Tehnologii de Fabricare a Pieselor Prin Deformare Plastica la Rece

Tehnologii de fabricare a pieselor prin deformare plastică la rece au un domeniu foarte larg de aplicare ca urmare a multiplelor avantaje pe care le prezintă: posibilitatea obținerii unor piese de formă complexă, dificl sau chiar imposibil de realizat prin alte procedee, consum specific de metal redus, productivitate ridicată, deservire simplă a locurilor de muncă, cost de fabricație redus. Prin presare la rece se execută o gamă diversă de produse, de la dimensiuni milimetrice până la cele cu gabarit foarte mare, utilizate în industria constructoare de mașini, a bunurilor de larg consum.

CONDIȚII DE FORMĂ ȘI PRECIZIE PENTRU PIESE OBȚINUTE PRIN DEFORMĂRI VOLUMICE.

În general, forma piselor ce se realizează prin deformări volumice se încadrează în prevederile precizate în tabel 1, iar preciziile acestora se indică în tabelele 2 și 3.

Condiții de formă pentru pise obținute prin deformări volumice

Figura nr.

Parametrii geometrici:

– Variația valorii razelor pe porțiunile în trepte ale cavității : asigurâdu-se o foarte bună centrare a poansonului în raport cu placa activă;

– Razele de racordare minime :p entru mm , mm lucrând succesiv cu diferite poansoane, sau mm, lucrând cu un singur poanson pentru mm mm sau .

Figura nr.

Parametrii geometrici:

Flanșele pieselor care se obțin în condițiile: și mm;

Se poate forma degajarea dacă mm.

Parametrii geometrici:

-Cavitățile conice se execută preferențial cu pereții de grosime constantă;

-Raza minimă la vârful conului se ia de la 1,5 mm.

Figura nr.

Parametrii geometrici:

Fundul pieselor cave, în interior, se execută plan (a), sau mai frecvent sub un unghi: pe o porțiune determinată prin raportul (b).

Raza de racordare minimă mm;

Fundul poate fi executat sferic (c);

Pe fund se poate construi o reliefare în formă de tijă (d), pentru care mm; ; mm.

Figura nr.

Parametrii geometrici:

Fundul pieselor cave, în exterior, poate prezenta forme distincte (a…e);

Pentru mm, pereții pot fi drepți;

Pentru mm, pereții se înclină sub (d);

Razele de racordare se iau pentru : mm, mm; mm,mm, mm și mm.

Figura nr.

Figura nr.

Parametrii geometrici:

– Constituirea canelurilor sau danturii pe suprafața exterioară a pieselor se face având în vedere că: dacă mm pentru mm și mm;

dacă mm pentru mm și mm;

dacă c pentru mm;

dacă c pentru mm.

Precizii ale prelucrărilor de deformare volumică

Valorile abaterilor de formă ale pieselor obținute prin deformări volumice

DIMENSIONĂRI DE SEMIFABRICATE

Pentru toate prelucrările de deformare volumică baza de calcul la dimensionarea semifabricatelor constă în egalarea volumului de material al acestora cu cea a pieselor de realizat. Se va ține seama totodată, acolo unde este cazul, de eventuale adaosuri pentru prelucrările ulterioare (de exemplu, pentru tundere la extrudarea pieselor cave, pentru bavuri la formare volumică în matrițe deschise etc.). Dimensiunile semifabricatului, în sectiunea transversală (perpeudiculară pe direcția de acțiune a forței de deformare) se vor lua cât mai apropiate de cele ale piesei, pentru a reduce valoarea gradului de deformare ce intervine în proces. În cele ce urmează se prezintă dimensionări pentru situații frecvent întâlnite, resperctiv cazuri particulare.

TURTIREA

La turtirea între plăci plane a unui semifabricat cilindric (fig. 1) avem:

()

()

Unde reprezintă gradul de deformare intervenit .

Înălțimea maximă a semifabricatului ce se poate turti liber între plăci este de . Laturtirea între plăci a unui semifabricat paralelipipedic, de secțiunea (după direcție perpendiculară pe cea de acțiune a forței) rezultă corelația dimensională (fig. 2):

()

La turtirea între plăci plane a unui semifabricat inelar (fig. 3):

()

()

Unde este diametrul stratului neutru, a cărui valoare rezultă din graficul din figura 4.

Figura nr.1

Figura nr.2

Figura nr.3

La turtirea între plăci plane a unui semifabricat cilindric, conform figurii 5, rezultă:

()

()

Unde gradul de deformare este: ()

REFULAREA

Pentru piesele conform figurii 5, dimensionarea semifabricatului se face în baza relației: ()

Figura nr.4

Figura nr.5

Pentru refularea diferitelor forme de capete de nit și șurub, lungimea l de semifabricat refulat se precizează prin tabelul de mai jos:

Formule pentru calculul lungimii l a semifabricatului refulat pentru capete cu nituri și șuruburi

Notații: h reprezintă înălțimea capului;

reprezintă diametrul minim admisibil al semifabricatului;

R reprezintă raza sferei;

b reprezintă înălțimea porțiunii conice;

D reprezintă diametrul capului refulat;

d reprezintă diametrul tijei după refulare;

S reprezintă dimensiunea cheii de strângere.

EXTRUDAREA LA RECE

Dimensiunile semifabricatului în secțiune transversală se precizează prin relațiile:

()

mm ()

Unde: D reprezintă diametrul de exterior al semifabricatului;

D reprezintă diametrul de exterior al piesei;

d reprezintă diametrul orificiului din semifabricat;

d reprezintă diametrul orificiului din piesă.

Grosimea g a fabricatului va fi:

Unde: V reprezintă volumul piesei (inclusiv adaosul de tăiere, care se ia de (0,5…0,8)), unde h reprezintă înălțimea piesei;

A reprezintă aria secțiunii transversale a semifabricatului: .

FORMAREA VOLUMICĂ

La lucrul în matrițe închise, volumul de material al semifabricatului se ia strict egal cu al piesei de realizat. La lucrul în matrițe deschise, acest volum se suplimentează cu cel al bavurilor. Volumul suplimentar, al bavurilor, se determină ca și produs dintre o arie de 10…15% din cea a secțiunii piesei din planul de separație dintre cele două semiplăci active și grosimea canalului de fugă al bavurilșor de 0,2…1,0 mm, funcție de plasticitatea materialului ce se prelucrează, dimensiunea și complexitatrea de formă a piesei ce se execută.

CALIBRAREA

Înălțimea maximă a semifabricatului care se supune calibrării plane se ia: , unde: h reprezintă înălțimea limită minimă indicată pentru piesă; z reprezintă adaosul de prelucrare pentru calibrare și reprezintă toleranța acordată pentru semifabricat.

IMPRIMĂRI DE CAVITĂȚI

Formele în care se pregătesc semifabricate pentru imprimarea cavităților cu diferite forme sunt redate în tabelul .Camerele de scăpare (pentru ușurarea deformării) se execută în formele și dimensiunile indicate în tabelul.

Volumul V al cavității de realizat se determină ținând seamă de un adaos de prelucrare (figura 7), care atinge valori de 1…10 mm, și anume valori mai ridicate la materiale mai plastice, la forme mai complexe, la adâncimi mai mari de imprimare. La semifabricate cu camere de scăpare inferioare trebuie contat pe un adaos de prelucrare pe suprafața inferioară, de . Forma în plan a semifabricatului se ia circulară la imprimări de cavități cu secțiune circulară, pătrată sau dreptunghiulară cu raportul laturilor de . Diametrul exterior D al semifabricatului se ia în acest caz conform tabelului 8. În cazul imprimării cavităților dreptunghiulare pentru care , dimensiunile în plan ale semifabricatului dreptunghiular (AB) se iau în felul următor:

la imprimări în spații închise și semiânchise: ; ()

la imprimări în spații deschise: ; ()

iar valoare lui B conform datelor din tabelul 8

Figura nr. 7

Tabele 193-196

Forme și dimensiuni ale camerelor de scăpare ale semifabricatelor. Valoarea coeficientului pentru calculul forței de imprimare.

Notații: V reprezintă volumul cavității din semifabricat;

reprezintă volumul camerei de scăpare;

D, H reprezintă dimensiunile semifabricatului;

d reprezintă diametrul cavității;

reprezintă adâncimea totală a cavității din semifabricat;

reprezintă dimensiunile camerei de scăpare.

Dimensiunile relative sau ale semifabricatului

GRADE DE DEFORMARE REALIZABILE ȘI STABILIREA NUMĂRULUI NECESAR DE OPERAȚII

Gradul de deformare în procesele de deformare volumică se determină în baza relațiilor:

– pentru turtire, refulare, formare volumică: , ()

– pentru extrudare: , ()

Unde: reprezintă înălțimile semifabricatului, respectiv ale piesei;

reprezintă ariile secțiunii transversale (în plan perpendicular pe direcția de acțiune a forței de deformare) a semifabricatului, respectiv a piesei.

Se operează de asemenea cu valoare deformației reale, sau logaritmice, dată fiind expresia: . Valorile limită ale gradului de deformare, pe o operație, sunt prezentate în tabele 8.9…8.12.

La extrudarea hidrostatică, deformabilitatea este ilustrată prin figura 8.9, indicând reducerea posibilă de secțiune, funcție de presiunea hidrostatică exercitată asupra semifabricatului (1. oțel rapid; 2. oțel carbon cu 0,35% C; 3. oțel carbon cu 0,15% C; 4. cupru 99,5%; 5. aliaj de aluminiu; 6. aluminiu 99,5%). Necesitatea operațiilor multiple și precizia numărului acestora rezultă din comparația gradului total de deformare pretins la execuția piesei, față de gradul de deformare limită admisibil pe o operație, dat în tabelele 8.9-8.12. Ca rapoarte la piese de tipul niturilor, șuruburilor și bolțurilor, numărul operațiilor (respectiv fazelor de lucru pe automate cu mai multe axe) este indicată în tabelul 8.13.

Figura nr. 8.8

Figura nr. 8.9

Grade de deformare limită la turtire și refulare (material recopt)

Obs. 1. La operații succesive se vor lua valori descrescătoare ale gradului de deformare.

2. Valorile din tabel corespund pentru la lucrul între plăci plane. În alte cazuri se aduc corecții k în aceste valori, și anume:

3. La deformare cu placă inelară pe o parte, valorile din tabel corespund la , cu creșterea acestui raport putând crește și gradul de deformare.

4. La deformare cu plăci inelare pe ambele părți, valorile din tabel corespund pentru , cu creșterea acestui raport gradul de deformare se va lua mai mic.

Grade de deformare limită la turtire, funcție de schema de deformare și raportul dintre diametrul și înălțimea semifabricatului (material recopt).

Grade de deformare la prelucrarea oțelului pe automate

Grade de deformare limită la extrudarea la rece.

Numărul de operații necesare la refularea capetelor de nituri, șuruburi, bolțuri.

Figura nr. 8.10

Pentru cazul prelucrărilor de reducere a diametrelor arborilor, nomograma de calcul pentru dimensionarea numărului de operații necesare este redată în figura 8.10.

PRESIUNEA DE DEFORMARE

Valoarea presiunii de deformare p se determină prin calculul ce are în vedere rezistența reală la deformare a materialului, sau se ia conform datelor tabelare. Rezistența reală la deformare se precizează funcție de gradul de deformare pe care l-a suportat materialul, fiind dată prin curbele de curgere din figura 8.11 (pentru mărcile străine se vor avea în vedere corespondențele acestora din STAS).

În concret, cu raportare la diferite prelucrări de deformare volumică, presiunea de deformare p se precizează prin cele ce urmează.

Turtirea între plăci plane și refularea semifabricatelor cilindrice: , ()

unde: k reprezintă un coeficient legat de forma capului de refulat;

reprezintă rezistența reală la deformare (figura 8.11);

reprezintă coeficientul de frecare;

D, h reprezintă diametrul și înălțimeafinală a piesei.

Valorile presiunii de deformare p se pot aproxima și în baza datelor tabelului 8.16.

b. Turtirea într plăci plane a semifabricatelor de secțiune dreptunghiulară: , ()

unde: k se ia din tabelul 8.24;

reprezintă rezistența reală la deformare;

reprezintă coeficientul de frecare;

a, b, h reprezintă latura mare, cea mică și înălțimea dreptunghiului obținut în urma deformării.

Valoare coeficientului h pentru calculul presiunii de refulare funcție de forma capului piesei.

Valori ale coeficientului de frecare la deformare volumică a oțelului carbon

Valoare presiunii de deformare p la turtirea între plăci plane a semifabricatelor cilindrice

Obs. Valorile spre limita inferioară corespund la un grad de deformare de 10, cele spre limita superioară pentru un grad de deformare de 70.

c. Turtirea semifabricatelor cilindrice între plăci inelare: , ()

unde: reprezintă rezistența reală la deformare cu rapoarte la gradul de deformare intervenit în zona de flanșă a piesei (figura 8.11);

reprezintă coeficientul de frecare;

reprezintă diametrul și înălțimea flanșei obținute în urma deformării;

d reprezintă diametrul orificiului plaăcii inelare.

d. Stamparea

Presiunea necesară deformării este prezentată în tabelul de mai jos.

e. Calibrarea

Presiunea de deformare la calibrare este indicată în tabelul de mai jos.

f. Formarea volumică

Valorile presiunii de deformare sunt redate în tabelul de mai jos.

g. Extrudarea directă

Presiunea necesară deformării se calculează cu relația:

, ()

Unde: reprezintă coeficientul ce ține seama de repartizarea neuniformă a solicitărilor ;

reprezintă rezistența la rupere a materialului;

reprezintă aria secțiunii inițiale a semifabricatului, respectiv finale a piesei;

e reprezintă baza logaritmilor naturali;

reprezintă coeficientul de frecare;

b reprezintă lungimea centurii cilindrice a plăcii active;

reprezintă diametrul centurii cilindrice a plăcii active;

d reprezintă diametrul orificiului din piesă (la extrudarea directă a pieselor pline ).

Valori ale presiunii de extrudare se prezintă și în tabelul de mai jos, respectiv și pentru unele oțeluri.

Valori ale presiunii de extrudare directă pentru neferoase.

Valori ale presiunii de extrudare directă pentru oțeluri

h. Extrudarea inversă

. Cazul pieselor cu pereți relativ groși .

Presiunea necesară deformării se detrmină cu realția: , ()

Unde: k reprezintă un coeficient ce ține cont de natura materialului: pentru oțel, alamă, cupru ; pentru aluminiu și aliaje de aluminiu ;

reprezintă rezistența la rupere a materialului;

reprezintă aria secțiunii inițiale a semifabricatului, respectiv finale a piesei.

Valori ale presiunii de extrudare inversă pentru neferoase

Valori ale presiunii de extrudare inversă pentru oțeluri

. Cazul pieselor cu pereți subțiri

Execuții din neferoase ușor deformabile.

Presiunea de deformare se determină cu relația: , ()

Unde: reprezintă rezistența la deformare a materialului la începutul procesului;

reprezintă gradul de deformație radială medie: , ()

Unde: D, d reprezintă diametrul exterior, respectiv interior al piesei;

g reprezintă grosimea peretelui piesei.

Rezistențe inițiale de deformare la extrudare inversă

FORȚA DE DEFORMARE

În procesele de deformare volumică, forța de deformare F se calculează cu relația: ,

Unde: p reprezintă presiunea de deformare;

A reprezintă aria proiecției pe un plan perpendicular pe direcția de acțiune a forței, a suprafeței active de deformare.

Relații de calcul ale forței de deformare pentru cazuri particulare de prelucrare:

Formarea volumică a bilelor:

cu bavură (figura 8.12, a) ; ()

fără bavură (figura 8.12, b) ; ()

unde: reprezintă un coeficient ce ține seama de ungere, ;

reprezintă rezistența la deformare.

2. Extrudare de hexagon interior: , ()

Unde: p reprezintă presiunea de deformare de 200…250;

reprezintă aria secțiunii poansonului.

3. Reducerea: , ()

Unde: ()

, ()

b reprezintă lungimea centurii cilindrice a oficiului plăcii active;

reprezintă diametrul semifabricatului;

reprezintă diametrul piesei după reducere;

reprezintă unghiul conturului orificiului plăcii active, în radiani;

e reprezintă baza logaritmilor naturali;

reprezintă gradul de deformare provocat prin reducere;

reprezintă coeficient de frecare;

reprezintă rezistența la deformare;

A reprezintă aria secțiunii care a suportat deformația.

4. Imprimarea cavităților: , ()

Unde: reprezintă un coeficient care indică influența camerei de scăpare;

reprezintă un coeficient care depinde de felul imprimării: la imprimare în spații închise; la imprimare în spații semiînchise; dacă conform figurii 8.13, b;

p reprezintă presiunea de deformare;

A reprezintă aria secțiunii maxime a profilului imprimat.

Figura nr. 8.13

Valoarea presiunii de deformare la imprimarea în spații închise a cavităților

Notații:

reprezintă limita de curgere, la rupere și alungirea relativă la rupere;

reprezintă gradul de deformare maxim după axa de simetrie a semifabricatului;

reprezintă coeficientul de frecare dintre semifabricat și poanson (se ia 0,15 la lucrul cu ulei mineral și 0,08 pentru lubrefianți cu adaosuri pentru );

reprezintă adâncimea totală a cavității;

reprezintă pătrunderea poansonului ;

d reprezintă diametrul poansonului pe zona de secțiune maximă; pentru secțiuni necirculare , unde s este aria secțiunii poansonului;

R reprezintă raza zonei cuprinse de deformații plastice;

reprezintă unghiul dintre generatoarea și axa poansonului conic;

reprezintă diametrul bazei mici a poansonului conic cu vârf retezat;

K reprezintă coeficientul ce ține cont de forma secțiunii poansonului , forma suprafeței frontale a poansonului și raza de racordare a poansonului : .

Valoarea lui pentru forma circulară sau poligonală cu peste 5 laturi; pentru pătrat; pentru dreptunghi cu ; pentru triunghi.

Valoarea lui pentru suprafață netedă; pentru suprafețe cu relief.

Valoarea lui pentru și ; pentru . Valorile mai mari ale lui r impun valori mai reduse ale lui .

LUCRUL MECANIC DE DEFORMARE

Lucrul mecanic de deformare W se aproximează ca și produs dintre forța maximă de deformare F și lungimea cursei efectuate de poanson în contact cu materialul supus prelucrării : .

Exemplu: valoarea lui

Figura nr. 8.14