1
PRELUCRAREA METALELOR ŞI ALIAJELOR PRIN
DEFORMARE
PLASTICĂ
1.NOŢIUNI GENERALE
La baza prelucrării prin deformare
plastica a metalelor şi aliajelor stă
proprietatea de plasticitate, care
defineşte capacitatea acestora de a
căpăta deformaţii permanente sub acţiunea
unor forţe exterioare.
La prelucrarea prin deformare plastică ,
modificarea formei unui semifa¬bricat se
face prin redistribuirea volumelor sale
elementare sub acţiunea forţelor exterioare, prin
urmare, exceptānd unele pierderi inevitabile,
datorită imperfecţiunii utilajelor, prelucrarea are
loc fără īndepărtare de material.
Prelucrarea prin deformare plastică
prezintă o serie de avantaje : obţi¬nerea
unor proprietăţi mecanice mai bune,
datorită unei structuri mai omogene şi
mai bune; consum minim de material ; asigură
o productivitate foarte ridicată ; conduce
la obţinerea unei game foarte largi
de piese, cu configuraţii simple pānă
la cele mai complexe , cu nu număr
minim de operaţii ; asigură obţinerea unei
precizii ridicate (mai ales la rece) cu o
manoperă redusă etc. Datorită avantajelor
sale, prelucrarea prin deformare plastică
deţine, ponderea cea mai mare īn
industria constructoare de maşini (peste
60% din piesele componente ale maşinilor,
utilajelor şi instalaţiilor).
Procedeul prezintă şi o serie de
dezavantaje legate de : investiţiile mari
determinate de necesitatea unor forţe
mari de deformare, complexitatea utilajelor,
costul ridicat al sculelor etc.
2.LEGILE PRELUCRĂRII PRIN DEFORMARE PLASTICĂ
Comportarea metalelor şi aliajelor īn
timpul deformării plastice respectă anumite
legi stabilite pe cale teoretică şi
experimentală. Cunoaşterea lor este absolut
necesară pentru stabilirea unor măsuri
practice care să conducă la realizarea piesei
dorite īn condiţiile unui preţ de cost scăzut şi a
unei produc-tivităţi mari.
P
h0
h
Fig. 1 Schema explicativă a legii volumului
constant
Corp deformat
Fig. 2 Schema explicativă a legii rezistenţei
minime
Legea volumului constant. Făcānd abstracţie
de uncie pierderi de material prin
ardere şi prin īndesarea materialului
cu goluri interioare, se poate
considera că volumul se păstrează
constant īn timpul deformării. Semifabri¬catul
iniţial I, de volum V0= a0 b0 h0, sub acţiunea forţei
P, capătă forma II (fig. 1)de volum V =a b h,
respectāndu-se egalitatea a0 b0 h0=abh=constant.
Legea coexistenţei deformaţiilor elastice
şi a celor plastice īn timpul
defor¬mării. Deformarea plastică, de
mărime p, este īnsoţită īntotdeauna de
o defor¬mare elastică, de mărime e astfel
īncāt deformaţia totală t este t=e +p
După īnlăturarea cauzei care a provocat
deformarea, deformaţia-elastică dispare. Legea
prezintă importanţă practică mai ales
īn cazul prelucrării prin deformare
la rece, unde ponderea deformaţiilor
elastice este mare, permiţānd proiectarea şi
executarea sculelor īn aşa fel
īncāt piesa să rezulte cu con-figuraţia
geometrică
prescrisă.
Legea minimei rezistenţe constă īn
aceea că deplasarea punctelor corpului
deformat situate pe suprafaţa
perpendiculară pe direcţia forţelor exterioare,
are loc după distanţa cea mai
mică la perimetrul secţiunii, īntre
diferitele posibilităţi de deplasare ale
punctelor Mt (fig.2), se alege aceea pe
care rezistenţa īntāmpinată este minimă.
