Operacją wytłaczania nazywamy proces, podczas którego następuje przekształcenie kawałka blachy w wytłoczkę o powierzchni nie rozwijalnej.
Rozpatrzmy najprostszy przypadek tego rodzaju operacji, który polega na przekształceniu krążka blachy w wytłoczkę o kształcie naczynia cylindrycznego. Jeżeli naczynie to ma być dość głębokie, a jego ścianka odpowiednio cienka, to proces wytłaczania przeprowadza się z dociskaczem, w sposób pokazany na rys. 6.1. Siła F wywierana przez stempel na dno wytłoczki jest następnie przenoszona za pośrednictwem bocznych ścianek na kołnierz wytłoczki, który w wyniku plastycznego płynięcia stopniowo przekształca się w walcową ściankę.
Rys. 6.1. Przebieg procesu wytłaczania z dociskaczem naczynia cylindrycznego a) położenie materiału na początku procesu, b) przemieszczanie materiału w czasie kształtowania wytłoczki, c) zakończenie procesu, d) przebieg siły. [20]
Jeżeli będziemy śledzić kierunek przemieszczania się poszczególnych punktów materialnych, to zauważymy, że punkt A (rys.6.1.a) leżący na kołnierzu wytłoczki przemieszcza się promieniowo do środka tak, że jego odległość od osi symetrii wytłoczki maleje, natomiast punkt C leżący na powierzchni dna przesuwa się w kierunku przeciwnym; jego odległość od osi wzrasta. Pomiędzy dwoma obszarami o przeciwnych kierunkach przemieszczania się punktów materialnych leżeć musi linia graniczna, której punkty nie zmieniają swej odległości od osi.
Załóżmy, że na rysunku 6.1. punkt B leży właśnie na takiej linii granicznej. Płaszczyzna B-B (rys. 6.1.b) poprowadzona przez tę linię graniczną dzieli wytłoczkę na dwie części:
- zewnętrzny kołnierz, w którym zachodzi proces ciągnienia,
- dno, w którym panuje dwuosiowe rozciąganie.
W dalszej części pracy rozpatrzymy przebieg kształtowania tych części niezależnie.
Przy projektowaniu i realizowaniu procesu wytłaczania blach należy pamiętać o dwóch zjawiskach, które stanowią przeszkodę w otrzymywaniu prawidłowych wytłoczek. Są to:
- pękanie wytłoczek w czasie tłoczenia,
- fałdowanie kołnierza wytłoczki
W dalszej części pracy zostaną omówione kolejno warunki, w których występują te zjawiska oraz środki zmierzające do ich wyeliminowania.
Wytłaczanie stanowi jedną z podstawowych operacji tłoczenia i bardzo często pełni funkcję pierwszego etapu w złożonym procesie kształtowania blach. Celem tej operacji jest nadanie półfabrykatowi wstępnego kształtu, który następnie może być poddawany dalszemu formowaniu poprzez kolejne operacje takie jak rozciąganie, przetłaczanie, gięcie czy kalibrowanie. Wytłaczanie polega na miejscowym wypychaniu fragmentu materiału poza płaszczyznę pierwotną, bez naruszenia jego ciągłości i bez oddzielania jakichkolwiek części. Proces ten odbywa się zazwyczaj z użyciem narzędzi składających się z matrycy, stempla oraz ewentualnie docisku, który stabilizuje materiał i zapobiega jego fałdowaniu.
Z technicznego punktu widzenia wytłaczanie można zdefiniować jako kształtowanie plastyczne fragmentu arkusza blachy poprzez wymuszenie przepływu materiału w kierunku prostopadłym do jego pierwotnej powierzchni. W wyniku działania stempla blacha zostaje lokalnie przemieszcza w przestrzeń matrycy, tworząc wypukłość (wytłoczkę) o określonej głębokości i geometrii. Wytłoczki mogą mieć charakter wypukły lub wklęsły, być cylindryczne, stożkowe, eliptyczne lub przyjmować inne formy w zależności od potrzeb konstrukcyjnych danego detalu.
Wytłaczanie jako pierwsza operacja tłoczenia odgrywa bardzo istotną rolę z punktu widzenia całego procesu produkcyjnego. To właśnie na tym etapie następuje wstępne uformowanie struktury materiału, ustalenie bazowych kształtów i wymiarów, a także rozprowadzenie naprężeń wewnętrznych, które będą miały wpływ na przebieg kolejnych etapów tłoczenia. W przypadku elementów głębokotłocznych, takich jak obudowy, pokrywy, puszki czy kubki, odpowiednie zaprojektowanie pierwszej operacji wytłaczania ma kluczowe znaczenie dla jakości i trwałości wyrobu końcowego.
Wytłaczanie może być realizowane jako operacja jednokrotna, wykonywana w jednym suwie prasy, lub jako operacja wielostopniowa, z podziałem na kilka przejść, co pozwala na lepsze kontrolowanie przepływu materiału i zmniejszenie ryzyka powstawania wad. Przy bardzo głębokich wytłoczkach, zwłaszcza w przypadku cienkościennych blach o niskiej plastyczności, konieczne może być zastosowanie specjalnych docisków oraz odpowiednich środków smarnych, które ograniczają tarcie i przeciwdziałają miejscowemu pękaniu materiału.
Jednym z wyzwań technologicznych w procesie wytłaczania jest kontrola grubości ścianki wytłoczki. W wyniku przemieszczenia materiału w kierunku pionowym może dojść do jego rozciągnięcia i miejscowego osłabienia, co jest niepożądane w elementach narażonych na obciążenia mechaniczne. Z tego względu istotne jest stosowanie odpowiednich promieni zaokrąglenia matrycy i stempla, jak również optymalizacja parametrów procesu takich jak prędkość tłoczenia, siła docisku czy rodzaj materiału wsadowego.
W kontekście doboru materiałów do wytłaczania pierwszorzędne znaczenie mają ich właściwości plastyczne – najlepiej sprawdzają się metale o dobrej ciągliwości i niskiej granicy plastyczności, takie jak stale niskowęglowe, aluminium i jego stopy, miedź, a także niektóre stopy magnezu. W przypadku materiałów o podwyższonej wytrzymałości lub strukturze anizotropowej konieczne może być wcześniejsze wyżarzanie rekrystalizujące, które poprawia jednorodność struktury i ułatwia kształtowanie.
Z praktycznego punktu widzenia wytłaczanie jako pierwsza operacja tłoczenia pełni również funkcję przygotowawczą – dzięki niej możliwe jest nie tylko nadanie geometrii początkowej, lecz również wstępne pozycjonowanie materiału względem narzędzi, co jest niezbędne dla zachowania dokładności wymiarowej w dalszych etapach produkcji. Często już na etapie wytłaczania można przewidzieć i zapobiec potencjalnym wadom, takim jak fałdy, pęknięcia, rozwarstwienia, które mogłyby wystąpić przy bardziej zaawansowanych operacjach tłoczenia.
Podsumowując, wytłaczanie jako pierwsza operacja tłoczenia pełni kluczową rolę w procesie kształtowania blach. Stanowi fundament dla dalszych operacji technologicznych, decyduje o jakości i trwałości detalu, a także wpływa na ekonomikę całego procesu produkcyjnego. Jego skuteczne zastosowanie wymaga uwzględnienia licznych czynników technologicznych, materiałowych i konstrukcyjnych, których właściwa integracja pozwala na uzyskanie wyrobów o wysokiej precyzji, estetyce i funkcjonalności.