Curs 9 Procedee Neconvenţionale de Deformare Plastică

PRELUCRRI PRIN DEFORMARE

PLASTIC LA RECE

Cursul nr. 9

.l. dr. ing. Crina RADU

Curs 9 Procedee neconvenionale de deformare plastic

Procedee neconvenionale de deformare plastic - clasificare

1. Procedee neconvetionale de taiere

Tierea de precizie: debitarea de precizie; debitarea criogenic de precizie ;tanarea de precizie.

Curirea pe contur; Stantarea cu ajutorul cauciucului ; Decuparea cu ajutorul metalelor moi; Perforarea fr plac de taiere.

2. Procedee neconvetionale de indoire:

Profilarea pe maini specile; ndoirea evilor i a profilurilor laminate .

3. Procedee neconvenionale de ambutisare : Ambutisarea cu diferentierea temperaturii materilului: ambutisarea cu

nclzirea flanei semifabricatului; ambutisarea cu rcirea criogenic apoansonului.

Ambutisarea cu ajutorul cauciucului; Ambutisarea hidraulic; Tragerea pe calapod; Viroambutisarea .


4. Procedee neconvenionale de deformare cu viteze i energii mari: Deformarea prin explozie: cu explozivi brizani; cu detonarea unui amestec

de gaze.

Deformarea electrohidraulic; Deformarea electromagnetic.

5. Procedee neconvenionale de deformare volumic: Extrudarea hidrostatica ; Deformarea volumica orbitala ; Deformarea volumica rotativa ; Deformarea volumica radial-rotativa ;

6. Prelucrarea prin rulare a danturilor i canelurilor

9.1 Debitarea criogenica de precizie

Criogenia reprezint ansambul tehnicilor folosite la producerea, stocarea iutilizarea gazelor lichefiate.

Prin temperatura criogenica se intelege orice temperatura sub limita de 120oK.

(0oC = 273oK; oC = oK 273)


Temperaturile criogenice pot fi :

- temperaturi joase, cuprinse intre 20120oK ;- temperaturi foarte joase, cuprinse intre 120oK ;

Gazele lichefiate utilizate ca agenti criogenici sunt: oxigenul, azotul, hidrogenul,

heliul etc.

Din punct de vedere al comportrii criogenice, materialele metalice pot fi mpatite in: oeluri carbon si oteluri slab aliate ; oeluri bogat aliate (austenitice) ; metale i aliaje neferoase.

Oelurile carbon i otelurile slab aliate odata cu scderea temperaturii, crete rezistena mecanic i scad proprietile de

plasticitate i rezilien; la temperaturi criogenice, aceste materiale devin casante => limitarea utilizrii lor

doar pn la temperaturi de 230ok (-43oC).

Oteluri bogat aliate (austenitice)

are loc o crestere a indicelor de rezistenta dar indicii de plasticitate scad mai putin; se utilizeaza la executia unor piese care lucreaza la temperaturi de sub 90oK

(-183oC).


Metale si aliaje neferoase

odat cu scderea temperaturii cresc indicii de rezisten, dar elasticitatea,duritatea i indicii de plasticitate scad foarte puin => utilizarea lor n condiiicriogenice, n special a aliajelor de Ti care au i o rezisten bun.

Rcirea se poate face : n zona de deformare ; n sfera zonei de deformare. direct, prin intermediul lichidului criogenic ; indirect, prin intermediul sculelor de deformare.

Scopul debitrii de precizie:- de a obtine piese cu deformaii i bavuri minime, cu o precizie mare la lungimei cu suprafaa de forfecare perpendicular pe axa piesei.

Scula tebuie s asigure urmtoarele condiii: s raceasca semifabricatul si nu parti ale stantei; s asigure rcirea n scurt timp ; s permita rcirea controlat a semifabricatului:

prin cutitul mobil ; prin cutitul fix ; inaintea intrarii n zona de tiere.


Rcirea prin cuitul mobil prezint avantajul unui consum redus de azot,adaptarea uoar la stan dar necesit conducte flexibile (scumpe i cuposibilitati de deteriorare).

