procesul de ambutisare

hg

hi

PRELUCRĂRI PRIN DEFORMARE PLASTICĂ - 1 -

Capitolul 5AMBUTISAREA

5.1. Schema procesului. Starea de tensiuni şi deformaţii

D

r

ri

Fig.5.1

d prima

ambut isare

di urmãt

oarea ambut isare

Fig.5.2

Ambutisarea este operaţia de deformare plasti- că prin care se transformă un semifabricat plan într-o piesă cavă sau se continuă prelucrarea unei piese cave cu scopul creşterii adâncimii ei (fig.5.1).

Deformarea materialului la ambutisare este un proces complex care depinde de geometria şi materialul piesei, de tehnologia adoptată , de construcţia echipamentului tehnologic şi de alţi factori. Cu cât complexitatea formei piesei este mai mare, cu atât şi dificul- tăţile tehnologice sunt mai importante.

În funcţie de aceasta, ambutisarea se poate face dintr-o singură operaţie (fază) sau din mai multe.

Numărul acestora depinde de gradul de deformare solicitat de caracteristicile piesei şi de cel admisibil, permis de material şi condiţiile tehnologice folosite.

Deformarea se face cu ajutorul unei perechi de elemente active: placă de ambutisare şi poanson de ambutisare (fig.5.2), între care există un joc j compa- rabil (dar mai mare) cu grosimea semifabricatului de ambutisat.

Aspectul diferitelor

tipuri de piese ambutisate este ilustrat în figurile 5.3...5.10.

Fig.5.3 – Piesă cilindrică fără flanşă (prima şi a doua ambutisare)


Fig.5.4 – Piesă cilindrică cu flanşă

Fig.5.6 – Piesă cilindrică în trepte

Fig.5.8 – Piesă paralelipipedică

Fig.5.5 – Piesă de revoluţie complexă

Fig.5.7 – Piesă (tron)conică

Fig.5.9 – Piesă parabolică

Fig.5.10 – Piesă ambutisată de formă complexă şi nesimetrică


O clasificare în domeniul ambutisării, în funcţie de care apar şi urmează să fie abordate(rezolvate) şi problemele tehnologice, ar putea fi cea din figura 5.11.

Tip piesă

piese derevoluţie

piese paralelipipedice

piese complexe(nesimetrice)

cilindrice

conice

semisferice

parabolice

oarecare

cu subţiere Modificarea grosimii peretelui piesei

fără subţiere

fără flanşă Flanşa cu flanşă

individual Tip semifabricat bandă

una Număr de ambutisări mai multe

Fig.5.11

În cele ce urmează vom considera cazul cel mai simplu, al ambutisării pieselor cilindrice, fără flanşă, fără subţiere.

Pentru realizarea ambutisării, asupra semifabricatului plan, aşezat pe placa de ambutisare, se exercită o forţă F cu ajutorul poansonului. Materialul va fi tras (deformat, deplasat) în cavitatea plăcii de ambutisare, în spaţiul (jocul) dintre aceasta şi poanson (fig.5.12).

Concomitent cu formarea peretelui (vertical) al piesei, porţiunea încă plană a semifabricatului iniţial (flanşa) se micşorează continuu.

Datorită modului în care se face trecerea semifabricatului plan în piesa cavă în cursul ambutisării, diferitele zone ale acesteia (flanşa, peretele, fundul) sunt caracterizate de stări de tensiuni şi deformaţii diferite (fig.5.12), cea mai interesantă şi importantă fiind zona flanşei. Aceasta este caracterizată de existenţa unor tensiuni de întindere radială (determinate de tragerea materialului spre cavitatea plăcii de ambutisare) şi tensiuni de compresiune tangenţială (determinate de reducerea continuă a diametrului flanşei), tensiuni care sunt asimilate unei stări plane de tensiuni.

i

d


g

Q

Dacă se consideră un sistem de referinţă polar (axele: radială şi tangenţială ), tensi-unile şi vor fi tensiuni normale principale.

p g

z

z

+f

rpl

t

i

rp

Să considerăm, în zona flanşei semifabricatului, unF element având deschiderea unghiulară d şi lungimea d,

încărcat cu tensiunile şi . Deplasarea lui în sensulambutisării se face ca urmare a acţiunii tensiunii totale deambutisare:

d=2r a

[(

f

)e ]sin , (5.1)

d

dpl

d

r

unde f este tensiunea radială provenită din frecareasemifabricatului cu suprafaţa elementelor de lucru, i - tensiunea radială provenită din îndoirea/dezdoirea materialului pe zona de racordare a plăcii de ambutisare. Pe zona de racordare se consideră că la interfaţa semifabricat - placa de ambutisare frecarea este similară cu cea de la transmisia prin curele*) (relaţia lui Euler). Se are în vedere că jocul dintre elementele active la ambutisare este mai mare

R

Fig.5.12

decât grosimea g (sau piesa poate fi conică), aspect care esteluat în considerare prin unghiul ; pentru simplificare se va considera j g şi deci = /2.

Pentru determinarea tensiunii , considerând solicitarea elementului ca o stare plană de tensiuni, ecuaţia

echilibrului său în tensiuni va fi:

d

d 0 , (5.2)

căreia i se ataşează condiţia de plasticitate sub forma: R c R def . (5.3.)

În (5.3) s-a luat semnul plus pentru a ţine seama de semnul tensiunilor: < 0; > 0; Rdef este rezistenţa la deformare, iar = 1,1 pentru cazul general.

Din ecuaţiile (5.2) şi (5.3) se obţine:

d

d R def 0 , (5.4)

sau: d Rdef

d , (5.5)

rezultând prin integrare: R def ln C . (5.6)

Constanta de integrare C se obţine din condiţiile la limită: = R (la limita flanşei) R

pentru =0, şi deci: R def ln

. (5.7)

Din condiţia de plasticitate (5.3) şi (5.7) se obţine: R

1,1.R def 1 ln

. (5.8)

Maximul tensiunii care se va lua în considerare în ecuaţia (5.1) este pentru = r,

adică: ,max 1,1.R

def ln R

, (5.9)r

iar maximul tensiunii se obţine pentru = R:

*) Vezi cursul „Organe de maşini”.

p


,max 1,1.R def , (5.10)

adică solicitarea tangenţială se face la limita de curgere, iar după semn este de compresiune.În aceste relaţii Rdef este tensiunea reală de deformare, care se determină cu ajutorul

caracteristicii de ecruisare a materialului, pentru gradul de deformare din zona respectivă. Dacă nu se poate face acest lucru, se admite că Rdef Rc.

Fig.5.13 – a) ambutisare fără reţinere; b) ambutisare cu reţinere

Existenţa compresiunii tangenţiale în flanşa (zona) încă neambutisată conduce, în condiţiile în care ea nu are o rigiditate suficientă (cazul general) la un fenomen de pierdere a stabilităţii manifestat prin producerea unor ondulaţii (cute) - defect major la ambutisare (fig.5.14,b) . Dacă această zonă este suficient de rigidă pentru a nu îşi pierde stabilitatea (sau este împiedicată să o facă) se produce o oarecare îngroşare a ei (fig.5.14,a).

poanson

FQ Q

Q dp

d=2r rQ pl

dpl

Fig.5.14

Pentru a preveni producerea acestor cute, asupra zonei flanşei se acţionează cu o forţă de apăsare

placa de reþ inere

placa de ambut isare

(reţinere) Q, prin intermediul unui element special din construcţia matriţei - placa de reţinere (fig.5.13,b; 5.15).

Fig.5.15 Tensiunea radială f datorată frecării este deter- minată mai ales de apăsarea cu forţa Q, care conduce la o

forţă de frecare 2Q (pe feţele tablei), unde este coeficientul de frecare. La limită, această forţăde frecare ar putea conduce la ruperea tablei după cercul cu diametrul d (vezi fig.5.3), cu secţiunea de rupere dg, şi deci tensiunea datorită frecării ar fi:

maximul ei rezultând pentru = r + rpl.

f

2Q2.g

Q

.g, (5.11)

Cum forţa Q este rezultatul acţiunii unei presiuni q pe suprafaţa S a flanşei:

Q q.S q[D 2 (d 2r

4

g) 2

] , (5.12)

p


tensiunea f va fi:F

[D 2 (d 2r g) 2 ]qf 2g.d

. (5.13)

Fmin

qopt im

Fig.5.16

O cale importantă pentru a reduce tensiunea f este diminuarea lui prin utilizarea lubrifierii suprafeţelor în contact şi o

q rugozitate redusă a suprafetelor.Stabilirea presiunii q se poate face analitic, dar conduce la

relaţii foarte complicate, inutilizabile practic. Mai comod se face experimental, stabilind un qopt care conduce la cea mai mică forţă

de ambutisare (vezi fig.5.16).S-a stabilit, din practica ambutisării, că se poate ambutisa fără reţinerea materialului (fără

pericolul apariţiei cutelor) dacă este satisfăcută inegalitatea:g

100 1,5...2 , (5.14)D

în caz contrar reţinerea fiind obligatorie.

Fig.5.17 - Rezultatul ambutisării unui semifabricat cu(g/D)100 < 1,5

Pentru determinarea valorii tensiunii i se consideră (ca în cazul îndoirii) egalitatea momentului tensiunilor din material şi a momentului dat de tensiunea i. Ca şi la îndoire, momentul interior este:

M i bg 2

6(1,5 r )R m , (5.15)

iar momentul exterior se consideră ca produsul dintre forţa care realizează încovoierea (i1.b.g) şi braţul de încovoiere (r + g/2):

M e bg(rpl g

)2

i1 , (5.16)

şi ţinând seama că materialul suferă un proces de îndoire (la intrarea pe zona racordată a plăcii de ambutisare) şi dezdoire (la ieşire), va rezulta:

i 2 i1 g(1,5 r )R

m

(1,5 r )R

m

. (5.17)

3(rpl 0,5.g) rpl3 g

0,5

r m

g


Se observă că i va fi cu atât mai mic cu cât rpl/g va fi mai mare (deci rpl mai mare). Pe de altă parte, rpl nu poate fi prea mare pentru că o dată cu creşterea lui rpl semifabricatul va “scapa” mai devreme de sub acţiunea elementului de reţinere putându-se cuta. Valoarea optimă a lui rpl se stabileşte pe baza curbei de variaţie a forţei de ambutisare F = F(rpl/g) care are forma unei curbe cu minim (asemănătoare celei din figura 5.16).

Experimental s-a constatat că pentru ambutisarea în condiţii normale rpl/g = 6…10, iar pentru piese cu grad mic de deformare rpl/g = 2…6. Pentru piesele cu flanşă se alege rpl egal cu raza piesei în zona respectivă dar rpl/g 4…6.

Ţinând seama de cele stabilite anterior, tensiunea radială totală (de ambutisare) va fi:

,1.R ln R

Q (1,5 )R

e sin (5.18)a 1 def

r g(r r )

r

pl3

pl 0,5

sau pentru = /2:

a 1,1.R def ln

R

Qe. 2

(1,5 r )R m . (5.19)r g(r rpl ) rpl3

g

0,5

Dacă se consideră e./2 1 + ./2 1 + 1,6., rezultă:

a 1,1.R def ln

R Q (1,5 )R

(1 1,6) r m (5.20)r g(r rpl ) rpl3

g

0,5

unde valoarea coeficientului de frecare variază în funcţie de condiţiile de ambutisare şi materialul deformat: = 0,06…0,35.

Starea de deformaţii care caracterizează ambutisarea este spaţială. Considerând şi pentrudeformaţii acelaşi sistem de referinţă, se poate scrie că deformaţia tangenţială pentru o razăoarecare a flanşei este:

r

r 1 , (5.21)

deformaţia maximă corespunzând fibrei extreme de lungime 2R, care se deformează (scur- tează) până la lungimea 2r:

,max r R

R

r 1

R

d 1

D

m 1 (5.22)

unde raportul m = d/D poartă numele de coeficient de ambutisare (m < 0) şi este o mărime ca- racteristică la ambutisare, exprimând gradul în care se deformează semifabricatul în cursul acestui proces. Din relaţia (5.22) rezultă că < 0, adică este o deformaţie de compresiune.

Considerând relaţia între tensiuni şi deformaţii de forma: z z

(pentru z = 0), (5.23)

unde z este deformaţia pe grosimea materialului (z = g), şi legea constanţei volumului în forma:

+ + z = 0 , (5.24)

se obţine: 2

z . (5.25) z

g

r m

g

h


Pentru procesul de ambutisare se poate considera că / = a = const., şi deci:

1 a

, (5.26)z2 a

din care rezultă că pentru a = 0 ( = 0 la marginea flanşei):1 z , (5.27)2

adică se produce o îngroşare a flanşei aici ( fiind < 0).La fundul piesei, datorită întinderii biaxiale (vezi fig.5.12) se produce o subţiere a

materialului.