Legea prezintă o importanţa practica deosebita,
deoarece permite să se prevadă ce
formă va căpăta un semifabri¬cat supus
unei anumite solicitări.
Legea apariţiei şi echilibrării
tensiunilor interne, īn timpul deformării,
datorită acţiunii sculelor, īncălzirii neuniforme
a materialului, neomogenităţii proprietăţilor
fizico-chimice şi mecanice, frānarii mişcării
dislocaţiilor etc., apar tensiuni interne care
se opun deformării şi care tind
să se echilibreze reciproc. Aceste tensiuni,
rămase īn piesă, se adaugă tensiunilor
din timpul funcţionării acestora, putānd
depăşi rezistenţa la rupere şi scoaterea
lor din funcţiune. De aceea, pentru
evitarea apariţiei acestor tensiuni se
iau măsuri īn vederea diminuării cauzelor
care le-au produs (reducerea frecării, alegerea
corectă a formei semifabricatului, īncălzire
uniformă etc.).
Legea similitudinii. Pentru aceleaşi
condiţii de deformare, Ia două corpuri
geometrice asemenea, cu aceleaşi faze
structurale, aceeaşi compoziţie chimică şi
aceleaşi caracteristici mecanice, presiunile
specifice de deformare p şi p1 sunt egale
īntre ele, raportul forţelor de
deformare F/F1 este egal cu pătratul
raportului mărimilor liniare l şi l1,
iar raportul lucrului mecanic necesar
schim¬bării formei L/L1 este egal cu
cubul raportului mărimilor liniare ale
corpului deformat :
p=p1; F/F1=(l/l1)2;L/L1=(l/l1)3.
3. INFLUENŢA PRELUCRĂRII PRIN DEFORMARE
PLASTICA ASUPRA PROPRIETĂŢILOR ŞI STRUCTURII
METALULUI SUPUS DEFORMĂRII
Prelucrarea prin deformare
modifică nu numai forma
semifabricatului iniţial, ci afectează īn mod
substanţial proprietăţile şi structura lui.
Princi¬palele fenomene care īnsoţesc
prelucrarea prin deformare plastică sunt :
ecruisarea, recristalizarea, apariţia structurii
fibroase, modificarea proprietăţilor mecanice etc.
A. Ecruisarea constă īn
creşterea rezistenţei la rupere rm şi a
durităţii HB, concomitent cu scăderea
rezilienţei KCU, a alungirii relative At
şi a gītuirii (proprietăţi ce determină
plasticitatea). Influenţa deformării la rece
asupra proprietăţilor mecanice enumerate mai
sus, Ia un oţel cu conţinut mic de
carbon, se vede īn figura 3. De asemenea, apar
modificări īn struc¬tură, īn sensul că grăunţii
se lungesc şi respectiv se turtesc
pe anumite direcţii (fig. 4, b), iar unele
proprietăţi fi¬zice (conductibilitatea
electrică şi termică proprietăţile magnetice)
şi chimice (rezistenţa la coroziune) se schimbă.
O importanţă deosebită o are
influenţa ecruisarii asupra pla¬sticităţii
metalului, pentru că la un anumit grad
de deformare, plastici-tatea scade īn mod
substanţial, īncīt prelucrarea īn continuare
prin de¬formare plastică nu mai
este po¬sibilă, din cauza pericolului
apariţiei crăpăturilor. Restabilirea plastici¬tăţii
metalului se poate face prin tratamentul
termic de recoacere de recristalizare.
At, īn % şi KCU īn da ∕
cm2 36
32
28
24
20
16
12
8
4
80
70
60
50
40
30
20
10 Rm īn N ∕ mm2
20 40 60
80
100
Gradul de
deformare, īn %
Fig. 3 - Influenţa deformării la
rece asupra proprietăţilor materialului
prelucrat prin deformare.
