4. METODE ȘI PROCEDEE TEHNOLOGICE DE PRELUCRARE MECANICĂ LA RECE În fabricația sistemelor electrice intră diverse tipuri de piese și organe de mașini… [309362]

4. METODE ȘI PROCEDEE TEHNOLOGICE

DE PRELUCRARE MECANICĂ LA RECE

În fabricația sistemelor electrice intră diverse tipuri de piese și organe de mașini construite din materiale metalic și electroizolante care necesită o prelucrare precisă la rece sau la cald.

Metodele și procedeele de prelucrare mecanică la rece se pot clasifica dupa cum urmează:

Metode și procedee de prelucrare prin așchiere;

Metode și procedee de prelucrare a materialelor prin tăiere și deformare la rece;

Metode și procedee de finisare a suprafețelor.

4.1. Metode și procedee de prelucrare prin așchiere, [15]

Prelucrarea prin așchiere presupune îndepartarea de pe suprafața semifabricatului a adaosului de material sub formă de așchii.

Desprinderea așchiei de pe semifabricat presupune o mișcare relativă între sculă și piesă. [anonimizat].

Mașinile unelte de prelucrare prin așchiere sunt în general formate din:

[anonimizat];

Una sau mai multe coloane pe care sunt ghidate săniile care au rolul de a [anonimizat];

Mese, care au rolul de a susține piesele direct sau prin intermediul dispozitivelor;

[anonimizat], hidraulic sau pneumatic;

[anonimizat] a asigura diferitele trepte de viteză pentru prelucrare;

[anonimizat].

4.1.1. Strunjirea

Strunjirea este operația de prelucrare prin așchiere a suprafeței exterioare sau interioare a pieselor, [anonimizat], pe mașini unelte din categoria strungurilor.

[anonimizat], de complexitate și de destinație este prezentată în figura 4.1. Figurile 4.2, 4.3, prezintă diverse tipuri de strunguri.

Fig. 4.1. Clasificarea strungurilor

Figura 4.2. Tipuri de strunguri, [15]

Fig. 4.3. Tipuri de strunguri

Strunjirea este considerată o prelucrare de degroșare și semifinisare și se pretează la execuția pieselor de dimensiuni mici (de mecanică fină) până la cele de dimensiuni foarte mari (de mecanică grea) cu o precizie satisfăcătoare pentru forma și dimensiunile suprafețelor prelucrate.

Piesa de prelucrat execută o mișcare de rotație (mișcarea principală de așchiere), iar scula (cuțitul) execută o mișcare de avans. [anonimizat], [anonimizat], finisarea.

Etapele unei operații finale de filetare sunt prezentate în figura 4.4, unde: a-strunjire transversală, (frontală); b-strunjire longitudinală; c-strunjire la diferite diametre; d-filetare și teșirea muchiilor

Fig. 4.4. Operația de filetare, [15]

Figura 4.5 prezintă operațiile de găurire respective de centruire utilizate în procesul de stunjire. Figura 4.6 prezintă operțiile de strunjire a arborilor, operația de canelare precum și operația de retezare

Fig. 4.5. Operații de strunjire, [15]

Fig. 4.6. Operații de strunjire, [15]

În figura 4.7 [anonimizat]. 4.7. Operații de strunjire, [15]

Formele cuțitelor de strung (sculelor) [anonimizat] 4.58. Fixarea cuțitelor respectiv a piesei de prelucrat se realizează cu ajutorul unor dispozitive speciale.

Fig. 4.8. Formele cuțitelor de strung, [15]

Strungul este mașina unealtă pe care se desfășoară procesul tehnologic de prelucrare prin așchiere a semifabricatelor, căruia i se impune mișcarea principală de rotație, așchierea efectuându-se cu ajutorul unor scule (cuțite de strung), cărora le asigură mișcările de avans, 16. Cele doua mișcări sunt simultane, rezultanta lor, numită mișcare de așchiere, generează suprafețe de rotație (cilindrice, conice, profilate, etc.) sau plane, funcție de direcția mișcării de avans față de axa de rotație a semifabricatului, cât și de forma părții active a cuțitului.

strungul are o construcție clasică, doar că diversele subansamble sunt mai armonios îmbinate iar arhitectura lui e dominată de linii și suprafețe drepte. Organele de comandă sunt judicios amplasate, astfel că permit manevrări simple și rapide, având totodată o formă modernă și estetică.

Strungul, în componența sa cuprinde următoarele subansamble, (figura 4.9), unde:

Batiu;

Suport motor;

Tavă;

Bare de conducere;

Suport bare;

Fig. 4.9. Strungul, [15], [16]

Instalația de răcire;

Păpușa fixă;

Cutia de avansuri și filete;

Roți de schimb;

10. Sǎnii;

11. Cărucior;

Păpușa mobilă.

4.1.2. Frezarea

Frezarea este procedeul de prelucrare prin așchiere a suprafețelor plane, cilindrice sau profilate, cu ajutorul unor scule cu mai multe tăișuri numite freze, mașinile unelte fiind denumite mașini de frezat.

Scula (freza) execută o mișcare de rotație (mișcarea principală de așchiere), iar piesa de prelucrat execută o mișcare de avans, figura 4.10.

Frezele se clasifică după forma suprafețelor, putând fi:

freze cu dinți drepți;

freze cu dinți înclinați;

freze disc;

freze deget;

freze cilindrico-frontale;

freze profilate.

Structura cinematică a mașinii de frezat conține mai multe axe cinematice care contribuie la realizarea funcțiilor tehnologice de prelucrare. Fiecare axă cinematică generează o mișcare elementară care poate fi o mișcare operativă:

principală;

Fig. 4.10. Frezarea

de avans;

auxiliară (de reglare).

Figura 4.11 reprezintă schema cinematică și constructivă a unei mașini-unelte de frezat universale.

Fig. 4.11. Schema cinetică a mașinii de frezat, [15]

Constructiv mașina prezintă următoarele subansamble:

batiu (placa de bază și montant);

sania de avans pe axa X,Y și Z;

traversa;

arborele principal (cu sistemul de fixare a sculei);

Pentru realizarea mișcărilor necesare prelucrării, freza are în componență următoarele axe cinematice:

principal (motor -1-2-arbore principal);

de avans (motor avans-cutie avans-/șurub X; șurub Y; șurub Z)

În figura 4.12 se prezintă tipuri de freze utilizate în procesul tehnologic de prelucrare prin așchiere

Fig. 4.12. Tipuri de freze, [15]

Figura 4.13 prezintă exemple de mașini de frezat utilizate în industrie.

Fig. 4.13. Mașini de frezat, [33], [34]

Comenzile, în mare parte concentrate pe partea dreaptă a mașinii de frezat, sunt simple, fiind prezentate în figura 4.14, unde:

Mecanism pentru fixarea sculei;

Deplasarea manuală a saniei orizontale;

Loc pentru bară filetată la transport;

Blocarea mesei de bază;

Deplasarea contrabrațului;

Impuls manual pentru cuplarea turațiilor;

Reglarea jocului la ghidajul saniei orizontale;

Blocarea saniei transversale;

Impuls manual pentru cuplarea avansurilor;

Deplasarea longitudinalǎ a mesei de bază;

Agregat de ungere;

Deplasarea verticală a suportului masă;

Blocarea suportului masă;

Bușon pentru umplere ulei a cutiei de viteze;

Vizor pentru nivel ulei cutie de viteze;

Dispozitiv de rotire a capului vertical;

Reglarea și limitarea cursei transversale;

Grup microîntrerupătoare;

Reglarea și limitarea cursei longitudinale;

Grup microîntrerupătoare;

Reglarea și limitarea cursei verticale;

Grup microîntrerupătoare;

Deschidere-închidere ușă dulap electric;

Zăvor ușă dulap electric;

Blocare pinola cap vertical;

Deplasarea manuală a pinolei cap verticală;

Comanda turațiilor arborelui principal;

Comanda avansurilor;

Pupitru de comandă principal;

Pupitru de comandă avansuri;

Pupitru de comandă general.

Fig. 4.14. Comenzile mașinii de frezat, [15]

Mașini de frezat cu CNC

Principiul de funcționare al mașinii de frezat cu comandă numerică este același ca și la o mașină de frezat clasică, scula (freza, broșa- în limbaj CNC) executând mișcarea principală de rotație, iar mișcarea de avans este executată de piesa de prelucrat (de dispozitivul de fixare al acesteia).

