Deformarea plastica 1

140

Click here to load reader

description

TM

Transcript of Deformarea plastica 1

Page 1: Deformarea plastica 1

Deformarea plasticăşi mecanisme de durificare

Page 2: Deformarea plastica 1

Prelucrarea metalelor prin deformare plastică

♠ Utilizează aptitudinile de deformare plastică (ductilitate,

ambutisabilitate).

♠ Capacitatea unui material de a se deforma este în

funcţie de material (compoziţie, structură,

proprietăţi), de procedeul de deformare şi de

condiţiile operatorii (sarcină, viteză de deformare).

♠ Formarea îmbracă un triplu aspect:

♦ Mecanic (tensiuni)

♦ Metalurgic (transformări induse de deformare şi de

temperatură)

♦ Tehnologic (mijloacele de punere în formă şi modurile de

operare)

Page 3: Deformarea plastica 1

De L’Acier ….

Page 4: Deformarea plastica 1
Page 5: Deformarea plastica 1

……à la Pièce Forgéeà la Pièce Forgée

Page 6: Deformarea plastica 1
Page 7: Deformarea plastica 1

Proprietăţi mecanice• Modulul de elasticitate - în domeniul elastic :

E = /Pebtru oţeluri ( E = 210 GPa); Aluminiu (E = 70 GPa)

• Coeficientul lui Poisson (dat de raportul dintre contracţia laterală şi alungire) :

= 0.3 pentru materialele metalice industriale

• Ecruisarea (plastică) n :

= 0 +k n • Ductilitate:

– Alungirea relativă

A,% = 100 · (l-l0)/l0

– Gâtuirea sau Reducerea de secţiune:

Z,% = 100 · (S0-S)/S0

Page 8: Deformarea plastica 1

Epruvete supuse încercării de tracţiune

Epruveta normalizată

Epruveta în timpul Încercării

(prezintă alungire şi gâtuire)

Epruveta ruptă

a)Maşina de tracţiune ; b) Epruveta de tracţiune cu extensometru. Se remarcă gâtuirea în centrul epruvetei

Page 9: Deformarea plastica 1

Sursa: Des Matériaux

Curbe tensiune-deformaţie

Domeniul de

deformare plastică

Deformare plastică

omogenă

Domeniul de

deformare elasticăT

ensi

unea

nor

mal

ă, σ

(M

Pa)

Deformaţia relativă, ε

gâtuire

rupere

gâtuire

Curba de tracţiune a unui material ductil

Page 10: Deformarea plastica 1

GénéraliGénéralitéstés

Essai de traction

Page 11: Deformarea plastica 1

GénéraliGénéralitéstés

Évolution avec la température, de l’allongement à rupture en

traction.

Page 12: Deformarea plastica 1

Ductilitatea• Calitatea materialelor de a fi deformate într-o manieră

permanentă fără a fisura macroscopic.

• Ductilitatea unui material se măsoară prin alungirea sa la rupere (A,%) şi/sau prin gâtuirea (reducerea de secţiune ) la rupere (Z,%)

100%0

0

L

LLA f

Alungirea la rupere

100%0

0

S

SSZ f

Gâtuirea la rupere

L0 şi Lf – lungimile iniţiale şi finale ale epruveteiS0 şi Sf - secţiunile iniţiale şi finale ale epruvetei

Page 13: Deformarea plastica 1

Ductilitatea

Alungirea relativă (A, % = 100 · (l-l0)/l0) şi

gătuirea (Z, % = 100 (S0-S)/S0) sunt legate între ele.

Réduction de section en %

Allo

ngem

ent A

%

Acier Cuivre

alliagesd'aluminium

Alu

ngir

ea r

elat

ivă

(A

, %)

Reducerea de secţiune, Z, %

OtelCupru

Aliaje de

aluminiu

Page 14: Deformarea plastica 1

Curba de tracţiune a unui oţel moale

Rm: rezistenta la

tractiune(Tensiunea maxima atinsa)

Ten

siun

ea n

orm

ala,

σ (

MPa

)

Deformaía relativa, ε (%)

Curba de tractiune a unui otel moale (0,15%C) – prezinta o discontinuitate la limita de elasticitate. In acest caz : Re= Rp0,2=210MPa; Rm=450MPa; A=27%.

Page 15: Deformarea plastica 1

• Détermine la contrainte

minimale nécessaire

pour produire une pièce

par def. plastique.

• Influence la taille de la

presse requise.

• La formabilité décroît

avec Re.

• La dureté croît avec Re.

Effets de Re sur les procédés

DéformationC

ontr

aint

e

Acier doux Re = 150-250 Mpa

Acier micro allié (HSLA)Re = 350-560 Mpa

Page 16: Deformarea plastica 1

Affinement du grainHall-Petch

Re = A+B d -1/2

HSLA

Amélioration de Re

Page 17: Deformarea plastica 1

Aciers dual-phaseGrains feritiques libres de Fe3C+ilots de martensite (10-20%)

Re 300-350 MPaRm 650-700 MpaA% 25-30%Aucune discontinuité à Re

HSLA

Re 400-650 MpaRm 400-650 MpaA% 14-27 %TTDF très basse

Page 18: Deformarea plastica 1

Figure 5.2a - Stress - Strain Curves for Metal Alloys

Page 19: Deformarea plastica 1

Figure 5.3 -- Stress-Strain Curve for Polymers

Page 20: Deformarea plastica 1

Figure 5.6 -- Comparison of Stress - Strain Curves for Metals , Ceramics, Polymers and Elastomers

Page 21: Deformarea plastica 1

Anisotropie normale

• Propriétés méca. plan de la tôle et épaisseur différents

• Causes: Changements lors de la fabrication

(enroulement. Traitements thermiques)

• L’anisotropie d’une tôle peut être déterminée par un

essai de traction. Elle est définie par le paramètre r.

r = Déformation sur la largeur de l’échantillon

Déformation sur l’épaisseur de l’échantillon

Page 22: Deformarea plastica 1

Anisotropie normale

• r < 1: la tôle se déforme plus suivant son épaisseur que que dans son plan.

• r = 1 : La déformation de la tôle suivant dans son et suivant son épaisseur est identique.

• r > 1: La tôle se déforme plus facilement dans son plan que suivant son épaisseur.

Acier (hot rolled)

r = 1Aluminiumr = 0.6 -0.8

r < 1

Acier(cold rolled)r = 2.0-2.5

r > 1

Page 23: Deformarea plastica 1

Source: Auto Steel Partnerhip web

Échantillons pour mesure de l’anisotropie

4

rr2rr 90450

Page 24: Deformarea plastica 1

Déformations réelles

Source: Auto Steel Partnerhip web

Déformations réelles

Les déformations sont très élevées lors de la mise en forme par déformation plastique:. Pour mieux les mesurer, on utilise les déformations réelles définies :

0

fL

L L

Lln

l

dlε

f

0

conversions

e1lnε

e: déformation calculée ou d ’ing.

Basses def.e < 20%, e =

r = k n

e1σσ engr

Page 25: Deformarea plastica 1

Relations - ; échelle réelle

Source: Auto Steel Partnerhip web

Page 26: Deformarea plastica 1

Coefficient d’écrouissabilité (n)

• Formabilité: = K n.• n est l’exposant d’écrouissabilité. Il indique l’habilité

du matériau à distribuer uniformément les déformation lors du formage.

Déformation

Contrainte

Large fenêtre de formage

Petite fenêtre de formage

n élevé

n bas

Valeurs typiques de nn = 0.12 à 0.26

Page 27: Deformarea plastica 1

Déformations principales..

• Lors de la mise en forme des tôles par def. Plastique,

– La déformation majeure est toujours plus élevée que le déformation mineure.

– La déformation majeure est toujours positive.

– La déformation mineure peut être positive, négative ou nulle.

Déformationd’amincissement

Déformationmineure

Déformationmajeure

Page 28: Deformarea plastica 1

Principe de conservation de volume

eépaisseur : Déformationd’amincissement

emin: Déformationmineure

ema :Déformationmajeure

A B

Volume de A (VA) = Volume de B (VB)

Le principe de conservation de volume se traduit en terme de déformation par

1)e(1)e(1)e(1 épaisseurminmaj Déformation eng.

