Proiectarea Constructiva A Unei Scule Pentru Forjat Si Debavurat Cap DE Bara

=== proiect ===

TEMA DE PROIECT:

PROIECTAREA CONSTRUCTIVĂ A UNEI

SCULE PENTRU FORJAT SI DEBAVURAT-

CAP DE BARA

Sculă combinată pentru forjat și debavurat cap bară.

Analiza tehnico- economică

MOTTO:

“ Taina existenței umane nu constă

în a trăi, ci în a ști pentru ce trăiești.”

Nicolae Iorga

CUPRINS:

Cuprins …………………………………………………………….…..………………….… 4

CAPITOLUL 1

Generalitati despre deformarea plastica

Clasificarea deformarii plastice in functie de temperatura………………………………………. 6

Deformarea plastica la cald………………………………………………………………………………….8

Influenta deformarii plastice asupra caracteristicilor fizico-mecanice ale

materialelor si aliajelor…………………………………………………………………………………….. 11

1. 4 Rezistenta la deformare plastica……………………………………………………………………….. 18

CAPITOLUL 2

Matrițarea

2.1. Matrițarea deschisa si matrițarea închisa ………………………………….………….. 21

2.2. Întocmirea desenului de piesa matritata ……………………………………………….25

CAPITOLUL 3

Calcule de dimensionare

3.1Dimensionarea canalului de bavura………..……………………………………..…… 36

3.2 Dimensionarea locașului matrița……………………………………………………… 42

3.3 Forța necesara matrițării………………………………………………………………. 49

3.4 Calculul forței necesare la debavurare

3.4.1 Alegerea variantei de debavurare…………………………………………………….56

3.4.2 Dimensionarea sculelor active………………………………………………………..57

3.4.3 Forța necesara debavurării……………………………………………………………60

CAPITOLUL 4

4.1 Alegerea utilajului .………………………………………………………..……………61

CAPITOLUL 5

Analiza tehnico- economica

5.1 Normarea tehnica………………………………………………………………………63

5.2 Calculul prețului de cost……………………………………………………………….66

CAPITOLUL 6

Norme de protecția muncii …………………………………………………..………………70

Bibliografie…………………………………………………………………….…….………73

PARTEA GRAFICĂ

Desen de ansamblu: Scula pentru forjat si debavurat – Cap de bara A0

Desen de execuție: Matrita A3

Desen de execuție: Poanson A3

Desen de execuție: Coloana de ghidere A4

Desen de execuție: Poanson A4

Desen de execuție: Cap de bara A4

CAPITOLUL 1

GENERALITATI DESPRE DEFORMAREA PLASTICA

1.1CLASIFICAREA DEFORMARII PLASTICE IN FUNCTIE DE TEMPERATURA

La baza prelucrării prin deformare plastică a metalelor și aliajelor stă proprietatea de plasticitate, care definește capacitatea acestora de a căpăta deformații permanente sub acțiunea unor forțe exterioare.

Prelucrarea prin deformare plastică prezintă o serie de avantaje, cum ar fi productivitatea foarte ridicată, obținerea unei game foarte largi de piese, cu configurații simple până la cele mai complexe, asigură o precizie de prelucrare foarte ridicată.

Procedeele de prelucrare prin deformare plastică se pot clasifica după mai multe criterii:

– după temperatura la care are loc deformarea: la rece, când deformarea este însoțită de ecruisare fără recristalizare și la cald, când recristalizarea se produce complet, fără urme de ecruisare;

– după viteza de deformare;

– după particularitățile tehnologice: laminare, extrudare, tragere, forjare, prelucrarea tablelor (presarea la rece).

In funcție de temperatura si de procesele care o însoțesc, deformarea plastica se clasifica in: deformarea plastica la rece, la semirece, la semicald si la cald.

Deformarea plastica la rece are loc la temperaturi inferioare temperaturilor la care se produc procesele de regenerare si recristalizare. Ca o consecința a absentei de regenerare si recristalizare ecruisarea produsa in timpul deformării plastice se menține in întregime, iar grăunții raman alungiți.

Deformarea plastica la semirece reprezintă deformarea ce se produce la temperaturi superioare celei de regenerare, dar inferioare celei de recristalizare. In acest caz ecruisarea se anihilează parțial, dar grăunții raman alungiți.

Deformarea plastica la semicald se produce la temperaturi ce se găsesc in jurul celei de recristalizare. Datorita proceselor de regenerare totala si recristalizare parțiala, ecruisarea este anihilata in măsura mai mare decât in cazul precedent, fara a fi total înlăturata. Din cauza începerii si neterminării procesului de recristalizare o parte din grăunți mai raman inca alungiți.

Deformarea plastica la cald reprezintă deformarea ce se produce la temperaturi superioare celei de recristalizare. In acest caz, datorita recristalizării complete, indiferent de vitezele de deformație si de răcire , ecruisarea este complet înlăturata , iar grăunții sunt total recristalizați.

Se observa ca deformare plastica si procesele care au loc in timpul prelucrării materialelor si aliajelor prin presiune nu sunt condiționate de temperatura absoluta de încălzire , ci de raportul dintre temperatura de încălzire si temperaturile la care au loc procesele de regenerare si recristalizare. Așa de exemplu , in timp ce deformarea otelurilor si aliajelor de cupru efectuata la temperatura camerei constitue o deformare plastica la rece, deformarea plumbului la aceeași temperatura constituie o deformare plastica la cald. De asemenea , la temperaturi de ordinul a 700…750oC, cuprul si aliajele sale se deformează la cald, iar otelurile la semicald.

Incat temperaturile de regenerare si recristalizare sunt condiționate de temperatura de topire a metalului sau aliajului respectiv, pentru a se putea corela si temperatura de deformare plastica cu aceste temperaturi, in ultima vreme s-a introdus noțiunea de temperatura omoloaga .Prin temperatura omoloaga se înțelege raportul dintre temperatura de deformare plastica si temperatura de topire in grade absolute.

1.2 DEFORMAREA PLASTICA LA CALD

In timpul deformării plastice la cald a lingourilor din materiale si aliaje de puritate industriala, la început se produce încheierea si eventual sudarea defectelor de material ca microretasuri, sufluri, fisuri intercristaline, etc. Datorita acestui fapt, compactitatea sau greutatea specifica a materialului creste. Aceasta creștere a greutății specifice este cu atât mai mare, cu cat defectele de material sunt mai numeroase, respectiv cu cat greutatea specifica a materialului turnat este mai mica, in comparație cu cea reala. Astfel in cazul laminarii otelului necalmat, greutatea specifica a acestuia poate creste cu pana la 10…12o/o. Aceasta creștere a greutății specifice, respectiv a compactității materialului, are loc in timpul primelor 5…6 treceri ale lingoului printre cilindrii de laminare. La trecerile următoare, compactitatea metalului in timpul deformării plastice la cald se menține constanta.

In cazul metalelor si aliajelor, care in stare turnata poseda compactitate ridicata, greutatea specifica creste in masura mult mai mica. Astfel, in cazul unui otel calmat, echivalent cu OLC 45, greutatea specifica a acestuia, a crescut de la 7,819kg/dm3 in stare turnata, la 7,824kg/dm3 dupa forjarea cu un coroiaj de 1,5, si la 7,827kg/dm3 dupa forjarea cu un coroiaj de 2,5. La marirea in continuare a coroiajului, adica a raportului dintre suprafata transversala inainte si dupa forjare, greutatea specifica a otelulului a ramas aproximativ constanta.

Paralel cu mărirea compactității, in timpul deformării plastice la cald, are loc si procesul de distrugere a structurii de turnare prin recristalizare si difuzie precum si alungirea grăunților si incluziunilor. Întrucât deformarea plastica la cald, se produce la temperaturi superioare, celei de recristalizare, simultan cu alungirea grăunților, are loc si recristalizarea acestora, fapt pentru care in final numai incluziunile si defectele care nu s-au sudat raman alungite. Datorita orientării si alungirii pe care o suferă defectele nesudate si incluziunile, structura metalelor si aliajelor deformate plastic la cald devine fibroasa.

In structura metalelor si aliajelor deformate plastic, fibrajul este cu atât mai pronunțat cu cat acestea sunt mai impure, iar temperatura de deformare plastica a fost mai joasa, fapt pentru care defectele au rămas nesudate. In care lingourilor mari, forjate la utilaje subdimensionate, sau cu grade mici de deformare unitara, fibrajul apare mai pronunțat in zona periferica. Punerea in evidenta a fibrajului se face prin analiza macroscopica, întrucât la microscop incluziunile alungite si defectele care nu s-au sudat in timpul deformării plastice la cald se observa numai in zone de suprafața foarte mica.

Datorita fenomenelor care au loc in timpul deformării plastice la cald, metalele si aliajele forjate in comparație cu cele turnate isi schimba nu numai compactitatea ci si valoarea caracteristicilor mecanice.

La începutul deformării plastice la cald are loc o creștere pronunțata a caracteristicilor mecanice in toate direcțiile. După un oarecare grad de deformare plastica creșterea caracteristicilor mecanice in direcția longitudinala isi reduce din intensitate, tinzând spre o asimptota, iar valoarea caracteristicilor mecanice in direcție transversala începe sa scadă.

Creșterea caracteristicilor mecanice in ambele direcții, la începutul deformării plastice la cald, se datorează pe de o parte sudarii defectelor de turnare si compactizării, iar pe de alta parte proceselor de difuziune si recristalizare, in urma cărora se omogenizează, iar incluziunile cu punctul de topire mai scăzut trec de la limita grăunților primari in interiorul grăunților recristalizați.

Din otelul perlitic (OSC 8) s-a executat o epruveta in care s-a introdus un șurub confecționat din hotel carbon redus. Epruveta astfel executata s-a încălzit la 1 000oC si s-a deformat prin refulare cu aproximativ 30%.

Cu excepția gradului de deformare plastica, a cărei valoare, din cauza frecării exterioare, a variat de-a lungul axei longitudinale de la 5 la 45%, restul s-au menținut identice. Se observa ca nu numai prin mărirea gradului de deformare plastica, viteza de difuzie a crescut in limite foarte largi, limite nerealizabile prin recoacerea de omogenizare. Pe măsura ridicării gradului de omogenizare a structurii, se imbunatatesc si caracteristicile mecanice ale materialului sau aliajului respectiv.

Reducerea pana la anulare, după un anumit grad de deformare plastica, a intensității de creștere a caracteristicilor mecanice in direcție longitudinala, se datorează realizării maximului posibil de compactizare, omogenizare si sudare a defectelor de material.

Micșorarea caracteristicilor mecanice in direcție transversala după ce s-a atins valoarea maxima, se datorează defectelor nesudate si incluziunilor care se alungesc in timpul deformării plastice la cald.

Privind aspectul microscopic al incluziunilor alungite in timpul deformării plastice la cald, se observa ca in direcție longitudinala secțiunea afectata de incluziuni este foarte redusa, practic neglijabila, in timp ce in direcție transversala secțiunea afectata de incluziuni este incomparabil mai mare, ceea ce explica diferența dintre valorile caracteristicilor mecanice.

Rezulta ca principalii factori care contribuie la micșorarea caracteristicilor mecanice, in direcție transversala, după deformarea plastica la cald, sunt:

● gradul de impurificare;

● numărul defectelor de material care nu au putut fi sudate.

Pe măsura ridicării gradului de puritate si a sudarii defectelor de material cresc caracteristicile mecanice in direcție transversala. Experimental s-a demonstrat ca in cazul metalelor si aliajelor fara defecte si de puritate absoluta, după deformarea plastica la cald, caracteristicile mecanice, in cele doua direcții, poseda aceiași valoare.

Diferența intre valorile caracteristicilor mecanice in direcție longitudinala si transversala adică anizotropia, poate fi redusa si prin întocmirea judicioasa a procesului tehnologic de forjare. In acest scop încălzirea se face la temperaturi cat mai ridicate, iar forjarea la aceste temperaturi, fie ca se executa printr-o succesiune de întinderi si refulări, fie ca se executa numai prin întinderi, dar in așa fel incat fibrajul sa nu se mai formeze intr-o singura direcție.

Procedeele de deformare plastica la semirece si semicald, utilizabile in măsura mai restrânsa, conduc la modificarea caracteristicilor mecanice in cadrul limitelor obținute prin deformare plastica la rece sau la cald. In acest caz cu cat temperatura de deformare plastica este mai scăzuta, sau mai ridicata, cu atât mai apropiate sunt valorile caracteristicilor mecanice de cele obținute prin deformare plastica la rece, respectiv la cald.

1.3 INFLUENTA DEFORMARII PLASTICE ASUPRA CARACTERISTICILOR FIZICO-MECANICE ALE MATERIALELOR SI ALIAJELOR

Prin plasticitate se intelege capacitatea metalelor si aliajelor de a-si schimba forma si dimensiunile initiale, datorita actiunii unor forte exterioare, fara asi distruge integritatea.

Factorii de care depinde plasticitatea sunt: natura si starea materialului si conditiile de deformare plastica.

Prin natura si starea materialului se intelege :

– felul materialului sau aliajului;

– gradul de aliere;

– marimea lingoului;

– starea de tratament termic sau de deformare plastica.

Dintre conditiile de deformare plastica fac parte temperatura si viteza de deformatie, starea de tensiune si neuniformitatea deformatiei.

Compozitia chimica. In general, metalele sunt mai plastice decat aliajele pe care acestea le formeaza. Plasticitatea mai scazuta la aliaje decat la metalele din care provin se datoreaza prezentei in reteaua cristalina a unor atomi cu raze diferite, sau a unor faze noi in masa metalica de baza. Patrunderea in reteaua cristalina a unor atomi cu raze mai mari sau mai mici decat atomii elementului de baza, precum si aparitia unor faze noi, ingreuneaza alunecarea intercristalina, ceea ce influenteaza negativ asupra distrugerii integritatii materialului. In acest caz, plasticitatea este cu atat mai mica cu cat este mai mare diferenta dintre razele atomice ale elementelor de aliere. Asa se explica, de ce dintre aliaje solutiile solide sunt cele mai plastice, iar compusii definiti sunt cei mai fragili, in timp ce amestecurile mecanice ocupa o pozitie intermediara. Plasticitatea mai scazuta pentru compusii definiti si amestecurile mecanice, fata de solutiile solide se explica si prin formarea mai multor faze in masa metalica de baza. In comparatie cu aliajele monofazice, plasticitatea aliajelor bi sau polifazice este mai redusa, deoarece alunecarea intercristalina se produce mai greu in aliajele cu mai multe faze si cu mai multe sisteme de cristalizare.

Pe de alta parte, plasticitatea aliajelor, exprimata prin gatuirea Z, se reduce si cu cresterea gradului de aliere. In fig. 1 este redata variatia plasticitatii in functie de de gradul de aliere pentru aliajul binar, compus din elementele sau metalele A si B, care formeaza o solutie solida total miscibila.