Prin ce diferă o mașină convențională de una cu CNC:

programarea comenzilor se realizează prin interfața unui calculator, folosind un cod numeric convențional ce comandă aceleași lanțuri cinematice;

alimentarea cu scule se relizează cu ajutorul unor lanțuri de scule (magazii cu unul sau două lanțuri de scule) acționate hidraulic;

deplasările sculei și ale piesei de prelucrat după cele trei axe sunt acționate de câte un motor electric pentru fiecare dintre axe;

axul principal este fixat în lagăre hidrostatice ce asigură o precizie ridicată și o bună stabilitate la vibrații;

mecanismul de avans al mașinii cuprinde transmisii cu bile cu recirculație (șurub cu bile cu profilul în arc de cerc sau sub formă de boltă gotică);

poziționarea pe axă se realizează cu rigle optice sau cu bandă magnetică;

răcirea se realizează atât la exteriorul cât și în interiorul broșei.

Capul revolver are posibilitatea atât a mișcării de rotație cât și de translație și este prevăzut cu 16-18 locașuri în care se poziționează sculele. Fiecare sculă se poziționează cu un greifer care ia scula, urmând o strângere, o decuplare și o repunere în poziție.

Compania Alfa Metal Machinery (http://www.alfamm.ro/) prezintă o gama largă de mașini unelte:

mașina CNC de frezat cu masa mobilă, figura 4.15;

Fig. 4.15. Mașina CNC de frezat cu masa mobilă, [32]

mașina CNC de frezat cu masă rotativă, figura 4.16;

mașina CNC de frezat și alezat cu montant mobil, figura 4.17.

La mașinile unelte CN, mișcările operative complexe sunt rezultatul acțiunii combinate a mai multor axe CN, fiecare dintre acestea realizând câte o mișcare elementară. În scopul generării unor suprafețe complexe, mașinile unelte CN sunt prevăzute cu echipamente de conturare în două sau trei axe, fapt ce le permite corelarea a două sau trei mișcări elementare.

Fig.. 4.16. Mașina CNC de frezat cu masă rotativă, [32]

Fig.4.17. Mașina CNC de frezat și alezat cu montant mobil, [32]

4.1.3. Gaurirea

Găurirea este procedeul de prelucrare prin așchiere care se aplică pieselor pentru obținerea unui alezaj în vederea asamblării prin intermediul șuruburilor, știfturilor, niturilor sau pentru alte scopuri, pe mașini unelte denumite mașini de găurit.

Găurile se realizează cu ajutorul sculelor numite burghie care execută o mișcare de rotație (mișcarea principală de așchiere), combinată cu o mișcare de translație ce constituie mișcarea de avans.

Mașinile de găurit sunt fixe sau portabile, acționarea fiind de regulă manuală, electrică sau pneumatică. Mașinile de găurit cele mai întâlnite în industrie sunt cele fixe de tip vertical.

Mașinile de găurit sunt mașinile-unelte pe care se execută operațiile tehnologice de găurire, lărgire, alezare, lamare, filetare și găurire fină.

În figura 4.18 se prezintă mașina de găurit radială (www.proma.cz) produsă de firma „Proma CZ” din Cehia unde:

Electromotor;

Manete de comutare a turațiilor arborelui principal;

Bloc pupitru electric de comandă;

Roata de mână pentru deplasarea capului de găurire;

Maneta-braț pentru avansul arborelui principal;

Maneta de cuplare/decuplare a sculei;

Pinola arborelui principal;

Instalația de răcire a sculei;

Masa de lucru atașabilă;

Maneta de schimbare a regimului de lucru;

Fig. 4.18. Mașina de găurit radială, [33]

Maneta de strângere a consolei pe coloană;

Pompa electrică pentru instalația de răcire;

Placa de baza (batiu);

Maneta de selectare a vitezei de avans;

Coloana;

Cap de găurire;

Braț consolă.

În figura 4.19 se prezintă diverse tipuri de mașini de găurit.

Fig. 4.19. Mașini de găurit, [33]

4.1.4. Rabotarea

Rabotarea ca procedeu de prelucrare prin așchiere se recomandă la prelucrarea de degroșare și/sau semifinisare a suprafețelor plane sau profilate, de lungime mare și înguste, orizontale sau verticale dispuse de obicei la exteriorul pieselor prismatice.

Prin rabotare, figura 4.20, se prelucrează în general semifabricate cu adaosuri de prelucrare mari cum ar fi cele obținute prin turnare, forjare și debitare cu flacără oxiacetilenică sau prin procedee de tăiere cu plasmă sau laser.

Rabotarea ca procedeu se execută pe raboteze, șepinguri și morteze. În cazul sepingurilor, mișcarea principală de așchiere este

Fig. 4. 20. Shema operației de așchiere la șeping și raboteză

longitudinală și o execută berbecul pe care se montează scula (mișcarea II). Mișcarea secundară, de avans transversal, este executată de masa, pe care se montează piesa de prelucrat (miăcarea I).

În cazul rabotezelor, piesa are deplasare longitudinală (mișcarea III), iar scula deplasare transversală (mișcarea IV).

La șeping și raboteză ambele mișcări au loc în plan orizontal. În cazul mortezelor mișcările au loc tot ca la șeping, dar în plan vertical.

Așchierea se face numai într-o cursă, numită activă. Cealaltă cursă este pasivă, când cuțitul se ridică, chiar, de pe piesă. Avansul este intermitent și se efcetuează la începutul cursei active. În acest tip de prelucrare scula are un tăiș, iar suprafețele obținute sunt plane sau profilate.

Prelucrarea prin rabotare se execută cu scule monodinte, numite cuțite de raboteză, cu tăișuri rectilinii sau curbilinii, care constau dintr-un corp prismatic și o parte așchietoare realizată din oțel rapid sau carburi metalice sinterizate, ( CMS ).

Mașina de rabotat (șepingul), 17, este o mașină unealtă destinată prelucrării prin rabotare a suprafețelor plane orizontale, verticale sau înclinate, precum și a suprafețelor riglate de diferite forme, figura 4.21.

Fig. 4.21. Mașina de rabotat, [17]

Mașina de rabotat transversal (șeping) și mașina de rabotat longitudinal (raboteză) sunt mașini-unelte caracterizate prin aceea că asigură o mișcare principală rectilinie, efectuată în cicluri de curse duble (dus și întors) din care numai una este activă, folosind mecanisme specifice, respectiv culisa oscilantă în cazul șepingului și roată dințată-cremalieră în cazul rabotezei.

4.1.5. Polizarea

Polizarea este operația tehnologică de prelucrare prin așchiere a pieselor metalice cu ajutorul unor pietre de polizor.

Pietrele de polizor sunt corpuri abrazive rigide, fixate pe mașini unelte denumite polizoare care imprimă corpurilor abrazive o mișcare de rotație.

Mișcarea principală este reprezentată de mișcarea de rotație a pietrei de polizor asigurată de sistemul de acționare al mașinii unelte, iar mișcarea de avans este asigurată de utilizator în funcție de tipul de polizor, și anume: la polizoarele fixe prin presarea piesei pe piatra abrazivă, iar la polizoarele portabile prin presarea piatrei abrazive pe piesa de prelucrat.

Polizoarele sunt de două tipuri, fixe și portabile. Polizarea se aplică diferitelor piese în vederea:

curățirii de bavuri și impurități a suprafețelor și muchiilor semifabricatelor (piese turnate, forjate etc.);

prelucrării de degroșare și ajustare a pieselor sudate,etc;

ascutirii sculelor taietoare, etc.

Figurile 4.21 și 4.23 prezintă tipuri de pietre abrasive respective un polizor fix

Fig. 4.22. Pietre abrazive

Fig. 4.23. Polizor, [15]

4.1.6. Rectificarea

Rectificarea este procedeul tehnologic de prelucrare prin așchiere a pieselor metalice în vederea asigurării unei precizii dimensionale superioare și a unui grad ridicat de netezire a suprafețelor.

Mișcarea principală este reprezentată de mișcarea de rotație a pietrei abrazive, figura 4.24.

Fig. 4.24. Schema operației de așchiere prin rectificare

Pietrele abrazive se diferențiază între ele prin duritate și granulație și se aleg în funcție de tipul și calitatea suprafeței de prelucrat.

Rectificarea se aplică după alte operații de așchiere ca strunjirea, frezarea etc. cu scopul de a netezi suprafețele prelucrate și de a corecta mai precis dimensiunile pieselor. Se mai aplică, de asemenea, după operații de tratamente termice care nu mai permit folosirea altor scule pentru prelucrarea materialului. Scula de rectificat (discul) este format din granule abrazive foarte dure și ascuțite care execută așchierea.

