Ciągarstwo.pdf

Ćwiczenie 5

WYTWARZANIE WYROBÓW METALOWYCH

W PROCESIE CI Ą GNIENIA

Celem ćwiczenia jest:

- praktyczne zapoznanie się z procesem ciągnienia oraz wpływem stopnia

odkształcenia na właściwości wytrzymałościowe i plastyczne ciągnionego

materiału.

1. W PROWADZENIE

Ciągnienie jest procesem plastycznej przeróbki metali, przeprowadzanym

najczęściej na zimno, w którym odkształcany półwyrób pod wpływem przeciągania go

przez otwór narzędzia lub pomiędzy nienapędzanymi walcami, zmienia kształt oraz

pole przekroju poprzecznego [3]. Na rys. 1 pokazano schemat ciągnienia drutu

okrągłego.

P o

P c

Rys. 1 Schemat ciągnienia drutu okrągłego, działania sił oraz stany naprężenia i odkształcenia w osi

ciągnionego metalu [1]

Podczas przeciągania materiał obciążony jest siłami osiowymi: siłą ciągnienia P c ,

a także, jeśli stosowany jest przeciwciąg, siłą przeciwciągu P o , oraz siłami

pochodzącymi od nacisku normalnego p N metalu na ciągadło i naprężeń stycznych τ

wywołanych tarciem na powierzchni styku.

Siły zewnętrzne obciążające materiał powodują, że w strefie odkształceń położonej

w matrycy panuje przestrzenny, trójosiowy stan naprężenia i odkształcenia.

Wyroby otrzymywane w procesie ciągnienia charakteryzują się bardzo gładką

powierzchnią żądanymi własnościami mechanicznymi. Ciągnienie stosowane jest

głównie do otrzymywania:

• prętów okrągłych i kształtowych o dużych przekrojach, charakteryzujących

się wysokimi właściwościami mechanicznymi, dużą dokładnością

wymiarów oraz wysoką jakością powierzchni

• prętów kształtowych o małych i bardzo małych przekrojach,

• drów cienkich o średnicach mniejszych niż 4 mm

• rur o różnych kształtach i przekrojach,

• rur cienkościennych o małych i bardzo małych średnicach (średnice poniżej

1mm i grubości ścianki rzędu dziesiętnych części milimetra

Materiał wyjściowy do wyrobu drutu

Materiałem wyjściowym do wyrobu drutu jest walcówka, prasówka lub pręty

z odlewu ciągłego oraz pręty kute ze sprasowanych proszków. Najczęściej do wyrobu

używa się walcówki, tj. drutu walcowanego o średnicy 5-8 mm. W przypadku

niektórych metali nieżelaznych, dających się dobrze przerabiać na gorąco, materiałem

wyjściowym jest tzw. prasówka, tj, drut o średnicy 6-8 mm otrzymany sposobem

wyciskania współbieżnego na gorąco. Jeśli materiał nie daje się ani walcować na drut,

ani wyciskać na gorąco, to materiałem wyjściowym jest tzw. krajka bądź pręty

z odlewu ciągłego. Krajkę otrzymuje się w ten sposób, że odlewa się płytkę okrągłą,

którą po ujednorodnieniu walcuje się na zimno do grubości 6-8 mm. Po

przewalcowaniu tnie się nożycami krążkowymi po spirali, uzyskując krajkę o

przekroju prostokątnym lub kwadratowym. Naroża przekroju najczęściej ścina się

przeciągając krajkę przez tzw. ostre ciągadło. Otrzymaną w ten sposób krajkę

następnie przeciąga się przez normalne ciągadło.

Materiałem wyjściowym do produkcji drutów trudno obrabialnych plastycznie na

gorąco między innymi ze względu na kruchość na. gorąco, jak np., wolfram, tytan,

molibden, są pręty kute z uprzednio sprasowanych proszków tych metali.

Rozwinięcie się metody ciągłego odlewania półfabrykatów spowodowało, że są

one bezpośrednio przekazywana w kręgach do ciągarni. Sposoby te stosuje się

głównie do metali i stopów metali nieżelaznych.

Zasadniczym narzędziem do ciągnienia jest ciągadło . Ciągadła wykonuje się ze

stali narzędziowych, z węglików spiekanych oraz diamentów.

Ze względu na budowę, ciągadła dzieli się na [3]:

• ciągadła monolityczne, nazywane także oczkowymi,

• ciągadła składane, nazywane segmentowymi,

• ciągadła rolkowe

ze względu na liczbę gniotów realizowanych w jednym ciągu:

• ciągadła jednostopniowe

• ciągadła wielostopniowe

ze względu na wykonywanie ruchy w czasie pracy

• stałe

• ruchome

ze względu na wspomaganie ciśnienia smaru

• ciągadła o smarowaniu hydrostatycznym

• ciągadła o smarowaniu hydrodynamicznym.

