Tehnologii de procesare a metalelor prin deformare plastica

Tehnologii de procesare a metalelor prin deformare plastica

1 Teoria deformarii plastice

Cand asupra unui corp metalic actioneaza o forta, forma si dimensiunile acestuia se modifica, fenomenul este numit deformare. Daca dupa incetarea actiunii fortei corpul revine la forma si dimensiunile initiale, acesta s-a deformat ELASTIC, proces descris de legea Hooke:

unde:

- tensiunea de deformare;

E - modul de elasticitate;

P - forta de deformare;

S - sectiunea corpului supus deformarii.

Efortul unitar (tensiune) corespunzator deformarii, peste care corpul metalic nu se mai comporta elastic, se numeste limita de elasticitate, iar peste aceasta limita, acel corp incepe sa se deformeze PLASTIC. In acest ultim caz nu mai exista o directa proportionalitate intre tensiune si deformatie, deci modulul de plasticitate nu este o marime constanta.

Deformarea plastica poate avea loc la rece sau la cald.

Deformarea plastica la rece are loc la temperatura inferioara temperaturii de recristalizare ( de refacere a structurii metalice deformate) si este insotita numai de procesul de ecruisare (crestere a duritatii si proprietatilor mecanice prin deformare plastica).

Deformarea plastica la cald se produce la o temperatura superioara celei la care structura corpului deformat se reface printr-un proces de recristalizare. Pentru majoritatea materialelor metalice, temperatura la care are loc procesul de recristalizare este aproximativ 0,4 din temperatura de topire, pentru metalele de inalta puritate este 0,2 T­_top., iar la solutiilor solide de 0,5-0,6 T­_top.

Deformarea plastica la cald are deci loc la o temperatura superioara celei de recristalizare, este insotita de doua procese ce au loc simultan: ecruisarea si recristalizarea.

Mecanismul deformarii plastice a metalelor si aliajelor. Acest mecanism consta in alunecarea unor zone fata de altele, de-a lungul unor plane cristalografice cu densitate maxima de atomi, numite plane de alunecare. In timpul alunecarii, atomii se deplaseaza cu un numar intreg de distante atomice in lungul planului de alunecare pana ocupa o noua pozitie de echilibru, ca rezultat al deplasarii dislocatiilor pe planul de alunecare. Deformarea plastica poate avea loc si prin mecanismul de MACLARE, adica de trecere a unei portiuni a metalului intr-o noua pozitie simetrica fata de materialul nedeformat. Planul de simetrie dintre portiunea deformata si cea nedeformata se numeste plan de maclare. Maclarea poate fi produsa printr-o deformare mecanica (sub actiunea unei forte) sau printr-un tratament termic dupa deformarea plastica.

Legile principale ale deformarii plastice:

Legea eforturilor tangentiale arata ca deformarea plastica intr-un corp metalic cristalin este conditiona de prezenta unor tensiuni tangentiale sub actiunea carora se produce alunecarea pe planele cristalografice. Pentru ca deformarea plastica sa poata avea loc, valoarea tensiunilor tangentiale, (care depinde de temperatura, viteza de deformare si schema de tensiuni aplicate) trebuie sa depaseasca rezistenta interna de pe planele de alunecare.

Lege prezentei deformatiei elastice la deformarea plastica arata ca orice deformare plastica este precedata si insotita de o deformare elastica a corpului metalic, a carei valoare este proportionala cu tensiunea aplicata conform legii Hooke.

Legea volumului constant: in timpul deformarii plastice a corpurilor metalice, volumul acestora dupa deformare este egal cu volumul initial supus deformarii. De exemplu in cazul unui corp paralelipipedic cu dimensiunile initiale H, B, L₁ si dimensiunile dupa deformare h, b, L₂, legea volumului constant se exprima prin egalitatea:

h

H B L₁ = h b L₂

Legea rezistentei minime: la deformarea plastica, cu posibilitati de deplasare libera a materialului metalic in diferite directii, fiecare particula se va deplasa in directia in care intampina rezistenta cea mai mica. In consecinta, la comprimarea unor epruvete de diferite sectiuni, aplicandu-se grade de deformare din ce in ce mai mari, se constata ca forma sectiunii dupa deformare tinde spre forma cilindrica.