Se execută următoarele mișcări:

mișcarea I – executată de sculă (piatra) și este de rotație (figura 4.24);

mișcarea II – este executată de piesă și este rectilinie, longitudinală sau transversală.

Prin rectificare se prelucrează suprafețe cilindrice sau conice, interioare sau exterioare, suprafețele plane sau profilate etc.

Dacă este necesară obținerea unei suprafețe cu grad ridicat de netezire se pot aplica procedee precum:

Honuirea, pentru suprafețe interioare;

Lepuirea, cu granule abrazive în suspensie;

Rodarea, cu pietre abrazive între suprafețele prelucrate;

Lustruirea, cu discuri din pâslă și pastă abrazivă.

4.1.7. Alte procedee de prelucrare

Alte procedee tehnologice de prelucrare prin așchiere a pieselor metalice sunt: broșarea, filetarea, etc.

Broșarea este prelucrarea prin așchiere care se efectuează cu scule numite broșe cu o mișcare unică rectilinie, circulară sau elicoidală, piesa rămânând fixă. Broșa este acționată de mașina de broșat, trasă sau împinsă prin gaura rotundă sau profilată. Părțile componente ale broșei (figura 4.25.a) sunt:

b.

Fig. 4.25. Construcția și geometria broșei

gaura de prindere;

gâtul broșei;

ghidajele;

partea activș a broșei;

piesa de prelucrat.

Broșa are mai multe tăișuri succesive, din ce în ce mai înalte, astfel încât fiecare dinte al broșei avansează în piesă efectuând așchieri. Operația se încheie la o singură mișcare principală, care este mișcarea rectilinie de tragere.

Avansul este transversal, executat de fiecare dinte (sd), datorită înălțării fiecăruia față de cel precedent.

Câteva elemente geometrice ale broșei sunt prezentate în figura 4.25.b:

avansul pe dinte – sd;

pasul dinților – pa;

unghiul de așezare – α;

unghiul de degajare – .

Filetarea suprafețelor este operația tehnologică de prelucrare prin așchiere a suprafețelor interioare sau exterioare, cu ajutorul unor scule așchietoare numite tarozi și filiere.

Elementele geometrice ale filetului sunt:

profilul filetului este conturul spirei filetului într-un plan axial. Acesta poate fi: triunghiular, pătrat, trapezoidal, rotund sau ferăstrău. În figura 4.26, este reprezentată o secțiune longitudinală printr-o asamblare filetată a două piese: una cu filet interior, iar cealaltă cu filet exterior;

înălțimea triunghiului generator H este distanța dintre vârful și baza profilului generator, măsurată pe o direcție perpendiculară pe axa filetului;

înălțimea filetului h1 este distanța dintre vârful și fundul filetului, măsurată pe o direcție perpendiculară pa axa filetului într-un plan axial;

unghiul filetului α este unghiul dintre două flancuri adiacente, măsurat într-un plan axial;

diametrul exterior, d sau D, este distanța dintre vârfurile filetului exterior sau dintre fundurile filetului interior;

diametrul interior d1, sau D1, este distanța dintre fundurile filetului exterior, respectiv, vârfurile filetului interior;

diametrul mediu d2, sau D2, este diametru unui cilindru imaginar coaxial cu filetul, pe a cărui generatoare grosimea unei spire este egală cu mărimea golului dintre spire și egală cu p/2;

pasul filetului p este distanța dintre doua spire consecutive care sunt măsurate pe aceeași generatoare.

Fig. 4.26. Elementele geometrice ale filetului

Filetele se clasifică după mai multe criterii:

După forma suprafeței filetate: filet cilindric, filet conic;

După forma profilului: filet triunghiular (cel mai răspândit), filet pătrat, filet trapezoidal, filet ferăstrău și filet rotund;

După modul de trecere a filetului la partea nefiletată: filet cu ieșire, filet cu degajare;

După sensul de înșurubare: filet dreapta (cel mai utilizat), filet stânga, figura 4.27, [5];

Fig. 4.27. Tipuri de filete, [36]

După numărul de începuturi: filet simplu (cu un început), filet multiplu (cu mai multe începuturi);

După sistemul de măsurare: filet metric (dimensiuni în ‚,mm’’), filet în țoli (inci), (1 țol=25,4 mm);

După mărimea pasului filetului: filet cu pas normal, filet cu pas mare, filet cu pas fin, figura 4.27, [5].

Dacă filetul este executat pe o suprafață exterioară el se numește filet exterior, iar dacă este executat pe o suprafață interioară el se numește filet interior, figura 4.28, [5].

Fig. 4.28. Filet exterior și filet interior, [36]

Principalele tipuri de filete standardizate

Filetul metric (M) este filetul a cărui profil generator este un triunghi echilateral (α=600) (figura 4.29.a) acesta poate fi cu pas normal sau cu pas fin;

Filetul Whitworth (W) are profilul generator un triunghi isoscel cu unghiul la vârf α=550 (figura 4.29.b). Diametrul nominal al filetului se indică în țoli, iar în loc de pas se indică numărul de pași pe țol (z=25,4/p );

Filetul pentru țevi (G) este un filet cu profil triunghiular isoscel, cu unghiul la vârf α=550 și care are flancurile, la vârf și la fund, racordate (figura 4.29.c).

Fig. 4.29. Tipuri de filete

La filetarea manuală cu tarodul sau cu filiera, mișcările necesare realizării operației sunt:

mișcarea principală de așchiere este mișcarea de rotație. Se notează cu n și se exprimă în rot/min;

mișcarea de avans. Se notează cu s și se exprimă în mm/rot.

Filetarea cu tarodul se realizează după operațiile de găurire, strunjire interioară. Pentru antrenarea ușoară a tarodului în așchie, în prima fază se execută operația de teșire. Teșirea se execută cu un burghiu având diametru mai mare decât gaura. Diametrul burghiului necesar operației de găurire se determină din tabele și este mai mic decât diametrul exterior al filetului. Dacă este prea mic,tarodul se poate bloca, iar dacă este prea mare, filetul rezultă incomplet. Operația de filetare se poate executa manual sau cu cu ajutorul mașinilor unelte.

Tehnologia filetării manuale parcurge următoarele etape, figura 4.30:

Se fixează piesa în menghină;

Se alege setul de tarozi corespunzător tipului de filet și diametrului exterior;

Se fixează tarodul nr.1 în dispozitivul porttarod;

Se unge tarodul;

Se așează tarodul în alezaj și se orientează pentru a fi coaxial cu alezajul de prelucrat;

Se presează ușor și se execută 1÷2 rotații în sensul de așchiere;

Se execută o mișcare de rotație înapoi pentru ruperea așchiilor;

Se continuă operația de filetare cu tarodul până la prelucrarea completă a suprafeței;

Se extrage tarodul din alezaj imprimând mișcare de rotație în sens invers;

Se procedează în mod identic cu tarozii nr.2 și nr.3.

Suprafețele exterioare se filează cu filiera și se prelucrează manual sau cu ajutorul mașinilor unelte. Pentru antrenarea filierei în așchie se recomandă operația de teșire. Filiera se fixează în dispozitivul portfilieră.

Fig. 4.30. Tehnologia filetării

Tehnologii de filetare:

Prin strunjire, figura 4.31:

Fig. 4.31. Filetare prin strunjire

Prin frezare: pentru această operație este necesară o mașină-unealtă cu comandă CNC 3D. Spre deosebire de tarodarea și filetarea prin deformare plastică, la filetarea prin frezare pasul se generează prin comanda CNC. Filetarea prin frezare este un procedeu de fabricație extrem de sigur. Se formează în general așchii scurte, motiv pentru care evacuarea așchiilor nu reprezintă o problemă. Pentru filetarea prin frezare nu sunt necesare nici mandrine speciale – se pot utiliza aproape toate mandrinele de frezare uzuale pentru filetarea prin frezare.

Se face distincție între două procese de frezare de bază:

Frezare în contraavans (la filetul pe dreapta de sus în jos) se utilizează de preferință la prelucrarea materialelor călite sau ca remediu împotriva filetelor conice, figura 4.32.a.

Frezare în sensul avansului (la filetul pe dreapta de jos în sus) mărește durabilitatea și previne urmele de vibrație la așchiere, însă favorizează conicitatea filetelor, figura 4.32.b.

