Index of /rozprawy2/10231

Pełen tekst

(1) . AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej Katedra Plastycznej Przeróbki Metali. Rozprawa doktorska. WPŁYW ENERGII DRGAŃ ULTRADŹWIĘKOWYCH NA PROCES CIĄGNIENIA PRZEZ DZIELONE CIĄGADŁO.. mgr inż. Katarzyna Szajding. PROMOTOR: prof. dr hab. inż. Janusz Łuksza. Praca naukowa finansowana ze środków na naukę w latach 2008-2010 jako projekt badawczy.. Kraków, 2010. .

(2) Pamięci mojego Taty Prof. dr hab. inż. Antoniego Pasierba pracę tę poświęcam Pragnę złożyć serdeczne podziękowania promotorowi mojej pracy Panu Prof. dr hab. inż. Januszowi Łukszy za opiekę i wsparcie oraz wszystkim osobom, które swoimi pomysłami, przyczyniły się do realizacji moich badań i powstania tej pracy..

(3) . Spis treści Spis oznaczeń. ............................................................................................................................ 6 1. Wprowadzenie ........................................................................................................................ 8 2. Stan zagadnienia w świetle danych literaturowych................................................................ 9 2.1. Zastosowanie drgań ultradźwiękowych w procesach przeróbki plastycznej. ................11 2.2. Spadek stacjonarnej siły ciągnienia podczas wzbudzenia drgań ultradźwiękowych.....14 2.3. Wpływ drgań ultradźwiękowych na parametry procesu ciągnienia oraz własności wyrobu gotowego..................................................................................................................15 2.4. Badania współczynnika tarcia w procesie ciągnienia z ultradźwiękami........................19 2.5. Badania nad zastosowaniem drgań ultradźwiękowych w procesie ciągnienia materiałów trudnoodkształcalnych...........................................................................................................20 2.6. Podsumowanie dotychczas opublikowanych wyników badań. .....................................21 3. Teza pracy oraz cel i zakres badań. ...................................................................................... 23 4. Koncepcja realizacji celów badawczych. ............................................................................. 25 5. Analiza teoretyczna kinematyki procesu ciągnienia z uwzględnieniem ultradźwiękowych drgań ciągadła........................................................................................................................... 27 5.1. Opis kotliny odkształcenia w ciągadle monolitycznym drgającym wzdłużnie do osi drutu. .....................................................................................................................................27 5.2. Opis kotliny odkształcenia w ciągadle dzielonym drgającym prostopadle do osi drutu. ...............................................................................................................................................36 6. Badania doświadczalne......................................................................................................... 51 6.1. Program badań. ..............................................................................................................51 6.2. Materiały zastosowane w badaniach. .............................................................................55 6.3. Metodyka badań. ............................................................................................................58 6.4. Opis urządzeń zastosowanych do badań. .......................................................................62 6.4.1. Układ służący do wytwarzania wzdłużnych drgań ultradźwiękowych. ..................63 6.4.2. Układ służący do wytwarzania prostopadłych drgań ultradźwiękowych. ...............64 7. Budowa stanowiska w poszczególnych schematach ciągnienia drutów z zastosowaniem drgań ultradźwiękowych. ......................................................................................................... 65 7.1. Stanowisko do badań ultradźwiękowego ciągnienia drutów według schematów V-VII oraz XIV................................................................................................................................65. 4.

(4) . 7.2. Stanowisko do badań ultradźwiękowego ciągnienia drutów według schematu I-IV oraz XIII. .......................................................................................................................................69 7.3 Stanowisko do badań ultradźwiękowego ciągnienia drutów według schematów VIII-X. ...............................................................................................................................................73 7.4. Stanowisko do badań ultradźwiękowego ciągnienia drutów według schematów XI-XII. ...............................................................................................................................................74 7.5. Stanowisko do badań własności mechanicznych w próbie rozciągania z zastosowaniem drgań ultradźwiękowych. ......................................................................................................75 8. Wyniki badań........................................................................................................................ 77 8.1. Wyniki badań siły ciągnienia drutów według schematów I- IV. ...................................77 8.2. Wyniki badań siły ciągnienia drutów według schematów V-VII. .................................90 8.3. Wyniki badań siły ciągnienia drutów według schematów VIII - X...............................99 8.4. Wyniki badań siły ciągnienia drutów według schematów XI-XII...............................116 8.5. Wyniki badań siły ciągnienia drutów według schematu XIII. .....................................119 8.6. Wyniki badań siły ciągnienia drutów według schematu XIV......................................122 8.7. Pomiar temperatury powierzchni drutu........................................................................123 8.8. Wyniki otrzymane podczas próby ultradźwiękowego rozciągania drutów. ................124 8.9. Własności mechaniczne i mikrostruktura wyrobów po procesie ciągnienia. ..............132 8.10. Wygląd powierzchni po procesie ciągnienia..............................................................139 9. Analiza wyników badań. .................................................................................................... 140 10. Podsumowanie.................................................................................................................. 156 11. Wnioski............................................................................................................................. 158 12. Literatura. ......................................................................................................................... 161. 5.

(5) . Spis oznaczeń. A – amplituda drgań, Aw – wydłużenie względne próbki w próbie rozciągania na ciągarce bębnowej, A100 – wydłużenie względne próbki o bazie pomiarowej 100 mm, A250 - wydłużenie względne próbki o bazie pomiarowej 250 mm, D – średnica początkowa drutu, Dk – średnica części kalibrującej ciągadła, d – średnica końcowa drutu, E – moduł Younga, EU - energia uderzenia połówki ciągadła, EV – energia uderzenia połówki ciągadła na jednostkę objętości materiału, F – siła ciągnienia, FbUD – siła ciągnienia bez ultradźwięku, Fe – siła w momencie odchylenia krzywej rozciągania od prostoliniowego przebiegu, Fm – największa siła w próbie rozciągania, Fp0,2 – siła przy wydłużeniu względnym, Fr– siła w próbie rozciągania, Fśr – średnia siła ciągnienia, FUD – siła ciągnienia z ultradźwiękiem,. f - częstotliwość drgań, Lu – długość próbki po rozerwaniu, L0 – początkowa długość próbki, l – długość kotliny odkształcenia, lgr – długość kotliny odkształcenia przy granicznej prędkości ciągnienia. lk- długość części kalibrującej ciągadła, l0 (1/4T) - przemieszczenie punktu w czasie ¼ T, P – moc uderzenia połówki ciągadła, Re – fizyczna granica plastyczności, Rm- wytrzymałość na rozciąganie, Rp0,2 – umowna granica plastyczności, Sk - przekrój końcowy ciągnionego wyrobu, S0 - przekrój początkowy ciągnionego wyrobu, T – okres drgań, 6.

(6) . TbUD – temperatura powierzchni drutu ciągnionego bez drgań ultradźwiękowych, TUD – temperatura powierzchni drutu ciągnionego z drganiami ultradźwiękowymi, tk - średni czas przejścia punktu przez kotlinę odkształcenia, u - ilość uderzeń ciągadła, V – prędkość ciągnienia, Vm – objętość materiału, Vmax – prędkość maksymalna, VŚr – prędkość układu wsadowego, σ – odchylenie standardowe siły ciągnienia, ω – częstość kołowa, λ – współczynnik wydłużenia, 2α – kąt rozwarcia części stożkowej ciągadła,. 7.

(7) . 1. Wprowadzenie Ciągnienie jest to proces technologiczny przeróbki plastycznej na zimno, w którym materiał przeciągany jest przez nieruchome ciągadło. Po każdym ciągu obrabiany materiału zmienia. swoje. własności,. jako. efekt. umocnienia. odkształceniowego.. Wyżarzanie. rekrystalizujące jest metodą, która może przywrócić materiałom własności plastyczne, umożliwiające dalszą przeróbkę plastyczną na zimno. Innym sposobem stwarzającym możliwości intensyfikacji procesu ciągnienia jest zmniejszenie siły potrzebnej do odkształcenia materiału. Daje to możliwość zwiększenia ubytku przekroju poprzecznego w jednym ciągu, a co za tym idzie stwarza możliwość otrzymania wyrobu gotowego przy zastosowaniu mniejszej ilości ciągów podczas całego procesu. Równocześnie obniżenie siły ciągnienia powoduje zmniejszenie wielkości współczynnika zapasu wytrzymałości, co powoduje zmniejszenie niebezpieczeństwa występowania zerwań ciągnionego wyrobu. Zastosowanie drgań ultradźwiękowych w procesie ciągnienia powoduje znaczące obniżenie sił w porównaniu z konwencjonalnym ciągnieniem. Zjawiska zachodzące podczas zastosowania drgań ultradźwiękowych w procesach przeróbki plastycznej metali takich jak wyciskanie, walcowanie, ciągnienie oraz tłoczenie są od wielu lat przedmiotem wielu interesujących badań naukowych. Istnieją udokumentowane korzyści zastosowania drgań ultradźwiękowych w procesie ciągnienia. Proces ten charakteryzuje się możliwością zmniejszenia siły ciągnienia, polepszeniem jakości wyrobu, zawężeniem tolerancji wymiarowych, zmniejszeniem zużycia narzędzi, poprzez zmniejszenie sił i czasu trwania kontaktu na styku metal – narzędzie. Proces wykorzystujący wysokoczęstotliwościowe drgania. ciągadła. stwarza. również. możliwość. ciągnienia. metali. i. stopów. trudnoodkształcalnych, trudnych do konwencjonalnej przeróbki plastycznej na zimno. W pracy przedstawiono opis literaturowy wyjaśniający wpływ oraz celowość zastosowania drgań ultradźwiękowych w procesie ciągnienia drutów. Zaprezentowano specjalnie skonstruowane, unikatowe stanowisko badawcze, służące do prowadzenia procesu ciągnienia drutów przez dzielone ciągadło z zastosowaniem prostopadłych drgań jednej części ciągadła z ultradźwiękową częstotliwością. Zamieszczono zakres i program doświadczalnych oraz wyniki eksperymentów obejmujące między innymi pomiary siły ciągnienia oraz własności mechanicznych badanych materiałów. Niezależną część pracy stanowi model kinematyczny procesu ciągnienia z wymuszeniem ultradźwiękowych drgań ciągadła. Proces taki nazwany w pracy „ciągnienie – obkuwanie” pozwala na wyjaśnienie szeregu zjawisk i. 8.