Legea similitudinii stabileste ca marimea lucrului mecanic consumat pentru deformarea unor corpuri metalice asemenea din punct de vedere geometric, si cu aceeasi compozitie chimica si structurala, este in acelasi raport ca si volumele acestor corpuri. De asemenea, fortele necesare pentru aceeasi deformare a unor corpuri metalice sunt proportionale cu sectiunile transversale ale acestor corpuri. Legea are mare importanta pentru simularea proceselor tehnologice de deformare in conditii de laborator.

Plasticitatea si rezistenta la deformare a metalelor si aliajelor. Plasticitatea reprezinta, asa cum s-a mai aratat, capacitatea metalelor si aliajelor de a se deforma plastic sub actiunea unor forte exterioare, fara a-si distruge integritatea structurala. Plasticitatea depinde de mai multi factori, care se pot imparti in doua grupe:

factori care caracterizeaza natura materialului metalic supus deformarii (compozitia chimica si structura);

factori care caracterizeaza conditiile de deformare (temperatura metalului in timpul deformarii, viteza de deformare, starea de tensiune si starea de deformare).

In privinta naturii materialului metalic supus deformarii s-a constatat ca metalele pure au o plasticitate mai mare decat aliajele lor, plasticitatea scade cu cresterea gradului de aliere.

De asemenea metalele si aliajele in stare turnata au plasticitatea mai redusa decat aceleasi materiale in stare deformata, ca urmare a neomogenitatii structurale mai mari pentru starea turnata.

Temperatura de deformare (pana la o anumita limita) contribuie in general la imbunatatirea plasticitatii materialelor metalice ca urmare a cresterii mobilitatii atomilor in retea si a micsorarii fortelor de coeziune dintre atomi, ceea ce usureaza procesul de deformare prin alunecare. Viteza de deformare, care reprezinta variatia gradului de deformare in unitatea de timp, influenteaza plasticitatea in mod diferit, in functie de natura materialului si temperatura la care are loc deformarea plastica.

Rezistenta la deformare reprezinta tensiunea cu care se opune materialul metalic deformarii sale de catre fortele exterioare. Cu alte cuvinte, rezistenta la deformare este egala si de sens contrar cu presiunea medie necesara efectuarii deformarii plastice. Rezistenta la deformare p este formata din doua componente, conform relatiei:

p = k + q

unde

k - rezistenta naturala la deformare a materialului metalic;

q - componenta rezistentei la deformare datorata efectului frecarii la suprafata de contact dintre materialul metalic supus deformarii si sculele de deformare.

Deformarea plastica la rece provoaca in materialele metalice importante modificari structurale cum ar fi: schimbarea formelor si dimensiunilor grauntilor, schimbarea orientarii spatiale a grauntilor, schimbarea structurii fine a fiecarui graunte.

La grade mari de deformare, in urma proceselor de alunecare si maclare, grauntii cristalini isi modifica forma si dimensiunile. Ca regula generala, cristalele din constituentii deformabili plastic (de exemplu ferita din oteluri) se vor alungi in directia principala de intindere si se vor turti si lati, in conformitate cu schema deformatiilor principale. Cristalele din constituentii fragili (cementita din oteluri) vor fi sfaramate, sfaramaturile urmand alunecarea materialului. Cu cresterea gradului de deformare la rece, grauntii se alungesc tot mai mult, capatand aspectul unor fibre, motiv pentru care structura se numeste fibroasa, la grade de deformare de peste 50% (fig. 6.9)

a) b) c)

Fig. 6.9 Influenta gradului de deformare la rece asupra structurii otelului cu 0,1% C.

a) otel normalizat; b) otel deformat 20%; c) otel deformat 65%

Prin deformare plastica la rece in metale se formeaza importante tensiuni interne care determina modificarea tuturor proprietatilor fizico-mecanice. Astfel, prin deformare plastica la rece, cresc sensibil rezistenta la rupere, limita de curgere si duritatea, iar plasticitatea se micsoreaza. Deci prin deformare plastica la rece, metalele se intaresc, devin mai rezistente, mai dure, mai putin plastice. Acest fenomen este numit durificare prin deformare sau ecruisare. Capacitatea de ecruisare a unui material metalic se caracterizeaza prin coeficientul de ecruisare care este egal cu panta curbei reale tensiune-deformatie, acest fenomen se mai numeste si modul de plasticitate.

