Criterii de Apreciere a Procedeului de Deformare Plastica la Recedocx

=== Criterii de apreciere a procedeului de deformare plastica la rece ===

UNIVERSITATEA „VASILE ALECSANDRI”

DIN BACĂU

FACULTATEA DE INGINERIE

PROGRAM DE STUDII – TEHNOLOGIA CONSTRUCȚIILOR DE MAȘINI

LUCRARE DE LICENȚĂ

COORDONATOR ȘTIINȚIFIC,

Șef lucrări dr. ing. Maria Crina RADU

ABSOLVENT

ȘFICHI V. IOAN-VLAD

BACĂU

– 2016 –

UNIVERSITATEA „VASILE ALECSANDRI”

DIN BACĂU

FACULTATEA DE INGINERIE

PROGRAM DE STUDII – TEHNOLOGIA CONSTRUCȚIILOR DE MAȘINI

CRITERII DE APRECIERE A PROCEDEULUI DE DEFORMARE PLASTICA LA RECE

COORDONATOR ȘTIINȚIFIC,

Șef lucrări dr. ing. Maria Crina RADU

ABSOLVENT

ȘFICHI V. IOAN-VLAD

BACĂU

– 2016 –

Cuprins:

Argument………………………………………………………………………………..4

CAPITOLUL I. GENERALITATI PRIVIND DEFORMAREA INCREMENTALA A TABLELORMETALICE…..……….……………..…………………………………………..5

1.1 Definire…………………………………………………………………………………………………………5

1.2 Clasificare……………………………………………………………………………………………6

1.3 Scule si masini…………………………………………………….……………………………..6

CAPITOLUL II. DEFORMABILITATEA TABLELOR METALICE LA PRELUCRAREA PRIN SPIF………………………………………………………………..………………………….17

2.1 Criterii de apreciere a deformabilitatii ……………………………………………………………19

2.2 Parametrii de proces si influenlta acestora asupra deformabilitatii……………………. 28

CAPITOLUL III. STUDIUL EXPERIMENTAL PRIVIND PRELUCRAREA PRIN SPIF A TABLELOR DIN ALUMINIU SI OTEL……………………………………………………..45

3.1 –––––––––––––––-………….……………………………….…46

3.2 –––––––––––––––––- …………………………………………52

CAPITOLUL IV.CAM………………………………………………………………………………….59

4.1 –––––––– ………………………………………………………………………………………..60

4.2 –––––––––-……………………………………………………………..63

4.3 –––––––––––––––––– …………………………………………………..64

4.4 –––––––– …………………………………………………………………………………………67

CAPITOLUL V. CONCLUZII ……………………………………………………………………………………………..,,,,,,68

BIBLIOGRAFIE………………………………………………………………………………………………………………,,,,,,….70

CAPITOLUL I.

GENERALITATI PRIVIND DEFORMAREA INCREMENTALA A TABLELOR METALICE

Definire

Numele de deformare incrementală descrie o familie largă de procedee de deformare, toate caracterizate prin faptul că în orice moment doar o mică parte a semifabricatului este deformat, iar zona deformată se deplasează de-a lungul unei traiectorii prestabilite a sculei de deformare. Semifabricatul este prins într-un dispozitiv numit în lucrarea de față „sistem de fixare a semifabricatului”. Deformarea se poate realiza cu unul sau două elemente active. Elementul activ care produce în mod direct deformarea a fost denumit „element activ de deformare”. Elementul activ care contribuie la realizarea formei piesei parțial sau total a fost denumit „element activ de sprijin”.

În această categorie pot fi cuprinse atât o parte din procedeele clasice de deformare cât și alte procedee apărute relativ recent.

Principalele caracteristici ale procedeului de deformare incrementală sunt:

-procedeul nu necesită o matriță în accepțiunea clasică, ci doar un sistem de fixare a semifabricatului și elemente active de deformare care pot fi, de la caz la caz poansoane de dimensiuni reduse, role de deformare, dornuri, plăci active etc;

-procedeul este utilizat ca o alternativă a procedeelor clasice în cazul fabricării unor piese de serie mică sau a prototipurilor;

procedeul de deformare incrementală este lent în comparație cu -procedeele convenționale de presare, dar nu necesită echipamente de prelucrare scumpe;

-timpul de fabricație a pieselor depinde de lungimea traiectoriei de deformare necesară pentru realizarea profilului dorit, de viteza elementului activ cu care se realizează deformarea și de puterea disponibilă a utilajului folosit;

-metoda de deformare prezintă o flexibilitate ridicată, cu același echipament putând fi fabricate diverse configurații și mărimi de piese;

deformarea fiind localizată, rezultă că rămân zone netede nedeformate, iar în zonele deformate se produce o subțiere considerabilă a grosimii materialului;

gradele de deformare obținute prin acest procedeu sunt mult mai mari decât cele obținute prin procedeele de presare convenționale, acest lucru făcând procedeul potrivit pentru prelucrarea materialelor greu deformabile;

deformarea fiind asimetrică, stările de tensiuni și deformații din material sunt neuniforme fapt ce conduce la reveniri elastice considerabile în material, drept consecință precizia dimensională este mai scăzută decât în cazul unui procedeu de presare convențional, iar metodele de înlăturare a acestui inconvenient se află în stadiul de studiu.

