Prelucrarea prin deformari plastice

Download Prelucrarea prin deformari plastice

Post on 30-Jun-2015

514 views

Category:

Documents

5 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

Grupul

colar Industrial Cavnic

Proiect pentru atestat

PRELUCRAREA METALELOR I ALIAJELOR PRIN DEFORMARE PLASTIC 1.NO IUNI GENERALE La baza prelucr rii prin deformare plastica a metalelor i aliajelor st proprietatea de plasticitate, care define te capacitatea acestora de a c p ta deforma ii permanente sub ac iunea unor for e exterioare. La prelucrarea prin deformare plastic , modificarea formei unui semifabricat se face prin redistribuirea volumelor sale elementare sub ac iunea for elor exterioare, prin urmare, exceptnd unele pierderi inevitabile, datorit imperfec iunii utilajelor, prelucrarea are loc f r ndep rtare de material. Prelucrarea prin deformare plastic prezint o serie de avantaje : ob inerea unor propriet i mecanice mai bune, datorit unei structuri mai omogene i mai bune; consum minim de material ; asigur o productivitate foarte ridicat ; conduce la ob inerea unei game foarte largi de piese, cu configura ii simple pn la cele mai complexe , cu nu num r minim de opera ii ; asigur ob inerea unei precizii ridicate (mai ales la rece) cu o manoper redus etc. Datorit avantajelor sale, prelucrarea prin deformare plastic de ine, ponderea cea mai mare n industria constructoare de ma ini (peste 60% din piesele componente ale ma inilor, utilajelor i instala iilor). Procedeul prezint i o serie de dezavantaje legate de : investi iile mari determinate de necesitatea unor for e mari de deformare, complexitatea utilajelor, costul ridicat al sculelor etc.

2.LEGILE PRELUCR RII PRIN DEFORMARE PLASTIC Comportarea metalelor i aliajelor n timpul deform rii plastice respect anumite legi stabilite pe cale teoretic i experimental . Cunoa terea lor este absolut necesar pentru stabilirea unor m suri

practice care s conduc la realizarea piesei dorite n condi iile unui pre de cost sc zut i a unei productivit i mari.

1

Grupul

colar Industrial Cavnic

Proiect pentru atestat

P

h0

h

Corp deformat Fig. 1 Schema explicativ a legii volumului constant Fig. 2 Schema explicativ a legii rezisten ei minime

Legea volumului constant. F cnd abstrac ie de uncie pierderi de material prin ardere i prin ndesarea materialului cu goluri interioare, se poate considera c volumul se p streaz constant n timpul deform rii. Semifabricatul ini ial I, de volum V0= a0 b0 h0, sub ac iunea for ei P, cap t forma II (fig. 1)de volum V =a b h, respectndu-se egalitatea a0 b0 h0=abh=constant.

Legea coexisten ei deforma iilor elastice i a celor plastice n timpul deform rii. Deformarea plastic , de m rime Ip, este nso it ntotdeauna de o deformare elastic , de m rime Ie astfel nct deforma ia total It este It=Ie +Ip Dup nl turarea cauzei care a provocat deformarea, deforma ia-elastic dispare. Legea prezint importan practic mai ales n cazul prelucr rii prin deformare la rece, unde ponderea deforma iilor

elastice este mare, permi nd proiectarea i executarea sculelor n a a fel nct piesa s rezulte cu configura ia geometric prescris . 2

Grupul

colar Industrial Cavnic

Proiect pentru atestat

Legea minimei rezisten e const n aceea c deplasarea punctelor corpului deformat situate pe suprafa a perpendicular pe direc ia for elor exterioare, are loc dup distan a cea mai mic la perimetrul sec iunii, ntre diferitele posibilit i de deplasare ale punctelor Mt (fig.2), se alege aceea pe care rezisten a ntmpinat este minim . Legea prezint o importan a practica deosebita, deoarece permite s se prevad ce form va c p ta un semifabricat supus unei anumite solicit ri.