In diagrama din fig. 6.10 se indica dependenta proprietatilor mecanice de gradul de deformare pentru duraluminiu si alama.

Deformarea plastica la cald a metalelor asigura de asemenea o ecruisare care insa, datorita vitezei mari de difuzie este inlaturata prin recristalizare, iar materialul ramane in stare plastica.

In cadrul acestui proces are loc compactizarea materialului metalic prin sudarea golurilor provenite din turnare si insemnate modificari structurale, ca: faramitarea grauntilor, formarea texturii cristaline si a structurii fibroase, faramitarea unor faze fragile si distribuirea lor mai uniforma. Exista o evidenta deosebire intre structura fibroasa a unui metal prelucrat plastic la rece si structura fibroasa a aceluiasi metal deformat plastic la cald. In metalul prelucrat la rece, fibrele reprezinta grauntii metalului puternic intinsi in directia de deformare.

In materialul prelucrat la cald nu exista asemenea graunti deoarece ei sunt recristalizati si transformati in graunti marunti, nedeformati, ca intr-un metal recopt. Structura fibroasa de prelucrare la cald este determinata de incluziunile si de impuritatile solubile care provoaca segregatii dendritice puternice.

Incluziunile fragile sunt sfaramate si distribuite in siruri in directia curgerii principale, incluziunile plastice alungindu-se in aceeasi directie. Simultan se produce insa recristalizarea care transforma grauntii deformati, neactionand insa asupra formei si distributiei incluziunilor. Rezulta astfel o structura formata din fibre metalice separate prin siruri de incluziuni si segregatii, asa cum se observa in fig. 6.11.

6.2.2 Procesarea metalelor prin forjare si matritare

Forjarea este procedeul de prelucrare prin deformare plastica la cald ce consta in modificarea formei unui semifabricat sub influenta unei stari tensionale in volumul materialului metalic, insotita de curgerea lui pe diferite directii, sub actiunea unor lovituri succesive sau prin presare.

In functie de modul cum are loc curgerea metalului, se deosebesc doua procedee de forjare:

- forjarea libera; curgerea materialului este libera;

- forjarea in matrita (matritare), curgerea fiind limitata, deformarea facandu-se intr-o cavitate a unei scule denumita matrita.

Forjarea libera si in matrita, pe langa faptul ca permite obtinerea unor piese cu forme si dimensiuni variate, asigura si imbunatatirea apreciabila a proprietatilor mecanice ale materialului metalic.

6.2.2.1 Forjarea libera

Forjarea libera este procedeul de deformare plastica a materialului metalic prin lovire sau presare. Cand deformarea se realizeaza prin lovire, fortele care actioneaza asupra semifabricatelor, sunt forte de soc, ce se aplica cu viteze mari. Daca fortele sunt de presare, ele se aplica lent, iar deformarea se mai numeste statica.

Pentru obtinerea pieselor forjate liber, asupra semifabricatelor laminate sau turnate, se aplica o serie de operatii, ca: refularea, intinderea, gaurirea, indoirea, rasucirea, crestarea, debitarea si uneori sudarea. Operatiile mentionate pot fi executate manual sau mecanic cu scule specifice sau cu masini de forjat.

Refularea este operatia de comprimare a unui semifabricat in directia axei lui principale, prin care acesta isi mareste sectiunea transversala in detrimentul inaltimii. Deformarea semifabricatului nu se produce uniform, in volumul materialului apar zone unde curgerea se produce diferit (fig. 6.12).

