Prelucrarea prin deformare plasticA a materialelor metalice

1. Generalitati

1.1. Notiuni introductive

Deformarea plastica este o metoda de prelucrare prin care, in scopul obtinerii unor piese finite sau semifabricate, se realizeaza deformarea permanenta a materialelor in stare solida (la cald sau la rece) fara fisurare micro sau macroscopica.

Avantaje

n        proprietati mecanice imbunatatite datorita unei structuri omogene si mai dense ;

n        consum minim de materiale;

n        precizie mare de prelucrare (mai ales la deformare plastica la rece);

n        posibilitatea obtinerii unor forme complexe cu un numar minim de operatii si manopera redusa;

n        posibilitate de automatizare (linii de automatizare + celule flexibile de fabricatie );

Dezavantaje

n      investitii initiale mari in ceea ce privesc utilajele folosite;

n      necesitatea unor forte mari pentru deformare;

Dupa temperatura la care are loc deformarea distingem :

- deformare plastica la cald;

- deformare plastica la rece;

Deformarea se considera plastica daca eforturile unitare datorate fortelor de prelucrare tehnologica sunt peste limita de curgere conventionala (efortul unitar caruia ii corespunde o deformare remanenta de 0,2% , _0,2 ).

Mecanismele intime ale deformatiilor plastice se realizaeza prin:

Intarirea (Ecruisarea) este ansamblul fenomenelor legate de modificarea proprietatilor mecanice, fizice ale metalelor in procesul de deformare plastica la rece.

Intarirea se poate interpreta ca fiind datorata acumularii deformatiilor elastice care creaza o stare de tensiune care ingreuneaza procesul deformarilor plastice.

O alta cauza a intaririi este cresterea franarii miscarii dislocatiilor odata cu cresterea gradului de deformare.

Mecanismul deformarii la cald are loc ca si in cazul deformarii la rece prin alunecare si maclare.

Starea de intarire caracterizata in special printr-o rezistenta si duritate marita, plasticitate micsorata. Constituie o stare la care marirea gradului de deformare este greoaie sau imposibila. Pentru a impiedica aparitia timpurie a acestei stari si pentru a usura procesul de deformare plastica se procedeaza la incalzirea materialelor.

Alunecarea este deplasarea straturilor subtiri ale cristalului unele fata de altele.

Lunecarea se produce de-a lungul unor plane de densitate atomica maxima, distanta intre doua plane fiind de aproximativ 1 μm. Deformarea plastica a policristalelor se compune din deformarea cristalelor si din deformarea substantei intercristaline. Deformarea grauntilor in policristal incepe cu planurile grauntilor care sunt orientati favorabil fata de axa eforturilor unitare.

Maclarea - este fenomenul de reorientare a unei parti dintr-un cristal in raport cu restul, de-a lungul unui plan numit plan de maclare. Partea rotita a cristalului se numeste macla. Apare la viteze de deformare mari. Procesul se realizeaza instantaneu sub actiunea unor forte tangentiale mai mici decat cele de alunecare.

1.2. Influenta temperaturii asupra deformarii plastice

Revenirea - este fenomenul de inlaturare a tensiunilor retelei si marirea plasticitatii materialului, fara a produce nici o modificare a microstructurii (0,2t_t < t_r < 0,4t_t, unde t_t temperatura de topire).

Prin incalzire mobilitatea atomilor creste, constatandu-se o marire a fenomenului de difuzie determinata de deplasarea atomilor in vacante si interstitii, stare care duce in final la eliminarea tensiunilor interne.

Recristalizarea - Are loc in stare solida si consta in reorganizarea retelei cristaline deformate si aparitia unor noi centre de cristalizare. Prin recristalizare se elimina complet tensiunile interne, micsorandu-se duritatea, rezistenta la deformare si marindu-se plasticitatea.

1. Influenta temperaturii asupra rezistentei la deformare si a plasticitatii

Cresterea temperaturii provoaca schimbari esentiale ale caracteristicilor de rezistenta ale metalelor. Rezistenta la deformare scade spectaculos odata cu cresterea temperaturii datorita urmatoarelor fenomene:

n      la temperaturi mari creste amplitudinea oscilatiilor atomilor datorita cresterii energiei lor potentiale. Atomii trec mai usor dintr-o pozitie de echilibru in alta;

n      la temperaturi mari rezistenta la deformare scade mult, deplasarea si orientarea grauntilor devine mai usoara astfel incat deformarea se poate face la eforturi mai mici;

Parametrii care definesc incalzirea sunt:

1.4. Zone de temperatura la deformarea plastica la cald

In functie de influenta reciproca a fenomenelor ce au loc la deformarea la cald (intarire, revenire, recristalizare) se deosebesc urmatoarele faze:

n      deformare plastica la rece : t_d< 0,2 t_t ;

n      deformare incompleta la rece : 0,2t_t < t_d < 0,4t_t ; Apare fenomenul de intarire si cel de revenire. Este caracteristic prelucrarea cu viteze mari de deformare.

n      deformare incompleta la cald 0,4t_t < t_d < 0,6t_t ; Deformarea se caracterizeaza prin actiunea completa a fenomenului de revenire si incompleta a fenomenului de recristalizare. Datorita neomogenitatii grauntilor, materialul este puternic tensionat ceea ce duce la aparitia fisurilor.

n      deformare la cald - se caracterizeaza prin lipsa efectelor intaririi dupa prelucrare si printr-o structura fina si omogena a materialului metalic ca urmare a actiunii complete a revenirii si recristalizarii. Rezistenta la deformare la cald este foarte mica din cea la rece, iar plasticitatea este mare (0,6t_t < t_d < 0,85t_t ). Pentru 0,85t_t < t_d se constata supraincalzire si tendinta de ardere.

