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 (OLC 15 ) 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]OLC 15 1150 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

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 ;

Pentru realizarea piesei prin forjare libera, aceasta se va imparti in trei piese distincte care se vor prelucra separat, urmand apoi ca ele sa se asambleze prin sudare in vederea obtinerii piesei finite.

Vpf=V1+V2-V 3

V1=*402*20=100530,96mm3

V2=*272*50=160315,4731mm3

V3=*152*70=49480,084mm3

Vpf=211366,3491mm3 mpf2=1,627kgmAp = 2%mPf =54gmAt =0,9%MPF

mAi = 4,7%mPf mRc = 3,5%mPf mAd =5,2%mpf Deci avem msf=114,3%mpf Vsf=114,3%Vpf

Vsf=241591,74mm3

5.Alegerea semifabricatului iniţial; Se aleg bare laminate de dimensiuni :

20mm si H=165 mm

Capitolul 6Analiza tehnico-economică a două

procedee tehnologice de obţinere a pieseiOricare 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 turnareSe vor folosi următoarele notaţii :

- ştiind că un lot are 1.500 de bucăţi : CT =cost total; CF =cost fix; CV =cost variabil.

CF/buc = 3.000 lei CT/lot=34.500.000 leiCV/buc =20.000 lei CF/lot=4.500.000 lei

CV/lot=30.0 00.000 lei

Luând în considerare cheltuielile de stocaj s = 600 lei/buc rezultă şi ştiind că un lot are 2.000 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=86buc

Deci costul total pentru 1.500 de bucăţi este : CT = CF/lot + CV/buc * n = 4.500.000 + 20.000 * 1.500 = 34.500.000. lei

Analiza economică a procedeului de forjare

CF/buc = 14000 lei CT/lot=30.000.000 leiCV/buc =6.000 lei CF/lot=21.000.000 lei

CV/lot=9.000.000 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=187bucDeci costul total pentru 1.500 de bucăţi este :

CT = CF/lot + CV/buc * n = 21.000.000 + 6.000 * 1.500 = 30.000.000. lei

Compararea celor două procedeelortehnologice 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 = bucăţi

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

Capitolul 7Obţinerea piesei semifabricat prin 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 ;

- 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 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 din 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 :

Capitolul 8Echipamentul 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 .

- PRELUCRAREA PRIN DEFORMARE PLASTICA A MATERIALELOR METALICE

-

- Notiuni generale.

-           Prelucrarea prin deformare plastica se bazeaza pe proprietatea de plasticitate a metalelor, adica pe capacitatea acestora de a capata deformatii permanente sub actiunea unor forte exterioare.

-                La prelucrarea prin deformare plastica modificarea formei unui semifabricat se face prin redistribuirea volumelor sale elementare sub actiunea fortelor exterioare, prin urmare, exceptand unele pierderi de material inevitabile, datorita imperfectiunii utilajelor, prelucrarea are loc fara indepartare de material

-             Prelucrarea metalelor prin deformare plastica este cunoscuta si folosita de catre omenire cu peste 3000 de ani i.e.n., adica inainte de a se fi cunoscut metodele de obtinerea metalelor si aliajelor prin topire.

-             Prelucrarea prin deformare plastica prezinta o serie de avantaje:

-   -obtinerea unor proprietati mecanice mai bune, datorita unei structuri mai omogene si mai bune;

-   -consum minim de material;

-   -asigura o productivitate foarte ridicata;

-  -conduce la obtinerea unei game foarte variata de piese, cu configuratii simple pana la cele mai complexe cu greutati variind de la cateva grame pana la cateva sute de tone din metale si aliaje feroase sau neferoase si cu un numar mic de operatii;

-   -asigura obtinerea unei precizii ridicate (mai ales la prelucrarea la rece) cu o manopera redusa etc.

- tot prin acest procedeu se obtin majoritatea semifabricatelor necesare unor procedee inferioare de prelucrare:

-             -tablele;

-             -benzile;

-             -barele;

-             -profilele de diferite forme si dimensiuni;

-             -sarmele etc.;

- Datorita avantajelor sale, prelucrarea prin deformare plastica  detine ponderea cea mai mare in industria constructoare de masini (peste 60% din piesele componente ale masinilor, instalatiilor si utilajelor).

- Procedeul prezinta insa si o serie de dezavantaje legate de investitiile mari determinate de necesitatea unor forte mari de deformare,complexitatea utilajelor si costul ridicat al sculelor.

- Clasificarea procedeelor de prelucrare prin deformare plastica. Materiale prelucrabile prin deformare plastica.

-  Clasificarea procedeelor de prelucrare prin deformare plastica.

- Procedeele de prelucrare prin deformare plastica se pot clasifica dupa mai multe criterii:

- a)     dupa temperatura la care are loc deformarea:

-               - la rece , cand deformarea este insotita de ecruisare fara recristalizare;

-               -la cald, cand recristalizarea se produce complet fara urme de ecruisare;

- b)     dupa viteza de deformare:

-      - cu viteze mici de deformare (pentru viteze de deformare vd<10m/s).

-      - cu viteze mari de deformare (pentru viteze de deformare vd>10m/s).

- c)     dupa natura operatiei de deformare:

- - de degrosare;

- - de prefinisare;

-       - de finisare etc.

- d) dupa complexitatea procedeelor intrebuintate:

- e)     dupa calitatea suprafetei realizate:

- - de ebosare;

- - de finitie etc.    

