MATRIAREA

1. Definiie, Elemente generaleMatriarea constituie procedeul de prelucrare prin presiune a metalelor i aliajelor la care materialul se deformeaz simultan n ntreg volumul, iar curgerea acestuia este dirijat fiind condiionat de forma i dimensiunile cavitilor practicate n sculele de lucru.Intrucit sculele n care are loc deformarea plastic a materialului n timpul matririi se numesc matrie, uneori matriarea se mai numete i sub denumirea de forjare n matri.In comparaie cu forjarea liber, matriarea este un procedeu mult mai economic i mai progresiv, pretndu-se la mecanizri i automatizri, fapt pentru care n ultima vreme procentul de piese obinute prin matriare ocup un loc din ce n ce mai mare fa de cele care se execut prin forjare. Alegerea modului de obinere a unei piese prin forjare sau matriare este condiionat n primul rnd de numrul de piese. In cazul unicatelor i seriilor mici se prefer forjarea, iar n cazul seriilor mijlocii i mari matriarea.

In figura 1 se prezint variaia preului de cost n funcie de numrul pieselor din lot i de modul de execuie. Se poate observa c n domeniul I matriarea este mai costisitoare dect forjarea, iar n domeniile II i III, datorit amortizrii matrielor, forjarea devine mai costisitoare. Ridicarea brusc a preului de cost al matririi pentru cazul n care numrul de piese este n1, se datoreaz. cumulrii preului de recondiionare sau de nlocuire a matrielor. Numrul critic nc la care se face trecerea de Ia forjare la matriare sau invers, depinde aproape n exclusivitate deconfiguraia pieselor i de gradul de tehnicitate al uzinei.La alegerea, modului de execuie a pieselor, prin forjare sau prin matriare, n afar de mrimea seriei un rol hotrtor l are i mrimea piesei. Astfel, piesele mari care pot fi executate prin matriare se obin prin forjare indiferent de mrimea seriei i de preul de cost. Spre deosebire de aceste dou procedee distincte, n unele cazuri se mai ntlnete i forjarea mixt care const din combinarea forjrii i matririi n vederea obinerii acelorai piese. In acest caz matriarea se efectueaz parial adic numai pe o poriune a piesei unde configuraia este mai complex, iar restul piesei se execut prin forjare.

Fig. 1. Variaia preului de cost pentru pieseforjate sau matriate: 1 - piese matriate; 2 - piese forjate

2. Procedee tehnologice de matriareClasificarea procedeelor tehnolgice de matriare se bazeaz pe particularitile utilajului la care se realizeaz procesul i pe particularitile legate de curgerea mateialului n cavitile matrielorPrivind particularitile utilajului, procedeele tehnologice de matriare se mpart n: matriare la ciocane, la presele cu urub, la presele cu excentric, n maini de forjat orizontal, la presele hidraulice i la maini speciale.Fiecrei din aceste metode i corespunde un anumit tip de matrie care prezint particulariti impuse de cele ale utilajelor, fapt prezentat n figura 2.Fig. 2. Tipuri de matrie:a - matri pentru ciocane; b - matri pentu prese cu excentric;c - matri pentru prese cu urub; d - matrie pentru maini deforjat orizontal; e - matri nchis pentru presele hidraulice saucu urub; f - matri pentru presele hidraulice.1 - semimatri superioar; 2 - semimatri inferioar;3 - extractor; 4 - semimatri fix; 5 - semimatri mobil;6 - poanson; 7 - pies matriat.

Aa de exemplu, constructiv pot s posede caviti n toate corpurile, iar piesa matriat s fie rezultatul deformrii semifabricatului n ntreg ansamblul matriei. Alteori, cum este cazul pachetului de matrie pentru maini de forjat orizontal, ele pot s aib n componen un poanson care avnd rol de apsare determin deformarea materialului doar ntr-un singur corp de matri. O alt particularitate este i aceea c unele matrie mai poseda i extractoare care au funcia de eliminare a piesei matriate din cavitatea n care s-a format. De asemenea, pentru mrirea durabilitii, prile active ale matrielor sunt realizate din pastile care dup uzare se pot schimba fr a fi afectat ntregul bloc metalic. Planul care separ corpurile funcionale ale unei matrie se numete plan de separaie. Cnd se matrieaz cu un singur plan de separaie (matiarea la ciocan, la prese cu excentric sau cu friciune) deformarea metalului poate s aib loc ntr-un singur corp de matri sau n ambele.

