10

10. PRELUCRAREA PRIN TURNARE

A MATERIALELOR METALICE

10.1. CONSIDERAII GENERALE

Turnarea este procedeul tehnologic de fabricare a unei piese prin solidificarea unei cantiti determinate de metal lichid, introdus n cavitatea formei de turnare, care are configuraia i dimensiunile corespunztoare formei de turnare a reperului.

Avantajul principal al turnrii l reprezint posibilitatea obinerii unor piese complexe, cu caviti interioare i perei subiri, la un cost mai sczut n raport cu cel al pieselor rezultate prin alte procedee de prelucrare. Totodat esist materiale ce pot fi prelucrate numai prin acest procedeu, precum: fontele cenuii i maleabile, alamele cu coninut mare de Zn, bronzurile cu coninut mare de Sn, .a. Se deosebesc anumite procedee de turnare n urma crora piesele rezultate se caracterizeaz printr-o structur i rezisten mecanic mai sczute comparativ cu a celor obinute prin deformare plastic, precum i procedee ce furnizeaz piese de o nalt calitate, ce nu mai necesit prelucrri ulterioare.

Piesele turnate pot fi clasificate n funcie de greutate, astfel:

- piese mici, avnd sub 100 kg;

- piese mijlocii, avnd 100 1000 kg;

- piese mari, avnd 1000 5000 kg;

- piese foarte mari, avnd peste 5000 kg.

10.3. TURNAREA PIESELOR METALICE N FORME TEMPORARE DE AMESTEC

Forma de turnare reprezint ansamblul metalic sau nemetalic ce conine cavitatea. Acestea pot fi:

temporare, cnd se folosesc la o singur turnare;

permanente (durabile), folosite pentru un mare numr de turnri.

10.3.1. Structura formelor de turnare

Principalele pri componente ale unei forme de turnare sunt (fig. 10.1):

ram superioar (1);

ram inferioar (2);

reeaua de turnare, care reprezint ansamblul canalelor prin care metalul lichid ajunge n cavitatea formei, alctuit din canalele de alimentare (8), piciorul plniei de turnare (9), gura plniei de turnare (10);

cavitatea formei (4), care reprezint golul n care se solidific metalul lichid, prezint configuraia i dimensiunile exterioare ale piesei, n timp ce aceleai cacteristici interioare se obin cu ajutorul miezurilor (6), ce se sprijin pe mrcile (5);

maselota (7), care reprezint o alt cavitate ce permite acumularea unei cantiti de metal lichid bine determinat, utilizat pentru compensarea contraciei metalului din cavitatea formei n timpul rcirii i solidificrii

elemente auxiliare, precum rsufltori (plnii), canale de aerisire (11), rcitori, etc.

Toate cavitile enumerate se realizeaz n amestecul de formare (3).

10.3.2. Reele de turnare

Reeaua de turnare are urmtoarele scopuri: s asigure umplerea rapid i linitit a cavitii formei, s rein impuritile nemetalice antrenate, s favorizeze o solidificare uniform, prin alegerea corespunztoare a punctelor de intrare a metalului topit.

Elementele componente ale reelei de turnare sunt (fig. a.2):

- gura (1) i piciorul plniei de turnare (2);

- colectorul de zgur (3);

- canalele de alimentare (4).

Calitatea piesei turnate depinde esenial de dimensiunile i execuia reelei de turnare. n funcie de amplasarea canalelor de alimentare fa de cavitatea formei se deosebesc:

turnarea direct (figura 10.3a), la care alimentarea se face prin partea superioar a cavitii. Se aplic pieselor simple, de nlime mic, din aliaje puin oxidabile (oel, font, bronz, alame normale) i pieselor nalte cu perei subiri. turnarea indirect (n sifon) (figura 10.3b), la care alimentarea se face prin partea inferioar a cavitii. Se aplic pieselor de dimensiuni mijlocii i mari, cu plan de separaie la partea inferioar.

turnarea cu atac lateral (figura 10.3c), se utilizeaz la piese mici i mijlocii, care au planul de separaie situat pe nlimea lor (alimentare ntr-un singur punct), respectiv pieselor mari i complicate (alimentare etajat n mai multe puncte).

