podstawy procesów przeróbki plastycznej

PODSTAWY
PROCESÓW
PRZERÓBKI
PLASTYCZNEJ
Praca zbiorowa pod redakcją
prof. dr hab. inÒ. JANA SIÑCZAKA
Wydawnictwo Naukowe AKAPIT
Kraków 2010
2
Podstawy procesów przeróbki plastycznej
Recenzent naukowy
Prof. dr hab. inż. Zbigniew PATER – Politechnika Lubelska, Lublin
Dr hab. inż. Bogusław KUKURYK, prof. PCz – Politechnika Częstochowska, Częstochowa
Redaktor techniczny
Dr inż. Marcin Środa
Celem podręcznika jest podanie niezbędnych podstaw teoretycznych i technologicznych, wymaganych
przy opanowaniu  zagadnień z zakresu realizacji różnych technologii procesów kształtowania objętościowego metali drogą: walcowania, kucia, tłoczenia i ciągnienia czy też wytwarzania rur stalowych.
Część problematyki omawia zagadnienia zintegrowanych procesów wytwarzania stali, jej odlewania
w urządzeniach COS we wlewki ciągłe, walcowania na gorąco i na zimno taśm w kręgach oraz nakładania
warstw antykorozyjnych. Przeznaczony jest dla studentów kierunków: metalurgicznych, mechanicznych
i inżynierii materiałowej, studiujących w krajowych uczelniach technicznych na kierunkach kształcenia:
Metalurgia i Inżynieria Materiałowa oraz pozostałych, w których treści standardów zawierają podstawy
kształtowania plastycznego. Istniejące podręczniki wymagają uzupełnień, ale przede wszystkim brak jest
jednolitej monografii – opracowania ogólnie dostępnego, które zapewniałoby odpowiedni zakres wiedzy,
dotyczącej mechaniki płynięcia metali podczas ich plastycznego odkształcania technologiami tzw. głębokiego przetwórstwa stali i innych stopów. Podręcznik został opracowany przez zespół pracowników naukowych Katedry Plastycznej Przeróbki Metali na Wydziale Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie, zajmujących się poszczególnymi technologiami procesów przeróbki
plastycznej, którzy pod redakcją prof. dr hab. inż. Jana Sińczaka, usystematyzowali i opracowali merytorycznie konieczne treści nauczania:
– dr inż. Jerzy Kajtoch: rozdz. 1  4; 13.2; 13.3
– dr inż. Zbigniew Kuźmiński: rozdz. 10.3; 13.1; 13.4
– dr inż. Marek Paćko: rozdz. 9; 13.10
– dr inż. Maciej Rumiński: rozdz. 8; 10.1; 13.9
– prof. dr hab. inż. Jan Sińczak: rozdz. 5  6; 12; 13.5; 13.6
– dr inż. Andrzej Skołyszewski: rozdz. 11; 13.12
– dr inż. Monika Stefańska–Kądziela: rozdz. 10.5; 13.11
– dr inż. Tomasz Śleboda: rozdz. 10.2, 10.4
– dr inż. Marek Wojtaszek: rozdz. 7; 13.7; 13.8
Utwór w całości ani we fragmentach nie może być powielany ani rozpowszechniany za pomocą urządzeń
elektronicznych, mechanicznych, kopiujących, nagrywających i innych bez pisemnej zgody posiadacza
praw autorskich.