(8) . skutków obserwowanych podczas niekonwencjonalnego procesu ciągnienia zarówno z zastosowaniem wzdłużnych jak i poprzecznych drgań ciągadła.. 2. Stan zagadnienia w świetle danych literaturowych. Procesy przeróbki plastycznej mają na celu kontrolowane odkształcenie metalu tak, aby otrzymać wyrób gotowy o założonym kształcie, wymiarach oraz własnościach. Odkształcenie zachodzi pod wpływem siły, jaką wywiera narzędzie na materiał. W procesach przeróbki plastycznej występują siły tarcia, na których pokonanie zużywana jest część energii potrzebnej do przeprowadzenia procesu. Procesy przeróbki plastycznej korzystnie jest sklasyfikować pod kątem sposobu przyłożenia siły powodującej odkształcenie materiału. Istnieją procesy, w których siła jest przykładana do materiału (np. proces ciągnienia), przez co wywołany zostaje pośredni nacisk narzędzia na materiał oraz na takie, w których siła przykładana jest bezpośrednio do narzędzia (np. proces walcowania). Jednym z podstawowych procesów przeróbki plastycznej jest ciągnienie. Dokładny opis tego procesu można znaleźć w bogatej literaturze autorów zakresu przeróbki plastycznej metali [1-6]. Ciągnienie jest to proces odkształcenia przebiegający najczęściej na zimno. Proces ciągnienia polega na zmniejszeniu przekroju poprzecznego materiału przez narzędzie ukształtowane w postaci stożka zwane ciągadłem. Podczas przeciągania materiał obciążony jest siłą ciągnienia, oraz siłami pochodzącymi od nacisku normalnego metalu na ścianę ciągadła oraz od naprężeń wywołanych tarciem na powierzchni styku metal-narzędzie. Jeśli zastosowany jest przeciwciąg materiał dodatkowo obciążony jest siłą przeciwciągu. Siły obciążające materiał powodują, że w strefie odkształceń w ciągadle panuje przestrzenny, trójosiowy stan naprężenia i odkształcenia. W procesie ciągnienia otrzymuje się pręty, rury, druty oraz inne kształtowniki. Oprócz wielu zalet proces ciągnienia posiada również wady ograniczające możliwości odkształcenia metali. Jednostkowy ubytek przekroju poprzecznego w pojedynczym ciągu jest ograniczony wartością wytrzymałości na rozciąganie, a dokładniej wartością granicy plastyczności materiału po przejściu przez oczko ciagadła. Wiele prac naukowych i badawczych ma na celu opracowanie technologii zwiększających wydajność procesu ciągnienia. Przekłada się to na analizę naprężenia ciągnienia, które jest funkcją: naprężenia uplastyczniającego ciągnionego materiału, geometrii ciągadła, prędkości ciągnienia oraz współczynnika tarcia na powierzchni styku ciągnionego metalu z narzędziem. Większość rozważań skupia się w dużej mierze na zagadnieniach, które umożliwiają zmniejszenie naprężenie ciągnienia. Ważnym czynnikiem wpływającym na naprężenie 9.

(9) . ciągnienia materiału jest tarcie w roboczej strefie ciągadła. Zmniejszenie tarcia prowadzi do obniżenia naprężenia ciągnienia, co daje w efekcie zmniejszenie ilości ciągów i operacji wyżarzań międzyoperacyjnych. Obniżenie naprężenia ciągnienia powoduje w efekcie końcowym wzrost wydajności procesu. Dążenie do osiągnięcia większej wydajności zaowocowało odkryciem niekonwencjonalnego procesu ciągnienia z zastosowaniem drgań ultradźwiękowych. Fale sprężyste o częstotliwościach znajdujących się powyżej górnej granicy słuchu człowieka (tj. powyżej 20kHz) nazywa się ultradźwiękami. Odkrycie ultradźwięku przypada na koniec wieku XIX. W roku 1922 W.G. Cady na podstawie odkrycia braci J. i P. Curie skonstruował generator piezoelektryczny. Następnie w roku 1928 G. W. Pierce zbudował pierwszy. generator. piezoelektryczności,. magnetostrykcyjny. magnetostrykcji. oraz. Zjawisko. dotyczące. budowę. generatorów. fal i. sprężystych, przetworników. ultradźwiękowych opisano wyczerpująco między innymi w pracach [7-17]. Ultradźwięki to fale akustyczne o częstotliwości wyższej niż 16 kHz i niższej od 100 MHz (hiperdźwięk). Termin ,,ultradźwięki” obejmuje zjawisko zachodzące do częstotliwości 10GHz. Podstawy teorii fal sprężystych oraz techniki ultradźwiękowej zostały wnikliwie opisane w pozycjach [7-12]. Ultradźwięki można wytworzyć mechaniczne, termiczne, optycznie a także za pomocą zjawiska magnetostrykcji oraz efektu piezoelektrycznego. Te dwa ostatnie sposoby wytwarzania drgań są najbardziej interesujące z punktu widzenia procesów przeróbki plastycznej. Zjawisko magnetostrykcji zostało wykryte w 1847 r. przez J. P. Joule’a i polega ono na zmianie długości rdzenia magnesu np. wykonanego z żelaza czy niklu, pod wpływem zmiennego prądu przepuszczanego przez solenoid nawinięty na ten rdzeń. Drgania te są szczególnie silne w przypadku rezonansu, tj., gdy częstotliwość zmian pola pokrywa się z częstotliwością własną pręta. Za pomocą tej metody można wytworzyć drgania nawet o częstotliwości 60 kHz, przy długości pręta niklowego zaledwie 4 cm. Zjawisko piezoelektryczne, odkryte zostało przez braci Curie w 1880 roku. Po odkryciu tego zjawiska fizyk Lippman odkrył, że ze zjawiskiem piezoelektrycznym należy kojarzyć odwrotne zjawisko piezoelektryczne. Odwrotne zjawisko piezoelektryczne znalazło zastosowanie do wytwarzania ultradźwięków. Polega ono na doprowadzeniu do przeciwległych płaszczyzn kryształu kwarcu (lub innego minerału) szybko zmiennego napięcia elektrycznego. Prowadzi to do zwiększenia (rozszerzenia) lub zmniejszenia (skrócenia) płytki i do powstania drgań o odpowiedniej częstotliwości. Płytki kryształów używane do wytwarzania ultradźwięków wycina się prostopadle do osi biegunowej kryształu i pokrywa się cienkimi warstwami metalu. Płytkę umieszcza się w pojemniku z olejem, którego zadaniem jest przekazywanie 10.

(10) . ultradźwięków do badanego obiektu, oraz chłodzenie. Przy zastosowaniu płytek piezokwarcowych uzyskana częstotliwości mieści się w zakresie od kilkudziesięciu tysięcy do kilkudziesięciu milionów herców. W przypadku płytek z turmalinu, uzyskuje się ultradźwięki o częstotliwości do 300 milionów herców. Jeżeli wykorzysta się silne źródło ultradźwięków, to mogą one niszczyć, ale także rozgrzewać niektóre materiały, co pozwala na różnego rodzaju obróbkę wytwarzanych przedmiotów np. zgrzewanie, cięcie, grawerowanie. Przegląd dotyczący zastosowania drgań ultradźwiękowych można znaleźć między innymi w opracowaniu [18]. Wykorzystując ultradźwięki można również prowadzić nieniszczące badania właściwości materiałów i połączeń. Znalazły one również zastosowanie w technice, hutnictwie i przeróbce plastycznej. Ultradźwięki znajdują także zastosowanie w medycynie. Za pomocą urządzenia generującego i rejestrującego fale ultradźwiękowe zwanego ultrasonografem można uzyskać obraz narządów wewnętrznych. Wymienione przykłady zastosowań ultradźwięków to tylko kilka sposobów wykorzystania możliwości fal sprężystych. W pracy przedstawiono zastosowanie drgań ultradźwiękowych w procesie ciągnienia drutów. W ostatnich latach prowadzonych jest wiele badań, mających na celu udoskonalenie procesów przeróbki plastycznej poprzez obniżenie oporu odkształcenia i równoczesne podniesienie własności plastycznych odkształcanego materiału. Zagadnienia te stanowią główny problem w przypadku przeróbki plastycznej materiałów trudnoodkształcalnych. Jeśli chodzi o niekonwencjonalne procesy ciągnienia to stosuje się między innymi: ciągnienie w warunkach smarowania hydrodynamicznego, ciągnienie przez ciągadło obrotowe i rolkowe, ciągnienie w podwyższonych temperaturach oraz z zastosowaniem drgań ultradźwiękowych. Niekonwencjonalne procesy ciągnienia zostały syntetycznie opisane w monografiach [5,19].. 2.1. Zastosowanie drgań ultradźwiękowych w procesach przeróbki plastycznej.. Zagadnienie związane z zastosowaniem drgań ultradźwiękowych w procesach plastycznej przeróbki metali znajduje znaczące miejsce w literaturze krajowej i zagranicznej już od lat 50 XX wieku. Literatura ta nie wyczerpuje jednak tematu dotyczącego wielu złożonych zagadnień związanych z tym niekonwencjonalnym procesem przeróbki plastycznej metali. Podjęto próby zastosowania drgań ultradźwiękowych do różnych procesów przeróbki plastycznej takich jak tłoczenie, walcowanie, ciągnienie profili pełnych i rur [20-34].. 11.

