Deformarea Plastica la Rece

CUPRINS

Introducere

Notiuni generale privind deformarea plastica la rece

2.1. Clasificarea operatiilor de presare la rece

2.1.1. Clasificarea operatiilor simple de prelucrare la rece

2.1.2. Clasificarea operatiilor combinate de presare la rece

2.2. Clasificarea dispozitivelor de presare la rece

2.3. Analiza procesului de ambutisare

2.3.1. Definirea procesului de ambutisare

2.3.2 Considerații teoretice asupra modului de deformare la ambutisarea convențională

2.3.3. Considerații privind capacitatea de deformare prin ambutisare

2.3.4. Tehnologicitatea diverselor tipuri de piese obținute prin ambutisare

2.3.4.1. Ambutisarea pieselor cilindrice fără flansa

2.3.4.2. Ambutisarea pieselor cilindrice cu flansa

2.3.5. Calculul fortei necesare procesului de ambutisare

2.3.6. Tensiuni si deformatii

2.3.7. Stabilirea formei si dimensiunilor semifabricatului pentru ambutisare

3. Proictarea procesului tehnologic prin deformare plastică a reperului “capac de supapă”

3.1. Schița piesei

3.2. Analiza tehnologică

3.3. Determinarea dimensiunilor semifabricatului D

3.3.1. Adaosul pentru tăierea marginilor la piesele cu flanșă lată în mm

3.3.2. Calculul diametrului semifabricatului

3.3.3. Proiectarea procesului tehnologic pentru semifabricate cu flanșă

3.4. Stabilirea succesiunii operațiilor și determinarea dimensiunilor intermediare

3.5. Determinarea planului de croi economic necesar pentru obținerea semifabricatului (analiza a minim 2 variante). Calculul lățimii benzii și a coeficientului de utilizare al materialului

3.5.1. Planul de croi

3.5.2. Dimensiunea foilor de tablă

3.6. Elaborarea schemei de principiu pentru scula de decupare; pentru scula de ambutisare și pentru scula de perforare. Calculul forțelor (F), lucrului mecanic (L) și a puterii (P). Alegerea utilajului de presare necesar pentru fiecare operație în parte

3.6.1. Ștanță de decupare

3.6.2. Matriță de ambutisare

3.6.3. Ștanță de perforare

3.7. Calculul forțelor, a lucrului mecanic și-a puterii

3.8. Calculul arcurilor elicoidale

3.9. Dimensionarea elementelor active

3.9.1. Pentru ambutisare

3.9.2.Pentru perforare

3.9.3. Pentru decupare

3.10. Elaborarea desenului de ansamblu

1. INTRODUCERE

Prelucrarea prin deformare plastică a materialelor constă în realizarea unor operații de tăiere sau de modificare a formei semifabricatelor prin presiune, fără ridicare de așchii, cu ajutorul unor utilaje specifice și/sau scule de deformare.

Materialele prelucrabile prin deformare plastică pot fi atât metale feroase cât și metale neferoase. Semifabricatul utilizat se poate prezenta sub diverse forme: tablă, bandă, bară, sârmă, țeavă sau alte profile laminate.

Domeniul de aplicabilitate al procedeelor de deformare plastică este deosebit de dezvoltat și continuă mereu să se dezvolte, acoperind un spectru foarte larg în industria constructoare de mașini și aparate, electrotehnică și electronică, mecanică fină, bunuri de larg consum, utilaje pentru industria chimică și alimentară, etc. Statisticile efectuate pe plan mondial relevă faptul că aceste procedee ocupă în țările puternic dezvoltate o pondere de peste 25% din totalul procedeelor de prelucrare, iar utilajele de deformare plastică se situează pe locul trei în parcul de utilaje pentru prelucrări mecanice (după strunguri și mașini de găurit). [45]. Extinderea utilizării procedeelor de deformare plastică se datorează în principal, multiplelor avantaje pe care acestea le prezintă și anume:

– capabilitatea obținerii unor piese finite sau semifinite, care să mai necesite eventual numai operații finale, relativ minore (debavurare, găurire, filetare etc);

– posibilitatea realizării unor forme complexe, greu sau chiar imposibil de obținut prin alte procedee de prelucrare mecanică;

– obținerea unor precizii ridicate, atât dimensionale cât și de formă, care pot să atingă valori corespunzătoare claselor IT4-IT5 echivalente cu cele obținute prin rectificare fină și care asigură interschimbabilitatea pieselor respective.

– obținerea unei calități superioare a suprafețelor prelucrate, cu o rugozitate uzuală de 1,6 – 3,2 m, iar în anumite situații chiar și de 0,1 m:

– asigurarea unor creșteri ale indicilor de rezistență mecanică și rigiditate, la un consum relativ redus de material, datorită ecruisării materialului, fibrajului continuu, nervurilor de rigidizare, controlului temperaturii de deformare și răcire etc;

– realizarea unor economii substanțiale de energie, comparativ cu prelucrările prin așchiere (consumul mediu de energie la prelucrarea prin deformare plastică, la nivel mondial, este de 46…49 MJ/kg piesă mult mai redus decât valorile de 68…82 MJ/kg piesă, atinse la prelucrarea prin așchiere;

– asigurarea unor economii importante de material (gradul de utilizare mediu al materialului este de 75% la prelucrarea prin deformare plastică și de 40…50% la prelucrarea prin așchiere;

– atingerea unor productivități foarte mari datorită timpilor operaționali foarte mici, mai reduși cu cel puțin un ordin de mărime față de cei obținuți la prelucrarea prin așchiere și variind de la câteva zecimi de secundă până la câteva minute;

– posibilitatea utilizării unor operatori cu calificare redusă datorită simplității lucrului la utilajele de presare și asigurării preciziei necesare de către scule.

Procedeele de deformare plastică au însă, și o serie de dezavantaje, care le limitează oarecum. aplicabilitatea. Dintre dezavantaje pot fi menționate următoarele:

– nu toate materialele pot fi prelucrate prin deformare plastică;

– apar limitări cu privire la configurația pieselor ce pot fi obținute;

– necesită investiții destul de mari pentru utilaje și scule;

– sunt eficiente numai în cazul producțiilor de serie mare și de masă.