5.2. Parametrii energetici ai procesului de ambutisare

Ţinând seama de tensiunea radială totală care solicită materialul, de grosime g şi de diametrul d al piesei ambutisate, forţa necesară pentru realizarea deformării va fi:

F dg

,1.R ln R

Q (1,5 )R

(1 1,6) (5.28)a 1 def

r g(r r )

r

pl3

pl 0,5

Fiind relativ complicată şi mai ales datorită faptului că avem la dispoziţie date reale despre unii dintre parametri (în special coeficientul de frecare), pentru calculele practice se folosesc relaţii mai simple, de forma:

pentru prima ambutisare: Fa1 = 1,25..g.Rm(D - d) , (5.29)

pentru următoarele ambutisări: Fan = 1,3..g.Rm(dn-1 - dn) , (5.30)

1 1

în care dn şi dn-1 sunt diametrele exterioare ale piesei la faza de ambutisare corespun- zătoare.

Piesele de formă paralelipipedică(sau complexă) se consideră compuse din

1

rpl

rb

rc

Fig.5.18

elemente de contur curbilinii (asimilate cuarce de cerc) şi zone rectilinii. Pentru zonele în arc de cerc, starea de tensiuni se consi- deră ca la ambutisarea pieselor cilindrice, iar pentru cele rectilinii - ca la îndoire. Formând însă un întreg, ele se vor influenţa reciproc rezultând o stare de tensiuni mai complexă, tensiunea radială corespunzătoare celei de la piesele cilindrice fiind repartizată neuniform

pe contur (fig.5.18): mai mare la colţuri şi mai mică în zonele rectilinii.Considerând, simplificat, că 1 = a la colţuri şi 1 = i pe zonele rectilinii, forţa de

ambutisare va fi:Fa cutie = Fa + Fi = Sca + Sri , (5.31)

unde Sc este aria transversală a zonelor curbilinii şi Sr - a zonelor rectilinii.Ţinând seama de relaţiile anterioare se obţine:

r m

r

g

3

r

g


F L

g

,1.R ln R

Q (1,5 )R

(1 1,6) acutie c 1 defr g(r r )

r

pl

3 pl 0,5

L g (1,5 r )R

m

(5.32)

rpl3 g

0,5

în care Lc şi Lr sunt lungimile zonelor curbilinii şi, respectiv, rectilinii.Deoarece în zonele rectilinii (sau cu o rază de curbură mai mare) materialul are tendinţa

de a “curge” mai repede (mai uşor) în cavitatea matriţei

element de reþ inere poanson

(deformarea lui plastică este mai redusă); pentru a uniformiza această tendinţă (şi a reduce şi arcuirea elastică din aceste zone), se recurge la “frânarea” lui cu ajutorul unei deformări suplimentare între nişte nervuri de reţinere (fig.5.19), între care se consideră că materialul se îndoaie de patru ori şi deci va apare o tensiune radială în zona nervurii de reţinere:

4 (1,5 r )R m

,nerv r . (5.33)placã de

ambut isare

nervurã de reþ inere pl

0,5 g

Fig.5.19

În condiţiile ambutisării cu utilizarea nervurilor de reţinere, forţa pentru ambutisare va fi:

F L g

,1.R ln R

Q (1,5 )R

(1 1,6) r m acutienerv c 1 defr g(r r )

r

pl

3 pl 0,5

5L g (1,5 r )R

m

(5.34)

rpl3 g

0,5

Forţa necesară reţinerii semifabricatului pe placa de ambutisare va fi:

Q

[D 2 (d4

1 2rpl) 2 ].q , (5.35)

unde d1 este diametrul exterior al zonei ambutisare a piesei, la prima operaţie, sau:

Q

[d 2 (d 2r ) 2 ].q , (5.36)

la operaţia de ambutisare i.

i4

i1 i pl,i

Forţa tota l ă de ambutisare va fi:Ft = Fa + Q, (5.37)

sau dacă se ia în considerare şi frecarea care apare între piesă şi placa de ambutisare la trecerea ei prin orificiul plăcii:

Ft = (1,2…1,3)Fa + Q . (5.38)

h h

h2

hn-1

hn

h1

D


Lucrul mecanic pentru ambutisare se stabileşte cu o relaţie de forma:

L .F.h

1000, în daN.m, (5.39)

unde h este adâncimea piesei ambutisate şi - un coeficient prin care se stabileşte o valoare medie a forţei de ambutisare.

Spre deosebire de alte prelucrări prin deformare plastică la rece, aici este importantă şi viteza de ambutisare maximă, care poate fi stabilită orientativ cu o relaţie de forma:

v a ,max 33,3(1 m) D d , (5.40)

şi care nu trebuie depăşită. Ea se compară cu viteza poansonului la începutul deformării (pentru o presă mecanică cu manivelă):

v 0,105.n h(H h) , (5.41)

în care H este cursa culisoului presei, iar h - cursa activă, egală cu adâncimea piesei ambutisate.

5.3. Gradul de deformare şi coeficientul de ambutisare

Este foarte important a stabili dacă piesa cu anumite caracteristici de formă şi dimensionale poate fi obţinută dintr-o singură ambutisare, sau necesită mai multe operaţii, aspect cu importanţă majoră din punct de vedere economic, dar şi sub aspect tehnologic. Acest lucru este reflectat prin gradul de deformare al materialului cerut de realizarea piesei respective.

La ambutisarea pieselor cilindrice fără flanşă, gradul de deformare Gd este exprimat cel mai adesea prin relaţia:

G D d

, (5.42)dd

dar poate fi considerat şi prin expresiile: (D - d)/D; ln(D/d); D/d; d/D.Aceste moduri de exprimare pot caracteriza corect procesul dacă întregul semifabricat

plan este transformat prin deformare în piesa cilindrică, fără flanşă, de la prima ambutisare.În practică, cea mai folosită exprimare este sub forma:

d m , (5.43)

Dunde m se numeşte coeficient de ambutisare (m < 1), el variind invers proporţional cu Gd.

df d

n

rf

dn-1

r d2

d

Fig.5.20

d1

Fig.5.21

În înţelesul general, coeficientul de ambutisare este raportul dintre dimensiunile caracteristice ale piesei (diametrele) de după şi dinaintea operaţiei de ambutisare considerate. Prin urmare, la prima ambutisare: m1 = d1/D, iar la operaţia i: mi = di/di-1.

La ambutisarea pieselor cilindrice cu flanşă (fig.5.20), pentru prima operaţie se utili-zează coeficientul convenţional de ambutisare:

m d

, (5.44)cc

r


unde Dc este diametrul unui semifabricat plan care ar fi necesar pentru obţinerea unei piese cilindrice fără flanşă, cu diametrul d şi înălţimea h.

Pentru ambutisarea pieselor cilindrice cu forma în trepte (fig.5.21) se calculează uncoeficient de ambutisare convenţional total, cu relaţia:

h1 d1 h 2 d 2

h 3 d 3 ... h n 1 d n 1

d nh 2 Dm t

h 3

Dh 4 D h n D D

, (5.45)

h1 h 2

h 2 h 3

h 3h 4

... h n 1 1 h n

unde d1, d2, …, dn şi h1, h2, …, hn sunt diametrele şi, respectiv, înălţimile treptelor; D - diametrul semifabricatului plan iniţial.

La ambutisarea pieselor (tron)conice înalte se foloseşte un coeficient mediu de ambutisare:

m d med,n

, (5.46)meddmed,n 1

în care dmed,n = (dn + dn’)/2, unde dn şi dn’ sunt diametrele mare şi, respectiv, mic, ale conului, la operaţia n.

Pentru ambutisarea pieselor paralelipipedice se stabilesc:- coeficienţi de ambutisare parţiali, caracterizând gradul de deformare a materialului în zona

colţurilor: m rc1 şi m

rc,i, (5.47)p1

R pic,i1

unde rci este raza la colţul cutiei pentru operaţia i, şi R - raza corespunzătoare a semifabricatului plan.

- coeficienţi de ambutisare globali, exprimaţi prin raportul dintre perimetrul piesei finite şi perimetrul semifabricatului plan, în funcţie de forma piesei/semifabricatului:

- la ambutisarea cutiilor pătrate din semifabricate circulare cu diametrul D:

m 4B

1,27 B

, (5.48)gl D D

sau: m 4B 1,72.rc , (5.49)gl D

unde B este latura cutiei şi rc - raza la colţul ei.- la ambutisarea cutiilor dreptunghiulare (cu dimensiunile A x B) din semifabricate de

formă ovală (sau eliptică cu diametrele K x L):

m 4(A B)

1,27 A B

, (5.50)gl (K L) K L

sau: m gl 4[(A B) 0,86.rc ] . (5.51)

(K L)

Asupra valorii coeficientului de ambutisare (gradului de deformare) influenţează, direct sau indirect, o serie de factori, aşa cum rezultă din figura 5.22, şi anume:

- materialul prelucrat - utilizat de regulă sub formă de tablă laminată la rece. Cu cât caracteristicile de plasticitate sunt mai bune, cu atât m va fi mai mic. O rugozitate mai mare a tablei (între Ra = 1,5…4 m) permite reducerea lui m. Este importantă şi tendinţa spre ecruisare a materialului - cu cât ea este mai pronunţată va rezulta un coeficient de ambutisare mai mare.

- piesa ambutisată - care influenţează valoarea coeficientului de ambutisare prin: - forma piesei - în sensul că pentru fiecare tip (cilindrică fără sau cu flanşă,

paralelipipedică, etc.) relaţia de calcul şi mărimea coeficientului de ambutisare este alta,


ca şi valorile admisibile.

Factori de influenţă

materialul prelucrat

piesaambutisată

matriţa folosită

procesul de ambutisare

- natura- compoziţia chimică- microstructura- caracteristicile mecanice

- forma- grosimea- dimensiuni

- metoda de lucru- numărul operaţiei- viteza de lucru- lubrifierea

- mărimea razelor de racordare- jocul dintre elementele active

Fig.5.22

- grosimea piesei - influenţează în sensul că, odată cu creşterea ei, la piesele cilindrice fără flanşă, m scade. Acest aspect este luat în consideraţie prin folosirea grosimii relative: 100.g/D pentru prima ambutisare; 100.g/di-1 pentru operaţia i.

- dimensiunile piesei prelucrate influenţează în sensul că pentru piesele dedimensiuni mici, se pot adopta valori mai reduse ale coeficienţilor de ambutisare decât pentru piesele de dimensiuni mai mari, în aceleaşi condiţii.

- matriţa utilizată - influenţează valoarea coeficientului de ambutisare prin geometria elementelor active (în special razele rpl şi rp)

element de

reþ inere

plan

element de reþ

inere pent ru zona

racordat ã

poanson

Q2

şi prin jocul dintre elementele active, adicăprin condiţiile pe care le asigură deformării materialului. În general, valori mai ridicate ale razelor de racordare ale elementelor

Q1 F

faza 1

Fig.5.23

Q1

placa de

ambut

isare

F

faza 2

active (mai ales rpl) conduc la coeficienţi de ambutisare mai mici (vezi cele expuse anterior relativ la raza relativă rpl/g).

Pentru a putea beneficia de avantajulunei raze rpl mai mari fără pericolul cutării semifabricatului, se recurge la reţinerea combinată a materialului (fig.5.23), cu două elemente de reţinere distincte, acţionate cu două forţe de reţinere Q1 şi Q2, şi într-o anumită succesiune în desfăşurarea procesului de ambutisare: întâi cel pentru reţinerea pe suprafaţa plană şi apoi cel pentru

reţinerea pe zona de racordare a plăcii de ambutisare. - procesul de ambutisare - influenţează printr-o serie de factori ca: metoda de

ambutisare (fără reţinere, cu reţinere plană, cu reţinere combinată), numărul operaţiei de ambutisare (prima sau următoarele), viteza de ambutisare, lubrifierea contactului semifabricat - elementele active.