In fig.1 se observa ca pe masura cresterii procentului de metal B si A, plasticitatea scade continuu, atinge un minim la cca. 50% B sau A si apoi incepe sa creasca pana la valoarea plasticitatii elementului B, cand concentratia de B este 100%. Valoarea minima a plasticitatii de 50% B in A sau A in B se explica prin aceea ca denaturarea retelei elementului de baza creste cu gradul de aliere pana la 50%, iar dupa aceea elementul de aliere devine element de baza si invers.

Influenta simultana a mai multor elemente de aliere asupra plasticitatii, are un caracter mai complex, fiind conditionata de gradul de aliere, felul elementelor de aliere si natura

aliajului ce se obtine. Din aceste considerente, valorile exacte ale plasticitatii aliajelor si in particular ale otelurilor aliate, se determina numai pe cale experimentala.

Fig. 1

Puritatea. Din punctul de vedere al puritatii, metalele si aliajele cu puritate mai ridicata sunt mai plastice decat cele cu continut ridicat de gaze si incluziuni. Gazele, indiferent de provenienta, micsoreaza plasticitatea in toate cazurile. Dintre incluziunile metalice sau nemetalice, plasticitatea la cald este redusa foarte mult mde incluziunile cu punctul de topire mai scazut decat al masei metalice de baza.

Modificarea plasticitatii la cald de catre incluziunile cu punctul de topire mai ridicat decat al masei metalice de baza este neinsemnata, practic neglijabila.

Uneori acelasi element de inpuritate influenteaza diferit, in functie de compusul pe care il formeaza. Un exemplu de acest fel il constitue sulful in oteluri. Cand sulful se gaseste sub forma de sulfura de fier, plasticitatea otelurilor la cald se reduce foarte mult, iar cand acesta se gaseste sub forma de sulfura de mangan, reducerea plasticitatii otelurilor la cald este practic neglijabila. Acest lucru se explica, prin aceea ca sulfura de fier se topeste la temperaturi mai joase decat fierul iar sulfura de mangan la temperaturi mai ridicate. Impuritatile cu temperatura de topire mai scazuta decat a materialului de baza, cum este cazul sulfurii de fier, in timpul solidificarii se depun pe marginea grauntilor primari, iar in timpul deformarii plastice la cald favorizeaza alunecarea intercristalina si distrug legatura dintre graunti, reducand in acest fel plasticitatea. Uneori, incluziunile cu temperatura de topire mai scazuta decat a masei metalice

de baza, se topesc in timpul incalzirii, sau al deformarii plastice la cald, si distrug legatura dintre graunti inainte ca acestia sa se deformeze.

Marimea lingoului. Pe masura cresterii marimii lingoului creste gradul de segregare zonala, adica de concentrare a incluziunilor in zona centrala, si odata cu aceasta scade plasticitatea. Din aceasta cauza plasticitatea lingourilor mari este mai redusa decat a lingourilor mici, desi materialul sau aliajul este acelasi.

Tratamentul termic. Pentru marirea plasticitatii lingourilor care contin incluziuni cu punctul de topire scazut, amplasate la limita grauntilor primari, se recomanda un tratament termic de recoacera sau normalizare.In urma acestui tratament, ca o consecinta a recristalizarii, incluziunile trec de la limita grauntilor primari in interiorul celor recristalizati si in acest fel alunecarile intercristaline nu mai sunt favorizate. Evident ca un asemenea tratament este posibil numai in cazul metalelor si aliajelor cu transformari in stare solida.

Deformarea plastica. Prin recristalizarea care are loc in timpul deformarii plastice la cald incluziunile cu punctul de topire mai scazut trec de la margine in interiorul grauntilor, favorizand cresterea plasticitatii.

De retinut ca recristalizarea de deformare, spre deosebire de recristelizarea fazica, are loc in toate cazurile de deformare plastica la cald, indiferent daca metalele sau aliajele sufera sau nu transformari in stare solida.

Pe langa modificarea prin reclistalizare a pozitiei incluziunilor cu punctul de topire mai scazut, plasticitatea metalelor si aliajelor deformate plastic in prealabil creste si datorita difuziei, care omogenizeaza compozitia chimica.

Temperatura. In general, pe masura ridicarii temperaturii de incalzirii, datorita intensificarii mobilitatii atomice, plasticitatea metalelor si aliajelor creste.

Reducerea plasticitatii in domeniul temperaturilor la care au loc transformarile de faza este cauzata de aparitia unor faze noi, care ingreuneaza alunecarile intracristaline si favorizeaza pe cele intercristaline. De remarcat ca micsorarea plasticitatii in intervalul de temperaturi la care se produc transformarile de faza, eswte cu atat mai pronuntata cu cat viteza de deformare este mai redusa. La temperaturi ridicate, dupa ce plasticitatea a atins valorile maxime, reducerea brusca a acesteia se datoreaza inceputului de topire a incluziunilor cu punctul de fuziune mai scazut si uneori chiar inceputului de topire a metalului sau aliajului respectiv.

Viteza de deformatie. Influenta vitezei de deformatie se manifesta diferentiat, in functie de natura materialului si temperatura la care are loc deformarea plastica. Acest lucru se explica prin conplexitatea fenomenelor ce au loc in timpul deformarii plastice si care in foarte mare masura depind nu numai de viteza de deformatie ci si de temperatura de deformare. Principalele procese care au loc in timpul deformarii plastice sunt:

● ecruisarea sau durificarea;

● recristalizarea sau dedurificarea.

Aceste procese sunt puternic influentate atat de temperatura de deformare cat si de viteza de deformatie. Din aceasta cauza influenta vitezei de deformatie trbuie analizata in stransa legatura cu temperatura de deformare si nu independent de aceasta. Analizand in acest fel influenta vitezei de deformatie se pot trage o serie de concluzii.

a). Marimea vitezei de deformatie reduce plasticitatea materialelor si aliajelor in urmatoarele conditii:

● cand viteza cu care au loc procesele de durificare (ecruisare in timpul deformari plastice) este mai mare decat viteza cu care au loc procesele de dedudificare (recristalizare);

● cand ca o consecinta a efectului termic de deformatie temperatura materialului ce se deformeaza se ridica atat incat acesta trece in domeniul temperaturilor de plasticitate redusa. Acest lucru se intampla in cazul in care deformarea plastica are loc, fie la temperaturi inferioare celor de transformare in stare solida, cum este de exemplu temperatura 1, din fig.2, fie la temperatura maxima de incalzire, temperatura 4 din fig.2.

Temperatura in oC

Fig. 2 Variația plasticității in funcție de temperatura, ptr. un aliaj cu

transformări in stare solida.

b). Mărirea vitezei de deformație duce la ridicarea plasticității in condițiile in care:

● procesul de dedurificare in timpul deformării plastice decurge mai repede decât procesul de durificare;

● prin mărirea vitezei de deformație, ca o consecința a efectului termic, temperatura metalului ce se deformează trece din zona temperaturilor cu plasticitate redusa, in zona celor cu plasticitate ridicata. Spre deosebire de cazul precedent, aceasta trecere are loc in cazul in care deformarea plastica se produce la temperaturi scăzute sau la temperaturi din domeniul transformărilor de faza, cum este de exemplu temperatura 2 din fig.2.

● in cazul când viteza proceselor de recristalizare este aproximativ aceeași cu a celor de ecruisare, iar ridicarea temperaturii, datorita efectului termic, este redusa, ori se produce la intervalul in care plasticitatea nu se modifica, ca de exemplu intervalul 3-4 din fig. 2 , influenta vitezei de deformație asupra plasticității este neglijabila. De reținut ca prin viteza de deformație se înțelege raportul dintre gradul de deformare plastica si timpul de deformare. In funcție de unitatea de măsura a gradului de deformare viteza de deformație se măsoară in %/ s, sau s-1.

Pe langa viteza de deformație, la deformarea plastica a metalelor si aliajelor se mai intalneste si noțiunea de viteza de deformare, care este data de viteza de deplasare a sculelor si care se măsoară in cm/s sau in m/s.

Viteza de deformație, sau viteza relativa Vr este data de relația:

Viteza de deformare sau viteza absoluta Va este data de relația:

Din aceste doua relații rezulta ca ecuația de legătura dintre cele doua viteze este:

.

Cu alte cuvinte, la aceeași viteza de deformare, viteza de deformație este cu atât mai mare cu cat este mai mica inaltimea semifabricatului ce se deformează. Întrucât viteza de ecruisare, care condiționează plasticitatea si rezistenta la deformare plastica, este direct proporționala cu viteza de deformație, la analiza proceselor care au loc in timpul deformării plastice, trebuie ținut seama de viteza de deformație si nu de cea de deformare.

Starea de tensiune. Dintre factorii care influențează asupra plasticității, stare de tensiune reprezintă factorul care modifica cel mai mult valorile acestuia.

In figura 3 sunt reprezentate schemele posibile ale stării de tensiune.

Presupunând ca materialul ce urmează a fi deformat plastic este supus unor forte de tracțiune in trei direcții, starea de tensiune care se formează este S4, adică întindere spațiala. Daca din condițiile de tensiune S4 toate trei tensiunile sunt egale intre ele, plasticitatea este nula, indiferent de natura materialului sau aliajului si de restul condițiilor de deformare

plastica. Acest lucru se explica prin aceea ca metalele si aliajele nu-si pot modifica volumul prin deformare plastica.

Fig. 3 Stările de tensiune

Prin micșorarea uneia dintre cele trei tensiuni, convențional tensiunea 3, materialul supus deformării plastice si schimba forma si dimensiunile, fora a-si modifica volumul. In acest caz pe măsura creșterii dimensiunilor in direcția tensiunilor 1 si 2, se micșorează cea de-a treia dimensiune in direcția tensiunii 3. Proporțional cu micșorarea tensiunii 3 plasticitatea creste, dar romane totuși la valori reduse, deoarece toate forțele de deformare plastica acționează in sensul distrugerii integrității materialului.

Când tensiunea 3 se anulează, starea de tensiune trece din S4 in P3 iar plasticitatea creste, întrucât in direcția tensiunii 3 forța de tracțiune s-a anulat. Daca după anulare tensiunea 3 si schimba semnul si începe sa crească, starea de tensiune trece din P3 in S3.

In acest caz tensiunea 3, devenind pozitiva, se schimba reciproc cu 1, iar plasticitatea continua sa crească, deoarece forța de comprimare, care acționează in direcția tensiunii 3, respectiv 1 se opune distrugerii integrității materialului. Se observa ca plasticitatea creste continuu de la S3 la S2 si de la S2 la S1, unde se obțin cele mai mari valori.

De remarcat ca si in cadrul stării de tensiune S1, plasticitatea nu este constanta ci depinde de raportul dintre tensiunile extreme 1 si 3. Cu cat este mai mica diferența dintre cele doua tensiuni extreme, respectiv cu cat este mai mare presiunea hidrostatica

, cu atât mai mare este plasticitatea. Daca insa tensiunea minima 3 este egala cu tensiunea maxima 1, materialul nu si mai distruge integritatea, indiferent de valoarea forțelor care acționează asupra lui, dar nici nu se deformează. In acest caz, plasticitatea se considera nedefinita. Daca dimpotrivă tensiunea 3 se anulează starea de tensiune se transforma din S1 in P1, iar plasticitatea se reduce.

Se observa ca plasticitatea creste de la S4 la S1 si scade de la S1 la P1, respectiv L1. Cu alte cuvinte, plasticitatea se mărește cu creșterea numărului tensiunilor de comprimare si scade cu creșterea numărului tensiunilor de întindere. Ținând seama de aceasta regula se poate determina cu ușurința, care din doua sau mai multe stări de tensiuni, posibil de realizat, conduce la obținerea unor valori mai mari ale plasticității. După ce s-a stabilit starea de tensiune optima, plasticitatea mai poate fi modificata si prin modificarea raportului dintre tensiunile extreme, sau ale valorii presiunii hidrostatice. Ca interval de valori, prin modificarea stării de tensiune plasticitatea poate fi mărita de la zero pana la infinit.

Neuniformitatea deformației influențează negativ asupra plasticității, fapt pentru care se recomanda ca valorile deformării plastice locale sa fie cat mai uniforme in întreg volumul sau al semifabricatului forjat.

1.4 REZISTENTA LA DEFORMAREA PLASTICA

Prin rezistenta la deformare plastica se înțelege raportul dintre forța exterioara care acționează in vederea deformării plastice, si suprafața de contact, normala la aceasta forța. Întrucât forța exterioara se transmite materialului printr-o tensiune care acționează in aceiași direcție si același sens, uneori prin rezistenta la deformare plastica se înțelege tensiunea necesara pentru ca materialele si aliajele sa treacă din stare elastica in stare plastica.

Principalii factori de care depinde rezistenta plastica sunt:

● natura materialului sau siajului;

● condițiile de deformare plastica.

Compoziția chimica. In general aliajele sunt mai rezistente la deformarea plastica, in comparație cu metalele din care acestea s-au format. Acest lucru se explica prin îngreunarea proceselor de alunecare, in timpul deformării plastice, de câtre atomii cu raze inegale, sau de câtre fazele cu sisteme de cristalizare diferite.

Pe măsura ridicării temperaturii de încălzire, rezistenta de deformare scade monoton, in cazul metalelor si aliajelor fora transformări de stare solida, si cu mici abateri in cazul metalelor si aliajelor cu transformări in stare solida. Excepție de la aceasta regula fac otelurile pentru care la încălzirea pana la cca. 250oC rezistenta la deformare creste.

Majoritatea rezistentei de deformare plastica in domeniul tranformarilor de faza este cu atât mai evidenta, cu cat este mai redusa viteza de deformație.

Intensitatea cu care se micșorează rezistenta la deformarea plastica pe măsura ridicării temperaturii de încălzire, diferă de la un metal sau aliaj la altul, așa cum se observa din fig. 4.

Întrucât legile după care scade rezistenta la deformare plastica pe măsura ridicării temperaturii de încălzire, nu sunt inca suficient cunoscute, valorile in funcție de temperatura trebuie determinata experimental. Valorile rezistentei la temperaturi ridicate, stabilite pe baza rezistentei la temperatura mediului ambiant, s-au dovedit inexacte.

Viteza de deformație. Influenta vitezei de deformație asupra rezistentei de deformare plastica este condiționata de raportul dintre viteza de ecruisare si cea de recristalizare, inclusiv efectul termic. Astfel daca viteza de ecruisare majorata ca o consecința a creșterii vitezei de deformație depaseste viteza de recristalizare, rezistenta la deformare creste. In cazul in care, datorita efectului termic de deformare plastica temperatura materialului creste cu viteza de deformație, iar viteza de ecruisare ramane sub cea de recristalizare, valorile rezistentei de deformare se modifica in concordanta cu curba de variație a rezistentei, in funcție de temperatura. Se observa ca si in cazul rezistentei la deformare plastica, influenta vitezei de deformație trebuie analizata împreuna cu temperatura.

