Prace blacharskie, wykonywane przy naprawach nadwozi samochodowych, to nie tylko wymiana nowych elementów poszycia
zewnętrznego, ale także prostowanie, usuwanie małych i dużych wgnieceń oraz przygotowywanie krawędzi blach do połączeń różnych elementów. Celem takiej naprawy jest nie tylko przywrócenie uszkodzonemu elementowi jego pierwotnego wyglądu, ale także wytrzymałości mechanicznej.
Podczas powstawania wgniecenia materiał po stronie zewnętrznej elementu ulega wydłużeniu, natomiast od strony wewnętrznej wokół wgniecenia ulega spęczeniu, a w środku wgniecenia rozciągnięciu. Próba prostowania wgniecenia przy zastosowaniu młotka i “babki” powoduje dodatkowe wydłużanie materiału i w efekcie jego nadmiar nie mieści się w poprzednim miejscu. Dlatego prawidłowa naprawa wymaga znajomości zasad rozprowadzania powstających podczas prostowania naprężeń na możliwie dużej powierzchni i unikania spęczeń materiału. Oczywiście są już nowoczesne narzędzia, które ułatwiają te manualne czynności, ale metody i technologie oraz zjawiska pozostały takie same. Trudno bez ich znajomości wykorzystać w pełni te nowoczesne pomoce, które bez fachowego blacharza są tylko zwykłymi, bezwartościowymi narzędziami, choć nieraz bardzo drogimi. Dlatego dla przypomnienia przedstawiam podstawowe zasady kształtowania blach stalowych i aluminiowych, z których najczęściej są wykonywane elementy poszycia zewnętrznego nadwozia.
Podstawową czynnością kształtowania blach stalowych jest prostowanie, czyli tzw. klepanie, polegające na odpowiednim spęczaniu blachy, która została miejscowo wyciągnięta.
Wyrównywanie powierzchni blach nadwozia można wykonywać na trzy sposoby:
1. Przez prostowanie mechaniczne, bez podgrzewania blach.
2. Przez prostowanie termiczne, tylko przez podgrzewanie powierzchni blach.
3. Przez prostowanie mechaniczno-termiczne, czyli kombinację klepania z podgrzewaniem.
Prostowanie mechaniczne stosuje się tylko do małych wgnieceń lub wybrzuszeń blach poszycia zewnętrznego. Odkształcenia o dużej powierzchni są trudne do prostowania, ponieważ elementy poszycia zewnętrznego są połączone na stałe z całą konstrukcją nadwozia. Wraz z takim odkształceniem powstają wewnątrz blachy duże naprężenia. Wgniecenie takie daje się lekko wypchnąć naciskiem dłoni, ale wraca z powrotem do poprzedniego kształtu jak sprężyna. Mówi się, że materiał sprężynuje. Prostowanie takich wgnieceń bez podgrzewania jest możliwe tylko w ograniczonym zakresie. Nawet jeżeli zdecydujemy się na prostowanie dużej powierzchni metodą mechaniczną, np. na blachach o podwyższonej wytrzymałości, to i tak może się okazać, że ostatnią czynnością będzie miejscowe podgrzanie blachy w środku wgniecenia w celu usunięcia ewentualnych odkształceń i naprężeń. Takie podgrzanie jest tylko obróbką uzupełniającą. Podgrzewa się to miejsce do temperatury około 800 °C (kolor wiśniowo-czerwony) i następnie gwałtownie schładza przez polanie wodą lub przyłożenie mokrej szmaty. Można też rozgrzane miejsce pocierać dużym pilnikiem. Duża powierzchnia masywnego pilnika z jednej strony odprowadza ciepło, a z drugiej drobne ząbki pilnika wygładzają i naciągają uplastyczniony materiał. Należy przy tym pamiętać, że wszystkie zabiegi termiczne zmieniają strukturę materiałów stalowych i ich wytrzymałość. Dlatego mogą być stosowane tylko do naprawy elementów poszycia zewnętrznego. Drobne, ostre wgłębienia zewnętrzne lub wewnętrzne z uszkodzoną powłoką lakierową likwiduje się przez uderzenie ostro zakończonego młotka w sam środek wgniecenia (fot. 1).
<1x.jpg>
Przy trochę większych uderza się młotkiem także w środek, ale w kierunku na zewnątrz (fot. 2).
