ÎNTRODUCERE

Structura modernă a producției de semifabricate matrițate și forjate în construcția de mașini: semifabricate forjate – 16%, semifabricate laminate – 14%, semifabricate matrițate – 70%. Schimbarea matrițării prin metode progresive de matrițare, valțuire astfel se tinde spre ceea de a apropia forma și dimensiunile semifabricatului de conturul piesei finite, în așa mod economisinduse material în baza micșorării deșeurilor care se transformă în așchii în procesul tehnologic de prelucrare mecanică. Astfel este micșorat și parcul de mașini unelte, se micșorează cheltuielile energetice. Înafară de cele menționate mai sus trebuie de ținut cont față de faptul că în procesul tehnologic de deformare, materialul care se prelucrează suferă modificări exterioare (de contur) și interioare (de structură) care duc la ridicarea durității (rigidității) în comparație cu piesele prelucrate mecanic sau semifabricate turnate prin diferite procedee.

1. Etapele principale de proiectare a procesului tehnologic de matrițare/forjare volumică la cald

Etapele principale de proiectare a procesului tehnologic sînt:1. Analiza tehnologică a construcției semifabricatului;2. Alegerea utilajului și a procedeului de obținere a semifabricatului;3. Elaborarea fazelor tehnologice de matrițare;4. Alegerea metodei de încălzire, regimul termic de matrițare și modul de răcire a

semifabricatului;5. Elaborarea desenului semifabricatului;6. Construcția profilurilor matrițelor de lucru pentru obținerea semifabricatului;7. Calculul dimensiunilor și masei semifabricatului inițial;8. Elaborarea indicațiilor de finisare a operațiilor (tratarea termică, curățarea, metode de

control a semifabricatelui);9. Evaluarea indicatorilor tehnico-economici a procesului tehnologic de obținere a

semifabricatului;10. Elaborarea traseului tehnologic de obținere a semifabricatului;

1.1. Analiza tehnologică a construcției semifabricatelor matrițateForma semifabricatelui matrițat se determină după configurația piesei și procedeul de

obținere ales. După configurație toate elementele semifabricatelui trebuie să posede forme geometrice simple care să se combine lin între ele prin intermediul racordărilor sau a adăugărilor de metal. Forma rațional economică se alege luînd în calcul următoarele recomandări [1,2]:

amplasarea rațională a nervurilor, bosajelor și a altor elemente pe o singură parte (partea de jos/sus);

trebuie de evitat trecirile evidențiate (ascuțite) pe secțiunea piesei (aria secțiunii transversale pe lungime nu trebuie să se schimbe mai mult de 3 ori);

grosimea peretelui matrițat nu trebuie să fie proiectat foarte mic, pentru a fi înlăturată răcirea rapidă a semifabricatului, ceea ce duce la micșorarea rezistenței matriței;

Diversitatea procedeelor de obținere a semifabricatelor și combinațiilor acestora duce la faptul, că alegerea procedeului de obținere a semifabricatului devineo problemă tehnico-economică complicată.

Soluționările adoptate în ceea ce privește metodele de obținere a semifabricatelor se realizează în două etape. La început, din toată gama de procedee se aleg acele procedee, care permit să se asigure în mod tehnic obținerea semifabricatelor. Apoi, din cele selectate se alege procedeul optim optim ținînd cont de considerații de ordin economic.

Unul din factorii principali care influiențează alegerea procedeului de obținere a semifabricatelui este caracterul producției. Pentru producțiile de serie mică și individuală este caracteristică folosirea produselor laminate la cald și a pieselor obținute prin forjare. Acest lucru provoacă adaosuri suplimentare mari, un volum considerabil de prelucrări mecanice ulterioare și mărirea volumului de muncă.

În condițiile producției de serie mare și în masă sînt rentabile matrițarea volumică la cald și la rece. Adaosurile pentru prelucrare mecanică sînt cu mult mai mici (în mediu cu 25 ... 30 % relativ la masa semifabricatului), volumul de muncă pentru producerea pieselor este mai mic.

Alt factor principal, care influiențează alegerea procedeului de fabricare a semifabricatului este materialul și cerințele impuse față de calitatea piesei. Materialele treuie să asigure proprietăți constructive și de exploatare necesare piesei și să prezinte rezerva necesară de anumite proprietăți tehnologice – capacitatea de a se supune matrițării, prelucrabilitatea. Destul de drastice sînt cerințele de palasticitate tehnologică imusă materialului care este caracteristic pentru prelucrările la rece.

