162

9. PRELUCRĂRI PRIN DEFORMARE VOLUMIC Ă

LA RECE 9.1. Caracterizare generală Prelucrarea prin deformare la rece în volum s-a dezvoltat foarte mult în ultima vreme oferind numeroase avantaje din punct de vedere al preciziei şi calităţii suprafeţelor, rivalizând cu multe din procedeele clasice de finisare. În funcţie de gradul de neuniformitate a stării de tensiune, operaţiile de presare volumică la rece se clasifică astfel :

1. operaţii la care plasticitatea metalului nu se măreşte datorită deformaţiei transversale nelimitate (lăţirea, refularea);

2. operaţii care măresc întrucâtva plasticitatea metalului, datorită deformaţiilor transversale mici (presare în matriţe deschise, calibrarea);

3. operaţii care măresc considerabil plasticitatea metalului, ca urmare a absenţei deformaţiilor transversale (stamparea, presarea în matriţe închise, extrudarea). Principalele operaţii de deformare volumică la rece prin care se pot realiza

piese sunt: lăţirea, refularea, deformarea la rece în matriţă, stamparea, extrudarea, punctarea, etc.

9.2. Lăţirea Lăţirea este una dintre cele mai simple şi mai răspândite operaţii de presare

volumică la rece. Este un procedeu de deformare volumică prin care un semifabricat simplu, este lăţit prin presare între două plăci plane de obicei pe seama micşorării înălţimii semifabricatului.

Lăţirea mai este cunoscută în practica şi sub numele de turtire. În funcţie de forma pieselor, operaţia de lăţire se poate executa cu una din

următoarele tipuri de matriţe : 1. matriţa cu plăci active plane, fig.9.1a ; 2. matriţa cu o placă activă plană şi una înclinată,fig.9.1b ; 3. matriţa cu placă activă înclinată, fig.9.1c.

163

Fig.9.1. Scheme de lăţire

Deformarea materialului prin presare volumică la rece prin lăţire este

limitată de gradul maxim de deformare admis de material, ε:

1 2 1 2

1 1

100[%] sau 100[%]H H A A

H Aε ε− −= ⋅ = ⋅ (9.1)

H1, este înălţimea iniţială a materialului piesei; H2, este înălţimea finală a materialului piesei; A1 este aria semifabricatului de lăţire, secţiune perpendiculară pe direcţia

de lăţire; A2, aria piesei după lăţire, perpendiculară pe direcţia de lăţire. În funcţie de material, gradul de deformare ε, variază între 60…90%. Înălţimea relativă limită maximă a semifabricatelor cilindrice, care se

supun operaţiilor de lăţire, este :

1 13H D= Operaţiei de lăţire sunt supuse în general materialele care au o plasticitate

ridicată. În cazul în care pentru obţinerea pieselor prin lăţire sunt necesare grade de

deformare a materialului mai mari decât cel admisibil, piesele se vor obţine din mai multe operaţii, iar între acestea vor alterna operaţii de recoacere.

Când plăcile active ale matriţei de lăţire, sunt plane, forţa necesară de presare se calculează cu relaţia:

2

4 nP D qπ= ⋅ ⋅ (9.2)

în care: q este presiunea necesară, ale cărei valori sunt date tabelar în literatura de

specialitate, funcţie de materialului supus deformării. Operaţiile de lăţire se aplică, în special, la confecţionarea pieselor de formă în trepte, de tipul roţilor dinţate, al roţilor de clichet etc.

164

9.3. Refularea Refularea este o operaţie de prelucrare prin deformare în volum în vederea îngroşării locale a unui semifabricat. Astfel, prin refulare la rece, din materiale relativ plastice se realizează capete de şuruburi, nituri supape şi alte piese cu secţiunea plină sau chiar tubulară. Pentru obţinerea şuruburilor prin refulare la rece, se utilizează maşini automate care au frecvenţa 250-300 şuruburi pe minut. Partea supusă refulării la rece, se calculează din egalitatea volumelor piesei refulate cu cea a piesei nerefulate, fig. 9.2.