Factorul principal care influenteaza distributia neuniforma a deformatiilor este frecare dintre sculele cu care se realizeaza refularea si suprafetele semifabricatului care vin in contact cu ele. Cu cat coeficientul de frecare este mai mare, cu atat fortele de frecare T, au valori mai ridicate. Acest fapt determina ca in zona de contact dintre scule si semifabricat, curgerea materialului sa fie franata, iar deformarea sa se produca mai intens in partea centrala; fenomenul conduce la transformarea formei cilindrice initiale intr-o forma butoiata, la care in sectiunea longitudinala se disting cateva zone:

zona I din imediata apropiere a contactului cu sculele, unde deformarea are valori minime. In spatiu, zona are forma unui con, cu baza aproximativ egala cu suprafata de contact a semifabricatului cu nicovala;

zona II in care materialul sufera cele mai mari deformatii, ca efect al patrunderii conului cu deformatia minima;

zona III a deformatiilor medii, in care materialul curge liber.

In conditiile existentei fortelor de frecare, pe suprafata de contact cu sculele, tensiunile se repartizeaza diferit, conform diagramei din fig. 6.13. La periferia contactului, tensiunile au valoarea rezistentei la curgere R_c a materialului, iar spre axa centrala, valorile cresc treptat.

In timpul refularii, sectiunea transversala a semifabricatului creste, si odata cu aceasta, datorita maririi raportului d/h, creste si rezistenta medie la deformare. Deoarece forta de deformare creste cu marirea suprafetei de contact, valoarea necesara pentru refularea de la h₀ la h, va fi (in corelatie cu fig. 6.13):

F_z = S_z · R­_dm

unde:

S_z - suprafata de contact intre scule si semifabricatul refulat de la h₀ la h_z.

R_dm - rezistenta la deformare a materialului metalic.

Cum volumul materialului ramane constant in timpul deformarii, suprafata S_z poate fi explicitata prin relatia:

S₀ suprafata initiala de contact

Deci valoarea fortei necesara pentru refularea semifabricatului de la h₀ la h, va fi:

Intinderea prin forjarea libera este operatia care realizeaza micsorarea sectiunii transversale a semifabricatului in avantajul alungirii sale. Sculele mecanice cu care se executa intinderea se numesc nicovale, care pot fi de diverse profiluri (plane, V, U, etc).

Cinetica deformarii prin intindere presupune aplicarea unor refulari succesive in lungul semifabricatului. Volumul partial care se deformeaza la o lovitura de ciocan sau cursa a presei, corespunde latimii b₀, inaltimii h₀, si lungimii l₀ (fig. 6.14). Dupa deformarea pe o latura a semifabricatului cu reducerea Δh=h₀ - h, lungimea l₀ se transforma in l (l > lo) iar b₀ in b (b > b₀).

Succesiunea refularilor partiale aplicate pe o latura si pe cea adiacenta a intregului volum de material poarta denumirea de trecere .

Pentru exprimarea gradului de forjare la intindere, se utilizeaza notiunea de coroiaj care exprima raportul dintre sectiunea initiala S₀ de la care se porneste intinderea, si sectiunea finala S, prin doua sau mai multe treceri (C = S₀/S). Valoarea coroiajului se impune la forjarea libera pentru asigurarea unei structuri corespunzatoare (fibraj), intre valoarea 1,5 - 5, functie de semifabricat (turnat sau laminat).

In functie de raportul dintre lungimea de prindere intre scule l₀ si latimea b₀ se poate influenta cinematica deformarii semifabricatului (fig. 6.14).

Cu cat l₀ este mai mare decat b₀, curgerea materialului va fi mai intensa in directia perpendiculara pe axa semifabricatului decat in lungul axei acestuia. Daca insa la acelasi grad de reducere Δh, lungimea de prindere l₀ este mai mica decat b₀ atunci materialul va curge mai intens in lungul axei si mai putin intens in latime.

Pentru conducerea corecta a procesului de alungire a semifabricatului, se recomanda ca raportul l₀/b₀ sa fie cuprins intre limitele 0,4 . 0,6.

Forta de intindere F, ca parametru principal al procesului de forjare la prese hidraulice, poate fi exprimata prin relatia:

F = R_dx · l₀ · b₀

unde:

R_dx - rezistenta opusa de material la intindere in sectiunea x, in daN/mm­²;

l₀, b₀ - lungimea si latimea initiala a semifabricatului forjat.