<2x.jpg>
W obydwu przypadkach materiał zostaje spęczany. Żeby wykorzystać możliwie dużą część siły uderzenia młotka do formowania (z obuchem ząbkowanym), konieczne jest stosowanie podtrzymki po drugiej stronie blachy, czyli tzw. “babki” (fot. 3).
<3x.jpg>
Ząbki na powierzchni czynnej młotka przytrzymują prostowany materiał, zapobiegając jego wydłużaniu się podczas wyklepywania blachy. W zależności od kształtu i miejsca odkształcenia stosuje się różnego rodzaju młotki i kowadełka. Powstałe podczas klepania drobne nierówności mogą być zlikwidowane przy pomocy wygładzającego młotka aluminiowego.
Metoda prostowania mechanicznego ma zastosowanie przede wszystkim do blach stalowych o wysokiej wytrzymałości, ponieważ niektóre stopy tych blach wykazują utratę wytrzymałości już przy około 400 °C. Innym utrudnieniem przy naprawie blach o wysokiej wytrzymałości jest to, że wytrzymałość powstałych na nich wybrzuszeń lub wgnieceń jest wyższa od właściwej wytrzymałości blachy. Głębokie i ostre wgniecenia są szczególnie trudne do prostowania.
Na blachach ze stopów aluminium mogą być naprawiane techniką mechaniczną tylko drobne odkształcenia. Wydłużenie względne blach aluminiowych to tylko około 25 proc. wydłużenia blach głębokotłocznych. Dlatego istnieje bardzo duże niebezpieczeństwo ich pękania przy prostowaniu. Do wyklepywania stosuje się młotki gumowe, z tworzywa sztucznego, drewniane lub z aluminium. Formowanie w postaci klepania młotkiem wprowadza jednak dodatkowo niepożądane utwardzenie zgniotowe materiału. W związku z tym do naprawy deformacji blach aluminiowych powinno się w miarę możliwości stosować wypychanie wgnieceń przy pomocy techniki dźwigniowej z wykorzystaniem prętów, tzw. pogrzebaczy. Najlepsze są przyrządy z końcówkami zaokrąglonymi (z tworzywa sztucznego), a nie stalowymi z ostrymi krawędziami. Przy kształtowaniu blach techniką mechaniczną należy pamiętać o tym, że uderzając młotkiem wzdłuż przekątnej prostokątnego arkusza blachy, będzie się skracała (deformowała) druga przekątna.
Prostowanie termiczne wykorzystuje wewnętrzny układ sił, które biorą swój początek od wydłużania się materiału pod wpływem ciepła. Zjawisko to można opisać następującym wzorem:
Dla stali, podgrzanie od temperatury 20 °C do 820 °C powoduje wydłużenie około 1 mm na 100 mm. Dla aluminium takie same wydłużenie osiąga się już przy podgrzaniu od 20 °C do 420 °C. Wybrane temperatury podgrzewania odpowiadają mniej więcej temperaturom danego materiału dla kształtowania na gorąco. Podczas podgrzewania stali, przy temperaturze 820 °C pokazuje się kolorowe świecenie metalu od wiśniowo-czerwonego do jasnoczerwonego. Aluminium i jego stopy nie wykazują podczas podgrzewania żadnej zmiany barwy. Dlatego każdy producent stopów aluminium określa temperaturę ich formowania na gorąco. Jeżeli podgrzejemy pasek blachy stalowej punktowo w środku do temperatury około 800 °C i potem schłodzimy, to blacha ulegnie deformacji i skróceniu. Proces deformacji wytłumaczymy poniżej. Na początku, podczas podgrzewania materiał się wydłuża (1mm na długości 100 mm) i powstają w nim wewnętrzne naprężenia. W miejscu podgrzewania, blachy robi się więcej, tak jakby puchła. Jednocześnie przez podgrzewanie zmniejsza się wytrzymałość materiału. Jeżeli naprężenia wewnętrzne przekroczą wytrzymałość blachy, to nastąpi kurczenie się blachy i jej skracanie w miejscu podgrzewania. Spowoduje to deformację całego paska blachy. Rogi blachy zaczną się zawijać do środka (w zależności od długości blachy). Po schłodzeniu blachy nastąpi w podgrzewanym w miejscu dodatkowo skurcz materiału, wewnętrzne naprężenia blachy zanikną, a blacha przybierze swój nowy zdeformowany kształt. To kurczenie się materiału przez podgrzewanie i schładzanie jest podstawą termicznego prostowania. W zależności od przebiegu temperatury grzania można punktowo wprowadzać skurcze i przez to formować powierzchnie blach. Prostowanie termiczne stosuje się przede wszystkim do niezbyt głębokich i nieostrych wgnieceń o średniej wielkości, jak również do wgnieceń płytkich i rozległych. Naprężenia, które spowodowały utrzymanie wgniecenia, zostają usunięte i blacha wraca do pierwotnego kształtu. Przebieg prostowania termicznego przedstawiony został na zdjęciach (fot. 4-9).
