Tehnologia Materialelor

CAPITOLUL 1

NOTIUNI INTRODUCTIVE

1.1.Tehnologia - definiii

Definiia 1. Tehnologie = tiina care se ocup cu studiul, elaborarea i determinarea proceselor, metodelor i procedeelor de prelucrare a materialelor.

Ca tiin tehnologia s-a dezvoltat pe baza i n strns legatur cu alte tiinte i discipline: matematica, fizica, chimia, electrotehnica, mecanica, metalurgia, studiul materialelor, etc.

In funcie de materialul care se prelucreaz, se deosebesc diverse tehnologii cum ar fi:

- tehnologia elaborrii metalelor;

- tehnologia construciilor de maini;

- tehnologia produselor alimentare, etc.

Definiia 2 . Tehnologie = ansamblu de procese, metode, procedee, reguli, operaii, faze care se desfoar n scopul obinerii (fabricrii) unui anumit produs (pies, organ de main, subansamblu, etc.).

Tehnologia fabricrii produselor impune n mod obligatoriu executarea operaiilor ntr-o succesiune bine determinat i prestabilit. Prin aceasta, pn la transformarea n produse finite, materiile prime, materialele i semifabricatele trec printr-o serie de schimbri ale formei i dimensiunilor, ale compoziiei chimice i proprietilor fizico-mecanice, ale aspectului exterior, al poziiilor reciproce , ale structurii.

Definiia 3. Tehnologia se refer la aplicarea practic a cunoaterii prin intermediul tehnicilor utilizate n activitile productive (ca ansamblu de instrumente, metode i norme).

Tehnologia este o tiin care studiaz transformrile la care este supus substana n procesele tehnologice de lucru i le aplic n vederea obinerii produselor.

Tehnologia este o tiin tehnic aplicativ, deoarece urmrete un scop practic nemijlocit.

Tehnologia utilizeaz legile fizicii, chimiei, ale altor tiine i legi proprii.

Tehnologia are trei dimensiuni:

1- material = care se refer la ansamblul uneltelor, instalaiilor, mainilor, sculelor i dispozitivelor utilizate n activitatea productiv;

2- normativ = care cuprinde normele de utilizare a dimensiuii materiale i reelele de organizare asociate unei tehnologii;

3- social = reprezentat de suma de abiliti i comportamente individuale i colective, ca i de normele sociale generate de utilizarea unei anumite tehnologii;

Din punct de vedere al fenomenelor tiinifice care stau la baza principiului fizic al metodei tehnologice, tehnologiile se mpart n dou mari categorii:

1. tehnologii clasice ( convenionale );

2. tehnologii neconvenionale;

Tehnologii neconvenionale sau electrotehnologiile s-au dezvoltat rapid n ultimele dou decenii ca urmare a unor cerine ale industriei i tehnicii. Dezvoltarea i rspndirea lor se datoreaz i apariiei unor noi materiale foarte greu sau imposibil de prelucrat folosind tehnologiile clasice. De asemeni exploatarea spaiului cosmic i cursa narmrilor au constituit factorii motori ai apariiei i rspndirii tehnologiilor neconvenionale.

Marea majoritate a procedeelor i metodelor de prelucrare neconvenional au la baz, transformarea energiei electrice ntr-o alt form: energie caloric, luminoas, mecanic. Aceast nou form de energie este utilizat apoi pentru prelucrarea materialelor.

Procedeele tehnologice clasice nu pot fi nlocuite prin cele neconvenionale. Dimpotriv, electrotehnologiile sunt o completare a tehnologiilor clasice, care rmn cu ponderea cea mai mare n construcia de maini.

Asimilarea de ctre industrie de noi metode de prelucrare este legat direct de preul de cost, productivitatea i timpul de amortizare al investiiei.

Prin automatizare, robotizare i computerizare o tehnologie clasic nu poate trece n sfera neconvenionalului, deoarece principiile fizice care stau la baza metodei tehnologice respective rmn aceleai.

Toate aceste considerente, mpreun cu cele economice care joac un rol decisiv, fac ca importana i dimensiunile tehnologiilor clasice s rmn netirbite. De aici deriv i spaiul considerabil pe care-l vom aloca studiului tehnologiilor clasice ( de exemplu Japonia avea n 1980 10% maini pentru prelucrri neconvenionale).

Bunurile materiale obinute sau create n urma unor procedee de munca se numesc produse.

Obinerea sau crearea produselor este rezultatul desfurrii unui proces de producie.

Proces de producie = proces tehnico-economic complex care cuprinde ntreaga activitate desfurat pentru realizarea produselor.

Dup obiectul asupra cruia se exercit, procesele de producie pot cuprinde :

1. Procese de baz, care realizeaz fabricarea sau repararea produselor prin tehnologii de lucru i tehnologii de control;

2. Procese de pregtire, (proiectare, organizare);

3. Procese anexe, completare a celor de baz;

4. Livrare i comercializare

Activitate de conducere - luarea deciziilor

Proces de pregtire

Proces de baz

procese de producie

fabricaie

reparaie

procese de control

Procese anexe

Livrare

Structura

Proces de producie

Procesele de producie se pot clasifica n :

- procese de extractie;

- procese tehnologice de fabricaie;

Pornind de la materiile prime, prin procesele tehnologice de fabricaie se pot realiza:

-materiale de fabricaie (produse neprelucrate n piese);

- materiale semifabricate (materiale folosite pentru fabricarea unor piese);

- piese (produsul finit rezultat din procesul tehnologic)

ansamblu (totalitatea pieselor montate care alctuiesc un sistem tehnic);

Produsul finit rezultat n urma derulrii unui proces tehnologic poate juca rolul de semifabricat n desfurarea altui proces tehnologic.

Procesele tehnologice de fabricaie au urmtoarele inte :

1. - modificarea proprietilor fizico-mecanice ale materialelor;

2. - modificarea formei, dimensiunilor, poziiei reciproce i calitii suprafeelor;

3. modificara structurii ;

Procesul tehnologic de fabricaie cuprinde:

procese tehnologice de prelucrare;

procese tehnologice de control

procese tehnologice de asamblare

Prin prelucrare se modific starea sau compoziia materialului, forma, dimensiunile, rugozitatea, poziia reciproc, iar prin asamblare se unesc piesele ordonat ntr-un sistem tehnic.

Proces tehnologic de prelucrare se refer la :

elaborare;

confecionare;

tratament;

suprafaare;

Metoda tehnologic exprim principiul de execuie al unei operaii sau a unei serii de operaii din punct de vedere al naturii fenomenelor fizico-chimice pe care le suport materialul.

Procedeul tehnologic se refer la mijloacele concrete prin care se realizeaz metoda tehnologic din punct de vedere al utilajelor folosite, al mediului de lucru i al materialelor folosite.

O metod tehnologic nu se aplic prin ea nsi, ci prin intermediul procedeelor tehnologice. O aceeai metod tehnologic se poate aplica prin mai multe procedee tehnologice.

Metoda arat modul principial de executare iar procedeul modul concret. Procedeele tehnologice aferente unei metode se deosebesc ntre ele prin utilajele i sculele utilizate. Fiecare metod tehnologic i are fenomenele i legile sale fundamentale. Procedeele respect fenomenele i legile fundamentale , completndu-le cu fenomene i legi proprii , corespunztoare utilajului tehnologic specific procedeului. Diferitele procedee tehnologice , aferente unei aceleai metode , pot avea anumite elemente comune. Putem astfel delimita n cadrul aceleai metode grupe sau familii de procedee tehnologice , care n ciuda individualizrii lor au anumite elemente comune.

Procedeele tehnologice se deosebesc prin utilajele tehnologice folosite.

Exemplu :Metoda - turnarea.

Procedee turnarea n forme vidate, n forme permanente, etc.

Procedeul tehnologic de fabricaie este o sum de operaii care se execut n serie sau n paralel (secvential sau suprapus).

Operaia tehnologic este o parte constitutiv a unui procedeu tehnologic i este o activitate ordonat, limitat n timp, efectuat fr ntrerupere de ctre un operator, la un singur loc de munc, asupra unuia sau mai multor materiale supuse lucrrii, n scopul modificrii proprietilor fizico-chimice, a formei geometrice i a dimensiunilor materialului.

Pe parcursul unei operaii tehnologice se folosesc semifabricate i materiale, maini i aparate de lucru, diverse dispozitive.

Operaia este compus din mai multe faze.

Faza este o parte a unei operaii ce realizeaz un singur scop sau obiectiv tehnologic cu ajutorul aceluiai scule i cu acelai regim de lucru.

Faza poate fi compus din mai multe mnuiri.

Utilajul tehnologic poate fi acionat manual, semiautomat sau automat.

Fiecare procedeu tehnologic este definit prin anumite caracteristici tehnologice, mrimi utilizate pentru determinarea, aprecierea i diferenierea modificrilor realizate asupra corpului supus prelucrrii.

1.3. Proprietile materialelor metalice

n momentul de fa n practic sunt folosite o multitudine de materiale , fiecare avnd anumite proprieti care le recomand pentru realizarea animitor repere.

Se impune de aceea s analizm aceste proprieti i s le clasificm dup anumite criterii :

Mecanice

Termice

Fizice Electrice

Intriseci

Magnetice

etc.

Chimice

Proprieti

Tehnologice

De utilizare

De exploatare

Proprietile intriseci sunt independente de locul i modul de folosire.

Proprietile de utilizare sunt dependente de metoda de prelucrare tehnologic, de domeniul de utilizare i condiiile de exploatare.

Proprietile mecanice sunt cele corespunztoare comportrii lor la solicitrile mecanice. Un material solid poate fi solicitat la traciune, compresiune, ncovoiere, forfecare rsucire.

Materialele metalice posed urmtoarele proprieti mecanice:

1) Elasticitatea - proprietatea materialelor metalice de a se deforma sub aciunea unor fore exterioare i de a reveni la forma lor iniial dup ce solicitarea a ncetat.

2) Rigiditatea - proprietatea metalelor de a se opune deformaiilor elastice. Este o proprietate contrar elasticitii. Cu ct modulul de elasticitate longitudinal ( E )crete cu att rigiditatea crete.

3) Plasticitatea - proprietatea materialelor deformate de a nu mai reveni la forma iniial dup ce forele exterioare i-au ncetat aciunea.

4) Fragilitatea - proprietatea materialelor de a nu permite deformaii plastice pn la rupere. Este o proprietate opus plasticitii. (o ntlnim la font);

5) Fluajul - proprietatea unor materiale de a se deforma n timp lent i continuu sub aciunea unor sarcini constante;

6) Tenacitatea - proprietatea materialelor de a acumula o energie mare de deformare plastic pn la rupere. Materialele tenace se rup dup deformatii plastice mari. Ca o msur a tenacittii este reziliena;

7) Duritatea - proprietatea unui material de a opune rezisten la ptrunderea din exterior n stratul su de suprafa a unui material mai dur. Duritatea determin rezistena la uzur i ea se exprim n HB (duritate Brinell), HR (duritate Rocwell), HV (duritate Vickers);

Proprieti tehnologice - sunt cele corespunzatoare prelucrabilitii prin metode i procedee tehnologice.

Dup proprietile lor tehnologice, materialele se pot prelucra prin mai multe metode i procedee.