Książkę można zamówić elektronicznie kierując zamówienia na adres: [email protected]
Wydanie książki dofinansowane przez Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego
© Copyright by Wydawnictwo Naukowe AKAPIT, Kraków 2010
Printed in Poland
ISBN 978–83-60958-72-8
Wydawnictwo Naukowe „Akapit”, Kraków
tel./fax (012) 280-71-51; www.akapit.krakow.pl
e-mail: [email protected]
Spis treści
3
SPIS TREŚCI
OD AUTORÓW ........................................................................................................................ 11
WYKAZ OZNACZEŃ ............................................................................................................. 13
PODSTAWY KSZTAŁTOWANIA PLASTYCZNEGO
1. WYBRANE ELEMENTY Z TEORII ODKSZTAŁCEŃ PLASTYCZNYCH ............. 17
1.1. WARUNKI PRZEJŚCIA W STAN PLASTYCZNY .................................................. 17
1.1.1. Analityczny opis stanu plastycznego ................................................................ 17
1.1.2. Warunki plastyczności ...................................................................................... 19
1.1.3. Podstawowe równania teorii plastyczności....................................................... 22
1.2. PLASTYCZNOŚĆ I CZYNNIKI JĄ DETERMINUJĄCE ......................................... 25
1.2.1. Budowa metalu.................................................................................................. 25
1.2.2. Warunki termomechaniczne procesu odkształcenia plastycznego ................... 26
1.2.3. Wskaźniki plastyczności ................................................................................... 30
1.3. MECHANIZMY ODKSZTAŁCENIA PLASTYCZNEGO ........................................ 32
1.4. WYTRZYMAŁOŚĆ ROZDZIELCZA MATERIAŁU ............................................... 35
1.4.1. Warunki utraty stateczności materiału .............................................................. 35
1.4.2. Zniszczenie materiału – złom i przełom ........................................................... 37
1.5. STAL – KLASYFIKACJA I JEJ PRODUKCJA ......................................................... 41
1.5.1. Stal i jej klasyfikacja ......................................................................................... 41
1.5.2. Procesy przetwarzania stali ............................................................................... 44
1.5.3. Światowa produkcja stali .................................................................................. 48
1.5.4. Krajowa produkcja stali i wyrobów stalowych ................................................. 51
1.6. PROCESY KSZTAŁTOWANIA PLASTYCZNEGO ................................................ 57
Literatura ..................................................................................................................................... 64
2. NIERÓWNOMIERNOŚĆ TARCIA I ODKSZTAŁCENIA W PROCESACH
PRZERÓBKI PLASTYCZNEJ ......................................................................................... 67
2.1. TARCIE W PROCESACH PRZERÓBKI PLASTYCZNEJ ....................................... 67
2.1.1. Nierównomierność tarcia powierzchniowego ................................................... 67
2.1.2. Współczynnik tarcia – czynnik tarcia ............................................................... 69
2.1.3. Smarowanie w procesach przeróbki plastycznej .............................................. 72
2.2. DOŚWIADCZALNE METODY OKREŚLANIA WSPÓŁCZYNNIKA TARCIA
W WALCOWNICTWIE .............................................................................................. 73
2.2.1. Metoda kąta chwytu naturalnego ...................................................................... 73
2.2.2. Metoda wyprzedzenia maksymalnego .............................................................. 75
2.3. DOŚWIADCZALNE METODY OKREŚLANIA WSPÓŁCZYNNIKA TARCIA
W KUŹNICTWIE ........................................................................................................ 76
4
Podstawy procesów przeróbki plastycznej
2.3.1. Metoda stożków ................................................................................................ 76
2.3.2. Metoda klina...................................................................................................... 78
2.3.3. Metoda pierścieni .............................................................................................. 80
2.4. DOŚWIADCZALNE METODY OKREŚLANIA WSPÓŁCZYNNIKA TARCIA
W CIĄGARSTWIE ...................................................................................................... 81
2.4.1. Metoda wirującego ciągadła ............................................................................. 81
2.4.2. Metoda dzielonego ciągadła .............................................................................. 83
2.5. NIERÓWNOMIERNOŚĆ ODKSZTAŁCENIA W PROCESACH PRZERÓBKI
PLASTYCZNEJ ........................................................................................................... 85
2.5.1. Nierównomierność odkształcenia przy walcowaniu ......................................... 85