Fig. 4.32. Filetare prin frezare, [35]

În vederea reducerii forțelor radiale care acționează asupra sculei se pot executa distribuții ale așchierii axiale și radiale conform figurii 4.33:

Fig. 4.33. Distribuția operației fe filetare prin frezare, [35]

Prin deformare plastică: care este un procedeu de executare a filetelor interioare prin deformare plastică la rece fără așchii, figura 4.34.

Fig. 4.34. Filetare prin deformare plastică, [35]

Materialul este adus la curgere prin dislocare de material. Astfel se generează un profil de filet compactat în el însuși. Canalele necesare la tarodare nu mai sunt astfel necesare, ceea ce mărește stabilitatea sculei.

Prin ecruisare în asociere cu caracteristica continuă a fibrelor filetelor deformateplastic (figura 4.35, din dreapta jos), crește considerabil atât rezistența la smulgere în cazul solicitării statice, cât și rezistența la oboseală în cazul solicitării dinamice. În comparație stă caracteristica discontinuă a fibrelor, așa cum apare la tarodare și filetarea prin frezare (figura 4.35, din stânga jos).

Fig. 4.35. Fenomenul de ecruisare, [35]

Trebuie ținut cont de faptul că la filetele executate prin deformare plastică apare întotdeauna în zona pieptenului o cută în formă. Din acest motiv, filetarea prin deformare plastică nu este admisă în toate domeniile.

Roluirea este un procedeu de procesare a filetelor prin deformare plastică, figura 4.36.

Fig. 4.36. Filetare prin roluire, [35]

Procesul de filetare se execută, în general, cu următoarele tipuri de scule:

Filiere, figura 4.37.

Fig. 4.37. Filiere, [37]

Tarozi, figura 4.38.

Fig. 4.38. Tarozi, [37]

Suport filieră și tarod, figura 4.39.

Fig. 4.39. Suport filieră și port tarod, [37]

În practică sunt utilzate seturi de scule necesare operațiilor de filetare, figura 4.40.

Fig. 4.40. Trusă de filiere și tarozi, [37]

Materiale pentru scule

În procedeele de prelucrare prin așchiere sculele joacă un rol foarte important. Ele se confecționează din materiale care trebuie să îndeplinească următoarele condiții:

să aibă o duritate mai mare ca a materialului de prelucrat;

să fie tenace, pentru a evita știrbirea tăișului;

să fie stabile la temperatură pentru a-și menține duritatea și tenacitatea;

să fie rezistente la uzură prin frecare cu piesa;

să aibă rezistențe mecanice ridicate (r , î , c ).

Materiale pentru scule:

oțeluri:

oțeluri de scule carbon (OSC) cu 0,7 – 1,2% C; (OSC – 7,8,9,10,12,13), temperatura maxim_ 2500 C și sunt folosite pentru cuțite, burghie, tarozi;

oțeluri slab aliate pentru scule: CuCr, W, V, Mo, Si, Mn. Sunt stabile la 2200 C;

oțeluri rapide (OR): _ RK – 100, RW – 180, RMo – 5. Sunt stabile la 6000 C.

-metale dure MD:

obținute prin topire: sunt VK (W,Co); au tenacitate bună;

obținute prin sinterizare: TK (W, CO, Ti); sunt foarte dure, stabile pentru oțeluri, la 12000 C;

materiale ceramice:

metalo-ceramice: cermenturi;

mineralo-ceramice: AuAl2O3.

Pentru operații de strunjire, rabotare, mortezare se folosesc scule cu un tăiș (cuțite). Principiul de construcție al cuțitelor stă la baza celorlalte scule cu mai multe tăișuri. De aceea, geometria cuțitului și, în general, teoria așchierii cu cuțitul se extinde și la alte scule pentru alte prelucrări (freze, burghie, broșe).

4.2. Metode și procedee de prelucrare a materialelor prin tăiere și deformare plastică la rece

Aceste prelucrări au o pondere însemnată în industria de construcție a sistemelor electrice întrucât peste 50% din totalul pieselor componente se fabrică din materiale sub formă de table, bezi sau profile speciale.

Deformarea plastică este procesul tehnologic prin care se schimbă forma și dimensiunile inițiale ale materialului de prelucrat sub acțiunea fortelor exterioare aplicate.

Avantajele procedeelor tehnologice de deformare plastică la rece:

Simplitatea execuției;

Durata redusă de prelucrare;

Precizie ridicată a dimensiunilor;

Calitate superioară a suprafețelor ștanțate;

Productivitate mare și cost scăzut;

Pierderi reduse de material prin deșeuri;

Interschimbabilitatea pieselor obținute;

Durata mare de funcționare a sculelor;

Posibilitatea mecanizării și automatizării proceselor de producție.

Dezavantajele procedeelor tehnologice de deformare plastică la rece:

Sculele utilizate sunt foarte complexe și sunt executate din oțeluri scumpe;

Matrițele au cost ridicat, fiind rentabile doar la producția de serie și de masă.

4.2.1. Tăierea

Tăierea este operația tehnologică prin care materialul este separat în mai multe părți distincte, după un contur închis sau deschis, cu ajutorul a doua tăișuri conjugate sau a unui singur tăiș.

Tăierea poate fi executată prin forfecare, stanțare sau prin alte procedee.

4.2.1.1. Forfecarea

Forfecarea este operația tehnologică de tăiere prin care se obține suprafața de rupere cu ajutorul a două tăișuri asociate.

Forța necesară tăierii unui material de grosime g este dată de relația:

Ff = k L g τ,

unde: k este un coeficient ce depinde de neuniformitatea materialului;

L este lungimea conturului;

τ este rezistența materialului la forfecare.

Jocul între cuțite la operația de forfecare trebuie să fie:

J = (0,01 … 0,2) g

Valori ale rezistenței de rupere la forfecare pentru diferite materiale sunt prezentate în tabelul 4.1.

Tabel 4.1.

Figurile 4.41 și 4.42 prezintă diferite procedee tehnologice de prelucrare prin de forfecare

Fig. 4.41. Procedee de forfecare, [15]

Fig. 4.42. Procedee de forfecare, [15]

Dacă tăierea se execută cu foarfece cu lamă înclinată forța de tăiere necesară este mai mică:

Ff = (k g2τ )/(2 tgφ)

unde: φ este unghiul de înclinare al lamei (uzual φ = 2 .. 5°)

Utilajul tehnologic folosit pentru aceste operatii este format din:

Foarfece cu cuțite paralele, înclinate sau profilate folosite pentru tăierea tablelor și benzilor;

Foarfece cu discuri pentru debitarea tablelor sub formă de rulouri care permite tăierea mai multor fâșii simultan.

4.2.1.2. Ștanțarea

Ștanțarea este operația tehnologică de prelucrare mecanică prin care semifabricatul este tăiat în doua sau mai multe părti distincte cu ajutorul stantelor.

Ștanțele au două părți componente principale: placa tăietoare și poansonul. Procesul de ștanțare este analog procesului de tăiere la foarfece, muchiile tăietoare ale poansonului și plăcile taietoare putând fi considerate ca niște muchii de cuțit.

Principalele operații de ștanțare întâlnite în industria constructoare de sisteme electrice sunt: retezarea, decuparea, perforarea, crestarea, slituirea și tunderea.

1. Retezarea este operația de detașare a materialului din semifabricat după un contur deschis cu înlăturarea părții detașate.

2. Decuparea este operația de obținere de semifabricate sau piese prin separarea completă a acestora după un contur închis de restul materialului. Partea desprinsă reprezintă piesa, iar partea cu goluri reprezintă deșeul. Decuparea se folosește în special la ștanțarea tolelor pentru mașini electrice din banda de tablă silicioasă.

3. Perforarea este operația de executare a găurilor prin detașarea unei părți de material din interiorul piesei după un contur închis, partea desprinsă constituind deșeul.

4. Crestarea este operația de detașare parțială a materialului după un contur deschis, fără înlăturarea părții detașate.

5. Slituirea este operația intermediară între retezare și decupare fiind folosită la unele din variantele tehnologice de execuție a tolelor pentru mașini electrice, la ștanțarea crestăturilor deschise.

6. Tunderea este operația de înlăturare a marginii neuniforme sau a surplusului de material de la exteriorul piesei.

Procesul de ștanțare este influențat de anumiți factori tehnologici și anume:

Dimensiunile și forma conturului de ștanțat;

Duritatea materialului;

Jocul dintre poanson și placa de tăiere;

Muchiile tăietoare ale plăcii de tăiere ale poansonului;

Forma secțiunii transversale a găurii din placa de tăiere;

Forma muchiilor tăietoare ale poansonului;

Starea suprafeței materialului.