1) Turnabilitatea - proprietatea materialelor de a lua dimensiuni impuse dup solidificarea materialului topit introdus n cavitatea de turnare;

2) Deformabilitatea - proprietatea unor materiale de a obine deformri remanente sub aciunea solicitrilor.

3) Sudabilitatea - proprietatea materialelor de a se asambla nedemontabil prin fore de legtur intermetalice;

4) Clibilitatea - proprietatea unor materiale de a deveni mai dure n urma nclzirii i rcirii lor brute la o anumit temperatur;

CAPITOLUL 2 Prelucrarea prin turnare2.1. Consideraii generale

Turnarea - este metoda tehnologic de fabricaie a unei piese prin solidificarea unei cantiti determinate de metal lichid, introdus ntr-o cavitate de configuraie corespunztoare.

Turnarea este o metoda tehnologic care are la baz principiul fizic n virtutea cruia orice lichid ia forma vasului ce l conine.

Avantaje1) - se realizeaz piese de geometrie complex la preuri reduse n raport cu piesele obinute prin alte metode;

2) - accesibilitate ( se poate asimila cu costuri minime i nu necesit mn de lucru nalt calificat );

3) - se preteaz la mecanizare i automatizare;

Dezavantaje- compactitate, structur i rezisten mecanic redus a pieselor obtinute prin acest procedeu;

Statistic 50 - 70% din totalitatea pieselor utilizate se obin prin turnare (spre exemplu 55% la subansamblele tractorului).

Dezvoltarea sectorului de turntorie conduce la micorarea sectorului de prelucrri prin achiere , deoarece prin creterea preciziei de turnare adaosurile de prelucrare devin mai mici i ponderea prelucrrilor ulterioare turnrii scade.

Teoria turnrii studiaz urmtoarele probleme:

- proprietile metalelor n stare lichid;

- solidificarea pieselor turnate;

- hidraulica turnrii;

- proprietile materialelor de formare;

- proiectarea i execuia formei de turnare;

Dintre proprietile metalelor n stare lichid n procesele de turnare intervin n mod direct fluiditatea i tensiunea superficial.

La temperatura de turnare, metalele lichide prezinta o vscozitate de 1,5 3 ori mai mare dect a apei. Vscozitatea este influenat de :

- temperatura metalului lichid ( n mod normal este de 50 100 (K peste temperatura de topire. Limita superioar nu trebuie depit deoarece riscm arderea elementelor de aliere , cu consecine asupra caracteristicilor mecanice ale piesei obinute prin turnare.);

- compoziia chimic;

Procesul cristalizrii primare a materialului turnat are o importan hotrtoare pentru calitatea piesei i n primul rnd pentru proprietile mecanice ale acesteia. Creterea rezistenei mecanice rezult din micorarea dimensiunilor grunilor, condiie care se obine din mrirea artificial a numrului germenilor de cristalizare prin introducerea n masa metalului lichid a unor cantiti mici de substane numite modificatori (Ca, Si, Al, Mg).

Viteza de solidificare se poate defini ca viteza de deplasare a frontului de cristalizare n interiorul masei de lichid topit.

Odat cu mrirea vitezei de solidificare se mbuntesc rezistena i plasticitatea.

2.2. Proprietile de turnare ale metalelor i aliajelor

Proprietatea tehnologica a materialului metalic de a se turna n piese se numete turnabilitate.

Proprietile fizice care influeneaz turnabilitatea sunt:

1) Fuzibilitatea - proprietate a materialelor metalice de a trece n stare lichid. Metalele i aliajele care se topesc la temperaturi joase se numesc uor fuzibile. Pentru metalele uor fuzibile se folosesc instalaii de topire simple, iar preul acestora scade.

2) Fluiditatea - proprietatea metalelor i aliajelor aflate n stare lichid de a curge cu uurin i de a umple forma n care sunt turnate. Piesele cu perei subiri i contur complex se obin numai din materiale cu fluiditate ridicat.

3) Tensiunea superficial - fora care se exercit tangenial la suprafaa lichidelor, datorit interaciunii dintre atomii de la suprafaa lichidului i cei din jur. Cu ct tensiunea superficial este mai mare, cu att calitatea suprafeei pieselor turnate este mai bun.

n timpul procesului de solidificare n piesa turnat au loc fenomene secundare care duc la formarea retasurilor, suflurilor, fenomene care se datoreaz n principal strii de agregare i reducerii dimensiunilor la rcire (contracie).

2.3. Structura formelor turnate

Prile componente ale formelor de turnare sunt:

reeaua de turnare;

cavitatea formei;

maselotele;

Reeaua de turnare - reprezint ansamblul canalelor care servesc la introducerea metalului lichid n form. Ea are ca scop s asigure umplerea rapid a formei fr distrugerea acesteia i s favorizeze rcirea uniform i dirijat a piesei turnate.

1 = gura plniei

2 = piciorul plniei

3 = canalul colector de zgur

4 = canalele de alimentare

Fig. 2.1. Reeaua de turnare

Elementele componente ale reelei de turnare sunt :

1) Gura plniei de turnare - uureaz introducerea metalului lichid n cavitatea formei prelund o parte din ocul vnei de metal topit. Din punct de vedere constructiv gura plniei se execut sub forma de plnie tronconic, cup sau bazin.

Cupa este folosit n cazul debitelor mari de lichid i este prevazut cu un prag pentru reinerea zgurei;

Bazinele sunt cupe de dimensiuni mari, cu o capacitate de 50 - 60 % (uneori 100% ) din volumul de metal necesar turnrii i are dopuri la intrarea n piciorul plniei. Se aplic la turnarea pieselor de gabarite mari.

Fig.2.2. Variante constructive ale gurii plniei

2) Piciorul plniei de turnare - este un canal vertical, tronconic, care face legatura ntre gura plniei i colectorul de zgur. El se execut cu seciunea tronconica variabil, descresctoare nspre punctul de alimentare.

3) Colectorul de zgur - are rolul de a reine zgura, impuritile i de a asigura ptrunderea linitit a metalului n canalele de alimentare. Pentru a se reine zgura colectorul trebuie s aib o lungime mare ca s permit ridicarea la suprafata a impuritilor.

4) Canalele de alimentare - (unul sau mai multe) fac legatura ntre colectorul de zgur i cavitatea formei. Seciunea transversala a acestora poate fi dreptunghiular, triunghiular sau trapezoidal i mai rar circular.

Calitatea unei piese turnate depinde n mod esenial de corectitudinea dimensionrii i execuiei reelei de turnare.

Proiectarea reelei de turnare impune:

1) Stabilirea locului de alimentare cu metal a cavitii formei

turnare directa;

turnare lateral;

turnare indirect cu sifon;

2) stabilirea schemei de amplasare a canalelor;

3) determinarea duratei de turnare;

4) calculul seciunii elementelor reelei; Trebuie s avem n vedere faptul c reeaua de turnare se nltur dup turnare i deci o reea de turnare voluminoas conduce la un indice de utilizare a metalului sczut , n timp ce o reea de turnare subdimesionat poate conduce la nghearea metalului topit si deci la obinerea unor piese incomplet turnate.

Cavitatea formei - asigura obinerea piesei turnate la configuraia i dimensiunile dorite.

Proiectarea geometriei cavitii formei este o problem fundamental n tehnica turnrii.

Cavitatea formei trebuie s reziste presiunii dinamice a jetului de metal lichid.

Maselotele - rezervoare de metal lichid, amplasate corespunztor sub form de prelungiri ale piesei turnate. Rolul lor principal const n alimentarea cu metal lichid a cavitii formei pe durata rcirii i solidificrii, n vederea compensrii contraciei volumetrice.

Cavitatea formei se umple cu metal lichid cu volum specific corespunztor temperaturii de turnare, mai mare cu 312% dect volumul specific al metalului la temperatura mediului ambiant.

Deci fr luarea unor msuri imediate va apare un deficit de material sub form de goluri de contracie numite retasuri.

Pentru combaterea retasurilor trebuie asigurat solidificarea dirijat a pieselor turnate prin:

aezarea prii groase a pieselor n sus;

corecta dimensionare i amplasare a maselotelor;

Problema retasurilor se pune n special la materialele cu coeficieni de contracie ridicai: oel, fonte.

Maselotele au urmtoarele dezavantaje:

crete consumul de metal (35-50%);

mreste consumul de manoper pentru nlturarea lor;

2.4. Clasificarea procedeelor de turnare

I. Dup durabilitatea formei (numrul de turnri ce se pot efectua cu aceeai form) :

1. forme temporare;

2. forme semipermanente;

3. forme permanente;

II. Dup forele care acioneaz asupra metalului topit:

1. static

2. centrifugal

3. sub presiune

Varietatea extrem de mare a procedeelor de turnare utilizate n prezent este legat de :

volumul produciei ( cantitatea de material turnat anual ) ;

caracterul produciei ;

numrul de repere ;

mrimea seriei de fabricaie .

2.5. Etapele fundamentale ale procesului tehnologic de turnare

Ciclul de fabricaie al unei piese turnate cuprinde urmtoarele etape :

1. Proiectare tehnologic. Este etapa cea mai important , de ea depinznd succesul ntregului ciclu de fabricaie. Acum se concepe dimensiunea normativ a procedeului tehnologic , succesiunea fazelor , ca i echipamentul tehnologic de formare i miezuire.

2. Confecionarea modelului, cutiilor de miezuri, rame de formare (constituie echipamentul tehnologic).

3. Executarea cavitii formei. Specificitatea fiecrui procedeu tehnologic de turnare const n modul de obinere a cavitii formei , restul etapelor fiind comune , indiferent de procedeul tehnologic de turnare adoptat.

4. Elaborarea materialului topit.

5. Turnarea propriu-zis.

6. Constituirea piesei turnate.

7. Dezbatere. Const n extragerea piesei turnate constituite din cavitatea formei. Dac forma este durabil , atunci dezbaterea se reduce la deschiderea formei si extragerea piesei turnate. Dac forma este temporar , extragerea piesei turnate presupune distrugerea acesteia.

8. ndeprtarea reelei de turnare. Se realizeaz prin tierea canalelor de alimentare , prin tiere fie cu flacr de gaze , fie prin achiere.

9. Curare. Const n ndeprtarea particulelor aderente la suprafeele piesei turnate. Operaia se poate realiza prin sablare cu alice , cu jet de ap sub presiune , manual sau n tobe rotative.

10. Controlul tehnic de calitate (C.T.C.). Presupune verificarea dimensional , a calitii suprafeei , a compoziiei chimice , a caracteristicilor mecanice , a structurii , a masei. Orice abatere de la valorile nominale indicate n documentaia de execuie este considerat defect. Efectele pieselor turnate sunt standardizate.

11. Remedierea defectelor de turnare. Se face prin diferite metode ce vor fi detaliate n capitolele urmtoare.

12. Tratament termic primar. Urmrete att eliminarea tensiunilor interne ce apar n timpul solidificrii si rcirii , ct i obinerea unei structuri cu gruni fini , urmare a recistalizrii.

Varietatea mare a procedeelor de turnare este condiionat de modul de obinere a cavitii formei turnate, restul etapelor fiind identice.