Clasificare

Cercetarea bibliografică realizată a relevat existența unei mari diversități de metode de prelucrare, dar nu s-a identificat o clasificare care să cuprindă toate aceste procedee.

Clasificarea procedeelor poate fi făcută luând în considerare mai multe criterii.

O primă clasificare poate fi făcută în funcție de tipul semifabricatului utilizat. Astfel, procedeele pot fi defalcate în două mari grupe:

deformarea incrementală a semifabricatelor volumice (masive);

deformarea incrementală a semifabricatelor din tablă.

Din prima categorie fac parte forjarea orbitală, deformarea volumică radial rotativă, deformarea incrementală cu role în mișcare planetară etc.

Având în vedere tematica lucrării de față clasificarea procedeeelor de deformare incrementală va fi detaliată, în cele ce urmează, doar pentru cazul prelucrării semifabricatelor din tablă.

În funcție de elementul activ de deformare, procedeele pot fi:

cu poanson;

cu rolă/role;

cu jet de apă;

cu laser;

cu jet de bile.

În funcție de tipul deformării, prelucrarea se poate realiza:

liber (fără element activ de sprijin);

cu element activ de sprijin de tipul:

contrapoanson;

rolă;

dorn;

placă activă cu suprafață parțială sau completă.

Modul de aplicare a forței poate fi:

continuu;

intermitent.

Procedeul poate utiliza sistem de fixare a semifabricatului:

fix;

mobil.

În funcție de temperatura de prelucrare, deformarea se poate face:

la cald;

la rece.

1.2.3 Principalele procedee de deformare incrementală

2.3.1 Deformarea incrementală cu role

Deformarea incrementală cu role se realizează pe mașini speciale și elementul activ este consituit din una, două sau mai multe role de deformare. Materialul semifabricatului este deformat în general pe un element activ de sprijin sub forma unui dorn. Modul de aplicare a forței este continuu, contactul dintre scula de deformare și material este permanent, iar focarul de deformare se deplasează ca urmare a cinematicii procedeului. Pot fi prelucrate prin această metodă majoritatea materialelor metalice utilizate la operațiile de presare la rece. În anumite situații (materiale mai groase sau mai greu prelucrabile), deformarea poate fi făcută, la cald, cu încălzirea materialului semifabricatului.

Cel mai uzual procedeu de acest tip este deformarea incrementală cu o rolă și dorn de sprijin. Semifabricatul sub forma unui disc de tablă (fig. 2.2, a) este fixat ferm de dornul de sprijin 1 cu elementul de apăsare 2 și întreg subansamblul execută o mișcare de rotație. Rola de deformare 3 se deplasează pe o traiectorie plană materializând generatoarea piesei.

a) b)

Fig. 2.2 Deformarea incrementală cu role fără subțierea voită a materialului

2.3.2 Deformarea incrementală cu poanson

La aceasta metoda de deformare incremental, scula active este alcatuita dintr-un puoanson de dimensiuni reduse. Contactul dintre sculă și semifabricat este continuu, iar procedeul se realizează în general la rece.

O schemă simplificată a procesului de deformare este prezentată în figura 2.18.

Semifabricatul (fig. 2.18) este blocat pe contur în sistemul de fixare constituit din placa suport 1 și inelul de blocare 2. Poansonul 3 realizează deformarea incrementală a semifabricatului urmărind succesiv traiectorii cu perimetre diferite. După parcurgerea completă a fiecărei traiectorii poansonul coboară cu un pas.

Procedeul este întâlnit în literatura de specialitate sub denumirea de deformare incrementală „într-un singur punct”

deși în realitate contactul dintre poanson și semifabricat se realizează pe o zonă de dimensiuni reduse.

Procedeul prezintă mai multe variante în funcție de elementul activ de sprijin utilizat și de tipul sistemului de fixare a semifabricatului, variante care sunt prezentate în figura 2.19. Variantele a, b și c au sistemul de prindere a semifabricatului fix, pe când variantele d și e au sistemul de fixare a semifabricatului mobil care se deplasează de-a lungul axei verticale în timp ce scula deformează materialul. Primele trei configurații mai poartă numele și de deformare incrementală negativă, iar ultimele două de deformare incrementală pozitivă. De asemenea, variantele b, c, d și e utilizează element activ de sprijin, motiv pentru care sunt cunoscute și sub denumirea de deformare incrementală „în două puncte”.