Jocul dintre poanson și placa de tăiere este foarte important acesta afectând calitatea pieselor și durata de viață a ștanței.

Procesul de ștanțare este prezentat în figura 4.43, unde:

1 – placa de tăiere ;

2 – poanson;

3 – materialul de ștanțat.

Fig. 4.43. Procesul de ștanțare, [15]

Jocul este în general de 4÷18% din grosimea materialului, iar în cazul tolelor din tablă silicioasă jocul se reduce la 6÷7%.

Dacă jocul este prea mic direcțiile fisurilor care pornesc de la muchiile tăietoare ale poansonului și ale plăcii tăietoare coincid, suprafața de forfecare nu este netedă împingerea materialului în matriță necesitând eforturi mari care pot duce la uzura rapidă a acesteia.

Daca jocul este prea mare piesa se deformează și apar bavuri exagerate. Forța de tăiere se calculează în funcție de secțiunea materialului ce se ștanțează și de rezistența specifică la forfecare a acestuia prin relația:

Ft = k p g τf,

unde:

p – este perimetrul conturului de taiere;

τf – este rezistența specifică de rupere a materialului la forfecare;

k – este un coeficient ce ține seama de eventuala știrbire a materialului a muchiei tăietoare și de neuniformitatea grosimii materialului;

g – este grosimea materialului.

În afara forței Ft necesare tăierii materialului, presa pe care se montează ștanța trebuie să învingă și alte forțe rezistente Fr ce reprezintă circa 15% din forța de tăiere, asa încât forța totală se exprima prin:

F = Ft + Fr = 1,15 Ft

Ștanțele sunt de mai multe feluri:

cu acțiune simplă;

cu acțiune succesivă;

cu acțiune combinată.

Ștanțele cu actiune simplă pot decupa dintr-o dată o figură cu contur închis (de ex. gaura pentru axul mașinii în tola rotorică) sau o crestătură (ștanța cu pas). În timpul ștanțării tola rămâne pe poanson iar elementul decupat cade liber prin gaura din placa de tăiere. În timpul cursei de întoarcere tola este scoasă de pe poanson de către un dispozitiv special numit aruncător încât la sfarșitul cursei ștanța este pregătită pentru o nouă operație.

Ștanțele cu acțiune succesivă pot executa mai multe operații de ștanțare prin deplasarea succesivă a semifabricatului de la o operație la alta în sensul avansului. Ștanța are două sau mai multe poansoane care lucrează simultan și sunt situate de regulă la nivele diferite diferența de nivel fiind egală cu grosimea materialului. În acest fel forța ce trebuie dezvoltată de presă este mai mică și eficiență mai ridicată față de cazul în care nivelul poansoanelor ar fi identic. Forța ce trebuie dezvoltată de presă trebuie să asigure ștanțarea conturului maxim.

Planuri de tăiere a materialului la ștanțare. Debitarea materialului prin ștanțare se face pe baza unui plan ce urmărește utilizarea cât mai rațională a materialului. În cazul cand ștanțarea se face prin decupare, între două decupări succesive se lasă o punte p și o margine m, figura 4.44. Rolul punților și marginilor este de compensare a erorilor de avans, respectiv de fixare a materialului în matriță, evitându-se astfel rebuturile prin decuparea incompletă a pieselor. Dimensiunile punților și marginilor trebuiesc reduse la minim, acestea depinzând însă de complexitatea piesei, de grosimea și calitatea materialului, de construcția matriței etc.

Fig. 4.44. Plan de tăiere a materialului la ștanțare

Figura 4.45 prezintă instații utilizate în procesarea materialelor prin ștanțare.

Fig. 4.45. Instalați de ștanțare, [38]

4.2.1.3. Debitarea cu pânze ascuțite sau abrazive

Debitarea cu pânze ascuțite sau abrasive, figura 4.46, este operația tehnologică de prelucrare mecanică la rece prin care suprafața de tăiere se obține cu ajutorul unei scule de tip pânză de fierăstrău sau disc abraziv. Sculele care fac parte din această categorie sunt: ferăstrăul manual, ferăstrăul pendular, polizorul unghiular, etc. Scule pentru operația de debitare sunt prezentate în figura 4.50.

Fig. 4.46. Debitarea cu pânze ascuțite sau abrazive

Fig. 4.47. Scule pentru operația de debitare

4.2.1.4. Debitarea cu jet de lichid abraziv

Debitarea cu jet de lichid abraziv, figura 4.48, este operația tehnologică de tăiere prin care suprafața de tăiere se obține cu ajutorul unui jet de lichid abraziv injectat sub presiune.

Acest procedeu tehnologic de mare precizie și productivitate permite tăierea eficientă atât a materialelor moi cât și celor dure (oțel, cupru, aluminiu etc.).

Echipametele moderne din această categorie sunt echipate cu sisteme de poziționare de mare viteză și precizie controlate în întregime de calculator.

Fig. 4.48. Debitarea cu jet de lichid abraziv

Acest procedeu presupune presurizarea apei sau a lichidului abraziv la presiuni foarte mari de până la peste 300 MPa și expulzarea jetului de lichid la viteze de peste 700 m/s (peste 2 ori viteza sunetului) printr-un orificiu de secțiune redusă. Granulele abrazive sunt injectate în curentul de apă de mare viteză și amestecate în interiorul unui tub ceramic. Jetul abraziv este ulterior direcționat către piesa de prelucrat.

Tăierea cu jet abraziv se utilizează eficient în diferite ramuri ale industriei precum construcția de automobile, de aeronave, etc. în vederea obținerii unor piese de precizie din materiale greu de tăiat prin alte procedee obișnuite.

Caracterisiticile tehnice principale ale acestui procedeu sunt:

Viteză de tăiere și precizie foarte ridicate;

Calitate superioară a suprafeței de tăiere;

Posibilitatea tăierii materialelor de mare duritate;

Reducerea cantității de deșeuri rezultate în urma procesului de tăiere, respectiv recuperarea mai ușoară a acestora;

Automatizarea integrală a procesului tehnologic.

Echipamente de tăiere cu jet de lichid abraziv sunt prezentate în figura 4.49.

Fig. 4.49. Echipamente de tăiere cu jet de lichid abraziv

Operații de tăiere cu jet de lichid abraziv sunt prezentate în figurile 4.50, 4.51, 4.52, 4.53, 4.54.

Fig. 4.50. Operația de tăiere cu jet de lichid abraziv

Fig. 4.51. Operația de tăiere cu jet de lichid abraziv

Fig. 4.52. Operația de tăiere cu jet de lichid abraziv

Fig. 4.53. Operația de tăiere cu jet de lichid abraziv

Fig. 4.54. Operația de tăiere cu jet de lichid abraziv

4.2.2. Ambutisarea

Ambutisarea este procedeul de deformare la rece, prin care semifabricatele plane se transformă în piese cave printr-una sau mai multe operații succesive de presare. Construcția matrițelor utilizate pentru ambutisare este determinată de forma pieselor ce trebuiesc executate. Piesele simetrice se execută mai ușor decât cele nesimetrice care necesită frecvent mai multe operații succesive. Ambutisarea se realizează cu sau fără modificarea grosimii materialului, respectiv cu (piese de înălțime mare) sau fără (piese de înălțime mică) inel de fixare.

Etapele și elementele componente procesului de ambutisare sunt przentate în figura 4.55, unde:

1 – poanson;

2 – semifabricat plan;

3 – placă de ambutisare;

4 – inel de fixare.

Fig. 4.55. Operația de ambutisare

Forța de ambutisare maximă F trebuie să fie mai mică decât forța de rupere a pereților laterali ai piesei în jurul zonei inferioare:

F ≤ p g τrt, unde:

p – lungimea perimetrului piesei;

g – grosimea materialului;

τrt – rezistența la distrugere a metalului prin întindere.

Ambutisarea pieselor foarte adânci este mai greu de executat necesitând în general mai multe operații succesive de ambutisare cu micșorarea treptată a diametrului, respectiv cu creșterea treptată a înălțimii pieselor, figura 4.56.

Jocul dintre poanson și placa de ambutisare are influență mare asupra forței de ambutisare și asupra calității piesei.

Ambutisarea este un procedeu eficient, de mare productivitate, care poate fi integral automatizat, utilizat pe scară largă în industrie.

