Wytwarzanie elementów tłoczonych
Jak już wspomniano na wstępie tego rozdziału, typowe elementy silnikowe wykonywane są z reguły z półfabrykatów lanych lub kutych. Wyroby tłoczone stanowią najczęściej drobne, nietypowe elementy w silniku, jak pokrywy, odrzutniki oleju, podkładki itp. Do nielicznych wyjątków zaliczyć należy miski olejowe i pokrywy głowicy. Z podanych względów zagadnienia technologii tłocznictwa zostaną omówione w znacznie węższym zakresie niż zagadnienia technologii odlewnictwa i kuźnictwa.
Procesy tłoczenia można podzielić na dwie zasadnicze grupy:
1) procesy tłoczenia, w których występuje naruszenie spójności mate-
riału (wykrawanie),
2) procesy kształtowania bez naruszenia spójności materiału.
Do pierwszej grupy zaliczamy operacje, które doprowadzają do oddzielenia jednej części materiału od drugiej, a więc: wycinanie, przycinanie, odcinanie, wycinanie otworów (dziurkowanie), nadcinanie, okrawanie i wygładzanie. Narzędzia stosowane do tego celu noszą nazwę w y k r o j n i-k ó w.
Do drugiej grupy zaliczamy operacje, które zmieniają kształt i wymiary płaskiego materiału wyjściowego. W tym przypadku rozróżniamy następujące rodzaje operacji: gięcie, ciągnienie oraz inne operacje kształtowania. Stosowane narzędzia w zależności od rodzaju pracy, dzielimy na:
tłoczniki ginące — do operacji gięcia, ciągowniki do operacji
ciągnienia i tłoczniki złożone — do złożonych operacji tłoczenia.
Gięcie polega na kształtowaniu materiału (w postaci pasków blachy, drutów i rur) pomiędzy powierzchniami narzędzia, natomiast ciągnienie — na kształtowaniu przedmiotów w postaci naczyń za pomocą przetłaczania materiału przez otwór matrycy.
Do innych operacji kształtowania zaliczyć należy przede wszystkim: wyoblanie, obciąganie i profilowanie.
Wyoblaniem nazywamy kształtowanie naczynia z płaskiego krążka blachy zamocowanego do wirującego wzornika, przy czym materiał przez dociskanie go narzędziem w postaci drąga zakończonego zaokrągloną wypolerowaną gałką lub wypolerowanym wałkiem nakłada się stopniowo na wzornik.
Obciąganie polega na tłoczeniu blachy wypukłym stemplem, bez użycia matrycy, przy czym obrzeża blachy są z obu stron stempla zaciśnięte w uchwytach.
Profilowanie natomiast stanowi pewną odmianę walcowania, lecz bez zmiany grubości blachy. Płaski pasek blachy przepuszcza się przez układ wałków, które nadają mu pewien profil poprzeczny. Nie są to wszystkie operacje; istnieje jeszcze szereg operacji kształtowania, jak zawijanie brzegów, dotłaczanie itp.
W procesie wytwarzania elementów tłoczonych, poza właściwymi operacjami tłoczenia, występuje cały szereg operacji pomocniczych:
1) cięcie materiału wyjściowego na paski za pomocą nożyc,
1)smarowanie wstępne i międzyoperacyjne dla zmniejszenia tarcia między przedmiotem a roboczymi częściami narzędzia,
2)wyżarzanie w celu usunięcia naprężeń wywołanych przeróbką plastyczną i zmiękczenia,
4) obcinanie obrzeża,
3)odtłuszczanie, trawienie, neutralizowanie i my-c i e,
4)bębnowanie dla usunięcia zadziorów i oczyszczenia powierzchni.
Materiałem wyjściowym jest najczęściej blacha. Rozróżniamy tłoczenie blach na zimno i na gorąco. Największe rozpowszechnienie uzyskało tłoczenie na zimno. Proces ten nie wymaga dodatkowych operacji nagrzewania, a ponadto umożliwia osiągnięcie większej dokładności.
Tłoczenie na gorąco stosowane jest do wyrobu dużych przedmiotów z grubych blach. Podgrzanie metalu zwiększa jego własności plastyczne, wskutek czego stawia on wówczas mniejszy opór siłom odkształcającym; w ten sposób uzyskuje się obniżenie sił potrzebnych do tłoczenia. Konieczność stosowania tłoczenia na gorąco spowodowana jest także w wielu przypadkach właściwościami pewnych materiałów, które podczas tłoczenia na zimno mają skłonność do pękania.
Jeżeli pominie się nagrzewanie blachy, to operacje tłoczenia na gorąco i na zimno są zupełnie analogiczne, a stosowane tłoczniki mają konstrukcję podobną.
Wszelkie operacje tłoczenia przeprowadza się na prasach mechanicznych lub hydraulicznych. Pod względem zastosowania prasy mechaniczne dzielimy na niżej wymienione grupy.