Temperatura in oK

Temperatura in oK

Fig. 4 Variația rezistentei la deformație plastica in

funcție de temperatura

Starea de tensiune. Presupunând ca starea de tensiune este S1, comprimarea spațiala (vezi fig. 3 ), si ca cele trei tensiuni sunt egale intre ele, materialul nu se deformează indiferent de valoarea forței exerioare care acționează in sensul deformării plastice. Cu alte cuvinte, in acest caz, rezistenta la deformare plastica este infinita.

Pentru ca materialul sa se deformeze plastic este necesar ca cel puțin una din cele trei tensiuni sa fie mai mica decât celelalte doua. In acest caz, deși materialul se deformează plastic, rezistenta la deformare ramane totuși ridicata, deoarece cele trei tensiuni acționează in sensul micșorării dimensiunilor semifabricatului.

Daca una din cele trei tensiuni este nula sau de sens contrar, rezistenta la deformare se reduce considerabil, întrucât in acest caz una din cele trei tensiuni, fie ca nu se mai opune, fie ca acționează in sensul deformării materialului.

Când asupra semifabricatului acționează o singura tensiune, de comprimare sau de întindere, rezistenta la deformarea plastica este egala cu limita de curgere a materialului.

Din cele de mai sus rezulta ca rezistenta la deformarea plastica este maxima pentru tensiunile omogene, adică tensiunile de același fel, minima pentru tensiunile neomogene (P2, S2, si S3 vezi fig. 3) si egala cu limita de curgere a materialului pentru stările de tensiune liniara L1 si L2. Acest lucru rezulta si din condițiile de deformare plastica exprimate prin ecuația:

in care:

1 si 3 – reprezintă tensiunile de valoare maxima si minima ce se creează in timpul deformării plastice;

c –limita de curgere a materialului.

Conform acestei ecuații,pentru ca materialul sa se deformeze plastic este necesar ca diferența dintre tensiunile extreme sa fie cel puțin egala cu limita de curgere a materialului.

Ținând seama ca forța de deformare plastica este condiționata de tensiunea maxima 1,ecuația de mai sus poate fi scrisa sub forma :

1≥c+3.

Se observa ca daca 1‗2‗0 ,cazul tensiunii liniare,atunci 1‗c .Daca 3 este de același semn cu 1 rezistenta la deformare se ridica la valoarea sumei c+3,iar daca 3 este de semn contrar tensiunii 1, rezistenta la deformare se reduce la valoarea diferenței c-3.

Cunoscând factorii care influențează asupra forjabilității, prin modificarea plasticității si a rezistentei la deformare plastica si acționând in sensul concluziilor desprinse din analiza acestor factori, se pot stabili cu ușurința, regimul termomecanic de forjare, care sa asigure o cat mai buna forjabilitate.

CAPITOLUL 2

MATRITAREA

2.1 MATRITAREA DESCHISA SI MATRITAREA INCHISA

Matrițarea constituie procedeul de prelucrare prin presiune a metalelor si aliajelor la care materialul in timpul deformării plastice se deformează simultan in întreg volumul, iar curgerea acestuia este dirijata fiind condiționata de forma si dimensiunile cavitarilor sculelor. Întrucât sculele in care are loc deformarea plastica a materialului in timpul matrițării se numesc matrițe, uneori matrițarea se mai intalneste si sub denumirea de forjare in matrița.

In comparație cu forjarea, matrițarea este un procedeu mult mai economic si mai progresiv, fapt pentru care in ultima vreme piesele obținute prin matrițare procentual ocupa un loc din ce in ce mai mare fata de cele ce se executa prin forjare.

Alegerea modului de obținere a unei piese prin forjare sau prin matrițare este condiționata in primul rând de numărul de piese. In cazul unicatelor si seriilor mici se prefera forjarea, iar in cazul seriilor mijlocii si mari matrițarea.

La alegerea modului de execuție a pieselor prin forjare sau prin matrițare, in afara de mărimea seriei, un rol hotărâtor îl are si mărimea piesei. Astfel, piesele mari ce nu pot fi executate prin matrițare se forjează indiferent de mărimea seriei si de prețul de cost.

Spre deosebire de aceste doua procedee distincte, in unele cazuri se mai intalneste si forjarea mixta care consta in combinarea forjarii si matrițării in vederea obținerii aceleiași piese. In acest caz matrițarea se efectuează parțial, adică numai pe o porțiune a piesei unde configurația este mai complexa, iar restul piesei se executa prin forjare.

Matrițarea se executa atât la ciocane cat si la prese sau alte mașini cu destinație speciala si poate fi impartita astfel:

● matrițare deschisa;

● matrițare închisa.

Matrițarea deschisa sau cu bavura se caracterizează prin formarea unei bavuri care atrage după sine o pierdere de material ca deșeuri, un plus de manopera pentru înlăturarea acestuia din urma, precum si schimbarea direcției fibrajului in piesa obținuta. In schimb matrițarea cu bavura da posibilitatea obținerii unor piese cu configurații mai complexe si nu necesita semifabricate cu volumul riguros exact.

După modul de construcție a matrițelor, matrițarea deschisa se împarte in:

● matrițare unilaterala;

● matrițare bilaterala.

Principalul avantaj al matrițării bilaterale consta in reducerea consumului de material din bavura si din adaosul tehnologic pentru înclinarea pereților, ceea ce atrage după sine si reducerea manoperei la prelucrarea mecanica prin așchiere.

Ca dezavantaj trebuie remarcat faptul ca matrițele pentru matrițarea bilaterala sunt mai scumpe decât cele pentru matrițarea unilaterala.

Indiferent insa de costul matrițelor si de consumul de material, in cazul pieselor de configurație mai complexa matrițarea bilaterala este obligatorie. Datorita acestui fapt in cazul matrițării deschise se folosește aproape in exclusivitate matrițarea bilaterala.

Matrițarea închisa consta in deformarea semifabricatului in matrițe cu unul sau mai multe locașuri si obținerea piesei fara bavura.

Uneori matrițarea închisa se mai numește si matrițare fara bavura.

Matrițarea închisa se intalneste cel mai frecvent in cazul mașinilor orizontale de forjat, care au doua planuri de separație, mai puțin la prese si foarte puțin la ciocane.

La matrițarea închisa efectuata la prese matrița se executa dintr-o singura bucata. Pentru ușurarea scoaterii piesei pereții sunt inclinati in partea inferioara a locașului de matrițare, iar matrițele sunt prevăzute cu extractoare.

In cazul când matrițarea se efectuează la mașini orizontale de forjat matrițele se executa din doua bucati dintre care una este mobila, fapt pentru care înclinarea pereților si prezenta extractorului nu mai sunt necesare.

Comparând cele doua procedee de matrițare arătate mai sus se pot desprinde mai multe particularitati.

a). Matrițarea deschisa permite obținerea pieselor cu dimensiuni exacte din semifabricate cu dimensiuni neexacte. Acest lucru este posibil datorita canalului de bavura care poate prelua in anumite limite plusul de material. Spre deosebire de aceasta, matrițarea închisa necesita ca semifabricatele sa fie executate (laminate) cu tolerante restrânse, iar debitarea acestora sa se facă la dimensiuni riguros exacte. In caz contrar dimensiunile pieselor matrițate vor fi diferite, abaterile fiind cu atât mai mari cu cat va fi mai mare diferența de volum sau de greutate a semifabricatelor. Daca matrițarea se executa la utilaje care au cursa fixa, cum sunt presele cu excentric, datorita incompresibilității metalelor, diferența de volum sau de greutate a semifabricatelor duce la suprasolicitarea utilajelor, precum si la uzura prematura a acestora. Pentru evitarea suprasolicitării utilajelor cu cursa fixa, la matrițarea închisa se recomanda ca matrițele sa fie prevăzute cu o cavitate suplimentara care sa poată prelua plusul de material. Evident ca in cazul matrițării închise plusul de material este mult mai redus decât la matrițarea deschisa, iar uneori lipsește in întregime. De asemenea, trebuie avut in vedere ca aceasta cavitate, numita si colector sa fie amplasata in zona in care umplerea matriței se realizează cel mai greu si cel mai târziu.

b). La matrițarea deschisa consumul de material este mai mare cu 15… 20% si uneori mai mult, iar productivitatea este mai redusa cu 50 … 60% in comparație cu matrițarea închisa. Acest lucru se datorează lipsei bavurii si a unor adaosuri tehnologice in cazul matrițării închise, precum si numărului mai mare de locașuri si de operații la matrițarea deschisa. Numărul redus de operații la matrițarea închisa ușurează condițiile de mecanizare si automatizare a procesului tehnologic de matrițare. De asemenea, in majoritatea cazurilor manopera necesita prelucrării prin așchiere este mai mica pentru piesele obținute prin matrițarea închisa.

c). La matrițarea deschisa direcția de curgere a materialului in canalul de bavura este orientata perpendicular pe direcția de curgere a materialului in locașul matriței. Orientarea diferita a fibrajului, însoțita uneori si de scoaterea segregației zonale in afara, precum si retezarea fibrajului prin operația de debavurare, conduce la obținerea unor piese cu caracteristici mecanice mai scăzute in cazul matrițării deschise.

d). Starea de tensiune de comprimare spațiala S1, cu valori ridicate pentru presiunea hidrostatica permite ca prin matrițarea închisa sa fie deformate plastic metale si aliaje cu plasticitate scăzuta.

e). Forța necesara matrițării aceleiași piese este mai mare in cazul matrițării deschise, întrucât pentru trecerea materialului in bavura este necesara o forța suplimentara.

f). Matrițarea închisa necesita ca încălzirea materialului sa se fac afara oxidare, iar in caz contrar oxizii formați sa se îndepărteze înainte de matrițare. Spre deosebire de aceasta, matrițarea deschisa permite folosirea semifabricatelor oxidate la încălzire.

g). Matrițarea deschisa se pretează pentru execuția unei game mai largi de piese, din punct de vedere al configurației acestora, si constituie un procedeu mai puțin pretențios in ceea ce privește încălzirea, tolerantele dimensionale ale semifabricatului si utilajul de matrițare.

Din cele mai de sus rezulta ca matrițarea închisa implica o seama de dificultati de execuție, insa datorita reducerii consumului de material si de manopera, constituie un procedeu mai progresiv. Din aceste considerente matrițarea închisa trebuie sa fie folosita in toate cazurile in care configurația piesei permite aplicarea acestui procedeu.

Matrițarea la ciocane. Dintre utilajele folosite la matrițare, ciocanele constituie utilajul care se pretează la matrițarea pieselor de cele mai diferite si complexe configurații. In general la ciocane se matrițează piesele care prezintă schimbări mari ale secțiunii transversale sau care sunt prevăzute cu nervuri ce necesita cavitatea adânci. Dezavantajul matrițării la ciocane îl constituie îngreunarea operațiilor de mecanizare, productivitatea redusa si consumul ridicat de material in adaosurile tehnologice.

In ceea ce privește procedeul de matrițare se menționează ca la ciocane datorita lipsei extractoarelor se matrițează mai mult cu bavura, iar fara bavura se matrițează numai piesele de configurație simpla.

Ținând seama ca in cazul matrițării curgerea materialului in timpul deformării plastice este condiționează pe de o parte de legea celei mai mici rezistente, iar pe de alta parte de configurația si dimensiunile locașurilor matriței, rezulta ca întocmirea desenului de piesa matrițata, stabilirea felului si a succesiunii fazelor de prematritare si dimensionarea locașurilor matriței, constituie principalii factori de care depinde reușita matrițării.

2.2 INTOCMIREA DESENULUI DE PIESA MATRITATA

Desenul piesei matrițate pe langa configurația si dimensiunile piesei indica si felul matrițării, inclusiv succesiunea operațiilor pregătitoare si de matrițare.

Desenul de piesa matrițata se face ținând seama de desenul piesei finite la care trebuie prevăzute adaosurile de prelucrare, adaosurile tehnologice si tolerantele dimensionale. In afara de aceasta pentru execuția matriței pe desenul de piesa matrițata mai trebuiesc prevăzute suprafața (planul) de separație, înclinările piesei, razele de racordare, etc. De asemenea, la executarea matriței trebuie ținut seama si de contracția materialului ce se matrițează.

Planul de separație. La matrițarea deschisa (cu bavura) planul de separație reprezintă planul de desprindere a semimatritelor in vederea introducerii semifabricatului si a scoaterii piesei matrițate. In general la matrițarea deschisa se prevede un singur plan de separație, iar la matrițarea închisa pot fi prevăzute si doua asemenea planuri. In cazul a doua planuri de separație, primul separa cele doua semimatrite, iar al doilea separa poansonul de semifabricat sau piesa.

Alegerea poziției planului de separație trebuie făcuta in funcție de:

● consumul de material in adaosul tehnologic;

● fibrajul obținut in piesa matritata;

● ușurința de execuție a operației de matrițare;

● uzura matrițelor.

Din punct de vedere al consumului de material, din figura 5,a se observa ca in cazul unei piese sferice planul de separație trebuie sa treacă in mod obligatoriu prin poziția I – I care se găsește la intersecția diametrelor sferice. Deplasarea planului de separație in afara planului diametrelor, poziția II – II , din figura 5,b, atrage după sine introducerea adaosurilor tehnologice si in același timp denaturarea formei piesei. Din aceleași considerente, in cazul unui elipsoid planul de separație trebuie sa se găsească, fie in planul diametrului mic, fie in planul diametrului mare, adică in una din axele elipsoidului. Cu alte cuvinte la sfera avem o singura posibilitate de stabilire a planului de separație, iar la elipsoid doua. Din cele de mai sus rezulta ca poziția planului de separație trebuie aleasa incat aria lui sa fie egala cu proectia piesei in plan orizontal.

Fig. 5 Proiecția planului de separație

a – corecta; b – incorecta.

Adaosuri tehnologic, adaosuri de prelucrare si tolerante. Adaosurile tehnologice de matrițare constituie plusul de material ce se prevede in scopul simplificării configurației piesei matrițate in comparație cu cea finita. In funcție de felul matrițării, de configurația piesei si de utilajul folosit adaosurile tehnologice pot fi:

● obligatorii;

● facultative.

Adaosul de prelucrare constituie plusul de material ce se prevede pe suprafețele care urmează a fi prelucrate prin așchiere in vederea inlaturarii defectelor de suprafața si a restrângerii tolerantelor dimensionale, adică a abaterilor de la cota nominala.

Admițând ca după matrițare piesa se prelucrează prin așchiere pe toate fetele, rezulta ca la cotele finale trebuie prevăzut adaosul de prelucrare. De reținut ca acest adaos se prevede numai pe suprafețele care ulterior se prelucrează prin așchiere.