Fig. 4.56. Ambutisarea pieselor adânci

4.2.3. Deformarea continuă

Deformarea continuă, figura 4.57, este procedeul de prelucrare mecanică la rece prin care semifabricatele preformate sunt transformate în piese cave cu simetrie axială în urma unei operații de presare pe o matriță antrenată în mișcare de rotație.

Fig. 4.57. Operația de deformare continuă

Formele matrițelor utilizate precum și mișcarea rolelor de presare sunt strict corelate cu forma și grosimea piesei dorite. Rolele de presare asigură un efort radial local de comprimare care determină deformarea semifabricatului după conturul dorit, respectiv modificarea grosimii acestuia.

Deformarea continuă este un procedeu de mare eficiență ce poate fi utilizat la obținerea pieselor din diverse tipuri de metale ce permit prelucrarea la rece precum oțel, oțel inox, alama, cupru, argint, titan, etc. Forma pieselor poate fi cilindrică, conică sau profilată în secțiune transversală fiind întotdeauna circulară. Acest procedeu permite:

obținerea unor piese de forme complicate dintr-o singură bucată de material (fără sudură sau lipire);

rezistență mecanică și duritate sporită a pieselor obținute;

economie de material;

control precis al conturului și al grosimii pereților pieselor;

piese cu pereți de grosimi variabile în funcție de nivelul efortului mecanic;

grad sporit de finisare fără costuri suplimentare.

Figurile 4.58, 4.50 și 4.60 prezintă piese obținute în urma procesului de deformare continuă, [www.leifelspinning.com].

Fig. 4.58. Piese obținute prin defprmare continuă

Fig. 4.59. Piese obținute prin defprmare continuă

Fig. 4.60. Piese obținute prin defprmare continuă

4.2.4. Îndoirea

Îndoirea este procedeul de deformare la rece a semifabricatelor plane, prin încovoiere în jurul unei muchii. În timpul îndoirii straturile din interiorul materialului îndoit sunt comprimate, iar cele din exterior sunt întinse.

Procedeul de îndoire este influențat de o serie de factori precum:

direcția de laminare a semifabricatului;

raza minimă de îndoire;

razele plăcii de îndoire pe care alunecă semifabricatul în timpul procesului de îndoire;

jocul dintre placa de îndoire și poanson;

arcuirea elastică a piesei după îndoire;

prelucrările inițiale ale piesei sau ale semifabricatului.

Forța necesară pentru executarea operației este:

F = k L g2 σr / l

unde:

k – este un coeficient dependent de material și de raza de curbură a piesei îndoite;

L – este lățimea benzii;

g – este grosimea materialului;

σr – este efortul unitar la rupere in daN/mm2;

l – este distanța între reazeme exprimată în mm.

Etapele parcurse într-un poces de deformare prin îndoire sunt prezentate în figura 4.61.

Fig. 4.61. Schema procesului de îndoire

Razele minime de îndoire sunt în general r=g pentru grosimi mici și r >2g pentru grosimi mari (g >2mm). Îndoirea se execută pe mașini de îndoit universale, mașini de îndoit în muchie și prese de îndoit, figura 4.62.

Fig. 4.62.

Operația de îndoire

4.2.5.Trefilarea

Trefilarea este procedeul de prelucrare prin deformare plastică la rece ce constă în trecerea forțată a materialului sub acțiunea unei forțe de tracțiune prin deschiderea unei matrițe sau filiere de secțiune transversală mai mică decât cea a semifabricatului inițial, figura 4.63, unde:

1 – con de deformare;

2 – cilindru de calibrareȘ

3 – con de degajare;

4 – con de ieșire;

5 – semifabricat supus trefilării;

6 – filieră;

7 – sârmă rezultată din trefilare.

Fug. 4.63. Operația de trefilare

Trefilarea este procedeul industrial de fabricare a sârmelor de secțiune redusă (d < 5mm), a barelor calibrate și profilate cu precizie dimensională ridicată, respectiv a țevilor de diametru redus. Trefilarea se aplică oțelurilor și altor metale și aliaje neferoase, precizia dimensională a produselor fiind condiționată de calitatea și dimensiunile filierei sau matriței (sculele principale).

Datorită forței de trefilare F materialul este supus la tensiuni interne mai mari decât în cazul laminării. Acțiunea de avans și subțiere este produsă prin tracțiune. Prelucrarea are loc la rece așa încât materialul se ecruisează după fiecare trecere. Pentru restabilirea proprietăților de plasticitate se aplică tratamentul de recoacere de recristalizare.

Coeficientul de trefilare este dat de raportul între diametrul produsului trefilat d și cel al semifabricatului inițial D:

K = d/D

Cu cât coeficientul K crește cu atât prelucrarea este mai ușoară (ex. pt. oțel moale K = 0,86, pt. oțel semidur K = 0,95).

Tehnologia trefilării cuprinde: una sau mai multe trefilări, recoaceri intermediare, decapări chimice pentru curățirea superficială de oxizi și impurități, fosfatări și lubrefieri pentru reducerea frecării de contact în timpul prelucrării materialelor.

4.2.6. Procedee speciale de prelucrare a tablelor

Procedeele tehnologice de prelucrare a tablelor se aplică foarte mult în toate ramurile producției, fiind eficiente și raționale în producția de serie și de masă și pentru materiale cu plasticitate bună, datorită costului relativ ridicat al matrițelor. De aceea, pentru producția de serie mică și mijlocie, precum și pentru materialele cu plasticitate scăzută, au fost proiectate și realizate procedee speciale de prelucrare a tablelor:

Prelucrarea tablelor cu ajutorul cauciucului

Se aplică în special la tablele subțiri, confecționate din materiale cu plasticitate ridicată. Se obțin rezultate foarte bune în producția de serie mică, pentru piese cave de adâncime mică și configurație simplă. Fie că este vorba de o prelucrare prin ștanțare (figura 4.64, a), fie că este o prelucrare prin ambutisare (Figura 4.64, b) sau o fasonare prin umflare, în toate cazurile se folosește un poanson de cauciuc pentru deformarea materialelor. Deformarea se face în condiții foarte bune la presiuni de până la 100 bar. Procedeul prezintă avantajul unei scule foarte ieftine, dar și dezavantajul pierderii elasticității poansonului sau plăcii de tăiere după un anumit număr de piese.

Figura 4.6. Prelucrarea tablelor folosind poansonul de cauciuc: a – prin ștanțare; b- prin ambutisare; unde:

1 – semifabricatul inițial;

2 – placa de tăiere;

3 – placa de ambutisare;

4 – poanson de cauciuc;

5 element de ghidare;

6 – inel de reținere;

7 – produsul finit;

8 – canale de evacuare a aerului;

I – faza inițială;

II – faza finală.

Ambutisarea cu încălzirea locală a flanșei

Procedeul permite obținerea unor piese cu grad ridicat de deformare, pe seama creșterii locale a plasticității materialului. Semifabricatul inițial 1 (figura 4.65), așezat între placa de ambutisare 2 și inelul de reținere 3, este încălzit de inductoarele 4 și 5. Deformarea semifabricatului se realizează cu ajutorul poansonului 6, răcit în permanență de sistemul de răcire 7. Datorită încălzirii la o anumită temperatură optimă, rezistența la deformare scade făcând posibilă realizarea unor grade mari de deformare sau ambutisarea unor materiale greu deformabile. Încălzirea flanșei trebuie făcută imediat deasupra temperaturii de recristalizare, în funcție de natura materialului semifabricatului. Pe măsură ce semifabricatul se ambutisează și se transformă în perete lateral, acesta ia contact cu poansonul care este răcit pentru a crește din nou rezistența piesei ambutisate.

Fig. 4.65. Schema de principiu la ambutisarea

cu încălzirea locală a flanșei, unde:

1 – semifabricatul inițial;

2 – placa de ambutisare;

3 – inelul de reținere;

4,5 – inductoarele;

6 – poansonul;

7 – sistemul de răcire.

Grosimea semifabricatelor ce pot fi ambutisate economic prin încălzirea locală a flanșei este de 0,5÷2,0 mm, peste această grosime încălzirea devenind ineficientă. Este singura metodă ce permite obținerea de piese ambutisate din aliaje de magneziu și titan. Pot fi ambutisate atât piese cilindrice, cât și cutii dreptunghiulare sau pătrate, precum și piese complexe. Se pot obține piese având înălțimea h = (1,3÷2,3)d, față de procedeele clasice unde h = (0,6÷0,7)d.