Legea apari iei i echilibr rii tensiunilor interne, n timpul deform rii, datorit ac iunii sculelor, nc lzirii neuniforme a materialului, neomogenit ii propriet ilor fizico-chimice i mecanice, frnarii mi c rii disloca iilor etc., apar tensiuni interne care se opun deform rii i care tind s se echilibreze reciproc. Aceste tensiuni, r mase n pies , se adaug tensiunilor din timpul func ion rii acestora, putnd dep i rezisten a la rupere i scoaterea lor din func iune. De aceea, pentru evitarea apari iei acestor tensiuni se iau m suri n vederea diminu rii cauzelor care le-au produs (reducerea frec rii, alegerea corect a formei semifabricatului, nc lzire uniform etc.).

Legea similitudinii. Pentru acelea i condi ii de deformare, Ia dou corpuri geometrice asemenea, cu acelea i faze structurale, aceea i compozi ie chimic i acelea i caracteristici mecanice, presiunile

specifice de deformare p i p1 sunt egale ntre ele, raportul for elor de deformare F/F1 este egal cu p tratul raportului m rimilor liniare l i l1, iar raportul lucrului mecanic necesar schimb rii formei L/L1 este egal cu cubul raportului m rimilor liniare ale corpului deformat : p=p1; F/F1=(l/l1)2;L/L1=(l/l1)3.

3

Grupul

colar Industrial Cavnic

Proiect pentru atestat

3. INFLUEN A PRELUCR RII PRIN DEFORMARE PLASTICA ASUPRA PROPRIET STRUCTURII METALULUI SUPUS DEFORM RII

ILOR

I

Prelucrarea prin deformare modific nu numai forma semifabricatului ini ial, ci afecteaz n mod substan ial propriet ile i structura lui. Principalele fenomene care nso esc prelucrarea prin deformare plastic sunt : ecruisarea, recristalizarea, apari ia structurii fibroase, modificarea propriet ilor mecanice etc. A. Ecruisarea const n cre terea rezisten ei la rupere rm i a durit ii HB, concomitent cu sc derea rezilien ei KCU, a alungirii relative At i a gtuirii (propriet i ce determin

plasticitatea). Influen a deform rii la rece asupra propriet ilor mecanice enumerate mai sus, Ia un o el cu con inut mic de carbon, se vede n figura 3. De asemenea, apar modific ri n structur , n sensul c gr un ii se lungesc i respectiv se turtesc pe anumite direc ii (fig. 4, b), iar unele propriet i fizice (conductibilitatea electric i termic

propriet ile magnetice) i chimice (rezisten a la coroziune) se schimb . O importan deosebit o are influen a ecruisarii asupra plasticit ii metalului, pentru c la un anumit grad de deformare, plasticitatea scade n mod substan ial, nct prelucrarea n continuare prin deformare plastic nu mai este posibil , din cauza pericolului apari iei cr p turilor. Restabilirea plasticit ii metalului se poate face prin tratamentul termic de recoacere de recristalizare.

4

Grupul

colar Industrial Cavnic

Proiect pentru atestat

36 32 At, n % i KCU n da cm2 28 24 20 16 12 8 4

80 70 60 50 40 30 20 10 Rm n N mm2 60 80

20

40

100

Gradul de deformare, n % Fig. 3 - Influen a deform rii la rece asupra propriet ilor materialului prelucrat prin deformare. Unde am folosit nota iile: KCU HB Rm At

5

Grupul

colar Industrial Cavnic

Proiect pentru atestat

a

b

Fig. 4 - modificarea structurii interne a materialului supus deform rii Din punct de vedere practic, cunoa terea fenomenului de ecruisare ajut la dirijarea procesului de deformare i permite l rgirea gamei de utiliz ri a metalelor. Astfel, f r apari ia ecruis rii nu ar fi posibile unele opera ii ca ambutisarea i tragerea. n acela i timp , ecruisarea poate fi folosit pentru m rirea anumitor propiet i mecanice ale unor metale i aliaje, cum sunt: aluminiul i aliajele sale , cuprul, unele alame i bronzuri, unele o eluri inoxidabile (tabelul 1).

