Upload
magdalena24
View
357
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
Cercetari experimentale cu privire la curgerea materialului in timpul
extrudarii cu sudura
schema tipică a diagramei de variaţie a forţei în funcţie de cursa pistonului. Din
diagramă se observă că forţa se modifică în timpul unui ciclu de extrudare. Diagrama,
prezentată în fig.18, poate fi împărţită în patru perioade [1].
Prima perioadă reprezintă
perioada de refulare a semifabricatului de la diametrul iniţial până la diametrul containerului.
În timpul acestei perioade forţa totală creşte de la zero la o valoare echivalentă cu rezistenţa
pe care semifabricatul o opune refulării.
În a doua perioadă semifabricatul, având acelaşi diametru cu containerul, este
obligat să umple pâlnia matriţei şi să treacă în zona de
profilare a acesteia. În această perioadă forţa totală de extrudare fie că se menţine la valoarea
maximă din perioada I fie că se majorează în continuare, dar cu valori reduse.
Perioada a treia reprezintă perioada de stabilizare a procesului de extrudare şi începe
odată cu ieşirea semifabricatului extrudat prin profilul matriţei, continuându-se până spre
sfârşitul extrudării. În timpul perioadei a treia, în funcţie de calitatea lubrifiantului folosit,
forţa totală de extrudare poate să crească în continuare, să scadă sau să se menţină constantă.
În perioada a patra, datorită reducerii înălţimii semifabricatului neextrudat, forţa totală
de extrudare începe să crească brusc creşterea fiind cu atât mai intensă cu cât procesul de
extrudare se apropie de sfârşit. Această creştere a forţei totale de extrudare se datorează
forţelor de frecare exterioară de pe suprafaţa frontală care influenţează aproximativ în acelaşi
fel ca şi în cazul refulării discurilor cu înălţime foarte mică. Deosebirea constă numai în
faptul că la extrudare curgerea materialului are loc de la periferie spre centru, iar la refularea
discurilor de la centru spre periferie.
Fig.18. Variaţia forţei în funcţie de cursa poansonului
Notând cu S forţa necesară deformării plastice a metalului în condiţii de viteză şi
temperatură date, dar în condiţiile stării de tensiune liniară, şi cu Q creşterea forţei de
deformare datorită trecerii de la starea de tensiune liniară la cea spaţială, forţa totală de
extrudare poate fi scrisă sub forma:
Ţinând seama că atât valoarea termenului Q din ecuaţie cât şi neuniformitatea
deformaţiei depind de mărimea forţelor de frecare exterioară rezultă că pentru determinarea
influenţei acestor forţe asupra neuniformităţii se poate folosi raportul:
Evident că cu cât raportul S/P este mai mare, adică mai aproape de valoarea unu, cu
atât mai mică va fi influenţa forţelor de frecare exprimată prin litera Q şi în consecinţă cu atât
mai uniformă va fi deformarea materialului extrudat.
Din aceste considerente, rezultă că pentru obţinerea parametrilor optimi, din punct de
vedere al forţei şi al neuniformităţii deformaţiei, trebuie acţionat prin:
reducerea la minim a forţelor de frecare exterioară dintre scule şi material prin
alegerea unui lubrifiant corespunzător;
reducerea temperaturii de încălzire în vederea extrudării. În acest fel se va mări forţa
de extrudare, în schimb se micşorează neuniformitatea deformaţiei, îmbunătăţind calitatea
produsului extrudat.
În afara factorilor menţionaţi, curgerea materialului în timpul extrudării mai este
influenţată şi de viteza de deformaţie şi gradul de deformare. Pe măsura creşterii gradului de
deformare, se măreşte diferenţa dintre drumul parcurs de elementele de volum de pe
traiectoriile marginale faţă de cele din vecinătatea axei semifabricatului, mărindu-se astfel şi
neuniformitatea deformaţiei. Viteza de deformaţie are o influenţă multiplă asupra modului de
curgere a materialului prin faptul că modifică atât rezistenţa la deformare cât şi temperatura.
Viteza de deformaţie a elementelor de volum creşte permanent pe măsură ce acestea
traversează focarul de deformare. Valorile iniţiale ale vitezei de deformaţie depind de poziţia
de intrare a elementelor în focar. În funcţie de intensitatea de creştere a vitezei de deformaţie
în focar şi de natura materialului, se modifică valoarea rezistenţei la deformare. Pe de o parte
aceasta creşte datorită intensificării proceselor de ecruisare în raport cu cele de recristalizare
în timpul deformării, iar pe de altă parte scade din cauza creşterii temperaturii cauzate de
efectul termic al deformaţiei. În funcţie de rezultatul acestor două influenţe contrare asupra
rezistenţei la deformarea plastică se modifică modul de curgere al materialului în focar,
neuniformitatea deformaţiei şi forţa de extrudare.
Din prezentarea şi analiza principalilor parametri tehnologici de extrudare se observă
că aceştia au o influenţă complexă asupra curgerii materialului în timpul procesului de
deformare plastică. Pe lângă faptul că o serie de parametri se modifică permanent în timpul
unui ciclu de extrudare, aceştia se intercondiţionează reciproc ceea ce determină o evoluţie
complexă a curgerii materialului la extrudarea la cald a profilelor rotunde.
2.2.2.2. Modul de curgere al metalului la extrudarea cu sudură a produselor tubulare
În fig.19 se arată modul de curgere al metalului prin matriţele cu punte şi cameră de
sudură.
Fig.19 - Modul de curgere al metalului prin matriţele cu punte şi cameră de sudură.
În fig.20 se arată o simulare tridimensională a fazelor extrudării cu sudură. În fig.20.a
materialul este despicat în patru parţi la contactul cu matriţa şi pătrunde prin ferestrele
matriţei. În fig.20.b materialul pătrunde în camera de sudură unde datorită presiunii
Fig.20. Fazele curgerii materialului prin matriţele cu punte şi cameră de sudură.
hidrostatice foarte mari şi a temperaturii ridicate acesta începe să se sudeze. În fig.20.c
metalul curge în direcţia formării tubului şi iese prin deschiderea matriţei.
2.2.3. Parametrii tehnologici la extruziunea în matriţe cu punte şi cameră de sudură
Parametrii tehnologici de baza la extruziune sunt:
Regimul termic;
Presiunea de extruziune;
Raportul de extruziune;
Viteza de extruziune;
Lubrefierea.
2.2.3.1. Regimul termic
Regimul termic este definit de următoarele elemente:
Intervalul temperaturilor de încălzire în vederea extrudării;
Durata încălzirii semifabricatului;
Temperatura în container;
Temperatura cuptorului şi regimul de încălzire.
2.2.3.1.1. Intervalul temperaturilor de încălzire a semifabricatelor depinde în primul
rând de natura aliajului. În acest interval de temperaturi aliajul trebuie să prezinte a rezistenţă
de deformare minimă, pentru a putea fi extrudat cu o forţă cât mai mică, mărind astfel
durabilitatea sculelor.
2.2.3.1.2. Durata de încălzire a semifabricatului se stabileşte în funcţie de tipul
aliajului, precum şi de dimensiunile semifabricatului, ţinând cont că:
- în aliaj trebuie să existe o stuctură monofazică, omogenă;
- diferenţele de temperatură în secţiune şi pe lungime nu trebuie să depăşească o
anumită valoare ΔT.
- materialul nu trebuie să fie solicitat la tensiuni interne.
În lucrarea [4] este prezentată o formulă pentru determinarea duratei de încălzire a
semifabricatelor:
unde:
- G - greutatea produsului în Kg;
- Cp - căldura specifică a materialului;
- F - suprafaţa activă;
- α - coeficientul de transmitere a căldurii;
- tc – temperatura cuptorului;
- tm – temperatura de încălzire a semifabricatului.
În formula de mai sus, se ţine seama de toţi factorii de bază care influenţează asupra
duratei de încălzire. Aceasta înseamnă că timpul de încălzire se calculează cu destulă
precizie.
2.2.3.1.3. Temperatura în container
Încălzirea containerului este necesară pentru compensarea pierderilor de temperatură
ale semifabricatului supus extruziunii.
Temperaturile în container sunt de regulă cu 40-500C mai mici decât media
intervalului optim de extrudare.