Diferena dintre diferitele procedee tehnologice de turnare const n principal n modul de generare a cavitii formei , restul etapelor fiind aceleai , indiferent de procedeul tehnologic utilizat. De aceea , n cele ce urmeaz studiul diferitelor procedee tehnologice de turnare se va reduce n mare masur la modul de obinere a cavitii formei .

2.6. Turnarea n forme temporare

Formele temporare se confecioneaz din amestecuri de formare constituite din materiale granulare refractare (nisipuri) , din liani i materiale de adaos.

Rezistena mecanic a acestor forme se obine n urma ndesrii granulelor refractare nvelite cu o pelicul de liant.

Formele temporare se realizeaz din punct de vedere constructiv n dou variante:

cu perei groi (50 250 mm);

cu perei subiri (forme coji, 5 15 mm);

2.6.1. Turnarea n forme temporare cu pereti grosi

Turnarea n forme temporare cu perei groi reprezint nu un procedeu tehnologic , ci o familie de procedee tehnologice , deoarece confecionarea formelor temporare se realizeaz n mai multe moduri , fiecare dintre ele efectundu-se cu utilaje specifice , deci constituindu-se n procedee tehnologice distincte. Vom distinge deci un procedeu tehnologic de turnare n forme temporare cu perei groi ale cror forme se obin prin formare manual cu model n rame de formare , un altul la care formele se obin prin formare manual cu ablon n solul turntoriei , sau diferite procedee tehnologice de turnare n forme temporare cu perei groi obinute prin diferite metode de formare mecanizat , n funcie de utilajul utilizat.

Varietatea mare a procedeelor tehnologice de turnare n forme temporare este condiionat de echipamentul tehnologic utilizat pentru formare i miezuire , de natura sursei de energie folosit pentru operaiile de ndesare , demulare i asmblare a formelor , de locul unde se confecioneaz forma de turnare.

Dup fiecare turnare , formele temporare se distrug n faza de extragere a piesei turnate.

Avantaje

Procedeul permite obinerea unei game largi de piese turnate din punct de vedere al greutii i configuraiei geometrice. El se preteaz n special pentru fabricaia individual i de serie mic.

Dezavantaje

precizie mic;

calitate slab;

proprieti mecanice inferioare ale metalului turnat;

consum mare de material pentru reeaua de turnare;

adaosuri de prelucrare mari;

n ciuda dezavantajelor prin acest procedeu se obin 80% din totalul pieselor turnate gravimetric.

n vederea obinerii cavitii formei turnate prin acest procedeu tehnologic avem nevoie de :

- echipament tehnologic pentru formare i miezuire;

- materiale pentru forme i miezuri;

Echipamentul pentru formare i miezuire se compune din:

modele;

plci model;

abloane;

cutii de miez;

rame de formare;

Modelele sunt dispozitive cu ajutorul crora se imprim n amestecul de formare cavitatea formei corespunztor configuraiei exterioare a piesei de turnat.

Modelele se execut din lemn (60-70%) de esen moale (pin, molid), de esen tare (tei, arin, pr) sau din metal. Modelele din lemn rezist la 100 de formri manuale sau 1000 de formri mecanice. Modelele metalice se confecioneaz din aluminiu.

Modelele trebuie s posede urmtoarele elemente constructiv-tehnologice, dintre care majoritatea se regsesc i n piesa turnat:

planul de separaie asigur demularea i trebuie s fie n numr minim, cel puin 1;

nclinri - pentru uurarea demulrii;

racordri - pentru a preveni apariia fisurilor;

mrci - locauri pentru montarea miezurilor;

adaosuri de contracie;

adaosuri de prelucrare;

Fig.2.3. Mrci de centrare

n vederea recunoaterii cu uurin a modelelor , datorit faptului c o aceai pies turnat poate fi obinuta cu diferite aliaje cu diferii coeficieni de contracie , acestea se vopsesc n diferite culori , dupa cum urmeaz :

oel - albastru ;

font - rou ;

mrcile de centrare se vopsesc n negru;

aliaje neferoase - galben sau lac incolor.

Plcile model se obin prin dispunerea unor semimodele metalice pe plci metalice ( din aluminium );

abloanele sunt dispozitive sub form de plci, cu contur bine determinat i care supuse unor micri de rotaie sau translaie genereaz n amestecul de formare suprafeele interioare ale cavitii formei. Se folosesc la serii de fabricaie mici i au o precizie sczut.

Fig. 2.4. abloane de rotaie i de translaie

Ramele de formare - sunt dispozitive metalice utilizate pentru susinerea formelor temporare cu perei groi. Pentru fixarea i centrarea ramelor se folosesc boluri de centrare. De cele mai multe ori se obin din construcii sudate.

1=ram superioar

2=ram inferioar

3=suprafa separaie

4=mner manipulare

5=guler ghidare

6=tij centrare

Fig. 2.5. Rame de formare

Cutiile de miez - sunt dispozitive a cror configuraie corespunde golurilor sau orificiilor din piesa de turnat i servesc la confecionarea miezurilor.

Pentru piese cu configuraie simpl se execut un model, iar pentru piese cu configuraie complicat este necesar s se construiasc :

modelul propriu-zis;

cutia de miez;

modelul reelei de turnare;

modelul maselotelor;

Golurile interioare ale piesei se obin cu ajutorul miezurilor executate n cutii de miez. Pentru a avea o anumit poziie n cavitatea formei, miezurile se aeaz n nite locauri numite mrci. Ele sunt nite proeminene pe conturul exterior al modelului.

Materiale folosite pentru forme i miezuri sunt:

nisipuri;

liani;

materiale de adaos;

Nisipurile - sunt materialele de baz ale amestecurilor de formare. Ele au drept principal component siliciul datorit proprietilor lui refractare. Ele pot fi brute , cu pn la 50% argil i splate cu pn la 0,2 2 % argil.

Lianii - sunt materialele care ader la grunii de nisip i fac legtura ntre ei. Ei asigur plasticitatea i rezistena necesar a amestecului.

Fig.2.6. Structura amestecului de formare

Accelerarea proceselor naturale de disociere i uscare este posibil prin :

suflarea formelor i miezurilor cu CO2;

introducerea de ferosiliciu mcinat n amestecul de formare;

scufundare n clorur de amoniu;

Materiale de adaos cele mai frecvent utilizate sunt :

ap;

ageni de activare i accelerare a proceselor de ntrire;

adaosuri pentru mbuntirea caracteristicilor tehnologice;

Pe cavitatea formei , nainte de a se nchide forma , se aplic un strat de vopsea refractar.

Vopselele refractare de turntorie sunt suspensii de material refractar (grafit, cuar) n ap, crora li se adaug melas sau dextrin sau bentonit pentru mrirea stabilitii.

Aceste vopseluri sunt de protecie sau de izolaie. Se aplic pe suprafaa formelor i miezurilor nainte de uscare.

Pentru lipirea sau separarea formelor i miezurilor se utilizeaz cleiuri de turntorie.

Pudrele de turntorie sunt materiale antiaderente. Ele pot fi de izolaie sau protecie.

Pudrele de izolaie se presar pe suprafeele modelelor sau al cutiilor de miez pentru a le izola de amestecul de formare (exemplu licopodiul).

Pudrele de protecie se presar pe suprafeele formelor i a miezurilor crude pentru a evita aderena amestecului de formare la piesa turnat (exemplu grafit, talc, etc).

Amestecurile de formare se difereniaz , din punct de vedere al compoziiei chimice , n amestecuri de formare pentru font , oel sau aliaje neferoase.

Amestecuri de formare se folosesc pentru :

forme;

miezuri;

remedieri;

Amestecurile pentru forme se clasific n

amestecuri de model

amestecuri de umplere

amestecuri unice

1=cavitatea formei

2=reea de turnare

3=rame de formare

4=suprafaade separaie

5=miez

6=amestec formare

7=maselote

8=marc de miez

9=canale aerisire

Fig.2.7. Structura formei de turnare

Prezentm mai jos un exemplu de reet de amestecuri de formare unice pentru obinerea unei piese turnate din otel n forme uscate

Amestec folosit

si regeneratNisip spalatArgilaUmiditate

40 - 80%5 - 50%4 - 9%5 - 6%

Metodele de confecionare a formelor pot fi :

manuale

mecanice

Metode manuale Aproximativ 40-60% din volumul de munca necesar obinerii pieselor turnate se consum pentru executarea formelor.

Se aplic la unicate i serie mic.

1. cu model n solul de turntoriei;

2. cu ablon n solul turntoriei;

3. cu ablon n forme semipermanente;

4. n rame de formare cu model dintr-o bucat;

5. n rame de formare cu model demontabil;

6. n rame de formare cu placa model;

7. n rame de formare cu ablon;

Formarea mecanizat

Specific acestor metode este utilizarea plcilor model i a amestecurilor de formare unice.

Pe mainile de format se execut mecanizat cele trei operaii principale ale formrii i anume:

introducerea amestecului de formare n rame;

ndesarea amestecului de formare;

extragerea modelului din form;

Avantaje

precizie mare;

reduc efortul fizic;

productivitate mare;

personal cu calificare redus, de aici costul redus al manoperei;

Dup modul de ndesare a amestecului, mainile de format se clasific n :

1. Maini de format prin scuturare

2. Maini de format prin presare

3. Maini de format prin aruncare

4. Maini de format prin suflare

5. Maini de format combinate

Maini de format prin scuturare

ndesarea amestecului se face sub aciunea forelor de inerie ale granulelor de nisip. Sunt maini pneumatice. nlimea de cdere a pistonului este de 30 - 80 mm, iar frecvena scuturrilor este de 250 lovituri / minut. Pentru formare sunt necesare 30 - 50 lovituri.

1=travers

2=sabot presare

3=plac model

5=piston cilindru

6=cilindru presare

7=ram formare

10=piston

11=canal admisie evacuare

Fig. 2.8. Schema mainii de format prin scuturare

Dezavantaje

ocuri

construcie complicat a plcii i a fundaiei maini

Maini de format prin presare

Fac parte din familia preselor pneumatice. Dozarea amestecului este asigurat prin dimensionarea corespunztoare a unei rame de umplere, aezat deasupra ramei de formare.

1=travers

2=sabot presare

3=ram formare

5=cilindru

6=ram formare

7=plac model

Fig.2.9. Schema mainii de format prin presare

Maini de format prin aruncare

Realizeaz ndesarea prin proiectarea amestecului de formare, n straturi succesive pn la umplerea formei.

Capul arunctorului este fixat pe un bra articulat. Se folosete pentru formarea pieselor mari.

1=model

2=ram formare

3=amestec formare

4=cup

5=carcas metalic

6=band transportoare

Fig.2.10. Schema mainii de format prin aruncare

Maini de format prin suflare

Funcioneaz pe principiul amestecrii aerului comprimat cu amestecul de formare i proiectrii amestecului n cutia de formare.

2.6.2. Turnarea n forme temporare cu perei subiri (forme coji)

Caracteristici

Se aplic n special pieselor mici, cu grad mare de complexitate, n turntorii specializate, n producia de serie mare i mas, la care costul relativ ridicat al materialelor utilizate la formare este compensat de eliminarea unor operaiuni ulterioare de prelucrare prin achiere.