<4x.jpg>
<5x.jpg>
<6x.jpg>
<7x.jpg>
<8x.jpg>
<9x.jpg>
W przeciwieństwie do mechanicznego prostowania, podczas podgrzewania kawałka blachy po przekątnej, blacha wydłuży się wzdłuż tej przekątnej, powodując skrócenie się przekątnej i jej zawinięcie.
Prostowanie mechaniczno-termiczne stosuje się wówczas, gdy samo mechaniczne lub samo termiczne nie daje zadowalających wyników. Do tej czynności stosujemy młotek blacharski, kowadełko zwane “babką” i palnik gazowy lub pogrzewacz indukcyjny (fot. 10).
<10x.jpg>
Podobnie jak przy prostowaniu termicznym materiał jest skracany, ale nie tylko przez skurcz, lecz dodatkowo przez spęczanie. Przy mechaniczno-termicznym prostowaniu blach, stosuje się dwie techniki:
- spęczanie bezpośrednie, stosowane do małych oraz ostrych wgnieceń i wypukleń;
- spęczanie pośrednie, stosowane do lekkich wybrzuszeń o dużej powierzchni.
Przy spęczaniu pośrednim wyciągnięta blacha całego wybrzuszenia powinna zostać skrócona przez spęczanie i skurczenie materiału. Najpierw w środku wybrzuszenia określa się punkt podgrzania. Dla blach głębokotłocznych będzie to temperatura ok. 800 °C (wiśniowa czerwień). Potem, począwszy od krawędzi wybrzuszenia, w sposób spiralny do środka, przy pomocy uderzeń młotka blacharskiego lub aluminiowego i podtrzymania kowadełkiem spęcza się materiał (fot. 11).
<11x.jpg>
Przy czym młotek powinien nieco wyprzedzać kowadełko, uderzając bliżej środka wgniecenia. Prawidłowa naprawa prowadzi do doprowadzenie wgniecenia do takiego stanu, w którym nie ma ono już tendencji do sprężystego zapadania się pod zewnętrznym naciskiem. Spęczanie bezpośrednie stosuje się do małych, ostrych wgnieceń lub wypukleń. W takim rodzaju uszkodzeń blacha jest miejscowo mocno wydłużona. Takie ostre i mocne odkształcenie można usunąć tylko przez spęczanie bezpośrednie, po podgrzaniu blachy do koloru ciemnoczerwonego (przy blachach głębokotłocznych). W zależności od wielkości odkształcenia może być konieczne założenie bariery cieplnej, żeby ograniczyć podgrzewanie zbyt dużej powierzchni blachy. Jako barierę cieplną stosuje się specjalną pastę albo nasączony wodą papier. Przy pomocy młotka stalowego lub aluminiowego spęcza się podgrzany naddatek materiału. Przez schłodzenie wodą następuje dodatkowy skurcz. Prostowanie mechaniczno-termiczne musi nastąpić szybko, żeby została osiągnięta i miejscowo ograniczona temperatura blachy dla formowania cieplnego. Ręczne kształtowanie blach jest trudne i bardzo czasochłonne oraz wymaga wiedzy i dużego doświadczenia. Trudność tę pogłębia także ograniczone stosowanie ciepła w postaci palnika gazowego do prostowania blach o podwyższonej wytrzymałości. Z drugiej jednak strony, znajomość i umiejętność podstaw ręcznego kształtowania blach pomaga w zrozumieniu zjawisk i zastosowaniu nowoczesnych narzędzi.
