curs 9 procedee neconvenţionale de deformare plastică
DESCRIPTION
curs pdpr facultateTRANSCRIPT
-
PRELUCRRI PRIN DEFORMARE
PLASTIC LA RECE
Cursul nr. 9
.l. dr. ing. Crina RADU
-
Curs 9 Procedee neconvenionale de deformare plastic
Procedee neconvenionale de deformare plastic - clasificare
1. Procedee neconvetionale de taiere
Tierea de precizie: debitarea de precizie; debitarea criogenic de precizie ;tanarea de precizie.
Curirea pe contur; Stantarea cu ajutorul cauciucului ; Decuparea cu ajutorul metalelor moi; Perforarea fr plac de taiere.
2. Procedee neconvetionale de indoire:
Profilarea pe maini specile; ndoirea evilor i a profilurilor laminate .
3. Procedee neconvenionale de ambutisare : Ambutisarea cu diferentierea temperaturii materilului: ambutisarea cu
nclzirea flanei semifabricatului; ambutisarea cu rcirea criogenic apoansonului.
Ambutisarea cu ajutorul cauciucului; Ambutisarea hidraulic; Tragerea pe calapod; Viroambutisarea .
-
Curs 9 Procedee neconvenionale de deformare plastic
4. Procedee neconvenionale de deformare cu viteze i energii mari: Deformarea prin explozie: cu explozivi brizani; cu detonarea unui amestec
de gaze.
Deformarea electrohidraulic; Deformarea electromagnetic.
5. Procedee neconvenionale de deformare volumic: Extrudarea hidrostatica ; Deformarea volumica orbitala ; Deformarea volumica rotativa ; Deformarea volumica radial-rotativa ;
6. Prelucrarea prin rulare a danturilor i canelurilor
9.1 Debitarea criogenica de precizie
Criogenia reprezint ansambul tehnicilor folosite la producerea, stocarea iutilizarea gazelor lichefiate.
Prin temperatura criogenica se intelege orice temperatura sub limita de 120oK.
(0oC = 273oK; oC = oK 273)
-
Curs 9 Procedee neconvenionale de deformare plastic
Temperaturile criogenice pot fi :
- temperaturi joase, cuprinse intre 20120oK ;- temperaturi foarte joase, cuprinse intre 120oK ;
Gazele lichefiate utilizate ca agenti criogenici sunt: oxigenul, azotul, hidrogenul,
heliul etc.
Din punct de vedere al comportrii criogenice, materialele metalice pot fi mpatite in: oeluri carbon si oteluri slab aliate ; oeluri bogat aliate (austenitice) ; metale i aliaje neferoase.
Oelurile carbon i otelurile slab aliate odata cu scderea temperaturii, crete rezistena mecanic i scad proprietile de
plasticitate i rezilien; la temperaturi criogenice, aceste materiale devin casante => limitarea utilizrii lor
doar pn la temperaturi de 230ok (-43oC).
Oteluri bogat aliate (austenitice)
are loc o crestere a indicelor de rezistenta dar indicii de plasticitate scad mai putin; se utilizeaza la executia unor piese care lucreaza la temperaturi de sub 90oK
(-183oC).
-
Curs 9 Procedee neconvenionale de deformare plastic
Metale si aliaje neferoase
odat cu scderea temperaturii cresc indicii de rezisten, dar elasticitatea,duritatea i indicii de plasticitate scad foarte puin => utilizarea lor n condiiicriogenice, n special a aliajelor de Ti care au i o rezisten bun.
Rcirea se poate face : n zona de deformare ; n sfera zonei de deformare. direct, prin intermediul lichidului criogenic ; indirect, prin intermediul sculelor de deformare.
Scopul debitrii de precizie:- de a obtine piese cu deformaii i bavuri minime, cu o precizie mare la lungimei cu suprafaa de forfecare perpendicular pe axa piesei.
Scula tebuie s asigure urmtoarele condiii: s raceasca semifabricatul si nu parti ale stantei; s asigure rcirea n scurt timp ; s permita rcirea controlat a semifabricatului:
prin cutitul mobil ; prin cutitul fix ; inaintea intrarii n zona de tiere.
-
Curs 9 Procedee neconvenionale de deformare plastic
Rcirea prin cuitul mobil prezint avantajul unui consum redus de azot,adaptarea uoar la stan dar necesit conducte flexibile (scumpe i cuposibilitati de deteriorare).
Racirea prin cutitul fix prezint avantajul alimentrii cu azot lichid prin conductede transfer obinuite, fixe i este mai productiv, racirea realizandu-se nainteaoperatiei de tiere.
Rcirea semifabricatului naintea intrrii n zona de tiere realizeaz rcirea cu ajutorul unui manon izolator termic 1. este cea mai avantajoas soluie deoarece nu influenteaza construcia i
reglajul tanei. se poate rci o zona mai mare de semifabricat fapt ce reduce timpul de rcire
pe lungimea l de debitare, metoda avnd productivitatea cea mai mare.
Fig. 1
-
Curs 9 Procedee neconvenionale de deformare plastic
9.2 tanarea cu ajutorul cauciucului
- Se aplic n cazul: productiei de serie mica a pieselor relativ mari, din materiale subtiri cum ar fi :
Al (g 2mm), Cu (g1.5mm), duraluminiu (g1.2mm), otel moale (g1mm). produciei de serie mare sau mas, dar numai cnd g 0,010,02mm cum este
cazul staniolului.
- Se pot realiza operaii de decupare, perfoare sau o combinaie a acestora.
9.2.1 Decuparea
1 - poanson (ablon);2 placa de baz;3 pastila de cauciuc;4 - container.
h nlimea poansonului;H grosimea pastilei de cauciuc.a adaos de material la
marginea piesei
h = 6...10 mm;
H = (45)ha = (2,53)hFig. 2
-
Curs 9 Procedee neconvenionale de deformare plastic
Reducerea adaosului de material se poate obine prin utilizarea unor reazemespeciale, plasate n jurul ablonului : a = (1,52)h.
Fig. 3 Forme de reazeme speciale
9.2.2 Perforarea
- se desfaoar asemntor decuprii, cu deosebirea c pastila de cauciucjoac rolul poansonului, placa de tiere fiind rigid.
Fora de tiere: F = Aq unde A - aria suprafeei frontale a pastilei; q presiunea cauciucului; q = 5,529MPa
-
Curs 9 Procedee neconvenionale de deformare plastic
9.3 Ambutisarea cu ajutorul cauciucului
- Se aplic n general pentru confecionarea pieselor cave cu adncime relativmic, din tabl subire, n cazul produciei de unicate sau serie mic;
- Grosimile tablelor recomandate pentru ambutisarea pieselor prin acest procedeu
sunt de maxim 4.7mm pentru aliaje de aluminiu, 1.3mm pentru oteluri i 1mmpentru aliaje de titan.
- Se disting doua procedee :
ambutisarea cu poanson rigid i plac activ din cauciuc (cel mai utilizat) ; ambutisarea cu placa activ rigid i poanson din cauciuc.
9.3.1 Ambutisarea cu poanson rigid si placa activa din cauciuc
1 poanson rigid;2 inel de reinere a semifabricatului;3 placa port-poanson;4 pastila cauciuc (rol de plac activ);5 container.
Fig. 4
-
Curs 9 Procedee neconvenionale de deformare plastic
- cnd piesele au nlime relativ mic, ambutisarea se poate face i fr inel dereinere a semifabricatului (fig. 5,a).- pentru a doua i urmtoarele operaii de ambutisare, construcia matrielor estepuin mai complicat (fig. 5,c).
Fig. 5
-
Curs 9 Procedee neconvenionale de deformare plastic
- naltimea pieselor realizate prin aces procedeu nu depaseste 100mm.- grosimea pastilei este de 3 ori mai mare decat nlimea piesei ce urmeaz a seambutisa.
Forta necesara pentru ambutisare:
F = Aq
unde: A - aria suprafeei frontale a pastilei; q presiunea cauciucului;
9.4 Ambutisarea hidraulic
- procedeu asemanator cu ambutisrea cu ajutorul cauciucului, cu deosebirea ca
dezvolta presiuni uniforme mult mai mari;
- rolul cauciucului este preluat de un lichid sub presiune care actioneaza asupra
semifabricatului fie direct, fie prin intermediul unei membrane (huse) de cauciuc;
- piesele se obtin in general dintr-o singura operatie;
- materialele prelucrabile: aliaje de aluminiu, oeluri cu coninut sczut de carbon,oeluri inoxidabile;
- se pot utiliza dou metode : ambutisarea cu plac activ rigid, lichidul jucnd rolul poansonului (fig. 6,a); ambutisarea cu poanson rigid, lichidul jucand rolul plcii active (fig. 6, b).
-
Curs 9 Procedee neconvenionale de deformare plastic
a.b.
Fig. 6
1 plac activ rigid;2 inel de reinere;3 membran elastic;4, 5 inele pentru fixarea
membranei elastice
1 placa de reinere;2 arcuri pentru acionarea plcii de reinere;3 placa activ rigid.
- nlimea pieselor poate ajunge pn la 425mm.
-
Curs 9 Procedee neconvenionale de deformare plastic
9.5 Ambutisarea cu viteze i energii mari
- se caracerizeaza prin faptul ca sunt create presiuni mari intr-un timp foarte
scurt, care se transmit semifabricatului aproape instantaneu;
- apar modificri n material: creste limita de curgere (pana la dublul valoriiinitiale), creste limita de elasticitate si rezistenta la rupere (de pana la 300% in
cazul otelurilor).
- cele mai utilizate procedee sunt:
procedee de deformare prin explozie :- cu explozivi brizanti (violenti) ;
- cu detonarea unui amestec de gaze.
procedee de deformare electroimpulsiv:- deformare electrohidraulica ;
- deformare electromagnetic.
- explozivii brizani sunt folosii la prelucrarea pieselor de dimensiuni foarte mariiar celelalte surse de energie sunt limitate la prelucrarea pieselor de dimensiuni
mai mici.
-
Curs 9 Procedee neconvenionale de deformare plastic
9.5.1 Deformarea cu ajutorul explozivilor brizani
- se prelucreaza piese pentru avioane si rachete de diferite tipuri, a caror
adancime relativa este mica precum si la deformarea unor materiale greu
prelucrabile.
- unda de soc realizata prin explozie actioneaza asemanator poansonului matritei
de ambutisare obisnuite deformand semifabricatul in cavitatea placii active;
- se pot obtine, in centrul exploziei, presiuni de peste 20000 MPa si viteze mai mari
decat viteza sunetului; presiunea aproximativa cu care unda de soc actioneaza
asupra semifabricatului este de 7000MPa iar viteza de deformare a
semifabricatului este de peste 70m/s.
-cei mai utilizati explosibili brizanti sunt: trinitrotoluen (TNT), nitroglicerina, tetrilul,
pentrita etc.
- mediul de transmitere a undei de oc poate fi gazos, lichid sau solid (nisip,pamant, pulberi metalice, alice). Mediul lichid prezinta cel mai mare interes practic
deoarece:
- asigura o mai buna transmitere a energiei la semifabricat;
- calitatea deformarii este mai bun;- lichidul impiedic rspndirea particulelor solide proiectate n timpul exploziei.
-
Curs 9 Procedee neconvenionale de deformare plastic
- instalaiile de ambutisare cu exploziv n apa se pot construi deasupra solului (fig7, a) sau in bazine de beton (fig. 7,b cel mai utilizat).
a.
Fig. 7
1 matria;2 rezervor cu ap;3 semifabricat;4 inel de strngere;5 inele distaniere;S distaa explozivului fa de semifabricat;H - distaa explozivului fa de suprafaa liber a
lichidului.
b.
Fig. 8
-
Curs 9 Procedee neconvenionale de deformare plastic
Parametrii de proces:
- greutatea si forma incarcaturii explozive (sub forma de pulbere, de gelatina sau
solida);
- natura materialului exploziv ;
- distantele S respectiv H de amplasare a incarcaturii.
Parametrii care definesc un exploziv:
- lucrul mecanic teoretic, specific de deformare: lucrul mecanic ce poate fi
dezvoltat de 1kg exploziv i se determin cu relatia:
l = (p0 V0 Te)/273 [Nm/kg]
unde: p0 - presiunea atmosferica [N/m2];
V0 - volumul specific al gazelor rezultate [m3/kg];
Te temperature de explozie [o K]
- brizana capacitatea de distrugere a unui exploziv si se determina cu relatia:
B = lw0 10-6
unde: l - lucrul mecanic secific ;
w0 - viteza de detonare (de reactie) a explozivului [m/s]
- energia dezvoltat se determin cu relaia: W = (4h2gc)/22
unde: h - adancimea cavitatii centrale a piesei deformate ;
g grosimea materialului;c limita de curgere ;2 unghiul de amplasare a incarcaturii fata de marginile semifabricatului.
-
Curs 9 Procedee neconvenionale de deformare plastic
Presiunea undei de oc este data de relatia:
p = k (G1/3/S)2 [N/cm2]
unde: p este presiunea undei de soc [N/cm2],
G greutatea incarcaturii [kg] ; S distanta dintre exploziv si semifabricat [m] ; k coeficient functie de tipul explozivului.
Valoarea optim a distanei S de amplasare a explozivului:
Sopt = (0.82)D
pentru grosimea relativa (g/D 100) cuprinsa intre 0,20,6.
Valoarea optim a nlimii H a coloanei de lichid situat deasupra explozivului:
H = 2S
-
Curs 9 Procedee neconvenionale de deformare plastic
9.6 Deformarea electrohidraulic
- realizeaza unda de soc prin descarcarea brusca a energiei electrice intr-un
mediu lichid.
1 sursa de alimentare;2 transformator de nalt tensiune;3 - punte;
4 baterie de condensatoare;5 electrozi;6 ntreruptor;7 semifabricat;8 matri.
Timpul de descarcare al energiei electrice:
4x10-5 s
Tensiunea arcului electric atinge 50000V.
Viteza de deformare ajunge pn la 100m/s.
Fig. 9
-
Curs 9 Procedee neconvenionale de deformare plastic
Descarcarea se poate realiza in spatiu:
- deschis (matrita se introduce intr-un bazin cu ap);- nchis (matrita este parte componenta a unei instalatii specializate).
Electrozii
- sunt elementele cele mai importante ale instalatiei, de forma, numarul si modul
lor de dispunere depinzand randamentul deformarii;
- sunt in general de forma cilindrica si pot fi executati din Cu, alama sau otel inox
(cel mai recomandat);
- pot fi dispusi paralel (fig. 10, a), fata in fata sau coaxial, in functie de geometria
piesei si de efectul dorit a se realiza. Pozitionarea electrozilor fata in fata si
coaxiali cu piesa (fig. 10,b) este mai recomandata decat solutia de dispunere
perpendicular pe axa piesei (fig. 10, c).
Fig. 10
a. b. c.
-
Curs 9 Procedee neconvenionale de deformare plastic
Numarul electrozilor depinde de:
- dimensiunile piesei ;
- proprietatile mecanice ale materialului;
- energia de deformare necesara, ce se stabilete tinand cont de urmtoarele: energia dezvoltata de un electrod nu trebuie sa depaseasca 2530kJ; unui elelctrod trebuie sa-i revina o suprafata de semifarbicat de minim0,250,3m2 in cazul semifabricatelor plane si de minim 1m2 in cazul altorforme.
Valoarea optim a distanei dintre electrozi:
unde Sp este suprafata electrodului pozitiv in contact cu apa (nu trebuie sa
depaseasca 300400mm2).
Valoarea optim a distanei dintre electrozi i semifabricat:
S 2l
-
Curs 9 Procedee neconvenionale de deformare plastic
n funcie de poziia electrozilor i de modul de iniiere al descrcrii electrice, sepot obine diverse forme ale undei de oc:- unda sferic (cnd distana dintre electrozi este mic fig.12, a);- unda cilindric (cnd distana dintre electrozi este mare fig. 12,b);- unda plan (cnd se utilizeaz o reea plan din srme de iniiere fig. 12,c).
a.
b.
c.
Fig. 12
-
Curs 9 Procedee neconvenionale de deformare plastic
Valoarea energiei stocate n bateria de condensatoare:
E =1/2 C U2 [kJ]
unde E- energia stocat; C capacitatea bateriei; U tensiunea la borne.
Unitatea de lucru folosit uzual are energia de 20kJ ce poate fi obinut cuajutorul unor condensatori avnd capacitatea de 100 F ncrcai la o tensiune de20kV.
Capacitatea de deformare se poate exprima prin :
- presiunea maxima a undei de oc : pmax = 1.5 (R2 l)/ (2T2 S),
in care : este densitatea mediului lichid;T durata impulsului care coincide cu durata descarcarii ;l distanta dintre electrozi ;S distanta de la electrozi la semifabriat ;R raza cilindrului constituit din gazele evaporate (R =0.08T2 E/l)
-adncimea maxim ce se poate realiza prin deformare:
-in care : R este raza orificiului matritei ;
sl grosimea semifabricatului ;g acceleratia gravitationala ;Rm = rezistenta la rupere a materialului ;
k, m, n constante determinate experimental.