Wykrawanie stali w praktyce

Wykrawanie stali to metoda obróbki, która pozwala na kształtowanie blach stalowych ze stosunkowo dużą wydajnością i precyzją. Dzięki właściwościom używanego materiału i jego podatności na cięcie mechaniczne oraz odpowiednio przygotowanym narzędziom w krótkim czasie można uzyskać potrzebne w rozmaitych zastosowaniach detale, a także przygotować całe podzespoły do dalszej obróbki. Metody wykrawania można użyć przy produkcji mało- i wielkoseryjnej.

Najefektywniejsze sposoby kształtowania stali

Stal to jeden z najpopularniejszych, a zarazem najbardziej różnorodnych materiałów spośród wszystkich dostępnych metali. Stopy stalowe uzyskiwane przez połączenie atomów żelaza i węgla, a także wielu innych pierwiastków metalicznych wpływających na charakterystykę uzyskanego materiału, są wykorzystywane w niemal wszystkich branżach i dziedzinach życia. Co więcej, stosowanie różnych dodatków daje możliwość pozyskiwania metalu o bardzo różnych właściwościach – większej lub mniejszej sprężystości, plastyczności oraz wytrzymałości na obciążenia. Jednak w przypadku stali kluczową cechą zapewniającą jej tak wielką popularność jest ogromna podatność na różne metody obróbki i kształtowania. Do najpopularniejszych należą niewątpliwie różne odmiany obróbki cieplnej i cieplno-chemicznej, pozwalającej na zmianę właściwości struktury materiału. Do nadawania stali rozmaitych form używa się jednak głównie obróbki ubytkowej, np. różnych odmian skrawania i obróbki plastycznej. Znajduje ona zastosowanie zwłaszcza przy przygotowywaniu elementów płaskich, uzyskiwanych z blach stalowych za pomocą gięcia czy wykrawania – wyjaśnia przedstawiciel firmy Głowacki i s-ka, która zajmuje się produkcją wyrobów metalowych dla przemysłu maszynowego.

Obróbka plastyczna to jedno z podstawowych działań wykonywanych przy przygotowywaniu półfabrykatów do dalszego kształtowania, ale jest także używana przy produkcji wyrobów gotowych. W ramach takiej obróbki wykonuje się cięcie stali na kawałki o właściwych rozmiarach, które mogą być następnie dowolnie przetwarzane. Cięcie może też służyć do nadania odpowiednich rozmiarów produktowi końcowemu, np. prętom czy profilom. W ramach obróbki plastycznej wykorzystuje się również procesy, które wpływając na kształt materiału, nie naruszają jego spójności. Jest to możliwe np. przy gięciu blachy. Jedną z dających największe możliwości i bardziej użytecznych metod obróbki plastycznej jest jednak wykrawanie.

Wykrawanie polega na przerwaniu spójności materiału i uzyskaniu kształtu odpowiadającemu zarysom użytych narzędzi – w tym przypadku stempla i matrycy. Przecięcie materiału następuje wskutek działania siły mechanicznej, której nacisk powoduje przekroczenie granicy możliwych odkształceń sprężystych i po krótkiej fazie tzw. plastycznego płynięcia, pęknięcie i całkowite rozdzielenie materiału. Dla uzyskanego efektu kluczowe znaczenie ma precyzja wykonanego cięcia oraz jakość powstałych krawędzi.

Proces wykrawania sprawdza się znakomicie w przypadku produkcji wielkoseryjnej wykonywanej z blachy. Alternatywą dla wykrawania są różne rodzaje cięcia mechanicznego, które jednak ograniczają się do prostszych kształtów oraz otwartych linii cięcia. Metodą konkurencyjną wobec wykrawania jest również obróbka skrawająca, np. uzyskiwanie odpowiedniej formy za pomocą frezowania. Proces ten trwa jednak dłużej i ma uzasadnienie jedynie w niektórych przypadkach, m.in. przy detalach małoseryjnych i bardziej złożonych.

