03.Forjare Gaurirea Indoirea Rasucirea Sudarea Productivitatea

GURIREA

1

3.5.3. GURIREA

Ca operaie de forjare gurirea se ntlnete cu precdere n cazul

forjrii pieselor de form inelar sau tubular. n cazul pieselor cu

diametrul gurii pn la 400-500 mm gurirea se execut cu dornuri

pline, iar la diametre mai mari se folosesc perforatoare tubulare.

Gurirea cu dornuri pline se execut fie deschis, fie nchis, adic n

matri. Gurirea deschis, figura 3.128, a, prezint avantajul reducerii

preului de cost, prin micorarea manoperei de forjare i a forei de

deformare plastic, respectiv a utilajului, inclusiv eliminarea matriei.

Dezavantajul guririi deschise const n apariia tensiunilor de ntindere

n zona periferic, tensiuni care, n cazul materialelor metalice cu

plasticitate redus, pot conduce la apariia crpturilor.

2

3.5.3. GURIREA

3

3.5.3. GURIREA

Gurirea nchis, figura 3.128, b, elimin tensiunile de ntindere

i riscul de crpare a semifabricatului dar necesit manoper

suplimentar, un utilaj mai mare i o matri, ceea ce conduce la mrirea

preului de cost. Din aceast cauz gurirea nchis se recomand numai

pentru piesele din materialele metalice cu plasticitate redus. Indiferent

de varianta adoptat, gurire nchis sau deschis, nainte de gurire

lingoul rotunjit prin forjare pn la diametrul piciorului i rotunjit, dac a

fost prismatic, se refuleaz pn ce raportul dintre nlime i diametru

devine subunitar, iar raportul dintre diametrul lingoului sau al

semifabricatului dup refulare, i diametrul dornului este mai mare dect

4,0 figura 3.129, a. Dup refulare se execut cavitatea de gurire n care,

pentru a reduce forele de frecare exterioar i neuniformitatea

deformaiei, inclusiv fora de gurire, se presar un strat de: mangal, cocs

sau grafit. Dac este necesar, pentru centrarea cavitii de gurire, se

folosete un ablon sau un dispozitiv de centrare.

4

3.5.3. GURIREA Pentru a elimina materialul impur din zona retasurii cavitatea de

gurire se execut la captul dinspre piciorul lingoului. n continuare cu un

dorn tronconic cavitatea de gurire se adncete pn la nlimea h egal

cu 0,4-0,5 din diametru dornului. n cazul n care pentru efectuarea guririi

este necesar un dorn cu raportul dintre lungime i diametru mai mare de

2,5 gurirea se execut cu dou dornuri, figura 3.129, b.

5

3.5.3. GURIREA

La strpungerea gurii, figura 3.129, c, dup rsturnarea

semifabricatului cu 1800, centrarea dornului este uurat de pata mai

ntunecat care apare din cauza rcirii mai intense a semifabricatului

la contactul cu nicovala, n zona axial. Gurirea cu perforatorul

tubular prezint avantajul reducerii forei de gurire i eliminrii

poriunii din zona axial a lingoului, zon n care se gsesc cele mai

multe incluziuni. n schimb la gurirea cu perforatoare tubulare

pierderile de material i preul de cost sunt mai mari dect la gurirea

cu dornuri pline. Din aceast cauz gurirea cu perforatoare tubulare

se recomand numai n cazul pieselor mari care se forjeaz direct din

lingouri.

6

3.5.3. GURIREA Ca i n cazul folosirii dornurilor pline la gurirea cu perforatoare

tubulare lingoul se rotunjete i se refuleaz n prealabil pn cnd diametrul acestuia depete de cel puin trei ori diametrul exterior al perforatorului. n continuare, la captul dinspre piciorul lingoului, se execut cavitatea de gurire n care se presar un strat de praf de: cocs, mangal sau grafit. Gaurirea se execut pn la o nlime a restului de material din faa perforatorului de cca. 100-150mm, figura 3.130, a, iar perforarea se execut pe o plac gurit, figura 3.130, b i c.

