Prelucrarea Prin Deformare a Materialelor

7/24/2019 Prelucrarea Prin Deformare a Materialelor

1/18

60

PRELUCRAREA PRIN DEFORMARE PLASTIC A

MATERIALELOR METALICE3.1. Generaliti3.1.1. Noiuni introductive

Deformarea plastic este o metod de prelucrare a materialelor

metalice prin care, n scopul obinerii unor piese finite sau semifabricate, seproduce deformarea permanent a materialelor n stare solid (la cald sau larece) frfisurare micro sau macroscopic.

Principiul fizic al metodeiAtunci cnd tensiunile din materialul metalic depesc limita de curgere,

n materialul supus acestor tensiuni apar deformaii permanente.Avantaje

proprieti mecanice mbuntite datorit unei structuriomogene i mai dense ;

consum minim de materiale (coeficient de utilizare almaterialului foarte bun);

precizie mare de prelucrare (mai ales la deformare plasticlarece);

posibilitatea obinerii unor forme complexe cu un numrminim de operaii i manoperredus;

posibilitate de automatizare (linii de automatizare + celuleflexibile de fabricaie );

Dezavantaje investiii iniiale mari n ceea ce privesc utilajele i sculele

folosite; necesitatea unor fore mari pentru deformare;

Duptemperatura la care are loc deformarea distingem :- deformare plasticla cald;- deformare plasticla rece;

Deformarea se considerplasticdaceforturile unitare datorate forelorde prelucrare tehnologic sunt peste limita de curgere convenional (efortulunitar cruia i corespunde o deformare remanentde 0,2% , 0,2).

Mecanismele intime ale deformaiilor plastice se realizaezprin:ntrirea (Ecruisarea) este ansamblul fenomenelor legate de

modificarea proprietilor mecanice, fizice, ale metalelor n procesul dedeformare plastic la rece. Fenomenul apare numai n cazul deformrilor

plastice la rece. El se manifest prin creterea rezistenei la rupere i a duritii,

concomitent cu scderea proprietilor care definesc plasticitatea materialului.Structura se modific i ea, forma grunilor devenind alungit.


2/18

61

ntrirea se poate interpreta ca fiind datorat acumulrii deformaiilorelastice (a energiei de deformare) care creaz o stare de tensiune carengreuneazprocesul deformrilor plastice.

a-structur iniial; b-structur ecruisat; c-structur recristalizat.Fig. 3.1 Structur ecruisat

O alt cauza ntririi este creterea frnrii micrii dislocaiilor odatcu creterea gradului de deformare.

Mecanismul deformrii la cald are loc ca i n cazul deformrii la receprin alunecare i maclare. Constituie o stare la care mrirea gradului dedeformare este mic sau imposibil. Pentru a impiedica apariia timpurie aacestei stri i pentru a uura procesul de deformare plasticse procedeazlanclzirea materialelor. Practic deformarea plastic devine imposibil dupmomentul apariiei ecruisrii.

Alunecareaeste deplasarea straturilor subiri ale cristalului unele fadealtele.

Alunecarea se produce de-a lungul unor plane de densitate atomicamaxim, distana ntre dou plane fiind de aproximativ 1 m. Deformarea

plastica policristalelor se compune din deformarea cristalelor i din deformareasubstanei intercristaline. Deformarea grunilor n policristal ncepe cuplanurile grunilor care sunt orientai favorabil fade axa eforturilor unitare.

Maclarea- este fenomenul de reorientare a unei pri dintr-un cristal nraport cu restul, de-a lungul unui plan numit plan de maclare. Partea rotit acristalului se numete macl. Apare la viteze de deformare mari. Procesul serealizeazinstantaneu sub aciunea unor fore tangeniale mai mici dect cele dealunecare.

Ca urmare a deformrii plastice metalele i aliajele i modific uneleproprieti fa de structurile turnate. Astfel rezistena la rupere i duritatea cresc,

plasticitatea cuantificat prin alungirea la rupere i gturea la rupere, scade.Unele proprieti tehnologice (turnabilitate, clibilitate) cresc, iar altele


3/18

62

(deformabilitate, uzinabiltate, sudabilitate) scad o dat cu creterea gradului dedeformare.

Orientarea fibrelor se modific prin deformare plastic. In plan practic,trebuie s inem cont de aceste modificri, n sensul c eforturile de ntindere icompresiune trebuie s coincid cu direcia fibrelor, iar eforturile tangenialetrebuie s fie perpendiculare pe direcia fibrelor. Ideal ar fi ca fibrele s nfoare

conturul piesei.

a-repere obinute prin achiere cu direcia fibrelor necorespunztor orientat fade axa eforturilor;

b- repere obinute prin deformare plastic cu direcia fibrelor corespunztororientat fa de axa eforturilor;

Fig. 3.2 Orientarea fibrelor la diferite repere

3.1.2. Influena temperaturii asupra deformrii plastice

Prin nclzirea materialelor metalice se produc fenomenele de revenire irecristalizare.