10.3.9. Turnarea metalului n forme

Metalul topit n cuptor este trecut n oala de turnare, care este cptuit la interior cu material refractar i care n prealabil este uscat i prenclzit. n funcie de tipul produciei se utilizeaz: linguri i oale manuale de turnare, oale de macara (agate cu un crlig de traversa mobil a unui pod rulant) prevzute cu mecanism de basculare i un perete interior despritor pentru reinerea zgurii (fig. 10.15).

10.4. METODE SPECIALE DE TURNARE

10.4.1. Turnarea n form metalic (cochil)

Piesele rezultate prin acest procedeu se remarc prin:

caracteristici mecanice mai bune dect cele obinute n amestecuri de formare;

precizie dimensional mai mare;

calitatea suprafeei ridicat;

piesele mici nu mai necesit prelucrri ulterioare;

un numr mare de utilizri ale unei forme.

Dezavantajele turnrii n aceste tipuri de forme permanente sunt:

conductivitatea mare a formei metalice determin scderea fluiditii metalului topit;

piesele sunt mai scumpe;

formele sunt scumpe i trebuie s conin canale de evacuare a gazelor.

Forma metalic se numete cochilie. Acestea se confecioneaz din materiale metalice rezistente la ocuri termice: fonte feritice, perlitice, oeluri aliate cu Cr, Mo, Ni, V, grafit, materiale metaloceramice, aliaje de Al cu suprafaa activ oxidat n mod voit, pentru c Al2O3 are refractaritate mare i mpiedic contactul dintre metalul lichid i materialul formei, iar conductivitatea termic a Al nu permite supranclzirea peste limitele admisibile. n acest ultim caz piesa se scoate imediat dup solidificare.

Umplerea ei se face sub aciunea forei gravitaionale. Cochiliile sunt formate din 2 sau mai multe pri (n funcie de planele de separaie) asamblate cu cleme sau inele, orientate fiind (o parte n raport cu alta) dup cepuri de ghidare. Suprafeele active sunt construite din pastile realizate din materiale cu durabilitate mare, care pot fi nlocuite atunci cnd s-au uzat, astfel nct cochilia se pstreaz.

Golurile se obin utiliznd miezuri din amestec de miez. Scoaterea pieselor din forme este uurat de utilizarea extractoarelor acionate manual sau mecanic.

Fazele turnrii n cochilie sunt:

pregtirea i asamblarea cochiliei: suprafeele active se acoper cu material refractar (grafit, argil refractar), apoi cu vopsele de protecie pe baz de petrol (care dezvolt gaze la contactul cu metalul topit, astfel c mpiedic aderarea acestuia la suprafeele cochiliei);

prenclzirea formei (pentru scderea vitezei de rcire a metalului topit) ulterior asamblrii ;

turnarea metalului lichid;

constituirea piesei turnate;

dezmembrarea cochiliei pentru scoaterea piesei calde care se rcete n aer;

ndeprtarea reelei de turnare.

10.4.3. Turnarea sub presiune

Acest procedeu are ca principiu de lucru injectarea metalului lichid sub presiune n forme metalice (fig. 10.16 = fig 4.50). Se obin piese utilizate n industria electrotehnic, mecanic fin, n construcia de avioane, de automobile (carburatoare), .a.

Formele (matrie) se confecioneaz din oeluri carbon de calitate sau oeluri refractare aliate cu W, Cr, Co, iar suprafeele active se trateaz termochimic prin nitrurare, cromizare, pentru creterea durabilitii. Ele se ung cu vopsele refractare, apoi cu produse petroliere sau uleiuri, pentru mpiedicarea aderenelor.