2.5.2. Nierównomierność odkształcenia przy kuciu swobodnym ............................... 89
2.5.3. Nierównomierność odkształcenia przy ciągnieniu ........................................... 93
2.6. CZYNNIKI TECHNOLOGICZNE WPŁYWAJĄCE NA WSPÓŁCZYNNIK
TARCIA ....................................................................................................................... 95
Literatura ................................................................................................................................... 100
PODSTAWY TECHNOLOGICZNYCH PROCESÓW
PRZERÓBKI PLASTYCZNEJ
3. PROCESY WALCOWANIA WZDŁUŻNEGO ............................................................ 101
3.1 ZASTOSOWANIE WYROBÓW WALCOWANYCH ............................................ 101
3.2. NARZĘDZIA I MASZYNY WALCOWNICZE ....................................................... 104
3.2.1. Walce robocze, klatka walcownicza ............................................................... 104
3.2.2. Walcarka, zespół walcowniczy, walcownia .................................................... 106
3.3. ODKSZTAŁCENIA PRZY WALCOWANIU .......................................................... 110
3.3.1. Warunek chwytu pasma przez walce .............................................................. 110
3.3.2. Miary odkształcenia plastycznego .................................................................. 112
3.4. PARAMETRY GEOMETRYCZNE KOTLINY ODKSZTAŁCENIA..................... 114
3.4.1. Parametry geometryczne kotliny odkształcenia przy walcowaniu na gorąco ... 114
3.4.2. Parametry geometryczne kotliny odkształcenia przy walcowaniu na zimno –
sprężyste spłaszczenie walców ....................................................................... 116
3.5. PARAMETRY KINEMATYCZNE KOTLINY ODKSZTAŁCENIA ..................... 117
3.5.1. Płynięcie pionowe – prędkość odkształcenia .................................................. 117
3.5.2. Płynięcie poprzeczne – czynniki wpływające na poszerzenie ........................ 119
3.5.3. Płynięcie wzdłużne – strefy opóźnienia i wyprzedzenia ................................ 124
3.6. PARAMETRY SIŁOWE PROCESU WALCOWANIA ........................................... 128
3.6.1. Parametry siłowe procesu walcowania prostego............................................. 128
3.6.2. Parametry siłowe procesu walcowania z naciągami ....................................... 133
3.7. ZINTEGROWANE PROCESY WYTWARZANIA I GŁĘBOKIEGO
PRZETWARZANIA TAŚM STALOWYCH ............................................................ 136
3.7.1. Problematyka walcowania na zimno taśm ...................................................... 136
3.7.2. Zintegrowane procesy wytwarzania i walcowania na gorąco taśm ................ 138
Spis treści
5
3.7.3. Problematyka walcowania taśm na zimno ...................................................... 146
3.7.4. Zintegrowane procesy przetwarzania na zimno taśm ..................................... 149
3.7.5. Antykorozyjne zabezpieczanie powierzchni taśm .......................................... 150
3.8. WYBRANE PRACE INWESTYCYJNE I MODERNIZACYJNE W ZAKRESIE
WYDZIAŁÓW PRZERÓBKI PLASTYCZNEJ W POLSCE ................................... 157
3.8.1. Przesłanki leżące u podstaw restrukturyzacji .................................................. 157
3.8.2. Nowe inwestycje i prace modernizacyjne prowadzone w oddziałach
koncernu Arcelor-Mittal Poland S.A. ............................................................. 160
3.8.3. Nowe inwestycje i prace modernizacyjne w hutnictwie w kraju .................... 176
3.8.4. Przedstawiciele krajowego hutnictwa notowani na Giełdzie Papierów
Wartościowych w Warszawie ......................................................................... 181
Literatura ................................................................................................................................... 185
4. PROCESY WALCOWANIA SKOŚNEGO TULEI RUROWYCH ............................ 187
4.1. PROCESY WYTWARZANIA RUR STALOWYCH ............................................... 187
4.1.1. Procesy produkcji rur bez szwu ...................................................................... 187
4.1.2. Procesy produkcji rur ze szwem ..................................................................... 189
4.2. METODY WYTWARZANIA GRUBOŚCIENNYCH TULEI RUROWYCH ........ 191
4.2.1. Przebijanie tulei rurowych w prasach hydraulicznych.................................... 192
4.2.2. Przebijanie tulei rurowych w prasowalcarkach............................................... 194
4.2.3. Dziurowanie tulei rurowych w walcarkach skośnych..................................... 195
4.3. TECHNOLOGIA WYTWARZANIA GRUBOŚCIENNYCH TULEI
RUROWYCH W WALCARCE SKOŚNEJ .............................................................. 197
4.3.1. Ogólna charakterystyka walcarek skośnych ................................................... 197
4.3.2. Laboratoryjna walcarka skośna ....................................................................... 198
4.3.3. Kalibrowanie narzędzi odkształcających ........................................................ 199