Revenirea- este fenomenul de nlturare a tensiunilor reelei i mrireaplasticitii materialului, fra produce nici o modificare a microstructurii (0,2tt


4/18

63

< tr< 0,4tt, unde ttreprezinttemperatura de topire i trreprezinttemperatura derecristalizare).

Prin nclzire mobilitatea atomilor crete, constatndu-se o mrire afenomenului de difuzie determinat de deplasarea atomilor n vacane iinterstiii, stare care duce n final la eliminarea tensiunilor interne.

Recristalizarea- Are loc n stare solidi constn reorganizarea reelei

cristaline deformate i apariia unor noi centre de cristalizare. Prin recristalizarese elimin complet tensiunile interne, micorndu-se duritatea, rezistena ladeformare i mrindu-se plasticitatea. In cazul metalelor pure, recristalizarea areloc la o temperatur Trc= 0,40 Ttop. Temperatura de recristalizare crete odat cucreterea gradului de aliere, ajungnd la 450...6000C la oelurile carbon i600...8000C la oelurile aliate.

3.1.3. Influena temperaturii asupra rezistenei la deformare i aplasticitii

Creterea temperaturii provoacschimbri eseniale ale caracteristicilorde rezistenale metalelor. Rezistena la deformare scade spectaculos odatcucreterea temperaturii, datoriturmtoarelor fenomene:

la temperaturi mari crete amplitudinea oscilaiilor atomilordatorit creterii energiei lor poteniale. Atomii trec mai uordintr-o poziie de echilibru n alta;

la temperaturi mari rezistena la deformare scade mult,deplasarea i orientarea grunilor devine mai uoar astfelnct deformarea se poate face la eforturi mai mici;

Parametrii care definesc nclzirea sunt:- viteza de nclzire (temperatura de nclzire raportat la

timpul de atingere al acesteia);- viteza de rcire (temperatura de rcire raportatla timpul

de atingere al acesteia);- durata meninerii la temperatura palierului;

3.1.4. Zone de temperaturla deformarea plasticla cald

n funcie de influena reciproca fenomenelor ce au loc la deformareala cald (ntrire, revenire, recristalizare) se deosebesc urmtoarele faze:

deformare plasticla rece: td< 0,2 tt(acioneazecruisarea);

deformare incompletla rece: 0,2t

t

< td

< 0,4tt

; Apare fenomenulde ecruisare i cel de revenire. Este caracteristic prelucrrii cu vitezemari de deformare.


5/18

64

deformare incomplet la cald 0,4tt < td < 0,6tt; Deformarea secaracterizeazprin aciunea completa fenomenului de revenire iincompleta fenomenului de recristalizare. Datoritneomogenitiigrunilor, materialul este puternic tensionat ceea ce duce la apariiafisurilor.

deformare la cald - se caracterizeaz prin lipsa efectelor ntririi

dupprelucrare i printr-o structur fini omogena materialuluimetalic ca urmare a aciunii complete a revenirii i recristalizrii.

Rezistena la deformare la cald este foarte mic,1

10din cea la rece,

iar plasticitatea este mare (0,6tt< td< 0,85tt). Pentru 0,85tt< td seconstatsupranclzirea i tendina de ardere.

TT temperatura de topire; Trc-temperatura de recristalizare; Tid-temperatura denceput de deformare plastic; Tsd- temperatura de sfrit de deformare plastic;

Fig. 3.3 Alegerea corect a intervalului de temperatur n care se facedeformarea plastic


6/18

65

3.1.5.1. Legile deformrii plastice

Aceste legi sunt valabile att la deformarea plasticla cald ct i la rece.

1. Legea volumului constant. Volumul semifabricatului supus deformriiplastice (la cald sau la rece) este egal cu volumul piesei finite.Facnd abstracie de micile variaii de volum prin ndesare sau

pierderi de oxizi, putem considera c volumul piesei finite obinut prindeformare plastic este egal cu volumul semifabricatului.

Aceast lege este foarte importanta n practica, ea permindcalculul volumului semifabricatului supus deformarii plastice.