Dac deformarea are loc ntr-o singur semimatri, matriarea se numete unilateral, iar cnd se produce n ambele semimatrie se numete bilateral. Matriarea cu dou plane de separaie este caracteristic deformrii la mainile de forjat orizontale sau la piesele hidraulice dotate cu instalaii speciale. In cazul preselor hidraulice se pot matria piese cu complexitate ridicat, n care caz prin intermediul adaptrii corespunztoare a instalaiilor suplimentare se stabilesc chiar mai multe planuri de separaie. Procedeul poart denumirea de matriare din mai multe direcii. Metoda de matriare care conduce la realizarea pieselor cu bavura se numete matriare deschis. Bavura reprezini plusul de material provenit de la semifabricatul iniial care n cazul matriMi deschise are un volum mai mare dect piesa matriat. Matriarea deschis (cu bavura) se aplic pieselor cu o configuraie mai complex. Pentru piese cu configuraie simpl, forma tehnologic a piesei matriate se poate obine fr bavura, caz n care metoda, poarta denumirea de matriare nchis sau matriare de precizie.

3. Proiectarea formei tehnologice a piesei matriate Forma tehnologici a piesei matriate se obine din forma funcional a piesei. Prin forma funcional se nelege piesa cu formele i dimensiunile n stare de funcionare, respectiv ca organ de main inclus n ansamblul utilajului din care face parte. Piesa funcional mai poart denumirea de pies finit. In majoritatea cazurilor, tehnologiile de obinere a pieselor matriate nu permit realizarea unor suprafee de calitate i a unor dimensiuni cuprinse n limite restrnse de tolerane aa cum sunt cerute pieselor finite. Din aceste motive, dup operaia de matriare i eventual, tratament termic preliminar, piesele matriate sunt n continuare supuse prelucrrii mecanice prin achiere. Astzi exist tot mai mult tendina executrii pieselor matriate cu o calitate superioar a suprafeelor i dimensiuni n tolerane restrnse care s le creeze condiii de funcionalitate ca organe de main. Asemenea piese matriate sunt denumite piese matriate de precizie. Cu toate acestea i piesele matriate precis se gupun de cele mai multe ori cel puin unor rectificri aplicate pe suprafeele funcionale. Pentru ca piesele finite s posede o calitate corespunztoare a suprafeelor funcionale i dimensiuni n limitele de toleran prescrise, dimensiunile nominale ale acestora vor fi mrite cu anumite valori. Surplusul de material prevzut la piesele matriate pe suprafeele funcionale ale piesei finite se numesc adaosuri. Adaosurile se mpart n adaosuri pentru prelucrri i adaosuri tehnologice.

Din punct de vedere economic nu ar raional s se prelucreze prin achiere toate categoriile de piese matriate sau toate feele lor.Adaosurile pentru prelucrri vor fi obligatorii doar pentru piesele la care se cere o precizie dimensional ridicat, calitate bun i neted a suprafeei, fapt ce se impune ndeosebi pentru piesele care ulterior vor fi supuse cementrii, nitrurrii sau cliri superficiale.Suprafeele pieselor realizate prin matriare la cald rezult ntotdeauna cu defecte, iar adaosurile de prelucrare dau posibilitatea nlturrii acestui neajuns. Defectele suprafeelor constau n oxizi imprimai, aspect zgrunuros, decarburri, etc.Aspectul zgrunuros al piesei matriate depinde n principal de metoda utilizat la nclzirea semifabricatului, metoda folosit pentru nlturarea oxizilor i de calitatea suprafeelor cavitilor din matri. Grosimea stratului decarburat este dependent de viteza de nclzire a semifabricatului i n mod deosebit de compoziia chimic a oelurilor. La piesele mici din oeluri trebuie s se ia n considerare c stratul decarburant este de aproximativ 0,3 mm cnd nclzirea semifabricatului s-a realizat ntr-un interval de timp de pn la 30 min.Dac ns nclzirea se realizeaz ntr-un interval de 1...2 ore, adncimea stratului decarburat poate ajunge pn la 1...2 mm.Un alt factor care influeneaz mrimea adaosurilor de prelucrare, este starea suprafeei piesei respectiv defectele de suprafa ale pieselor. Aceste defecte pot fi cauzate de suprapuneri, micro i macrocrpturi, goluri de aer sau gaze prinse ntre suprafeele pieselor i ale cavitilor din matrie, etc.Pentru a se asigura ndeprtarea prin prelucrrile mecanice ulterioare matririi a tuturor defectelor de suprafa ce ar putea s apar pe piesele matriate, adaosurile de prelucrare se stabilesc pe suprafeele pieselor finite care au indicate rugoziti mai mici dect Ra=12,5 m.

