U n i v e r s i t a t e a P O L I T E H N I C A d i n B u c u r e ș t i [603730]

U n i v e r s i t a t e a P O L I T E H N I C A d i n B u c u r e ș t i
F a c u l t a t e a Ș t i i n ț a ș i I n g i n e r i a M a t e r i a l e l o r

Proiect de diplom ă

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA
NEUNIFORMITĂȚII LA EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR
CILINDRICE

Coordonator științific:
Prof. Univ. Dr. Ing. Vasile Dănuț C OJOCARU
Absolvent: [anonimizat] 2015

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
2
Cuprins
Capitolul 1. Noțiuni introductive
1.1 Definiț ie………………………………………………………………………. ………………….. ,,,,…………3
1.2. Clasificarea extrudării…………………………………………………………………………… ………..4
1.3.Etapele procesului tehnologic de extrudare ……………………….. ……………………… ……….6
1.4. Produse obținute prin extrudare …………………………………………………………………. …….7
Capitolul 2. Neuniformitatea deforma ției și metodele de punere în evidență a acesteia
2.1 Metodele utilizate pentru punerea în evidență și determinarea neuniformității
deformației ………………………………………………………………………………………………….. ……….8
2.1.1. Metoda rețelei rectangulare………………………………………………………………….8
2.1.2. Metoda știft urilor…………………………………………………………..11
2.1.3. Metoda discurilor…………………………………………………… …………………………12
2.1.4. Metoda analizei macrostructurale………………………………………………………..12
2.2. Determinarea neuniformității deformației…………………………………………………….13
2.3. Factori care influențează neuniformitatea deformației………… …………………………18
2.3.1. Valoarea și natura forțelor ce se dezvoltă în timpul extruziunii……. …………18
2.3.2. Influența diferenței de temperatură între scule și materialul ce se
extrudează ………………………………………………………………………………… …………………………23
2.3.3. Influența forțelor de f recare exterioară ……………………… …………………………25
2.3.4. Influența formei sculelor …………………………………………. …………………………31
Capitolul 3. Date experimentale
3.1. Aparatur ă și metodică……………………………………………………. …………………………38
3.2. Date experimentale………………………………………………………… …………………………41
3.2.1. Setul I d e probe……………………… ……………………………………41
3.2.2. Setul II de probe……………………………………………………. …………………………48
3.2.3. Setul III de probe………………………………………………….. …………………………53
3.3. Concluzii finale ……………………………………………………………. ………………………….60
Bibliografie ……………………………………………………………………………… …………………………61

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
3
Capitolul 1. Noțiuni introductive
1.1. Definiție
Extrudarea reprezintă operația de prelucrare plastic ă în condițiile în care piesele
se obțin datorită curgerii forțate printr -un orificiu cu formă și dimensiuni impuse. La o
analiză comparativă cu matrițarea se observă că, la extrudare, deformarea se produce
succesiv pe măsura pătrunderii materialului deform at în focarul de deformare.

Fig. 1.1.1. Schema procesului de extrudare
1 – semifabricat; 2 – camera de presiune; 3 – matriță; 4 – poanson; 5 – produs finit;
6 – suportul mașinii [1]

Schema procesului de extrudare – Pentru obținerea prin extrudare a
semifabricatului de diferite secțiuni, semifabricatul 3roduce se introduce în containerul
de deformare, care poate avea forma unei bucșe, prin apăsare cu o forță exterioară a
pistonului, prin intermediul unei presșaibe. Astfel, materialul semifabricatului este
forțat să treacă prin orificiul calibrat al matriței și să ia forma acestuia. [1]
Procesul de extrudare are loc în 4 (patru) faze:
1. Presarea până la umplerea completă a orificiului matriței. În această
fază forța de extrudare crește de la zero la valoarea maximă .
2. Începutul curgerii prin orificiul matriței.
3. Curg erea metalului prin orificiul matriței.

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
4
4. La sfârșitul cursei pistonului semifabricatul este complet deformat,
iar forța se reduce la zero.
Forța de extrudare este influențată de :
a. rezistența la deformarea semifabricatului;
b. gradul de reducere;
c. valoarea forțe lor de frecare;
d. tipul extrudării;
e. complexitatea piesei;
f. forma și dimensiunile semifabricatului;
În cazul în care matrița de extrudare este confecționată din mai mulți segmenți
care pot fi îndepărtați sau apropiați între ei prin deplasarea segmentelor în funcție de
necesități, semifabricatul extrudat poate fi obținut cu o secțiune variabilă.
Expresia de calcul este dată de relația: F=pA, unde p – presiunea de deformare a
materialelor. Valorile presiunilor sunt calculate pe baza unor relații empirice sau
determinate experimental. Spre exemplu valorile recomandate ale presiunii la
extrudarea oțelului este cuprinsă între 170 și 280 daN/cm2, iar p entru aluminiu între 40
și 120 daN/cm2 .
1.2. Clasificarea extrudării
I. După temperatura avem extrudare la rece sau la cald.
II. După natura forțelor de deformare avem:
 extrudare mecanică;
 extrudare hidraulică;
 extrudare prin explozie;
III. După sensul de actionare al for ței și de deplasare al materialului avem:
 extrudare directă;
 extrudare inversă;
 extrudare combinată;
IV. După axa mașinii avem:
 Mașină de extrudat cu ax orizontal;

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
5
 Mașină de extrudat cu ax vertical;
 Mașină de extrudat cu ax oblic;
V. După tipul presei mecanice pentru extrudare pot fi :
 cu excentric;
 cu genunchi;
 cu manivelă;
Caracteristic este viteza mare de lucru exprimată în număr de curse duble pe minut
(ncd/min). Sculele folosite la extrudare sunt formate din matriță și poanson.

Fig. 1.2.1 Tipuri de procedee de extrudare la rece [2]
 Procedee de extrudare la rece:
a. Extrudare directă – la care sensul de deformare a materialului este identic cu
sensul forței
b. Extrudare inversă – cu sensul de deformare opus forței
c. Extrudare combinată – compusă din cele două moduri de extrudare
d. Extrudarea transversală – caracterizată prin refularea materialului după o
direcție perpendiculară pe direcția forței

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
6
e. Extrudare hidrostatică – caracterizată prin acțiunea indirectă a forței de apăsare
asupra semifabricatului, prin intermediul unui fluid
f. Extrudarea prin impact (cu șoc) – care se caracterizează prin acțiunea cu viteză
mare a pistonului asupra semifabricatului. Extrudarea cu șoc se aplică atât în
cazul celei directe cât și indirecte [2]
 Extrudarea la cald
Extrudarea l a cald este un procedeu similar cu forjarea sau deformarea prin rulare.
Temperaturile înalte și presiunile mari duc la uzarea agresivă a matrițelor. Din acest motiv,
pentru reducerea frecării se utilizează lubrifianți de tip uleiuri grafitate sau pulberi d e sticlă.
Fig. 1.2.2 Procedee de extrudare la cald [2]

a. Extrudarea directă a pieselor cu profil plin
b. Extrudarea indirectă a pieselor cu profil complex cu goluri
c. Extrudarea inversă a pieselor [2]
1.3. Etapele procesului tehnologic de extrudare sunt:
1. Obținerea semifabricatului.
2. Pregătirea pentru extrudare (prerefulare, recoacere, curățire, fosfatare , lubrefiere).
3. Extrudarea propriu -zisă.
4. Operații de completare (retezare, găurire, calibrare).
5. Control tehnic de calitate.
Procesul de extrudare la rece creează depl asări de material cu presiuni specifice
foarte mari în timp foarte scurt (10-2 – 10-1 secunde). Prin faptul că materialul

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
7
semifabricatului freacă pe suprafața sculei pot apare fenomene de uzură a sculei și a
utilajului. Practic aceste fenomene au împiedic at multă vreme aplicarea procedeului de
extrudare la rece. A fost nevoie să se elaboreze o noua metodă care utilizează un strat
intermediar între sculă și materialul supus deformării. Acest strat trebuie să fie legat
metalic de materialul supus deformării și să fie poros pentru a îngloba lubrefiant. Metoda
astăzi unanim folosită este cea a fosfatării. Ea constă dintr -o transformare chimică
superficială a materialului obținându -se un strat de fosfați compuși insolubili. Fosfatarea se
execută după decapare.
În cazul extrudării la rece a oțelului, presiunea la suprafața de contact semifabricat
matriță poate atinge 250 daN/mm2. Lubrifianții nu trebuie să adere la pereții matriței, ci să
preia sarcinile. Ca lubrefianți se folosesc lubrefianții solizi, ca de exem plu bisulfura de
molibden. [2]
1.4. Produse obținute prin extrudare
Datoritã avantajelor pe care le prezintã, extrudarea este recomandatã în urmãtoarele
cazuri:
– bare rotunde sau profilate;
– țevi;
– tuburi și recipienți pentru 7roduce alimentare și cosmetice;
– elemente pentru schimbãtoare de cãldurã;

Fig. 1.4. Tipuri de piese : a-bare; b -țevi; c -sârme; d -profile simple; e -profile complexe;
f-elemente pentru schimbãtoare de cãldurã; g -radiatoare; h -butelii; i -recipienți [3]

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
8
Capitolul 2. Neuniformitatea deforma ției și metodele de punere în evidență a
acesteia
În cazul extruziunii la cald (directe sau indirecte), neuniformitatea deformației
constituie factorul de bază care influențează în cea mai mare măsură calitatea
produsului obținut ș i valoarea forțelor de extruziune. Cu cât neuniformitatea
deformației este mai redusă, cu atât calitatea produselor obținute este mai bună, iar
forțele de extruziune sunt mai mici. La rândul sau neuniformitatea deformației se
datorează în primul rând forțe lor de frecare exterioară dintre suprafața de lucru a
sculelor și materialul ce se deformează. Cu cât forțele de frecare exterioară sunt mai
mari cu atât neuniformitatea deformației în direcție longitudinală și transversală este
mai pronunțată. Pe lângă fo rțele de frecare exterioară în cazul extruziunii la cald
asupra neuniformității deformației mai influențează și diferența de temperatură dintre
scule și materialul ce se deformează. Cu cât această diferență este mai mare, cu atât
materialul se răcește mai mult la periferie față de centru, și prin urmare cu atât mai
pronunțată va fi neuniformitatea deformației. Din această cauză este necesar ca
materialul de ungere folosit în cazul extruziunii la cald să fie nu numai un lubrifiant de
calitate, ci și un bun i zolator, adica un material rău conductor de căldură. În afara celor
de mai sus, asupra neuniformității deformației, un rol important îl are și gradul de
finețe a prelucrării suprafețelor de lucru ale sculelor. Evident că neuniformitatea
deformației este cu atât mai mică cu cât gradul de finețe al prelucrării suprafețelor de
lucru ale sculelor este mai mare.