1.5.1. Legile deformarii plastice

Aceste legi sunt valabile atat la deformarea plastica la cald cat si la rece.

Legea volumului constant. Volumul semifabricatului supus deformarii plastice ( la cald sau la rece ) este egal cu volumul piesei finite.

Facand abstractie de micile variatii de volum prin indesare sau pierderi de oxizi ,putem considera ca volumul piesei finite obtinut prin deformare plastica este egal cu volumul semifabricatului.

Aceasta lege este foarte importanta in practica , ea permitand calculul volumului semifabricatului supus deformarii plastice.

Legea prezentei deformatiilor elastice in timpul deformarilor plastice

Deformarea plastica este intotdeauna insotita de o deformare elastica. Nu putem ajunge in zona de plasticitate fara sa trecem prin cea de elasticitate. (Hooke). Conform acestei legi , dupa prelucrarea prin deformare plastica la rece apare o tendinta de relaxare a materialului. Solicitarea incetind , inceteaza deformarea elastica , ceea ce produce “relaxarea “materialului , ramanind numai deformarea plastica.

De efectele acestei legi se tine cont la proiectarea unei scule pentru deformare plastica , ca de exemplu matritele de tragere si extrudare care au intotdeauna un con de iesire.

Legea rezistentei minime Aceasta lege are mai multe formulari:

n      Orice forma a sectiunii transversale a unui corp supus deformarii plastice prin refulare in prezenta frecarii pe suprafata de contact tinde sa ia forma care are perimetrul minim la suprafata data ; la limita tinde catre cerc.

n      Deplasarea punctelor corpului pe suprafata perpendiculara pe directia fortelor exterioare are loc dupa normala cea mai scurta dusa la perimetrul sectiunii. Deplasarea maxima se va produce in acea directie in care se va deplasa cea mai mare cantitate de material.

Legea aparitiei si echilibrarii eforturilor interioare suplimentare

La orice schimbare a formei unui corp policristalin aflat in stare plastica apar in interiorul materialului eforturi suplimentare care se opun deformarii relative si care tind sa se echilibreze reciproc.

Eforturile suplimentare apar datorita frecarilor de contact dintre scula si semifabricat, neomogenitatii compozitiei chimice, proprietatilor mecanice, etc.

Eforturile unitare produse si ramase in piesa prelucrata se pot adauga eforturilor unitare ce apar in timpul functionarii, ceea ce poate produce fisuri sau distrugerea piesei.

Pentru evitarea aparitiei eforturilor suplimentare se vor reduce frecarile intre suprafata materialului deformat si suprafata activa a sculei.

Legea similitudinii

1.5.2. Incalzirea materialelor metalice pentru deformare plastica

Prin incalzirea semifabricatului pentru deformare plastica se urmareste:

n      micsorarea limitei de curgere;

n      reducerea tensiunilor interne (prin revenire si recristalizare);

n      omogenizarea structurii;

O incalzire corecta se asigura prin:

n      scurtarea timpului de incalzire pana la atingerea t_d;

n      asigurarea unei incalziri uniforme;

n      reducerea arderilor si decarburarilor;

Valorile superioare sunt limitate de aparitia oxidarii.

Limita inferioara se stabileste in functie de natura materialului.

Din punct de vedere termic in procesul de deformare plastica la cald se disting trei stadii.:

n    stadiul incalzirii de la 0 - t_id;

n    stadiul deformarii propriu-zise t_id - t_sd;

n    stadiul de racire;

Cuptoarele in care se realizeaza incalzirea sunt variate din punct de vedere al formelor , dimensiunilor si al principiului de functionare. Ele se clasifica astfel :

a)   1.cu functionare intermitenta

2.cu functionare continua

b) 1. electrice

cu flacara

c)   1. in atmosfera obisnuita

in atmosfera controlata

d) 1. Normale

Adanci

2. Laminarea

2.1. Generalitati.

Laminarea este procedeul tehnologic de prelucrare prin deformare plastica (la cald sau la rece) caracterizat prin aceea ca materialul este obligat sa treaca fortat printre doi cilindri aflati in miscare de rotatie.

Utilajul se numeste laminor, iar procedeul laminare. Produsul rezultat este denumit laminat.

La laminare dimensiunile materialului se reduc in directia apasarii si cresc in celelalte directii (volumul ramanand constant).

Materialul laminat are o structura omogena cu graunti alungiti si ordonati dupa directia de laminare.