Toate adaosurile pentru prelucrare se stabilesc n funcie de compoziia chimic a oelului din care se executa piesa, de gradul de complexitate i de dimensiunile acesteia, valorile acestor adaosuri fiind precizate n standarde. Adaosurile tehnologice sunt acele adaosuri care conduc la modificarea configuraiei piesei finite. Modificarea configuraiei piesei decurge din faptul c o mare parte din piesele finite nu au fonne corespunztoare realizrii lor fidele prin matriare. Acest lucru impune ca n afara adaosurilor de prelucrare unele detalii s fie modificate cu adaosuri tehnologice care s conduc la obinerea pieselor fr dificultate. Printre adaosurile tehnologice se enumera: nclinrile de matriare, razele de racordare, modificrile grosimilor pereilor sau nervurilor n sensul mririi lor la dimensiuni ce nu pot fi obinute economic i de calitate, precum i umplerea unor detalii de pe piesa finit, detalii care au poziii ce nu pot fi realizate prin matriare sau au dimensiuni reduse care nu justific executarea lor economic. Modul de amplasare a diferitelor categorii de adaosuri n vederea obinerii formei tehnologice a piesei matriate este prezentat n figura 3.

Mrimea nclinrilor de matriare se stabilete n funcie de forma piesei, de amplasarea acestora (pe suprafee interioare sau exterioare) i de tipul utilajului pe care se realizeaz tehnologia de matriare i ea precizata in standarde.Pentru suprafeele interioare se recomand ca nclinrile de matriare s fie mai mari dect cele exterioare. De asemenea, pentru matriele dotate cu extractoare seimpun nclinri mai mici, iar pentru piesele matriate la maini de forjat orizontal nclinrile de matriare pot fi eliminate complet. nclinrile de matriare reprezint adaosuri tehnologice care mresc adaosurile minime pentru prelucrri mecanice prin achiere. Adaosul minim de nclinare este la marginea frontal a piesei i respectiv la muchiile acesteia.

Valorile nclinrilor de matriare influeneaz i curgerea materialului n cavitile matriei. Dac nclinrile sunt prea mari ( fig. 4. ) curgerea este frnat de valorile forelor normal N i de alunecare R ambele componente ale forei F de mpingere a materialului n cavitate. Frnarea curgerii materialului n cavitatea matriei se explic prin mrirea valoric a componentei normale (N=Fsin) i scderea corespunztoare a componentei tangeniale (R=Fcos) fapt care conduce la mrirea rezistenei la deformare a materialului i eventual la umplerea greoaie a cavitii.Razele de racordare se execut cu dou scopuri: s elimine muchiile ascuite care ar conduce la uzura prematur a cavitilor din matrie i s uureze curgerea materialului reducnd totodat i valorile forelor de mpingere sau de deformare a semifabricatului.

Ele sunt date n funcie de dimensiunile tronsoanelor pieselor la care se aplic. Este de remarcat faptul c razele de racordare pot s introduc adaosuri tehnologice suplimentare (fig.3). Acestea sunt cu att mai mari cu ct razele au valori mai ridicate. In ceea ce privete pereii subiri ai pieselor, precum i nervurile nguste i nalte, nu se recomand matriarea lor deoarece contactul dintre material i matri determin rcirea rapid n zonele respective. Acest fapt conduce la mrirea valorii rezistenei la deformare a materialului i la uzura prematur a matrielor. De asemenea, dac matriarea se execut la presele mecanice cu excentric sau cu friciune, mrirea valorii rezistenei la deformare a materialului determin i o solicitare suplimentar a utilajului fapt care poate conduce chiar Ia avarierea utilajului. Din motivele menionate, pereii i nervurile pieselor vor fi mrite la dimensiuni optime de matriare prevzndu-li-se adaosuri tehnologice. n figura 5 se prezint o diagram cu valorile optime ale grosimilor pereilor pieselor matriate i nervurilor ce pot fi matriate.Fig. 5. Grosimea minim a pereilor i nervurilor pieselor ce pot fi realizate prin matriare:a - diagram pentru determinarea valorilor, b - exemplu de piesa cu perei i nervuri

Cu ajutorul adaosurilor tehnologice este uneori necesar s se corecteze unele forme ale pieselor finite care au detalii ce nu pot fi realizate prin matriare. Printre acestea se enumera i gurile de dimensiuni mai mici de 30 mm, cavitile aflate n planuri perpendiculare pe direcia de matriare, etc. ( fig. 3. ). Acestea vor fi umplute cu material, urmnd ca ndeprtarea Iui s se fac la operaiile de prelucrare ulterioare prin achiere. O alt categorie de adaosuri tehnologice o reprezint puntiele gurilor cu diametrul mai mare de 30 mm. Ele sunt inevitabile n cazul matririi la ciocan sau la prese mecanice verticale. In funcie de diametrul gurilor puntiele se execut n trei variante ( fig. 6.): cu suprafa dreapt, nclinat i concav.Fig. 6. Tipuri de puntie: a - dreapt; b - cu nclinare spre axa piesei; c - concav