2. Legea prezenei deformaiilor elastice n timpul deformrilor plastice.

e p

Deformarea plastic este ntotdeauna nsoit de o deformare elastic. Nuputem ajunge n zona de plasticitate frstrecem prin cea de elasticitate.(Hooke). Conform acestei legi, dupa prelucrarea prin deformare plastica larece apare o tendin de relaxare a materialului. Solicitarea ncetnd ,nceteaz deformarea elastica, ceea ce produce relaxarea materialului,ramnnd numai deformarea plastic.

De efectele acestei legi se tine cont la proiectarea unor scule pentrudeformare plastica, ca de exemplu matritele de tragere i extrudare care auintotdeauna un con de ieire.

3. Legea rezistenei minime. Aceastlege are mai multe formulri:

Orice form a seciunii transversale a unui corp supusdeformrii plastice prin refulare n prezena frecrii pesuprafaa de contact tinde s ia forma care are perimetrulminim la suprafaa dat; la limittinde ctre cerc.

Deplasarea punctelor corpului pe suprafaa perpendicularpe direcia forelor exterioare are loc dupnormala cea maiscurtdusla perimetrul seciunii. Deplasarea maximse va

produce n acea direcie n care se va deplasa cea mai marecantitate de material.


7/18

66

4. Legea apariiei i echilibrrii eforturilor interioare suplimentare.La orice schimbare a formei unui corp policristalin aflat n stare plastic

apar n interiorul materialului eforturi suplimentare care se opun deformriirelative i care tind sse echilibreze reciproc.

Eforturile suplimentare apar datorit frecrilor de contact dintre scul i

semifabricat, neomogenitii compoziiei chimice, proprietilor mecanice, etc.Eforturile unitare produse i rmase n piesa prelucrat se pot adaugaeforturilor unitare ce apar n timpul funcionrii, ceea ce poate produce fisurisau distrugerea piesei.

Pentru evitarea apariiei eforturilor suplimentare se vor reduce frecrile ntresuprafaa materialului deformat i suprafaa activa sculei.

5. Legea similitudinii.Pentru aceleai condiii de deformare a dou corpuri geometrice

asemenea care au mrimi diferite, presiunile specifice de deformare suntegale ntre ele, raportul forelor de deformare fiind egal cu ptratul raportului

mrimilor liniare (raportul de asemnare).Legea este valabil cnd ambele corpuri au aceleasi faze structurale,

aceeai stare chimic i aceleai caracteristici mecanice, iar temperaturacorpului la nceputul deformrii este aceeai. Legea similitudinii se aplicncercetrile experimentale care n cazul structurilor mari se efectueaz pestructuri mai mici, la scar.

3.1.5.2. nclzirea materialelor metalice pentru deformare plastic

Prin nclzirea semifabricatului pentru deformare plasticse urmrete:

micorarea limitei de curgere; reducerea tensiunilor interne (prin revenire i recristalizare); omogenizarea structurii.

O nclzire corect se asigurprin: scurtarea timpului de nclzire pn la atingerea td

(temperatura de deformare); asigurarea unei nclziri uniforme; reducerea arderilor i decarburrilor;

Valorile superioare sunt limitate de apariia oxidrii.Limita inferioarse stabilete n funcie de natura materialului.

Din punct de vedere termic n procesul de deformare plasticla cald sedisting trei stadii.:


8/18

67

stadiul nclzirii de la 0 - tid (temperatura de nceput dedeformare);

stadiul deformrii propriu-zise tid- tsd(temperatura de sfritde deformare);

stadiul de rcire;Cuptoarele n care se realizeaz nclzirea sunt variate din punct de

vedere al formelor, dimensiunilor i al principiului de funcionare. Ele seclasific astfel :a) 1.cu funcionare intermitent;

2.cu funcionare continu.b) 1. electrice;

2. cu flacr;c) 1. n atmosfera obinuit

2. n atmosfera controlat.d) 1. Normale;

2. Adnci.


9/18

68

3.2. LAMINAREA

3.2.1. Generaliti.

Laminarea este procedeul tehnologic de prelucrare prin deformareplastic(la cald sau la rece) caracterizat prin aceea c materialul este obligat s

treacforat printre doi cilindri aflai n micare de rotaie.Utilajul se numete laminor, iar procedeul laminare. Produsul rezultateste denumit laminat. Laminatele au seciunea transversal constant.

La laminare dimensiunile materialului se reduc n direcia apsrii icresc n celelalte direcii (volumul rmnnd constant).

Materialul laminat are o structura omogen cu gruni alungii iordonai dupdirecia de laminare.

1-gruni iniiali; 2- gruni deformai; 3- gruni recristalizai;Fig. 3.4 Modificarea structurii materialului laminat

Laminarea se poate efectua ntre doi cilindri netezi ca n cazulproduselor plate sau cu canale inelare numite calibre, practicate n corpulcilindrilor , n zona de lucru pentru prelucrarea profilelor.