0εεε épaisseurminmaj ou

Déformation réelle

Le travail par déformation plastique se fait sans changement de volume

Page 29: Deformarea plastica 1

Classification of Metal Fabrication TechniquesClasificarea principalelor procedee tehnice de fabricatie a pieselor metalice

Schema clasificarii procedeelor de fabricatie

Metode tehnice de fabricatie

Operatii de formare Turnare Alte procedee

Forjare Laminare Extrudare Tragere Forme din amestec de

formare

Forme

ceramice

Forme

coji

Turnarea continua

Metalurgia pulberilor

Sudare

Page 30: Deformarea plastica 1

• Deformarea plastică este metoda de prelucrare prin care se obţin semifabricate sau piese finite prin modificarea formei şi dimensiunilor unui corp, prin deformare remanentă sub acţiunea unor forţe exterioare, fără fisurare macroscopică. Deformarea remanentă ete determinată de solicitări care depăşesc limita de curgere a materialului, putând fi realizată atât la rece cât şi la cald.

• Forţele aplicate unui corp solid pot produce două tipuri de deformări : a) deformare elastică care este o deformare reversibilă, ea dispărând după încetarea acţiunii forţelor exterioare, corpul reluându-şi forma şi dimensiunile iniţiale şi b) deformarea plastică sau permanentă, care este ireversibilă, menţinându-se şi după încetarea forţelor care au produs-o. Deformarea totală este dată de relaţia :

• = e + p

• în care : e este deformaţia elastică; p – deformaţia plastică.• Deformaţia elastică are loc prin deplasarea atomilor din poziţiile lor de echilibru

stabil, la o valoare minimă a energiei lor potenţiale, mărimea deplasării nedăpăşind ordinul de mărime al distanţei dintre atomi. Deformaţia produsă este proporţională cu rezistenţa ( = /E). Prin deformare elastică nu se produc modificări structurale, totuşi unele proprietăţi fizice şi chimice ale materialului deformat se modifică (culoare, conductivitate electrică, solubilitate la acizi etc.).

• Deformarea plastică presupune deplasarea relativă a atomilor în poziţii noi de echilibru la distanţe mult mai mari decât distanţele dintre atomi în reţeaua cristalină.

Consideratii generale privind deformarea plastică

Page 31: Deformarea plastica 1

GENERALITĂŢI

Forţa

Forţa

Comportare elastică

Comportare plastică

Ten

siu

nea

Deformaţia

Energia plastică

Energia elastică

Monocristal Agragat policristalin

În cazul corpurilor solide policristaline comportarea la deformarea plastică este influenţată de orientarea diferită axelor de cristalizare a grăunţilor, de prezenţa limitelor dintre grăunţi sau a fazelor secundare precipitate fie la limita dintre grăunţi, fie în interiorul lor.

Aceşti factori nu se întâlnesc la deformarea monocristalelor.

Page 32: Deformarea plastica 1

Celulă cubică cu volum centrat (CVC)

Celulă cubică cu feţe centrate (CFC)

Celulă hexagonal compactă

(HC)

Geometria cristalelorCristalele constau din atomi dispuşi după modele geometrice definite (celule elementare) care se repetă prin suprapunere (împachetare) în spaţiu de un număr foarte mare de ori.

Corpurile solide cristaline sunt caracterizate de 7 sisteme principale de cristalizare (cubic, monoclinic, triclinic, rombic, ortorombic, tetragonal, hexagonal).

Metalelor le sunt caracteristice sistemele de cristalizare cubic (cu tipurile de reţele cubic cu volum centrat – CVC şi cubic cu feţe centrate – CFC) şi hexagonal ( cu tipul de reţea hexagonal compact – HC).

Page 33: Deformarea plastica 1

Sistemele cristaline şi tipurile de reţele propuse de Bravais

Nr.crt.

Geometria cristalului

Parametrii reţelei Liniari Unghiulari

Tipul reţelei

1      

 Cubica = b = c

2 Hexagonal

 

a = b c

3        Quadratic, sau Tetragonal 

a = b c

4   Romboedric, sau

Trigonal 

a = b c = = < 120° ≠

5 Ortorombic, sau

Rombic 

a b c ; = = = 90° P V C F

6  

 Monoclinica b c ≥ P C

7       

  Triclinica b c ≠≠≠

Page 34: Deformarea plastica 1

Mecanismele deformării plastice • Deformarea plastică a monocristalelor se realizează în principal prin două mecanisme : • prin alunecare, care constă din translaţia atomilor de-a lungul planelor cu densitate atomică

maximă; • prin maclare, mecanism ce constă din rotirea unei părţi a monocristalului într-o poziţie

simetrică faţă de un plan, numit plan de maclare. Maclarea este un fenomen foarte rapid şi are loc dacă cristalul înmagazinează o energie elastică considerabilă. Tensiunile care provoacă alunecarea, pot provoca şi maclarea. Fenomenul de maclare nu poate apărea dacă metalul este supus tracţiunii sau compresiunii, adică dacă deformaţia are loc după direcţia tensiunii.

• În cazul agregatelor policristaline, mecanismele de deformare sunt mai complexe, pentru deformare fiind necesare forţe mai mari întrucât în acest caz are loc o comportare diferită a fiecăruia dintre grăunţii cristalini, ţinând seama pe de o parte de orientarea planelor şi direcţiilor cristalografice principale faţă de direcţia de acţiune a efortului de deformare, iar pe de altă parte, de influenţa limitelor dintre grăunţi care au rezistenţa la deformare diferită de cea a grăunţilor. Translaţiile se produc, mai întâi, în grăunţii orientaţi favorabil, adică în acei grăunţi care au planele de alunecare orientate la aproximativ 450 faţă de direcţia efortului.

• În cursul deformării plastice la rece a unui agregat policristalin se produce fărâmiţarea grăunţilor, dimensiunea medie a acestora micşorându-se, cu influenţe remarcabile asupra proprietăţilor metalelor. Concomitent cu fărâmiţarea grăunţilor cristalini şi acumularea unor tensiuni interne reziduale, se produce şi o reorientare şi alungire a grăunţilor în direcţia deformării maxime. Toate acestea determină aşa-zisa stare ecruisată. În urma ecruisării caracteristicile mecanice de rezistenţă (rezistenţa la rupere, limita de curgere) şi duritate cresc, în timp ce caracteristicile de plasticitate şi tenacitate scad.

• Ecruisarea poate constitui un efect pozitiv, atunci când se urmăreşte creşterea caracteristicilor de rezistenţă în cazul metalelor sau aliajelor pentru care, acest lucru nu se poate realiza prin tratamente termice. Dacă produselor deformate li se cer proprietăţi ridicate de plasticitate şi tenacitate, ecruisarea nu mai este dorită. În acest caz, ecruisarea se elimină prin aplicarea unu tratament termic specific, numit recoacere de recristalizare.

Page 35: Deformarea plastica 1

Mecanismele deformării plastice

Suprafaţă lustruită Linie de alunecare

Suprafaţă lustruită

Plan de alunecare

Plan de alunecare

Tensiunea de forfecare

Distanţa de alunecare Regiunea nedeformată

Distanţa dintre planele de alunecare

Mărimea alunecării Deformaţie mică Deformaţie mare

Linii de alunecare într-un cristal de cupru

Page 36: Deformarea plastica 1

Mecanismele deformării plastice Deformarea prin alunecare

tensiunea tangenţială tensiunea tangenţială tensiunea tangenţială

Planul de alunecare

Dislocaţia

liniară

Vectorul de

alunecare

Mişcarea dislocaţiilor printr-un cristal

Page 37: Deformarea plastica 1

Calculul tensiunii normale şi tensiunii tangenţiale

Planul de alunecare

Direcţia de

alunecare Tensiunea tangenţială are valoarea maximă pentru λ=φ=450.

A

P

2

1.max

Tensiunea normlă :

A

P

Page 38: Deformarea plastica 1

Mecanismele deformării plastice

ab

Deformarea monocristalelor : a) cu alunecare de-alungul planelor cu densitate maximă de atomi; b) cu alunecare şi răsucire.