2.1. Metodele utilizate pentru punerea în evidență și determinarea neuniformității
deformației sunt:
2.1.1. Metoda rețelei rectangulare
În esență, metoda rețelei rectangulare constă în extrudarea unei epruvete sau a
unui semifabricat format din doi semicilindrii.

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
9

Fig. 2.1.1.1. Epruvete pentru determinarea neuniformității deformației prin metoda
rețelei rectangulare. [4]
Pentru punerea în evidență a neuniformității deformației, pe suprafața de
contact a unui din semicilindrii se execută o rețea rectangulară având distanța dintre
canale de 5…25 mm, în funcție de mărimea epruvetei sau semifabricatului, iar
adâncimea canalelor de 0,5…2 mm. Celălalt semic ilindru se execută fără rețea și pe
suprafața de contact se unge cu o unsoare care să nu permit lipirea sau sudarea
semicilindrilor în timpul extruziunii. [4]
Pentru ungere se folosește lubrifiantul utilizat în condiții industriale. În scopul
ușurării pun erii în evidență a dimensiunilor rețelei deformate, canalele acesteia se
umplu în prealabil cu grafit, oxid de zinc, caolin sau alt material sub formă de praf.
Pentru a constitui un singur cilindru cei doi semicilindrii se unesc prin sudură în
puncte (un pu nct sau două), sau cu știfturi (un singur știft) și apoi se încălzesc la
temperatură necesară după care se extrudează la lungimi și cu grade de reducere
diferite.
După extrudare, cilindrii se desfac, și pe suprafața de contact a semicilindrilor
pe care a fost executată rețeaua rectangulară, se analizează neuniformitatea
deformației.
Ținând seama c ă planul de separar e al semicilindrilor constituie în același timp
și planul de simetrie, rezultă că în timpul extrudării unui cilindru format din două părți
absolut omogene din punct de vedere al proprietăților fizico -chimice, în planul amintit,

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
10
valoarea tensiunilor este nulă. Cu alte cuvinte, curgerea materialului în cazul extrudării
cilindrului format din două bucăți este aceeași ca și în cazul extrudării cilind rului
format dintr -un întreg. Din această cauză se poate considera ca schimbarea formei
rețelei rectangulare este aceeași în ambele cazuri.
În figura 2.1.1.2. se arată aspectul rețelei rectangulare deformate care a fost
obținut pe suprafața unui semicilin dru extrudat cu un grad de deformare relativ redus.
Se observă că deformarea în timpul extruziunii se produce neuniform atât în direcție
longitudinală cât și în direcție transversală. [5]
În afară de aceasta se mai observă că materialul din zona axială cur ge în avans
față de cel situate în zona periferică. La început, adică în timpul deformării capătului
din față al epruvetei sau semifabricatului, rețeaua rămâne aproape nedeformată.
Aceasta se datorea ză faptului că, în momentul iniț ial al extruziunii, dator ită forțelor de
frecare exterioară materialul din zona periferică este menținut pe loc și se deformează
numai materialul din zona centrală, adică zona ce se găsește în dreptul porțiunii de
calibrare a orificiului matriței. Pe măsura avansării procesului de extruziune,
materialul din zona axială trage după sine și pe cel din zona periferică și în acest fel
rețeaua rectangulară își schimbă treptat aspectul și dimensiunile până când procesul se
stabilizează. Spre sfârșitul procesului de extruziune, datorită in fluenței forțelor de
frecare de pe suprafața de contact dintre poanson și materialul ce se deformează, forma
și dimensiunile rectangulare se schimbă mult mai intens.
De remarcat că în figura 2.1.1.2, deformarea rețelei rectangulare este întrucâtva
nesimet rică datorită faptului că în partea de jos a epruvetei curgerea materialului a fost
mai îngreunată decât în partea de sus. Îngreunarea curgerii materialului în partea de jos
se datorează apariției bavurii ce s -a format între container și matriță. [5]
Pe ba za analizei făcute cu privire la denaturarea rețelei rectangulare se poate
stabili viteza și direcția de curgere a particulelor de material în diverse porțiuni ,
precum și tensiunile corespunzătoare. Cu alte cuvinte, se poate construi epura
aproximativă a deformațiilor și tensiunilor în secțiunea transversală a epruvetei
respective a semifabricatului.

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
11

Fig. 2.1.1.2 Denaturarea rețelei rectangulare [5]
2.1.2 Metoda știfturilor.
Această metodă constă în introducerea forțată în materialul de bază a unor
știfturi dintr -un material de altă culoare dar cu proprietăți fizico -chimice apropiate.
Uneori, în locul știfturilor se folosesc șuruburi care se introduce prin filetare. De
asemene a metalele sau aliajele pot avea aceeași culoare dacă reacționează diferit la
atacul cu reactiv.
În figura 2.1.2.1 a, se arată modul de amplasare a găurilor pentru știfturi sau
șuruburi, iar în figura 3 b și c modul în care acestea s -au deformat în timpul extruziunii
cu sau fără unsoare.

Fig. 2.1.2.1. Epruvete pentru determinarea neuniformității deformației prin metoda
știfturilor: a – înainte de extrudare, b – după extrudare fără lubrifiere, c – după
extrudare cu lubrifiere [4]

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
12

Punerea în eviden ță a curgerii materialului cu ajutorul știfturilor sau șuruburilor
se face prin secționarea longitudinală a epruvetele sau semifabricatelor extrudare.
După secționare metalele și aliajele de aceeași culoare se atacă cu reactivul potrivit
pentru a diferenți a știfturile de materialul de bază.
Ca și în cazul precedent, pe baza aspectului obținut de știfturi sau șuruburi după
extruziune se analizează modul de curgere a materialului și neuniformitatea
deformației. Din figura 3 se observă că neuniformitatea defor mației stabilită pe baza
deformării știfturilor longitudinale A și B și a celor transversale 1…5, precum și
extinderea focarului de deformație, este mai mare în cazul extruziunii fără lubrifiere
decât în cazul extruziunii cu lubrifiere. [4]
2.1.3 Metoda discurilor .
În esență această metodă constă în execuția unor epruvete cilindrice formate din
discuri de aceeași mărime între care se interpun plăcuțe dintr -un material de altă
culoare sau altă intensitate de atac. Cilindrul astfel executat, având discurile și plăcile
prinse prin știfturi sau alte mijloace, se extrudează și apoi se secționează longitudinal.
După aspectul obținut în urma extruziunii se determină gradul de neuniformitate
a deformației. Întrucât integritatea materialului între discuri este dis trusă pe întreaga
secțiune transversală, rezultă că și curgerea acestuia este întrucâtva schimbată față de
cazul extrudării unui material compact. În consecință, și neuniformitatea deformației
este alta. Din această cauză în comparative cu metodele de mai sus, metoda discurilor
conduce la obținerea unor rezultate mai puțin exacte. [4]

2.1.4 Metoda analizei macrostructurale.
Constă în secționarea longitudinală a unui lingou extrudat și efectuarea
analizelor macroscopice în diferite porțiuni din bara extrudată și din capatul
neextrudat.
În figura 2.1.4.1 se prezintă macrostructura unui lingou de 5 kg din oțel feritic
refractor extrudat la un coroiaj egal cu 4.

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
13
Metoda analizei macrostructurale deși ne d ă o reprezentare clară și exactă
asupra modului de curgere a materialului, prezintă dezavantajul de a nu permite
stabilirea valorilor absolute ale neuniformității deformației.

În afara metodelor [4]
descrise mai sus, în literatura
de specialitate se mai întâlnesc
și altele care principial nu
diferă d e cele amintite, și care
uneori prezintă greutăți în plus,
fie în timpul efectuării
extruziunii, fie în timpul
analizării rezultatelor obținute.

Fig 2.1.4.1. Aspectul macroscopic în secțiune longit udinală a unui lingou
extrudat. [4]

2.2 Determinarea neuniformității deformației.
Deformarea plastic ă în cazul extruziunii se caracterizează print r-o deformare
neuniformă atât în direcția longitudinală cât și în direcția transversală. Din această
cauză, pentru determinarea neuniformității deformației la ext ruziune este necesar ca
deformarea locală să fie măsurată în ambele direcții. În acest scop, în figura 2.2.1 [4]
este reprezentată o secțiune longitudinală printr -o epruvetă extrudată, inclusiv rețeaua

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
14
deformată în timpul extruziunii precum și notațiile car acteristice. De remarcat că
rețeaua deformată reproduce cu fidelitate aspectul general al rețelelor deformate
obținute pe care experimentală. Acest lucru re zultă și din comparația făcută între
figura 2.2.1 și figura 2.1.1.2 obținută pe cale experimentală.

Fig. 2.2.1. Aspectul general și dimensiunile de bază ale unei rețele rectangulare
deformate prin extruziune [4]
Se observă că pe măsura depărtării de la capătul din față al epruvetei distanța
dintre liniile transversal ale fostei rețele rectangulare se mărește spre canalul din spate.
Aceasta înseamnă că alungirea, respectiv deformarea materialului în direcția
longitudinală este neuniformă și crește pe măsura depărtării de capătul din față și
apropierii de cel din spate. Notând aceste distanțe cu l ₁, l₂, l₃ și măsurând alungirea în
direcția longitudinală se pot alcătui rapoartele:
λ₁ = ₁
; λ₂ = ₂
… λn =
; (1)
în care l este lungimea initial a rețelei nedeformate.

Cu valorile alungirii λ ₁ pentru porțiunea la care au fost măsurate, adică pent ru
numărul de ordine al rețelei la care se referă, se poate construi graficul de variație a
neuniformității deformației longitudinale în funcție de lungimea totală l a
semifabricatului extrudat. [4]

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
15
În figura 2.2.2 sunt reprezentate curbele de variație a n euniformității
deformației longitudinale obținute pe cale experimentală prin extrudarea alamei (curba
1) și duraluminiului (curba 2). [5]

Fig. 2.2.2 Variația neuniformității deformației longitudinale la extruziunea
directă
1 – alamă, 2 – duraluminiu [5]
Alungirea relativă indicată în figura 6 a fost determinată prin rapoartele:
₁
; ₂
…
(2)
În care: reprezintă alungirea medie a întregului semifabricat, adică raportul
dintre lungimea finală și lungimea inițială a se mifabricatului. Valorile ₁, ₂ …
reprezintă alungirea locală și se determină prin raportul dintre lungimea finală și
lungimea initial a rețelei în porțiunea studiată.