Gaurirea este operatia de forjare prin care se realizeaza perforari in semifabricatele forjate si este o faza pregatitoare in vederea realizarii de piese tubulare sau discuri gaurite.

Gaurile se executa cu scule numite dornuri ale caror diametru d nu trebuie sa fie mai mic decat o treime din diametrul d₀ al semifabricatului, pentru ca prin gaurire, materialul sa nu sufere deteriorari puternice ale formei. Dornul trebuie sa patrunda pana la doua treimi din inaltimea semifabricatului, dupa care perforarea gaurii continua pe partea opusa a semifabricatului. ( fig. 6.15.).

Fig. 6.15 Schema tehnologica a gauririi cu dornuri

Dornul are o inclinatie de 5 - 11 mm la 1 m lungime, pentru a se facilita extragerea sa din materialul supus forjarii. Rezistenta la gaurire se poate calcula cu relatia simplificata:

R_d = 4 · R_c

in care R_c - rezistenta la curgere a materialului metalic.

Indoirea este operatia care transforma semifabricatul cu axa dreapta intr-un semifabricat curb. Daca o bara metalica se supune unor forte exterioare perpendiculare pe axa longitudinala, in momentul cand se depaseste rezistenta la curgere R_c a materialului, bara se va curba conform schemei din fig. 6.16.

Fig. 6.16 Deformarea semifabricatului la indoire.

Prin aceasta curbare, sectiunea transversala patrata sau rotunda, isi va denatura forma : sectiunea patrata trece in trapezoidala, iar cea rotunda in eliptica. Aceasta deformare a sectiunii este cu atat mai pronuntata cu cat sectiunea este mai mare si raza de indoire R_i mai mica.

In zona indoita, pe axa semifabricatului, exista o axa numita fibra neutra, care in timpul indoirii nu sufera deformare, ea ramanand la lungimea initiala L₀.

Lungimea portiunii curbate a semifabricatului se calculeaza cu relatia:

[m]

unde:

d - diametrul sau latura semifabricatului;

α - unghiul de indoire in grade.

Forta de deformare la indoire se stabileste functie de forma sectiunii transversale a semifabricatului:

pentru sectiuni patrate: F = 0,5 a² · R_c, (daN);

pentru sectiuni rotunde: F = 0,25 πd² · R_c, (daN).

Debitarea si crestarea semifabricatelor la forjare se executa cand dintr-un material se obtin mai multe piese sau cand se indeparteaza surplusul de material. Sculele cu care se executa debitarea se numesc dalti.

Operatia de debitare se executa prin apasarea sculei pe materialul metalic dintr-o singura directie sau din doua directii    (fig. 6.17 ).

Crestarea este o operatie asemanatoare debitarii insa patrunderea sculei are loc la adancimi limitate astfel incat sa se asigure continuitatea materialului.

6.2.2.2. Forjarea in matrita (matritarea)

Matritarea este procesul de prelucrare a metalelor si aliajelor in stare plastica prin care semifabricatul se deformeaza intre scule numite matrite. Matrita se compune din doua parti (fig. 6.18) : semimatrita superioara si semimatrita inferioara. Planul care delimiteaza cele doua semimatrite se numeste plan de separatie.

In matrite se executa una sau mai multe cavitati care corespund formei semifabrica-tului sau piesei matritate ce trebuie realizata. La forjarea in matrita, materialul in stare plastica se deformeaza astfel incat prin asezarea lui in cavitatea semimatritei inferioare si apasarea cu cea superioara, ia forma si profilul locasului matritei.

Daca fata de masa piesei forjate, semifabricatul initial a fost mai mare, atunci dupa umplerea formei cavitatii, plusul de material curge in afara acesteia, formand bavura, care ulterior se indeparteaza.

Pentru matritare se utilizeaza semifabricate in stare laminata sau turnata sub forma de piese. Bucatile de material necesare executarii pieselor, se pot pregati direct in cavitatile matritei sau se pregatesc la o forma cat mai apropiata de cea a piesei matritate. In acest din urma caz operatiile se numesc pregatitoare sau de prematritare si pot fi executate separat sau direct pe matrita de forjare.