Direcţia forţei

Planul de alunecare

Page 39: Deformarea plastica 1

Deformarea prin maclare

Planul de maclare

Planul de maclare

Porţiune nedeformată

regiune maclată

Planul de maclare direcţia de

maclare

Page 40: Deformarea plastica 1

Deformarea prin maclare

Deformaţia prin maclare a unui cristal de Fe-3,25%Si

Linii şi benzi de alunecare într-o probă supusă la încercarea de tracţiune

Page 41: Deformarea plastica 1

Legile de bază ale prelucrării prin deformare plastică

Legea volumului constant. Potrivit acestei legi, se consideră că în timpul deformării plastice la temperatură constantă, volumul materialului prelucrat rămâne constant. Unele modificări nesemnificative de volum (sub 1%) pot să apară, aceste modificări fiind mai sensibile (până la 10%) în cazul semifabricatelor turnate, datorită sudării unor defecte. Dacă se notează volumul iniţial cu V0 = l0 b0 h0 , iar volumul final cu V = l b h , ţinând seama că V0 = V, raportul celor două volume este egal cu 1 ( V0 / V = 1).

Dacă relaţia de mai sus se logaritmează, se obţine : ln(l/l0) + ln (b/b0) + ln (h/h0) = 0

Notând gradele de deformare logaritmice cu l, b şi respectiv h, relaţia de mai sus devine:

l + b + h = 0

1000

hbl

hbl

VV

Page 42: Deformarea plastica 1

• Legea simultaneităţii deformaţiilor elastice cu cele plastice. Deformaţia totală a unui corp este alcătuită din două componente şi anume, din deformaţia elastică (e) şi deformaţia plastică (p).

• Deformaţiile elastice preced deformaţiile plastice şi se menţin atât timp cât pe material se exercită forţa exterioară care le-a produs.

• Legea rezistenţei minime. Potrivit acestei legi deplasarea materialului în timpul deformării are loc în direcţiile în care întâmpină cea mai mică rezistenţă. Aceste direcţii sunt normale pe suprafaţa corpului.

• Legea echilibrării eforturilor suplimentare. În timpul deformării plastice, peste eforturile principale provocate de sarcina exterioară, se suprapun eforturi suplimentare a căror direcţie şi mărime depind de mai mulţi factori şi anume : frecarea internă, frecarea dintre material şi sculă, mărimea şi complexitatea formei piesei, omogenitatea termică şi structurală a materialului etc. O parte din aceste eforturi rămân în piesă şi după înlăturarea forţei exterioare şi se echilibrează.

• Prezenţa acestor eforturi interioare suplimentare este dăunătoare, deoarece în cursul deformărilor ulterioare, sau în cursul exploatării, prin însumare cu tensiunile induse datorită solicitărilor mecanice, pot depăşi anumite limite, provocând deformări, fisurări sau chiar ruperi. Înlăturarea lor se face prin aplicarea unor recoaceri ulterioare de detensionare.

• Legea similitudinii. Este o lege cu caracter general, valabilă şi în cazul deformării plastice. În baza ei se pot face studii pe machete, iar concluziile, dacă se cunosc legile de similitudine, se pot raporta la cazul real. Studiul pe machete prezintă un interes deosebit, deoarece astfel se pot realiza economii considerabile.

• În domeniul deformării plastice relaţiile de similitudine sunt:• presiunile de deformare trebuie să fie egale : p = p1;• raportul forţelor de deformare este egal cu raportul ariilor : F/F1 = S/S1 = l2/l1

2;• raportul lucrurilor mecanice de deformare (pentru model W şi respectiv pentru corpul real W1) este egal

cu raportul volumelor : W/W1 = V/V1 = l3/l13.

• Aceste rapoarte nu sunt valabile decât în următoarele condiţii: ambele corpuri să aibă aceeaşi stare structurală şi chimică, temperatura să fie constantă şi repartizată uniform în volumul corpului, deformările principale să fie aceleaşi, iar coeficienţii de frecare dintre sculă şi material să fie de valori egale. Deoarece respectarea integrală a acestor condiţii este dificilă, rezultatele obţinute pe modele trebuie corectate cu ajutorul unor coeficienţi experimentali.

Legile de bază ale prelucrării prin deformare plastică

Page 43: Deformarea plastica 1

• Prelucrarea prin deformare plastică se poate face la rece sau la cald. Prelucrarea la cald necesită forţe de deformare mai mici, întrucât plasticitatea materialului încălzit este mult superioară celei pe care o prezintă în stare rece.

• Deformarea la rece care, în general, asigură o precizie dimensională superioară celei obţinută prin deformare la cald, se aplică în mod obligatoriu, numai atunci când metalele nu pot fi încălzite şi prelucrate în aer datorită reactivităţii lor sau dimensiunile şi forma lor nu asigură păstrarea unei omogenităţi termice sau conduc la viteze mari de răcire. De asemenea deformarea la rece se aplică atunci când vrem să modificăm prin ecruisare, proprietăţile mecanice finale.

• În cazul deformării plastice la cald, calităţile de ansamblu ale produsului vor depinde în mare măsură de regimul termic aplicat, inclusiv de cel de răcire. În timpul încălzirii pot să apară şi o serie de defecte ce pot influenţa negativ calitatea materialului şi anume : oxidarea superficială, decarburarea (scăderea conţinutului de carbon din straturile superficiale prin combinarea acestuia cu oxigenul sau hidrogenul din atmosfera cuptorului de încălzire), supraîncălzirea care se manifestă prin creşterea pronunţată a granulaţiei şi înrăutăţirea caracteristicilor mecanice ale materialului, arderea materialului care poate avea loc la încălziri la temperaturi prea ridicate sau la menţineri prea îndelungate. Reţelele de oxizi formate la limita grăunţilor întrerup continuitatea materialului, făcându-l extrem de fragil şi practic inutilizabil. Materialul ars poate fi recuperat numai prin retopire.

Consideratii generale

Page 44: Deformarea plastica 1

Consecinţele deformării plastice asupra comportării produselor

• Deformarea plastică la rece are loc la temperaturi inferioare temperaturilor la care se produc procesele de regenerare şi recristalizare. Ca o consecinţă a absenţei acestor procese, ecruisarea produsă în timpul deformării plastice se păstrează, iar grăunţii rămân alungiţi. Caracteristicile mecanice se măresc în sensul măririi celor de rezistenţă ( limita de proporţionalitate p, limita de elasticitate e, limita de curgere c, rezistenţa la rupere r, duritatea HB) şi micşorării celor de plasticitate (alungirea specifică , gâtuirea , rezilienţa KCU). Proprietăţile fizice sunt influenţate în sensul următor : conductivitatea electrică, inducţia remanentă, inducţia de saturaţie scad iar rezistenţa electrică, câmpul coercitiv cresc cu creşterea gradului de deformare. Acest fenomen poartă denumirea de durificare sau ecruisare.

• La deformări mari, structura materialului metalic devine fibroasă (grăunţii alungiţi în direcţia curgerii preponderente) ceea ce determină deosebiri importante între proprietăţile metalului în diferite direcţii. Această diferenţiere a proprietăţilor pe diferite direcţii poartă denumirea de anizotropie, caracteristică ce se accentuează pe măsura creşterii gradului de deformare. Anizotropia se referă la toate proprietăţile, atât mecanice cât şi electrice, magnetice etc.

• Mărirea caracteristicilor mecanice ale metalelor şi aliajelor prin alegerea corespunzătoare a gradului de deformare plastică şi a temperaturii de recoacere, constituie unul din principalele avantaje ale deformării plastice la rece. Economia de combustibil, realizată prin eliminarea încălzirii şi obţinerea unor suprafeţe curate şi cu toleranţe dimensionale restrânse, constituie de asemenea avantaje proprii deformării plastice la rece.

• În schimb, procedeul deformării plastice la rece necesită utilaje mai puternice, limitându-se numai la prelucrarea semifabricatelor din metale şi aliaje cu plasticitatea medie sau ridicată, care în prealabil au fost deformate plastic la cald.

• Efectul deformării la rece :• Creşterea rezistenţei şi rigidităţii; - reducerea tenacităţii şi ductilităţii;• - anizotropie datorită fibrajului (texturii mecanice).

Influenţa deformării plastice la rece

Page 45: Deformarea plastica 1

FIG. 7.11 Alteration of the grain structure of a polycrystalline metal as a result of plastic deformation. (a) Before deformation the grains are equiaxed. (b) The deformation has produced elongated grains.