Pentru cazul cel mai rspndit al laminrii longitudinale, cilindrii au

sensuri diferite de rotaie, axele cilindrilor fiind paralele.


10/18

69

Atunci cnd se dorete obinerea unor produse cu seciune constant ilungime mare, laminarea este soluia tehnologic. Ca semifabricate iniiale sefolosesc lingouri turnate, bare turnate continuu.

Aproximativ 90% din producia mondialde oel este supuslaminrii.

Principalele scheme de laminare sunt:

1. Laminare longitudinal.

Figura 3.5. Schema laminrii longitudinale2. Laminare transversal.3. Laminare elicoidal.

Dupdirecia de laminare, acestea se clasificastfel :1) Laminare longitudinal de-a lungul dimensiunii maxime.2) Laminare transversal.3) Laminare tangenial utilizatpentru obinerea unor piese

inelare de tipul bandajelor pentru roile de cale ferat.4) Laminare elicoidal pentru laminarea evilor.

Pentru a se realiza un anumit grad de deformare se executde obicei mai

multe treceri succesive ale semifabricatului printre cilindri, dup micorareadistanei dintre ei.

Elementele geometrice ale laminrii i forele de laminare sunt redate nfigura 3.6.


11/18

70

c= unghiul de contact; h0=dimensiune semifabricat; h1=dimensiune produsfinit

Fig. 3.6. Elementele laminrii

Prin laminare se obin repere avnd urmtoarele rugoziti :- laminare la cald : Ra = (12,5 50) m- laminare la rece : Ra = (6,3 0,2) m

3.2.2. Bazele teoretice ale laminrii

n procesul de deformare plasticprin laminare se disting trei stadii:1. Stadiul prinderii materialului de ctre cilindrii laminorului.2. Stadiul laminrii propriu-zise.

3. Stadiul de ieire al materialului laminat dintre cilindriilaminorului.

3.2.3. Forele care apar n zona de deformare. Condiia laminrii.

ntre cilindri de lucru i semifabricat n zona de contact acioneazdoufore principale:

1. Fora radialde apsare N, cu componentele ei Noi Nv;2. Fora tangenialde antrenare (frecare) cu componentele Toi

Tv;Componenta orizontala a forei de frecare To produce antrenarea

materialului ntre cilindri. Componenta vertical Nv a forei de apsare senumetefora de laminarei produce deformarea materialului.


12/18

71

N N

N N

T T

T T

O

V

O

V

sin

cos

sin

cos

Greutatea cilindrilor se neglijeaz, iar f reprezint coeficientul de

frecare dintre cilindrii i semifabricat. Pentru ca laminarea s fie posibilestenecesar ca savem pentru componenta orizontal urmtoarele condiii :

R T N

T N

T N

T f N

f N N

dar f tg

f tg

O O O

O O

0

cos sin

cos sin

- unde este unghiul de frecare;- unde este unghiul de atac;

pentru ca laminarea sa fie posibileste necesar deci ca unghiul de frecare sfiemai mare dect unghiul de atac adica tg tg

Valorile coeficientului de frecare f sunt de : f=0,20 0,70 pentru o ellaminat la cald i f=0,03 0,12 pentru oel laminat la rece.

3.2.4. Avansul i ntrzierea n zona de deformare

Zona de deformare poate fi mpritn trei prti distincte, din punct devedere al raportului dintre viteza periferic a cilindrilor vpc i vitezasemifabricatului vsf:

I. zona de ntrziere a vitezei semifabricatului fa de vitezaperiferica cilindrilor (vpc> vsf);

II. zona de avans a vitezei semifabricatului fade viteza perifericacilindrilor (vpc< vsf);

III. zona neutrsau a vitezelor egale (vpc= vsf);


13/18

72

Fig. 3.7. Avansul i ntrzierea n zona de laminare.

3.2.5. Calibrarea cilindrilor de laminor

Calibrulreprezint ansamblul format din doucaneluri opuse executatepe o pereche de cilindri i care corespunde cu forma produsului pe care dorims-l obinem prin laminare.

Prin calibrare se nelege calculul i construcia formelor seciunilorsuccesive ale calibrelor astfel ca plecnd de la seciunea iniial a

semifabricatului s se ajung la produsul finit. Prin calibrare se urmreteobinerea unor produse frdefecte i dintr-un numr minim de treceri.Tipuri de calibre:

1. Calibre de degroare;2. Calibre de pregtire;3. Calibre de finisare;

Dupa construcia lor ele pot fi:a) complet deschise;

b) parial nchise;c) cu deschideri mixte.