Laminarea se poate efectua intre doi cilindri netezi ca in cazul produselor plate sau cu canale inelare numite calibre practicate in corpul cilindrilor , in zona de lucru pentru prelucrarea profilelor.

Pentru cazul cel mai raspandit al laminarii longitudinale, cilindrii au sensuri diferite de rotatie, axele cilindrilor fiind paralele.

Aproximativ 90% din productia mondiala de otel este supusa laminarii.

Principalele scheme de laminare sunt:

Laminare longitudinala.

Figura 1. Schema laminarii longitudinale

Laminare transversala.

Laminare elicoidala.

Dupa directia de laminare, acestea se clasifica astfel :

Laminare longitudinala – de-a lungul dimensiunii maxime.

Laminare transversala.

Laminare tangentiala – utilizata pentru obtinerea unor piese inelare de tipul bandajelor pentru rotile de cale ferata.

Laminare elicoidala – pentru laminarea tevilor.

Pentru a se realiza un anumit grad de deformare se executa de obicei mai multe treceri succesive ale semifabricatului printre cilindri, dupa micsorarea distantei dintre ei.

Elementele geometrice ale laminarii si fortele de laminare sunt redate in figura 2.

a_c = unghiul de contact

h₀=dimensiune semifabricat

h₁=dimensiune produs finit

Fig. 2. Elementele laminarii

Prin laminare se obtin repere avand urmatoarele rugozitati :

laminare la cald : Ra = (12,5 – 50) mm

laminare la rece : Ra = (6,3 – 0,2) mm

2.2. Bazele teoretice ale laminarii

In procesul de deformare plastica prin laminare se disting trei stadii:

Stadiul prinderii materialului de catre cilindrii laminorului.

Stadiul laminarii propriu-zise.

Stadiul de iesire al materialului dintre cilindrii laminorului.

2. Fortele care apar in zona de deformare. Conditia laminarii.

Intre cilindri de lucru si semifabricat in zona de contact actioneaza doua forte principale:

Forta radiala de apasare N, cu componentele ei N_o si N_v ;

Forta tangentiala de antrenare (frecare) cu componentele T_o si T_v ;

Componenta orizontala a fortei de frecare T_o produce antrenarea materialului intre cilindri. Componenta verticala N_v a fortei de apasare se numeste forta de laminare si produce deformarea materialului.

Conditia laminarii:

Greutatea cilindrilor se neglijeaza, iar f reprezinta coeficientul de frecare dintre cilindrii si semifabricat. Pentru ca laminarea sa fie posibila este necesar ca sa avem pentru componenta orizontala urmatoarele conditii :

- unde j este unghiul de frecare;

- unde a este unghiul de atac;

pentru ca laminarea sa fie posibila este necesar deci ca unghiul de frecare sa fie mai mare decat unghiul de atac

Valorile coeficientului de frecare f sunt de : f=0,20 … 0,70 -pentru otel laminat la cald si f=0,03 … 0,12 pentru otel laminat la rece.

2.4. Avansul si intarzierea in zona de deformare

Zona de deformare poate fi impartita in trei parti distincte:

I.    zona de intarziere a vitezei semifabricatului fata de viteza periferica a cilindrilor;

II. zona de avans a vitezei semifabricatului fata de viteza periferica a cilindrilor;

III. zona neutra sau a vitezelor egale;

Fig. Avansul si intarzierea in zona de laminare.

2.5. Calibrarea cilindrilor de laminor

Calibrul reprezinta ansamblul format din doua caneluri opuse executate pe o pereche de cilindri si care corespunde cu forma produsului pe care dorim sa-l obtinem prin laminare.

Prin calibrare se intelege calculul si constructia formelor sectiunilor succesive ale calibrelor astfel ca plecand de la sectiunea initiala a semifabricatului sa se ajunga la produsul finit. Prin calibrare se urmareste obtinerea unor produse fara defecte si dintr-un numar minim de treceri.

Tipuri de calibre:

Calibre de degrosare;

Calibre de pregatire;

Calibre de finisare;

Dupa constructia lor ele pot fi:

a)   complet deschise;

b) partial inchise;

c)   cu deschideri mixte;

Caja de laminare se compune din:

Criteriile de clasificare a laminoarelor sunt:

Dupa metalul sau aliajul prelucrat :

a)   Laminor pentru prelucrarea otelurilor;

b) Laminor pentru prelucrarea aliajelor de cupru;

c)   Laminor pentru prelucrarea aliajelor de zinc;

Dupa temperatura de lucru :

a)   Laminoare pentru prelucrare la cald;

b) Laminoare pentru prelucrare la rece;

Dupa sensul de rotatie al cilindrilor :

a)   Laminoare ireversibile ( intr-un singur sens );

b) Laminoare reversibile ( in ambele sensuri );

Dupa dispunerea cilindrilor :

a)   Laminoare orizontale;

b) Laminoare verticale;

c)   Laminoare oblice;

Dupa numarul de caje :

a)   Laminoare cu o caja;

b) Laminoare cu mai multe caje;

Dupa tipurile de trenuri de laminare :

a)   Laminoare de degrosare;

b) Laminoare de finisare;

2.7. Tehnologia laminarii

Materialele care se lamineaza sunt lingouri (de diferite forme si marimi) sau alte semifabricate obtinute prin forjare sau prin laminari anterioare.