Grosimea a puntielor cu suprafa dreapt se calculeaz cu relaia:(1)Dac d - 1,25- R>26 mm se recomand utilizarea puntielor nclinate spre axa vertical a piesei ( fig. 6.b ). In acest caz grosimile maxim i minim a puntiei se determin n funcie de valoarea stabilit cu relaia:(2)iar diametrul d1al poriunii drepte: La matriarea pieselor scunde i cu diametrul mare al gurii (inele) care provin din inele forjate liber se recomand puntiele concave. Dimensionarea acestor puntie se face cu relaiile:(3)raza R2 rezultnd grafic. (fig. 6,c.)Puntiele se amplaseaz n planul de separaie al piesei matriate.Pentru proiectarea formei tehnologice a piesei matriate, un rol imprtant l joac poziia planului de separaie fa de care se stabilesc unele din adaosurile tehnologice, printre care fac parte n mod deosebit nclinrile de matriare.

Principiile care stau la baza poziionrii planului de separaie sunt:a)- pentru reducerea la minim a consumului de material determinat de nclinrile de matriare, planul de separaie se va amplasa pe ct posibil la jumtatea nlimii piesei;b)- la piesele simetrice n planurile orizontal i vertical, se va stabili un plan de separaie drept (fig. 7.); un asemenea plan conduce la utilizarea unor blocuri de matrie cu nlime minim:Fig. 7. Planuri de separaie drepte

c)- planurile de separaie curbe se stabilesc n urmtoarele cazuri: cnd piesele au simetrie redus n seciune longitudinal (fig. 8.a ) sau cnd se urmrete obinerea n pies a unui anumit fibraj (fig. 8.b).Fig. 8. Planuri de separaie curbeTrebuie avut n vedere c planurile de separaie curbe conduc n timpul deformrii materialului la presiuni mari pe pereii cavitilor. Aceste presiuni acioneaz uneori i n sensul dezaxrii semimatrielor dac nu se iau msuri suplimentare n acest sens.

4. Factorii care influeneaz precizia dimensional a pieselor matriate Obinerea dimensiunilor nominale ale pieselor matriate n limitele de tolerane admisibile depinde de: precizia dimensiunilor cavitilor matriei, nclzirea semifabricatului, schimbarea formei cavitilor n timpul matririi, deformarea matrielor pe parcursul procesului tehnologic, dimensiunile semifabricatelor iniiale, rigiditatea utilajelor. Precizia dimensiunilor cavitilor din matrie este determinat de complexitatea formei piesei matriate i de metoda tehnologic aplicat pentru realizarea cavitilor. Dimensiunile cavitilor din matrie se stabilesc innd seama de dilatarea materialului n condiiile deformrii plastice la cald. Valoarea mrit a fiecrei dimensiuni liniare a pieselor matriate aflate la temperatura de deformare se stabilete cu relaia:(4) n care: I1 - lungimea dimensiunii considerate la temperatura de matriare, n mm; I0 - lungimea dimensiunii considerate la 20C a - coeficient de dilatare termic liminar, n 1 /C; t- diferena de temperatur dintre temperatura de sfrit de matriare i temperatura mediului ambiant, n C.

Aplicnd relaia prezentat la toate dimensiunile piesei matriate, rezult cotele formei cavitilor n care se obin formele tehnologice finale a pieselor. Dac temperatura de sfrit de matriare nu este identic cu temperatura considerat n relaia de calcul a dimensiunilor cavitilor, nu se vor realiza n final dimensiunile nominale ale piesei matriate. De exemplu, prin terminarea matririi cu 100C mai sus, dimensiunile piesei n stare rece vor fi cu aproximativ 0,1% mai mici. Schimbarea dimensiunilor cavitilor n timpul procesului de deformare se datorete ndeosebi uzurii suprafeelor n zonele unde au loc dizlocri puternice ale materialului supus matririi. Acest fenomen are loc la muchiile care marcheaz trecerile Ia seciuni cu dimensiuni diferite, iar n cazul matririi deschise n zona planului de separaie, unde plusul de material este forat s curg n bavur. Rezult c uzura matrielor este cu att mai pronunat cu ct piesa matriat este mai complex ca form. Micorarea tendinei de uzare prematur a cavitilor i deci mrirea preciziei dimensionale a pieselor matriate se poate realiza prin adaptarea formei semifabricatului iniial la forma tehnologic a piesei matriate i prin utilizarea ungerii suprafeei cavitilor cu soluii de ulei i grafit sau ulei cu praf de sticl.