Al treilea factor principal îl reprezintă dimensiunile, masa și configurația piesei. Din punc de vedere tehnic nu este posibel de obținut semifabricate matrițate volumic la cald cu o greutate mai mare de 1000 kg.

La analiza tehnologicității construcției semifabricatului matrițat trebuie de verificat posibilitatea modificării construcției piesei sau a elementelor sale cu scopul de a simplifica construcția. Este necesar de verificat posibilitatea obținerii semifabricatului matrițat în matrițe închise în schimbul matrițelor deschise sau de transferat matrițarea pe ciocane sau forjare liberă.

Pentru micșorarea consumului de metal și simplificarea construcției matriței cîteodată este rațional de împărțit piesa în două sau mai multe forme simple de matrițare separată cu îmbinarea ulterioară prin sudare. Pentru semifabricatele mici este mai convenabil de matrițat două sau mai multe semifabricate într-o matriță de forjare cu tăierea lor ulterioară.

Cu scopul de a micșora costul echipamentului tehnologic este necesar de a tinde spre unificarea diferitor semifabriacte pentru diferite piese, utilizarea matrițelor de forjare în grup.

1.2. Alegerea utilajului de matrițare și a procedeului de matrițareLa matrițarea volumică formarea semifabricatului are loc în suprafața sculei (matriței). În

dependență de tipul matriței se desebește: forjarea în matrițe deschise, închise fig. 1 și în matrițe de extrudare fig. 2. Utilizarea cu perspectivă a matrițării prin extrudare în matrițe separate fig. 3.

În calitate de utilaj de matrițare se utilizează ciocane de matrițare acționate pneumatic, matrițarea pe prese hidraulice, matrițare pe prese cu manivelă pentru matrițare(PMMC), mașini orizontale de forjat (MFO), matrițarea pe prese cu șurub de fricțiune, matrițarea pe cilindri de forjare, etc.

În dependență de procedeul utilizat la matrițare, configurarea și dimensiunile semifabricatului forjat în fiecare caz va fi diferit (vezi fig. 1).

Figura 1. Scheme de forjare în matrițe.

a) pe ciocane în matrițe deschise; b) pe ciocane în matrițe închise; c) pe prese în matrițe deschise; d) pe prese în matrițe închise.

1.semifabricat prealabil; 2. semifabricat; 3. extractor.

a) b)

c) d)

La alegerea utilajului și procedeului de matrițare se conduce de configurația piesei și sinecostul procesului tehnologic. Fiecare tip de utilaj și procedeu de matrițare are avantajul și

dezavantajul său. În condițiile producerii de unicate și serie mică cel mai avantajos din punct de vedere economic este matrițare ape ciocane pneumatice în matrițe închise sau deschise. Alegerea tipului de producere la forjare – matrițare este indicată în tebelul 1.

Tabelul 1. Alegerea tipului de producere la forjare și matrițare.

Tipul produceriiVolumul anual de producere a semifabricatelor, buc/an Numărul tipurilor

de semifabricate, buc

Mici(pînp 1 kg)

Mijlocii(1 ... 10 kg)

Grele(10 ... 100 kg)

Unicate și serii mici

mai puțin50 000

mai puțin10 000

mai puțin2000

13și mai mult

De serie 50000 – 500000 10000 – 100000 2000 – 10000 6 ... 12De serie mare și masă

mai mult500 000

mai mult100 000

mai mult10 000

1 ... 5

Modificarea precisă a formei și dimensiunilor semifabricatului inițial se asigură în funcție de volumul producției și de felul materialului inițial, folosind una din următoarele scheme tehnologice: forjarea liberă, matrițarea volumică, producție specială de piese forjate, ștanțarea, matrițarea materialului granulat.

Figura 2. Schema de matrițare în matrițe de exdrudare a) directă; b) inversată.

1.punason; 2. matriță; 3. semifabricat; 4. extractor.

a) b)

Figura 2. Scheme de extrudare prin matrițare în matrițe separate: a) transversal; b) logitudional; c) în tăietură.

a) b) c)

Forjarea liberă (fig) se realizează cu ajutorul unui utilaj universal (ciocane, prese) folosind unelte universale simple (capete – ciocane, topoare, poansoane de perforat, etc.) ceea ce asigură elasticitatea tehnologiei. Este rentabilă în condițiile producției individuale sau serii mici, la producția de serie nu este eficace din cauză că metalul este folosit irațional și anume adaosuri suplimentare și adaosuri de prelucare mari cu o productivitate a muncii scăzute.