Unde am folosit notaţiile:
KCU
HB
Rm
At
a b
Fig. 4 - modificarea structurii interne a
materialului supus deformării
Din punct de vedere practic, cu¬noaşterea
fenomenului de ecruisare ajută la
dirijarea procesului de defor¬mare şi
permite lărgirea gamei de utilizări a
metalelor. Astfel, fără apariţia ecruisării nu
ar fi posibile unele operaţii ca
ambutisarea şi tragerea. Īn acelaşi timp ,
ecruisarea poate fi folosită pentru
mărirea anumitor propietăţi mecanice ale
unor metale şi aliaje, cum sunt: aluminiul
şi aliajele sale , cuprul, unele alame
şi bronzuri, unele oţeluri inoxidabile (tabelul 1).
Fig. 5-Apariţia structurii fibroase
TABELUL 1. Influenţa ecruisării asupra proprietăţilor mecanice
ale unor metale şi aliaje
Materialul Starea Rezistenţa
la rupere, rm [daN/mm2] Alungirea
At[%] Duritatea
[HB]
Cupru Recopt
Ecruisat 20
44 45
6 38
105
Aluminiu Recopt
Ecruisat 8
18 42
5 20
47
Alamă Recopt ă
Ecruisată 27
38 50
15 80
140
Oţel moale Recopt
Ecruisat 42
84 31
6 130
250
Oţel inoxidabil cu 18% Cr ; 8% Ni Recopt
Ecruisat 61
182 8
5 200
650
B.Recristalizarea. La prelucrarea prin deformare
plastică la cald, odată cu procesul de
deformare are loc şi procesul de
recristalizare, care īncepe de la o anumită
temperatură. Īn cazul metalelor pure, după
Bocivar, recristalizarea are loc la
o
temperatură
Trecristalizare ≈ 0,4Ttopire [0K].
Īn metalul deformat apar centuri de
recristalizare, īn jurul cărora cresc grăunţi noi,
īn locul celor deformaţi, iar
metalul capătă o structură cu
grăuţi echiaxiali. Deoarece recristalizarea
decurge īn timp, structura finală a
metalului va fi influenţată nu
numai de temperatură, ci şi de viteza
de deformare.
C. Apariţia structurii fibroase, īn urma prelucrării
prin deformarea plastică la cald se
constată că materialul capătă o
macrostructură fibroasă, orientarea fibrelor
fiind īn direcţia de curgere, īn timpul
deformării plastice grăunţii cristalini iniţiali (fig. 5,
a) se deformează, lungindu-se (fig. 5, b) īn direcţia de curgere.
Incluziunile ne ¬metalice existente īn structură vor suferi deformări
şi deplasări asemănătoare. Recristalizarea conduce la apariţia unor noi
grăunţi cristalini, fără să afec¬teze redistribuirea incluziunilor ne
me-talice, care rămān deformate şi ori¬entate, īmpărţind metalul īn
fibre {fig. 5, c).
D. Modificarea proprietăţilor me¬canice. Prelucrarea prin deformare are
o influenţă mare şi stabilă asupra următoarelor
caracteristici : rezilienţa, gātuirea, rezistenţa la oboseală
şi lungirea relativă. Din cauza existenţei structurii
fibroase, aceste proprietăţi sunt mai
bune īn direcţia longitudinală decāt īn
direcţia transversală. Practic, cunoaşterea acestor
modificări ale pro¬prietăţilor mecanice este
foarte importantă īn proiectarea pieselor
şi a procesului tehnologic de execuţie. Este
bine ca direcţia eforturilor de īntindere
şi compresiune care apar īn timpul
funcţionării piesei să coincidă cu
direc¬ţia fibrelor, iar direcţia eforturilor de
forfecare să fie perpendiculară pe
di¬recţia fibrelor. De exemplu, un şurub
obţinut prin aşchiere are o
macro-structură nesatisfăcătoare, eforturile de
forfecare din capul şurubului fiind
orientate de-a lungul fibrelor (fig. 6, a). Acest
dezavantaj se īn-lătură dacă acelaşi
şurub este obţinut prin forjare cu
refularea capului (fig. 6, b), permiţānd mărirea
rezistenţei de cca 10 ori, datorită orientării
favorabile a fibrelor cu execuţia unui
arbore cotit (fig. 7), a unei supape, roţi
dinţate etc.
1
a. Prin aşchiere
b. Prin
deformare plastică
Fig.6 Direcţia fibrelor īn cazul
prelucrării unui şurub
a. Prin aşchiere
b.
Prin deformare plastică
Fig.7 Direcţia fibrelor īn cazul
prelucrării unui arbore cotit
4. CLASIFICAREA PROCEDEELOR DE
PRELUCRARE PRIN DEFORMARE
PLASTICĂ
Procedeele de prelucrare prin deformare
plastică se pot clasifica după mai multe criterii :
— după temperatura la care are loc deformarea : la
rece, cīnd
deformarea este īnsoţită de ecruisare fără recristalizare şi la
cald,
cīnd recristalizarea se produce complet, fără urme de ecruisare;
Fig. 8. Clasificarea procedeelor de prelucrare prin deformare plastica
— după viteza de deformare : ca viteze mici de deformare
(pentru
vd<10 m/s) şi cu viteze mari de deformare (pentru vd>10 m/s);
— după natura operaţiei de deformare : de degroşare ; de
prefinisare şi de finisare.
După particularităţile tehnologice se pot clasifica conform
schemei din figura 8.
5. ĪNCĂLZIREA MATERIALELOR METALICE ĪN VEDEREA PRELUCRĂRII PRIN
DEFORMARE PLASTICA
Īncălzirea metalelor īn vederea
prelucrării prin deformare
plastică are o mare importanţă, deoarece
calitatea produselor
realizate depinde īn foarte mare măsură
de alegerea unui regim
corect de īncălzire, īncălzirea are drept
scop reducerea forţei
de deformare, prin mărirea plasticităţii
şi scăderea existenţei
la curgere, reducerea duratei de deformare,
reducerea gabaritului
şi greutăţii utilajului folosit, obţinerea unei
structuri care
să asigure o defor¬mare uşoară etc.
O īncălzire uniformă a
semifabricatului şi alegerea tempera¬turii
optime de deformare
asigură pierderi minime prin oxidare,
ardere şi decarburare,
evită apariţia fisurilor şi a
tensiunilor termice interne etc.
Principalii parametri ai regimului de
īncălzire sunt :
temperatura de īncăl¬zire, viteza de
īncălzire şi durata
īncălzirii.
a) Temperatura de īncălzire.
Se alege īn funcţie de natura
şi compoziţia chimică a
materialului īncălzit (tabelul 2). După cum se
vede īn acest
tabel şi īn figura 9, deformarea se poate
realiza īntr-un
interval de temperaturi delimitat īn
partea superioară de
temperatura de īnceput de deformare Tīd,
iar īn partea
inferioară de temperatura de sfīrşit de
deformare Tsd , care
practic este ceva mai mare decīt
temperatura de recristalizare
TR . Ridicarea temperaturii de īncălzire este
limitată de
fenomenul de supraīncălzire, care dă o
structură grosolană şi īn
special arderea metalului. La oţel, temperatura
de īnceput de
deformare trebuie să fie cu cca 200°C
mai joasă decīt cea de
topire (fig. 10), pentru a evita supraīncălzirea şi
arderea.
Zona de topire
TT zona de ardere
zona de supra īncălzire
Tīd
Tsd
Zona de deformare
TR
Fig.9 Alegerea zonei de īncălzire
īn vederea prelucrării prin deformare
plastică
t0C
15280
11450
9100
7210
0,8
1,7
% C
Fig.10 Alegerea zonei de īncălzire
īn vederea deformării unui oţel
Tabelul 2. Alegerea domeniului de
īncălzire şi de deformare īn
funcţie de compoziţia chimică.
Temperatura
[0C]
Materialul 200 300
400 500 600
700 800 900
1000 1100 1200
1300 1400
Aluminiul
Aliaje de Al
Aliaje de Mg
Cupru
Alamă
Oţel cu % C mic
Oţel cu % C mediu
Oţel cu % C mare
Oţel cu Mn
Oţel cu Ni
Oţel cu Cr-Ni
Oţel inoxidabil
Nichel
Aliaj monel
Titan
b) Viteza de īncălzire.
Depinde de o serie de factori: tipul
instalaţiei de īncălzire
folosite, proprietăţile fizice ale materialului, starea
naturală
īnainte de īncălzire, temperatura
din spaţiul de lucru al
cuptorului, acţiunea chimică reciprocă īntre
mediul de īncălzire
şi material etc. Din punct de vedere
economic este de dorit ca
viteza de īncălzire să fie cāt mai
mare, īnsă ea este
limi¬tată de pericolul apariţiei
crăpăturilor ca urmare a
dilatării diferite a straturi¬lor de
material situate pe
direcţia transmiterii căldurii.
c) Durata īncălzirii.
Este un parametru care depinde
direct de cei doi enumeraţi
mai sus. Īn principal īnsă, durata īncălzirii
depinde de forma
şi dimensiunile semi-fabrcatelor, de modul de
aşezare a acestora
pe vatra cupto¬rului şi de tipul
instalaţiei de īncălzire.
Pentru toate metodele de īncălzire
se recomandă o preīncălzire
lentă timp de 2/3 din durata īncălzirii
şi o īncălzire rapidă
pānă la atingerea tem¬peraturii de
īnceput de deformare, īn
practică, pentru determinarea rapidă a duratei
īncălzirii t, īn
cuptoarele cu vatră, se utilizează o
relaţie empirică de forma
t= K1K2d [h],
īn care: K1 = 10...20, īn funcţie de masa
semifabricatului;
K2= 1. . .4, īn funcţie de modul de
aşezare pe vatra cuptorului;
d — dimensiunea principală a semifabricatului, īn m.
Īncălzirea se realizează īn cuptoare
de īncălzire cu flacără
(cu combustibil lichid, solid sau gazos) şi
īn cuptoare electrice
(cu rezistenţe, prin inducţie, cu rezistenţă
prin
contact).
6. OPERAŢII DE PRELUCRARE A METALELOR
PRIN DEFORMARE PLASTICĂ
LAMINAREA este procedeul de prelucrare
prin deformare plastică,
la cald sau la rece, realizat prin
trecerea forţată a
materialului prin spaţiul dintre doi
cilindri care se rotesc īn
sensuri contrare sau īn acelaşi sens.
EXTRUDAREA este procedeul de prelucrare
prin deformare plastică
ce constă īn trecerea forţată a
materialului, datorită
īmpingerii , prin orificiul unei scule cu
dimensiunile secţiunii
transversale mai mici decāt cele
ale semi-fabricatului iniţial.
TRAGEREA este procedeul de prelucrare
prin deformare plastică
ce constă īn trecerea forţată a
materialului prin deschiderea
unei matriţe a cărei secţiune
transversală este mai mică
decāt cea a semifabricatului iniţial ,
sub acţiunea unei forţe
de tracţiune.
FORJAREA este procedeul de prelucrare
prin deformare plastică
ce constă īn modificarea formei
unui semifabricat datorită
creării unei stări tensionale īn
volumul metalului , prin
lovire sau prin presare , īnsoţită de
curgerea metalului pe
diferite direcţii.
PRELUCRAREA TABLELOR
PRELUCRAREA ŢEVILOR
7.NORME DE TEHNICA SECURITĂŢII
MUNCII LA FORJARE ŞI TRATAMENTE
TERMICE
Īn īncăperile unde se lucrează cu flacăra
deschisă nu trebuie să
existe materiale inflamabile, pardoseala să fie
ignifugă şi
nealunecoasă, să existe materiale pentru
stingerea incendiilor. De
asemenea, trebuie să existe un punct de prim
ajutor, unde să
poată fi tratată o arsură sau
aplicat un pansament etc.
Prinderea pieselor se va face avānd
pe mīini mănuşi (de piele sau azbest) şi prin
intermediul unor cleşte.
In caz că radiaţiile calorice sunt
prea mari se va aşeza o perdea,
paravan īntre sursa de căldură şi
muncitor.
La forjă sānt obligatorii bocancii
cu talpă de lemn. Dacă nu
se folo¬sesc aceştia, este obligatoriu ca
la instalaţiile
electrice (motorul venti¬latorului, pompe etc.) să se
utilizeze
podeţe electroizolante.
Hainele forjoriIor vor fi confecţionate
din materiale naturale, cele sintetice fiind
interzise.
Orice piesă caldă va fi bine
prinsă, pentru a se evita
căderea pe picioarele celui ce o
duce sau pe ale unui coleg.
Locul de depozitare a pieselor
calde va fi marcat vizibil şi
inscrip¬ţionat.
După terminarea lucrului se vor
stinge toate sursele de foc,
iar dacă materialele fierbinţi nu se
pot răci se vor lua
măsuri ca ele să nu pro¬voace incendii..
Echipamentul de protecţie la forjare — īn
afara bocancilor cu
talpă de lemn — este compus din
şorţ şi ochelari cu oglindă
pentru foc.
īn caz de arsură se administrează
un calmant şi dacă rana
nu este acoperită se poate face un
pansament cu hidrocortizon,
jecolan, jecozinc sau bioxiteracor.
Dacă arsura este de gradul II sau III (vezicule sau plagă deschisă),
rănitul se va duce la un medic.
Acelaşi lucru se va face şi
īn cazul īn care rana este
acoperită sau ceva s-a lipit de ea.
Fiecare ins trebuie să
aibă grijă deosebită de să¬nătatea
lui.
CUPRINS
PRELUCRAREA METALELOR PRIN DEFORMARE
PLASTICĂ
1.NOŢIUNI GENERALE………………………………………………….1
2.LEGILE PRELUCRĂRII PRIN DEFORMARE
PLASTICĂ………….2
3. INFLUENŢA PRELUCRĂRII PRIN DEFORMARE
PLASTICA
ASUPRA PROPRIETĂŢILOR ŞI STRUCTURII METALULUI
SUPUS DEFORMĂRII…………………………………………………….5
4. CLASIFICAREA PROCEDEELOR DE
PRELUCRARE PRIN DEFORMARE
PLASTICĂ………………………………………………..11
5. ĪNCĂLZIREA MATERIALELOR METALICE ĪN VEDEREA
PRELUCRĂRII PRIN DEFORMARE PLASTICĂ……………………12
6. OPERAŢII DE PRELUCRARE A METALELOR
PRIN
DEFORMARE PLASTICĂ………………………………………………16
7.NORME DE TEHNICA SECURITĂŢII
MUNCII LA FORJARE ŞI TRATAMENTE
TERMICE……………………………………………………….17
BIBLIOGRAFIE
• Calea Gheorghe, Tehnologie mecanică,
Editura didactică şi pedagogică , Bucureşti -1992;
• Mihai Voicu, Maşini şi
utilaje industriale,
Editura didactică şi pedagogică, Bucureşti-
1982;
• N. Atanasiu, Utilajul şi tehnologia
lucrărilor mecanice,
Editura didactică şi pedagogică, Bucureşti-1992;
• Ion Gheorghe, Utilajul şi
tehnologia meseriei- Tehnologia asamblării
şi montajului,
Editura didactică şi pedagogică, Bucureşti-1992;
• N. Brădeanu, Maşini şi utilaje
din industria minieră,
Editura didactică şi pedagogică, Bucureşti-1980;
• Ştefan Silviu Mitrea,
Protecţia muncii,
Editura didactică şi pedagogică, R.A. -Bucureşti ,
1994
Cele mai ok referate! www.referateok.ro |