Cand pregatirea semifabricatului se executa pe matrita, in ea se practica alte cavitati in care are loc deformarea. O astfel de matrita se numeste matrita cu locasuri multiple (fig. 6.19). Matritarea se poate executa inchis sau deschis. Matritarea inchisa este procedeul prin care piesa se obtine fara bavura, care se formeaza in planul de separatie si la periferia conturului piesei. In cazul in care deformarea are loc numai intr-o singura semimatrita, iar cealalta are rol numai de scula de presare, procedeul se numeste de matritare unilaterala. Daca deformarea are loc in ambele semimatrite, procedeul este numit matritare bilaterala.

Corespunzator utilajelor la care se realizeaza, matritarea se imparte in: matritare pe ciocane, matritare pe prese si matritare pe masini si instalatii speciale.

Succesiunea de operatii tehnologice pe care le implica deformarea plastica prin matritare, consta in: proiectarea piesei matritate, constructia matritei, forjarea in matrita cu preforjare si forjare, debavurarea si prelucrarea piesei matritate.

Tehnologia proiectarii piesei matritate se stabileste plecandu-se de la piesa finita si cuprinde urmatoarele operatii:

se stabileste planul de separatie al piesei si deci pozitia bavurii si grosimea acesteia; limitele valorice ale grosimii bavurii variaza intre 1- 4 mm;

se stabilesc inclinarile peretilor interiori si exteriori ai piesei matritate astfel incat piesa sa nu se blocheze in matrita; peretii exteriori pot avea inclinatii mai mici (cca 7˚) iar cei interiori valori mai mari (cca 10˚).

Se stabilesc razele de racordare de la un perete la altul, care trebuie sa fie la valori optime, astfel incat matrita sa nu fie suprasolicitata din cauza concentratorilor de tensiune care se formeaza in timpul presarii materialului in matrita.

Constructia matritei are la baza desenul piesei matritate. Cavitatea matritei are dimensiuni mai mari, corespunzator contractiei piesei si a adaosurilor de prelucrare.

Pentru piesele din otel, contractia oscileaza intre limitele 1,2 - 1,5 % din dimensiunile nominale in stare rece. Pentru aliajele neferoase contractia poate fi de 1,5%.

Corpul matritei are practicate cozi de randunica (fig. 6.20) care-l fixeaza in berbecul sau sabota utilajului de matritare.

Pentru a preveni deplasarea in plan orizontal a celor doua matrite in timpul matritarii, acestea sunt prevazute cu elemente de ghidare sub forma de bolturi sau umeri, asa cum se vede in fig. 6.20.

Operatii tehnologice la forjarea in matrita

Obtinerea prin forjarea in matrita a pieselor presupune trecerea semifabricatului printr-o serie de operatii si faze a caror ordine trebuie sa reprezinte o succesiune logica pentru obtinerea piesei propuse. Semifabricatul laminat sub forma de bara parcurge urmatoarele etape:

debitarea in bucati corespunzatoare piesei matritate si adaosului necesar formarii bavurii;

incalzirea bucatilor debitate la temperatura de forjare in cuptoare electrice sau cu gaze;

incalzirea matritelor la 200 - 300s C si ungerea suprafetelor active de lucru cu un amestec de ulei si grafit;

forjarea in matrita sau preforjarea libera sau in matrite cu locasuri pregatitoare;

debavurarea in scopul eliminarii surplusului de material si eventual perforarea piesei matritate.

In realizarea pieselor matritate mici (asa cum este cazul elementelor protetice metalice), semifabricatul supus matritarii parcurge doua faze tehnologice principale.

Prima faza consta in preforjarea in matrita cu locasuri multiple, unde semifabricatul este supus unor operatii pregatitoare de forjare ca: profilare, latire, indoire, intindere, etc. Operatiile de preforjare au urmatoarele trei scopuri:

realizarea in piesa matritata a unui fibraj corespunzator, care sa asigure proprietati mecanice ridicate piesei;

realizarea unei economii de material metalic;

micsorarea rezistentei la deformare a materialului in faza de matritare finala.