Matriele dimensionate i tratate termic necorespunztor pot suferi pe parcursul utilizrii lor avarii care pot conduce fie la crparea lor, fie la deformare. Consecina acestor neajunsuri este realizarea pieselor cu forme i dimensiuni necorespunztoare. Un alt factor important este tipul i respectiv rigiditatea utilajului la care se execut matriarea. La ciocane i la presele cu urub o importan mare o are modul n care cele dou pri care compun blocul matriei sunt coaxiale i respectiv cavitile din ele se suprapun formnd conturul fidel al negativului piesei. Acest lucru depinde de montajul semimatrielor. n special al semimatriei superioare. Obinerea prin matriare a unor piese cu rugozitate mic a suprafeelor se cere atunci cnd de pe suprafeele respective nu se nltur materialul prin achiere. Pentru aceasta dup matriare se execut operaia de calibrare la rece sau la cald. Pentru ca operaia de calbrare s decurg n condiii optime este necesar ca de pe semifabricatul iniial s fe ndeprtai oxizii formai n timpul nclzirii.

5. Matriarea la ciocane Dintre utilajele folosite la matriare, ciocanele constituie utilajul care se preteaz Ia matriarea pieselor de cele mai diferite i complexe configuraii (fig. 9.).Fig. 9. Tipuri de piese realizate prin matriare la ciocane:a - biel; b - zal; c - fuzet; d - ax cu came; e- arbore cotit; f - biel; g - furc; h crlig de tractate

n general la ciocane se matrieaz piesele care prezint schimbri mari ale seciunii transversale sau care sunt prevzute cu nervuri ce necesit caviti adnci. Dezavantajul matririi la ciocane l constituie ngreunarea operaiilor de mecanizare, productivitatea redus i consumul ridicat de material n adaosurile tehnologice. n ceea ce privete procedeul de matriare se menioneaz c la ciocane datorit lipsei extractoarelor se matrieaz mai mult cu bavur, iar fr bavur se matrieaz numai piesele cu configuraie simpl. Printre ciocanele care se utilizeaz pentru matriare se enumera: ciocanele obinuite (cu sabot), ciocanele fr sabot (cu contralovitur) i ciocanele rapide.

Piesele matriate se realizeaz fie direct n caviti finale din semifabricate laminate (fig.10), fie tot din semifabricate laminate care anterior matririi finale sunt supuse unor deformri prin care materialul se modeleaz treptat la forme apropiate de forma final a piesei matriate (fig. 11.). Deformarea prin care se realizeaz modelarea semifabricatului iniial se numete preforjare. Preforjarea semifabricatului se execut cnd piesele matriate au forme complexe (biele, fuzete, arbori cotii, etc). Se poate executa fie prin forjare liber n scule cu suprafee plan-paralele sau profilate, fie n caviti speciale executate n aceeai mati cu locaul final fie n matrie separate.Matria care n afara locaului final de matriare mai are i locauri n care se pregtete prin deformare semifabricatul n vederea matririi finale se numete matria cu locauri multiple (fig. 11.). Fig. 11. Matri cu locauri multiple:1-semifabricat laminat; 2-semifabricat ntins; 3-semifabricat profilat; 4-bieI ebo;5-biel cu bavur; 6-semimatri superioar; 7-semimatri inferioar; 8-loca de obinere acapului de prins ii clete; 9-loca de ntindere; 10-loca de profilare; 11-loca de eboare;12-loca finisor, 13-cuit de retezare a capului de prins n clete; 14-loca de prins n clete.

Formele semifabricatelor intermediare preforjate nu se aleg ntmpltor. Pentru stabilirea dimensiunilor acestora se pleac de la formele i dimensiunile piesei matriate i a semifabricatului iniial, apoi pe baza legilor deformrii plastice se precizeaz modul cum poate H dirijat curgerea materialului astfel nct semifabricatul iniial s fie profilat treptat ntr-o form ct mai apropiat de cea a piesei matriate.