Elementul activ de sprijin poate fi sub formă de contrapoanson (b) sau placă activă (c). La deformarea incrementală pozitivă elementul activ de sprijin este plasat în interiorul piesei, deformarea realizându-se pe exterior. Sprijinul poate fi total (d) sau parțial (e).

Procedeul de deformare incrementală cu poanson de dimensiuni reduse s-a dezvoltat drept urmare a perfecționării mașinilor de frezat CNC și a dezvoltării programelor CAD/CAM pentru generarea traiectoriilor sculei. Ideea de deformare incrementală cu poanson de dimensiuni reduse a fost introdusă pentru prima dată într-un patent de către Leszac în 1967 [127].

Fig. 2.19 Variante ale procedeului de deformare incrementală cu poanson

Cu ajutorul programelor CAD/CAM se pot genera traiectoriile sculei și se pot fabrica, astfel, piese complexe. Între dispozitivul prezentat în figura 2.20 și cel folosit de către Jeswiet și Leach există o diferență majoră: lipsa tijei suport sau a plăcii active. Acest mod de deformare creează stări de tensiuni și deformații în semifabricat diferite față de cele întâlnite la deformarea incrementală „în două puncte”.

La ambele tipuri de deformare incrementală cu poanson, echipamentul de deformare este compus, în principal, din:

elementul activ de deformare (poansonul);

sistemul de fixare a semifabricatului;

elementul activ de sprijin (dacă este cazul);

mașina care generează deplasările necesare deformării.

2.3.3 Deformarea incrementală cu jet de apă

Tehnologia de prelucrare bazată pe jetul de apă este aplicată în multe procese industriale. În general acestea sunt procese abrazive de tăiere a semifabricatelor greu de prelucrat prin procedee de așchiere. Prin acest procedeu se poate tăia practic aproape orice material fără a afecta zonal piesa.

Au fost investigate și alte posibilități de utilizare a tehnologiei bazate pe jetul de apă. Una dintre aceste posibilități este de a utiliza jetul de apă ca și element activ la deformarea incrementală.

Fig. 2.37 Parametrii importanți ai procedeului

Prima incercare in acest sens a fost efectuată de către Iseki [84]. Bazându-se pe rezultatele sale, investigații similare s-au efectuat și la Universitatea din Ljubljana, Slovenia, în colaborare cu Universitatea de științe aplicate Argau, din Suedia, unde a fost folosit un sistem de tăiere cu jet de apă, modificat pentru a putea fi efectuată deformarea incrementală a unor table din aluminiu cu o grosime de 0,5 mm [96, 97].

Principiul de lucru și cei mai importanți parametri ai procesului de deformare incrementală cu jet de apă sunt prezentați în figura 2.37.

2.3.4 Deformarea incrementală cu laser

Deformarea incrementală cu ajutorul laserului este un nou procedeu de deformare a tablelor metalice din oțel inoxidabil, aliaje ușoare de aluminiu, magneziu și titan, care au coeficienți de dilatare termică mari. În timpul procesului de deformare cu ajutorul laserului deformațiile sunt induse într-o manieră controlată în semifabricat prin deplasarea razei laser pe o parte a materialului.

Fig. 2.43 Schema procedeului de deformare cu laser

Procedeul (fig.2.41) se utilizează pentru realizarea unor operații de îndoire și are multe avantaje față de alte procedee tradiționale, deoarece deformarea materialului nu necesită forțe exterioare, aceasta realizându-se doar cu raza laser.

2.3.5 Deformarea incrementală cu jet de bile

Elementul activ de deformare poate fi și sub forma unui jet de bile dirijat cu o anumită viteză spre semifabricat. Deformarea cu jet de bile se aplică industrial la realizarea de componente pentru avioane.

Aplicațiile cunoscute sunt, mai ales, piese ușor curbate [119]. Ca principiu de lucru, deformarea cu jet de bile este însă potrivită și pentru curburi mari.

Fig. 2.43 Schema procedeului de deformare bile

Semifabricatul, în acest caz, este liber nefiind fixat într-un dispozitiv special pe contur. Acesta este bombardat cu bile astfel încât, funcție de energia cinetică a bilelor, să fie indusă în material o stare de tensiuni de întindere sau de compresiune (fig. 2.43) care poate conduce la formarea unei suprafețe concave sau convexe. Datorită faptului că semifabricatul nu este fixat cu acest procedeu este posibil ca acesta să se deformeze integral. La piese lungi, instalația de „bombardare” se deplasează în lungul semifabricatului [63].