Proiectarea și monitorizarea proceselor de deformare plastică depinde de gradul de cunoaștere a caracteristicilor materialului de prelucrat, condițiile ce apar la interfața dintre sculă și semifabricat. mecanica deformării plastice, echipamentul tehnologic utilizat și condițiile impuse piesei finite. Acești factori influențează alegerea geometriei sculei și a materialului semifabricatului. precum și condițiile de deformare (viteza, temperatura dezvoltată în piesă și în scule lubrifierea etc.). Atingerea unor performanțe ridicate și extinderea aplicabilității procedeelor de deformare plastică impun dezvoltarea continuă a cercetărilor din acest domeniu, pentru cunoașterea și stăpânirea tuturor factorilor de influență.

Din punctul de vedere al proceselor de fabricație, au fost cercetate, dezvoltate și introduse recent noi tehnologii care permit obținerea de performanțe ridicate, materializate prin creșterea preciziei și productivității, lărgirea spectrului materialelor prelucrabile prin deformare plastică, obținerea de calități deosebite.

Îmbunătățirea înțelegerii comportării materialelor în timpul deformării plastice conduce la îmbunătățirea proiectării proceselor de deformare. Cercetările din acest domeniu s-au axat pe stăpânirea proceselor de prelucrare tehno-mecanică de obținere a proprietăților finale ale semifabricatelor și pe dezvoltarea de noi metode de determinare a deformabilității materialelor. Indicii de deformabilitate permit estimarea cantitativă a proprietăților de rezistență ale materialului și implicit a forței de deformare necesare. Tehnicile aplicate pentru determinarea acestor indici depind de metoda de deformare urmărită. Nu lipsite de importanță sunt și cercetările din domeniul tribologic de înțelegere și elaborare de noi legi de frecare. Din punctul de vedere al materialelor deformate s-a trecut de la clasicele oteluri cu conținut scăzut de carbon. la oțelurile aliate și superaliate, la aliajele speciale bazate pe aluminiu, titan, nichel, litiu. În domeniul industriei autovehiculelor se prefigurează utilizarea unor oțeluri microaliate care permit eliminarea tratamentelor termice finale prm controlul răcirii după prelucrarea lor la cald.

Dezvoltarea tehnicilor de simulare computerizată cum ar fi cea bazată pe metoda elementului finit conduce la stabilirea unei legături vitale între partea de proiectare a tehnologiilor și echipamentelor de lucru și partea axată pe cunoașterea comportării materialului la deformare. Datele de intrare într-un astfel de program conțin caracteristicile materialului de prelucrat, proprietățile termice ale acestuia, condițiile de frecare, precum și geometriile sculei și ale piesei. Ca date de ieșire se obțin valoarea forței de deformare necesară, mărimea deformațiilor și a vitezei de deformare, distribuția temperaturii, revenirea elastică a sculei etc. Toate aceste informații servesc apoi, la alegerea utilajului necesar, la aprecierea posibilității apariției unor fisurări ale piesei la analiza modului de comportare a materialului în timpul deformării etc. Tehnicile de simulare permit totodată, reproiectarea formelor finale ale piesei și sculelor utilizate, prin prisma unei curgeri plastice favorabile a materialului și alegerea parametrilor optimi de proces. Toate aceste facilități conduc la reducerea costurilor datorate proiectării unor eventuale scule, care se pot dovedi necorespunzătoare la prima utilizare, precum și la creșterea productivității prin eliminarea timpilor de proiectare.

Alte tendințe manifestate sunt cele referitoare la modernizarea și automatizarea utilajelor de deformare existente – în sensul creșterii performanțelor acestora, precum și la dezvoltarea de noi utilaje de deformare, capabile să asigure cinematici noi, care să contribuie la creșterea deformabilității materialului prelucrat prin crearea unor stări de solicitare favorabile deformării [1].

Toate aceste cercetări au condus, în final la apariția și dezvoltarea de noi procedee de deformare plastică care permit prelucrarea unor piese:

– cu forme deosebit de complicate, foarte precise și de calitate superioară;

– de dimensiuni mari și foarte mari, imposibil de realizat pe utilajele de deformare convenționale:

– din materiale greu deformabile etc.

Extinderea aplicabilității acestor procedee este însă limitată, comparativ cu procedeele clasice de deformare. cu toate că prezintă deosebite avantaje, ca urmare fie a necunoașterii fie a costurilor relativ ridicate pe care le implică implementarea lor în producție.

.

2. NOȚIUNI GENERALE PRIVIND DEFORMAREA PLASTICĂ LA RECE

Prin deformarea plastică se înțelege prelucarea materialelor metalice în scopul obținerii unor piese finite sau semifabricate, producându-se , astfel, deformarea permanentă a materialelor aflate în stare solidă, fără fisurare micro sau macroscopica. Acest lucru se produce doar la o anumită valoare a forțelor exterioare, aceasta menținându-se și după îndepărtarea forțelor care au provocato.

În principal, la deformarea plastică, metalele și aliajele se deformează prin două mecanisme: alunecare și maclare.

Alunecarea, reprezintă deplasarea pe pachete de atomi de-a lungul unor plane cristaline, numite plane de alunecare. (Fig.2.1.)

Maclarea, reprezintă deplasarea unei porțiuni din cristal în lungul unui plan, denumit plan de maclare, obținându-se două părți simetrice față de acest plan. (Fig.2.2.)

Fig.2.1. – Alunecare Fig.2.2. – Maclare

Avantaje:

Precizie mare de prelucrare;

Posibilitatea obținerii unor forme complexe cu un număr redus de operații;

Consum mic de materiale;

Îmbunătățirea caracteristicilor mecanice ale materialelor.

Dezavantaje:

Necesită forțe mari pentru deformarea materialelor;

Costul ridicat al ultilajelor folosite.

2.1. Clasificarea operațiilor de presare la rece

Presarea la rece reprezintă operația de preucrare a materialelor prin deformare plastică, la o anmita temperatura și cu aplicarea unor forțe exterioare.

Operațiile de presare la rece se realizează cu ajutorul dispozitivelor acționate de prese.

În industria constructoare de mașini, presarea la rece se folosește atât la asamblarea unor piese cât și la prelucarea acestora.

Operațiile de presare la rece se împart în două categorii:

Operații simple de prelucrare la rece;

Operații combinate de prelucrare la rece.

