2

Cursul 14 TM

4. FORJAREA LIBERA SI IN MATRITA

4.1. NOTIUNI GENERALEDefinitie Forjarea este procedeul de deformare plastica ce consta in modificarea formei unui semifabricat datorita crearii unei stari de tensiuni in volumul materialului, insotita de curgerea lui pe diferite directii sub actiunea unor lovituri succesive sau prin presare.

Clasificare - in functie de modul de curgere.

Domeniul de utilizare. Se pot realiza cele mai variate forme de piese, de la cateva grame pana la sute de tone. Forjarea asigura imbunatatirea apreciabila a proprietatilor mecanice ale materialului. Cele mai folosite materiale pentru forjare sunt: otelurile calmate si aliajele ce Cu, Al, Mg etc.

4.2. FORJAREA LIBERA

Procedeele de forjare libera sunt foarte variate, dar ele sunt combinatii ale catorva operatii simple numite operatii de baza. Acestea sunt:

1 Refularea (fig.4.1.) este operatia prin care se realizeaza marirea dimensiunilor transversale ale semifabricatului pe seama micsoralii lungimii sau inaltimii lui.

2 Intinderea (fig.4.2) este operatia prin care se mareste lungimea si se micsoreaza sectiunea transversala a semifabricatului.3. Gaurirea (fig. 4.3) este operatia de forjare prin care se obtin gauri strapunse sau nestrapunse in semifabricat. Operatia se realizeaza cu perforatoare pline numite dornuri (pentru gauri cu diametrul < 400 mm) sau cu perforatoare tubulare (pentru gauri cu diametrul > 400 mm).

4. Indoirea (fig.4.4.) este operatia prin care semifabricatul se curbeaza, modificandu-si axa longitudinala. Tensiunile induse in material determina modificarea sectiunii transversale a semifabricatului subtiindu-se in exterior si ingrosandu-se la interior. Acest aspect impune pregatirea tehnologica prealabila a semifabricatului ce consta in realizarea unor surplusuri de material in zona de indoire astfel incat dupa deformare sa rezulte sectiuni uniforme. Se impune incalzirea corespunzatoare a materialului.5. Rasucirea (fig.4.5.) este operatia in care o parte a semifabricatului se roteste in jurul axei longitudinale cu un unghi. Operatia se poate aplica intreagii portiuni de rasucit (cazul burghielor spiralate) sau se poate aplica in trepte pe portiuni (cazul arborilor cotiti).

6. Taierea (fig.4.6.) este operatia prin care semifabricatul se taie in piese. Taierea poate fi partiala sau de separare (o parte din semifabricat se separa de cealalta parte a acestuia). Separarea se poate face pe contur exterior sau interior.

7. Sudarea este opreatia prin care se imbina capetele unei piese inelare sau se imbina intre ele diverse bucati ce compun o piesa. Se pot suda prin forjare numai otelurile carbon cu putin C (sub 0,35 % C).

8. Elaborarea tehnologiei de forjare libera

Etape principale:1 - intocmirea desenului piesei brute forjate (fig.4.7.)

2 - stabilirea dimensiunilor semifabricatului de pornire se face pornind de la masa piesei finite la care se adauga o serie de mase corespunzatoare diferitelor pierderi de masa in timpul procesului tehnologic.

Msf = Mp + Md + Ma + Mc + Mg + Mth + MapIn care:

Msf - masa semifabricatului;

Mp - masa piesei finite;

Md - masa pierderilor prin debitare;

Ma - pierderilor prin ardere (Ma = [ 1 - 2,5] Msf);

Mc - masa capetelor de prindere;

Mg - masa pierderilor prin gaurire;

Mth - masa adaosurilot tehnologice;

Map - masa adaosurilor de prelucrare.

3 - alegerea succesiunii operatiilor de forjare;

4 - alegerea utilajului de deformare;

5 - alegerea sculelor;

6 - stabilirea regimurilor pentru incalzire si racire;

7 - stabilirea operatiilor suplimemtare si ordinea lor ( control, tratament termo - chimic, prelucrari prin alte procedee).

4.3. FORJAREA IN MATRITA (MATRITAREA)

1. Avantajele si dezavantajele matritarii.

Avantaje comparatie intre forjarea libera si matritarea:

Productivitate ridicata;

Calitatea suprafetei mai buna;

Precizie dimensionala ridicata;

Se pot obtine piese de complexitate mare;

Consum redus de material.

Dezavantaje:

Costul ridicat al matritelor;

Utilaje specializate;

Se pot obtine piese mici si medii cu mase intre 0,01 1000 Kg.

