forjare

Capitolul 5 Obţinerea piesei semifabricat printr-un procedeu de deformare plastică Plasticitatea este proprietatea tehnologică a unui material de a suferi deformaţii permanente sub acţiunea unor forţe exterioare . Ca urmare , obţinerea unei piese care să corespundă unui anumit rol funcţional se face prin redistribuirea de material în stare solidă ( nu prin îndepărtarea de material ) în concordanţă cu sistemul de forţe care acţionează asupra materialului . Cel mai vechi procedeu de deformare plastică este forjarea . Forjarea este procesul de prelucrare prin deformare plastică ce constă în introducerea în volumul de material a unor stări tensionale care să producă curgerea sa (a materialului ) . Aceste forţe se aplică prin lovire şi/sau presare . Forjarea este de două feluri : - liberă , când curgerea materialului se face liber sub acţiunea unor forţe de lovire: - în matriţă (matriţare) , când curgerea materialului este limitată cavitaţional , sub acţiunea unor forţe de lovire şi/sau presare . Ţinând cont de programa de fabricaţie şi de dimensiunile de gabarit relativ reduse procedeul de deformare plastică ales va fi forjarea liberă . Pentru obţinerea piesei se va utiliza un ciocan cu dublu sistem de alimentare, cu dublă compresie, ce foloseşte abur la o presiune de 8 atmosfere . Pentru realizarea piesei prin forjare liberă se va lua în calcul rolul funcţional al acesteia stabilit la capitolul 1 şi materialul din care aceasta va fi realizată (Fe250 ) Trebuie ales tipul semifabricatului iniţial , însă conform legii volumului constant, trebuie cunoscută masa semifabricatului brut forjat pentru a afla volumul acestuia şi după aceea , adunând pierderile care apar în timpul procesului de forjare (adaosurile necesare şi pierderile prin ardere), să aflăm volumul de material pe care îl are semifabricatul iniţial . Calculul masei semifabricatului care se face împărţind desenul piesei brut forjate în părţi simple cărora la calculăm volumul şi masa . Alegerea semifabricatului iniţial : Se aleg lingouri ( pentru dimensiuni mari ) , bare sau plăci turnate continuu (pentru dimensiuni medii) , prelaminate sau laminate ( pentru dimensiuni mici ) . Pentru ca materialele să fie uşor deformabile plastic , acestea trebuie încălzite în prealabil în cuptoare speciale . Însă şi aici există reguli bine definite de standarde special elaborate în acest sens. Astfel că există un interval de temperaturi în care se poate face deformarea care are

limita superioară numită temperatură de început de deformare iar limita inferioară numită temperatură de sfârşit de deformare . Pentru materialul din care este făcută piesa găsim intervalul : Marca materialului Temperatura de deformare de început [°C] de sfârşit [°C] Fe250 1200 800 Trebuie ştiut de la bun început că oricât de complexă ar fi piesa ce se vrea realizată prin forjare liberă procesul tehnologic este o succesiune logică de operaţii de bază . Aceste operaţii de bază sunt : • refularea : operaţie ce constă în creşterea dimensiunii secţiunii transversale a unui semifabricat ; • întinderea simplă : este operaţia de forjare liberă ce constă în creşterea în mod substanţial a lungimii unui semifabricat ; • întinderea pe dorn : constă în modificarea diametrului exterior a unui semifabricat tubular ; • lărgirea pe dorn : constă în modificarea diametrului interior şi exterior a unei piese de formă tubulară ; • găurirea prin forjare liberă permite obţinerea de găuri pătrunse sau nepătrunse fără îndepărtare de material sub acţiunea forţelor exterioare ; • îndoirea constă în modificarea poziţiei axei iniţiale a semifabricatului; • răsucirea realizează modificarea poziţiei unei părţi dintr-un semifabricat în raport cu celelalte părţi ; • tăierea prin forjare liberă duce la porţionarea semifabricatului iniţial în mai multe părţi componente (decupare pe contur deschis ,crestare, şliţuire , retezare decupare pe contur închis) ; • sudarea prin forjare liberă permite obţinerea de îmbinări nedemontabile . Tehnologia forjării libere : Pentru ca un produs să poată fi obţinut prin forjare liberă trebuie să parcurgă următoarele etape : 1. Stabilirea rolului funcţional al piesei folosind analiza morfofuncţională a suprafeţelor ; 2. Alegerea materialului pe baza analizei valorilor optime ; 3. Întocmirea desenului piesei brut forjate se face pornind de la desenul piesei finite pe care se adaugă : • adaosurile de prelucrare Ap pe toate suprafeţele a căror precizie dimensională şi calitatea acestora nu se pot obţine direct prin forjare liberă:

