Ciągnieniem – nazywamy sposób przeróbki plastycznej materiału polegający na przeciągnięciu go przez otwór w specjalnie ukształtowanej matrycy zwanej ciągadłem pod wpływem przyłożonej z zewnątrz siły – zwaną siłą ciągnienia. Tak uzyskuje się zmniejszenie przekroju poprzecznego materiału przy równoczesnym jego wydłużeniu, a w niektórych przypadkach zmianie ulega również kształt przekroju poprzecznego. Ponadto zmieniają się własności fizyczne materiału, a także wzrasta dokładność wymiarów i gładkość powierzchni.
Ciągnienie zasadniczo należy do procesów przeróbki plastycznej na zimno.

W wyniku procesu ciągnienia można uzyskać druty, pręty i kształtowniki, proces ciągnienia można również stosować w celu uzyskania zmiany wymiarów rur.

Proces ciągnienia ma wiele zalet i jest niezastąpiony w następujących przypadkach:

  • gdy należy wykonać drut o małych średnicach (poniżej 5 mm),
  • w przypadku konieczności otrzymania rur o małej grubości ścianki,
  • gdy wymagane własności mechaniczne i dokładność powierzchni są wysokie.

Proces ciągnienia stosowany jest głównie do wyrobu:

  • prętów kształtowych o małych i bardzo małych przekrojach drutów cienkich o średnicach do ok. 4 mm (np. włókna żarówkowe),
  • prętów okrągłych i kształtowych o dużych przekrojach, szczególnie gdy chodzi o uzyskanie wysokich własności mechanicznych, a także prętów o dużej dokładności i dużym stopniu czystości powierzchni,
  • rur różnych kształtów i przekrojów, przede wszystkim rur cienkościennych o małych i bardzo małych średnicach.

Charakterystyka procesu:

Ciągnienie jest w większości przypadków procesem przeróbki plastycznej na zimno. Zalety procesu ciągnienia do których należą wysoka dokładność wymiarowa (wąskie tolerancje) wyrobów oraz bardzo wysoka gładkość powierzchni (porównywalna z gładkością po polerowaniu) sprawiają, że wyroby ciągnione w pełni zasługują na miano wyrobów precyzyjnych. Skutkiem tego w pewnych zastosowaniach są one po prostu nie zastąpione również ze względu na stosunkowe niskie koszty ich wytwarzania w porównaniu np. obróbką skrawaniem.

Materiałami stosowanymi do ciągnienia są różne gatunki stali węglowych i stopowych, metale nieżelazne a także specjalne gatunki stopów o ściśle określonym zastosowaniu. Zakres wymiarowy wyrobów ciągnionych jest bardzo szeroki, gdyż z jednej strony wytwarza się rury o średnicy zewnętrznej rzędu 100 – 150 [mm] – a z drugiej produkuje bardzo cienkie druty o średnicach rzędu 0,01 [mm].

Wyroby otrzymywane w przemyśle drogą ciągnienia obejmują bardzo szeroki asortyment produkcji – ogólnie podzielić je można na profile pełne oraz rurowe, większość wyrobów ciągnionych w ramach obu grup stanowią profile okrągłe ze względu na ich szerokie zastosowanie Wyroby ciągnione są rozpowszechnione niemal we wszystkich gałęziach gospodarki. Należy tu wymienić przemysł maszynowy, w którym stosowane są one do wytwarzania elementów np. elementów konstrukcyjnych np. lin, nitów, śrub, zawleczek łańcuchów, łożysk tocznych, osi, wałów napędowych.

Druty znajdują zastosowanie także w budownictwie do betonów sprężonych, gwoździ i skobli – w elektronice i przemyśle elektrotechnicznym na kable i przewody, w włókienniczym na igły, szpilki oraz w rzemiośle artystycznym.

Wyroby o przekroju okrągłym stanowią zdecydowaną większość produkcji ale istnieje także wciąż rosnące zapotrzebowanie na kształtowniki precyzyjne otrzymywane droga ciągnienia. Wyroby te to nie tylko kształtowniki proste ale również profile o złożonym i nieregularnym kształcie których asortyment ulega stopniowemu rozszerzaniu.

Ciągadła sklasyfikować można stosując następujące kryteria:

I. Profil ( kształt tworzącej) strefy zgniatającej:

  • stożkowe,
  • łukowe wypukłe,
  • łukowe wklęsłe,
  • sigmoidalne.

II. Kształt otworu kalibrującego:

  • kołowe o okrągłym otworze,
  • kształtowe o nieokrągłym otworze,
  • budowa elementów składowych.

Budowa elementów składowych:

  • monolityczne,
  • składane (segmentowe),
  • rolkowe tzw. aparaty Fuhra.

III. Sposób pracy elementów ciągadła:

  • stałe,
  • ruchome,
  • obrotowe (walcowe, kulkowe),

IV. Warunki smarowania:

  • konwencjonalne,
  • ciśnieniowe: (ze smarowaniem hydrodynamicznym lub hydrostatycznym);

V. Materiał ciągadła:

  • stalowe,
  • węglikowe,
  • diamentowe,
  • kompozytowe.

VI. Przeznaczenie ciągadła:

  • do drutów,
  • do prętów,
  • do rur.

Materiały stosowane do wyrobu ciągadeł to:

  • Stale narzędziowe.
  • Węgliki spiekane.
  • Diament techniczny.
  • Materiały kompozytowe.