Etapele procesului de laminare la cald sunt :

Alegerea si pregatirea semifabricatului. Lingourile se curata de retasuri, iar celelalte semifabricate se debiteaza la dimensiunile necesare.

Incalzirea.

Laminarea propriu-zisa. Calibrele sunt alese astfel incat semifabricatul sa se lamineze la forma finala la o singura incalzire, respectand domeniul optim al temperaturii de deformare (pentru otel 1100 - 1600  K).

Dupa calibrare se taie produsul la dimensiunile prescrise.

Control tehnic de calitate.

Figura 4. Scheme de laminare.

Etapele laminarii la rece sunt :

Debitarea semifabricatului obtinut prin laminare la cald;

Curatirea suprafetei;

Laminarea propriu-zisa;

Taiere la dimensiuni;

Tratament termic;

Control tehnic de calitate.

Exemple de repere care se obtin prin laminare :

n    piese lungi de sectiune constanta (sine de cale ferata si orice alt tip de profil);

n    table;

n    tevi;

n    axe, roti, bandaje;

2.8. Laminarea tevilor

Tevile si conductele pot fi clasificate in functie de metoda de obtinere ca fiind fara cusatura sau sudate. In afara procedeului de laminare, tevile se mai pot obtine si prin sudare fie pe generatoare, fie elicoidal.

Tevile fara cusatura se produc prin laminare (cel mai economic procedeu) prin metoda Mannesmann.

Cilindrii au dubla conicitate si se rotesc in acelasi sens. Se introduce semifabricatul Incalzit. Datorita materialul in rotatie este deformat numai la suprafata, in interior luand nastere un orificiu conic. Pentru uniformizarea gaurii si a peretilor se folosesc dornuri de netezire.

Tragerea materialelor metalice

1. Principiul tragerii

Tragerea este procedeul de deformare plastica a materialelor sub actiunea unei forte de tractiune pentru obtinerea barelor, sarmelor sau a tevilor , prin trecerea fortata a unui material ductil printr-o matrita a carei sectiune este mai mica decat sectiunea initiala a materialului.

Procedeul aplicat la tragerea sarmelor se numeste trefilare, iar matrita se numeste filiera. Valoarea reducerii de sectiune este cuprinsa intre 10 si 45%, putand ajunge pana la 95 %.

2. Bazele teoretice ale tragerii

2.1. Calculul preliminar

A₀, l_0, d₀ - dimensiunile initiale ale semifabricatului;

A₁, l_1, d₁ - dimensiunile finale ale produsului rezultat prin tragere;

Reducerea de sectiune absoluta se exprima prin relatia:

Reducerea de sectiune relativa se exprima prin relatia:

Reducerea procentuala de sectiune se exprima prin relatia:

Reducerea absoluta este data de relatia :

Reducerea relativa este data de relatia :

Reducerea procentuala este data de relatia :

Coeficientul de reducere a sectiunii este dat de relatia:

La tragere modificarea sectiunii semifabricatului se produce sub actiunea fortelor transversale exercitate de peretii filierei (matritei).

Pe masura ce materialul avanseaza in filiera intreaga masa a semifabricatului sufera o deformare plastica sub actiunea fortelor de compresiune care iau nastere prin tragere. La iesirea din filiera materialul este intarit si va trebui tratat termic (recoacere).

Expresia fortei de tragere este data de relatia (determinata experimental) :

unde: - F = forta de tragere;

- s _m = rezistenta medie de deformare;

- C = constanta in functie de coeficientul de frecare intre metal si filiera si unghiul deschiderii 2 .

5.2. Factorii care influenteaza tragerea

Factorii care influenteaza tragerea sunt :

viteza de tragere (pentru oteluri este de 90-120 m/min, iar pentru cupru 150-300m/min);

materialul sculei;

caracteristicile de forma ale sculei;

lubrefiantul folosit;

gradul de tensionare al materialului;

calitatea suprafetei semifabricatului;

Prin tragerea la rece se realizeaza o puternica ecruisare a materialului care duce la cresterea rezistentei la rupere si la scaderea alungirii la rupere si a gatuirii Z, iar sudabilitatea materialului scade si ea.

Cu cat gradul de deformare este mai mare cu atat modificarea proprietatilor sunt mai accentuate. Pentru inlaturarea efectelor negative ale tragerii se recomanda executarea unui tratament termic de recoacere.

5.3 Filiera

Se cunoaste ca principala scula folosita in procesul de tragere este filiera, de ea depinzand atat calitatea produsului tras cat si randamentul masinii.

Durabilitatea unei filiere depinde de materialul din care este confectionata si de tehnologia de executie a orificiului filierei.