Astfel, la ambutisarea cu reţinere plană se pot folosi coeficienţi de ambutisare mult mai mici decât la ambutisarea fără reţinere; la ambutisarea cu retinere combinată aceştia pot fi chiar şi

d


mai mici.De regulă, la prima ambutisare, faţă de următoarele, valorile coeficienţilor de ambutisare

sunt în următoarea relaţie:m1 < m2 < m3 < … < mn-1 < mn , (5.52)

în principal datorită ecruisării treptate a materialului la deformările succesive.De asemenea, aplicarea tratamentelor termice intermediare (de recoacere) permite creşte-

rea valorii lui m.Dacă operaţiile (fazele) succesive de ambutisare se desfăşoară la intervale scurte de timp

(întreruperea nu depăşeşte 6…8 ori grosimea g, în secunde) se poate considera că există un proces de deformare continuu şi se pot folosi coeficienţi de ambutisare egali la toate fazele de ambutisare (nu se mai respectă prescripţia (5.52)) - cazul ambutisării succesive din bandă sau al prelucrării pe prese multipost cu transfer.

Alicarea unei lubrifieri bune permite reducerea coeficientului de ambutisare.Pentru anumite condiţii date, coeficientul de ambutisare este stabilit experimental şi el are

caracter de coeficient de ambutisare admisibil, pentru care piesa se obţine cu o calitate bună (fără ruperi, fisuri, etc.). Cu această valoare se compară coeficientul de ambutisare calculat cu elementele caracteristice piesei de realizat, iar dacă:

mcalculat madmisibil , (5.53)

atunci se poate trage concluzia (ce trebuie verificată şi practic) că piesa respectivă poate fi obţinută dintr-o singură operaţie de ambutisare. În caz contrar, vor fi necesare mai multe ambuti- sări, numărul lor urmând a fi calculat.

Pentru a avea un element de referinţă relativ la valoarea coeficientului de ambutisare admisibil, vom considera că acesta corespunde situaţiei în care forţa de ambutisare nu depăşeşte forţa de rupere corespunzătoare secţiunii transversale a piesei ambutisate, adică Fa1 < Fr, sau:

1

de unde rezultă m1 > 0,55.

1,25..g.R m d1 m1

1 .g.d1R m

, (5.54)

În condiţii ideale, fără frecare, şi fără ecruisarea materialului, din condiţia: a < Rm = Rc,D

rezultă: a R c ln1

, (5.55)

unde s-a considerat = 1 în condiţia de plasticitate Huber-Mises-Hencky. Deci: Rc.ln(D/d1)<Rc, sau: ln(D/d1) < 1, şi: D/d1 < e , care devine:

d1 mD

1 1 0,37 . (5.56)

ePrin urmare, în cele mai bune condiţii de lucru, valoarea coeficientului de ambutisare

poate fi redusă sub limita de m = 0,55 (ambutisarea cu reţinere combinată), dar nu sub m = 0,37.

5.4. Stabilirea formei şi dimensiunilor semifabricatului pentru ambutisare

Aşa cum s-a menţionat, la ambutisare se consideră, cel puţin pentru necesităţile practice, că grosimea semifabricatului nu se modifică în timpul deformării, şi prin urmare legea constan- ţei volumului se poate exprima considerând egalitatea ariilor semifabricatului iniţial şi a piesei ambutisate.

Prin urmare, din această egalare, cunoscând aria piesei ambutisate se poate stabili aria semifabricatului iniţial: Spiesă = Ssemifabricat plan.

Datorită anizotropiei plane a semifabricatelor folosite la ambutisare (de regulă obţinuteprin laminare la rece), a impreciziei poziţionării lor în raport cu elementele active, a neuniformi-

h

h

h

h

hs


tăţii condiţiilor de frecare, piesa ambutisată nu rezultă cu marginea uniformă. Din acest motiv, în multe situaţii apare necesitatea unei operaţii ulterioare de tăiere a marginii prin care să se corec- teze aceste neregularităţi şi piesa să fie adusă în limitele cerute pentru precizia dimensională şi de formă. Pentru a realiza tăierea marginii este însă nevoie să se prevadă cantitatea de material necesară, respectiv un anumit adaos h la piesele fără flanşă sau df la piesele cu flanşă, care se va îndepărta prin tăierea marginii.

d a)

df

df

d b)

Această valoare se adaugă la dimensiunea zonei respective, şi cu această nouă valoare se calcu- lează mai departe dimensiunea corespunzătoare a semifabricatului de ambutisat.

Valoarea adaosului pentru tăierea marginii hdepinde de înălţimea piesei ambutisate şi de înăl- ţimea relativă h/d, iar cea a adaosului df depinde de diametrul df al flanşei şi de diametrul relativ df/d

Fig.5.24 (vezi şi fig.5.24,a - piesa fără flanşă; b - piesa cuflanşă).

Forma semifabricatului plan iniţial depinde de tipul piesei ambutisate: pentru piese de revoluţie acesta este circular, pentru piese paralelipipedice - aproximativ oval, etc.

5.4.1. Pentru piesele de revoluţie

df df

sa s

Pentru determinarea dimensiunilor sa semifabricatului plan necesar ambutisării se pot

folosi următoarele metode: analitică, grafo-analitică şi grafică, în funcţie de elementele

1 d2

sn

Fig.5.25

s1 d

sn

D 2

avute la dispoziţie, de posibilităţile de lucru şide precizia cerută pentru determinarea semifabricatului.

Metoda analiti c ă - asigură cea mai bună precizie de calcul. Pentru calcul, se descompune forma piesei ambutisate în forme geometrice simple, pentru care se poate determina aria (laterală) - figura 5.25, şi se foloseşte egalitatea:

n

Ssemif 4 Spiesa s1 s 2 ... s n

s a

s i s

ai1

, (5.57)

sau: D 1,13

s a s i , (5.58)

unde si sunt ariile elementelor simple în care a fost descompusă piesa ambutisată, şi sa - aria co- respunzătoare adaosului necesar tăierii marginii.

Se recomandă ca în cazul ambutisării pieselor mici, a prelucrării semifabricatelor cu grosimea peste 1 mm, sau pentru piesele de precizie ridicată, dimensiunile pentru calculul ariilor parţiale să fie considerate pentru linia medie a conturului secţiunii piesei. Pentru celelalte situaţii, se vor considera dimensiunile pentru linia corespunzătoare conturului exterior al piesei ambutisate.

Dacă nu este posibilă descompunerea piesei în forme geometrice simple, pentru calculul ariei sale laterale se poate face apel la teorema lui Pappus-Guldin, conform căreia: aria obţinută prin rotirea unei curbe generatoare G în jurul unei axe pe care nu o intersectează este egala cu produsul dintre lungimea curbei generatoare şi cea a cercului descris de centrul de greutate al curbei în mişcarea sa de rotaţie:

SG 2R g L G , (5.59)

BH b

c


în care LG este lungimea curbei generatoare, şi Rg - raza cercului descris de centrul de greutate al curbei în mişcarea sa de rotaţie (fig.5.26).

Rg Prin urmare, diametrul semifabricatului plan va

Cg fi dat de:G D 8R g L

G

. (5.60)

Fig.5.26

Dacă se consideră curba generatoare LG

compusă din elementele simple li, şi se aplică metoda pentru fiecare segment, diametrul semifabricatului va fi:

D 8 lgi rGi . (5.61)

5.4.2. Pentru piesele paralelipipedice fără flanşă

Dat fiind modul mai complex de deformare al materialului, la

r acest tip de piese (fig.5.27) se au în vedere deformaţiile prin raza relativă rc/B şi înălţimea relativă H/B. Cu cât aceşti doi parametri auvaloare mai mare, cu atât ambutisarea materialului este mai complexă

Aşi stabilirea dimensiunilor semifabricatului plan mai dificilă.

r Prin cercetări experimentale s-au stabilit mai multe domenii de variaţie a acestor parametri (fig.5.28) în funcţie de care se folosesc una sau mai multe ambutisări şi metodologii diferite pentru calculul dimensiunilor semifabricatului plan iniţial.

Pentru domeniul a - piese paralelipipedice scunde, cu razeFig.5.27 mici de racordare la colţuri, pentru care:

rc 0,22 , (5.62)B H

a m bu t is a r e d in m

a i m u lt e o p er a

þii

H / B

a m bu t is a r e d in t r

- o s in g u r ã o p er

a þi e

0 ,9f

0 ,8e

0 ,7

d0 ,6

c0 ,5

0 ,4b

0 ,3

a0 ,2

0 ,10 0 ,0 5 0 ,1 0 ,15 0 ,2 0 ,2 5 0 ,3 r

c / B

Fig.5.28

r

h

c


rb

l

R

b c a drc

R

A1

a

c A2

b

Fig.5.30

se consideră că zonele rectilinii sunt simplu îndoite iar colţurile se obţin ca la ambutisarea pieselor cilindrice fără flanşă (vezi figura5.29). Se constată însă experimental că folosind strict aceste elemente (semifabricatul din fig.5.29), se obţine o piesă cu înălţinea mai mare în zonele de la colţ, deci el are mai mult

Fig.5.29

material decât este necesar (fig.5.31). Pentru aceasta, metodologia stabilirii semifabricatului plan în acest caz este următoarea:

- se trasează (la scară) colţul cutiei, ca în figura 5.30;

- considerând laturile rectilinii obţinute prin îndoire, se calculează lungimea desfăşurată corespunzătoare laturii:

l = H + 0,57.rb , (5.63) unde rb este raza de racordare a peretelui cu baza cutiei;

Fig.5.31

- considerând colţul ca un sfert dintr-o piesă ambutisată cilindrică fără flanşă, se calcu- lează raza semifabricatului plan corespunzător:

R 2 2rc H 0,86rb (rc 0,16rb

)

(5.64)

pentru rc = rb = r rezultă R

2rH ;

- se trasează, pentru zonele respective, conturul semifabricatelor corespunzătoare, con-form datelor calculate (conturul baab);

- se construeşte un contur cu treceri line între colţ şi zonele rectilinii, astfel încât, ariileA1 care se adaugă să fie egale cu ariile A2 care se îndepărtează, procedând în felul următor: - se împarte segmentul ab în două părţi egale, prin punctul c;

c

B

l

B-2

r c

B

l

B-2

r cd


- prin punctul c se duce o tangentă la cercul de rază R; - se racordează această tangentă cu porţiunea rectilinie printr-un arc de cerc de rază R.

Pentru domeniul b - piese paralelipipedice scunde şi mijlocii, cu raze relative mari la colţuri (fig.5.32: a - pătrată; b - dreptunghiulară), pentru care:

l

hb R

Rb rc

l

hb R

Rb rc

B A

Rb

R1 R1 Ra

a) b)

Fig.5.32

A-2rc

0,22 rc 0,4 . (5.65)B H

În acest caz se produce o împingere mai importantă a materialului dinspre zona colţului spre zonele adiacente, lucru de care trebuie ţinut seama la dimensionarea semifabricatului. Aceasta cuprinde următoarele etape:

- se calculează lungimile desfăşurate l şi razele la colţuri R ca mai înainte; - se calculeză o rază la colţ R1 pentru compensarea materialului deplasat de aici spre

zonele rectilinii:

R 2R 0,074

0,982 .R , (5.66)

unde d = 2rc;

1 2

- se calculează valorile hb şi ha corespunzătoare zonelor (haşurate) care trebuie îndepărtate pentru a compensa împingerea materialului dinspre colţuri:

R 2h b y B 2r

; R 2h a y

A 2rc

, (5.67)

în care coeficientul y este tabelat în funcţie de rc/B şi H/B; - se corectează zonele rectilinii (cota l) cu valorile lul ha şi respectiv hb; - se trasează un contur cu treceri line prin racordarea cu arce de raze Ra şi Rb, tangente

la zonele rectilinii şi la cercurile de rază R1.Pentru detalii în legătură cu stabilirea formei şi dimensiunilor semifabricatului în celelalte

cazuri din figura 5.28 se pot consulta lucrările [1,2,3].

h 1

h n-1

h

h n

gh 2

r


5.4.3. Piese complexe şi asimetrice

rb

h r1

r2

R2

Fig.5.33

Pentru această situaţie, metodele de calcul sunt aproximative, rezultatul urmând să se verifice şi definitiveze experimental.

În cazurile mai simple, ale pieselor ce se pot executa dintr-o singură ambutisare (cu înălţime relativă mică si raze mari) se poate proceda astfel (fig.5.33):

- se împarte conturul piesei în elemente de formă simplă, pentru care se pot calcula semifabricatele plane(considerând şi adaosul pentru tăierea

3

marginii);R

3 - se trasează conturul semifa-R

1 bricatului calculat pentru fiecare zonă; - se construieşte un contur cu

treceri line, prin racordarea zonelor adiacente, ţinând cont ca ariile care se îndepărtează prin racordare să fie egale cu cele care se adaugă.

