Kucie polega na nadawaniu materiałowi określonego kształtu przez zgniatanie go uderzeniem lub naciskiem narzędzi. W wyniku kucia oprócz zmiany kształtu następuje rozdrobnienie struktury oraz poprawa własności mechanicznych.
W zależności od kształtu narzędzi i sposobu ich oddziaływania na odkształcany metal, kucie dzieli się na swobodne i matrycowe.
Kucie swobodne zachodzi wtedy, gdy narzędzie wywiera nacisk tylko na częśćpowierzchni metalu, a pozostałe powierzchnie nie są ograniczone kształtem narzędziai metal może płynąć w dowolnych kierunkach (rys. 3.42a). Proces, w wyniku któregoodkształcony metal może przybierać jedynie kształt narzędzia nazywamy kuciemmatrycowym (rys. 3.42b).
Podczas procesu kucia występuje duża niejednorodność odkształcania, a to na skutek znacznego oddziaływania sił tarcia występujących pomiędzy odkształcanym materiałem a narzędziem. Niejednorodność odkształceń wynika z niejednorodności struktury i własności mechanicznych. Można na to wpływać poprzez zmianę sposobu, warunków i parametrów procesu kucia.
Prawidłowo odkute wyroby powinny charakteryzować się przebiegiem włókien materiału zgodnym z kształtem przedmiotu. Występujące nieciągłości włókien świadczą o nieprawidłowej technologii kucia.
Wsad i wyrób w procesie kucia
Kuć można stale węglowe i stopowe o dużej zawartości węgla. W innych procesach obróbki plastycznej ilość węgla w stali nie może być tak wysoka.
Możliwość obróbki metali plastycznych metodą kucia wynika stąd, że podczas tego procesu stan naprężeń jest zbliżony do trójosiowego ściskania. Kuciu poddaje się wlewki, kęsy, kęsiska, pręty, kształtowniki, przedkuwki itp. Wlewki do kucia mogą pochodzić zarówno z odlewania do wlewnic, jak i z odlewania ciągłego czy półciągłego.
Możliwości uzyskiwania (poprzez kucie) wyrobów o różnych kształtach są bardzo duże. Metodą kucia swobodnego otrzymuje się przede wszystkim pręty o różnych przekrojach. Kucie zastępuje walcowanie czy wyciskanie gdy wykonywane partie prętów są ilościowo niewielkie i nie opłaca się ich walcować czy wyciskać.
Najmniejsze wymiary poprzeczne kutych wyrobów wynoszą ok. 4 mm, a największe dochodzą zwykle do 200mm. Długość prętów wynosi 1,5—6,0m. Masa kutych wyrobów może wynosić do 200 Mg.
Kuciem swobodnym można uzyskiwać również wyroby (odkuwki) o różnych jurnych kształtach: kostki, krążki, pierścienie, tuleje, wały proste i z odsadzeniami. ponadto wyroby o kształtach bardziej złożonych: wały korbowe, łączniki, wsporniki z rozwidleniami itp.
Ze względu na złożoność kształtu odkuwek i trudności w ich wykonaniu, dzielimy je na proste, normalne i złożone.
Odkuwki uzyskiwane podczas kucia matrycowego mają dokładniejsze kształty i wymiary od odkuwek kutych swobodnie. Możliwości uzyskiwania wyrobów o złożonych kształtach są ograniczone praktycznie jedynie przez konstrukcję matryc. Do najczęściej wykonywanych wyrobów w procesie kucia matrycowego zalicza się: tuleje, piasty, koła zębate, korbowody, wałki, wały korbowe, haki, kule do młynów, itp.
Przykłady typowych odkuwek matrycowych przedstawiono w tabeli 3.6.
Technologia kucia
Klasyfikację kucia ze względu na czynniki ograniczające płynięcie kształtowanego materiału, rodzaj napędu oraz maszyn kuźniczych i ruchu matryc przedstawiono na rysunku 3.43.
Kucie za pomocą maszyn specjalnych może odbywać się zarówno statycznie, jak i dynamicznie.
Kucie swobodne. Proces technologiczny kucia swobodnego polega na łączeniu dowolnej liczby podstawowych operacji kuźniczych. Operacje takie to:
— spęczanie — zmniejszanie wysokości materiału z równoczesnym zwiększeniem jego przekroju poprzecznego,
— wydłużanie — zwiększenie długości materiału i zmniejszenie przekroju poprzecznego,
— dziwowanie — wykonywanie otworów,
— wgłębianie — nieprzelotowe drążenie stemplem,
— odsądzanie — wyraźne zmniejszenie przekroju poprzecznego materiału na części jego długości,
— przesadzanie — równoległe przesunięcie jednej części materiału względem drugiej,
— rozkuwanie — zwiększenie otworu przez wydłużanie materiału na trzpieniu w kierunku obwodowym.
Podczas kucia na styku materiału z kowadłami powstają siły tarcia przeciwdziałające równomiernemu płynięciu materiału. Wywołuje to utworzenie się stref o różnym stopniu odkształcenia.
Można wyróżnić trzy charakterystyczne strefy (rys. 3.44).:
I — stożki przylegające do powierzchni narzędzia (niemal trójosiowe równomierne ściskanie),
II — obszar między tymi stożkami (trójosiowe nierównomierne ściskanie, a w pewnych warunkach rozciąganie). Jest to strefa intensywnego plastycznego płynięcia,
III — obszar tworzący zewnętrzny pierścień obszaru I (występują znaczne naprężenia rozciągające w kierunku obwodowym).
Powyższy rozkład naprężeń oraz stref płynięcia materiału powoduje, że spęczanie półwyrobów o małym stosunku wysokości h do średnicy d prowadzi do otrzymania przedmiotów o kulistej powierzchni bocznej (tzw. beczki) w całym zakresie odkształceń.
Natomiast podczas spęczania wysokich półwyrobów walcowanych najpierw tworzą się podwójne beczki (przy obu kowadłach), które następnie przechodzą w jedną beczkę.
Aby uniknąć wyboczenia materiału podczas kucia, stosunek h/d nie powinien przekraczać ok. 2.
Kucie matrycowe. Zwykle jest to kucie na gorąco, aby zwiększyć plastyczność materiału. Podczas tak prowadzonego kucia jest możliwe uzyskiwanie odkuwek o bardzo skomplikowanych kształtach.
W końcowej fazie kucia niebezpieczeństwo pękania materiału jest minimalne na skutek występowania w odkuwce stanu trójosiowego ściskania, towarzyszy temu jednak duży wzrost siły nacisku, który jest 3—6 razy większy niż podczas kucia swobodnego.
Rozróżnia się dwa rodzaje kucia matrycowego: z wypływką i bez wypływki.
Kucie z wypływką prowadzi się w matrycach otwartych (rys. 3.45a), w których materiał po wypełnieniu wykroju wypływa między matryce tworząc pierścień zwany wypływką. Wypływka, stanowiąca odpad, może stanowić 20—30% odkuwki.
Kucie bez wypływki przeprowadza się używając matryc zamkniętych (rys. 3.45b). Ilość materiału musi tu być dokładnie odpowiadająca objętości odkuwki.
Puchaczo_o