Fig.6. Filiera

Zonele orificiului filierei sunt:

conul de prindere ;

con de ungere;

con de deformare;

cilindru de calibrare;

con de degajare;

con de iesire;

La iesirea din cilindrul de calibrare, materialul sufera o revenire elastica motiv pentru care se executa conurile de degajare si iesire, pentru a impiedica ruperea materialului.

Daca semifabricatul initial este mai mare decat 10 mm atunci scula pentru tragere se numeste matrita. Duritatea suprafetei orificiului de tragere este de 60 … 65 HRC.

Figura 7. Matrita de tragere

Masinile de tras se clasifica dupa urmatoarele criterii:

A. Dupa dimensiunile produselor trase:

Masini pentru tras - sarma;

- tevi;

- bare;

B. Dupa modul de asezare al tobelor de tras:

Masini de tras - cu tobe orizontale;

- cu tobe verticale;

5.4. Tehnologia tragerii

Procesul tehnologic de tragere la rece are urmatoarele etape:

Pregatirea materialului (inlaturarea oxizilor);

Tragerea propriu-zisa;

Tratament termic de recoacere;

Control

Sarmele cu peste 0,25% C li se aplica un tratament termic de “patentare” care consta din incalzire pentru austenitizare urmata de o racire cu o viteza controlata sau de introducere in baie de plumb la 600 K pentru a se forma o structura perlitica fina.

5.5. Tragerea tevilor

Tevile rezultate prin laminare sau alte procedee de prelucrare sunt adeseori finisate prin tragere la rece.

Tragerea la rece se utilizeaza pentru a obtine tolerante dimensionale stranse si o buna suprafata. De asemenea se obtine o imbunatatire a proprietatilor mecanice prin ecruisare.

Instalatia de tragere poarta denumirea de banc.

Suprafata interioara a tevilor se sprijina prin dorn

4. Extrudarea

4.1. Bazele teoretice ale extrudarii

Extrudarea - procesul de prelucrare prin deformare plastica care consta in trecerea fortata a materialului, datorita unei forte de compresiune, printr-o matrita a carei deschidere este profilata si de sectiune mai mica decat a materialului semifabricat.

Procesul de extrudare are loc in 4 (patru) faze:

Presarea pana la umplerea completa a orificiului matritei. In aceasta faza forta de extrudare creste de la zero la valoarea maxima.

Inceputul curgerii prin orificiul matritei.

Curgerea metalului prin orificiul matritei.

La sfarsitul cursei pistonului semifabricatul este complet deformat, iar forta se reduce la zero.

Forta de extrudare este influentata de :

a)   rezistenta la deformarea semifabricatului;

b) gradul de reducere;

c)   valoarea fortelor de frecare;

d) tipul extrudarii;

e)   complexitatea piesei;

f)    forma si dimensiunile semifabricatului;

Expresia de calcul e data de relatia:   F=pA

unde p - presiunea de deformare a materialelor.

Valorile presiunilor sunt calculate pe baza unor relatii empirice sau determinate experimental.

Spre exemplu valorile recomandate ale presiunii la extrudarea otelului este cuprinsa intre 170 si 280 daN/cm², iar pentru aluminiu intre 40 si 120 daN/cm² .

4.2. Clasificarea extrudarii

I.    Dupa temperatura avem extrudare la rece sau la cald.

II. Dupa natura fortelor de deformare avem:

n    extrudare mecanica;

n    extrudare hidraulica;

n    extrudare prin explozie;

III. Dupa sensul de actionare al fortei si de deplasare al materialului avem:

n    extrudare directa;

n    extrudare inversa;

n    extrudare combinata;

IV. Dupa axa masinii avem:

n    Masina de extrudat cu ax orizontal;

n    Masina de extrudat cu ax vertical;

n    Masina de extrudat cu ax oblic;

Prese pentru extrudare

Presele mecanice pentru extrudare pot fi :

n    cu excentric;

n    cu genunchi;

n    cu manivela;

Caracteristic este viteza mare de lucru exprimata in numar de curse duble pe minut (ncd/min).

Sculele folosite la extrudare sunt formate din matrita si poanson.

Matrita

1=con de deformare

2=cilindru de calibrare

3=cilindru de iesire

Fig. 8. Matrita de extrudare

Poansonul

1=zona de prindere

2=corp poanson

3=zona activa

Fig. 9. Poanson

Materialele din care se executa sunt :

n    oteluri aliate cu Mo cu duritatea de 55 - 66 HRC;

n    carburi metalice;

4.3 Tehnologia extrudarii

Etapele procesului tehnologic de extrudare sunt:

Obtinerea semifabricatului.

Pregatirea pentru extrudare (prerefulare, recoacere, curatire, fosfatare, lubrefiere).

Extrudarea propriu-zisa.

Operatii de completare (retezare, gaurire, calibrare).

Control tehnic de calitate.