4.4. MODELOWANIE ANALITYCZNE STREFY ODKSZTAŁCENIA PRZY
DZIUROWANIU ....................................................................................................... 203
4.4.1. Warunki gniotu zadawanego na średnicy półwyrobu ..................................... 203
4.4.2. Parametry geometryczne strefy odkształcenia ................................................ 205
4.4.3. Parametry kinematyczne strefy odkształcenia ................................................ 209
4.4.4. Miary odkształcenia plastycznego w procesie walcowania dziurującego ...... 211
4.5. MODELOWANIE FIZYCZNE PARAMETRÓW PROCESU SKOŚNEGO
WALCOWANIA DZIURUJĄCEGO ........................................................................ 214
4.5.1. Gniot graniczny przy walcowaniu skośnym ................................................... 214
4.5.2. Parametry skręcenia na powierzchni zewnętrznej tulei rurowej ..................... 219
4.6. PARAMETRY SIŁOWE PROCESU WALCOWANIA DZIURUJĄCEGO ........... 224
4.6.1. Układ pomiarowy ............................................................................................ 224
4.6.2. Obliczanie mierzonych parametrów ............................................................... 226
4.7. ANALIZA WPŁYWU CZYNNIKÓW WALCOWNICZYCH NA PARAMETRY:
ODKSZTAŁCENIOWE, KINEMATYCZNE I SKRĘCENIA ................................. 227
Literatura. .................................................................................................................................. 233
6
Podstawy procesów przeróbki plastycznej
5. PROCESY KUCIA SWOBODNEGO ............................................................................ 235
5.1. CHARAKTERYSTYKA I ZAKRES ZASTOSOWANIA KUCIA
SWOBODNEGO ........................................................................................................ 235
5.2. MASZYNY DO KUCIA SWOBODNEGO .............................................................. 236
5.3. NARZĘDZIA DO KUCIA SWOBODNEGO ........................................................... 238
5.4. RODZAJE I KSZTAŁTY MATERIAŁU WSADOWEGO ...................................... 241
5.5. STOPIEŃ PRZEKUCIA ............................................................................................ 243
5.6. PODSTAWOWE OPERACJE KUCIA SWOBODNEGO ........................................ 243
5.6.1. Spęczanie......................................................................................................... 244
5.6.2. Wydłużanie...................................................................................................... 250
5.6.3. Dziurowanie .................................................................................................... 258
5.7. PRZYKŁAD TECHNOLOGII KUCIA SWOBODNEGO ....................................... 262
5.8. KUCIE PÓŁSWOBODNE ......................................................................................... 268
Literatura ................................................................................................................................... 269
6. PROCESY KUCIA MATRYCOWEGO ........................................................................ 271
6.1. CHARAKTERYSTYKA PROCESU ........................................................................ 271
6.2. MASZYNY DO KUCIA MATRYCOWEGO ........................................................... 273
6.3. MATRYCE – MATERIAŁY I KONSTRUKCJA ..................................................... 277
6.4. METODY I ETAPY WYPEŁNIANIA WYKROJU MATRYCOWEGO ................ 281
6.4.1. Wypełnianie wykroju matrycującego otwartego ............................................ 283
6.4.2. Wypełnianie wykroju wykańczającego w matrycach zamkniętych ............... 285
6.5. PROJEKTOWANIE TECHNOLOGII KUCIA MATRYCOWEGO ........................ 289
6.5.1. Dobór wykrojów pomocniczych ..................................................................... 289
6.5.2. Przykłady technologii kucia odkuwki matrycowej ......................................... 290
6.6. DOBÓR WIELKOŚCI MASZYNY DO KUCIA MATRYCOWEGO ..................... 295
6.7. PROCESY KUCIA DOKŁADNEGO ....................................................................... 297
6.7.1. Matryce składane ............................................................................................ 297
6.7.2. Matryce z ruchomą wkładką ........................................................................... 300
6.7.3. Obciążenie narzędzi przy kuciu dokładnym ................................................... 304
6.7.4. Proces kucia korbowodu na zespole agregatów: walcarka kuźnicza – prasa .... 309
6.7.5. Proces kucia matrycowego przedkuwki, wykonanej w wykroju rolującym ..... 312
6.7.6. Proces kucia matrycowego przedkuwki, wykonanej w wykroju
kształtującym................................................................................................... 315
6.7.7. Zastosowanie obróbki cieplno-plastycznej w kuciu matrycowym ................. 319
Literatura ................................................................................................................................... 327
