Ciągnienie

Ciągnieniem nazywamy obróbkę plastyczną, w której zmiana poprzecznego przekroju materiału w postaci drutu, pręta lub rury następuje pod wpływem przeciągania go przez gładki otwór narzędzia zwanego ciągadłem (rys. 3.32).

Niezależnie od kształtu wyrobu (przekrój kołowy czy profilowy, rurowy czy pełny) oraz jego wymiarów uzyskuje się w procesie ciągnienia bardzo dobrą jakość powierzchni, porównywalną z powierzchnią polerowaną oraz bardzo wąskie toleran­cje wymiarowe. Ponadto, kształtując odpowiednio strukturę metalu przed ciągnie­niem drogą obróbki cieplnej, można uzyskać wyroby charakteryzujące się wysokimi własnościami wytrzymałościowymi przy równocześnie dobrych własnościach pla­stycznych. Wszystko to sprawia, że wyroby ciągnione są szeroko stosowane w' przemyśle maszynowym jako elementy konstrukcyjne.

Wsad i wyrób w procesie ciągnienia

W procesie ciągnienia najczęściej stosuje się następujący wsad: walcówkę—pręty walcowane o średnicy 6—188 mm, krajkę — pręty o przekroju kwadratowym uzyskane w wyniku spiralnego cięcia odlanych i przewalcowanych płyt (stosowane dla materiałów trudno odkształcalnych). Wymienione półwyroby mogą być wykona­ne ze stali, metali nieżelaznych lub stopów przeznaczonych do obróbki plastycznej. W procesie ciągnienia uzyskuje się wyroby o bardzo różnych przekrojach. Tą metodą można na przykład uzyskać drut o średnicy 0,01 mm, a rury o średnicy wewnętrznej 0,3 mm i grubości ścianki 0,1 mm. Wiele ważnych wyrobów jest produkowanych ze wsadu ciągnionego, a mianowi­cie: liny, śruby, nity, sprężyny, wiertła, frezy, rozwiertaki, łożyska toczne, osie, wały napędowe itp. Niekiedy wyroby ciągnione mają pęknięcia wzdłużne lub poprzeczne. Jest to zwykle spowodowane wadami materiału ciągnionego. Może to przykładowo wyni­kać z nieodpowiedniej struktury wewnętrznej materiału lub wad pochodzących z zabiegów poprzednich (odlewania, wyciskania czy walcowania). Podstawowe znaczenie dla jakości wyrobu mają: rodzaj i jakość wsadu, rodzaj i stan techniczny ciągadeł, warunki i parametry procesu ciągnienia (smarowanie, prędkość ciągnienia itp.).

Technologia ciągnienia

Urządzenia do ciągnienia to ciągarki. Zależnie od typu zastosowanej ciągarki, rodzaju technologii, a niekiedy od charakterystycznego ciągadła biorą nazwy różne rodzaje ciągnienia.. Zależnie od liczby ciągów; wyróżnia się:

—   ciągnienie jednostopniowe,

—   ciągnienie wielostopniowe.

To ostatnie może być — zależnie od przemieszczenia materiału względem bębna

ciągnącego:

-  z  poślizgiem (występuje poślizg miedzy materiałem ciągnionym a powierzchnią

bębna ciągnącego), 

-  bez poślizgu (nie ma poślizgu miedzy materiałem ciągnionym a powierzchnią

bębna ciągnącego).

Ze względu na sposób smarowania:

- ciągnienie na sucho (stosuje się stałe lub półpłynne środki smarujące — pasta grafitowa, proszek mydlany, pasta lalkowa i inne),

- ciągnienia na mokro (stosuje się płynne środki smarujące -r- olej, wodny roztwór mydła itp.).

Ze względu na wytężenia materiału przed ciągnieniem:

- Ciągnienie z przeciwciągiem (gdy materiał jest naprężony siłą F0 o zwrocie przeciwnym do działania siły F — rys. 3.33),

- ciągnienie bez przeciwciągu. Ze względu na zakres obróbki:

- ciągnienie wykańczające (dla uzyskania dokładnych wymiarów i odpowiedniego stanu powierzchni),

- ciągnienie   kształtowe   (nadawania   niekołowatego   kształtu   przekroju   w ciągadłach kształtowych),

- ciągnienie rur (na trzpieniu lub korku swobodnym).

Jak już wspomniano wcześniej, w wyniku procesu ciągnienia zmniejsza się po­przeczny przekrój materiału i równocześnie zwiększa się jego długość zgodnie z zasadą stałej objętości.

Proces przebiega wskutek działania siły ciągnienia F wzdłuż osi materiału, która go wciąga w stożkowy otwór roboczy ciągadła o kącie wierzchołkowym 2a (rys. 3.33).

W tak ukształtowanym ciągadle na jego całej powierzchni roboczej powstają siły normalne zgniatające materiał, tj. skierowane prostopadle do jej powierzchni oraz siły tarcia, proporcjonalne do poprzednich, styczne do powierzchni, a skierowane w kierunku przeciwnym do ruchu materiału.

W wyniku działania tego układu sił powstaje złożony stan naprężenia materiału, który przeprowadza go w stan plastyczny.

W przypadku prowadzenia procesu ciągnienia z przeciwciągiem, tj. gdy materiał jest dodatkowo naprężony siłą F„ skierowaną w kierunku przeciwnym niż siła F, stan naprężenia materiału wzmaga się i do przeprowadzenia go w stan plastyczny wystar­czają mniejsze siły zgniatające, jakie wytwarza ciągadło.

Sposób ciągnienia z przeciwciągiem jest więc bardzo korzystny, gdyż zmniejsza pracę ciągadła i przez to przedłuża jego trwałość.

Dla obliczenia siły ciągnienia F można skorzystać ze wzoru Siebela:

  [N]

gdzie:               - technologiczny współczynnik sprawności procesu ciągnienia,

              - początkowe pole przekroju poprzecznego materiału ( mm),

              S - końcowe pole przekroju poprzecznego materiały ( mm),

              K - średnie zastępcze naprężenie odkształcenia plastycznego.

gdzie:              - współczynnik tarcia,

              - kąt nachylenia tworzącej stożka roboczego w ciągadle

                            - logarytmiczne odkształcenie.

              Przykładowe wartości współczynników tarcia zestawiono w tabeli 3.5