2. Alegerea procedeului de forjare - libera sau in matrita

Alegerea procedeului este conditionata de numarul de piese, de marimea si configuratia pieselor.

Piesele de dimensiuni mari si foarte mari se obtin numai prin forjare libera. Cele de dimensiuni medii si mici se pot obtine prin ambele procedee. La productii de unicat sau serie mica este economica forjarea libera, iar la productii de serie mare si masa este economica matritarea.

Alegerea procedeului se face pe baza calcului costului de fabricatie pentru cele doua procedee.

3. Schema de principiu a matritarii

Matritarea are loc in cavitatea unei scule, numita matrita. De obicei matritele sunt realizate din 2 parti numite semimatrite.

4. Principii de proiectare a pieselor matritate

Etape: 1 - Intocmirea desenului piesei matritate. Se face plecand de la desenul piesei finite la care se ataseaza razele de racordare tehnologice si adaosurile de prelucrare, tehnologice, de inclinare (fig.4.10.).

2 - Alegera planului de separatie. Se face tinand cont de urmatoarele principii: Sa imparta piesa in 2 parti egale si simetrice;

Sa nu fie in trepte;

Sa faciliteze curgerea plastica a materialului;

Sa asigure un fibraj corespunzator.

3 - Determinarea masei semifabricatului initial. Se pleaca de la masa piesei finite la care se adauga masele pierderilor prin ardere si prin bavura.Msf = Mpm + Mb + Ma.

In care:

Msf - masa semifabricatului;

Mpm - masa piesei matritate;

Ma - masa pierderilor prin ardere;

Mb masa bavurii.

5. Operatii de finisare a pieselor matritate

1 - Debavurarea; 2 - Indreptarea; 3 - Calibrarea; 4 - Curatirea.

6. Tehnologia matritarii

Operatii principale:

1 - Debitarea semifabricatului;

2 - Incalzirea materialului;

3 - Matritarea propriu - zisa;

4 Operatii de complemntare.

5.1 PRELUCRAREA TABLELOR

5.1. NOTIUNI GENERALE

Tablele sunt produse laminate caracterizate prin existenta fibrajului orientat pe directia de laminare. De aceea ele au proprietati mecanice mai bune pe directie longitudinala decat pe directie transversala.

Se utilizeaza in industria aeronautica, auto, tractoare si masini agricole, electrotehnica, bunuri de larg consum etc.

Tablele se clasifica in functie de grosime (g), astfel:

Principalele procede de prelucrare a tablelor subtiri sunt:

5.2. PRELUCRAREA TABLELOR PRIN TAIERE

Taierea se realizeaza cu ajutorul a 2 taisuri asociate. Ea poate fi pe contur deschis (taierea sau debitarea cu ajutorul foarfecelor) sau inchis (stantarea).

1. Taierea cu foarfecele este operatia de taiere dupa un contur deschis, drept sau curb, cu ajutorul a 2 taisuri apartinand la 2 cutite aflate in miscare relativa (fig.5.1).

Principalele tipuri de foarfece si schemele de principiu sunt prezentate in fig.5.2.2. Stantarea se realizeaza cu un echipament tehnologic specific, numit stanta care are 2 elemente active principale poansonul (elementul mobil) si placa taietoare (elementul fix). Stantarea se realizeaza pe prese. Schema de principiu este prezentata in fig.5.3.

Intre poanson si placa taietoare exista un joc (J) a carui marime se determina in functie de grosimea materialului (g) si de proprietatile acestuia.

Principalele operatii care se realizeaza prin stantare sunt:

a) Decuparea (fig.5.4 a) este operatia de stantare pentru separarea materialului pe un cuntur inchis. Partea desprinsa din semifabricat contine piesa.

b) Perforarea (fig.5.4 b) este operatia de stantare pentru separarea materialului pe un cuntur inchis. Partea desprinsa din semifabricat contine deseul.

c) Retezarea (fig.5.5) este operatia de stantare pentru separarea materialului pe un cuntur deschis.d) Tunderea (fig.5.6) este operatia de stantare pe un cuntur inchis pentru separarea marginilor unei piese cave.

e) Taierea pe suport moale (fig.5.7) consta in taierea dupa un contur inchis prin patrunderea in material a unei scule cu tais-lama.

EMBED Visio.Drawing.11

Clasificarea stantelor

Dupa numarul operatiilor pe care le executa sunt stante simple (pentru o singura operatie) si combinate (pentru mai multe operatii)

Dupa modul in care realizeaza in timp operatiile sunt stante cu actiune succesiva (fig.5.8 a) si cu actiune simultana (fig.5.8 b).