7

3.5.3. GURIREA

Fora necesar guririi poate fi calculat cu relaia:

(3.84)

n relaia (3.84), A reprezint suprafaa frontal a dornului sau a

perforatorului, d-diametrul dornului, respectiv diametrul echivalent al

perforatorului, h-nlimea dopului de gurire, K- un coeficient care ine

seama de influena forelor de frecare exterioar i care este egal cu 1,2-

1,5 n cazul guririi deschise i se dubleaz n cazul guririi nchise, iar

c i au aceeai semnificaie ca i la refulare.

Kh

dAP c

3

11'

8

3.5.4. NDOIREA

La forjarea pieselor alungite i curbate sau frnte n procesul

tehnologic de forjare este inclus i operaia de ndoire. n cazurile n care

piesele se execut din semifabricate laminate ndoirea poate fi unica

operaie de forjare. Aceast operaie poate fi executat liber sau cu

abloane i dispozitive de ndoire. Indiferent de felul execuiei, cu sau fr

abloane i dispozitive de ndoire, i de felul semifabricatului, forjat sau

laminat, n timpul ndoirii, n zona de curbur, se creeaz simultan att

tensiuni de comprimare, ct i tensiuni de ntindere. Tensiunile de

comprimare acioneaz n jumtatea interioar a zonei de curbur, iar cele

de ntindere n jumtatea exterioar. Valoarea acestor tensiuni este

maxim la periferie i nul n axa longitudinal. Mrimea absolut a celor

dou feluri de tensiuni este proporional cu rezistena materialului

metalic la deformarea plastic i cu raportul dintre grosimea

semifabricatului i raza de curbur.

9

3.5.4. NDOIREA

Datorit tensiunilor care

acioneaz n zona de curbur

seciunea transversal a acestei

zone i modific forma i

dimensiunile, figura 3.131.

n figura 3.131 se prezint

configuraia i principalele

dimensiuni ale seciunii

transversale n zona de curbur a

pieselor sau semifabricatelor de

seciune rotund sau ptrat.

Fig.3.131. Modificarea seciunii

transversale n zona de curbur.

a b

10

3.5.4. NDOIREA

Modificarea formei i dimensiunilor seciunii transversale a semifabricatului n zona de curbur, prin ngroarea jumtii interioare i subierea celei exterioare, este cu att mai pronunat cu ct este mai mare raportul dintre grosimea semifabricatului i raza de curbur. Datorit acestei modificri dimensiunile seciunii transversale din partea superioar a zonei de curbur se micoreaz i pot deveni mai mici dect cele prevzute n desenul de pies forjat. Evident c n asemenea situaii piesa, sau lotul de piese, se rebuteaz. . Pentru a preveni rebutarea pieselor, din cauza denaturrii seciunii transversale, n tehnologia de ntindere prin forjare a semifabricatului, n zona care urmeaz a fi ndoit, se prevede un adaos tehnologic, figura 3.132. Tot n acest scop n cazul pieselor care se execut din semifabricate laminate, n zona de curbur, se execut o uoar refulare.

11

3.5.4. NDOIREA

Fig. 3.132. Adaosul tehnologic n zona de curbur:

a- ndoire cu raz; b- ndoire fr raz.

12

3.5.4. NDOIREA

O alt consecin a tensiunilor de ntindere din partea

exterioar a zonei de curbur o constituie tendina de crpare a

semifabricatului. Pentru micorarea tendinei de crpare a

semifabricatului, i a forei necesare ndoirii, se recomand ca

ndoirea s se execute la temperaturi ct mai apropiate de

temperatura maxim din intervalul temperaturilor de forjare

pentru materialul metalic supus acestei operaii.