Wiesław Wielgołaski
e-mail: biuro@wielgolaski.pl
zewnętrznego, ale także prostowanie, usuwanie małych i dużych wgnieceń oraz przygotowywanie krawędzi blach do połączeń różnych elementów. Celem takiej naprawy jest nie tylko przywrócenie uszkodzonemu elementowi jego pierwotnego wyglądu, ale także wytrzymałości mechanicznej.
Podczas powstawania wgniecenia materiał po stronie zewnętrznej elementu ulega wydłużeniu, natomiast od strony wewnętrznej wokół wgniecenia ulega spęczeniu, a w środku wgniecenia rozciągnięciu. Próba prostowania wgniecenia przy zastosowaniu młotka i “babki” powoduje dodatkowe wydłużanie materiału i w efekcie jego nadmiar nie mieści się w poprzednim miejscu. Dlatego prawidłowa naprawa wymaga znajomości zasad rozprowadzania powstających podczas prostowania naprężeń na możliwie dużej powierzchni i unikania spęczeń materiału. Oczywiście są już nowoczesne narzędzia, które ułatwiają te manualne czynności, ale metody i technologie oraz zjawiska pozostały takie same. Trudno bez ich znajomości wykorzystać w pełni te nowoczesne pomoce, które bez fachowego blacharza są tylko zwykłymi, bezwartościowymi narzędziami, choć nieraz bardzo drogimi. Dlatego dla przypomnienia przedstawiam podstawowe zasady kształtowania blach stalowych i aluminiowych, z których najczęściej są wykonywane elementy poszycia zewnętrznego nadwozia.
Podstawową czynnością kształtowania blach stalowych jest prostowanie, czyli tzw. klepanie, polegające na odpowiednim spęczaniu blachy, która została miejscowo wyciągnięta.
Wyrównywanie powierzchni blach nadwozia można wykonywać na trzy sposoby:
1. Przez prostowanie mechaniczne, bez podgrzewania blach.
2. Przez prostowanie termiczne, tylko przez podgrzewanie powierzchni blach.
3. Przez prostowanie mechaniczno-termiczne, czyli kombinację klepania z podgrzewaniem.
Prostowanie mechaniczne stosuje się tylko do małych wgnieceń lub wybrzuszeń blach poszycia zewnętrznego. Odkształcenia o dużej powierzchni są trudne do prostowania, ponieważ elementy poszycia zewnętrznego są połączone na stałe z całą konstrukcją nadwozia. Wraz z takim odkształceniem powstają wewnątrz blachy duże naprężenia. Wgniecenie takie daje się lekko wypchnąć naciskiem dłoni, ale wraca z powrotem do poprzedniego kształtu jak sprężyna. Mówi się, że materiał sprężynuje. Prostowanie takich wgnieceń bez podgrzewania jest możliwe tylko w ograniczonym zakresie. Nawet jeżeli zdecydujemy się na prostowanie dużej powierzchni metodą mechaniczną, np. na blachach o podwyższonej wytrzymałości, to i tak może się okazać, że ostatnią czynnością będzie miejscowe podgrzanie blachy w środku wgniecenia w celu usunięcia ewentualnych odkształceń i naprężeń. Takie podgrzanie jest tylko obróbką uzupełniającą. Podgrzewa się to miejsce do temperatury około 800 °C (kolor wiśniowo-czerwony) i następnie gwałtownie schładza przez polanie wodą lub przyłożenie mokrej szmaty. Można też rozgrzane miejsce pocierać dużym pilnikiem. Duża powierzchnia masywnego pilnika z jednej strony odprowadza ciepło, a z drugiej drobne ząbki pilnika wygładzają i naciągają uplastyczniony materiał. Należy przy tym pamiętać, że wszystkie zabiegi termiczne zmieniają strukturę materiałów stalowych i ich wytrzymałość. Dlatego mogą być stosowane tylko do naprawy elementów poszycia zewnętrznego. Drobne, ostre wgłębienia zewnętrzne lub wewnętrzne z uszkodzoną powłoką lakierową likwiduje się przez uderzenie ostro zakończonego młotka w sam środek wgniecenia (fot. 1).
<1x.jpg>
Przy trochę większych uderza się młotkiem także w środek, ale w kierunku na zewnątrz (fot. 2).
