I. Formarea prin deformare plastica (flow forming)

3.1 Introducere

Formarea prin deformare plastica este un procedeu de prelucrare fara aschii folosit

pentru a obtine piese precis dimensionate, rotunde fara sudura. Piesa este fixata pe un

mandrin si antrenata in miscare de rotatie. Asupra piesei se aplica forte de compresiune din

exterior prin intermediul unei role (sau trei role) controlate numeric (CNC) (Fig.3.1).

Se executa una sau mai multe treceri cu rolele pe suprafata piesei care este supusa

compresiunii dincolo de limita de curgere determinand deformarea ei plastica. Grosimea

peretelui piesei este determinata de spatiul reglat dintre role si suprafata piesei. Acest spatiu

poate ramane constant sau poate fi modificat oricand in timpul procesului de prelucrare,

obtinand un perete de grosime constanta sau variabila a piesei.

Aceasta variatie a spatiului dintre role si piesa asigura procedeului un mare grad de

flexibilitate, unic in procedeele de formare a metalelor.

Fig.3.1 Secventele procesului de formare prin deformare plastica.

1

Semifabricat

Piesa finita

3.2 Procesul de formare a metalului

Reducerea grosimii peretelui semifabricatului poate ajunge pana la 90% din grosimea

initiala. In general se poate micsora grosimea peretelui semifabricatului de pana la 6 ori inainte

de a fi necesara un proces termic de revenire. Calitatea suprafetei interioare a piesei este

aproape egala cu cea a suprafetei exterioare a mandrinului.

Cheia succesului operatiei de formare prin deformare plastica este calitatea

semifabricatului utilizat (Fig.3.2).

Fig.3.2 Semifabricate si piese finite.

Precizia si calitatea suprafetei piesei finite reflecta direct dimensiunile si profilul

semifabricatului. Daca se cere o precizie de +/- .003 toleranta, atunci semifabricatul trebuie

proiectat corespunzator.

Profilul semifabricatului trebuie sa se potriveasca profilului mandrinului. In tot

procesul se ia in consideratie volumul de metal deplasat. Daca nu se ia in consideratie volumul

de metal ce se deplaseaza se poate rupe piese in timpul prelucrarii, sau sa nu fie respectate

tolerantele.

Cu cat sunt mai stranse tolerantele piesei finite cu atat creste pretul de cost al piesei.

Obtinerea semifabricatului pentru aceasta operatie este relativ scump fata de alte procedee. Se

utilizeaza in general ca operatie anterioara (pentru obtinerea semifabricatului), forjarea care

aduce piesa la o forma cat mai apropiata de a piesei finite pentru a fi cat mai putin material

deplasat.

2

Deformare plastica

Forjat

Prelucrat prin aschiere Sudat

O alta metoda de a obtine semifabricatul din tabla ce este presarea obtinand piese

complexe cu material de sectiune constanta si la un pret mai mic.

Utilizarea presarii in obtinerea semifabricatului este avantajoasa pentru serii de piese

mai mari de 100 bucati, sau la comenzi de piese care se vor repeta des. Se poate utiliza si la serii

mai mici daca se inlocuiesc astfel metode de prelucrare mai scumpe.

O alternativa interesanta este obtinerea semifabricatului prin sudura. Aceasta abordare

este eficienta pentru piese tubulare, conice, cu contururi diferite sau combinatii de forme. Se

utilizeaza mai putine scule decat la obtinerea semifabricatului prin presare.

Procedeul este ideal pentru cantitati mici de piese sau de marimi mari, iar piesa finala

este superioara in privinta circularitatii, duritatii, rezistentei la uzura, la aspect in

comparatie cu piesele obtinute prin rectificare sau polizare. Acest lucru se intampla datorita

deformatiei plastice a sudurii de-a lungul materialului de baza ce are loc in timpul procesului.

Metoda se aplica in special la prelucrarea pieselor din:

- otel inoxidabil;

- otel carbon;

- aliaje din otel;

- titan;

- alama;

- aluminiu;

- cupru;

- nichel.

Procedeul de deformare plastica se utilizeaza in doua metode: directa si indirecta, in

functie de modul de fixare al semifabricatului si de curgere a materialului piesei (Fig.3.4).

a) b)

Fig.3.4 Metode de prelucrare prin deformare plastica: a) directa; b) indirecta.

3

In metoda directa (Fig.3.4a), se prelucreaza piese care au o extremitate partial inchisa

sau inchisa. Se utilizeaza papusa mobila pentru a strange piesa pe mandrin. Deformarea

piesei in timpul operatiei are loc in aceeasi directie cu miscarea axiala a rolelor.

Metoda indirecta este folosita pentru piese tubulare cu ambele extremitati deschise

(Fig.3.4b). Se utilizeaza un inel dintat pentru fixarea piesei si antrenarea ei in miscare de

rotatie, iar deformarea piesei se face in sens opus directiei de deplasare a rolelor.

Pentru prelucraea de precizie a pieselor lungi se folosesc trei role plasate la 1200

(Fig.3.5). Aceste role sunt asezate decalat intre ele radial si axial pentru a atinge conditiile

necesare de formare a piesei.

In Fig.3.6 se prezinta cele trei faze ale obtinerii unei roti de autovehicul prin deformare

plastica utilizand trei role.