2 22 1

222

1

4 4h H

H h

πφ πφ

φφ

=

= (9.4)

Fig.9.2. Modul de obţinere a dimensiunilor unei piese refulate

Numărul operaţiilor necesare realizării unei piese refulate la rece este determinat de gradul maşinii de deformare admis de material sau de forma părţii refulate în raport cu partea nerefulată. Gradul admisibil de deformare a materialului la operaţiile de refulare la rece, pentru OLC 10 este 60…70%. Dacă se face capul unui şurub hexagonal sau al unei supape de automobil, fig.9.3, materialul trebuie să parcurgă mai multe faze succesive.

Fig.9.3. Modul de obţinere a unei supape şi a unui şurub

Pentru confecţionarea pieselor prin refulare la rece se recomandă utilizarea oţelurilor puţin ecruisabile şi cu un conţinut mic de siliciu (maxim 0,03%).

φφ

165

Forţa necesară la refulare se determină cu aceeaşi relaţie ca şi în cazul lăţirii. 9.4. Deformarea la rece în matriţe Deformarea la rece în matriţe este o operaţie bazată pe redistribuirea şi curgerea acestuia în cavitatea profilată a plăcilor active de matriţă prin care semifabricatele, plane sau cilindrice, sunt transformate în piese complexe. Prin acest procedeu se obţin piese de dimensiuni mici şi mijlocii din materiale plastice pentru aparate de precizie, produse electrotehnice, pentru motoare de autovehicule, etc.

Această deformare volumică la rece se realizează în matriţe deschise la care surplusul de material al semifabricatului iese afară sub formă de bavuri, sau în matriţe închise, la care întreg materialul se transmite piesei, fig.9.4. Precizia de prelucrare a pieselor în matriţe deschise corespunde claselor 6…7 de precizie, iar precizia de prelucrare a pieselor în matriţe închise depinde de toleranţă la grosimea semifabricatelor.

Fig.9.4. Deformarea la rece în matriţe

Gradul admisibil de deformare al materialului la operaţiile de presare la rece în matriţe închise este mai mare decât în cazul presării volumice în matriţe deschise. Înainte de presare semifabricatele se ung cu un lubrifiant corespunzător. Forţa necesară, la presarea volumică în matriţe, se determină cu relaţia: F Aq= (9.5) unde : A este aria secţiunii transversale maxime a piesei de prelucrat proiectată în plan perpendicular pe direcţia de deplasare a sculelor matriţei ; q este presiunea necesară la presare.

166

Valoarea presiunii necesare este funcţie de plasticitatea materialului semifabricatelor şi de tipul matriţei de presare. Matriţele de presare volumică la rece, în special cele închise, se construiesc suficient de rigide, astfel ca deformaţiile elastice ale sculelor acestora să fie minime. Matriţele deschise de presare volumică se construiesc cu coloane de ghidare, iar cele închise fără coloane de ghidare, deoarece sculele acestora ghidează precis una în cealaltă. 9.6. Extrudarea Extrudarea este un procedeu de deformare prin care materialul supus deformării curge liber la presare prin jocul dintre poanson şi placa activă în afara cavităţii acesteia, sau prin orificiul plăcii active prin care, din semifabricate plane sau cave cu grosime mare se obţin piese cave cu pereţi subţiri sau piese cu secţiune transversală mică. Prin acest procedeu se pot realiza piese cu pereţi foarte subţiri. Piesele obţinute prin acest procedeu sunt asemănătoare cu cele ambutisate, însă gradul de deformare la extrudare este cu mult mai mare. Materialele care se pot extruda în condiţii bune sunt : aluminiul, duraluminiul, aliaje de aluminiu şi magneziu, alama, zincul, cuprul şi o parte din aliajele lor, oţelul cu conţinut scăzut de carbon, oţelul slab aliat. Extrudarea se utilizează pentru realizarea pieselor de revoluţie, goale sau pline, cu suprafaţa interioară sau exterioară netedă sau în trepte, cu pereţi dubli, etc, fig.9.6. Multe dintre piesele cave cu înălţime relativă mare, care în prezent se execută prin extrudare, se prelucrau înainte prin ambutisare din 6…8 operaţii. În raport cu ambutisarea, în condiţiile unei producţii de masă, prelucrarea prin extrudare la rece are o productivitate de 5…10 ori mai mare, iar costul dispozitivelor aferente se reduce de 3….4 ori.

Fig.9.6. Piese realizate prin extrudare Precizia de prelucrare a pieselor obţinute prin extrudare la rece este de ordinul sutimilor de mm.

167

În practică se întâlnesc trei procedee de extrudare la rece : 1. extrudarea directă, fig.9.7a, la care curgerea materialului are loc în sensul

curbei active a poansonului; 2. extrudarea inversă, fig.9.7b, la care curgerea materialului are loc în sens

invers sensului de deplasare a poansonului la cursa activă; 3. extrudarea combinată, fig.9.7c, la care curgerea materialului se poate face

în ambele sensuri. Dimensiunile semifabricatelor pentru extrudarea la rece se determină din

condiţia egalităţii volumelor materialelor semifabricatului şi piesei finite.

b c

Fig.9.7. Extrudarea directă, inversă şi combinată

Gradul de deformare la extrudarea la rece se determină cu relaţia:

100[%]ig

gε = (9.7)

168

în care : gi este grosimea pieselor obţinute; g este grosimea semifabricatelor.

Gradul de deformare este ε, are valori cuprinse intre 75…96%. Forţa de extrudare la rece se determină cu relaţia: P = Aq (9.8) unde : A este aria secţiunii transversale a poansonului aflată în contact cu materialul semifabricatului ; q este presiunea necesară pentru deformarea materialului. Valoarea presiunii q depinde de următorii factori: plasticitatea materialului, gradul de deformare al materialului şi de geometria părţilor active ale sculelor matriţei de extrudare. Matriţele utilizate la extrudare la rece sunt în general prevăzute cu sistem de ghidare cu bucşe şi coloane de ghidare. 9.7. Calibrarea Operaţia de calibrare se execută în scopul obţinerii unor dimensiuni şi forme geometrice, sau numai a unor dimensiuni precise, şi a unor suprafeţe netede ale pieselor obţinute prin presare la cald sau printr-un alt procedeu de prelucrare mecanică. Prin calibrare se pot prelucra atât suprafeţe exterioare cât şi suprafeţe interioare ale pieselor. Precizia dimensională de prelucrare a pieselor prin calibrare la rece este de ±0,05…0,02mm, iar calitatea suprafeţei este Ra = 0,8 …1,6. Calibrarea la rece exterioară este de două feluri :

- calibrarea plană, când se urmăreşte prelucrarea anumitor suprafeţe ale piesei, fig.9.8 a ;

- calibrarea spaţială prin care se realizează presarea completă a piesei în matriţă, cu extrudarea materialului excedentar sub formă de bavuri, fig.9.8 b.

Fig.9.8. Calibrarea plană şi spaţială

169

Precizia dimensională şi calitatea suprafeţei pieselor calibrate depind de următorii factori:

- valoarea şi uniformitatea adaosului de material pentru calibrare; - precizia de execuţie a matriţei şi calitatea suprafeţei elementelor active ale

acesteia ; - precizia de reglare a matriţei pe presă ; - starea presei.

Forţa necesară pentru calibrare se calculează cu relaţia: F = Aq (9.9)

în care : A este aria secţiunii transversale a piesei măsurate în plan perpendicular pe direcţia de deplasare a sculelor matriţă ; q este presiunea necesară la calibrare. Valorile presiunii necesare la calibrare este funcţie de materialul piesei care se calibrează şi are valori cuprinse între 100…350 daN/mm2. Piesele care se supun operaţiei de calibrare se vor curăţa de oxizi în prealabil, prin decapare, tobare sau sablare.