Pentru forme mai complexe de piese ambutisate (elemente de caroserie auto) se pot folosi mai multe metode, mai mult sau mai puţin laborioase şi

precise: metoda secţiunilor*), metoda modelelor**) sau metoda modelării cu elemente finite.

5.5. Tehnologia ambutisării pieselor de diferite tipuri

5.5.1. Ambutisarea pieselor cilindrice fără flanşă

Din punct de vedere tehnologic acesta este cazul cel mai simplu al prelucrării prin ambutisare. Pornind de la dimensiunile piesei finite (vezi fig.5.1) se stabileşte diametrul D al

ambutisarea n

ambutisarea n-1.............

ambutisarea 2

ambutisarea 1

semifabricat

dn=d

D

dn-1

d2

d1

Fig.5.34

*) vezi Prelucrări prin deformare plastică, M.Teodorescu, ş.a., Editura Tehnică, Bucureşti, 1987, vol.1, pag.161.**) Idem, pag.162.


semifabricatului iniţial şi se calculează mcalc = d/D. Dacă mcalc madm, atunci piesa se poate ambutisa dintr-o singură operaţie. În caz contrar trebuie stabilit care este numărul n de ambutisări necesar pentru realizarea ei.

Pentru aceasta, se presupune că:

m1 m2 m3 … mn-1 mn, (5.68)

şi ţinând cont de modul de definire a coeficientului de ambutisare mi, se poate scrie (vezi şi fig.5.34):

d1 m1D;

d 2 m 2 d1 m 2

m1D;

d 3 m3 d 2 m 3 m 2

m1D;

..........

(5.69)

sau:

d n m n d n 1 m n m n 1...m 3 m 2 (m1D);

n 1d n m n (m1D). (5.70)

Logaritmând expresia (5.70) se obţine numărul n de operaţii pentru ambutisarea piesei:

n 1 log d n log(m1D)

1 log d log(m1D)

, (5.71)log m n log m 2

valoare care se rotunjeşte în plus la un număr întreg. Valorile lui m1 şi m2 se aleg (din tabele, ca valori admisibile) urmând a fi apoi verificate.

Proiectarea matriţelor de ambutisare pentru fazele intermediare necesită calcularea dimensiunilor piesei şi în aceste faze: diametre, înălţimi şi eventual raze de racordare.

Diametrele intermediare (de la d1 la dn-1) se calculează cu relaţiile (5.69), iar la ultima operaţie, la care diametrul dn corespunde cu diametrul d al piesei finite, se verifică valoarea coeficientului de ambutisare:

m n d n d n 1 d d n 1 m n

,admisibil

. (5.72)

Dacă această condiţie nu este satisfăcută, va trebui introdusă încă o operaţie intermediară(şi calculele se reiau).

Înălţimile intermediare se determină folosind legea constanţei volumului (sau ariei, ţinând cont că grosimea nu se modifică). Pentru aceasta se egalează aria semifabricatului plan cu aria corespunzătoare a piesei în fiecare fază intermediară de ambutisare, egalitate din care rezultă:

hi = f(D, di, ri) . (5.72)

Adoptând valorile lui ri în conformitate cu cerinţele legate de executarea elementelor active, sedetermină înălţimile intermediare hi pentru fiecare fază de ambutisare.

O schemă logică a desfăşurării etapelor de calcul tehnologic la ambutisarea pieselorcilindrice fără flanşă este prezentată în figura 5.35.


d,h,r,g,material

D

GR: 100.g/D

Ambutisare fara retinere

GR>GRadm

Ambutisare cu retinere

m=d/D

1 ambutisare

m>madm

n 1

log d n log(m1D)

STOP

log m 2

d1 m1D

d 2 m 2

d1

d n 1 m n 1d n

2

m n d

d

n 1

m n m

n,adm

n = n+1

d n m adm .d n 1

d n 1 d

h i f (di , ri ,

D)

Fig.5.35

STOP

5.5.2. Ambutisarea pieselor cilindrice cu flanşă

Pentru acest tip de piese, la prima operaţie se ambutisează semifabricatul plan într-o piesă cilindrică cu flanşă având diametrul corespunzător celei finite (plus eventual adaosul pentru tăierea marginii). La următoarele ambutisări diametrul flanşei nu se mai modifică, ci numai se redistribuie materialul din zona deja formată (dinspre bază spre zona cilindrică şi dinspre aceasta spre flanşă - vezi şi fig.5.36).

Pentru prima ambutisare se calculează coeficientul de ambutisare convenţional mc,desn (cu datele de pe desenul piesei) care se compară cu cel admisibil:

mc,desen mc,adm , (5.73)

h

h nh n-

1h

h 1

h 1h 2

h 3

d


piesa finită după tăierea marginii

ambutisarea n

ambutisarea n-1

ambutisarea 1

semifabricat

h

Fig.5.36

df

d

dn

dn-1

d1

D

iar dacă este satisfăcută această condiţie, piesa poate fi realizată dintr-o singură ambutisare. Dacă condiţia nu este îndeplinită, sunt necesare mai multe ambutisări, şi deoarece diametrul df al flanşei nu se mai modifică, calculele tehnologice referitoare la partea cilindrică ambutisată se desfăşoară ca la piesele cilindrice fără flanşă (inclusiv valorile admisibile pentru m).

Calculul dimensiunilor intermediare (di, hi) se face în acelaşi mod ca la piesele fără flanşă.

În cazul pieselor adânci cu flanşă mică (df/d = 1,1…1,3 şi h/d 1) este recomandat ca la prima ambutisare să se realizeze o piesă cilindrică fără flanşă având diametrul d1 = df, după care, la următoarele operaţii, prin redistribuirea materialului din zona cilindrică să se realizeze mai întâi o flanşă conică şi apoi una plană.

5.5.3. Ambutisarea pieselor cilindrice cu forma în trepte

După calcularea coeficientului convenţional total de ambutisare se face verificarea:

d3 mt m1 , (5.74)

unde m1 este coeficientul admisibil pentru prima ambutisare la piesele cilindrice fără flanşă, cu reţi- nerea semifabricatului. Dacă condiţia este îndepli- nită, ambutisarea piesei se poate face dintr-o sin- gură operaţie.

Dacă condiţia nu este îndeplinită, sunt necesare mai multe ambutisări, cel puţin atâtea câte

2

trepte de diametru are piesa (fig.5.37). Fiecared1

df

Fig.5.37

aplica o operaţie de calibrare.

treaptă se verifică ca la ambutisarea pieselor cilindrice fără flanşă, putând necesita mai mult decât o singură operaţie de ambutisare.

În final, dacă precizia piesei o cere, se poate

5.5.4. Ambutisarea pieselor de formă conică

d

Fig.5.38

La acest tip de piese (fig.5.38) ambutisarea decurge în condiţii mai grele deoarece: o parte a semifabricatului nu se află în contact cu nici unul dintre

elementele active, putându-se astfel cuta în timpul deformării; poansonul aplică forţa de deformare pe o suprafaţă mai restrânsă,

rezultând o solicitare locală a materialului mai importantă (care poate conduce la subţieri semnificative).

În funcţie de dimensiunile relative ale piesei conice, din punctul de vedere al tehnologiei lor de ambutisare, ele se împart în următoarele tipuri:

a) - piese conice scund e , având raportul h/d = 0,1…0,3 şi = 500…800; ambutisarea lor se face dintr-o singură operaţie, dar gradul de deformare aplicat materialului fiind relativ redus,


nervură de reţinere

element de reţinere pe suprafaţa conică

deformaţiile remanente sunt comparabile cu cele elastice, piesa prezentând o arcuire elastică importantă ce îi afectează precizia dimensională şi de formă.

Pentru a evită (reduce) acest inconvenient, materialului i se aplică o deformare plastică suplimentară (de întindere) cu ajutorul unor nervuri (fig.5.39, a) sau elemente de reţinere

a) b)

Fig.5.39(fig.5.39, b).

b) - piese conice de î n ă l ţime medie, având h/d = 0,3…0,7 şi = 150..450.

Ele se ambutisează de regulă dintr-o singură operaţie, dar cele cu grosimea relativă 100.(g/D) < 1şi cele cu flanşă necesită cel puţin două ambutisări (fig.5.40).

Dacă grosimea semifabricatului este mică şi diferenţa între diametrele bazelor este impor- tantă, se recomandă ca la prima

ambutisare 2

ambutisare 1

Fig.5.40

fază de ambutisare să se realizeze o formă cavă cu raze mari de racordare (fig.5.41), cu suprafaţa deformată egală cu a piesei finite, după care ea este trecută în forma conică finită printr-o ambutisare cu calibrare.

Fig.5.41

Pentru 100.(g/D) > 2,5 se poate face ambutisarea piesei conice fără reţinerea semifabricatului, cu o calibrare la sfârşitul cursei poansonului.

c) - piese conice înalt e , având h/d 0,7 şi < 100 - se realizează din mai multe ambuti- sări, după una dintre metodele prezentate în figura 5.42:

- metoda ambutisării în trepte, după un contur exterior înscris în cel al piesei finite, cu calibrare finală (fig.5.42, a);

- metoda ambutisării cu conuri paralele, începând de la diametrul mare al piesei(fig.5.32, b); această metodă este cea mai utilizată;

- metoda ambutisării cu conuri paralele, începând de la diametrul mic al piesei(fig.5.42, c).

a) b) c)

Fig.5.42


În toate cazurile, semifabricatul plan se ambutisează în unul cilindric de diametru egal cu diametrul mare al conului (în una sau mai multe operaţii), şi apoi acesta este trecut treptat în forma conică. Numărul total n al operaţiilor de ambutisare se obţine astfel:

- se stabileşte numărul n1 al operaţiilor de ambutisare pentru obţinerea semifabricatului cilindric cu diametrul egal cu diametrul mare al conului;

- se determină numărul n2 al operaţiilor de ambutisare necesare pentru obţinerea formei conice. Pentru aceasta se calculează un coeficient mediu de ambutisare pe baza diametrului mediu corespunzător fiecărei operaţii, iar apoi se calculează:

log d med,n log dn 2 , (5.75)

log mmed

Fig.5.43

iar numărul total al operaţiilor de ambutisare va fi: n = n1 + n2.d) - piese conice înalte, cu vârf ascuţi t , având h/d > 0,8 şi = 100…400.

Ambutisarea lor se face mai întâi, din una sau mai multe operaţii, sub forma unui semifabricat cilindric cu diametrul egal cu cel mare al conului finit (fig.5.43) şi apoi se continuă cu ambutisarea zonei conice, începând de la diametrul mare al conului.

5.5.5. Ambutisarea pieselor de formă (semi)sferică

Ca şi piesele conice, şi acest tip de piese se execută în condiţii grele de deformare a materialului, aplicarea forţei de către poanson făcându-se într-o zonă foarte restrânsă (centrul semifabricatului). Caracteristic acestor piese este faptul că au un coeficient de ambutisare constant: m = 0,71.

Sub aspectul tehnologiei de ambutisare, ele se împart în mai multe categorii, în funcţie de grosimea relativă:

a) - piese sferice de grosime mar e , cu 100.(g/D) > 3 - ambutisate dintr-o singură operaţie, fără reţinere, în matriţe cu cavitate semisferică (fig.5.44). Pentru execuţia lor este recomandabilă utilizarea preselor cu fricţiune.

Fig.5.44

b) - piese semisferice de grosime medi e , cu 100.(g/D) = 0,5…3 - se ambutisează dintr-o singură operaţie în matriţe cu o reţinere plană puternică (fig.5.45, a) sau în două operaţii: mai întâi pentru obţinerea unui semifabricat cilindric cu fundul bombat, care apoi este ambutisat invers*) în piesa semisferică (fig.5.45, b).

Q Q Q Q F F

piesa

semifabricat

a) b)

Fig.5.45

*) Ambutisarea inversă este o ambutisare realizată în sens invers unei alte ambutisări anterioare a aceluiaşi semifabricat.

h


c) - piese semisferice cu grosime mică , având100.(g/D) < 0,5. Pentru realizarea lor se recomandăutilizarea matriţelor cu nervuri de reţinere (fig.5.46:

d

1

a) b)Fig.5.46

a - cu nervură din placa de ambutisare; b - cu zona de lucru din elemente detaşabile), problemele fiind similare cu cele de la piesele conice scunde, sau ambutisarea inversă a unui semifabricat cilindric

2

3

4

Fig.5.47

obţinut anterior. Pentru piesele de acest tip, de dimensiuni mari, se recomandă ambutisarea în matriţe cu îndoirea (deformarea) dublă a marginii semifabricatului (fig.5.47).