(11) . Wykonano różnego rodzaju badania doświadczalne mające na celu zbadanie wpływu i celowości zastosowania drgań ultradźwiękowych w procesach rozciągania i ściskania próbek wykonanych z różnych materiałów [35-38]. Istnieje wiele sprzecznych teorii wyjaśniających przyczyny spadku siły w procesie ciągnienia z udziałem drgań ultradźwiękowych. Niektóre mechanizmy nie zostały do końca poznane i wyjaśnione. Wszystkie badania opisane w literaturze udowadniają, że głównym celem zastosowania drgań ultradźwiękowych jest obniżenie siły ciągnienia. Zastosowanie ultradźwięków do odkształcenia metali zostało po raz pierwszy opisane przez Garskiego i Efomorova [39] w roku 1953. Następnie Blaha i Langanecker kontynuowali badania nad zastosowaniem drgań ultradźwiękowych, głównie w próbie jednoosiowego rozciągania monokryształu cynku [40]. Wpływem drgań ultradźwiękowych na warunki tarcia i współczynnik tarcia zajmowali się między innymi Lehfeld [41], Siewierdienko, Kłubowicz, Stiepanienko [42-46], Rozner [47, 48], Pasierb [29], Siegert, Mock, Ulmer [49-51], Storck, Littmann, Wallaschek, Mracek [52, 53] oraz Kumar, Hutchings [54]. Jedną z ostatnich polskich prac poświęconych badaniom współczynnika tarcia jest praca Knycha [55], w której dokonano eksperymentalnej analizy procesu swobodnego ciągnienia rur z zastosowaniem układów drgających wzdłużnie ciągadeł. Z przeprowadzonej analizy czynnikowej i w oparciu o opracowany model zmian grubości ścianki wykazano, że jednym z bardziej istotnych parametrów kontrolowanych przez parametry ruchu drgającego jest zjawisko tarcia, a spadek wartości współczynnika tarcia może osiągać nawet kilkadziesiąt procent. Przeprowadzone badania udowadniają znaczącą przewagę procesu ciągnienia z zastosowaniem drgań ultradźwiękowych nad konwencjonalnym ciągnieniem. Przegląd literatury [25-82] potwierdza korzystny wpływ drgań na następujące parametry procesu: •. siłę ciągnienia,. •. naprężenie uplastyczniające,. •. współczynnik tarcia,. •. jakość powierzchni i mniejsze odchyłki wymiarowe,. •. możliwość odkształcania materiałów o małej plastyczności.. Mechanizm zjawisk towarzyszących procesowi ciągnienia z zastosowaniem drgań ultradźwiękowych jest bardzo złożonym i skomplikowanym zagadnieniem zarówno z punktu widzenia samego procesu przeróbki plastycznej jak i natury zjawisk fizycznych, jakimi są. 12.

(12) . ultradźwięki. Oddziaływanie drgań ultradźwiękowych na siłę ciągnienia oraz na inne parametry procesu jest uzależnione od wielu czynników takich jak: częstotliwość, amplituda, kierunek drgań, warunki odkształcenia, położenie elementu przenoszącego ultradźwięki w układzie drgającym, rodzaj i moc zastosowanego układu generującego i przetwarzającego drgania oraz od rodzaju i własności odkształcanego materiału. Poprawne zaprojektowanie układu drgającego jest podstawowym czynnikiem umożliwiającym korzystną zmianę różnych parametrów procesu, w którym wykorzystuje się działanie ultradźwięków. Procesy takie nie są jednak powszechnie stosowane ze względu na konieczność zatrudnienia przy projektowaniu, konstrukcji a następnie obsłudze takich urządzeń fachowców, posiadających nie tylko wiedzę, ale również doświadczenie w tak wąskiej i jednocześnie specjalistycznej dziedzinie. Projektowanie takiego układu wymaga rzetelnego przemyślenia, aby można było wykorzystać w pełni pozytywny wpływ drgań ultradźwiękowych na procesy przeróbki plastycznej. Drgania ultradźwiękowe wytwarza się między innymi poprzez opisane wcześniej efekty magnetostrykcyjne i piezoelektryczne. Praktycznie stosowany zakres częstotliwości w procesach ciągnienia to 18-24 kHz. Do procesu ciągnienia stosuje się przetworniki o mocy 0,5 – 30 kW. Przetwornik magnetostrykcyjny lub piezoelektryczny łączy się z koncentratorem drgań, w celu zwiększenia ich amplitudy. Elementy muszą być tak dobrane, aby dostarczyć maksymalną ilość energii przy jak najmniejszych jej stratach. W celu zapewnienia skutecznej transmisji energii konieczne jest dopasowanie koncentratora drgań wraz z ciągadłem do przetwornika ultradźwiękowego. Materiały do konstrukcji przetwornika muszą posiadać wysoką wytrzymałość zmęczeniową. Koncentrator wykonany jest zwykle ze stali lub tytanu i posiada on długość rezonansową. Pierwsze prace nad zastosowaniem ultradźwięków na skalę przemysłową wykonano w USA. Zostały one opublikowane [25, 56] i dotyczyły procesu ciągnienia rur na trzpieniu, który został poddany drganiom wzdłużnym. Następnie wykorzystano fakt pozytywnego wpływu drgań w procesie ciągnienia rur i zastosowano taki proces na skalę przemysłową w Koncernie Columbia Summerhill w 1966 roku. Zastosowane do tego celu generatory posiadały moc akustyczną 1,5 kW, częstotliwość drgań wynosiła 15 kHz. Następnie z sukcesem drgania ultradźwiękowe zostały wykorzystane do ciągnienia, tłoczenia oraz walcowania metali na skalę przemysłową w Rosji, Japonii oraz w Europie [57]. Drgania wprowadzające w ruch ciągadło mogą być wzdłużne, skrętne, promieniowe oraz prostopadłe. W procesie ciągnienia rur i drutów stosuje się na ogół drgania wzdłużne. W. 13.

(13) . systemie trzech ciągadeł istnieje możliwość wytworzenia fali stojącej w drucie. Istnieje również możliwość umieszczenia ciągadła drgającego w węźle lub w strzałce fali stojącej.. 2.2. Spadek stacjonarnej siły ciągnienia podczas wzbudzenia drgań ultradźwiękowych. Według Langeneckera, Blahy, Siewierdienki i innych [40, 46, 58, 59, 60] bezpośrednią przyczyną spadku siły ciągnienia jest wzrost szybkości powstawania dyslokacji i ich przemieszczenie się pod wpływem energii pochodzącej od drgań ultradźwiękowych. Blaha i Langanecker badali wpływ rezonansowych drgań o mierzalnych amplitudach na obniżenie granicy plastyczności. Zauważyli znaczący spadek siły ciągnienia w przypadku zastosowania drgań ultradźwiękowych w procesie ciągnienia metali lekkich takich jak aluminium i cynk. Langanecker rozszerzył swoją prace o metale o wysokiej wytrzymałości takie jak stal nierdzewna, wolfram i odkrył w tym przypadku większy efekt. W swoich badaniach odnotował obniżenie statycznej granicy plastyczności liczbowo większy od obliczonego oddziaływania amplitudy drgań dla stali nierdzewnej i dla wolframu. Stwierdzono, że to zjawisko może zostać wykorzystane z powodzeniem przy przeróbce plastycznej materiałów trudnoodkształcalnych. Rezultaty prac [40, 46, 58, 59, 60] były zadowalające i w większości obserwowano wyraźny spadek energii koniecznej do odkształcenia. Natomiast jednoznacznie nie wyjaśniono, czy redukcja siły potrzebnej do odkształcenia jest spowodowana zmniejszeniem sił tarcia, czy zmniejszeniem się naprężenia uplastyczniającego. Do tej pory nie udowodniono fizycznych podstaw teorii dotyczącej aktywacji ruchu dyslokacji pod wpływem drgań ultradźwiękowych. W swoim artykule Baker i Carpenter [61] podważają słuszność teorii o dyslokacyjnych przyczynach spadku siły ciągnienia twierdząc, że fala sprężysta nieznacznie oddziaływuje ze stacjonarnymi dyslokacjami. Autorzy wyprowadzają zależność energii dyslokacji od naprężenia i wyciągają wniosek, że nie jest możliwe, aby energia była magazynowana w dyslokacjach od cyklu do cyklu przy częstotliwościach zastosowanych w badaniach Langeneckera i innych. Według autorów różnice w zachowaniu się dyslokacji pod wpływem dwóch rodzajów sił są powodem efektów bezwładnościowych i możliwych różnic w umocnieniu. Efekty bezwładnościowe mogą jednakże być znaczące tylko przy wysokich częstotliwościach zbliżonych do naturalnych częstotliwości drgań. Przy częstotliwościach znacznie mniejszych dyslokacje znajdują się w quasi statycznej równowadze z zewnętrznymi i wewnętrznymi naprężeniami. Jeśli zaś chodzi o interpretację hipotezy. o. wpływie. energii. ultradźwięku. na. plastyczne. płynięcie. metali. 14.