• adaosuri tehnologice At pe toate suprafeţele care nu au rezultat prin forjare liberă şi în scopul simplificării constructive a formei piesei ; • adaosuri de debitare Ad pe toate suprafeţele de separaţie ; • adaosuri prin raze de racordare Rc pe toate suprafeţele de racordare ; * mărimea acestor adaosuri depinde de dimensiunile piesei finite, iar valorile lor sunt date în STAS - uri. 4. Calculul masei semifabricatului iniţial se face împărţind desenul piesei brut forjate în suprafeţe simple cărora li se calculează volumul şi masa . Masa totală a semifabricatului brut forjat este data de expresia : MSf=mPf+ma+mAp+mAt+mRc+mAd+mcp+mg unde : - mSf : masa totală a semifabricatului brut forjat ; - mPf : masa piesei finite ; - ma : masa pierderilor prin arderea materialului ; - mAp : masa pierderilor cu adaosurile de prelucrare ; - mAt : masa pierderilor cu adaosurile tehnologice ; - mRc : masa pierderilor prin raze de racordare ; - mAd : masa pierderilor prin adaosurile de debitare ; - mcp : masa pierderilor cu capetele de prindere ; - mg : masa pierderilor prin găurire ; mpf = V* ρ = = (π*652*11.8-π*352*11.8)+π*352*40-π*202*40-13*3.3*40)mm3 * * 7.8g/cm3= = 213302mm 3 *7.8 g/cm3 = = 213.302cm 3 * 7.8 g/cm 3 = 1664g = 1.7 kg Unde V=V1+V2-V 3-V 4 , unde V1=V1’-V1’’ ma = 1.5%mPf = 0.0255kg mAp = 1%mPf +(V3+V4)/(V1+V2)%mpf = (1%+20%)mpf=21%mpf=0.35 kg mAt = 3%mPf = 0.051 kg mRc = 0.5%mpf = 0.0085 mAd = 2%mPf = 0.034 kg mcp = 0 mg = 0 Rezultă în final că , semifabricatul brut forjat va avea masa cu 28% mai mare decât masa piesei finite : mSf =1.7 kg * 128/100 = 2.2 kg

5.Alegerea semifabricatului iniţial; Volumul piesei brut forjate este :V =msf/ 7.8g/cm3= 2200g / 7.8 g/cm3 = 282 cm3 = 282000 mm3 Se aleg: - lingouri de dimensiunea : 100mm x 100mm x 30 mm

Capitolul 6 Analiza tehnico-economică a două procedee tehnologice de obţinere a piesei Oricare tehnologie trebuie să realizeze maximum de eficienţă pentru care a fost proiectată în momentul aplicării ei. Piesa trebuie realizată : - mai repede ; - mai bine ; - mai ieftin ; - la momentul oportun. Factorii care influenţează eficienţa procedeului tehnologic sunt : - costul; - productivitatea; - fiabilitatea; - consumul de energie; - consumul de material; - protecţia mediului; - protecţia operatorului. Eficienţa presupune optimizarea din punct de vedere al tuturor acestor factori. Acest lucru este foarte dificil de realizat, întotdeauna existând factori prioritari. Pentru realizarea analizei tehnico-economice vom lua în considerare procesele tehnologice de turnare şi de matriţare. Foarte important pentru întocmirea unei tehnologii de realizare a piesei este numărul de bucăţi care trebuie realizate(programa de producţie). Din acest punct de vedere se deosebesc: -producţie individuală- care se referă la realizarea unui singur produs sau a unui număr foarte mic de produse care nu se mai reia în timp; foloseşte maşini unelte universale, S.D.V.-uri universale, productivitatea este foarte mică, preţul de cost este foarte mare, necesită muncitori cu înaltă calificare; -producţie de serie - se referă la un număr mare de producţie, foloseşte maşini unelte universale şi specializate, S.D.V.-uri universale şi specializate, productivitatea este medie, preţul de cost este mediu, necesită muncitori calificare medie;

- producţie de masă - număr foarte mare de produse de acelaşi fel care se repetă după o anumită perioadă de timp; foloseşte utilaje speciale şi specializate; S.D.V.-uri speciale şi specializate; muncitori cu calificare redusă (cu excepţia muncitorului reglor); productivitate foarte mare; preţ de cost mic(bunuri de larg consum).