5.5.6. Ambutisarea pieselor de formă parabolică

ambutisare 1

ambutisare 2

ambutisare 3

Această formă de piesă este destul de mult utilizată (pentru reflectoare de faruri) şi pune probleme tehnologice de realizare mari datorită cerinţelor ridicate în privinţa calităţii suprafeţei şi a preciziei dimensionale şi de formă.

Tehnologia acestor piese cuprinde o primă etapă de obţinere a unui semifabricat cav cilindric, care apoi este ambutisat invers, în mai multe faze, până la forma

ambutisare 4

Fig.5.48

Piesele ambutisate de formă conică, sferică, parabolică şi similare se obţin mult mai uşor prin ambutisare hidraulică decât prin ambutisare cu elemente active rigide.

5.5.7. Ambutisarea pieselor de formă paralelipipedică

După înălţimea relativă aceste piese pot fi scunde sau înalte. În general, pentru cutiile dreptunghiulare scunde este necesară o singură ambutisare, dar acest lucru se verifică calculând coeficientul de ambutisare parţial, la colţ, mp = rc/R, unde R este raza semifabricatului necesar în zona colţului, şi comparând cu valorile admisibile (tabelate).

Dacă razele la colţuri sunt mici, se recomandă o primă ambutisare cu raze la colţuri mai mari şi apoi o operaţie de calibrare.


Pentru piesele paralelipipedice înalte, se face mai întâi un calcul preliminar al numărului de ambutisări în funcţie de un coeficient de ambutisare global mgl, şi apoi se stabilesc forma şi dimensiunile piesei la fiecare operaţie de ambutisare (intermediară), începând cu penultima.

În cazul cutiilor pătrate înalte, ambutisarea iniţială se poate face sub forma unui semifabricat cilindric (fără flanşă), după care acesta este trecut treptat la o formă pătrată cu laturile bombate şi raze de racordare mari la colţuri, iar în final în forma piesei finite (fig.5.49).

Pentru detalii în legătură cu calculele tehnologice necesare la acest tip de piese vezi [4].

5.5.8. Ambutisarea pieselor complexe şi asimetrice (piese pentru caroserii auto)

Fig.5.49

Această categorie de piese ambutisate prezintă o serie de elemente specifice: - dimensiuni mari şi foarte mari; - grosimea materialului este mică (0,5…1,5 mm);

- forma geometrică complexă şi în general asimetrică; - precizia impusă formei şi dimensiunilor piesei finite este ridicată; - calitatea suprafeţei piesei trebuie să fie foarte bună (piese de aspect).

Datorită asimetriei formei, în cursul ambutisării apar diferenţe importante în privinţa deformaţiilor pe care le suferă materialul în diferite zone, motiv pentru care tehnologia de ambutisare trebuie să urmărească o uniformizare a lor. Mai mult, aici nu poate fi adoptat un coeficient de ambutisare care să descrie deformarea semifabricatului, şi adesea este necesar ca piesa ambu- tisată să se obţină dintr-o singură operaţie.

Aspectele importante care trebuie avute în vedere la proiectarea unei asemenea tehnolo- gii de ambutisare sunt ilustrate în scema din figura 5.50.

1. Imbunătăţirea formei tehnologice a piesei

2. Stabilirea poziţiei corecte a piesei în matriţă

3. Stabilirea formei, dimensiunilor, numărului şi zonelor de amplasare a nervurilor de reţinere a semifabricatului

4. Stabilirea mărimii şi modului de dispunere a adaosurilor tehnologice pentruconturul semifabricatului

5. Stabilirea formei, dimensiunilor şi poziţiei crestăturilor şi perforărilor tehnologice

6. Stabilirea modului de poziţionare a semifabricatului în matriţă

Fig.5.50


5.5.9. Tehnologia ambutisării succesive din bandă

Această tehnologie se foloseşte pentru realizarea pieselor mici (din industria electrotehnică, electronică, a bunurilor de larg consum, etc.) care necesită mai multe operaţii de ambutisare.

Procedeul prezintă avantajele: productivitate ridicată, calitate şi precizie bune, nu nece- sită tratamente termice intermediare, se pot folosi prese rapide (> 200 c.d./min) şi alimentarea automată.

Dezavantajele principale ar constau în: echipament tehnologic complicat şi scump, durabilitate mai redusă şi neuniformă a elementelor active (necesitând materiale şi tratamente speciale), aplicabil numai la producţia de serie mare şi de masă.

În funcţie de dimensiunile semifabricatului plan iniţial şi de caracteristicile materialului, croirea se poate face pe un singur rând (fig.5.51) sau pe mai multe (în paralel – fig.5.52, sau în zigzag).

Fig.5.51

Fig.5.52

De asemenea, în funcţie de caracteristicile materialului şi de complexitatea piesei de ambutisat, prelucrarea se poate face în două moduri:

- ambutisarea în bandă intactă (fără tăieturi - fig.5.53,a; 5.51) - pentru piese mici, cu flanşă mică (df = (1,1…1,2)d ), din materiale cu grosimea mai mare (g 0,05d) şi plasticitate ridicată. Se pretează la croirea pe mai multe rânduri.

B

a 2a 2

a 2

Aa 2

BB

B


- ambutisarea din bandă cu tăieturi (fig.5.53,b…d), cu un consum mai mare de semifabricat dar cu posibilităţi mai bune de deformare,

a1

Ds

p

Ds a1

p p

a1

Ds

mai ales pentru piese cu flanşă mai mare (df > 1,2d), cu grosime mai mică (g < 0,05g) sau forme mai

a) complicate. De regulă croirea se face pe un singur rând.

Se practică mai multe tipuri de tăieturi în bandă: crestare (fig.5.53,b; 5.54), perforarea puntiţelor intermediare (fig.5.53,c) ca şi tăierea

b) marginală însoţită de perforarea intervalului(fig.5.53,d). Scopul principal al acestor tăieturi estede a asigura semifabricatului de ambutisat posibilitatea de a se deforma neîmpiedicat şi de a putea realiza un control suficient asupra lui pentru a-l putea avansa între fazele de deformare (împreună cu

c) banda).

p p

a1

Ds

p p

Fig.5.53

tăiere marginală

d)

Spre deosebire de ambutisarea din semifabri-cate individuale, la ambutisarea din bandă (mai ales intactă), la prima fază, se va trage în zona ambutisată o cantitate de material mai mare decât cea strict necesară pentru piesa finită. La următoarele faze de ambutisare, acest material va fi redistribuit spre zona flanşei odată cu micşorarea diametrului, evitându-se producerea ruperii.

Pentru croire se va considera (vezi figura):

Ds = 1,1.D , (5.76)

unde D este diametrul semifabricatului de ambutisat, calculat după linia medie a grosimii piesei.Pentru calculele legate de croirea semifabricatului şi stabilirea lăţimii B a benzii, punti-

ţele a1 şi a2 se vor adopta cu valorile specifice situaţiei de la acest tip de ambutisare (vezi [2] pag.192-193).

La stabilirea numărului de ambutisări se are în vedere că la ambutisarea în bandă intactă se lucrează cu coeficienţi de ambutisare mai mici, iar la ambutisarea în bandă cu tăieturi se pot folosi cei de la ambutisarea corespunzătoare din semifabricate individuale, luând însă valorile la limita superioară a intervalului de variaţie (sau chiar peste ea).

Fiind un caz mai aparte de ambutisare, se adoptă drept indice al gradului de deformare raportul hn/dn, care creşte o dată cu creşterea numărului fazei de ambutisare.

Pentru ambutisarea din bandă intactă pe un singur rând, dimensiunile intermediare se pot2

stabili cu relaţiile:d i d 0,1.i ; (5.77)

unde i este numărul fazei de ambutisare.

h i h(1 0,04.i),

O altă posibilitate este utilizarea relaţiei:h id i

h n (a bi 2 ) , (5.78)d n

unde hn şi dn sunt dimensiunile finale ale piesei; a şi b - coeficienţi. Coeficientul b se stabileşte astfel încât diferenţa dintre valorile raportului hi/di, calculat cu relaţia anterioară, pentru două faze succesive, să nu depăşească 0,5…0,6.

Calculul se face din aproape în aproape, pornind de la ultima fază de ambutisare (piesea finită) spre prima (pentru detalii vezi [1]).


În plus, la ambutisarea succesivă din bandă se vor mai avea în vedere şi următoarele aspecte:

la ambutisarea din bandă intactă se va lucra cu grade de deformare mai mici decât la ambutisarea din bandă cu tăieturi;

razele de racordare la elementele active pot fi adoptate mai mici decât la ambutisarea din bandă cu tăieturi;

razele de racordare la elementele active pot fi adoptate mai mici decât la ambutisarea din semifabricate individuale; la piesele mici ele pot fi luate egale de al faza a doua la ultima, după care se introduce o fază de calibrare a razei cu reducerea ei de (2…5) ori;

la piesele mici, raza la poanson se va lua mai mare decât la placă, iar la cele mijlocii aceste raze pot fi egale;

este recomandabil ca prima fază de ambutisare să se execute cu reţinerea materialului, iar la ultima fază să se aplice o planare în zona flanşei.

Fig.5.54

5.5.10. Calitatea şi precizia pieselor ambutisate fără subţiere

a) - Calitatea este apreciată prin rugozitatea suprafeţei (exterioară şi interioară) obţinutăprin ambutisare, dar şi prin modificarea caracteristicilor materialului ambutisat.

Asupra calităţii piesei ambutisate influenţează următorii factori: - natura şi starea structurală a materialului semifabricatului - influenţează rugozitatea

piesei ca urmare a faptului că odată cu creştrea mărimii grăunţilor cristalini şi a orientării lor mai favorabile pentru deformare, rugozitatea după deformare va fi mai mare. La tablele din oţel cu granulaţie mare, care la încercarea de tracţiune prezintă palier de curgere, apare la ambutisare un defect de suprafaţă grav - “coaja de portocală” - o suprafaţă vizibil foarte rogoasă.

- starea suprafeţei iniţiale a semifabricatului; - starea suprafeţei şi geometria zonelor de lucru ale elementelor active: este important

ca zona de lucru a elementelor active (inclusiv a elementului de reţinere) să aibă o rugozitate cât mai redusă; foarte importantă este valoarea razei de racordare a plăcii de ambutisare. Dacă acestea sunt necorespunzătoare, există posibilitatea producerii unor deformări locale, a

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


Rm

A5 % Rm

A5 %

Distanţa de la baza piesei

Fig.5.56

zgârieturilor sau apariţia unor urme de gripaj, favorizate şi de o lubrifiere necorespunzătoare (fig.5.55).

- valoarea jocului dintre elementele active;

Fig.5.55

- gradul de deformare la ambutisare - determină o modificare importantă a caracteristicilor piesei ambutisate (mai ales în cazul ambutisării succesive) ca urmare a apariţiei ecruisării materialului. Acestea se manifestă în măsuri diferite pe înălţimea piesei ambutisate (fig.5.56).

- eficienţa lubrifierii - este deosebit de importantă.

b) - Precizia pieselor ambutisate - este apreciată prin precizia de formă şi dimensională a piesei în secţiunea transversală şi longitudinală, ca şi prin precizia formei şi a dimensiunilor pe înălţimea piesei.

Asupra preciziei influenţează materialul prelucrat (natura, starea structurală, proprietăţile fizico-mecanice), zona de lucru a elementelor active (precizia dimensională şi de formă, starea de uzare, geometria, jocul), procesul de ambutisare (gradul de deformare, viteza) şi tipul piesei ambutisate (cu sau fără flanşă), iar influenţa acestor factori este dificil de separat.

Cercetările experimentale au relevat că, la ambutisarea fără subţiere, modificarea grosimii peretelui pieseiîn secţiunea longitudinală este de tipul celei din figura 5.57 şi 5.58, iar în

30

20

10

g [%]

-10

-20

-30

Fig.5.57

10

9

87

i 654

0 1 2 3

Piesa ambutisată

secţiunea transversală ca în figura 5.59, aceasta fiind direct legată de anizotropia proprietăţilor materialului prelucrat.

Abaterea la grosime este determinată cu relaţia: %g = (gef - g).100, unde gef

este grosimea efectivă (măsurată) în punctul considerat al piesei, şi g - grosimea iniţială a semifabricatului.

Datorită (în principal) efectului arcuirii elastice, piesele ambutisate prezintă şi abateri de

gg

2


1,1 00

0,934

directia de laminare 450

1,126

Fig.5.58

1,162

0,94 0,94

0,965

Fig.5.59

900

g=1,0 mm

1,151

h hd2=dmax d2

g12

db

g1>g2

d

dmax g1

db

d

a) b)Fig.5.60

la forma geometrică corectă (fig.5.60: a - piesa fără flanşă; b - piesa cu flanşă; dl - abaterea diametrului la capătul liber; db - idem, la bază; dmax - abaterea maximă a diametrului).