13

3.5.4. NDOIREA

Fora necesar ndoirii este dependent de felul materialului

metalic, temperatur i forma seciunii transversale a

semifabricatului, inclusiv raza i unghiul de ndoire, figura 3.133.

n funcie de felul seciunii transversale a semifabricatului,

ptrat, dreptunghiular sau rotund, fora necesar ndoirii poate

fi calculat cu una din relaiile [7]:

2'

2 sin2

c

bhP K

r h

3'

3 sin2

c

dP K

r d

sau

14

3.5.4. NDOIREA

n relaiile de mai sus K reprezint coeficientul care ine seama

de forele de frecare exterioar i se adopt n limitele 0,25 0,35,

c - limita de curgere a materialului metalic la temperatura de

forjare, b, h i d - dimensiunile seciunii transversale a

semifabricatului n zona de curbur, iar r i - raza i unghiul de

curbur, v. figura 3.133.

Fig. 3.133. Stadiile ndoirii: a- stadiul incipient; b- stadiul final.

15

3.5.5. RSUCIREA

n cazul pieselor cu coturi n planuri diferite, cum

sunt de exemplu arborii cotii, pentru micorarea

manoperei de forjare i a preului de cost, operaia de

ntindere prin forjare se execut cu coturile n acelai

plan, iar decalarea acestora, cu unghiul dorit, se

realizeaz prin rsucire.

n timpul rsucirii, aa cum se observ din figura

3.134, particulele de material de pe fibra a-b i

schimb poziia de la a-b la a-b, iar cele din axa

semifabricatului, fibra O O, i menin poziia

iniial. n mod similar cu particulele de pe fibra a-b se

comport i restul particulelor situate n afara axei

semifabricatului, cu meniunea c, la acelai unghi de

rsucire, distana de deplasare este condiionat i de

raportul l/d. Astfel particula m se deplaseaz pe

distana m-m, care este mai mic dect distana b-b,

dei unghiul de rsucire este acelai.

Fig. 3.134. Deplasarea

particulelor de material

n timpul rsucirii.

16

3.5.5. RSUCIREA

Din cauza deplasrii particulelor de material cu viteze i

distane diferite n poriunea de rsucire se creeaz tensiuni de

semne diferite. n zona periferic apar tensiuni de ntindere cu

valoare maxim la periferie i nul n axa longitudinal, iar n

zona central tensiuni de comprimare cu valoare maxim n ax i

nul la periferie. Mrimea absolut a celor dou feluri de tensiuni

este proporional cu rezistena materialului la deformarea

plastic, unghiul de rsucire i raportul dintre grosimea

semifabricatului i lungimea poriunii de rsucire.

Datorit tensiunilor de ntindere, predominante n zona

periferic, proprietile mecanice, n poriunea de rsucire, se

micoreaz proporional cu valoarea acestor tensiuni.

17

3.5.5. RSUCIREA

n figura 3.135 se prezint influena unghiului de rsucire i a raportului l/d asupra rezistenei la rupere i a limitei de curgere a oelurilor slab aliate [24].

a b

Fig. 3.135. Influena unghiului i a raportului l/d

asupra rezistenei la rupere i limitei de curgere:

a- l/d = 5,0; b- = 90o.

18

3.5.5. RSUCIREA

ntruct raportul l/d nu poate fi mrit i readus la cotele indicate n

desenul de pies forjat rezult c dintre cei doi factori de influen asupra

proprietilor mecanice, indicai n figura 3.135, singurul care poate fi

modificat prin tehnologia de forjare este unghiul de rsucire.

n figura 3.136 se prezint varianta de forjare i rsucire cu 60o a unui

arbore cotit cu unghiul de decalare dintre coturi de 120o.

a b c

Fig. 3.136. Rsucirea unui arbore cotit cu trei coturi :

a- arborele cotit; b- vedere din plan dup ntinderea prin forjare;

c- vedere din plan dup rsucire, 1-3 - numerele coturilor

19

3.5.5. RSUCIREA

Din figura 3.136 se observ c n cazul ntinderii prin forjare cu

cele trei coturi n acelai plan, dar amplasate bilateral, decalarea cu

120o se realizeaz prin rsucirea coturilor de la capete cu 60o, n

sensuri diferite. Aceast micorare a unghiului de rsucire n-ar fi fost

posibil dac, prin forjare, cele trei coturi ar fi fost amplasate

unilateral.