5.1. Bavura i canalul de bavuraRolul bavurii la matriarea deschis este de a fora semifabricatul care se deformeaz s umple cavitile matriei i de a colecta plusul de material provenit din diferena dintre volumul semifabricatului iniial i cel al piesei matriate. De felul n care este conceput i dimensionat canalul de bavura depinde n foarte mare msur att umplerea cavitilor matriei cu materialul care se deformeaz ct i consumul de metal n deeuri (bavura), precum i modul de debavurare. Din aceast cauz n practic au fost concepute mai multe tipuri de canale de bavur, prezentate n figura 12.Fig. 12. Tipuri constructive ale canalului de bavura

Canalul de bavura artat n figura 12.a. reprezint cea mai corect form din punctul de vedere al curgerii materialului. In acest caz materialul este strangulat la ieirea din locaul de matriare pentru ca astfel s umple mai nti cavitile acestuia i numai dup aceea este lsat s curg liber n bavura. Pentru micorarea forelor de frecare exterioar pe care le ntmpin materialul la trecerea din matri n bavura ar fi necesar ca raza de rotunjire R pentru aceeai nlime ca h1 s fie ct mai mic. Micorarea, exagerat a razei R nu este posibil din cauza supranclzirii pragului sau proeminenelor canalului de bavura i deci a uzurii premature a acestuia. La rndul su canalul de bavura cu pragurile de strangulare uzate nu mai poate fora materialul s se deformeze s umple mai nti cavitile matriei i apoi s treac n bavura. Din aceast cauz construcia canalului de bavura conform figurii 12 .a. nu este utilizabil datorit uzurii rapide a pragurilor de strangulare.In scopul mririi rezistenei la uzur varianta din figura 12.a. poate fi nlocuit cu cea din figura 12.b. In cazul canalului de bavura din figura 12.b. cu ct limea pragului de strangulare b1 este mai mare cu att mai mare va fi i rezistena acestuia la uzur. Pe de alt parte pe msura creterii limii b1 crete i rezistena pe care materialul ce se deformeaz o ntmpin Ia trecerea din locaul de matriare n canalul de bavura. Avnd n vedere c pragul superior se gsete mai puin timp n contact cu materialul cald, adic se nclzete mai puin i prin urmare este supus unei uzuri mai reduse, rezult c limea b1 a acestui prag poate fi mai mic dect a pragului inferior b1 fapt ilustrat n figura 12.c. In acest fel se realizeaz o reducere a forelor de frecare ce se opun trecerii materialului din matri n bavura i o mrire a rezistenei la uzur a pragurilor de strangulare.

Variantele din figurile 12.b i 12.c. se ntlnesc frecvent n cazul matririi pieselor mari sau cu configuraii complexe, cnd sunt necesare bavuri mari. In comparaie cu restul variantelor, canalele de bavura executate dup variantele din figurile 12.b. i 12.c. reprezint canalele cele mai des ntlnite n practic, primul sub denumirea de canal cu dou praguri simetrice iar ai doilea de canal cu dou praguri nesimetrice. In cazul n care matriarea pieselor nu necesit bavuri mari, pentru simplificarea construciei matriei se poate utiliza varianta din figura 12.d. - numit canal cu un singur prag de strangulare. Amplasarea pragului n partea superioar determin o cretere a rezistenei la uzur a pragului prin eliminarea fenomenului de supranclzire a acestuia. Canalul unilateral-varianta n figura 12.e. - se folosete n cazul pieselor simple i scunde care pot fi matriate numai n cavitatea matriei interioare. Aceast variant prezint avantajul simplificrii construciei matriei, n schimb, operaia de debavurare se execut mai greu i uneori piesele debavurate necesit o operaie suplimentar de polizare. Varianta din figura 12.f. numit i canal cu dou strangulri se utilizeaz n cazul cnd este necesar s fie matriate piese cu configuraia foarte complex, la care umplerea cavitilor matriei este ngreunat. n acest caz, pentru a fora umplerea cavitilor locaului de matriare este necesar a se frna, mai mult dect n mod obinuit, curgerea materialului n bavur.

Frnarea trecerii n bavur a metalului ce se deformeaz se realizeaz n dou faze. Faza ntia se realizeaz de ctre primul prag n momentul n care semimatriele sunt mult distanate una de alta, iar faza a doua se realizeaz n momentul n care semimatriele s-au apropiat ntre ele, iar metalul trece peste pragul doi. De obicei, pragul al doilea nu se execut pe tot perimetrul piesei n planul de separaie, ci numai n poriunile n care materialul are tendina de a iei n bavur nainte de a umple cavitile matriei. Indiferent de varianta constructiv adoptat pentru canalul de bavur, n timpul deformrii plastice, va avea Ioc o frnare a curgerii materialului n bavur ca o consecin a rezistenei mari pe care o opune pragul de strangulare. Pentru ca materialul s umple toat cavitatea final, n vederea reproducerii fidele a formei piesei matriate, rezistena la curgere a materialului creat n zona pragului de strangulare trebuie s fie mai mare n prima faz a deformrii semifabricatului dect rezistena la curgere n interiorul cavitii finale. Se creeaz astfel condiiile ca n faza n care s-a umplut cavitatea locaului de matriare, surplusul de material s fie evacuat n cavitatea canalului de bavur.