Unlike wrought alloys, castings do not exhibit pronounced anisotropy

Page 46: Deformarea plastica 1

Durificarea prin deformare

Gradul de deformare, ε (%)

Alu

ng

irea

, %

Cupru

alamă

Oţel

Cupru

0

Gradul de deformare, ε (%)

Rez

iste

nţa

la

rup

ere,

(M

Pa)

Rez

iste

nţa

la

rup

ere,

(k

si)

alamă

oţel

50 60

40

20

oţel

Page 47: Deformarea plastica 1

Relaţia dintre rezistenţa materialului şi mărimea grăunţilor cristaliniR

ezis

ten

ţa la

ru

per

e, (

MP

a)

Rez

iste

nţa

la r

up

ere,

(ks

i)

Diametrul mediu al grăunţilor, d(mm)

σ0 şi ky – constante care depind de material;

d – diametrul grăunţilor

Alamă cu 30% Zn

Page 48: Deformarea plastica 1

Recristalizarea presupune trei mecanisme de bază : restaurarea reţelei, germinarea noilor grăunţi şi creşterea acestora. La aceste mecanisme se adaugă şi cel de detensionare, la început datorită eliminării defectelor de reţea şi anulării tensiunilor de semn contrar (relaxare), precum şi detensionării temice la depăşirea pragului de recristalizare.

Recoacerea de recristalizare presupune:

Încălzire → creşterea difuziei → creşte mobilitatea dislocaţiilor → descreşte densitatea de dislocaţii prin anularea celor de semn contrar, formarea configuraţiilor de dislocaţii de energie scăzută → reducerea tensiunilor interne; germinarea şi creşterea grăunţilor. Încălzirea este urmată d o răcire lentă în cuptor.

Dia

met

rul g

rău

nţi

lor,

d (

mm

) R

ezi

ste

nţa

la

ru

pe

re,

MP

a

Du

cti

lita

tea

(%

din

alu

ng

ire

)

Restaurare Recristalizare Creşterea grăunţilor

Ductilitate

Rezistenţa la rupere

grăunţi

noi

Temperatura de încălzire, 0C

Temperatura de încălzire, 0F

grăunţi alungiţi

prin deformare

la rece

Recristalizarea

Page 49: Deformarea plastica 1

Temperatura de recristalizare

Cu creşterea gradului de deformare scade temperatura pragului de recristalizare şi în consecinţă şi temperatura de încălzire prentru recoacere.

Trec.= Trecr.+ (100…150)0C

Sau:

Trec.=(1/3…1/2)Tt (K)

Pentru cele mai multe aliaje :

Trec.= 0,7Tt (K)

Tem

pera

tura

de

recr

ista

lizar

e, 0 C

Tem

pera

tura

de

recr

ista

lizar

e, 0 F

Gradul de deformare, ε (%)Deformaţia critică

Trecr.

Trec.

Page 50: Deformarea plastica 1

Fibrajul pieselor forjate

a) piesă forjată – fibraj continuu b) piesă prelucrată prin aşchiere

- fibraj întrerupt

Piesă forjată – fibraj continuu

Comparaţie între caracteristicile structurale ale unei piese obţinută prin trei procedee de fabricaţie diferite: a) turnare – structură neomogenă; b) aşchiere – fibraj întrerupt; c) forjare – fibraj continuu

Page 51: Deformarea plastica 1

Influenţa deformării plastice la cald • Deformarea plastică la cald are loc la temperaturi mai înalte decât temperatura de recristalizare

(temperatura până la care se păstrează structura ecruisată). În mod practic, deformarea plastică la cald se realizează peste temperatura Td.c, dată de relaţia :

• Td.c (0,65 … 0,75) Tt

• unde : Td.c este pragul deformării la cald, în K; Tt – temperatura de topire a metalului, în K .

Gradul de deformare, ε (%)

Rp0,2

Rm

I II

Caracteristicile mecanice de rezistenţă

L

T

T

L

Legenda:

L – longitudinal;

T - transversal

Domeniul I – creşterea caracteristicilor de rezistenţă datorită creşterii compactităţii materialului prin sudarea defectelor de turnare (porozităţi, sufluri, microretasuri etc.);

Domeniul II – reducerea intesităţii de creştere a caracteristicilor de rezistenţă datorită atingerii maximului posibil de sudare a defectelor de turnare.

Rm – rezistenţa la rupere; Rp0,2 – limita de curgere.

Page 52: Deformarea plastica 1

• În timpul deformării plastice la cald are loc o creştere a compactităţii, respectiv a greutăţii specifice a metalului. Această creştere este cu atât mai mare cu cât defectele de material care se sudează sunt mai numeroase, iar gradul de deformare mai mare. După deformare, caracteristicile mecanice ale materialului sunt superiare celor pe care materialul le prezintă în stare turnată.

• La începutul deformării plastice la cald caracteristicile mecanice cresc în ambele direcţi (atât longitudinal, cât şi transversal). Această creştere se datorează creşterii compactizării, sudării defectelor de turnare, distrugerii structurii de turnare şi omogenizării structurii rezultate în urma deformării plastice. Peste o anumită valoare a gradului de deformare creşterea caracteristicilor mecanice în direcţie longitudinală se atenuează până la anulare, efect care se datorează atingerii maximului posibil de compactizare, omogenizare şi sudare a defectelor de material. Micşorarea caracteristicilor mecanice în direcţie transversală după depăşirea unui grad critic de deformare se datorează defectelor nesudate şi incluziunilor care se alungesc şi creează efectul de anizotropie. Cu creşterea purităţii chimice a materialului, cantitatea de incluziuni scade, iar proprietăţile mecanice în direcţie transversală pot creşte.

• Paralel cu mărirea compactităţii, în timpul deformării plastice la cald are loc şi procesul de distrugere a structurii de turnare prin recristalizare şi difuzie precum şi alungirea grăunţilor şi incluziunilor. Întrucât deformarea plastică la cald se produce la temperaturi superioare celei de recristalizare, simultan cu alungirea grăunţilor, are loc şi recristalizarea acestora, fapt pentru care în final numai incluziunile şi defectele nesudate rămân alungite. Datorită orientării şi alungirii pe care o suferă defectele nesudate şi incluziunile, structura metalelor şi aliajelor deformate plastic la cald devine fibroasă. Fibrajul devine cu atât mai pronunţat cu cât metalele şi aliajele sunt mai impure, iar temperatura de deformare plastică mai joasă.

• În concluzie, piesele fabricate prin deformare plastică, la rece sau la cald, sunt superioare în ceea ce priveşte proprietăţile, celor obţinute prin turnare.

Influenţa deformării plastice la cald

Page 53: Deformarea plastica 1

Clasificarea procedeelor de deformare plastică

Procedee intrinseci de prelucrare prin deformare plastică

Laminare

Tragere

Extrudare Matriţare

Forjare

Prelucrarea prin deformare a tablelor

Tăiere cu tăişuri asociate

Forfecare Ştanţare

Procedeele de deformare plastică a materialelor se pot clasifica duă următoarele criterii : - după temperatura la care are loc deformarea : procedee de deformare la rece şi procedee de deformare la cald;- după viteza de deformare (cu viteze mici de deformare vd 10 m/s; cu viteze mari de deformare, vd 10m/s);- după calitatea suprafeţei realizate > eboşare, finiţie;- după natura operaţiilor aplicate la deformarea plastică :degroşare, finisare;- după complexitatea procedeelor întrebuinţate : procedee intrinseci, procedee complexe.

Procedeele intrinseci de prelucrare prin deformare plastica

Page 54: Deformarea plastica 1

Définition : Production de pièces de formes et de matériaux divers, à partir d’un lopin par déformation plastique par chocs ou pression, à froid ou à chaud (alliage d’Aluminium 480 °C, Acier 1250°C).

Intérêt : La déformation plastique génère un fibrage qui améliore les performances mécaniques. Ce qui permet de réduire les dimensions, le poids, l’inertie, les vibrations, pour les même efforts.

Qu’est-ce que la Forge ?Forjarea

Page 55: Deformarea plastica 1

Forjarea• Forjarea reprezintă procedeul de deformare plastică, prin lovire sau presare, în

timpul căruia curgerea materialului are loc atât liber cât şi dirijat. Scopul forjării constă în modificarea caracteristicilor mecanice şi tehnologice ale materialelor şi aliajelor turnate, precum şi schimbarea formei şi dimensiunilor semifabricatelor. Fiind un procedeu mai puţin productiv, forjarea se foloseşte, de regulă, pentru obţinerea pieselor ce se execută în serii mici şi a pieselor mari, indiferent de mărimea lotului precum şi pentru deformarea plastică prealabilă în vederea modificării caracteristicilor tehnologice ale lingourilor din metale şi aliaje cu plasticitate redusă.