Fora P i momentul de rsucire M se calculeaz cu relaiile:

M

Pl

'cM W

(3.85)

(3.86)

n relaiile (3.85) i (3.86), l reprezint lungimea poriunii de

rsucire, M momentul de rsucire, W modulul de rezisten a

materialului metalic, iar c- limita de curgere a materialului metalic la

temperatura de forjare.

20

3.5.6. SUDAREA

Spre deosebire de celelalte

operaii de forjare sudarea se

utilizeaz din ce n ce mai puin i cu

precdere la forjarea manual. n

vederea sudrii prin forjare capetele

pieselor sau semifabricatelor care

urmeaz a fi unite ntre ele se

refuleaz i se fasoneaz n diverse

variante, figura 3.137.

Pe lng variantele prezentate n

figura 3.137, n practic, se ntlnesc

i altele, dar cu diferene

nesemnificative.

a

b

Fig. 3.137. Variante de sudare :

a- prin suprapunere; b- prin mbinare.

21

3.5.6. SUDAREA

Dup ce au fost pregtite (fasonate) cele dou capete pereche se nclzesc mpreun pn la temperatura de sudare. Pentru oeluri temperatura de sudare se stabilete pe baza scnteilor care apar la nceputul topirii oelului sau cu ajutorul unui crlig cu vrful ascuit. n cazul folosirii crligului vrful acestuia se plimb pe suprafaa capetelor care se nclzesc pn cnd deplasarea crligului pe suprafaa de contact devine mai anevoioas. Momentul n care crligul ncepe s se deplaseze mai greu marcheaz nceputul de topire a oelului i indic temperatura optim de sudare. Dup ce s-a atins temperatura de sudare, cu maximum de operabilitate, adic n cel mai scurt timp posibil, capetele ce urmeaz a fi sudate se cur de oxizi, prin izbire de nicoval, se aeaz n poziia de sudare i se deformeaz plastic, la nceput cu lovituri uoare i spre sfrit cu lovituri normale. Dac dup finalizarea sudrii poriunea sudat este mai groas dect restul seciunii, subierea acestei poriuni se realizeaz prin operaiile de ntindere i netezire.

22

3.5.6. SUDAREA

Pentru uurarea desprinderii oxizilor formai n timpul

nclzirii i asigurarea unei suduri fr ntreruperi, n timpul

nclzirii, pe suprafeele nclzite se presar un strat din

materiale care fluidizeaz zgura, cum sunt de exemplu: nisipul

de cuar, sarea de buctrie sau boraxul.

De reinut c nu toate materialele metalice prelucrabile prin

deformare plastic se sudeaz prin forjare, iar dintre oeluri

sudabile sunt numai cele nealiate cu mai puin de 0,5% C i cele

slab aliate.

23

3.5.7. CALCULUL PRODUCTIVITII

n funcie de felul produciei, de unicate sau de serie, i de mrimea

i configuraia pieselor, productivitatea se calculeaz, fie individual, fie

global.

Pentru calculul productivitii prin metoda individual se

determin n prealabil numrul loviturilor de ciocan, sau al curselor de

pres, necesare obinerii unei piese din lotul analizat.

n cazul forjrii la ciocane numrul loviturilor de ciocan se

calculeaz cu relaia:

l

c

tL K

NE

(3.87)

n relaia (3.87) Lt reprezint lucrul mecanic total de

deformare plastic necesar obinerii unei piese, K coeficientul de

neuniformitate a loviturilor de ciocan i Ec energia de lovire a

ciocanului.

24


Lucrul mecanic total Lt depinde de dimensiunile semifabricatului i ale

piesei forjate, inclusiv rezistena la deformarea plastic a materialului

metalic.