Clasificarea operațiilor simple de presare la rece

După caracterul general al deformațiilor, acestea se împart în:

Operații de forfecare;

Operații de matritre.

Fig. 2.1.1. Clasificarea operatiilor simple de presare la rece

Clasificarea operațiilor combinate de presare la rece

Datorită faptului că, productivitatea la prelucrare și precizia pieselor obținute prin prelucrarea cu ajutorul operațiilor combinate de presare le rece sunt mai ridicate, această metodă este frecvent utilizată în producție.

După caracteristicile tehnologice, operațiile combinate de presare la rece sunt de trei feluri:

operații combinate de stanțare;

operații combinate de matrițare;

operații combinate de stanțare și matrițare.

După modul de asociere a fazelor, operațiile combinate de prelucrare la rece pot fi de trei feluri:

operații combinată simultană;

operații combinată succesiva;

operații combinată simultan-succesiva.

Operația combinată simultană se caracterizează prin faptul că piesă de prelucrat se obține la o

cursa activă a berbecului presei, dispozitivul de presare la rece având numai un post de lucru.

La operația combinată succesiva, piesa se obține succesiv, prin diverse prelucrări simple,

dispozitivul de presare la rece având mai multe posturi de lucru. Semifabricatul se deplasează, prin

dispozitiv, de la un post de lucru la altul, iar piesa se obține la două sau mai multe curse active ale

berbecului presei.

Operația combinată simultan-succesiva rezultă din asocierea unor operații simple și combinate simultane. Această operație se aseamănă, în principial, cu operația combinată succesiva cu excepția că, la cel puțin unul din posturile de lucru ale dispozitivului, trebuie să fie o prelucrare simultană, deci, să se execute, simultan, cel puțin două operații simple.

În figură 2.1.2.1. sunt prezentate trei piese din tabla prelucrate prin diferite operații combinate destantare.

În figură 2.1.2.1. a) piesa este obținută printr-o operație combinată simultană de stanțare

(decupare la diametrul D și perforare la diametrul d1 la același post de lucru I).

Conform figurii 2.1.2.1. b), aceeași piesă se poate obține și printr-o operație combinată succesiva de stanțare (perforare la diametrul d1 la postul I de lucru al dispozitivului și decupare la diametrul D la postul I).

Piesă din figura 2.1.2.1. c) este obținută printr-o operație combinată simultan-succesiva de stanțare (perforare simultană la diametrele d1 și d2 la postul de lucru I și decupare la diametrul D la postul ÎI de lucru). În toate cele trei cazuri prezentate, semifabricatele S utilizate sunt sub formă de bandă.

Fig. 2.1.2.1. Prelucrarea printr-o operatie combinata simultana de stantare

În figura 2.1.2.2. a) este prezentată o piesă cavă cu pereți dubli obținută printr-o operație combinată

simultană de matrițare: ambutisare directă la diametrul d1 și înălțimea h1 și ambutisare inversă de la

diametrul d1 la diametrul d2 și de la înălțimea h1 la înălțimea h2. În acest caz, piesa este prelucrata dintr-un semifabricat plan individual având diametrul D.

Piesa cavă din figura 2.1.2.2. b) este obținută printr-o operație combinată simultană de stanțare și matrițare: în prima fază, decupare din bandă a unei rondele circulare având diametrul D și, în a doua fază, ambutisare la diametrul d1 și înălțimea h1.

Piesa în formă de V din figura 2.1.2.2. c) este prelucrata, de asemenea, printr-o operație combinată simultană de stanțare și matrițare: perforare simultană la diametrele d1 și d2 la postul I de lucru și, la postul ÎI de lucru, debitare la lungimea l1 și îndoire.

Fig. 2.1.2.2. Prelucrarea printr-o operatie combinata simultana de matritare

Clasificarea dispozitivelor de presare la rece

Dispozitivele de prelucrare prin presare la rece se aseamănă, în principial, cu cele de prelucrare prin presare la cald. Însa, dispozitivele de presare la rece sunt mai complexe. Pe lângă poanson și placă activă, acestea conțin un număr relativ mare de elemente dintre care unele participa la realizarea procesului de deformare plastică. Operațiile de presare la rece sunt mai numeroase și diverse, din punctul de vedere al complexității procesului de deformare plastică a materialului semifabricatului, comparativ cu operațiile de presare la cald. De aceea, denumirea și clasificarea dispozitivelor de prelucrare prin presare la rece necesita o mai mare diversificare, față de dispozitivele de prelucrare la cald .

Dispozitivele de presare la rece sunt utilizată în prezent în întreprinderile constructoare de mașini din țara noastră, cât și din unele țări avansate industrial. De asemenea, neconcordanța dintre denumirea dispozitivului de presare la rece și rolul funcțional al acestuia se reliefează și în unele standarde în vigoare. Neconcordanta cea mai evidentă exista în cazul dispozitivelor de matrițare care, uneori, sunt denumite stanțe. În present, nu există o terminologie corespunzătoare a dispozitivelor de presare la rece, deci, nici clasificarea acestora nu s-a putut face corect.

Dispozitivele de stanțare se utilizează, pentru executarea diverselor

operații de stanțare: stanța simplă este destinată executării unei operații simple de forfecare (tăiere) cum ar fi: decupare, perforare, retezare, crestare etc. Cu o stanță combinată se execută simultan, succesiv sau simultan-succesiv o operație combinată de acest tip, după cum urmează: decupare și perforare simultană, la un post de lucru, perforare la postul I și apoi decupare la postul II; perforare simultană la primul post de lucru și apoi decupare la următorul post de lucru.

Dispozitivele de matrițare se folosesc pentru executarea unor operații simple sau

combinate de matrițare; matrițele simple se folosesc pentru executarea unor operații simple, iar

matrițele combinate se folosesc pentru executarea unor operații combinate simultane, succesive sau simultan-succesive.

Dispozitivele combinate de stanțare și matrițare la rece se utilizează pentru executarea unor

operații combinate de stanțare și matrițare. Acestea pot fi: cu acțiune simultană.