Valoarea maximă a arcuirii elastice apare la capătul liber pentru piesele fără flanşă, şi la(0,3…0,5)h pentru piesele cu flanşă.

Datorită, în principal, anizotropiei proprietăţilor semifabricatului, apar o serie de neregularităţi (abateri) ale înălţimii piesei, cu atât mai mari cu cât gradul de deformare este mai important (numite festoane – fig.5.58) şi care nu se pot corecta decât printr-o operaţie de tăiere a marginii.

5.5.11. Lubrifierea în procesul de ambutisare

Aşa cum s-a menţionat anterior, procesul de ambutisare este însoţit de frecări importante între semifabricat şi elementele de lucru, între care există o deplasare relativă. Tensiunile care apar în materialul supus deformăriica urmare a acţiunii forţelor de frecare influenţează sensibil asupra parametrilor energetici ai procesului, asupra gradului de deformare şi asupra durabilităţii elementelor active.

Pentru aceste motive este importantă asigurarea unui coeficient de frecare cât mai redus prin aplicarea unei lubrifieri bune a contactului semifabricat - placa de ambutisare (şi reţinere). De asemenea, se privine apariţia unor eventuale defecte datorită unor fenomene de gripare (mai ales la ambutisarea semifabricatelor din oţel).

Lubrifianţii folosiţi trebuie să prezinte următoarele calităţi: - să formeze o peliculă aderentă, uniformă şi rezistentă la presiunea ce apare în timpul de-

formării (să aibă o capacitate portantă ridicată); - să nu se evapore la temperaturile ce pot apare în timpul lucrului; - să nu fie chimic agresivi faţa de semifabricat şi elementele active ale matriţei;


- să nu fie nocivi pentru operatorul uman şi mediul ambiant; - să se poată îndepărta uşor după ambutisare.

Lubrifianţii folosiţi pot fi lichizi (ulei mineral - caracteristici de lubrifiere reduse), vâscoşi (sub formă de pastă sau amestecuri de diferite substanţe - cei mai folosiţi) sau solizi (sub formă de pulbere: grafit, bisulfură de molibden; necesită însă o pregătire specială a suprafeţei semifabricatului pentru a le asigura aderenţa la ea).

Pentru ungerea suprafeţei semifabricatului se folosesc mai multe metode, în funcţie de felul lubrifiantului, felul şi dimensiunile semifabricatului:

- prin scufundare în baie - semifabricate individuale mici sau benzi; lubrifiant lichid; - prin pensulare - semifabricate individuale relativ mari; lubrifiant vâscos; - prin pulverizare - semifabricate continui sau individuale mari; lubrifiant lichid; - prin trecerea lui printre două role (valţuri) îmbibate în lubrifiant - semifabricate in-

dividuale sau continui; lubrifiant lichid; - prin tobare - semifabricate individuale relativ mici; lubrifianţi solizi (pulbere).În unele situaţii se preferă ungerea zonei de lucru a matriţei şi nu semifabricatul, mai ales

atunci când, pentru a se evita alunecarea acestuia în raport cu poansonul, acesta din urmă nu trebuie uns (ci dimpotrivă, este şters de orice urmă de lubrifiant).

Pentru a evita posibilitatea depunerii prafului şi altor impurităţi peste pelicula de lubrifiant care ar deveni astfel abrazivă, se recomandă ca lubrifierea să se facă imediat înaintea deformării.

După ambutisare, de regulă este necesară îndepărtarea peliculei de lubrifiant, pentru aceasta folosindu-se mai multe procedee: în băi alcaline, cu solvenţi organici (benzină, triclor- etilenă, etc.), în băi cu ultrasunete, ş.a.

5.5.12. Tratamentul termic la ambutisare

Deformarea plastică importantă care se produce la ambutisare determină o ecruisare semnificativă a materialului însoţită de o scădere a plasticităţii lui. Ca urmare, continuarea deformării printr-o altă ambutisare va tot mai dificilă.

Intensitatea fenomenului de ecruisare depinde aici: - de proprietăţile fizico-mecanice ale materialului, mărimea grăunţilor cristalini, etc.; - de gradul de deformare aplicat materialului până în momentul considerat; - de geometria elementelor active şi în special de raza de racordare a plăcii de ambutisare; - de calitatea lubrifierii care influenţează apariţia unor tensiuni suplimentare în material.

Trebuie avută în vedere şi tendinţa materialului de a se ecruisa, din acest punct de vedere având de-a face cu:

materiale cu tendinţă scăzută de ecruisare (nu sunt folosite pentru ambutisare); materiale cu tendinţă medie de ecruisare (oţeluri cu procent redus de carbon - OLC10,

OLC15, alamă, aluminiu moale); suportă mai multe ambutisări succesive; materiale cu tendinţă ridicată spre ecruisare (oţeluri inoxidabile, cupru, aliaje de titan);

necesită tratamnet termic după fiecare deformare (sau după maxim două).Înlăturarea efectelor ecruisării se face prin tratament termic de recoacere, aplicat de la caz

la caz, după fiecare ambutisare sau după un număr de ambutisări (recoaceri intermediare).Trebuie avut în vedere faptul că prin încălzirea pieselor (care au grosime mică) se

produce oxidarea stratului superficial, fenomen care îi poate afecta dimensiunea (grosimea) finală, şi în plus, îndepărtarea stratului de oxid necesită operaţii suplimentare (între ambutisări sau finale) de decapare, spălare, neutralizare, etc.

Se poate avea în vedere şi posibilitatea încălzirii în cuptoare cu atmosferă controlată(neutră), dar investiţia este mai scumpă.

h pl


5.6. Echipamentul tehnologic pentru ambutisare

5.6.1. Geometria elementelor active

dp

rpl rp

Parametrii geometrici definitorii ai zonei de lucru la ambutisare sunt prezentaţi în figura 5.61.

Pentru placa de ambutisare, raza de racordare se determinăcu relaţia:- pentru prima ambutisare:

rpl1 0,8 [D (d 2g)].g ; (5.79)dpl - pentru următoarele ambutisări:

rpl,i d i1 d i . (5.80)

2

Fig.5.61La piesele cu flanşă, raza plăcii de ambutisare la ultima

operaţie se alege egală cu cea a piesei (de pe desen).Raza poansonului se alege:

- la ambutisarea dintr-o singură operaţie, egală cu cea a piesei la interior;- la piesele cu d < 80…100 mm, ambutisate din mai multe operaţii:

- la prima ambutisare: rp = (0,7…1).rpl,1 ;

Q Q - la următoarele ambutisări:

dp1

rp,i d i1 d i 2g

,2

rpl,1

rp1

dp1

dpl,1

rpl,1

450

rp1rp1

dpl,1

la ultima operaţie luându-se egală cu cea de la interior a piesei finite, ţinând cont că: rp (2…3).g pentru g < 6 mm; rp (1,5…2).g pentru g = 6…20 mm.

La piesele mari (d > 80…100 mm)ambutisate din mai multe operaţii, se

Q Q

dpn

recomandă ca poansonul să aibă forma din figura 5.63, iar razele se aleg astfel:rp,1 = rpl,2; rp,2 = rpl,3 ; … ; rp,n-1 = rpl,n ;

rpl,n

dpn

rp,n-1

rpn

dpl,n

rp,n-1

450

rpl,n rpnrpn

rp,n = rpiesă finită.O ilustrare a geometriei zonei de lucru

a elementelor active la prima şi următoarele ambutisări şi corelaţia dintre ele este ilustra- tă în figura 5.62 (a - diametrul d 80…100mm; b - diametrul d > 80…100 mm).

a) b)

Fig.5.62

parte de angajare conică; b - cu parte de angajare evolventică).

Înălţimea porţiunii cilindri-

dpl,n Zona de lucru a plăcii de ambutisare se poate prezenta şi ca în figura 5.64 (a - cu

1 2 3

A A

ce a plăcii de ambutisare se poate rp,n-1r r1

calcula cu relaţia: p,n-1

450r

h pl 0,25

d pl .R m

(5.81) 450

dn-1

Fig.5.63

A/2

1,75

a

8


D D

r=0,05D r=0,05D100

100

r=5g

a)dpl

b)a dpl

Fig.5.64 Fig.5.65

R=1...3

12

L

a)c)

b)

Fig.5.66

La ambutisarea pieselor paralelipipedice sau cu forme complexe, atunci când se folosesc nervuri de reţinere suplimentară a semifabricatului, acestea pot avea construcţii şi geometrii ca cele indicate în figura 5.66 (a - fixate prin nituire; b - fixate cu şuruburi pe suprafaţă conică; c - pe muchia activă a plăcii de ambutisare; vezi şi fig.5.39,a) şi amplasate ca în figura 5.65.

5.6.2. Jocul dintre elementele active

La ambutisarea fără subţierea materialului, jocul dintre elementele active va fi:

ja d pl d p

. (5.82)2

Se consideră că jocul optim la ambutisare are valoarea:

ja = gmax + c.g = g + Asg + c.g , (5.83)

unde Asg este abaterea superioară la grosime a semifabricatului (indicată de standardul de semifabricat), iar c - un coeficient în funcţie de natura materialului ambutisat, grosime şi cerinţele de precizie ale piesei. La scăderea jocului sub această valoare se produce o majorare importantă a forţei de ambutisare.

Cu titlu informativ, se poate considera, spre exemplu, pentru ambutisarea oţelului moale: - pentru prima ambutisare: j = (1,3…1,5).g; - pentru următoarele ambutisări: j = (1,2…1,3).g ; - pentru calibrare: j = 1,1.g .

La ambutisarea cutiilor dreptunghiulare se recomandă ca jocul să fie diferenţiat astfel: - pe zona laturii rectilinii: j = (1…1,05).g; - pe zona colţului: j = (1,1…1,3).g .

În privinţa modului de preluare a jocului de către elementele active, se va avea în vederecă:

D

0

) )

)

00

A

;

i

T


la operaţiile intermediare el poate fi realizat pe seama dimensiunii oricăruia dintre elementele active;

la ultima ambutisare se are în vedere modul în care este cotată piesa pe desenul de execuţie:

dacă este dată cota la exterior, această cotă va fi determinată (impusă) de placa de ambutisare, iar jocul se va realiza pe seama dimensiunii poansonului;

dacă este dată cota la interior, aceasta va fi determinată de poanson, iar jocul se realizează pe seama dimensiunii plăcii de ambutisare.

5.6.3. Calculul dimensiunilor zonei de lucru a elementelor active

Acest calcul se face în funcţie de precizia piesei de obţinut. Se disting astfel: a) - cazul pieselor de precizie ridica t ă - când se va ţine seama de arcuirea elastică a

piesei după scoaterea ei de sub acţiunea elementelor active ale matriţei, ca şi de faptul că spre baza piesei are loc o subţiere a peretelui. Dimensiunea piesei se consideră măsurată la baza ei (fig.2.3.50).

a.1. - piese cotate la exterio r : As Ai (fig.5.67,a) - dimensiunea piesei este im-

pusă de placa de ambutisare, care se va dimensiona prima; prin uzare dimensiunea plăcii se măreşte şi deci se va porni dimensionarea de la dimensiunea minimă a piesei:

D pl (D A i

a b 2 s) Tpl

;(5.84)

D p (D pl 2 ja0Tp (D A

i

a b 2 s 2 ja0Tp

a.2. - piese cotate la interio r : d As(fig.5.67,b)

d p (d A i

a b Tp0Tp

(5.85)

d pl (d p

2 ja) Tpl (d

A a b Tp 2 ja)

Tpl ;

b) - cazul pieselor de precizie medie - pentru care nu se ia în considrare arcuirea

Dp

Dpl

dp

Tp Tp

2ja

Tplab

d

Aidmin As

Dmin

D

2Ds

ab

Ais

dpl

2ja

Tpl

a) b)Fig.5.67

)

)

0

0

)

Tp

0

0

;

0

p


elastică şi subţierea peretelui, şi deci: b.1. - piese cotate la exterior:

D (D A ) Tpl ;pl i

D p (D A i

0

2 ja Tp ;(5.86)

b.2. - piese cotate la interior:d p (d A i Tp

0Tp

(5.87)d pl (d A

i

Tp 2 ja) Tpl .

c) - cazul ambutisării pieselor cu câmp de tolera n ţă amplasat unilatera l : c.1. - piese cotate la exterior: D+Ai = D-T

D pl (D 0,8T) Tpl

; (5.88)

D p (D 0,8T 2 ja

Tp .

c.2. - piese cotate la interior: d+As = d+T

d (d 0,2T) 0 ;(5.89)

d pl (d 0,2T 2 ja

) Tpl .