7. PROCESY WYCISKANIA .............................................................................................. 329
7.1. CHARAKTERYSTYKA PROCESU WYCISKANIA.............................................. 329
7.2. METODY WYCISKANIA ........................................................................................ 330
7.3. STAN ODKSZTAŁCENIA W PROCESIE WYCISKANIA .................................... 333
7.3.1. Etapy procesu wyciskania ............................................................................... 333
7.3.2. Nierównomierność odkształcenia przy wyciskaniu ........................................ 334
Spis treści
7
7.3.3. Strefy martwe przy wyciskaniu ....................................................................... 336
7.4. PARAMETRY STANU ODKSZTAŁCENIA PRZY WYCISKANIU ..................... 338
7.4.1. Stopień odkształcenia ...................................................................................... 338
7.4.2. Prędkość odkształcenia ................................................................................... 339
7.4.3. Tarcie powierzchniowe i smarowanie ............................................................. 340
7.5. SIŁA WYCISKANIA................................................................................................. 341
7.6. PROCES TECHNOLOGICZNY ............................................................................... 345
7.6.1. Podstawowe zasady opracowania procesu wyciskania ................................... 345
7.6.2. Oprzyrządowanie ............................................................................................ 347
7.6.3. Wyciskanie prętów, rur i kształtowników ....................................................... 347
7.7. ZŁOŻONY PROCES WYCISKANIA ...................................................................... 348
7.8. WYCISKANIE MATERIAŁÓW POROWATYCH ................................................. 351
7.9. METODY WYCISKANIA MATERIAŁÓW POROWATYCH............................... 353
7.9.1. Wyciskanie na gorąco wyprasek ..................................................................... 354
7.9.2. Wyciskanie na gorąco proszków lub mieszanin ............................................. 357
7.9.3. Wyciskanie półwyrobów wstępnie zagęszczonych na gorąco ........................ 359
7.9.4. Wyciskanie wsadu z dodatkiem plastyfikatora ............................................... 361
7.9.5. Inne metody wyciskania porowatego wsadu................................................... 362
7.10. PARAMETRY PROCESU WYCISKANIA MATERIAŁÓW POROWATYCH .... 363
7.10.1. Parametry termomechaniczne procesu wyciskania materiałów porowatych .... 363
7.10.2. Siła wyciskania materiałów porowatych ......................................................... 366
7.10.3. Analiza zmian gęstości podczas wyciskania wyprasek .................................. 367
7.11. ZASTOSOWANIE TECHNOLOGII WYCISKANIA MATERIAŁÓW
POROWATYCH ........................................................................................................ 369
Literatura ................................................................................................................................... 371
8. PROCESY CIĄGNIENIA ................................................................................................ 373
8.1. OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA PROCESÓW I WYROBÓW
CIĄGNIONYCH ........................................................................................................ 373
8.2. NARZĘDZIA CIĄGARSKIE .................................................................................... 375
8.2.1. Klasyfikacja ciągadeł ...................................................................................... 377
8.2.2. Materiały do wyrobu ciągadeł ......................................................................... 377
8.3. MASZYNY CIĄGARSKIE ....................................................................................... 383
8.4. TARCIE I SMAROWANIE W PROCESACH CIĄGNIENIA ................................. 388
8.4.1. Smary i warstwy podsmarowe ........................................................................ 390
8.4.2. Ocena efektywności smarowania .................................................................... 391
8.5. NIERÓWNOMIERNOŚĆ ODKSZTAŁCENIA W PROCESACH CIĄGNIENIA ... 392
8.6. PROCESY CIĄGNIENIA RUR ................................................................................ 398
8.7. NAPRĘŻENIE CIĄGNIENIA ................................................................................... 405
8.7.1. Opis analityczny naprężenia ciągnienia .......................................................... 407
8.7.2. Wpływ parametrów procesu ciągnienia na naprężenie ciągnienia ................. 409
8.8. WŁASNOŚCI MECHANICZNE WYROBÓW CIĄGNIONYCH ........................... 414
8.8.1. Wpływ parametrów procesu ciągnienia .......................................................... 415
8
Podstawy procesów przeróbki plastycznej
