. odlewania) są wymagania dotyczące lepszych właściwości mechanicznych. Z

odkuwek wykonuje się najbardziej odpowiedzialne części maszyn, jak wirniki turbi-

nowe, wały okrętowe, wały korbowe, korbowody, elementy układu kierowniczego,

haki i inne.

W zależności od kształtu narzędzi i sposobu ich oddziaływania na odkształcany

metal kucie dzielimy na:

• swobodne

o w kowadłach płaskich,

o w kowadłach kształtowych (pół swobodne),

• matrycowe:

o w matrycach otwartych,

o w matrycach zamkniętych.

a) b) c)

Rys. 1. Operacja kucia swobodnego: a) w kowadłach płaskich b) i c) w kowadłach kształtowych

Kucie swobodne w kowadłach płaskich (rys. 1a) charakteryzuje się odkształce-

niem metalu przez zgniatanie go miedzy powierzchniami kowadeł dolnego i górnego.

W procesie tym płynięcie metalu na boki jest nieograniczone, przez co powstają nie-

równomierne pola odkształceń powodujące w pewnych częściach odkształcanego

przedmiotu naprężenia rozciągające. Taki stan naprężeń może w pewnych przypad-

kach spowodować przejście z trójosiowego ściskania w różnoimienny stan naprężenia

(rys. 5), co znacznie pogarsza plastyczność metalu, co z kolei przy większych od-

kształceniach może doprowadzić do rozerwania spójności cząstek i pojawienia się

pęknięć.

Kucie swobodne w kowadłach kształtowych (rys. 1b, c) charakteryzuje się swo-

bodnym wydłużeniem metalu , natomiast jego rozszerzanie jest częściowo ograniczo-

ne bocznym naciskiem ścianek narzędzia. W tym przypadku powstające naprężenia

rozciągające są mniejsze, a plastyczność materiału większa niż w przypadku kucia w

kowadłach płaskich.

Rys. 2. Kucie w matrycach: a) matryce otwarte b) matryce zamknięte

Kucie w matrycach otwartych (rys. 2a) charakteryzuje się tym, że rozszerzanie

materiału jest częściowo ograniczone bocznym naciskiem ścianek na narzędzia. W

porównaniu z kuciem w kowadłach płaskich jednostkowy nacisk jest 1,5-3 razy więk-

szy, a plastyczność metalu znacznie lepsza. Przedkuwka ma większą objętość od go-

towego wyrobu, nadmiar materiału w trakcie procesu kucia wypełnia rowek na wyp

ływkę. W przypadku wykonywania odkuwek o złożonych kształtach rozkład odkształ-

ceń jest nierównomierny, co sprzyja wytwarzaniu się dość znacznych naprężeń roz-

ciągających. W takich przypadkach w celu zapobieżenia powstawania pęknięć wyko-

nuje się odkuwki z przedkuwek.

Kucie w matrycach zamkniętych (rys. 2b) charakteryzuje się tym, że rozszerza-

nie materiału jest ograniczone ściankami narzędzia. Powoduje to powstawanie w całej

objętości materiału trójosiowego ściskania. Jednostkowy nacisk odkształcenia jest

dwukrotnie większy niż w przypadku kucia w matrycach otwartych.

Najważniejsze parametry procesu kucia:

9 temperatury nagrzewania materiału,

9 prędkości odkształcenia.

Rys. 3. Zakres temperatur kucia dla stali węglowych, 1-3 półwyroby cienkie, 1-2 półwyroby grube[2]

Temperatura nagrzewania materiału. Procesy kucia dla większości metali i sto-

pów wykonuje się na gorąco, ma to na celu zmniejszenie nacisków potrzebnych do

kształtowania dzięki zmniejszeniu naprężenia uplastyczniającego oraz zwiększeniu

wartości odkształcenia granicznego (powodującego pękanie materiału). Patrz laborato-

rium „Odkształcanie na zimno i wyżarzanie materiałów”. Na rysunku 3 przedstawiono

zakres temperatur kucia dla stali węglowej.

Z uwagi na możliwość powstawania znacznych różnic temperatur, procesy na-

grzewania dzieli się na procesy nagrzewania wsadu cienkiego i wsadu grubego. Wsa-

dem cienkim nazywane są przedmioty, w których różnica temperatur powierzchni i

środka jest nieznaczna i nie może spowodować powstania niebezpiecznych naprężeń

cieplnych. Wsadem grubym (masywnym) nazywane są przedmioty, w których pod-

czas szybkiego grzania występują duże naprężenia mogące spowodować pęknięcia

materiału.