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
16

Rezultă că neuniformitatea deformației în direcția longitudinală crește brusc de
la zero în capătul din față al semifabricatului la o valoarea de stabilizare pe care și -o
menține aproximativ constantă pe toată lungimea acestuia. La apropierea de capătul
din spate, neuniformitatea deformației crește brusc atingând valoare maximă în zona
de trecere dintre bara extrudată și restul neextrudat. Rezultă deci că neuniformitatea
deformației la extruziune în direcție longitudinală se poate împărții în trei zone: zon a
neuniformității minime la capătul din față al produsului extrudat, zona neuniformității
medii în porțiunea de mijloc a acestuia și zona neuniformității maxime la capătul din
spate în vecinătatea restului neextrudat. Dintre aceste trei zone, cea mai mare este zona
neuniformității medii, iar lungimea ei este determinată în principal de lungimea
semifabricatului extrudat.
Neuniformitatea deformației longitudinale mai poate fi determinată și prin
folosirea valorilor unghiului care reprezintă unghiul de în clinare dintre direcția
initial ă și direcția pe care o are în punctual dat linia transversal ă a fostei rețele
rectangulare. După cum rezultă din figura 2.2.1, valoarea acestui unghi crește pe de o
parte pe măsura depărtării de la axa semifabricatului spre periferie, iar pe de altă parte
pe măsura depărtării de la capătul din față spre cel din spate. [4]
În direcție transversal ă se produce neuniformitatea deformaț iei determinată pe
rezultatele obținute prin extrudarea aliajelor de magneziu este arătată în fi gura 2.2.1.
Se ob servă că în direcția transversaă neunifo rmitatea deformației este maximă la
periferie și minimă în zona axială.
Dovadă că deformația în direcție transversal ă se produce neuniform, o
consti tuie nu numai alungirea relativă sau valoarea dife rită a unghiului pentru
aceeași linie a rețelei, ci și forma denaturată a rețelei rectangulare. Astfel, din figura
2.2.1 se observă că pe axa longitudinală fostele pătrățele ale rețelei rectangulare obțin
o formă apropiată de dreptunghi iar la periferie – formă de trapez.

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
17

Fig. 2.2.3 Variația neuniformității transversal e la extruziune [5]

Cele de mai sus stabilite pentru cazul cel mai simplu, adică extruziune direct ă a
unei bare cilindrice dintr -un semifabricat cilindric, sunt valabile și în cazul altor
variante ale procedeului de extruziune.
În figura 2.2.4 se arată neuniformitatea deformației în direcție longitudinală
stabilită pentru cazul extruziunii indirecte. D in figura 2.2.4 rezultă că și în cazul
extruziunii indirecte ca și în cazul celei directe, zonele de neuniformita te a deformației
sunt aceleași. [6]
Ținând seama că proprietățile metalelor și aliajelor sunt influențate în foarte
mare măsură de valoarea real ă a gradului de deformare plastic, rezultă că pentru a
obține produse cât mai bune, în cazul extruziunii este necesar în primul rând a reduce
al minimum neuniformitatea deformației.

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
18

Fig. 2.2.4 Variația neuniformității deformației la extruziunea indirectă [6]
2.3 Factorii care influențează neuniformitatea deformației

Principalii factori care influențează neuniformitatea deformației în cazul
extruziunii sunt: valoarea și natura forțelor care se dezvoltă în timpul extrudării,
diferența de temperatură între scule, și materialul ce se extrudează, valoarea forțelor de
frecare exterioară, forma sculelor, viteza și gradul de deformație și modul de ex trudare
directă, sau indirectă. [7]
2.3.1 Valoarea și natura forțelor ce se dezvoltă în timpul extru ziunii.
Forța totală de extruziune P necesară extrudării unui material oarecare în
condiții date constă din următoarele componente:
– Forța necesară deformării materialului în condiții de viteză și
temperatură date, fără a ține seama de condițiile de frecare exterioară și de forma
sculelor, adică forța necesară învingerii rezistenței proprii a metalului în condițiile
stării de tensiune liniară.

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
19
– Forța echivalentă cu forțele de fecare exterioară dintre materialul ce se
extrudează și suprafața de lucru a sculel or, adică suprafața interioară a containerului, a
pîlniei și a centurii de calibrare a matriței precum și suprafața transversală a
poansonului, inclusiv componentele N, normale la suprafața de contact. [9]

Fig. 2.3.1.1 – Schema forțelor exterioare și a tensiunilor ce se creează în timpul
extrudării [9]
În figura 2.3.1.1 este reprezentată schema forțelor exterioare și a tensiunilor ce
acționează asupra metalului în timpul extrudării directe a unei bare rotunde dintr -un
lingou sau semifabri cat de formă cilindrică.
Din analiza figurii 2.3.1.1 rezultă că forțele exterioare care acționează asupra
metalului sunt: forța sau presiunea de apăsare a poansonului sau a presșaibei,
componentele de presiune normală de pe suprafața de lucru a sculelor și forțele de
frecare exterioară. Starea de tensiune a materialului în focarul de deformație pe axa
longitudinală și în apropierea ei este comprimarea triaxială. Cele 3 tensiuni de
comprimare longitudinală, radială și tangențială au fost marcate cu σl, σr, σ θ. În cazul
când valoarea forțelor de frecare exterioară între scule și materialul ce se deformează

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
20
este mare, tensiunea longitudinală σl, în zona periferică poate să -și schimbe semnul
trecând din tensiune de comprimare în tensiune de întindere. Indiferent de felul
schemei stării de tensiune în diferite zone ale secțiunii transversale, comprimare,
triaxială sau comprimare din două direcții și întindere din cea de -a treia direcție,
schema de deformare rămâne aceeași în toate cazurile, adică comprimare în dir ecțiile
radială și tangențială și întindere în direcție longitudinală.
În afara schemei forțelor exterioare și a tensiunilor, în figura 2.3.1.1 este
reprezentată și schema tipică a diagramei indicatoare ”presiune -cursa poansonului”.
Din diagrama indicatoar e se observă că regimul de forțe în timpul extruziunii directe
se schimbă. În linii mari, această diagramă care indică variația forței totale de
extruziune în timpul unui ciclu poate fi împărțită în patru perioade. [9]
Prima perioadă reprezintă perioadă de refulare a lingoului sau semifabricatului
de la diametrul inițial până la diametrul containerelui. În timpul acestei perioade, forța
totală P crește de la zero la o valoare echivalentă cu rezistența pe care lingoului sau
semifabricatul o opune refulării.
În a doua perioadă lingoul având același diametru cu containerul este obligat să
umple pâlnia matriței și să treacă în centura de profilare a acesteia. În această perioadă
forța totală de extruziune fie că se menține la valoarea maximă obținută în perioada I
fie că se majorează în continuare, dar cu valori reduse.
Perioada a treia reprezintă perioada de stabilizare a procesului de extruziune și
începe odată cu ieșirea semifabricatului extrudat prin orificiul matriței, continuându -se
până spre sfârșitul extr udării. În timpul perioadei a treia, în funcție de calitatea
lubrifiantului folosit, forța totală de extrudare poate să crească în continuare, să scadă
sau să se mențină constantă.
În perioada a patra datorită reducerii înălțimii lingoului neextrudat forța totală
de extruziune începe să crească brusc, creșterea fiind cu atât mai intensă cu cât
procesul de extruziune se apropie de sfârșit. Această creștere a forței totale de
extruziune se datorează forțelor de frecare exterioară de pe suprafața frontală care
influențează aproximativ în același fel ca și în cazul refulării discurilor cu înălțime

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
21
foarte mică. Deosebirea constă numai în faptul că la extruziune curgerea materialului
are loc de la periferie spre centru, iar la refularea discurilor de la centru spr e periferie. [
Notând cu S forța necesară deformării plastice a metalului în condiții de viteză
și temperatură date, dar în condițiile stării de tensiune liniară, și cu Q creșterea forței
de deformare datorită trecerii de la starea de tensiune liniară la c ea de tensiune
spațială, forța totală de extruziune poate fi scrisă sub forma:
P = S + Q (3)
Ținând seama că atât valoarea termenului Q din ecuația de mai sus, cât și
neuniformitatea deformației, depind aproape în exclusivitate de mărimea forțelor de
frecare exterioară, rezultă că pentru determinarea aproximativă a gradului de
neuniformitate a deformației se poate folosi raportul:

(4)
Evident că cu cât raportul S/P este mai mare, adică mai aproape de valoarea
unu, cu atât mai mica va fi in fluența forțelor de frecare exprimată prin litera Q și în
consecință cu atât mai uniform va fi deformarea materialului extrudat. [9]
Pe baza acestor considerente metalele și aliajele ce se extrudează pot fi
împărțite în patru mari grupe:
I – S mare , Q mi c
II – S mare , Q mare
III – S mic , Q mic
IV – S mic , Q mare
Materialele ce se extrudează în condițiile grupei I se deformează cel mai
uniform, iar focarul de deformație în timpul extruziunii se concentrează în aproapierea
pâlniei matriței.
În grupa a II-a și a III -a intră materialele ce se extrudează în condițiile unei
deformări cu neuniformitate medie, iar în grupa a IV -a cele ce se extrudează cu valori
maxime pentru neuniformitatea deformației.