Avnd n vedere c ecuaia general a lucrului mecanic de deformare

plastic poate fi exprimat cu formula , rezult c pentru trecerea

de la A0 la A1, adic pentru forjarea primei semitrepte, pe ntreaga lungime

a piesei sau a semifabricatului, v. figura 3.102, lucrul mecanic necesar

poate fi calculat cu relaia:

1

0lnh

hVpL m

0 0

1

1 0

' ln ln'

m m

h hL p V p V

h h h

(3.88)

Pentru forjarea celei de a doua jumtate de treapt, adic pentru

trecerea de la seciunea transversal , la seciunea , lucrul mecanic

necesar este dat de relaia:

001

1 1

'" ln lnm m

b bhL p V p V

h b

(3.89)

25


Lucrul mecanic necesar forjrii primei trepte, la trecerea de la A0 la

A1, este egal cu suma L1 + L1 , adic:

0 0 0 010 1 0 1

ln ln ln( )

m m m

h b b h b bL p V p V p V

h h h h h h

ntruct , v. ecuaia (3.67), rezult c lucrul mecanic

necesar forjrii unei trepte este dat de relaia:

1

1

0

0

)(

)(

h

b

hh

bb

01 1

1

lnmh

L p Vh

(3.90)

n cazul n care forjarea piesei sau a semifabricatului se execut cu

z trepte lucrul mecanic total Lt rezult din nsumarea lucrurilor

mecanice pariale adic:

zt LLLLL 321 zz

mth

hVpL ...ln 321

0 sau

26


Admind c valorile coeficientului de flambaj sunt egale ntre ele,

ecuaia general a lucrului mecanic total devine:

0ln zt mz

hL p V

h

(3.91)

n ecuaia (3.91), pm reprezint presiunea medie de deformare

plastic, v. ecuaia (3.51), V - volumul total al piesei sau al

semifabricatului, n cm3, ho i hz - nlimea iniial i final a seciunii

transversale, - coeficientul de flambaj i z numrul treptelor de

forjare.

Valoarea coeficientului K, din ecuaia (3.87) se adopt ntre 1,2 i 1,5

pentru forjarea grob a semifabricatelor cu seciunea constant sau a

pieselor simple i poate crete pn la 5,0, n cazul semifabricatelor cu

seciune variabil i al pieselor cu configuraie complex, precum i

pentru execuia operaiilor de netezire.

27


Energia de lovire a ciocanului se calculeaz cu relaia cunoscut

deja, v, relaia (3.47), adic:

2

2c

GVE

g

n cazul forjrii la presele hidraulice numrul de curse Nc, necesar

forjrii semifabricatelor sau pieselor de la cotele iniiale la cele finale, se

calculeaz cu relaia:

t

c

u

L kN

L

(3.92)

Valoarea lucrului mecanic unitar din ecuaia (3.92) se determin cu

ajutorul formulei:

0

1

1

' ln'

u m

hL p V

h

(3.93)

28


n ecuaia (3.93) pm reprezint presiunea medie de deformare

plastic, V' volumul semifabricatului prins ntre scule la o curs a

presei, n cm3, h0 i h1 nlimea iniial i final a seciunii

transversale dup deformarea plastic realizat la o curs a presei,

iar - coeficientul de flambaj.

Valoarea lucrului mecanic total Lt din relaia (3.92) rezult din

nsumarea lucrurilor mecanice pariale Lp, adic a lucrurilor

mecanice care se calculeaz cu relaia (3.93) n care volumul V' se

nlocuiete cu volumul semifabricatului de la fiecare treapt de

forjare. Coeficientul de corecie K se adopt n aceleai limite ca i

la ciocane.

Timpul de forjare reprezint suma dintre timpul de baza tb i ta

timpul auxiliar , adic :

tt = tb + ta (3.94)

29


Timpul de baz pentru forjarea semifabricatelor sau pieselor se

exprim prin raportul dintre numrul loviturilor de ciocan sau al

curselor de pres, ecuaiile (3.87) i (3.92) i frecvena acestora.