(14) . trudnoodkształcalnych badanych przez Langeneckera istnieje według autorów pracy [61] prawdopodobieństwo, że takie rezultaty są następstwem narastających drgań rezonansowych przyłożonych do próbki rozciąganego materiału. Doprowadziło to do obecności o wiele większych naprężeń w próbce. Dodatkowo rezonans prowadzi do lokalnego wzrostu temperatury jako skutku tarcia wewnętrznego, a to z kolei do obniżenia naprężenia uplastyczniającego. Druga bardziej wiarygodna teoria tłumaczy zmniejszenie siły ciągnienia zmianą warunków tarcia materiału na ścianie ciągadła podczas ciągnienia z zastosowaniem drgań ultradźwiękowych [29-33, 41-44, 49-55, 62]. W wymienionych pracach analizowano wpływ kierunku drgań i prędkości trących się powierzchni na spadek współczynnika tarcia. Pomiary wykazały jednoznacznie, że drgania ultradźwiękowe powodują obniżenie współczynnika tarcia. W przypadku, gdy wektor prędkości drgań jest równoległy do wektora sił tarcia i powierzchni trących odnotowano największy spadek współczynnika tarcia. Stwierdzono również możliwość zgrzewania trących się powierzchni w przypadku małej prędkości poślizgu oraz dużej amplitudy drgań. Zjawisko to występuje w przypadku, gdy wektor prędkości drgań jest prostopadły do wektora sił tarcia a równoległy do trących się powierzchni. Siewierdienko [44] wykazał, że wpływ ultradźwięków na współczynnik tarcia wyraźnie zależy od prędkości wzajemnego poślizgu trących się powierzchni. Im prędkość ciągnienia jest większa tym oddziaływanie drgań jest mniejsze. Istnieje również teoria dotycząca głównie ciągnienia rur na zamocowanym trzpieniu, której zwolennikami są między innymi Rymsza i Nosal [63]. Udowodnili oni, że zachodzi rewersja wektorów sił tarcia w momencie, gdy prędkość drgań jest większa od prędkości ciągnienia oraz gdy kierunek wektora jest identyczny z kierunkiem ciągnienia. Wówczas efektywna wartość naprężenia ciągnienia maleje. Według autorów publikacji [47, 62], podczas procesu ciągnienia z zastosowaniem drgań ultradźwiękowych następuje poprawa własności adhezyjnych i absorpcyjnych smaru.. 2.3.. Wpływ. drgań. ultradźwiękowych. na. parametry. procesu. ciągnienia oraz własności wyrobu gotowego. Zastosowanie drgań ultradźwiękowych powoduje wyraźne obniżenie siły (naprężenia ciągnienia). Efekt jest tym większy, im większa jest amplituda drgań. Badania wpływu zmiany amplitudy i częstotliwości na spadek siły ciągnienia można znaleźć w publikacjach. 15.

(15) . [43, 44, 64-68]. Badania potwierdzają teorię, iż częstotliwość drgań ma duży wpływ na spadek siły ciągnienia. Im wyższa jest częstotliwość układu drgającego tym mniejszy spadek siły ciągnienia. Autorzy wyciągnęli wnioski, że dobór częstotliwości drgań jest zagadnieniem kluczowym. Im mniejsza częstotliwość drgań, tym mniejsze tłumienie amplitudy drgań. Spadek siły ciągnienia można uważać za liniową funkcję amplitudy przyspieszenia kątowego drgań ciągadła. Zminimalizowanie siły ciągnienia można osiągnąć zwiększając moc elektryczną, akustyczną oraz amplitudę drgań ciągadła. Większość dotychczas przeprowadzonych badań opisanych w pracach [29, 42, 49, 55, 6371] wskazuje, że istnieje zależność między spadkiem siły ciągnienia a prędkością ciągnienia z ultradźwiękiem. Im większa jest prędkość ciągnienia tym spadek siły jest mniejszy z powodu krótszego czasu oddziaływania energii drgań ultradźwiękowych na jednostkę objętości odkształcanego materiału. Pozytywny efekt spadku siły pod wpływem zastosowania drgań ultradźwiękowych można jednak wykorzystać na skalę przemysłową. Aby zaradzić zjawisku spadku siły wraz ze wzrostem prędkości oraz równocześnie zachować dużą prędkość procesu należy zwiększać moc ultradźwiękową oraz amplitudę drgań. Wyniki prezentowanych badań udowadniają znaczący spadek siły ciągnienia (nawet około 50%) pod wpływem drgań ultradźwiękowych [25-34, 39-77, 80-82]. Obniżenie siły ciągnienia. pod. wpływem. drgań. ultradźwiękowych. jest. tłumaczone. nakładaniem. następujących efektów: 1. Superpozycją naprężenia akustycznego z naprężeniem ciągnienia, 2. Zmniejszeniem sił tarcia na powierzchni styku narzędzie – metal, 3. Obniżeniem naprężenia uplastyczniającego w wyniku generowania ciepła w obszarze odkształcenia lub poprzez aktywizację ruchu dyslokacji. Z badań wynika, że zmniejszenie siły ciągnienia jest zróżnicowane w zależności od wartości amplitudy i częstotliwości drgań, rodzaju materiału, wielkości gniotu oraz prędkości ciągnienia. Istotny wpływ na siłę ciągnienia ma również kierunek przyłożonych drgań ultradźwiękowych do ciągadła. Wśród wielu badań dominującym kierunkiem drgań, który jest stosowany do procesu ultradźwiękowego ciągnienia, jest kierunek wzdłużny do osi drutu. Badania udowadniają, że przy drganiach wzdłużnych krzywa zmian siły ciągnienia w czasie ma gładki przebieg, a wyrób końcowy posiada lepszą powierzchnię. Badania [30, 64, 65] wykazują również zmniejszenie siły ciągnienia pod wpływem obrotowych drgań ciągadła. Obrotowe drgania ciągadła mają jednak swoją wadę, która polega na zjawisku nie osiowości ciągadła w stosunku do ciągnionego drutu oraz skręcania drutu podczas procesu ciągnienia. Jeśli chodzi o kierunki drgań, istnieje również możliwość zastosowania prostopadłych drgań 16.

(16) . ciągadła. Kierunek prostopadły był tematem mniejszej liczby badań. Badania dotyczące procesu ciągnienia z zastosowaniem drgań prostopadłych do osi drutu można znaleźć w pracach [49, 62, 75, 76]. Uzyskano spadek siły ciągnienia średnio 10%-60% dla drutów z aluminium, miedzi, mosiądzu i stali, dla tytanu około 10%. Autorzy tłumaczą zjawisko spadku siły tzw.,,superpozycją” statycznego naprężenia ciągnienia ze zmiennym naprężeniem akustycznym. Ważnym zagadnieniem procesów przeróbki plastycznej z udziałem ultradźwięków jest temperatura. Zagadnienie to jest problematyczne ze względu na utrudniony sposób pomiaru temperatury w strefie odkształcenia. Doświadczalnie uzyskane informacje na ten temat można znaleźć w pracach [29, 32, 33, 60, 64, 65, 67, 72]. Autorzy prac [65, 67] wskazują na nieznaczny wzrost temperatury ciągadła w przypadku procesu z zastosowaniem ultradźwięków w porównaniu do konwencjonalnego procesu ciągnienia. Dla stopów aluminium jest to wzrost temperatury o ok. 10 ˚C dla stali wzrost do 20 ˚C, a dla tytanu do 23˚C. Pozostałe badania wykazują również nieznaczny wzrost temperatury drutu w zakresie 20-60 °C w stosunku do temperatury drutu ciągnionego tradycyjnie z tą samą prędkością. W badaniach przedstawionych w pracach [32,33] dotyczących ciągnienia rur z ultradźwiękiem autorzy wyciągnęli wniosek, że podwyższenie temperatury na skutek energii drgań akustycznych nie stanowi głównej przyczyny zmniejszenia oporu odkształcenia. W pracy [72] zaobserwowano między innymi badaniem wpływu drgań ultradźwiękowych na proces ciągnienia drutów z cynku. Pomiaru temperatury drutu dokonano za pomocą termopary. pomiędzy ciągadłem a bębnem. Uzyskano temperaturę o maksymalnej wartości 60 ˚C. Autor pracy [72] zaobserwował obniżenie wytrzymałości na rozciąganie o 3,7% oraz umownej granicy plastyczności o 32% jak również wzrost wydłużenia całkowitego. Na podstawie analizy struktury drutów w pracy [72] stwierdzono, że w materiale zaszła rekrystalizacja podczas procesu ciągnienia z ultradźwiękiem. Dyskusyjnym zagadnieniem w przypadku procesu ciągnienia z udziałem drgań ultradźwiękowych pozostaje temat dotyczący zmiany własności wytrzymałościowych ciągnionych materiałów. Na podstawie analizy wyników badań zamieszczonych w dostępnej w tym temacie literaturze wynika, że nie ma w tym względzie jednoznacznej opinii. W pracy [68] zamieszczono wyniki badań wpływu ultradźwięków na granicę plastyczności, wydłużenie i wytrzymałość na rozciąganie drutów ciągnionych z zastosowaniem ultradźwięku i metodą tradycyjną. Badano druty aluminiowe, stalowe i tytanowe ciągnione z małą prędkością. Między drutami aluminiowymi nie odnotowano różnic w badanych parametrach, są one zbliżone dla procesu tradycyjnego ciągnienia i z zastosowaniem ultradźwięku. Dla 17.