Avantajele acestei metode sunt: calitatea ridicat a pieselor, n general, i a celor complicate i cu perei subiri, n special, caracterizate de precizie mare, detalii fine, filete exterioare sau interioare, structuri compacte (fr goluri sau fisuri). Materialele de turnat sunt reprezentate adesea de aliajele de Zn, Al simple sau combinate cu oeluri i mai rar de aliajele de Cu sau Mg. Mult mai rar i la presiuni joase se toarn fonta.

10.4.4. Turnarea centrifugal

Principiul acestui procedeu const n obinerea pieselor 1 prin turnarea metalului topit n forma metalic 2, n timp ce aceasta ce se rotete n jurul axului de antrenare 3. Ca urmare, fora centrifug mpinge metalul lichid pe pereii formei, unde se solidific.

Axul formei poate fi poziionat:

- Vertical (fig. .17) ( roi dinate, inele, buce. La exterior piesa poate fi cilindric sau de orice configuraie, iar la interior se obine un paraboloid, ceea ce impune prelucrri ulterioare. De asemenea, se pot obine piese mici, cu configuraie complicat, dac sunt amplasate radial.

- Orizontal ( piese cilindrice lungi cu grosimea uniform a peretelui i structuri compacte, ce confer rezistene mai mari dect n cazul turnrii staionare (conducte de font pentru alimentarea cu ap, cmi de cilindru pentru motoare, buce, inele din care se confecioneaz segmeni de piston, etc.).

10.4.8. Turnarea prin aspiraie

Introducerea metalului n cavitatea formei se datoreaz depresiunii create de pompa de vid (fig. 10.21). Fazele turnrii prin aspiraie sunt:

forma metalic 1 (are pereii rcii cu ap) se introduce n oala de turnare 2 prin intermediul unui inel refractar 3, care intr n contact cu metalul topit;

datorit depresiunii create, metalul urc n form. Dac depresiunea este meninut pn la solidificarea total a metalului n form, iau natere produse tip bar. Dac depresiunea este meninut doar pn la formarea unei cruste solide la contactul cu pereii formei, se obin piese tubulare (buce, inele, roi dinate din aliaje cu greutate specific mic (aliaje de Mg)).

11. PRELUCRAREA PRIN DEFORMARE PLASTIC A MATERIALELOR METALICE

11.1. INTRODUCERE

Prelucrarea prin deformare plastic se poate face la rece sau la cald.

n urma prelucrrii la rece se nregistreaz ecruisarea materialului, care impune aplicarea unor recoaceri de recristalizare, atunci cnd este necesar continuarea procesului de prelucrare. Exist situaii cnd se dorete ca materialul s fie ecruisat, deoarece caracteristicile mecanice finale sunt mai ridicate dect ale unui material normalizat.

Cu privire la prelucrrile la cald ale oelurilor, s-a constatat o micorare a limitei de rupere i a celei de curgere convenional la creterera temperaturii.

n urma aplicrii prelucrrilor prin deformare plastic, grunii cristalini se alungesc, obinndu-se o structur fibroas, caracterizat de anizotropie. Ca urmare se pot obine produse de calitate cu un consum minim de material, n codiiile dirijrii orientrii structurii n funcie de tipul solicitrilor (de exemplu este recomandat obinerea capului buloanelor sau supapelor prin refulare, pentru meninerea continuitii fibrelor i eliminarea oricror defecte de structur).

11.2. PRELUCRAREA PRIN LAMINARE

11.2.1.Consideraii generale Laminarea este procedeul tehnologic de prelucrare a metalelor i aliajelor, care const n trecerea semifabricatului prin spaiul dintre doi cilindri, care se rotesc n sens contrar (fig. 11.1). n fig. 11.1 s-au fcut urmtoarele notaii: D diametrul cilindrilor de laminare; H0, B0 dimensiunile semifabricatului; H, B dimensiunile produsului laminat; 1 - zona de prindere a materialului ntre cilindri; 2 - zona de laminare propriu-zis; 3 - zona de ieire a materialului dintre cilindri; (c- unghiul de contact ntre cilindru i semifabricat. Deoarece acest spaiu este mai mic dect seciunea semifabricatului, prin laminare se produce o cretere a lungimii i o scdere a seciunii, volumul rmnnd constant. n seciunea longitudinal prin reperul laminat este evideniat neuniformitatea materialului deformat i procesul de fibrozare.

n urma laminrii rezult semifabricate i piese finite cu structur fin, mbuntirea proprietilor mecanice, creterea compactitii metalelor, obinerea unor suprafee curate i n general fr defecte.

