CURS 4

MOBILIER DIN MATERIALE METALICE – TEHNOLOGIE

2.3.2.6. Procedee de prelucrare a tablelor

După caracterul deformării, prelucrările prin presare la rece a tablelor se pot clasifica în următoarele grupe:

1. Procedee de tăiere – prin care se separă parțial sau total o parte din materialul de prelucrat de cealaltă;

2. Procedee de îndoire și răsucire , la care are loc deformarea prin încovoiere sau răsucirea materialului prelucrat;

3. Procedee de ambutisare , prin care are loc deformarea complexă a materialului de prelucrat prin trecerea acestuia dintr-o formă plană în una cavă, sau pentru continuarea deformării unui semifabricat cav;

4. Procedee de fasonare prin care se produce deformarea locală a materialului prelucrat fără modificarea grosimii acestuia;

5. Procedee de asamblare prin presare sunt acelea la care prin tăiere și deformarea materialului se realizează îmbinarea a două sau mai multe piese

Dintre procedeele amintite mai sus, se prezintă, în continuare, cele mai des utilizate pentru realizarea de semifabricate, repere, ce intră în componența mobilierului.

2.3.2.6.1. Tăierea cu ajutorul ștanțelor (Ștanțarea)

Prin procedee de ştanţare se pot fabrica direct piese finite sau se pot executa semifabricate care se prelucrează ulterior prin diferite procedee de deformare la rece (îndoire, ambutisare, fasonare ) in vederea obţinerii piesei finite. În acest ultim caz, prelucrările de ştanţare constituie , în general , primele operaţi ale procesului tehnologic de prelucrare prin deformare la rece, la care au loc decuparea sau retezarea desfasuratei piesei (semifabricatului plan) perforări ale unor găuri , retezarea sau crestarea unor porţiuni din conturul piesei. Există unele cazuri, ca de exemplu la prelucrarea pieselor mici cu matriţe combinate cu acţiune succesivă , când prelucrările de ştanţe sunt plasate, atât la începutul, cât şi la sfârşitul procesului tehnologic, sau în cazul matritării combinate cu acţiune simultan pelucrări de tăiere (de exemplu decuparea si perforarea) şi de deformare ( de exemplu ambutisare)

Pricipalele precedee de ştanţare sunt : decuparea (fig 2.51 a) perforarea (fig 2.51 b) retezarea (fig 2.51 c) crestarea (fig 2.51 d) secţionarea ( fig 2.51 e) tăierea marginilor (fig 2.51 f) calibrarea prin tăiere (fig 2.51 g) adică obţinerea pieselor cu dimensiuni precise , cu muchii ascuţite şi cu suprafaţa de tăiere netedă, prin indepartarea unui ados de material prevazut în acest scop

Figura 2.51. Procedee de ștantare

Debitarea semifabricatelor Prin aceasta operatie se pot obtine piese finite sau semifabricate din benzi, platbande, bare,

tevi sau diferite profiluri laminate. Utilajele 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 decupare-perforare.

Decuparea si perforarea semifabricatelor Decuparea este operatia de separare completa a materialului dupa un contur inchis cu

ajutorul stantei. La operatiile de decupare-perforare 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.

Stanta de decupare cu actiune simpla (fig. 2.52) este constituita din: 1-locasul in care se introduce banda;2 – placi de ghidare;3-placa de fixare;4- matrita inferioara (paca activă);5- portmatrita inferioara;6- placa inferioara;7- poanson de decupare8-port poanson;

9- placa superioara;10-coloane de ghidare.

Figura 2.52. Ștanță de decupare cu acțiune simplă

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

Stanta de perforare si decupare cu actiune succesiva (fig. 2.53.) este constituita din: 1- matrita de decupare; 2- poanson de decupare; 3- matrita de perforare; 4- poanson de perforare

Figura 2.53. Ștanță de perforare și decupare cu acțiune succesivă

Rezultatul operatiilor de decupare si perforare (fig.2.54) sunt: 1-piesa 2-deseu

Figura 2.54. Rezultatul operațiilor de decupare și perforare

În figura 2.55.sunt prezentate stanțe de perforat și perforat/decupat

Figura 2.55. Ștanțe

În tehnologia modernă de realizare a unor componente de mobilier prin ștanțare (perforare, decupare, etc), se utilizează și instalații (mașini) de ultimă generație prevăzute cu comandă numerică. (CNC-uri – figura 2.56). Se va prezenta, in format video, o astfel de prelucrare.