(17) . drutów stalowych odnotowano różnicę około 6% w kierunku wzrostu badanych wielkości w przypadku procesu ciągnienia z ultradźwiękiem, natomiast w przypadku tytanu występuje sytuacja odwrotna. Ciągnione druty ze stali i tytanu poddano badaniom metalograficznym. Nie stwierdzono istotnych różnic mikrostruktur badanych materiałów. Autorzy prac [65, 71] nie zauważyli istotnych różnic w zmianie własności drutów ciągnionych tradycyjnie oraz z zastosowaniem drgań ultradźwiękowych. Odnotowali za to różnice w rozkładzie twardości na przekroju poprzecznym drutu. Niższą twardość przy powierzchni stwierdzono dla drutów ciągnionych z udziałem ultradźwięków. W pracy [73] nie stwierdzono różnic w wynikach badań mikrotwardości drutów ciągnionych tradycyjnie i z udziałem ultradźwięków, a badania metalograficzne nie wykazały zmian w strukturze materiału. Natomiast w pracy [72] otrzymano następujące spadki umownej granicy plastyczności i doraźnej wytrzymałości na zerwanie: •. dla Cu, 5,4% (R0,2)oraz 2,5% (Rm),. •. dla Al, 2,6% (R0,2) oraz 2,3% (Rm),. •. dla stali, 3,1% (R0,2) oraz, 2,4%(Rm).. Dla wszystkich materiałów zaobserwowano wzrost wydłużenia całkowitego. Autor tłumaczy to zjawisko zmniejszeniem sił tarcia podczas ciągnienia z ultradźwiękami. W pracach [43, 45] dla drutów z tytanu, stopów nikiel – mangan oraz stali kwasoodpornych ciągnionych z ultradźwiękiem otrzymano mniejszą wartość wytrzymałości na rozciąganie rzędu 2-6% oraz średnio 9% dla materiałów plastycznych. Jak wynika z przedstawionych analiz, wyciągnięcie jednoznacznych wniosków odnośnie wpływu drgań na własności jest trudne, a czasem wręcz niemożliwe. i. wymaga. przeprowadzenia. specjalnie. zaplanowanych. eksperymentów. zdeterminowanych na konkretny cel. Zupełnie inaczej wygląda sytuacja w przypadku oceny wpływu drgań ultradźwiękowych na jakość powierzchni ciągnionego materiału. Z wielu badań [29, 32, 33, 49, 72, 73, 74] wynika, że zastosowanie ultradźwięków w procesie ciągnienia znacząco poprawia gładkość powierzchni oraz kołowość otrzymanego wyrobu gotowego. W Polsce obszerne badania nad zastosowaniem drgań i ich wpływem na procesy przeróbki plastycznej prowadzone były na Akademii Górniczo-Hutniczej na Wydziale Metali Nieżelaznych między innymi przez Prof. A. Pasierba, Prof. T. Knycha, J. Gocała oraz A. Wojnara. Wyniki tych badań można znaleźć między innymi w artykułach [20, 30, 31, 65, 66, 72], w pracy habilitacyjnej Pasierba [29] oraz pracy doktorskiej Knycha [55]. W swojej pracy habilitacyjnej A. Pasierb wyczerpująco przebadał i przeanalizował proces ciągnienia drutów w układzie trzech ciągadeł, z których środkowe z nich wykonuje wzdłużne drgania pod 18.

(18) . wpływem przyłożonej energii ultradźwiękowej. Badania te jednoznacznie udowadniają spadek siły w momencie włączenia drgań ultradźwiękowych. Badania są także w dużej mierze poświęcone procesowi ciągnienia prętów oraz rur na trzpieniu aktywowanym ultradźwiękami. W wielu badaniach [25-34, 55] dotyczących ciągnienia rur udowodniono, że wpływ ultradźwięków jest bardzo korzystny. Przejawia się to między innymi zmniejszeniem siły ciągnienia, zastąpieniem ciągnienia na długim trzpieniu procesem ciągnienia na korku, zwiększeniem redukcji przekroju w jednym ciągu lub zmniejszeniem liczby ciągów, zwiększeniem dokładności wymiarów, poprawą jakości powierzchni rury, zwiększeniem żywotności narzędzi. Zwiększa się również możliwość ciągnienia rur cienkościennych (D/g~500) oraz możliwość wykonania złożonych profili o minimalnych promieniach zaokrągleń.. 2.4. Badania współczynnika tarcia w procesie ciągnienia z ultradźwiękami. Po przeanalizowaniu obszernej literatury dotyczącej procesu ciągnienia z zastosowaniem drgań ultradźwiękowych, można stwierdzić, że znaczna większość badań przeprowadzona została z zastosowaniem monolitycznych ciągadeł drgających wzdłużnie do osi drutu. Zagadnienia związane z prostopadłymi do osi drutu drganiami ciągadła dzielonego opublikowano w pracach [44, 47, 77, 78, 79]. Praca [47] dotyczyła głównie obliczenia współczynnika tarcia w procesie ciągnienia z zastosowaniem ultradźwięku. Autor badań wykorzystał tutaj metodę ciągadła dzielonego do obliczenia współczynnika tarcia. Na maszynie wytrzymałościowej przeciągano przez dzielone ciągadło płaskowniki z miedzi, brązu oraz miękkiej stali. Jedna połówka ciągadła drgała z częstotliwością 20 kHz a druga była zamocowana na sztywno. Po wykonaniu pomiarów i obliczeń okazało się, że uzyskano zmniejszenie wartości współczynnika tarcia dla procesu z zastosowaniem drgań ciągadła dzielonego. Drgania te spowodowały oczywiście zmniejszenie siły ciągnienia oraz siły rozpierającej ciągadło. W pracach [44, 77] również badano zmianę warunków tarcia w procesie ciągnienia płaskowników z miedzi i aluminium przez ciągadło dzielone. W tym przypadku drgania wykonywały równocześnie dwie połówki ciągadła, które stanowiły zaokrąglone końcówki dwóch koncentratorów. Uzyskano bardzo zadawalające wyniki w przypadku drgań połówek ciągadeł w przeciwfazie. Prace [78, 79] dotyczą doskonalenia procesów ciągnienia pod względem zmniejszenia konieczności użycia smarów. Stosowanie smarów w procesie powoduje konieczność mycia. 19.

(19) . obrabianego przedmiotu oraz zanieczyszczenie środowiska. Analizowano wyniki badań ciągnienia stopów aluminium przez ciągadło rolkowe i dzielone ciągadło wzbudzone ultradźwiękowo. Z badań wynika, że ciągnienie z ultradźwiękiem przez dzielone ciągadło diamentowe jest korzystne i nie wymaga użycia smarów, natomiast uzyskane wyniki dotyczące smarowania są jeszcze lepsze w przypadku ciągadeł rolkowych.. 2.5. Badania nad zastosowaniem drgań ultradźwiękowych w procesie ciągnienia materiałów trudnoodkształcalnych. Wyniki badań przemysłowych zawarte w pracach [26, 56] udowodniły, że przy zastosowaniu drgań ultradźwiękowych istnieje możliwość ciągnienia cienkich drutów ze stali i stopów trudnoodkształcalnych (np.: stopy cyrkonu, niob). Badaniem efektów związanych z zastosowaniem. drgań. ultradźwiękowych. w. procesie. ciągnienia. materiałów. trudnoodkształcalnych zajmowali się między innymi autorzy następujących publikacji [43, 45, 49, 60, 65, 67-69, 80-82]. W pracy [49] opisano wyniki badań przeprowadzonych na drutach z wysokostopowej nierdzewnej stali austenitycznej. Stosowano różne współczynniki wydłużenia, oraz zmienną prędkość ciągnienia. Zastosowano ciągadła drgające z częstotliwością około 22 kHz. Ciągadła umiejscowiono w strzałce fali stojącej i w węźle fali stojącej. Badania wykazały, spadek siły rzędu od 12%-40%. Langenecker [60] podczas odkształcania z udziałem drgań ultradźwiękowych zauważył znaczącą redukcję siły w przypadku metali o wysokiej wytrzymałości. Odnotował spadek statycznej granicy plastyczności liczbowo większy od obliczonego oddziaływania amplitudy drgań dla stali nierdzewnej i dla wolframu. W tych pracach uwaga została poświęcona weryfikacji tak znacznej redukcji naprężenia uplastyczniającego pod wpływem zastosowania drgań w rezonansie. Po wielu badaniach znaleziono prawidłowość pomiędzy zmniejszeniem granicy plastyczności, która następuje powyżej częstotliwości od 15 do 1,5*106 Hz. Zaobserwowano również, że jeśli intensywność drgań była mniejsza niż krytyczna wartość naprężenia stycznego (ścinającego) wtedy efekt nie był widoczny (Blaha i Langanecker). Z badań własnych autorów pracy [81] opisujących zagadnienie dotyczące wpływu ultradźwięku na parametry procesu ciągnienia drutu tytanowego wynika, że ultradźwięki powodują zmniejszenie siły, wzrost plastyczności, wzrost wytrzymałości na pełzanie i zmęczenie, bardziej równomierną średnicę wyrobu gotowego niż konwencjonalny proces. 20.

(20) . ciągnienia. Autorzy twierdzą, że ultradźwięki ujednorodniają dystrybucje dyslokacji, co w konsekwencji obniża wewnętrzną koncentrację naprężeń. Maropis do swoich badaniach [6769] wybrał następujące materiały: stal AISI 4340, stop tytanu 6A1-4V, które charakteryzują się wysoką wytrzymałością na rozciąganie. Ciągadła z węglika wolframu zapewniały redukcję przekroju od 7 do 37%. Przetwornik ultradźwiękowy połączony był z ciągadłem drgającym wzdłużnie o częstotliwości w przedziale od 15 do 28 kHz. Elektryczna moc wejściowa przetwornika wynosiła maksymalnie 8 kW. Ciągarka hydrauliczna została zmodyfikowana tak, aby można było dokonać pomiarów siły ciągnienia, temperatury ciągadła, elektrycznej mocy wejściowej pobieranej przez system ultradźwiękowy oraz amplitudy drgań ciągadła. Następnie pręty przeciągnięto, stosując różne współczynniki wydłużenia oraz różne prędkości ciągnienia: 30,5m/min dla stali i powyżej 61,0 m/min dla stopu tytanu. Badano wpływ ultradźwięków na granicę plastyczności, wydłużenie i wytrzymałość na rozciąganie. Przeprowadzono próby rozciągania dla prętów ciągnionych z zastosowaniem ultradźwięku i bez. Autor udowadnia również, że przyłożenie drgań ultradźwiękowych pozwala na odkształcenie prętów tytanu z prędkością większą niż 0,5 m/s W normalnych warunkach proces ciągnienia tego materiału przy takiej prędkości jest bardzo trudny do przeprowadzenia. W tradycyjnym procesie ciągnienia jest on tylko możliwy na gorąco. Autor artykułu [82] przeprowadził próbę ściskania oraz rozciągania między innymi wysokostopowych gatunków stali oraz stopów tytanu. Drgania wzdłużne posiadały częstotliwość 22 kHz oraz amplitudę w granicach 5-20 µm. Badania wykazały spadek siły potrzebnej do przeprowadzenia ściskania w momencie włączenia drgań ultradźwiękowych np. z 25 kN na 16 kN. Udowodniono zależność spadku siły od amplitudy drgań oraz od struktury i składu chemicznego badanego materiału. Autor jest zwolennikiem teorii Siewierdienki dotyczącej zmniejszenia oporu plastycznego płynięcia jako skutku przyłożonych drgań ultradźwiękowych.. 2.6. Podsumowanie dotychczas opublikowanych wyników badań. Na podstawie analizy dostępnej literatury, można wyciągnąć następujące kompleksowe wnioski dotyczące procesu ciągnienia z zastosowaniem drgań ultradźwiękowych. Drgania ciągadła mają wpływ na: 1. Siłę ciągnienia: •. drgania ultradźwiękowe zastosowane w procesie ciągnienia powodują znaczne zmniejszenie siły ciągnienia; średnio 30-50%, 21.