Avantajele metodei reduce consumul de amestec de formare;

reduce manopera de formare i dezbatere;

mbuntete calitatea pieselor turnate, ntruct permeabilitatea i compresibilitatea formelor coji sunt mai bune;

crete precizia i calitatea suprafeelor;

posibilitatea mecanizrii procedeului;

2.6.2.1. Tehnologia de confecionare a formelor coji cu liant pe baz de rini termoreactive

Amestecul de formare este compus din nisip cuaros (granulaie 0,1 0,2 mm), praf de bachelit sau novolac (rin termoreactiv, 5 - 9% ) ca liant i urotropin fin mcinat (0,5 - 1% ).

Plcile model, exclusiv metalice, se nclzesc la 500 - 750 (K ( n general la temperaturi mai mari dect punctul de polimerizare). Datorit temperaturii ridicate a plcii model, rina termoreactiv se topete, polimerizeaz i se ntrete ireversibil legnd grunii de nisip ntre ei.

Pentru a mpiedica aderarea amestecului la placa model se pulverizeaz pe aceasta ulei mineral sau ulei siliconic.

Grosimea formei coji este cu att mai mare cu ct temperatura plcii este mai mare i durata de meninere crete. Ea poate ajunge la 6 - 10 mm.

Pentru omogenizarea cojii ea este supus dup demulare unei calcinri la 550 - 600 (K.

Formele coji se pot obine prin urmtoarele metode ;

cderea amestecului termoreactiv pe placa model cald;

prin suflarea amestecului termoreactiv pe placa model calda ;

prin imersia plcii model n amestecul de formare ;

Semiformele coji astfel obinute (care au i reeaua de turnare i eventual mrci de centrare) se asambleaz corespunztor solidarizndu-se cu scoabe elastice sau prin lipire cu cleiuri adecvate. Pentru turnare formele mari se introduc n containere, iar spaiul rmas se umple cu nisip. Aceste containere se introduc n cuptoare unde are loc calcinarea , iar turnarea se face in forma cald , din urmtoarele considerente

Se evit prezena apei ( sau a altui lichid ) care n contact cu metalul topit poate vaporiza instantaneu i produce o presiune care s distrug forma i s pericliteze integritatea celor din jur.

Forma fiind calda viteza de solidificare i rcire scade , cu consecine benefice asupra structurii ( se obin gruni fini ).

Se evita distrugerea formei , datorita diferenei foarte mari de temperatur dintre form i metalul topit.

Fig. 2.11. Forme coji obinute prin cderea amestecului de formare

Fig. 2.12. . Forme coji obinute prin suflarea amestecului de formare

2.6.2.2. Tehnologia de confecionare a formelor coji cu modele uor fuzibile

Particularitatea esenial a acestui procedeu de formare const n aceea c operaia de demulare se realizeaz prin scurgerea din form a materialului modelului adus n stare lichid. n consecin este posibil confecionarea unor forme de turnare fr suprafa de separaie, ceeea ce permite obinerea unor piese turnate de precizie ridicat (+0,25 mm) la care este exclus n principiu necesitatea unei prelucrri mecanice ulterioare.

Cel mai des modelele se execut din materiale ceroase (stearin + parafin) prin presare n stare pstoas ntr-o matri. Modelele din materiale ceroase au uneori ataat reeaua de turnare, iar alteori se asambleaz n ciorchine la o plnie de turnare comun.

Pentru realizarea formei coji ciorchinele se imersioneaz de 3 - 6 ori n amestec de formare format din 50% praf de cuar i 50% silicat de sodiu dup care se presar nisip cuaros. Aplicarea unui strat nou se face numai dup ntrirea celui vechi. Accelerarea proceselor de ntrire a liantului se asigur prin imersionarea ciorchinelui presrat cu nisip n soluie de clorur de amoniu.

Dup obinerea unei forme cu grosimea dorit, modelele fuzibile se ndeprteaz din form prin nclzire n curent de aer sau ap.

Formele coji se usuc la 450 - 575 (K i apoi se introduc n cutii metalice cu nisip i se calcineaz la 1275 - 1325 (K n cuptoare electrice. Formele se scot din cuptor cu cteva minute nainte de turnare, iar turnarea se face n forme calde la 1000 (K. Metoda asigur o mare precizie, dar este limitat de greutatea pieselor turnate.

Se toarn n formele coji calde (aproximativ 1000(K) deoarece n acest mod se controleaz viteza de rcire (prin scderea acesteia se amelioreaz structura piesei turnate i prin aceasta caracteristicile mecanice) i se prentmpin eventualele accidente ce ar putea fi cauzate de prezen vaporilor de ap n cavitatea formei.

2.6.3. Turnarea n forme vidate

Turnarea n forme vidate reprezint un procedeu de turnare static n forme temporare. Deoarece specificitatea acestui procedeu const n modul de obinere a cavitii formei, (celelalte etape fiind identice cu cele ale celorlalte procede tehnologice de turnare) n cele ce urmeaz vom detalia aceast operaie.

n vederea obinerii cavitii formei se utilizez modele (din lemn sau metalice), rame de formare de construcie special, amestec de formare din nisip fin fr liant sau materiale de adaos i folie de polietilen.

Rama de formare se umple cu nisip fin, peste care se aplic o folie de polietilen. Cu ajutorul modelului (prin apsarea acestuia) se imprim n nisip forma i dimensiunile acestuia. n acest moment se cupleaz rama de formare la o instalaie de vid, obinndu-se prin vidare cavitatea formei. n mod analog se obine i cealalt semiform.

Dup turnare se recupereaz 90% din nisip.

Procedeul permite obinerea unor piese turnate n condiii de precizie dimensional i de calitate a suprafeei deosebite. De asemeni se reduc manopera de formare i de obinere a amestecului de formare.

Fig. 2.14. Schema turnrii n forme vidate

Turnarea n forme vidate are urmtoarele avantaje :

cost redus al materialelor de formare;

este nepoluant;

productiv;

Se remarc necesitatea folosirii unor rame de formare de construcie special, prevzute cu orificii pentru absorbia aerului i cu site fine pentru a preveni absorbia nisipului.

Se utilizeaz plci model metalice, care se nclzesc n vederea unei mai bune mulri a foliei de polietilen.

Dup asamblarea i nchiderea formei se pstreaz vidarea la umplerea complet a formei i solidificarea unei cruste de metal la partea exterioar a piesei. Vidarea favorizeaz o bun degazare a metalului turnat.

2.6.4. Turnarea de precizie cu modele gazefiabile din polistiren

C a i alte procedee tehnologice de turnare , specificitatea acestuia const n modul de obinere a cavitii formei. n 1958 Harold Shroyer patenteaz tehnologia de turnare n forme pline , fr demularea modelului ( cavityless casting mold - forma de turnare fara cavitate). Tehnologia ptrunde n Romania n anii `80 prin achiziionarea de la firma italian FATA a unui robot de turnare cu patru posturi pentru pistoanele autoturismelor OLTCIT , care utilizeaz tehnologia numit POLICAST PROCES ( modele expandabile din polistiren expandabil ).

Fig. 2.15. Reprezentarea schematic a proceselor metalurgice la turnarea cu model gazeificabil

Vom expune n cele ce urmeaz principiul acestui procedeu , aa cum rezult el i din figura 2.15.

Geometria piesei turnate rezult concomitent cu eliminarea modelului din polistiren din forma construit din nisip uscat , fr liant. Sunt utilizate modele din polistiren expandat , vopsite , astfel nct crusta refractar sub aciunea presiunii gazelor rezultate la termodistrucia modelului menin rigiditatea formei i pastreaz configuraia cavitii amprent , evitnd surparea nisipului. Stratul de vopsea trebuie s aib i o oarecare permeabilitate astfel nct s asigure att evacuarea corespunztoare a gazelor rezultate prin descompunerea polistirenului , ct i evitarea formrii de sulfuri exogene. Nu exist un contact direct ntre aliajul lichid i nisip i nici ntre metal i polistiren. Spaiul Dpoart denumirea de volum de control i are o mrime de aproximativ 1 mm. Pentru creterea vitezei de gazefiere , n compoziia polistirenului expandat se introduc diferiti compui care contribuie la :

creterea vitezei de topire i de gazefiere al polistirenului ;

ruperea complet i rapid a legturilor din lanul polistirenului n procesul de termodistrucie.

Topirea total a modelului are loc ntr-un interval scurt de timp 1,54 secunde. Rezistena la rupere a aliajelor turnate prin acest procedeu tehnologic este superioar cu aproximativ 5% celei a aceluiai aliaj turnat n forma temporar cu model de lemn.

Modelele de polistiren se obin n matrie prin umflarea granulelor de polistiren i sudarea ntre ele. Dac modelele sunt foarte complexe , ele se pot confeciona din buci i asambla prin lipire.

Operaia de formare are trei etape principale :

1) Aezarea modelului centrat n cutia de formare ;

2) Acoperirea modelului cu nisip uscat , fr liant :

3) Indesarea nisipului n jurul modelului , pentru a realiza o mularea ct mai perfect a nisipului pe suprafaa lui.

Pentru formare , n locul perechii clasice de rame de formare se utilizeaz cutii metalice de tip container , cilindrice sau poligonale , care permit manipularea mecanizat. Dup umplerea cu nisip a cutiilor se realizeaz ndesarea prin scuturare. Putem mrii gradul de ndesare al nisipului prin vidare.

Dac piesele turnate au i configuraie interioar se pot utiliza miezuri ( metalice sau nemetalice) , care se ncastreaz n prealabil n model , la operaia de expandare a granulelor de polistiren.

Se pot utiliza reele de turnare clasice. Fa de procedeele de turnare clasice n forme temporare , acest procedeu de turnare cu modele gazificabile din polistiren prezint urmtoarele avantaje :

1) Nu apar bavuri n special n planul de separaie , datorit absenei acestuia , modelele fiind monobloc ;

2) Lipsa mrcilor de centrare , ceea ce micoreaz tolerana dimensional i de poziie ;

3) Se elimin operaia de demulare ;

4) Elimin lemnul din modelarii , scznd costurile de fabricaie ;

5) Dispare operaia de ntrire a formei ;

6) Procedeul se preteaz la automatizare.

Avnd n vedere faptul c fenomenele i legile proprii ale acestui procedeu difer de cele ale celorlalte procedee tehnologice de turnare , procedeul poate fi asimilat n categoria celor neconvenionale.

2.7. Turnarea n forme durabile (metalice)

n raport cu turnarea n forme temporare, turnarea n forme durabile prezint urmtoarele avantaje:

mbuntete caracteristicile mecanice ale pieselor turnate cu 10 - 30 %;

mbuntete precizia dimensional i calitatea suprafeelor turnate;

reduce cu 50 - 60% manopera de formare;

reduce consumul de materiale de formare;

asigur condiii mai bune de lucru;Dezavantaje cost ridicat al formelor;

conductivitate termic ridicat a formei, ceea ce duce la nghearea rapid a metalului;

Din punct de vedere economic procedeul se justific numai la producia de serie mare.

Din punct de vedere tehnologic exist urmtoarele probleme :

evacuarea aerului i a gazelor din form (se construiesc canale de aerisire i rsuflatori);

asigurarea unei corelaii ntre temperatura de topire a materialului care se toarn i temperatura de topire a materialului formei;

2.6.1. Turnarea n cochilie

Cochiliile sunt forme metalice n care se introduce metalul lichid exclusiv sub aciunea forelor gravitaionale.