Întrucât pentru scoaterea piesei din matrița pereții acesteia trebuie sa aibă o anumita inclinare, pe langa adaosul de prelucrare se prevede si un adaos tehnologic necesar înclinării pereților. La consumul de material trebuie însumat si adaosul tehnologic din puntița de la mijlocul găurii. Aceasta puntița este necesara in toate cazurile de găurire in timpul matrițării, iar înlăturarea ei se facă fie in timpul prelucrării mecanice prin așchiere, fie prin debavurare.

Valoarea adaosului de prelucrare depinde in primul rând de adâncimea de pătrundere in material a defectelor de suprafața si in al doilea rând de modul sau tehnologia de execuție a piesei. Dintre factorii de baza care influențează valoarea adaosului de prelucrare fac parte:

● caracteristicile tehnologice ale materialului ce se matrițează (plasticitatea si rezistenta la deformare plastica);

● dimensiunile piesei;

● greutatea piesei;

● configurația piesei.

Spre deosebire de adaosurile de prelucrare, tolerantele dimensionale trebuie prevăzute in toate cazurile, indiferent daca piesa matritata se prelucrează sau nu pe suprafața respectiva. La rândul lor tolerantele sunt determinate de următorii factori:

● felul matrițării si uzura admisibila a matrițelor;

● modul de încălzire a metalului si de îndepărtare a tunderului înainte de matrițare;

● felul si starea utilajelor de matrițare;

● intervalul temperaturilor la sfârșit de matrițare;

● forma (configurația) si dimensiunile piesei matrițate;

● calitatea si felul semifabricatului inițial.

Factorii enumerați mai sus influențează asupra valorii tolerantelor in mod diferit, iar acestea din urma ca si adaosurile de prelucrare se stabilesc conform normelor uzinale sau standardelor in vigoare. Pentru piesele matrițate din hotel valoarea limita a adaosurilor de prelucrare si a tolerantelor admisibile in funcție de felul utilajului, configurația si mărimea piesei si clasa de precizie ceruta de proiectant, se stabilește conform STAS 1299 – 67 si 7660 – 66. De reținut ca la calculul necesarului de material tolerantele de matrițare nu se iau in seama.

Înclinările de matrițare. La matrițare, pe suprafețele de lucru ale matriței apar forte de frecare exterioara care îngreunează extragerea pieselor matrițate.

Apariția forțelor de frecare pe suprafețele de contact dintre matrița si piesa matritata necesita ca pereții ca pereții locașurilor de matrițare sa nu se execute perpendicular pe direcția planului de separație ci cu o anumita inclinare numita inclinare de matrițare. Se înțelege ca cu cat aceasta inclinare va fi mai mare cu atât extragerea din matrița a piesei matrițate va fi mai ușoara si invers. Prin urmare, din punct de vedere al extragerii pieselor din matrița înclinările de matrițare ar trebui sa fie cat mai mari. Pe de alta parte mărimea înclinărilor de matrițare atrage după sine majorarea consumului de material in adaosul tehnologic, majorarea manoperei la prelucrarea prin așchiere, îngreunarea umplerii locașurilor de matrițare si micșorarea durabilității matriței. Din aceste considerente se necesita ca înclinările de matrițare sa fie astfel executate incat sa asigure extragerea piesei cu ușurința pentru o valoare cat mai mica a unghiului de inclinare.

Forțele care acționează in timpul extragerii piesei pana in momentul in care aceasta se desprinde de matrița sunt arătate in figura 6.

Fig.6 Forțele care acționează in timpul extragerii piesei

matrițate

Se observa ca la extragerea piesei din matrița acționează forța de extracție Pex, forța de frecare exterioara T care se opun extragerii, si forțele normale pe pereții piesei si matriței N care ajuta extragerea.

Proiectând pe axa verticala z – z forțele ce acționează la extragerea piesei se obține:

de unde:

Admițând ca forța de frecare exterioara T este data de produsul in care µ este coeficientul de frecare intre piesa si matrița si înlocuind pe T in formula de mai sus rezulta:

In general valoarea coeficientului de frecare exterioara µ se păstrează constanta pentru aceleași condiții de matrițare. Presupunând ca valoarea coeficientului de frecare µ este egala cu 0,25 variația mărimii forței de extracție Pex, comparativ cu componenta normala N, pentru diferite valori ale unghiului de inclinare  este data in tabelul 1.

Tabelul 1.

Variația forței de extracție in funcție de unghiul de

inclinare a pereților

Daca in loc de 0,25 s-ar fi adoptat pentru coeficientul de frecare exterioara o valoare mai mica, forța de extracție s-ar fi anulat la valori mai mici ale unghiului de inclinare, de exemplu pentru µ=0,05 valoarea lui Pex se apropie de zero când =30.

Din cele de mai sus rezulta ca pentru reducerea forței de extracție este necesar in primul rând micșorarea forțelor de frecare exterioara si numai după aceea mărirea corespunzătoare a unghiului de inclinare. Principalii factori care influențează valoarea forțelor de frecare exterioara sunt:

● natura materialului ce se matrițează;

● temperatura de matrițare;

● gradul de finețe al prelucrării suprafețelor matriței;

● modul de ungere.

Mijlocul principal de reducere a coeficientului de frecare exterioara îl constituie execuția îngrijita a cavitarilor matriței, adică prelucrarea suprafețelor acestora la un grad înalt de finețe, si ungerea matriței înainte de introducerea semifabricatului pentru matrițare. Se înțelege ca cu cat gradul de finețe al prelucrării suprafețelor active ale matriței este mai ridicat cu atât coeficientul de frecare intre materialul ce se deformează si matrița este mai mic si invers. La același grad de finețe o influenta covârșitoare o are ungerea matriței in timpul lucrului.

Ca materiale de ungere a matrițelor in timpul lucrului in literatura de specialitate si in practica întreprinderilor se întâlnesc mai multe rețete, ca de exemplu:

● ulei mineral ars;

● amestec de ulei mineral ars;

● suspensie de grafit si leșie sulfiți ca si apa;

● bisulfura de molibden (molicot);

● rumeguș de lemn umezit;

● apa cu sare de bucătărie, etc.

Un alt mijloc de ușurare a extracției piesei din matrița îl constituie, așa după cum a fost arătat mai sus, înclinarea pereților. Din punct de vedere pozițional, inclinație pereților se împarte astfel:

● interioara;

● exterioara.

Fig. 7 Inclinare interioare si exterioare

Prin inclinari interioare se înțeleg înclinările de pe pereții piesei care in timpul contracției la răcire se strâng pe matrița, iar prin inclinari exterioare se înțeleg înclinările de pe suprafețele care in timpul răcirii se desprind de matrița. Datorita influentei diferite pe care o exercita contracția piesei matrițate in timpul răcirii asupra pereților matriței inclinatia acestora trebuie sa fie diferita, fiind mai mare pentru înclinările interioare si mai mica pentru cele exterioare unde piesa se desprinde mai ușor de matrița. In afara de aceasta înclinările de matrițare depind si de felul utilajului, cu sau fara extractoare (aruncătoare) precum si de felul matrițelor, cu unul sau doua planuri de separație.

In tabelul 2 sunt redate conform STAS 7670 – 66 valorile informative ale înclinărilor de matrițare in funcție de felul utilajului (mașinii) si al matrițelor.

De remarcat ca in tabela sunt indicate valorile maxime ale înclinărilor de matrițare, acestea putând fi reduse pe măsura imbunatatirii condițiilor de matrițare. Pe langa reducerea consumului de material in adaosurile tehnologice si de manopera la prelucrarea prin așchiere,

pe măsura reducerii înclinărilor de matrițare se reduce forța necesara matrițării, crescând in aceiași măsura durabilitatea matrițelor.

Tabelul 2

Valorile informative ale înclinațiilor de matrițare

La utilajele fara extractor, cum sunt ciocanele, înclinările minime de matrițare se obțin in cazul in care piesa se desprinde din semimatrita superioara numai datorita greutății piesei. Cu alte cuvinte, forța de extracție Pex in semimatrita superioara trebuie sa fie mai mica decât greutatea G a piesei ce se matrițează.

Cavitățile de găurire. La matrițarea pieselor găurite este necesar ca execuția găurilor sa se facă in timpul matrițării, întrucât in acest fel se realizează pe de o parte economii de material, iar pe de alta parte se reduce manopera de prelucrare mecanica prin așchiere. Uneori cavitățile de găurire ușurează umplerea locașului de matrițare.

La rândul sau găurirea prin matrițare se poate executa fie numai dintr-o parte, fie din ambele parți. Si intr-un caz si in celalalt găurirea nu se poate face pe toata inaltimea piesei deoarece ultima cantitate de material din fata dornului se deformează din ce in ce mai greu mărind in același timp forța necesara matrițării. Cantitatea de material ce ramane la sfârșitul găuririi se numește puntița. Mărimea sau grosimea acestei condiționează pe de o parte pierderile de material in deșeuri, iar pe de alta parte durabilitatea matrițelor si valoarea forțelor de matrițare si valoarea forțelor de matrițare si de perforare. Evident ca cu cat grosimea puntiței  este mai mare este si pierderea de material in deșeu, crescând in schimb durabilitatea matrițelor si reducându-se forța de matrițare.

In figura 8 se arata variația forței de matrițare P in funcție de grosimea  a puntiței la găurire.

Fig.8

Se observa ca la valori mici ale puntiței când modificarea volumului de material este neînsemnata forța de matrițare(P) creste asimptotic.

De exemplu pentru un dorn cu diametrul de 200mm, grosimea puntiței este de cel puțin 12mm. In cazul pieselor înalte pentru a nu construi matrițe ce dornuri suple a căror durabilitate este redusa, inaltimea dornurilor se limitează la pentru dornul inferior care se incalzeste si se uzează mai repede, si pentru dornul superior.

Cunoscând inaltimea H a piesei si diametrul al dornului, respectiv al găurii, grosimea puntiței poate fi determinata cu relația:

.

O alta condiție de care trebuie ținut seama in cazul pieselor înalte, o constitue grosimea pereților verticali.

In tabelul 3 se indica valoarea minima a grosimii 1 pentru pereții verticali in funcție de adâncimea de găurire.

Tabelul 3.

Valoarea coeficientului 1, in funcție de adâncimea de găurire

Valorile grosimii 1 din tabelul 3 sunt valabile pentru matrițarea pieselor din oteluri sau aliaje cu plasticitate ridicata, la care adâncimea de găurire este mai mica decât diametrul dornului sau al găurii. Pentru piesele ce se matrițează din metale cu plasticitate redusa sau pentru cele la care adâncimea de găurire este mai mare decât diametrul dornului, valorile grosimii 1 se majorează cu pana la 1,5 ori fata de cele indicate in tabelul 3.

In cazul pieselor scunde care se matrițează in doua sau mai multe locașuri se recomanda ca in locașurile pregătitoare dornurile sa fie bombate convex.

Dornurile bombate in locașurile pregătitoare contribuie la micșorarea forței de matrițare, iar cele profilate de la ultimul locaș contribuie la reducerea forței de perforare.

CAPITOLUL 3

CALCULE DE DIMENSIONARE

3.1 DIMENSIONAREA CANALULUI DE BAVURA

Rolul bavurii la matrițarea deschisa este de a forța semifabricatul ce se deformează sa umple cavitățile matriței si de a colecta plusul de material datorita dimensiunilor inexacte ale semifabricatelor.

De felul cum este conceput si dimensionat canalul de bavura depinde in foarte mare măsura atât umplerea cavitarilor matriței cu materialul ce se deformează cat si consumul de metal in deșeuri (bavura), precum si modul de debavurare. Din aceasta cauza in practica au fost concepute mai multe tipuri de bavura.

Canalul de bavura arătat in figura 9 reprezintă cea mai corecta forma din punct de vedere al curgerii materialului. In acest caz materialul este strangulat la ieșirea din locașul de matrițare pentru ca astfel sa umple mai intai cavitățile acestuia si numai după aceea este lăsat sa curgă liber in bavura. Pentru micșorarea forțelor de frecare exterioara pe care le întâmpina materialul la trecerea din matrița in bavura ar fi necesar ca raza de rotunjire R pentru aceiași inaltime h1 sa fie mai mica. Micșorarea exagerata a razei R nu este posibila din cauza supraîncălzirii pragului sau proeminentelor canalului de bavura si deci a uzurii premature a acestuia. La rândul sau canalul de bavura cu pragurile de strangulare uzate nu mai poate forța materialul ce se deformează sa umple mai intai cavitățile matriței si apoi sa treacă in bavura. Cu alte cuvinte canalul de bavura cu pragurile uzate nu-si poate îndeplini principalul sau rol, acela de a forța materialul sa umple mai intai cavitățile locașului de matrițare si apoi sa treacă in bavura. Din aceasta cauza construcția canalului de bavura din aceasta varianta , nu este utilizabila, datorita uzurii rapide a pragurilor de strangulare.

Fig. 9 a)Varianta de construcție a canalului de bavura

In scopul măririi rezistentei la uzura, aceasta varianta poate fi înlocuita cu o alta(figura 9 b). In cazul acestei variante, cu cat lățimea pragului de strangulare b1 este mai mare cu atât mai mare va fi si rezistenta acestuia la uzura. Pe de alta parte pe măsura creșterii latimii b1 creste si rezistenta pe care materialul ce se deformează o întâmpina la trecerea din locașul de matrițare in canalul de bavura.

Fig. 9 b)Varianta de construcție a canalului de bavura

Însemnând cu b1 si h1 cele doua dimensiuni ale pragului de strangulare si cu c rezistenta de deformare a materialului la temperatura data, µ fiind coeficientul de frecare exterioara, rezistenta reala de curgere a materialului in bavura R este data de relația:

Întrucât in condițiile de deformare date, c si µ au valori constante, adică produsul , rezulta ca rezistenta de curgere a materialului in bavura in condițiile de deformare date este determinata numai de raportul b1 / h1.

Valoarea absoluta si relativa a dimensiunilor pragului de strangulare trebuie astfel aleasa incat sa asigure pe de o parte rezistenta necesara la trecerea materialului in bavura, iar pe de alta parte durabilitatea matriței.

Volumul bavurii se calculează ținând seama pe de o parte de rolul acesteia in procesul matrițării, iar pe de alta parte de faptul ca bavura nu reprezintă altceva decât un consum suplimentar de material sub forma de deșeuri. Din aceasta cauza este necesar ca volumul bavurii sa fie dimensionat la valorile minime care sa asigure la momentul oportun oprirea curgerii materialului in afara si sa îl forțeze sa ia forma data de cavitățile locașului de matrițare.

Volumul minim necesar bavurarii se determina in funcție de poziția planului de separație si de configurația piesei matrițate si a semifabricatului.