Figura 2.56. Ștanțare CNC (Computer Numerical Control) tablă [26]

2.3.2.6.2. Îndoirea

Îndoirea este operația de modificare a formei unui semifabricat prin încovoiere plană în jurul unei muchii rectilinii. Deformarea semifabricatului la îndoire are loc în condițiile modificării curburii în planul de îndoire datorită acțiunii forțelor de deformare care produc un efect de încovoiere. În funcție de seria se fabricație (mica – masă) există o gamă extrem de largă de dispozitive – mașini pentru îndoit. În figurile de mai jos este prezentată o selecție de astfel de mașini – dispozitive precum și câteva exemple de profile îndoite

Figura 2.57. Mașini (dispozitive, scule) – îndoit profile; Profile îndoite

2.3.2.6.3. Ambutisarea

Ambutisarea se defineste ca fiind operatia de prelucrare prin deformare plastica efectuata cu scopul transformarii semifabricatului plan într-o piesa cava si de modificare în continuare a piesei prin cresterea înaltimii si reducerea dimensiunilor transversale. Se poate face cu sau fara modificarea voita a grosimii materialului.

Obtinerea piesei cilindrice ambutisate dintr-un semifabricat plan este rezultatul reducerii continue a circumferintei acestuia, pe masura cresterii înaltimii.

Deformarea semifabricatului începe prin apasarea poansonului 1 asupra partii centrale a materialului 2 (se formeaza fundul piesei cave) si se continua prin tragerea treptata a flansei în cavitatea matritei 3 (se formeaza peretele vertical al piesei – fig. 2.58).

Figura 2.58. Schema de principiu a ambutisarii

1 - poanson; 2 - semifabricat; 3 - matrita; 4

- inel de retinere; F - forta de ambutisare;

Q forta de retinere

La început forta de apasare este mica si da nastere la o deformare locala usoara, iar pe masura ce eforturile cresc materialul intra in curgere plastica si are loc ambutisarea propriu-zisa. Pentru semifabricatele subtiri se recomanda utilizarea unui inel de retinere 4 care smpiedica formarea cutelor.

În functie de starea tensionala si a deformatiilor care se produc, la o piesa ambutisata se disting 5 zone de solicitari (fig.2.58. – dreapta sus). Asupra starii tensiunilor si deformatiilor influenteaza :forma constructiva a sculelor ( raze de racordare, lubrifiantul utilizat etc. ) ;gradul de deformare ; jocul dintre poansonul P si matrita ; apasarea inelului de retinere ; calitatea materialului; viteza de deformare etc.

Neuniformitatea starii de deformatii a semifabricatului la ambutisare se transmite asupra piesei rezultate. În partea superioara, materialul se îngroasa cu cca. 20 - 25% iar în partea inferioara la racordarea peretelui lateral cu fundul piesei, materialul se subtiaza cu cca. 20%,(figura 2.59)

Figura 2.59

Cunoasterea deformatiilor materialului pieselor obtinute prin ambutisare prezinta interes atât în ceea ce priveste stabilirea gradului admisibil de deformare a semifabricatului cât si pentru a se putea aprecia calitatea si precizia pieselor.

În figurile 2.30, 2.31 . sunt prezentate imagini cu componente de mobilier sau de design care conțin atât repere/părți obținute prin laminare, extrudare, tragere, etc., (vezi cursul 3) cât și repere stanțate (perforate si/sau decupate), îndoite, ambutisate, etc., operații prezentate în acest curs.