(21) . •. jedna z głównych tez wyjaśniających obniżenie siły ciągnienia dotyczy zmniejszenia współczynnika tarcia oraz zmniejsza energii potrzebnej do odkształcenia,. •. na spadek siły ciągnienia mają wpływ następujące parametry: prędkość ciągnienia, amplituda i częstotliwość drgań definiujące ilość dostarczanej energii, rodzaj i stan ciągnionego materiału, położenie drgającego ciągadła względem innych stałych elementów układu rezonansowego oraz kierunek drgań,. •. zjawisko rezonansu wpływa korzystnie na spadek siły ciągnienia,. •. w badaniach wielu autorów wśród stosowanych kierunków drgań przeważa kierunek wzdłużny,. •. im większa prędkość ciągnienia tym mniejszy spadek siły ciągnienia,. •. dobór prawidłowego układu do wytwarzania drgań jest ogromnie istotny i ma wpływ na wartość spadku siły ciągnienia,. •. istnieje wiele sprzecznych teorii dotyczących przyczyn spadku siły ciągnienia, pod wpływem przyłożonych drgań narzędzia,. •. brak jednolitej teorii na temat przyczyn spadku siły ciągnienia powoduje konieczność dalszych badań nad poszukiwaniem mechanizmów zjawisk zachodzących w procesie ultradźwiękowego ciągnienia.. 2. Własności materiału: •. jeśli gęstość energii przypadająca na jednostkę objętości ciągnionego materiału jest wystarczająco wysoka to dostarczona do materiału energia zmniejsza granicę plastyczności [67-69]. Mechanizm tego zjawiska nie jest w pełni udowodniony i wymaga przeprowadzenia dalszych wnikliwych badań doświadczalnych,. •. własności mechaniczne oraz struktura materiału ciągnionego z ultradźwiękiem w badaniach niektórych autorów wykazują różnicę w stosunku do własności materiału ciągnionego sposobem tradycyjnym.. 3. Jakość powierzchni: •. zastosowanie drgań ultradźwiękowych poprawia jakość powierzchni materiału oraz kołowość drutu i powoduje mniejsze zużycie narzędzi niż w tradycyjnym procesie ciągnienia.. 22.

(22) . 4. Temperatura: •. nie odnotowano istotnych różnic w rozkładzie temperatury na powierzchni ciągnionego drutu. Maksymalny przyrost temperatury w stosunku do tradycyjnego procesu wynosił 60ºC. Większe wartości temperatury zaobserwowano w węźle fali stojącej. Małą prędkość procesu może zwiększyć wydzielanie się ciepła,. •. w przypadku metali o niskiej temperaturze rekrystalizacji (Zn) może dojść do rekrystalizacji i obniżenia granicy plastyczności materiału po przeciągnięciu z zastosowaniem drgań ultradźwiękowych.. 5. Pozostałe wnioski: •. wpływ ultradźwięków jest bardziej widoczny dla większych stosunków powierzchni do objętości (np. podczas ciągnienia rur),. •. zastosowanie energii ultradźwiękowej pozwala na prowadzenie procesu ciągnienia materiałów trudnych do odkształcenia w procesie tradycyjnego ciągnienia,. •. osiągnięcie postępów w procesie ciągnienia takich metali jak tytan i beryl może gwarantować sukces procesowi ciągnienia z ultradźwiękiem na skalę przemysłową.. 3. Teza pracy oraz cel i zakres badań. Tradycyjny proces ciągnienia drutów, prętów i rur charakteryzuje się relatywnie niskimi wartościami współczynnika wydłużenia w stosunku do innych procesów plastycznej przeróbki metali. Fakt ten jest prostą konsekwencją niekorzystnego stanu naprężenia w strefie wyjścia z ciągadła, w której aksjator stanu naprężenia może przyjmować wartości dodatnie. Graniczny warunek procesu zakładający relację бC < бplk (naprężenie ciągnienia mniejsze od granicy plastyczności przeciągniętego materiału) narzuca konieczność stosowania niewielkich współczynników wydłużenia. Analiza literatury umożliwia stwierdzenie, że mechanizm zjawisk towarzyszących wprowadzeniu energii drgań ultradźwiękowych do kotliny ciągarskiej nie jest dostatecznie rozpoznany i jednoznacznie wyjaśniony. Analiza publikacji wskazuje również na brak eksperymentów wykazujących zmniejszenie oporu plastycznego płynięcia w wyniku wprowadzenia energii drgań ultradźwiękowych do stożka roboczego dzielonego ciągadła podczas procesu ciągnienia drutów.. 23.

(23) . Podwyższenie własności plastycznych i obniżenie oporu odkształcenia metali i stopów jest głównym problemem w procesach odkształcania materiałów o niskiej plastyczności, które są coraz częściej stosowane we współczesnej technice. Pozytywne rozwiązanie problemów badawczych określonych w pracy wniesie nowe elementy w dotychczasowy stan wiedzy na temat. ultradźwiękowego. ciągnienia. oraz. umożliwi. wdrożenie. nowego. sposobu. ultradźwiękowego „ciagnienia-obkuwania” materiału przy użyciu dzielonego ciągadła. Badania parametrów siłowych i granicznych odkształceń w procesie ciągnienia przez dzielone ciągadło z wymuszeniem prostopadłych drgań połówki ciągadła do osi drutu mają na celu dostarczenie. niezbędnych. informacji. dotyczących. niekonwencjonalnego. sposobu. odkształcania drutów. Jest to proces dotychczas niezbadany, a przewidywane rezultaty mogą mieć istotne znaczenie w dziedzinie budowy technologii ciągnienia drutów z materiałów trudnoodkształcalnych. Po wnikliwej analizie literatury oraz teoretycznych rozważania nad procesem „ciągnienie – obkuwanie” w kierunku prostopadłym do osi drutu sformułowano tezę pracy doktorskiej oraz cele badawcze. Tezą pracy jest domniemywanie że: „Aktywizacja dzielonego ciągadła energią drgań ultradźwiękowych prostopadłych do osi drutu powoduje zmianę schematu naprężenia i odkształcenia, co spowoduje obniżenie naprężeń rozciągających w ciągnionym drucie. Na skutek znacznego obniżenia naprężenia (siły) ciągnienia nastąpi wydatny wzrost odkształcalności ciągnionego materiału. W dalszym ciągu zakłada się, że zmiana tradycyjnego procesu ciągnienia na ultradźwiękowy proces „ciągnienie – obkuwanie” materiału w stożku dzielonego ciągadła umożliwi odkształcenie materiału ze współczynnikami wydłużenia, które nie są możliwe do osiągnięcia ani w tradycyjnym procesie ciągnienia, ani w procesie ciągnienia z zastosowaniem tylko wzdłużnie drgających ciągadeł”. Cel badań jest następujący: 1. Opracowanie nowego sposobu ciągnienia drutów przez dzielone ciągadło z zastosowaniem energii drgań ultradźwiękowych. Celem tego procesu jest spowodowanie zmian schematu naprężenia i odkształcenia w kierunku wymuszenia odkształcenia przy ujemnym aksjatorze naprężenia. 2. Zbadanie i opracowanie mechanizmu zjawisk towarzyszących wprowadzeniu energii drgań ultradźwiękowych do kotliny ciągarskiej przy zastosowaniu do procesu ciągnienia dzielonego. 24.

(24) . ciągadła, ale także układów współpracujących ze sobą ciągadeł drgających poprzecznie i wzdłużnie. 3. Opracowanie mechanistycznego modelu nowego procesu „ciągnienie – obkuwanie” i określenie na tej podstawie rzeczywistych przyczyn spadku naprężenia ciągnienia w wyniku wprowadzenia energii drgań ultradźwiękowych do strefy odkształcenia. 4. Pomiary zmian parametrów siłowych procesu ciągnienia z ultradźwiękiem dla oceny możliwości intensyfikacji odkształceń. 5. Zbadanie wpływu drgań ultradźwiękowych na własności mechaniczne otrzymane w próbie rozciągania. drutów. na. ciągarce. bębnowej. z. zastosowaniem. wzdłużnych. drgań. ultradźwiękowych. 6. Ostatecznym celem badań jest próba opanowania procesu odkształcenia materiałów trudnoodkształcalnych. Dla realizacji przedstawionego celu pracy przyjęto następujący zakres badań: 1. Ciągnienie ze zmianą schematu odkształcenia w procesie ultradźwiękowego ciągnienia drutów przez dzielone ciągadło (drgającą połówka ciągadła prostopadle do osi drutu). 2. Jednoczesne. skojarzenie. drgań. wzdłużnych. ciągadła. monolitycznego. oraz. prostopadłych drgań ciągadła dzielonego według różnych schematów procesu ciągnienia. 3. Badania wpływu intensywności energii drgań ultradźwiękowych na zmianę własności mechanicznych rozciąganego materiału. Badania modelowe będą realizowane w próbie ultradźwiękowego rozciągania na ciągarce bębnowej z nałożeniem drgań o energii porównywalnej z realnym procesem ciągnienia.. 4. Koncepcja realizacji celów badawczych. W celu ułatwienia procesu ciągnienia materiałów trudnoodkształcalnych zaproponowano i opracowano nowy sposobu ciągnienia drutów przez dzielone ciągadło z zastosowaniem energii drgań ultradźwiękowych. W tym celu skonstruowano unikatowe stanowisko służące do przeprowadzenia procesu ciągnienia przez ciągadło dzielone drgające prostopadle do osi drutu. Zaprojektowano i wykonano układy wytwarzające drgania ultradźwiękowe, konstrukcje mocujące oraz ciągadła.. 25.