Materia prim pentru laminare o reprezint lingourile.

Semifabricatele obinute n urma laminrii sunt:

Grele

blumuri

sleburi (brame)

uoare

agle

platine

11.2.2. Descrierea i clasificarea laminoarelor

Laminorul (fig. 11.3) este alctuit din: motorul de antrenare 4, cuplajele 6, 7, caja reductorului 3, caja de antrenare 2, barele intermediare cu manoanele de cuplare 5, caja de laminare 1 n care se afl semifabricatul 8 i suporii 9. Partea principal o constituie caja de laminare, care este alctuit din dou cadre fixate n fundaie prin intermediul plcilor de baz i care la rndul lor sunt legate ntre ele cu tirani de oel. Cilindrii de laminare primesc micarea de la cilindrii de angrenare (aflai n caja de angrenare) prin intermediul barelor i manoanelor de cuplare. Cajele de angrenare sunt alctuite dintr-o carcas, cilindrii dinai i lagre i transmit micarea de la motor la bar. Cuplajele fac legtura ntre motor i reductor, reductor i caja de angrenare.

Semifabricatele de laminat i produsele laminate se deplaseaz ctre intrarea n cilindri i ieirea dintre cilindri pe ci cu role.

Cilindrul de laminor este alctuit din (fig. 11.4): 1 - tblie (vine n contact cu semifabricatul), 2 - fusuri (se sprijin n lagre) i 3 - rozete (permit cuplarea cilindrilor pentru antrenare)

Tblia poate fi:

neted (fig. 11.4): pentru table, benzi

Figura 11. 4. Tblie neted

profilat (fig. 11.5): pentru diferite profile

Canalele din tblie se numesc calibre.

Diametrul cilindrului la partea de lucru poate fi cuprins ntre 200....1400mm. Acetia se confecioneaz din oel (turnat sau forjat), font cenuie sau font alb cu crust dur.

Clasificarea laminoarelor:

dup organizarea cajelor de lucru (fig. 11.6)

n linie M R CA CL1 CL2 CL3

n paralel M R CA CL

M R CA CL

M R CA CL

Mixte

Laminarea realizndu-se din mai multe treceri, se observ c semifabricatele trec n flux continuu de la o caj de laminare la alta. La laminarea srmelor materialul se afl concomitent ntre cilindrii mai multor caje.

dup numrul cilindrilor din caja de lucru (fig. 11.7)

Laminoarele cu 4 sau mai muli cilindri se folosesc la laminarea la rece a tablelor subiri. Cilindrii de antrenare i sprijin asigur obinerea unei grosimi uniforme a tablei, nepermind deformarea prin ncovoiere a cilindrului de laminare. dup destinaie: pentru blumuri, sleburi, table, profile, etc.

dup natura materialului: pentru oeluri, Cu, Al, Zn, .a.

dup temperatura de lucru: la cald, la rece;

dup sensul de rotaie al cilindrului de lucru: reversibile i ireversibile;

dup amplasarea cilindrilor de lucru: cu cilindrii orizontali, cu cilindrii verticali, cu cilindrii aezai oblic, universali;

10.2.3. Tehnologia laminrii la cald

Materia prim folosit este reprezentat de:

lingouri (de diferite forme i mrimi) la care se taie retasura i piciorul lingoului;

semifabricate obinute dintr-o laminare anterioar (blumuri, sleburi, agle, platine), care se taie la dimensiuni.

