Narzędzia kuźnicze do pracy na gorąco pracują w ekstremalnie trudnych warunkach, co ogranicza okres ich eksploatacji. Obciążenia narzędzi do kucia na gorąco mają charakter cyklicznie zmienny i stanowią kombinację obciążeń: cieplnego (temperatura początkowa narzędzi, temperatura wsadu, czas kontaktu nagrzanego wsadu z wykrojem matrycy oraz energia cieplna wywołana odkształceniem plastycznym) i mechanicznego (nacisk jednostkowy, prędkość odkształcenia oraz tarcie).
Szymon Szkudelski, Beata Pachutko, Stanisław Ziółkiewicz
Istotny wpływ na trwałość narzędzi kuźniczych ma również zmienne obciążenie cieplne, prowadzące do zmian własności fizycznych i mechanicznych warstwy wierzchniej. Zmiana temperatury występująca w układzie kuty materiał - narzędzie, wywołuje naprężenia rozciągające w warstwie wierzchniej narzędzi podczas odkształcania oraz naprężenia ściskające, będące efektem chłodzenia wykroju cieczą chłodząco-smarującą. Cyklicznie zmienne obciążenia są przyczyną powstawania pęknięć zmęczeniowych, które prowadzą do uszkodzeń eliminujących matryce z eksploatacji. Stan naprężeń i odkształceń narzędzi do pracy na gorąco w czasie odkształcania zmienia się z powodu niestacjonarnego charakteru kucia.
Rys. 1 Urządzenie badawcze UB-001 do badania zużycia ciernego a) widok urządzenia,
b) układ pracy próbki i przeciwpróbki w rozwiązaniu zaproponowanym przez INOP;
1 – pojemnik, 2 – przeciwpróbka - wałeczek, 3 – matryca, 4 – próbka - tarcza, 5 – stempel
Do przyczyn powodujących szybkie wycofanie narzędzi z eksploatacji zaliczamy:
- odkształcenia plastyczne – trwałe odkształcenie części roboczej narzędzia wskutek lokalnego obniżenia wytrzymałości spowodowanej odpuszczeniem
- materiału narzędzia w warunkach kucia,
- pęknięcia zmęczeniowe - spowodowane zmiennym działaniem naprężeń i temperatury, prowadzące do pękania narzędzi lub powstawania ubytków warstwy wierzchniej,
- zmiana wymiarów geometrycznych – wskutek zużycia ciernego.
Statystycznie blisko 70% narzędzi kuźniczych zostaje wycofana z produkcji z powodu utraty wymiarów wskutek zużycia ciernego i odkształcenia plastycznego, 25% w wyniku pęknięć zmęczeniowych i tylko 5% z innych powodów [1]. Ilościowe powiązanie poszczególnych mechanizmów zużycia jest trudne, zależne od rodzaju procesu obróbki plastycznej oraz warunków eksploatacji narzędzi. Rodzaj i wielkość zużycia wpływa na czas eksploatacji narzędzi. Dlatego poznanie mechanizmów powodujących zniszczenie narzędzi ma istotne znaczenie przy projektowaniu technologii procesu obróbki plastycznej oraz konstrukcji narzędzi.
cały artykuł dostępny jest w wydaniu 6 (57) czerwiec 2012