• Procesul tehnologic de forjare constă din combinarea ca număr şi succesiune a unor operaţii simple, ca : refulare, întindere, găurire, răsucire, îndoire, lăţire, despicare, tăiere, sudare.

• Forjarea prezintă următoarele avantaje : prelucrare rapidă, cost redus şi manoperă simplă. Ca dezavantaje se amintesc : precizie dimensională redusă, calitate slabă a suprafeţei şi necesitatea unor forţe mari de deformare.

• După temperatura de lucru se deosebesc două procedee distincte de forjare : forjarea la rece şi forjarea la cald.

• După gradul de libertate al materialului în timpul deformării se întâlnesc următoarele procedee de forjare : forjare liberă, forjare în matriţă şi forjare pe maşini cu destinaţie specială.

• Forjarea liberă este procedeul de deformare la care curgerea materialului se face nelimitat. După gradul de mecanizare, procedeul poate fi manual sau mecanizat.

Page 56: Deformarea plastica 1

• Tehnologia forjării libere cuprinde următoarele operaţii principale :

• întocmirea desenului piesei brut forjate;• determinarea dimensiunii şi greutăţii semifabricatului iniţial. • alegerea succesiunii operaţiilor şi fazelor de forjare;• alegerea utilajului de lucru;• alegerea sculelor de forjare:• fixarea normei de timp;• stabilirea operaţiilor suplimentare (control, prelucrare prin alte procedee etc.).

• Pentru materialele forjate masa M0 a semifabricatului de pornire se calculează cu relaţia :

• M0 = Mp + Md + Ma + Mc + Mg + Mtehn.

• unde: Mp este masa piesei forjate, dată ca o sumă a maselor elementelor

geometrice simple (n – numărul de elemente geometrice simple):•

• Mp = (i = 1,2, … , n);

• Md – masa pierderilor prin debitare; Ma = (0,1 … 0,25) M0 - reprezintă pierderile prin ardere; valorile mici se iau pentru încălzirea electrică, iar valorile mari pentru încălzirea cu flacără; Mc – masa pierderilor rezultate din tăierea capetelor neutilizabile; Mg – masa pierderilor prin găurire; Mtehn. – masa pierderilor prin adaosuri tehnologice.

n

ipi

m1

Page 57: Deformarea plastica 1

Refularea

(a)

Deformarea prin compresiune (refulare) (forjarea liberă)

Datorită forţelor de frecare dintre scule şi semifabricat curgerea materialului este frânată la suprafaţa materialului şi mai liberă spre partea centrală, motiv pentru care apare umflarea materialului la mijloc.

Forjarea în matriţă deschisă

Semimatriţa 1

Semimatriţa 2

Semifabricat Bavură

Ciocan

Nicovala

Sem

ifabr

icat

Forţe de frecare

Umflare

P P

P - Forţa de deformare

(a)

Page 58: Deformarea plastica 1

Ilustrarea diferitelor treceri la forjare pentru obţinerea unei furci de la cutia de viteze

Page 59: Deformarea plastica 1

On distingue :

Le formage à chaud

Le formage à froid

Page 60: Deformarea plastica 1

Le froid … c’est chaud !Température limite entre formage à froid et formage à chaud :

Aluminium : 193 °C

Cuivre : 405 °C

Fer : 631 °C

Nickel : 590 °C

Titane : 697 °C

Page 61: Deformarea plastica 1

Le formage à chaud

Page 62: Deformarea plastica 1

La Forge Libre :

Permet d’obtenir à chaud, sans outillages spécifiques, avec des délais courts des pièces unitaires ou des très petites séries.

Page 63: Deformarea plastica 1

Estampage / Matriçage :

Formage à chaud par pression ou par chocs de pièces en série, entre deux matrices (outillage spécifique) portant en creux la forme de la pièce.

La précision dimensionnelle est plus grande qu’en forge libre.

Page 64: Deformarea plastica 1

Estampage / Matriçage

Page 65: Deformarea plastica 1

Gamme d’estampage de bielles

Pièce en cours d’extraction

Page 66: Deformarea plastica 1

Le formage à froid

Page 67: Deformarea plastica 1

La Frappe à Froid :

Déformation très rapide de pièces longues, visserie, boulonnerie.

Partant d’un morceau de barre ou de fil, on le déforme en l’air ou en matrice fermée pour lui conférer la géométrie visée.

Page 68: Deformarea plastica 1

L’Extrusion : On oblige le métal à froid à remplir une matrice grâce à une forte pression exercée par un poinçon

Grande série et

pièces très précises

sans usinage

ETIRAGEFILAGE AVANT

Page 69: Deformarea plastica 1

Par traction, on force une barre ou un fil, à passer au travers d’une filière qui réduit sa section.

Fils électriques, clôtures, câbles, pointes.

Etirage et tréfilage :

Page 70: Deformarea plastica 1

Des produits plats sont conformés par l’action d’un poinçon de forme qui contraint la tôle à épouser la géométrie d’une matrice.

Emboutissage :

Page 71: Deformarea plastica 1

Emboutissage

Page 72: Deformarea plastica 1

0,3 à

0,4 mm

PressionNon Ferreux

400 à

950

Pas ou

peu

d’usinage

Ébavurage

Calibrage à

froid

Usinage

Estampage

Matriçage

Usinage

Après procédé

0,05 à

0,1 mm au

Ø et 0,5 mm en

long

1 à 2

mm

5 mm

Tol

Pression

Chocs

Chocs et Pression

Machine

Spécifiques

Matrices spécifiques

Standards

Outillages

5000 p/mois

1000 p/mois

50

à

plusieurs milliers/mois

1 à 50

Série

50 gr

15 Kg

5 gr

à

3 T

1 Kg à

200 T

Poids Pièces

Ferreux et non ferreux

Ferreux

Tous

Matériaux

À froid

850 à

1200

400 à

1200

Extrusion

Estampage

Matriçage

Forge Libre

Procédés

Tableau Comparatif Des Différents Procédés De Formage

Page 73: Deformarea plastica 1

Séquence complète de forgeage d’un pivot de Maybach

Page 74: Deformarea plastica 1

Maşină de forjat orizontal

Page 75: Deformarea plastica 1

Matriţarea• Matriţarea constituie procedeul de prelucrare prin presiune a metalelor şi aliajelor,

la care materialul în timpul procesului se deformează simultan în întreg volumul, iar curgerea acestuia este dirijată fiind condiţionată de forma şi dimensiunile cavităţilor sculelor de deformare (matriţelor).

• În comparaţie cu forjarea, matriţarea este un procedeu mult mai economic şi mai progresiv, fapt pentru care în ultima vreme piesele obţinute prin matriţare procentual ocupă un loc din ce în ce mai mare faţă de cele ce se execută prin forjare. În general, pentru unicate (indiferent de mărime) sau piese de serie mică, se preferă forjarea iar în cazul pieselor de serie mare se preferă matriţarea.

• În raport cu forjarea liberă, matriţarea asigură următoarele avantaje : productivitate ridicată, consum de metal redus, calitatea suprafeţei şi precizia de prelucrare bune, posibilitate de obţinere a unor piese de configuraţie complicată, volum de muncă mic şi manoperă simplă, cheltuieli de fabricaţie reduse. Dezavantaje : costul ridicat al matriţelor, greutatea limitată a produselor din cauza forţelor foarte mari care ar fi necesare pentru deformare, necesitatea unor operaţii suplimentare (debavurare, calibrare etc.).

Tipuri de matriţe : a.- matriţă simplă ; b.- matriţă dublă

Page 77: Deformarea plastica 1

• Résistance au choc (toughness)– Habileté du matériau à absorber de l’énergie sans se fracturer– Prévient la rupture fragile.

• Dureté– Permet aux matrices de maintenir sa forme et de produire les pièces

sans se casser.

• Trempabilité– Mesure de la profondeur à laquelle un matériau ferreux peut être

durcit par formation de martensite lors du traitement thermique.– Une matrice dont la dureté n’est pas uniforme a plus tendance à se

déformer.