<2x.jpg>
W obydwu przypadkach materiał zostaje spęczany. Żeby wykorzystać możliwie dużą część siły uderzenia młotka do formowania (z obuchem ząbkowanym), konieczne jest stosowanie podtrzymki po drugiej stronie blachy, czyli tzw. “babki” (fot. 3).
<3x.jpg>
Ząbki na powierzchni czynnej młotka przytrzymują prostowany materiał, zapobiegając jego wydłużaniu się podczas wyklepywania blachy. W zależności od kształtu i miejsca odkształcenia stosuje się różnego rodzaju młotki i kowadełka. Powstałe podczas klepania drobne nierówności mogą być zlikwidowane przy pomocy wygładzającego młotka aluminiowego.
Metoda prostowania mechanicznego ma zastosowanie przede wszystkim do blach stalowych o wysokiej wytrzymałości, ponieważ niektóre stopy tych blach wykazują utratę wytrzymałości już przy około 400 °C. Innym utrudnieniem przy naprawie blach o wysokiej wytrzymałości jest to, że wytrzymałość powstałych na nich wybrzuszeń lub wgnieceń jest wyższa od właściwej wytrzymałości blachy. Głębokie i ostre wgniecenia są szczególnie trudne do prostowania.
Na blachach ze stopów aluminium mogą być naprawiane techniką mechaniczną tylko drobne odkształcenia. Wydłużenie względne blach aluminiowych to tylko około 25 proc. wydłużenia blach głębokotłocznych. Dlatego istnieje bardzo duże niebezpieczeństwo ich pękania przy prostowaniu. Do wyklepywania stosuje się młotki gumowe, z tworzywa sztucznego, drewniane lub z aluminium. Formowanie w postaci klepania młotkiem wprowadza jednak dodatkowo niepożądane utwardzenie zgniotowe materiału. W związku z tym do naprawy deformacji blach aluminiowych powinno się w miarę możliwości stosować wypychanie wgnieceń przy pomocy techniki dźwigniowej z wykorzystaniem prętów, tzw. pogrzebaczy. Najlepsze są przyrządy z końcówkami zaokrąglonymi (z tworzywa sztucznego), a nie stalowymi z ostrymi krawędziami. Przy kształtowaniu blach techniką mechaniczną należy pamiętać o tym, że uderzając młotkiem wzdłuż przekątnej prostokątnego arkusza blachy, będzie się skracała (deformowała) druga przekątna.
Prostowanie termiczne wykorzystuje wewnętrzny układ sił, które biorą swój początek od wydłużania się materiału pod wpływem ciepła. Zjawisko to można opisać następującym wzorem:
Dla stali, podgrzanie od temperatury 20 °C do 820 °C powoduje wydłużenie około 1 mm na 100 mm. Dla aluminium takie same wydłużenie osiąga się już przy podgrzaniu od 20 °C do 420 °C. Wybrane temperatury podgrzewania odpowiadają mniej więcej temperaturom danego materiału dla kształtowania na gorąco. Podczas podgrzewania stali, przy temperaturze 820 °C pokazuje się kolorowe świecenie metalu od wiśniowo-czerwonego do jasnoczerwonego. Aluminium i jego stopy nie wykazują podczas podgrzewania żadnej zmiany barwy. Dlatego każdy producent stopów aluminium określa temperaturę ich formowania na gorąco. Jeżeli podgrzejemy pasek blachy stalowej punktowo w środku do temperatury około 800 °C i potem schłodzimy, to blacha ulegnie deformacji i skróceniu. Proces deformacji wytłumaczymy poniżej. Na początku, podczas podgrzewania materiał się wydłuża (1mm na długości 100 mm) i powstają w nim wewnętrzne naprężenia. W miejscu podgrzewania, blachy robi się więcej, tak jakby puchła. Jednocześnie przez podgrzewanie zmniejsza się wytrzymałość materiału. Jeżeli naprężenia wewnętrzne przekroczą wytrzymałość blachy, to nastąpi kurczenie się blachy i jej skracanie w miejscu podgrzewania. Spowoduje to deformację całego paska blachy. Rogi blachy zaczną się zawijać do środka (w zależności od długości blachy). Po schłodzeniu blachy nastąpi w podgrzewanym w miejscu dodatkowo skurcz materiału, wewnętrzne naprężenia blachy zanikną, a blacha przybierze swój nowy zdeformowany kształt. To kurczenie się materiału przez podgrzewanie i schładzanie jest podstawą termicznego prostowania. W zależności od przebiegu temperatury grzania można punktowo wprowadzać skurcze i przez to formować powierzchnie blach. Prostowanie termiczne stosuje się przede wszystkim do niezbyt głębokich i nieostrych wgnieceń o średniej wielkości, jak również do wgnieceń płytkich i rozległych. Naprężenia, które spowodowały utrzymanie wgniecenia, zostają usunięte i blacha wraca do pierwotnego kształtu. Przebieg prostowania termicznego przedstawiony został na zdjęciach (fot. 4-9).