Frecvena loviturilor de ciocan, indicat n cartea tehnic a

utilajului, variaz ntre 30 i 300 lovituri pe minut, n funcie de felul

i mrimea ciocanului, iar a preselor, de asemenea indicat n cartea

tehnic, variaz ntre 5 i 22 curse pe minut pentru cursele pline i

15 pn la 65 curse pe minut pentru cursele incomplete, cum sunt

cele de netezire. Valorile minime se refer la presele mari, peste

10000 tf, iar cele maxime la presele mici, sub 10000 tf.

Timpul auxiliar ta este dependent de: felul, numrul i durata

operaiilor auxiliare, cum sunt de exemplu: transportul de la cuptor

la ciocan sau pres, operaiile de netezire sau ndreptare, controlul

dimensional .a. n funcie de durata acestor operaii, timpul auxiliar

se adopt ntre 2 i 5 ori timpul de baz.

30


Pentru calcularea productivitii prin metoda global se

folosesc valorile medii realizate n funcie de: felul i

mrimea utilajului, gradul de complexitate al pieselor,

mrimea lotului i particularitile sau dificultile de forjare

a materialului metalic.

n figura 3.138 se prezint gradul de complexitate n

funcie de configuraia pieselor i felul utilajului de forjare.

31


Fig. 3.138. Gradul de complexitate al pieselor forjate:

a- pentru ciocane; b- pentru presele hidraulice. 32


Cunoscnd gradul de complexitate a pieselor productivitatea Q,

pentru metalele i aliajele cu forjabilitate medie sau ridicat i cu

intervalul temperaturilor de forjare de cel puin 250o, se calculeaz

relaia:

Q = qk1 k2 (3.95)

n relaia (3.95) q reprezint productivitatea utilajului, prezentat

n tabelul 3.14, k1 coeficientul de complexitate a pieselor, indicat

n tabelul 3.15, iar k2 coeficientul care ine seama de mrimea

lotului de fabricaie, tabelul 3.16.

33


Ciocane Prese Hidraulice

Masa prii cztoare, kg Fora de apsare, tf

250 400 500 750 1000 2000 3000 5000 800 1250 2000 3200 6300 10000

Productivitatea q, kg/h

40 75 120 200 300 500 750 1000 1400 2100 2600 3300 4800 6500

Tabelul 3.14. Productivitatea q in funcie de felul i mrimea utilajului.

34


Gradul de complexitate al

pieselor

I II III IV V VI VII VIII IX

Felul utilajului Coeficientul k1

Ciocane cu m500kg 5,0 2,2 1,7 1,4 1,0 0,7 0,6 0,5 0,3

Ciocane cu m>500kg 3,5 2,0 1,4 1,2 1,0 0,9 0,8 0,6 0,3

Prese hidraulice 2,0 1,3 1,0 0,6 0,3 - - - -

Tabelul 3.15. Valorile coeficientului K1

35


Mrimea lotului,

buc

1-2 3-5 6-8 9-15 16-30 >30

Coeficientul k2 0.80 0.85 0.90 1.0 1.2 1.3

Tabelul 3.16. Valorile coeficientului K2

36


ntruct tabelul 3.16 i relaia (3.95) se refer la piesele care se

forjeaz din metale i aliaje cu forjabilitate medie sau ridicat i cu

intervalul temperaturilor de forjare de cel puin 250o, pentru restul

materialelor metalice forjabile valorile obinute cu relaia (3.95) se

micoreaz proporional cu reducerea forjabilitii i a intervalului

temperaturilor de forjare. Spre exemplificare pentru piesele din

oeluri mediu sau bogat aliate, valorile obinute cu relaia (3.95) se

micoreaz cu 15-25%, iar pentru cele din oeluri ledeburitice, printre

care i oelurile rapide, productivitatea se reduce cu pn la 50%,

comparativ cu cea calculat.

37

03.Forjare Gaurirea Indoirea Rasucirea Sudarea Productivitatea

Documents

Transcript of 03.Forjare Gaurirea Indoirea Rasucirea Sudarea Productivitatea