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
22
Se înțelege că pentru aceeași forță de deformare S, schimbând valoarea lui Q,
unul și același material extrudat în același interval de temperatură și cu aceeași viteză,
poate trece dintr -o grupă în alta. Astfel, alamele α+β extrudate fără unsoare se
încadrează în grupa a treia, iar cu unsoare în grupa a patra. Dacă pentru aceeași
valoarea a forțelor de frecare exterioară exprimată prin Q, se schimbă temperatura de
extrudare, adică se modifică forța de deformare S, metalul sau aliajul ce se extrudează
poate fi de asemenea trecut dintr -o grupă în alta. Datorită a cestui fapt clasificarea de
mai sus se referă mai mult la neuniformitatea deformației în funcție de condițiile de
extruziune și mai puțin asupra caracteristicilor fizico -chimice ale metalelor și aliajelor
ce se extrudează.
Ținând seama că unul și același m aterial poate fi trecut dintr -o grupă în alta în
funcție de valoarea raportului S/P, rezultă că pentru micșorarea neuniformității
deformației trebuie mers pe doua căi:
– Reducerea la minim a forțelor de frecare exterioară dintre scule și
materialul ce se ext rudează
– Mărirea forței de deformare plastic S prin reducerea temperaturii de
încălzire în vederea extrudării lingoului sau semifabricatului [11]
Prima variantă este cea mai indicate și trebuie folosită în toate cazurile, întrucât
prin reducerea forțelor de frecare exterioară, pe lângă micșorarea neuniformității
deformației se reduce si valoarea totală a forței de extrudare.
A doua variantă trebuie folosită numai în asociere cu prima, pentru cazurile
când se cere ca materialele să fie extrudate cu un grad de neuniformitate a deformației
cât mai redus. În acest caz în detrimental forței totale de extruziune care se majorează,
și a plasticității care se reduce, lingoul sau semifabricatul se extrudează la temperaturi
mai joase.
Alegerea temperaturii de extruziun e, pentru fiecare caz în parte se face ținând
seama de gradul de neuniformitate a deformației, rezistența la deformarea plastic și
indicia de plasticitate, precum și valoarea coefic ientului de frecare exterioară.

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
23

2.3.2 Influența diferenței de temperatură î ntre scule și materialul ce se
extrudează.
În general cu cât este mai mare diferența de încălzire a materialului ce se
extrudează și temperatura de lucru a sculelor, cu atât mai intens va fi schimbul de
căldură dintre acestea două. Datorită acestui fapt li ngoul sau semifabricatul ce se
deformează se va răci mult mai repede la periferie în comparație cu zona centrală.
Acest lucru în cele mai multe cazuri atrage după sine mărirea gradului de
neuniformitate a deformației, întrucât în timpul extruziunii stratur ile periferice se
deformează mult mai greu. Din cauza răcirii zonei periferice, la care se adaugă și
influența forțelor de frecare exterioară, materialul din zona centrală se deformează în
avans față de cel din zona periferică. Din aceste considerente în u nele cazuri se
recomandă ca lingourile sau semifabricatele ce trebuiesc extrudate să fie încălzite
neuniform, adică la periferie temperatura să fie mai ridicată decât în zona axială. În
acest fel, prin răcirea mai intensă a straturilor periferice temperatu re în secțiunea
transversală se uniformizează.
O altă cale de reducere a răcirii straturilor periferice o constituie încălzirea
sculelor de lucru astfel încât diferența de temperatură între scule și materialul ce
urmează a fii extrudat să fie cât mai mică. Acest lucru este recomandabil și chiar
necesar în cazul tuturor oțelurilor cu plasticitate redusă, a aliajelor de cupru, de
magneziu și a altor aliaje neferoase grele.
În figura 2.3.2.1 se arată două epruvete din aceeași șarjă a unuo oțel feritic
refrac tar care au fost extrudate la 1250 °C cu scule neîncălzite (fig 2.3.2.1a) și încălzite
la 350 °C (fig 2.3.2.1b).

Fig. 2.3.2.1 Aspectul exterior al barelor extrudate, în condiții diferite. [4]

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
24
Datorită tensiunilor de întindere ce iau naștere din cauza curgerii în
avans a zonei centrale față de cea periferică care este frânată de către forțele de frecare
exterioară, materialul în straturile periferice crapă sub formă de solzi. [4]
La rândul său încălzirea sculelor de lucru este limitată de caracteri sticile
mecanice ale oțelului din care sunt făcute și în general nu poate depăși 400…500 °C.
Spre deosebire de cele de mai sus, uneori este necesar ca temperatura de lucru a
sculelor să nu depășească 100 °C, ceea ce în cazul extruziunii la cald implică r ăcirea
cu apă a acestora.
În figura 2.3.2.2 se arată modul de curgere a materialului, pus în evidență prin
deformarea rețelei rectangulare, în cazul extruziunii duraluminiul cu scule încălzite la
60…80 °C (fig 2.3.2.2a) și cu scule încălzite la 230…250 °C (fig 2.3.2.2b)

Fig. 2.3.2.2 Denaturarea rețelei rectangulare la extrudarea dur aluminiului [4]

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
25
Denaturarea mult mai pronunțată a rețelei rectangulare în cazul extruziunii
duraluminiului cu scule încălzite indică un grad de neuniformitate a deformației mult
mai accentuat. Creșterea neuniformității deformației la extrudarea aliajelor de aluminiu
cu scule încălzite se datorează măririi aderenței dintre scule și materialul ce se
extrudează. Rezultă prin urmare că pentru reducerea neuniformității deformației
datorită răcirii neuniforme a materialului în timpul extruziunii, cea mai eficientă cale o
constituie alegerea și folosirea unui lubifriant care pe lângă proprietățile de ungere să
posede și proprietăți de izolare termică, adică să fie și un m aterial rău conductor de
căldură. În ceea ce privește încălzirea diferențiată a lingoului sau semifabricatului
aceasta implică unele greutăți în execuție, iar încălzirea sau răcirea sculelor trebuie
rezolvată de la caz la caz pentru fiecare material în par te.[4]
2.3.3 Influența forțelor de frecare exterioară.
Forțele de frecare exterioară dintre scule și materialul ce se deformează,
constituie elementul principal care concură la mărirea sau micșorarea gradului de
neuniformitate a deformației. Cu cât valorea forțelor de frecare exterioară este mai
mare, cu atât mai pronunțată va fi neuniformitatea deformației indiferent de restul
condițiilor de lucru. La rândul său valoarea forțelor de frecare exterioară este
determinată de gradul de finețe al prelucră rii suprafețelor de lucru ale sculelor și de
calitatea lubrifiantului folosit. Cum însă prelucrarea suprafeței de lucru a sculelor este
ușor de realizat, rezultă că problema de bază ce trebuie rezolvată în vederea reducerii
neuniformității deformației o co nsituie alegerea și folosirea unui lubrifiant care să
reducă la minim valoarea forțelor de frecare exterioară. În unele cazuri, și mai ales în
cazul oțelurilor și aliajelor cu plasticitate redusă, extrudarea în condițiile folosirii unui
lubrifiant necoresp unzător este practic imposibil.
În figura 2.2.3.1 se arată aspectul bavurii ce s -a format între presșaibă și
container în cazul extruziunii oțelului cu unsori necorespunzătoare. Se observă că
datorită formării bavurii înre presșaibă și container se modific ă în măsură foarte mare
și caracterul curgerii materialului. În afară de aceasta forța de extruziune în cazul
folosirii unui lubrifiant necorespunzător poate crește cu până la 200% și chiar mai
mult.

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
26
Spre deosebire de unsorile folosite în cazul extrudării la rece, lubrifianții folosiți
pentru extrudarea la cald, pe lângă proprietățile de antifricțiune sau de lubrifiere
trebuie să posede și o conductibilitate termică cât mai redusă. În cazul când în
componența lubrifiantului intră elemente care se aprind și ard la contactul cu metalul
încălzit este necesar ca arderea acestor componente să se producă fără flacără și fum.

Fig. 2.3 .3.1 Bavuri formate între poanson sau presșaibă și container [4]
Din cele de mai sus rezultă că pentru a pune în evidență calitățile unui
lubrifiant trebuie să se țină seama de valoarea coeficientului de frecare exterioară μ, de
proprietățile de izolare sau de conductibilitatea termică și de posibilitățile de folosire a
acestuia în condiții industriale. Ținând seama că măsurarea directă a valorii
coeficientului de frecare exterioară și a proprietăților de izolare termică constituie o
operație dificilă atât în condiții de laborator cât și în condiții de uzină, determinare a
acestora se face indirect prin măsurarea forței de frecare exterioară în container. În
acest scol cel mai simplu procedeu constă în măsurarea directă a forței totale de
extruziune și a celei preluată de matriță. Pentru aceasta, instalația de extruziune t rebuie
executată în așa fel încât să permită deplasarea matriței în timp ce containerul stă pe
loc precum și montarea captorilor sau mezdozelor necesare măsurării celor două forțe.

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
27

Fig. 2.3.3.2 Schema unei instalații pentru măsurarea forței totale de extruziune și a
celei preluate de matriță [4]

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
28
În figura 2.3.3.2 se arată schema de execuție a unei instalații pentru o
presă hidraulică veritcală de 2000 KN, la care pot fi măsurate separat atât forța totală
de extruziune, cât și forța preluată de matriță. [4]
În scopul măsurării forței totale de extruziune instalația este prevăzută cu
captorul superior 1 amplasat între poansonul 2 și traversa mobilă a presei.
Pentru ca mezdoza sau captorul inferior 8 să măsoare numai forța preluată de
matriță, instalația este astfel executată încât matrița 5 să poate culisa liber în inelul
exterior 4. Reglarea jocului între matrița 5 și containerul 3 se face cu ajutorul penei 6,
care prin deplasarea spre interior sau spre exterior, ridică respectiv cobo ară matrița. Pe
de altă parte fixarea matriței de masa presei se face prin intermediul penei 6, al
suportului interior 7 și al captorului inferior. [4]
Întrucât containerul 3 prin intermediul inelului exterior 4 și al suportului 8 este
fixat de masa presei astfel încât să nu apese asupra matriței 5, captorul 9 măsoară
numai forța preluată de matriță.
Diferența dintre forța preluată de poanson și cea preluată de matriță reprezintă
forța de frecare exterioară pe pereții containerului.
Dacă într -un sistem de coordonate se reprezintă valorea forței preluate de
poanson Pt și a forței preluată de matriță, Pm în funcție de cursa l a poansonului se
obține graficul de variație a acestor forțe în timpul extruziunii. (fig. 2.3.3.3) [8]

Fig. 2.3.3.3. Variația forței totale de extruziune și a celei preluate de matriță în funcție
de calitățile lubrifianților [10]