Fig. 5-Apari ia structurii fibroase TABELUL 1. Influen a ecruis rii asupra propriet ilor mecanice ale unor metale i aliaje Rezisten a la Materialul Cupru Aluminiu Alam Recopt Ecruisat Recopt Ecruisat Recopt Ecruisat Starea rupere, rm [daN/mm2] 20 44 8 18 27 38 6 Alungirea At[%] 45 6 42 5 50 15 Duritatea [HB] 38 105 20 47 80 140

Grupul

colar Industrial Cavnic

Proiect pentru atestat

O el moale O el inoxidabil cu 18% Cr ; 8% Ni

Recopt Ecruisat Recopt Ecruisat

42 84 61 182

31 6 8 5

130 250 200 650

B.Recristalizarea. La prelucrarea prin deformare plastic la cald, odat cu procesul de deformare are loc i procesul de recristalizare, care ncepe de la o anumit temperatur . n cazul metalelor pure, dup Bocivar, recristalizarea are loc la o temperatur Trecristalizare 0,4Ttopire [0K]. n metalul deformat apar centuri de recristalizare, n jurul c rora cresc gr un i noi, n locul celor deforma i, iar metalul cap t o structur cu gr u i echiaxiali. Deoarece recristalizarea decurge n timp, structura final a metalului va fi influen at nu numai de temperatur , ci i de viteza de deformare. C. Apari ia structurii fibroase, n urma prelucr rii prin deformarea plastic la cald se constat c materialul cap t o macrostructur fibroas , orientarea fibrelor fiind n direc ia de curgere, n timpul deform rii plastice gr un ii cristalini ini iali (fig. 5, a) se deformeaz , lungindu-se (fig. 5, b) n direc ia de curgere. Incluziunile ne metalice existente n structur vor suferi deform ri i deplas ri asem n toare. Recristalizarea conduce la apari ia unor noi gr un i cristalini, f r s afecteze redistribuirea incluziunilor ne metalice, care r mn deformate i orientate, mp r ind metalul n fibre {fig. 5, c). D. Modificarea propriet ilor mecanice. Prelucrarea prin deformare are o influen asupra urm toarelor caracteristici : rezilien a, gtuirea, rezisten a la oboseal mare i stabil

i lungirea relativ . Din

cauza existen ei structurii fibroase, aceste propriet i sunt mai bune n direc ia longitudinal dect n direc ia transversal . Practic, cunoa terea acestor modific ri ale propriet ilor mecanice este foarte important n proiectarea pieselor i a procesului tehnologic de execu ie. Este bine ca direc ia eforturilor de ntindere i compresiune care apar n timpul func ion rii piesei s coincid cu direc ia fibrelor, iar direc ia eforturilor de forfecare s fie perpendicular pe direc ia 7

Grupul

colar Industrial Cavnic

Proiect pentru atestat

fibrelor. De exemplu, un urub ob inut prin a chiere are o macro-structur nesatisf c toare, eforturile de forfecare din capul urubului fiind orientate de-a lungul fibrelor (fig. 6, a). Acest dezavantaj se nl tur dac acela i urub este ob inut prin forjare cu refularea capului (fig. 6, b), permi nd m rirea rezisten ei de cca 10 ori, datorit orient rii favorabile a fibrelor cu execu ia unui arbore cotit (fig. 7), a unei supape, ro i din ate etc.

a. Prin a chiere

b. Prin deformare plastic

Fig.6 Direc ia fibrelor n cazul prelucr rii unui urub

a. Prin a chiere

b. Prin deformare plastic

Fig.7 Direc ia fibrelor n cazul prelucr rii unui arbore cotit

4. CLASIFICAREA PROCEDEELOR DE PRELUCRARE PRIN DEFORMARE PLASTIC Procedeele de prelucrare prin deformare plastic se pot clasifica dup mai multe criterii : dup temperatura la care are loc deformarea : la rece, cnd deformarea este nso it de ecruisare f r recristalizare i la cald, cnd recristalizarea se produce complet, f r urme de ecruisare;

8

Grupul

colar Industrial Cavnic

Proiect pentru atestat

Fig. 8. Clasificarea procedeelor de prelucrare prin deformare plastica dup viteza de deformare : ca viteze mici de deformare (pentru vd10 m/s); dup natura opera iei de deformare : de degro are ; de prefinisare i de finisare. Dup particularit ile tehnologice se pot clasifica conform schemei din figura 8.

5. NC LZIREA MATERIALELOR METALICE N VEDEREA PRELUCR RII PRIN DEFORMARE PLASTICA nc lzirea metalelor n vederea prelucr rii prin deformare plastic are o mare importan , deoarece calitatea produselor realizate depinde n foarte mare m sur de alegerea unui regim corect de nc lzire, nc lzirea are drept scop reducerea for ei de deformare, prin m rirea plasticit ii i sc derea existen ei la curgere, reducerea duratei de deformare, reducerea gabaritului i greut ii utilajului folosit, ob inerea unei structuri care s asigure o deformare u oar etc. O nc lzire uniform a semifabricatului i alegerea temperaturii optime de deformare asigur pierderi minime prin oxidare, ardere i decarburare, evit apari ia fisurilor i a tensiunilor termice interne etc. Principalii parametri ai regimului de nc lzire sunt : temperatura de nc lzire, viteza de nc lzire i 9

Grupul

colar Industrial Cavnic

Proiect pentru atestat

durata nc lzirii. a) Temperatura de nc lzire. Se alege n func ie de natura i compozi ia chimic a materialului nc lzit (tabelul 2). Dup cum se vede n acest tabel i n figura 9, deformarea se poate realiza ntr-un interval de temperaturi delimitat n partea superioar de temperatura de nceput de deformare Td, iar n partea inferioar de temperatura de sfr it de deformare Tsd , care practic este ceva mai mare dect temperatura de recristalizare TR . Ridicarea temperaturii de nc lzire este limitat de fenomenul de supranc lzire, care d o structur grosolan topire (fig. 10), pentru a evita supranc lzirea i arderea. Zona de topire TTzona de ardere zona de supra nc lzire

i n special arderea metalului. La

o el, temperatura de nceput de deformare trebuie s fie cu cca 200C mai joas dect cea de

Td Tsd TR Zona de deformare

Fig.9 Alegerea zonei de nc lzire n vederea prelucr rii prin deformare plastic t0 C 15280

11450

9100

10

Grupul

colar Industrial Cavnic

Proiect pentru atestat

7210

0,8

1,7

%C

Fig.10 Alegerea zonei de nc lzire n vederea deform rii unui o el

Tabelul 2. Alegerea domeniului de nc lzire i de deformare n func ie de compozi ia chimic . Temperatura 1000 1100 1200 1300 1400 200 300 400 500 600 700 800 11 900 [0C] Materialul Aluminiul Aliaje de Al Aliaje de Mg Cupru Alam O el cu % C mic O el cu % C mediu O el cu % C mare O el cu Mn O el cu Ni O el cu Cr-Ni O el inoxidabil

Grupul

colar Industrial Cavnic

Proiect pentru atestat

Nichel Aliaj monel Titan

b) Viteza de nc lzire. Depinde de o serie de factori: tipul instala iei de nc lzire folosite, propriet ile fizice ale materialului, starea natural nainte de nc lzire, temperatura din spa iul de lucru al cuptorului, ac iunea chimic reciproc ntre mediul de nc lzire i material etc. Din punct de vedere economic este de dorit ca viteza de nc lzire s fie ct mai mare, ns ea este limitat de pericolul apari iei cr p turilor ca urmare a dilat rii diferite a straturilor de material situate pe direc ia transmiterii c ldurii. c) Durata nc lzirii. Este un parametru care depinde direct de cei doi enumera i mai sus. n principal ns , durata nc lzirii depinde de forma i dimensiunile semi-fabrcatelor, de modul de a ezare a acestora pe vatra cuptorului i de tipul instala iei de nc lzire. Pentru toate metodele de nc lzire se recomand o prenc lzire lent timp de 2/3 din durata nc lzirii i o nc lzire rapid pn la atingerea temperaturii de nceput de deformare, n practic , pentru determinarea rapid a duratei nc lzirii t, n cuptoarele cu vatr , se utilizeaz o rela ie empiric de forma t= K1K2d n care: [h],

K1 = 10...20, n func ie de masa semifabricatului; K2= 1. . .4, n func ie de modul de a ezare pe vatra cuptorului; d dimensiunea principal a semifabricatului, n m. 12

Grupul

colar Industrial Cavnic

Proiect pentru atestat

nc lzirea se realizeaz n cuptoare de nc lzire cu flac r (cu combustibil lichid, solid sau gazos) i n cuptoare electrice (cu rezisten e, prin induc ie, cu rezisten prin contact).

6. OPERA II DE PRELUCRARE A MET...