Pasul1 Pasul 2 Pasul 3

Fig.3.6 Pasi in realizarea unei roti de autovehicul prin deformare plastica.

In Fig.3.7 a se prezinta capul de rulare a unei masini de deformare plastica cu 3 role, in

Fig.3.7b se arata decalarea rolelor intre ele, axial si radial, iar in Fig.3.7 c, o vedere generala a

acestei masini.

4

Fig.3.5 Trei role plasate la 120 0 pe un cap de roluit.

a)

c)

Fig.3.7 a) Cap de rulare cu 3 role; b) deplasarea rolelelor intre ele; c) vedere generala.

3.3 Principalele avantaje ale prelucrarii prin deformare plastica la rece

In general procedeul de deformare plastica la rece ofera precizie, economicitate si

flexibilitate in mai mare masura decat celelalte procedee de formare a metalelor. Printre

avantajele metodei se pot enumera:

Controlul tolerantei: In timpul prelucrarii se poate controla precis toleranta de executie

pe intreaga lungime a piesei la contururi variabile sau constante, cu pereti de grosime diferita.

Piesele ce pot fi prelucrtare au diametre intre Ø 25 - 650 mm, grosimi ale peretilor intre 0,3 si

6,5 mm, si lungimi pana la 1500 mm. Precizia de executie depinde de combinatia intre

materialul piesei, grosimea peretilor, lungime si diametru.

In Fig.3.8 se prezinta un cilindru de racire care trebuie sa sufere cateva modificari

tehnologice pentru a se imbunatati precizia de executie.

5

b)

Fig.3.8 Cilindru de racire.

Dupa procesul de deformare plastica piesa are cateva imbunatatiri ca:

Grosime foarte preciasa a peretilor (fara conicitate da la capat la fundul piesei);

Diametru foarte precis pe toata lungimea piesei;

Variatii in grosimea peretelui: Se pot obtine piese cu un control strict al grosimii peretelui la

piese cu pereti subtiri indiferent de diametru. Spre deosebire de alte procedee de formare

(extrudare, forjare, ambutisare), in procesul de formare prin deformare plastica se poate

modifica grosimea peretelui piesei in orice moment pe intreaga lungime fara costuri aditionale.

In plus materialul este numai deplasat si nu indepartat, ceea ce permite utilizarea unei

cantitati mai mici de material in zonele unde nu este nevoie si mai mult in zonele intens

solicitate.

In Fig.3.10 este prezentata o carcasa din industria aerospatiala unde a fost schimbata

vechea tehnologie prin utilizarea deformarii plastice la rece (Fig.3.11 a si b).

Examplu:

Fig.3.10 Carcasa .

Utilizand deformarea plastica la rece s-au adus urmatoarele contributii;

6

Cerinte tehnologice:

Reducerea greutatii;

Reduceri multiple de grosimi ale peretelui

Tolerante stranse la interior, la rectilinitate si circularitate.

Conditii de indeplinit:

- Precizie la diametrul interior;

Grosime uniforma a peretilor si circularitatii;

 

- Proiectarea mai economica a piesei;

- Piesa este executata acum dintr-o singura bucata;

Cresterea proprietatilor mecanice: Datorita presiunii exercitate de role pe peretii piesei in

timpul prelucrarii, si a deformarii cu pana la 90%, proprietatile mecanice au crescut prin

fenomenul de ecruisare ce a aparut. Acest lucru produce o rafinare si o rearanjare a

granulatiei materialului piesei intr-o microstructura foarte uniforma in directie axiala.

Cu cat este mai mare gradul de reducere a grosimii peretelui piesei cu atat mai fina este

granulatia materialului obtinuta.

Procedeul ofera posibilitatea de a forma piese predurificate, eliminand astfel

dificultatile si costurile asociate prelucrarilor ulterioare ca: rectificarea sau honuirea.

Examplu:

In Fig.3.12 este prezentat un separator centrifugal la care trebuie sa i se imbunatateasca

tehnologia.

Fig.3.12 Separator centrifugal.

Folosind deformarea plastica la rece s-au adus urmatoarele contributii:

- eliminarea sudurii;

- profil mai precis;

- durificarea suprafetei si cresterea rezistentei la uzura;

- suprafata foarte fina la interior;

Constructii fara suduri: procedeul de deformare plastica la rece poate produce componente

fara sudura cu modificarea conturului si grosimii peretelui, ceea ce conduce la scaderea

7

Cerinte tehnologice:

Varietate a dimensiunilor;

Varietate a materialelor (T-316 SS, Iconel, Hasteloy);

Suprafata interioara foarte fina.

costului de fabricatie. Daca a fost o sudura inainte de prelucrare, aceasta nu se mai observa la

piesa finala.

O piesa fara sudura elimina probleme de structura ce apar ca: zone afectate de caldura,

deformari ale piesei, porozitati, cheltuieli de control dupa sudura.

Examplu:

In Fig.3.14 este aratat o componenta de la un motor de racheta care are urmatoarele

cerinte tehnologice:

Fig.3.14. Carcasa de motor de racheta.