Cochilele pot avea unul sau mai multe plane de separaie. Prin acest procedeu se pot turna i piese cu configuraie interioar folosind miezuri metalice. Alimentarea cu metal lichid a cochiliilor se asigur printr-o reea de turnare plasat n planul de separaie. Pentru evacuarea gazelor sunt prevzute canale de aerisire cu diametrul de 0,2 - 0,5 mm.

Principalele faze ale turnrii n cochilie sunt :

1. Pregtirea cochiliei. Se asambleaz cochilia, eventual cu miezuri i se acoper suprafeele care intr n contact cu metalul lichid cu un strat de material refractar de 0,1 - 2 mm. Se folosesc grafitul, argila, uleiurile minerale, etc. Se prenclzete cochilia la 375 - 725 (K pentru eliminarea vaporilor de ap. n plus se urmrete micorarea vitezei de rcire a metalului.

2. Turnarea metalului lichid.

3. Constituirea piesei turnate.

4. Dezbaterea prin dezmembrarea cochiliei.

5. ndepartarea reelei de turnare i debavurarea.

n producia de serie mare turnarea n cochilie se poate realiza mecanizat. Pentru eliminarea unuia dintre defectele principale - dificultatea de a obine piese cu perei subiri - se recurge la presarea materialului lichid n cavitatea formei. Se obine astfel turnarea n cochilie cu matriare. Este de fapt un procedeu nrudit cu turnarea sub presiune.

2.7. Turnarea sub presiune

La turnarea pieselor mici, cu pereti subiri, complexe, pentru a evita nghearea materialului topit n form se recurge la presarea acestuia sub aciunea unei fore exterioare.

Pentru nvingerea rezistenei opuse curgerii metalului lichid n reeaua de turnare se aplic presiuni de pn la 5 000 atmosfere. Viteza de alimentare a matriei cu metal lichid variaz de la 0,5 m/s la 150 m/s. Una dintre problemele tehnologice ale procedeului const n eliminarea porilor (mai nou s-a ncercat vidarea matriei).

Matriele se confecioneaz din oeluri aliate. Mainile folosite sunt prese hidraulice (orizontale sau verticale). Matria este cald ca i camera de compresie (uneori poate fi i rece).

Dozarea materialului se face prin cantitatea de metal lichid cu care se alimenteaz matria. Dezbaterea se face automat cu arunctor.

Fig. 2.16. Instalaie de turnare sub presiune cu piston vertical

Avantaje productivitate mare

posibilitatea automatizrii

precizie dimensional i calitatea suprafeei

se elimin prelucrrile mecanice ulterioare

Dezavantaje se aplic la serie mare

costuri mari ale matriei

2. 8. Turnarea n forme metalice n micare de rotaie (turnarea centrifugal)

Procedeul se caracterizeaz prin faptul c n timpul turnrii i solidificrii metalului, forma de turnare este antrenat n micare de rotaie n jurul unei axe verticale sau orizontale.

Exist posibilitatea ca prin rotirea suficient de rapid a formei, combinat cu rcirea metalului lichid, s se obin un corp cilindric gol, avnd o grosime neuniform a peretelui.

Prin acest procedeu se toarn piese de revoluie cu nlime mic i diametru mare.

De asemeni se pot turna piese mici n afara axei de rotaie. Piesele obinute prin acest procedeu tehnologic sunt compacte fr defecte de turnare.

n cazul rotaiei n jurul unei axe orizontale a unei forme parial umplute cu metal lichid se pot distinge trei situaii caracteristice n funcie de turaia n:

n=n1 metalul lichid este imobil;

n=n2>n1 metalul lichid este antrenat prin frecare de ctre forma n rotaie;

n=n3>n2 metalul este supus micrii de rotaie mpreun cu forma de turnare tubular;

Fig. 2.17. Schema turnrii centrifugale cu ax vertical

Turnarea centrifugal cu ax orizontal se aplic la obinerea pieselor tubulare cu lungimi mari i grosimi mari.

Formele de turnare folosite sunt metalice dar pot fi cptuite cu amestec de formare. Cele necptuite se protejeaz prin acoperire cu vopseluri refractare. Dezbaterea pieselor este posibil datorit conicitii interioare a formei. Turnarea se face n forme nclzite. Principala problem tehnologic este cea a dozrii materialului , dozajul fiind singurul mod de a asigura grosimea peretelui piesei turnate.

Avantaje

economie de amestecuri de miez ;

economie de metal prin eliminarea reelei de turnare;

compactitate i proprieti mecanice superioare

Dezavantaje

adaosuri de prelucrare mari;

cochila scump;

2.10. Turnarea continu

Spre deosebire de toate procedeele de turnare prezentate anterior la turnarea continu introducerea de metal lichid n cavitatea formei i extragerea piesei turnate se efectueaz simultan fr ntrerupere.

Aceasta este un procedeu tehnologic de mare productivitate prin care se obin piese de lungimi mari n raport cu seciunea , cum ar fi barele i evile.

Instalaiile pentru turnare continu au ca element esenial cristalizatorul. Aceasta este o form metalic cu perei subiri, rcit intens prin circulaia apei. Cavitatea formei se obtureaz cu o plac, care prin construcia ei va constitui un dispozitiv de prindere al captului solidificat al produsului.

Metalul lichid se solidific n contact cu pereii rcii. Dup solidificare el este tras prin intermediul plcii de baz i al unui sistem de role care-i imprim o micare continu cu o vitez corespunztoare.

Problema principal o constituie corelarea vitezei de rcire cu cea de tragere. Cristalizatorul se construiete din cupru i se acoper cu grafit pe suprafeele active.

Procedeul se aplic mai ales la obinerea semifabricatelor din aliaje neferoase.

Datorit tensiunilor interne ce sunt introduse de regimul de rcire forat se aplic un tratament termic de detensionare.

1 = cristalizor

2 = cavitatea formei

3 = plac de baz

4 = role antrenare

5 = pies turnat

Fig.2.20. Schema de obinere a pieselor prin turnare continu

2.11. Defectele pieselor turnate i remedierea lor

Prin defect al unei piese turnate se nelege orice abatere de la forma, dimensiunea, masa, aspectul exterior, compactitatea, structura, compozitia chimic sau proprietiile fizico-chimice ale aliajelor turnate.

Conform STAS782-79 defectele pieselor turnate se simbolizeaz printr-un caracter alfanumeric format dintr-o liter i trei cifre.

Litera indic categoria de baz a defectului. Prima cifr indic grupa defectului. A doua cifr indic subgrupa defectului, iar a treia cifr este specific fiecrui defect.

De exemplu B122 este simbolul suflurilor de col.

Clasificare :

A= excrescene metalice;

B= goluri;

C= discontinuiti, crpturi;

D= defecte de suprafa;

E= piesa turnat incomplet;

F= dimensiuni sau configuraii necorespunztoare;

G= incluziuni i defecte de structur;

H= compoziia chimic,proprieti chimice i mecanice necorespunztoare.

Metode de remediere se mpart n 3 categorii.

1. Metode de remediere cu materiale metalice a pieselor turnate din font i aliajelor neferoase grele.

2.Metode de remediere cu materiale feroase i condiii impuse pentru piesele turnate din oel.

3.Remedierea pieselor turnate cu materiale nemetalice. Printre metodele de remediere enumerm: metalizarea, supraturnarea, sudarea, lipirea tare, doparea, bucarea, pastilarea, mpregnarea, chituirea.

Capitolul 3.

Prelucrarea prin deformare plastic a

materialelor metalice

3.1. Generaliti

3.1.1. Noiuni introductive

Deformarea plastic este o metod de prelucrare prin care, n scopul obinerii unor piese finite sau semifabricate, se realizeaz deformarea permanent a materialelor n stare solid (la cald sau la rece) fr fisurare micro sau macroscopic.

Avantaje proprieti mecanice mbuntite datorit unei structuri omogene i mai dense ;

consum minim de materiale;

precizie mare de prelucrare (mai ales la deformare plastic la rece);

posibilitatea obinerii unor forme complexe cu un numr minim de operaii i manoper redus;

posibilitate de automatizare (linii de automatizare + celule flexibile de fabricaie );

Dezavantaje

investiii iniiale mari n ceea ce privesc utilajele folosite;

necesitatea unor fore mari pentru deformare;

Dup temperatura la care are loc deformarea distingem :

- deformare plastic la cald;

- deformare plastic la rece;

Deformarea se consider plastic dac eforturile unitare datorate forelor de prelucrare tehnologic sunt peste limita de curgere convenional (efortul unitar cruia i corespunde o deformare remanent de 0,2% , 0,2 ).

Mecanismele intime ale deformaiilor plastice se realizaez prin:

ntrirea (Ecruisarea) este ansamblul fenomenelor legate de modificarea proprietilor mecanice, fizice ale metalelor n procesul de deformare plastic la rece.

ntrirea se poate interpreta ca fiind datorat acumulrii deformaiilor elastice care creaz o stare de tensiune care ngreuneaz procesul deformrilor plastice.

O alt cauz a ntririi este creterea frnrii micrii dislocaiilor odat cu creterea gradului de deformare.

Mecanismul deformrii la cald are loc ca i n cazul deformrii la rece prin alunecare i maclare.

Starea de ntrire caracterizat n special printr-o rezisten i duritate mrit, plasticitate micorat. Constituie o stare la care mrirea gradului de deformare este greoaie sau imposibil. Pentru a impiedica apariia timpurie a acestei stri i pentru a uura procesul de deformare plastic se procedeaz la nclzirea materialelor.

Alunecarea este deplasarea straturilor subiri ale cristalului unele fa de altele.

Lunecarea se produce de-a lungul unor plane de densitate atomica maxim, distana ntre dou plane fiind de aproximativ 1 m. Deformarea plastic a policristalelor se compune din deformarea cristalelor i din deformarea substanei intercristaline. Deformarea grunilor n policristal ncepe cu planurile grunilor care sunt orientai favorabil fa de axa eforturilor unitare.

Maclarea - este fenomenul de reorientare a unei pri dintr-un cristal n raport cu restul, de-a lungul unui plan numit plan de maclare. Partea rotit a cristalului se numete macl. Apare la viteze de deformare mari. Procesul se realizeaz instantaneu sub aciunea unor fore tangeniale mai mici dect cele de alunecare.

3.1.2. Influena temperaturii asupra deformrii plastice

Revenirea - este fenomenul de nlturare a tensiunilor reelei i mrirea plasticitii materialului, fr a produce nici o modificare a microstructurii (0,2tt < tr < 0,4tt, unde tt temperatura de topire).

Prin nclzire mobilitatea atomilor crete, constatndu-se o mrire a fenomenului de difuzie determinat de deplasarea atomilor n vacane i interstiii, stare care duce n final la eliminarea tensiunilor interne.

Recristalizarea - Are loc n stare solid i const n reorganizarea reelei cristaline deformate i apariia unor noi centre de cristalizare. Prin recristalizare se elimin complet tensiunile interne, micorndu-se duritatea, rezistena la deformare i mrindu-se plasticitatea.