Racirea prin cutitul fix prezint avantajul alimentrii cu azot lichid prin conductede transfer obinuite, fixe i este mai productiv, racirea realizandu-se nainteaoperatiei de tiere.

Rcirea semifabricatului naintea intrrii n zona de tiere realizeaz rcirea cu ajutorul unui manon izolator termic 1. este cea mai avantajoas soluie deoarece nu influenteaza construcia i

reglajul tanei. se poate rci o zona mai mare de semifabricat fapt ce reduce timpul de rcire

pe lungimea l de debitare, metoda avnd productivitatea cea mai mare.

Fig. 1


9.2 tanarea cu ajutorul cauciucului

- Se aplic n cazul: productiei de serie mica a pieselor relativ mari, din materiale subtiri cum ar fi :

Al (g 2mm), Cu (g1.5mm), duraluminiu (g1.2mm), otel moale (g1mm). produciei de serie mare sau mas, dar numai cnd g 0,010,02mm cum este

cazul staniolului.

- Se pot realiza operaii de decupare, perfoare sau o combinaie a acestora.

9.2.1 Decuparea

1 - poanson (ablon);2 placa de baz;3 pastila de cauciuc;4 - container.

h nlimea poansonului;H grosimea pastilei de cauciuc.a adaos de material la

marginea piesei

h = 6...10 mm;

H = (45)ha = (2,53)hFig. 2


Reducerea adaosului de material se poate obine prin utilizarea unor reazemespeciale, plasate n jurul ablonului : a = (1,52)h.

Fig. 3 Forme de reazeme speciale

9.2.2 Perforarea

- se desfaoar asemntor decuprii, cu deosebirea c pastila de cauciucjoac rolul poansonului, placa de tiere fiind rigid.

Fora de tiere: F = Aq unde A - aria suprafeei frontale a pastilei; q presiunea cauciucului; q = 5,529MPa


9.3 Ambutisarea cu ajutorul cauciucului

- Se aplic n general pentru confecionarea pieselor cave cu adncime relativmic, din tabl subire, n cazul produciei de unicate sau serie mic;

- Grosimile tablelor recomandate pentru ambutisarea pieselor prin acest procedeu

sunt de maxim 4.7mm pentru aliaje de aluminiu, 1.3mm pentru oteluri i 1mmpentru aliaje de titan.

- Se disting doua procedee :

ambutisarea cu poanson rigid i plac activ din cauciuc (cel mai utilizat) ; ambutisarea cu placa activ rigid i poanson din cauciuc.

9.3.1 Ambutisarea cu poanson rigid si placa activa din cauciuc

1 poanson rigid;2 inel de reinere a semifabricatului;3 placa port-poanson;4 pastila cauciuc (rol de plac activ);5 container.

Fig. 4


- cnd piesele au nlime relativ mic, ambutisarea se poate face i fr inel dereinere a semifabricatului (fig. 5,a).- pentru a doua i urmtoarele operaii de ambutisare, construcia matrielor estepuin mai complicat (fig. 5,c).

Fig. 5


- naltimea pieselor realizate prin aces procedeu nu depaseste 100mm.- grosimea pastilei este de 3 ori mai mare decat nlimea piesei ce urmeaz a seambutisa.

Forta necesara pentru ambutisare:

F = Aq

unde: A - aria suprafeei frontale a pastilei; q presiunea cauciucului;

9.4 Ambutisarea hidraulic

- procedeu asemanator cu ambutisrea cu ajutorul cauciucului, cu deosebirea ca

dezvolta presiuni uniforme mult mai mari;

- rolul cauciucului este preluat de un lichid sub presiune care actioneaza asupra

semifabricatului fie direct, fie prin intermediul unei membrane (huse) de cauciuc;

- piesele se obtin in general dintr-o singura operatie;

- materialele prelucrabile: aliaje de aluminiu, oeluri cu coninut sczut de carbon,oeluri inoxidabile;

- se pot utiliza dou metode : ambutisarea cu plac activ rigid, lichidul jucnd rolul poansonului (fig. 6,a); ambutisarea cu poanson rigid, lichidul jucand rolul plcii active (fig. 6, b).


a.b.