In cazul stantei succesive prelucrarea se realizeaza in 2 tacte. In primul se realizeaza perforarea, iar in al II-lea decuparea. La fiecare cursa a culisorului presei se obtine o piesa (ex. saiba).

In cazul stantei simultana ambele operatii se realizeaza intr-un singur tact. La fiecare cursa a culisorului presei se obtine o piesa (ex. saiba).

Croirea materialului in vederea stantarii. Prin croire se intelege amplasarea judicioasa pe semifabricat a produselor, astfel incat sa rezulte deseuri minime sau altfel spus un coeficient de utilizare a materialului maxim. Puntitele (vezi fig.5.9) trebuie strict dimensionate astfel incat sa aiba rezistenta si rigiditatea necesare stantarii. Marimea puntitelor depinde de: grosimea, duritatea si rigiditatea materialului, de dimensiunile si forma piesei etc.

5.3. PRELUCRAREA TABLELOR PRIN DEFORMARE PLASTICA

1. Indoirea este operatia de deformare ce consta in incovoierea plana in jurul unor muchii rectilinii (fig.5.10).

Pozitia stratului neutru se poate determina cu relatii de forma:

sau

In care:

raza stratului neutru;

r raza interioara;

R raza exterioara;

g grosimea tablei;

x coeficient ce depinde de raportul r/g.

Pentru table cu g 5) se poate considera ca stratul neutru coincide cu stratul median.

Datorita fisurilor si crapaturilor care apar in partea exterioara, indoirea NU se poate realiza sub o anumita raza minima. Aceasta depinde de grosimea, natura si starea materialului. Raza minima (rmin) se poate calcula cu relatia:

k coeficient de material.

Deoarece deformarea plastica este insotita de deformarea elastica, la stabilirea tehnologiei de indoire cat si la proiectarea dispozitivelor de indoire trebuie sa se tina cont de unghiul de revenire elastica (fig.5.11)

2. Ambutisarea consta in modificarea formei semifabricatului, de la forma plana la forma cava, sau consta in marirea adincimii unui semifabricat cav cu sau fara modificarea grosimii peretilor. Schema de principiu este prezentata in fig.5.12.

La ambutisare apar cute (vezi fig.5.12 c). In cazul materialelor groase cutele sunt netezite in jocul dintre poanson si matrita. In cazul semifabricatelor subtiri evitarea formarii cutelor se realizeaza cu ajutorul inelului de retinere (fig.5.13).

In cazul pieselor cave cu inaltime (adincime) mare, pentru evitarea fisurarii materialului, ambutisarea se realizeaza din mai multe treceri (fig.5.14).

Forta de ambutisare (F) se calculeaza cu relatii simple de forma:

In care:

R rezistenta conventionala de rupere;

d - diametrul piesei;

g grosimea tablei;

K coeficient ce depinde de gradul de deformare la ambutisare (de coeficientul de ambutisare).

3. Operatii de fasonare a pieselor din tabla sunt operatii de deformare plastica locala care schimba forma semifabricatului, dar grosimea ramane practic constanta. Principalele operatii sunt:

a) Reliefarea consta in realizarea unei deformari de mica adancime in vederea obtinerii unor inscriptii, desene, sau realizarea unor nervuri de rigidizare (fig.5.15).

b) Rasfrangerea marginilor este operatia de fasonare ce consta in deformarea plastica a marginilor unui semifabricat sau ale unei gauri (fig.5.16).

c) Umflarea (ambutisatea transversala) consta in largirea pieselor cave sau a semifabricatelor din teava prin intinderea materialului in directie radiala, din interior spre exterior (fig.5.17).

d) Gatuirea este operatia prin care se micsoreaza sectiunea transversala (diametrul) a tevilor sau a capetelor pieselor cave prin presare din exterior (fig.5.18).

e) Fasonarea pe strung consta in modificarea formei semifabricatelor plane pe modele a caror configuratie reprezinta interiorul produsului cav. Modelele sunt prinse pe strung si au miscare de rotatie. Forta de deformare se exercita de regula cu ajutorul unor role. Se utilizeaza in productia de unicate (fig.5.19).