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
29
Graficul din figura 2.3.3.3 a, caracterizează regimul de forțe în cazul în care
materialul de ungere posedă calități corespunzătoare, atât ca lubrifiant cât și ca
izolator. În acest caz forța preluată de matriță în timpul extruziunii se menține
constantă sau se ridică cu valori neglijabile. Spre deosebire de aceasta forța totală de
extruziune, adică forța preluată de poason scade tot timpul până la sfârși tul cursei.
Valorile reduse ale diferenței dintre Pt și Pm confirmă că forța de frecare exterioară
este mică, adică proprietățile de ungere a lubrifiantului sunt corespunzătoare. Valorile
ridicate pe care le posedă lubrifiantul din punct de vedere al izolă rii termice sunt
confirmate prin aceea că răcirea materialului ce se extrudează este practic neglijabilă,
fapt pentru care forța preluată de matriță se menține aproximativ constantă. [10]
Graficul din figura 2.3.3.3 b, reprezintă regimul de forțe în care l ubrifiantul
posedă proprietăți de ungere corespunzătoare, dar nu corespunde din punctul de vedere
al proprietăților termoizolante. În acest caz, datorită răcirii materialului în timpul
extruziunii forța de deformare crește, ceea ce atrage după sine majorar ea forțelor
preluate de matriță și poanson. Deoarece proprietățile de ungere ale lubrifiantului sunt
corespunzătoare, diferența dintre cele două este mică și se reduce tot timpul pe măsura
înaintării poansonului. [10]
Dacă lubrifiantul corespunde din punct de vedere al izolării termice, dar nu
corespunde din punct de vedere al proprietăților de ungere, graficul de variație a
forțelor în funcție de cursa poansonului este similar cu cel arătat în figura 2.3.3.3 c. În
acest caz datorită izolării termice coresp unzătoare, forța preluată de matriță rămâne
practic constantă, întrucât răcirea materialului ce se extrudează este neglijabilă. Spre
deosebire de aceasta, pe măsura înaintării poansonului și deci a reducerii forțelor de
frecare între semifabricat și contai ner, forța totală de extruziune preluată de poanson
scade mult mai intens decât în primele două cazuri. Diferența mare între forța totală de
extruziune și forța preluată de matriță la începutul procesului, precum și reducerea
acestei diferențe pe măsura mi cșorării suprafeței de contact între container și
semifabricat, arată ca lubrifiantul este necorespunzător din punct de vedere al
proprietăților de ungere.

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
30
În figura 2.3.3.3 d, este reprezentat cazul în care lubrifiantul folosit este
necorespunzător atât d in punct de vedere al proprietăților de ungere cât și al
proprietăților de izolare termică. În acest caz forța preluată de matriță crește continuu
pe măsură ce poansonul înaintează, adică pe măsura în care are loc procesul de
extruziune. Variația forței to tale de extruziune depinde de elementul predominant. [10]
Dacă răcirea semifabricatului este intensă și creșterea rezistenței de deformare a
semifabricatului este echivalentă cu micșorarea forțelor de frecare exterioară datorită
reducerii suprafeței de cont act, forța totală se menține aproximativ constantă. În cazul
în care reducerea forțelor de frecare exterioară are loc în măsură mai mare în
comparație cu mărirea rezistenței de deformare, atunci forța totală scade. ( vezi liniile
punctate din fig 2.3.3.3 d ).
Graficul reprezentat în figura 2.3.3.3 e reprezintă cazul în care lubrifiantul se
solidifică între poanson și container, împiedicând în acest fel deplasarea poansonului
indepedend de rezistența pe care o opune materialul la deformarea plastică. În acest
caz forța totală crește datorită rezistenței pe care o opune lubrifiantul solidificat între
container si poanson, iar forța preluată de matriță crește sau se menține constantă în
funcție de calitățile de izolare termică ale lubrifiantului.
Evident, că î n cazul în care datorită efectului termic de deformare plastică
temperatura lingoului sau a semifabricatului se ridică, rezistență de deformare scade, și
în consecință se reduce forța totală de extruziune. Din această cauză curbele din figura
2.3.3.3 cu p rivire la aprecierea calității lubrifianților sunt valabile numai pentru cazul
în care efectul termic de deformare plastică este anihilat de către pierderile de căldură
în mediul ambiant, adică pentru cazul extruziunii cu viteze de deformație mici și
mijlo cii.[10]
Din cele de mai sus rezultă că alegerea lubrifiantului trebuie făcută în strânsă
legătură cu particularitățile și condițiile de extruziune ale metalului sau aliajului
respectiv. Astfel pentru metalele și aliajele cu temperatură ridicată de extruda re,
proprietățile de izolare termică constituie elementul principal de care trebuie ținut
seama la alegerea și folosirea materialului de ungere. O importanță deosebită o au
aceste proprietăți în cazul metalelor și aliajelor care nu pot fi deformate cu vite ze de

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
31
deformație foarte mari și care au un interval îngust pentru temperaturile de deformare
plastică la cald.
Spre deosebire de acestea, în cazul metalelor și aliajelor ce se extrudează la
temperaturi scăzute, sub 700…800 °C proprietățile de izolare ter mică ale lubrifiantului
constituie elementul secundar, care de cele mai multe ori poate fi neglijat. Astfel, în
cazul extruziunii la temperatura camerei proprietățile de izolare termică ale
lubrifiantului nu joacă niciun rol. În cazul temperaturii de extr uziune cu valori sub
700…800 °C diferența de temperatură dintre scule și materialul ce se extrudează poate
fi redusă prin încălzirea sculelor până la 500…400 °C.
În ceea ce privește condițiile de extruziune, principalul factor de care trebuie
ținut sea ma în acest caz îl constituie viteza de deformație. Cu cât viteza de deformație
va fi mai mare cu atât efectul termic de deformare plastică va fi mai pronunțat și
încălzirea semifabricatului va fi mai intensă. Din această cauză la viteze mari de
deformație proprietățile de izolare termică ale lubrifiantului pot fi întrucâtva mai
reduse. Ținând seama că atât încălzirea cât și răcirea materialului în timpul deformării
plastice se produce neuniform în secțiune transversală, rezultă că prin micșorarea
neuniform ității deformației este necesar ca extruziunea să se facă în condițiile
menținerii cât mai constante a temperaturii de încălzire. În consencință este necesar ca
determinarea proprietăților de izolare termică ale lubrifiantului să se facă în condițiile
în care influența efectului termic de deformare plastică este neglijabilă.
2.3.4 Influența formei sculelor.
Sculele care prin forma lor influențează asupra neuniformității deformației sunt
: poansonul sau presșaiba, în cazul în care între metal și poanson se introduce o
presșaiba, bucșa interioară sau containerul și matrița. Evident că asupra neuniformității
deformației influențează numai forma suprafețelor de lucru și nu forma acestora în
general.
În ceea ce privește suprafața de lucru a poansonului, adică s uprafața care intră
în contact direct cu materialul ce se deformează, aceasta poate fi plană, convexă sau
concavă. Din cele trei forme cea concavă favorizează cel mai mult reducerea

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
32
neuniformității deformației a materialului extrudat. Aceasta se datorează faptului că
avansul cu care curge materialul în zona axială față de cea periferică este mai redus, în
comparație cu cel obținut la folosirea presșaibei plane sau convexe. Dezavantajul
suprafeței concave pentru poanson sau presșaibă constă în majorarea deșe ului, adică a
restului neextrudat. Ținând seama că avantajul obținut prin reducerea neînsemnată a
neuniformității deformației este mai mic în comparație cu dezavantajul măririi restului
neextrudat, în practică la extrudarea directă, pentru poanson sau pres șaibă se preferă
suprafața plană.
Bucșa interioară sau containerul influențează asupra neuniformității deformației
prin înălțimea sa în comparație cu diametrul interior, deoarece în funcție de aceste
dimensiuni este condiționat și raportul dintre înălțimea și diametrul lingoului sau al
semifabricatului inițial.
După cum a fost arătat mai sus neuniformitatea deformației în direcție
longitudinală este minimă la capătul din față al lingoului extrudat și maximă la cel din
spate. Cu alte cuvinte, pe porțiunea din mijloc gradul de neuniformitate al deformației
se menține constant, variind doar la capetele produsului extrudat.
Din aceste considerente pentru ca neuniformitatea deformației în direcție
longitudinală să fie cât mai mică este necesar ca lungimea barei extrudate să fie cât
mai mare. La rândul său lungimea barei extrudate depinde de lungimea lingoului sau al
semifabricatului inițial și de gradul de deformare plastică sau coroiajul obținut prin
extruziune. Pe de altă parte, lungimea lingoului sau a semifa bricatului inițial este
condiționată de lungimea sau înălțimea H a containerului. Experimental s -a constatat
că pentru raportul H/D = 1,5, în care H și D reprezintă înălțimea respectiv diametrul
interior al containerului, neuniformitatea deformației în dir ecție longitudinală se
reduce la minim. Pe de altă parte pe lângă reducerea neuniformității deformației pe
măsura majorării raportului H/D în cazul folosirii unui lubrifiant corespunzător, se
reduce și forța totală de extruziune. Acest lucru se datorează f aptului că în cazul
folosirii unsorii corespunzătoare și menținerii unei valori constante pentru gradul de
reducere prin extruziune, forța totală de extruziune crește mai intens pe seama măririi
diametrului decât pe seama măririi lungimii lingoului sau sem ifabricatului inițial.

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
33
Ținând seama de cele arătate mai sus, în practică pentru lungimea sau înălțimea
containerului și a semifabricatului inițial se adoptă o valoarea care să se încadreze în
limitele H=(1,5…3,0)·D.
După forma suprafeței de lucru matrițele pot fi plane și conice sau sub formă de
pâlnie (fig 2.3.4.1).

Fig. 2.3.4.1. Variante de construcție ale matrițelor:
a-plane, b -conice, c -sub formă de pâlnie [4]
Din punctul de vedere al neuniformității deformației și al forței totale de
extruziune matrițele plane sunt neindicate întrucât măresc cel mai mult atât
neuniformitatea deformației cât și forța totală de extruziune. În schimb matrițele plane
prezintă avantajul reducerii la minim a restului neextrudat și în unele cazuri la
obținerea u nei suprafețe mai curate pentru semifabricatul extrudat. Din aceste
considerente, matrițele plane se folosesc în cazul metalelor și aliajelor cu rezistență de
deformare relativ redusă și platicitatea ridicată, la care nu interesează în mod deosebit
gradul de neuniformitate a deformației și la care este necesar să se obțină o suprafață
cât mai curată pentru produsul extrudat.
În figura 2.3.4.2 se arată modul de curgere a materialului ilustrat prin
denaturarea rețelei rectangulare în timpul extrudării staniul ui cu diverse unghiuri de
înclinare a conicității matriței.