Figura 2.30

Figura 2.31. Componente de mobilier sau de design care conțin atât repere/părți obținute prin laminare, extrudare, tragere, etc., cât și repere stanțate (perforate si/sau decupate), îndoite, ambutisate, etc.. (Studenți vor identifica parțile/reperele – operația de prelucrare!)2.3.3. Turnarea

Introducere

Turnarea este cel mai răspândit procedeu, la care un material topit este turnat în golurile unei forme de turnare, ca apoi prin solidificare, să ia forma, dimensiunile şi rugozitatea formei de turnare. Materialele formei de turnare trebuie să reziste la temperaturile înalte asociate topirii unui material. Evident, materialele metalice sunt cele mai răspândite materiale a căror formă primară se obţine prin turnare. La procedeul de turnare intervin două grupuri mari de materiale: materiale de topit şi turnat şi materiale din care se confecţionează formele de turnare. În figura 2.32 este redat fluxul materialelor într-un proces de turnare. Schema este făcută în ipoteza că majoritatea formelor de turnare se confecţionează dintr-un material granular (nisip).

Figura.2.32. Schema circuitelor de materiale la procedeul de turnare

Formele de turnare se împart în forme temporare, care se distrug după solidificarea materialului turnat şi forme permanente, care se pot refolosi. 90% din formele de turnare folosite sunt pierdute (temporare), dat fiind faptul că executarea formelor permanente devine rentabilă numai în cazul producţiei de piese de geometrie relativ simplă şi de serie mare.

2.3.3.1. Materiale de formare

Materialele metalice se toarnă în aşa-numite FORME DE TURNARE alcătuite din forme şi miezuri asamblate împreună. Formele şi miezurile se realizează din diferite materiale granulare, sub formă de pulberi („prăfoase”) şi lichide. Aceste materiale se numesc materiale de formare.

Se cunoaşte un mare număr de materiale de formare, care se clasifică în:- nisipuri de turnătorie;- lianţi şi acceleratoare de priză;- materiale de adaos.

Aceste materiale trebuie să aibă următoarele caracteristici de bază:- miscibilitate bună;

- aptitudine bună de formare după amestecare;- suficientă rezistenţă şi stabilitate dimensională după formare şi adăugarea lianţilor întăritori;- suficientă refractaritate în raport cu metalul ce urmează a se turna;- grad (posibilitate) de refolosire cât mai ridicat.

Ele nu au voie să: reacţioneze chimic sau mecanic cu metalul lichid cu care vin în contact.

Nisipurile de turnătorie constituie componenta granulară a amestecurilor de formare. Se utilizează: nisipuri de cuarţ (SiO2); zircon (ZrSiO4); olivină [(Mg,Fe)2SiO4]; cromit (FeO·Cr2O3); cromomagnezită granulată (MgO·Cr2O3) şi şamotă granulată (Al2O3·2SiO2).

Temperatura de topire a acestor nisipuri este mare, în jurul a 1725 – 1750°C, cu excepţia zirconului, care are o temperatură de topire semnificativ mai ridicată: 2450°C.

În proiectarea formelor de turnare trebuie să se ţină cont, pe lângă temperatura de topire şi de dilatarea termică, care este o altă caracteristică importantă. Ea se modifică cu temperatura.

În practica turnătoriilor mici, cu grad redus de mecanizare, se folosesc şi nisipuri de formare naturale, care sunt un amestec natural de granule de cuarţ şi argilă (bogată în caolinit).

Pentru a înţelege mai bine rolul nisipurilor de turnătorie şi a celorlalte materiale de formare, se redă în figura 2.33 schiţa de principiu a realizării unei forme temporare.

În prima etapă se aşează pe o masă de formare o ramă de formare. Apoi se presară o pudră de izolaţie în interiorul ramei pentru a împiedica lipirea celor două semi-forme de turnare. Se aşează apoi modelul de turnare sau, aşa cum este schiţat, primul semimodel. Şi acesta este acoperit cu pudră de izolaţie, care împiedică lipirea amestecului de formare (nisip + liant) de model, uşurându-se astfel dezbaterea lui ulterioară. Se cerne amestec de formare peste model (semimodel), amestec care trebuie îndesat pentru ca viitoarea formă să aibă rezistenţa necesară în timpul turnării metalului topit. Îndesarea se poate efectua manual (ca în figură) sau mecanizat.