Procesul de extrudare la rece creeaza deplasari de material cu presiuni specifice foarte mari in timp foarte scurt (10^-2 - 10^-1 secunde). Prin faptul ca materialul semifabricatului freaca pe suprafata sculei pot apare fenomene de uzura a sculei si a utilajului. Practic aceste fenomene au impiedicat multa vreme aplicarea procedeului de extrudare la rece. A fost nevoie sa se elaboreze o noua metoda care utilizeaza un strat intermediar intre scula si materialul supus deformarii. Acest strat trebuie sa fie legat metalic de materialul supus deformarii si sa fie poros pentru a ingloba lubrefiant. Metoda astazi unanim folosita este cea a fosfatarii. Ea consta dintr-o transformare chimica superficiala a materialului obtinandu-se un strat de fosfati compusi insolubili. Fosfatarea se executa dupa decapare.

In cazul extrudarii la rece a otelului, presiunea la suprafata de contact semifabricat matrita poate atinge 250 daN/mm². Lubrefiantii nu trebuie sa adere la peretii matritei, ci sa preia sarcinile. Ca lubrefianti se folosesc lubrefiantii solizi, ca de exemplu bisulfura de molibden.

Prin extrudare se pot obtine urmatoarele rugozitati ale suprafetelor :

extrudare la rece : Ra = 0,2 – 1,6 mm

extrudare la cald : Ra = 1,6 – 6,3 mm

Cel mai frecvent se extrudeaza tevi si profile de aluminiu, datorita plasticitatii lui ridicate.

5. Forjarea

5.1. Generalitati

Forjarea - este procedeul de prelucrare prin deformare plastica la cald care consta in modificarea formei unui semifabricat, datorita fortelor statice sau dinamice exercitate de utilaje specifice, forte care provoaca curgerea materialului pe diferite directii sub actiunea unor lovituri succesive sau prin presare.

Forjarea se realizeaza prin crearea unei stari tensionale in volumul materialului, insotita de curgerea materialului pe diferite directii sub actiunea unor lovituri succesive sau statice.

Natura fortelor tehnologice:

statica - presarea;

dinamice - lovituri repetate;

In functie de natura fortelor tehnologice si de restrictiile de curgere a materialelor deosebim doua procedee tehnologice:

Forjare libera, la care curgerea materialului este libera.

Forjare in matrita, la care curgerea materialului este limitata, deformarea facandu-se intr-o cavitate a unei scule numita matrita.

Avantaje

n    se obtin piese complexe, de la cateva grame la cateva tone;

n    prin forjare se imbunatatesc proprietatile mecanice ale pieselor obtinute, ceea ce face ca procedeul sa fie utilizat la prelucrarea pieselor puternic solicitate cum ar fi arborii cotiti, supapele,bielele, roti dintate, etc.;

n    se imbunatateste indicele de utilizare a materialelor;

n    se realizeaza o orientare favorabila a fibrelor fata de axa eforturilor;

Forjabilitatea este o proprietate tehnologica. Prin materiale forjabile se inteleg acele materiale si aliaje care pot fi deformate plastic prin forjare. De exmplu otelurile “calmate”, aliajele cuprului, aliajele aluminiului, ale magneziului, etc. Nu toate materialele sunt forjabile.

Semifabricatele pentru forjare pot fi sub forma de lingouri, laminate, turnate.

5.2. Forjarea libera

Procesele de forjare libera sunt foarte variate, dar toate nu reprezinta decat combinarea unor operatii simple numite operatii de baza.

La forjarea libera prelucrarea se face pe verticala, materialul fiind asezat de regula pe o piesa fixa numita “nicovala” sau “sabota” si fiind presat sau lovit de un berbec, direct sau prin intermediul unor scule speciale.

Zonele in care sabotul intra in contact cu materialul sunt detasabile, putand fi utilizate sabote conform necesitatilor. Principalele operatii care se pot realiza prin forjare libera sunt:

Refularea - marirea dimensiunilor transversale in detrimentul celor longitudinale (lungimea).

Intinderea - inversul refularii (avem intindere simpla la placi, intindere pe dorn ce se face cu scopul maririi lungimii si micsorarii diametrului exterior, largire pe dorn).

Gaurire.

Indoire.

Taiere.

Sudare.

Rasucire.

5. Forjarea in matrita

Procedeu de prelucrare prin deformare plastica la cald prin care materialul se deformeaza simultan pe diferite directii, iar curgerea este conditionata de forma si dimensiunile cavitatii matritei.

Prin matritare semifabricatul este obligat sa ia forma matritei. Scula in care are loc deformarea se numeste matrita de forjat. Matrita propriu-zisa se compune din doua parti numite semimatrite si din doua coloane ( bolturi ) de centrare. Cavitatea are forma si dimensiunile piesei forjate calde. Elementele tehnologice ale unei matrite de forjat sunt :

Matrita de forjat poate sa aiba o cavitate sau mai multe. O matrita cu mai multe cavitati cuprinde :

n      cavitatea de pregatire ( preforjare ) ;

n      cavitatea de matritare propriu-zisa.

Ca avantaje enumeram productivitate ridicata, precizie si consum redus de material , iar ca dezavantaje limitarea greutatii pieselor forjate si costul ridicat de realizare a matritelor.