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
34

Fig. 2.3.4.2. Denaturarea rețelei rectangulare în funcție de unghiul de înclinare a
pâlniei matriței. [4]

Prima bară a fost extrudată în matriță plană (α=180°) și în continuare pe măsura
deplasării spre dreapta unghiul conicității matriței a fost redus continuu.
După cum se observă gradul de neuniformitate a deformației crește pe măsura
măririi unghiului de c onicitate a matriței și atinge valori maxime pentru cazul în care
α=180°, adică pentru cazul când matrița este plană.
În acest caz în apropierea matriței se formează așa zisele zone moarte care nu se
deformează, și care frânează curgerea materialului în zonele învecinate.

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
35

Fig. 2.3.4.3. Variația presiunii de extruziune în funcține de unghiul de înclinare al
pâlniei matriței:
1 – extruziunea oțelului la rece, 2 – extruziunea oțelului la rece, 3 – extruziunea
oțelului la cald [12]
În figura 2.3.4.3 este prezentată variația presiunii de extruziune în funcție de
valoarea unghiului de înclinare al pâlniei matriței α, restul condițiilor de lucru fiind
identice. [12]
Din diagrama de mai sus rezultă că valorile minime pentru presiunea de
extruziune se obțin în cazul matriței cu unghiul de înclinare α=90…120°.
Ținând seama de variația neuniformității deformației și de valoarea forței de
extruziune în funcție de unghiul de înclinare a matriței, în practică acest unghi se
adoptă între 90 și 120°.
În unele cazuri, în afara formelor indicate mai sus, se recomandă matrițe tot sub
formă de pâlnie, dar cu pâlnie curbată concav și nu tronconic cum se arată în figura 15,
b și c. Justificarea folosirii unei asemenea forme constă în ipoteza teoretică, dar
neve rificată experimental, a ușurării curgerii materialului. [6]
În figura 2.3.4.4 se arată în secțiune longitudinală macrostructura unui rest de
alamă neextrudat din care se observă modul de curgere a materialului în stadiul final.

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
36

Fig. 2.3.4.4 Aspec tul macroscopic prin secțiune longitudinală al unui rest de alamă
neextrudat [9]
Din analiza macrostructurii rezultă că ipoteza emisă cu privire la execuția
curbată a pâlniei matriței, merită a fi luată în seamă și studiată atât din punctul de
vedere al eficienței, cât și din punctul de vedere al determinării razei de curbură
optimă.
În ceea ce privește valoarea înălțimii centurii de profilare și a razei de racordare
la trecerea de la pâlnie la centură, aceasta pe lângă condițiile de reducere a forței de
extruziune și a gradului de neuniformitate a deformației trebuie să asigure și o
durabilitate cât mai mare a matriței. Ținând seama de aceste considerente s -a stabilit că
valorile optime pentru raza de racordare R și de înălțimea h a centurii de profilare sunt
date de relațiile:
R = 0,25·d (5)
h = 0,5·d≥10 (mm). (6)
În relațiile de mai sus d reprezintă diametrul sau grosimea cea mai mare a
produsului extrudat.
În afara formei suprafeței de lucru a sculelor, asupra modului de curgere a
materialului o importanța deosebită o prezintă și felul de îmbinare între matriță și
container sau bucșa interioară a acestuia. În cazul în care îmbinarea celor două detalii

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
37
nu est e facută corect, între matriță și container fie că rămâne încă de la început un joc,
fie că acest joc se creează în timpul extruziunii. În ambele cazuri, în spațiul format
pătrunde materialul ce se deformează îngreunând astfel curgerea prin orificiul matri ței
și mărind totodată gradul de neuniformitate a deformației, precum și forța necesară
extruziunii. În figura 2.3.4.5 sunt reprezentate două variante de îmbinare între matriță
și container, varianta a fiind cea mai indicată. [13]

Fig. 2.3.4.5 Vari ante de îmbi nare între matriță și container [13]

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
38
Capitolul 3. Date experimentale
3.1 Aparatur ă și metodică
Procesul de extrudare s -a desfășurat conform următoare i scheme:

Fig. 3.1.1 Schema procesului de extrudare

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
39

Pentru obținerea datelor experimentale, s -au extrudat trei seturi de probe
cilindrice secționate pe diametru de dimensiunile d = 40 mm, h = 70 mm, unde: h –
înălțimea semifabricatului, d – diametrul semifabricatului.

Fig. 3.1.2 Probe cilindr ice înainte de extrudare
După secționarea semifabricatelor, următorul pas a fost trasarea unei rețele
rectangulare pe una din suprafețele dreptunghiulare a semicilindrilor, dimensiunea
inițală a unei celule fiind l =5 mm. Pe suprafața rectangulară am aplic at un strat de
cretă pentru a evita sudarea sau lipirea semicilindrilor în timpul extruziunii.

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
40
După extrudare cilindrii se desfac, și pe suprafața de contact a semicilindrilor
pe care a fost executată rețeaua rectangulară, se analizea ză neuniformitatea
deformației.
Extrudarea s -a realizat cu ajutorul unei mașini marca “Walter+Bai” de 300 KN.

Fig. 3.1.3 – Mașina de extrudare Walter+Bai

Pentru primul set de probe s -a determinat influența poansonului asupra
neuniformității deformației, astfel s -au extrudat trei probe utilizând pe rând poanson cu
suprafață plană, convexă, respectiv concavă.

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
41
La cel de al doilea set de probe am determinat influența diametrului matriței
asupra neuniformității deformației. Astfel am utilizat trei matriței cu diametre de 20
mm, 25 mm respectiv 30 mm.
Pentru cel de al treilea set de probe am măsurat influența unghiului de
înclinație, extrudând astfel patru probe cu unghiuri de 180°, 125°, 110° respectiv
104,5°.
3.2 Date experimentale
3.2.1 Setul I de probe
Pentru primul set de probe am determinat influența geometriei poansonului
asupra neuniformității deformației, utilizând pe rând poanson cu suprafață plană, cu
suprafață convexă, respectiv cu suprafață concavă. Probele astfel obținute sunt
prezentate în figura 3.2.1.1.

Fig. 3.2.1.1. Primul set de probe extrudate:
1 – poanson cu suprafață plană, 2 – poanson cu suprafață concavă, 3 – poanson cu
suprafață convexă
1
2
3

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
42

Fig. 3.2.1.2. Dimensiunile rețelei rectangulare rezultate după extrudare
După extrudare am măsurat lungimile l₁, l₂, l₃, … ln pe cele trei lini i
longitudinale I, II respectiv III, după cum este arătat în figura 3.2.1.2. Datele
lungimilor l ₁, l₂, l₃, … ln sunt prezentate în tabelul 3.2.1.1. Măsurarea s -a efectuat
începând cu restul neextrudat al materialului în dire cția longitudinală de curgere.

Datele experimentale pentru prima probă, cea plană, sunt prezentate mai jos.

Tabelul 3.2.1.1 Datele obținute la extrudarea probei cu suprafață plană
Numărul celulei din
rețea
(ln) Alungirea (mm)
I II III
1 5 5 5.2
2 5 5 5.3
3 11.6 11.7 6.5
4 18.4 17 15.3
5 19 19.2 19.2
6 21.3 21.1 20.9
7 21 20.5 20
8 15.6 18.5 18.5
9 14.5 17.3 18.1
10 13 16 16.4
11 11.6 14 14.1
12 7.6 8.2 9.2
13 6 6.4 7.7
14 5.6 5.3 7.6

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
43
După efectuarea măsurării rețelei rectangulare după extrudare, am calculat
alungirea materialului în direcție longitudinală folosind raportul:

λn =
(5)

Cu valorile alungirii λ pentru porțiunea la care au fost măsurate, adică pentru
numărul de ordine al rețelei la care se referă, se poate construi graficul de variație a
neuniformității deformației longitudinale în funcție de lungimea totală a
semifabricat ului extrudat.

Astfel s -au stabilit următoarele valori pentru alungirea rețelei rectangulare
prezentate în următorul tabel.

Tabelul 3.2.1.2 Valorile alungirilor în direcție longitudinală la proba plană
Numărul celulei din
rețea λ (mm)
I II III
1 1 1 1.04
2 1 1 1.06
3 2.32 2.34 1.3
4 3.68 3.4 3.06
5 3.8 3.84 3.84
6 4.26 4.22 4.18
7 4.2 4.1 4
8 3.12 3.7 3.7
9 2.9 3.46 3.62
10 2.6 3.2 3.28
11 2.32 2.8 2.82
12 1.52 1.64 1.84
13 1.2 1.28 1.54
14 1.12 1.06 1.52

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
44

Conform valorilor alungirilor pe cele trei linii în direcție longitudinală, s -a
alcătuit graficul neuniformității deformației. Din figura 3.2.1.3 se observă că alungirea
se menține aproape constantă la capătul restului neextrudat, urmând ca apoi să crească
pe măsura depărtării de către capătul restului neextrudat.
Putem observa că în direcția longitudinală valoarea alungirii variază între
minimum 1 și maximum 4,3, valoarea maxim ă înregistrându -se la rețeaua 7, de unde
începe să scadă treptat.
Tot din acest grafic se observă că deformarea în direcție longitudinală începe să
scadă pe măsura apropierii de celălalt capăt, pe direcția de curgere a materialului. De
precizat că prima probă s -a extrudat folos ind o matriță cu diametrul de 20 mm, la un
unghi de înclinație de 180°, fapt ce înseamnă că prima probă va fi identică pentru cele
trei seturi de probe.
Pentru cea de a doua probă, cea la care am folosit poanson cu suprafață concavă
avem următoarele date e xperimentale, prezentate în tabelul 3.2.1.3. Măsurarea s -a
efectuat la fel ca la proba cu suprafață plană, începând din capătul restului neextrudat,
în direcția de curgere a materialului.