Figura. 2.33 Schiţa realizării unei forme de turnare temporare

În etapa a 2-a, se întoarce semi-forma şi peste ea se aşează a doua ramă de formare şi se rigidizează cu şuruburi şi ştifturi cu prima. Apoi se aşează a doua semi-formă pe prima, poziţionarea corectă fiind asigurată de ştifturi. Se fixează şi elemente de model pentru reţeaua de alimentare, se presară pudră de izolaţie şi se umple forma cu amestec de formare, care va fi îndesat.

În etapa a 3-a se desfac ramele, se separă semiformele şi se scot semimodelele (simplist, se introduce un ac în modelul din lemn de tei, se bate uşor în ac din mai multe direcţii şi se scoate modelul. Modelul are înclinaţii specifice, care uşurează scoaterea. În final (4) se reasamblează cele două semiforme şi rezultă forma de turnare cu reţeaua de turnare şi golul, care prin umplere va deveni piesa turnată.

Pentru executarea cavităţii formelor se utilizează modele, iar pentru miezuri cutii de miez. Se fac din materiale foarte diverse.

La proiectarea modelului/cutiei de miez se porneşte de la desenul piesei brut turnate, modificând dimensiunile cu sporul de contracţie. Tâmplarii modelori au rigle de calcul speciale pentru această operaţie.

La piese mai complexe, orificii mai mari se realizează direct prin turnare (fig. 2.34), folosind miezuri. Ele se fixează rigid în forma de turnare cu ajutorul mărcilor, prelungiri cilindrice sau tronconice ale miezului. În formă se practică locaşul mărcii. Etanşarea se face, aşa cum s-a precizat mai sus, cu paste de etanşare.

Figura. 2.34 Schiţa unei forme de turnare cu miez

Metode de executare a formelor

Formele de turnare se realizează după diverse tehnologii care depind atât de dotarea turnătoriei cât şi de tipul formei de turnare. După cum s-a amintit, se folosesc în principal forme pierdute (rezistă la o singură turnare), forme semipermanente (se reface numai stratul de amestec de model pe un profil din zidărie – la turnarea clopotelor, de exemplu) şi forme permanente, cochile. Ultimele sunt confecţionate în special din oţeluri refractare sau fonte – se realizează prin aşchiere sau turnare şi aşchiere. Primele forme permanente au fost executate din piatră. Pentru tehnolog este importantă clasificarea după locul în care se realizează cavitatea formei:

În rame de formare; în solul turnătoriei

După modul de obţinere a cavităţii formei există:- formarea cu modele (pline, cu schelet, plăci-model)- formarea cu şabloane- formarea în cutii de miez (forma exterioară se obţine

prin cutii de miez).După modul de îndesare a formelor se disting forme

îndesate cu bătătorul (manual sau pneumatic), sau prin presare mecanică (pneumatică sau hidraulică), respectiv prin scuturare (masă vibrantă) şi presare, sau prin suflare (împuşcare) şi prin aruncare centrifugală. Un loc aparte îl ocupă turnarea amestecului de formare lichide peste model sau în cutia de miez. Nu trebuie uitata nici tehnologia de realizare a formelor cu modele pierdute descrisă mai sus.

Principalele metode de formare sunt: Formarea cu model în solul turnătoriei . Formarea cu model schelet în solul turnătoriei .

Formarea cu şablon în solul turnătoriei . Formarea în rame .

Figura 2.35 Turnarea manuală în forme confecţionate în rame de formare

Formarea cu şablon în rame . Formarea în rame înguste, cu model în stivă . Formarea în rame cu placă – model . Formarea în rame demontabile . Formarea cu şablon a formelor semipermanente Formarea cu amestecuri de formare fluide . Forme obţinute în miezuri . Forme coji cu suprafaţa de separaţie Forme coji fără suprafeţe de separare obţinute cu modele uşor fuzibile.