Fig. 2.2.1. Clasificarea dispozitivelor de presare la rece

Aceste dispositive folosite la prelucrările prin deformare plastică la rece au o foarte mare varietate constructivă și funcțională, ele fiind proiectate și realizate pentru diferite tipuri de piese și operații de prelucrare.

În figură 2.2.2. este prezentată o stanță simplă pentru perforare a două găuri într-o piesă ambutisată, iar în figură 2.2.3. este prezentată o matriță pentru îndoire în V.

Placa de taiere

Poanson

Extractor

Fig. 2.2.2. Stanta simpla

Poanson

Placa activa

Element de pozitionare

Culisor

Fig. 2.2.3 Matrita pentru indoire in V

2.3. Analiza procesului de ambutisare

2.3.1. Definirea procesului de ambutisare

Ambutisarea este operația de transformare a unui semifabricat plan într-o piesă cavă sau de modificare, în continuare a unei piese cave în scopul măririi adâncimii și micșorării dimensiunilor transversale.

Procesul de deformare prin ambutisare este un proces complex care depinde, în principal, de geometria și materialul piesei prelucrate, de tehnologia de deformare, de construcția matrițelor de ambutisare și de utilajul folosit.

În funcție de modul în care rezultă modificarea grosimii semifabricatului, ambutisarea este de două tipuri: fără modificarea voită a grosimii semifabricatului și cu subțierea voită a semifabricatului. Majoritatea pieselor ambutisate, de forme diferite (corp de revoluție, tip paralelipipedic sau cutie și forme complexe asimetrice) se execută prin procedeele aparținând primului tip.

La ambutisarea în mai multe operații, deformarea materialului se poate realiza în același sens cu deformarea la operația anterioară în care caz se numește ambutisare directă sau în sens invers, când se numește ambutisare inversă. Cea mai utilizată este ambutisarea inversă.

Fig. 2.2.1. Cresterea adancimii unui semifabricat prin ambutisare

2.3.2. Considerații teoretice asupra modului de deformare la ambutisarea convențională

Deformarea semifabricatului la ambutisare începe cu apăsarea de către poanson a părții centrale a materialului, parte care va constitui fundul piesei cave și se continuă cu tragerea treptată a flanșei pentru formarea peretelui vertical al piesei. Se creează astfel o stare de solicitare caracterizată prin existența tensiunilor radiale de tragere a materialului în spațiul dintre poanson și placa de ambutisare și a unor tensiuni tangențiale de compresiune. La ambutisarea unui semifabricat plan se poate considera o stare plană de tensiune [13]. Sub aspect metodic, analiza stării de tensiune la ambutisarea pieselor cu forma geometrică diferită se studiază în mod asemănător, ținând seama de particularitățile impuse de geometria acestora.

Starea de deformare la ambutisare este o stare spațială, deformarea având loc după direcțiile: radială (), tangențială () și normală pe suprafața care delimitează grosimea semifabricatului (z) [5]. Într-un sistem de coordonate cilindric, dintre deformațiile relative principale, deformația tangențială este cea mai intensă, deoarece orice element aflat la o rază oarecare de pe suprafața flanșei semifabricatului plan trebuie, de regulă, să ajungă într-o poziție de pe peretele vertical al piesei ambutisate.

Un factor important în aprecierea modului de deformare al materialului semifabricatului îl constituie calitatea pieselor rezultate. Aceasta trebuie apreciată atât prin rugozitatea suprafeței interioare și exterioare obținută după ambutisare cât și prin modificarea proprietăților de bază în materialul semifabricatului, ca urmare a desfășurării procesului de ambutisare.

Calitatea pieselor ambutisate depinde de următorii factori [1]:

natura și starea structurală a materialului semifabricatului;

starea suprafeței semifabricatului înainte de ambutisare;

starea suprafeței și geometria zonelor de lucru ale elementelor active la ambutisare;

valoarea jocului dintre zonele de lucru ale elementelor active;

gradul de deformare la ambutisare;

calitatea lubrifiantului utilizat.

Calitatea suprafeței interioare poate fi înrăutățită de către inelul de reținere a semifabricatului, atunci când suprafața de contact dintre acestea este necorespunzătoare. Mărimea rugozității măsurate la exterior, pe înălțimea piesei, prezintă o modificare neînsemnată a calității suprafeței prelucrate, comparativ cu cea a semifabricatului, în condițiile ambutisării folosind placa activă de calitate foarte bună, având raza de racordare optimă.

Asupra rugozității piesei ambutisate influențează natura și starea structurală a materialului

prelucrat, în sensul că, cu cât grăunții cristalini sunt mai mari și orientarea lor este mai favorabilă, cu atât rugozitatea după deformare va fi mai mare. Datorită acestui fapt se poate produce în timpul ambutisării un defect grav ce poartă denumirea de suprafață rugoasă sau “coajă de portocală”. Influența mare asupra rugozității suprafeței exterioare a piesei ambutisate o au însă factorii legați de zona de lucru a elementelor active ale matriței. Astfel, în cazul unor elemente active cu zona de lucru rugoasă, sau cu dimensiuni necorespunzătoare, apare o rugozitate mai mare la piesa prelucrată. Aceasta se va înrăutăți și mai mult în cazul frecării uscate sau a utilizării unui lubrifiant necorespunzător, deoarece particule mici ale material prelucrat se vor suda de zonele active și vor zgâria suprafața prelucrată. Modificarea proprietăților de bază (caracteristici de rezistență și plasticitate) în materialul prelucrat prezintă, în primul rând, importanță, în cazul în care piesa se va prelucra din mai multe operații de ambutisare, precum și pentru asigurarea caracteristicilor mecanice finale necesare unei bune funcționări a piesei în exploatare. În principiu, variația caracteristicilor mecanice după ambutisare se produce ca în figura 1.1.

Rezultă că la o distanță mică de bază, caracteristicile de rezistență cresc, iar cele le plasticitate se micșorează brusc.

2.3.3. Considerații privind capacitatea de deformare prin ambutisare

În cazul ambutisării, în condiții optime, forța de reținere trebuie să fie astfel adoptată încât să permită curgerea plană radială a materialului spre interiorul plăcii active, fără să apară cutarea. Deformarea are loc în flanșa semifabricatului și în zona razei plăcii de ambutisare. Nu apar deformații semnificative în zona frontală a poansonului. Astfel, procesul de ambutisare poate fi comparat cu tragerea sârmelor, la care o secțiune de valoare ridicată este redusă la una mai mică, dar se obține o piesă cu lungime mare.