În aceste relaţii ab este arcuirea la baza piesei şi s - subţierea peretelui piesei, la bază.

5.6.4. Construcţii de matriţe pentru ambutisarea fără subţiere

In construcţia matriţelor pentru ambutisare se regăsesc mare parte dintre elementele din construcţia ştanţelor pentru tăiere şi a matriţelor pentru îndoire (plăci de bază şi superioare, elemente de ghidare, elemente de poziţionare a semifabricatului, elemete de eliminare a piesei din zona de lucru, etc.), diferenţele fiind determinate de specificul procesului de ambutisare – necesitatea reţinerii semifabricatului – şi de particularităţile constructive ale elementelor active.

In funcţie de aceste aspecte, în continuare sunt prezentate unele exemple de scheme de construcţie pentru cele mai reprezentative tipuri de matriţe pentru ambutisarea fără subţierea semifabricatului, în practică diversitatea acestora fiind foarte mare.

La unele scheme nu se prezintă decât zona de lucru deoarece numai aceasta diferenţiază respectiva construcţie de alte tipuri sau construcţii de ştanţe şi matriţe.

5.6.4.1. Matriţă simplă pentru prima ambutisare, cu reţinere superioară (fig.5.68)

1

2345

6

Fig.5.68 - 1 – placă superioară; 2 – tirant;3 – resort; 4 – poanson; 5 – placă de reţinere; 6 – placă de ambutisare


5.6.4.2. Matriţă simplă pentru prima ambutisare, cu reţinere inferioară 1 (fig.5.69)

deschis închis12

3

4

5

6

7

89

10

Fig.5.69 - 1 – cep de prindere; 2 – tijă acţionare eliminator superior; 3 – placă superioară; 4 – placă de ambutisare; 5 – eliminator superior; 6– placă de reţinere; 7 – resort; 8 – tirant; 9 –poanson ambutisare; 10 – placă de bază

12

5.6.4.3. Matriţă simplă pentru primaambutisare, cu reţinere inferioară 2 (fig.5.70)

deschis inchis1

2

3

4

5

6

78

9

10

Fig.5.70 - 1 – pacă de reţinere şi poziţionare;2 – tijă acţionare; 3 – poanson ambutisare; 4– placă de bază; 5 – taler superior; 6 – resort;7 – tirant; 8 – taler inferior; 9 – piuliţă; 10 -contrapiuliţă

3 F

4

5

6

dn-1dn

78

9

10

11 Q

12

13

14

15

5.6.4.4. Matrita simpla pentru urmatoarea ambutisare

Fig.5.71 - 1 – cep de prindere; 2 – tijă acţionare eliminator superior; 3 – placă superioară; 4 – placă de ambutisare; 5 – eliminator superior; 6 – element de reţinere şi poziţionare; 7 – poanson ambutisare; 8 – tijă acţionare element de reţinere; 9 – placă de bază; 10 – taler superior; 11 – resort; 12 – tirant; 13 – taler inferior;14 – piuliţă; 15 - contrapiuliţă


5.5.6.5. Matriţă simultană pentru decupat şi ambutisat

deschis1

2

34

567

8

9

1011

12

13

inchis

Fig.5.72 - 1 – cep de prindere;2 – tijă acţionare eliminator superior;3 – placă superioară; 4 – tirant; 5 – resort; 6 – placă de ambutisare şi poanson pentru decupare; 7 – eliminator superior; 8 – placă de eliminare mobilă; 9 – placă de decupare; 10 – placă de reţinere la ambutisare şi eliminator piesă ambutisată de pe poanson; 11 – poanson ambutisare; 12 – tijă acţionare placă de reţinere; 13 – placă de bază

5.5.6.6. Maţrita pentru decupat şi ambutisat pe presă cu dublă acţiune

F1

CI2

3

Q Q4

CE Fig.5.73 - 1 – placă superioară

5 pe CI; 2 – poanson ambutisare; 3 –

6 placă superioară pe CE; 4 – tirant; 5 –

7 resort; 6 – poanson decupare şi element reţinere la ambutisare; 7 – placă de

8 desprindere mobilă la decupare; 8 –9 rigle ghidare semifabricat; 9 – placă de

10 decupare; 10 – placă de ambutisare; 11

11 – placă de bază (CI – culisou interior; CE – culisou exterior)


5.5.6.7. Matriţă pentru ambutisare inversă

1 deschis inchis

2

34

5

6

7

8Fig.5.74 - 1 – tirant; 2, 7 – resort; 3 – poanson ambutisare; 4 – placă de reţinere; 5 – eliminator inferior; 6 – placă de ambutisare; 8 – placă de bază

5.5.6.8. Matriţă pentru ambutisare succesivă din bandă

Fig.5.75

5.5.6.9. Matriţă pentru ambutisare succesivă din bandă, cu perforarea intervalului

Forţă eliminare Forţă reţinere

Fig.5.76

h c


În figura 5.76, 1 – placă de reţinere pentru prima ambutisare; 2 – cep de poziţionare dupăprima ambutisare; 3 – placă de eliminare a benzii de pe poansoanele de ambutisare.

5.5.6.10. Matriţă pentru ambutisare element caroserie auto pe presă cu dublu efect

perforare tehnologică

nervuri de reţinere

Fig.5.77

5.7. Ambutisarea cu subţierea materialului

5.7.1. Caracterizarea procesului

În cazul acestui procedeu de ambutisare se realizează o micşorare importantă şi voită a peretelui piesei, grosimea la baza ei rămânând aproximativ nemodificată. El este folosit pentru obţinerea tuburilor cu pereţi subţiri, cu precizie dimensională ridicată şi caracteristici mecanice uniforme pe înălţime. Se pot prelucra materiale metalice cu plasticitate destul de ridicată (oţeluri cu procent redus de carbon, oţel inoxidabil, alamă).

Schema procesului si dimensiunile caracteristice ale zonei de lucru sunt cele din figura5.78.

La ambutisarea cu subţiere, deformarea materialului se

g poate face prin două metode: prima operaţie se execută fără subţierea materialului

di obţinându-se un semifabricat cav, care este apoi ambutisat cu

450

d

g1=jas

subţiere (fig.5.78);

Pentru a realiza subţierea, jocul dintre elementele active

g este corespunzător mai mic decât grosimea (peretelui) semifabri-

Deoarece diametrul interior al semifabricatului este cu foarte puţin mai mare decât diametrul poansonului la operaţia

Fig.5.78 curentă, deformaţiile tangenţiale legate de reducerea diametrului


sunt neînsemnate în comparaţie cu cele radiale legate de reducerea grosimii. Din aceste considerente, folosind ecuaţia de echilibru şi condiţia de plasticitate se obţine tensiunea de deformare a materialului în direcţia axială a piesei:

g1 g1 1 g

g1 z R c ln

g 1 ln

2 g1 tg , (5.90)

g 2g

2

2tg 2

1

Fig.5.79

unde g şi g1 sunt grosimile înainte şi după ambutisare; - semiunghiul plăcii active; - coeficientul de frecare.

În funcţie de construcţia matriţei, ambutisarea cu subţiere se poaterealiza printr-o singură placă de ambutisare (fig.5.78) sau prin mai multe plăci de ambutisare suprapuse, la aceiaşi cursă a poansonului (fig.5.79), rezultând un grad de deformare (subţiere) corespunzător mai mare.

5.7.2. Calculul dimensiunilor semifabricatului la ambutisarea cu subţiere

Pe baza legii constanţei volumului se poate scrie egalitatea:Vpiesa v1 v 2 ... v n v i , (5.91)

unde v1, v2,…, vn sunt volumele elementelor geometrice simple în care se descompune volumul de material al piesei.

Egalând cu volumul semifabricatului plan va rezulta:

D 1,13(1 a) v i

, (5.92)

g

unde a este un coeficient ce ţine seama de cantitatea de material îndepărată prin tăierea marginii;g - grosimea semifabricatului, adoptată la valoarea de (1…1,2) din grosimea bazei piesei.

5.7.3. Calculul numărului operaţiilor de ambutisare

La ambutisarea cu subţiere se defineşte gradul de deformare sub forma:

E Sn 1 Sn , (5.93)

Sn 1

unde S este aria secţiunii transversale a piesei la operaţia n şi respectiv n-1. Deoarece la ambutisarea cu subţiere diametrul semifabricatului se modifică foarte puţin, se poate scrie că:

E g n 1 g n , (5.94)

g n 1

unde g este grosimea peretelui piesei.Mai utilizată este exprimarea sub forma coeficientului de subţiere ms:

ms Sn

Sn 1

g n

g n 1

1 . (5.95)

Pentru cazul ambutisării cu subţiere se poate scrie că:

m s1 g1 ;g

ms 2 g 2

;g1

m s3 g 3 ;

…;g 2

m sk g k

;g k 1

m sn g n

;g n 1

(5.96)

Înmulţind aceste relaţii membru cu membru, se obţine:

ms1.m s2 .ms3...m sn g1 g 2 g 3 ...

g n

g n . (5.97)

Considerând un coeficient de subţiere mediu:

g g1 g 2 g n 1 g

s


va rezulta relaţia:ms1 = ms2 = … = ms,med , (5.98)

m ns

g n , (5.99)

din care, prin logaritmare, se obţine:

s,medg

n log g n log g

. (5.100)log(m s,med )

În practică, ca şi la ambutisarea fără subţiere, coeficientul de subţiere are o valoare mai mică la prima subţiere şi mai mare la următoarele, în eventualitatea că nu se aplică un tratament termic de recoacere după fiecare subţiere.

5.7.4. Determinarea dimensiunilor intermediare la ambutisarea cu subţiere

Se consideră că semifabricatul plan de diametru D este ambutisat mai întâi fără subţiere într-o piesă cilindrică fără flanşă, şi în aceste condiţii se calculează grosimea relativă (g/D).100 cu care se stabileşte coeficientul de ambutisare m1.

Diametrul exterior al semifabricatului cav va fi:d1 = m1.D . (5.101)

Dacă: d1 - g < di , (5.102)unde di este diametrul interior al piesei finite, se aplică ambutisarea cu subţiere încă de la primaoperaţie.

Dacă: d1 - g di , (5.103)mai întâi se execută ambutisări fără subţiere până la obţinerea unui diametru Dn:

Dn - g = di + (ns - 1).0,2 , (5.104)după care se continuă ambutisarea cu subţiere a semifabricatului cu diametrul Dn; ns este numă-rul operaţiilor de ambutisare cu subţiere.

Grosimile intermediare se stabilesc cu relaţia:gk = msk.gk-1 , (5.105)

iar înălţimile intermediare se determină tot pe baza legii constanţei volumului, considerând că grosimea la baza piesei nu se modifică prin ambutisarea cu subţiere, şi deci:

vk = f(D, dmed,k, ms, g, gk) . (5.106)Diametrul interior al semifabricatului cav la ambutisarea cu subţiere se stabileşte por-

nind de la ultima operaţie de subţiere:d i,n 1 d i,n 0,2;

.......

d i,1 d i,n (n s 1).0,2

(5.107)

unde majorarea diametrului cu 0,2 la fiecare subţiere se face pentru a asigura posibilitatea ca poansonul operaţiei curente să poată pătrunde uşor în piesa de la operaţia precedentă.

Diametrul exterior la operaţiile intermediare va fi:dek = dik - 2.gk , (5.108)

iar diametrul mediu:dmed,k = dik + gk . (5.109)

5.7.5. Parametrii energetici ai ambutisării cu subţiere

relaţia:În cazul ambutisării cu subţiere printr-o singură placă activă, forţa se poate calcula cu

Fsk = .dek.(gk-1 - gk).Ks.Rm , (5.110)


în care dek este diametrul exterior la operaţia de subţiere k, iar Ks - un coeficient ce ţine seama de natura materialului (Ks = 1,6…1,8 pentru alamă; Ks = 1,8…2,25 pentru oţel), sau se poate folosi relaţia mai simplă:

Fsk = C1.C2.C3.(0,9 - ms).Sn.Rm , (5.111)

în care C1 este un coeficient ce depinde de viteza de ambutisare (1,15…1,25 cu limita superioară pentru viteze mari); C2 - coeficient ce depinde de numărul operaţiei de ambutisare (1,15…1,20 pentru prima ambutisare; 1,3…1,4 pentru a doua; 1,45…1,5 pentru a treia); C3 - coeficient ce depinde de tipul procesului de ambutisare (5…5,5 pentru ambutisarea printr-o singură placă;6,5…7 pentru ambutisarea prin două plăci suprapuse).