Dupdeschidere:

a-deschise; b-nchise;


14/18

73

a-bar rotund; b-bar ptrat; c-cornier cu aripi egale; d-profil I; e-profilin cale ferat.

I, II-calibre degroare; III-calibru pregtitor; IV,V-calibru presinisor; VI-calibru finisor; VII-profil produs finit.

Fig. 3.8 Schema de principiu a unor sisteme de calibrare


15/18

74

1-semifabricat; 2,3-cilindri laminori; 4-cadru susinere; 5-dispozitiv reglare;6-bare cuplare cardanice; 7-dispozitiv reglare turaie; 8,11- roi dinate;9,12-cuplaj; 10-reductor; 13-motor electric asincron.

Fig. 3.9 Schema de principiu a unei caje de laminareMai multe caje alctuiesc un tren de laminare.

3.26 Tipuri de laminare

Laminoarele se clasific astfel:1. Dupmetalul sau aliajul prelucrat :

a) Laminor pentru prelucrarea oelurilor;b) Laminor pentru prelucrarea aliajelor de cupru;c) Laminor pentru prelucrarea aliajelor de zinc.

2. Duptemperatura de lucru :a) Laminoare pentru prelucrare la cald;

b) Laminoare pentru prelucrare la rece.

3. Dupsensul de rotaie al cilindrilor :a) Laminoare ireversibile ( ntr-un singur sens );b) Laminoare reversibile ( n ambele sensuri ).

4. Dupdispunerea cilindrilor :a) Laminoare orizontale;

b) Laminoare verticale;c) Laminoare oblice;

5. Dupnumrul de caje :a) Laminoare cu o caj;

b) Laminoare cu mai multe caje.


16/18

75

6. Dupnatura operaiei:a) Laminoare de degroare;

b) Laminoare de finisare.

3.2.7. Tehnologia laminrii

Materialele care se lamineazsunt lingouri (de diferite forme i mrimi)sau alte semifabricate obinute prin forjare sau prin laminri anterioare.Etapele procesului de laminare la cald sunt :

1. Pregtirea tehnologic a fabricaiei.2. Alegerea i pregtirea semifabricatului.Lingourile se curde

retasuri, iar celelalte semifabricate se debiteaz la dimensiunilenecesare.

3. nclzirea.4. Laminarea propriu-zis. Calibrele sunt alese astfel nct

semifabricatul s se lamineze la forma final la o singurnclzire, respectnd domeniul optim al temperaturii de

deformare (pentru oel 1100 - 1600 0K).5. Tratament termic final;6. Dup laminare se taie produsul la dimensiunile prescrise i se

cur.7. Control tehnic de calitate.

Figura 3.10 Scheme de laminare.

Etapele laminrii la rece sunt:

1. Debitarea semifabricatului obinut prin laminarela cald;


17/18

76

2. Curirea suprafeei;3. Laminarea propriu-zis;4. Tiere la dimensiuni;5. Tratament termic;6. Control tehnic de calitate.

Exemple de repere care se obin prin laminare :

piese lungi de seciune constant(ine de cale ferati oricealt tip de profil); table; evi; axe, roi, bandaje;

3.2.8. Laminarea evilor

evile i conductele pot fi clasificate n funcie de metoda de obinere cafiind frcustursau sudate. n afara procedeului de laminare, evile se mai potobine i prin sudare fie pe generatoare, fie elicoidal.

evile fr custur se produc prin laminare (cel mai economicprocedeu) prin metoda Mannesmann i reprezint cea mai productiva metod deobinere a acestora.

Obinerea evilor prin laminare are dou etape importante:- obinerea unor evi brute, denumite ebo;- prelucrarea prin laminare de finisare a eboului n vederea

obinerii produsului finit.Prin laminare al cald se obin evi cu diametrul cuprins ntre 20 i

700mm i grosimea peretelui de 1,5....60mm.Cilindrii au dubl conicitate i se rotesc n acelai sens. Se introduce

semifabricatul Inclzit. Datoritl

hc

m 1 materialul n rotaie este deformat

numai la suprafa, n interior lund natere un orificiu conic. Pentruuniformizarea gurii i a pereilor se folosesc dornuri de netezire.


18/18

77

Fig. 3.11 Perforarea la laminorul cu cilindrii bitronconici

1-eav ebo; 2-cilindrii calibrai; 3-dop; 4-eav laminat; Vlam-viteza delaminare.

Fig. 3.12 Laminarea evilor

Documents

Prelucrarea Prin Deformare a Materialelor