<4x.jpg>
<5x.jpg>
<6x.jpg>
<7x.jpg>
<8x.jpg>
<9x.jpg>
W przeciwieństwie do mechanicznego prostowania, podczas podgrzewania kawałka blachy po przekątnej, blacha wydłuży się wzdłuż tej przekątnej, powodując skrócenie się przekątnej i jej zawinięcie.
Prostowanie mechaniczno-termiczne stosuje się wówczas, gdy samo mechaniczne lub samo termiczne nie daje zadowalających wyników. Do tej czynności stosujemy młotek blacharski, kowadełko zwane “babką” i palnik gazowy lub pogrzewacz indukcyjny (fot. 10).
<10x.jpg>
Podobnie jak przy prostowaniu termicznym materiał jest skracany, ale nie tylko przez skurcz, lecz dodatkowo przez spęczanie. Przy mechaniczno-termicznym prostowaniu blach, stosuje się dwie techniki:
- spęczanie bezpośrednie, stosowane do małych oraz ostrych wgnieceń i wypukleń;
- spęczanie pośrednie, stosowane do lekkich wybrzuszeń o dużej powierzchni.
Przy spęczaniu pośrednim wyciągnięta blacha całego wybrzuszenia powinna zostać skrócona przez spęczanie i skurczenie materiału. Najpierw w środku wybrzuszenia określa się punkt podgrzania. Dla blach głębokotłocznych będzie to temperatura ok. 800 °C (wiśniowa czerwień). Potem, począwszy od krawędzi wybrzuszenia, w sposób spiralny do środka, przy pomocy uderzeń młotka blacharskiego lub aluminiowego i podtrzymania kowadełkiem spęcza się materiał (fot. 11).
<11x.jpg>
Przy czym młotek powinien nieco wyprzedzać kowadełko, uderzając bliżej środka wgniecenia. Prawidłowa naprawa prowadzi do doprowadzenie wgniecenia do takiego stanu, w którym nie ma ono już tendencji do sprężystego zapadania się pod zewnętrznym naciskiem. Spęczanie bezpośrednie stosuje się do małych, ostrych wgnieceń lub wypukleń. W takim rodzaju uszkodzeń blacha jest miejscowo mocno wydłużona. Takie ostre i mocne odkształcenie można usunąć tylko przez spęczanie bezpośrednie, po podgrzaniu blachy do koloru ciemnoczerwonego (przy blachach głębokotłocznych). W zależności od wielkości odkształcenia może być konieczne założenie bariery cieplnej, żeby ograniczyć podgrzewanie zbyt dużej powierzchni blachy. Jako barierę cieplną stosuje się specjalną pastę albo nasączony wodą papier. Przy pomocy młotka stalowego lub aluminiowego spęcza się podgrzany naddatek materiału. Przez schłodzenie wodą następuje dodatkowy skurcz. Prostowanie mechaniczno-termiczne musi nastąpić szybko, żeby została osiągnięta i miejscowo ograniczona temperatura blachy dla formowania cieplnego. Ręczne kształtowanie blach jest trudne i bardzo czasochłonne oraz wymaga wiedzy i dużego doświadczenia. Trudność tę pogłębia także ograniczone stosowanie ciepła w postaci palnika gazowego do prostowania blach o podwyższonej wytrzymałości. Z drugiej jednak strony, znajomość i umiejętność podstaw ręcznego kształtowania blach pomaga w zrozumieniu zjawisk i zastosowaniu nowoczesnych narzędzi.
Wiesław Wielgołaski
e-mail: biuro@wielgolaski.pl
Komentarze (0)