5)Prasy ogólnego przeznaczenia. Ta grupa najczęściej reprezentowana jest przez prasy korbowe i mimośrodowe uniwersalne, pierwsze zwykle o nacisku 60-f-2000 T, drugie — 150-^.200 T; są one proste w budowie, ekonomiczne, szybkobieżne, łatwo mogą być przystosowane do różnego rodzaju robót 1 nadają się do większości operacji tłoczenia: cięcia, gięcia, płytkiego ciągnienia, objętościowego kształtowania miękkich metali itp. Do tej grupy należą również prasy śrubowe (cierne) o nacisku do około 2000 T.
6)Prasy ciągowe. Prasy te służą do wykonywania operacji wymagających dużego skoku suwaka, tj. do ciągnienia, zwłaszcza głębokiego. W zależności od sposobu napędu suwaka rozróżniamy prasy ciągowe: korbowe, dźwigniowe i zębate. Najbardziej rozpowszechnione są ciągowe prasy korbowe (o nacisku 30-^400 T) pojedynczego i podwójnego działania (z dociskaniem materiału za pomocą specjalnego suwaka prasy).
7)Prasy kolanowe. Prasy te, budowane o nacisku 75-5000 T, stosuje się do operacji, przy których wymagany jest niewielki skok suwaka przy dużym nacisku i dużej dokładności wykonania, a więc do dotłaczania, wybijania, wyciskania itp.
8)Prasy zautomatyzowane i prasy automaty. Konstrukcja tych pras umożliwia częściową lub całkowitą mechanizację procesu technologicznego przez zastosowanie dodatkowych urządzeń podających materiał wyjściowy i odbierających gotowe wyroby oraz przez zastosowanie wielooperacyjnych tłoczników.
Prasy hydrauliczne umożliwiające uzyskanie wielkich nacisków stosowane są głównie do ciągnienia, dotłaczania, wyciskania i cięcia. Prasy te zyskały szczególnie szerokie zastosowanie przy tłoczeniu na gumie; do tego celu budowane są prasy o nacisku do 10 000 T.
Zagadnienie dokładności tłoczenia, ze względu na znaczne zróżnicowanie wykonywanych operacji, należy w zasadzie rozpatrywać dla każdego rodzaju operacji oddzielnie. Wielkość odchyłek położenia i wymiarów poszczególnych powierzchni uzależniona jest od tego, czy powierzchnie te w czasie procesu tłoczenia stykają się z powierzchniami roboczymi narzędzia, czy też nie.
W pierwszym przypadku dokładność wymiarów zależy od odkształceń sprężystych materiału, dokładności wykonania i dokładności pracy tłoczników oraz ich zużycia. Odkształcenia sprężyste odgrywają istotną rolę przy operacjach cięcia, gięcia i ciągnienia. Po wycinaniu wymiary nieco zwiększają się, a po dziurkowaniu — zmniejszają. Przy operacjach gięcia, gdy stosunek promienia gięcia do grubości materiału jest duży, trudno jest uzyskać dokładne wymiary. Wielkość odkształceń sprężystych przy ciągnieniu jest stosunkowo nieznaczna. Wielkość tolerancji wymiarów roboczych tłocznika uzależniona jest od wymaganej dokładności wyboru. Niedokładność pracy tłocznika może być wywołana mimośrodowym lub zwichrowanym ustawieniem stempla lub matrycy oraz niedokładnością ustawienia i dociśnięcia materiału wyjściowego.
Powierzchnie wyrobu nie stykające się w procesie tłoczenia z powierzchniami roboczymi narzędzia mają pewną swobodę przestrzenną, a przemieszczanie się tych powierzchni zależy od plastycznych własności materiału i od rodzaju operacji. Wielkość odchyłek położenia i wymiarów takich powierzchni jest znaczna.
Rozpatrując dla przykładu operację ciągnienia będziemy mieli do czynienia zarówno z dokładnością powierzchni wyrobu stykających się z powierzchniami roboczymi narzędzia, a więc stosunkowo wysoką dokładnością średnicy zewnętrznej (w klasie 3 lub 4), jak i dokładnością powierzchni swobodnych, tj. z niedużą dokładnością wysokości, która dla naczyń o H ^ 0,5 • D waha się przeciętnie w granicach (0,05±0,15) H.
Gładkość powierzchni wyrobów tłoczonych uzależniona jest od rodzaju i struktury materiału wyjściowego, rodzaju operacji, rodzaju powierzchni (powierzchnia stykająca się lub nie stykająca się z powierzchniami roboczymi narzędzia), stanu powierzchni roboczych narzędzia i innych czynników.
Tłocznictwo jako jedna z nowoczesnych metod obróbki metali znajduje coraz szersze zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu; szeroki rozwój zawdzięcza ono szeregowi zalet, do których zaliczyć należy przede wszystkim: dużą wydajność, prostotę procesu technologicznego (możliwość wytwarzania złożonych przedmiotów przy małej liczbie operacji), mała pracochłonność operacji, możliwość automatyzacji procesów technologicznych, możliwość zatrudnienia personelu o małych kwalifikacjach i dobre wykorzystanie materiału.
Wysoki koszt wykonania tłoczników jest czynnikiem ograniczającym w zasadzie zastosowanie tłoczników do produkcji masowej i wielkoseryj-nej. Pewne rozszerzenie zakresu stosowania tłocznictwa również na produkcję małoseryjną możliwe jest w przypadkach użycia tłoczników uniwersalnych i uproszczonych.