Fig. 6

1 plac activ rigid;2 inel de reinere;3 membran elastic;4, 5 inele pentru fixarea

membranei elastice

1 placa de reinere;2 arcuri pentru acionarea plcii de reinere;3 placa activ rigid.

- nlimea pieselor poate ajunge pn la 425mm.


9.5 Ambutisarea cu viteze i energii mari

- se caracerizeaza prin faptul ca sunt create presiuni mari intr-un timp foarte

scurt, care se transmit semifabricatului aproape instantaneu;

- apar modificri n material: creste limita de curgere (pana la dublul valoriiinitiale), creste limita de elasticitate si rezistenta la rupere (de pana la 300% in

cazul otelurilor).

- cele mai utilizate procedee sunt:

procedee de deformare prin explozie :- cu explozivi brizanti (violenti) ;

- cu detonarea unui amestec de gaze.

procedee de deformare electroimpulsiv:- deformare electrohidraulica ;

- deformare electromagnetic.

- explozivii brizani sunt folosii la prelucrarea pieselor de dimensiuni foarte mariiar celelalte surse de energie sunt limitate la prelucrarea pieselor de dimensiuni

mai mici.


9.5.1 Deformarea cu ajutorul explozivilor brizani

- se prelucreaza piese pentru avioane si rachete de diferite tipuri, a caror

adancime relativa este mica precum si la deformarea unor materiale greu

prelucrabile.

- unda de soc realizata prin explozie actioneaza asemanator poansonului matritei

de ambutisare obisnuite deformand semifabricatul in cavitatea placii active;

- se pot obtine, in centrul exploziei, presiuni de peste 20000 MPa si viteze mai mari

decat viteza sunetului; presiunea aproximativa cu care unda de soc actioneaza

asupra semifabricatului este de 7000MPa iar viteza de deformare a

semifabricatului este de peste 70m/s.

-cei mai utilizati explosibili brizanti sunt: trinitrotoluen (TNT), nitroglicerina, tetrilul,

pentrita etc.

- mediul de transmitere a undei de oc poate fi gazos, lichid sau solid (nisip,pamant, pulberi metalice, alice). Mediul lichid prezinta cel mai mare interes practic

deoarece:

- asigura o mai buna transmitere a energiei la semifabricat;

- calitatea deformarii este mai bun;- lichidul impiedic rspndirea particulelor solide proiectate n timpul exploziei.


- instalaiile de ambutisare cu exploziv n apa se pot construi deasupra solului (fig7, a) sau in bazine de beton (fig. 7,b cel mai utilizat).

a.

Fig. 7

1 matria;2 rezervor cu ap;3 semifabricat;4 inel de strngere;5 inele distaniere;S distaa explozivului fa de semifabricat;H - distaa explozivului fa de suprafaa liber a

lichidului.

b.

Fig. 8


Parametrii de proces:

- greutatea si forma incarcaturii explozive (sub forma de pulbere, de gelatina sau

solida);

- natura materialului exploziv ;

- distantele S respectiv H de amplasare a incarcaturii.

Parametrii care definesc un exploziv:

- lucrul mecanic teoretic, specific de deformare: lucrul mecanic ce poate fi

dezvoltat de 1kg exploziv i se determin cu relatia:

l = (p0 V0 Te)/273 [Nm/kg]

unde: p0 - presiunea atmosferica [N/m2];

V0 - volumul specific al gazelor rezultate [m3/kg];

Te temperature de explozie [o K]

- brizana capacitatea de distrugere a unui exploziv si se determina cu relatia:

B = lw0 10-6

unde: l - lucrul mecanic secific ;

w0 - viteza de detonare (de reactie) a explozivului [m/s]

- energia dezvoltat se determin cu relaia: W = (4h2gc)/22

unde: h - adancimea cavitatii centrale a piesei deformate ;

g grosimea materialului;c limita de curgere ;2 unghiul de amplasare a incarcaturii fata de marginile semifabricatului.