Analiza economică a procedeului de turnare Se vor folosi următoarele notaţii : - ştiind că un lot are 1.000 de bucăţi : • CT =cost total; • CF =cost fix; • CV =cost variabil. CF/buc = 3.000 lei CV/buc =20.000 lei CV/

CT/lot=26.000.000 lei CF/lot=6.000.000 lei lot=40.000.000 lei

Luând în considerare cheltuielile de stocaj s = 600 lei/buc rezultă şi ştiind că un lot are 1.000 bucăţi: C = CF/lot /n+CV/lo+sn ; Din formulele anterioare se poate calcula numărul de bucăţi rentabile pentru procedeul respectiv: nop=( CF/lot /s)1/2=100buc Deci costul total pentru 1.000 de bucăţi este : CT = CF/lot + CV/buc * n = 6.000.000 + 20.000 * 1.000 = 26.000.000. lei

Analiza economică a procedeului de forjare CF/buc = 14000 lei CV/buc =6.000 lei

CT/lot=34.000.000 lei CF/lot=28.000.000 lei CV/lot=12.000.000 lei

Luând în considerare cheltuielile de stocaj s= 600 lei/buc rezultă:

C = CF/lot /n+CV/lo+sn ; Din formulele anterioare se poate calcula numărul de bucăţi rentabile pentru procedeul respectiv: nop=( CF/lot /s)1/2=216buc Deci costul total pentru 1.000 de bucăţi este : CT = CF/lot + CV/buc * n = 28.000.000 + 6.000 * 1.000 = 34.000.000. lei

Compararea celor două procedeelor tehnologice de obţinere a piesei Pentru determinarea procedeului de obţinere optim , folosim o metodă grafică . Numărul de bucăţi pentru care costurile de producţie pentru cele două procedee sunt aceleaşi este : N=

) − (C ) 34.000.000 − 26.000.000 t / lot turnare t / lot forjare = =1.000 (C ) − (C ) 20.000 − 6.000 v / buc turnare v / buc forjare (C

bucăţi

Rezultă că procedeul de obţinere prin forjare a piesei este mai eficient din punct de vedere economic .

Capitolul 7 Tehnologia forjării libere Pentru ca un semifabricat să fie produs prin tehnologia de forjare liberă , trebuie urmate etapele : 1) Stabilirea rolului funcţional al piesei semifabricat , folosind analiza morfofuncţională a suprafeţelor (capitolul 1) ; 2) Alegerea materialului optim cu ajutorul metodei valorilor optime (capitolul 2) ; 3) Întocmirea desenului piesei brut forjate (capitolul 5) ; 4) Calculul masei semifabricatului iniţial (capitolul 5) ; 5) Alegerea semifabricatului iniţial (capitolul 5) ; 6) Debitarea semifabricatului iniţial la dimensiuni : se face respectând legea volumului constant ; 7) Controlul iniţial al semifabricatului : se face prin metode de control nedistructive ( ultrasunete , raze X etc. ) . Acest control împiedică semifabricatele iniţiale care au defecte să intre în procesul de fabricaţie . 8) Tratament termic iniţial : se face o recoacere de înmuiere pentru a creşte plasticitatea materialului se vrea a fi supus procesului de forjare liberă . 9) Stabilirea parametrilor regimului de încălzire; 10) Stabilirea succesiunii logice a operaţiilor de forjare liberă ; 11) Alegerea utilajului pe care se va face operaţia de forjare ; 12) Forjarea propriuzisă : se face respectând succesiunea logică a operaţiilor de forjare liberă ; 13) Curăţirea : se face pentru a îndepărta straturile de material ars prin forjare ; 14) Tratament termic final ; 15) Control final (CTC) ; 16) Ambalarea şi trimiterea către beneficiar .