- Materiale prelucrabile prin deformare plastica

- Desi numarul metalelor si aliajelor ce pot fi prelucrate prin deformare plastica este foarte mare, totusi, ca materie prima folosita in sectiile de prelucrare prin deformare, otelurile carbon si aliate ocupa peste 80%, iar restul il ocupa metalele si aliajele neferoase. In functie de destinatia si dimensiunile pieselor ce se deformeaza, otelurile folosite se prezinta fie sub forma de lingouri, fie sub forma de laminate sau semifabricate. Dintre neferoase cele mai des intalnite in sectiile de deformare sunt:

- - alamele, care se deformeaza atat la cald cat si la rece;

- - bronzurile, utilizate mai ales pentru executia diferitelor bucse de lagare, 

- arcuri si piese diverse supuse coroziunii, precum si pentru executarea unor piese de uz casnic;

-         - aliajele de aluminiu, care pe langa aluminiu (elementul de baza) mai contin si alte elemente de aliere (Cu, Si, Mg, Mn, Ni, Cr, etc. ) ce influenteaza nu numai proprietatile fizico-mecanice obtinute dupa deformare ci si procesul de deformare propriu-zis;

-         - aliajele de magneziu – pe langa elementul de baza mai contin Al, Zn, Mn etc., comportarea lor la deformare depinzand in primul rand de compozitia chimica, de continutul de impuritati si de aspectul macroscopic al structurii lingoului.

-         In afara aliajelor de mai sus, in sectiile de deformare se mai intalnesc si alte metale si aliaje prelucrabile prin deformare plastica, dar, spre deosebire de cele enumerate au o utilizare mult mai restransa.             

- Incalzirea metalelor si aliajelor in vederea prelucrarii prin deformare plastica. Instalatii de incalzire.

-  Pentru ca materialele sa poata fi usor prelucrate prin deformare plastica ele trebuie sa aiba o rezistenta mica si o deformabilitate mare. La majoritatea materialelor aceste conditii nu pot fi realizate decat prin incalzire. Incalzirea materialelor in vederea prelucrarii prin deformare plastica are o mare importanta, deoarece calitatea produselor obtinute depinde foarte mult de alegerea corecta a regimului de incalzire. Incalzirea are drept scop reducerea fortelor de deformare prin marirea plasticitatii si scaderea rezistentei la curgere,

reducerea duratei de deformare, reducerea gabaritului si greutatii utilajului folosit, obtinerea unei structuri care sa asigure o deformare usoara etc.-         O incalzire uniforma a semifabricatului si alegerea temperaturii optime de deformare asigura pierderi minime prin oxidare, ardere si decarburare, evita aparitia tensiunilor interne si a fisurilor.- Principalii parametrii ai regimului de incalzire sunt:-           -  intervalul de temperatura la care se poate face deformarea;-           -  viteza de incalzire;-           -  durata de incalzire;-         Din punct de vedere al rezistentei la deformare Rd tendinta ar fi ca temperatura sa fie cat mai ridicata, iar din punct de vedere al deformabilitatii aceasta limita se fixeaza la acea temperatura la care deformabilitatea incepe sa scada. Scaderea deformabilitatii la temperaturi mari este data de inceputul cresterii excesive a grauntilor si a inceperii procesului de topire la limitele intercristaline. Temperatura la care aceste fenomene incep sa se produca este cu 150-3000 sub linia solidus in functie de material.-         Viteza de incalzire reprezinta cresterea temperaturii semifabricatului in unitatea de timp( 0C sau K /h, min., sec.) . Este evident ca daca viteza de incalzire este mare si productivitatea este mare . Viteza de incalzire nu poate fi marita oricat- Ea fiind limitata atat de caracteristicile materialului care se incalzeste cat si de utilajele care se folosesc pentru incalzire . Marimea vitezei de incalzire este limitata si de tensiunile interne care pot aparea in semifabricat in timpul incalzirii, din cauza neuniformitatii pe sectiune.-         Durata de incalzire(ore, minute, secunde) este un parametru care depinde implicit de primii doi. Durata de incalzire depinde insa direct si de tipul instalatiei folosite, de forma si dimensiunile semifabricatelor, precum si de modul de asezare al acestora pe vatra cuptorului.-         Pentru incalzire se folosesc mai multe tipuri de instalatii, care pot fi impartite in doua mari grupe:- -        instalatii care folosesc pentru incalzire combustibili gazosi, lichizi sau solizi;- -        instalatii care folosesc pentru incalzire curentul electric;-        Cuptoarele cu ardere se impart, in functie de modul de distribuire a temperaturilor in spatiul de lucru in :-         -  cuptoare cu camera, in care temperatura este constanta in tot spatiul de lucru:

-         -  cuptoare cu propulsie, in care temperatura creste incepand de la locul de incarcare pana la locul de descarcare. Cuptoarele cu camera pot fi cu vatra fixa sau mobila, temperatura putandu-se varia in limite stranse prin modificarea cantitatii de combustibil ars in focar.-         In cazul unei productii de serie mare sau de masa se folosesc cuptoarele cu propulsie, deoarece asigura o productivitate ridicata.

-         Cuptoarele cu rezistenta electrice pot fi prevazute cu o rezistenta metalica in forma de spirala, infasurata in jurul camerei cuptorului, sau cu rezistente ceramice 

- (bare de silita) amplasate in partea de sus sau pe peretii laterali ai camerei. Cele cu bare de silita realizeaza temperaturi mai ridicate, putandu-se folosi si pentru incalzirea semifabricatelor din otel.

-