Detalii despre toate aceste metode se pot obține accesând referința [29]

Metode de executare a miezurilor

Realizarea miezurilor se face asemănător cu realizarea formelor, numai că se face în cutii de miez confecţionate din lemn, răşini epoxidice sau din metal şi că intervin uneori reţete pentru amestecul de formare care diferă de la cele pentru forme, de exemplu, cantitatea de liant poate fi mai mare. Gradul de îndesare, împreună cu particularităţile compoziţiei amestecului, asigură caracteristici de rezistenţă mai mari, necesare asigurării rigidităţii miezurilor.

Îndesarea se face: manual, prin scuturare sau scuturare şi presare mecanică, aruncare centrifugă a amestecului, suflare continuă sau cu detentă, şablonare pe armături, zidărie, rotativ sau prin translaţie, împingerea amestecului cu un mecanism cu melc, turnare, dacă se folosesc amestecuri fluide.

SDV-uri folosite în turnătorii

La formarea manuală şi mecanizată turnătorii – formatorii utilizează o serie de scule şi SDV – uri. Astfel se utilizează linguri, lansete, rigle şi lineale (fig. 2.36) pentru executarea reţelei de turnare la forme mici precum şi la repararea formelor de orice mărime. Bătătoarele sunt manuale (fig. 2.33) sau scule care se montează în capul ciocanelor pneumatice şi servesc la îndesarea amestecului de formare.

Fig. 2.36 Îndepărtarea surplusului de amestec de formare după îndesare cu ajutorul unei rigle sau lineal

Ramele de formare sunt fie executate din tablă – construcţie sudată, fie turnate, de multe ori din aliaje de aluminiu, ca să fie uşoare. Cu toate că formele şi dimensiunile au fost standardizate, acest lucru nu s-a impus, deoarece ramele au fost confecţionate pentru a răspunde cazurilor concrete. După folosire se depozitează în magazie, pentru a

fi utilizate în cazuri asemănătoare. Un exemplu de rame cu ştifturi de centrare este redat în figura 2.37.

Figura 2.37. Rame de formare [29]

Figura 2.38. Formă de turnare cu miezuri, [29]

Rețele de turnare

Prin reţea de turnare se înţelege ansamblul de canale şi cavităţi executate în forma de turnare în scopul introducerii prin turnare a metalului lichid în cavitatea formei. O reţea de turnare de complexitate medie este redată în figura 2.37.

Figura 2.37. Formă şi reţea de turnare de complexitate medie

[29]1 – Cupe de alimentare (în faţă, cupa este îndepărtată);2 – Distribuitoare – colectoare de zgură;3 – Alimentatoare;4 – Maselote;5 – Răsuflătoare (aerisitoare)6 - Răcitoare

Se remarcă îndepărtarea unor elemente (maselote, aerisitoare) din figura 2.37, pentru a se realiza o mai bună vizibilitate, locul elementelor îndepărtate fiind însă clar indicat.

În figurile 2.37 si 2.38 se prezintă imagini din procesul de turnare (topire aliaj metalic, turnare în diferite forme, etc.)

Figura 2.37. Topire aliaj metalic + turnare în forme de turnare

Figura 2.38. Imagini din procesul de turnare (topire aliaj metalic, turnare în diferite forme, etc.)

În figura 2.39 sunt date câteva exemple de mobilier care conțin componente obținute prin turnare

b) a)

c)

e)

d)Figura 2.39. Exemple de mobilier care conțin componente obținute prin turnare (partea

metalica este obținuta prin turnare din fontă cenușie, a),b) c) d) respectiv aluminiu, e).)

[26] http://www.prelucrare-tabla.ro/produse[27] http://www.sm-tech.ro/pbt.htm[28] http://www.sm-tech.ro/files/Profilbiegetechnik%20%20PBT%202010-2011%20-%20SM%20TECH.pdf[29] Laurențiu Roland CUCURUZ – Turnarea – Ed. Politehnica Timisoara 2009, ISBN 978-973-625-879-4