2.2.3.1.4. Temperatura de încălzire a cuptorului
Cantitatea de căldură Q (kcal) transmisă în timpul τ(sec) de la mediul de încălzire cu
temperatura tc (0C) la suprafaţa F(m2) a piesei, se determină:
- transimisie prin convecţie
- transmisie prin radiaţie
Întrucât la temperaturile de 350-5000C, cedarea de căldură se face în mare măsură
prin convecţie, cuptoarele de încălzire trebuie prevăzute cu ventilatoare puternice pentru a
mări viteza de mişcare a gazelor. Mărind această viteză, se intensifică procesul de schimb de
căldură între cuptor şi materialul supus încălzirii.
2.2.3.2. Presiunea de extruziune
Presiunea de extruziune depinde de numeroşi factori printre care:
natura aliajului (deci limita de curgere a acestuia);
temperatura de deformare;
gradul de deformare;
schema stării de tensiune.
Presiunea de extrudare este necesară la stabilirea forţei şi deci la verificarea
posibilităţiilor de extrudare în anumite condiţii ţinând seama de cele de mai sus, pentru
determinarea presiunii cu care poansonul trebuie să apese asupra semifabricatului ce urmează
a fi extrudat, s-au propus mai multe formule empirice:
unde:
- F0 - secţiunea iniţială a semifabricatului;
- - raport de extrudare;
- Kf - rezistenţa materialului în condiţiile unei deformări fără pierderi prin frecare.
În lucrarea [2] este dată altă formulă:
unde:
- σc - rezistenţa la deformare plastică în condiţiile date;
- C - coeficientul ce ţine seama de forma matriţei;
- μ - coeficientul de frecare exterioară;
- L, D - dimensiunile semifabricatului iniţial;
- A0, A1 - suprafeţele semifabricatului înainte şi după extruziune.
Se observă că în aceste formule sunt înglobaţi majoritatea factorilor care influenţează
asupra presiunii de extrudare.
2.2.3.3. Raportul de extruziune
Se defineşte ca raportul dintre suprafaţa containerului în secţiune şi secţiunea
profilului extrudat.
Limita maximă a raportului de extruziune e dictată de condiţiile de curgere a aliajului
prin matriţă, iar limita minimă e dictată de proprietăţile mecanice impuse la recepţie.
2.2.3.4. Viteza de extruziune
În cadrul acestui parametru sunt cuprinse următoarele componente:
viteza poansonului care se exprimă în m/min şi poate fi reglată automat, manual sau
după program;
viteza de extruziune se emprimă în aceleaşi unităţi şi se defineşte ca lungimea
profilului ce părăseşte matriţa în unitatea de timp;
viteza de deformaţie are aceiaşi semnidicaţie ca şi viteza de extruziune dar se exprimă
în grad de deformare (%).
Viteza de extruziune variază în funcţie de raportul de extruziune conform tabelului de
mai jos:
Tab2.
Raportul de extruziune
<40 41 ... 100 >100
Viteza de extruziune
Ţevi Bare Ţevi Bare Ţevi Bare
120 60 300 100 850 250
Analizând tabelul, se observă o trecere bruscă de la o viteză la alta. De exemplu: la
raportul de extruziune <40 viteza în cazul ţevilor este de 120mm/s. Imediat ce raportul
depăşeşte valoarea 40, viteza de extruziune creşte la 700mm/s. Era necesar în acest caz,
folosirea unui interval de viteze în funcţie de intervalul valorilor raportului de extruziune.
2.2.3.5. Lubrefierea
Deoarece aluminiul prezintă o plasticitate ridicată şi rezistenţă la deformare plastică
scăzută, extruziunea se poate face fără ungere [2]. Aceasta deoarece lubrefiantul folosit se
depune pe suprafaţa semifabricatului sub forma unei pelicule şi înlăturarea ei constituie o
operaţie suplimentară.
Avantajul extrudării fără ungere a aliajului de aluminiu constă în obţinerea unor
suprafeţe mai curate în comparaţie cu cele ce s-ar obţine în cazul extrudării cu ungere.
Totuşi, pentru a micşora frecările ce se nasc între semifabricat, container şi matriţă,
după [5] se folosesc ca lubrefianţi:
pentru lubrefierea matriţei se foloseşte soluţie Aqua-Dag;
pentru preşaibă şi dorn se foloseşte Oil-Bag.
2.2.4. Proiectarea sculelor de extruziune în matriţa cu punte
La proiectarea matriţelor cu cameră de sudură trebuie să se ţină seama de:
Deformarea elastică a sculei;
Corecţia la formarea orificiului;
Construcţia pragurilor;
Calculul de rezistenţă al matriţei.
2.2.4.1. Deformarea elastică a sculei
Datorită forţei cu care materialul presat apasă asupra matriţei aceasta se deformează
elastic, schimbând dimensiunile orificiului (fig.21)
Fig. 21. Deformarea elastică a matriţei.
De aceea la proiectarea matriţei, pentru a împiedica acest efect se lasă o degajare:
În cazul matriţelor pentru ţevi, deoarece deformarea elastică este mică, nu este
necesară toleranţa de deformaţie.
2.2.4.2. Corecţia la forma orificiului
La construcţia şablonului după care se va executa, prin electrocoroziune, orificiul
matriţei, va trebui să se facă următoarele corecţii:
Corecţii datorită operaţiei de rornuire. Pentru aceasta se scad mm la toate cotele
pentru a ţine seama de pierderile în grosime datorată ultimei operaţii în ciclul de execuţie al
matriţei.
Corecţia de contracţie - pentru aceasta se adaugă 1% la toate dimensiunile.
Corecţia pentru jocul şablonului - orificiul din matriţă se execută cu 0,05-0,06mm mai
mare decât cota şablonului.
2.2.4.3. Construcţia pragurilor
Elementele necesare pentru construcţia pragului sunt, conform fig.22:
lungimea pragului;
degajarea pragului;
conicitatea pragului.
Fig.22. Construcţia pragurilor.
2.2.3.3.1. Pentru studierea lungimii pragului există numeroase recomandări şi fomule,
de regulă empirice.
Curgerea materialului prin matriţă este influenţată de frecarea dintre lingou şi
container. Deoarece curgerea are loc cu viteză maximă în centrul matriţei şi pragul va avea
lungimea maximă tot în centru. Cu cât ne depărtăm de centrul matriţei, curgerea are loc mai
încet şi pentru a o uşura, lungimea pragului trebuie să fie mai mică.
Lungimea pragului se poate calcula cu formula:
unde,
- B - lungimea pragului în punctul dorit;
- B0=t0...2t0 - lungimea pragului minim (t0-grosimea ţevii);
- D0 - distanţa faţă de centru a punctului de plecare;
- D - distanţa faţă de centru a punctului unde se calculează pragul.
2.2.3.3.2. Degajarea pragului - acest element constructiv este utilizat pentru a realiza o
uşurare a curgerii materialului prin orificiul matriţei.
2.2.3.3.3. Pentru realizarea conicităţii se utilizează cuţite cu unghi de 100, 60, 30.
Frecvent se foloseşte degajare de 100.
2.3. Cercetări proprii
2.3.1. Modul de lucru
Pentru a se studia influenţa grudului de extrudare asupra calitaţii sudurii profilelor de
aluminiu, s-au extrudat 10 probe, fiecare proba reprezentănd o ţeavă rotunda de aluminiu cu
grosimi diferite de perete. Astfel s-a pornit de la o grosime de perete de 2,5mm şi sa ajuns la
o grosime de 25mm. Pentru a se stabili corelarea între raportul de extrudare şi raportul de
extrudare, acesta a fost calculat pentru fiecare probă:
Calculul raportului de extrudare pentru proba nr.1:
- Sc - suprafaţa containerului (transversală);
- Sp - suprafaţa transversală a profilului.
Calculul raportului de extrudare pentru proba nr.2:
Calculul raportului de extrudare pentru proba nr.3:
Calculul raportului de extrudare pentru proba nr.4:
222
c m11973m4
5,1234D
S
Calculul raportului de extrudare pentru proba nr.5:
222
c m11973m4
5,1234D
S
Calculul raportului de extrudare pentru proba nr.6:
Calculul raportului de extrudare pentru proba nr.7:
Calculul raportului de extrudare pentru proba nr.8:
222
c m11973m4
5,1234D
S
Calculul raportului de extrudare pentru proba nr.9:
222
c m11973m4
5,1234D
S
Calculul raportului de extrudare pentru proba nr.10:
222
c m11973m4
5,1234D
S
Tab.3. Dimensiunile probelor extrudate.
Nr.
Crt
.
Diametrul exterior X Diametrul interior,
[mm]
Grosimea de
perete,
[mm]
Gradul de
extrudare
1 65 x 60 2,5 24,3
2 65 x 55 5 12,7
3 65 x 50 7,5 8,8
4 65 x 45 10 6,9
5 65 x 40 12,5 5,8
6 65 x 35 15 5,1
7 65 x 30 17,5 4,6
8 65 x 25 20 4,2
9 65 x 20 22,5 4,0
10 65 x 15 25 3,8
În vederea obţinerii acestor ţevi s-au folosit ca semifabricat de pornire bare turnate
continuu din Al prima, aparţinând aceleiaşi şarje, având urmatoarea compoziţie chimică:
Tab.4. Compoziţia chimică a aliajului utilizat:
Marca Compoziţia chimica, [%]
Si Fe Cu Mn Mg Zn Cr Ti Pb Al
0,49 0,41 0,14 0,10 0,52 0,13 0,01
1
0,01
4
0,04
5
98,1
4
2.3.1.1. Debitarea
Barile turnate continuu au fost debitate, în vederea înlăturării defectelor care apar la
capete în cazul procedeului de tunare continuă, după care s-au debitat 10 bucăţi avand
următoarele dimensiuni:
Fig.23. Dimensiunile semifabricatelor de pronire.
Debitarea barelor s-a facut cu ajutorul unui fierăstrău circular fix, componentele
acestuia fiind prezentate in fig.24:
2 6 5 3 1 4
Fig.24. Ansamblu de debitare
1 - limitator ; 2 - disc de debitare ; 3 - bara aluminiu ; 4 - aparatoare ; 5 - menghina ;
6 - racire disc de debitare cu apa
2.3.1.2. Încălzirea semifabricatelor
După ce au fost debitate, semifabricate au fost incălzite in vederea asigurării unei
temperaturi optime pentru extrudare. Pentru încălzirea semifabricatelor sa folosit un cuptor cu
vatra, prezentat in fig.25:
3 2 1 4
Fig.25. Cuptorul de încălzire bilete
1- uşa de incarcare ; 2 – cuptor ; 3 – bilete ; 4 – contragreutate
Fiecare semifabricat a fost încălzit înainte de extrudare la temperatura de: 480 -
5100C.
2.3.1.3. Extrudarea propriuzisă
În vederea extrudării semifabricatelor s-a folosit urmatoarea matriţă de extruziune:
2 3 1 4 5
Fig.26. Matrita folisită pentru extrudarea probelor experimentale.
1-matriţă frontală; 2-matriţă posterioară; 3-camera de sudură; 4-ferestre de alimentare;
5-dorn.
Pentru a nu provoca şocuri termice (contactul dintre o matriţa rece si un bilet
cald) care pot duce la deteriorarea matriţelor (crăpături , spărturi) , acestea se încălzesc la o
temperatură de 580-600 ºC într-un interval de 2 ore. Depăşirea exagerată a timpului de
incălzire poate duce la decarburarea matriţelor şi implicit deteriorarea lor.
Pentru încălzire utilajul folosit este cuptorul de incălzit cu flacară fig.27,
combustibil propan sau gaze naturale.
1 4 3 2
Pentru extrudare s-a folosit o presă
hidraulică, prezentata in fig.28:
8 2 1 4 3 5 6 9 10 7
Fig.28. Presa de extrudare:
1-container presa; 2-cilindrul hidraulic al cutitului de taiere; 3-piston extrudare;
4-limitator cursa coloana ( avans); 5-limitator cursa coloana (retragere ); 6-limitator
cursa piston (avans); 7-limitator cursa piston ( retragere); 8-manometru operatii; 9-brat
parghie; 10-tampon.
În vederea extrudării se montează matriţa în locaşul matriţei 3 (fig.29) introducându-
se peste pana, canalul de pană al matriţei, după care se fixează lacatul blocare 2, (fig.29) şi se
înşurubează şuruburile de strângere.
Containerul se presează pe matriţă, până când presiunea citită pe manometru indică
200 bari. Se trage pistonul de extrudare 3, (fig.28) în poziţia “înapoi”, şi după aceea în lateral
din braţul pârghiei 9 (fig.28) pentru a permite introducerea biletului în locaşul din container 1
(fig.28). Cu ajutorul cleştelui se introduce un bilet încălzit în locaşul containerului 1 (fig.28).
Se aduce pe mijloc pistonul de extrudare şi se acţionează pe “înainte”. Prinderea
capătului de profil, se face cu un cleşte sau un patent. La iesirea din presa profilul extrudat
este ghidat pe placi de grafit si prin distantiere de grafit.
2 1 3 4
Fig.29. Ansamblu de montaj al matriţei pe presă:
1-carcasa cu matrita; 2-lacat blocare; 3-locas matrita;
Fig.27. Cuptor folosit la încălzirea matriţelor.1–cuptor; 2–uşă cuptor; 3–matriţă in carcasă;
4–cărucior.
4-extractor matrita.
În timpul fiecărui ciclu de extrudare s-a înregistrat cu ajutorul manometrului 8
presiunea de extrudare, datele înregistrate fiind prezentate în tabelul următor:
Tab.5. Presiunea de extrudare in timpul extrudării probelor experimentale, Presiunea
în N/mm2.
Proba
nr. 1
Proba
nr. 2
Proba
nr. 3
Proba
nr. 4
Proba
nr. 5
Proba
nr. 6
Proba
nr. 7
Proba
nr. 8
Proba
nr. 9
Proba
nr. 10
Ti
m
p
P
re
s
Ti
m
p
P
re
s
Ti
m
p
P
re
s
Ti
m
p
P
re
s
Ti
m
p
P
re
s
Ti
m
p
P
re
s
Ti
m
p
P
re
s
Ti
m
p
P
re
s
Ti
m
p
P
re
s
Ti
m
p
Pr
es
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
5 1
6
0
5 7
5
5 1
0
5
5 9
0
5 9
0
5 1
2
0
5 4
0
5 5
5
5 7
0
5 90
10 1
9
0
10 1
1
5
10 1
3
0
10 1
0
0
10 1
4
0
10 1
3
0
10 8
5
10 6
0
10 8
5
10 11
0
15 3
4
0
15 1
4
0
15 2
0
5
15 1
8
0
15 1
9
5
15 1
8
0
15 1
0
5
15 9
5
15 1
0
0
15 15
0
20 3
5
5
20 2
1
5
20 2
0
5
20 2
0
0
20 1
9
5
20 1
9
0
20 1
0
5
20 1
0
0
20 1
0
5
20 15
5
25 3
5
5
25 2
3
5
25 2
0
5
25 2
0
0
25 1
9
0
25 1
8
5
25 1
2
5
25 1
1
5
25 1
2
5
25 15
5
30 3
5
5
30 2
3
5
30 2
0
0
30 2
0
0
30 1
9
0
30 1
8
5
30 1
4
5
30 1
3
5
30 1
4
0
30 14
5
35 3
7
0
35 2
3
5
35 2
0
0
35 2
0
0
35 1
8
0
35 1
8
0
35 1
7
0
35 1
6
5
35 1
4
5
35 14
5
40 3 40 2 40 1 40 2 40 1 40 1 40 1 40 1 40 1 40 14
5
5
3
5
9
0
0
0
6
5
7
0
7
5
7
0
4
5
5
45 3
5
5
45 2
3
5
45 1
9
0
45 2
0
0
45 1
6
0
45 1
7
0
45 1
7
5
45 1
7
0
45 1
6
0
45 13
0
50 3
5
5
50 2
3
5
50 1
8
5
50 2
0
0
50 1
6
0
50 1
6
5
50 1
6
0
50 1
6
5
50 1
5
5
50 13
0
55 3
5
5
55 2
2
5
55 1
7
0
55 2
0
0
55 1
5
0
55 1
6
0
55 1
5
5
55 1
6
0
55 1
5
5
55 12
0
60 3
5
5
60 2
2
5
60 1
6
5
60 1
9
0
60 1
5
0
60 1
6
0
60 1
4
5
60 1
6
0
60 1
5
5
60 12
0
65 3
5
5
65 2
1
5
65 1
6
0
65 1
9
0
65 1
5
0
65 1
5
0
65 1
4
0
65 1
5
5
65 1
5
0
65 12
0
70 3
5
5
70 2
1
5
70 1
6
0
70 1
8
0
70 1
5
0
70 1
4
5
70 1
3
0
70 1
5
0
70 1
4
0
70 11
0
75 3
5
5
75 2
1
5
75 1
4
5
75 1
8
0
75 1
5
0
75 1
4
0
75 1
2
5
75 1
4
0
75 1
4
0
75 11
5
80 3
5
5
80 2
1
5
80 0 80 1
7
0
80 1
5
0
80 0 80 1
2
0
80 1
4
0
80 1
3
5
80 0
85 3
5
5
85 2
1
5
85 1
7
0
85 1
3
5
85 1
1
0
85 1
3
0
85 1
3
5
90 3
5
90 2
0
86 0 90 0 90 1
0
90 1
2
90 1
3
5 5 5 5 0
95 3
5
5
95 2
0
5
95 1
0
0
95 1
2
0
95 1
2
5
10
0
3
5
5
10
0
1
9
5
97 0 10
0
1
1
5
10
0
1
2
0
10
5
3
5
0
10
5
1
9
5
10
5
1
1
5
10
5
1
1
5
11
0
3
4
0
11
0
1
9
5
11
0
1
1
0
11
0
0
11
5
3
4
0
11
5
0 11
5
1
1
0
12
0
3
4
0
12
0
0
12
5
3
2
5
13
0
0
Din tabelul 5 se pot realiza grafice de variaţie a presiunii pe durata unui ciclu de
extrudare:
Proba 1, RE1=24,3
Proba 2, RE2=12,7
Proba 3, RE3=8,8
Proba 4, RE4=6,9
Proba 5, RE5=5,8
Proba 6, RE6=5,1
Proba 7, RE7=4,6
Proba 8, RE8=4,2
Proba 9, RE9=4
Proba 10, RE10=3,8
Din toate graficele anteriaore se observă aceeaşi variaţie a presiunii în timpul unui
ciclu de extrudare şi anume: presiunea creşte de la 0 pană la o valoare maximă, când
semifabricatul este refulat în container dupa care, după care urmează extrudarea propriuzisă
când presiunea scade foarte încet datorită scăderii forţelor de frecare a semifabricatului şi
containerul, lucru care se întâmplă până cand semifabricatul parcurge toată seprafaţa
containerului si are loc sfârşitul ciclului de extrudare iar presiunea revine la valoarea 0.
Aceleaşi traiectorii de variaţie a presiunii sunt puse si în graficul următor cu
evidenţierea însă a diferenţei dintre valorile presiunii în funcţie şi de raportul de extrudare.
Din tabelul 5 se pot extrage presiunile maxime de extrudare pentru fiecare probă.
Valorile presiunii maxime de extrudare vor fi puse întru-un grafic în funcţie de gradul de
extrudare:
Tab.6.
Nr.
Probei
Raportul de
extrudare
Presiunea
maximă
1 24,3 370
2 12,7 235
3 8,8 205
4 6,9 200
5 5,8 195
6 5,1 190
7 4,6 175
8 4,2 170
9 4,0 160
10 3,8 155
Cu datele din tabelul anterior sa trasat graficul din fig.30 care ne arată tendinţă de
creştere a forţei maxime de extrudare odată cu creşterea raportului de extrudare.
Cu ajutorul acestui grafic se poate determina forţa maximă de extrudare pentru orice
configuraţie de profil care urmează să se execute din aliajul analizat. Astfel prin calcularea
raportului de extrudare pentru un profil, se poate stabili presiunea maximă de extrudare
aflând în acest mod dacă profilul respectiv se poate extruda pe presa aflată în dorare sau daca
nu se poate extruda.
Vizitati www.tocilar.ro ! Arhiva online cu diplome, cursuri si referate postate de utilizatori.
Fig.30. Variaţia presiunii maxime în fucţie de gradul de extrudare
După extrudare s-au obţinut 10 ţevi din aluminiu cu grosimi diferite de perete aşa cum
se arată în fig.31:
Fig.31. Ţevile extrudate.
Pentru a se pune în evidenţă defectele ce apar odată cu scăderea gradului de extrudare
la extrudarea cu sudură, ţevile au fost debitate in mai multe secţiuni care au fost supuse
analizei, asa cum se arată în fig.32:
Fig.32. Ţevile după debitare.
2.3.2. Analiza probelor
2.3.2.1. Analiză realizată prin încercare la încovoiere
Pentru a se pune în evidenţă defectele de sudură ce apar la extrudarea cu sudură, din
fiecare ţeavă extrudată a fost debitată câte o probă cu o lungime L=30mm, care a fost supusă
unui încercări la încovoiere pe o presa hidraulica, păstrându-se acelaşi grad de deformare
pentru toate probele.
Secţiunile debitale au fost aşezate in bacurile presei astfel încât liniile de sudură ale
secţiunilor să fie perpendiculare pe direcţia de presare a presei hidraulice.
Vizitati www.tocilar.ro ! Arhiva online cu diplome, cursuri si referate postate de utilizatori.
Fig.33. Deformarea probelor debitate din ţevi.
În timpul deformare, probele s-au comportat diferit, în funcţie de gradul de extrudare
RE, probele fiind prezentate în pozele următoare:
Fig.34. Poze cu probele deformate, şi evidenţierea rupturilor care apar.
Analizând probele după încercarea la încovoiere se observă o punere în evidenţă a
defectelor de material ce apar datorită sudurii imperfecte ce are loc. Sudura metalului în
camera de sudură este un proces ce se desfăşoară prin difuzia metalului unul în celălalt,
proces ce poate avea loc numai în condiţii de temperatură şi presiune ridicată. Astfel
difuzia metalului poate fi neconformă dacă nu se îndeplinesc condiţiile de temperatură şi de
presiune, de asemenea acest procedeu de extrudare nu poate fi aplicat decât la anumite aliaje,
cum ar fi cele de Al, care prezintă un grad de sudabilitate ridicată.
Pe lăngă cele trei condiţii de presiune, temperatură si sudabilitate, fenomenul de
sudură mai este posibil în cazul aliajelor de Al deoarece acestea prezintă un grad de oxidare
scăzut.
Din fig.34 se observă, în cazul probelor 1 şi 2 că după încercarea la încovoiere acestea
au crăpat, lucru care însă nu se poate explica prin proasta sudură a metalului ci mai degrabă
prin o rezistenţă mecanică scăzută datorită grosimii mici de perete.
Analizând însă probele 8 şi 10 din fig.34 se observă că materialul a crăpat în zona de
sudură, lucru care nu se mai poate pune pe seama grosimii mici de perete, dar se explică prin
faptul că la grade mari de extrudare sudarea materialului este mai proastă.
2.3.2.2. Analiză asupra macrostructurii probelor
Pentru a întări aceste concluzii, probele realizate la un grad mic de extrudare, au fost
supuse unei analiza macrostructurale, realizată la INMR Bucureşti.
Probele au fost pregătite printr-un atac de punere în evidentă a structurii cu următorii
reactivi: CaCl2, H3NO3.
Vizitati www.tocilar.ro ! Arhiva online cu diplome, cursuri si referate postate de utilizatori.
Analizând proza din fig.35, care reprezintă o probă realizată cu un grad mare de extrudare, RE=12,7 nu se observă nici un fel de defect pe suprafată
materialului, în timp ce pe proba din fig.36, reprezentând o probă realizată cu un grad mic de extrudare RE=3,8 se observă că pe suprafaţa probei apare, în toate
cele patru colţuri un şanţ longitudinal care scoate în evidentă proasta sudură a materialului la grade de extrudare mici.
Concluzia acestor cercetări este că pentru aliajul analizat, nu este recomandat
procedeul de extrudare cu sudura la grade de sudură mai mici de 3,8. O mai bună observare a
acestui fenomen poate fi realizată folosind aliaje cu o sudabilitate mai scăzută cum ar fi
siluminurile sau duralurile.
Fig.35. Analiză macrostructurală asupra probei 2.
Fig.36. Analiză macrostructurală asupra probei 10.
Vizitati www.tocilar.ro ! Arhiva online cu diplome, cursuri si referate postate de utilizatori.
Cap.3. REPROIECTAREA TEHNOLOGIEI DE EXTRUZIUNE
3.1. Varianta existentă. Descrierea tehnologiei de fabricație a țevii Ø45x5 existentă la
Alprom Slatina
In planul de investiție al uzinei de prelucrare a aluminiului Slatina, este prevazută
fabricarea țevii Ø45x5. Acest sortiment se foloseşte, fie in stare extrudată, fie in stare trasă.
După tragere se obțin alte dimensiuni ale țevii, mărindu-se diametrul exterior si micşorandu-
se grosimea peretelui.
Atât ţeava extrudată cât şi ţeava trasă se folosesc in construcțiile de maşini, deoarece
aceste produse conferă proprietăți mecanice bune, la o greutate specifică scăzută.
In cadrul Alprom Slatina, pentru executarea acestor țevi, se foloseşte tehnologia de
extrudare cu dorn fix la presa orizontală de 3600tf.
3.1.1. Fişa tehnologică folosită pentru extrudarea țevii Ø45x5 este:
3.1.1.1. Transport lingou de la depozitul de lingouri la cuptor
Această operație se realizează cu un autostivuitor de 3t, lingourile fiind transportate in
bene. Dimensiunile lingoului sunt Ø219x520, iar greutatea G=52.5 kg.
3.1.1.2. Încălzire pentru extrudare
Se face într-un cuptor continuu cu trei zone de încălzire. Temperatura de încălzire este
de 430-450˚C. Cuptorul este prevăzut cu 7 lanțuri de transport a lingourilor. În cazul acestui
sortiment, pentru a realiza concordanța între cuptor şi presă, se folosesc toate lanțurile.
Temperaturile lingoului în cele trei zone sunt:
- zona I- 400˚C;
- zona II- 430˚C;
- zona III- 440˚C.
De menționat este faptul că acest cuptor de încălzit lingouri este prevăzut cu
ventilatoare de recirculare a gazelor. Aceasta deoarece în intervalul de temperaturi 400-
Vizitati www.tocilar.ro ! Arhiva online cu diplome, cursuri si referate postate de utilizatori.
450˚C, transmisia de căldură prin convecție predomină față de transmisia de căldură prin
radiație.
3.1.1.3. Extrudarea
Se realizează la presa de 3600tf. Parametrii tehnologici de extrudarea țevii Ø45x5
sunt:
Raport de extruziune-63,7
Temperatura conteinerului- 380˚C
Temperatura de extrudare-390-440˚C
Viteza de extrudare- 600 mm/s
Greutatea specifică- 1,71kg/m de țeavă
După presare, mai rămâne în container un rest de presare a cărui lungime este de 55
mm.
Ca lubrifiant pentru matriță se foloseşte Aqua- Dag. Lubrifierea se face prin stropire
la un unghi de 45˚(figura de mai jos).
Ca scule pentru extrudarea țevii, se folosesc:
dornul de perforare
matrița
suport matriță
inele de sprijin
Aceste scule, precum şi asamblarea lor, se pot vedea in desenul de executie al
tehnologiei existente, anexat proiectului.
Vizitati www.tocilar.ro ! Arhiva online cu diplome, cursuri si referate postate de utilizatori.
Dornul are rolul de a perfora lingoul şi de a forma împreună cu matrița, locaşul de
formare a tevii.
Suportul matriței are rolul de a fixa matrita în ansamblul ce se montează pe presă.
Inele sunt necesare pentru a prelua forța pe care o exercită lingoul asupra matritei.
Dimensiunile țevii sunt:
- diametrul exterior=45 mm
- dimetrul interior= 35 mm
- lungime= 27500 mm
În timpul extrudării se face un control dimensional şi aspectual la primele 233
produse extrudate.
Conform STAS 524-67 toleranțele dimensoinale sunt:
- la perete de 5 mm se admite toleranță ±0,5 mm
- la diametrul exterior se admite toleranță ± 0,15 mm
3.1.1.4. Îndreptarea.
Se face o îndreptare a țevii rezultată din extrudare, la un banc de 45tf. Îndreptarea se
face prin întindere.
3.1.1.5. Debitarea.
Se executa la un ferăstrău circular. Se înlatură:
- capul anterior al țevii= 1600 mm
- capul posterior al țevii= 1400 mm
După aceasta, teava rămasă se debitează in 3 bucăți a 8200 mm.
3.1.1.6. Transport la cântărire.
Se realizează cu ajutorul podului rulant de 5tf, viteza de deplasare fiind de 15 m/min.
3.1.1.7. Cântărirea.
Se face cântărirea câte unui lot cu ajutorul unui cântar basculă, după care se
inregistrează predarea de la extrudate la trase.
Vizitati www.tocilar.ro ! Arhiva online cu diplome, cursuri si referate postate de utilizatori.
Procesul de extruziune se desfăşoară în mai multe etape începând cu introducerea
lingoului şi terminând cu tăierea restului de presare.
Fig. 37.
1 – suportul matriţei;
2 – matriţă;
3 – manşonul containerului;
4 – container;
5 – poanson tubular;
6 – şaibă de presare;
7 – dorn de presare.
La început conteinerul este gol, în poziția de aşteptare a lingoului. Cu ajutorul unor
manipulatoare laterale este adus lingoul cald şi introdus in conteiner (fig.37.a), după care
conteinerul se deplasează către matriță, fixându-se în față acesteia(fig.37.b).
Urmează o presare preliminară până când lingoul umple conteinerul (fig.37.c), după
care bucşa şi poansonul se retrag puțin, pentru ca la perforare, volumul de material dislocat
de dorn să aibă loc să curgă înapoi (fig.37.d).
În fig.1.e. se observă procesul de perforare a lingoului cu ajutorul dornului, care se
aşează cu capul în dreptul locaşului matriței, formând împreuna cu acesta, profilul țevii.
După perforare urmează extrudarea propriu-zisă, proces în care datorită presiunii
realizate asupra lingoului cu ajutorul tijei de presare, materialul iese prin locaşul format de
matriță şi dorn sub formă de țeavă (fig.37.f.). La sfârşitul extrudării, mai rămâne un rest de
presare care se înlătură împreună cu şaiba de presare cu ajutorul unei foarfeci verticale,
montată pe presă(fig.37.g). După aceste etape, ciclul de extruziune se reia, folosind aceleaşi
etape.
3.1.2. Calculul economic
3.1.2.1. Indicele de utilizare a materialului
Vizitati www.tocilar.ro ! Arhiva online cu diplome, cursuri si referate postate de utilizatori.
=52,5 kg- greutatea lingoului;
n=3- numărul de bucăți debitate din teavă;
L=8200 mm- lungimea unei tevi;
= 1,71 kg/m- greutatea țevii pe unitatea de lungime;
3.1.2.2. Productivitatea liniei tehnologice
Timpul de extrudare este:
3.1.2.3. Calculul consumurilor energetice
a) Consumul de energie electrică:
unde:
- Pik - puterea instalată a fiecărui utilaj;
- Frk- fondul real de timp al fiecărui utilaj;
- Kuk - 0,8- coeficient de utilizare al utilajelor;
Pik=862 kW - pentru linia presei de 690kWh/ora.
Consumul specific de energie electrică este
Vizitati www.tocilar.ro ! Arhiva online cu diplome, cursuri si referate postate de utilizatori.
b) Consumul de combustibil:
Combustibil (gaz metan)se foloseşte numai pentru incălzirea lingourilor şi se
calculează cu relația:
- Qu - căldură utilă;
- Qp - pierderi de căldură
- Fr - fondul de timp al utilajului
- Pu=2025 kg/h - productivitatea cuptorului
- CpAl= 0,099 kcal/kg.grad- căldura specifică a Al la 450˚C
Consumul specific de combustibil este:
c) Consumul de aer comprimat şi consumul de apă industrială
Din normele interne ale uzinei, consumul specific de apă industrială şi aer comprimat
este:
- pentru presa de 3600 tf
d) Cheltuieli specifice cu manopera
În cadrul liniei tehnologice de la presa de 3600tf lucrează 12 muncitori, salariul tarifar
mediu fiind 7,2 lei/ora.
Vizitati www.tocilar.ro ! Arhiva online cu diplome, cursuri si referate postate de utilizatori.
3.1.2.4. Indici tehnico-economici
Tab.7.
Indice
tehnico-economic
U.M. Mărimea
indicelui
Pret
unitar
Cheltuieli specifice
pe unit. de produs
Consum de metal kW/t 1,26 14 lei/kg 17650
Consum de energie el. m³/t 430 0,3 lei/kW 129
Consum combustibil m³/t 14,3 0,2 lei/ m³ 2,86
Consum aer comprimat m³/t 140 0,06 lei/ m³ 8,4
Consum apă indistrială m³/t 9 0,1 lei/ m³ 0,9
Consum manoperă lei/t - - 54
Total 17.845,16 lei/t
3.1.3. Analiza tehnologiei existente
În cadrul tehnologiei existente se observă că:
a) Dimensiunile lingoului sunt Ø219x520, deci . În literatură, raportul
este cuprins între limitele 1,5-3. pentru mărirea lungimii țevii si a productivității se poate
merge la un raport mai mare, mai ales că țeava obținută este mult mai scurtă decât
lungimea utilă a transportoarelor şi a bancului de tras. Mărirea raportului se poate realiza:
- prin micşorarea diametrului lingoului dar acest lucru ar fi nerațional;
- prin mărirea lungimii lingoului.
b) Lingourile având dimensiuni mici şi greutate mică, este mai economic a se
transporta cu ajutorul autostivuitoarelor, decât prin alte mijloace, lucru realizat în cadrul
tehnologiei folosite de Alprom Slatina.
Vizitati www.tocilar.ro ! Arhiva online cu diplome, cursuri si referate postate de utilizatori.
c) Încălzirea semifabricatelor în vederea extrudării se face la temperatura de 440˚C.
Din tema de cercetare rezultă că plasticitatea este maximă şi rezistența la deformare este
minimă în intervalul de temperaturi de 450-550˚C.
Ținând cont insă că în timpul extruziunii, datorită efectului termic al deformației,
temperatura se ridică cu aproximativ 50˚C, temperatura de incălzire se alege cu 50˚ mai mică.
Deci temperatura de încălzire de 440˚C nu este bine aleasă.
d) Pentru tehnologia de extrudare cu dorn, raportul de extruziune este destul de
mare(63,5). După datele din literatură, acest raport este optim la tehnologia de extrudare cu
cameră de sudură, unde este necesară o presiune pentru a putea fi realizată sudura pereților
țevii. deci la tehnologia existentă, poate fi realizat acest raport de extruziune, micşorandu-se
astfel şi forța necesară extrudării.
e) Viteza de extruziune, deoarece materialul este destul de plastic, se poate adopta mai
mare, aceasta ducând la mărirea productivității.
f) Folosind această tehnologie, există o mare pierdere de material rezultând un indice
de utilizare destul de mic. Pierderile de material se fac:
- la extruziune, prin înlăturarea restului de presare;
- la debitare, prin tăierea capetelor de țeavă.
g) În cadrul Alprom Slatina, ca lubrifianți la extrudare se folosesc Aqua-Dag şi Oil-
Bag. Aceştia sunt procurați din import. Este necesară studierea influenței lor asupra
procesului de extrudare precum şi a compoziției lor chimice în vederea înlocuirii cu
lubrifianți fabricați in țară. Astfel s-ar aduce economii prin reducerea cheltuielilor cu
procurarea de lubrifianți.
h) În cadrul Alprom Slatina se face un control dimensional numai la primele 2-3
produse extrudate. Deoarece principalul dezavantaj al folosirii tehnologiei de extrudare cu
dorn de perforare, îl constituie excentricitățile tevii, este necesar a se face acest control şi în
timpul extrudării.
Vizitati www.tocilar.ro ! Arhiva online cu diplome, cursuri si referate postate de utilizatori.
3.2. Varianta reproiectată. Descrierea tehnologiei de fabricație a țevii Ø45x5 folosind
procedeul de extrudare cu sudură
O tehnologie modernă care a început să se practice tot mai mult, pentru obținerea
țevilor din aluminiu este extruziunea folosind matriță cu punte si cameră de sudură. Această
tehnologie prezintă avantajul că elimină majoritatea defectelor ce se întâlnesc la tehnologia
de extrudare cu dorn de perforare şi anume:
- datorită unei ghidări scurte a dornului se elimină posibilitatea dezaxării acesuia în
timpul extrudării. Deci, în acest fel dispar complet excentricitățile țevii, defecte care erau
destul de frecvente în cazul folosirii dornului de perforare.
- folosirea matriței cu punte reduce mult toleranțele referitoare la grosimea peretelui
țevii, , datorită rigidității dornului.
- întrebuințând pentru extruziunea țevilor, matrițe cu punte, nu mai este necesar
dornul de perforare, odată cu el pierzându-şi utilitatea întregul mecanism de perforare al
presei. Deci, acelaşi sortiment (țeavă Ø45x5) se poate realiza la o presă mai simplă, fară
mecanism de perforare. Eliminând operația de perforare, timpul de extruziune va fi mai mic.
În cadrul Alprom Slatina există două prese de extruziune, una de 3600tf cu perforator
şi una de 2250tf, fară perforator. În momentul de față, țevile de Ø45x5 se execută la presa de
3600tf. Folosind matriță cu punte, acest sortiment poate fi transpus la presa de 2250tf,
obținând astfel consumuri mai mici şi o utilizare mai rațională a utilajelor din secție.
Datorită avantajelor pe care le are noua tehnologie, a fost propusă pentru studiu,
folosirea extruziunii cu matriță cu punte.
Etape de extruziune. În cadrul acestei tehnologii, operațiile ce se execută în timpul
extruziunii sunt:
- introducerea lingoului in conteiner împreună cu şaiba de presare;
- extrudarea propriu-zisă;
- înlăturarea şaibei de presare;
- revenirea conteinerului şi a poansonului in pozitie inițială.
De menționat este faptul că în cadrul noii tehnologii, materialul neextrudat, rămas in
camera de sudură, se extrudează in continuare când asupra lui presează lingoul următor. Deci,
Vizitati www.tocilar.ro ! Arhiva online cu diplome, cursuri si referate postate de utilizatori.
nu mai există un rest de presare ca la tehnologia cu dorn, unde acest rest era înlăturat prin
tăiere. Astfel se va mări indicele de utilizare al metalului.
3.2.1. Dimensiunile semifabricatului
Deoarece în cadrul acestei variante s-a propus folosirea unui container cu diametrul
interior de 226mm, container care se utilizează la presa de 2250tf de la Alprom Slatina, se vor
adopta pentru lingou, dimensiunile:
- diametrul: 219mm;
- lungime: 600mm.
Făcând raportul se observă că este egal cu 2,74, adică se încadrează în
limitele date în literatură (1,5-3).
3.2.2. Regimul termic
3.2.2.1. Tempratura de încălzire
Din experimentările făcute, a rezultat că intervalul optim al temperaturilor de
extrudare este 450-5500C. Cunoscând că datorită efectului termic al deformaţiei, în timpul
extrudării temperatura se ridică cu aproximativ 500C, intervalul temperaturilor de încălzire va
fi 400-5000C.
3.2.2.2. Durata încălzirii
Pentru a afla timpul de încălzire se foloseşte formula:
w - viteza de mişcare a gazelor m/s;
Vizitati www.tocilar.ro ! Arhiva online cu diplome, cursuri si referate postate de utilizatori.
Deci timpul de încălzire al lingoului este 1,8 ore.
3.2.2.3. Temperatura în container
Temperatura containerului este cu 500C mai mică decât media temperaturilor de
extrudare.
Textrudare=4500C. Deci Tcontainer=4000C
3.2.2.4. Temperatura cuptorului
De regulă temperatura cuptorului este cu 500C mai mare decât temperatura pe care o
are lingoul la sfârşitul încălzirii.
Deci Tcuptor=5000C.
3.2.3. Raportul de extruziune
- Sc - suprafaţa containerului (transversală);
- Sp - suprafaţa transversală a profilului.
Vizitati www.tocilar.ro ! Arhiva online cu diplome, cursuri si referate postate de utilizatori.
Raportul de extruziune optim, pentru profile închise deci şi pentru ţevi, după [5] este
de 60-20.
În cadrul acestei variante s-a obţinut un raport de extruziune foarte apropiat de cel
optim.
3.2.4. Presiunea de extruziune
Presiunea de extruziune se calculează cu formula:
- C=5 - coeficient ce ţine seama de forma matriţei;
- σcAl=1,4Kgf/mm2 - limita de curgere a aluminiului la 4000C;
- μ=0,3 - coeficient de frecare;
- L=600mm; D=219mm - dimensiunile lingoului ce se introduce în container;
- L’=565mm; D’=226mm - dimensiunile lingoului după ce a fost refulat în container;
- A0=401cm2 - secţiunea transversală a lingoului deoarece după refulare, lingoul
umple containerul;
- A1=6,36cm2 - secţiunea transversală a ţevii.
Cunoscând presiunea necesară extruziunii, se poate calcula forţa de extruziune.
Deci forţa de extruziune este mai mică decât forţa nominală a presei (2250tf).
3.2.5. Viteza de extruziune
Viteza de extruziune se alege în funcţie de natura aliajului de Al ce se extrudează, de
raportul de extruziune şi de complexitatea profilului. Pentru ţevi de Al99,5, la un raport de
extruziune de 63,5 se adoptă viteza de 400mm/s [5]. Viteza este mai mică decât la
extruziunea cu dorn, pentru a se realiza sudura pereţilor ţevii.
Viteza poasonului va fi:
Vizitati www.tocilar.ro ! Arhiva online cu diplome, cursuri si referate postate de utilizatori.
3.2.6. Lungimea ţevii obţinute
Lungimea ţevii se calculează pe baza legii volumelor constante.
Vţeavă=Vlingou deoarece nu avem nici o pierdere de material în timpul extrudării. Restul
de material neextrudat rămas în camera de sudură, este împins prin focarul matriţei de către
lingoul următor.
După extrudare ţeava este îndreptată la un banc de tras. De la îndreptat, ţeava merge
la debitare. Debiarea se face:
- se înlătură capătul anterior=600mm;
- se înlătură capătul posterior=1400mm deoarece aici există materialul rămas în
camera de sudură care nu realizează o sudură corectă a pereţilor ţevii;
- se debitează 4 bucăţi de lungime 8200mm.
3.2.7. Productivitatea presei
Timpul unui ciclu de extrudare este:
În timpul auxiliar se încadrează următoarele operaţii:
- aducerea lingoului în faţa containerului;
- împingerea lingoului în container cu ajutorul poasonului;
- deplasarea containerului şi poansonului, înainte până la fixarea pe matriţă;
- retragerea containerului şi poansonului în poziţie de primire a lingoului.
Toate aceste operaţii se fac în aproximativ 25sec.
Productivitatea presei este:
Vizitati www.tocilar.ro ! Arhiva online cu diplome, cursuri si referate postate de utilizatori.
3.2.8. Numărul de lingouri din cuptor
n’ - numărul de lingouri ce trebuie să existe în cuptor pentru a asigura atât încălzirea
cât şi productivitatea presei.
P - productivitatea presei
t - timpul de încălzire în minute.
Pentru a asigura funcţionarea neîntreruptă a presei, numărul de lingouri se majorează
la 60 lingouri.
Lungimea vetrei cuptorului este de 9m.
Numărul de lingouri de pe un lanţ este:
Deci se lucrează cu 4 lanţuri la cuptorul ce deserveşte presa de 2250tf.
3.2.9. Calculul S.D.V.-urilor
3.2.9.1. Calculul de rezistenţă al matriţei:
Calculul de rezistenţă al matriţei se referă la determinarea determinarea dimensiunilor
punţii de susţinere a dornului. Aceasta este solicitată la încovoiere datorită presiunii metalului
ce se extrudează. Calculul este un calcul simplificat, considerând puntea ca o grindă
rezemată.
Vizitati www.tocilar.ro ! Arhiva online cu diplome, cursuri si referate postate de utilizatori.
, unde:
- σa=5000Kgf/cm2 - efortul unitar admisibil;
- P=p . A - forţa de încovoirere;
- f=2 - coeficient ce ţine seama de numărul punţilor;
- z=factor ce ţine seama de forma şi dimensiunile matriţei
3.2.9.1.1. Calculul forţei de încovoiere
p=5060Kgf/cm2
- suprafaţa dornului
3.2.9.1.2. Lungimea punţii se adoptă constructiv egală cu 110mm
3.2.9.1.3. Calcului lui z.
Pentru o curgere mai uşoară a metalului în matriţă şi pentru a favoriza sudarea
acestuia în camera de sudură, puntea are o formă aerodinamică:
- G1 - centrul de greutate al părţii triunghiulare;
- G2 - centrul de greutate al părţii trapezoidale;
- G0 - centrul de greutate global;
- A1, A2 - suprafeţele secţiunii.
Vizitati www.tocilar.ro ! Arhiva online cu diplome, cursuri si referate postate de utilizatori.
în care:
;
şi
, unde şi
de unde rezultă că
Pentru uşurarea calculelor se utilizează un tabel în care în funcţie de r si de b1 se dă
valoarea lui z.
h (mm)
b1 (mm) 38,1 50,8 63,5 76,2 88,9 101,6 127 152,7
20 2,2 4,2 6,7 -
26 2,5 4,9 8,3 12
32 3 5,5 9,5 14 20
38 10 16 23 31
44 17 25 34 55
50 26 37 64
64 38 73 115
În cazul nostru, deoarece diametrul dornului este de 35mm, se va adopta b1=32mm şi
h=50,8.
La aceste valori ale lui h şi b1, din tabel rezultă z=5,5.
Vizitati www.tocilar.ro ! Arhiva online cu diplome, cursuri si referate postate de utilizatori.
Deci la aceste dimensiuni, puntea nu rezistă solicitărilor. Se va alege valoarea lui h
mai mare h=63,5, menţinând valoarea lui b1. Din tabel rezultă z=9,5.
Deci puntea având dimensiunile b1=32mm şi h=63,5, rezistă solicitării de încovoiere.
3.2.9.2. Calculul pragurilor
Lungimea pragului minim se calculează cu formula:
t=5 - grosimea peretelui ţevii
Pragul are aceiaşi lungime pe tot conturul orificiului matriţei, deoarece se găseşte la
aceiaşi distanţă de centru.
Constructiv se adoptă:
- degajarea pragului 1,5mm;
- unghiul de degajare 50.
Vizitati www.tocilar.ro ! Arhiva online cu diplome, cursuri si referate postate de utilizatori.
3.2.9.3. Calculul orificiului matriţei
Diametrul locaşului matriţei este egal cu diametrul
exterior al ţevii, la care se adaugă corecţia datorită contracţiei şi corecţia datorită uzurii, deci:
3.2.9.4. Calculul diametrului dornului
Diametrul dornului este egal cu diametrul interior al ţevii la care se adaugă corecţia
datorită uzurii şi corecţia datorită contracţiei.
3.2.9.5. Camera de sudură
Având diametrul dornului de 35mm, se alege lungimea camerei de sudură egală cu
19,1mm[5]. Dacă lungimea camerei este mai mică, materialul nu se sudează.
Această cameră de sudură se obţine prin îmbinarea matriţei frontale şi a matriţei
posterioare.
Vizitati www.tocilar.ro ! Arhiva online cu diplome, cursuri si referate postate de utilizatori.
Forţa de presare cu care materialul apasă asupra matriţei este preluată de suportul
matriţei şi de cele două inele de sprijin.
Diametrul găurii suportului matriţei se adoptă constructiv în aşa del ca să fie cu 3mm
mai mare decât diametrul matriţei în partea de ieşire a materialului.
Diametrul găurii inelului de sprijin nr.1 se adoptă cu 6mm mai mare ca diametrul
suportului matriţei.
La fel se adaugă şi pentru inelul de sprijin nr.2.
Făcându-se aceste trepte se exclude posibilitatea ca la ieşirea din matriţă, capul ţevii
să se prindă de îmbinarea inelelor. La ieşirea din inele, ţeava trece printr-un suport de ghidare
numit canister. Pentru a nu produce rizuri pe ţeavă, aceasta se face din inele de grafit
imbrăcate într-o manta metalică.
Dimensiunile exterioare ale matriţelor şi inelelor se adoptă în funcţie de dimensiunile
locaşului unde se fixează ansamblul matriţei. În figura de mai jos, este prezentată schiţa
ansamblului matriţei de extrudare cu un singur fir.
Matriţa frontală şi posterioară sunt prezentate mai detaliat în figura următoare:
Matriţă cu punte pentru extrudarea ţevilor:
1 - Matriţă frontală;
Vizitati www.tocilar.ro ! Arhiva online cu diplome, cursuri si referate postate de utilizatori.
2 - Matriţă posterioară;
3 - Dorn;
4 - Punte de sprijin;
5 - Cameră de sudură.
Vizitati www.tocilar.ro ! Arhiva online cu diplome, cursuri si referate postate de utilizatori.
Fişa tehnologică pentru extrudarea ţevii Ø45x5
Nr.
Crt
.