3.1.3. Influena temperaturii asupra rezistenei la deformare i a plasticitii

Creterea temperaturii provoac schimbri eseniale ale caracteristicilor de rezisten ale metalelor. Rezistena la deformare scade spectaculos odat cu creterea temperaturii datorit urmtoarelor fenomene:

la temperaturi mari crete amplitudinea oscilaiilor atomilor datorit creterii energiei lor poteniale. Atomii trec mai uor dintr-o poziie de echilibru n alta;

la temperaturi mari rezistena la deformare scade mult, deplasarea i orientarea grunilor devine mai uoar astfel nct deformarea se poate face la eforturi mai mici;

Parametrii care definesc nclzirea sunt:

viteza de nclzire (temperatura de nclzire raportat la timpul de atingere al acesteia);

viteza de rcire (temperatura de rcire raportat la timpul de atingere al acesteia);

durata meninerii la temperatura palierului;

3.1.4. Zone de temperatur la deformarea plastic la cald

n funcie de influena reciproc a fenomenelor ce au loc la deformarea la cald (ntrire, revenire, recristalizare) se deosebesc urmtoarele faze:

deformare plastic la rece : td< 0,2 tt ;

deformare incomplet la rece : 0,2tt < td < 0,4tt ; Apare fenomenul de ntrire i cel de revenire. Este caracteristic prelucrarea cu viteze mari de deformare.

deformare incomplet la cald 0,4tt < td < 0,6tt ; Deformarea se caracterizeaz prin aciunea complet a fenomenului de revenire i incomplet a fenomenului de recristalizare. Datorit neomogenitii grunilor, materialul este puternic tensionat ceea ce duce la apariia fisurilor.

deformare la cald - se caracterizeaz prin lipsa efectelor ntririi dup prelucrare i printr-o structur fin i omogen a materialului metalic ca urmare a aciunii complete a revenirii i recristalizrii. Rezistena la deformare la cald este foarte mic

din cea la rece, iar plasticitatea este mare (0,6tt < td < 0,85tt ). Pentru 0,85tt < td se constat supranclzire i tendina de ardere.

3.1.5.1. Legile deformrii plastice

Aceste legi sunt valabile att la deformarea plastic la cald ct i la rece.

1. Legea volumului constant. Volumul semifabricatului supus deformrii plastice ( la cald sau la rece ) este egal cu volumul piesei finite.

Facnd abstracie de micile variaii de volum prin ndesare sau pierderi de oxizi ,putem considera c volumul piesei finite obinut prin deformare plastic este egal cu volumul semifabricatului.

Aceast lege este foarte importanta n practica , ea permind calculul volumului semifabricatului supus deformarii plastice.

2. Legea prezenei deformaiilor elastice n timpul deformrilor plastice.

Deformarea plastic este ntotdeauna nsoit de o deformare elastic. Nu putem ajunge n zona de plasticitate fr s trecem prin cea de elasticitate. (Hooke). Conform acestei legi , dupa prelucrarea prin deformare plastica la rece apare o tendinta de relaxare a materialului. Solicitarea incetind , inceteaza deformarea elastica , ceea ce produce relaxarea materialului , ramanind numai deformarea plastica.

De efectele acestei legi se tine cont la proiectarea unei scule pentru deformare plastica , ca de exemplu matritele de tragere i extrudare care au intotdeauna un con de iesire.

3. Legea rezistenei minime.Aceast lege are mai multe formulri:

Orice form a seciunii transversale a unui corp supus deformrii plastice prin refulare n prezena frecrii pe suprafaa de contact tinde s ia forma care are perimetrul minim la suprafaa dat ; la limit tinde ctre cerc.

Deplasarea punctelor corpului pe suprafaa perpendicular pe direcia forelor exterioare are loc dup normala cea mai scurt dus la perimetrul seciunii. Deplasarea maxim se va produce n acea direcie n care se va deplasa cea mai mare cantitate de material.

4. Legea apariiei i echilibrrii eforturilor interioare suplimentare.

La orice schimbare a formei unui corp policristalin aflat n stare plastic apar n interiorul materialului eforturi suplimentare care se opun deformrii relative i care tind s se echilibreze reciproc.

Eforturile suplimentare apar datorit frecrilor de contact dintre scul i semifabricat, neomogenitii compoziiei chimice, proprietilor mecanice, etc.

Eforturile unitare produse i rmase n piesa prelucrat se pot adauga eforturilor unitare ce apar n timpul funcionrii, ceea ce poate produce fisuri sau distrugerea piesei.

Pentru evitarea apariiei eforturilor suplimentare se vor reduce frecrile ntre suprafaa materialului deformat i suprafaa activ a sculei.

5. Legea similitudinii.

Pentru aceleai condiii de deformare a dou corpuri geometrice asemenea care au mrimi diferite, presiunile specifice de deformare sunt egale ntre ele, raportul forelor de deformare fiind egal cu ptratul raportului mrimilor liniare.

Legea este valabil cnd ambele corpuri au aceleasi faze structurale, aceeai stare chimic i aceleai caracteristici mecanice, iar temperatura corpului la nceputul deformrii este aceeai.

3.1.5.2. nclzirea materialelor metalice pentru deformare plastic

Prin nclzirea semifabricatului pentru deformare plastic se urmrete:

micorarea limitei de curgere;

reducerea tensiunilor interne (prin revenire i recristalizare);

omogenizarea structurii;

O nclzire corect se asigur prin:

scurtarea timpului de nclzire pn la atingerea td;

asigurarea unei nclziri uniforme;

reducerea arderilor i decarburrilor;

Valorile superioare sunt limitate de apariia oxidrii.

Limita inferioar se stabilete n funcie de natura materialului.

Din punct de vedere termic n procesul de deformare plastic la cald se disting trei stadii.:

stadiul nclzirii de la 0 - tid;

stadiul deformrii propriu-zise tid - tsd;

stadiul de rcire;

Cuptoarele n care se realizeaz nclzirea sunt variate din punct de vedere al formelor , dimensiunilor i al principiului de funcionare. Ele se clasific astfel :

a) 1.cu funcionare intermitent

2.cu funcionare continu

b) 1. electrice

2. cu flacr

c) 1. n atmosfera obinuit

2. n atmosfera controlat

d) 1. Normale

2. Adnci

3.2. Laminarea

3.2.1. Generaliti.

Laminarea este procedeul tehnologic de prelucrare prin deformare plastic (la cald sau la rece) caracterizat prin aceea c materialul este obligat s treac forat printre doi cilindri aflai n micare de rotaie.

Utilajul se numete laminor, iar procedeul laminare. Produsul rezultat este denumit laminat.

La laminare dimensiunile materialului se reduc n direcia apsrii i cresc n celelalte direcii (volumul rmnnd constant).

Materialul laminat are o structura omogen cu gruni alungii i ordonai dup direcia de laminare.

Laminarea se poate efectua ntre doi cilindri netezi ca n cazul produselor plate sau cu canale inelare numite calibre practicate n corpul cilindrilor , n zona de lucru pentru prelucrarea profilelor.

Pentru cazul cel mai rspndit al laminrii longitudinale, cilindrii au sensuri diferite de rotaie, axele cilindrilor fiind paralele.

Aproximativ 90% din producia mondial de oel este supus laminrii.

Principalele scheme de laminare sunt:

1. Laminare longitudinal.

Figura 3.1. Schema laminrii longitudinale

2. Laminare transversal.

3. Laminare elicoidal.

Dup direcia de laminare, acestea se clasific astfel :

1) Laminare longitudinal de-a lungul dimensiunii maxime.

2) Laminare transversal.

3) Laminare tangenial utilizat pentru obinerea unor piese inelare de tipul bandajelor pentru roile de cale ferat.

4) Laminare elicoidal pentru laminarea evilor.

Pentru a se realiza un anumit grad de deformare se execut de obicei mai multe treceri succesive ale semifabricatului printre cilindri, dup micorarea distanei dintre ei.

Elementele geometrice ale laminrii i forele de laminare sunt redate n figura 3.2.

(c = unghiul de contact

h0=dimensiune semifabricat

h1=dimensiune produs finit

Fig. 3.2. Elementele laminrii

Prin laminare se obin repere avnd urmtoarele rugoziti :

laminare la cald : Ra = (12,5 50) (m

laminare la rece : Ra = (6,3 0,2) (m

3.2.2. Bazele teoretice ale laminrii

n procesul de deformare plastic prin laminare se disting trei stadii:

1. Stadiul prinderii materialului de ctre cilindrii laminorului.

2. Stadiul laminrii propriu-zise.

3. Stadiul de ieire al materialului dintre cilindrii laminorului.

3.2.3. Forele care apar n zona de deformare. Condiia laminrii.

ntre cilindri de lucru i semifabricat n zona de contact acioneaz dou fore principale:

1. Fora radial de apsare N, cu componentele ei No i Nv ;

2. Fora tangenial de antrenare (frecare) cu componentele To i Tv ;

Componenta orizontala a forei de frecare To produce antrenarea materialului ntre cilindri. Componenta vertical Nv a forei de apsare se numete fora de laminare i produce deformarea materialului.

Condiia laminrii:

Greutatea cilindrilor se neglijeaz, iar f reprezint coeficientul de frecare dintre cilindrii i semifabricat. Pentru ca laminarea s fie posibil este necesar ca s avem pentru componenta orizontal urmtoarele condiii :

- unde ( este unghiul de frecare;

- unde ( este unghiul de atac;

pentru ca laminarea sa fie posibil este necesar deci ca unghiul de frecare s fie mai mare dect unghiul de atac

Valorile coeficientului de frecare f sunt de : f=0,20 0,70 -pentru oel laminat la cald i f=0,03 0,12 pentru oel laminat la rece.

3.2.4. Avansul i ntrzierea n zona de deformare

Zona de deformare poate fi mprit n trei prti distincte:

I. zona de ntrziere a vitezei semifabricatului fa de viteza periferic a cilindrilor;

II. zona de avans a vitezei semifabricatului fa de viteza periferic a cilindrilor;

III. zona neutr sau a vitezelor egale;

Fig. 3.3. Avansul i ntrzierea n zona de laminare.

3.2.5. Calibrarea cilindrilor de laminor

Calibrul reprezint ansamblul format din dou caneluri opuse executate pe o pereche de cilindri i care corespunde cu forma produsului pe care dorim s-l obinem prin laminare.

Prin calibrare se nelege calculul i construcia formelor seciunilor succesive ale calibrelor astfel ca plecnd de la seciunea iniial a semifabricatului s se ajung la produsul finit. Prin calibrare se urmrete obinerea unor produse fr defecte i dintr-un numr minim de treceri.

Tipuri de calibre:

1. Calibre de degroare;

2. Calibre de pregtire;

3. Calibre de finisare;

Dupa construcia lor ele pot fi:

a) complet deschise;

b) parial nchise;

c) cu deschideri mixte;

Caja de laminare se compune din:

cilindrii laminorului;

lagrele lor;

cadrul de susinere al lagrelor i cilindrilor;

mecanismele de reglaj ce servesc la modificarea distanei dintre cilindri;

ghidajele ce servesc la dirijarea metalului la intrarea i ieirea din cilindrii;

motorul de antrenare;

volantul;

reductorul;

Mai multe caje alctuiesc un tren de laminare.