A doua faza tehnologica o reprezinta matritarea in cavitatea finala a matritei, unde materialul metalic trebuie sa curga in asa fel incat sa inainteze in cavitatile adanci si sa completeze orice gol, atat in semimatrita superioara, cat si in cea inferioara (fig. 6.21). Pentru realizarea acestui scop, bavura care se formeaza trebuie sa posede o rezistenta mai mare la deformare decat materialul din interiorul cavitatii, lucru care se realizeaza prin practicarea de striuri in zone de formare a bavurii (fig. 6.21. b.).

Fig. 6.21 Reprezentarea curgerii materialului in cavitatile matritei

1 .striuri cu doua praguri de franare; 2. cavitatea adanca a matritei; 3. canal de bavura obisnuit; 4. orificiu de evacuare gaze; 5. semifabricat

Prin marirea frecarii se forteaza curgerea in cavitatile matritei a materialului pana ce acesta umple complet matrita, iar surplusul de metal va iesi in bavura pana cand semimatritele se inchid.

Deformarea metalului in cavitatea matritelor este o problema complexa pentru fiecare tip de piesa; rezolvarea ei corecta depinde de experienta in proiectarea matritei si in cunoasterea factorilor care influenteaza procesul tehnologic de matritare ca: natura materialului supus matritarii, temperatura de incalzire, schema starii de tensiune, plasticitatea, rezistenta la deformare, etc.

Operatia de matritare se poate realiza cu diverse utilaje si instalatii care asigura forta de presare pe cele doua semimatrite; printre acestea se amintesc: ciocane pneumatice, prese cu frictiune sau hidraulice, prese cu excentric, etc.

3 Procesarea tablelor prin deformare plastica

Aceste tehnologii au ca rezultat deplasarea unei parti a semifabricatului in raport cu cealalta parte, fara distrugerea acestuia si fara eliminarea de material metalic.

3.1 Indoirea tablelor

Indoirea este operatia de prelucrare prin deformare ce consta in modificarea formei unui semifabricat prin incovoiere plana in jurul unei muchii rectilinii. Schema acestei operatii este prezentata in fig. 6.22., deformarea realizandu-se cu ajutorul unui dispozitiv profilat ce are partile active construite functie de profilele de indoit. Operatia de indoire se face la rece, folosind ca semifabricate table si benzi metalice.

Fig. 6.22 Schema indoirii in matrita

In timpul deformarii sub actiunea fortei exterioare, in materialul supus deformarii apar eforturi de intindere la exterior si de compresiune la interior. Intre cele doua zone supuse unor solicitari opuse apare un strat neutru, in care eforturile sunt nule.

In cazul indoirii cu raza de curbura mare, r > 10s, deformarile plastice sunt mici si stratul neutru se mentine la mijlocul sectiunii s; raza de curbura se determina cu relatia:

In cazul indoirii cu raze mici (r < 10s), au loc deformari plastice mari, insotite de micsorarea grosimii materialului si deplasarea stratului neutru, raza de curbura fiind data de relatia:

in care:

α, β - coeficienti determinati de modificarea grosimii, respectiv latimii semifabricatului;

r­­­_m - raza fibrei neutre dupa indoire.

Pentru ca in semifabricatele indoite sa nu apara fisuri, indoirea nu se va face sub o anumita raza minima admisibila. In timpul indoirii, in material apar deformatii plastice iar deformatiile elastice dispar, ceea ce duce la o destindere a piesei indoite, fenomen

numit arcuire elastica. Pentru a obtine o piesa indoita sub un anumit unghi α, va fi necesar sa se execute indoirea la un unghi α₁ < α astfel incat sa se compenseze efectul arcuirii elastice. Unghiul de arcuire α - α₁ se determina prin incercari experimentale pentru materialul supus deformarii, iar rezultatele sunt prezentate in grafice, asemanator celui din fig. 6.23. pentru indoirea tablelor din otel.

Incercarile de indoire a semifabricatelor metalice se fac prin metode standardizate.