Matrices et poinçons

Propriétés des matériaux requis

Page 78: Deformarea plastica 1

• Résistance à l’usure: abrasion, corrosion, érosion

– Effet de l’usure : diminution progressive des dimensions et de sa vie.

– Dépend de la dureté et de la contrainte ultime

• Résistance à la déformation plastique

– Dépend de la contrainte d’écoulement.

– Les aciers utilisés pour matrice sont ceux qui maintiennent leur

résistance à l’écoulement même à température élevée.

• Résistance au fluage

– Résistance à la déformation permanente sous charge dans le temps.

– Le fluage commence à 0.4 Tf des métaux. Déformation des moules

Matériaux des matrices- propriétés..

Page 79: Deformarea plastica 1

• Résistance à la fatigue mécanique– Supporter les charges cycliques sans être endommagé.

– Se manifeste par des fissures et par la suite des fractures.

• Résistance à la fatigue thermique– Devient un problème si la tôle entrant dans la matrice est à

différentes températures et que cela se répète.

• Résistance à la corrosion– Les opérations d’estampage utilise des lubrifiants et de refroidisseurs.

– La matrice doit résister l’attaque chimique des produits utilisés pour la lubrification, et de ceux utilisés comme revêtement protecteur des tôles.

• Autres: usinabilité, polissabilité

Matériaux des matrices- propriétés..

Page 80: Deformarea plastica 1

Matériaux des matrices et poinçons

• Aciers à outils: – trempant à l’eau W1, W2 (0.6 à 1.4% C, Cr, V). Bon marché et

disponible

– trempant à l’huile: O1 et O2 (0.8-1.55%C) Bon marché et

disponible; bonne résistance au choc

– résistant aux chocs: S1, S4, S5, S7 (0.5%C; Mn; Si, Cr, W et

Mo), plus cher que O et W.

– haut % de C et Cr: D2, D3, D4 et D7 : résistance à l’usure

élevée

– Aciers pour travail à chaud: H12, H13 et H26 (.22-0.7C, Cr, W,

Mo, V); Bonne résistance à la déformation plastique à haute température et

bonne résistance à l’oxidation.

Page 81: Deformarea plastica 1

Matériaux des matrices et poinçons

• Aciers rapides:– Au tungstène: T1 et T15 (Bonne résistance à la déformation

plastique à haute température)

– Au molybdène: M1, M2, M4, M7 et M42 (Bonne résistance à la

déformation plastique (Co), Bonne résistance à l’usure (C), mais nécessite une traitement thermique pour avoir une bonne dureté.

• Aciers à outil obtenus par métallurgie en poudrePropriétés améliorées: usinabilité, polissabilité, bon contrôle

dimensionnel et meilleur rapport qualité/prix.

– Aciers rapides au PM.– Aciers à outil PM pour travail à froid: CPM10V (++ de V,

meilleure résistance à l ’usure, au choc, et meilleure dureté). – Aciers à outil PM pour travail à chaud : Propriétés plus

uniformes, + de V--> meilleure résistance à l ’usure, au choc, et meilleure dureté.

Page 82: Deformarea plastica 1

Métaux en feuille souvent utilisés dans les procédés à deformation plastique

• Aciers– Bas carbone– Bas carbone et à formabilité améliorée

(AKDQ)– Aciers micro-alliés (HSLA)– Aciers dual-phase

• Alliages d’aluminium

• Alliages de cuivre

• Alliages de titane

Page 83: Deformarea plastica 1

Aciers dual-phaseGrains feritiques libres de Fe3C+ilots de martensite (10-20%)

Re 300-350 MPaRm 650-700 MpaA% 25-30%Aucune discontinuité à Re

HSLA

Re 400-650 MpaRm 400-650 MpaA% 14-27 %TTDF très basse

Page 84: Deformarea plastica 1

Piese matriţate

Avantaje :

-Economie de material;

-Precizie dimensională bună;

-Productivitate mare;

-Caracteristici mecanice bune si uniforme pe secţiune si în volumul materialului.

Dezavantaje:

-Costul ridicat al matriţelor;

- Greutatea pieselor este limitată etc.

Page 85: Deformarea plastica 1

Utilajele forjării şi matriţării • Forjarea liberă mecanică şi matriţarea se execută atât pe ciocane cât şi pe prese.

Presele sunt preferabile, mai ales la forjarea pieselor mari, deoarece sunt silenţioase, iar efectul de deformare se transmite în adâncimea piesei. Ciocanele reprezintă însă utilajele cu cea mai largă răspândire şi aplicabilitatea, în schimb mecanizarea şi automatizarea operaţiilor de forjare sau matriţare, în acest caz, este mai dificilă. Din această cauză ciocanele se preferă în secţiile de forjă cu producţie de serie mică sau mijlocie.

• Din punct de vedere funcţional, ciocanele se împart în:• ciocane mecanice (cu scândură, cu curea, cu arc etc.);• ciocane cu abur-aer (vapo-pneumatice);• ciocane pneumatice. • După modul de acţionare : cu acţionare manuală; - cu acţionare automată; - cu acţionare mixtă.• Presele folosite în secţiile de forjă pot fi: mecanice (cu fricţiune, cu excentric); hidraulice.• La presele mecanice deformarea semifabricatului se produce prin lovire, iar şocul produs de

lovitura semimatriţei superioare se amortizează în sistemul închis al presei fără a se transmite fundaţiei clădirii.

• Presele hidraulice constituie utilajele de forjare şi matriţare care lucrează numai prin presiune, fără şoc. Avantajele pe care le prezintă aceste utilaje în comparaţie cu ciocanele sunt:

• posibilitatea de a realiza forţe mari de deformare (400 … 500MN);• păstrarea constantă a forţei de deformare pe o lungime foarte mare a cursei de lucru;• posibilitatea reglării în limite largi a vitezei de lucru, prin reglarea debitului de lichid ce intră în

cilindrul principal;• posibilităţile de automatizare a proceselor tehnologice sunt foarte largi, aproape nelimitate. Din

această cauză, presele hidraulice de construcţie mai nouă sunt prevăzute cu manipulatoare şi comenzi sincronizate care le permit să lucreze după comenzi program stabilite în prealabil.

• Din punct de vedere constructiv şi funcţional presele hidraulice se împart în : prese verticale sau orizontale cu sau fără multiplicator şi prese cu destinaţie specială.

• Ca aplicabilitate, pot fi folosite pentru forjare, matriţare, extruziune, ambutisare etc.

Page 86: Deformarea plastica 1

Utilajele forjării şi matriţării – scheme de principiu

Utilajele forjării şi matriţării

BATIU

CIOCAN

Volant

Excentric

Manivela

Batiu

Ciocan

SemifabricatBatiu

Page 87: Deformarea plastica 1

Presă de forjare

Semifabricat

Nicovala

Berbec

Page 89: Deformarea plastica 1

Exemple de piese forjate

Piese forjate utilizate pentru echiparea autovehiculelor comerciale

Page 90: Deformarea plastica 1

Laminarea• Laminarea este metoda de prelucrare prin deformare plastică (la cald sau la rece) la

care materialul este obligat să treacă forţat printre doi cilindri de rotaţie. Utilajul de lucru se numeşte laminor, procesul de deformare laminare, iar produsul rezultat laminat. În prezent, prin laminare se obţine o gamă largă de produse, cu productivitate mare şi cheltuieli reduse de fabricaţie, ceea ce face ca laminarea să ocupe un loc de frunte faţă de celelalte procedee de deformare plastică cunoscute azi, ca trefilarea, extruziunea, forjare etc. Se apreciază că circa 75% din producţia mondială de oţel este supusă laminării.

• În urma procesului de laminare dimensiunile materialului se reduc în direcţia apăsării şi cresc în celelalte direcţii. Materialul laminat are o structură omogenă cu grăunţi alungiţi şi ordonaţi după direcţia de laminare. Laminarea se poate efectua între cilindri netezi în cazul produselor plate sau în canale inelare numite calibre practicate în corpul cilindrilor de lucru, în cazul profilelor.