8.8.2. Wpływ obróbki cieplnej .................................................................................. 418
8.8.3. Niejednorodność własności wyrobów ciągnionych ........................................ 419
Literatura ................................................................................................................................... 421
9. PROCESY TŁOCZENIA................................................................................................. 423
9.1. MATERIAŁY DO TŁOCZENIA .............................................................................. 423
9.1.1. Kryteria doboru blach do tłoczenia ................................................................. 423
9.1.2. Nowoczesne materiały do tłoczenia ................................................................ 427
9.1.3. Nierównomierność (anizotropia) własności blach .......................................... 431
9.1.4. Smary .............................................................................................................. 432
9.2. NARZĘDZIA I URZĄDZENIA DO TŁOCZENIA .................................................. 433
9.2.1. Narzędzia do tłoczenia .................................................................................... 434
9.2.2. Koszty wykonania wyrobów tłoczonych ........................................................ 439
9.2.3. Prasy do tłoczenia ........................................................................................... 440
9.2.4. Zasady i kryteria doboru pras do tłoczenia ..................................................... 445
9.3. PARAMETRY PROCESU WYTŁACZANIA I PRZETŁACZANIA WYROBÓW
STALOWYCH ........................................................................................................... 448
9.3.1. Zmiana parametrów siłowych w procesie wytłaczania................................... 448
9.3.2. Wpływ stopnia odkształcenia na przebieg procesu wytłaczania naczyń
cylindrycznych ................................................................................................ 451
9.3.3. Stadia procesu wytłaczania i przetłaczania z zastosowaniem dociskacza ...... 453
9.3.4. Zmiany grubości ścianki i składowych odkształceń logarytmicznych na
przekroju osiowym miseczki cylindrycznej .................................................... 461
9.3.5. Zjawiska ograniczające proces wytłaczania.................................................... 462
9.3.6. Kryteria stosowania dociskacza w procesie wytłaczania i przetłaczania ...... 465
9.4. CAD-CAM-CAE W PROCESACH PROJEKTOWANIA WYROBÓW
I WYTWARZANIA ICH W TECHNICE ................................................................. 466
Literatura ................................................................................................................................... 471
BADANIA JAKOŚCI WYROBÓW PO PRZERÓBCE PLASTYCZNEJ
10. METODY BADANIA WŁASNOŚCI MATERIAŁÓW ............................................... 473
10.1. STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA ................................................................. 473
10.1.1. Warunki realizacji próby rozciągania ............................................................. 473
10.1.2. Próbki do badań............................................................................................... 475
10.1.3. Wykres rozciągania – punkty charakterystyczne, wykres umowny
i rzeczywisty.................................................................................................... 476
10.1.4. Krzywe rozciągania różnych materiałów ........................................................ 488
10.1.5. Wpływ różnych czynników technologicznych na umowne wykresy
rozciągania ...................................................................................................... 491
10.2. STATYCZNA PRÓBA ŚCISKANIA ........................................................................ 494
10.2.1. Zasady jednoosiowej próby ściskania metali .................................................. 494
Spis treści
9
10.2.2. Rodzaje próbek do badań ................................................................................ 495
10.2.3. Wykres ściskania – punkty charakterystyczne................................................ 495
10.2.4. Wpływ parametrów procesu na umowne wykresy ściskania.......................... 498
10.2.5. Wytrzymałość rozdzielcza materiałów przy ściskaniu ................................... 501
10.3. PLASTOMETRYCZNY TEST SKRĘCANIA.......................................................... 503
10.3.1. Charakterystyki plastyczności ........................................................................ 503
10.3.2. Warunki realizacji plastometrycznego testu skręcania ................................... 504
10.3.3. Próbki do badań plastometrycznych ............................................................... 506
10.3.4. Stan naprężenia i odkształcenia, krzywe skręcania ........................................ 506
10.3.5. Naprężenie uplastyczniające – opis analityczny ............................................. 514