Fig. 3.2.1.3 Graficul neuniformității deformației la proba plană

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
45
Tabelul 3.2.1.3. Datele obținute la extrudarea probei cu suprafață concave
Numărul celulei din
rețea Alungirea (mm)
I II III
1 7.4 5.05 5
2 11.8 7.2 5.1
3 12.9 15.4 14.5
4 13.9 17.7 18.6
5 15 18.3 21.4
6 18.8 18.8 18.7
7 19.1 19.9 18.2
8 19.8 17.8 18.1
9 11.9 11.9 17.9
10 11.5 11.9 12
11 10.9 11.4 11.9
12 6.2 7.4 8.9
13 5.3 6.6 8.4
14 5.1 5.6 6.8
Utilizând relația (5) am calculat valorile alungirilor λ pe cele trei linii
longitudinale, la proba cu suprafață concavă, după care am efectuat graficul
neuniformității deformației în funcție de valorile alungirilor.
Datele obținute pentru gradul de alungire λ sunt prezentate în tabelul 3.2.1.4.
Tabelul 3.2.1.4 Valorile alungirilor în direcție longitudinală la proba concavă
Numărul celulei din
rețea λ (mm)
I II III
1 1.48 1.01 1
2 2.36 1.44 1.02
3 2.58 3.08 2.9
4 2.78 3.54 3.72
5 3 3.66 4.28
6 3.76 3.76 3.74
7 3.82 3.98 3.64
8 3.96 3.56 3.62
9 2.38 2.38 3.58
10 2.3 2.38 2.4
11 2.18 2.28 2.38
12 1.24 1.48 1.78
13 1.06 1.32 1.68
14 1.02 1.12 1.36

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
46

După cum se observă în graficul 3.2.1.4, deformarea în direcție longitudinală a
materialului este asemănătoare cu cea a probei plane.

Putem observa însă că alungirea nu se mai menține constantă la început, ci
începe să crească pornind chiar din capătul restului neextrudat și continuând să crească
până la rețeaua 6 , urmând ca apoi să scadă începând cu rețeaua 8 . Se observă că
deformarea pe cele trei linii longitudinale, variază mai mult decât la proba plană.

Observăm ca valorea alungirii variază foarte mult pe direcție longitudinală între
1 și maximum 4.

Aplicând același principiu de măsurare și calcul ca la primele două probe,
pentru proba a treia, cea la care am utilizat un poanson c u suprafață convexă, s -au
obținut următoarele date:

Fig. 3.2.1.4 Graficul neuniformității deformației la proba concavă

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
47
Tabelul 3.2.1.5 Date experimentale obținute la proba convexă
Numărul celulei din
rețea Alungirea (mm)
I II III
1 5 5 5.1
2 6.9 7.9 6.2
3 22.2 20.9 20
4 21.9 20.7 19.6
5 19.6 20 18.9
6 19 19.2 17.9
7 19 18.9 17.6
8 18.6 18.2 17.4
9 18 17.7 15
10 17.5 17.6 12.9
11 13.1 12.6 11.6
12 8 8.7 10
13 5.4 5.9 7.6
14 5.1 5.4 5.9

După măsurarea lungimilor pe cele trei direcții de deformare longitudinală
aplicăm relația (5) de calcul a alungirii rețelei rectangulare, iar rezultatele obținute sunt
prezentate în tabelul 3.2.1.5.
Tabelul 3.2.1.6 Valorile alungirii rețelei rectangulare la proba convexă
Numărul celulei din
rețea λ (mm)
I II III
1 1 1 1.02
2 1.38 1.58 1.24
3 4.44 4.18 4
4 4.38 4.14 3.92
5 3.92 4 3.78
6 3.8 3.84 3.58
7 3.8 3.78 3.52
8 3.72 3.64 3.48
9 3.6 3.54 3
10 3.5 3.52 2.58
11 2.62 2.52 2.32
12 1.6 1.74 2
13 1.08 1.18 1.68
14 1.02 1.08 1.18

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
48

Utilizând aceste valori, am întocmit graficul neuniformității deformației pentru
ultima probă din setul I, cea convexă.

Din figura 3.2.1.6 se observă că gradul de deformare are o creștere bruscă
începând din capătul restului neextrudat, după care observăm o scădere relativ
uniformă, cu mici variații, în direcția de curgere a materialului.
Valorea alungirii are o creștere b ruscă pană la reț eaua 3, înregistrând o valoare
maximă de 4,44, după care începe să scadă.
De asemenea, putem spune că liniile I și II au o evoluție asemănătoare față de
linia III. Putem deduce astfel, că pe linia III curgerea materialului în direcție
longitudinală a fost mai rapidă decât pe celelalte două linii.

3.2.2 Setul II de probe
Pentru cel de al doilea set de probe, am determinat influen ța diametrului
matriței asupra neunif ormității deformației.

Fig. 3.2.1.6 Graficul neuniformității deformației la proba convexă

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
49
Cele trei probe din set au fost extrudat e pe rând, utilizând matrițe cu diametrul
de 20 mm, 25 mm respectiv 30 mm. Astfel avem cele trei probe prezentate în figura
3.2.2.1

Fig. 3.2.2.1 Setul II de probe extrudate
1 – Proba 1 D = 20 mm, 2 – Proba 2 D = 25 mm, 3 – Proba 3 D = 30 mm

Asemenea primului set de probe, am măsurat lungimile l ₁, l₂, l₃, … ln pe cele
trei lini i longitudinale I, II respectiv III, după cum este arătat în figura 3.2.1.2,
măsurarea ef ectuându -se începând cu capătul restului neextrudat către celălalt capăt, în
direcția de curgere a materialului.

Rezultatele obținute sunt prezentate în tabelele de mai jos. Cum a fost
menționat mai sus, prima probă va fi identică cu prima probă din setu l I, deoarece a
fost extrudată utilizând o matriță cu diametrul de 20 mm. Vă voi prezenta în
continuare rezultatele obținute pentru proba la care am utilizat o matriță cu diametrul
de 25 mm, în tabelul 3.2.2.1

1
2
3

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
50
Tabelul 3.2.2.1 Date experimentale obținute la proba de diametru 25 mm

După măsurarea lungimilor, am aplicat relația (5) de calcul a gradului de
alungire pentru a determina valorile alungirilor pentru fiecare celulă a rețelei
rectangulare, iar valorile obținute sunt prezentate în tabelul 3.2.2.2.
Tabelul 3.2.2.2 Valorile obținute ale gradului de alung ire λ
Numărul celulei din
rețea λ (mm)
I II III
1 1.56 1.82 1.26
2 1.74 2 1.72
3 1.96 2.18 2.34
4 2.16 2.36 2.38
5 2.64 2.36 2.42
6 2.5 2.38 2.4
7 2.46 2.74 2.34
8 2.4 2.5 2.24
9 2.22 2.3 2.2
10 1.98 1.82 1.8
11 1.46 1.6 1.64
12 1.36 1.4 1.62
13 1.16 1.22 1.26
14 1.14 1.08 1.06
Numărul celulei din
rețea Alungirea (mm)
I II III
1 7.8 9.1 6.3
2 8.7 10 8.6
3 9.8 10.9 11.7
4 10.8 11.8 11.9
5 13.2 11.8 12.1
6 12.5 11.9 12
7 12.3 13.7 11.7
8 12 12.5 11.2
9 11.1 11.5 11
10 9.9 9.1 9
11 7.3 8 8.2
12 6.8 7 8.1
13 5.8 6.1 6.3
14 5.7 5.4 5.3

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
51

Conform acestor valori am construit graficul neuniformității deformației în
funcție de gradul de alungire, prezentat în figura 3.2.2.1.

Conform acestui grafic, putem observa că gradul de alungire variază
relativ asemănător pe toate cele trei linii de deformare longitudinală, începând să
crească continuu din capătul restului neextrudat, până la rețeaua 7 din rețeaua
rectan gulară.

Se observă apoi, că începând cu rețeaua 8, variația gradului de alungire începe
să scadă în direcția de curgere a materialului către celălalt capăt.

Valoarea alungirii nu are o variație foarte mare, minimul fiind 1,2, iar maximul
2,7, valoarea maximă înregistrându -se la rețeaua 7.

La proba a treia din setul II, am utilizat o matriță cu diametrul de 30 mm. Datele
lungimilor obținute după extrudare sunt prezentate în tabelul 3.2.2.3.

Fig. 3.2.2.1 Graficul neuniformității deformației la proba de diametru 25 mm

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
52
Tabelul 3.2.2.3 Date experimentale obținute la proba de diam etru 30 mm
Numărul celulei din
rețea Alungirea (mm)
I II III
1 5.7 5.9 5
2 6.6 6.9 7
3 6.8 7 7.4
4 9.5 7.1 9.5
5 8.7 8.7 9
6 8.5 8.5 8.5
7 7.9 8.4 8.4
8 7.7 8.4 8.3
9 7.2 8 7.8
10 7 7.9 7.5
11 6.8 7.5 7
12 6.3 6.1 6.9
13 5.8 5.9 6.3
14 5.3 5.1 5.3

Gradul de alungire λ determinat pentru proba de diametru 30 mm, este prezentat
în tabelul 3.2.2.4.
Tabelul 3.2.2.4 Valorile obținute ale gradului de alungire λ
Numărul celulei din
rețea λ (mm)
I II III
1 1.14 1.18 1
2 1.32 1.38 1.4
3 1.36 1.4 1.48
4 1.9 1.42 1.9
5 1.74 1.74 1.8
6 1.7 1.7 1.7
7 1.58 1.68 1.68
8 1.54 1.68 1.66
9 1.44 1.6 1.56
10 1.4 1.58 1.5
11 1.36 1.5 1.4
12 1.26 1.22 1.38
13 1.16 1.18 1.26
14 1.06 1.02 1.06

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
53

Conform variației gradului de alungire, am determinat graficul neuniformității
deformației pentru proba de diametru 30 mm.

Din graficul 3.2.2.2 putem deduce că gradul de alungire variază foarte
asemănător pe cele trei linii în direcție longitudinală, asemănător probei de diametru
25 mm. Putem observa însă faptul că la proba de diametru 30 mm, gradul de alungire
variază cu val ori mai mici față de proba de diametru 25 mm.
În timp ce gradul de alungire la proba de diametru 25 mm variază între 1 și 2.8,
observăm că la proba de diametru 30 mm, acesta variază între 1 și 2.

3.2.3 Setul III de probe

La cel de al treilea set de prob e am măsurat influența unghiului de înclinație al
matriței, extrudând astfel patru probe, utilizând matrițe cu unghiuri de 180°, 125°,
110° respectiv 104,5°(pentru datele experimentale ale probei de unghi 180° vezi prima
probă de la 3.2.1).