Schema de principiu a procesului de laminare

LAMINOR

Page 92: Deformarea plastica 1

Modificarea structurii prin laminare

Laminare la cald

Lingou cu structură

neomogenă

Semifabricat forjat cu

grăunţi mari

Grăunţi deformaţi şi alungiţi

Nuclee ale noilor grăunţi

Noi grăunţi crescuţi

Recristalizare

completă

Semifabricat laminat cu

grăunţi mici şi uniformi

Modificarea structurii lingourilor turnate cu grăunţi mari şi neuniformi prin laminare la cald

Laminarea la cald reduce efectiv mărimea grăunţilor cristalini şi măreşte rezistenţa şi ductilitatea.

Page 93: Deformarea plastica 1

Laminarea

Laminor duo Laminor trio, două treceri succesive

Tren continuu de laminare, trecere simultană Faza finală de laminare

a unei bare pătrate şi a unui profil I

Comanda prin motoreductor

Trecerile succesive la laminarea profilelor cu secţiune pătrată

Comanda prin motoreductor Fusuri paliere

Cilindri de lucru

Cilindru de

sprijin

Cilindru de

sprijin

Mecanism hidraulic sau cu şurub

Cajă de lucru

Şocuri

Caja de laminare

Page 94: Deformarea plastica 1

Ligouri turnate continuu

BLUMURI

SLEBURI

ŢAGLE

Page 98: Deformarea plastica 1

SlabMillSectie de laminare a

sleburilor

Produse laminate :

-Semifabricate laminate:

-Blumuri; - sleburi; - tagle ; - brame.

-Produse finite laminate : profile T; U; I; L cu aripi egale sau neegale; profile rotunde, semirotunde, pătrate, profile speciale (bile, roţi, bandaje).

Page 99: Deformarea plastica 1

Defecte de laminare

Laminarea tablelor

Laminarea tablelor

Defecte de laminare :

a) ondularea marginilor; b) fisuri centrale; c) crestarea marginilor; d) exfolierea.

direcţia de laminare

Page 100: Deformarea plastica 1

Produse comerciale (produse laminate finite)

Profile din oţel laminat :

1şi 2 – cornier cu aripi egale; 3 – cornier cu aripi neegale; 4;5 şi 6 – profile I (şine); 7 şi 8 – profile U; 9 şi 10 – profile T; 11, … , 13 – profile speciale; 14 – oţel beton.

Page 101: Deformarea plastica 1

Extrudarea• Prin extrudare sau extruziune se înţelege operaţia de prelucrare prin deformare plastică

(la cald sau la rece) a metalelor şi aliajelor prin care piesele sau semifabricatele se obţin datorită curgerii forţate a materialului metalic printr-un orificiu de forma şi dimensiunile cerute.

• După sensul forţei şi al curgerii materialului, deosebim : extruziune directă, extruziune

indirectă, extruziune mixtă, extruziune laterală.

Variante posibile de extruziune a metalelor şi aliajelor : a – directă; b – indirectă; c – combinată : 1 – poanson; 2 – matriţă; 3 – piesa extrudată

3

P 12

P P11

22 33

a cb

Page 103: Deformarea plastica 1

• To produce tubing by extrusion, a mandrel must be fastened to the end of the extrusion ram

• The mandrel extends to the entrance of the extrusion die, and the clearance between the mandrel and the die wall determines the wall thickness of the extruded tube

• One method of extruding a tube is to use a hollow billet for the starting material

Extrusion of Tubing

Page 104: Deformarea plastica 1

ExtruziuneaSemifabricat

Presiunea

Matriţă

Matriţa de deformare

Schema de principiu a extruziunii directe

F – forţa de deformare; A0 – aria secţiunea transversale iniţiale ; Af – aria secţiunii transversale finale;

k – constantă de extruziune.

Constanta de extruziune k pentru diferite metale funcţie de temperatura de deformare.

Temperatura, 0F

Co

ns

tan

ta d

e e

xtr

uzi

un

e k

(1

03p

si)

Beriliu

Oţel inoxidabil

Molibden

Alamă

Oţel

CupruAluminiu

Temperatura, 0F

Temperatura, 0C

Forţa de extrudare

Page 105: Deformarea plastica 1

Construcţia matriţei de extrudare

Cilindru de calibrare

Cilindru de calibrare

a)

b)

- Pentru metale neferoase

- Pentru metale feroase (oţeluri)

Materialul Temperatura, 0C

Plumb 200-250

Aluminiu şi aliaje de aluminiu 375-475

Cupru şi aliaje de cupru 650-975

Oţeluri 875-1300

Aliaje refractare 975-2200

Temperaturile de extruziune pentru diferite metale

Page 106: Deformarea plastica 1

Construcţia matriţei de extrudare

Container interior

Semifabricat

Matriţă

Matriţa din spate

Produsul extrudat

Poansonul de presare

Bloc metalic interpus pentru deformare

Ilustrarea schematică a procesului de extruziune directă

Duritatea poansonului şi a blocului interpus : 60…65 HRC

Duritatea matriţei : 58…62 HRC.

Page 107: Deformarea plastica 1

Extrudarea

FilieraFiliera

Poanson

Matrita

Semifabricat

1-Sensul de deplasare a poansonului

2-Sensul de deplasare a materialului

Extruziune indirecta Extruziune directa

Extruziune indirectaExtruziune directa

1 – poanson; 2 – matrita; 3 – semifabricat; 4 – filiera; 5 – masa de sprijin; 6 – produsul extrudat.

Page 108: Deformarea plastica 1

Extruziunea prin şoc

Placă de reţinere

Poanson

Semifabricat

Matriţă

Piesa

Schema de principiu a extruziunii prin impact

Page 109: Deformarea plastica 1

Twist Extrusion based on Hydro-extrusion

• Allows one to achieve:

– high plasticity

– small contact friction

– high-speed deformation

(with the strain rate ~104 с-1)

• Main disadvantage:

– The necessity to condense the workpiece.

Page 110: Deformarea plastica 1

Twist Extrusion based on hydro-mechanical extrusion

• Advantage: does not have the problems of hydro-extrusion-based scheme.

• Metal plasticity is also high (due to the pressure of surrounding liquid)

• However, the value of the maximum deformation during one pass is limited by the fact that the workpiece can be deformed outside the matrix.

Page 111: Deformarea plastica 1

Semicontinuous hydrostatic Twist Extrusion-Drawing

•Allows one to obtain long-length products (e.g. wire)•Metal plasticity is lower than in previous schemes due to stretching strains of drawing.

P

Page 112: Deformarea plastica 1

Twist Extrusion based on Linear Continuous Extrusion

•Allows one to obtain long-length products

•Metal plasticity is high

•Deformation per pass is limited to a condition of friction

Page 113: Deformarea plastica 1

Piese extrudate

Piesa extrudata

Piesa prelucrata Piesa extrudata apoi prelucrata

Ebos extrudatPartea

prelucrata

Greutatea piesei extrudate : 43 g

Greutatea piesei finite : 33 g

Pierderile : 10 g

Greutatea semifabricatului : 132 gGreutatea piesei finite : 33 gPierderile : 99 g

Piesa extrudata

Profile din aluminiu extrudate

Page 114: Deformarea plastica 1

Piese extrudate

Piese extrudate : -Sârme, cabluri, tuburi, arcuri;- Racorduri;- Profile speciale.

Ţevi extrudate

Profile extrudate

Profile extrudate

Page 115: Deformarea plastica 1

Presă hidraulică pentru extrudare orizontală

SemifabricatPoanson Matrţa de deformare

Produsul extrudat

Masă de ghidare

Platou frontalMatriţăUmărColoanăPresiunea hidraulică

Cilindrii principali

Page 116: Deformarea plastica 1

Presă hidraulică de 50 MN pentru extrudare orizontală

Page 117: Deformarea plastica 1

Extruziunea- aplicabilitate

• Ca aplicabilitate, extruziunea metalelor se foloseşte în următoarele cazuri : • obţinerea de piese finite sau profile complicate care nu pot fi obţinute prin alte

procedee de deformare plastică;• pentru deformarea plastică prealabilă, în vederea măririi plasticităţii;• pentru obţinerea de piese finite sau semifabricate care pot fi obţinute şi prin

alte procedee, dar sunt obţinute mai economic prin procedeul extruziunii.• Procedeul extruziunii este indicat pentru metalele şi aliajele cu plasticitate

redusă, în stare turnată; pentru cele cu plasticitate ridicată, laminarea sau forjarea fiind mai economice.