Volumul real al bavurii este întotdeauna mai mare decât volumul minim, fiind condiționat de:

● diferența de greutate sau volum ΔV1 a semifabricatelor datorita tolerantelor de laminare si a celor de taiere(debitare).

● uzura abraziva a matriței ΔV2, uzura care in general variază intre 3 si 5 % din volumul piesei;

● neuniformitatea bavurii ΔV3, neuniformitate care se datorează neconcordantei intre configurația piesei matrițate si a semifabricatului, încălzirii neuniforme, așezării dezaxate a semifabricatului in locașul de matrițare etc.

Din cele de mai sus rezulta ca volumul real Vr fiind mai mare decât volumul minim este dat de relația:

.

Volumul bavurii Vb se calculează cu relația:

in care:

K – este coeficientul de umplere a canalului de bavura;

Ab – suprafața transversala a canalului de bavura;

Pb – perimetrul mediu al bavurii.

Valoarea coeficientului de umplere K variază intre 0.6…0,8, fiind cu atât mai mare cu cat piesa are o configurație mai complexa.

Suprafața transversala Ab este data de valorile latimii si inaltimii canalului de bavura

Perimetrul mediu al canalului de bavura se determina după aceleași reguli ca si centrul de greutate al figurii respective.

Admițând ca dimensiunile si suprafețele canalului de bavura sunt cele indicate in figura 10, distanta y de la centrul de greutate G la un punct oarecare O, adică distanta de la linia perimetrului mediu la punctul O, se determina cu relația:

in care:

A1 si A2 – reprezintă suprafețele canalului de bavura;

A – suprafața totala a canalului de bavura (A= A1+A2);

x si y – distanta de la punctul O la centrul de greutate al suprafeței A1, respectiv A2.

Fig. 10 Dimensiunile de referința in vederea stabilirii

centrului de greutate al bavurii

Stabilirea dimensiunilor canalului de bavura se face ținând seama de rolul pe care îl are bavura in procesul de matrițare. Din aceste considerente dimensiunile b1 si h1, adică dimensiunile pragului de strangulare trebuie calculate in așa fel incat sa asigure împiedicarea curgerii materialului in bavura atâta timp cat cavitățile matriței nu s-au umplut inca.

Cunoscând perimetrul mediu Pm si suprafața canalului de bavura, volumul acestuia se determina cu relația:

In funcție de mărimea si configurația piesei volumul bavurii variază in limite foarte largi, astfel ca pentru piesele simple, volumul bavurii fata de volumul piesei se ridica de la 4…8% pana la 25…50%. Pentru piesele mici si complicate volumul bavurii depaseste volumul piesei. Evident ca valorile bavurii in comparație cu volumul piesei, depind in mare măsura si de gradul de tehnicitate al intreprinderii.

In general se admite ca pentru o întreprindere de tehnicitate medie, consumul de metal in bavura sa reprezinte cca. 20% din volumul pieselor matrițate.

Pentru simplificarea calculelor in practica se determina numai valoarea inaltimii h1, iar restul dimensiunilor canalului de bavura se adopta in funcție de aceasta valoare si de felul matrițării(tabelul 4).

Tabelul 4.

Valoarea dimensiunilor caracteristice ale canalului de bavura

Valoarea inaltimii h1 se calculează cu relația:

[mm]

Relația de mai sus in care Ap reprezintă suprafața piesei matrițate in planul de separație, deși prezintă avantajul simplificării calculelor necesare determinării valorii lui h1 are insa dezavantajul ca nu tine seama de configurația piesei atât in planul de separație, cat si in cavitățile matriței. Din aceasta cauza volumul si dimensiunile canalului de bavura si ale bavurii propriu-zise obținute prin calcul trebuiesc verificate si corectate, daca este cazul prin matrițările de proba executate cu ocazia omologării primului lot de piese matrițate.

In cazul pieselor lungi si cu configurația complexa canalul de bavura poate fi executat cu dimensiuni neuniforme, adică cu volume diferite de-a lungul perimetrului piesei in planul de separație. In acest caz in porțiunile cu secțiune transversala variabila, adică in locurile in care deformarea este mai pronunțata si mai ales in porțiunile in care matrițarea se produce cu împingere, materialul fiind obligat sa urce, canalul de bavura trebuie sa fie mai mare decât in porțiunile cu secțiune transversala uniforma in care deformarea plastica se produce prin refulare.

3.2 DIMENSIONAREA LOCASULUI MATRITA

Cavitățile executate in cele doua jumatati de matrița cu scopul de a dirija curgerea materialului in timpul deformării plastice, se numesc locașuri de matrițare sau locașurile matriței. La rândul lor aceste locașuri se împart in:

● locașuri de finisare;

● locașuri de eboșare;

● locașuri pregătitoare.

Locașul de finisare reprezintă negativul piesei matrițate, la care se adaugă canalul de bavura. Dimensionarea locașului de finisare se face ținând seama de adaosurile de contracție si cele de prelucrare mecanica prin așchiere.

In general adaosul de contracție variază intre 0,8…2,0 % si depinde de materialul ce se deformează si temperatura de sfârșit de matrițare (tabelul 5).

Tabelul 5

Valorile coeficientului de contracție pentru diferite

oteluri si temperaturi (in %)

Valoarea adaosurilor de prelucrare mecanica prin așchiere si a tolerantelor in funcție de dimensiunile, configurația si clasa de precizie a pieselor ce trebuiesc matrițate se stabilesc conform STAS 1299-67 si STAS 7670- 66.

In cazul pieselor cu cavitati inegale in adâncime amplasarea locașurilor de finisare trebuie astfel făcuta incat cavitățile mai adânci sa se găsească in semimatrita inferioara.

Umplerea inegala a semimatritelor in cazul matrițării la ciocane se explica pe de o parte prin inerția momentana a materialului, iar pe de alta parte prin răcirea diferențiata a acestuia, întrucât in semimatrita superioara răcirea este mai pronunțata decât in semimatrita inferioara.

Locașul de eboșare ca si cel de finisare, reprezintă negativul piesei matrițate cu deosebirea ca dimensiunile acestui locaș sunt mai mici in planul orizontal si mai mari in planul vertical fata de dimensiunile indicate in desenul de piesa matritata. Rolul locașului de eboșare este de a ușura curgerea materialului in locașul de finisare si de a mari durabilitatea matriței.

Dimensionarea locașului de eboșare se face in așa fel incat conturul piesei eboșate sa urmărească conturul piesei matrițate, iar matrițarea in locașul următor(finisor) sa se producă prin refulare si nu prin împingere. In acest scop pe inaltime dimensiunile piesei eboșate, respectiv ale locașului de eboșare, trebuie sa fie mai mari ca 15…20 % decât dimensiunile piesei matrițate, iar in direcția orizontala pe grosime, nu si pe lungime, dimensiunile piesei eboșate trebuie sa fie micșorate fata de cele ale piesei matrițate aproximativ in aceiași proporție. Stabilirea exacta a dimensiunilor pe orizontala pentru locașul de eboșare se face astfel incat volumul de material cuprins in acest locaș sa fie egal cu volumul piesei matrițate, inclusiv bavurile. Cu alte cuvinte, secțiunile transversale ale locașului de eboșare in oricare porțiune de-a lungul axei longitudinale trebuie sa fie egale cu secțiunile transversale ale piesei matrițate inclusiv bavurile in porțiunea respectiva.

Razele de racordare ale locașului de eboșare se iau mai mari cu 2…5 mm in comparație cu aceleași raze ale locașului de finisare, iar înclinările de matrițare se iau egale in ambele cazuri. Aceste condiții sunt necesare pentru a ușura curgerea materialului in locașul de eboșare si pentru a permite ca piesa eboșata sa fie introdusa cu ușurința in locașul de finisare, iar cavitățile acestuia din urma sa poată fi complet umplute prin refularea plusului de material in direcția verticala. In cazul pieselor cu proeminente egale in ambele parți ale planului de separație se recomanda ca locașurile de eboșare si de finisare sa fie astfel amplasate incat piesa eboșata sa nu poată fi introdusa in locașul de finisare fara o prealabila rotire cu 1800 in jurul axei longitudinale.

In cazul pieselor cu nervuri înalte si subțiri precum si al pieselor cu secțiunea transversala in forma de H sau dublu T matrițele trebuie astfel executate incat formarea nervurilor sa se producă numai parțial in locașul de eboșare si restul in locașul de finisare.

Pentru ușurarea curgerii materialului in locașul de finisare si mărirea durabilității matriței locașului de eboșare sau preebosare nu trebuie prevăzute cu bavura.

Locașurile pregătitoare se folosesc in funcție de numărul operațiilor premergătoare, adică al operațiilor de refulare, întindere, îndoire, etc. care se executa cu scopul de a da semifabricatului inițial o forma mai apropiata de a piesei matrițate. Din aceasta cauza locașurile pregătitoare poarta denumirea operației pentru care sunt prevăzute, adică locaș de refulare, întindere, îndoire, profilare, etc.

Locașul de refulare. Scopul locașului de refulare este de a reduce inaltimea semifabricatului si de a înlătura oxizii care s-au format in timpul încălzirii. Acest locaș se utilizează numai pentru matrițarea frontala. In cazul absentei acestui locaș la refularea frontala semifabricatele folosite sunt mai scurte si mai groase, ceea ce conduce la pierderi suplimentare de material la debitare si consumuri sporite de combustibil la încălzire. De asemenea, in lipsa locașului de refulare prin introducerea directa a semifabricatului încălzit in locașul de finisare, oxizii formați la încălzire se imprima pe suprafața piesei, ceea ce atrage după sine majorarea adaosului de prelucrare.

Cunoscând volumul si dimensiunile semifabricatului după refulare, inaltimea H a locașului de refulare se adopta egala cu inaltimea semifabricatului refulat, inaltime care se determina in funcție de dimensiunile si configurația locașului de finisare.

Lățimea B a locașului de refulare se adopta cu aproximativ 20% mai mare decât diametrul semifabricatului refulat.

Pentru ca semifabricatul sa nu flambeze in timpul refulării, raportul dintre inaltimea si diametrul acestuia in stare inițiala se adopta in limitele 1,5…2,5.

Notând cu m raportul h/d si cu V volumul semifabricatului inițial diametrul acestuia se calculează cu relația:

In cazul secțiunilor pătrate pentru care , latura pătratului se determina cu relația:

.

Daca valoarea diametrului sau grosimii obținute cu relațiile de mai sus este diferita fata de valorile standardizate pentru produsele laminate, se adopta diametrul sau grosimea cu valoarea imediat superioara fata de cea calculata si se recalculează coeficientul m, inclusiv lungimea semifabricatului.

b) Locașul de întindere. Locașul de întindere servește pentru alungirea pe anumite porțiuni a semifabricatului inițial si concomitent cu aceasta micșorarea secțiunii transversale in porțiunile respective. Acest locaș se utilizează numai in cazul când lungimea semifabricatului inițial este mai mica decât lungimea semifabricatului preforjat (fasonat) si respectiv a piesei matrițate. Alungirea semifabricatului poate fi efectuata prin înaintarea barei sau prin retragerea acesteia. In funcție de felul in care se executa alungirea semifabricatului, prin înaintare sau prin retragere, se executa si locașurile de întindere.

După modul de construcție, locașurile de întindere pot fi:

● deschise;

● închise.

Dintre dimensiunile de baza ale locașului de întindere fac parte:

inaltimea h, adică dimensiunea care determina valoarea grosimii semifabricatului înainte si după întindere. Pentru ca semifabricatul la închiderea completa a matriței sa aibă grosimea dorita, inaltimea h trebuie sa fie egala cu grosimea semifabricatului după întindere;

inaltimea H, a cavitații se adopta de aproximativ de doua ori mai mare decât inaltimea h a pragului;

lungimea pragului de întindere L1, care in acest caz constituie lățimea nicovalei si a ciocanului, se calculează in așa fel incat in timpul preforjării sa nu avem latimi mai mari din cauza lungimii de prindere mare, si nici străpungerii sau suprapunerii de material din cauza valorilor mici ale proeminentelor locașului de întindere. In general lungimea L1 se calculează cu relația:

L1=(1,1…1,5)ds,

in care ds reprezintă diametrul semifabricatului inițial;

– lungimea magaziei L2 se calculează in funcție de modul de întindere. In cazul

întinderii prin înaintare valoarea lungimii L2 se determina cu relația:

,

unde:

L1= lungimea proeminentelor pragului de întindere;

Vs,As = volumul si suprafața semifabricatului in porțiunea studiata, după întindere.

Daca întinderea se executa prin retragere formula de calcul a lungimii L2 este;

,

iar:

Vs’= Vs- Vs” ,

unde:

Vs’ si As’ – volumul si suprafața transversala a semifabricatului nedeformat cuprins in porțiunea magaziei locașului;

Vs” – volumul semifabricatului cuprins intre pragurile de întindere.

lățimea B a locașului de întindere se calculează cu relația:

B= (1,2…1,5)ds.

Valoarea minima se folosește in cazul semifabricatelor cu diametrul mare, de regula peste 80 mm, iar valoarea maxima in cazul semifabricatelor subțiri, sub 40 mm. La calculul valorii latimii pragului de întindere se tine seama ca semifabricatul după latire sa nu iasă in afara limitelor locașului chiar daca așezarea lui in locaș a fost dezaxata cu cativa milimetri.

razele de racordare se calculează cu relația:

r = 0,25L1.

Avantajul folosirii locașurilor închise de întindere consta in intensificarea alungirii si reducerea latirii in timpul deformării plastice. In schimb aceste locașuri fiind mai greu de executat si deci mai scumpe, se recomanda a fi folosite numai in cazul in care diferența intre diametrul semifabricatului înainte si după întindere este relativ mare, sau când întinderea trebuie sa fie efectuata pe o lungime mare. In cazurile in care raportul dintre lungimea semifabricatului in porțiunea întinsa si diametrul acestuia in aceiași porțiune este mai mare decât 15, utilizarea locașurilor închise de întindere devine obligatorie.

Rezulta ca locașurile închise de întindere fiind mai greu de executat decât cele deschise, trebuie utilizate numai in cazurile in care se cere ca operația de întindere sa fie efectuata mai intens si cu pierdere de căldura mica.

Dimensionarea locașurilor închise se face după aceleași criterii ca si a celor deschise.

Indiferent de felul locașului, închis sau deschis, operația de întindere prin matrițare se executa numai pana la coroiaje mai mici decât 2,0 eventual 2,5. In cazul când coroiajul depaseste 2,5, întinderea in locașurile matriței devine neraționala deoarece materialul se raceste prea mult înainte de a fi supus matrițării.

Locașul de profilare. Locașul de profilare se folosește in cazul când semifabricatul inițial sau preforjat necesita a fi deformat neuniform de-a lungul axei longitudinale prin subțieri si ingrosari parțiale, astfel incat repartiția volumului de material in semifabricat sa fie cat mai apropiata de repartiția volumului in piesa matritata.