Fig. 3.2.2.2 Graficul neuniformității deformației la proba de diametru 30 mm

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
54

Fig. 3.2.3.1. Setul III de probe extrudate
1 – α = 180°, 2 – α = 125°, 3 – α = 110°, 4 – α = 104,5°
Am obținut astfel următoarele date experimentale pentru proba de unghi α = 125°,
prezentate în tabelul 3.2.3.1
Tabelul 3.2.3.1 – Date experimentale pentru proba de unghi α = 125°
Numărul celulei din
rețea Alungirea (mm)
I II III
1 5 5 5
2 5.3 5.4 5.2
3 5.4 5.5 5.3
4 10.9 9.1 7.2
5 14.9 14.9 9.5
6 15.2 16.6 11.5
7 16.6 17 12.9
8 16.7 18.4 18.3
9 19 18.9 18.5
10 19.5 20.1 22.9
11 19.9 22.7 22.1
12 22.1 24.1 21.3
13 8.6 10.1 12.5
14 5.7 6.3 7

1
2
3
4

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
55

Din aceste date se observă că, la proba de unghi α = 125°, celulele rețelei
rectangulare se alungesc continuu până la celula 12, după care scade brusc căt re
capătul din spate al probei. După stabilirea datelor experimentale, ca și la celelalte
probe, am calculate gradul de alungire λ pe cele trei linii de deformație longitudinală.
Rezultatele sunt prezentate în tabelul 3.2.3.2
Tabelul 3.2.3.2 Valorile obțin ute ale gradului de alungire λ
Numărul celulei din
rețea λ (mm)
I II III
1 1 1 1
2 1.06 1.08 1.04
3 1.08 1.1 1.06
4 2.18 1.82 1.44
5 2.98 2.98 1.9
6 3.04 3.32 2.3
7 3.32 3.4 2.58
8 3.34 3.68 3.66
9 3.8 3.78 3.7
10 3.9 4.02 4.58
11 3.98 4.54 4.42
12 4.42 4.82 4.26
13 1.72 2.02 2.5
14 1.14 1.26 1.4

Fig. 3.2.3.2 Graficul neuniformității deformației pentru proba de unghi α = 125°

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
56
Din graficul 3.2.3.1 rezultă că gradul de alungire are o creștere relativ continuă,
pornind din capătul restului neextrudat, în direcția de curgere a materialului, până în
dreptul rețelei 12, unde se înregistrează o scădere bruscă. De asemenea, între cele trei
linii de deformare longitudinală nu se înregistrează o variație foarte mare a gradului de
alungire.
Se mai poate observa din grafic, și din calculele gradului de alungire, că s -au
înregistrat valori mai mari decât la celelalte probe.

La cea de a trei a proba din setul III s -a folosit o matriță cu un unghi de
înclinație de 110°. Datele experimentale ce au rezultat în urma măsurătorilor sunt
prezentate în tabelul 3.2.3.3.

Tabelul 3.2.3.3 Date experimentale obținute la proba de unghi α = 110°
Numărul celulei din
rețea Alungirea (mm)
I II III
1 5 5 5
2 5.1 5.3 5.3
3 6.1 5.4 5.4
4 15 14.9 8.3
5 15.9 16 15.5
6 17.9 18.4 17
7 18.8 19.6 18
8 20.1 20.4 21.5
9 20.1 20.4 20.6
10 20 20.1 20.2
11 19 18.6 18.4
12 18.5 18.4 17.8
13 7 8.6 9
14 6.7 6.7 8.9

Aplicând relația de calcul a gradului de alungire pentru fiecare celulă, pe cele
trei linii de deformare în direcție longitudinală, am obținut următoarele rezultate
prezentate în tabelul 3.2.3.4

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
57

Tabelul 3.2.3.4 Valorile obținute ale gradului de alungire λ
Numărul celulei din
rețea λ (mm)
I II III
1 1 1 1
2 1.02 1.06 1.06
3 1.22 1.08 1.08
4 3 2.98 1.66
5 3.18 3.2 3.1
6 3.58 3.68 3.4
7 3.76 3.92 3.6
8 4.02 4.08 4.3
9 4.02 4.08 4.12
10 4 4.02 4.04
11 3.8 3.72 3.68
12 3.7 3.68 3.56
13 1.4 1.72 1.8
14 1.34 1.34 1.78

Utilizând aceste valori, am întocmit graficul de neuniformitate a deformației la
proba de unghi α = 110° prezentat mai jos:

Fig. 3.2.3.3 Graficul neuniformității deformați ei pentru proba de unghi α = 110 °

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
58

Conform acestui grafic putem deduce că rețeaua rectangulară se alungește
relativ constant începând cu zona neuniformității minime din capătul restului
neextrudat, înregistrând apoi o creștere bruscă și menținere în zone neuniformității
medii.
Se observă că gradul de alungire începe să scadă la fel de brusc cum a crescut în
zona de neuniformitate maximă.

Alungirea are o variație foarte mare, începând cu 1, iar maximul apropiindu -se
de 4,5. Cea mai mare variație este înregistrată între rețelele 3 și 13.

Ultima probă din setul III a fost extrudată utilizând o matriță cu un unghi de
înclinare α = 104,5°. Datele experimentale obținute sunt prezentate mai jos:

Tabelul 3.2.3.5 Date experimentale obținute la proba de unghi α = 104,5°
Numărul celule i din
rețea Alungirea (mm)
I II III
1 6.9 6 6.9
2 9.2 6.9 7
3 16.1 16.9 16.3
4 17.1 18 18.6
5 18 18.2 18.3
6 20.8 19.4 19.9
7 20 20.5 18.7
8 18 19.5 18.1
9 17.7 18.8 17.4
10 17.4 18 17.4
11 9.7 17.1 11.4
12 6.3 11 11.1
13 6.1 7.5 7.6
14 5.9 6.3 6.5

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
59
Tabelul 3.2.3.6. Valorile obținute ale gradului de alungire λ
Numărul celulei din
rețea λ (mm)
I II III
1 1.38 1.2 1.38
2 1.84 1.38 1.4
3 3.22 3.38 3.26
4 3.42 3.6 3.72
5 3.6 3.64 3.66
6 4.16 3.88 3.98
7 4 4.1 3.74
8 3.6 3.9 3.62
9 3.54 3.76 3.48
10 3.48 3.6 3.48
11 1.94 3.42 2.28
12 1.26 2.2 2.22
13 1.22 1.5 1.52
14 1.18 1.26 1.3

În tabelul 3.2.3.6 au fost prezentate datele obținute în urma calculului gradului
de alungire în vederea determinării neuniformității deformației. Folosind aceste date,
am efectuat graficul neuniformității deformației pentru ultima probă.

Fig. 3.2.3.3 Graficul neuniformității deformați ei pentru proba de unghi α = 104,5 °

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
60
În graficul 3.2.3.3 putem observa faptul că gradul de alungire începe să crească
pornind din capătul restului neextrudat, menținându -se constant în zona medie de
neuniformitate, urmând ca apoi să scadă pe direcția de curgere a materialului către
celălalt c apăt al probei extrudate.
Ceea ce putem observa la cele patru probe din setul III, este faptul că deși se
înregistrează creșteri și scăderi bruște ale gradului de alungire, acesta nu variază foarte
mult pe cele trei direcții longitudinale stabilite.
3.3 Concluzii finale
După extrudarea celor trei seturi de probe, putem afirma că modelul rețelei
rectangulare deformate care a fost obținut pe suprafața unui semicilindru extrudat cu
un grad de deformare relativ redus. Se observă că deformarea în timpul extruz iunii se
produce neuniform atât în direcție longitudinală cât și în direcție transversală.
În afară de aceasta se mai observă că materialul din zona axială cu rge în avans
față de cel situat în zona periferică. La început, adică în timpul deformării capătul ui
din față al epruvetei sau semifabricatului, rețeaua rămâne aproape nedeformată.
Aceasta se datorează faptului că, în momentul inițial al extruziunii, datorită forțelor de
frecare exterioară materialul din zona periferică este menținut pe loc și se defor mează
numai materialul din zona centrală, adică zona ce se găsește în dreptul porțiunii de
calibrare a orificiului matriței. Pe măsura avansării procesului de extruziune,
materialul din zona axială trage după sine și pe cel din zona periferică și în acest fel
rețeaua rectangulară își schimbă treptat aspectul și dimensiunile până când procesul se
stabilizează. Spre sfârșitul procesului de extruziune, datorită influenței forțelor de
frecare de pe suprafața de contact dintre poanson și materialul ce se deforme ază, forma
și dimensiunile rectangulare se schimbă mult mai intens.
De asemenea, putem observa că pe măsura depărtării de la capătul din față al
probei distanța dintre liniile transversal ale fostei rețele rectangulare se mărește spre
canalul din spate. A ceasta înseamnă că alungirea, respectiv deformarea materialului în
direcția longitudinală este neuniformă și crește pe măsura depărtării de capătul din față
și apropierii de cel din spate.

DETERMINAREA INFLUENȚEI GEOMETRIEI MATRIȚEI ASUPRA NEUNIFORMITĂȚII LA
EXTRUDARE ÎN CAZUL PROFILELOR CILINDRICE
61

Bibliografie
1. Badea, S. Forjarea și extrudarea materialelor . Bucur ești, Editura
Didactică și Pedagogică, 1980
2. Teodorescu, A. Tehnologia extrudării metalelor. București, Editura
tehnologică, 1975
3. Drăgan, I. Tehnologia deformărilor plastice. București, Editura
Didactică și Pedagogică, 1979
4. Popescu, I. V. Tehnologia forj ării și extruziunii. București, Editura
Didactică și Pedagogică, 1967
5. Jalobov, V. V. Prelucrarea metalelor. Moscova, Metallurghizdat, 1959
6. Perlin, I. L. Teoria prelucr ării metalelor. Moscova, Metallurghizdat,
1964
7. Pearson, C. The extrusion of Metals. Lond ra, 1960
8. Prozorov, L, V. Prelucrarea o țelului. Moscova, Masghiz, 1956
9. Popa, A. Extrudarea metalelor și aliajelor. Brașov, Editura Lux Libris,
1994
10. Tapalaga, I. Extrudarea metalelor la rece. Cluj-Napoca, Editura Dacia,
1986
11. Socaciu. T, Extrudarea inversă la rece a metalelor. Târgu Mureș, Editura
Universității “Petru Maior ”, 1998
12. Feldmann, D.H. Extruziunea oțelului. Berlin, Göttingen – Heidelberg,
1959
13. Chelu, Gh. Ghiban, N. Elemente de proiectare a pieselor forjate,
matrițate și extruda te. București, Editura Printech, 2007