Unul din punctele importante a tehnologiei de forjare care nu a fost discutat până acum şi care are o importanţă deosebită , este încălzirea materialelor metalice în vederea prelucrării prin deformare plastică . Aceasta este foarte importantă din punct de vedere a alegerii utilajului de încălzire folosit . Se ştie că încălzirea semifabricatului se poate face în două moduri : - prin introducerea semifabricatului într-un mediu cald ; - prin producerea căldurii în masa semifabricatului . Cea mai uşor de realizat şi cea mai răspândită modalitate de încălzire este prima : semifabricatele se introduc în spaţiul e lucru al instalaţiei de încălzire, spaţiu care adus în prealabil la o temperatura superioară celei la care se poate face deformarea . In funcţie de sursa de căldură folosită instalaţiile de încălzire se împart în două mari categorii : Instalaţii de încălzire cu flacără (cuptoare cu flacără ) Cuptoarele se împart şi ele în două mari categorii după distribuţia căldurii în interior: - cuptoare cu temperatură constantă în tot spaţiul de lucru numite cuptoare cu cameră ; Piesa

Izolatie termica

FOCAR

Mufl ã

FOCAR b)

a)

Vatra

1

2

3

I - circulatia semifabricatelor ; II- circulatia gazelor arse .

c)

- cuptoare cu temperatură crescătoare de la locul de încărcare al semifabricatului spre locul de descărcare al acestuia . Cuptoarele cu cameră (figura a ) ,se pot construi cu vatră fixă sau mobilă iar temperatura din interiorul lor poate varia într-un interval îngust prin varierea cantităţii

de combustibil arsă în focar . Pentru a micşora pierderile de material prin ardere se utilizează mufle din material refractar sau oţel aliat refractar , figura b . Cuptoarele cu propulsie (figura c) , sunt utilizate la producţia de serie mare şi masă , deoarece sunt foarte productive . Încălzirea semifabricatelor făcându-e treptat de la o zonă de preîncălzire I , o zonă de încălzire II şi o zonă de egalizare a temperaturilor III . Semifabricatele parcurg spaţiul cuptorului prin împingere sau prin cădere libera pe un spaţiu înclinat . Instalaţii de încălzire electrice Bare de silita

Rezistenta electrica

d)

Vatra

e)

Cuptoarele cu rezistenţe electrice pot fi prevăzute cu o rezistenţă metalică sub formă de spirală , înfăşurată în jurul camerei cuptorului ( figura d ) sau cu rezistenţe ceramice – bare de silită – amplasate pe partea de sus sau pe pereţii laterali ai camerei cuptorului ( figura e ). Temperaturile realizate de al 2-lea cuptor sunt mai mari decât la primul , putându-se încălzi şi semifabricate di oţel . În general acest tip de instalaţii realizează o încălzire superioară celor cu flacără deoarece : - asigură o reglare precisă a temperaturii prin modificarea parametrilor curentului electric de alimentare ; - asigură pierderi mai mici prin oxidare ; - nu poluează mediul înconjurător . Alt punct neatins este succesiunea logică a operaţiilor de forjare . Această succesiune este detaliată în desenul următor :

1. Alegerea semifabricatului iniţial 2. Întinderea simplă 3. Retezarea la dimensiuni a semifabricatului 4. Refularea 5. Găurirea 6. Întinderea pe dorn 7. Lărgirea pe dorn 8. Crestare circulară 9. Întinderea suprafeţei exterioare laterale 10. Planarea 11. Calibrarea găurii

Capitolul 8 Echipamentul tehnologic necesar obţinerii piesei semifabricat prin forjare Echipamentul tehnologic se compune din : - ciocane mecanice sau prese de forjare; - instrumente de control nedistructiv : cu ultrasunete , cu raze X , cu lichide penetrante; - şublere , micrometre , pasametre pentru controlul dimensional; - cuptoare pentru tratamente termice ; - perii de sârmă - cleşti de prindere; - fierăstraie mecanice pentru debitare ; - personal specializat care să aibă calificarea necesară pentru lucrul cu utilajele de mai sus . Schema ciocanului pentru forjare

1-cilindru de lucru 2-piston 3-brat de legatura 4-ghidaje 5-berbec 6-ciocan 7-semifabricat 8-nicovala 9-sabota