Zamiast wykrawania stosuje się też niekiedy cięcie termiczne, np. za pomocą lasera sterowanego CNC. Taka metoda jest jednak mniej wydajna, a przez to droższa. Może jednak być stosowana jako uzupełnienie wykrawania, choćby dla uzyskania bardziej złożonej geometrii cięcia, czy krawędzi nachylonych pod pewnym kątem.

Jak przebiega proces wykrawania stali?

Proces wykrawania jest przeprowadzany przy użyciu maszyn, które są w stanie wytworzyć odpowiednio duży nacisk na obrabianą powierzchnię. Wycinanie w metalu jest możliwe dzięki używaniu pras, które mogą uzyskiwać od kilku do kilkuset ton w zależności od grubości i wielkości materiału. W większości zastosowań przemysłowych wykorzystuje się w tym celu prasy mechaniczne z różnymi rodzajami napędu, a także prasy hydrauliczne. Do uzyskania pożądanego kształtu konieczne jest również użycie wykrojnika. Jest on zbudowany z kilku elementów, z których najważniejszymi są naciskający na powierzchnię metalu stempel oraz płyta tnąca.

Schemat wykrawania jest stosunkowo prosty. Blacha stalowa jest umieszczana w wykrojniku na płycie tnącej i precyzyjnie pozycjonowana. Kolejnym etapem jest jej unieruchomienie oraz opuszczenie stempla. Nacisk wywierany przez opadający stempel rozkłada się równomiernie na powierzchni materiału, a za sprawą jego krawędzi oraz krawędzi płyty tnącej materiał ulega rozłączeniu z dokładnością, która zależy od rodzaju użytego wykrojnika, w tym luzu między stemplem a płytą tnącą oraz materiału wykorzystanego do wykonania krawędzi tnących.

Przy pomocy odpowiednio przygotowanych wykrojników można przeprowadzić kilka różnych operacji związanych z cięciem. Zalicza się do nich wycinanie, w którym produktem jest fragment materiału o kształcie stempla oddzielony od pozostałej części blachy, stającej się w tym przypadku odpadem, a także dziurkowanie, podczas którego to odspojony kawałek usunięty przez stempel jest nieprzydatny, a pozostała powierzchnia jest wytworem procesu. Zarówno w trakcie wycinania, jak i dziurkowania uzyskuje się kształty będące odzwierciedleniem linii zamkniętej. Możliwe jest jednak również cięcie po linii niezamkniętej albo otwartej. W takim przypadku usuwany jest odpad położony przy krawędzi blachy. W takiej sytuacji mamy do czynienia z odcinaniem lub przycinaniem.

Używając wykrojnika, można również przeprowadzić operację nadcinania. Dochodzi wówczas do nacięcia materiału, jednak nie jest on rozdzielany, ponieważ linia cięcia znajduje się z dala od krawędzi blachy. Inną opcją jest rozcinanie, podczas którego materiał jest rozdzielany wzdłuż linii cięcia.

Wykrojniki mogą również posłużyć do obróbki wykończeniowej. W jej trakcie można dokonać okrawania, czyli usunięcia zbędnych fragmentów materiału, które pozostały po innych procesach technologicznych. Stosuje się również wygładzanie, za pomocą którego można uzyskać odpowiednie wymiary oraz wymaganą gładkość powierzchni cięcia.

W zależności od typu wykrojnika podczas każdej operacji prasy może być wykonana jedna albo więcej czynności cięcia. Wykrojniki proste, czyli jednozabiegowe służą do realizacji jednej czynności, np. wycinania. W przypadku wykrojników wielozabiegowych istnieje możliwość realizacji kilku operacji – w następujących po sobie etapach (wykrojniki wielotaktowe) albo jednocześnie. Wykrojnik wielotaktowy może kolejno wykonać np. wycinanie i odcinanie, a także wygładzanie. Wykrojnik jednoczesny zrealizuje wszystkie te zadania podczas jednego ruchu prasy.

Stosowanie wykrojników wielotaktowych oraz jednoczesnych znacznie przyspiesza produkcję bardziej skomplikowanych detali, oszczędzając czas, jaki materiał spędza w prasie. Niestety wiąże się to również z wyższymi kosztami przygotowania wykrojnika i nie jest opłacalne przy prostych operacjach i niewielkiej skali produkcji.