Najczęściej spotykana konstrukcja to ciągadło monolityczne, czyli matryca z odpowiednio ukształtowanym, najczęściej stożkowo zbieżnym otworem. Typowe ciągadło składa się z dwóch wzajemnie ze sobą zespolonych części:

  • oczka (rdzenia) wykonanego z materiału zdolnego do przeniesienia bardzo wysokich nacisków oraz zapewniającego uzyskanie powierzchni o wysokiej gładkości,
  • oprawy metalowej, zabezpieczające oczko przed zniszczeniem i ułatwiającej zamocowanie ciągadła w gnieździe ciągarki.

Od cech geometrycznych oraz materiału ciągadła zależą odchyłki wymiarowe i jakość powierzchni wyrobu oraz siła ciągnienia i wydajność procesu ciągnienia. Czynniki decydujące o geometrii zastosowanego ciągadła to:

  • warunki smarowania,
  • rodzaj ciągnionego materiału,
  • wielkość stosowanych gniotów,
  • największy dopuszczalny gniot,
  • odpowiednie rozłożenie obciążenia w materiale oczka ciągadła.

Najistotniejszym elementem konstrukcyjnym ciągadła jest stożek roboczy (zgniatający). W stożku tym odbywa się odkształcenie plastyczne ciągnionego metalu ze średnicy początkowej na średnicę końcową. Maszyny służące do przeróbki plastycznej materiałów przez ciągnienie nazywamy ciągarkami.

W zależności od zasady działania i przebiegu osi ciągnionego materiału ciągarki można podzielić na:

  • ciągarki ławowe,
  • ciągarki bębnowe.

W ciągarkach ławowych ruch ciągnionego materiału jest prostolinijny. Oś materiału ciągnionego od rozpoczęcia procesu ciągnienia do jego zakończenia jest linią prostą nie zmieniającą położenia. Ciągarki te znajdują zastosowanie głównie do ciągnienia prętów i rur o większych przekrojach. Maszyny te odznaczają się stosunkowo prostą budową i różnią się głównie w zakresie konstrukcji do elementów przekazujących siłę ciągnienia.

Tarcie w procesie ciągnienia jest zjawiskiem bardzo niekorzystnym. Wpływa nie tylko na zwiększenie siły ciągnienia ale i na nierównomierność odkształcenia i występowania naprężeń własnych.

Wzrost tarcia obniża możliwą do zastosowania prędkość ciągnienia oraz zmniejsza maksymalne wielkości gniotu w jednym ciągu. Tarcie występujące na powierzchni styku metalu z ciągadłem wywiera wpływ na warunki temperaturowe procesu ciągnienia. Wydzielanie się ciepła przy ciągnieniu na zimno jest wynikiem tarcia oraz pracy odkształcenia plastycznego. Tarcie jest przyczyną występowania nierównomierności odkształcenia, a co za tym idzie nierównomierności własności na przekroju ciągnionego wyrobu.

Z nierównomiernością odkształcenia jest ściśle związane zjawisko powstawania naprężeń własnych – ogólnie można przyjąć, że wzrost tarcia prowadzi do powstania w materiale większych co do wartości naprężeń własnych, które z reguły na powierzchni wyrobu są rozciągające., Naprężenia własne mogą z kolei powodować określony wady materiału jak np. pękanie powierzchniowe, pęknięcia głębokie sięgające do środka materiału, łuski. Materiał w którym występują duże naprężenia własne wykazuje tendencje do krzywienia się co z kolei może powodować problemy technologiczne związane z dalszym prostowaniem. Należy również pamiętać, że nadmierne tarcie jest przyczyną szybkiego zużycia ciągadeł oraz znacznie utrudnia uzyskanie małej chropowatości powierzchni gotowego wyrobu.

Wpływ parametrów procesu ciągnienia na własności mechaniczne:

Podstawowym parametrem procesu ciągnienia determinującym własności wyrobów ciągnionych jest wielkość zadanego odkształcenia. Obowiązuje tutaj ogólna zasada, że im większe odkształcenie tym wyższe własności wytrzymałościowe i tym niższe własności plastyczne. Ze wzrostem gniotu wzrasta wytrzymałość na rozciąganie, granica sprężystości i granica plastyczności materiału. Na charakter zmian własności mechanicznych wywiera wpływ nie tylko wielkość, lecz również sposób realizacji odkształcenia.

Nie bez znaczenia jest wielkość gniotów częściowych, ich rozkład oraz wielkość gniotu w ostatnim ciągu. Należy tutaj pamiętać, że wymaganą wielkość odkształcenia całkowitego zrealizować można stosując różne kombinacje gniotów częściowych. Istnieje ogólna zasada, że dla uzyskania dużej wytrzymałości drutu na rozciąganie należy stosować małą ilość ciągów o dużych gniotach pojedynczych, natomiast dobre własności plastyczne otrzymuje się stosując dużą ilość ciągów o możliwie małych gniotach.

Na własności mechaniczne wyrobów ciągnionych wywiera również wpływ przeciwciąg, prędkość ciągnienia, rodzaj stosowanego smaru i mechaniczne warstwy podsmarowej oraz panująca w obszarze odkształcenia temperatura. Czynniki te wzajemnie na siebie oddziaływują i trudno jest jednoznacznie określić wpływ każdego z nich oddzielnie na własności mechaniczne. Rodzaj obróbki cieplnej poprzedzającej ciągnienie oraz obróbki cieplnej po zakończeniu ciągnienia wywiera podstawowy wpływ na własności mechaniczne wyrobu gotowego.

O autorze

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *