Click here to load reader
Upload
adriana-curele
View
322
Download
5
Embed Size (px)
DESCRIPTION
TM
Citation preview
Deformarea plasticăşi mecanisme de durificare
Prelucrarea metalelor prin deformare plastică
♠ Utilizează aptitudinile de deformare plastică (ductilitate,
ambutisabilitate).
♠ Capacitatea unui material de a se deforma este în
funcţie de material (compoziţie, structură,
proprietăţi), de procedeul de deformare şi de
condiţiile operatorii (sarcină, viteză de deformare).
♠ Formarea îmbracă un triplu aspect:
♦ Mecanic (tensiuni)
♦ Metalurgic (transformări induse de deformare şi de
temperatură)
♦ Tehnologic (mijloacele de punere în formă şi modurile de
operare)
De L’Acier ….
……à la Pièce Forgéeà la Pièce Forgée
Proprietăţi mecanice• Modulul de elasticitate - în domeniul elastic :
E = /Pebtru oţeluri ( E = 210 GPa); Aluminiu (E = 70 GPa)
• Coeficientul lui Poisson (dat de raportul dintre contracţia laterală şi alungire) :
= 0.3 pentru materialele metalice industriale
• Ecruisarea (plastică) n :
= 0 +k n • Ductilitate:
– Alungirea relativă
A,% = 100 · (l-l0)/l0
– Gâtuirea sau Reducerea de secţiune:
Z,% = 100 · (S0-S)/S0
Epruvete supuse încercării de tracţiune
Epruveta normalizată
Epruveta în timpul Încercării
(prezintă alungire şi gâtuire)
Epruveta ruptă
a)Maşina de tracţiune ; b) Epruveta de tracţiune cu extensometru. Se remarcă gâtuirea în centrul epruvetei
Sursa: Des Matériaux
Curbe tensiune-deformaţie
Domeniul de
deformare plastică
Deformare plastică
omogenă
Domeniul de
deformare elasticăT
ensi
unea
nor
mal
ă, σ
(M
Pa)
Deformaţia relativă, ε
gâtuire
rupere
gâtuire
Curba de tracţiune a unui material ductil
GénéraliGénéralitéstés
Essai de traction
GénéraliGénéralitéstés
Évolution avec la température, de l’allongement à rupture en
traction.
Ductilitatea• Calitatea materialelor de a fi deformate într-o manieră
permanentă fără a fisura macroscopic.
• Ductilitatea unui material se măsoară prin alungirea sa la rupere (A,%) şi/sau prin gâtuirea (reducerea de secţiune ) la rupere (Z,%)
100%0
0
L
LLA f
Alungirea la rupere
100%0
0
S
SSZ f
Gâtuirea la rupere
L0 şi Lf – lungimile iniţiale şi finale ale epruveteiS0 şi Sf - secţiunile iniţiale şi finale ale epruvetei
Ductilitatea
Alungirea relativă (A, % = 100 · (l-l0)/l0) şi
gătuirea (Z, % = 100 (S0-S)/S0) sunt legate între ele.
Réduction de section en %
Allo
ngem
ent A
%
Acier Cuivre
alliagesd'aluminium
Alu
ngir
ea r
elat
ivă
(A
, %)
Reducerea de secţiune, Z, %
OtelCupru
Aliaje de
aluminiu
Curba de tracţiune a unui oţel moale
Rm: rezistenta la
tractiune(Tensiunea maxima atinsa)
Ten
siun
ea n
orm
ala,
σ (
MPa
)
Deformaía relativa, ε (%)
Curba de tractiune a unui otel moale (0,15%C) – prezinta o discontinuitate la limita de elasticitate. In acest caz : Re= Rp0,2=210MPa; Rm=450MPa; A=27%.
• Détermine la contrainte
minimale nécessaire
pour produire une pièce
par def. plastique.
• Influence la taille de la
presse requise.
• La formabilité décroît
avec Re.
• La dureté croît avec Re.
Effets de Re sur les procédés
DéformationC
ontr
aint
e
Acier doux Re = 150-250 Mpa
Acier micro allié (HSLA)Re = 350-560 Mpa
Affinement du grainHall-Petch
Re = A+B d -1/2
HSLA
Amélioration de Re
Aciers dual-phaseGrains feritiques libres de Fe3C+ilots de martensite (10-20%)
Re 300-350 MPaRm 650-700 MpaA% 25-30%Aucune discontinuité à Re
HSLA
Re 400-650 MpaRm 400-650 MpaA% 14-27 %TTDF très basse
Figure 5.2a - Stress - Strain Curves for Metal Alloys
Figure 5.3 -- Stress-Strain Curve for Polymers
Figure 5.6 -- Comparison of Stress - Strain Curves for Metals , Ceramics, Polymers and Elastomers
Anisotropie normale
• Propriétés méca. plan de la tôle et épaisseur différents
• Causes: Changements lors de la fabrication
(enroulement. Traitements thermiques)
• L’anisotropie d’une tôle peut être déterminée par un
essai de traction. Elle est définie par le paramètre r.
r = Déformation sur la largeur de l’échantillon
Déformation sur l’épaisseur de l’échantillon
Anisotropie normale
• r < 1: la tôle se déforme plus suivant son épaisseur que que dans son plan.
• r = 1 : La déformation de la tôle suivant dans son et suivant son épaisseur est identique.
• r > 1: La tôle se déforme plus facilement dans son plan que suivant son épaisseur.
Acier (hot rolled)
r = 1Aluminiumr = 0.6 -0.8
r < 1
Acier(cold rolled)r = 2.0-2.5
r > 1
Source: Auto Steel Partnerhip web
Échantillons pour mesure de l’anisotropie
4
rr2rr 90450
Déformations réelles
Source: Auto Steel Partnerhip web
Déformations réelles
Les déformations sont très élevées lors de la mise en forme par déformation plastique:. Pour mieux les mesurer, on utilise les déformations réelles définies :
0
fL
L L
Lln
l
dlε
f
0
conversions
e1lnε
e: déformation calculée ou d ’ing.
Basses def.e < 20%, e =
r = k n
e1σσ engr
Relations - ; échelle réelle
Source: Auto Steel Partnerhip web
Coefficient d’écrouissabilité (n)
• Formabilité: = K n.• n est l’exposant d’écrouissabilité. Il indique l’habilité
du matériau à distribuer uniformément les déformation lors du formage.
Déformation
Contrainte
Large fenêtre de formage
Petite fenêtre de formage
n élevé
n bas
Valeurs typiques de nn = 0.12 à 0.26
Déformations principales..
• Lors de la mise en forme des tôles par def. Plastique,
– La déformation majeure est toujours plus élevée que le déformation mineure.
– La déformation majeure est toujours positive.
– La déformation mineure peut être positive, négative ou nulle.
Déformationd’amincissement
Déformationmineure
Déformationmajeure
Principe de conservation de volume
eépaisseur : Déformationd’amincissement
emin: Déformationmineure
ema :Déformationmajeure
A B
Volume de A (VA) = Volume de B (VB)
Le principe de conservation de volume se traduit en terme de déformation par
1)e(1)e(1)e(1 épaisseurminmaj Déformation eng.
0εεε épaisseurminmaj ou
Déformation réelle
Le travail par déformation plastique se fait sans changement de volume
Classification of Metal Fabrication TechniquesClasificarea principalelor procedee tehnice de fabricatie a pieselor metalice
Schema clasificarii procedeelor de fabricatie
Metode tehnice de fabricatie
Operatii de formare Turnare Alte procedee
Forjare Laminare Extrudare Tragere Forme din amestec de
formare
Forme
ceramice
Forme
coji
Turnarea continua
Metalurgia pulberilor
Sudare
• Deformarea plastică este metoda de prelucrare prin care se obţin semifabricate sau piese finite prin modificarea formei şi dimensiunilor unui corp, prin deformare remanentă sub acţiunea unor forţe exterioare, fără fisurare macroscopică. Deformarea remanentă ete determinată de solicitări care depăşesc limita de curgere a materialului, putând fi realizată atât la rece cât şi la cald.
• Forţele aplicate unui corp solid pot produce două tipuri de deformări : a) deformare elastică care este o deformare reversibilă, ea dispărând după încetarea acţiunii forţelor exterioare, corpul reluându-şi forma şi dimensiunile iniţiale şi b) deformarea plastică sau permanentă, care este ireversibilă, menţinându-se şi după încetarea forţelor care au produs-o. Deformarea totală este dată de relaţia :
• = e + p
• în care : e este deformaţia elastică; p – deformaţia plastică.• Deformaţia elastică are loc prin deplasarea atomilor din poziţiile lor de echilibru
stabil, la o valoare minimă a energiei lor potenţiale, mărimea deplasării nedăpăşind ordinul de mărime al distanţei dintre atomi. Deformaţia produsă este proporţională cu rezistenţa ( = /E). Prin deformare elastică nu se produc modificări structurale, totuşi unele proprietăţi fizice şi chimice ale materialului deformat se modifică (culoare, conductivitate electrică, solubilitate la acizi etc.).
• Deformarea plastică presupune deplasarea relativă a atomilor în poziţii noi de echilibru la distanţe mult mai mari decât distanţele dintre atomi în reţeaua cristalină.
Consideratii generale privind deformarea plastică
GENERALITĂŢI
Forţa
Forţa
Comportare elastică
Comportare plastică
Ten
siu
nea
Deformaţia
Energia plastică
Energia elastică
Monocristal Agragat policristalin
În cazul corpurilor solide policristaline comportarea la deformarea plastică este influenţată de orientarea diferită axelor de cristalizare a grăunţilor, de prezenţa limitelor dintre grăunţi sau a fazelor secundare precipitate fie la limita dintre grăunţi, fie în interiorul lor.
Aceşti factori nu se întâlnesc la deformarea monocristalelor.
Celulă cubică cu volum centrat (CVC)
Celulă cubică cu feţe centrate (CFC)
Celulă hexagonal compactă
(HC)
Geometria cristalelorCristalele constau din atomi dispuşi după modele geometrice definite (celule elementare) care se repetă prin suprapunere (împachetare) în spaţiu de un număr foarte mare de ori.
Corpurile solide cristaline sunt caracterizate de 7 sisteme principale de cristalizare (cubic, monoclinic, triclinic, rombic, ortorombic, tetragonal, hexagonal).
Metalelor le sunt caracteristice sistemele de cristalizare cubic (cu tipurile de reţele cubic cu volum centrat – CVC şi cubic cu feţe centrate – CFC) şi hexagonal ( cu tipul de reţea hexagonal compact – HC).
Sistemele cristaline şi tipurile de reţele propuse de Bravais
Nr.crt.
Geometria cristalului
Parametrii reţelei Liniari Unghiulari
Tipul reţelei
1
Cubica = b = c
2 Hexagonal
a = b c
3 Quadratic, sau Tetragonal
a = b c
4 Romboedric, sau
Trigonal
a = b c = = < 120° ≠
5 Ortorombic, sau
Rombic
a b c ; = = = 90° P V C F
6
Monoclinica b c ≥ P C
7
Triclinica b c ≠≠≠
Mecanismele deformării plastice • Deformarea plastică a monocristalelor se realizează în principal prin două mecanisme : • prin alunecare, care constă din translaţia atomilor de-a lungul planelor cu densitate atomică
maximă; • prin maclare, mecanism ce constă din rotirea unei părţi a monocristalului într-o poziţie
simetrică faţă de un plan, numit plan de maclare. Maclarea este un fenomen foarte rapid şi are loc dacă cristalul înmagazinează o energie elastică considerabilă. Tensiunile care provoacă alunecarea, pot provoca şi maclarea. Fenomenul de maclare nu poate apărea dacă metalul este supus tracţiunii sau compresiunii, adică dacă deformaţia are loc după direcţia tensiunii.
• În cazul agregatelor policristaline, mecanismele de deformare sunt mai complexe, pentru deformare fiind necesare forţe mai mari întrucât în acest caz are loc o comportare diferită a fiecăruia dintre grăunţii cristalini, ţinând seama pe de o parte de orientarea planelor şi direcţiilor cristalografice principale faţă de direcţia de acţiune a efortului de deformare, iar pe de altă parte, de influenţa limitelor dintre grăunţi care au rezistenţa la deformare diferită de cea a grăunţilor. Translaţiile se produc, mai întâi, în grăunţii orientaţi favorabil, adică în acei grăunţi care au planele de alunecare orientate la aproximativ 450 faţă de direcţia efortului.
• În cursul deformării plastice la rece a unui agregat policristalin se produce fărâmiţarea grăunţilor, dimensiunea medie a acestora micşorându-se, cu influenţe remarcabile asupra proprietăţilor metalelor. Concomitent cu fărâmiţarea grăunţilor cristalini şi acumularea unor tensiuni interne reziduale, se produce şi o reorientare şi alungire a grăunţilor în direcţia deformării maxime. Toate acestea determină aşa-zisa stare ecruisată. În urma ecruisării caracteristicile mecanice de rezistenţă (rezistenţa la rupere, limita de curgere) şi duritate cresc, în timp ce caracteristicile de plasticitate şi tenacitate scad.
• Ecruisarea poate constitui un efect pozitiv, atunci când se urmăreşte creşterea caracteristicilor de rezistenţă în cazul metalelor sau aliajelor pentru care, acest lucru nu se poate realiza prin tratamente termice. Dacă produselor deformate li se cer proprietăţi ridicate de plasticitate şi tenacitate, ecruisarea nu mai este dorită. În acest caz, ecruisarea se elimină prin aplicarea unu tratament termic specific, numit recoacere de recristalizare.
Mecanismele deformării plastice
Suprafaţă lustruită Linie de alunecare
Suprafaţă lustruită
Plan de alunecare
Plan de alunecare
Tensiunea de forfecare
Distanţa de alunecare Regiunea nedeformată
Distanţa dintre planele de alunecare
Mărimea alunecării Deformaţie mică Deformaţie mare
Linii de alunecare într-un cristal de cupru
Mecanismele deformării plastice Deformarea prin alunecare
tensiunea tangenţială tensiunea tangenţială tensiunea tangenţială
Planul de alunecare
Dislocaţia
liniară
Vectorul de
alunecare
Mişcarea dislocaţiilor printr-un cristal
Calculul tensiunii normale şi tensiunii tangenţiale
Planul de alunecare
Direcţia de
alunecare Tensiunea tangenţială are valoarea maximă pentru λ=φ=450.
A
P
2
1.max
Tensiunea normlă :
A
P
Mecanismele deformării plastice
ab
Deformarea monocristalelor : a) cu alunecare de-alungul planelor cu densitate maximă de atomi; b) cu alunecare şi răsucire.
Direcţia forţei
Planul de alunecare
Deformarea prin maclare
Planul de maclare
Planul de maclare
Porţiune nedeformată
regiune maclată
Planul de maclare direcţia de
maclare
Deformarea prin maclare
Deformaţia prin maclare a unui cristal de Fe-3,25%Si
Linii şi benzi de alunecare într-o probă supusă la încercarea de tracţiune
Legile de bază ale prelucrării prin deformare plastică
Legea volumului constant. Potrivit acestei legi, se consideră că în timpul deformării plastice la temperatură constantă, volumul materialului prelucrat rămâne constant. Unele modificări nesemnificative de volum (sub 1%) pot să apară, aceste modificări fiind mai sensibile (până la 10%) în cazul semifabricatelor turnate, datorită sudării unor defecte. Dacă se notează volumul iniţial cu V0 = l0 b0 h0 , iar volumul final cu V = l b h , ţinând seama că V0 = V, raportul celor două volume este egal cu 1 ( V0 / V = 1).
Dacă relaţia de mai sus se logaritmează, se obţine : ln(l/l0) + ln (b/b0) + ln (h/h0) = 0
Notând gradele de deformare logaritmice cu l, b şi respectiv h, relaţia de mai sus devine:
l + b + h = 0
1000
hbl
hbl
VV
• Legea simultaneităţii deformaţiilor elastice cu cele plastice. Deformaţia totală a unui corp este alcătuită din două componente şi anume, din deformaţia elastică (e) şi deformaţia plastică (p).
• Deformaţiile elastice preced deformaţiile plastice şi se menţin atât timp cât pe material se exercită forţa exterioară care le-a produs.
• Legea rezistenţei minime. Potrivit acestei legi deplasarea materialului în timpul deformării are loc în direcţiile în care întâmpină cea mai mică rezistenţă. Aceste direcţii sunt normale pe suprafaţa corpului.
• Legea echilibrării eforturilor suplimentare. În timpul deformării plastice, peste eforturile principale provocate de sarcina exterioară, se suprapun eforturi suplimentare a căror direcţie şi mărime depind de mai mulţi factori şi anume : frecarea internă, frecarea dintre material şi sculă, mărimea şi complexitatea formei piesei, omogenitatea termică şi structurală a materialului etc. O parte din aceste eforturi rămân în piesă şi după înlăturarea forţei exterioare şi se echilibrează.
• Prezenţa acestor eforturi interioare suplimentare este dăunătoare, deoarece în cursul deformărilor ulterioare, sau în cursul exploatării, prin însumare cu tensiunile induse datorită solicitărilor mecanice, pot depăşi anumite limite, provocând deformări, fisurări sau chiar ruperi. Înlăturarea lor se face prin aplicarea unor recoaceri ulterioare de detensionare.
• Legea similitudinii. Este o lege cu caracter general, valabilă şi în cazul deformării plastice. În baza ei se pot face studii pe machete, iar concluziile, dacă se cunosc legile de similitudine, se pot raporta la cazul real. Studiul pe machete prezintă un interes deosebit, deoarece astfel se pot realiza economii considerabile.
• În domeniul deformării plastice relaţiile de similitudine sunt:• presiunile de deformare trebuie să fie egale : p = p1;• raportul forţelor de deformare este egal cu raportul ariilor : F/F1 = S/S1 = l2/l1
2;• raportul lucrurilor mecanice de deformare (pentru model W şi respectiv pentru corpul real W1) este egal
cu raportul volumelor : W/W1 = V/V1 = l3/l13.
• Aceste rapoarte nu sunt valabile decât în următoarele condiţii: ambele corpuri să aibă aceeaşi stare structurală şi chimică, temperatura să fie constantă şi repartizată uniform în volumul corpului, deformările principale să fie aceleaşi, iar coeficienţii de frecare dintre sculă şi material să fie de valori egale. Deoarece respectarea integrală a acestor condiţii este dificilă, rezultatele obţinute pe modele trebuie corectate cu ajutorul unor coeficienţi experimentali.
Legile de bază ale prelucrării prin deformare plastică
• Prelucrarea prin deformare plastică se poate face la rece sau la cald. Prelucrarea la cald necesită forţe de deformare mai mici, întrucât plasticitatea materialului încălzit este mult superioară celei pe care o prezintă în stare rece.
• Deformarea la rece care, în general, asigură o precizie dimensională superioară celei obţinută prin deformare la cald, se aplică în mod obligatoriu, numai atunci când metalele nu pot fi încălzite şi prelucrate în aer datorită reactivităţii lor sau dimensiunile şi forma lor nu asigură păstrarea unei omogenităţi termice sau conduc la viteze mari de răcire. De asemenea deformarea la rece se aplică atunci când vrem să modificăm prin ecruisare, proprietăţile mecanice finale.
• În cazul deformării plastice la cald, calităţile de ansamblu ale produsului vor depinde în mare măsură de regimul termic aplicat, inclusiv de cel de răcire. În timpul încălzirii pot să apară şi o serie de defecte ce pot influenţa negativ calitatea materialului şi anume : oxidarea superficială, decarburarea (scăderea conţinutului de carbon din straturile superficiale prin combinarea acestuia cu oxigenul sau hidrogenul din atmosfera cuptorului de încălzire), supraîncălzirea care se manifestă prin creşterea pronunţată a granulaţiei şi înrăutăţirea caracteristicilor mecanice ale materialului, arderea materialului care poate avea loc la încălziri la temperaturi prea ridicate sau la menţineri prea îndelungate. Reţelele de oxizi formate la limita grăunţilor întrerup continuitatea materialului, făcându-l extrem de fragil şi practic inutilizabil. Materialul ars poate fi recuperat numai prin retopire.
Consideratii generale
Consecinţele deformării plastice asupra comportării produselor
• Deformarea plastică la rece are loc la temperaturi inferioare temperaturilor la care se produc procesele de regenerare şi recristalizare. Ca o consecinţă a absenţei acestor procese, ecruisarea produsă în timpul deformării plastice se păstrează, iar grăunţii rămân alungiţi. Caracteristicile mecanice se măresc în sensul măririi celor de rezistenţă ( limita de proporţionalitate p, limita de elasticitate e, limita de curgere c, rezistenţa la rupere r, duritatea HB) şi micşorării celor de plasticitate (alungirea specifică , gâtuirea , rezilienţa KCU). Proprietăţile fizice sunt influenţate în sensul următor : conductivitatea electrică, inducţia remanentă, inducţia de saturaţie scad iar rezistenţa electrică, câmpul coercitiv cresc cu creşterea gradului de deformare. Acest fenomen poartă denumirea de durificare sau ecruisare.
• La deformări mari, structura materialului metalic devine fibroasă (grăunţii alungiţi în direcţia curgerii preponderente) ceea ce determină deosebiri importante între proprietăţile metalului în diferite direcţii. Această diferenţiere a proprietăţilor pe diferite direcţii poartă denumirea de anizotropie, caracteristică ce se accentuează pe măsura creşterii gradului de deformare. Anizotropia se referă la toate proprietăţile, atât mecanice cât şi electrice, magnetice etc.
• Mărirea caracteristicilor mecanice ale metalelor şi aliajelor prin alegerea corespunzătoare a gradului de deformare plastică şi a temperaturii de recoacere, constituie unul din principalele avantaje ale deformării plastice la rece. Economia de combustibil, realizată prin eliminarea încălzirii şi obţinerea unor suprafeţe curate şi cu toleranţe dimensionale restrânse, constituie de asemenea avantaje proprii deformării plastice la rece.
• În schimb, procedeul deformării plastice la rece necesită utilaje mai puternice, limitându-se numai la prelucrarea semifabricatelor din metale şi aliaje cu plasticitatea medie sau ridicată, care în prealabil au fost deformate plastic la cald.
• Efectul deformării la rece :• Creşterea rezistenţei şi rigidităţii; - reducerea tenacităţii şi ductilităţii;• - anizotropie datorită fibrajului (texturii mecanice).
Influenţa deformării plastice la rece
FIG. 7.11 Alteration of the grain structure of a polycrystalline metal as a result of plastic deformation. (a) Before deformation the grains are equiaxed. (b) The deformation has produced elongated grains.
Unlike wrought alloys, castings do not exhibit pronounced anisotropy
Durificarea prin deformare
Gradul de deformare, ε (%)
Alu
ng
irea
, %
Cupru
alamă
Oţel
Cupru
0
Gradul de deformare, ε (%)
Rez
iste
nţa
la
rup
ere,
(M
Pa)
Rez
iste
nţa
la
rup
ere,
(k
si)
alamă
oţel
50 60
40
20
oţel
Relaţia dintre rezistenţa materialului şi mărimea grăunţilor cristaliniR
ezis
ten
ţa la
ru
per
e, (
MP
a)
Rez
iste
nţa
la r
up
ere,
(ks
i)
Diametrul mediu al grăunţilor, d(mm)
σ0 şi ky – constante care depind de material;
d – diametrul grăunţilor
Alamă cu 30% Zn
Recristalizarea presupune trei mecanisme de bază : restaurarea reţelei, germinarea noilor grăunţi şi creşterea acestora. La aceste mecanisme se adaugă şi cel de detensionare, la început datorită eliminării defectelor de reţea şi anulării tensiunilor de semn contrar (relaxare), precum şi detensionării temice la depăşirea pragului de recristalizare.
Recoacerea de recristalizare presupune:
Încălzire → creşterea difuziei → creşte mobilitatea dislocaţiilor → descreşte densitatea de dislocaţii prin anularea celor de semn contrar, formarea configuraţiilor de dislocaţii de energie scăzută → reducerea tensiunilor interne; germinarea şi creşterea grăunţilor. Încălzirea este urmată d o răcire lentă în cuptor.
Dia
met
rul g
rău
nţi
lor,
d (
mm
) R
ezi
ste
nţa
la
ru
pe
re,
MP
a
Du
cti
lita
tea
(%
din
alu
ng
ire
)
Restaurare Recristalizare Creşterea grăunţilor
Ductilitate
Rezistenţa la rupere
grăunţi
noi
Temperatura de încălzire, 0C
Temperatura de încălzire, 0F
grăunţi alungiţi
prin deformare
la rece
Recristalizarea
Temperatura de recristalizare
Cu creşterea gradului de deformare scade temperatura pragului de recristalizare şi în consecinţă şi temperatura de încălzire prentru recoacere.
Trec.= Trecr.+ (100…150)0C
Sau:
Trec.=(1/3…1/2)Tt (K)
Pentru cele mai multe aliaje :
Trec.= 0,7Tt (K)
Tem
pera
tura
de
recr
ista
lizar
e, 0 C
Tem
pera
tura
de
recr
ista
lizar
e, 0 F
Gradul de deformare, ε (%)Deformaţia critică
Trecr.
Trec.
Fibrajul pieselor forjate
a) piesă forjată – fibraj continuu b) piesă prelucrată prin aşchiere
- fibraj întrerupt
Piesă forjată – fibraj continuu
Comparaţie între caracteristicile structurale ale unei piese obţinută prin trei procedee de fabricaţie diferite: a) turnare – structură neomogenă; b) aşchiere – fibraj întrerupt; c) forjare – fibraj continuu
Influenţa deformării plastice la cald • Deformarea plastică la cald are loc la temperaturi mai înalte decât temperatura de recristalizare
(temperatura până la care se păstrează structura ecruisată). În mod practic, deformarea plastică la cald se realizează peste temperatura Td.c, dată de relaţia :
• Td.c (0,65 … 0,75) Tt
• unde : Td.c este pragul deformării la cald, în K; Tt – temperatura de topire a metalului, în K .
Gradul de deformare, ε (%)
Rp0,2
Rm
I II
Caracteristicile mecanice de rezistenţă
L
T
T
L
Legenda:
L – longitudinal;
T - transversal
Domeniul I – creşterea caracteristicilor de rezistenţă datorită creşterii compactităţii materialului prin sudarea defectelor de turnare (porozităţi, sufluri, microretasuri etc.);
Domeniul II – reducerea intesităţii de creştere a caracteristicilor de rezistenţă datorită atingerii maximului posibil de sudare a defectelor de turnare.
Rm – rezistenţa la rupere; Rp0,2 – limita de curgere.
• În timpul deformării plastice la cald are loc o creştere a compactităţii, respectiv a greutăţii specifice a metalului. Această creştere este cu atât mai mare cu cât defectele de material care se sudează sunt mai numeroase, iar gradul de deformare mai mare. După deformare, caracteristicile mecanice ale materialului sunt superiare celor pe care materialul le prezintă în stare turnată.
• La începutul deformării plastice la cald caracteristicile mecanice cresc în ambele direcţi (atât longitudinal, cât şi transversal). Această creştere se datorează creşterii compactizării, sudării defectelor de turnare, distrugerii structurii de turnare şi omogenizării structurii rezultate în urma deformării plastice. Peste o anumită valoare a gradului de deformare creşterea caracteristicilor mecanice în direcţie longitudinală se atenuează până la anulare, efect care se datorează atingerii maximului posibil de compactizare, omogenizare şi sudare a defectelor de material. Micşorarea caracteristicilor mecanice în direcţie transversală după depăşirea unui grad critic de deformare se datorează defectelor nesudate şi incluziunilor care se alungesc şi creează efectul de anizotropie. Cu creşterea purităţii chimice a materialului, cantitatea de incluziuni scade, iar proprietăţile mecanice în direcţie transversală pot creşte.
• Paralel cu mărirea compactităţii, în timpul deformării plastice la cald are loc şi procesul de distrugere a structurii de turnare prin recristalizare şi difuzie precum şi alungirea grăunţilor şi incluziunilor. Întrucât deformarea plastică la cald se produce la temperaturi superioare celei de recristalizare, simultan cu alungirea grăunţilor, are loc şi recristalizarea acestora, fapt pentru care în final numai incluziunile şi defectele nesudate rămân alungite. Datorită orientării şi alungirii pe care o suferă defectele nesudate şi incluziunile, structura metalelor şi aliajelor deformate plastic la cald devine fibroasă. Fibrajul devine cu atât mai pronunţat cu cât metalele şi aliajele sunt mai impure, iar temperatura de deformare plastică mai joasă.
• În concluzie, piesele fabricate prin deformare plastică, la rece sau la cald, sunt superioare în ceea ce priveşte proprietăţile, celor obţinute prin turnare.
Influenţa deformării plastice la cald
Clasificarea procedeelor de deformare plastică
Procedee intrinseci de prelucrare prin deformare plastică
Laminare
Tragere
Extrudare Matriţare
Forjare
Prelucrarea prin deformare a tablelor
Tăiere cu tăişuri asociate
Forfecare Ştanţare
Procedeele de deformare plastică a materialelor se pot clasifica duă următoarele criterii : - după temperatura la care are loc deformarea : procedee de deformare la rece şi procedee de deformare la cald;- după viteza de deformare (cu viteze mici de deformare vd 10 m/s; cu viteze mari de deformare, vd 10m/s);- după calitatea suprafeţei realizate > eboşare, finiţie;- după natura operaţiilor aplicate la deformarea plastică :degroşare, finisare;- după complexitatea procedeelor întrebuinţate : procedee intrinseci, procedee complexe.
Procedeele intrinseci de prelucrare prin deformare plastica
Définition : Production de pièces de formes et de matériaux divers, à partir d’un lopin par déformation plastique par chocs ou pression, à froid ou à chaud (alliage d’Aluminium 480 °C, Acier 1250°C).
Intérêt : La déformation plastique génère un fibrage qui améliore les performances mécaniques. Ce qui permet de réduire les dimensions, le poids, l’inertie, les vibrations, pour les même efforts.
Qu’est-ce que la Forge ?Forjarea
Forjarea• Forjarea reprezintă procedeul de deformare plastică, prin lovire sau presare, în
timpul căruia curgerea materialului are loc atât liber cât şi dirijat. Scopul forjării constă în modificarea caracteristicilor mecanice şi tehnologice ale materialelor şi aliajelor turnate, precum şi schimbarea formei şi dimensiunilor semifabricatelor. Fiind un procedeu mai puţin productiv, forjarea se foloseşte, de regulă, pentru obţinerea pieselor ce se execută în serii mici şi a pieselor mari, indiferent de mărimea lotului precum şi pentru deformarea plastică prealabilă în vederea modificării caracteristicilor tehnologice ale lingourilor din metale şi aliaje cu plasticitate redusă.
• Procesul tehnologic de forjare constă din combinarea ca număr şi succesiune a unor operaţii simple, ca : refulare, întindere, găurire, răsucire, îndoire, lăţire, despicare, tăiere, sudare.
• Forjarea prezintă următoarele avantaje : prelucrare rapidă, cost redus şi manoperă simplă. Ca dezavantaje se amintesc : precizie dimensională redusă, calitate slabă a suprafeţei şi necesitatea unor forţe mari de deformare.
• După temperatura de lucru se deosebesc două procedee distincte de forjare : forjarea la rece şi forjarea la cald.
• După gradul de libertate al materialului în timpul deformării se întâlnesc următoarele procedee de forjare : forjare liberă, forjare în matriţă şi forjare pe maşini cu destinaţie specială.
• Forjarea liberă este procedeul de deformare la care curgerea materialului se face nelimitat. După gradul de mecanizare, procedeul poate fi manual sau mecanizat.
• Tehnologia forjării libere cuprinde următoarele operaţii principale :
• întocmirea desenului piesei brut forjate;• determinarea dimensiunii şi greutăţii semifabricatului iniţial. • alegerea succesiunii operaţiilor şi fazelor de forjare;• alegerea utilajului de lucru;• alegerea sculelor de forjare:• fixarea normei de timp;• stabilirea operaţiilor suplimentare (control, prelucrare prin alte procedee etc.).
• Pentru materialele forjate masa M0 a semifabricatului de pornire se calculează cu relaţia :
• M0 = Mp + Md + Ma + Mc + Mg + Mtehn.
• unde: Mp este masa piesei forjate, dată ca o sumă a maselor elementelor
geometrice simple (n – numărul de elemente geometrice simple):•
• Mp = (i = 1,2, … , n);
• Md – masa pierderilor prin debitare; Ma = (0,1 … 0,25) M0 - reprezintă pierderile prin ardere; valorile mici se iau pentru încălzirea electrică, iar valorile mari pentru încălzirea cu flacără; Mc – masa pierderilor rezultate din tăierea capetelor neutilizabile; Mg – masa pierderilor prin găurire; Mtehn. – masa pierderilor prin adaosuri tehnologice.
n
ipi
m1
Refularea
(a)
Deformarea prin compresiune (refulare) (forjarea liberă)
Datorită forţelor de frecare dintre scule şi semifabricat curgerea materialului este frânată la suprafaţa materialului şi mai liberă spre partea centrală, motiv pentru care apare umflarea materialului la mijloc.
Forjarea în matriţă deschisă
Semimatriţa 1
Semimatriţa 2
Semifabricat Bavură
Ciocan
Nicovala
Sem
ifabr
icat
Forţe de frecare
Umflare
P P
P - Forţa de deformare
(a)
Ilustrarea diferitelor treceri la forjare pentru obţinerea unei furci de la cutia de viteze
On distingue :
Le formage à chaud
Le formage à froid
Le froid … c’est chaud !Température limite entre formage à froid et formage à chaud :
Aluminium : 193 °C
Cuivre : 405 °C
Fer : 631 °C
Nickel : 590 °C
Titane : 697 °C
Le formage à chaud
La Forge Libre :
Permet d’obtenir à chaud, sans outillages spécifiques, avec des délais courts des pièces unitaires ou des très petites séries.
Estampage / Matriçage :
Formage à chaud par pression ou par chocs de pièces en série, entre deux matrices (outillage spécifique) portant en creux la forme de la pièce.
La précision dimensionnelle est plus grande qu’en forge libre.
Estampage / Matriçage
Gamme d’estampage de bielles
Pièce en cours d’extraction
Le formage à froid
La Frappe à Froid :
Déformation très rapide de pièces longues, visserie, boulonnerie.
Partant d’un morceau de barre ou de fil, on le déforme en l’air ou en matrice fermée pour lui conférer la géométrie visée.
L’Extrusion : On oblige le métal à froid à remplir une matrice grâce à une forte pression exercée par un poinçon
Grande série et
pièces très précises
sans usinage
ETIRAGEFILAGE AVANT
Par traction, on force une barre ou un fil, à passer au travers d’une filière qui réduit sa section.
Fils électriques, clôtures, câbles, pointes.
Etirage et tréfilage :
Des produits plats sont conformés par l’action d’un poinçon de forme qui contraint la tôle à épouser la géométrie d’une matrice.
Emboutissage :
Emboutissage
0,3 à
0,4 mm
PressionNon Ferreux
400 à
950
Pas ou
peu
d’usinage
Ébavurage
Calibrage à
froid
Usinage
Estampage
Matriçage
Usinage
Après procédé
0,05 à
0,1 mm au
Ø et 0,5 mm en
long
1 à 2
mm
5 mm
Tol
Pression
Chocs
Chocs et Pression
Machine
Spécifiques
Matrices spécifiques
Standards
Outillages
5000 p/mois
1000 p/mois
50
à
plusieurs milliers/mois
1 à 50
Série
50 gr
15 Kg
5 gr
à
3 T
1 Kg à
200 T
Poids Pièces
Ferreux et non ferreux
Ferreux
Tous
Matériaux
À froid
850 à
1200
400 à
1200
t°
Extrusion
Estampage
Matriçage
Forge Libre
Procédés
Tableau Comparatif Des Différents Procédés De Formage
Séquence complète de forgeage d’un pivot de Maybach
Maşină de forjat orizontal
Matriţarea• Matriţarea constituie procedeul de prelucrare prin presiune a metalelor şi aliajelor,
la care materialul în timpul procesului se deformează simultan în întreg volumul, iar curgerea acestuia este dirijată fiind condiţionată de forma şi dimensiunile cavităţilor sculelor de deformare (matriţelor).
• În comparaţie cu forjarea, matriţarea este un procedeu mult mai economic şi mai progresiv, fapt pentru care în ultima vreme piesele obţinute prin matriţare procentual ocupă un loc din ce în ce mai mare faţă de cele ce se execută prin forjare. În general, pentru unicate (indiferent de mărime) sau piese de serie mică, se preferă forjarea iar în cazul pieselor de serie mare se preferă matriţarea.
• În raport cu forjarea liberă, matriţarea asigură următoarele avantaje : productivitate ridicată, consum de metal redus, calitatea suprafeţei şi precizia de prelucrare bune, posibilitate de obţinere a unor piese de configuraţie complicată, volum de muncă mic şi manoperă simplă, cheltuieli de fabricaţie reduse. Dezavantaje : costul ridicat al matriţelor, greutatea limitată a produselor din cauza forţelor foarte mari care ar fi necesare pentru deformare, necesitatea unor operaţii suplimentare (debavurare, calibrare etc.).
Tipuri de matriţe : a.- matriţă simplă ; b.- matriţă dublă
Forjarea în matriţă
• Résistance au choc (toughness)– Habileté du matériau à absorber de l’énergie sans se fracturer– Prévient la rupture fragile.
• Dureté– Permet aux matrices de maintenir sa forme et de produire les pièces
sans se casser.
• Trempabilité– Mesure de la profondeur à laquelle un matériau ferreux peut être
durcit par formation de martensite lors du traitement thermique.– Une matrice dont la dureté n’est pas uniforme a plus tendance à se
déformer.
Matrices et poinçons
Propriétés des matériaux requis
• Résistance à l’usure: abrasion, corrosion, érosion
– Effet de l’usure : diminution progressive des dimensions et de sa vie.
– Dépend de la dureté et de la contrainte ultime
• Résistance à la déformation plastique
– Dépend de la contrainte d’écoulement.
– Les aciers utilisés pour matrice sont ceux qui maintiennent leur
résistance à l’écoulement même à température élevée.
• Résistance au fluage
– Résistance à la déformation permanente sous charge dans le temps.
– Le fluage commence à 0.4 Tf des métaux. Déformation des moules
Matériaux des matrices- propriétés..
• Résistance à la fatigue mécanique– Supporter les charges cycliques sans être endommagé.
– Se manifeste par des fissures et par la suite des fractures.
• Résistance à la fatigue thermique– Devient un problème si la tôle entrant dans la matrice est à
différentes températures et que cela se répète.
• Résistance à la corrosion– Les opérations d’estampage utilise des lubrifiants et de refroidisseurs.
– La matrice doit résister l’attaque chimique des produits utilisés pour la lubrification, et de ceux utilisés comme revêtement protecteur des tôles.
• Autres: usinabilité, polissabilité
Matériaux des matrices- propriétés..
Matériaux des matrices et poinçons
• Aciers à outils: – trempant à l’eau W1, W2 (0.6 à 1.4% C, Cr, V). Bon marché et
disponible
– trempant à l’huile: O1 et O2 (0.8-1.55%C) Bon marché et
disponible; bonne résistance au choc
– résistant aux chocs: S1, S4, S5, S7 (0.5%C; Mn; Si, Cr, W et
Mo), plus cher que O et W.
– haut % de C et Cr: D2, D3, D4 et D7 : résistance à l’usure
élevée
– Aciers pour travail à chaud: H12, H13 et H26 (.22-0.7C, Cr, W,
Mo, V); Bonne résistance à la déformation plastique à haute température et
bonne résistance à l’oxidation.
Matériaux des matrices et poinçons
• Aciers rapides:– Au tungstène: T1 et T15 (Bonne résistance à la déformation
plastique à haute température)
– Au molybdène: M1, M2, M4, M7 et M42 (Bonne résistance à la
déformation plastique (Co), Bonne résistance à l’usure (C), mais nécessite une traitement thermique pour avoir une bonne dureté.
• Aciers à outil obtenus par métallurgie en poudrePropriétés améliorées: usinabilité, polissabilité, bon contrôle
dimensionnel et meilleur rapport qualité/prix.
– Aciers rapides au PM.– Aciers à outil PM pour travail à froid: CPM10V (++ de V,
meilleure résistance à l ’usure, au choc, et meilleure dureté). – Aciers à outil PM pour travail à chaud : Propriétés plus
uniformes, + de V--> meilleure résistance à l ’usure, au choc, et meilleure dureté.
Métaux en feuille souvent utilisés dans les procédés à deformation plastique
• Aciers– Bas carbone– Bas carbone et à formabilité améliorée
(AKDQ)– Aciers micro-alliés (HSLA)– Aciers dual-phase
• Alliages d’aluminium
• Alliages de cuivre
• Alliages de titane
Aciers dual-phaseGrains feritiques libres de Fe3C+ilots de martensite (10-20%)
Re 300-350 MPaRm 650-700 MpaA% 25-30%Aucune discontinuité à Re
HSLA
Re 400-650 MpaRm 400-650 MpaA% 14-27 %TTDF très basse
Piese matriţate
Avantaje :
-Economie de material;
-Precizie dimensională bună;
-Productivitate mare;
-Caracteristici mecanice bune si uniforme pe secţiune si în volumul materialului.
Dezavantaje:
-Costul ridicat al matriţelor;
- Greutatea pieselor este limitată etc.
Utilajele forjării şi matriţării • Forjarea liberă mecanică şi matriţarea se execută atât pe ciocane cât şi pe prese.
Presele sunt preferabile, mai ales la forjarea pieselor mari, deoarece sunt silenţioase, iar efectul de deformare se transmite în adâncimea piesei. Ciocanele reprezintă însă utilajele cu cea mai largă răspândire şi aplicabilitatea, în schimb mecanizarea şi automatizarea operaţiilor de forjare sau matriţare, în acest caz, este mai dificilă. Din această cauză ciocanele se preferă în secţiile de forjă cu producţie de serie mică sau mijlocie.
• Din punct de vedere funcţional, ciocanele se împart în:• ciocane mecanice (cu scândură, cu curea, cu arc etc.);• ciocane cu abur-aer (vapo-pneumatice);• ciocane pneumatice. • După modul de acţionare : cu acţionare manuală; - cu acţionare automată; - cu acţionare mixtă.• Presele folosite în secţiile de forjă pot fi: mecanice (cu fricţiune, cu excentric); hidraulice.• La presele mecanice deformarea semifabricatului se produce prin lovire, iar şocul produs de
lovitura semimatriţei superioare se amortizează în sistemul închis al presei fără a se transmite fundaţiei clădirii.
• Presele hidraulice constituie utilajele de forjare şi matriţare care lucrează numai prin presiune, fără şoc. Avantajele pe care le prezintă aceste utilaje în comparaţie cu ciocanele sunt:
• posibilitatea de a realiza forţe mari de deformare (400 … 500MN);• păstrarea constantă a forţei de deformare pe o lungime foarte mare a cursei de lucru;• posibilitatea reglării în limite largi a vitezei de lucru, prin reglarea debitului de lichid ce intră în
cilindrul principal;• posibilităţile de automatizare a proceselor tehnologice sunt foarte largi, aproape nelimitate. Din
această cauză, presele hidraulice de construcţie mai nouă sunt prevăzute cu manipulatoare şi comenzi sincronizate care le permit să lucreze după comenzi program stabilite în prealabil.
• Din punct de vedere constructiv şi funcţional presele hidraulice se împart în : prese verticale sau orizontale cu sau fără multiplicator şi prese cu destinaţie specială.
• Ca aplicabilitate, pot fi folosite pentru forjare, matriţare, extruziune, ambutisare etc.
Utilajele forjării şi matriţării – scheme de principiu
Utilajele forjării şi matriţării
BATIU
CIOCAN
Volant
Excentric
Manivela
Batiu
Ciocan
SemifabricatBatiu
Presă de forjare
Semifabricat
Nicovala
Berbec
Exemple de piese forjate
Piese forjate utilizate pentru echiparea autovehiculelor comerciale
Laminarea• Laminarea este metoda de prelucrare prin deformare plastică (la cald sau la rece) la
care materialul este obligat să treacă forţat printre doi cilindri de rotaţie. Utilajul de lucru se numeşte laminor, procesul de deformare laminare, iar produsul rezultat laminat. În prezent, prin laminare se obţine o gamă largă de produse, cu productivitate mare şi cheltuieli reduse de fabricaţie, ceea ce face ca laminarea să ocupe un loc de frunte faţă de celelalte procedee de deformare plastică cunoscute azi, ca trefilarea, extruziunea, forjare etc. Se apreciază că circa 75% din producţia mondială de oţel este supusă laminării.
• În urma procesului de laminare dimensiunile materialului se reduc în direcţia apăsării şi cresc în celelalte direcţii. Materialul laminat are o structură omogenă cu grăunţi alungiţi şi ordonaţi după direcţia de laminare. Laminarea se poate efectua între cilindri netezi în cazul produselor plate sau în canale inelare numite calibre practicate în corpul cilindrilor de lucru, în cazul profilelor.
Schema de principiu a procesului de laminare
LAMINOR
Laminarea
R = 100% * (H – H0)/H0
Modificarea structurii prin laminare
Laminare la cald
Lingou cu structură
neomogenă
Semifabricat forjat cu
grăunţi mari
Grăunţi deformaţi şi alungiţi
Nuclee ale noilor grăunţi
Noi grăunţi crescuţi
Recristalizare
completă
Semifabricat laminat cu
grăunţi mici şi uniformi
Modificarea structurii lingourilor turnate cu grăunţi mari şi neuniformi prin laminare la cald
Laminarea la cald reduce efectiv mărimea grăunţilor cristalini şi măreşte rezistenţa şi ductilitatea.
Laminarea
Laminor duo Laminor trio, două treceri succesive
Tren continuu de laminare, trecere simultană Faza finală de laminare
a unei bare pătrate şi a unui profil I
Comanda prin motoreductor
Trecerile succesive la laminarea profilelor cu secţiune pătrată
Comanda prin motoreductor Fusuri paliere
Cilindri de lucru
Cilindru de
sprijin
Cilindru de
sprijin
Mecanism hidraulic sau cu şurub
Cajă de lucru
Şocuri
Caja de laminare
Ligouri turnate continuu
BLUMURI
SLEBURI
ŢAGLE
SlabMillSectie de laminare a
sleburilor
Produse laminate :
-Semifabricate laminate:
-Blumuri; - sleburi; - tagle ; - brame.
-Produse finite laminate : profile T; U; I; L cu aripi egale sau neegale; profile rotunde, semirotunde, pătrate, profile speciale (bile, roţi, bandaje).
Defecte de laminare
Laminarea tablelor
Laminarea tablelor
Defecte de laminare :
a) ondularea marginilor; b) fisuri centrale; c) crestarea marginilor; d) exfolierea.
direcţia de laminare
Produse comerciale (produse laminate finite)
Profile din oţel laminat :
1şi 2 – cornier cu aripi egale; 3 – cornier cu aripi neegale; 4;5 şi 6 – profile I (şine); 7 şi 8 – profile U; 9 şi 10 – profile T; 11, … , 13 – profile speciale; 14 – oţel beton.
Extrudarea• Prin extrudare sau extruziune se înţelege operaţia de prelucrare prin deformare plastică
(la cald sau la rece) a metalelor şi aliajelor prin care piesele sau semifabricatele se obţin datorită curgerii forţate a materialului metalic printr-un orificiu de forma şi dimensiunile cerute.
• După sensul forţei şi al curgerii materialului, deosebim : extruziune directă, extruziune
indirectă, extruziune mixtă, extruziune laterală.
Variante posibile de extruziune a metalelor şi aliajelor : a – directă; b – indirectă; c – combinată : 1 – poanson; 2 – matriţă; 3 – piesa extrudată
3
P 12
P P11
22 33
a cb
• To produce tubing by extrusion, a mandrel must be fastened to the end of the extrusion ram
• The mandrel extends to the entrance of the extrusion die, and the clearance between the mandrel and the die wall determines the wall thickness of the extruded tube
• One method of extruding a tube is to use a hollow billet for the starting material
Extrusion of Tubing
ExtruziuneaSemifabricat
Presiunea
Matriţă
Matriţa de deformare
Schema de principiu a extruziunii directe
F – forţa de deformare; A0 – aria secţiunea transversale iniţiale ; Af – aria secţiunii transversale finale;
k – constantă de extruziune.
Constanta de extruziune k pentru diferite metale funcţie de temperatura de deformare.
Temperatura, 0F
Co
ns
tan
ta d
e e
xtr
uzi
un
e k
(1
03p
si)
Beriliu
Oţel inoxidabil
Molibden
Alamă
Oţel
CupruAluminiu
Temperatura, 0F
Temperatura, 0C
Forţa de extrudare
Construcţia matriţei de extrudare
Cilindru de calibrare
Cilindru de calibrare
a)
b)
- Pentru metale neferoase
- Pentru metale feroase (oţeluri)
Materialul Temperatura, 0C
Plumb 200-250
Aluminiu şi aliaje de aluminiu 375-475
Cupru şi aliaje de cupru 650-975
Oţeluri 875-1300
Aliaje refractare 975-2200
Temperaturile de extruziune pentru diferite metale
Construcţia matriţei de extrudare
Container interior
Semifabricat
Matriţă
Matriţa din spate
Produsul extrudat
Poansonul de presare
Bloc metalic interpus pentru deformare
Ilustrarea schematică a procesului de extruziune directă
Duritatea poansonului şi a blocului interpus : 60…65 HRC
Duritatea matriţei : 58…62 HRC.
Extrudarea
FilieraFiliera
Poanson
Matrita
Semifabricat
1-Sensul de deplasare a poansonului
2-Sensul de deplasare a materialului
Extruziune indirecta Extruziune directa
Extruziune indirectaExtruziune directa
1 – poanson; 2 – matrita; 3 – semifabricat; 4 – filiera; 5 – masa de sprijin; 6 – produsul extrudat.
Extruziunea prin şoc
Placă de reţinere
Poanson
Semifabricat
Matriţă
Piesa
Schema de principiu a extruziunii prin impact
Twist Extrusion based on Hydro-extrusion
• Allows one to achieve:
– high plasticity
– small contact friction
– high-speed deformation
(with the strain rate ~104 с-1)
• Main disadvantage:
– The necessity to condense the workpiece.
Twist Extrusion based on hydro-mechanical extrusion
• Advantage: does not have the problems of hydro-extrusion-based scheme.
• Metal plasticity is also high (due to the pressure of surrounding liquid)
• However, the value of the maximum deformation during one pass is limited by the fact that the workpiece can be deformed outside the matrix.
Semicontinuous hydrostatic Twist Extrusion-Drawing
•Allows one to obtain long-length products (e.g. wire)•Metal plasticity is lower than in previous schemes due to stretching strains of drawing.
P
Twist Extrusion based on Linear Continuous Extrusion
•Allows one to obtain long-length products
•Metal plasticity is high
•Deformation per pass is limited to a condition of friction
Piese extrudate
Piesa extrudata
Piesa prelucrata Piesa extrudata apoi prelucrata
Ebos extrudatPartea
prelucrata
Greutatea piesei extrudate : 43 g
Greutatea piesei finite : 33 g
Pierderile : 10 g
Greutatea semifabricatului : 132 gGreutatea piesei finite : 33 gPierderile : 99 g
Piesa extrudata
Profile din aluminiu extrudate
Piese extrudate
Piese extrudate : -Sârme, cabluri, tuburi, arcuri;- Racorduri;- Profile speciale.
Ţevi extrudate
Profile extrudate
Profile extrudate
Presă hidraulică pentru extrudare orizontală
SemifabricatPoanson Matrţa de deformare
Produsul extrudat
Masă de ghidare
Platou frontalMatriţăUmărColoanăPresiunea hidraulică
Cilindrii principali
Presă hidraulică de 50 MN pentru extrudare orizontală
Extruziunea- aplicabilitate
• Ca aplicabilitate, extruziunea metalelor se foloseşte în următoarele cazuri : • obţinerea de piese finite sau profile complicate care nu pot fi obţinute prin alte
procedee de deformare plastică;• pentru deformarea plastică prealabilă, în vederea măririi plasticităţii;• pentru obţinerea de piese finite sau semifabricate care pot fi obţinute şi prin
alte procedee, dar sunt obţinute mai economic prin procedeul extruziunii.• Procedeul extruziunii este indicat pentru metalele şi aliajele cu plasticitate
redusă, în stare turnată; pentru cele cu plasticitate ridicată, laminarea sau forjarea fiind mai economice.
• Principalele dezavantaje ale procedeului sunt:• durabilitate redusă a matriţelor;• neuniformitate mai mare a deformaţiilor decât în cazul laminării;• cantitate mai mare de deşeuri.• Utilajele folosite pentru extrudare sunt presele mecanice sau hidraulice.
Avantajele extruziunii la rece:- creşterea caracteristicilor mecanice;- toleranţe reduse ;- calitate mai bună a suprafeţelor ( rugozitate mică);- productivitate bună.
Defecte de extrudare
Matriţă
Semifabricat rigid
Produs
rigid
Explozie centrală
Zona de deformare
plastică
Fisurarea centrală în barele extrudate din oţel
Modelarea curgerii metalului în timpul extruziunii
Modele de curgere a metalului în matriţa de extrudare
L’Electrorefoulage :
Chauffage et déformation locale
Ambutisarea• Ambutisarea este procedeul tehnologic de prelucrare prin deformare plastică, prin care,
dintr-un semifabricat plan (tablă dreaptă) se obţine o piesă cavă cu sau fără modificarea grosimii materialului.
Schema ambutisării :1 – matriţa; 2 – poanson; 3 – inel de ambutisare; 4 – semifabricat; 5 – aruncător; 6 – piesa ambutisată.
1
2 3
4
5
6
P
Dintre procedeele moderne de ambutisare, amintim: ambutisarea prin explozie, ambutisarea electrohidraulică etc.
Mise en forme par déformation plastique de tôles minces.
Emboutissage
Figure 3-13: As the bend radius increases, the strain distribution becomes very sharp (F-2).
Source: AsP web
Déformation en pliage
Tragerea-trefilarea
Tragerea-trefilarea
Semifabricat (Ebos)
FilieraPoanson
Bara semifabricat
MatriţăProdusul tras (bară)
sau trefilat (sârmă)
F – forţa de tragere
Deformarea prin explozie
Materialul exploziv
Unda de şoc
Frontul detonaţiei
Unda de şoc recul a exploziei
Poziţia iniţială a interfeţei
Deplasarea suprafeţei Regiunea comprimată
Frontul şocului în metal
Scheme de principiu ale propagării undei de şoc şi deformării metalului prin explozie
Preocedee speciale
Preocedee speciale
Profilarea prin explozie a conductelor
Standoff Operation Explosive Forming Water Tank setup
Aplicaţie:
Panou pentru racheta Saturn
Încărcătura explozivă Canale de aerisire
Nisip
Semimatriţa inferioară Tub
Detonator
Exploziv
Nivelul apei
Semifabricat
Inel de fixare
Matriţă
Canal de
vacuum
Rezervor
metalic
Stand de ambutisare prin explozie
Exemple de piese formate prin explozie
Piesă din aliaj de titaniu (Ti6Al4V)
formată prin explozie
Piesă din aliaj de aluminiu formată prin explozie
Cilindru perforat
Filtru de combustibil pentru motor cu reacţie Diferite piese din aluminiu
Metoda veche
Metoda nouă
Matriţarea cu viteze mari de matriţare
1 2 34 5
p
Schema de principiu a instalaţiei de lucru cu viteze mari de deformare:1 – camera de compresie; 2 – berbec; 3 – cilindru de ghidare; 4 – semifabricat; 5 - nicovală
Viteza sculelor de lucru este mai mare de 10 m/s, ajungând la valori de 30 … 120 m/s, în cazul instalaţiilor mecano-pneumatice şi mai mari de 120 m/s în cazul folosirii substanţelor explozive brizante. Principalele metode de matriţare cu viteze mari de deformare sunt: matriţarea mecano-pneumatică şi matriţarea prin explozie.Principalele avantaje ale metodei sunt : - la o singură lovitură se obţin piese de formă complexă; - toleranţele realizate sunt de 0,025 … 0,125 mm, ceea ce elimină necesitatea unor prelucrări suplimentare; - pierderile de metal sunt minime; - costul matriţelor este mic; etc.
Rularea filetelor
Rolă staţionară
Rolă de filetare
Executarea filetelor între suprafeţe de rulare cu mişcare de translaţie alternativă
Figures 10.14 et 10.15, Schey
Méthodes de pliage
ŞTANŢAREA Stantarea este un procedeu tehnologic de prelucrare a materialelor prin taiere, la cald sau la rece, cu ajutorul unei scule neaschietoare de constructie complexa denumita stanta prevazuta cu cel putin doua taisuri asociate.Stanta este alcatuita, de obicei, din doua subansamble, din care unul fix, iar celalalt mobil, forta taietoare fiind furnizata de catre masina-unealta .Stantarea la rece cuprinde: operatii de taiere dupa un contur deschis (debitare) si operatii de taiere dupa contur inchis (decupare- perforare).
A. Debitarea semifabricatelor Prin aceasta operatie se pot obtine piese finite sau
semifabricate din benzi, platbande, bare, tevi sau diferite profiluri laminate. Utilajele mai frecvent utilizate pentru taierea tablelor sau a profilelor sunt: foarfece ghilotina cu lame paralele sau inclinate, care executa o miscare de translatie; foarfece (manual sau mecanic). Stantele de debitare se aseamana principal cu stantele de decupare-perforare.
B. Decuparea si perforarea semifabricatelor Decuparea este operatia de separare completa a materialului dupa
un contur inchis cu ajutorul stantei. La operatiile de decupare-perforare se desting trei faze ale procesului de forfecare, dupa cum urmeaza:
-faza elastica, in care semifabricatul este comprimat si indoit putin in cavitatea placii taietoare -faza plastica, in care poansonul patrunde in material pe o anumita
adancime provocand presarea acestuia in cavitatea placii taietoare -faza de forfecare, in care se produc microfisuri, si apoi macrofisuri,
dupa care are loc separarea piesei de semifabricat
ŞTANŢAREA
Decuparea- este operatia de separare completa a materialului dupa un contur inchis cu ajutorul stantei.
Stanta de decupare cu actiune simpla este constituita din:
1-locasul in care se introduce banda; 2 – placi de ghidare; 3-placa de fixare; 4- matrita inferioara; 5- portmatrita inferioara; 6- placa inferioara; 7- poanson de decupare; 8-port poanson; 9- placa superioara; 10-coloane de ghidare.
ŞTANŢAREA
Ştanţă de decupare cu acţiune simplă
PERFORAREA
Ştanta de perforare si decupare cu actiune succesiva este constituita din: 1- matrita de decupare; 2- poanson de decupare; 3- matrita de perforare; 4- poanson
de perforare.
Perforarea- este operatia de separare a unei parti a semifabricatului dupa un contur inchis, partea decupata fiind deseul rezultat dupa formarea gaurii.
Decupare si perforare
Rezultatul operatiilor de decupare si perforare (fig.1.3) sunt: 1-piesa 2-deseu
Calitatea şi precizia pieselor ştanţate
Calitatea si precizia pieselor obtinute prin decupare-perforare depinde de urmatorii factori:
-valoarea si uniformitatea jocului dintre sculele stantei ( joc mic: fisurile de forfecare se propaga paralel in materialul semifabricatului, pe suprafata piesei apar stratificari de material; joc mare: are loc o inconvoiere a semifabricatului, piese obtinute au bavuri si margini neuniforme)
-starea muchiilor taietoare ale sculelor stantei-grosimea semifabricatelor si proprietatiile mecanice ale materialului
acestora-forma si dimensiunile pieselor stantate-deformatiile elastice ale materialului piselor-constructia stantei-constructia si starea presei.
Cost si aplicabilitate
Cos
tul u
nita
rNumărul de piese
Formare convenţională
Formare prin explozieCos
tul u
nita
r
Numărul de piese
Formare prin matriţare
Formare prin forjare
Tratamente termice aplicate pieselor deformate plastic
• Recoacerea de regenerare şi normalizarea – pentru corectarea structurilor de supraîncălzire
• Recoacerea de detensionare (T=550…6500C, t=1h/25 mm grosime);
• Îmbunătăţirea = călire + revenire înaltă
Tratamente termice aplicate sculelor de deformare plastică
Tratamente preliminare:
♥ Recoacere de îmbunătăţirea prelucrabilităţii prin aşchiere
♥ Normalizare + recoacere subcritică
♥ Recoacere de detensionare
Tratamente finale :
Călire + revenire (regimurile de încălzire-răcire se aleg în funcţie de tipul materialului de construcţie al sculei)
Tratamente termochimice :
☻Nitrurarea ; Cianizarea (carbonitrurarea) etc.