F

ms2

ms1

ms1>ms2

cursa

F

ms1

ms2

cursa

a) b)

Fig.5.80

Curba de variaţie a forţei la ambutisarea cu subţiere este de tipul celei din figura 5.80 (a - ambutisarea printr-o singură placă; b - ambutisarea prin două plăci suprapuse).

Lucrul mecanic necesar se stabileşte cu relaţia:L = 1,2.Fs.h , (5.112)

unde h este adâncimea ambutisării cu subţiere.

5.7.6. Indicaţii tehnologice la ambutisarea cu subţiere

Pentru a obţine grade de subţiere mai mari şi deci un număr de operaţii mai redus, se recomandă deformarea prin două sau trei plăci suprapuse. În placa superioară se va realiza un grad de deformare mai mare decât în celelalte de sub ea.

Se recomandă ca după una - două ambutisări cu subţiere să se aplice un tratament termic de recoacere, iar după două - trei operaţii se vor tăia marginile, pentru a permite continuarea prelucrării în bune condiţii (vezi exemplul din fig.5.81).

Tratament termic

Fig.5.81

1


Prin acest procedeu se pot obţine relativ uşor rugozităţi ale suprafeţei exterioare de ordinul Ra = 0,2 m, dar numai în condiţiile asigurării unei foarte bune lubrifieri, eventual cu o pregătire prealabilă a semifabricatului în acest scop (vezi capitolul despre deformarea volumică).

1

32

3

21 4

5

Fig.5.82 - 1 – placă de subţiere superioară; 2 – placă de subţiere

inferioară; 3 – element de prindere poanson

În figurile 5.82 şi 5.83 sunt prezentate simplificat două construcţii de matriţe pentru ambutisarea cu subţiere a unor semifabricate obţinute în prealabil prin ambutisare fără subţiere.

5.8. Procedee speciale de ambutisare

6

7

8

9

Fig.5.83 - 1 – poanson; 2 – semifabricat cav; 3 – placă de poziţionare; 4, 6, 7 – placă de fixare cu

ajustaj conic; 5 – separator şi distribuitor lubrifiant; 8 – sistem de scoatere de pe poanson;

9 - corp

În afara celor prezentate anterior, în practica industrială se folosesc şi alte procedee de ambutisare având particularităţi şi utilizări specifice, mai convenabile sub aspect tehnic sau/şi economic pentru diverse situaţii şi condiţii de lucru concrete.

Dintre acestea, vom prezenta, foarte succint, câteva procedee şi anume: 1 - ambutisarea cu încalzirea flanşei; 2 - ambutisarea cu răcirea locală a piesei; 3 - ambutisarea cu ajutorul cauciucului; 4 - ambutisarea hidraulică; 5 - ambutisarea prin explozie; 6 - ambutisarea rotativă; 7 - tragerea pe calapod.


5.8.1. Ambutisarea cu încalzirea flanşei

răcirepoanson

1 2

Fig.5.84

Din analiza procesului de ambutisare a rezultat că solicitarea cea mai importantă a materialului se produce în zona flanşei. Ca urmare, pentru a putea obţine grade de deformare mai mari este util a asigura materialului din această zonă condiţii de deformare mai bune, respectiv o plasticitate mai ridicată, lucru care se realizează

3 prin încalzirea zonei respective la o temperatură suficient de ridicată.

4 Se obţine astfel o micşorare a coeficientului de ambutisare odată cu creşterea temperaturii.

5 Pentru a se putea realiza încalzirea numai în zonaflanşei, în timpul ambutisării are loc răcirea porţiunii centrale a semifabricatului (zona deja

6 ambutisată) prin răcirea poansonului până la7 temperatura ambiantă.

8 Figura 5.84 prezintă schema unei matriţe utilizată în acest scop (1 – poanson; 2 – canal evacuare aer din piesă; 3, 8 – izolator; 4 – placă de reţinere; 5 – element de încălzire; 6 – placă de

ambutisare; 7 – lichid răcire zonă ambutisată).Procedeul se aplică în special pentru ambutisarea aliajelor de magneziu, titan şi aluminiu. In funcţie de materialul prelucrat, temperaturile de încălzire au valori de ordinul:- pentru aliaje de magneziu: (300…350)0C;- pentru aliaje de titan: (300…400)0C sau chiar mai mult;- pentru aliaje de aluminiu: (325…375)0C;- pentru oţel cu procent redus de carbon: (560…580)0C;- pentru alamă: (480…500)0C.Pentru materiale cu comportare relativ bună la ambutisare se pot obţine coeficienţi de

ambutisare mult sub limita celor de la ambutisarea obişnuită.

5.8.2. Ambutisarea cu răcirea locală a piesei

circuit răcire

Fig.5.85

In cazul acestui procedeu, prin răcirea puternică a zonei piesei deja ambutisată se obţine o creştere semnifi- cativă a rezistenţei mecanice a peretelui piesei, care va putea suporta astfel o forţă de deformare, aplicată de poanson, mult mai mare, cu consecinţe favorabile în privinţa creşterii gradului de deformare aplicat la o singură ambutisare.

Pentru aceasta, poansonul de ambutisare este prevăzut cu un circuit de răcire prin care circulă un fluid cu temperatură foarte scăzută (de obicei azot lichid la –(160…170)0C sau aer lichid).

La aceste temperaturi, caracteris-ticile de rezistenţă mecanică ale oţelurilor


cu conţinut redus de carbon (0,1…0,2 %C) cresc de 1,9…2,1 ori, iar la oţelurile crom-nichel de2,3 ori.

Se pot obţine astfel coeficienţi de ambutisare de până la m = 0,39, concomitent cu oreducere semnificativă a subţierii peretelui piesei ambutisate.

5.8.3. Ambutisarea cu ajutorul cauciucului

Procedeul se aplică în producţia de serie mică (dar uneori şi pentru serii mari) la obţinerea pieselor cave din table subţiri.

Procedeul este avantajos pentru că realizează, prin intermediul cauciucului, presiuni hidrostatice mari care se aplică relativ uniform asupra semifabricatului, conducând la reducerea subţierilor locale datorate unor suprasolicitări ale materialului şi la o stare de tensiuni mai favorabilă deformării, şi este ilustrat în figura 5.86..

semifabricat

Fig.5.86

Construcţia matriţei de ambutisare este simplă şi relativ ieftină şi poate fi de două tipuri,în funcţie de elementul activ pe care îl substituie cauciucul:

cu placă activă din cauciuc; cu poanson din cauciuc.

placă de reţinere

a) b)

Fig.5.87 - Matriţe de ambutisare cu placa activă (a - total sau b - parţial) din cauciuc


Fig.5.88

Procedeul se pretează foarte bine pentru cazul obţinerii pieselor cave cu configuraţii mai complexe, cand nu mai este necesară realizare celor două elemente active (rigide), cu forme conjugate, ci numai unul singur (de regulă poansonul, tehnologic mai simplu de prelucrat).

Forţa necesară pentru ambutisare în matriţe cu element activ din cauciuc se calculează cu o relaţie de forma:

F = p.S, (5.113)în care: S este suprafaţa (secţiunea) elementului activ din cauciuc, iar p – presiunea necesară în cauciuc pentru a se realiza deformarea, şi a cărei valoare depinde de natura materialului şi grosimea semifabricatului de ambutisat.

In figura 5.88 este prezentată schema de construcţie a uneimatriţe pentru ambutisare cu poanson din cauciuc.

5.8.4. Ambutisarea hidraulică

La acest procedeu, ambutisarea materialului se produce ca urmare a acţiunii asupra semifabricatului plan a presiunii hidrostatice a unui lichid care substituie unul dintre elementele active rigide ce concură, de regulă, la realizarea ambutisării.

Avantajele procedeului constau în principal în următoarele: - presiunea hidrostatică a lichidului actionează uniform asupra semifabricatului, dispă-

rând eventualele suprasolicitări locale datorate formei şi modului de acţionare ale elementelor active rigide, care conduc la variaţii importante de grosime la piesa ambutisată;

- se obţin mai uşor şi în condiţii mai bune (mai puţine operaţii) piese de formă conică, sferică sau parabolică, mai dificil de obţinut prin ambutisare obişnuită;

- se obţin mai uşor şi în condiţii mai bune piese ambutisate cu configuraţii complexe; - în unele situaţii procedeul nu reclamă folosirea unui utilaj de presare (presă), fiind

suficientă o simplă sursă de fluid sub presiune; - construcţia matriţei de ambutisare este mai simplă (mai ales în cazul pieselor cu

configuraţie complexă), nefiin necesară decât execuţia unui singur element activ rigid (nu şi a formei conjugate);

- datorită modului de acţiune a fluidului sub presiune asupra semifabricatului de deformat, ambutisarea se face cu o rază ce scade treptat (cazul poansonului rigid), fapt ce crează condiţii mai favorabile deformării. Mai mult, este posibilă o deformare suplimentară în sens opus ambutisării, ce are ca efect diminuarea revenirii elastice la piesa ambutisată.

- posibilitatea unei mai bune lubrifieri a contactului dintre semifabricat şi placa de ambutisare datorită formării unei pelicule de fluid sub presiune mare;

- posibilitatea utilizării presiunii fluidului de lucru pentru a crea o stare de tensiuni în zona flanşei mai favorabilă deformării, prin crearea unei forţe de compresiune radială în planul semifabricatului.

Ca dezavantaj al procedeului ar putea fi amintită o productivitate relativ redusă în majoritatea situaţiilor de utilizare, datorată în special particularităţilor de lucru ale sistemelor hidraulice în general.

Sub aspectul construcţiei echipamentului tehnologic folosit, se disting mai multeposibilităţi:

în funcţie de elementul activ pe care îl substituie lichidul sub presiune: ambutisare cu placă de ambutisare rigidă; ambutisare cu poanson rigid;

în funcţie de modul de realizare a contactului între semifabricatul de ambutisat şi lichidul sub presiune care îl deformează:

a

dc

b


cu contact direct (nemijlocit); fără contact direct.

In figurile următoare sunt prezentate câteva scheme de matriţe de ambutisare hidraulică de diferite tipuri, conform clasificării anterioare.

1

2 a

3 c d

b

4

1

Fig.5.89 - Matriţe de ambutisare hidraulică, cu placă de ambutisare rigidă şi contact direct cu fluidul de lucru (1 – corp superior cu etanşare; 2 – semifabricat; 3 – placă de ambutisare rigidă; 4 – corp inferior; 5 – lichid de lucru)

Fig.5.90 - Matriţe pentru ambutisare hidraulică cu placă de ambutisare rigidă şi fără contact direct cu lichidul de lucru (1 – alimentare semifabricat; 2 – închidere matriţă; 3 – începere deformare; 4 – finalizare ambutisare; 5 – deschidere; 6 – evacuare piesă ( a, d – membrane elastice; b – matriţă rigidă; c – semifabricat)

Fig.5.92 - A doua ambutisare realizată prin ambutisare hidraulică în matriţă cu poanson rigid

Fig.5.91 - A doua ambutisare realizată prin ambutisare hidraulică în matriţă cu poanson rigid


5.6.5. Ambutisarea rotativă

Procedeul este folosit pentru obţinerea pieselor de revoluţie cu diverse configuraţii, în volume de fabricaţie relativ mici, şi cu costuri mult reduse în comparaţie cu ambutisarea în matriţă.

Pentru aceasta, semifabricatul sub forma unui disc este fixat axial pe partea frontală a unui calapod (ce joacă rolul poansonului de la ambutisarea obişnuită) şi este antrenat în mişcare de rotaţie, fiind deformat treptat cu ajutorul unei scule cu forma activă adecvată sau al unor role, până când ia forma calapodului (fig.5.93, 5.94).

Prelucrarea se realizează pe o maşina de tipul unui strung foarte simplu, caz în care sculade deformare este controlată şi condusă manual, sau pe maşini speciale cu comandă numerică.

In timpul prelucrării, datorită trecerilor succesive prin care se realizează deformarea, se produce o ecruisare mai puternică a materialului decât la ambutisarea în matriţă, ca şi subţieri uneori importante şi neintenţionate (mai ales la prelucrarea manuală).

Fig.5.93 Fig.5.94

Fig.5.95 - Maşină pentru ambutisarea rotativă a pieselor mari

procesul de ambutisare

Documents