Capacitatea de ambutisare depinde de doi factori [5]:

– capacitatea metalului din zona flanșei de a curge plastic ușor în planul tablei, sub influența tensiunilor tangențiale;

– capacitatea metalului din peretele piesei ambutisate de a se opune la deformarea grosimii peretelui.

Poansonul împiedică schimbarea dimensiunilor piesei pe direcție radială: astfel, singurul mod în care poate să se deformeze materialul din peretele piesei este prin întindere și subțiere. De aceea, rezistența la subțiere și o limită de curgere ridicată pe direcția grosimii determină capacitatea materialului de a rezista la forța necesară tragerii materialului din flanșă în perete.

Luând ambii factori în considerare, este absolut necesar la ambutisare să se ușureze cât mai mult curgerea plastică a materialului în planul tablei și să crească rezistența la curgere în planul perpendicular pe suprafața tablei. Tensiunea de curgere scăzută în planul tablei se obține, însă, dacă această tensiune este scăzută și pe direcția grosimii.

Tensiunea de curgere a materialului în direcția grosimii este dificil de măsurat, dar raportul deformațiilor liniare r compară tensiunile din planul tablei și pe direcția grosimii, pe baza deformațiilor liniare reale după aceste direcții determinate prin încercare la tracțiune.

2.3.4. Tehnologicitatea diverselor tipuri de piese obținute prin ambutisare

2.3.4.1. Ambutisarea pieselor cilindrice fără flanșă

Obținerea pieselor cilindrice fără flanșă se face din semifabricate circulare, diametrul acestuia calculându-se pe baza egalării ariei totale a piesei ambutisate, ținându-se seama de adaosul pentru tăierea marginilor, cu aria unui disc circular.

Determinarea numărului de operații necesare se face în funcție de diametrul final dn, înălțimea h a piesei vizate și de diametrul D al semifabricatului (fig. 1.2).

Ținând cont de coeficientul de ambutisare m1 la prima operație, cu valoare diferită de a coeficienților de ambutisare la operațiile ulterioare (care se consideră egali între ei m2= m3= … = mn= m’) se calculează numărul de operații necesare, n, cu formula :

(2.1)

Rezultatul se rotunjește la valoarea întreagă imediat superioară, ulterior procedându-se la redistribuirea rațională a gradului de deformare al materialului piesei pe operații astfel încât succesiunea valorilor coeficienților de ambutisare, mi, să fie una crescătoare.

Pentru calcularea înălțimii piesei la o anumită operație se va egala aria semifabricatului cu aria piesei la respectiva operație, rezultând o ecuație a cărei necunoscută o reprezintă tocmai înălțimea piesei.

În situația în care se urmărește realizarea unor semifabricate cu raze de racordare foarte mici este necesară aplicarea unei operații finale de calibrare.

Pentru evitarea apariției cutelor, ca rezultat al pierderii stabilității semifabricatului, se recurge la reținerea materialului chiar dacă aceasta înrăutățește condițiile de ambutisare prin creșterea forțelor de frecare și, deci, a tensiunilor de întindere din zona periculoasă.

2.3.4.2. Ambutisarea pieselor cilindrice cu flanșă

Specific ambutisării pieselor cilindrice cu flanșă este grupul de reguli privind succesiunea și particularitățile operațiilor.

La prima operație se ambutisează semifabricatul astfel încât să se obțină piesa cu flanșa la dimensiunea finală la care se adaugă adaosul pentru tăierea marginilor. (fig. 1.3).

Excepție fac doar piesele cilindrice cu flanșa îngustă (d/df = 1,1…1,4) și cu adâncime relativă h/d foarte mare, care în prima etapă se ambutisează fără flanșă urmând ca la operațiile ulterioare să se materializeze flanșa prin răsfrângerea marginilor (evazare) (fig. 2.4).

La ambutisările următoare se continuă mărirea înălțimii și micșorarea diametrului piesei.

Caracteristic primei deformări este coeficientul convențional al primei operații de ambutisare, mc;

, (2.2)

unde: d este diametrul părții ambutisate;

Dc este diametrul semifabricatului plan, necesar pentru realizarea unei piese cilindrice cu diametrul d și înălțimea h.

Piesele cilindrice scunde cu flanșă îngustă se pot obține dintr-o singură operație de ambutisare ținând, însă cont de existența unei raze minime a plăcii de ambutisare. Pentru valori reduse ale acestei raze se va aplica piesei o calibrare finală.

Obținerea pieselor cilindrice cu flanșă cuprinde două etape. Pentru prima etapă, de obținere a pieselor cilindrice fără flanșă, se determină numărul de operații necesare n1 cu ajutorul relației:

, (2.3)

iar pentru a doua etapă de ambutisare, când se formează flanșa, vor fi n2 ambutisări:

, (2.4)

Valorile coeficienților de ambutisare se determină ca și în cazul pieselor cilindrice fără flanșă.

2.3.5. Calculul fortei necesare procesului de ambutisare

Calculul fortei de ambutisare are o mare importanta in alegerea corecta a utilajului. Aceasta forta trebuie sa fie suficient de mare pentru a permite curgerea materialului. Forta de ambutisare depinde de mai multi factori: marimea semifabricatului, marimea suprafetei poansonului de ambutisare, grosimea tablei, materialul folosit, raza de racordare a matritei, raza de racordare a poansonului si jocul dintre elementele active (j).

Forta de ambutisare:

F = L * g * σr * α ,

Unde: L – circumferinta muchiei de ambutisare (mm);

g – grosimea tablei (mm);

σr – rezistenta la rupere a materialului;

α – coeficientul ce depinde de coeficientul de ambutisare.

2.3.6. Tensiuni si deformatii

Tensiunile si deformatiile care apar in materialul semifabricatului la operatia de ambutisare sunt prezentate, simbolic, in figura 2.3.3.1. Starea de tensiune si de deformare a materialului in procesul de  ambutisare este complexa si difera de la o zona la alta a semifabricatului.