Din aceste materiale se obin urmtoarele tipuri de produse laminate:

oeluri cu diferite forme ale seciunii: ptrat, triunghiular, rotund, semirotund, oval, etc.;

profile: L, LL, U, I, T, Z;

profile speciale: in de cale ferat, pentru ferestre metalice, pentru industria constructoare de maini (agricole, maini de cusut);

benzi de oel pentru arcuri n foi.

Prin laminare se pot obine evi cu perei groi (procedeul Mannesmann), fr custur, ce pot fi utilizate ca atare n industria de foraj sau pot fi prelucrate ulterior prin tragere, cu scopul micorrii diametrelor i grosimii pereilor.

Tabla folosit la confecionarea rotoarelor, statoarelor, miezurilor, pe lng faptul c prezint o anumit compoziie chimic specific, se supune unor laminri succesive dup direcii ncruciate, cu scopul obinerii unui grad mare de izotropie, prelucrri ce alterneaz cu recoaceri intermediare.

11.2.4. Tehnologia laminrii la rece

Materia prim folosit o constituie semifabricatele obinute prin laminare la cald.

Produsele rezultate prin laminare la rece sunt tablele i benzile subiri.

11.3. PRELUCRAREA PRIN TRAGERE I TREFILARE11.3.1. Consideraii generale

Tragerea este procedeul tehnologic de deformare plastic care const n trecerea forat a semifabricatului (1) (bare, evi cu sau fr custur) prin orificiul unei matrie (2) cu seciunea mai mic dect a semifabricatului (fig. 11.8). Trefilarea are principiu asemntor tragerii, doar c se obin srme cu diametru mai mic de 5mm, pentru care sculele folosite se numesc filiere. Reducerea seciunii ntre dou operaii succesive este de 10-20(, n funcie de dimensiune i natura materialului. n total se poate realiza o reducere a seciunii cu 95(. n urma prelucrrii materialul se fibrozeaz i se ecruiseaz, adic i mrete duritatea, limitele de curgere i rupere i-i micoreaz rezistena la coroziune, alungirea i gtuirea. ntre treceri se aplic recoaceri de recristalizare n atmosfer protectoare (pentru evitarea oxidrii) pentru eliminarea ecruisrii i recptarea plasticitii materialului, ce permite continuarea prelucrrii.

Avantajele acestui procedeu de prelucrare sunt reprezentate de obinerea unor dimensiuni precise, a unei foarte bune caliti a suprafeei, a unor suprafee ecruisate (de exemplu: srme de arc).

11.3.2. Scule utilizate

Prelucrarea semifabricatelor (bare, evi) cu diametre mai mari de 10 mm se face cu ajutorul matrielor, iar pentru cele cu dimensiuni sub aceast valoare se utilizez filierele.

Suprafaa orificiului filierei (fig. 11.9a) i matriei (fig. 11.9b) are 60 65 HRC. Ea poate fi crescut prin cementare, cliri repetate, lustruire chimic.

Filierele se pot construi din urmtoarele materiale:

forjabile ( 2(C, 10 - 15( Cr)

neforjabile

font de nalt rezisten;

diamant (pentru diametre mici);

aliaje dure ( cu Cr, W);

Orificiul filierei se obine prin:

a) gurire pentru cele din oel sau aliaj dur;

b) electroeroziune pentru diamant.

Filierele din diamant sunt alctuite din 2 pri: corpul filierei, din oel, i filiera detaabil din diamant.

Prile componente ale filierei sunt:

1. con de intrare

2. con de ungere; lubrifiantul folosit: praf de spun, ulei de rapi.

3. con de lucru; l- lungime de reducere

4. cilindru de calibrare, care asigur obinerea dimensiunii srmei

5. con de degajare

6. con de ieire.

Matria cuprinde doar conul de reducere 1, zona cilindric de calibrare 2 i conul de ieire 3, care are 60(.

Filiere i matrie

11.3.3. Utilaje

Pentru tragerea barelor sau evilor se utilizeaz bancul de tras prezentat n fig. 11.10, n care s-au notat: 1 lan de antrenare, 2 bare suport, 3 dispozitiv de prindere, 4 matri, 5 semifabricat, 6 suport, O1 roat de antrenare n stea, O2 roat antrenat, l lungimea de tragere.