Principalele domenii de aplicare ale procedeului de deformare incrementală

sunt:

industria auto;

arhitectură: panouri decorative;

produse personalizate;

medicină: proteze, coroane dentare;

industria aeronautică;

industria constructoare de vapoare.

Cateva forme realizate prin procedeele amintite anterior

Scule si mașini

1.3 Scule utilizate la prelucrarea prin deformare incrementală

Un element important la prelucrarea prin deformare plastică incrementală îl constituie scula de deformare. De obicei se folosesc scule simple, cu cap sferic, deoarece asigură un contact punctiform continuu cu suprafața semifabricatului (fig. 1.8). În prezent nu există scule standardizate; acestea trebuie proiectate și realizate de către utilizatori, acordând o atenție sporită următoarelor aspecte:

forma capului sculei ce vine în contact cu semifabicatul, deoarece influențează calitatea prelucrării;

diametrul sculei, deoarece influențează gradul de deformare al materialului, calitatea suprafeței prelucrate precum și timpul de prelucrare;

materialul sculei – se urmărește creșterea duratei de viață a sculei și reducerea frecării dintre sculă și semifabricat, motiv pentru care se recomandă acoperirea sau chiar confecționarea sculelor din carburi metalice; pentru unele aplicații se recomandă utilizarea unor scule din materiale plastice, pentru a evita posibile reacții chimice cu semifabricatul, crescând astfel calitatea suprafeței prelucrate [3].

Fig. 1.8 Scule utilizate la deformarea incrementală [3]

În literatura de specialitate sunt prezentate și soluții constructive mai complexe pentru sculele utilizate la deformarea incrementală, ce permit reducerea forțelor de frecare (de exemplu scule cu bilă mobilă, ce se mișcă liber sub acțiunea unui lichid sub presiune – fig. 1.9), o capacitate de încărcare axială mai mare (fig. 1.10), obținerea unor unghiuri de deformare mai mari (scule ce permit evitarea coliziunilor dintre corpul sculei și pereții piesei – fig. 1.11) etc.

Fig. 1.9 Sculă cu bilă mobilă [3]

Fig. 1.10 Sculă pentru deformarea incrementală [22]

Fig. 1.11 Sculă înclinată pentru deformarea incrementală [27]

1.3.2 Mașini utilizate la prelucrarea prin deformare incrementală

1.2 Mașini și dispozitive utilizate la prelucrarea prin deformare incrementală

Unul din principalele avantaje ale prelucrarii prin deformare incrementală constă în faptul că se poate realiza pe orice tip de mașină cu comandă numerică în trei axe, cele mai utilizate fiind mașinile de frezat. Cu toate acestea, au fost realizate și mașini destinate special acestui tip de prelucrare (fig. 1.5).

mașina lui Allwood [22] (b) mașina Amino [2]

Fig. 1.5 Mașini destinate prelucrării prin deformare incrementală

De asemenea, au fost efectuate cercetări privind utilizarea roboților industriali la prelucrarea prin deformare incrementală (fig. 1.6) [23-25]. Avantajele unei astfel de abordări constau într-o mai mare flexibilitate (roboții au în general mai mult de trei grade de libertate) și posibilitatea de a combina mai multe faze ale lanțului de producție, respectiv poziționarea semifabricatului, deformarea, tunderea marginilor piesei, aplicarea unor tratamente de suprafață etc. În plus, la prelucrarea cu roboți industriali, scula nu trebuie păstrată, în orice moment, perpendicular pe suprafața de prelucrat, așa cum este cazul majorității mașinilor CNC în trei axe; acest lucru prezintă importanță mai ales la prelucrarea unor piese adânci, cu unghiuri mari de înclinare ai pereților, deoarece permite evitarea coloziunilor dintre sculă (sau dornul acesteia) și semifabricat. Dezavantajul major al prelucrării cu roboți industriali constă în faptul că brațul acestora nu este la fel de rigid ca axul unei mașini de frezat, ceea ce duce la o precizie mai scăzută a piesei.

În timpul prelucrării, semifabricatul este fixat pe margine într-un dispozitiv ce se montează pe masa mașinii CNC. Acest mod de prindere împiedică curgerea materialului din flanșă spre zona de deformare, care uneori este definită de o placă suport, cu scopul de a îmbunătăți precizia piesei finale. Un astfel de dispozitiv este prezentat spre exemplificare în fig. 1.7.

Fig. 1.7 Dispozitiv pentru prinderea semifabricatului la prelucrare prin SPIF [25]