Valoarea rezistenei la deformare n canalul de bavur se determin n funcie de elementele geometrice h1 i b1 ale pragului de strangulare. Pentru demonstraie se consider elementul volumului de material cuprins ntr-un moment al deformrii n zona pragului de strangulare cu elementele geometrice reprezentate n figura 13. Cazul se refer la un canal de bavur de form circular. Scriind ecuaia de proiecie a forelor pe direcie orizontal n situaia echilibrrii elementului de volum rezult:n care 1, 2, 3 sunt tensiunile care acioneaz din cele trei direcii asupra elementului de volum considerat.(5)

Fig. 13. Schem pentru stabilirea a rezistenei la deformare a materialului n zona pragului de trangulare al canalului de bavur

ntruct n plan orizontal deformaia este simetric, iar unghiul a este foarte mic se pot face urmtoarele ipoteze simplificatoare:2 = 3i nlocuind ipotezele (6) n relaia (5) i desfcnd parantezele rezult:Efectund reducerile de termeni asemenea i neglijnd termenul care conine produsul infiniilor mici se obine:(8)(6)Asimilnd tensiunea 1 cu rezistena la curgere a materialului Rc i separnd d2 relaia (8) se poate scrie sub forma:(9)Prin integrare relaia (9) devine:(10)

Valoarea constantei de integrare C din relaia (10) se determin pe baza condiiilor la limita pentru care la:x = b1rezult2 = 0 (11)nlocuind relaiile (11) n (10) rezult:(12)Prin nlocuirea constantei de integrare C conform relaiei (12) n relaia (10)expresia final a tensiunii 2 echivalent cu rezistena la deformare a materialului n zona pragului de trangulare Rd va fi:(13)Din relaia (13) se observ cu uurin c rezistena la deformare este nul ( Rd = 0 ) cnd x = b1 adic la trecerea din zona pragului de trangulare n cavitatea de colectare a bavurii. Dac ns x = 0, adic la trecerea din locaul de matriare n zona pragului de trangulare, rezistena la deformare Rd va avea valoare maxim conform relaiei:(14)

Din relaia (14) se remarc faptul c rezistena la deformare Rd este cu att mai mare cu ct nlimea h1 a pragului de strangulare este mai mic i cu ct limea acestuia b1 este mai mare. Volumul bavurii se calculeaz innd seama pe de o parte de rolul acesteia n procesul matririi, iar pe de alt parte de faptul c bavura nu reprezint altceva dect un consum suplimentar de material sub form de deeuri. Din aceast cauz este necesar ca volumul bavurii s fie dimensionat la valori minime care s asigure la momentul oportun oprirea curgerii materialului n afara i s-l foreze s ia forma dat de cavitile locaului de matriare. Volumul minim necesar bavurii se determin n funcie de poziia planului de separaie i de configuraia piesei matriate i a semifabricatului. Volumul real al bavurii este ntotdeauna mai mare dect volumul minim, fiind condiionat de: a) diferena, de greutate sau de volum Vi a semifabricatelor datorit toleranelor de laminare i a celor de tiere (debitare). In cazul semifabricatelor cilindrice aceast diferen se determin cu relaia:(15)unde d i l reprezint diametrul i lungimea semifabricatului cu toleranele pozitive i negative;

uzura abraziv a matriei V2, uzur care n general variaz ntre 3 i 5% din volumul piesei;neuniformitatea bavurii V3, neuniformitate care se datoreaz neconcordanei dintre configuraia piesei matriate i cea a semifabricatului, nclzirii neuniforme, aezrii dezaxate a semifabricatului n locaul de matriare, etc.Din cele artate rezult c volumul real fiind mai mare este dat de relaia:Vr = Vmin + V1 + V2 + V3 = Vb (16)Vb= K.Sb.Pb (17)Volumul bavurii Vb se calculeaz cu relaia:n care:K este coeficientul de umplere a canalului de bavur. Valoarea acestui coeficient variaz ntre 0,6 si 0,8 fiind cu att mai mare cu ct piesa are o configuraie mai complex.Sb - suprafaa transversal a canalului de bavur i este dat de valorile limii i nlimii canalului de bavur.Pb - perimetrul mediu al canalului de bavur care se determin dup aceleai reguli ca i centrul de greutate al figurii respective.