(25) . W celu udowodnienia, iż proces ten powoduje zmianę tradycyjnego procesu ciągnienia na ultradźwiękowe „obkuwanie” materiału w stożku dzielonego ciągadła, przeprowadzono teoretyczną analizę kinematyki zjawisk zachodzących w kotlinie odkształcenia w procesie ciągnienia z uwzględnieniem ultradźwiękowych drgań ciągadła. Opracowano program badań oraz sposób postępowania umożliwiający uzyskanie założonego celu pracy. Zaproponowano czternaście schematów ciągnienia (Tablica 6.1.1) umożliwiających zbadanie wpływu ultradźwięków na parametry ciągnienia przez ciągadło dzielone i systemy z nim sprzężone. Program badań opracowano tak, aby ocenić wszystkie dotychczas badane efekty wpływające na zmianę procesu ciągnienia pod wpływem drgań ultradźwiękowych. Najważniejszym przedmiotem badań jest określenie rzeczywistych przyczyn spadku siły ciągnienia w wyniku wprowadzenia energii drgań ultradźwiękowych do strefy odkształcenia w stożku roboczym ciągadła dzielonego drgającego prostopadle do osi drutu. Ważnym zagadnieniem w pracy jest również zbadanie różnic w spadku siły ciągnienia pod wpływem zastosowania drgań wzdłużnych ciągadła oraz drgań prostopadłych. Badania takie mają na celu porównanie tych dwóch różnych sposobów ciągnienia z zastosowaniem drgań o innych kierunkach. Część pracy została poświęcona na zsynchronizowanie obu rodzajów drgań w jednym procesie odkształcenia drutu przez układy ciągadeł posobnych umiejscowionych w różnych konfiguracjach. Podjęto między innymi próby skojarzenia ultradźwiękowych naprężeń przeciwciągu z jednoczesną ultradźwiękową wibracją połówki ciągadła dzielonego jak również zastosowano odwrotną kolejność posobnych ciągadeł. W celu sprawdzenia teorii dotyczącej zmiany własności w procesie ciągnienia z zastosowaniem. drgań. ultradźwiękowych. podjęto. próbę. zbadania. wpływu. drgań. ultradźwiękowych w próbie rozciągania na specjalnie przystosowanej do tego ciągarce bębnowej z zamontowanym przetwornikiem wytwarzającym drgania wzdłużne do osi rozciąganego drutu. Mając na celu sprawdzenie wpływu drgań na własności wytrzymałościowe ciągnionych materiałów wykonano badania wyrobów gotowych w próbie rozciągania drutów ciągnionych metodą tradycyjną oraz z ultradźwiękiem. W przypadku znaczących zmian tych własności zaplanowano również badania struktury materiału. W programie badań przewidziano również pomiar temperatury drutu w obszarze przed i za ciągadłem za pomocą termopary stykowej, pirometru i kamery termowizyjnej. Każdorazowo oceniano jakość powierzchni ciągnionego drutu oraz dokonywano pomiaru średnicy końcowej wyrobu. Badania obejmują wpływ wielkości odkształcenia oraz prędkości 26.

(26) . ciągnienia jako dwóch najważniejszych parametrów procesu ciągnienia na siłę ciągnienia. Częstotliwość drgań była stała i wynosiła zarówno dla drgań poprzecznych jak i wzdłużnych 20 kHz. Szacowana amplituda drgań wzdłużnych osiągała wartość ok. 10µm, zaś drgań poprzecznych ok. 20 µm. Do badań zastosowano druty aluminiowe 1050 w stanie wyżarzonym o średnicy 3 mm. Ograniczone moce generatorów ultradźwiękowych użytych do badań były podstawą wyboru materiału trudnoodkształcalnego. Wybrano stal austenityczną AISI 302 w stanie wyżarzonym o średnicy 3 mm.. 5. Analiza teoretyczna kinematyki procesu ciągnienia z uwzględnieniem ultradźwiękowych drgań ciągadła. Analiza ma na celu wyjaśnienie, jakie efekty zachodzą w ciągadle dzielonym drgającym prostopadle do osi drutu oraz w ciągadle monolitycznym drgającym wzdłużnie do osi drutu. Mechanizmy zachodzące w kotlinie odkształcenia w obu przypadkach odpowiedzialne są za obniżenie siły w procesie ultradźwiękowego ciągnienia.. 5.1.. Opis. kotliny. odkształcenia. w. ciągadle. monolitycznym. drgającym wzdłużnie do osi drutu. Ciągadło monolityczne wykonuje drgania w kierunku wzdłużnym do osi drutu zgodnie z zasadą ruchu harmonicznego. Na Rys. 5.1.1 zaprezentowano sinusoidę opisującą ruch drgający ciągadła monolitycznego. Poniżej zamieszczono szczegółową analizę zjawisk zachodzących w kotlinie odkształcenia podczas procesu równoczesnego ciągnienia i kucia przez monolityczne ciągadło drgające wzdłużnie do osi drutu. Dodatkowo podczas odkształcenia drutu wzdłużnych aktywnym zastosowaniem wzdłużnych drgań ciągadła monolitycznego spotykamy się z działaniem aktywnych i reaktywnych sił tarcia. Siły aktywne tarcia odpowiedzialne są za spadek siły ciągnienia.. 27.

(27) . Rys.5.1.1. Sinusoida. opisująca. ruch. harmoniczny. drgającego. wzdłużnie. ciągadła. monolitycznego. Rozpatrzymy teraz ruch ciągadła monolitycznego w poszczególnych ćwiartkach sinusoidy. Ćwiartka I. Na Rys. 5.1.2 pokazano pierwszą ćwiartkę okresu drgań a na Rys. 5.1.3 schematycznie pokazano ruch ciągadła w I ćwiartce okresu drgań. Ciągadło drgając w pierwszej ćwiartce ucieka przed materiałem zgodnie z kierunkiem ciągnienia na odległość równą amplitudzie drgań A. Materiał w tym samym czasie przemieszcza się zgodnie z kierunkiem działającej na niego siły ciągnienia. Następuje w takim przypadku odciążenie materiału od nacisku ściany ciągadła. Następuje wtedy tak zwany proces ułatwionego ciągnienia w warunkach zmniejszonego nacisku ciągadła na metal. W tych warunkach należy spodziewać się spadku siły ciągnienia.. 28.

(28) . Rys. 5.1.2. Pierwsza ćwiartka sinusoidy opisująca ruch ciągadła monolitycznego w czasie ¼T.. 0. A. 1. D. Rys. 5.1.3. Ruch ciągadła (ćwiartka I) zgodnie ze zwrotem i kierunkiem ciągnienia z położenia wyjściowego 0 do maksymalnego położenia w amplitudzie drgań A. Ćwiartka II. Rozpatrzymy teraz ruch ciągadła drgającego wzdłużnie w II ćwiartce okresu drgań. Na Rys. 5.1.4 pokazano drugą ćwiartkę okresu drgań a na Rys. 5.1.5 schematycznie pokazano ruch. 29.

(29) . ciągadła w II ćwiartce okresu. Ciągadło w czasie od ¼ T do ½ T wraca do swojego położenia wyjściowego z punktu 1 do punktu 2 na osi T. Materiał w tym samym czasie przemieszcza się zgodnie z kierunkiem działającej na niego siły ciągnienia i natrafia na ścianę ciągadła. Następuje uderzenie ciągadła w powierzchnię drutu. Następuje wzrost nacisku ciągadła na metal.. Rys. 5.1.4. Kolejna ćwiartka sinusoidy opisująca ruch wzdłużny ciągadła monolitycznego w czasie od ¼ T do ½ T.. 2. A. 1. D. Rys. 5.1.5. Ruch ciągadła w przeciwnym kierunku do działającej na materiał siły ciągnienia (ćwiartka II) do położenia wyjściowego w punkcie 2 na osi czasu T. 30.

(30) . Ćwiartka III. Rozpatrzymy teraz ruch ciągadła monolitycznego drgającego wzdłużnie w III ćwiartce okresu drgań. Na Rys. 5.1.6 pokazano trzecią ćwiartkę okresu drgań a na Rys. 5.1.7 schematycznie pokazano ruch ciągadła w III ćwiartce okresu. Ciągadło w czasie od 1/2 T do 3/4 T drga przeciwnie do zwrotu działania siły ciągnienia od położenia wyjściowego w punkcie 2 na osi czasu, do maksymalnego położenia w punkcie 3. Materiał w tym samym czasie przemieszcza się zgodnie z kierunkiem działającej na niego siły ciągnienia. Następuje wtedy proces ciągnienia z udziałem dodatkowej siły z osobnego źródła energii. Ciągadło drgające wykonuje w tym momencie największą pracę odkształcenia. W tych warunkach praca odkształcenia wykonywana jest głównie od energii ultradźwiękowej.. 31.