Na rys. 2 przedstawiono rożne kształty strefy zgniatającej dla ciągadła

monolitycznego w zależności od jego przeznaczenia.

a) stożkowa

b) wklęsła

c) łukowa

d) sigmoidalna

Rys. 2 Kształty strefy zgniatanej ciągadeł monolitycznych (oczkowych) [2]

W praktyce ciągarskiej najczęściej stosuje się ciągadła o strefie zgniatania

w kształcie stożka do ciągnienia drutu o średnicy większej od 0,5 mm (rys. 2 a).

Natomiast do drutów bardzo cienkich o średnicy mniejsze niż 1 mm, ciągnionych

z małymi gniotami częściowymi, stosuje się ciągadła ze strefą zgniatającą o kształcie

łukowym (rys. 2 c). Pozostałe ciągadła (rys. 2 b i d) stosowane są bardzo rzadko [2].

Na rys. 3 przedstawiono przekrój klasycznego ciągadła oczkowego o stożkowym

kształcie strefy roboczej.

stożek smarujący

stożek roboczy

część kalibrująca

stożek kalibrujący

Rys. 3. a) profil ciągadła oczkowego z podziałem na strefy, b) Przekrój stożkowego ciągadła oczkowego:

1 – oczko ciągadła, 2 – oprawa stalowa, 3 – zabezpieczenie oczka przed wyrwaniem [3]

W procesie ciągnienia drutu można wyróżnić następujące fazy:

• zaostrzanie drutu, czyli ścienianie jego końca w celu przełożenia go przez ciągadło;

• zaciąganie drutu, czyli przeprowadzenie drutu przez urządzenia kierujące go do

ciągadła, przesunięcie drutu przez ciągadło, uchwycenie drutu za ciągadłem

łańcuchem ciągarskim i przymocowanie tego łańcucha do bębna nawijającego

ciągarki, przeciągnięci kilku metrów drutu, regulując prędkość ciągnienia, naciąg

i przeciwciąg, odczepienie łańcucha ciągarskiego i przymocowanie drutu

bezpośrednio do bębna ciągarki;

• przeciąganie drutu poprzez uruchomienie ciągarki i ustawienie jej pracę

automatyczną;

• łączenie kręgów drutu, polegające na zgrzewaniu końca drutu kręgu kończącego

się z początkiem drutu kręgu następnego i na usunięciu nadmiaru materiału

z miejsca zgrzewania, tzw. rąbka oraz warstewki tlenków.

Zaostrzanie i zaostrzarka

Końcówka walcówki lub drutu przeznaczonego do przerobu musi mieć średnicę

mniejszą niż średnica (D k ) ciągadła.

• do prętów i rur oraz drutów grubych φ > 10mm – stosowana jest metoda

wyciskania hydraulicznego do ciągadła

• w przypadku drutów o φ < 10mm – stosuje się zaostrzanie przez walcowanie, służą

do tego urządzenia zwane zaostrzarkami walcowymi (w ćwiczeniu zastosowana

będzie jedna z najczęściej stosowanych zaostrzarek walcowych do drutu)

• zaostrzanie drutów cieńszych niż 1mm - odbywa się przez rozciąganie na zimno

i gorąco

• do zaostrzania cienkich, bardzo twardych drutów, oraz drutów profilowanych

o skomplikowanym przekroju porzecznym – w wyjątkowych sytuacjach, stosuje

się chemiczną obróbkę ubytkową (trawienie)

Schemat zaostrzarki walcowej do drutu pokazano na rys. 4. Zaostrzanie materiału

odbywa się między dwoma profilowymi walcami 1, które wykonują ciągły ruch

obrotowy o przeciwnym kierunku w ten sposób, że włożony między walce drut do

wykroju luzującego jest wypychany z powrotem przez wykrój zgniatający. Podczas

jednego cyklu zgniatania, tj. włożenie drutu do wykroju luzującego i wypchnięcie go

przez wykrój zgniatający następuje ścienienie drutu oraz utworzenie się podłużnej

wypływki (rąbka). Aby otrzymać ścieniony koniec o przekroju kołowym, należy po

każdym cyklu zgniatania drut obracać o kąt około 90 o . Zaostrzanie przeprowadza się

odcinkami o długości w granicach do150 mm. Długość zaostrzonego końca powinna

wynosić od 20 do 300 mm, w zależności od średnicy lub wymiarów przekroju

poprzecznego. W celu zaostrzenia drutu należy ścienianie przeprowadzić w kilku

wykrojach rozpoczynając od wykroju największego.

Rys. 4. Schemat zaostrzarki walcowej: a) walce o zmiennym przekroju wykrojów, b) schemat zaostrzarki;

1 – walce, 2 – drut, 3 – przekładnia zębata, 4 – przekładnia pasowa, 5 – silnik, c) widok zaostrzarki

używanej w laboratorium, d) profile walcowe

Ciągarka i zaciąganie

Ciągarki można podzielić na dwie zasadnicze grupy:

• Ciągarki ławowe

- przeznaczone do ciągnienia prostych odcinków prętów, kształtowników i rur

o długościach dochodzących do kilkudziesięciu metrów. Ciągarki ławowe można

podzielić w zależności od sposobu przyłożenia siły ciągnienia na: łańcuchowe,

linowe, zębatkowe lub hydrauliczne.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: