Procese Tehnologice Din Industria Constructiilor de Masini

PROCESE TEHNOLOGICE DIN INDUSTRIA CONSTRUCIILOR DE MAINI

Construcia de maini este ramura industrial care se ocup cu proiectarea, prelucrarea i asamblarea pieselor n vederea fabricrii mainilor, utilajelor i agregatelor de orice fel. n concertul industrial al unei ri dezvoltate ea are un loc important, deinnd aproape 40% din producie. Procesele tehnologice din industria construciilor de maini sunt procese discontinue, care se desfoar pe o mare varietate de maini i utilaje comandate manual, automat sau de calculator. Volumul de producie este foarte divers, de la producie individual pn la producia de mas. Produsele finite au forme foarte variate putnd avea masa de la cteva grame pn la zeci de tone. Fenomenele care au loc n timpul transformrii semifabricatului n produs finit sunt, cu precdere, mecanice nsoite de cele termice. Procesele tehnologice din aceast ramur industrial se preteaz foarte bine la automatizare i robotizare.

4.1 Tratamentele termice ale oelurilor 4.1.1 Generaliti Tratamentele termice sunt procese de prelucrare termic a metalelor i aliajelor aplicate cu scopul modificrii structurii i proprietilor mecanice, tehnologice i chimice. Factorii principali ai unui tratament termic sunt

timpul i temperatura. Orice tratament termic se efectueaz n trei faze: nclzire ntr-un anumit timp, la temperatura stabilit, meninere la acea temperatur un timp determinat i rcire pn la temperatura ambiant,T T T1 T3 T2 t1 t2 a t3 t b t

Fig. 4.1 Cicluri de tratamente termice a simplu; b complex.

Tratamentele termice sunt, dup numrul nclzirilor i rcirilor ntre momentul iniial i cel final, simple, cnd exist o nclzire i o rcire i complexe, cnd sunt mai multe nclziri i rciri la aceeai temperatur sau temperaturi diferite, cu menineri diferite la aceste temperaturi (fig. 4.1). Temperaturile de nclzire i rcire intermediare se stabilesc din diagrame de echilibru termic sau folosind relaii empirice care in seama de influena elementelor de aliere asupra punctelor de transformare. Durata unui tratament termic este: (4.1) t = tnc(1) + tmen(2) + trc(3) = 0,1 KD unde: K este coeficient ce ine seama de forma piesei, mediul de nclzire i uniformitatea nclzirii, avnd valori ntre (0,5 20) D dimensiunea principal a piesei (diametru sau grosime) mm Tratamentele termice se aplic numai aliajelor care prezint transformri n stare solid: oeluri, fonte, aliaje de Cu, Al etc. Strile structurale (fazele) ale unui metal sau aliaj depind de starea energetic a sistemului considerat, care la rndul su depinde de valoarea rezervei de energie liber a sistemului. Transformrile structurale se produc n sensul existenei unei energii libere minime, la o temperatur dat. Dac ntr-un sistem n stare solid, sunt posibile dou stri structurale i ,

stabile n intervale de temperatur diferite, energiile loc libere variaz conform figurii 4.2.E E E Fig. 4.2 Variaia energiei libere a fazelor

La temperatura To cele dou faze coexist timp nedefinit. Orice modificare a temperaturii nclin echilibru spre una din cele dou faze: la o temperatur mai mic dect To este stabil faza , iar la o temperatur mai mare dect To este stabil faza . Trecerea de la o faz stabil la o temperatur joas, la alta stabil la temperatur nalt, este posibil prin mrirea temperaturii, cnd atomii primesc un surplus de energie, numit energie de activare, ce permite acestora migrarea n interiorul masei metalice, pentru un alt aranjament structural. Tratamentele termice sunt: tratamente termice propriu-zise, cnd se realizeaz numai sub aciunea temperaturii; tratamente termochimice, cnd temperaturii i se asociaz i un element chimic ce difuzeaz n materialul supus tratamentului. 4.1.2 Tratamentele termice propriu-zise Tratamentele termice propriu-zise ale oelurilor sunt recoacerea, clirea i revenirea. Recoacerea este tratamentul termic prin care se urmrete aducerea oelului ntr-o stare de echilibru fizico-chimic sau structural i eliminarea tensiunilor interne. Prin recoacere se elimin defecte structurale provocate de prelucrri anterioare i se creeaz condiii favorabile desfurrii

prelucrrilor ulterioare. Funcie de temperatura la care se efectueaz recoacerea este - incomplet, cnd temperatura de nclzire este 7230C+ (2030)0C sau sub 7230C, urmat de rcire lent cu (2040)0C/h; - complet, cnd temperatura de nclzire este n domeniul transformrii structurale totale pentru toate oelurile. Recoacerea incomplet modific gradul de dispersie al constituenilor i micoreaz starea tensional. Recoacerea complet urmrete realizarea unui echilibru fizicochimic i structural complet. Ea se aplic pieselor prelucrate prin deformare plastic i are drept scop finisarea granulaiei, micorarea duritii, reducerea strii de tensiune i mrirea prelucrabilitii prin achiere. Structura care se obine la temperatura de meninere depinde de tipul recoacerii. Dup scop, recoacerea poate fi: recoacere de detensionare, ce este o recoacere incomplet, aplicat oelurilor pentru eliminarea tensiunilor interne cauzate de ocuri termice (nclziri i rciri alternate brusc). Piesele supuse recoacerii de detensionare se nclzesc la temperatura de (600 680)0C, la care se menin cteva ore, funcie de grosimea piesei, rcindu-se, apoi, lent. Acest procedeu de recoacere se aplic pieselor turnate, clite, deformate plastic, dar cu precdere pieselor sudate. recoacere de recristalizare ce este o recoacere complet, aplicat pieselor din oel cu coninut redus de carbon obinute prin deformare plastic la rece, cu scopul micorrii duritii i mririi plasticitii la prelucrrile plastice ulterioare (laminare, trefilare, forjare). recoacere de omogenizare, ce este o recoacere complet, aplicat lingourilor cu scopul omogenizrii chimice a oelului. Temperatura de nclzire este n domeniul transformrii structurale totale, iar n cazul oelului aliat (1.0501.250)0C. Meninerea la aceast temperatur se face timp ndelungat, (10 15)ore. De aceea, este un tratament costisitor, necesitnd utilaje speciale. El se aplic numai n cazuri speciale, de exemplu lingourilor din oeluri aliate cu Cr, Mn i Mo. recoacere de regenerare (obinerea de gruni fini). Se aplic n cazul

oelurilor turnate sau supranclzite care au o structur grosolan. Pentru oelurile cu mai puin de 0,8%C este o recoacere complet, iar pentru cele cu mai mult de 0,8%C o recoacere incomplet. recoacere de nmuiere (globulizare), aplicat oelului pentru mrirea prelucrabilitii prin achiere. Prin acest tratament, formaiunile lamelare din structur se transform n formaiuni globulare. Recoacerea de nmuiere poate fi subcritic, executat la o temperatur mai mic dect punctul 7230C, incomplet, i prin pendulare, cnd se fac mai multe nclziri i rciri succesive n jurul punctului de 7230C. recoacere izoterm, aplicat att pentru oeluri cu mai puin de 0,8%C cnd este o recoacere complet, ct i pentru oelurile cu mai mult de 0,8%C cnd este incomplet. Piesele se menin la temperatura de nclzire un timp dat, dup care se rcesc rapid sub 7230C, unde se menin pn la transformarea integral a constituenilor, urmat de rcire. Se aplic pentru loturi mici de piese de dimensiuni medii, pentru care se realizeaz economie de timp i energie. normalizare, ce este o recoacere complet, aplicat oelurilor cu mai puin de 0,8%C care au fost deformate plastic i au structura n benzi. Oelurile se nclzesc n domeniul transformrii structurale totale, apoi se rcesc n aer linitit. Cnd piesele au forme complexe se rcesc n curent forat de aer pn la 6000C, dup care rcirea continu n cuptor. Normalizarea se folosete ca tratament termic primar pentru oeluri de scule, oeluri slab aliate, oeluri carbon cu coninut mic de carbon. Clirea este un tratament ce const n nclzirea oelurilor la o temperatur ridicat, meninerea un timp determinat la aceast temperatur i rcirea rapid. Ea se aplic n scopul mririi duritii i rezistenei mecanice. Parametrii clirii sunt: temperatura de nclzire, ce depinde de felul oelurilor: pentru cele cu mai puin de 0,8%C este n domeniul transformrii structurale totale, pentru oelurile cu mai mult de 0,8%C este 7230C + (20 40)0C, iar pentru cele aliate (1.200 1.250)0C, deoarece punctul de transformare structural s-a ridicat, datorit elementelor de aliere (Cr, Mo, V, W); viteza de nclzire, ce se alege astfel nct s se evite nclzirile brute, deoarece ele pot genera tensiuni interne. De asemenea, trebuie evitate

nclzirile lente, ntruct cresc consumul de energie i apare pericolul decarburrii i oxidrii superficiale. durata de meninere, ce depinde de grosimea pieselor, se stabilete astfel nct s se asigure o nclzire uniform; viteza de rcire, dependent de structura urmrit, este asigurat de mediul de rcire, care poate fi apa i soluiile apoase, uleiuri minerale, alcalii sau sruri topite, metale sau aliaje topite (Pb, Sn, Pb-Sn-Cd, Bi-Sn-Cd, aluminiu) gaze. Rcirea unor oeluri i superaliaje cu Ni sau Ti se realizeaz n medii neutre (Ar, He) n recipieni vidai. Un mediu de clire bun asigur o rcire rapid n intervalul (400 650)0C i una relativ lent ntre (200 400)0C, pentru ca tensiunilor interne structurale s nu li se adauge tensiunile interne generate de rcirea rapid. Apa este mediul cel mai utilizat asigurnd o vitez de rcire rapid n ambele intervale de temperatur. Viteza mare din al doilea interval este un neajuns, mai ales pentru oelurile aliate care se rcesc n ulei, unde viteza de rcire este mai mic de 3-4 ori dect n ap. Clirea se aplic oelurilor cu coninut de carbon mai mare de 0,35%. Celelalte nu sunt clibile, deoarece procentul de carbon nu permite obinerea unei cantiti suficiente de constituent de clire. Clirea poate fi: clire obinuit, aplicat oelurilor cu mai puin de 0,8%C. Oelul este nclzit peste 7230C i rcit ntr-un singur mediu de rcire (ap sau ulei) care, pentru mrirea vitezei, se agit puternic. Este simpl, se poate uor automatiza i conduce la creterea duritii oelurilor. clirea ntrerupt, sau n dou medii, aplicat sculelor din oel carbon i const n nclzirea pieselor la o temperatur n jur de 7230C + (2040)0C urmat de rcire, la nceput, ntr-un mediu cu vitez mare (apa) iar apoi ntr-un al doilea mediu cu vitez mai mic (ulei). Prin acest tratament se asigur duritate mare i se evit tensiunile interne. Dificultatea procedeului const n stabilirea momentului ntreruperii rcirii n primul mediu; clire n trepte, aplicat sculelor din oel carbon i slab aliat. Dup nclzire la o temperatur egal cu cea de la procedeul precedent, piesele se rcesc n ulei sau sruri topite, aflate la o temperatur mai mare dect punctul superior de transformare al constituentului de clire.

La temperatura de nclzire, ele se menin (5 15) min., dup care se rcesc n aer linitit sau ventilat. n urma acestui procedeu se evit tensiunile interne ale materialului. clire izoterm, ce asigur materialelor duritate mare (50 HRC), tenacitate ridicat i structura dorit, prin reglarea temperaturii mediului de rcire. Ea const n rcirea materialului, dup nclzire, la temperatura prescris, ntr-un mediu format din sruri i baze topite (NaNO3, KNO3, NaOH, KOH) aflat la o temperatur de (250 400)0C unde se menine timp ndelungat pentru transformri structurale. Procedeul este economic, deoarece structura obinut este final. clire sub 00, aplicat oelurilor pentru care punctul de apariie a constituentului de clire este sub 00 (oel cu C > 0,6%, oeluri aliate). Mediul de rcire este refrigerent (-70 -190)0C zpad carbonic + azot lichid, aer lichid, azot lichid. Clirea sub 00 se recomand pentru durificarea oelurilor speciale de construcii carburate i clite (duritatea se mrete cu (2 13) HRC) mrirea stabilitii dimensionale a calibrelor executate din oeluri speciale, oel carbon de scule i nalt aliate de scule (rapide). Oelurile carbon i slab aliate se introduc n mediul refrigerent dup (23) h de la clire. clire superficial prin inducie (CIF). Se folosete atunci cnd se urmrete obinerea unor piese cu suprafa dur i rezistent la uzur, dar cu miez moale. Ea are la baz fenomenul de inducie magnetic. Efectul Joule ce apare sub aciunea curentului indus, determin nclzirea peste punctele critice de transformare ntr-un timp foarte scurt. Piesa se introduce ntr-un inductor (solenoid) format dintr-o eav de cupru, rcit la interior, prin care circul un curent electric alternativ de nalt frecven (2 100) kHz. Cmpul magnetic ce apare genereaz cureni indui foarte inteni la suprafaa pieselor i slabi n profunzime, deoarece adncimea de ptrundere a lor n material este invers proporional cu frecvena curentului electric. Ei determin o puternic nclzirea superficial a pieselor, care apoi sunt rcite brusc n ap. Acest procedeu se preteaz la automatizare. Revenirea este un tratament secundar ce urmrete obinerea unor structuri stabile, ndeprtarea tensiunilor interne, micorarea duritii

i fragilitii excesive i creterea proprietilor de plasticitate (alungirea, reziliena). nclzirea oelului se face sub 7230C, urmat de rcire lent sau rapid. n funcie de temperatura de nclzire, revenirea este: joas (150 250)0C medie (250 550)0C i nalt (550 700)0 C. Revenirea joas se aplic pieselor ce necesit duritate i rezisten la uzur i oboseal mari. Temperatura de nclzire este sub cea de transformare a constituentului de clire i nu au loc transformri structurale. Scopul ei este ndeprtarea tensiunilor interne. Se supun revenirii joase oelurile carbon, oelurile slab aliate, piesele carburate i clite sau clite superficial. Tratamentul se desfoar n bi de ulei, de sruri, iar rcirea se face lent. Revenirea medie se aplic pieselor care trebuie s aib o tenacitate mai bun, fr a reduce prea mult duritatea i elasticitatea oelului. Revenirea nalt se aplic oelurilor de construcie pentru mrirea tenacitii. Prin acest tratament se nltur duritatea i fragilitatea excesive ale oelurilor aliate. Clirea urmat de revenirea nalt se numete mbuntire i se aplic pieselor ce necesit plasticitate i rezilien ridicate, asociate cu rezisten mecanic i duritate mari. La oelurile aliate cu Mn, Cr, Cr-Mn, Mn-Si, Cr-Si, se constat, n cazul meninerii timp ndelungat la temperatura de (500550)0C i rcirea lent, o fragilitate numit fragilitate de revenire. Indicatorul tehnico-economic calculat la tratamentele termice este consumul specific de combustibil. 4.1.3 Tratamentele termochimice ale oelurilor Tratamentele termochimice se deosebesc de cele propriu-zise prin faptul c, pe lng modificrile structurale, au loc i modificri ale compoziiei chimice superficiale, datorit difuziei unui element chimic n stratul superificial. Ele se aplic pieselor care trebuie s aib rezisten la uzur i coroziune mare, dar miezul moale (roi dinate, arbori de transmisie, osii, aibe, role etc.). Pentru a se putea produce fenomenul de difuzie, elementul difuzant trebuie s fie n concentraie mare, s se dizolve n metalul de baz i s existe o temperatur ridicat care s asigure atomilor

difuzani o energie suficient de mare. Adncimea stratului pe care se produce difuzia este proporional cu rdcina ptrat din durata procesului. Dintre aceste tratamente amintim: carburarea, nitrurarea, cianizarea, metalizare, sulfocianizarea. Carburarea const n mbogirea stratului superficial cu carbon. Se aplic oelurilor cu C < 0, 25% i a celor aliate cu Ni i Cr - Ni. Ea se poate face n mediu solid i gazos. Carburarea n mediu solid. Piesele de carburat se mpacheteaz n cutii metalice de carburare, mpreun cu mediul carburizator (amestec de mangal i carbonai Na2CO3, BaCO3) i se introduc n cuptor, unde se nclzesc la (900 930)0C un timp determinat de adncimea de carburare (8 10 ore pentru un milimetru). n urma reaciilor care au loc n cuptor n prezena oxigenului, se pune n libertate carbon activ, care difuzeaz n stratul superficial durificndu-l. Dezavantajele procedeului sunt: cost ridicat al utilajului, timp ndelungat i conducere greoaie a procesului. Carburarea n mediu gazos folosete drept mediu carburizator gazul C + 2H 2 . Carbonul este activ i metan, care se descompune CH 4 are vitez de difuzie mare. Avantajele procedeului sunt: timp redus (4 5 ore/mm adncime), nu necesit cutii pentru carburare i reglare precis a procesului. Mai nou, drept gaz carburizator se folosete endogazul n amestec cu hidrocarburi, care asigur vitez de difuzie mare i reglare precis a coninutului de carbon. Dup carburare, piesele se supun tratamentului de clire i revenire joas, pentru a modifica structura i compoziia straturilor superficiale carburate grosolan. Nitrurarea reprezint mbogirea stratului superficial cu azot. Se supun acestui tratament oelurile i fontele, cnd se urmrete creterea duritii stratului superficial (1.100 1.200)HV, a rezistenei la uzur, oboseal i coroziune. Se aplic dup clire i revenire nalt, prin introducerea pieselor prelucrate la cote, n atmosfer de amoniac aflat la (500 550)0 C, unde se menin (40 50) h/ (0,2 0,4) mm adncime.

Amoniacul disociaz n hidrogen i azot activ. Azotul activ difuzeaz n stratul superficial formnd nitruri. Se nitrureaz oelurile mbuntite aliate cu Al, Ti, Cr, Mo, V, elemente ce formeaz nitruri stabile la temperatura ambiant. Un procedeu nou este nitrurarea ionic ce const n absorbia ionilor de azot n material i fixarea lor interstiial, formnd soluii solide i compui chimici. Suprafaa piesei este bombardat cu ioni de+ azot ( N + , N + , NH 3 ) . Ea se produce numai n prezena unei descrcri 2

luminoase, n atmosfer de azot i hidrogen.

Cianizarea reprezint difuzarea n stratul superficial a atomilor de Ci N i a grupului CN-. Se poate realiza n mediu lichid i gazos. Mediul lichid este format din cianuri topite (NaCN, KCN, K4F(CN)6) n amestec cu sruri neutre (NaCl, BaCl2, Na2CO3). La temperaturi nalte cianurile disociaz i grupul CN- difuzeaz n materialul piesei. Cianizarea n medii lichide poate fi fcut la temperaturi joase (550 650)0C folosit pentru scule achietoare i la temperaturi ridicate (800 950)0C cnd se urmrete mrirea duritii. Dup cianizarea la temperaturi ridicate, piesele sunt supuse clirii i revenirii joase. Cianizarea n mediu gazos se numete i

carbonitrurare. Mediul este un amestec gazos de CH4, NH3 i endogaz.Temperatura de nclzire este (800 850)0C, iar durata de meninere depinde de grosime. Duritatea este mai mare dect n cazul carburrii.

Sulfocianizarea reprezint un tratament nou ce const n difuzarea nstratul superficial a C, S i N i duce la creterea rezistenei la uzur. Se efectueaz n sruri topite la (560 580)0C (NaCN, KCN, NaCNS, KCNS) i se aplic n special segmenilor pentru pistoane, cmilor de cilindru i pentru poansoanelor de calibrare din oel rapid.

Metalizarea prin difuzie const n difuzarea n stratul superficial a diverselor metale Cr, Al, Si, B, W, Ti, Mo, Be, pentru creterea duritii superficiale, refractaritii i rezistenei la coroziune. Tratamentul poart numele elementului difuzant. 4.1.4 Tratamentele termice i termodinamice neconvenionaleDin aceast categorie fac parte tratamentele termomecanice, termomagnetice i cele n vid. Tratamentele termomecanice combin deformarea plastic cu tratamentele termice i reprezint totalitatea operaiilor de deformare plastic, nclzire i rcire realizate in diferite succesiuni. Ele sunt tratamente termomecanice de temperatur nalt, cnd temperatura de nclzire este mai mare dect cea de recristalizare, i tratamente termomecanice de temperatura joas, cnd temperatura de nclzire este mai mic dect cea de recristalizare. Tratamentele termomecanice de temperatur nalt se bazeaz pe deformarea plastic la cald urmat de rcire. Ele pot fi aplicate oricrei mrci de oel folosind orice fel de deformare plastic. Parametrii tehnologici ai acestor tratamente sunt fora de deformare, numrul de treceri, gradul de deformare al unei treceri, cuprins ntre 25%40%, temperatura de nclzire i deformare, durata de meninere postdeformaional la temperatura de nclzire i viteza de rcire. Aceste tratamente determin creterea limitei de proporionalitate, a rezistenei la traciune, a plasticitii i tenacitii. Tratamentele termomecanice de temperatur joas se aplic oelurilor ai cror constitueni au stabilitate mare ntre (500 600)C i se folosesc pentru produse simple cum sunt organele de maini, roi dinate, boluri, fire extrudate din construciile aeronavelor, autovehiculelor i aerospaialelor, pentru scule folosite la deformarea plastic la rece etc. Tratamente termomagnetice folosesc ca surs de nclzire curenii de nalt frecven. Ele se aplic pieselor care trebuie s aib miezul moale i suprafaa exterioar dur. Tratamente termice n vid se aplic produselor executate din materiale metalice foarte reactive, cum sunt oelurile aliate cu Mo, W, Ta,

Te pentru a le proteja mpotriva aciunii agresive a mediilor de nclzire uzuale i a celor protectoare. Aceste piese nu mai sufer prelucrri ulterioare. n vid se desfoar tratamentele: recoacerea de detensionare, de recristalizare i de nmuiere, clirea, revenirea i carburarea i degazarea. Recoacerea n vid se aplic oelurilor aliate folosite la construciilor aeronautice, aerospaiale i electronice, oelurilor moi aliate cu siliciu folosite la calculatoare i maini de imprimat, a pieselor magnetice, oelurilor carbon i slab aliate folosite la armarea sticlei acoperite galvanic. Temperatura este mai mare de 800C, iar presiunea de (103 104) torr. Clirea i revenirea n vid se aplic oelurilor medii i nalt aliate, oelurilor matrielor pentru deformarea plastic la rece i la cald pentru turnarea sub presiune a sculelor achietoare etc. Temperatura de nclzire depete 100C, presiunea este de (101-102) torr, timpul de meninere la temperatur de nclzire (410) min. Rcirea pieselor se face n gaz inert sau ulei. Carburarea n vid folosete ca mediu carburizator metan, propan sau gaze naturale cu coninut mare de metan i se desfoar cu viteze mai mari dect la presiuni normale, deoarece vidul favorizeaz procesul difuziei. Degazarea n vid elimin gazele dizolvate n materiale cum sunt hidrogenul, oxigenul i azotul la temperaturi mai joase de 700C i presiunea de 104 torr. Prin acest tratament cresc rezistena la oboseal i ductibilitatea i se mbuntete sudabilitatea. n seciile de tratamente termice, mai ales pentru acoperiri galvanice, se folosesc roboi industriali pentru preluarea, deplasarea i depunerea pieselor aezate pe un suport, la diferite posturi de lucru potrivit suprafeei care se trateaz. Indicatorii tehnico-economici calculai la tratamentele termice i termochimice sunt consumul specific de combustibil, consumul specific de mediu de rcire i consumul specific de element difuzant sau de substan din care rezult elementul difuzant.

4.2 Obinerea pieselor prin turnaren construcia de maini, semifabricatele i unele piese finite se obin prin turnare sau deformare plastic. Turnarea asigur realizarea unei game foarte variate de piese, cu greutate de la cteva grame pn la sute de tone. Ea se bazeaz pe cteva proprieti importante ale metalelor i aliajelor, cum sunt: contracia, turnabilitatea, tensiunea superficial i fluiditatea. Contracia metalului i aliajului topit n timpul solidificrii i rcirii, determin dimensiunile modelului, dar mai ales ale reelei de turnare i n special ale maselotei. Coeficientul de contracie depinde de metal i aliaj. Turnabilitatea este capacitatea unui metal sau aliaj topit de a umple cavitatea formei n care se toarn. Ea depinde de compoziia aliajelor, temperatura de topire, temperatura de turnare i natura formei. Tensiunea superficial a metalelor i aliajelor topite influeneaz asupra structurii piesei turnate i aderrii amestecului de formare la suprafaa piesei turnate. O tensiune superficial mare conduce la o structur compact i mpiedic aderarea amestecului formei la suprafaa piesei. Fluiditatea este capacitatea metalelor i aliajelor topite de a curge cu o anumit vitez. Cu ct fluiditatea este mai mare, cu att viteza de curgere i umplere a formei se mrete; ea este influenat de compoziia chimic, de temperatura de topire i de cea de turnare. Obiectul procesului tehnologic de turnare este obinerea de piese metalice prin solidificarea metalelor sau aliajelor lichide n forme. Forma de turnare este un ansamblu metalic sau nemetalic, ce cuprinde cavitatea, care prin umplere cu metal lichid, va da piesa turnat. Dup numrul de turnri ce se pot face ntr-o form, ele sunt temporare, folosite la o singur turnare, semipermanente, folosite la un numr limitat de turnri (10 20)i permanente, folosite la un numr mare de turnri (5.000 80.000). Dup gradul de umiditate, formele sunt umede sau crude, coninnd (712)% ap, semiumede, avnd maxim 6% ap i uscate. Formele umede se folosesc la turnarea pieselor mici, cele semiumede pentru piese importante, iar cele uscate pentru piese mari.

Turnarea se poate realiza n forme temporare din amestec de formare i prin procedee speciale. Formele temporare din amestec de formare se pot obine manual (n dou rame, n trei sau mai multe rame, n solul turntoriei, cu ablonul) i mecanizat, cnd volumul de producie este mare. Procedeele speciale de turnare sunt: turnarea n forme metalice (cochile), turnarea sub presiune, turnarea n forme coji cu liani termoreactivi, turnarea n forme coji cu modele uor fuzibile, turnarea n forme ceramice, turnarea n forme i cu miezuri ntrite cu CO2, turnarea centrifugal, turnarea n forme vidate. Alegerea procedeului tehnologic de turnare optim este condiionat de: obinerea unor piese de bun calitate, compacte, fr defecte, cu proprieti fizico-mecanice i chimice superioare; asigurarea reducerii la minim a consumurilor specifice de metal, energie, combustibil; adoptarea unor adaosuri de prelucrare minime; posibilitatea obinerii unor productiviti mari prin folosirea intensiv a utilajelor de turnare i suprafeelor de producie; asigurarea unor condiii bune de munc prin respectarea proteciei muncii; adaptarea la felul produciei de piese turnate, la dimensiunile i greutatea pieselor. Dup greutate, piesele turnate sunt: mici (< 100 kg); mijlocii (100 500)kg; mari (500 5.000)kg i foarte mari (> 5.000 kg).

4.2.1 Turnarea n forme temporare din amestec de formare Amestecul de formare sau pmntul de turntorie este compus din nisip cuaros, argil, ap, diferite adaosuri i trebuie s aib refractaritate mare, pentru a rezista la aciunea metalului topit, plasticitate, pentru a se modela uor, rezisten mecanic, pentru a suporta presiunea exercitat de metalul topit, i permeabilitate, pentru a permite evacuarea gazelor i aerului din forme. Nisipul cuaros, componentul care confer amestecului refractaritate i rezisten mecanic, conine (95 98)% SiO2. Granulaia sa asigur permeabilitate i plasticitate amestecului. Granulele de nisip care vin n contact cu metalul topit vitrific la suprafa, evitnd pericolul dezagregrii amestecului prin ardere. Nisipurile sunt caracterizate i controlate prin

ncercri fizico-mecanice, de analiz granulometric, de permeabilitate, de compresiune i de forfecare. Argila are funcia de liant i confer amestecului plasticitate. Coninutul n argil depinde de felul amestecului. Apa se gsete n amestecul de formare n procent de maxim 12% i are rolul de a-i mri plasticitate. Adaosurile pentru amestec mbuntesc unele proprieti tehnologice cum sunt permeabilitatea i compresibilitatea i depind de felul amestecului. Amestecul de formare este amestec pentru forme i amestec pentru miez. Amestecul pentru forme este de model i de umplere. Amestecul de model sau proaspt vine n contact direct cu modelul. El conine (20 50)% argil, restul nisip, iar ca adaosuri are fin de lemn, pleav, turb, crbune de lemn, cocs de turntorie, grafit etc. Amestecul de umplere, sau regenerat, este amestecul cu care se umple forma i este refolosit la mai multe operaii de formare. Regenerarea amestecului reface proprietile acestuia, cu precdere plasticitatea, deoarece stratul care vine n contact cu metalul topit prin ardere i pierde consistena. Pentru reutilizare, el trebuie s fie amestecat cu nisip nou n proporie de (25 40)%, funcie de felul formei, i cu o anumit cantitate de argil refractar sau bentonit. Amestecul pentru miez conine nisip cuaros i liani organici (melas, dextrin, leie sulfitic, ulei de in, colofoniu, rini sintetice). Amestecurile se prepar n staii speciale prin sfrmare, clasare, sortare i regenerarea celor uzate. n afar de amestecuri de formare, n turntorie se mai folosesc vopsele i pudre pentru forme i materiale de izolaie. Vopselele i pudrele se aplic pe suprafaa formelor pentru evitarea aderrii amestecului de formare la suprafaa piesei turnate. Compoziia lor depinde de materialul turnat. Pentru fonte se folosesc cele care au n compoziia lor carbon (grafit, mangal, cocs) iar pentru oeluri cele pe baz de cuar sau magnezit fin mcinate. Materialele de izolaie mpiedic aderarea amestecului de formare la suprafaa modelului i pot fi sub form de pudre (praf de cuar, praf de

grafit, licopodiu) i sub form de emulsii (stearat de calciu) care se folosesc mai rar, deoarece sunt scumpe. Procesul tehnologic prin care se obin formele se numete formare. Cele mai largi posibiliti de utilizare sunt asigurate de formarea manual n dou rame, care cuprinde urmtoarele etape: confecionarea modelelor i a cutiilor de miez, confecionarea miezurilor, confecionarea formelor, elaborarea metalelor i aliajelor n vederea turnrii, turnarea propriu-zis, dezbaterea i controlul calitativ al pieselor turnate. Pentru fiecare etap se ntocmete cte o fi tehnologic specific turntoriilor. Confecionarea modelelor i a cutiilor de miez. Modelul este piesa cu ajutorul creia se obine cavitatea n form. El reproduce aproximativ piesa de turnat (fig. 4.3).

Fig. 4.3 Piesa de turnat (a) i modelul (b) 1 semimodelul superior; 2 marc; 3 cep; 4 semimodelul inferior; 5 suprafee de separaie

Un model se compune, n funcie de dimensiuni, dintr-o bucat, din dou sau mai multe buci. Cnd modelele se compun din dou buci, acestea se numesc semimodele. Suprafeele cu care bucile sunt n contact se numesc suprafee de separaie. Pentru asamblarea, orientarea i centrarea bucilor, pe suprafaa de separaie a uneia sau unor buci sunt prevzute

cepuri sau tifturi de centrare, iar pe suprafeele bucilor cu care acestea vin n contact, guri de centrare cu aceleai dimensiuni ca i cepurile. Dimensiunile modelului sunt mai mari dect cele ale piesei de turnat, deoarece se ine seama de contracia metalului prin solidificare i de adaosul de prelucrare necesar prelucrrilor mecanice prin achiere. La stabilirea dimensiunilor piesei finite se au n vedere solicitrile din timpul funcionrii utilajului din care face parte. Nu se admit supradimensionari inutile, deoarece cresc consumul de metal, manopera i norma de timp. Piesele trebuie s aib forme tehonologice, ce sunt forme care se obin uor prin turnare. Orice modificare adus formei pieselor trebuie s aib n vedere: - s nu influeneze rolul funcional al piesei; - s nu afecteze proprietile mecanice ale materialului; - s nu duneze esteticii piesei; - s nu mreasc costul fabricaiei. Modificrile se fac pentru ca modelele, cutia de miez i miezurile s se execute simplu, economic i s se nlture defectele ce apar la solidificare i rcire. Modelele se confecioneaz din materiale care depind de volumul de producie. Ele sunt: lemnul, folosit pentru producia de serie mic i mijlocie. Ca esene folosite sunt: pinul i bradul, pentru piese cu volum mare, stejarul, nucul, ulmul, fagul, pentru piese mici sau cele cu forme complicate. mpotriva umiditii, modelele se protejeaz prin vopsire; ipsosul, folosit rar datorit fragilitii sale, pentru pri complementare ale modelelor; aliajele metalice, folosite pentru producia de serie mare i mas, deoarece au durabilitate mare. Cele mai folosite sunt bronzurile, alamele i aliajele de aluminiu. Sunt utilizate cu precdere pentru confecionarea plcii-model la formarea mecanic. Preul modelelor metalice este ridicat datorit prelucrrii mecanice de precizie; masele plastice, se folosesc ca nlocuitori ai lemnului.

Confecionarea miezurilor Golurile interioare ale pieselor se obin cu ajutorul miezurilor, care se aeaz n cavitatea formei n locauri speciale obinute cu ajutorul mrcilor modelului. Miezurile se obin n cutii de miez a cror form interioar este aceeai cu conturul miezului (fig. 4.4). Cutiile de miez se compun din dou buci asamblate prin bride. Pentru creterea rezistenei mecanice a miezurilor, ele se consolideaz cu ajutorul unor armturi metalice sau cuie.

Fig.4.4 Cutie de miez 1 cutie de miez; 2 brid; 3 miez

Confecionarea formei. Utilajele necesare pentru formare sunt: dou rame, placa de baz, modelul, cutia de miez, amestecuri de formare, uneltele formatorului. Fazele operaiei de formare sunt (fig. 4.5):3 2 1 9 1 4 5 6 7 a) 8 b 1 1

Fig. 4.5 Fazele succesive ale formrii n dou rame 1 plac de baz; 2 ram inferioar; 3 semimodel inferior; 4 ram superioar; 5 semimodel superior; 6 amestec de formare; 7 canal de aerisire; 8 preaplin; 9 plnie de turnare; 10 canal de alimentare; 11 miez; 12 urub

a) aezarea ramei inferioare i a semimodelului inferior pe placa de baz urmat de umplerea ei cu amestec de formare i executarea canalelor de aerisire; b) montarea ramei superioare i a semimodelului superior cu rama inferioar i semimodelul inferior; c) umplerea ramei superioare cu amestec de formare, realizarea reelei de turnare i a canalelor de aerisire; d) extragerea modelului i aezarea miezului dup separarea celor dou rame urmate de reasamblarea ramelorse aeaz semimodelul inferior (cel cu guri) cu suprafaa de separaie n centrul plcii de baz; se presar pudr de izolaie pentru model i apoi un strat de (23) cm de amestec de model, care se taseaz bine n jurul modelului, pentru a lua forma acestuia, cu precdere n zonele ce prezint unghiuri. Golul ramei se umple cu amestec de umplere, n straturi succesive, care se bat pentru a cpta rezistena mecanic necesar. Dup umplere i aducere la gradul de ndesare dorit, amestecul rmas se ndeprteaz cu o rigl pentru a se obine o suprafa plan; se dau canale de aerisire cu un ac; se ntoarce rama, cu modelul n ea, cu 1800 i se aeaz pe placa de baz; se aeaz rama superioar deasupra celei inferioare asamblndu-se cu uruburi; se asambleaz semimodelul superior cu cel inferior, se introduc modelele reelei de turnare i se procedeaz ca n fazele 2 i 3. se execut plnia reelei de turnare. O reea de turnare se compune din: plnie, canal de alimentare i canal de control sau preaplin; se scot modelele reelei de turnare; se separ rama superioar de cea inferioar, se ntoarce cu 1800 i se aeaz pe placa de baz. se scot semimodelele; se aeaz miezul n interiorul ramei inferioare; se reasambleaz ramele;

se usuc, atunci cnd se toarn n forme uscate; pentru anihilarea presiunii formate n timpul turnrii i pentru a evita apariia spaiului liber ntre cele dou rame, pe rama superioar se aeaz greuti. Elaborarea metalelor i aliajelor n vederea turnrii. Elaborarea acestora are loc n secii speciale dotate cu cuptoare de topire, care depind de aliajul turnat. Pentru fonte se folosesc cubilou, cuptoare cu arc electric i cu inducie, iar pentru oeluri cuptoare cu arc electric i cu inducie. Pentru aliaje neferoase se folosesc cuptoare electrice cu rezisten i inducie. Turnarea propriu-zis. Din utilajul n care s-a elaborat, aliajul este evacuat n oala de turnare, iar de aici se toarn n forme. Metalul topit se toarn n plnia de turnare a reelei de turnare de unde curge laminar cu o vitez mic n canalul de alimentare, i de aici n cavitate. Viteza nu trebuie s fie mare pentru a nu distruge forma sau antrena amestec de formare. Umplerea cavitii este marcat de umplerea preaplinului. Dezbaterea i curirea pieselor turnate. Dup solidificarea pieselor turnate i rcirea lor, ele se extrag din form prin distrugerea acesteia. Operaia se numete dezbatere, i se poate efectua manual sau mecanic, prin scuturarea formei cu ajutorul unor dispozitive vibratoare cu acionare pneumatic (dezbttoare). Curirea const n ndeprtarea aderenelor de amestec de formare i se efectueaz n ncperi speciale, prin mprocarea pieselor cu un jet de nisip sau alice de font. ndeprtarea reelei de turnare, a maselotelor i a bavurilor (pri metalice care apar n planul suprafeei de separaia datorit apariiei spaiilor libere ntre rame), se realizeaz prin tierea cu dli pneumatice, n cazul fontelor, sau mecanic cu foarfeci sau ferstraie, pentru oel. Controlul calitativ al pieselor turnate. Aceast operaie const n: verificarea dimensional, ncercri mecanice pentru determinarea rezistenelor mecanice ale materialului, analize chimice, metalografice sau defectoscopice. Prin defectoscopie se stabilete existena defectelor interioare (pori, fisuri, incluziuni). Porii se datoreaz gazelor care rmn dizolvate n masa metalic topit. Fisurile interioare apar ca urmare a tensiunilor interne (ntindere i

compresiune) generate de procesul solidificrii. Incluziunile reprezint impuriti ale materialului rezultate fie din zgur sau zidria utilajului n care s-a elaborat, fie din amestecul de formare. Defectele exterioare ale pieselor (crpturi, abateri de form) se stabilesc cu ochiul liber sau prin msurri. Defectele pieselor (mecanice, chimice, dimensionale) pot constitui motive de refuz la recepie. Creterea calitii pieselor turnate se asigur prin tipizarea acestora, ce conduce la organizarea mai bun a procesului de producie, creterea productivitii, posibilitatea mecanizrii i automatizrii, economie de manoper, materiale i energie. n turntorie, tipizarea se refer la tehnologii de formare, tehnologii de preparare a amestecului de formare, tehnologii de elaborare a aliajelor de curire, tipizarea unor elemente ale reelelor de turnare, maselotelor etc.

4.2.2 Turnarea n forme metaliceFormele metalice, denumite cochile, sunt forme permanente confecionate din font, oel i aluminiu obinute prin turnare i prelucrare mecanic prin achiere. Materialul, forma i dimensiunile cochilei depind de aliajul ce se va turna i de forma i dimensiunile piesei de turnat. Cochila poate fi executat dintr-o bucat sau mai multe buci. Cele dintr-o bucat sunt simple, ieftine, rezistente i se folosesc pentru piese simple; celelalte se folosesc pentru obinerea pieselor cu configuraie complicat. La turnarea pieselor mici se utilizeaz cochile cu mai multe caviti identice, pentru obinerea simultan a mai multor piese. n cochil se formeaz numai conturul exterior al piesei. obinerea Golurile se obin cu ajutorul miezurilor executate din amestecuri de formare, cnd se toarn piese din font i oeluri, sau metalice, cnd se toarn piese din aliaje neferoase cu temperatur de topire sczut. Pentru prentmpinarea coroziunii i eroziunii suprafeelor active ale cochilei,

acestea se acoper cu substane refractare i liani, aplicate n strat subire, naintea fiecrei turnri. Acest procedeu prezint o seam de avantaje cum sunt: excluderea operaiilor de formare, realizndu-se economie de materiale i manoper, economie de metal prin micorarea reelei de turnare i a adaosului de prelucrare, creterea de dou-trei ori a produciei specifice pe metrul ptrat de suprafa de formare, scderea rebuturilor cu (40 60)% fa de turnarea n forme de nisip, structura pieselor este mai fin, deoarece viteza de rcire este mai mare, micorarea volumului prelucrrilor efectuate pe mainileunelte, mbuntirea calitii suprafeei etc. Turnarea n cochil are unele dezavantaje: costul ridicat al cochilei i durata mare de execuie, fiind economic numai n cazul produciei de serie mare i mas; piesele care au variaii mari ale grosimii pereilor i configuraie complicat se toarn greu; la suprafa piesele prezint o crust dur, mai ales cele din font, a crei nmuiere necesit un tratament termic.

4.2.3 Turnarea sub presiuneCnd metalul topit este introdus n cochil cu presiune mai mare dect cea rezultat din curgerea liber, turnarea se numete turnare sub presiune. Ea se execut pe maini speciale care sunt: a) maini de joas presiune, ce pot fi cu piston i cu camer de presiune fix sau mobil; b) maini de nalt presiune, dotate cu piston. Primele funcioneaz cu presiuni de (5 100)daN/cm2 i se folosesc pentru turnarea pieselor din metale i aliaje cu temperaturi de topire sub 4000 C (aliaje de staniu, plumb sau zinc). Cele din a doua categorie se folosesc pentru turnarea aliajelor greu fuzibile (alame, bronzuri, unele aliaje ale aluminiului) i funcioneaz cu presiuni cuprinse ntre (100 1000) daN/cm2. Maina de turnare cu presiune nalt este prezentat n figura 4.6.

Fig. 4.6 Maina de turnat de nalt presiune; 1 - camera de lucru; 2 - piston inferior; 3 - piston superior; 4 - cochil;

Ea este dotat cu dou pistoane i funcioneaz n patru timpi. La timpul I pistonul inferior se afl n poziia de jos, iar cel superior n poziia de sus i metalul este introdus n cilindru. La timpul II pistonul superior coboar, obtureaz orificiul de admisie al metalului n cilindru i oblig metalul topit s ptrund n cavitatea formei pe care o umple. La timpul III ambele pistoane se ridic, antrennd surplusul de metal solidificat din cilindru i eliminndu-l pe la partea superioar. La timpul IV pistonul inferior coboar cochiba se deschide i se extrage piesa turnat, dup care ciclul se reia. Turnarea sub presiune asigur pieselor turnate precizie ridicat (abateri limit de (0,050,1) mm) eliminndu-se prelucrrile prin achiere, suprafeele pieselor sunt netede, se pot turna piese cu perei subiri i detalii fine, deoarece fluiditatea metalului se mrete datorit presiunii, prin rcire brusc, la contactul metalului lichid cu cochila, se obin structuri fine. Ea este rentabil pentru producia de serie mare i mas. La acest procedeu de turnare se folosesc roboi industriali deoarece condiiile de lucru la temperaturi ridicate sunt dificile pentru om. Numrul roboilor poate fi unu sau doi. n situaia existenei unui singur robot operaiile executate de el pot fi mprite n dou variante. n prima variant execut: descrcarea mainii de turnat sub presiune, transportarea piesei extrase la un post de control cu radiaii, alimentarea cu piesa controlat a unei prese de debavuat i ungerea prin jet a suprafeelor active ale matrielor. Cu succesiunea menionat robotul poate deservi dou maini de turnat sub presiune. n a doua variant, n cazul unei maini de turnat sub

presiune a plcilor de capt pentru motoarele electrice, robotul execut urmtoarea succesiune a operaiilor: extragerea piesei turnate din matria mainii de turnat sub presiune (descrcarea) pulverizarea cu lubrifiant a matrielor, verificarea calitii piesei turnate, ncrcarea i descrcarea piesei turnate n presa de debavurat, aezarea unui lagr n pies, ncrcarea ansamblului ntr-o alt pres de debavurat i depunerea piesei finite n cutia de ambalaj ntr-un mod prestabilit. Plcile sunt produse ntr-un ritm de o bucat pe minut, iar maina de turnat este prevzut cu un timp mort de doar 1,5 s, timp n care robotul extrage piesa turnat i greseaz matria. Pentru aceste operaii robotul este dotat cu un dispozitiv de prehensiune normal pentru piese, cu un accesoriu de pulverizare i un dispozitiv de prehensiune special, pentru poziionarea lagrului. Cnd se folosesc doi roboi, primul robot extrage piesa turnat din matri, greseaz suprafeele active ale matriei i aeaz piesa n presa de debavuat, transport piesa i o introduce la o main-unealt pentru gurire i filetare. Cel de al doilea robot execut restul operaiilor. Cu ajutorul roboilor industriali s-au realizat linii de turnat sub presiune complet automatizate, care integreaz cuptorul de topire, alimentarea mainilor de turnat sub presiune, debavurarea (ndeprtarea surplusului de metal, aflat n afara conturului piesei), transportul pieselor n afara liniei cu ajutorul conveioareleor i colectarea metalului recuperat.

4.2.4 Turnarea n forme-coji cu liani termoreactiviAmestecul de formare este compus din nisip cuaros, liant termoreactiv (rin sintetic, bachelit sau novolac) un accelerator de ntrire i diverse materiale de adaos pentru a uura extragerea formei-coji de pe model. nainte de utilizare, nisipul se peliculizeaz cu liant, fie la cald prin nclzire la (150 200)0C, cnd liantul este sub form de granule, fie la rece, cnd este sub form de soluie. Peliculizarea se efectueaz n instalaii speciale. Procesul tehnologic de obinere a formelor coji se compune din urmtoarele operaii; pregtirea plcii-model, obinerea cojilor i a formelor-coji i turnarea.

Pregtirea plcii model. Placa ce conine modelul, denumit plac model, este confecionat din metal prin prelucrri mecanice de achiere sau procedee neconvenionale. nainte de utilizare, placa-model este nclzit n cuptoare electrice cu rezisten pn la (250 300)0C, dup care, suprafeele active ale modelului se ung cu stearat de calciu, pentru a prentmpina aderarea amestecului la model. Obinerea cojilor i a formelor-coji. Dup nclzire i ungere, placamodel se aeaz pe o cutie de formare special (fig. 4.7) n care se afl amestecul de formare peliculizat, apoi cutia se rotete cu 1800 i se supune scuturrii pe un vibrator timp de (10 15)s, pentru ndesarea amestecului. Cldura degajat de placa-model nmoaie liantul, care, prin rcire, ncorporeaz granulele de nisip ntr-o mas compact. Se oprete vibratorul i cutia se ntoarce cu 1800, pentru ndeprtarea excesului de amestec de pe placa-model. Placa-model este luat de pe cutie i de pe ea se extrage coaja, care este introdus ntr-un cuptor, pentru coacere la temperatura de (300 350)0C, timp de dou minute. Dup rcire, cojile se asambleaz, dou cte dou, prin lipirea suprafeelor de separaie i fixare cu cleme.

Fig. 4.7 Succesiunea fazelor turnrii n forme - coji de bachelit a) nclzirea plcii - model; b) cutia cu amestec; c) formarea cojii; d) readucerea cutiei cu amestec n poziia iniial; e) ndeprtarea plcii model i desprinderea coji de bachelit; f) coacerea cojii; g) asamblarea cojilor; h) mpachetarea formelor coji.

Turnarea. Cojile asamblate sunt introduse, n poziie vertical, n cutii speciale i separate unele de altele cu alice de font, dup care n ele se toarn metalul topit. Turnarea n forme - coji cu liani termoreactivi asigur obinerea pieselor cu precizie mare, eliminnd prelucrrile mecanice, reducerea consumului de metal datorit micorrii adaosului de prelucrare i a reelei de turnare, productivitate nalt. Acest procedeu se poate automatiza uor. 4.2.5 Turnarea n forme-coji cu modele uor fuzibileFormele-coji obinute cu modele uor fuzibile fac parte din categoria formelor temporare, deoarece pentru extragerea piesei turnate ele se distrug. Procesul tehnologic cuprinde urmtoarele operaii: confecionarea matrielor, executarea modelelor uor fuzibile, nciorchinarea modelelor, executarea formelor-coji, eliminarea modelelor fuzibile, mpachetarea i calcinarea formelor-coji i turnarea. Confecionarea matrielor. Matriele sunt forme n care se obin modelele din materiale uor fuzibile compuse din stearin, parafin, cear de albine, cerezin, cear montan, colofoniu. Pentru obinerea matrielor se folosesc oeluri, aliaje de aluminiu, aliaje uor fuzibile (Pb - Sn - Sb sau Sn Pb - Bi) materiale nemetalice (ipsos, materiale plastice). Ele se execut prin turnare, urmat de prelucrare mecanic prin achiere. Matriele trebuie s reproduc perfect configuraia piesei de turnat, s-i pstreze forma i dimensiunile timp ndelungat, s aib conductibilitate termic mare, pentru a permite solidificarea i rcirea rapid a modelelor turnate, i s se poat confeciona cu minim de cheltuieli, pentru numrul de piese care se toarn. Executarea modelelor uor fuzibile. Materialul uor fuzibil adus n stare de past, este injectat n interiorul matriei. Dup rcirea matriei, modelul solidificat este extras, prin deschiderea matriei. nciorchinarea modelelor fuzibile. Modelele fuzibile se asambleaz cu reeaua de turnare executat din material uor fuzibil, formnd un ciorchine. Executarea formelor-coji. Ciorchinele format cu modelele uor fuzibile este acoperit cu o crust din material refractar, alctuit din pulbere

de cuar (SiO2) silice vitrificat (cuar topit n cuptorul electric, apoi rcit i mcinat n mori cu bile) alumin (Al2O3), silicat de zirconiu, caolin, electrocorindon (alumin topit n cuptorul electric) i liani. Ca liani se folosesc silicatul de sodiu solubil n ap, silicatul de etil SiO4(C2H5) solubil n alcool sau silicea coloidal. Pulberea i lianii se amestec i sunt cunoscute sub denumirea de barbotin, care este primar i secundar: Barbotina primar servete la depunerea primului strat refractar pe modelele uor fuzibile, care va veni n contact direct cu metalul topit. Barbotina secundar servete la obinerea straturilor ce confer rezisten mecanic crustei. Operaia de executare a formelor cuprinde urmtoarele faze: degresarea modelelor uor fuzibile, prin imersiunea ciorchinelui ntr-o soluie apoas ce conine 5% spun; introducerea ciorchinelui ntr-o baie ce conine barbotin primar format din 50%, pulbere de cuar fin mcinat i calcinat i 50% silicat de sodiu; scoaterea din barbotina primar, presrarea pe ciorchine a unui strat de cuar fin i introducerea lui ntr-o baie ce conine clorur de amoniu, n contact cu care silicea precipit n gel de silice. gel Na2O nSiO2 + NH4Cl = nSiO2 + NaCl + NH3 + H2O Prin ntrirea gelului cojile capt consisten i rezisten mecanic. Ciorchinele se menine n aer (20 40) min pentru eliminarea apei i a amoniacului. creterea grosimii i a rezistenei cojii prin repetarea fazei precedente de (3 6) ori folosind barbotin secundar i baia cu clorur de amoniu; aerarea ciorchinelui timp de (2 12)ore pentru ntrire; uscarea straturilor secundare, prin meninerea ciorchinelui n usctorii tunel, timp de (12 14)h. Eliminarea modelelor fuzibile din formele coji. Dup ntrirea formelor - coji, ciorchinele se introduce n ap fierbinte, n aburi, autoclave, n curent de aer cald sau soluii cu solveni organici pentru topirea materialului uor fuzibil, care prsete ciorchinele i se poate recupera.

mpachetarea i calcinarea formelor coji. mpachetarea are scopul de a consolida ciorchinele i se realizeaz prin introducerea lui n cutii metalice cu nisip cu granulaie mare. Calcinarea ciorchinilor se desfoar ntr-un cuptor electric cu rezisten la temperaturi de (900 1.100)0C, pentru arderea urmelor de amestec uor fuzibil i terminarea operaiei de ntrire a formei. Turnarea aliajului se face n formele nclzite. Turnarea n forme coji cu modele uor fuzibile, fiind un procedeu precis, se aplic pentru obinerea pieselor n industria mecanicii fine, pentru maini de cusut, maini frigorifice, maini de scris, aparate de proiecie, instrumente chirurgicale, industria aeronautic, industria petrolier pentru obinerea sapelor de foraj, pentru obinerea sculelor achietoare (freze, burghie, alezoare, tarozi etc.) etc. Avantajele acestui procedeu sunt: precizie dimensional foarte mare, consum mic de metal, se elimin prelucrri prin achiere, productiviti mari i se poate automatiza. Indicatorul tehnico-economic calculat la turnare este randamentul de valorificare a metalului numit grad de utilizare al materialului. El se poate calcula n dou moduri: n raport cu piesa turnat: m pt Gm = (4.2) m pt + m runde: m pt este masa piesei turnate; kg.m r masa reelei de turnare, kg.

Creterea sa se realizeaz prin micorarea reelei de turnare i utiliznd, ori de cte ori este posibil, procedeele speciale de turnare. n raport cu piesa finit: m (4.3) G n = pf m pt

unde: m pf este masa piesei finite, kg.

Valoarea sa se mrete prin micorarea adaosului de prelucrare.

4.3 Prelucrarea metalelor prin deformare plastic 4.3.1 Generaliti

Deformarea materialelor metalice reprezint modificarea formei i dimensiunilor sub aciunea sarcinilor (fore i momente exterioare) i se realizeaz prin deplasarea atomilor (ionilor) din poziii de echilibru stabil cu energie potenial minim, n alte poziii de echilibru stabil cu energie potenial mai mare. Distana pe care se produce deplasarea poate fi: mai mic sau cel mult egal cu ordinul de mrime al parametrilor liniari ai reelei cristaline, caz n care deformarea este elastic. Ea se elimin dup ncetarea aciunii sarcinii; mai mare dect ordinul de mrime al parametrilor liniari ai reelei cristaline, cnd deformaia este plastic. Deformaia plastic este nsoit totdeauna de deformaie elastic i, pn la anumite limite, crete proporional cu mrimea sarcinilor. Deformaia plastic, sau remanent, nu se elimin dup ncetarea aciuni sarcinii, atomii (ionii) ocupnd noi poziii de echilibru stabil, dar cu energie potenial mai mare dect nainte de deformare, deoarece s-au modificat distanele interatomice. Aciunea sarcinilor este echilibrat de reaciunea forelor de coeziune, care tind s readuc atomii n poziia cu energie potenial minim. Deformarea plastic se bazeaz pe proprietile de tenacitate ale materialelor i se realizeaz prin: alunecare, ce reprezint deplasarea paralel a unor plane cristaline unele fa de altele. Deplasarea pe un plan cristalin cuprinde o grup de straturi atomice care formeaz benzi de alunecare (fig. 4.8.a) i apare la deformarea static.

Fig. 4.8 Moduri de producere a deformrii plastice a metalelor a - alunecare; b - maclare;

maclare, ce reprezint deplasarea unor plane cristaline paralele consecutive, unul n raport cu cellalt (fig. 4.8.b). Se produce la deformarea dinamic prin oc. Modificarea distanelor interatomice sub aciunea sarcinilor determin schimbarea dimensiunilor i formei corpurilor. Astfel, un corp paralelipipedic care are nainte de deformare dimensiunile Ho, Bo i Lo (fig. 4.9) va avea dup deformare dimensiunile H, B, L.

Fig. 4.9 Modificarea dimensiunilor corpurilor prin deformare plastic

Variaiile dimensionale dup cele trei direcii reprezint deformaii ale corpurilor i pot fi absolute: alungire L = L - Lo; L > Lo lire B = B - Bo; B > Bo (4.4) ngustare H = H - Ho; H < Ho i relative;L ; B = B ; H = H (4.5) Lo Bo Ho Deformaiile relative se numesc i grade de deformare (de alungire, de lire i de ngustare). Rezistena specific de deformare, p, reprezint tensiunea intern care ia natere n material n timpul deformrii i se calculeaz cu relaia: p = m c (4.6) L =

unde: m este un coeficient adimensional care depinde de felul deformrii, de forma i dimensiunile semifabricatului i

coeficientul de frecare dintre materialul deformat i scula folosit; c limita de curgere a materialului deformat. Relaia arat c pot fi deformate plastic numai materialele a cror curb caracteristic prezint zon de curgere. Fora de deformare reprezint fora activ dezvoltat de main la scula de lucru pe direcia micrii acesteia i este egal cu: F=pA (4.7) unde A este aria suprafeei de contact dintre materialul de deformat i scul. n timpul deformrii plastice proprietile mecanice, fizice i chimice ale materialului se modific. Starea unui material metalic ale crui proprieti mecanice au fost modificate n urma deformrii plastice la rece se numete ecruisare. Ea duce la creterea unor caracteristici mecanice ale materialelor (limita de elasticitate, rezistena la ntindere, duritatea) i scderea altora (alungirea, reziliena, plasticitatea). Ecruisarea micoreaz rezistena la coroziune, conductibilitatea termic etc. Din punct de vedere termodinamic, ecruisarea este o stare instabil, care, la temperatur normal, se poate menine timp ndelungat. Pentru nlturarea ei, se aplic materialelor tratamentul termic de recoacere, n timpul cruia ele i recapt proprietile iniiale, i reeaua devine normal, nedeformat, producndu-se recristalizarea metalului i eliminarea tensiunilor interne. Temperatura de recristalizare este cu att mai mic, cu ct ecruisarea este mai mare. Deformarea plastic a materialelor metalice se supune urmtoarelor legi: legea constanei volumului; legea coexistenei deformaiilor plastice i elastice; legea similitudinii; legea rezistenei minime; legea tensiunilor suplimentare. Legea constanei volumului. Volumul corpurilor naintea deformrii plastic este egal cu volumul lor dup deformarea plastic. L B H = LoBoHo (4.8)

sau L B H =1 L o Bo H o

Legea coexistenei deformaiilor elastice i deformaiilor plastice Deformaia plastic a corpului este nsoit de deformaia elastic a acestuia. = p + e (4.10) unde: p este deformaia plastic e deformaia elastic Legea similitudinii. n cazul asemnrii condiiilor de deformare plastic a dou corpuri geometric asemenea, rezistenele specifice de deformare sunt egale ntre ele (p1 = p2), raportul forelor de deformare este egal cu ptratul raportului dimensiunilor liniare, iar raportul lucrurilor mecanice cheltuite pentru modificarea formei este egal cu cubul raportului dimensiunilor liniare. Condiiile de deformare se refer la: materialele de deformat (compoziia chimic, structur), temperatur, grade de deformare egale, coeficientul de frecare, dintre corp i main; transmiterea cldurii ntre corpuri s se fac n acelai mod, viteza de deformare aceeai. Legea rezistenei minime. Deformarea plastic a materialelor metalice are loc dup direcia rezistenei minime a materialului. Legea tensiunilor suplimentare. La orice proces de deformare plastic, n corpul deformat apar tensiuni suplimentare care se echilibreaz reciproc. Tensiunile suplimentare sunt de ntindere i compresiune, funcie de variaia distanelor ntre atomii diferitelor cristale elementare. Ele se compenseaz reciproc deoarece sunt de sens contrar. Aceste tensiuni se echilibreaz ntre: volume mari ale corpului (pri ale corpului); gruni alturai, datorit variaiei direciilor cristaline, tensiunile care apar n ei sunt opuse;

ntre pri ale aceluiai grunte, funcie de variaia distanelor ntre atomi. Tensiunile suplimentare pot rmne n corpul deformat dup deformarea sa, sub form de tensiuni remanente. Dac ele sunt mai mari dect rezistena materialului, vor produce fisurarea corpului, care devine rebut. Factorii care influeneaz deformarea plastic sunt: compoziia i structura materialului deformat; odat cu creterea concentraiei elementelor care mresc fragilitatea (C, S) deformabilitatea plastic a materialului scade. Capacitatea de deformare este micorat i de prezena impuritilor i tendina de oxidare. Forma constituenilor influeneaz deformabilitatea; astfel fontele n care grafitul este sub form de nodule (font maleabil) se pot deforma, pe cnd fonta cenuie n care grafitul este sub form de lamele nu se poate deforma; mrimea grunilor; grunii mari conduc la creterea deformrii plastice; sistemul cristalin; cu ct compactitatea reelei crete, cu att metalul este mai deformabil; temperatura la care se produce deformarea; odat cu creterea ei, capacitatea de deformare a materialului se mrete, deoarece ea produce modificri structurale i ale caracteristicilor mecanice; viteza cu care se desfoar deformarea; cnd prelucrarea se desfoar cu viteze mici, deformarea materialului este mai mare dect n cazul vitezelor mari. Clasificarea procedeelor de deformare plastic. Procedeele de deformare plastic se clasific dup mai multe criterii, i anume: Dup viteza de deformare sunt: deformri dinamice (prin oc), executate cu viteze de deformare mare; deformri statice (fr oc) executate cu viteze de deformare mici; Dup caracterul general al deformrii sunt: procedee la care se produc cele trei deformaii - laminare, forjare, matriare, ambutisare;

procedee la care se produc alungiri i ngustri - tragere, trefilare, extrudare; Dup proporia n care se produce deformarea sunt: locale, cnd deformarea materialului se produce ntr-un procent din volumul semifabricatului; totale cnd deformarea materialului se produce n ntregul volum al semifabricatului. Dup temperatura materialului se mpart n: deformri la rece, efectuate la o temperatur inferioar celei de recristalizare a materialului. Ele sunt nsoite de ecruisarea puternic a materialului cruia i scade capacitatea de deformare; deformri la cald, executate la temperatur superioar cele de recristalizare. Ea nu este nsoit de ecruisarea materialului. Deformarea la rece se aplic, cu precdere, materialelor moi (cupru, aluminiu, plumb i aliajelor lor). Gradul de deformare este mic. Reducerea seciunii transversale, se poate calcula cu relaia: S -S = i f 100 [%] (4.11) Si unde: Si este aria iniial a seciunii transversale, Sf - aria final a aceleiai seciune. Prin deformarea la rece ecruisarea materialului este puternic i este urmat de recoacerea de recristalizare. Deformarea la cald se aplic pentru prelucrarea lingourilor i semifabricatelor din oel, alam etc. Deformarea la cald, asemenea celei la rece, produce reducerea seciunii transversale, fenomen numit n acest caz coroiaj, deoarece reducerea este relativ mare. El este caracterizat prin indicele de coroiaj calculat cu relaia: S = i (4.12) SfDatorit coroiajului grunii cristalini se alungesc n direcia de deformare. Neomogenitatea chimic, segregaiile zonale ale materialului deformat i prezena incluziunilor determin, dup deformare, o structur n

benzi. Aceast structur apare i n interiorul grunilor cristalini, cauza fiind aceeai, fora de deformare. Coroiajul i alungirea grunilor conduc la diferene ale proprietilor materialului n direcia longitudinal (de deformare) i cea transversal, cum reiese din datele din tabelul 4.1, referitoare la un oel slab aliat cu 0,3%C.Tabelul 4.1 Caracteristicarezistena la rupere daN/mm alungirea, % reziliena, daJ/cm22

Longitudinal62 39 26 7

Transversal61 35 23 5

limita de elasticitate daN/mm2

Deformarea la cald se produce la o temperatur care permite recristalizarea concomitent cu deformare. Parametrii sunt: temperatura de nclzire, viteza de nclzire, durata nclzirii i mediul de nclzire. Temperatura de nclzire este superioar celei de recristalizare, care este cuprins ntre (0,6 0,85)Ttop. Ea trebuie astfel aleas, nct s se evite supranclzirea i arderea materialului i creterea grunilor cristalini. Viteza de nclzire, ale crei valori trebuie s evite apariia tensiunilor interne, datorate variaiei brute a temperaturii pe direcia grosimii materialului. Tensiunile interne pot produce crparea materialului, motiv de rebutare. O vitez de nclzire prea mic conduce la scderea productivitii. Durata nclzirii depinde de viteza de nclzire, de forma i dimensiunile semifabricatelor, de modul de aezare al acestuia n utilajul de nclzit (cuptor) i de tipul acestuia. Mediul de nclzire se alege n funcie de materialul supus nclzirii, de precizia impus operaiei de deformare, etc. El poate fi: obinuit (oxidant) rezultat n urma arderii combustibilului n exces de aer; neutru, cnd nu produce oxidare sau decarburare, deoarece componenii (CO2, SO2, H2O, N2, O2) sunt meninui n echilibru cu materialul; inert (argon).

4.3.2 Prelucrarea metalelor prin laminare

Laminarea este procedeul de deformare plastic, la rece sau la cald, a metalelor ce const n trecerea lor printre doi cilindri aflai n micare de rotaie. Cilindrii se pot roti n sens contrar (fig. 4.10.)

Fig. 4.10 Principiul laminrii 1 cilindru; 2 material.

sau n acelai sens (la fabricarea evilor). Prin laminarea la rece se obin produse ecruisate de dimensiuni date i grosime precis. Laminarea la cald are avantajul realizrii unor deformaii mari fr ecruisare. n urma laminrii materialul se alungete se lete i se ngusteaz. Datorit micrii de rotaie, care produce curgerea metalului pe direcia avansului, alungirea este mult mai mare dect lirea. Cele dou deformaii depind de temperatura metalului laminat, de diametrul cilindrilor (cu ct este mai mic cu att metalul se alungete mai mult) de reducerea produs la fiecare trecere i de vitez de rotaie a cilindrilor. Pe msur ce temperatura crete, viteza de rotaie crete i ea, producnd o mrire a alungirii. Laminarea se poate caracteriza att prin gradele de deformare, ct i prin coeficientul de reducere egal cu indicele de coroiaj.Pentru obinerea produsului finit, semifabricatul este prelucrat n mai multe treceri succesive. Coeficientul de reducere total este egal cu:

Sf unde: n este numrul de treceri. i - coeficientul de reducere al trecerii i

= 1 2 : i n = Si

(4.13)

Coeficientul de reducere al unei treceri este: i = Si - 1 Si (4.14)

unde Si-1 este seciunea corpului nainte de trecerea i Si - seciunea corpului dup trecerea i Cnd toate trecerile se efectueaz cu acelai coeficient de reducere, cunoscut, numrul de treceri se poate determina cu relaia:ln S i Sf n = (4.15) ln n timpul laminrii, cilindrii exercit asupra materialului fora de deformare F, care formeaz, n momentul prinderii materialului ntre ei, unghiul cu direcia vertical, (fig. 4.11)

Fx Ty F

Tx T Fy

Fig. 4.11 Forele ce apar la laminare

Aceast for, mpreun cu fora de frecare pe care o genereaz, se descompun dup direciile Ox i Oy. Componenta Fy se numete for de laminare. Ea supune materialul la compresiune determinnd reducerea acestuia. Componenta orizontal a forei de frecare Tx, denumit for de antrenare, trebuie s ndeplineasc condiia; (4.16) T x > Fx ; T cos > F sin ; T = F unde este coeficientul de frecare dintre materialul de prelucrat i cilindri. Atunci F cos > F sin ; > tg (4.17) Coeficientul de frecare se calculeaz cu relaia: = tg (4.18)

unde este unghiul de frecare Din condiia tg > tg rezult > care reprezint condiia de prindere a materialului ntre cilindri. Prinderea materialului ntre cilindri va fi cu att mai uoar cu ct coeficientul de frecare ntre el i cilindru va fi mai mare. Aceasta se realizeaz fie prin mrirea rugozitii suprafeei de contact dintre material i cilindri, fie prin micorarea suprafeei de contact dintre material i cilindri. Condiiile menionate sunt ntructva contradictorii i trebuie s se in seama de starea suprafeei produsului laminat (mai ales la laminarea la rece) de reducerea economic i puterea instalaiei. Fora de deformare, la laminare, se poate calcula cu relaia:F = p bm lc = p B + Bo Ho - H R 2 2

(4.19)

unde: p este presiunea ce apare ntre material i cilindru, egal cu rezistena specific de deformare; bm - limea medie; lc - lungimea arcului de contact dintre cilindri i material; R - raza cilindrului. n timpul deformrii, fora de laminare este suportat de cilindri, datorit reaciunii materialului de deformat. Laminrii se supun lingourile, care, dup extragere din lingotiere, sunt introduse n cuptoare adnci, cuptoare cu propulsie sau cuptoare rotative (verticale) unde se omogenizeaz temperatura, se solidific partea central i sunt aduse la temperatura de deformare plastic (10001200)0C. nclzirea acestor cuptoare se realizeaz cu gaz de furnal sau cocs. Introducerea lingourilor n cuptoare imediat dup extragerea din lingotiere mpiedic apariia crpturilor ce se produc n cazul rcirii n aer, i se economisete combustibil. Utilajul pe care se desfoar laminarea se numete laminor. El este un ansamblu mecanic complex a crui funcionare este influenat de proprietile materialului de laminat, datorit reaciunii produs de acesta

asupra laminorului. Totalitatea laminoarelor printre cilindrii crora trece materialul pentru a ajunge din faza de semifabricat n faza de produs finit se numete linie de laminare. Laminarea se execut n trei faze: degroare, prefinisare i finisare. Totalitatea laminoarelor cu ajutorul crora se execut o faz formeaz trenuri de laminare. Laminoarele care compun un tren pot fi aezate unul lng altul sau unul dup altul. n al doilea caz, alungirea materialului crescnd, viteza de rotaie a cilindrilor fiecrei caje se mrete proporional cu reducerea acestuia, astfel c materialul nu este nici tras, nici relaxat ntre dou caje succesive. Trenurile care execut faza de degroare se numesc trenuri degrosisoare. Laminoarele care le compun sunt bluminguri, cnd sunt de mare putere folosite pentru laminarea lingourilor pn la 20 tone, i slebinguri, laminoare folosite pentru prelucrarea lingourilor mici. Aceste laminoare sunt primele dintr-o linie de laminare i funcioneaz cu viteze de (3 4) m/s. Produsele rezultate dup laminarea de degroare se numescblumuri i brame. Trenurile care execut faza de semifinisare se numesc trenuri mijlocii sau prefinisoare i funcioneaz cu viteze de (5,5 7) m/s. Ele se

folosesc pentru laminarea blumurilor i bramelor din care se obin agle i platine. Laminarea de finisare se execut cu ajutorul trenurilor finisoare care lucreaz cu viteze mai mari de 10 m/s. n urma acestei faze, se obin produse finite. Laminoarele finisoare sunt pentru ine i traverse, profile, srme, table. Laminoarele se clasific dup mai multe criterii: Dup modul de aezare al cilindrilor sunt cu cilindrii orizontali, cu cilindrii verticali folosite pentru bandaje i inele de diferite seciuni, cu cilindrii orizontali i verticali (universale) folosite pentru platbande i grinzi i cu cilindrii oblici, folosite pentru laminarea evilor, discurilor pentru roi de cale ferat, etc.

Dup numrul de cilindrii laminoarele sunt cu doi cilindri (duo reversibile sau ireversibile) cu trei cilindri (trio), cu patru cilindri (cuarto reversibile) cu ase cilindri (sexto) cu mai mult de ase cilindri (fig. 4.12).

Fig. 4.12 Tipuri de laminoare a) duo ireversibil; b) - duo reversibil; c) - trio; d) - cuarto; e) - sexto; f) - laminor de bandaje; g) laminor duo - universal; h) - laminor pentru discuri de roi

Dup felul fazei sunt laminoare pentru degroare, pentru prefinisare i pentru finisare (quarto, sexto). Produsele laminate sunt semifabricate i produse finite.

Semifabricatele se obin din laminarea lingourilor de oel i sunt grele (blumuri i brame) i uoare (agle i platine). Produsele finite obinute prin laminare sunt bare, profile, srme, platbande, table, evi i laminate speciale. Barele, dup dimensiuni, sunt grele, mijlocii i uoare, dar dup forma seciunii transversale ptrate, rotunde, hexagonale. Profilele laminate sunt sub form de I, U, L, T, ine i traverse. Srmele i tablele sunt groase cu diametrul, respectiv grosimea, cuprinse ntre 4 i 60 mm i subiri, cu aceleai dimensiuni mai mici de 4 mm. Laminatele speciale sunt bandaje, inele, discuri pentru roi de cale ferat etc. Indicatorii tehnico-economici ai procedeului de laminare sunt: Producia specific orar, Ph.

3.600 nG (1 Ph =n

) (1 ) 100 100 , [t/h]n i =1

(4.20)

t mi + t pi

unde n este numrul de lingouri prelucrare; G - greutatea unui lingou; - coeficientul opririlor (2-3%); - coeficientul pierderilor de metal prin ardere, tiere, rebuturi, ajustare, prelevare de probe pentru determinarea caracteristicilor mecanice; tmi - timpul de lucru la caja i, [sec]; tpi - timpul de pauz la caja i, [sec]. Capacitatea de producie C = Ph Td = Ph ( Tc - ( Ts + T r )) [t/an] (4.21) unde Tc este timpul calendaristic h/an; Ts - timpul srbtorilor legale, h/an; Tr - timpul pentru reparaii h/an. Indicatorii de consum sunt consumul specific de metal (kg/t lam), consumul specific de combustibil (kg comb./t lam.), consumul

specific de energie electric (kWh/t), consumul specific de cilindrii de laminor (kg/t), consumul specific de ap de rcire (m3/zi).4.3.3 Prelucrarea metalelor prin forjare

Forjarea este procedeul de deformare plastic, la cald sau la rece, prin lovire sau presare, aplicat oelurilor cu coninut de carbon mai mic de 1,7%, metalelor i aliajelor neferoase (cupru, aluminiu, magneziu i aliajelor lor). Materialele forjate capt proprieti mecanice superioare celor laminate, dar mai ales celor turnate, deoarece dup forjare se obin structuri compacte i dense. De aceea, forjarea se folosete pentru obinerea pieselor supuse, n timpul exploatrii, la solicitri mecanice mari (flane, arbori cotii, arbori cu came, arbori n trepte, prghii, supape, discuri, roi, bandaje, etc.) i care au masa de la cteva grame pn la sute de tone, cu forme simple sau complexe. Comportarea metalelor i aliajelor la forjare este pus n eviden prin ncercri mecanice la cald precum: ncercarea de compresiune, ce determin apariia fisurilor; ncercarea la traciune static, cu epruvete scurte, care conduce la contracii transversale; ncercarea la traciune prin oc; ncercarea la rsucire, ce pune n eviden influena vitezei de deformare. Sub aciunea forelor dinamice se produce modificarea dimensiunilor semifabricatului, datorit curgerii acestuia pe diverse direcii. Forjarea poate fi liber i n matri. Forjarea liber const n deformarea semifabricatului prin lovire, la cald sau la rece, ntre dou suprafee, fr ngrdirea suprafeelor laterale. Ea combin operaii simple cum sunt refularea mrirea seciunii transversale i micorarea nlimii ntinderea, ndoirea, gurirea, rsucirea, tierea i sudarea. Se pot forja piese foarte variate, de la lingouri mari, pn la piese de cteva grame. Prin forjarea lingourilor se obin blumuri i brame. Fora de lovire se poate aplica manual, sau mecanizat cu ajutorul ciocanelor mecanice, preselor, mainilor de forjat orizontale, mainilor de forjat rotative.

Forjarea n matri, denumit i matriare, este un procedeu de deformare plastic la cald prin presare sau lovire, n timpul cruia, curgerea materialului este limitat la pereii unei caviti prelucrate ntr-o pies numit matri.Fig. 4.13 Matri 1 - semimatria superioar; 2 - loca pentru capul de clete; 3 loca bavura; 4 - piesa matriat; 5 - semimatri inferioar; 6 - loca pentru bavur;

Matria este alctuit din dou buci, matria superioar, montat n organul de presare, denumit berbec i matria inferioar, montat n organul fix al mainii, denumit nicoval (fig. 9.13). Matriarea se desfoar pe prese sau pe maini de forjat. Semifabricatul, nclzit la temperatura necesar, este aezat n matria inferioar i prin presare sau lovire cu berbecul, materialul umple cavitatea format, ntre cele dou matrie. Pentru eliminarea surplusului de material din cavitate, matria este prevzut cu locauri speciale unde se formeaz bavura, care dup rcirea piesei, se ndeprteaz. Extragerea piesei matriate din matri se face cu ajutorul unui clete. Prinderea piesei cu cletele are loc ntr-o parte special a acesteia numit cap de clete. El se ndeprteaz de pe pies odat cu bavura. Masa semifabricatului ms este egal cu (4.22) ms = mpm + mb + mc c + mp a unde: mpm este masa piesei matriate; mb - masa bavurii; mcc - masa capului de clete; mpa - masa pierderilor prin ardere. n raport cu forjarea liber, forjarea n matri are urmtoarele avantaje: consum mai mic de metal, deoarece precizia de form geometric i dimensional este mai mare, gradul de netezime al suprafeelor mai mare, productivitatea ridicat i se obin forme mai complicate.

Matriarea prezint i unele dezavantaje cum sunt costul ridicat al matriei, deoarece se execut din oeluri de bun calitate i cu o tehnologie complex i de mare precizie, mas limitat a pieselor (0,01 1.000 kg). Ea devine economic numai n cazul produciei de serie i mas. n seciile de deformare plastic pentru deservirea (ncrcareadescrcarea) mainilor de forjat i debavurat i transportul pieselor ntre operaii se pot folosi roboi i manipulatoare, mai ales n cazul pieselor grele.4.3.4 Prelucrarea metalelor prin trefilare i tragere

Acestea sunt procedee de deformare plastic ce constau n trecerea forat a materialului, sub aciunea unei fore de traciune, printr-un orificiu a crui seciune transversal este mai mic dect a semifabricatului prelucrat. Cnd prin deformare plastic se obin srme (fig. 4.14) procedeul se numete trefilare. Cnd se obin produse profilate rectilinii procedeul se numete tragere. n cazul trefilrii, scula se numete filier, iar n cazul tragerii matri. Semifabricatele supuse trefilrii sunt srme, iar cele supuse tragerii sunt produse laminate sau forjate.

Fig. 4.14 Principiul trefilrii 1 - semifabricat; 2 - filier; 3 - suportul mainii; 4 - produs finit

Trefilarea i tragerea se desfoar la rece i sunt nsoite de ecruisarea puternic a materialului, care mrete rezistena la rupere a materialului de (22,5)ori. Deformarea materialului se produce sub aciunea forelor exercitate de pereii sculei. Fora necesar acionrii materialului, Ft,

este egal cu: Ft = c m(So - S1) (4.23) unde: c este un coeficient ce ine seama de unghiul sculei i frecarea dintre aceasta i materialul de prelucrat; m rezistena medie a materialului; So seciunea semifabricatului; S1 seciunea produsului finit. Trefilarea i tragerea se execut prin mai multe treceri. Dup fiecare trecere, sau dup cteva treceri, funcie de coroiaj, materialul este supus recoacerii de recristalizare. n timpul prelucrrii, ntre scul i semifabricat apare frecare foarte mare. Pentru micorarea ei, semifabricatul se unge cu ulei mineral, grafit, leie sulfitic, sticl pisat, etc. Trefilarea i tragerea asigur, n raport cu laminarea, precizie dimensional mult mai bun i grad de netezire ridicat, iar n raport cu prelucrrile mecanice, consum de material i manoper mic. Aceste procedee de deformare plastic, combinate cu tratamente termice, conduc la obinerea de proprieti mecanice foarte bune ale materialelor.4.3.5 Prelucrarea metalelor prin extrudare

Extrudarea este procedeul de prelucrare prin deformare plastic, la cald sau la rece, ce const n trecerea forat a materialului sub aciunea unei fore de presare, prin orificiul unei matrie, a crui seciune transversal este mai mic dect a semifabricatului. Funcie de sensul deplasrii materialului dup deformare, n raport cu sensul forei care produce deformarea, extrudarea este (fig. 4.15) direct, cnd cele dou au acelai sens, aplicat pentru obinerea de produse cu seciune plin, indirect (invers) cnd produsul finit se deplaseaz n sens opus forei, aplicat pentru obinerea de produse tubulare, combinat, cnd o parte a produsului finit se deplaseaz n acelai sens cu fora, iar o alt parte n sens opus. Pentru micorarea frecrii dintre matri i materialul de prelucrat, suprafeele de contact dintre ele se ung cu aceleai materiale ca i la trefilare i tragere.

Fig. 4.15 Principiul extrudrii directe 1 semifabricat; 2 camer de presiune; 3 matri; 4 poanson; 5 produs finit; 6 suportul mainii.

Prin extrudare se pot prelucra aliaje neferoase pe baz de cupru, aluminiu etc., i, ntr-o msur redus, oeluri sub form de profile complexe, care nu pot fi obinute prin alte procedee de deformare plastic. Avantajele extrudrii sunt: se pot obine produse din materiale cu plasticitate redus, care nu pot fi laminate sau forjate, precizia dimensional i calitatea suprafeei mai mari dect la forjare i laminare; se obin profile complexe. Extrudarea prezint i unele dezavantaje: durabilitatea matriei este sczut, deeuri mai multe dect la celelalte procedee; aplicabilitate redus n cazul oelurilor.

4.4 Prelucrarea metalelor prin achiere 4.4.1 Generaliti. Cinematica achierii

Prelucrarea prin achiere este o metod de obinere a pieselor finite, prin ndeprtarea succesiv de material, sub form de achii, de pe o pies brut numit semifabricat, cu ajutorul unei scule achietoare folosind un utilaj denumit main-unealt. Piesa finit se genereaz prin modificarea progresiv a formei, dimensiunilor i preciziei semifabricatului.

Semifabricatele supuse prelucrrii prin achiere se obin prin turnare, laminare, forjare i matriare. Pentru desprinderea achiilor de pe semifabricat, ntre acesta i scula achietoare exist o micare relativ, determinat de maina-unealt. Micarea relativ dintre semifabricat i scula achietoare reprezint micarea de achiere i are dou componente: micarea principal i micarea secundar. Micarea principal este componenta prin care are loc desprinderea achiilor de pe suprafaa semifabricatului. Micarea secundar este cea prin care se aduc noi straturi de material n faa sculei achietoare. Aceste micri pot fi circulare sau rectilinii, continue sau discontinue. Viteza cu care se execut micarea principal se numete vitez de achiere, v, i se msoar n m/min sau m/s. Relaia de calcul a vitezei de achiere depinde de felul micrii principale: pentru micare circular: dn v= , (m/min) (4.24) 1.000 pentru micare rectilinie - alternativ:

v L (1 + ca ) n c vg 1.000

, (m/min)

(4.25)

unde: d este diametrul elementului care execut micarea principal, mm, n - turaia micrii principale rot/ min; L - lungimea cursei active, mm; vc.a - viteza cursei active m/min vg - viteza cursei de gol m/min nc - numrul de curse duble pe minut ale micrii principale curse duble/min. Viteza cu care se execut micarea secundar se numete avans. Ea se noteaz cu s i se msoar n mm/rot, atunci cnd micarea principal este circular, sau mm/curs dubl, cnd micarea principal este rectilinie alternativ.

Rezultanta celor dou viteze se numete vitez efectiv de achiere. Mrimea stratului de material ndeprtat de pe suprafaa semifabricatului pentru a se obine piesa finit se numete adaos de prelucrare. El se poate ndeprta prin mai multe operaii i faze. Mrimea stratului ndeprtat la o singur trecere a sculei pe suprafaa piesei se numete adncime de achiere. Se noteaz cu t i se msoar n mm. Viteza de achiere, avansul i adncimea de achiere formeaz parametrii unui regim de achiere. Orice prelucrare prin achiere se efectueaz n dou faze degroare i finisare. La degroare se elimin cea mai mare parte din adaosul de prelucrare. Ea se execut cu vitez de achiere mic i cu avans i adncime de achiere mari. Dup degroare, semifabricatul se apropie, ca form i dimensiuni, de piesa finit. La finisare se elimin restul adaosului de prelucrare, piesa rezultnd cu forma i dimensiunile nscrise n desenul de execuie. Aceast faz se efectueaz cu vitez mare i cu avans i adncime de achiere mici. n timpul procesului de achiere, suprafeele piesei sunt (fig. 4.16) suprafaa achiat, suprafaa de achiere i suprafaa de achiat.suprafaa de achiat suprafaa de achiere

suprafaa achiat

Fig. 4.16 Suprafeele piesei n timpul achierii 1 - pies; 2 - scul

4.4.2 Geometria i construcia sculelor achietoare

Orice scul achietoare se compune din trei pri: partea activ, corpul sculei i partea de fixare. Pentru a avea loc desprinderea materialului de pe semifabricat, partea activ trebuie s aib o geometrie adecvat, care se refer la

suprafeele i unghiurile sale. Scula fundamental este cuitul pentru strunjit (fig. 4.17). La cuit, corpul i partea de fixare coincid. Suprafeele prii active sunt:

Fig. 4.17 Cuit pentru strunjit A corpul; B - partea activ (capul) 1 - supraf. de degajare; 2 - supraf. de aezare principal; 3 - supraf. de aezare secundar; 4 - tiul principal; 5 - tiul secundar; 6 - vrful cuitului

suprafaa de degajare, este suprafaa pe care alunec achia i care produce desprinderea acesteia; suprafaa de aezare principal, este suprafaa sculei ce vine n contact cu suprafaa de achiere; suprafaa de aezare secundar, este suprafaa sculei ce vine n contact cu suprafaa achiat; tiul principal, este muchia de intersecie dintre suprafaa de degajare i cea de aezare principal; tiul secundar, este muchia de intersecie dintre suprafaa de degajare i cea de aezare secundar; vrful cuitului, este zona de intersecie dintre tiul principal i cel secundar. Unghiurile prii active sunt unghiurile formate de suprafeele i muchiile acesteia n dou sisteme de referin i anume: constructiv i funcional. Sistemul de referin constructiv este sistemul triortogonal n care se determin elementele geometrice ale prii active, n afara procesului de achiere, cnd scula este privit ca pies independent. El este necesar la proiectarea, fabricarea, ascuirea i recondiionarea sculelor.

Sistemul de referin funcional este sistemul triortogonal ce caracterizeaz procesul de achiere. Principalele unghiuri ale cuitului pentru strunjit sunt marcate n figura 4.17. b. unghiul de degajare, , dintre suprafaa de degajare i un plan orizontal; unghiul de aezare principal, , dintre suprafaa de aezare principal i planul vertical ce conine tiul principal; unghiul de ascuire, , dintre suprafaa de aezare principal i suprafaa de degajare; ntre cele trei unghiuri exist relaia:

+ + = 90 o

(4.26)

unghiul de achiere, , dintre suprafaa de degajare i planul vertical ce conine tiul principal. unghiul de atac principal, x, este format ntre tiul principal i direcia avansului. unghiul de atac secundar, x1, este format ntre tiul secundar i direcia avansului. ntre aceste dou unghiuri i cel de la vrf, ,exist relaia: x + + x1 = 1800

(4.27)

n timpul prelucrrii, materialul se ndeprteaz sub form de achii. Formarea i desprinderea achiei de pe semifabricat se produc n urma deformrii plastice locale a materialului. Scula exercit asupra materialului o for de compresiune, care transmis particulelor, determin deplasarea planelor cristaline unul n raport cu cellalt. n cazul materialelor fragile deplasrile acestor plane sunt mici, deoarece ele nu curg, fapt ce duce la ruperea achiei n buci mici. La prelucrarea materialelor tenace se obin achii continue, datorit curgerii. Desprinderea achiei de semifabricat se efectueaz dup direcia minimei rezistene, indiferent de material.

4.4.3 Materiale folosite la construcia sculelor achietoare

Pentru construcia sculelor achietoare se folosesc materiale care trebuie s ndeplineasc urmtoarele condiii: s aib rezisten la uzur mare; duritatea s fie superioar piesei de prelucrat; s aib stabilitate termic, caracterizat prin capacitatea de a-i menine duritatea i calitile achietoare la temperaturi ridicate; s fie rezistent la ncovoiere i compresiune; s aib o bun conductibilitate termic. Sculele se pot confeciona din: oeluri carbon pentru scule cu coninut de carbon ntre 0,6% i 1,4% i simbolizate OSC 6 OSC 14. Sunt rezistente la uzur, au rezisten mecanic i duritate mari, dar stabilitatea termic mic (200 250)0C. De aceea se folosesc la prelucrri cu viteze mici i pentru semifabricate cu duritate medie; oeluri aliate pentru scule. Ele pot fi oeluri mediu aliate, ce conin cantiti relativ mici de Cr, W, Mo, V, Mi, etc. i sunt folosite la construcia scule cu dimensiuni mari, care lucreaz cu viteze de achiere relativ mici sau scule complicate, i oeluri rapide cu coninuturi mari de W, Cr, Co, V, etc. Acestea au duritate, rezisten mecanic i la uzur mari, ce se menin i la temperaturi de (550 650)0C. Se folosesc pentru construcia de scule cu dimensiuni mari i variaii mari de seciuni ce lucreaz cu vitez i seciuni de achii mari. carburile metalice, folosite, sub form de plcue obinute prin sinterizarea pulberilor de carburi greu fuzibile de Ti, W, Ta, Mo, .a. cu liant de cobalt metalic. Plcuele au duritate de (85 90) HRC care se menine la temperaturi de (900 1.000)0C, dar sunt fragile, puin rezistene la ncovoiere, ocuri i vibraii. Sculele prevzute cu astfel de plcue pot lucra cu viteze de achiere foarte mari i se pot folosi la achierea aliajelor foarte dure i greu prelucrabile. Plcuele se fixeaz pe corpul sculei prin lipire sau mecanic. Costul plcuelor este de (6 8) ori mai mare dect al oelului rapid, dar cheltuielile sunt compensate de reducerea mare a

timpului de main i eliminarea tratamentului termic. materiale mineralo-ceramice, folosite sub form de plcue au la baz oxidul de aluminiu. Ele i pstreaz proprietile achietoare pn la 1.1000 C, dar sunt fragile. Se folosesc pentru prelucrri de finisare. diamantul sintetic, este foarte dur, are rezisten la uzur mare, coeficient de frecare mic i este stabil pn la (1.600 1.900)0C. Este folosit pentru prelucrri de finisare cu viteze mari de la (200 300) m/min pn la 4.500 m/min ale metalelor i aliajelor neferoase i numai n condiii bine determinate. materialele abrazive, sunt granule dure legate ntre ele, printr-un liant. Se folosesc pentru obinerea de dimensiuni foarte precise i suprafee fine, la prelucrarea materialelor obinuite i foarte dure. Cheltuielile pentru executarea i consumul sculelor ajung, n general, pn la 10% din costul total de fabricaie a pieselor. n cazul unor piese, cum sunt roile dinate, aceste cheltuieli pot ajunge pn la 50%. Din aceast cauz, reducerea consumului de scule i materiale pentru scule, constituie o rezerv important de economii, mai ales c aceste materiale sunt deficitare. Acestea se realizeaz prin exploatarea raional a sculelor, construirea corpului sculei din oeluri de construcii i partea activ din material corespunztor, micorarea adaosului de prelucrare att la execuia sculelor, ct i al pieselor care se prelucreaz, finisarea corect a suprafeelor prii active a sculei, aplicarea tratamentelor termice superficiale pentru mbuntirea calitii tiului, folosirea repetat a sculelor, prin recondiionare, transformarea celor uzate prin trecerea lor la alt categorie i folosirea la alt operaie, cnd scula i-a pierdut dimensiunea iniial. Cnd corpul sculei este confecionat din alt material dect partea activ, ele se mbin prin sudare cap la cap, armarea prii active cu plcue, ncrcarea prin sudur cu oel aliat de scule, turnarea oelului aliat n jurul unui corp din oel carbon, montare mecanic, etc. Aceste soluii constructive sunt adoptate pentru sculele de dimensiuni mari, n vederea economiei de materiale de calitate superioar care sunt scumpe. n general, corpul sculei achietoare se execut din materiale de construcii.

4.4.4 Fora de achiere

n timpul prelucrrii, materialul opune o rezisten, datorit tensiunilor interne, forei de frecare interioar, forei de frecare dintre achie i suprafaa de degajare i cea dintre suprafaa de achiere i suprafaa de aezare. Rezultanta acestor fore se numete for total de achiere i acioneaz normal pe suprafaa de degajare a sculei. Pentru ca achierea s aib loc, scula trebuie s exercite asupra materialului o for cel puin egal i de semn contrar forei totale de achiere. Cunoaterea forei de achiere este necesar pentru a putea dimensiona corect sculele achietoare, dispozitivele i componentele mainiiunelte. Ea acioneaz i asupra semifabricatului determinnd precizia de prelucrare. Fora total de achiere se descompune, n raport cu direcia micrii principale i secundare, n trei componente (fig. 4.18).

Fig. 4.18 Componentele forei totale de achiere I = micare principal: II = micare secundar.

fora principal de achiere, Fz, care acioneaz n direcia micrii principale i reprezint fora cu care piesa apas asupra sculei datorit acestei micri. Ea este egal cu (0,850,92)F; fora de avans, Fx, care acioneaz n direcia micrii secundare i este fora cu care piesa apas asupra sculei, datorit acestei micri. Ea este (0,250,35)F. fora de respingere, Fy, care acioneaz n direcia axei sculei i este fora exercitat de pies asupra sculei, la ptrunderea acesteia n material; este egal cu (0,350,50)F.

Pentru realizarea unei tehnologii corecte de prelucrare a pieselor, fora de achiere trebuie controlat i meninut ntre limi

Procese Tehnologice Din Industria Constructiilor de Masini

Documents

Laborator 1 - NotiunTFAAi Procese Tehnologice

Procese Tehnologice-bilant de Materiale

Acustica Constructiilor-Fizica Constructiilor

Expertiza Botosani 2011 - unnpr.ro · PDF fileNational de Cercetare-Dezvoltare in Constructii si Economia Constructiilor ... - topografia; - mărimea şi ... procese civile,

PROCESE TEHNOLOGICE ȘI PROTECȚIA MEDIULUIold.unibuc.ro/prof/urda_a/docs/2013/apr/24_18_28_36tema_3.pdf · Distilarea se aplică în industrie și în laborator în mai multe variante:

€¦ · Preparatele culinare se pregătesc atât prin procese tehnologice la rece, câşi prin t procese termice, înglobând în structura lor materii prime de origine vegetală

Procese Tehnologice Din Industria de Masini

NCM L.01.07-2005 - amac.md · procese tehnologice (scheme), conform nivelului lor de eficienţă economică, securitate tehnică, a consumului de resurse la unitatea de producţie,

Procese și aparate - mecc.gov.md · III 90 40 20 30 Examen 3 V. UNITĂȚILE DE ÎNVĂȚARE Unităţi de competenţă Unităţi de conţinut 1. Procese tehnologice ... ce/lab. Lista

RAPORT PRIVIND STUDIUL DE EVALUARE A · PDF fileInformatii despre poluarea fizica si biologica produsa de activitate . 13 : 2. PROCESE TEHNOLOGICE : 13 . 2.1. ... exploatare a zacamintelor

NSSM 19-95 Evacuare Ape Uzate Populatie Procese Tehnologice

PROCESE TEHNOLOGICE ȘI PROTECȚIA · PDF filemai frecvent), a apelor sau a solului. Poluarea reprezintă prezenţa (în aer, apă sau sol) a unor substanţe străine în

Procese Tehnologice de Montaj in Constructia de Masini

PROCESE TEHNOLOGICE ȘI PROTECȚIA MEDIULUIold.unibuc.ro/prof/urda_a/docs/2015/mar/09_13_59_07curs_1_2014... · PROCESE TEHNOLOGICE ȘI PROTECȚIA MEDIULUI Lector dr. Adriana Urdă,

PROCESE TEHNOLOGICE ȘI PROTECȚIA MEDIULUI

Expertiza Suceava 2011 - unnpr.ro · PDF fileNational de Cercetare-Dezvoltare in Constructii si Economia Constructiilor ... - topografia; - mărimea şi ... procese civile,

PROCESE TEHNOLOGICE ȘI PROTECȚIA · PDF fileDistilarea se aplică în industrie și în laborator în mai multe variante: - distilarea simplă ... regiunea de sub curba lichidului

SUPORT CURS CL.XII-textile M1- PROCESE TEHNOLOGICE DE …colegiulstefanescu.ro/resurse/textile/SUPORT CURS-cl XII-textile-M1... · Tehnologia de confecţionare a produselor de îmbrăcăminte.Tipuri

Expertiza Botosani 2012 - unnpr.ro · PDF fileNational de Cercetare-Dezvoltare in Constructii si Economia Constructiilor ... - topografia; - mărimea şi ... procese civile,

KMBT C284-20181228093250...Tehnologii Procese tehnologice simple de cultivarea plantelor (semänat, plantat, lucräri de îngrijire, recoltare)