Denumirea
operației
Utilaj S.D.V. Dimensiunile
semifabricatului,
[mm]
Greutatea
Semifabricatului,
[Kg]
Parametrii
tehnologici
1. Transport
lingou la
cuptor
Autostivuitor
3t
Φ 219x600 61 Se transportă
lingourile în
bene
2. Încălzire
pentru
extrudare
Cuptor
încălzire cu
flacără
Φ 219x600 61 Temperatura
încălzire:
450˚C
Timp
încălzire: 1,8
ore
Se utilizează
toate lanțurile
3. Extrudare Presă 2250tf Matriță
frontală
Matriță
posterioară
Suport
matriță
Inele de
spirjin
Canister
Φ45x35(5)x34800 61 Raport de
presare: 63,5
Temp.
conteinerului:
400˚C
Temp.
extrudare:
450˚C
Viteza
extrudare:
400mm/s
Viteza
poanson:
6,3mm/s
Forța
Vizitati www.tocilar.ro ! Arhiva online cu diplome, cursuri si referate postate de utilizatori.
necesară:
1784tf
4. Îndreptare Banc 30t tip
hidraulic
Φ
45x35(5)x34800
61 Întinderea
numai până la
îndreptare
5. Debitare Ferăstrău
circular
Disc cu
grosimea
de 4 mm
Φ 45x35(5)x8200 56 Se inlătură:
- cap anterior:
600mm
- cap
posterior:
1400mm
Se debitează
48 buc. de
lungime
8200mm
6. Transport
la cântărire
Macara 5t Φ 45x35(5)x3-
8200
56 Viteza 15
m/min
7. Cântărire Cântar
basculă
Φ 45x35(5)x3
bucx8200
56 Se
inregistrează
predarea la
atelierul de
trase.
3.2.10. Calculul economic
3.2.10.1. Indicele de utilizare a metalului
, unde:
- Gpf=56Kg - greutatea piesei finite;
- Gs=61Kg - greutatea semifabricatului.
3.2.10.2.Productivitatea liniei de extrudare
Utilajul care determină productivitatea liniei este presa de extruziune. Deci
productivitatea presei este:
3.2.10.3.Calculul consumurilor
a) Consumul de energie electrică
, unde:
- Pik - puterea instalată a utilajului;
- Frk - fondul de timp al utilajului;
- Kuk - coeficientul de utilizare a utilajului.
∑Pik=606,7KW
Pentru a determina consumul de energie electrică pe tona de produse se împarte
consumul total la productivitate:
=285Kwh/t
b) Consumul de combustibil
Pagina 50 din 55
Consumul de combustibil se poate calcula cu relaţia:
unde:
- Qu - cantitatea de căldură utilă;
- - productivitatea utilajului;
- ;
- - temperatura de încălzire;
- - temperatura mediului.
c) Consumul de apă industrială şi consumul de aer comprimat
Consumurile specifice pentru presa de 2250tf de la Alprom Slatina sunt:
- ρapă=8 m3/t;
- ρaer=130 m3/t.
d) Cheltuielile specifice de manoperă
În cadrul liniei tehnologice de la presa de 2250tf, lucrează 11 muncitori productivi,
salariul tarifar mediu fiind 6RON/oră muncitor.
Pagina 51 din 55
e) Indicii tehnico economici
Indice tehnico-
economic
UM Mărimea
indicelui
Preţ unitar Cheltuieli specifice pe
unitatea de produs
Consum de metal t/h 1,09 14lei/Kg 15270
Consum de energie
electrică
Kwh/t 285 0,3lei/Kw 85,5
Consum de
combustibil
m3/t 12 0,2lei/m3 2,4
Consum de apă
industrială
m3/t 8 0,1lei/m3 0,8
Consum de aer
comprimat
m3/t 130 0,06lei/m3 7,8
Consum manoperă lei/t 46,5 - 46,5
Total 154130
3.3. Analiza variantelor propuse şi definitivarea noii tehnologii
În tabelul de mai
jos se face o
comparație a
indicilor tehnico-
economici
rezultați din cele
trei variante
tehnologice.
Indicele
tehnico-
U.M. Mărimea indicelui Pret
unitar,
[lei]
Cheltuieli specifice lei/t
Existentă Reproiectată Existentă Reproiectată
Pagina 52 din 55
economic
Consum de
metal
t/t 1,26 1,09 14 17650 15270
Consum energie
electrică
Kwh/t 430 285 0,3 129 85,5
Consum
combustibil
m³/t 14,3 12 0,2 2,86 2,4
Consum aer
comprimat
m³/t 140 8 0,06 8,4 0,8
Consum apă
industrială
m³/t 9 130 0,1 0,9 7,8
Consum
manoperă
lei
m³/t
54 46,5 - 54 46,5
Total - - - - 17845,16 15413
Făcând o comparație a cheltuielilor specifice cu consumurile şi manoperă, la cele
două variante tehnologice se observă că ele au valori diferite.
Astfel, la varianta tehnologică existentă, cheltuielile specifice sunt 17845,16 lei/t, iar
la varianta reproiectată 15413 lei/t. Aceasta înseamnă că folosirea tehnologiei de extrudare a
tevilor in matriță cu punte este mai economică decât tehnologia cu dorn.
După datele furnizate de firma constructoare a Alprom Slatina, firmă ce utilizează
extruziunea în matriță cu punte şi cameră de sudură, raportul de extruziune optim, pentru
realizarea sudurii este 60±20.
În cazul variantei reproiectate, raportul de extruziune este 63,5, adică cel optim.
Din calcule a rezultat că în cazul variantei reproiectate, forța necesară extrudării
permite utilizarea presei de 2250tf, presă care există la Alprom Slatina.
In cadrul tehnologiei existente se observă că:
a) Dimensiunile lingoului sunt Ø219x520, deci . În literatură, raportul
este cuprins între limitele 1,5-3. pentru mărirea lungimii țevii si a productivității se poate
Pagina 53 din 55
merge la un raport mai mare, mai ales că țeava obținută este mult mai scurtă decât
lungimea utilăa transportoarelor şi a bancului de tras. Mărirea raportului se poate realiza:
- prin micşorarea diametrului lingoului dar acest lucru ar fi nerațional;
- prin mărirea lungimii lingoului.
b) Lingourile având dimensiuni mici şi greutate mică, este mai economic a se
transporta cu ajutorul autostivuitoarelor, decât prin alte mijloace, lucru realizat în cadrul
tehnologiei folosite de Alprom Slatina.
c) Încălzirea semifabricatelor în vederea extrudării se face la temperatura de 440˚C.
Din tema de cercetare rezultă că plasticitatea este maximă şi rezistența la deformare este
minimă în intervalul de temperaturi de 450-550˚C.
Ținând cont insă că în timpul extruziunii, datorită efectului termic al deformației,
temperatura se ridică cu aproximativ 50˚C, temperatura de incălzire se alege cu 50˚ mai mică.
Deci temperatura de încălzire de 440˚C nu este bine aleasă.
d) Pentru tehnologia de extrudare cu dorn, raportul de extruziune este destul de
mare(63,5). După datele din literatură, acest raport este optim la tehnologia de extrudare cu
cameră de sudură, unde este necesară o presiune pentru a putea fi realizată sudura pereților
țevii. deci la tehnologia existentă, poate fi realizat acest raport de extruziune, micşorându-se
astfel şi forța necesară extrudării.
e) Viteza de extruziune, deoarece materialul este destul de plastic, se poate adopta mai
mare, aceasta ducând la mărirea productivității.
f) Folosind această tehnologie, există o mare pierdere de material rezultând un indice
de utilizare destul de mic. Pierderile de material se fac:
- la extruziune, prin înlăturarea restului de presare;
- la debitare, prin tăierea capetelor de țeavă.
g) În cadrul Alprom Slatina, ca lubrifianți la extrudare se folosesc Aqua-Dag şi Oil-
Bag. Aceştia sunt procurați din import. Este necesară studierea influenței lor asupra
procesului de extrudare precum şi a compoziției lor chimice în vederea înlocuirii cu
lubrifianți fabricați în țară. Astfel s-ar aduce economii prin reducerea cheltuielilor cu
procurarea de lubrifianți.
h) În cadrul Alprom Slatina se face un control dimensional numai la primele 2-3
produse extrudate. Deoarece principalul dezavantaj al folosirii tehnologiei de extrudare cu
Pagina 54 din 55
dorn de perforare, îl constituie excentricitățile tevii, este necesar a se face acest control şi în
timpul extrudării.
Pagina 55 din 55