Pentru trefilarea srmelor groase se folosete maina de trefilat singular (fig. 11.11), la care srma de prelucrat sub form de colac este introdus pe toba (vrtelnia) 1, trece prin baia de lubrifiant 2, prin filiera 3, nfurndu-se apoi pe toba 4. Micarea este transmis de la motorul 7 prin intermediul reductorului 6 i cuplajului 5 la angrenajul conic i implicit la axul tobei 4. Pentru micorarea diametrului srmelor se utilizeaz mainile multiple, la care tobele sunt amplasate n serie sau n paralel.

11.3.4. Tehnologia tragerii

Aceasta cuprinde urmtoarele operaii:

nlturarea oxizilor de pe suprafaa semifabricatului;

tragerea;

tratament termic de recoacere sau mbuntire;

sortare, CTC.

Pentru un coninut de carbon mai mare de 0,25(, srmelor li se aplic un tratament special numit patentare. Acesta const n nclzirea n domeniu austenitic, rcirea cu vitez controlat sau introducerea ntr-o baie de Pb cu aproximativ 300(C pentru obinerea unei perlite fine. Patentarea asigur cea mai bun combinaie a rezistenei cu ductilitatea, n cazul tragerii srmei de oel de arc cu coninut ridicat de carbon.

Tragerea evilor

evile obinute prin laminare sunt prelucrate prin tragere cu scopul:

micorrii diametrului i grosimii pereilor;

finisrii dimensiunilor (obinerea toleranelor prescrise);

ecruisrii suprafeelor.

Tragerea la rece se poate face:

a) fr dorn, pentru evi la care nu se cere o calitate deosebit la interior (fig. 11.12a);

b) cu dorn scurt fix (fig. 11.12b) ;

c) cu dorn scurt flotant (fig. 11.12c) ;

d) cu dorn lung, pentru evi cu diametre mici; este asigurat calitatea la interior i exterior (fig. 11.12d) .

Prelucrarea cu dorn scurt se aplic evilor cu diametru mare, fiind asigurate att calitatea la interior ct i la exterior, dar avnd ca dezavantaj un consum mare de dornuri.

Figura 10.1. Structura formei de turnare

9

8

7

6

5

4

3

2

1

10

11

1

2

3

4

Figura 10.2. Prile componente ale reelei de turnare

a) b) c)

Figura 10.3. Tipuri de reele de turnare

Metal lichid

1

2

3

Figura 10.17. Schema turnrii centrifuge

Spre pompa de vid

Figura 10.21. Schema turnrii prin aspiraie

1

2

3

Figura 11.1. Schema de principiu a laminrii

D

H0

H

B0

B

Cilindru de laminare

1

2

3

Semifabricat

c

Profile grele

Tabl groas

Profile uoare,

mijlocii,

srm, benzi

Tabl subire,

benzi subiri

Produse laminate

Figura 11.3. Schema laminorului

A

1

2

3

A

A-A

Figura 11.5a. Calibru deschis

Figura 11.5b. Calibru nchis

Bucl de expansiune

Figura 11.6. Organizarea cajelor de lucru

1

2

3, 4

C.A.S.

C.L.

Laminor duo

Laminor trio

Laminor cuarto

Laminor sexto

Laminor universal

C.A.S. cilindrii de antrenare i sprijin

C.L. - cilindrii de lucru

Figura 11.7. Clasificarea laminoarelor dup numrul de cilindri

1

2

Figura 11.8. Schema de

principiu a tragerii

lc

d

1

2

3

4

5

6

2(

Figura 11.9a. Filier

60(

2(

d

Figura 11.9b. Matri

Figura 11.10. Main de tras bare

7

1

2

3

4

6

5

Figura 11.11. Maina de trefilat singular

g

g0

g

g0

g

g0

g

g0

eav+

dorn

a) b) c) d)

Figura 11.12. Tragerea evilor

PAGE 1