Prelucrarea hidraulică a tablelor

Procedeul se aplică la obținerea din tablă a unor piese complicate de formă conică, parabolică, sferică sau combinații, dintr-o singură operație de ambutisare. Schema de principiu a procedeului se prezintă în figura 4.66.

Fig. 4.66. Schema de principiu la ambutisarea hidraulică, unde:

1 – semifabricatul inițial;

2 – matrița de ambutisare;

3 – capac;

4 – sistem de fixare;

5 – husă de cauciuc;

6 – lichid;

7 – ajutaj;

8 – piesa finită;

9 – canale de evacuare a aerului.

Semifabricatul inițial 1 se prinde între matrița de ambutisare 2 și capacul 3, fixat prin intermediul sistemului de asamblare 4. În husa de cauciuc 5 se introduce lichid sub presiune 6, cu ajutorul unor pompe. Sub acțiunea lichidului sub presiune husa de cauciuc deformează semifabricatul, obținându-se piesa ambutisată 8.

Presiunea de lucru poate atinge 50÷200 daN/cm2, realizându-se piese ambutisate dintr-o singură ambutisare (dacă s-ar efectua prin procedeele clasice de ambutisare ar fi necesare 3÷6 ambutisări succesive).

Procedeul prezintă următoarele avantaje:

deformarea se face fără poanson metalic;

deformarea se face fără utilaje de presare folosind instalații de pompare de înaltă presiune;

în timpul deformării presiunea hidraulică este uniform repartizată pe semifabricat, permițând obținerea de piese complexe, într-o singură operație.

Prelucrarea electrohidraulică a tablelor

Procedeul are la bază energia rezultată în urma descărcării dintre doi electrozi plasați într-un mediu lichid. Ca urmare a descărcării electrice, în mediul lichid se creează o puternică undă de șoc care se transmite spre semifabricat deformându-l cu viteză foarte mare. Viteza de deformare a undei de presiune poate atinge 6 000 m/s, iar presiunea maximă realizată, 6×103 daN/cm2. Schema de principiu a deformării electrohidraulice se prezintă în figura 4.67, (unde: Tr- transformatorul de înaltă tensiune; Rd – puntea de redresare; S- sursa de alimentare; C – bateria de condensatoare; E – eclatorul). Semifabricatul inițial 1 se așează pe matrița 2, fiind apăsat de inelul 3, care la rândul lui este fixat de matriță prin sistemul de fixare 4.

Fig. 4.67. Schema de principiu a deformării electrohidraulice

Deasupra semifabricatului se pune rezervorul 5, plin cu lichidul 6 (apă), în care se găsesc introduși electrozii de descărcare 7. Ca urmare a descărcării bateriei de condensatoare C, are loc o descărcare între electrozi și formarea unei unde de șoc 8, care proiectează semifabricatul pe pereții 9 ai cavității matriței, rezultând piesa 10. Pentru a evita spargerea matriței sunt necesare canalele de evacuare a aerului 11.

Procedeul are un randament ridicat în comparație cu alte procedee și permite obținerea de piese complexe din materiale greu sau imposibil de deformat prin alte procedee clasice. Se aplică în special la aliajele de aluminiu și oțelurile inoxidabile.

Prelucrarea magnetodinamică a tablelor

Procedeul are la bază interacțiunea dintre un câmp magnetic sub formă de impuls de mare intensitate (cu durata de ordinul microsecundelor) și câmpul magnetic al curentului indus în semifabricatul supus deformării.

Câmpul magnetic impulsiv se obține prin descărcarea unei baterii de condensatoare într-o bobină inductoare. Datorită duratei mici de descărcare și valorii mari a energiei acumulate, în spațiul înconjurător al bobinei se generează un câmp magnetic sub formă de impuls. Deoarece acest câmp magnetic este variabil în timp, el va induce în semifabricatul inițial curenți turbionari.

Curentul indus creează la rândul său un câmp magnetic propriu, care se opune câmpului inductor. Din acțiunea de respingere reciprocă a celor două câmpuri magnetice, semifabricatul este supus unei presiuni care, depășind limita de curgere, produce deformarea plastică a acestuia.

Schema de principiu a prelucrării magnetodinamice se prezintă în figura 4.68, (unde: S – sursa de alimentare; Tr – transformator de înaltă tensiune; Rd – punte redresoare; C – baterie de acumulatoare; E – eclator).

Fig. 4.68. Schema de principiu a prelucrării magnetodinamice

Semifabricatul inițial 1 se introduce în interiorul unui inductor 2 împreună cu un concentrator de câmp 3. În interiorul semifabricatului (dacă acesta este cilindric) sau la o anumită distanță de el (dacă acesta are altă formă) se introduce matrița 4 sau altă piesă (dacă este vorba de o asamblare sau închidere) având forma ce se vrea obținută în urma deformării.

De la sursa de alimentare S, prin transformatorul de înaltă tensiune Tr, curentul este redresat cu ajutorul punții redresoare Rd, de la care se încarcă bateria de condensatoare C. În momentul când energia înmagazinată în bateria C este suficientă pentru a deforma semifabricatul 1, aceasta este brusc descărcată în bobina 2, cu care formează un circuit oscilant de tip RLC. Elementul de cea mai mare importanță este bobina de inducție (inductorul). Aceasta este înfășurată pe o piesă numită concentrator de câmp, prin intermediul căruia se manifestă în raport cu semifabricatul de deformat. Concentratorul de câmp este constituit în conformitate cu forma piesei și a locului unde trebuie concentrate forțele de deformare.

Impulsul durează 10÷20 µs și creează o presiune magnetică de până la 3,5×103 daN/cm2. Este deci o deformare cu viteze foarte mari de deformare și nu se produce practic variația grosimii materialului, nu apar modificări structurale și fenomenul de ecruisare.

Procedeul se aplică cu rezultate deosebite la operațiile de asamblare, etanșare, deformare a pieselor tubulare (gâtuire, evazare, bordurare, umflare etc.), precum și a pieselor plane pentru operații complexe de deformare (de exemplu, membranele elastice de la aparatura pneumatică și hidraulică).

Prelucrarea prin explozie a tablelor

Procedeul are la bază efectul undei de șoc ce ia naștere prin detonarea unui exploziv, efect ce se transmite prin mediul de contact până la semifabricatul de deformat, obligându-l să ia forma matriței. Explozivii întrebuințați pot fi:

lenți (propulsori), care dezvoltă presiuni de ordinul 30 daN/mm2 și viteze de propagare de ordinul 300÷240 m/s;

brizanți (violenți), care dezvoltă presiuni de ordinul 3 000 daN/mm2 și viteze de propagare de ordinul 1 200÷7 500 m/s;

Prelucrarea prin explozie se poate realiza în două variante:

fără contact între sursa de energie și semifabricat;

cu contact între sursa de energie și semifabricat.

După natura mediului în care are loc transmiterea undei șoc, deformarea se poate face:

în mediu gazos (aer), la care presiunea transmisă în diferitele zone ale semifabricatului este diferită ca distanță;

în mediu lichid (în apă), la care presiunea transmisă este uniformă în oricare zonă a semifabricatului;

în mediu solid (în nisip), la care se face o transmitere mai slabă a energiei spre semifabricat.

Cea mai rațională prelucrare prin explozie este cea care folosește apa ca mediu de transmitere a energiei undei de șoc spre semifabricat, figura 4.69.

Semifabricatul inițial 1 se așează pe matrița 2, fiind apăsat de inelul de reținere 3 fixat de matriță prin sistemul de fixare 4. Ansamblul se plasează într-o groapă 5 care se umple cu apa 6. La distanța H de semifabricat se plasează explozivul 7 legat la detonatorul 8. La detonarea explozivului apare o undă de șoc 9 care creează o presiune p, dată de relația:

[daN/cm2]

unde: G este greutatea încărcăturii explozive, în kg; H – distanța de la încărcătură la locul unde se transmite unda de presiune, în m; k – coeficientul de corecție al încărcăturii funcție de natura explozivului (k = 0,59, pentru explozivi lenți și k = 1,12, pentru explozivi brizanți).

Fig. 4.69: Schema de principiu la prelucrarea prin explozie

Presiunea creată va obliga semifabricatul să ia forma matriței, rezultând piesa finită 10. Pentru a evita spargerea matriței sunt prevăzute canalele de evacuare a aerului 11.