Admind c dimensiunile canalului de bavur sunt cele indicate n figura 13, distana xG de la centrul de greutate la un punct oarecare 0, adic distana de la linia perimetrului mediu la punctul 0 va fi dat de relaia:n care: S1 i S2 reprezint suprafeele pragului de trangulare i respectiv ale canalului colector ale canalului de bavur, x1 i x2 distanele de Ia punctul 0 la centrul de greutate al suprafeei S1, respectiv S2. Tinnd seama de notaiile din figura 14 relaia (18) se mai poate scrie:(18)(19)

Fig. 14. Elementele dimensionale ale canalului de bavur n vederea stabilirii centrului de greutate

Perimetrul mediu al canalului de bavur se determin inndu-se seama de faptul c acesta nconjoar cavitatea final. Spre exemplu, n cazul pieselor circulare de raz R valoarea perimetrului mediu va fi:Stabilirea dimensiunilor canalului de bavur se face innd seama de rolul pe care l are bavur n procesul de matriare. Din acesteconsiderente dimensiunile b1 i h1 adic dimensiunile pragului de strangulare trebuiesc calculate n aa fel nct s asigure mpiedicarea curgerii materialului n bavur atta timp ct cavitile matriei nu s-au umplut. Dimensiunile b2 i h2 trebuie s asigure curgerea liber a materialului din bavur ncepnd din momentul n care acesta a trecut pragul de strangulare i s preia n ntregime plusul de material din semifabricatul respectiv.nlimea h1 a pragului de strangulare se modific pe parcursul deformrii, variind de la valori mari (la nceputul matririi) la valori mici spre sfritul acesteia. Valoarea nlimii h1 a pragului de strangulare corespunztoare finalului deformrii se poate determina cu relaia:(19)h1= 0,015Sp [mm] (20)n care: Sp reprezint suprafaa piesei matriate n planul de separaie, n mm2.

Limea b1 a pragului de strangulare se alege in funcie de complexitatea piesei i modul de deformare a semifabricatului n cavitatea final. Limea b1 trebuie s fie cu att mai mare cu ct piesa are o form mai complex deoarece curgerea materialului n cavitate se realizeaz mai greu.Cnd semifabricatul se deformeaz prin refulare (fig. 15.a.) materialul curge in cavitate prin dislocare radial, umplnd mai nti ntregul loca i numai dup aceea surplusul iese in canalul de bavur. Acest fapt necesit praguri cu dimensiunea b1 redus.Dac deformarea se realizeaz cu lire (fig. 15.b.) materialul are n aceeai msur tendina s umple att cavitatea ct si canalul de bavur. Se impune deci utilizarea unor praguri cu lime b1 mai mare dect n primul caz. n cazul pieselor mai complexe, semifabricatele sunt uneori deformate i prin mpingerea lor (fig. 15.c.) n zone cu adncimi mai mari. Fig. 15. Moduri de curgere a materialului la matriarea deschis:a - prin refulare, b - prin lire, c - prin refulare i mpingere

Pentru umplerea acestor zone, rezistena la deformare Rd n pragul de trangulare a canalului de bavur trebuie s fie mai mare. Se impune deci utilizarea unor praguri cu limea b1 mai mare. Creterea rezistenei la deformare n canalul de bavur este favorizat i de rcirea mai intens a materialului n zona pragului, fa de restul masei semifabricatului din cavitate. Dup cum rezult din cele artate mai sus, dimensiunile canalului de bavur au un rol hotrtor in realizarea unor curgeri corespunztoare a materialului n cavitatea final. In afar de aceasta, materialul cuprins ntre suprafeele pragului de trangulare al canalului de bavur atenueaz i eventualele lovituri ntre suprafeele libere din imediata apropiere a cavitilor din semimatrie. Pentru simplificarea calculelor, in practic se determin numai valoarea nlimii h1 a pragului de trangulare conform relaiei (21) iar restul dimensiunilor canalului de bavur se adopt n funcie de aceast valoare i de felul deformrii plastice (prin refulare, refulare i mpingere, mpingere). Acest mod de lucru, dei prezint avantajul simplificrii calculelor prezint ns dezavantajul c nu ine seama de configuraia piesei att n planul de separaie, cit i n cavitile matriei. Din aceast cauz volumul i dimensiunile canalului de bavur i ale bavurii propriu-zise obinute prin calcul trebuiesc verificate i corectate, dac este cazul prin matririle de prob executate cu ocazia omologrii primului lot de piese matriate. n cazul pieselor lungi si cu configuraia complex canalul de bavur poate fi executat cu dimensiuni neuniforme, adic cu volume diferite de-a lungul perimetrului piesei n planul de separaie. n acest caz in poriunile cu seciune transversal variabil, adic n locurile in care deformarea este mai pronunat si mai ales n poriunile n care matriarea se produce prin mpingere, materialul fiind obligat s urce, canalul de bavur trebuie s fie mai mare dect n poriunile cu seciune transversal uniform n care deformarea plastic se produce prin refulare.