10.3.6. Wpływ parametrów procesu przeróbki plastycznej na krzywe skręcania ...... 517
10.3.7. Odkształcalność graniczna stali ...................................................................... 523
10.4. PRÓBA UDARNOŚCI METALI .............................................................................. 525
10.5. WPŁYW DYNAMICZNYCH WARUNKÓW ODKSZTAŁCANIA NA
PLASTYCZNE PŁYNIĘCIE METALI ..................................................................... 528
10.5.1. Prędkość odkształcenia jako parametr procesu przeróbki plastycznej ........... 528
10.5.2. Istota odkształcania z dużymi prędkościami ................................................... 531
10.5.3. Przyrost temperatury w czasie odkształcania z dużymi prędkościami ........... 536
10.5.4. Czułość naprężenia uplastyczniającego na prędkość odkształcenia ............... 538
10.5.5. Wpływ prędkości odkształcenia na niejednorodność odkształcenia............... 540
10.5.6. Charakterystyka spęczania na młocie spadowym ........................................... 542
10.5.7. Wykorzystanie pomiaru twardości metodą Vickersa do oceny wpływu
prędkości odkształcenia na zachowanie się materiału .................................... 544
Literatura ................................................................................................................................... 546
11. TECHNOLOGICZNE METODY BADAWCZE .......................................................... 549
11.1. JAKOŚĆ WYROBU PO PRZERÓBCE PLASTYCZNEJ ........................................ 549
11.1.1. Własności użytkowe wyrobu po przeróbce plastycznej ................................. 549
11.1.2. Normy odbioru i kontroli jakości wyrobów .................................................... 551
11.2. WYZNACZENIE METODĄ LANKFORDA WSPÓŁCZYNNIKA ANIZOTROPII
NORMALNEJ ............................................................................................................ 553
11.3. PRÓBY TŁOCZNOŚCI TAŚM ................................................................................. 555
11.3.1. Próba tłoczności metodą Erichsena ................................................................. 555
11.3.2. Próba tłoczności metodą Fukui ....................................................................... 559
11.4. GIĘCIE TAŚM ........................................................................................................... 562
11.4.1. Próba wielokrotnego przeginania taśm ........................................................... 562
11.4.2. Technologiczna próba zginania taśm .............................................................. 565
11.5. PRÓBY SPECJALNE ................................................................................................ 569
11.5.1. Próba jednokierunkowego skręcania drutu ..................................................... 569
11.5.2. Próba dwukierunkowego przeginania drutu.................................................... 571
11.5.3. Próba spłaszczania rur ..................................................................................... 573
11.6. KONTROLA JAKOŚCI ZAWLECZKI .................................................................... 574
Literatura ................................................................................................................................... 577
10
Podstawy procesów przeróbki plastycznej
12. FIZYCZNE MODELOWANIE PROCESÓW PRZERÓBKI PLASTYCZNEJ ....... 579
12.1. METODYKA BADAŃ .............................................................................................. 579
12.1.1. Wybór metody pomiarowej............................................................................. 579
12.1.2. Zasady modelowania ....................................................................................... 582
12.1.3. Materiały modelowe........................................................................................ 584
12.2. METODY DOŚWIADCZALNEGO BADANIA PROCESÓW PRZERÓBKI
PLASTYCZNEJ ......................................................................................................... 586
12.2.1. Badania kinematyki płynięcia metalu ............................................................. 587
12.2.2. Metoda wizjoplastyczności ............................................................................. 589
12.2.3. Pomiary elastooptyczne .................................................................................. 593
12.2.4. Zastosowanie elastooptyki .............................................................................. 598
12.3. POMIARY TENSOMETRYCZNE ........................................................................... 599
12.3.1. Zasady pomiaru ............................................................................................... 599
12.3.2. Układy elektryczne.......................................................................................... 601
12.3.3. Aparatura tensometryczna ............................................................................... 601
12.3.4. Budowa przetwornika ..................................................................................... 602