Fig. 2.3.3.1. Tensiuni si deformatii la operatia de ambutisare

Prezenta tensiunilor axiale  in flansa plana a semifabricatului arata ca grosimea materialului poate ramane constanta doar daca se aplica o forta exterioara Q, care sa echilibreze forta data de aceste tensiuni. Pentru prevenirea formarii cutelor in timpul deformarii, se aplica presiuni mult mai mici decat tensiunile , pentru ca deformarea materialului sa fie posibila. De aceea procesul de ambutisare, este insotit de ingrosarea materialului in zona flansei plane a semifabricatului. In procesul de ambutisare, semifabricatul plan nu trebuie strans ci numai retinut pentru a nu se ondula. Subtierea materialului pe raza matritei si in zona cilindrica a semifabricatului se datoreaza tensiunilor radiale, . Deoarece, tensiunile axiale sunt foarte mici, in raport cu celelalte tensiuni, starea de tensiune a materialului la ambutisare este aproximativ plana.

Tesniunea radiala: σp = σc * ln ;

Tensiunea circumferentiala : σθ = – σc (1- ln ) ;

Tensiunea de frecare : σf = ;

Tensiunea de incovoiere : σi = ;

Tensiunea maxima de ambutisare : σa = σc ( ln + + ) *

2.3.7. Stabilirea formei si dimensiunilor semifabricatului pentru ambutisare

In procesul de ambutisare se considera că, grosimea semifabricatului nu se modifică în timpul deformării și prin urmare legea constantei volumului se poate exprima considerând egalitatea ariilor semifabricatului inițial și a piesei ambutisate. Din aceasta egalitatea rezulta faptul ca:

Spiesa = Ssemifabricat plan

Datorită anizotropiei plane a semifabricatelor folosite la ambutisare, a impreciziei poziționării lor în raport cu elementele active si a neuniformității condițiilor de frecare pe conturul plăcii de ambutisare, piesa ambutisată rezultă cu marginea neuniformă. Datorita acestui lucru, în multe situații apare necesitatea unei operații ulterioare de tăiere a marginii prin care să se corecteze aceste neregularități și piesa să fie adusă în limitele cerute pentru precizia dimensională și de formă.

Pentru a realiza tăierea marginii este însă nevoie să se prevadă cantitatea de material necesară, respectiv un anumit adaos Dh la piesele fără flanșă și Ddf la piesele cu flanșă, care se va îndepărta prin tăiere.

Această valoare se adaugă la dimensiunea zonei respective, și cu aceste noi valori se calculează mai dimensiunea corespunzătoare a semifabricatului de ambutisat

Valoarea adaosului pentru tăierea marginii Dh depinde de înălțimea piesei ambutisate și de

înălțimea relativă h/d, iar cea a adaosului Ddf depinde de diametrul df al flanșei și de diametrul relativ df/d.

Fig. 2.3.4.1. Valoarea adaosului de material la a) piese fara flansa si b) piese cu flansa

Forma semifabricatului plan inițial depinde de tipul piesei ambutisate: pentru piese de revoluție acesta este circular, pentru piese paralelipipedice – aproximativ oval, etc.

3. PROICTAREA PROCESULUI TEHNOLOGIC PRIN DEFORMARE PLASTICĂ A REPERULUI “CAPAC DE SUPAPĂ”

3.1. Schița piesei

unde:

d = 98 [mm];

d1 = 68,48 [mm];

h = 31 [mm];

Rpl = 4 [mm];

Rp = 5 [mm];

g = 1 [mm];

material A3

Materialul piesei este un oțel de ambutisare A3.

3.2. Analiza tehnologică

R 5- este dată de raza poansonului;

R4-este dată de raza plăcii active;

Trebuie să vedem dacă piesa se obține prin ambutisare fără să necesite o calibrare ulterioară.

[12/ tab.4.17/ pag. 44];

rp = 2 [mm] și rpl = 3 [mm] – Razele minime de racordare la piesele ambutisate având valoriile rp = 2 [mm] și rp = 3 [mm] => Ambutisarea se poate realiza cu Rp = 5 [mm] și Rpl = 4 [mm].

Din tabel ne rezultă ca piesa se obține doar prin ambutisare, fără să necesite o calibrare ulterioară.

3.3. Determinarea dimensiunilor semifabricatului D

;

Df ≥ d + 2rpl + 4g;

98 ≥ 68,48 + 8 + 4;

98 ≥ 80,48;

3.3.1. Adaosul pentru tăierea marginilor la piesele cu flanșă lată în mm.

Din tabel rezultă un adaos de 1,2 [mm]. [12/ tab.4.20/ pag. 45];

3.3.2. Calculul diametrului semifabricatului

Vi = Vf;

Ai · g = Af · g;

Af = A1 + A2 + A3 + A4 + A5;

A1 = ;

A1 = ;

A1 = (9684 – 5836,96);

A1 = 2958,62 [mm2];

A2 = (2 · π · d1 · r – 8 · r2);

A2 = (8·π·98 – 8·42);

A2 = 1833,91 [mm2];

A3 = π · d · h = π · (66,48 + 2g) · (31 –2g – 4 – 5 );

A3 = π · 68,48 · 20;

A3 = 4297,70 [mm2];

A4 = (2 · π · d · r + 8 · r2) = [2 · π (r + g) · (66,48 – 2r) + 8 · (r+g)2];

A4 = (2 · π · 6 · 56,48 + 8 · 62);

A4 = 1896,13 [m2];

A5 = = ;

A5 = 44,29 [mm2];

Af = A1 + A2 + A3 + A4 + A5;

Af = 2958,62 + 1833,91 + 4297,7 + 1896 13 + 44,29;

Af = 11030,65;

Ai = ;

Ai = Af ;

Af = ;

d = ;

d = 119,51 [mm] ADOPT semifabricat cu d = 120 [mm];

3.3.3.Proiectarea procesului tehnologic pentru semifabricate cu flanșă.