(31) . Rys. 5.1.6. Kolejna ćwiartka sinusoidy opisująca ruch drgającego wzdłużnie ciągadła monolitycznego w czasie od 1/2T do 3/4 T.. 3. A. 2. D. Rys. 5.1.7. Ruch ciągadła monolitycznego (ćwiartka III) przeciwnie do zwrotu ciągnienia z położenia wyjściowego 2 do maksymalnego położenia w lewo 3.. 32.

(32) . Ćwiartka IV. Rozpatrzymy teraz ruch ciągadła monolitycznego drgającego wzdłużnie w IV ćwiartce okresu drgań. Na Rys. 5.1.8 pokazano czwartą ćwiartkę okresu drgań a na Rys. 5.1.9 schematycznie pokazano ruch drgający ciągadła w IV ćwiartce okresu. Ciągadło w czasie od 3/4 T do T wraca do swojego położenia wyjściowego zmniejszając równocześnie nacisk na materiał odkształcany. Materiał w tym samym czasie przemieszcza się zgodnie z kierunkiem działającej na niego siły ciągnienia. Następuje wtedy proces ciągnienia z malejącym naciskiem ścian ciągadła na powierzchnię odkształcanego materiału. W tych warunkach należy spodziewać się spadku siły ciągnienia.. 33.

(33) . Rys. 5.1.8. Kolejna ćwiartka sinusoidy opisująca ruch ciągadła monolitycznego w czasie od 3/4T do 1 T.. D. A 3. 4. Rys. 5.1.9. Ruch ciągadła monolitycznego drgającego wzdłużnie (ćwiartka IV) zgodnie ze zwrotem działającej na materiał siły ciągnienia z maksymalnego położenia 3 do położenia wyjściowego w punkcie 4 na osi czasu. Podsumowując rozważania nad procesem odkształcenia metalu w stożku ciągadła monolitycznego można powiedzieć, że drgające ciągadło wykonuje pracę odkształcenia z osobnego źródła energii. Siła drgającego wzdłużnie ciągadła przyłożona jest za pomocą. 34.

(34) . narzędzia do ciągnionego materiału. Minimalizujemy efekty bezpośredniego przyłożenia siły do drutu jak to ma miejsce w procesie tradycyjnego ciągnienia. Ciągadło drgające wzdłużnie porusza się ruchem harmonicznym na przemian zgodnie ze zwrotem siły ciągnienia oraz przeciwnie do tego zwrotu, powoduje odciążenie siły ciągnienia w ćwiartce I oraz IV. Dodatkowo, gdy ciągadło przemieszcza się przeciwnie do działającej na materiał siły wykonuje ono pracę odkształcenia z innego źródła energii. Efekt pozytywnego wpływu ultradźwięków na spadek siły ciągnienia zależy w tym przypadku głównie od prędkości ciągnienia. i. współczynnika. wydłużenia.. Proces. taki. można. określić. terminem. „ultradźwiękowego ciągnienia- obkuwania” wzdłuż osi ciągnionego materiału. Schemat efektu. spadku. siły. ciągnienia. pod. wpływem. ultradźwiękowych. drgań. ciągadła. monolitycznego pokazano na Rys. 5.1.10.. Rys. 5.1.10. Schemat efektu spadku siły ciągnienia pod wpływem ultradźwiękowych drgań ciągadła monolitycznego w czasie jednego okresu drgań.. 35.

(35) . 5.2. Opis kotliny odkształcenia w ciągadle dzielonym drgającym prostopadle do osi drutu. Ciągadło dzielone wykonuje powtarzające się drgania prostopadłe do osi drutu zgodnie z zasadą ruchu harmonicznego. Na Rys. 5.2.1 zaprezentowano sinusoidę opisującą ruch połówki ciągadła dzielonego drgającego z określoną amplitudą A. Analizę zjawisk zachodzących w kotlinie odkształcenia podczas procesu równoczesnego ciągnienia i „obkuwania” przez dzielone ciągadło drgające prostopadle do osi drutu pokazano na kolejnych rysunkach. Na Rys. 5.2.2 pokazano ruch ściany ciągadła w czterech ćwiartkach okresu drgań.. Rys.5.2.1. Sinusoida opisująca ruch połówki ciągadła dzielonego.. 36.

(36) . Rys.5.2.2. Ruch krawędzi ściany ciągadła w płaszczyźnie osiowej w czasie całego okresu drgań. Rozpatrzymy teraz ruch połówki ciągadła dzielonego w każdej ćwiartce okresu drgań. Pominiemy w tym przypadku wpływ prędkości ciągnienia. Ćwiartka I. Na Rys. 5.2.3 pokazano pierwszą ćwiartkę okresu drgań a na Rys. 5.2.4 schematycznie pokazano ruch połówki ciągadła w I ćwiartce. Połówka ciągadła unosi się w górę z położenia 0 do maksymalnego położenia w górze równego amplitudzie drgań A. Materiał w tym samym czasie przemieszcza się zgodnie z kierunkiem działającej na niego siły ciągnienia. Materiał podchodzi pod ścianę podnoszącej się do góry połówki ciągadła dzielonego. Gdy prędkość ciągnienia jest odpowiednio dobrana, następuje w takim przypadku odciążenie materiału od nacisku ściany ciągadła. Następuje wtedy tak zwany proces ułatwionego ciągnienia w warunkach zmniejszonego nacisku ciągadła na metal. W tych warunkach należy spodziewać się spadku siły ciągnienia.. 37.

(37) . Rys. 5.2.3. Pierwsza ćwiartka sinusoidy opisująca ruch połówki ciągadła dzielonego w czasie ¼ T.. D. A A. Rys. 5.2.4. Ruch połówki ciągadła (ćwiartka I) w górę z położenia wyjściowego 0 do maksymalnego położenia w górze równego amplitudzie drgań A. Ćwiartka II. Rozpatrzymy teraz ruch połówki ciągadła dzielonego w II ćwiartce okresu drgań. Na Rys. 5.2.5 pokazano drugą ćwiartkę okresu drgań a na Rys. 5.2.6 schematycznie pokazano ruch połówki ciągadła w II ćwiartce okresu. W tym przypadku również pomijamy zagadnienie doboru prędkości ciągnienia. Połówka ciągadła w czasie od ¼ T do ½ T opada w dół od 38.

(38) . położenia w szczytowym punkcie 1 do stanu wyjściowego położenia maksymalnego punkcie 2. Materiał w tym samym czasie przemieszcza się zgodnie z kierunkiem działającej na niego siły ciągnienia i natrafia na ścianę ciągadła. Następuje wtedy wstępny proces „ciągnienie – obkuwanie”. Następuje wzrost nacisku ciągadła na metal.. Rys. 5.2.5. Kolejna ćwiartka sinusoidy (II) opisująca ruch połówki ciągadła dzielonego w czasie od ¼ T do ½ T.. D. A A. Rys. 5.2.6. Ruch połówki ciągadła (ćwiartka II) w dół z maksymalnego położenia w górze do położenia wyjściowego.. 39.

(39) . Ćwiartka III. Rozpatrzymy teraz ruch połówki ciągadła dzielonego w III ćwiartce okresu drgań. Na Rys. 5.2.7 pokazano trzecią ćwiartkę okresu drgań a na Rys. 5.2.8 schematycznie pokazano ruch połówki ciągadła w III ćwiartce okresu. W tym przypadku również pomijamy zagadnienie doboru prędkości ciągnienia. Połówka ciągadła w czasie od 1/2 T do 3/4 T opada w dół od położenia wyjściowego w punkcie 2 na osi czasu, do dolnego położenia maksymalnego w punkcie 3. Materiał w tym samym czasie przemieszcza się zgodnie z kierunkiem działającej na niego siły ciągnienia. Następuje wtedy pełny proces „ciągnienie – obkuwanie”. Ciągadło drgające wykonuje w tym momencie największą pracę odkształcenia obkuwając podawany przez ciągarkę materiał. W tych warunkach praca odkształcenia wykonywana jest z innego źródła energii, czyli od energii ultradźwiękowej.. 40.

(40) . Rys. 5.2.7. Kolejna ćwiartka sinusoidy (III) opisująca ruch połówki ciągadła dzielonego w czasie od 1/2T do 3/4 T.. D. A A. Rys. 5.2.8. Ruch połówki ciągadła (ćwiartka III) w dół z położenia wyjściowego do maksymalnego położenia w dole w punkcie 3. Ćwiartka IV. Rozpatrzymy teraz ruch połówki ciągadła dzielonego w IV ćwiartce okresu drgań. Na Rys. 5.2.9 pokazano czwartą ćwiartkę okresu drgań a na Rys. 5.2.10 schematycznie pokazano ruch połówki ciągadła w IV ćwiartce okresu. W tym przypadku również pomijamy zagadnienie 41.

(41) . doboru prędkości ciągnienia. Połówka ciągadła w czasie od 3/4 T do T wraca do swojego położenia wyjściowego zmniejszając równocześnie nacisk na materiał drutu. Materiał w tym samym czasie przemieszcza się zgodnie z kierunkiem działającej na niego siły ciągnienia. Następuje wtedy proces „ciągnienie – obkuwanie” z malejącym naciskiem ścian ciągadła na powierzchnię odkształcanego materiału. W tych warunkach należy spodziewać się spadku siły ciągnienia.. Rys. 5.2.9. Kolejna ćwiartka sinusoidy (IV) opisująca ruch połówki ciągadła dzielonego w czasie od 3/4T do 1 T.. D. A A. Rys. 5.2.10. Ruch połówki ciągadła (ćwiartka IV) w górę z maksymalnego położenia w dole do położenia wyjściowego w punkcie 4. 42.