Parametrii de care depinde procesul de deformare sunt: mărimea și forma încărcăturii explozive; distanța de la încărcătură la semifabricat; modul de transmitere a presiunii și construcția matrițelor.

Forma încărcăturii (sferică, inelară, cilindrică, paralelipipedică etc.) se alege în funcție de forma piesei ce trebuie realizată.

Construcția matrițelor se face în conformitate cu forma piesei și cu durabilitatea necesară, în funcție de numărul de piese ce trebuie realizat. Matrițele folosite sunt simple și se pot confecționa din lemn, beton armat, rășini epoxidice sau fontă, oțel (pentru piese care necesită presiuni foarte mari de deformare).

Procedeul este rentabil pentru prelucrarea prin deformare a unor piese din tablă de diametre foarte mari (peste 10÷15 m) și grosimi de până la 80 mm, dar și pentru piese mici de configurație complexă, confecționate din materiale cu plasticitate foarte scăzută.

Prelucrarea tablelor în câmp ultrasonor

Procedeul folosește efectele ce apar ca urmare a suprapunerii energiei ultrasonore peste energia de deformare și anume:

efectul de înmuiere acustică, ce constă în micșorarea substanțială a rezistenței la deformare cu 40…60% și creșterea proprietăților de plasticitate cu 20÷50%;

efectul de suprafață, ce constă în reducerea substanțială a frecării de contact la interfața semifabricat-sculă de deformare cu 30÷80%.

În funcție de configurația geometrică a piesei și tipul prelucrării există mai multe variante de prelucrare, în funcție de modul de introducere a energiei ultrasonore în focarul de deformare, astfel:

cu activarea ultrasonică a sculei de deformare sau tăiere;

cu activarea ultrasonică a semifabricatului așezat pe placa activă;

cu activarea ultrasonică simultană și a sculei și a semifabricatului.

Schema de principiu a unei prelucrări prin ambutisare în câmp ultrasonor se prezintă în figura 4.70. Semifabricatul 1 se așează pe matrița 2 și este deformat cu ajutorul poansonului 3. Poansonul face corp comun cu concentratorul de energie ultrasonoră 4, care este legat de transductorul ultrasonor 6 prin intermediul flanșei nodale 5. Transductorul ultrasonor convertește oscilațiile electrice ale generatorului electric de înaltă frecvență 7, în oscilații mecanice cu frecvență ultrasonoră (cu frecvența peste 16 kHz). Transductorul este în permanență izolat acustic 8 și răcit printr-un sistem de răcire 9, (10 reprezintă diagrama de variație a amplitudinii vitezei particulei materiale aL.)

Fig. 4.70. Schema de principiu a ambutisării în câmp ultrasonor

Procedeul se aplică în cazul prelucrării unor materiale greu sau imposibil de prelucrat prin procedeele clasice. Se obțin produse cu o calitate foarte bună a suprafeței, în condițiile unei uzuri reduse a sculelor și a unei productivități sporite.

4.3.Tehnologii neconvenționale.

4.3.1. Procesarea prin de electroeroziune, [24]

Fenomenul de electroeroziune, constă în dislocarea de materie din două piese, conductoare electric, aflate la o distanta "GAP" unul de altul și între care există o diferență de potențial electric "V". Presupunem că cele două piese aflate inițial la distanța D și cu o diferență de potențial electric V între ele încep să fie apropiate una de cealaltă.

Distanța la care se va străpunge dielectricul (mediul în care se afla cele doua piese: aer, apa, petrol, etc.) și va începe să apară descărcarea electrică între cele două piese se numește "GAP" sau "INTERSTIȚIU". În urma producerii arcului electric, o anume cantitate de materie va fi dislocată din cele două piese. Dacă nu se intervine asupra acestora, arcul electric se va menține până când distanța dintre cele două piese va crește (datorită dislocării de materie) și va depășii GAP-ul. În prelucrarea materialelor prin electroeroziune, acest fenomen destructiv este optimizat și exploatat în mod constructiv.

Astfel, introducând cele două piese (piesa ce se dorește a fi prelucrată și scula cu care se va efectua prelucrarea: firul în cazul mașinilor cu fir sau electrodul în cazul mașinilor cu electrod masiv) într-un lichid dielectric (apă distilată sau un anume compus petrolier) acest fenomen este amplificat deoarece arcul electric care se produce între sculă și piesă prin vaporizarea locală a materiei creează o bula de gaz. Astfel, se creează, in lichidul dielectric, o bulă de plasmă, care ridică foarte repede temperatura din zonă în jurul valorii de 8.000÷12.000 °C și care crește și accelerează fenomenul de dislocare de material în stare topită la suprafața celor doi electrozi.

Atunci când diferența de potențial dintre sculă și piesă este întreruptă, scăderea bruscă a temperaturii provoacă implozia bulei de gaz, creând forțe dinamice care au efectul de a proiecta materialul topit în afara craterului format. Atunci, materialul erodat se solidifică în dielectric și este eliminat din zonă printr-un flux de dielectric. Acestea sunt fenomene microscopice dar care se produc rapid și într-un număr foarte mare astfel încât efectul cumulat al acestora devine macroscopic, figura 4.71.

Cantitatea de material dislocată prin eroziune din electrod și din piesă este asimetrică și depinde foarte mult de anumiți parametrii ca: polaritate, conductibilitatea termică, punctul de topire al materialului din care sunt confecționată piesa și electrodul, caracteristicile curentului aplicat între piesă și electrod, etc.

Fig. 4.71. Fazele (etapele) procesului de electroeroziune

Procesul de electroeroziune utilizează doua tipuri de mașini de electroeroziune: mașini de electroeroziune cu electrod masiv (DIE SINKING) și mașini de electroeroziune cu fir (WIRE cutting).

Mașinile de electroeroziune cu electrod masiv prezintă următoarele caracteristici:

Mașinile de electroeroziune cu electrod masiv reproduc în piesa metalica forma geometrica a sculei, numita electrod;

Matrițele de injecție pentru piese din mase plastice sunt obținute în special prin electroeroziune cu electrod masiv;

Forma electrodului este identică cu a piesei care se va obține;

În zona de lucru a mașinii, fiecare descărcare electrică creează un crater în piesă (material îndepărtat) și o uzură asupra electrodului;

Nu există, niciodată, contact mecanic între electrod și piesă;

Electrodul este confecționat în mod frecvent din cupru sau grafit;

Mașinile de electroeroziune cu electrod masiv sunt capabile de mișcări în 4 axe, respectiv electrodul poate avea deplasări pe axele : X, Y, Z și rotire pe C, în jurul axei proprii;

Piesa rămâne fixă în timpul prelucrării, solidară cu tancul de lucru al mașinii, figura 4.72.

Fig. 4.72. Schema mașinii de electroeroziune cu electrod masiv

Mașinile de electroeroziune cu fir, figura 4.73, prezintă următoarele caracteristici:

Mașinile de electroeroziune cu fir folosesc o sârmă (ca electrod) pentru a tăia un contur dorit (programat) într-o piesă metalică;

Se obțin precizii deosebite folosind mașinile de electroeroziune cu fir în tăierea matrițelor sau poansoanelor, putându-se obține ajustaje foarte precise doar prin tăiere;

Tăierea se face în piesă, fiind necesară practicarea unei găuri de plecare (pentru introducerea firului) sau plecarea dintr-o margine;

În zona de lucru, fiecare descărcare produce un crater în piesă (material înlăturat) și o uzura a sculei (electrodului), în cazul de față în fir;

Firul poate fi înclinat, făcând posibile tăieri înclinate sau profile diferite în planul de sus față de planul de jos al piesei;

Firul nu intră niciodată în contact cu piesa;

Firul (sârma) uzual este din alamă sau cupru, cu diametrul cuprins între 0,02 și 0,3 mm;

Mașinile de electroeroziune cu fir sunt mașini capabile de mișcări în 5 axe (capul inferior: 2 axe, X și Y iar capul superior: 3 axe, U,V și Z).

Piesa rămâne fixă în timpul prelucrării, solidară cu masa mașinii, care este decupată, ca o rama, pentru a da posibilitatea firului să se deplaseze în conturul acesteia.

Fig. 4.73. Schema mașini de electroeroziune cu fir

În continuare se prezintă în figura 4.74 mașina de electroeroziune cu electrod masiv, iar in figura 4.75 mașina de electroeroziune cu fir.

Fig.4.74. Mașina de electroeroziune cu electrod masiv

Fig. 4.75. Mașina de electroeroziune cu fir