Datorita configurației locașului de profilare, semifabricatul in timpul deformării plastice isi mărește secțiunea transversala in anumite porțiuni din lungime, adică in porțiunea cavitatilor efectuate in locaș si isi micșorează in același timp secțiunea transversala in porțiunea proeminentelor locașului.

Alungirea semifabricatului fie ca nu are loc, fie ca se produce in măsura foarte mica, practic neglijabila. Din aceasta cauza lungimea semifabricatului si a locașului de profilare trebuie sa fie egala cu lungimea piesei matrițate plus adaosul de contracție.

Restul dimensiunilor se determina pe baza epurării diametrelor care se construiește conform desenului de piesa matritata. In acest scop se determina suprafața secțiunilor transversale ale piesei matrițate in porțiunile caracteristice, adică porțiunile de grosime maxima, minima si de trecere brusca de la o valoare la alta. La valorile obținute se adaugă suprafața transversala a bavurilor in ambele parți, iar valoarea totala se echivalează cu aria unui cerc. Notând cu A suprafața transversala a piesei matrițate inclusiv a bavurilor in porțiunea studiata, se poate scrie relația:

.

Suprafața transversala a piesei Ap’ din relația de mai sus se calculează pe baza dimensiunilor din desenul de piesa matritata, iar suprafața bavurii A’b se calculează cu relația :

,

unde:

K = coeficientul de umplere a canalului de bavura, care se adopta in limitele 0,6…0,8;

Ab = suprafața transversala a canalului de bavura.

Diametrul epurei in porțiunea studiata de rezulta din relația :

.

Locașul de formare constituie o combinație intre locașul de profilare si cel de latire, fapt pentru care uneori se confunda cu acesta din urma. Acest locaș se executa in cazul când pentru obținerea piesei matrițate sunt necesare semifabricatele nesimetrice fata de axa longitudinala sau in cazul când semifabricatul trebuie subțiat după un profil oarecare, fara deplasări importante ale materialului de-a lungul axei longitudinale, profil care de altfel este dat de conturul piesei matrițate in planul de separație. Din aceasta cauza si scopul utilizării locașului de formare este de a da semifabricatului o forma cat mai apropiata de configurația piesei matrițate in planul de separație.

Dimensionarea locașului de formare trebuie făcuta in așa fel incat dimensiunile acestuia in plan vertical (pe inaltime) sa fie mai mici cu 1…5 mm decât dimensiunile pe orizontala ale locașului in care semifabricatul urmează a fi introdus.

In scopul usurarii curgerii materialului si eventual a umplerii cavitatilor locașului de formare, proeminentele cu inaltime constanta in porțiunile de braț se executa inclinat cu un unghi de 3 pana la 50.

Locașul de îndoire. Îndoirea poate fi considerata ca operație pregătitoare in cazul care se matrițează semifabricate îndoite si ca operație finala sau de finisare in cazul când după matrițare piesele sunt supuse îndoirii.

In ceea ce privește modul de execuție in practica se întâlnesc doua cazuri distincte:

● îndoire libera a piesei;

● îndoire cu incastrare sau calare.

In cazul îndoirii libere semifabricatul de lungime egala cu a piesei matrițate si de configurație corespunzătoare este introdus in locașul matriței si apoi supus operației de îndoire.

La îndoirea cu incastrare lungimea semifabricatului nu mai corespunde cu lungimea piesei forjate ci este mult mai mica, întrucât materialul in timpul îndoirii datorita încastrării se alungește. Din aceasta cauza la îndoirea cu incastrare la care are loc o întindere considerabila a semifabricatului, lungimea acestuia se calculează pe baza volumelor de material ce trebuie sa se găsească intre doua porțiuni alăturate de incastrare si nu pe baza fibrei neutre a piesei matrițate.

3.3 FORTA NECESARA MATRITARII

Matrițarea la prese pe langa elementele de baza ale matrițării la ciocane prezintă si unele particularitati determinate de modul de funcționare al preselor. Principala cauza care determina aceste particularitati o constituie viteza diferita de deplasare a sculelor, viteza care este mult mai mare la ciocane decât la prese.

A doua cauza o constitue modul de lucru al acestor utilaje. Astfel, in timp ce la ciocane cursa este variabila, glisorul putându-se opri in orice poziție, la unele prese cum sunt cele cu excentric cursa este fixa. Datorita celor de mai sus deformarea materialului si deci curgerea acestuia de care este condiționata dimensionarea locașurilor de matrițare are loc in alte condiții la prese in comparație cu ciocanele.

Ținând seama de aceste observații precum si de faptul ca prin construcția si modul de funcționare insasi presele se deosebesc intre ele, rezulta ca particularitățile pe care le prezintă matrițarea la prese trebuie analizata pentru fiecare caz in parte si nu in general. In acest scor, după viteza si modul de lucru, presele pot fi impartite in :

● prese cu excentric;

● prese cu fricțiune;

● prese hidraulice;

● mașini orizontale de forjat.

In comparație cu matrițarea la ciocane, matrițarea la prese prezintă o serie de avantaje atât din punct de vedere tehnologic cat si din punct de vedere constructiv.

Din punct de vedere tehnologic matrițarea la presele cu excentric prezintă o serie de avantaje:

– productivitatea mai mare in comparație cu ciocanele, deoarece pentru matrițarea pieselor de mărime si configurație identica sau echivalenta numărul de lovituri necesare la ciocane este mai mare decât numărul de curse necesare la prese. In general productivitatea preselor cu excentric este cu 50…80 % mai mare decât a ciocanelor de mărime echivalenta, iar pentru matrițarea frontala si de serie mare productivitatea preselor creste si mai mult.

– adaosurile de prelucrare si cele tehnologice sunt mai mici in cazul matrițării la presele cu excentric in comparație cu matrițarea la ciocane.

Aceasta se datorează faptului ca in timp ce la ciocane inaltimea piesei variază in funcție de numărul si intensitatea loviturilor,la prese,exceptând stanța,ceea ce permite reducerea adaosului de prelucrare si a tolerantelor admisibile de inaltime.Pe orizontala,adaosurile tehnologice se reduc deoarece nu mai sunt necesare inclinari mari care sa ușureze scoaterea piesei din matrița,aceasta operație efectuându-se cu ajutorul extractorului.

– efortul fizic al muncitorilor este mai redus in cazul matrițării la prese in comparație cu matrițarea la ciocane .Acest lucru e posibil datorita faptului ca efectuarea operațiilor de matrițare la ciocane este mai grea decât la prese,iar manipularea presei este mai ușoara in comparație cu manipularea ciocanului.

–prețul de cost al pieselor matrițate la presele cu excentric este mai redus in comparație cu matrițarea la ciocane. La reducerea prețului de cost contribuie realizarea unei productivității mai ridicate atât la matrițare cat si la prelucrarea mecanica prin așchiere,precum si micșorarea consumului de material. De asemenea cheltuielile de regie in cazul preselor sunt mai reduse decât in cazul ciocanelor,costul energiei electrice consumata de presa fiind mai mic decât al aburului sau aerului comprimat consumat de un ciocan de mărime echivalenta.

Din punct de vedere constructiv presele cu excentric prezintă următoarele avantaje:

oferă posibilitatea mecanizării si automatizării operațiilor de matrițare in limite mult mai largi decât ciocanele;

nu provoacă trepidații in secția de forja si in clădirile învecinate;

matrițele pentru presele cu excentric au o durabilitate mai mare datorita lipsei de șocuri puternice precum si încălzirii mai reduse in comparație cu cele de la ciocane. La reducerea uzurii matrițelor contribuie si unghiurile de inclinare cu valori reduse ,ceea ce ușurează curgerea materialului.

Pe langa avantajele de mai sus presele cu excentric precum si matrițarea la aceste prese,prezintă si o serie de dezavantaje.

a)Prețul de cost al unei prese este mai mare decât al unui ciocan de mărime echivalenta ,in consecința si cheltuielile de investiții sunt mai mari.

b)Matrițarea la presele cu excentric necesita instalații de încălzire fara oxidare ,sau in cazul când aceasta nu este posibil ,instalații de îndepărtarea oxizilor de fier formați in timpul încălzirii.

c)Efectuarea operațiilor pregătitoare ca de exemplu întinderea sau profilarea se executa mai greu la presele cu excentric decât la ciocane. Din aceasta cauza presele nu se pretează la tot felul de operații cum se pretează ciocanele. De aceea ,in cazul producției de serie mica pentru piesele cu configurație mijlocie si complexa presele devin neeconomice.

Principiile de baza pentru stabilirea si dimensionarea locașurilor matriței,inclusiv a planului de separație sunt aceleași atât la prese cat si la ciocane .Deosebirea consta numai in numărul si dimensionarea locașurilor si a canalului de bavura intr-un caz si in celalalt in funcție de particularitățile arătate mai sus,adică de modul de curgere a materialului in timpul matritarii.Asa de exemplu,ținând seama ca unele operații pregătitoare ca întinderea si profilarea se executa mai greu si ca pe inaltime curgerea materialului ce se deformează are loc mai încet la prese decât la ciocane ,numărul locașurilor pregătitoare trebuie sa fie mai mare in cazul matrițării la prese.Aceasta se impune pe de o parte pentru a asigura reduceri mai mici la trecerea de la un locaș la altul ,iar pe de alta parte pentru a apropia mai mult forma semifabricatului de a piesei matritate.De asemenea prin forma exterioara si prin modul de fixare ,matrițele folosite la prese diferă fata de cele folosite la ciocane.

Canalul de bavura. Ținând seama de particularitățile pe care le prezintă matrițarea la prese,canalul de bavura trebuie astfel construit incat sa forțeze pe de o parte umplerea locașului de matrițare,iar pe de alta parte sa permită trecerea in bavura a plusului de material,indiferent de volumul acestuia. In cazul când plusul de material nu poate trece in întregime in bavura,datorita cursei fixe a patinei,presa fie ca se oprește înainte de închiderea completa a matriței,ramanand blocata,fie ca se deteriorează. Pentru a permite trecerea in bavura a plusului de material, in timpul matrițării la presele cu excentric, canalul de bavura se construiește deschis, iar pachetul de matrițe se asamblează in așa fel incat la sfârșitul cursei patinei, matrița sa nu se închidă complet. Jocul dintre cele doua semimatrite la sfârșitul cursei patinei se alege egal cu inaltimea h1 necesara pragului de strangulare a canalului bavurii. La rândul sau inaltimea pragului de strangulare a canalului bavurii in cazul matrițării la prese a pieselor mici si mijlocii aste de aproximativ de doua ori mai mare decât in cazul matrițării acelorași piese la ciocane. In cazul când inaltimea pragului de strangulare este mult prea mare aspectul pieselor după debavurare se inrautateste atât din cauza bavurii prea groase, cat si din cauza strâmbării lor in timpul debavurării. Daca invers, inaltimea pragului de strangulare este prea mic are loc o uzura prematura a acestuia si o suprasolicitare a presei.

Valoarea orientativa a dimensiunilor de baza ale canalului de bavura in cazul matrițării la prese este data in tabelul 5:

Tabelul 5

Valoarea orientativa a dimensiunilor canalului de bavura pt. matrițarea la prese[mm]

*Valorile razei de racordare R se adopta cu atât mai mari cu cat sunt mai adânci locașurile matriței.

Dintre variantele de execuție a canalului de bavura ,canalul de deschidere unilaterala se recomanda in cazul pieselor mici si simple , canalul cu deschidere bilaterala pentru piesele mici si mijlocii,iar canalul cu dubla strangulare pentru piesele de configurație complexa.

Volumul bavurarii trebuie sa fie de 1.5…2.5 ori mai mare decât volumul pragului de strangulare. Valorile minime se adopta pentru piesele simple si fara nervuri,care se matrițează prin refulare si impingere.Volumul pragului de strangulare se calculează pe baza dimensiunilor b1si h1si a perimetrului mediu al acestui prag.

In general dimensionarea matrițelor si a pachetului acestora se face ținând seama de dimensiunile si numărul locașurilor necesare matrițării,de solicitarea la care sunt supuse fiecare dintre elementele pachetului inclusiv matrițele ,precum si dimensiunile mesei presei si inaltimea dintre aceasta si patina in poziția inferioara. Inaltimea totala H a pachetului matriței in poziție închisa trebuie sa corespunda egalitatii:

H=H1+0,75 · H2

in care:

H1 – inaltimea dintre masa presei si patina in poziție inferioara;

H2 – inaltimea de reglaj fin obținuta cu ajutorul penei de reglare.

Pentru simplificarea calculelor de dimensionare si a execuției elementelor de baza ale pachetului ,acestea din urma ca si blocurile de matrița in general sunt tipizate.

Diametrul D si lungimea minima de fixare (incastrare)lmin a coloanei de ghidare se adopta in funcție de mărimea presei conform tabelului 6:

Tabelul 6

Dimensiunile coloanei de ghidare in funcție de mărimea presei

Lungimea totala a coloanei de ghidare L se alege astfel incat in momentul in care matrița este complet deschisa, iar patina se găsește in poziția superioara, coloana sa fie introdusa in orificiul de ghidare pe o adâncime mai mare sau cel puțin egala cu valoarea diametrului D al coloanei de ghidare, adică :

L = Ld + lmin + D,

in care:

Ld – lungimea maxima de deschidere in momentul in care patina piesei se găsește in punctul mort superior;

lmin – lungimea minima de fixare a coloanei de ghidare;

D – diametrul coloanei de ghidare.

Pentru micșorarea uzurii plăcii superioare in orificiul de ghidare se introduce o bucșa de bronz care poate fi înlocuita mai ușor, in momentul in care s-a uzat. Pentru micșorarea frecării bucșa de ghidare este prevăzuta cu un canal elicoidal prin care se scurge uleiul introdus in orificiul de ghidare. In scopul menținerii uleiului in orificiul de centrare este prevăzuta o presetupa ( garnitura ) executata din pâsla si strânsa cu ajutorul unui inel de strângere. Pe langa menținerea uleiului in orificiul de ghidare, garniturile opresc pătrunderea murdăriei si a prafului in interiorul orificiului.

Forța necesara matrițării. La presele cu excentric forța necesara matrițării se determina după aceeași metodica si aproximativ cu aceleași formule ca si in cazul matrițării la ciocane.

Daca forța necesara matrițării nu trebuie sa fie determinata absolut exact, pentru scopurile practice se folosesc diagrame sau formule stabilite pe cale empirica.

In figura 11 este reprezentata monograma de determinare a forței de matrițare in funcție de mărimea piesei in planul de separație si de complexitatea acesteia.

In diagrama de mai jos curba II se refera la piesele simple fara nervuri pronunțate, iar curba I la piesele de configurație mai complexa la care curgerea materialului este îngreunata.