Dupa deformarea plastica la rece s-au adus urmatoarele contributii;

Eliminarea sudurilor;

Corpul a fost obtinut prin prelucrari mecanice, usurand obtinerea grosimii peretilor si

diametrul specificat;

Calitatea suprafetei: forta de compresiune asupra piesei ce are in interior un madrin calit si

cu suprafata fina, duce la obtinerea unei calitati ridicate a suprafetei interioare a piesei

aproape identica cu a mandrinului, eliminand prelucrarile ulterioare de finisare la interior.

Suprafata exterioara a piesei are imprimate urme ale avansului rolelor care pot fi usor

eliminate daca se cere acest lucru.

Exemplu:

In Fig.3.16 este prezentat un cartus de filtru utilizat in industria farmaceutica. La acesata

piesa trebuie schimata tehnologia pentru a satisface urmatoarele cerinte:

Fig.3.16 cartus de filtru.

Exemple de utilizare a deformarii plastice la rece

8

Cerinta tehnologice:

Executat din otel;

Toate sudurile necesita raze X si inspectie

magnetica;

Testare hidraulica la 2300 psi;

Tolerante precise la ambele capete;

Foarte buna calitate a suprafetei;

Cresterea eficientei golirii recipientului.

Procedeul de deformare plastica la rece se utilizeaza in mod curent la prelucrarea

tevilor de arme, cu metoda directa obtinandu-se atat canalele interioare cat si suprafata

exterioara a tevii.

Se foloseste un mandrin special care imprima pe suprafata interioara a tevii canale

elicoidale sub actiunea rolelor (Fig.3.18). In timpul rularii materialul tevii se deplaseaza atat in

directie radiala cat si axiala. Deplasarea axiala lungeste teava, iar deplasarea radiala imprima

canalele interioare (ghinturile) pe peretii tevii.

a) b) c)

Fig.3.18 Procesul de refling: a) inceputul operatiei; b) in timpul procesului; c) sfarsitul operatiei.

Fig. 3.19 si 3.20 prezinta deplasarea materialului in lungime si formarea ghinturilor in

timpul procesului de prelucrare.

Fig.3.19 Deplasarea materialului Fig.3.20 Alungirea si formarea canalelor.

9

Fig. 3.21 Piesa obtinuta prin operatia de rifluire..

3.4 Computer controlled flow forming (CCFF)

Rotile din aluminiu au patruns din ce in ce mai mult in industria de automobile. Pentru a

creste productivitatea prelucrarii acestor roti s-a introdus procedeul Computer Controlled

Flow Forming (CCFF). Se utilizeaza o masina de rulat cu trei role care produce piese

cilindrice mari ca jenti, roti, carcase de motor, sau alte piese mici.

Obtinerea acestor piese in mod traditional prin turnare si apoi prelucrare prin aschiere

are cateva dezavantaje printre care aparitia porozitatilor pe suprafetele prelucrate.

Pentru a obtine cele mai rezistente si cele mai usoare roti se foloseste procedeul de

deformare plastica la rece. Dupa turnare, semifabricatele sunt prelucrate prin rulare, utilizand

o masina de rulat CNC cu trei role in timp ce piesa se roteste fixata intr-un mandrin.

Semifabricatul poate fi obtinut de asemenea prin forjare.

Cateva din dezavantajele obtinerii semifabricatelor prin turnare pentru roti mari cu diametru

peste 480 mm:

- metalul se raceste repede fara a putea umple toate spatiile;

- temperatura inalta conduce la eliminarea gazelor prin centru si o porozitate excesiva a

suprafetei care apare dupa prelucraea prin aschiere;

- utilizarea multiplelor canale de turnare ridica costul operatiei;

10

Este de asemena posibil sa se formeze

diferite profile pe exteriorul tevii

concomitent cu formarea canalelor interioere.

Metoda este mai avantajoasa decat

altele conventionale ca: brosarea canelurilor,

forjarea si prelucrarea electrochimica.

Fig.3.21 arata rezultatul final al

operatiei de rifluire.

In Fig.3.22 si 3.23 se arata etapele prin care trece semifabricatul pana la obtinerea piesei finale

pentru o janta de SUV si de camion.

Fig.3.22 Pasi in obtinerea unei roti de SUV prin procedeul CCFF.

Fig.3.23 Pasi in obtinerea unei jenti de autocamion.

Fazele obtinerii unei roti de automobil utilizand procedeul CCFF sunt:

1. turnarea semifabricatului;

2. prelucrarea preliminara prin aschiere;

3. preincalzirea;

4. prelucrarea prin CCFF;

5. tratament termic de revenire;

6. prelucrari finale prin aschiere (gauriri, tesiri, etc.).

11

Fig.3.24 Masina utilizata in procedeul CCFF.

Avantajele utilizarii procedeului CCFF fata de piesele turnate sunt aratate in tabelul

urmator.

Piese turnate Piese obtinute prin

CCFF

Efortul de intindere 244 Mpa +(15 – 20) %

Rezistenta la curgere 184 Mpa +(15 – 20) %

Elongatia 7 % +(40 – 60) %

De asemenea greutatea rotii obtinuta prin procedeul CCFF este mai mica cu pana la

20% fata de cea obtinuta prin turnare si apoi prelucrata mecanic prin aschiere.

Alte avantaje ale acestei metode de prelucrare:

- minimizarea rebuturilor cauzate de neetanseitati, prin cresterea densitatii

materialului prin rulare; importanta acestei proprietati creste cu cresterea marimii

rotii datorita cresterii presiunii;

- operatia CCFF este flexibila putindu-se adapta la diferite forme de

semifabricate (turnate sau forjate);

- costuri mai mici prin economie de material;

- mai putin material de incalzit la tratament termic si prelucrari prin aschiere;

Procesul se mai numeste si Computer Controlled Increments Forming (CCIF)..

Economia de material creste pe masura cresterii dimensiunilor rotii.

CCIF este un procedeu de prelucrare prin forjare a unui bloc de material de aluminiu

sau otel intre doua matrite inclinate, una superioara si una inferioara ce se rotesc supuse la o

valoare finita de presiune.

12

Semifabricatele turnate sunt usor de prelucrat cu

echipamentele existente.

Semifabricatele forjate utilizeaza masini CNC

(Fig.3.24) care prin mai multe treceri aduc semifabricatul la

forma finala a piesei cu un grad mare de precizie si

repetabilitate.

Rotile obtinute prin acest procedeu sunt cele mai rezistente si mai usoare care se gasesc

pe piata astazi.

Matrita superioara este inclinata la un unghi fix fata de matrita inferioara unde este

fixata piesa, si in acest mod aria de contact intre roata de prelucrat si matrita superioara este de

numai 5-20 % din aria de contact la presele conventionale. Cu alte cuvinte, o presa CCIF de

300 tone exercita aceeasi presiune asupra piesei de prelucrat ca si o presa hidraulica

conventionala de 4000 tone, reducand astfel forta necesara deformarii piesei cu pana la 95 %.

Procesul CCIF nu este limitat numai la prelucrarea rotilor. Se poate utiliza si la

prelucrarea oricarei piese cilindrice (inele, roti dintate, pistoane, etc.).

< Matrita superioara

< Piesa de prelucrat

< Matrita inferioara

a) b)

Fig.3.25 (a) Scule utilizate in procedeul CCIF; (b) presa de 300 tone.

De exemplu, roata de camion de 550 mm obtinuta prin procedeul CCIF este forjata pe

o presa conventionala de 8000 tone. Prin aceasta operatie se aliniaza structura granulara a

piesei, paralela cu suprafata matritei, rezultand o structura foarte densa, rezistenta, si foarte

usoara. La jentile de aluminiu se ajunge astfel la rebut zero datorat neetanseitatii materialului.

Avantaje ale procedeului CCIF:

- piese foarte mari se pot prelucra – pana la un diametru de 900 mm cu presa de 300 tone;

- echipament de marime mai mica utilizat – amprente mai mici ramase pe suprafata piesei

decat la prese conventionale;

- pret mai mic pentru executia fundatiei presei;

- economie de material la executia sculelor (pana la 80 %);

13

- timp de schimbare mai mic a sculelor;

- cost mai mic pentru intretinere;

- economie de energie.

In Fig.3.26 se prezinta si alte exemple de piese ce se pot produce prin procedeul CCIF.

Recipienti de airbag Container lichide

Capat de racord Cilindru de inalta presiune

Roata de curea Capat de rezervor.

Fig.3.26 Exemple de piese produse prin procedeul CCIF..

14

II. Gaurirea prin deformare plastica (Flowdrill)

In procesul de gaurire prin deformare plastica (denumit si Gaurire prin frecare –

Friction drilling), scula (Flowdrill - FD) vine in contact cu piesa la o presiune axiala relativ

ridicata si o viteza mare de rotatie (Fig.1). Caldura generata face materialul mai moale si

maleabil suficient pentru a fi format si perforat. Pe masura ce scula apasa pe material, o

parte din materialul dislocat formeaza un inel pe partea superioara a suprafetei piesei. Restul

materialului dislocat formeaza o bucsa pe partea inferioara a materialului piesei.

Toate aceste se intampla in cateva secunde. Inelul si bucsa ce au rezultat pot fi de pana

de 3 ori grosimea initiala a peretelui piesei.

Diametrul bucsei este precis determinat de partea cilindrica a sculei utilizata.

Diametrul gaurii rezultate poate varia intre 1,8 - 32 mm, iar grosimea peretelui piesei

poate ajunge pana la 12 mm.

Fazele procesului Flowdrill

Contactul initial: Presiunea axiala relativ mare combinata cu o viteza de rotatie mare

genereaza caldura intre scula si piesa. Temperatura sculei ajunge rapid la 650-7000 C, iar

temperatura piesei la 6000 C. Sunt necesare forte axiale mari pana cand varful sculei

penetreaza materialul piesei.

a) b) c) d) e) f)

Fig. 1 Fazele procesului Flowdrill.

Curgerea materialului: Materialul dislocat se deplaseaza initial catre scula; cand varful sculei

patrunde in piesa (Fig.1 a, b, c, d), materialul curge in directia in care materialul se plastifiaza (se

15

înmoaie), forta axiala se reduce si creste avansul. Marimea finala si forma gaurii bucsii

formate sunt determinate de diametrul si forma conului sculei. Materialul care s-a deplasat

inapoi spre scula poate forma un inel exterior sau poate fi retezat de pe suprafata piesei.

Gaura realizata poate fi apoi filetata (Fig.1, e, f) folosing o scula de filetare prin

deformare plastica ( Flowtap).

Procesul nu influenteaza structura interna a materialului piesei. Bucsa ce se formeaza

este mult mai rezistenta si poate fi utilizata ca un lagar, sau cand este filetata poate creste mult

rezistenta la tendinta de scoatere a piesei filetate.

Avantajele procesului Flowdrill sunt:

- reducerea timpului de prelucrare;

- scaderea greutatii piesei prin utilizarea pieselor cu pereti mai subtiri;

- cresterea rezistentei filetului si a rezistentei la uzura la infiletari multiple;

- elimina adaosurile, niturile, clemele sudate, si alte asemena piese folosite in mod

uzual la cresterea rezistentei legaturilor intre piese subtiri sudate;

- utilizarea numai a unui material indeparteaza riscul coroziunii electrochimice;

- capacitate mare de incarcare a bucsii rezultate.

Procedeul Flowdrilling se utilizeaza la aproape toate piesele cu pereti subtiri incluzand

otel, otel inoxidabil, aluminiu, cupru, alama, bronz, materiale magnetice, aliaje speciale, cu

exceptia cositorului si zincului.

Tipuri de scule Flowdrill

Geometria sculei: portiunea de lucru consta intr-un capat ascutit, o portiune conica si

una cilindrica. Atat partea conica si partea cilindrica sunt de forma poligonala cu patru fete.

Aceasta froma speciala joaca un rol esential in procesul de executie a gaurii. Scula Flowdrill

este executata din carbura de wolfram care este foarte rezistenta. Faţetele partii conice si

cilindrice produc frecarea cu suprafata piesei in timp ce se rotesc cu mare viteza si produc

incalzirea locala a materialului. Partea cilindrica a sculei determina diametrul gaurii realizate.

Fig.2 Scule Flowdrill .

16

Coada

Guler

Muchie taietoare

Parte cilindrica

Parte conica

Varf

Standard Flowdrill

Fig.3 Standard Flowdrill.

Scula standard Flowdrill

executa o gaura cu un inel in jurul ei.

Acest inel este format cu matrialul

care a fost dislocat pe partea exterioara

a piesei. Pot fi in versiune scurta sau

lunga. (Fig.3).

Flat Flowdrill

Fig.4 Flat Fowdrill.

Flat Flowdrill (Fig.4) curata inelul format

in jurul gaurii lasand suprafata curata atunci cand

se cere acest lucru. Pot fi de asemenea in versiune

scurta sau lunga.

In Fig. 5 este prezentata o gaura pentru M8 in doua versiuni: cu inel si fara inel

a) b)

Fig.5 a) gaura cu inel; b) gaura fara inel (cu suprafata plata).

17

Rem Flowdrill (cu caneluri la varf)

Fig.6 Rem Flowdrill.

Sculele Rem Flowdrill au pe partea conica

doua caneluri (Fig.6). Acest tip de scula se

foloseste la materiale cu acoperiri de vopsea, otel

galvanizat, in functie de grosimea stratului depus.

Forta axiala este mai mica, permitand sa se

foloseasca masini de gaurit portabile, sau cand

piesa are o suprafata suport mica si are tendinta de

incovoiere, datorita rigiditatii insuficiente.

Scule speciale

Fig.7 Super long

Flowdrill.

Super Long Flowdrill (Fig.7) este utilizat cand grosimea

materialului sau alte circumstante solicita o geometrie mai lunga a

sculei. Partea cilindrica este mai lunga pentru a obtine o gaura cilindrica

pe toata lungimea bucsei formate in urma operatiei. Materialul care s-a

format ca un inel pe exterior este rulat ca o bordura de catre flansa

sculei.

18

Fig.8 Super scurt Flowdrill. Super Scurt Flowdrill Fig.8) este utilizat cand grosimea

materialului sau tolerante speciale (la tevi) cer o suprafata

cilindrica scurta. Scula are o parte cilindrica paralela cu axa mai

scurta. Se produce o bucsa pe partea interioara care este conica si

asigura o mare rezistenta cand este filetata

La varful sculei pot fi executate diverse racordari. Partea superioara a suprafetei

cilindrice poate fi modificata pentru a controla forma inelului rezultat sau pentru a crea o

tesire conica.

De asemenea pot fi facute sculele Flat Flowdrill cu diverse unghiuri. Cel standard este

de 50 fata de planul orizontal. Acest unghi poate fi marit pentru a crea un samfren in jurul

gaurii.

Fara varf Cu varf ascutit

Cu varf rotunjit Fara flansa

19

Cu parte cilindrica lunga Fara parte cilindrica

Fig.9 Scule speciale.

Parametri de proces

Turatia (n)

Unul din cele mai importanta elemente in procesul Flowdrill este turatia sculei, care trebuie sa

fie mai mare decat la operatia de gaurire conventionala. Turatia este influentata de diametrul

gaurii, grosimea peretelui, si tipul de material al piesei (Fig.10).

Otelurile inoxidabile groase si otelurile inalt aliate necesita turatii mai mici ceea ce

duce la o durabilitate mai mica a sculei. Materialele neferoase necesita turatii mari: cu cat este

mai moale materialul piesei cu atat creste turatia sculei.

In mod uzual turatia sculei este cuprinsa intre 1000 si 3500 rpm. Puterea motorului de

actionare a sculei este ciuprinsa intre 1,5 si 3,5 KW.

20

Fig.10 Viteza de rotatie a sculei in functie de diametrul gaurii.

Avansul si puterea

Avansul este marimea cu care scula avanseaza in interiorul materialului piesei. Pot fi aplicate

avansuri manuale, mecanice sau variabile in functie de capabilitatea masinii. In general

marimea avansului sculei se afla din tabele in functie de mai multi factori (Fig.11).

Diametrul sculei [mm]

Fig.11Puterea masinii de gaurit in functie de diametrul sculei.

21

Forta axiala (Fax)

Fig. 12 Forta axiala.

Forta axiala este forta exercitata pe materialul piesei pe

masura ce scula avanseaza (Fig.12). Piesele subtiri pot sa se

indoaie sau sa se turteasca la o presiune mare. In acest caz

trebuie prevazut un suport adecvat care sa previna

deformatiile piesei. O mica gaura initiala (gaura pilot) sau o

scula cu caneluri poate fi folosita pentru a reduce forta

axiala.

Forta axiala este proportionala cu diametrul gaurii.

Pe masura ce temperatura creste, forta axiala scade si

avansul creste.

Diametrul sculei [mm]

Fig.13 Forta axiala Fax in functie de diametrul sculei.

22

Grosimea materialului piesei:

Grosimea maxima de material (hmax) ce poate fi prelucrat este proportionala cu

diametrul sculei. Diametrul minim urmeaza in general urmatoarea regula: hmin ≈ 0,2 x d pana

la 2 mm (unde d este diametrul sculei).

Durabilitatea sculei scade cu cresterea rezistentei materialului piesei.

In Fig.14 se arata grosimea maxima de material care poate fi gaurita cu scule standard

Fig.14 Grosimea

maxima hmax a

materialului ce

poate fi gaurita in

functie

de

diametrul sculei.

23

h [mm]

Diametrul sculei [mm]

Scule scurte pentru bucsi coniceScule lungi pentru bucsi cilindrice

Scurt pentru bucsa conicaScurt plat pentru bucsa conicaLung pentru bucsa cilidricaLung pentru bucsa conicaLung plat pentru bucsa conica

Fig.15 Masina de gaurit cu cap revolver.

Procedeul Flowdrilling poate fi executat

pe masini normale de gaurit, pe masini de

gaurit cu cap revolver (Fig.15), pe masini de

frezat, sau pe strunguri

In Fig.16 se prezinta echipamentul care este necesar pentru efectuarea operatiei de gaurire prin

deformare plastica.

Fig.16 Echipament folosit la operatia Flowdrill: 1- Flowdrill; 2 – bucsa elestica; 3 – disc de racire; 4 - portscula.

Bucsi extensibile

24

1

2

3

4

Fig.17 Bucsi extensibile.

In Fig. 17 se prezinta mai multe bucsi elastice

care servesc la prinderea sculei utilizate in

procedeul Flowdrill ce asigura o buna centrare

si o fixare sigura in timpul prelucrarii.

Set de chei

Fig.18 Set de chei.

Un set de chei (Fig.18) sunt necesare

pentru asigurarea strangerii sculei in suportul

sau.

Portscula

Portscula are o coada conica (Con Morse) pentru masinile conventionale, sau o coada

cilindrica (pentru masinile CNC), pentru prinderea ei in arborele principal al masinii unelte

utilizate. Are in structura ei si un corp de racire din aluminiu care contribue la dispersia caldurii

rezultate in timpul prelucrarii (Fig.19).

25

a) b)

Fig.19 Montarea sculei: a) asezarea in arborele masinii unelte folosite; b) strangerea sculei in suport.

Marimea avansului este determinata de presiunea sculei pe suprafata piesei. La inceput

presiunea este mare pentru a crea caldura in urma frecarii, si pe masura ce materialul se inmoaie

permite sculei sa avanseze, rata avansului creste cu gardientul de caldura si pe masura ce varful

sculei patrunde in material.

Avansul sculei poate fi realizat manual sau mecanic, iar valoarea optima se stabileste in

functie de materialul piesei, diametrul sculei, grosimea peretelui, si se stabileste de cele mai

multe ori prin teste. Scopul este sa se mentina o culoare incandescenta la rosu inchis a

materialului in timpul prelucrarii.

Ungerea in timpul procesului Flowdrill

Pentru a optimiza calitatea si precizia gaurii obtinute este necesar sa se aplice un lubrefiant

inainte de a incepe perforarea. Se poate aplica manual sau cu un sistem de pulverizare automat

(Fig.20).

Fig.20 Ungerea aplicata manual sau automat la procedeul Flowdrill.

Utilizarea pastei de lubrefiant asigura urmatoarele avantaje:

- Creste durabilitatea sculei;

- Imbunatateste calitatea suprafetei bucsei formate;

- Asigura o suprafata curata si bine determinata a marginilor gaurii.

26

Gaurirea initiala (gaura pilot)

Fig.21 Flowdrill cu gaurire initiala.

Gaurirea initiala se utilizeaza pentru a reduce

forta axiala sau lungimea totala a bucsii formate

in partea inferioara a peretelui piesei (Fig.21).

Este recomandata mai ales la materiale cu

pereti mai subtiri de 1,5 mm, conducand si la

obtinerea unei suprafete mai fine a partii inferioare

a bucsii formate.

Flowtapping (Filetarea prin deformare plastica – fara aschii)

Filetarea prin deformare plastica este asemanatoare celei clasice, cu deosebirea ca nu se

produc aschii si temperatura de lucru este mai mica. Diametrul gaurii realizate prin Flowdrill

determina forma finala a filetului, adancimea si rezistenta lui.

Prin gaurirea initiala prin flowdrill se obtine o lungime filetata mai mare de 2-3 ori, lucru

foarte util la piese cu pereti subtiri.

Fig.22 Scula de filetat prin deformare plastica Flowtap.

Procedeul Flowtapl asigura

toletante stranse la material cu pereti

subtiri (Fig.22).

27

con de atac

coada patratagât

portiune cilindricacoada

Fig.23 Tehnologia Flowtapping inlocuieste sudura.

In Fig.24 se arata ce se poate inlocui cu tehnologia Flowtaping.

Fig.24 Exemple ale inlocuirii asamblarilor cu piulite prin tehnologia Flowtapping.

Filetele obtinute prin tehnologia Flowtapping sunt mai rezistente comparate cu cele

obtinute prin aschiere. Se elimina taierea garnulatiei materialului, iar comprimarea

materialului conduce la cresterea rezistentei la scoaterea pieselor filetate si a momentului de

torsiune.

Flowtapping inlocuieste taierea materialului prin formarea la rece a filetului fara aschii.

Materialul piesei este deplasat si nu inlaturat in timpul realizarii filetului rezultand un filet cu

suprafata mai fina si mai rezistent.

Utilizarea lubrefinatului pentru Flowtap (filetare prin deformare plastica) are urmatoarele

beneficii:

- reduce efortul de torsiune la filetare;

- imbunatateste calitatea filetului;

- de neinlocuit la filetarea otelurilor inalt aliate.

28

Piulite inserateSurub nituit Piulita sudata Piulita nit

Filetare traditionala (prin aschiere) Structura

materialului este rupta.

Flowtapping (filetare prin formare la rece).

Structura materialului ramane intacta.

Fig.20 Flowtapping vs. Filetare traditionala.

Avantaje:

- procedeu fara aschii –mediu curat;

- viteza de formare a filetului mai mare decat la metoda clasica;

- se creeaza o suprafata mai buna;

- creste durabilitatea sculei deoarece este mai robusta;

- potrivita pentru masinile clasice de filetat;

- se poate utiliza la toate materialele care au gauri obtinute prin Flowdrill.

Tabelul 1. Exemplu de prelucrare a unei piulite M8 (otel de grosime 2 mm).

  Piulita presata (min:sec)

Piulita sudata (min:sec)

Piulita nit(min:sec)

 Flow Drill & Flow tap (min:sec)

Timp reglare 28:13 17:12 12:47 6:49Timp de baza 2:03 2:35 2:26 1:49Timp de prelucrare 30:15 19:47 15:13 8:38

Table 2 . Economie de timp in productia de serie prin aplicarea tehnologiei Flowtapping

Marimea lotului Piulita presatat Piulita sudata  Piulita nitt

 Timp economisit (h:min:sec)

 Timp economisit (h:min:sec)

Timp economisit (h:min:sec)

 1  00:21:37 00:11:08  00:06:35 10  00:23:40  00:17:58 00:12:08 100  00:44:11 00:26:11 01:07:46

 1,000  04:09:23  12:48:23 10:23:58  10,000 38:21:23 126:30:23 103:05:00

Economia minima de timp (%) 12% 41% 34%

Exemple de piese supuse operatiei de gaurire Flowdrill

29

Exemplul 1.

In Fig.21 se prezinta doua tevi sudate, una din ele cu pereti dubli, care au fost supuse operatiei de

gaurire Flowdrill.

Piesa A – este din otel inoxidabil cu diametrul exterior de Ø 50,8 mm, grosimea peretelui de 1,5

mm, cu o gaura executata prin procedeul Flowdrill de diametru Ø 17,2 mm, cu gaura de

pilotare de Ø 4 mm, utilizand o turatie a sculei de 450 rot/min.

Piesa B – cu pereti dubli din otel inoxidabil, teava din interior are diametrul exterior de Ø 42

mm, grosimea peretelui de 1 mm, teava din exterior are diametrul exterior de Ø 45 mm,

grosimea peretelui de 1 mm, cu o gaura produsa prin Flowdrill de diametru Ø 17,2 mm cu gaura

de pilotare de diametru Ø 4 mm, cu turatia de 3000 rot/min, avans de 450 mm/min, filetata

prin procedeul Flowtap la M18 x 1,5. Cealalta gaura din piesa b are aceleasi dimensiuni dar

obtinuta cu avans manual si fara gaura de pilotare.

a) b)

Fig.21 a) Piesa A; b) Piesa B.

Examinare metalografica: Toate cele 3 gauri au fost sectionate diametral cu un disc abraziv in

porezenta unui jet de apa rec pentru a nu influenta structura piesei. A fost apoi pregatita prin

rectificare si polizare indepartand 1 μm din material.

a) b) c)

Fig.22 Sectiuni in: a) pieasa A; b) si c) in piesa B.

Dupa polizare sectiunile au fost decapate electrolitic pentru 30 secunde intr-o solutie de 10 %

HCl in metanol la 6 volti curent continuu pentru a pentru a scoate in evidenta microstructura

care va fi examinata la microscopul otic.

30

In Fig.23 se arata microstructura materialului de baza al piesei la distanta de zona afectata de

gaurirea prin Flowdrill.

.

Fig.23 Structura materialului de baza la distanta de zona afectata de prelucrare.

In Fig.24 se arata structura materialuluii piesei in zona peretelui gaurii, unde se poate observa

zona ecruisata cu garanulatie mai fina, deci mai rezistenta. Temperatura in zona peretilor gaurii

a fost de aprox. 8000 C, sub limita de transformare critica, neafectand metalurgical materialul de

baza.

Fig.24 Structura materialului in zona gaurii obtinuta prin Flowdrill

In Fig.25 se prezinta diagrama duritatii Vickers in zona celor 3 gauri executate prin Flowdrill.

Se poate observa ca in zona apropiata de peretii gaurilor duritatea este mai mare (datorita

ecruisarii) si scade pe masura ce ne indepartam de peretii gaurilor.

31

Distanta fata de peretele gaurilor

Fig.25 Duritatea Vickers in zona celor 3 gauri executate prin Flowdrill..

Exemplul II

In Fig.26 se prezinta piese a caror gauri au fost executate prin procedeul Flowdrill. Materialul

pieselor a fost otel inoxidabil cu 18 % crom si 8 % nichel.

Fig.26 Exemple de piese supuse procedeului de gaurire Flowdrill.

Dimensiunile pieselor sunt:

A) Placa -100 x 50 x 2 mm grosime;

B) Placa -100 x 53 x 3 mm grosime;

C) Caseta mica – 40 x 40 x 80 mm, 1 mm grosime;

D) Caseta mare – 50 x 50 x 133 mm 2 mm, grosime;

Diametrul gaurilor a fost de 10 mm, iar lungimea rezultata a gaurilor a fost de aprox. 5 mm.

32

Duritatea Vickers

Examinare metalografica: Piesa a fost sectionata diametral cu un disc abraziv in prezenta unui

jet de apa rece, polizata si pregatita pentru examinare metalografica (Fig.27).

Fig.27 Piesa sectionata diametral pe gauri.

Asa cum se observa, materialul din imediata apropiere a gaurii are o structura mai fina in

urma ecruisarii la rece si deci este mai rezistent, iar pe masura ce ne indepartam de zona gaurii

materialul de baza ramane neafectat (Fig.27).

Fig.27 Microstructura materialului piesei in jurul gaurilor executate prin Flowdrill.

In Fig.28 se prezinta diagrama duritatii Vickers a materialulului din zona gaurii executata prin

Flowdrill la o incarcare de sarcina de 500 g.

33

Distanta fata de peretele gaurii [mm]

Fig.28 Duritatea Vickers in zona peretelui gaurii executate prin Flowdrill

Materialul de baza fiind otel austenitic inoxidabil care nu se pot durifica prin tratament

termic. Acest otel nu sufera transformari de faza datorate temperaturii rezultate in timpul

prelucrarii si deci nu se genereaza o structura casanta. Prin procesul de Flowdrilling,

materialul piesei din zona de prelucrare se durifica prin ecruisare pana la o adancime de 3

mm in jurul gaurii.

Pentru a evita precipitarea carburii de crom la limita granulelor materialului si a se evita

scaderea rezistentei la coroziune, se recomanda se se efectueze dupa gaurire o operatie de

recoacere de normalizare care va stabiliza carbura de crom in interiorul materialului solid

unde este inofensiv.

Aplicatii ale procedeului de gaurire Flowdrilling

Procedeul de gaurire Flowdrill are multiple aplicatii in industria de autovehicule, aparatura

elctrocasnica, echipamente medicale, etc. Se recomanda aplicarea acestui procedeu acolo unde

grosimea materialelor pieselor este mica si nu ofera suport suficient pentru filetare, sau in

constructia de lagare si mecanisme de directie evitand sudurile sau nituirile.

Operatia se poate executa pe masini de gaurit standard, NC, CNC, cu puteri de 1,5-3,5 KW, si

turatii de 1000-3500 rot/min.

34

Duritate Vickers

Bucsi de lagar

Pentru a produce o suprafata stabila de lagaruire, procedeul Flowdrill creeaza doua portiuni

opuse cu latimi mai mari de sprijin, crescand capacitatea portanta (Fig.29). Este recomandata o

operatie de alezare ulterioara pentru asigurarea coaxialitatii celor doua alezaje.

Fig.29 Bucsi de lagar.

Conexiuni intre conducte

Prin operatia de Flowdrilling se inlocuiesc piesele obtinute prin turnare la costuri mari pentru

realizarea legaturilor intre conducte. Se efectueaza o gaura prin Flowdrill si apoi se lipesc cu

alama (brazare) cele doua conducte asigurand stabilitate si ghidare a legaturii (Fig.30 si 31).

Fig.30 Legaturi intre conducte prin gaurire Flowdrill urmate de brazare.

35

yhnynny

36

Sistemul de evacuare a gazelor

Conducte de alimentare cu combustibil

Industria de automobile

37

Mecanisme de directie

Sasiu

Rezervoare

Racorduri

Rezervor de apa Extinctoare

Scari si balustrade

38

Suporti din metal

39

Carucioare

40