Se calculează coeficientul mc = ; [12/ Rel.7.15/ pag. 114];

=>Dc = 120 [mm] => mc = [mm];

Se calculează raportul ;

=> din tab. 7.5/ pag. 114 => mc adm = 0,53 ÷ 0,55

=> mc ≥ mc adm => o singură operație de ambutisare;

3.4. Stabilirea succesiunii operațiilor și determinarea dimensiunilor intermediare

1. Decupare

2. Ambutisare

3. Taierea marginiilor

4. Perforare

3.5. Determinarea planului de croi economic necesar pentru obținerea semifabricatului (analiza a minim 2 variante). Calculul lățimii benzii și a coeficientului de utilizare al materialului

3.5.1. Planul de croi

Varianta 1: croire pe un rând fără apăsare laterală

B = D + 2a + 2∆L + j;

D-diametrul semifabricatului;

a-dimensiunea puntiței;

∆L-abaterile la lățime;

j – jocul;

Kf1 = [%];

B – lățimea foii de tablă sau a benzii, în mm;

A – aria semifabricatului;

p – pasul de avans;

Din tabelul 6.3.(pag.88) =>

Din tabelul 6.7.(pag .96) => j = 1,5 [mm];

Din tabelul 6.8.(pag .96) => ∆L = 1,2 [mm];

B = 120 + 2 · 1,9 + 2· 1,2 + 1,5 = 127,7 [mm];

ADOPT B = 128 [mm];

p = D + b = 120 + 1,5 = 121,5 [mm]

Kf1 = = 72,72 [%];

Varianta 2: croire pe 2 rânduri fără apăsare laterală

B = D1 + 2a + 2l + j;

D1 = D + h;

h = [mm];

D1 = 120 + 105,22 = 225,22 [mm];

B = 225,22 + 2 · 1,9 + 2 · 1.2 + 1,5 = 232,92 [m];

Kf2 = = 79,92 [%];

Deși varianta II este mai bună din punct de vedere al folosirii materialului, alegem varianta I, datorită simplității matriței.

Adopt lățimea fâșiilor de material de 128 [mm].

3.5.2. Dimensiunea foilor de tablă

În STAS există foi cu dimensiunile:

l = 800,1000,1250,2000;

L=1000,1600,2000,2500,3000,4000

;

unde:

n1 – numărul de piese de pe o bandă;

n2 – numărul de benzi;

Ap -aria materialului folosit efectiv;

n1 = ; n2 = ;

p = D + b = 120 + 1,5 = 121,5 [mm];

Se verifică lungimea foilor de tablă, pentru a vedea care este cea mai bine folosită:

;  ;

; ;

; ;

Adopt L = 1600 [mm] ;

Se verifică lățimea foilor de tablă, pentru a vedea care este cea mai bine folosită:

;

;

;

;

Adopt l = 800 [mm];

B0 = B + j = 128 + 1,5 = 129,5 [mm];

unde:

B0 – lățimea dintre benzile de ghidare;

3.6. Elaborarea schemei de principiu pentru scula de decupare; pentru scula de ambutisare și pentru scula de perforare. Calculul forțelor (F), lucrului mecanic (L) și a puterii (P). Alegerea utilajului de presare necesar pentru fiecare operație în parte

3.6.1. Ștanță de decupare

3.6.2. Matriță de ambutisare

3.6.3. Ștanță de perforare

3.7. Calculul forțelor, a lucrului mecanic și-a puterii

Pentru decupare:

Fd = L · g · τ; [12/ Rel.11.2/ pag. 238];

τ = [12/ tab.11.9/ pag. 241];

L = π ·DSf;

L – lungimea conturului tăiat;

τ – rezistența la forfecare;

Fd = π · DSf · g · τ = 120 · π · 1 · 27 = 10178,76 [daN];

FîmpD = kîmp ·FD · n; [12/ Rel.11.6/ pag. 241];

FD – forță decupare;

kîmp – 0,07 coeficient; [12/ pag. 246];

n – nr de piese aflate în portiunea cilindrică a plăcii de tăiere;

n – 10 piese;

Fîmp = 0,07 · 10178,76 ·10 = 7125,13 [daN];

Ftot = 1,3 · FD + FîmpD; [12/ Rel.11.7/ pag. 246];

Ftot = 1,3 · 10178,76 + 7125,13 = 20357,52 [daN];

[12/ Rel.11.8/ pag. 246];

= 0,75; [12/ tab.11.6/ pag. 238];

[12/ tab.11.5/ pag. 237];

= 1,2 – coeficient ce depinde de regimul de lucru; [12/ pag. 237];

n =120 – număr de rotații ale arborelui principal; [12/ tab.14.4/ pag. 279];

= 0,7 – randamentul mediu; [12/ pag. 238];

P = 0,053 [kW];

Pentru ambutisare:

d1 – diametrul piesei cilindrice calculată pe linia medie;

g – grosimea materialului;

Kf = 0,9; [12/ tab.11.21/ pag. 253];

Q =A · q; [12/ tab.11.24/ pag. 254];

Q- forța de reținere

q – presiunea medie de reținere, pentru oțel moale (q > 0,5 [mm]) este între 0,2…0,25 [daN/mm2];

[12/ tab.11.25/ pag. 255];

q = 0,2 · () · [daN/mm2]; [12/ Rel.11.15/ pag. 254];

q = 0,2 · () · [daN/mm2]; [12/ Rel.11.15/ pag. 254];

A = [D2 – (d1 + 2rpl2)] = [1202 – (66,2 + 2 · 4)2] =7008,89 [mm2];

Q = A · q = 7008,89 · 0,15 = 1051,33 [daN];

Ftot a = 1,3 · Fa + Q; [12/ Rel.11.14/ pag. 251];

Ftot a = 1,3 · 5598,31 + 1051,33 = 8329,13 [daN];

h – adâncimea ambutisării;

C = 0,8 – coeficient empiric care ține seama de caracterul cursei de ambutisare;[12/ tab.11.26/ pag. 255];

[12/ tab.11.5/ pag. 237];

P = 0,70 [kW];

Pentru tăierea marginiilor

Fd = L · g · τ; [12/ Rel.11./ pag. 238];

τ = [12/ tab.11.9/ pag. 241];

L = π ·DSf;

L – lungimea conturului tăiat;

τ – rezistența la forfecare;

Fd = π · DSf · g · τ = 98 · π · 1 · 27 = 8312,65 [daN];

FîmpD = kîmp ·FD · n; [12/ Rel.11.6/ pag. 241];

FD – forță decupare;

kîmp – 0,07 coeficient; [12/ pag. 246];

n – nr. de piese aflate în portiunea cilindrică a plăcii de tăiere;

n – 1 piese;