Criteriile de clasificare a laminoarelor sunt:

1. Dup metalul sau aliajul prelucrat :

a) Laminor pentru prelucrarea oelurilor;

b) Laminor pentru prelucrarea aliajelor de cupru;

c) Laminor pentru prelucrarea aliajelor de zinc;

2. Dup temperatura de lucru :

a) Laminoare pentru prelucrare la cald;

b) Laminoare pentru prelucrare la rece;

3. Dup sensul de rotaie al cilindrilor :

a) Laminoare ireversibile ( ntr-un singur sens );

b) Laminoare reversibile ( n ambele sensuri );

4. Dup dispunerea cilindrilor :

a) Laminoare orizontale;

b) Laminoare verticale;

c) Laminoare oblice;

5. Dup numrul de caje :

a) Laminoare cu o caj;

b) Laminoare cu mai multe caje;

6. Dup tipurile de trenuri de laminare :

a) Laminoare de degroare;

b) Laminoare de finisare;

3.2.7. Tehnologia laminrii

Materialele care se lamineaz sunt lingouri (de diferite forme i mrimi) sau alte semifabricate obinute prin forjare sau prin laminri anterioare.

Etapele procesului de laminare la cald sunt :

1. Alegerea i pregtirea semifabricatului. Lingourile se cur de retasuri, iar celelalte semifabricate se debiteaz la dimensiunile necesare.

2. nclzirea.

3. Laminarea propriu-zis. Calibrele sunt alese astfel nct semifabricatul s se lamineze la forma final la o singur nclzire, respectnd domeniul optim al temperaturii de deformare (pentru oel 1100 - 1600 K).

4. Dup calibrare se taie produsul la dimensiunile prescrise.

5. Control tehnic de calitate.

Figura 3.4. Scheme de laminare.

Etapele laminrii la rece sunt :

1. Debitarea semifabricatului obinut prin laminare la cald;

2. Curirea suprafeei;

3. Laminarea propriu-zis;

4. Tiere la dimensiuni;

5. Tratament termic;

6. Control tehnic de calitate.

Exemple de repere care se obin prin laminare :

piese lungi de seciune constant (ine de cale ferat i orice alt tip de profil);

table;

evi;

axe, roi, bandaje;

3.2.8. Laminarea evilor

evile i conductele pot fi clasificate n funcie de metoda de obinere ca fiind fr custur sau sudate. n afara procedeului de laminare, evile se mai pot obine i prin sudare fie pe generatoare, fie elicoidal.

evile fr custur se produc prin laminare (cel mai economic procedeu) prin metoda Mannesmann.

Cilindrii au dubl conicitate i se rotesc n acelai sens. Se introduce semifabricatul Inclzit. Datorit

materialul n rotaie este deformat numai la suprafa, n interior lund natere un orificiu conic. Pentru uniformizarea gurii i a pereilor se folosesc dornuri de netezire.

3.3. Tragerea materialelor metalice

3.3.1. Principiul tragerii

Tragerea este procedeul de deformare plastic a materialelor sub aciunea unei fore de traciune pentru obinerea barelor, srmelor sau a evilor , prin trecerea forat a unui material ductil printr-o matri a crei seciune este mai mic dect seciunea iniial a materialului.

Procedeul aplicat la tragerea srmelor se numete trefilare, iar matria se numete filier. Valoarea reducerii de seciune este cuprins ntre 10 i 45%, putnd ajunge pn la 95 %.

3.3.2. Bazele teoretice ale tragerii

3.3.2.1. Calculul preliminar

A0, l0, d0 - dimensiunile iniiale ale semifabricatului;

A1, l1, d1 - dimensiunile finale ale produsului rezultat prin tragere;

Reducerea de seciune absolut se exprim prin relaia:

Reducerea de seciune relativ se exprim prin relaia:

Reducerea procentual de seciune se exprim prin relaia:

Reducerea absolut este dat de relaia :

Reducerea relativ este dat de relaia :

Reducerea procentual este dat de relaia :

Coeficientul de reducere a seciunii este dat de relaia:

La tragere modificarea seciunii semifabricatului se produce sub aciunea forelor transversale exercitate de pereii filierei (matriei).

Pe msur ce materialul avanseaz n filier ntreaga mas a semifabricatului sufer o deformare plastic sub aciunea forelor de compresiune care iau natere prin tragere. La ieirea din filier materialul este ntrit i va trebui tratat termic (recoacere).

Expresia forei de tragere este dat de relaia (determinat experimental) :

unde: - F = fora de tragere;

- ( m = rezistena medie de deformare;

- C = constant n funcie de coeficientul de frecare ntre metal i filier i unghiul deschiderii 2 .

5.2.3. Factorii care influeneaz tragerea

Factorii care influeneaz tragerea sunt :

1. viteza de tragere (pentru oeluri este de 90-120 m/min, iar pentru cupru 150-300m/min);

2. materialul sculei;

3. caracteristicile de form ale sculei;

4. lubrefiantul folosit;

5. gradul de tensionare al materialului;

6. calitatea suprafeei semifabricatului;

Prin tragerea la rece se realizeaz o puternic ecruisare a materialului care duce la creterea rezistenei la rupere i la scderea alungirii la rupere i a gtuirii Z, iar sudabilitatea materialului scade i ea.

Cu ct gradul de deformare este mai mare cu att modificarea proprietilor sunt mai accentuate. Pentru nlturarea efectelor negative ale tragerii se recomand executarea unui tratament termic de recoacere.

5.3 Filiera

Se cunoate c principala scul folosit n procesul de tragere este filiera, de ea depinznd att calitatea produsului tras ct i randamentul mainii.

Durabilitatea unei filiere depinde de materialul din care este confecionat i de tehnologia de execuie a orificiului filierei.

Fig.3.6. Filiera

Zonele orificiului filierei sunt:

1. conul de prindere ;

2. con de ungere;

3. con de deformare;

4. cilindru de calibrare;

5. con de degajare;

6. con de ieire;

La ieirea din cilindrul de calibrare, materialul sufer o revenire elastic motiv pentru care se execut conurile de degajare i ieire, pentru a mpiedica ruperea materialului.

Dac semifabricatul iniial este mai mare dect 10 mm atunci scula pentru tragere se numete matri. Duritatea suprafeei orificiului de tragere este de 60 65 HRC.

Figura 3.7. Matria de tragere

Mainile de tras se clasific dup urmtoarele criterii:

A. Dup dimensiunile produselor trase:

Maini pentru tras - srm;

- evi;

- bare;

B. Dup modul de aezare al tobelor de tras:

Maini de tras - cu tobe orizontale;

- cu tobe verticale;

5.4. Tehnologia tragerii

Procesul tehnologic de tragere la rece are urmtoarele etape:

1. Pregtirea materialului (nlturarea oxizilor);

2. Tragerea propriu-zis;

3. Tratament termic de recoacere;

4. Control

Srmele cu peste 0,25% C li se aplic un tratament termic de patentare care const din nclzire pentru austenitizare urmat de o rcire cu o vitez controlata sau de introducere n baie de plumb la 600 K pentru a se forma o structura perlitic fin.

5.5. Tragerea evilor

evile rezultate prin laminare sau alte procedee de prelucrare sunt adeseori finisate prin tragere la rece.

Tragerea la rece se utilizeaz pentru a obine tolerane dimensionale strnse i o bun suprafa. De asemenea se obine o mbuntire a proprietilor mecanice prin ecruisare.

Instalaia de tragere poarta denumirea de banc.

Suprafaa interioar a evilor se sprijin prin dorn

3.4. Extrudarea

3.4.1. Bazele teoretice ale extrudarii

Extrudarea - procesul de prelucrare prin deformare plastic care const n trecerea forat a materialului, datorit unei fore de compresiune, printr-o matri a crei deschidere este profilata i de seciune mai mic dect a materialului semifabricat.

Procesul de extrudare are loc n 4 (patru) faze:

1. Presarea pn la umplerea complet a orificiului matriei. n aceast faz fora de extrudare crete de la zero la valoarea maxim.

2. nceputul curgerii prin orificiul matriei.

3. Curgerea metalului prin orificiul matriei.

4. La sfritul cursei pistonului semifabricatul este complet deformat, iar fora se reduce la zero.

Fora de extrudare este influenat de :

a) rezistena la deformarea semifabricatului;

b) gradul de reducere;

c) valoarea forelor de frecare;

d) tipul extrudrii;

e) complexitatea piesei;

f) forma i dimensiunile semifabricatului;

Expresia de calcul e dat de relaia:

F=pA

unde p - presiunea de deformare a materialelor.

Valorile presiunilor sunt calculate pe baza unor relaii empirice sau determinate experimental.

Spre exemplu valorile recomandate ale presiunii la extrudarea oelului este cuprins ntre 170 i 280 daN/cm2, iar pentru aluminiu ntre 40 i 120 daN/cm2 .

3.4.2. Clasificarea extrudrii

I. Dup temperatura avem extrudare la rece sau la cald.

II. Dup natura forelor de deformare avem:

extrudare mecanic;

extrudare hidraulic;

extrudare prin explozie;

III. Dup sensul de actionare al forei i de deplasare al materialului avem:

extrudare direct;

extrudare invers;

extrudare combinat;

IV. Dup axa mainii avem:

Main de extrudat cu ax orizontal;

Main de extrudat cu ax vertical;

Main de extrudat cu ax oblic;

Prese pentru extrudare

Presele mecanice pentru extrudare pot fi :

cu excentric;

cu genunchi;

cu manivel;

Caracteristic este viteza mare de lucru exprimat n numr de curse duble pe minut (ncd/min).

Sculele folosite la extrudare sunt formate din matri i poanson.

Matria

1=con de deformare

2=cilindru de calibrare

3=cilindru de ieire

Fig. 3.8. Matria de extrudare

Poansonul

1=zon de prindere

2=corp poanson

3=zona activ

Fig. 3.9. Poanson

Materialele din care se execut sunt :

oeluri aliate cu Mo cu duritatea de 55 - 66 HRC;

carburi metalice;

3.4.3 Tehnologia extrudrii

Etapele procesului tehnologic de extrudare sunt:

1. Obinerea semifabricatului.

2. Pregtirea pentru extrudare (prerefulare, recoacere, curire, fosfatare, lubrefiere).

3. Extrudarea propriu-zis.

4. Operaii de completare (retezare, gurire, calibrare).

5. Control tehnic de calitate.

Procesul de extrudare la rece creeaz deplasri de material cu presiuni specifice foarte mari n timp foarte scurt (10-2 - 10-1 secunde). Prin faptul c materialul semifabricatului freac pe suprafaa sculei pot apare fenomene de uzur a sculei i a utilajului. Practic aceste fenomene au mpiedicat mult vreme aplicarea procedeului de extrudare la rece. A fost nevoie s se elaboreze o noua metod care utilizeaz un strat intermediar ntre scul i materialul supus deformrii. Acest strat trebuie s fie legat metalic de materialul supus deformrii i s fie poros pentru a ngloba lubrefiant. Metoda astzi unanim folosit este cea a fosfatrii. Ea const dintr-o transformare chimic superficial a materialului obinndu-se un strat de fosfai compui insolubili. Fosfatarea se execut dup decapare.

n cazul extrudrii la rece a oelului, presiunea la suprafaa de contact semifabricat matri poate atinge 250 daN/mm2. Lubrefianii nu trebuie s adere la pereii matriei, ci s preia sarcinile. Ca lubrefiani se folosesc lubrefianii solizi, ca de exemplu bisulfura de molibden.