Presiunea undei de oc este data de relatia:

p = k (G1/3/S)2 [N/cm2]

unde: p este presiunea undei de soc [N/cm2],

G greutatea incarcaturii [kg] ; S distanta dintre exploziv si semifabricat [m] ; k coeficient functie de tipul explozivului.

Valoarea optim a distanei S de amplasare a explozivului:

Sopt = (0.82)D

pentru grosimea relativa (g/D 100) cuprinsa intre 0,20,6.

Valoarea optim a nlimii H a coloanei de lichid situat deasupra explozivului:

H = 2S


9.6 Deformarea electrohidraulic

- realizeaza unda de soc prin descarcarea brusca a energiei electrice intr-un

mediu lichid.

1 sursa de alimentare;2 transformator de nalt tensiune;3 - punte;

4 baterie de condensatoare;5 electrozi;6 ntreruptor;7 semifabricat;8 matri.

Timpul de descarcare al energiei electrice:

4x10-5 s

Tensiunea arcului electric atinge 50000V.

Viteza de deformare ajunge pn la 100m/s.

Fig. 9


Descarcarea se poate realiza in spatiu:

- deschis (matrita se introduce intr-un bazin cu ap);- nchis (matrita este parte componenta a unei instalatii specializate).

Electrozii

- sunt elementele cele mai importante ale instalatiei, de forma, numarul si modul

lor de dispunere depinzand randamentul deformarii;

- sunt in general de forma cilindrica si pot fi executati din Cu, alama sau otel inox

(cel mai recomandat);

- pot fi dispusi paralel (fig. 10, a), fata in fata sau coaxial, in functie de geometria

piesei si de efectul dorit a se realiza. Pozitionarea electrozilor fata in fata si

coaxiali cu piesa (fig. 10,b) este mai recomandata decat solutia de dispunere

perpendicular pe axa piesei (fig. 10, c).

Fig. 10

a. b. c.


Numarul electrozilor depinde de:

- dimensiunile piesei ;

- proprietatile mecanice ale materialului;

- energia de deformare necesara, ce se stabilete tinand cont de urmtoarele: energia dezvoltata de un electrod nu trebuie sa depaseasca 2530kJ; unui elelctrod trebuie sa-i revina o suprafata de semifarbicat de minim0,250,3m2 in cazul semifabricatelor plane si de minim 1m2 in cazul altorforme.

Valoarea optim a distanei dintre electrozi:

unde Sp este suprafata electrodului pozitiv in contact cu apa (nu trebuie sa

depaseasca 300400mm2).

Valoarea optim a distanei dintre electrozi i semifabricat:

S 2l


n funcie de poziia electrozilor i de modul de iniiere al descrcrii electrice, sepot obine diverse forme ale undei de oc:- unda sferic (cnd distana dintre electrozi este mic fig.12, a);- unda cilindric (cnd distana dintre electrozi este mare fig. 12,b);- unda plan (cnd se utilizeaz o reea plan din srme de iniiere fig. 12,c).

a.

b.

c.

Fig. 12


Valoarea energiei stocate n bateria de condensatoare:

E =1/2 C U2 [kJ]

unde E- energia stocat; C capacitatea bateriei; U tensiunea la borne.

Unitatea de lucru folosit uzual are energia de 20kJ ce poate fi obinut cuajutorul unor condensatori avnd capacitatea de 100 F ncrcai la o tensiune de20kV.

Capacitatea de deformare se poate exprima prin :

- presiunea maxima a undei de oc : pmax = 1.5 (R2 l)/ (2T2 S),

in care : este densitatea mediului lichid;T durata impulsului care coincide cu durata descarcarii ;l distanta dintre electrozi ;S distanta de la electrozi la semifabriat ;R raza cilindrului constituit din gazele evaporate (R =0.08T2 E/l)

-adncimea maxim ce se poate realiza prin deformare:

-in care : R este raza orificiului matritei ;

sl grosimea semifabricatului ;g acceleratia gravitationala ;Rm = rezistenta la rupere a materialului ;

k, m, n constante determinate experimental.

Documents

Curs 9 Procedee Neconvenţionale de Deformare Plastică