Finisarea pieselor matritate consta in:

n    debavurare la cald sau la rece;

n    indreptare dupa debavurare;

n    calibrare - operatie finala care are ca scop cresterea preciziei dimensionale si a calitatii suprafetelor;

n    curatirea prin sablare;

Forjarea radiala - se realizeaza reducerea succesiva a sectiunii prin aplicarea unor forte identice ce actioneaza dupa doua, trei, patru directii transversale. Materialul primeste o miscare de avans si o miscare de rotatie, iar operatia executata este o intindere. Precizie +/- 0,2 %.

Fig.13 Schema forjarii radiale

Utilajele folosite sunt :

1. Ciocane mecanice pentru forjare libera sau in matrita cu simplu sau dublu efect;

Ciocanele transmit brusc materialului ce se deformeaza energia cinetica a masei aflata in miscare. Actiunea lor este insotita de zgomot si vibratii mecanice. Timpul de lovire fiind scurt, presiunea de deformare nu are timp sa se transmita pana in interiorul pieselor.

2. Presele utilizate po fi:

- hidraulice;

- cu frictiune

- cu manivela;

- cu arbore cotit;

Tehnologia forjarii

Etapele procesului tehnologic de forjare sunt:

Elaborarea desenului piesei forjate.

Calculul semifabricatului.

Debitare.

Incalzire.

Forjare.

Tratament termic

Curatire.

Control tehnic de calitate.

Tehnologia matritarii

Etapele procesului tehnologic de matritare sunt:

Elaborarea desenului piesei forjate si proiectarea matritei de forjare.

Debitarea semifabricatului.

Incalzire.

Matritare.

Debavurare.

Tratament termic.

Curatire.

Control tehnic de calitate.

Rezistentele la rupere ale diferitelor oteluri la diferite temperaturi sunt redate in tabelul de mai jos :

In functie de aceste valori se decide daca procedeul de prelucrare va fi efectuat la cald sau la rece.

6. PRELUCRAREA TABLELOR PRIN DEFORMARE PLASTICA

6.1.Generalitati

Tablele sunt semifabricate care au una dintre dimensiuni mai mica decat celelalte doua. Prelucrarea lor prin deformare plastica (la cald sau la rece) asigura obtinerea unor piese apropiate de forma finita, cu adaosuri minime sau chiar zero. Debitarea tablelor ce urmeaza a fi prelucrate prin deformare plastica se face la indici de utilizare ridicati (peste 90 ). Intreg procesul tehnologic poate fi usor automatizat.

Piese obtinute prin deformare plastica pot inlocui cu succes pe cele turnate, forjate, laminate sau obtinute prin alte procedee in conditiile asigurarii scopului functional al piesei, al reducerii consumului de material si a manoperei.

Perfectionarile aduse in procesul de fabricare al matritelor au stimulat dezvoltarea tehnologiilor de deformare plastica a tablelor, pretul de cost ridicat al matritei fiind unul dintre factorii care au franat implementarea pe scara larga a acestor tehnologii. Dezvoltarea fara precedent a industriei constructoare de automobile constituie unul din factorii care au accelerat progresul acestor procedee tehnologice.

Principalele procedee tehnologice de prelucrare a tablelor sunt :

- procedeu de deformare plastica (la cald sau la rece, in functie de fortele necesare deformarii si a calitatii materialului deformat) prin care se schimba orientarea axei semifabricatului, fara afectarea lungimii lui.

- operatia de prelucrare prin deformare plastica a tablelor prin care se obtin forme diferite prin indoiri paralele cu muchiile longitudinale. Profilul se obtine prin indoiri succesive, pe utilaje de tip abkant, folosind dispozitive si scule profilate.

- operatia de prelucrare prin deformare plastica a tablelor prin care se obtin din semifabricate plate piese partial sau total cilindrice, cu axa paralela cu muchia semifabricatului. Se executa de obicei pe valturi prin valtuire.

Fasonarea la strung - metoda de deformare plastica a semifabricatelor pe modele in miscare de rotatie.

Se poate executa cu sau fara subtierea materialului. Metoda se aplica pentru o serie de fabricatie mica. Viteza de rotatie a modelului este de 400 … 600 rot / min. pentru otel si 600 … 1200 rot / min pentru materiale cu plasticitate ridicata (Al, Cu).

Se poate executa pe strung sau utilaje special concepute numite drukbank. Exista o grosime maxima a tablelor ce se pot deforma (la otel 0,75 mm, la alama 1,50 mm).

a = fara subtiere

b = cu subtiere

Fig.17. Fasonarea pe strung.

Umflarea - operatiune de fasonare pentru marirea dimensiunilor transversale. Operatia se poate executa cu poanson de cauciuc sau hidraulic.

1 = matrita

2 = suport matrita

3 = semifabricat

4 = poanson cauciuc

5 = poanson metalic

Ambutisarea - procedeu tehnologic de prelucrare prin deformare plastica (la cald sau la rece) prin care se obtine dintr-un semifabricat plan o piesa cava (concava sau convexa) cu sau fara modificarea grosimii materialului. Se executa pe utilaje de tipul preselor hidraulice folosind dispozitive de tipul matritelor.