In determinarea lungimii semifabricatului plan, necesara obtinerii unei piese indoite, se ia in calcul lungimea portiunilor drepte si a celor indoite pe fibra neutra, cu relatia (fig. 6.24):

6.2.3.2 Roluirea tablelor

Operatia consta in curbarea unei table in scopul obtinerii unei

suprafete cilindrice sau conice. Deformarea se realizeaza cu ajutorul unor cilindri sau conuri care executa miscari de rotatie .

6.2.3.3 Ambutisarea tablelor

Ambutisarea consta in modificarea formei unui semifabricat

tabla, de la forma plana la cea cava, sau in marirea adancimii unui semifabricat, cu sau fara modificarea grosimii peretilor. Semifabricatul plan destinat ambutisarii se obtine prin decupare.

Deformarea semifabricatului se realizeaza prin trecerea sa

fortata printr-o matrita, sub actiunea uni poanson (fig. 6.25a). Pentru ca semifabricatul sa nu fie taiat, atat produsul cat si matrita sunt prevazute cu raze de racordare r_p respectiv r_m.

Semifabricatul de la care se pleaca este de regula un disc, iar pentru a se evita formarea unor ondulatii in zona dintre poanson si matrita, se utilizeaza un inel de retinere (fig. 6.25b.) care apasa asupra materialului in timpul deformarii. Piesa ambutisata are capatul exterior deformat; acesta se debiteaza dupa operatie de ambutisare.

Ambutisarea se poate realiza, in functie de deformarea grosimii semifabricatului, astfel:

fara subtierea peretilor, cand intre poanson si matrita exista un joc egal cu grosimea semifabricatului;

cu subtierea peretilor, cand diametrul poansonului nu asigura joc intre acesta si materialul supus ambutisarii. In cazul ambutisarii adanci, pentru a se evita ruperea materialului, este necesar ca ambutisarea sa se execute din mai multe treceri, dupa fiecare trecere se micsoreaza diametrul semifabricatului si creste inaltimea h a piesei ambutisate (fig. 6.26).

Pentru fiecare trecere, reducerea de diametru se stabileste cu ajutorul unui coeficient de ambutisare definit de relatia:

in care:

d_n - diametrul piesei la o anumita trecere;

d_n-1 diametrul piesei la trecerea precedenta.

Valoarea coeficientului de ambutisare m este subunitara si depinde de natura si grosimea materialului supus deformarii, de tipul sculelor, etc. Daca se noteaza cu D diametrul semifabricatului initial (disc) si cu d₁, d₂ . d_n diametrele intermediare ale piesei supusa ambutisarii (d_n- diametrul piesei finite), coeficientul total de ambutisare m_t va fi dat de relatia:

Intre coeficientul total de ambutisare m_t si coeficientii de ambutisare la fiecare trecere (m₁ . m_n), exista relatii de forma:

m_t = m₁ ·m₂·m₃ . . m_n-1·m_n

In baza relatiei de mai sus se stabileste numarul de treceri, stiind ca m₁= 0,45 . 0,6, iar m₂ = m₃= . . m_n= m = 0,65-0,80.

Diametrele intermediare se determina cu relatiile:

d₁= m₁D; d₂= md_{1 . . .} d_n = md_n-1

O problema tehnica importanta in procesul de ambutisare o constituie determinarea formei si dimensiunilor semifabricatelor initiale. Pentru piesele ambutisate de forma cilindrica, se folosesc semifabricate in forma de disc. Pentru piesele ambutisate de alta forma geometrica, semifabricatele au conturul ce depinde de forma pieselor respective.

Determinarea dimensiunilor semifabricatului in astfel de situatii utilizeaza metode analitice, grafice si grafo-analitice. Dintre metodele analitice se mentioneaza:

metoda egalarii ariilor ce consta in determinarea diametrului D al semifabricatului, deci egalarea ariei semifabricatului A_s cu aria piese ambutisate A_p.

; ; [mm]

La ambutisarea pieselor de revolutie mai complicate ,care se pot descompune in mai multe suprafete geometrice simple A₁, A₂ . . A_n, diametrul semifabricatului se determina cu relatia:

metoda egalarii volumelor consta in egalarea volumului semifabricatului V_s, cu volumul piesei V_p, conform relatiilor:

; ; sau