Fîmp = 0,07 · 8312,65 · 1 = 581,89 [daN];

Ftot = 1,3 ·FD + FîmpD; [12/ Rel.11.7/ pag. 246];

Ftot = 1,3 · 8312,65 + 581,89 = 11388,33 [daN];

[12/ Rel.11.8/ pag. 246];

= 0,75; [12/ tab.11.6/ pag. 238];

[12/ tab.11.5/ pag. 237];

= 1,2 – coeficient ce depinde de regimul de lucru; [12/ pag. 237];

n =120 – număr de rotații ale arborelui principal; [12/ tab.14.4/ pag. 279];

= 0,7 – randamentul mediu; [12/ pag. 238];

P = 0,029 [kW];

Pentru perforare:

Fp găurii mici = L · g · τ; [12/ Rel.11.2/ pag. 238];

Fp găurii mari = π · D · g · τ = π · 15 · 1 · 271272,35 [daN];

Fp găurii mici = π · 3,2 ·1 · 27 = 271,43 [daN];

Fîmp găurii mari =Kîmp · Fp · n = 0,07 ·1272,35 · 5 =445,32 [daN]; [12/ Rel.11.6/ pag. 241];

Fîmp găurii mici = 0,07 · 271,43 · 5 = 95 [daN];

Kîmp = 0,07; [12/ pag. 246];

n = 5;

Ftot = (1,3 · 3 · Fp găurii mari + Fîmp găurii mari) + (1,3 · Fp găurii mici + Fîmp găurii mici);

Ftot = (1,3 · 3 · 1272,35 + 455,32) +(1,3 · 271,43 + 95) =5865,35 [daN];

λ = 0,75; [12/ tab.11.6/ pag. 238];

[12/ tab.11.5/ pag. 237];

P = 0,015 [kW];

Ftot ≤ (0,7…0,8) Fpresă;

=> Fpresă D ≤ 29082,17 [daN];

=> Fpresă a ≤ 11898,76 [daN];

=> Fpresă P ≤ 8379,07 [daN];

Adopt presa PAI 25 pentru toate operațiile [12/ tab.14.4/ pag. 279];

Cuplaj cu pana rotitoare

Forta maxima de presare (F) 25 ;

Numarul de curse duble ale culisorului (n) 120 [min-1 ] ;

Domeniul de reglare al cursei culisorului (C) 10-100 [mm] ;

Distanta dintre axa culisorului si batiu (R) 200 [mm] ;

Dimensiunile mesei (A1xB1) 560×400 [mm];

Dimensiunile orificiului de masa d 160 [mm] ;

Locasul pentru cep (dxl) 40×70 [mm] ;

Distanta maxima intre masa si culisou, la cursa maxima a bielei,

fara placa de inaltare (H) 250 [mm] ;

Reglarea lungimii bielei (M) 50 [mm];

Deschiderea de trecere prin batiu spre spate 200 [mm];

Grosimea placii de inaltare 75 [mm];

Diametrul gaurii de trecere din placa de inaltare 90 [mm];

Puterea motorului 2,2 [kW];

Inclinarea maxima a presei 30 [grade];

Lungimea 993 [mm];

Latimea neanclinata 1485 [mm];

Latimea inclinata 1700 [mm];

Inaltimea 2205 [mm];

3.8. Calculul arcurilor elicoidale

Fmax = [N]; [12/ Rel.13.29/ pag. 270];

fmax =; [12/ Rel.13.30/ pag. 270];

H0 = (n + 1,5) · (d + fmax); [12/ Rel.13.31/ pag. 270];

unde: Fmax – forța maximă admisibilă în N;

d – diametrul sârmei în [mm];

Dm – diametrul mediu al arcului în [mm];

σ = 500 – efortul admisibil la forfecare [N/mm2];

fmax – săgeata maximă admisibilă în [mm];

n – număr de spire ale arcului;

G = 75000 modulul de elasticitate transversal [N/mm2];

H0 – lungimea arcului în stare liberă,în [mm];

Fmax = = 628,31 [N];

fmax = [mm];

H0 =(14 + 1,5) · (4 + 1,2) = 15,5 + 5,2 = 80,6 [mm];

Nr. de arcuri= [arcuri];

Adopt 2 arcuri

-Pentru scoaterea semifabricatului;

Fmax == 1227,18 [N];

fmax = mm

H0 =(16 + 1,5) · (5 + 1,2) = 17,5 + 6,2 = 108,5 [mm];

Nr. de arcuri=[arcuri];

Adopt 1 arc

3.9. Dimensionarea elementelor active

3.9.1. Pentru decupare

Ø170 T unde T = 0,3; [12/ tab.4.5/ pag. 38];

unde j = 0,080; [12/ tab.9.9/ pag. 178];

3.9.2. Pentru ambutisare

Ø68,48 T unde T = 0,1; [12/ tab.4.5/ pag. 38];

unde j = gmax +(1,5…2) · a; [12/ tab.9.15/ pag. 186];

a = 0,15; [12/ tab.9.17/ pag. 186];

j = 1 +2 ·0,15 = 1,3 [mm];

;

;

3.9.3. Pentru perforare

Ø15 T unde T = 0,1; [12/ tab.4.5/ pag. 38];

unde j = 0,005; [12/ tab.9.9/ pag. 178];

;

;

Ø3,2 T unde T = 0,1; [12/ tab.4.5/ pag. 38];

unde j = 0,005; [12/ tab.9.9/ pag. 178];

;

;

3.10. Elaborarea desenului de ansamblu

Înainte de începerea desenului de ansamblu trebuie avut în vedere anumite elemente, trebuie ținut cont de dimensiunile cepului de prindere ( să fie identice cu cele ale piesei alese PAI 25 ).

Se aleg două arcuri cu ajutorul cărora se realizează prestrângerea semifabricatului la operația de ambutisare. Caracteristicile arcului sunt: diametrul arcului D = 20 mm, diametrul spirei d = 4 mm, H0 = 110 mm, iar numărul de spire n = 14

Pentru a realiza scoaterea piesei de pe placa de ambutisare, se alege un arc cu următoarelele caracteristici: D = 20 mm, d = 5 mm, H0 = 110 mm, n = 16.