1 = poanson

2 = semifabricat

3 = matrita

4 = aruncator

Fig.19. Principiul ambutisarii

Matritele sunt alcatuite din :

a)   poanson;

b) corpul matritei;

c)   aruncator;

6.2. Bazele teoretice ale procesului de ambutisare

Consideram un semifabricat plat cu diametrul “D“ din care prin ambutisare (fara subtierea peretilor) se obtine o piesa cava cu diametrul “d” si inaltimea “h”.

In cursul procesului de ambutisare volumul de material excedentar deplasat contribuie la formarea cutelor. Pentru materiale groase, aceste cute sunt netezite de jocul dintre poanson si matrita, in timp ce pentru piesele adanci din materiale subtiri, impiedicarea formarii cutelor se face cu ajutorul unui inel de retinere care apasa asupra materialului in timpul deformarii.

Intrebuitarea sau nu a inelului de retinere se face daca D - d  18 s, unde “s” este grosimea materialului.

Definirea coeficientului de ambutisare este data de relatia:

Uneori pentru piesele care au adancimi mari, ambutisarea nu se poate face dintr-o singura operatie, efectuandu-se ambutisari succesive. in acest caz coeficientul total de ambutisare va fi :

Pentru prima ambutisare consideram m₁=0,45 0,60, iar pentru urmatoarele m_i=0,65 … 0,80.

Pentru grosimi ale materialuluimai mici decat 2 mm se aleg valori inferioare ale coeficientului de ambutisare.

Pentru evitarea fenomenelor de gripare sau rupere a materialului in timpul ambutisarii, intre poanson si matrita se lasa un joc de z=(1,1 … 1,3)s.

Ambutisarea cu subtierea peretilor se deosebeste de cea fara subtierea peretilor prin faptul ca jocul “z” se alege mai mic, z=(0,25 … 0,65)s.

Gradul de deformare se determina cu relatia unde s_n-1, s_n sunt grosimile peretilor inainte si dupa ambutisare.

Pentru prima operatie =0,25, iar pentru celelalte _i=0,30.

6. Ambutisarea prin explozie

Ambutisarea prin explozie este un procedeu de deformare plastica a tablelor cu viteza mare de deformare. Explozivii folositi pot fi lenti (presiuni pana la 30 daN/mm² si viteze de 300 … 2400 m/s) sau brizanti (presiuni pana la 3000 daN/mm² si viteze de 1200 … 7500 m/s). Prelucrarile se fac in camere inchise special amenajate. Folosind explozivii brizanti se pot fabrica produse de dimensiuni mari (diametre pana la 10 metri si grosimi de 30 mm).

1 = matrita

2 = semifabricat

3 = sursa exploziva

4 = mediu unda soc

5 = conducta evacuare aer

6 = placa fixare

Fig.20. Ambutisarea prin explozie

6.4. Ambutisare electro-hidraulica

Ambutisarea electro-hidraulica intrebuinteaza ca sursa de energie descarcarea electrica de inalta tensiune sub forma unor impulsuri de scurta durata amorsata in medii dielectrice lichide. Undele de presiune generate de descarcarea in mediu lichid sunt transmise semifabricatului producand deformarea.

1 = sursa alimentare

2 , 4= contacte

3 = condensator

5 = electrozi

6 =canal descarcari 7 = camera amorsare

8 = matrita

9 = semifabricat

10 = canal evacuare

11= apa

Fig.21. Ambutisarea electro-hidraulica

6.5. Ambutisarea electro-magnetica

Se aplica pentru prelucrarea cu viteza mare a semifabricatelor cilindrice din tabla.

Forta necesara deformarii plastice se obtine din interactiunea unui camp magnetic sub forma de impuls de mare intensitate si curentii electrici indusi in semifabricat.

6.6. Domenii de aplicare si perspective

Prelucrarea tablelor prin deformare plastica se aplica pentru semifabricate si piese finite in domenii ca :

Industria automobilelor - la executarea caroseriilor.

Industria chimica - executarea fundurilor pentru recipienti, calote semisferice.

Industria bunurilor de larg consum (obiecte de uz casnic).

Industria constructoare de masini (carcase, rezervoare)

Dezvoltarea tehnologiilor spatiale a necesitat punerea la punct a unor procedee de deformare plastica a unor materiale dure si stabile la temperaturi inalte in conditii de precizie ridicata.

6.8. Controlul tehnic. Defecte. Remedieri

Controlul tehnic se executa pe intreg fluxul.

Se executa controlul dimensional, al calitatii materialului si al eventualelor defecte.

El poate fi :

a)   distructiv;

b) nedistructiv - cu radiatii gama, ultrasonic, etc.;

Defectele pieselor deformate plastic pot fi :

a)   defecte de material - retasuri, porozitati, sufluri, capilaritati, segregatii, incluziuni, compozitie chimica necorespunzatoare;

b) defecte de prelucrare - fisuri, crapaturi, suprapuneri, amprente, loviri;

c)   defecte de incalzire - decarburari, arderi;

Defectele pot fi remediabile sau neremediabile in care caz ele devin rebuturi.

Remedierea se face conform unor tehnologii speciale dupa tipul defectului ce trebuie corectat.