Dintre relațiile cele mai frecvent folosite datorita simplității efectuării calcului si erorilor relativ mici, menționam:

P = p · A,

unde:

P – forța necesara [ MN ];

p – presiunea medie [MN/cm2 ];

A – suprafața piesei inclusiv a pragului bavurii in planul de separație [cm2 ].

Valoarea presiunii medii p variază in limitele 0,04…0,06 MN/cm2 in funcție de complexitatea piesei, materialul ce se matrițează si temperatura de sfârșit de matrițare. Pentru piesele complexe si temperaturi scăzute, sau oteluri aliate, se adopta valoarea maxima, iar pentru piesele simple la care curgerea materialului are loc mai ușor, sau pentru temperaturi mai ridicate si oteluri nealiate, se adopta valoarea minima.

Pentru determinarea forței necesare matrițării pieselor rotunde in cazul folosirii preselor cu excentric se recomanda următoarele relații:

in care:

P – forța necesara [daN];

d – diametrul piesei matrițate in planul de separație [mm];

A – suprafața piesei in planul de separație [mm];

c – rezistenta de deformare la temperatura de sfârșit de matrițare[daN].

Pentru piesele alungite, se poate folosi relația:

Valoarea lui P’ se determina ca in cazul folosirii ciocanelor in care d este înlocuit cu diametrul echivalent d’:

3.4. CALCULUL FORTEI NECESARE LA DEBAVURARE

3.4.1. ALEGEREA VARIANTEI DE DEBAVURARE

Prin debavurare se înțelege operația de înlăturare sau îndepărtare prin taiere a bavurii.

Aceasta operație se executa de obicei la presele cu excentric atât la cald cat si la rece.

Debavurarea la cald se executa la temperatura de sfârșit de matrițare, si prezintă avantajul micșorării forței necesare in comparație cu efectuarea la rece a aceleiași operații. In afara de aceasta după debavurarea la cald nu se mai executa tratamentul termic in vederea preintampinarii crăpării pieselor din oteluri cu peste 0,45% C sau din oteluri aliate. In cazul otelurilor si aliajelor sensibile la crăpare din cauza tensiunilor ce apar in timpul forfecarii, debavurarea la cald este obligatorie.

Dezavantajul debavurării la cald consta in necesitatea integrării presei de debavurat in fluxul tehnologic de matrițare, ceea ce mărește suprafața de lucru a secțiilor de forja si prețul de cost al pieselor matrițate. Acest lucru se datorează limitării productivității presei de debavurat la productivitatea utilajului de matrițat. In acest caz, cu cat numărul de locașuri pregătitoare este mai mare, adică dificultățile de matrițare sunt mai mari, cu atât mai redusa va fi productivitatea presei de debavurat. Din aceasta cauza debavurarea la cald trebuie executata numai in cazul când forța necesara efectuării acestor operații la rece depaseste forța utilajului existent, sau când piesele matrițate sunt din oteluri sau aliaje cu tendința de crăpare in timpul si după efectuarea debavurării la rece.

De asemenea, in cazurile când piesele matrițate necesita a fi supuse calibrării la cald, adică la temperaturi de ordinul a 400…5000 C, debavurarea trebuie executata imediat după matrițare. Menționam ca prin calibrare se înțelege operația de îndepărtare a pieselor matrițate si de micșorare la valori cat mai mici, valori care sa permită folosirea pieselor fara prelucrări mecanice prin așchiere pe toate suprafețele. In restul cazurilor debavurarea se face la rece.

In cazul folosirii cat mai raționale a utilajelor se recomanda ca operațiile de calibrare sa se execute la presele la care se executa debavurarea. Pentru ca aceasta operație sa poată fi executata la același utilaj este necesar ca matrița folosita sa fie o matrița combinata ca si in cazul matriței studiate.

Distanta de deplasare a celor doua matrițe fata de axa presei (axa patinei ) se alege astfel incat cele doua momente create de forțele necesare debavurării si calibrării sa fie aproximativ egale.

In ceea ce privește modul de execuție a debavurării si perforării, aceste operații pot fi executate consecutiv sau concomitent. In general se recomanda ca pentru piesele care necesita a fi debavurate si perforate sa se execute un singur pachet de matrițe. Daca forța de apăsare a presei permite efectuarea simultana a debavurării si perforării, aceste operații se executa concomitent la o singura matrița si o singura cursa a presei. Când forța presei este mai mica decât forța necesara debavurării si perforării simultane aceste operații se efectuează consecutiv.

Avantajul pachetului de matrițe îl constitue simplitatea construcției matrițelor, in schimb productivitatea presei se reduce cu 50% întrucât operațiile de debavurare si perforare se executa la doua curse.

Operațiile de debavurare si perforare in cazul folosirii pachetului de matrițe se produc in mai multe faze.

Piesa matritata se aseaza pe suportul care este menținut in poziție ridicata cu ajutorul arcurilor. La coborârea patinei presei si a poansonului piesa ce urmează a fi debavurata si perforata coboară, comprima arcurile si trece printre cuțitele de perforare si debavurare. Ca o consecința a trecerii piesei matrițate printre cele doua cuțite, la o singura cursa a presei se produce atât debavurarea cat si perforarea. Daca cele doua cuțite sunt la același nivel, ambele operații se produc concomitent. Daca unul din cuțite este mai jos, cele doua operații se produc consecutiv, prima fiind efectuata de cuțitul ce se găsește mai sus.

In cazul debavurării si perforării consecutive, la sfârșitul cursei se executa operația care necesita o forța mai mare. Acest lucru este necesar întrucât la presele cu excentric forța maxima se dezvolta la sfârșitul cursei.

3.4.2. DIMENSIONAREA SCULELOR ACTIVE

In cazul debavurării si al perforării sculele active sunt:

● cuțitul matriței;

● poansonul de forfecare.

La debavurare cuțitul de taiere sau de forfecare îl constitue matrița iar la perforare poansonul.

La rândul lor cuțitele matrițelor in funcție de configurația si mărimea piesei pot fi monobloc sau asamblate. Si intr-un caz si in celalalt conturul cuțitului matriței trebuie sa urmărească conturul piesei matrițate. In cazul când perimetrul cuțitului de taiere este mai mare decât perimetrul piesei in planul de separație, o parte din bavura ramane netăiata, iar in cazul când perimetrul cuțitului matriței este mai mic decât al piesei in planul de separație, după debavurare cotele piesei vor fi mai mici decât cele necesare.

Muchia de taiere a cuțitului matriței se face fie dreapta si înclinata cu un unghi de circa 1o fata de axa verticala, fie frânta cu porțiunea de taiere paralela cu axa verticala, iar in rest înclinata cu 3…5o fata de verticala . înclinarea cu 1o in primul caz si cu 3…5o in al doilea caz se face cu scopul usurarii alunecării in jos a piesei debavurate.

Inaltimea c a porțiunii de taiere se adopta intre 1,0…1,5 din grosimea bavurii in zona de forfecare, adică:

c = (1,0…1,5) hb,

in care:

hb – inaltimea bavurii in zona de forfecare, adică inaltimea h1 a pragului de strangulare plus valoarea aferenta racordărilor, inclusiv tolerante pozitive de matrițare.

Dimensiunile exterioare ale matrițelor de debavurare si perforare se calculează in funcție de dimensiunile si configurația pieselor matrițate si de efortul ce se creează in timpul debavurării sau al perforării. In scopul reducerii manoperei si a prețului de cost se recomanda ca dimensiunile de gabarit ale matrițelor pentru debavurare si perforare sa fie tipizate (tabelul 7).

Tabelul 7

Dimensiunile matrițelor de debavurare

Pentru micșorarea forței necesare debavurării, matrița se construiește in așa fel incat forfecarea bavurii sa nu se producă deodată pe tot perimetrul, ci treptat. In acest caz partea superioara a cuțitului matriței nu se mai executa dreapta , ci ondulata sau in zigzaguri.

Datorita ondulațiilor sau zigzagurilor prevăzute in partea superioara a cuțitului matriței, cu înclinarea intre 3 si 6o, forfecarea bavurii începe numai pe anumite porțiuni din perimetrul acestuia si se produce pe o perioada de timp mai mare decât in cazul in care cuțitul ar fi drept. Din aceasta cauza deși lucrul mecanic necesar debavurării va fi același in ambele cazuri, forța necesara va fi mai mica in cazul cuțitului ondulat sau in zigzag, iar cursa de lucru a patinei mai lunga.

După cum se vede, folosirea cuțitelor cu ondulații pe langa reducerea forței necesare debavurării, conduce si la un mers al presei mai liniștit, acesta fiind mai mult timp in sarcina.

Dezavantajul cuțitelor ondulate consta in greutatea de execuție si de remaniere (ascuțire ) după ce au fost uzate.

Poansonul in cazul când cuțitul de taiere îl constituie matrița, îndeplinește rolul de împingător al piesei si se construiește in așa fel incat sa urmărească pe de o parte conturul cuțitului matriței, iar pe de alta parte suprafața piesei. Urmărirea de către poanson a conturului piesei pe intraga suprafața transvesala a acesteia este absolut obligatorie in cazul pieselor subțiri care altfel s-ar deforma (strâmba) in timpul debavurării.

Jocul  intre piesa si poanson in locurile de trecere de la o secțiune la alta se adopta egal cu jumătate din toleranta pozitiva de matrițare plus 0,3…0,5 mm.

Jocul sau spațiul intre poanson si matrița se calculează in funcție de mărimea si configurația piesei ținând seama de următoarele:

a). – daca peretele lateral al piesei are o inclinare mai mica de 15o, atunci bavura poate fi tăiata normal numai prin forțarea piesei de a trece prin matrița. In acest caz jocul  rezulta in funcție de mărimea si configurația piesei. Pentru a evita distrugerea matriței sau a poansonului in cazul unei eventuale descentrări in timpul coborârii patinei presei, distanta intre poanson si matrița trebuie sa fie de cel puțin 1,0…1,5mm.

In cazul când aceasta condiție nu poate fi respectata, poansonul trebuind sa intre in matrița, iar jocul  fiind mic, pentru evitarea distrugerii sculelor tăietoare matrițele trebuie sa fie prevăzute cu coloane de ghidare. De regula coloanele de ghidare se prevăd in cazul in care jocul  dintre poanson si matrița este egal sau mai mic de 0,5 mm. Daca jocul  este mai mare de 0,5 mm prezenta coloanelor de ghidare nu este obligatorie. In ceea ce privește valoarea minima a jocului  acesta trebuie sa fie de cel puțin 0,3 mm indiferent de mărimea si configurația piesei, iar valoarea maxima de cel mult 1,5 mm pe latura. Cele de mai sus cu privire la obligativitatea prezentei coloanelor de ghidare sunt valabile pentru toate tipurile de matrițe folosite la debavurare.

b). – daca peretele lateral are înclinarea mai mare de 15o atunci este necesar ca împingerea piesei de către poanson sa se efectueze nu numai prin intermediul peretelui frontal ci si prin cel lateral . In caz contrar piesa fi deformata in timpul debavurării. In acest caz jocul  trebuie de asemenea sa fie de cel puțin 0,3 mm pe o latura , iar distanta S1 se calculează cu relația:

In relația de mai sus  reprezintă unghiul de inclinare a pereților laterali ai piesei matrițate. Valoarea lui S1 calculata cu formula de mai sus nu trebuie sa fie mai mare decât 0,5 h. In cazul când S1>0,5 h se adopta S1 = 0,5 h fara a se tine seama de valorile obținute cu relația anterioara.

c). – pentru piesele de tip ax matrițat longitudinal este necesar ca poansonul sa fie executat cu o cavitate astfel aleasa incat piesa sa fie cuprinsa pa o suprafața cat mai mare. In acest caz valoarea distantei S se calculează in funcție de diametrul D al piesei matrițate conform relației:

S = (0,2 D + 1) [mm].

Mărimea jocului  se adopta in funcție de valoarea diametrului piesei matrițate conform tabelului 8.

Tabelul 8

Mărimea jocului 

d). – in cazul pieselor simple care se matrițează numai in semimatrita inferioara, jocul dintre poanson si matrița se adopta in limitele ( 0,1…0,2 ) hb, unde hb, reprezintă grosimea bavurii in planul de forfecare.

La matrițele de perforare jocul  intre matrița si poanson se adopta in funcție de felul materialul din care s-a matrițat piesa si grosimea in zona de forfecare.

Pentru ușurarea execuției poansonului, indiferent de tipul acestuia, adică de configurația piesei matrițate, jocul  intre poanson si cuțitul matriței se prevede același pe întreaga inaltime.

3.4.3. FORTA NECESARA DEBAVURARII

Ținând seama ca factorii care influențează forța necesara efectuării operației de debavurare sunt: rezistenta materialului la forfecare, suprafața de forfecare si gradul de uzura al cuțitelor, rezulta ca pentru calculul acestei forte se poate folosi relația:

P = K · Af · f ,

unde:

K – coeficient ce tine seama de uzura matriței si a poansonului precum si de siguranța presei, se alege intre 1,5…1,8;

Af – suprafața de forfecare data de produsul l · h (lungimea perimetrului bavurii si inaltimea acesteia ) in zona de forfecare;

f – rezistenta de forfecare ( f ≈0,8 r ).

In cazul când debavurarea si perforarea se executa simultan, forța necesara se determina pentru fiecare caz in parte si se însumează.

CAPITOLUL 4

ALEGEREA UTILAJULUI

Mașinile și utilajele folosite la lucrările de presare la cald se prezintă sub o mare diversitate de forme constructive și dimensiuni, precum și o largă arie de utilizări.

După modul de deservire aceste mașini și utilaje pot fi:

manuale,

semiautomate,

automate.

După modul de acționare a comenzilor pot fi:

cu comandă manuală,

cu comandă după program.

După tipul și poziția batiului presele pot fi:

prese cu batiu fix (care poate fi vertical și orizontal),

prese cu batiu înclinat.

În funcție de viteza de lucru presele pot fi:

pentru viteze mici de deformare (v < 10 m/s),

pentru viteze mari de deformare (v > 10 m/s).

După numărul de curse duble pot fi:

prese lente , la care n < 120 curse duble/minut,

prese rapide , la care n > 120 curse duble/minut

La alegerea utilajului pentru executarea operațiilor de matrițare este necesar să se aibă în vedere următoarele aspecte:

– tipul presei și mărimea culisorului să corespundă operației tehnologice executate;

– forța dezvoltată de presă trebuie să fie mai mare decât forța necesară presării;

– puterea dezvoltată de presă trebuie să fie suficientă pentru realizarea lucrului mecanic necesar operației respective;

– distanța minimă dintre masă și culisorul presei trebuie să corespundă înălțimii totale (închisă) a echipamentului tehnologic (matrița);

– dimensiunile mesei și culisorului presei trebuie să asigure posibilitatea de fixare a echipamentului tehnologic, precum și alimentarea cu semifabricate și evacuarea pieselor și deșeurilor.