Jakość odkuwek, ich właściwości i struktura, w dużym stopniu zależą od prawi-

dłowego nagrzewania materiału. Nieodpowiednie nagrzewanie materiału prowadzi do

przegrzania i przepalenia oraz nadmiernego utlenienia jego powierzchni.

Prędkość odkształcania. Wpływ prędkości odkształcania na wzrost naprężenia

uplastyczniającego przy obróbce na gorąco jest znacznie większy niż przy obróbce na

zimno. Przy obróbce na gorąco zachodzą równocześnie dwa procesy działające prze-

ciwnie na opór plastyczny: umocnienie i zdrowienie. Szybkość umocnienia wyznacza

się szybkością odkształcania, a szybkość zdrowienia – szybkością rekrystalizacji, za-

leżną od temperatury.

W zależności od wzajemnej szybkości obu procesów opór plastyczny przy danej

temperaturze zmienia się. Jeżeli szybkość odkształcania jest zbyt duża i proces od-

kształcania zbyt krótki, to metal nie zdąży zrekrystalizować i będzie stawiał znaczny

opór plastyczny.

Zmniejszenie prędkości odkształcania, a więc przedłużenie czasu trwania procesu,

powoduje zatem podobny skutek jak zwiększenie temperatury.

Przy kształtowaniu na prasach i młotach prędkość odkształcania mieści się w gra-

nicach 1÷10 2 s -1 .

2. K UCIE SWOBODNE

Kucie swobodne może być realizowane ręcznie lub maszynowo.

Do najczęściej stosowanych operacji kucia swobodnego należą: spęczanie, wydłu-

żanie, przebijanie, poszerzanie, wgłębianie, przebijanie, rozkuwanie, odsadzanie,

przesadzanie, gięcie, przecinanie, skręcanie, zgrzewanie.

Spęczanie jest operacją mającą na celu zwiększenie przekroju poprzecznego mate-

riału kosztem zmniejszenia jego wysokości lub długości (rys. 4). Operacja ta może

być wykonywana na całej wysokości (długości) przedmiotu lub jedynie w określonych

jego miejscach (spęczanie miejscowe) (rys. 4c, d, e). Spęczanie materiału powoduje

zgrzanie pęcherzy, rzadzizn i nieciągłości znajdujących się we wlewkach.

Rys. 4. Główne operacje spęczania

Materiał o kształcie walcowym, w wyniku spęczania swobodnego przyjmuje

kształt baryłkowaty, który jest zależny w znacznej mierze od tarcia występującego

miedzy narzędziem a metalem. Ze wzrostem współczynnika tarcia baryłkowatość

zwiększa się. Czynnikami wpływającym na baryłkowatość są również: ochłodzenie

spęczanego materiału w otoczeniu stykających się z nim chłodniejszych kowadeł,

rodzaj materiału, temperatura kucia, szybkość odkształcania, rodzaj uderzenia (poje-

dyncze czy seryjne), smukłość wsadu (określana stosunkiem h/d ) oraz stopień gniotu.

Smukłość wsadu nie powinna przekroczyć 2,5, przy spęczaniu prostopadłościanu

stosunek wysokości do mniejszego boku podstawy nie powinien przekraczać 3,5. Przy

większych wartościach łatwo może nastąpić wyboczenie, którego usunięcie wymaga

dodatkowych operacji.

W pionowym przekroju spęczonej próbki cylindrycznej można wyodrębnić trzy

obszary odkształceń (rys. 5). Obszar I, przylegający do płaszczyzn czołowych odkuw-

ki, odkształca się najmniej, jest to wynikiem tarcia materiału o narzędzie. Największe

odkształcenia zachodzą w obszarze II, przy czym przejście z obszaru I do II następuje

w sposób ciągły, tak że brak miedzy nimi wyraźnej granicy. Obszar III jest obszarem

średnich odkształceń.

a) b)

Rys. 5. Nierównomierność płynięcia materiału przy kuciu swobodnym: a) widoczna zniekształcona wsku-

tek kucia siatka prostokątna b) obszary odkształceń i stan naprężeń w poszczególnych strefach; I obszar

małych odkształceń II i III obszary dużych odkształceń

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: