Deformarea plastica

Deformarea plastică şi mecanisme de durificare

Prelucrarea metalelor prin deformare plastică

♠

♠

Utilizează aptitudinile ambutisabilitate).

de

deformare

plastică

(ductilitate,

Capacitatea unui material de a se deforma este în funcţie de material (compoziţie, structură, proprietăţi), de procedeul de deformare şi de condiţiile operatorii (sarcină, viteză de deformare).

♠ Formarea îmbracă un triplu aspect: ♦ Mecanic (tensiuni)

♦ Metalurgic (transformări induse de deformare şi de temperatură) ♦ Tehnologic (mijloacele de punere în formă şi modurile de operare)

De L’Acier ….

…à la Pièce Forgée

Proprietăţi mecanice • Modulul de elasticitate

- în domeniul elastic : E = s/e

Pebtru oţeluri ( E = 210 GPa); Aluminiu (E = 70 GPa) • Coeficientul lui Poisson (dat de raportul dintre contracţia laterală şi alungire) :

 n = 0.3 pentru materialele metalice industriale

• Ecruisarea (plastică) n : s = s0 +k en • Ductilitate: – Alungirea relativă A,% = 100 · (l-l0)/l0 – Gâtuirea sau Reducerea de secţiune: Z,% = 100 · (S0-S)/S0

Epruvete supuse încercării de tracţiune

Epruveta ruptă

Epruveta normalizată

Epruveta în timpul Încercării (prezintă alungire şi gâtuire)

a)Maşina de tracţiune ; b) Epruveta de tracţiune cu extensometru. Se remarcă gâtuirea în centrul epruvetei

Curbe tensiune-deformaţie Domeniul de deformare plastică Deformare plastică Domeniul de deformare elastică

Tensiunea normală, σ (MPa)

omogenă

gâtuire

ruper e

gâtuire

Deformaţia relativă, ε

Curba de tracţiune a unui material ductil Sursa: Des Matériaux

Généralités

Essai de traction

Généralités

Évolution avec la température, de l’allongement à rupture en traction.

Ductilitatea • Calitatea materialelor de a fi deformate într-o manieră permanentă fără a fisura macroscopic. • Ductilitatea unui material se măsoară prin alungirea sa la rupere (A,%) şi/sau prin gâtuirea (reducerea de secţiune ) la rupere (Z,%) Alungirea la rupere

A% 

L f  L0 L0

100

Gâtuirea la rupere

Z% 

S0  S f S0

L0 şi Lf – lungimile iniţiale şi finale ale epruvetei S0 şi Sf - secţiunile iniţiale şi finale ale epruvetei

100

Ductilitatea Alungirea relativă (A, % = 100 · (l-l0)/l0) şi

% %) Allongement relativăA(A, Alungirea

gătuirea (Z, % = 100 (S0-S)/S0) sunt legate între ele. Acier Otel

Cuivre Cupru

alliages Aliaje de d'aluminium

aluminiu

Reducerea Z,%% Réductionde desecţiune, section en

Curba de tracţiune a unui oţel moale Rm: rezistenta la Tensiunea normala, σ (MPa)

tractiune (Tensiunea maxima atinsa)

Deformaía relativa, ε (%)

Curba de tractiune a unui otel moale (0,15%C) – prezinta o discontinuitate la limita de elasticitate. In acest caz : Re= Rp0,2=210MPa; Rm=450MPa; A=27%.

Effets de Re sur les procédés minimale nécessaire pour produire une pièce par def. plastique.

Contrainte

• Détermine la contrainte

Acier micro allié (HSLA) Re = 350-560 Mpa Acier doux Re = 150-250 Mpa

• Influence la taille de la presse requise. • La formabilité décroît avec Re. • La dureté croît avec

Re.

Déformation

Amélioration de Re HSLA

Affinement du grain Hall-Petch Re = A+B d -1/2

HSLA Re 400-650 Mpa Rm 400-650 Mpa A% 14-27 % TTDF très basse

Aciers dual-phase Grains feritiques libres de Fe3C+ ilots de martensite (10-20%)

Re 300-350 MPa Rm 650-700 Mpa A% 25-30% Aucune discontinuité à Re

Figure 5.2a - Stress - Strain Curves for Metal Alloys

Figure 5.3 -- Stress-Strain Curve for Polymers

Figure 5.6 -- Comparison of Stress - Strain Curves for Metals , Ceramics, Polymers and Elastomers

Anisotropie normale • Propriétés méca. plan de la tôle et épaisseur différents • Causes: Changements lors de la fabrication (enroulement. Traitements thermiques)

• L’anisotropie d’une tôle peut être déterminée par un essai de traction. Elle est définie par le paramètre r. Déformation sur la largeur de l’échantillon

r=

Déformation sur l’épaisseur de l’échantillon

Anisotropie normale • r < 1: la tôle se déforme plus suivant son épaisseur que que dans son plan.

• r = 1 : La déformation de la tôle suivant dans son et suivant son épaisseur est identique. • r > 1: La tôle se déforme plus facilement dans son plan que suivant son épaisseur. r>1 r eboşare, finiţie; - după natura operaţiilor aplicate la deformarea plastică :degroşare, finisare; - după complexitatea procedeelor întrebuinţate : procedee intrinseci, procedee complexe.

Procedee intrinseci de prelucrare prin deformare plastică

Laminare

Tragere

Matriţare

Extrudare

Forjare

Prelucrarea prin deformare a tablelor

Tăiere cu tăişuri asociate

Forfecare

Ştanţare

Procedeele intrinseci de prelucrare prin deformare plastica

Forjarea Qu’est-ce que la Forge ?

 Définition : Production de pièces de formes et de matériaux divers, à partir d’un lopin par déformation plastique par chocs ou pression, à froid ou à chaud (alliage d’Aluminium 480 °C, Acier 1250°C).

Intérêt : La déformation plastique génère un fibrage qui améliore les performances mécaniques. Ce qui permet de réduire les dimensions, le poids, l’inertie, les vibrations, pour les même efforts.

Forjarea •

• • • • •

Forjarea reprezintă procedeul de deformare plastică, prin lovire sau presare, în timpul căruia curgerea materialului are loc atât liber cât şi dirijat. Scopul forjării constă în modificarea caracteristicilor mecanice şi tehnologice ale materialelor şi aliajelor turnate, precum şi schimbarea formei şi dimensiunilor semifabricatelor. Fiind un procedeu mai puţin productiv, forjarea se foloseşte, de regulă, pentru obţinerea pieselor ce se execută în serii mici şi a pieselor mari, indiferent de mărimea lotului precum şi pentru deformarea plastică prealabilă în vederea modificării caracteristicilor tehnologice ale lingourilor din metale şi aliaje cu plasticitate redusă. Procesul tehnologic de forjare constă din combinarea ca număr şi succesiune a unor operaţii simple, ca : refulare, întindere, găurire, răsucire, îndoire, lăţire, despicare, tăiere, sudare. Forjarea prezintă următoarele avantaje : prelucrare rapidă, cost redus şi manoperă simplă. Ca dezavantaje se amintesc : precizie dimensională redusă, calitate slabă a suprafeţei şi necesitatea unor forţe mari de deformare. După temperatura de lucru se deosebesc două procedee distincte de forjare : forjarea la rece şi forjarea la cald. După gradul de libertate al materialului în timpul deformării se întâlnesc următoarele procedee de forjare : forjare liberă, forjare în matriţă şi forjare pe maşini cu destinaţie specială. Forjarea liberă este procedeul de deformare la care curgerea materialului se face nelimitat. După gradul de mecanizare, procedeul poate fi manual sau mecanizat.

•

Tehnologia forjării libere cuprinde următoarele operaţii principale :

• • • • • • •

întocmirea desenului piesei brut forjate; determinarea dimensiunii şi greutăţii semifabricatului iniţial. alegerea succesiunii operaţiilor şi fazelor de forjare; alegerea utilajului de lucru; alegerea sculelor de forjare: fixarea normei de timp; stabilirea operaţiilor suplimentare (control, prelucrare prin alte procedee etc.).

•

Pentru materialele forjate masa M0 a semifabricatului de pornire se calculează cu relaţia :

•

•

M0 = Mp + Md + Ma + Mc + Mg + Mtehn. unde: Mp este masa piesei forjate, dată ca o sumă a maselor elementelor geometrice simple (n – numărul de elemente geometrice simple):

•

n

•

•

Mp =

m i 1

pi

(i = 1,2, … , n);

Md – masa pierderilor prin debitare; Ma = (0,1 … 0,25) M0 - reprezintă pierderile prin ardere; valorile mici se iau pentru încălzirea electrică, iar valorile mari pentru încălzirea cu flacără; Mc – masa pierderilor rezultate din tăierea capetelor neutilizabile; Mg – masa pierderilor prin găurire; Mtehn. – masa pierderilor prin adaosuri tehnologice.

Refularea (a) (a)

Ciocan

Semifabricat

P

P

Forţe de frecare

Umflare

Nicovala

P - Forţa de deformare

Deformarea prin compresiune (refulare) (forjarea liberă)

Semimatriţa 1

Bavură

Semifabricat Semimatriţa 2

Forjarea în matriţă deschisă

Datorită forţelor de frecare dintre scule şi semifabricat curgerea materialului este frânată la suprafaţa materialului şi mai liberă spre partea centrală, motiv pentru care apare umflarea materialului la mijloc.

Ilustrarea diferitelor treceri la forjare pentru obţinerea unei furci de la cutia de viteze

On distingue :  Le formage à chaud

 Le formage à froid

Le froid … c’est chaud ! Température limite entre formage à froid et formage à chaud : Aluminium : 193 °C Cuivre

: 405 °C

Fer

: 631 °C

Nickel

: 590 °C

Titane

: 697 °C

Le formage à chaud

La

Forge Libre :

Permet d’obtenir à chaud, sans outillages spécifiques, avec des délais courts des pièces unitaires ou des très petites séries.



Estampage / Matriçage :

Formage à chaud par pression ou par chocs de pièces en série, entre deux matrices (outillage spécifique) portant en creux la forme de la pièce. La précision dimensionnelle est plus grande qu’en forge libre.

Estampage / Matriçage

Gamme d’estampage de bielles

Pièce en cours d’extraction

Le formage à froid



La Frappe à Froid :

Déformation très rapide de pièces longues, visserie, boulonnerie.

Partant d’un morceau de barre ou de fil, on le déforme en l’air ou en matrice fermée pour lui conférer la géométrie visée.



L’Extrusion : On oblige le métal à froid à remplir une

matrice grâce à une forte pression exercée par un poinçon Grande série et pièces très précises sans usinage

FILAGE AVANT

ETIRAGE



Etirage et tréfilage :

Par traction, on force une barre ou un fil, à passer au travers d’une filière qui réduit sa section. Fils électriques, clôtures, câbles, pointes.



Emboutissage :

Des produits plats sont conformés par l’action d’un poinçon de forme qui contraint la tôle à épouser la géométrie d’une matrice.

Emboutissage

Tableau Comparatif Des Différents Procédés De Formage Procédés

Forge Libre

Estampage

t° 400 à 1200

850 à 1200 400 à 950

Matriçage

Matériaux

Tous

Ferreux

Poids Pièces

1 Kg à 200 T

5 gr à 3T

Extrusion

Ferreux et non ferreux

1 à 50

50 à plusieurs

milliers /mois

Non Ferreux

Outillages

Standards

Machine

Tol

5

Chocs et Pression

mm

Chocs

1à 2

Matrices spécifiques Pression

mm

0,3 à 0,4

Après procédé Estampage Matriçage Usinage

Ébavurage Calibrage à froid Usinage

mm

50 gr À froid

Série

5000 p/mois Spécifiques Pression

15 Kg

1000 p/mois

0,05 à 0,1 mm au Ø et 0,5 mm en long

Pas ou peu d’usinage

Séquence complète de forgeage d’un pivot de Maybach

Maşină de forjat orizontal

Matriţarea •

•

•

Matriţarea constituie procedeul de prelucrare prin presiune a metalelor şi aliajelor, la care materialul în timpul procesului se deformează simultan în întreg volumul, iar curgerea acestuia este dirijată fiind condiţionată de forma şi dimensiunile cavităţilor sculelor de deformare (matriţelor). În comparaţie cu forjarea, matriţarea este un procedeu mult mai economic şi mai progresiv, fapt pentru care în ultima vreme piesele obţinute prin matriţare procentual ocupă un loc din ce în ce mai mare faţă de cele ce se execută prin forjare. În general, pentru unicate (indiferent de mărime) sau piese de serie mică, se preferă forjarea iar în cazul pieselor de serie mare se preferă matriţarea. În raport cu forjarea liberă, matriţarea asigură următoarele avantaje : productivitate ridicată, consum de metal redus, calitatea suprafeţei şi precizia de prelucrare bune, posibilitate de obţinere a unor piese de configuraţie complicată, volum de muncă mic şi manoperă simplă, cheltuieli de fabricaţie reduse. Dezavantaje : costul ridicat al matriţelor, greutatea limitată a produselor din cauza forţelor foarte mari care ar fi necesare pentru deformare, necesitatea unor operaţii suplimentare (debavurare, calibrare etc.).

Tipuri de matriţe : a.- matriţă simplă ; b.- matriţă dublă

Forjarea în matriţă

Matrices et poinçons Propriétés des matériaux requis • Résistance au choc (toughness) – Habileté du matériau à absorber de l’énergie sans se fracturer – Prévient la rupture fragile.

• Dureté – Permet aux matrices de maintenir sa forme et de produire les pièces sans se casser.

• Trempabilité – Mesure de la profondeur à laquelle un matériau ferreux peut être durcit par formation de martensite lors du traitement thermique. – Une matrice dont la dureté n’est pas uniforme a plus tendance à se déformer.

Matériaux des matricespropriétés.. • Résistance à l’usure: abrasion, corrosion, érosion – Effet de l’usure : diminution progressive des dimensions et de sa vie. – Dépend de la dureté et de la contrainte ultime

• Résistance à la déformation plastique – Dépend de la contrainte d’écoulement.

– Les aciers utilisés pour matrice sont ceux qui maintiennent leur résistance à l’écoulement même à température élevée.

• Résistance au fluage – Résistance à la déformation permanente sous charge dans le

Matériaux des matricespropriétés.. • Résistance à la fatigue mécanique – Supporter les charges cycliques sans être endommagé.

– Se manifeste par des fissures et par la suite des fractures.

• Résistance à la fatigue thermique – Devient un problème si la tôle entrant dans la matrice est à différentes températures et que cela se répète.

• Résistance à la corrosion – Les opérations d’estampage utilise des lubrifiants et de refroidisseurs. – La matrice doit résister l’attaque chimique des produits utilisés pour la lubrification, et de ceux utilisés comme revêtement protecteur des tôles.

• Autres: usinabilité, polissabilité

Matériaux des matrices et poinçons • Aciers à outils: – trempant à l’eau W1, W2 (0.6 à 1.4% C, Cr, V). Bon marché et disponible

– trempant à l’huile: O1 et O2 (0.8-1.55%C) Bon marché et disponible; bonne résistance au choc

– résistant aux chocs: S1, S4, S5, S7 (0.5%C; Mn; Si, Cr, W et Mo), plus cher que O et W.

– haut % de C et Cr: D2, D3, D4 et D7 : résistance à l’usure élevée

– Aciers pour travail à chaud: H12, H13 et H26 (.22-0.7C, Cr, W, Mo, V); Bonne

résistance à la déformation plastique à haute

température et bonne résistance à l’oxidation.

Matériaux des matrices et poinçons

• Aciers rapides: – Au tungstène: T1 et T15 (Bonne résistance à la déformation plastique à haute température)

– Au molybdène: M1, M2, M4, M7 et M42 (Bonne résistance à la

déformation plastique (Co), Bonne résistance à l’usure (C), mais nécessite une traitement thermique pour avoir une bonne dureté.

• Aciers à outil obtenus par métallurgie en poudre Propriétés améliorées: usinabilité, polissabilité, bon contrôle dimensionnel et meilleur rapport qualité/prix.

– Aciers rapides au PM. – Aciers à outil PM pour travail à froid: CPM10V

(++ de V,

meilleure résistance à l ’usure, au choc, et meilleure dureté).

– Aciers à outil PM pour travail à chaud : Propriétés plus uniformes, + de V--> meilleure résistance à l ’usure, au choc, et meilleure dureté.

Métaux en feuille souvent utilisés dans les procédés à deformation plastique

• Aciers – Bas carbone – Bas carbone et à formabilité améliorée (AKDQ) – Aciers micro-alliés (HSLA) – Aciers dual-phase

• Alliages d’aluminium • Alliages de cuivre • Alliages de titane

HSLA Re 400-650 Mpa Rm 400-650 Mpa A% 14-27 % TTDF très basse

Aciers dual-phase Grains feritiques libres de Fe3C+ ilots de martensite (10-20%)

Re 300-350 MPa Rm 650-700 Mpa A% 25-30% Aucune discontinuité à Re

Piese matriţate Avantaje : -Economie de material; -Precizie dimensională bună;

-Productivitate mare; -Caracteristici mecanice bune si uniforme pe secţiune si în volumul materialului. Dezavantaje: -Costul ridicat al matriţelor; - Greutatea pieselor este limitată etc.

Utilajele forjării şi matriţării •

• • • • • • • • • • • • • •

Forjarea liberă mecanică şi matriţarea se execută atât pe ciocane cât şi pe prese. Presele

sunt preferabile, mai ales la forjarea pieselor mari, deoarece sunt silenţioase, iar efectul de deformare se transmite în adâncimea piesei. Ciocanele reprezintă însă utilajele cu cea mai largă răspândire şi aplicabilitatea, în schimb mecanizarea şi automatizarea operaţiilor de forjare sau matriţare, în acest caz, este mai dificilă. Din această cauză ciocanele se preferă în secţiile de forjă cu producţie de serie mică sau mijlocie. Din punct de vedere funcţional, ciocanele se împart în: ciocane mecanice (cu scândură, cu curea, cu arc etc.); ciocane cu abur-aer (vapo-pneumatice); ciocane pneumatice. După modul de acţionare : cu acţionare manuală; - cu acţionare automată; - cu acţionare mixtă. Presele folosite în secţiile de forjă pot fi: mecanice (cu fricţiune, cu excentric); hidraulice. La presele mecanice deformarea semifabricatului se produce prin lovire, iar şocul produs de lovitura semimatriţei superioare se amortizează în sistemul închis al presei fără a se transmite fundaţiei clădirii. Presele hidraulice constituie utilajele de forjare şi matriţare care lucrează numai prin presiune, fără şoc. Avantajele pe care le prezintă aceste utilaje în comparaţie cu ciocanele sunt: posibilitatea de a realiza forţe mari de deformare (400 … 500MN); păstrarea constantă a forţei de deformare pe o lungime foarte mare a cursei de lucru; posibilitatea reglării în limite largi a vitezei de lucru, prin reglarea debitului de lichid ce intră în cilindrul principal; posibilităţile de automatizare a proceselor tehnologice sunt foarte largi, aproape nelimitate. Din această cauză, presele hidraulice de construcţie mai nouă sunt prevăzute cu manipulatoare şi comenzi sincronizate care le permit să lucreze după comenzi program stabilite în prealabil. Din punct de vedere constructiv şi funcţional presele hidraulice se împart în : prese verticale sau orizontale cu sau fără multiplicator şi prese cu destinaţie specială. Ca aplicabilitate, pot fi folosite pentru forjare, matriţare, extruziune, ambutisare etc.

Utilajele forjării şi matriţării Excentric Volant

Manivela Batiu Ciocan BATIU

Batiu

CIOCAN

Semifabricat

Utilajele forjării şi matriţării – scheme de principiu

Presă de forjare

Berbec Semifabricat

Nicovala

Exemple de piese forjate

Piese forjate utilizate pentru echiparea autovehiculelor comerciale

Laminarea •

•

Laminarea este metoda de prelucrare prin deformare plastică (la cald sau la rece) la care materialul este obligat să treacă forţat printre doi cilindri de rotaţie. Utilajul de lucru se numeşte laminor, procesul de deformare laminare, iar produsul rezultat laminat. În prezent, prin laminare se obţine o gamă largă de produse, cu productivitate mare şi cheltuieli reduse de fabricaţie, ceea ce face ca laminarea să ocupe un loc de frunte faţă de celelalte procedee de deformare plastică cunoscute azi, ca trefilarea, extruziunea, forjare etc. Se apreciază că circa 75% din producţia mondială de oţel este supusă laminării. În urma procesului de laminare dimensiunile materialului se reduc în direcţia apăsării şi cresc în celelalte direcţii. Materialul laminat are o structură omogenă cu grăunţi alungiţi şi ordonaţi după direcţia de laminare. Laminarea se poate efectua între cilindri netezi în cazul produselor plate sau în canale inelare numite calibre practicate în corpul cilindrilor de lucru, în cazul profilelor.

LAMINOR

Schema de principiu a procesului de laminare

Laminarea

R = 100% * (H – H0)/H0

Modificarea structurii prin laminare Grăunţi deformaţi şi alungiţi Laminare la cald

Noi grăunţi crescuţi

Nuclee ale noilor grăunţi

Recristalizare

completă

Lingou cu structură neomogenă

Semifabricat forjat cu grăunţi mari

Semifabricat laminat cu

grăunţi mici şi uniformi

Modificarea structurii lingourilor turnate cu grăunţi mari şi neuniformi prin laminare la cald

Laminarea la cald reduce efectiv mărimea grăunţilor cristalini şi măreşte rezistenţa şi ductilitatea.

Laminarea

Laminor duo

Laminor trio, două treceri succesive

Tren continuu de laminare, trecere simultană

Faza finală de laminare a unei bare pătrate şi a unui profil I Mecanism hidraulic sau cu şurub

Comanda prin motoreductor Comanda prin motoreductor Fusuri paliere

Cajă de lucru

Cilindru de sprijin

Şocuri

Cilindri de lucru

Cilindru de sprijin

Trecerile succesive la laminarea profilelor cu secţiune pătrată Caja de laminare

SLEBURI

Ligouri turnate continuu

ŢAGLE

BLUMURI

Slab Sectie de laminare a Mill sleburilor

Produse laminate : -Semifabricate laminate: -Blumuri; - sleburi; - tagle ; - brame. -Produse finite laminate : profile T; U; I; L cu aripi egale sau neegale; profile rotunde, semirotunde, pătrate, profile speciale (bile, roţi, bandaje).

Defecte de laminare

Laminarea tablelor Laminarea tablelor

direcţia de laminare

Defecte de laminare : a) ondularea marginilor; b) fisuri centrale; c) crestarea marginilor; d) exfolierea.

Produse comerciale (produse laminate finite)

Profile din oţel laminat : 1şi 2 – cornier cu aripi egale; 3 – cornier cu aripi neegale; 4;5 şi 6 – profile I (şine); 7 şi 8 – profile U; 9 şi 10 – profile T; 11, … , 13 – profile speciale; 14 – oţel beton.

Extrudarea •

•

Prin extrudare sau extruziune se înţelege operaţia de prelucrare prin deformare plastică (la cald sau la rece) a metalelor şi aliajelor prin care piesele sau semifabricatele se obţin datorită curgerii forţate a materialului metalic printr-un orificiu de forma şi dimensiunile cerute. După sensul forţei şi al curgerii materialului, deosebim : extruziune directă, extruziune indirectă, extruziune mixtă, extruziune laterală.

P

P

1 2

P

1

1

3 2 a

3

b

3

2

c

Variante posibile de extruziune a metalelor şi aliajelor : a – directă; b – indirectă; c – combinată : 1 – poanson; 2 – matriţă; 3 – piesa extrudată

Extrusion of Tubing • To produce tubing by extrusion, a mandrel must be fastened to the end of the extrusion ram

• The mandrel extends to the entrance of the extrusion die, and the clearance between the mandrel and the die wall determines the wall thickness of the extruded tube

• One method of extruding a tube is to use a hollow billet for the starting material

Extruziunea Semifabricat Matriţa de deformare

Temperatura, 0C

Matriţă Schema de principiu a extruziunii directe

Forţa de extrudare

F – forţa de deformare; A0 – aria secţiunea transversale iniţiale ; Af – aria secţiunii transversale finale; k – constantă de extruziune.

Constanta de extruziune k (103psi)

Presiunea

Oţel inoxidabil

Molibden

Beriliu

Alamă Oţel Aluminiu

Cupru

0 Temperatura, 0F Temperatura, F

Constanta de extruziune k pentru diferite metale funcţie de temperatura de deformare.

Construcţia matriţei de extrudare Cilindru de calibrare

a) - Pentru metale neferoase

b)

Cilindru de calibrare - Pentru metale feroase (oţeluri)

Temperaturile de extruziune pentru diferite metale

Materialul

Temperatura, 0C

Plumb

200-250

Aluminiu şi aliaje de aluminiu

375-475

Cupru şi aliaje de cupru

650-975

Oţeluri

875-1300

Aliaje refractare

975-2200

Construcţia matriţei de extrudare Container interior Semifabricat Matriţă

Poansonul de presare

Matriţa din spate

Produsul extrudat

Bloc metalic interpus pentru deformare

Ilustrarea schematică a procesului de extruziune directă Duritatea poansonului şi a blocului interpus : 60…65 HRC Duritatea matriţei : 58…62 HRC.

Extrudarea Poanson

Matrita Semifabricat

1-Sensul de deplasare a poansonului 2-Sensul de deplasare a materialului

Filiera

Filiera Extruziune indirecta

Extruziune directa

Extruziune directa

Extruziune indirecta

1 – poanson; 2 – matrita; 3 – semifabricat; 4 – filiera; 5 – masa de sprijin; 6 – produsul extrudat.

Extruziunea prin şoc

Placă de reţinere Poanson

Semifabricat

Piesa

Matriţă Schema de principiu a extruziunii prin impact

Twist Extrusion based on Hydro-extrusion • Allows one to achieve: – high plasticity – small contact friction – high-speed deformation (with the strain rate ~104 с-1) • Main disadvantage: – The necessity to condense the workpiece.

Twist Extrusion based on hydromechanical extrusion • Advantage: does not have the

problems of hydro-extrusionbased scheme. • Metal plasticity is also high (due to the pressure of surrounding liquid) • However, the value of the maximum deformation during one pass is limited by the fact that the workpiece can be deformed outside the matrix.

Semicontinuous hydrostatic Twist Extrusion-Drawing

•Allows one to obtain longlength products (e.g. wire) •Metal plasticity is lower than in previous schemes due to stretching strains of drawing.

P

Twist Extrusion based on Linear Continuous Extrusion •Allows one to obtain longlength products •Metal plasticity is high •Deformation per pass is limited to a condition of friction

Piese extrudate Piesa extrudata Piesa extrudata

Piesa prelucrata

Piesa extrudata apoi prelucrata Ebos extrudat

Partea prelucrata

Greutatea semifabricatului : 132 g Greutatea piesei finite : 33 g Pierderile : 99 g

Greutatea piesei extrudate : 43 g Greutatea piesei finite : 33 g Pierderile : 10 g

Profile din aluminiu extrudate

Piese extrudate Piese extrudate : -Sârme, cabluri, tuburi, arcuri; - Racorduri; - Profile speciale.

Profile extrudate

Profile extrudate

Ţevi extrudate

Presă hidraulică pentru extrudare orizontală Presiunea hidraulică

Cilindrii principali

Coloană

Matriţă

Umăr

Poanson Semifabricat

Matrţa de deformare

Platou frontal

Produsul extrudat

Masă de ghidare

Presă hidraulică de 50 MN pentru extrudare orizontală

Extruziunea- aplicabilitate • • • • • • • • • •

Ca aplicabilitate, extruziunea metalelor se foloseşte în următoarele cazuri : obţinerea de piese finite sau profile complicate care nu pot fi obţinute prin alte procedee de deformare plastică; pentru deformarea plastică prealabilă, în vederea măririi plasticităţii; pentru obţinerea de piese finite sau semifabricate care pot fi obţinute şi prin alte procedee, dar sunt obţinute mai economic prin procedeul extruziunii. Procedeul extruziunii este indicat pentru metalele şi aliajele cu plasticitate redusă, în stare turnată; pentru cele cu plasticitate ridicată, laminarea sau forjarea fiind mai economice. Principalele dezavantaje ale procedeului sunt: durabilitate redusă a matriţelor; neuniformitate mai mare a deformaţiilor decât în cazul laminării; cantitate mai mare de deşeuri. Utilajele folosite pentru extrudare sunt presele mecanice sau hidraulice.

Avantajele extruziunii la rece: - creşterea caracteristicilor mecanice; - toleranţe reduse ; - calitate mai bună a suprafeţelor ( rugozitate mică); - productivitate bună.

Defecte de extrudare

Matriţă

Produs rigid Semifabricat rigid Explozie centrală

Zona de deformare plastică

Fisurarea centrală în barele extrudate din oţel

Modelarea curgerii metalului în timpul extruziunii

Modele de curgere a metalului în matriţa de extrudare



L’Electrorefoulage :

Chauffage et déformation locale

Ambutisarea •

Ambutisarea este procedeul tehnologic de prelucrare prin deformare plastică, prin care, dintr-un semifabricat plan (tablă dreaptă) se obţine o piesă cavă cu sau fără modificarea grosimii materialului.

P 2

3

4 1 5 6 Schema ambutisării : 1 – matriţa; 2 – poanson; 3 – inel de ambutisare; 4 – semifabricat; 5 – aruncător; 6 – piesa ambutisată.

Dintre procedeele moderne de ambutisare, amintim: ambutisarea prin explozie, ambutisarea electrohidraulică etc.

Emboutissage Mise en forme par déformation plastique de tôles minces.

Déformation en pliage

Figure 3-13: As the bend radius increases, the strain distribution becomes very sharp (F-2).

Source: AsP web

Tragerea-trefilarea

Tragerea-trefilarea Bara semifabricat

Matriţă

Produsul tras (bară) sau trefilat (sârmă) F – forţa de tragere

Semifabricat (Ebos)

Filiera

Poanson

Preocedee speciale Deformarea prin explozie Materialul exploziv

Frontul detonaţiei Unda de şoc

Scheme de principiu ale propagării undei de şoc şi deformării metalului prin explozie

Unda de şoc recul a exploziei Poziţia iniţială a interfeţei Deplasarea suprafeţei Regiunea comprimată

Frontul şocului în metal

Preocedee speciale Profilarea prin explozie a conductelor Detonator Exploziv

Încărcătura explozivă

Canale de aerisire

Nivelul apei

Nisip Semifabricat Inel de fixare Matriţă Canal de vacuum

Rezervor metalic

Stand de ambutisare prin explozie Standoff Operation Explosive Forming Water Tank setup Aplicaţie: Panou pentru racheta Saturn

Tub Semimatriţa inferioară

Exemple de piese formate prin explozie

Piesă din aliaj de titaniu (Ti6Al4V) formată prin explozie

Piesă din aliaj de aluminiu formată prin explozie

Cilindru perforat

Metoda veche Filtru de combustibil pentru motor cu reacţie

Diferite piese din aluminiu

Metoda nouă

Matriţarea cu viteze mari de matriţare p

4 1

2

5

3

Schema de principiu a instalaţiei de lucru cu viteze mari de deformare: 1 – camera de compresie; 2 – berbec; 3 – cilindru de ghidare; 4 – semifabricat; 5 -

nicovală

Viteza sculelor de lucru este mai mare de 10 m/s, ajungând la valori de 30 … 120 m/s, în cazul instalaţiilor mecano-pneumatice şi mai mari de 120 m/s în cazul folosirii substanţelor explozive brizante. Principalele metode de matriţare cu viteze mari de deformare sunt: matriţarea mecanopneumatică şi matriţarea prin explozie. Principalele avantaje ale metodei sunt : - la o singură lovitură se obţin piese de formă complexă; - toleranţele realizate sunt de 0,025 … 0,125 mm, ceea ce elimină necesitatea unor prelucrări suplimentare; - pierderile de metal sunt minime; - costul matriţelor este mic; etc.

Rularea filetelor

Rolă staţionară

Rolă de filetare

Executarea filetelor între suprafeţe de rulare cu mişcare de translaţie alternativă

Méthodes de pliage

Figures 10.14 et 10.15, Schey

ŞTANŢAREA Stantarea este un procedeu tehnologic de prelucrare a materialelor prin taiere, la cald sau la rece, cu ajutorul unei scule neaschietoare de constructie complexa denumita stanta prevazuta cu cel putin doua taisuri asociate. Stanta este alcatuita, de obicei, din doua subansamble, din care unul fix, iar celalalt mobil, forta taietoare fiind furnizata de catre masina-unealta . Stantarea la rece cuprinde: operatii de taiere dupa un contur deschis (debitare) si operatii de taiere dupa contur inchis (decupare- perforare). A. Debitarea semifabricatelor Prin aceasta operatie se pot obtine piese finite sau semifabricate din benzi, platbande, bare, tevi sau diferite profiluri laminate. Utilajele mai frecvent utilizate pentru taierea tablelor sau a profilelor sunt: foarfece ghilotina cu lame paralele sau inclinate, care executa o miscare de translatie; foarfece (manual sau mecanic). Stantele de debitare se aseamana principal cu stantele de decupareperforare.

ŞTANŢAREA B. Decuparea si perforarea semifabricatelor Decuparea este operatia de separare completa a materialului dupa un contur inchis cu ajutorul stantei. La operatiile de decupareperforare se desting trei faze ale procesului de forfecare, dupa cum urmeaza: -faza elastica, in care semifabricatul este comprimat si indoit putin in cavitatea placii taietoare -faza plastica, in care poansonul patrunde in material pe o anumita adancime provocand presarea acestuia in cavitatea placii taietoare -faza de forfecare, in care se produc microfisuri, si apoi macrofisuri, dupa care are loc separarea piesei de semifabricat

ŞTANŢAREA Decuparea- este operatia de separare completa a materialului dupa un contur inchis cu ajutorul stantei.

Stanta de decupare cu actiune simpla este constituita din: 1-locasul in care se introduce banda; 2 – placi de ghidare; 3-placa de fixare; 4- matrita inferioara; 5- portmatrita inferioara; 6- placa inferioara; 7- poanson de decupare; 8-port poanson; 9- placa superioara; 10coloane de ghidare. Ştanţă de decupare cu acţiune simplă

PERFORAREA Perforarea- este operatia de separare a unei parti a semifabricatului dupa un contur inchis, partea decupata fiind deseul rezultat dupa formarea gaurii.

Ştanta de perforare si decupare cu actiune succesiva este constituita din: 1- matrita de decupare; 2- poanson de decupare; 3- matrita de perforare; 4- poanson de perforare.

Decupare si perforare

Rezultatul operatiilor de decupare si perforare (fig.1.3) sunt: 1-piesa 2-deseu

Calitatea şi precizia pieselor ştanţate Calitatea si precizia pieselor obtinute prin decupareperforare depinde de urmatorii factori: -valoarea si uniformitatea jocului dintre sculele stantei ( joc mic: fisurile de forfecare se propaga paralel in materialul semifabricatului, pe suprafata piesei apar stratificari de material; joc mare: are loc o inconvoiere a semifabricatului, piese obtinute au bavuri si margini neuniforme) -starea muchiilor taietoare ale sculelor stantei -grosimea semifabricatelor si proprietatiile mecanice ale materialului acestora -forma si dimensiunile pieselor stantate -deformatiile elastice ale materialului piselor -constructia stantei -constructia si starea presei.

Formare prin forjare

Formare prin matriţare

Numărul de piese

Costul unitar

Costul unitar

Cost si aplicabilitate

Formare prin explozie

Formare convenţională

Numărul de piese

Tratamente termice aplicate sculelor de deformare plastică Tratamente preliminare: ♥ Recoacere de îmbunătăţirea prelucrabilităţii prin aşchiere ♥ Normalizare + recoacere subcritică ♥ Recoacere de detensionare

Tratamente finale :  Călire + revenire (regimurile de încălzire-răcire se aleg în funcţie de tipul materialului de construcţie al sculei)

Tratamente termochimice : ☻Nitrurarea ; Cianizarea (carbonitrurarea) etc.

Tratamente termice aplicate pieselor deformate plastic •

• •

Recoacerea de regenerare şi normalizarea – pentru corectarea structurilor de supraîncălzire Recoacerea de detensionare (T=550…6500C, t=1h/25 mm grosime); Îmbunătăţirea = călire + revenire înaltă