Prin extrudare se pot obine urmtoarele rugoziti ale suprafeelor :

extrudare la rece : Ra = 0,2 1,6 (m

extrudare la cald : Ra = 1,6 6,3 (m

Cel mai frecvent se extrudeaz evi i profile de aluminiu, datorit plasticitii lui ridicate.

3.5. Forjarea

3.5.1. Generaliti

Forjarea - este procedeul de prelucrare prin deformare plastic la cald care const n modificarea formei unui semifabricat, datorit forelor statice sau dinamice exercitate de utilaje specifice, fore care provoac curgerea materialului pe diferite direcii sub aciunea unor lovituri succesive sau prin presare.

Forjarea se realizeaz prin crearea unei stri tensionale n volumul materialului, nsoit de curgerea materialului pe diferite direcii sub aciunea unor lovituri succesive sau statice.

Natura forelor tehnologice:

1. static - presarea;

2. dinamice - lovituri repetate;

n funcie de natura forelor tehnologice i de restriciile de curgere a materialelor deosebim dou procedee tehnologice:

1. Forjare liber, la care curgerea materialului este liber.

2. Forjare n matri, la care curgerea materialului este limitat, deformarea fcndu-se ntr-o cavitate a unei scule numit matri.

Avantaje

se obin piese complexe, de la cteva grame la cteva tone;

prin forjare se mbuntesc proprietile mecanice ale pieselor obinute, ceea ce face ca procedeul s fie utilizat la prelucrarea pieselor puternic solicitate cum ar fi arborii cotii, supapele,bielele, roi dinate, etc.;

se mbuntete indicele de utilizare a materialelor;

se realizeaz o orientare favorabil a fibrelor fa de axa eforturilor;

Forjabilitatea este o proprietate tehnologic. Prin materiale forjabile se neleg acele materiale i aliaje care pot fi deformate plastic prin forjare. De exmplu oelurile calmate, aliajele cuprului, aliajele aluminiului, ale magneziului, etc. Nu toate materialele sunt forjabile.

Semifabricatele pentru forjare pot fi sub form de lingouri, laminate, turnate.

3.5.2. Forjarea liber

Procesele de forjare liber sunt foarte variate, dar toate nu reprezint dect combinarea unor operaii simple numite operaii de baz.

La forjarea liber prelucrarea se face pe vertical, materialul fiind aezat de regul pe o pies fix numit nicoval sau sabot i fiind presat sau lovit de un berbec, direct sau prin intermediul unor scule speciale.

Zonele n care sabotul intr n contact cu materialul sunt detaabile, putnd fi utilizate sabote conform necesitilor. Principalele operaii care se pot realiza prin forjare liber sunt:

1. Refularea - mrirea dimensiunilor transversale n detrimentul celor longitudinale (lungimea).

2. Intinderea - inversul refulrii (avem intindere simpl la plci, intindere pe dorn ce se face cu scopul mririi lungimii i micorrii diametrului exterior, lrgire pe dorn).

3. Gurire.

4. Indoire.

5. Tiere.

6. Sudare.

7. Rsucire.

3.5.3. Forjarea n matri

Procedeu de prelucrare prin deformare plastic la cald prin care materialul se deformeaz simultan pe diferite direcii, iar curgerea este condiionat de forma i dimensiunile cavittii matriei.

Prin matritare semifabricatul este obligat s ia forma matritei. Scula n care are loc deformarea se numete matri de forjat. Matria propriu-zis se compune din dou pri numite semimatrie i din dou coloane ( boluri ) de centrare. Cavitatea are forma i dimensiunile piesei forjate calde. Elementele tehnologice ale unei matrie de forjat sunt :

planul de separaie ;

razele de racordare

nclinrile suprafeelor frontale ;

adaosurile de prelucrare ;

adaosurile de contracie ;

canalul de bavur.

Se observ c majoritatea elementelor tehnologice ale unei matrie de forjat sunt similare celor ale modelelor pentru turnare. Canalul pentru bavur are rolul de a prelua excesul de material ,deoarece nu se poate realiza un calcul exact al semifabricatului , ntre situaia de subdimensionare a volumului semifabricatului care ar conduce la obinerea unei piese cu configuraie incomplet datorit neumplerii cavitii matriei i cea de supradimensionare , alegndu-se ultima care confer garania obinerii unei piese matriate bune. Acest surplus de material ( practic marja de siguran pe care ne-o lum pentru a obine o pies matriata cu configuraie completa ) este dirijat ctre aceste canale pentru bavura. Prin crearea unei rezistene sporite la umplerea acestui canal de bavura , se d posibilitatea de umplere complet a cavitii matriei. Bavura este format din dou pri :

puntia bavurii ;

magazia bavurii.

1 = puntia

2 = magazie

3 = plan de separaie

Fig. 3.10 Canalul de bavur

Principalele tipuri de bavuri sunt redate n figura de mai jos :

Fig. 3.11 Tipuri de locauri pentru bavur

Matria de forjat poate s aib o cavitate sau mai multe. O matri cu mai multe caviti cuprinde :

cavitatea de pregtire ( preforjare ) ;

cavitatea de matriare propriu-zis.

Dac matria are o singura cavitate , aceasta se aeaz n centrul matriei, care coincide cu axa mainii. Dac matria are mai multe caviti , acestea se dispun n ordinea de desfurare a operaiilor de matriare. Matria de forjat se confecioneaz din oeluri aliate cu crom i nichel ( pentru a-i conferi refractaritate i o nalta rezistena la rupere ). Aceste oeluri sunt oeluri de cementate ( pentru a-i conferi rezistena la uzur ) , partea superficial fiind calit la 55-60 HRC , n timp ce miezul este mai moale pentru a fi mai tenace i a prelua ocurile.

Bavura rezultat se ndeprteaz printr-o operaie de debavurare care de fapt reprezint o tantare. Debavurarea se poate executa la cald sau la rece , cu ajutorul unor scule de construcie special numite matrie de debavurat. O matri de debavurat se compune dintr-o plac de baz ( tietoare ) i un poanson. Piesa matriat cu bavura se dispune pe placa titoare. n urma decuprii se obine piesa matriat fr bavur.

Uneori piesa astfel obinut este supusa unei ultime operaii de finisare printr-o matriare de calibrare n matri de forjat. Dac piesa matriat este complex , atunci semifabricatul utilizat n vederea matririi este o pies preforjat sau o piesa turnat.

Fig. 3.12. Schema debavurrii

Ca avantaje enumerm productivitate ridicat, precizie i consum redus de material , iar ca dezavantaje limitarea greutii pieselor forjate i costul ridicat de realizare a matrielor.

Finisarea pieselor matriate const n:

debavurare la cald sau la rece;

ndreptare dup debavurare;

calibrare - operaie final care are ca scop creterea preciziei dimensionale i a calitii suprafeelor;

curirea prin sablare;

Forjarea radial - se realizeaz reducerea succesiv a seciunii prin aplicarea unor fore identice ce acioneaz dup dou, trei, patru direcii transversale. Materialul primete o micare de avans i o micare de rotaie, iar operaia executat este o ntindere. Precizie +/- 0,2 %.

Fig.3.13 Schema forjrii radiale

Utilajele folosite sunt :

1. Ciocane mecanice pentru forjare liber sau n matri cu simplu sau dublu efect;

Ciocanele transmit brusc materialului ce se deformeaz energia cinetic a masei aflat n micare. Aciunea lor este nsoit de zgomot i vibraii mecanice. Timpul de lovire fiind scurt, presiunea de deformare nu are timp s se transmit pn n interiorul pieselor.

2. Presele utilizate po fi:

- hidraulice;

- cu friciune

- cu manivel;

- cu arbore cotit;

Tehnologia forjrii

Etapele procesului tehnologic de forjare sunt:

1. Elaborarea desenului piesei forjate.

2. Calculul semifabricatului.

3. Debitare.

4. Inclzire.

5. Forjare.

6. Tratament termic

7. Curire.

8. Control tehnic de calitate.

Tehnologia matririi

Etapele procesului tehnologic de matriare sunt:

1. Elaborarea desenului piesei forjate i proiectarea matriei de forjare.

2. Debitarea semifabricatului.

3. Inclzire.

4. Matriare.

5. Debavurare.

6. Tratament termic.

7. Curire.

8. Control tehnic de calitate.

Rezistenele la rupere ale diferitelor oeluri la diferite temperaturi sunt redate n tabelul de mai jos :

Material

la rece

700 C900 C1100 C

Oel carbon moale407,552,5

Oel carbon6016,27,53,7

Oel carbon dur8024,2115

Oel aliat10032136

In funcie de aceste valori se decide dac procedeul de prelucrare va fi efectuat la cald sau la rece.

3.6. PRELUCRAREA TABLELOR PRIN DEFORMARE PLASTIC

3.6.1.Generaliti

Tablele sunt semifabricate care au una dintre dimensiuni mai mic dect celelalte dou. Prelucrarea lor prin deformare plastic (la cald sau la rece) asigur obinerea unor piese apropiate de forma finit, cu adaosuri minime sau chiar zero. Debitarea tablelor ce urmeaz a fi prelucrate prin deformare plastic se face la indici de utilizare ridicai (peste 90 ). ntreg procesul tehnologic poate fi uor automatizat.

Piese obinute prin deformare plastic pot nlocui cu succes pe cele turnate, forjate, laminate sau obinute prin alte procedee n condiiile asigurrii scopului funcional al piesei, al reducerii consumului de material i a manoperei.

Perfecionrile aduse n procesul de fabricare al matrielor au stimulat dezvoltarea tehnologiilor de deformare plastic a tablelor, preul de cost ridicat al matriei fiind unul dintre factorii care au frnat implementarea pe scar larg a acestor tehnologii. Dezvoltarea fr precedent a industriei constructoare de automobile constituie unul din factorii care au accelerat progresul acestor procedee tehnologice.

Principalele procedee tehnologice de prelucrare a tablelor sunt :

1.ndoirea - procedeu de deformare plastic (la cald sau la rece, n funcie de forele necesare deformrii i a calitii materialului deformat) prin care se schimb orientarea axei semifabricatului, fr afectarea lungimii lui.

Fig.3.14. Indoirea

2.Profilarea - operaia de prelucrare prin deformare plastic a tablelor prin care se obin forme diferite prin ndoiri paralele cu muchiile longitudinale. Profilul se obine prin ndoiri succesive, pe utilaje de tip abkant, folosind dispozitive i scule profilate.

Fig. 3.15 Table profilate

3.Curbarea - operaia de prelucrare prin deformare plastic a tablelor prin care se obin din semifabricate plate piese parial sau total cilindrice, cu axa paralel cu muchia semifabricatului. Se execut de obicei pe valuri prin vluire.

4. Rasfrangerea - procedeu de deformare plastic prin care la un semifabricat plan cu orificii se realizeaz lrgirea orificiului prin formarea unui guler.

Fig.3.16. Rsfrngerea

5. Fasonarea la strung - metoda de deformare plastic a semifabricatelor pe modele n micare de rotaie.

Se poate executa cu sau fr subierea materialului. Metoda se aplic pentru o serie de fabricaie mic. Viteza de rotaie a modelului este de 400 6