În sensul celor prezentate mai sus, forța pe care trebuie să o asigure presa va trebui să satisfacă relația următoare:

Fpresă ≥ F + Q

în care: F – forța necesară (calculată) pentru executarea operației de ștanțare;

Q – forța necesară pentru acționarea diferitelor elemente ajutătoare desfășurării operațiilor de presare (de reținere, de scoatere, împingere, etc.).

Valoarea forței nominale a presei trebuie să fie mai mare decât cea indicată de relația de mai sus, pentru a se asigura deformații elastice mai mici ale batiului și deci a durabilității mai mari ale echipamentului tehnologic.

Lucrul mecanic pe care îl poate realiza presa în timpul unei curse de lucru trebuie să corespundă cu suma lucrului mecanic de deformare Ld și lucrului mecanic necesar pentru acționarea elementelor ajutătoare desfășurării operației La:

Lpresă ≥ Ld + La

După stabilirea valorii lucrului mecanic total se va calcula puterea la volantul presei și puterea necesară a motorului electric care trebuie să satisfacă relația următoare:

PM ≥ PC

în care: PM – este puterea motorului electric de acționare;

PC – puterea necesară a motorului electric stabilită prin calcul.

La operațiile de ștanțare, cursa presei trebuie să asigure deplasarea poansonului pe o distanță egală cu grosimea riglelor de ghidare plus 2-3 mm pentru pătrunderea în placa activă și tot atâta pentru retragere în placa de desprindere.

Ținând cont de toate aceste criterii s-a ales presa cu excentric cu batiu înclinabil și dispozitive de avans automat tip PAI-63A. Presele cu excentric de tip PAI sunt destinate a executa în limite admisibile cele mai variate lucrări de matrițare, stanțare, îndoire, ambutisare, etc. Ele sunt de tip cu cuplaj cu fricțiune acționat electropneumatic, cu următoarele caracteristici tehnice principale :

Tensiunea nominală de serviciu 380V/50Hz.

CAPITOLUL 5

5.1. NORMAREA TEHNICA

Stabilirea tehnologiilor raționale pentru prelucrarea prin presare la rece impune efectuarea unor calcule tehnico-economice.

În primul rând va trebui să se țină seama de norma tehnică de timp și norma de producție.

Norma de timp se calculează cu relația:

NT = Tpi + Top + Tdl + Tîr [min]

n

în care:

Tpi = timpul de pregătire-încheiere;

n = numărul de piese din lot;

Top = timpul operativ;

Tdl = timpul de deservire al locului de muncă;

Tîr = timpul de întreruperi reglementate.

Timpul de pregătire-încheiere este consumat de către executant, înainte de începerea prelucrării unui lot de piese, pentru a crea condițiile necesare executării lor, precum și după terminarea lui, pentru aducerea locului de muncă în starea inițială. El se compune din timpii necesari pentru: obținerea sarcinii de producție, a documentației tehnice, analiza instrucțiunilor și a documentației, primirea echipamentului tehnologic, reglarea acestuia, scoaterea ștanței după prelucrare, etc.

Alegem:

Tpi = 8 + 10 = 18 [min]

Timpul unitar se determină cu ajutorul relației următoare:

Tu = Top * K1 [min]

Top = tb + ta [min]

în care:

tb = timp de bază [min]

ta = timp ajutător [min]

tb = Kc

np*z

np = numărul de curse duble ale culisorului presei pe minut ;

Kc = coeficientul ce ține cont de timpul cuplajului;

Kc = 1,05 ;

np = 100, numărul de curse duble pe minut

z = 1 , numărul de piese obținute la o cursă dublă;

tb = 1,05 = 0,0105 min

100*1

tb – timpul de bază pentru o piesă în minute;

Timpul unitar Tu;

Tu = (tb + ta1 + ta2 + ta3 + ta5)*K1

Z*np1

tb = timpul de bază pentru o piesă, în min;

K1= coeficient ce ține seama de timpul de deservire la locul de muncă;

ta1 = timpul ajutător pentru pornirea presei;

ta2 = timpul ajutător pentru luarea semifabricatului și aducerea lui la presă.

ta3 = timpul ajutător pentru așezarea semifabricatului în ștanță .

ta5 = timpul ajutător pentru îndepărtarea deșeurilor (piesei) din ștanță.

Z = numărul de piese obținute la o cursă dublă a culisorului presei;

np1= numărul de curse duble ale culisorului pentru un semifabricat ;

Timpul de bază tb este consumat de către presator pentru transformarea semifabricatului în piesă matritata.

Timpul ajutător ta este folosit pentru mânuiri sau acțiuni ale presatorului în vederea pregătirii transformării semifabricatului în piesă ștanțată.

Timpul de deservire a locului de muncă este consumat de executant în întreaga perioadă a schimbului pentru asigurarea stării de funcționare a utilajului și echipamentului tehnologic, organizarea, alimentarea și menținerea ordinii și curățeniei la locul de muncă.

Timpul de întreruperi reglementate este folosit de prestator pentru menținerea capacității sale de muncă, satisfacerea necesităților sale fiziologice de odihnă și igienă

personală în timpul programului de lucru, precum și pentru pauzele condiționate de tehnologia stabilită.

tb = 0,0105 [min] ;

K1= 1,12 [min] ;

ta 1= 0,015 [min] ;

ta2 = 1,2*1,0 = 1,2 [min] ;

ta3 = 2*1,1 = 2,2 [min] ;

ta5 = 0,7 [min]

Tu = (0,0105 + 0,015 + 1,2 + 2,2 + 0,7) * 1,12 = 0,058 [min]

1 * 100

Tu = 0,058 [min]

Timpul operativ:

Top = tb + ta = 0,0105 + 4,115 = 4,13 [min]

Top = 4,13 [min]

Timpul de deservire a locului de muncă:

Td = 5 = 0,05 [min]

100

Timpul pentru întreruperi reglementate:

Tîr = 7 = 0,07 [min]

100

td = 0,05 [min]

Tîr = 0,07 [min]

Norma de producție pentru un schimb de 8 ore se determină cu relația:

Np = 480 [buc]

Tu

Deci: Np = 480 = 8275 [buc]

0,058

Deci prin înlocuire, relația devine:

NT = 18 + 4,13 + 0,05 + 0,07 = 0,003 + 4,13 + 0,05 + 0,07 = 4,253 [min]

8275

NT = 4,253 [min]

5.2 CALCULUL PRETULUI DE COST

Pentru execuția unei piese prin matrițare la cald sunt posibile mai multe variante de proces tehnologic. Acestea pot fi diferite prin forma și dimensiunile semifabricatelor folosite, mod de croire, tipul utilajului folosit, gradul de încărcare, etc.

Pentru a alege o anumită variantă dintre cele analizate va trebui ca aceasta să îndeplinească următoarele condiții:

să permită obținerea pieselor în condiții impuse;

să se obțină piesele la cel mai mic cost;

să fie corespunzătoare din punct de vedere al protecției muncii.

Expresia costului de producție a unei piese obținute prin matrițare la cald este:

C = C mat + C man + C rt + C ap + C ae [lei/buc]

În care:

C mat = costul materialului necesar confecționării unei piese în [lei/buc].

C man = costul manoperei necesare confecționării unei piese [lei/buc]

C rt = costul regiei totale (pe secție și pe uzină) pentru o piesă [lei/buc]

C ap = amortizarea presei ce revine unei piese [lei/buc]

C ae = amortizarea echipamentului ( matriței ) ce revine unei piese , [lei/buc]

Calculând fiecare termen ,obținem:

– C mat = S * g * γ * c [lei/buc] = Gc / 104 *Cf

104 *Cf

În care:

S = aria desfășuratei piesei în mm2;

g = grosimea materialului în mm;

γ = greutatea specifică a materialului, în daN/dm3

Cf = coeficientul de folosire al materialului, în %

c = costul unitar al materialului, în lei / Kg

G = 0,071 [Kg]

c = 12,6 [lei / Kg]

Cf = 0,59 [%]

C mat = 0,071 * 12,6 = 0,015 [lei / buc]

104 * 0,59

– C man = Mp * Tu + Mr * Tpi [lei / buc]

60 60 n

În care:

Mp = salariul presatorului în lei / oră

Tu = timp unitar, în min.;

Mr = salariul mediu al reglorului, în lei / oră;

Tpi = timpul de pregătire încheiere, în min.;

n = numărul de piese din lot în bucăți ;

C man = 20 * 0,058 + 25 * 18 = 19,3 + 0,90 = 20.2 [lei / buc]

60 60 8275

Mp = 20 lei/oră

Mr = 25 lei/oră

Tu = 0,058 min

Tpi = 18 min

n = 8275 buc

C man = 20,2 [lei / buc]

– Costul regiei totale: C rt

C rt = C man * R [lei / buc]

100

În care:

R = regie totală, în %, și se poate lua orientativ ;

R = 350 – 37 %

C rt = 20,20 * 350 = 7,7 [lei / buc]

100

C rt = 7,7 [lei / buc]

– Amortizarea presei, Cap :

Cap = Vp * Ap [lei / buc]

Na * η

În care:

Vp = valoarea inițială a presei în lei;

Ap = norma de amortizare a presei , Ap = 4,2 %

η = gradul de încărcare a presei cu fabricarea programului anual de piese în %;

na = programul anual de fabricație, bucăți / an.

η = 80 %

Cap = 50.000* 4,2 = 13,2 [lei / buc]

2.000. * 80

Cap = 13,5 [lei / buc]

– Amortizarea echipamentului, C ae:

C ae = K * Ve [lei / buc]

na

În care:

K = 1 constantă

Ve = costul echipamentului tehnologic în lei ( prețul ștanței ) , Ve ~ 50.000. lei

N = numărul de piese obținute cu matrița, până la uzarea totală și este egal cu numărul de piese obținute la o cursă dublă a piesei înmulțit cu durabilitatea matriței.

Durabilitatea matriței, pentru oțel carbon 500-700 mii de curse duble pe minut :

K = 2.000.000 = 2,85

700.000

C ae = 2,85 * 50.000. = 7,125 lei

2.000

Costul de producție a unei piese obținute prin matrițare la cald este următorul:

C = C mat +C man + C rt + C ap +C ae

C = 0,015 + 20,20 + 70,7 + 13,5 + 7,125 = 11,3042 [lei / buc]

C = 12 [lei / buc]

Pentru 200.000 bucăți piese pe an:

Ctot = 12 x 200.000 = 2.400.000 lei

CAPITOLUL 10

10.1 NORME DE PROTECȚIA MUNCII

Normele specifice de securitate a muncii sunt reglementări cu aplicabilitate națională care cuprind prevederi minimal obligatorii pentru desfășurarea principalelor activități din economia națională în condiții de securitate a muncii.

În cazul lucrărilor la prese pot avea loc accidente din următoarele cauze:

– introducerea mâinilor între poanson și placa de bază;

– defectarea mecanismelor de oprire;

– apăsarea accidentală pe pedala de pornire etc.

Pentru a se elimina posibilitățile de producere a accidentelor, presele sunt prevăzute cu grătare de protecție, atât în părțile laterale cât și în față și în spate. Toate piesele în mișcare sunt protejate de carcase sau capace a căror îndepărtare este interzisă în timpul lucrului. Accesul la comutator pentru alegerea modului de lucru este rezervat numai reglorului, instruit în acest sens și care păstrează cheia de la dulapul cu aparate electrice. Folosirea comenzilor cu o mână sau cu pedala, impun măsuri suplimentare de protecția muncii din partea beneficiarului care este obligat să folosească scule care exclud posibilitatea de accidentare.

Reglarea mașinii se face numai cu motorul oprit și de către personal calificat. Se interzice folosirea preselor fără siguranță de suprasarcină. Înainte de începerea lucrului, șeful de echipă sau responsabilul locului de muncă respectiv, va verifica modul de funcționare a presei și montajul corect al sculei, astfel încât condițiile de protecția muncii să fie asigurate.

În timpul funcționării presei se interzice:

– executarea reparațiilor la presă,

– îndepărtarea deșeurilor,

– curățirea, ștergerea și ungerea presei.

La încetarea lucrului, manipulatorul presei este obligat să scoată presa din funcționare și de sub tensiune astfel încât să nu fie posibilă pornirea sa în mod accidental de către persoane a căror prezență în apropierea presei este întâmplătoare și contrară instrucțiunilor de protecția muncii.

Pentru a se elimina posibilitățile de producere a accidentelor la presarea la cald este necesar ca încă de le proiectare să se respecte o serie de norme de protecție a muncii:

deservirea mașinilor-unelte este permisă numai lucrătorilor calificați și instruiți special pentru acest scop;

se interzice lucrul la mașinile-unelte fără ca lucrătorii să posede documentația necesară (desene, fișe tehnologice, planuri de operații, schema de ungere și instrucțiuni speciale de securitate a muncii corelate cu prevederile din cartea tehnică a mașinii-unelte);

înainte de începerea lucrului, lucrătorul va controla starea mașinii , a dispozitivelor de comandă (pornire-oprire și schimbarea sensului mișcării), existența și starea dispozitivelor de protecție și a grătarelor din lemn;

se vor aviza numai acele tehnologii care nu prezintă pericol de accidente prin aplicarea lor;

matrițele deschise vor fi proiectate cu sisteme de protecție care să împiedice posibilitatea accidentării muncitorilor;

forța maximă admisă pentru presă nu se va depăși în nici un caz;

forța de presiune rezultantă să acționeze cât mai mult posibil în centrul berbecului;

se vor prefera matrițele închise, fără posibilitatea introducerii mâinii în zona de acțiune a elementelor mobile;

matrițele vor lucra în producția de serie numai după omologare.

Se vor respecta în totalitate N.T.S.M. în execuție și exploatare și normele interne specifice

locului de muncă.

BIBLIOGRAFIE

1 M. Teodorescu, ș.a. Elemente de proiectare a stanțelor si matrițelor, E.D.P., București, 1983.

2 Gh. Hecut Îndrumător pentru tehnologia ștanțării și matrițării,

Ed. Tehnică, București, 1981.

3 V. L. Popescu Forjarea si extrudarea metalelor si aliajelor, Ed Tehnica si

pedagogica, București, 1976

4 ASRO SR EN 485-2/95, STAS 1700-90, STAS 500/2-90, STAS 880-

85, Standard Roman, București, 1995

5 I. M. Sibiu Presa cu excentric tip PAI-63A, Cartea mașinii

6 A. Vlase, ș.a. Regimuri de așchiere, adaosuri de prelucrare și norme tehnice de timp

Editura Tehnică, București, 1985

7 M.M.P.S. Norme specifice de securitate a muncii pentru prelucrarea metalelor, Departamentul P.M., 1994.