Utilizarea uneltelor spaciale (matrițelor) asigură micșorarea adaosurilor pentru prelucrarea mecanică, astfel se ridică și productivitatea muncii.

Matrițarea volumică se realizează în matrițe deschise și închise (fig). Folosirea matriței este eficace în producția de serie și serie de masă.

În producția de masă este îndreptățită utilizarea unui utilaj special (fig.). De exemplu este indicată utilizarea mașinilor rotative d forjat, mașinilor de vălțuit, mașinilor pentru laminarea oblică transversală, instalațiilor pentru prelucrarea dinților.

1.3. Materialele utilizate la prelucrarea prin deformare plastică la caldPentru obținerea semifabricatelor deformate la cald sînt utilizate diferite materiale: carburi

metalice, oțeluri aliate, oțeluri înalt aliate, aliaje cu rezistență la temperaturi înalte, aliaje pe bază de aluminiu, cupru magneziu, titan, nichel, etc. Componența chimică a materialelor deformabileprincipale și a aliajelor lor sînt arătate în următoarele GOST-uri:

GOST 4784-74 – aluminiul și aliaje de aluminiu, mărcile;GOST 14957-76 – aliaje din magneziu deformabile, mărcile;GOST 18175-78 – bonza fără staniu, prelucrabilă prin deformare plastică, mărcile;GOST 5017-74 – bronza cu staniu, prelucrabilă prin deformare plastică, mărcile;GOST 19807- 74 – titanul și aliajele din titan, prelucrabile prin deformare plastică, mărcile;GOST 15527-70 – aliajele de cupru zinc (alamă), prelucrabile prin deformare plastică,

mărcile;GOST 492-73 – nicchelul și aliajele din nichek, prelucrabile prin deformare plastică,

mărcile;GOST 5632-72 – oțelul înalt aliat și aliajele rezistente la coroziune, temperatură,

prelucrabile prin deformare plastică, mărcile și cerințele tehnice;GOST 380-71 – oțel carbon cu destinație generală, mărcile și cerințele tehnice;GOST 1050-85 – oțel carbon de caliate și de construcție, mărcile și cerințele tehnice;GOST 4543-71 – oțel aliat de constricții, cerințele tehnice;La alegerea procesului tehnologic de prelucrare sub presiune trebuie de dus cont de

proprietățile tehnologice a aliajelor. Cu cît este mai mică plasticitatea materialului cu atît aste mai complicat de obținut un semifabricat de caliatate și totodată cu atît este mai complicat procesul tehnologic de obținere a semifabricatului și desigur și un sinecost mai mare a piesei.

Tabelul 00000. Domeniile de utilizare a materialelor deformabile.

1.4. Procedee de obținere a semifabricatelor prelucrate prin deformare plastică la caldSemifabricate forjate și matrițate se doesebesc prin proprietăți mecaniceînalte ceea ce le

asigură o rezistență și o durată mai mare de exploatare, de aceea prin această metodă sînt fabricate semifabricate de importanță care funcționează în condiții grele. La prelucrarea prin deformare plastică sînt supuse numai materialele care au o rezistență necesară de plasticitate, care asigură deformarea fără a fi detereorată compactitatea (omogenitatea) materialului.

Plasticitatea este influiențată de un șir de factori: componența chimică a materialului; temperatura; viteza de deformare; forma focarului de deformare.

Se deosebesc două posibilități de obținerea a semifabricatelor prin deformare plastică și anume deformare plastică la rece și deformare palstică la cald.

Deformarea plastică la cald își desfășoară procesul prelucrare la așa temperaturi și viteze de deformare atunci cînd în material are lor decurgerea simultană a două procese și anume: ecruisarea și recristalizarea (durificarea și reducerea durității) cu toate că viteza de reducere a durității este egală sau mai mare decît viteza de durificare. Formarea liniilor de curgere în macrostructură la deformarea plastică la cald este un fenomen binevenit, îndeosebi pentru fabricarea pieselor de

importanță (platouri de turbine, arbori, rotoare, etc.), procedee pentru fabricarea semifabricatelor unicate.