• Principalele dezavantaje ale procedeului sunt:• durabilitate redusă a matriţelor;• neuniformitate mai mare a deformaţiilor decât în cazul laminării;• cantitate mai mare de deşeuri.• Utilajele folosite pentru extrudare sunt presele mecanice sau hidraulice.

Avantajele extruziunii la rece:- creşterea caracteristicilor mecanice;- toleranţe reduse ;- calitate mai bună a suprafeţelor ( rugozitate mică);- productivitate bună.

Page 118: Deformarea plastica 1

Defecte de extrudare

Matriţă

Semifabricat rigid

Produs

rigid

Explozie centrală

Zona de deformare

plastică

Fisurarea centrală în barele extrudate din oţel

Page 119: Deformarea plastica 1

Modelarea curgerii metalului în timpul extruziunii

Modele de curgere a metalului în matriţa de extrudare

Page 120: Deformarea plastica 1

L’Electrorefoulage :

Chauffage et déformation locale

Page 121: Deformarea plastica 1

Ambutisarea• Ambutisarea este procedeul tehnologic de prelucrare prin deformare plastică, prin care,

dintr-un semifabricat plan (tablă dreaptă) se obţine o piesă cavă cu sau fără modificarea grosimii materialului.

Schema ambutisării :1 – matriţa; 2 – poanson; 3 – inel de ambutisare; 4 – semifabricat; 5 – aruncător; 6 – piesa ambutisată.

1

2 3

4

5

6

P

Dintre procedeele moderne de ambutisare, amintim: ambutisarea prin explozie, ambutisarea electrohidraulică etc.

Page 123: Deformarea plastica 1
Page 124: Deformarea plastica 1

Figure 3-13: As the bend radius increases, the strain distribution becomes very sharp (F-2).

Source: AsP web

Déformation en pliage

Page 126: Deformarea plastica 1

Tragerea-trefilarea

Semifabricat (Ebos)

FilieraPoanson

Bara semifabricat

MatriţăProdusul tras (bară)

sau trefilat (sârmă)

F – forţa de tragere

Page 127: Deformarea plastica 1

Deformarea prin explozie

Materialul exploziv

Unda de şoc

Frontul detonaţiei

Unda de şoc recul a exploziei

Poziţia iniţială a interfeţei

Deplasarea suprafeţei Regiunea comprimată

Frontul şocului în metal

Scheme de principiu ale propagării undei de şoc şi deformării metalului prin explozie

Preocedee speciale

Page 128: Deformarea plastica 1

Preocedee speciale

Profilarea prin explozie a conductelor

Standoff Operation Explosive Forming Water Tank setup

Aplicaţie:

Panou pentru racheta Saturn

Încărcătura explozivă Canale de aerisire

Nisip

Semimatriţa inferioară Tub

Detonator

Exploziv

Nivelul apei

Semifabricat

Inel de fixare

Matriţă

Canal de

vacuum

Rezervor

metalic

Stand de ambutisare prin explozie

Page 129: Deformarea plastica 1

Exemple de piese formate prin explozie

Piesă din aliaj de titaniu (Ti6Al4V)

formată prin explozie

Piesă din aliaj de aluminiu formată prin explozie

Cilindru perforat

Filtru de combustibil pentru motor cu reacţie Diferite piese din aluminiu

Metoda veche

Metoda nouă

Page 130: Deformarea plastica 1

Matriţarea cu viteze mari de matriţare

1 2 34 5

p

Schema de principiu a instalaţiei de lucru cu viteze mari de deformare:1 – camera de compresie; 2 – berbec; 3 – cilindru de ghidare; 4 – semifabricat; 5 - nicovală

Viteza sculelor de lucru este mai mare de 10 m/s, ajungând la valori de 30 … 120 m/s, în cazul instalaţiilor mecano-pneumatice şi mai mari de 120 m/s în cazul folosirii substanţelor explozive brizante. Principalele metode de matriţare cu viteze mari de deformare sunt: matriţarea mecano-pneumatică şi matriţarea prin explozie.Principalele avantaje ale metodei sunt : - la o singură lovitură se obţin piese de formă complexă; - toleranţele realizate sunt de 0,025 … 0,125 mm, ceea ce elimină necesitatea unor prelucrări suplimentare; - pierderile de metal sunt minime; - costul matriţelor este mic; etc.

Page 131: Deformarea plastica 1

Rularea filetelor

Rolă staţionară

Rolă de filetare

Executarea filetelor între suprafeţe de rulare cu mişcare de translaţie alternativă

Page 132: Deformarea plastica 1

Figures 10.14 et 10.15, Schey

Méthodes de pliage

Page 133: Deformarea plastica 1

ŞTANŢAREA Stantarea este un procedeu tehnologic de prelucrare a materialelor prin taiere, la cald sau la rece, cu ajutorul unei scule neaschietoare de constructie complexa denumita stanta prevazuta cu cel putin doua taisuri asociate.Stanta este alcatuita, de obicei, din doua subansamble, din care unul fix, iar celalalt mobil, forta taietoare fiind furnizata de catre masina-unealta .Stantarea la rece cuprinde: operatii de taiere dupa un contur deschis (debitare) si operatii de taiere dupa contur inchis (decupare- perforare).

A. Debitarea semifabricatelor Prin aceasta operatie se pot obtine piese finite sau

semifabricate din benzi, platbande, bare, tevi sau diferite profiluri laminate. Utilajele mai 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.

Page 134: Deformarea plastica 1

B. 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

ŞTANŢAREA

Page 135: Deformarea plastica 1

Decuparea- este operatia de separare completa a materialului dupa un contur inchis cu ajutorul stantei.

Stanta de decupare cu actiune simpla este constituita din:

1-locasul in care se introduce banda; 2 – placi de ghidare; 3-placa de fixare; 4- matrita inferioara; 5- portmatrita inferioara; 6- placa inferioara; 7- poanson de decupare; 8-port poanson; 9- placa superioara; 10-coloane de ghidare.

ŞTANŢAREA

Ştanţă de decupare cu acţiune simplă

Page 136: Deformarea plastica 1

PERFORAREA

Ştanta de perforare si decupare cu actiune succesiva este constituita din: 1- matrita de decupare; 2- poanson de decupare; 3- matrita de perforare; 4- poanson

de perforare.

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

Page 137: Deformarea plastica 1

Decupare si perforare

Rezultatul operatiilor de decupare si perforare (fig.1.3) sunt: 1-piesa 2-deseu

Page 138: Deformarea plastica 1

Calitatea şi precizia pieselor ştanţate

Calitatea si precizia pieselor obtinute prin decupare-perforare depinde de urmatorii factori:

-valoarea si uniformitatea jocului dintre sculele stantei ( joc mic: fisurile de forfecare se propaga paralel in materialul semifabricatului, pe suprafata piesei apar stratificari de material; joc mare: are loc o inconvoiere a semifabricatului, piese obtinute au bavuri si margini neuniforme)

-starea muchiilor taietoare ale sculelor stantei-grosimea semifabricatelor si proprietatiile mecanice ale materialului

acestora-forma si dimensiunile pieselor stantate-deformatiile elastice ale materialului piselor-constructia stantei-constructia si starea presei.

Page 139: Deformarea plastica 1

Cost si aplicabilitate

Cos

tul u

nita

rNumărul de piese

Formare convenţională

Formare prin explozieCos

tul u

nita

r

Numărul de piese

Formare prin matriţare

Formare prin forjare

Page 140: Deformarea plastica 1

Tratamente termice aplicate pieselor deformate plastic

• Recoacerea de regenerare şi normalizarea – pentru corectarea structurilor de supraîncălzire

• Recoacerea de detensionare (T=550…6500C, t=1h/25 mm grosime);

• Îmbunătăţirea = călire + revenire înaltă

Tratamente termice aplicate sculelor de deformare plastică

Tratamente preliminare:

♥ Recoacere de îmbunătăţirea prelucrabilităţii prin aşchiere

♥ Normalizare + recoacere subcritică

♥ Recoacere de detensionare

Tratamente finale :

Călire + revenire (regimurile de încălzire-răcire se aleg în funcţie de tipul materialului de construcţie al sculei)

Tratamente termochimice :

☻Nitrurarea ; Cianizarea (carbonitrurarea) etc.