EMBED Visio.Drawing.11

PAGE 8

_1273205746.vsdFig. 4.9 Schema de principiu a matritarii

1 - semifabricat brut; 2 - semimatrita inferioara; 3 - semimatrita superioara; 4 - asamblare in coada de randunica - zonele de fixare a semimatritelor inferioara si superioara de sabota respectiv berbecul ciocanulu; 5 - piesa bruta matritata (cu bavura); 6 - bavura; 7 - piesa matritata; 8 - canale de bavura; 9 - cavitatea matritei. F - forta de matritare.

9

8

7

5

2

1

3

4

6

F

_1273213830.vsdTable

Subtiri g < 4 mm

Groase g > 4 mm

_1303548766.unknown

_1303548774.unknown

_1303548824.unknown

_1463830862.vsdOperatii de baza

Refulare

Intinderea

Gaurirea

Indoirea

Rasucirea

Taierea

Sudarea

Fig.4.1 Refularea

a - schema de principiu; b - refularea cu o proeminenta; c - refularea cu doua proeminente; h0, d0 - dimensiunile semifabricatului inainte de refulare; h, d - dimensiunile semifabricatului dupa refulare.1 - ciocan (berbec); 2 - nicovala (sabota); 3 - semifabricat.

do

F

d

h

ho

1

3

2

F

F

a

b

c

_1303548777.unknown

_1303548769.unknown

_1273215179.vsdF

1

P

P

1 - inel de retinere;P - forta de apasate pe inelul de retinere.

Fig.5.13 Ambutisarea cu inel de retinere

d2

d1

dn

di

D

h1

h2

h3

hn

hi

d3

di - diametrul piesei dupa trecerea " i ";hi - inaltimea piesei dupa trecerea " i ";D - diametrul semifabricatului.

Fig.5.14 Ambutisarea adanca

_1303548525.unknown

_1273217664.vsd1 - matrita de gatuire2 - semifabricatF - forte de actionare

Fig.5.18 Gatuirea

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

d1

g

d0

1

4

2

3

F

Fig.5.16 Rasfrangerea

Fig.5.15 Reliefarea

2

1

4

3

5

P

Fig.5.17 Umflarea

1 - semifabricat ;2 - bloc de cauciuc; 3 - matrita (formata din mai multe bucati);4 - produs umflat; 5 - poanson.

1

n

4

5

2

3

1

1 - semifabricat; 2 - model; 3 - tampon de fixare;4 - role; 5 - dispozitiv universal cu 3 bacuri

Fig.5.19 Fasonarea pe strung

2

F

F

F

F

F

F

_1273215028.vsdd

D

S

h

d

1 - semifabricat; 2 - poanson; 3 - matrita.F - forta de ambutisare; J - jocul dintre matrita si poanson; rp - raza poansonului; rm - raza maritei; d - diametrul piesei D - diametrul semifabricatului; h - inaltimea piesei; S - surplusul de material.a - schema de principiu a ambutisarii;b - piesa obtinuta;c - piesa cu marginile incretite datorita surplusului de materiald - semifabricat pentru ambutisare.

Fig.5.12. Schema ambutisarii

r p

r m

g

J

J

F

2

3

1

a

d

c

b

_1273209618.vsdFig.5.1 Taierea prin forfecare

a - principiu taierii; b - aspectul taieturii.I; II - cutite1 - zona ingusta de deformatii locale; 2 - zona lucioasa (datorita frecarilor scula - material); 3 - zona grauntoasa (cauzata de forfecarea brusca a materialului).

a

= 60 - 80

a

J

I

II

F

a

b

1

3

2

J = (0,05 - 0,2)g; g = grosimea tablei.F = K.L.g.RfF-forta de taiere (forfecare)L-lungimea conturului taiat (mm): Rf - rezistenta la forfecare a mat. (MPa); K - coeficient

_1273210471.vsdJ

J

F

P

P

1

2

4

3

g

Fig.5.3 Schema stantarii

1 - poanson; 2 - placa taietoare; 3 - inel de fixare; 4 - senifabricat.

deseu

Fig.5.4. Operatii de decupare si perforarea - decupare; b - perforare

a

b

deseu

piesa

piesa

_1273211897.vsdpi

pe

Fig.5.9 Puntitepi - puntite interioare; pe - puntite exterioare.

deseu

piesa

deseu

a

Fig.5.8 Schema tehnologica de fabricare a saibelora - pe stante succesive; b - pe stante simultane

b

deseu

deseu

piesa

_1273213494.vsd3

2

1

F

g

a

b

Mi

Mi

a>/=b

strat neutru

t

c

compresiune

tractiune

Fig.5.10 Schema de principiu a indoirii

1 - poanson; 2 - semifabricat; 3 - placa sau matrita de indoire.

g - grosimea tablei.

