Obróbka plastyczna

Obróbka plastyczna jest to metoda obróbki metali polegająca na wywieraniu narzędziem na obrabiany materiał nacisku przekraczającego granicę jego plastyczności, mającego na celu trwałą zmianę kształtu i wymiarów obrabianego przedmiotu. Zawsze uzyskuje się poprawę własności mechanicznych.

Proces kształtowania może przebiegać w warunkach: na gorąco, na półgorąco lub na zimno (klasyfikacja ta zależy od temperatury rekrystalizacji odkuwki).

Technologia obróbki plastycznej była już znana 3000 lat przed naszą erą. Obecnie jest uważana za jedną z ważniejszych technologii obróbki metali. Statystyczny samochód składa się w 90% z elementów wykonanych tą technologią. Karoseria jest tłoczona, natomiast podwozie (wałki, zawieszenie itd.) oraz elementy silnika (korbowody, wały korbowe, tłoki itd.) to odkuwki.

Obróbka plastyczna na zimno

Polega ona na odkształcaniu plastycznym materiału, które wywołuje wzrost gęstości defektów w sieci krystalograficznej, głównie punktowych i liniowych, a tym samym nagromadzenie energii odkształcenia, która jest tym większa, im niższa jest temperatura tego procesu. Temperatura, w której przeprowadza się obróbkę plastyczną na zimno jest niższa od temperatury rekrystalizacji czyli 0,4 bezwzględnej temperatury topnienia.

Nagromadzenie się dużej liczby dyslokacji powoduje wzajemne blokowanie się ich - skutkiem tego jest zmiana własności fizycznych i mechanicznych. Zmianę tychże własności przyjęto nazywać zgniotem.

Miarą zgniotu jest stopień odkształcenia plastycznego podawany w procentach. Stopień odkształcenia określa się na podstawie:

• względnej zmiany długości

gdzie: Δl- długość próbki po zgniocie, l0- początkowa długość próbki

• względnej redukcji przekroju

gdzie: ΔS- przekrój po zgniocie, S0- przekrój początkowy

Efektem odkształcenia plastycznego jest stopniowe wydłużenie się ziaren w kierunku obróbki plastycznej. Wyciągnięciu ulegają również wtrącenia niemetaliczne, które mają tendencję gromadzenia się na granicach dendrytów. Wynikiem tego jest powstanie charakterystycznej włóknistej struktury. Innymi efektami obróbki plastycznej jest zmiana właściwości magnetycznych oraz przewodności elektrycznej ( wzrost oporności ) oraz wzrost twardości i zmniejszenie plastyczności.

Obróbka plastyczna na gorąco

Następuje powyżej temperatury rekrystalizacji. W wyniku obróbki na gorąco materiał jest miękki, rekrystalizowany i skory do odkształceń o ziarnach szerokokątnych.

Cechy obróbki plastycznej na gorąco:

• Wzmocnienie w procesie kształtowania - usunięte w całości przez rekrystalizację;
• Równomierna mikrostruktura;
• Usunięta pasowość mikrostruktury;
• Wytrzymałość wyższa wzdłuż włókien - kierunek obciążenia zgodny z kierunkiem włókien;

Etapy zmian struktury i własności wywołane odkształceniem plastycznym na gorąco:

• Zdrowienie - procesy prowadzące do zmieszania gęstości defektów punktowych. Proces zdrowienia polega na częściowym usunięciu skutków zgniotu zachodzące podczas wygrzewania zgniecionych materiałów w temperaturze niższej od temperatury rekrystalizacji.
• Rekrystalizacja pierwotna - polega na utworzeniu zarodków nowych ziaren i wzroście przez migrację
• Rozrost ziaren - po zakończeniu krystalizacji pierwotnej następuje dolny wzrost wielkości ziarna. Jeśli średnica powstałych ziaren jest statycznie jednorodna to jest to normalny wzrost ziaren, jeśli nie następuje rekrystalizacja wtórna.

Zalety obróbki plastycznej

• Oszczędność materiału - wyroby otrzymywane metodami obróbki plastycznej są wytwarzane masowo. Pozwala to na ograniczenie kosztów jednostkowych i takie dostosowanie linii produkcyjnej aby cena wytwarzania elementów była jak najniższa. Wysoki spadek kosztów produkcji spowodowany jest automatyzacją procesu produkcyjnego.
• Stosunkowo niskie koszty jednostkowe - w przypadku walcowania gwintów jak również elementów uzębionych takich (koła zębate, wielokarby), zauważa się poprawę własności mechanicznych w porównaniu z obróbka skrawania oraz poprawia się gładkości elementów.
• Polepszenie własności fizykalnych i mechanicznych przerobionego materiału.
• Przeróbka plastyczna zachowuje ciągłość włókien, co zapewnia lepsze własności mechaniczne gotowego wyrobu.
• Możliwość nadawania skomplikowanych kształtów, które w innych technologiach są trudne bądź niemożliwe do osiągnięcia.

Wadą obróbki plastycznej wysoki koszt narzędzi.

Rodzaje obróbki plastycznej

1. Kształtowanie brył

• Kucie: matrycowe i swobodne,
• Walcowanie: wzdłużne, poprzeczne, skośne, poprzeczno-klinowe
• ciągnienie
• wyciskanie: współbieżne, przeciwbieżne, dwukierunkowe, poprzeczne
• walcowanie

2. Kształtowanie blach

• cięcie (rozdzielenie materiału bez powstawania wiórów)
• gięcie - proces kształtowania, gdzie zmiana krzywizny zachodzi w płaszczyźnie, a grubość materiału pozostaje niezmienna.
• formowanie elektrodynamiczne
• tłoczenie
• walcowanie