12.3.5. Obliczenia konstrukcyjne przetwornika .......................................................... 603
12.3.6. Przykłady konstrukcji przetworników ............................................................ 604
Literatura ................................................................................................................................... 606
ZAKRES ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH
13. WARUNKI REALIZACJI PRÓB DOŚWIADCZALNYCH ....................................... 607
13.1. Plastyczność metali i wyznaczenie naprężenia uplastyczniającego w teście
skręcania ................................................................................................................... 607
13.2. Wpływ warunków tarcia na nierównomierność odkształcenia w procesach
przeróbki plastycznej ................................................................................................ 609
13.3. Parametry procesów walcowania: wzdłużnego płaskowników i skośnego tulei
rurowych ................................................................................................................... 613
13.4. Parametry procesu walcowania na zimno z naciągami taśm cienkich ..................... 617
13.5. Analiza operacji kucia swobodnego ......................................................................... 622
13.6. Parametry procesu kucia matrycowego .................................................................... 627
13.7. Parametry procesu wyciskania przeciwbieżnego prętów pełnych ........................... 632
13.8. Parametry procesów współbieżnego wyciskania na gorąco aluminium – w stanie
litym oraz wyprasek z proszku ................................................................................. 636
13.9. Określenie w oparciu o statyczną próbę rozciągania zmian umocnienia metali
w procesie ciągnienia prętów ................................................................................... 639
13.10. Odkształcenia w procesach wytłaczania naczyń cylindrycznych ............................ 642
13.11. Wpływ dynamicznych warunków odkształcania na płynięcie plastyczne ............... 646
13.12. Technologiczne metody badań własności i jakości wyrobów po przeróbce
plastycznej ................................................................................................................ 649
Spis treści
11
OD AUTORÓW
Celem podręcznika jest podanie niezbędnych podstaw teoretycznych i technologicznych, wymaganych przy opanowywaniu  zagadnień w zakresie realizacji różnych
technologii procesów przeróbki plastycznej metali. Podręcznik przeznaczony jest dla
studentów kierunków: mechanicznych, metalurgicznych i inżynierii materiałowej,
studiujących w krajowych uczelniach technicznych na kierunkach kształcenia: Metalurgia, Inżynieria Materiałowa i pokrewnych.
Istniejące skrypty i podręczniki wymagają uzupełnień, ale przede wszystkim brak
jest jednolitej monografii – opracowania ogólnie dostępnego, które zapewniłoby zakres
wiedzy, dotyczącej własności fizycznych i mechanicznych materiałów, praw mechaniki płynięcia i warunków realizacji procesów podczas plastycznego odkształcania.
Duże bogactwo procesów przeróbki plastycznej, dotyczy działalności stosowanej
do wykonywania wszelkiego rodzaju wyrobów powszechnego użytku. Ta dziedzina
wiedzy jest często utożsamiana z tzw. głębokim przetwórstwem wyrobów metalowych,
które jest stosowane do wytworzenia wyrobów rynkowych codziennego użytku o ściśle
określonych własnościach użytkowych (blachy, odkuwki, profile gięte, profile tłoczone
na karoserie samochodów lub elementy sprzętu gospodarstwa domowego, rury itp.), na
które istnieje zapotrzebowanie przez przemysł przetwórczy. W tej działalności konieczna jest znajomość szeregu praw plastycznego odkształcenia. Dotyczy to również
technologów i inżynierów, bezpośrednio nie posługujących się na co dzień technologiami głębokiego przetwórstwa metali i ich stopów. Z tego względu całość opracowania jest adresowana do studentów wszystkich specjalności na obu kierunkach kształcenia na wydziałach mechanicznych uczelni technicznych.
Podręcznik jest opracowany przez zespół specjalistów zajmujących się różnymi
technologiami procesów przeróbki plastycznej. Podstawowa jego część zawiera wybrane elementy z zakresu zagadnień teoretycznych i technologicznych poszczególnych
procesów przeróbki plastycznej, niezbędnych przy wykonywaniu ćwiczeń, dających
szerokie podstawy do głębszego studiowania teorii procesów, wchodzących w zakres
zainteresowań studenta.
Autorzy składają serdeczne podziękowania recenzentom: prof. dr hab. inż. Janowi
Kazaneckiemu, prof. dr hab. inż. Zbigniewowi Paterowi i dr hab. inż. Bogusławowi
Kukurykowi za trud recenzowania i cenne uwagi, którymi podzielili się z autorami
przy ostatecznej korekcie podręcznika.
Autorzy żywią nadzieję, że przekazany studentom podręcznik będzie stanowił
wydatną pomoc przy opanowaniu zagadnień teoretycznych, co usprawni tok nauczania
w zakresie podstaw procesów przeróbki plastycznej metali i ich stopów.