- unghiul de indoire

- unghiul de revenire elastica

Fig.5.11 Revenirea elastica

_1273210987.vsd1

Fig. 5.5 Retezarea

1 - cutit drept mobil; 2 - cutit fix; 3 - semifabricat; 4 - piesa; 5 - opritor.

4

5

3

2

Fig.5.6 Tunderea

1 - piesa; 2 - plan de taiere; 3 - deseu.

1

2

3

4

3

2

1

Fig.5.7 Taierea pe suport moale

1 - cutit de perforat; 2 - semifabricat; 3 - suport moale (lemn, cauciuc etc); 4 - masa.

_1273209763.vsdg

F

1

5

4

3

2

3

7

a

b

c

Fig. 5.2 Tipuri de foarfece

a - foarfece cu cutite paralele; b - foarfece cu cutite inclinate; c - foarfece cu cutite disc; d - foarfece cu cutit vibrator1 - culisorul fresei; 2 - cutit drept mobil; 3 - semifabricat; 4 - cutit fix; 5 - masa; 6 - cutit inclinat mobil; 7 - cutit disc; 8 - cutit vibrator.

8

d

g

F

1

5

4

3

6

_1273206756.vsd1

2

4

3

F

Fig.4.11. Debavurarea1 -poanson; 2 - piesa; 3 - placa taietoare;4 - bavura.

F

F

4

2

1

3

Fig.4.12. Calibrarea1 -semimatrita superioara; 2 - semimatrita inferioara; 3 - poanson; 4 - piesa (biela).

_1273207973.vsdPrin taiere

Forfecarea

Stantarea

Perforare

Decupare

Ratezare

Tundere

Calibrare

Prin deformare plastica

Indoire

Curbare

Indoire

Ambutisare

Reliefare

Umflare

Gatuire

Bordurare

Prelucrarea tablelor subtiri

Fasonare

Operatii combinate

_1273206008.vsdadaos de prelucrare

Fig. 4.10. Intocmirea desenului piesei matritate

a

b

adaos tehnologic

a - piesa finita

b - piesa matritata

adaos de inclinare

_1273168736.vsdF

Fr

1

3

4

2

Fig.4.5 RasucireaFr - forta de rasucire; F - forta de fixare;1 - nicovala superioara; 2 - nicovala inferioara; 3 - semifabricat; 4 - furca.

F

Fi

lmax

R

a

2

1

3

4

Fig.4.4 IndoireaFi - forta de indoire; F - forta de fixare;l max- bratul maxim al fortei; R - raza calapodului;1 - semifabricat; 2 - produs indoit; 3 - calapod de indoire 4 - nicovala.

_1273170221.vsdFig. 4.7 Amplasarea adaosurilor de prelucrare si tehnologice

Conturul piesei finite;

Adaosuri de prelucrare

Adaosuri tehnologice

_1273205348.vsdN - numar de bucatiNcr - numar de bucati critic.

Forjarea libera este economica la productiile unicat si serie mica (N< Ncr).Matritarea este economica la productiile de serie mare si masa (N> Ncr).

Cost [lei / buc]

cost matritare

cost forjare libera

forjare liberarentabila

matritare rentabila

N

Ncr

Fig.4.8 Alegera procedeului de forjare.

_1273169344.vsddecupare

decupare

crestare

separare

Fig.4.6 Operatii de taierea

_1273167179.vsda; b; c; d - gauriri cu dorn plin; e; f; g - gauriri cu dorn tubular. 1 - dorn; 2 - prelungitor; 3 - dorn de calibrare; 4 - dorn (perforator) tubular; 5 - prelungitor tubular; 6 - inel;7 - suport; 8 - rest de material.

Fig. 4.3 Gaurirea

b

F

2

a

F

1

d

F

F

3

e

F

4

f

F

4

5

c

F

1

g

F

6

7

8

_1273168093.vsdFig.4.2. Intinderea

a - intinderea simpla; b - intinderea pe dorn; c - intinderea si largirea pe dorn; h0, d0 - dimensiunile initiale; h, d - dimensiunile finale.1 - dorn ; 2 - semifabricat; 3 - nicovala (sabota) 4- ciocan (berbec)

1

2

4

3

F

F

c

F

b1

b0

h1

h0

2

4

3

a

1

2

4

3

F

F

b

_1273165921.vsdForjarea

Libera - materialul curge liber (curgere nelimitata).

In matrita (matritarea) - materialul se deformaeza intr-o cavitate a unei scule denumita matrita (curgerea este limitata de peretii cavitatii).