Generaliti. Terminologie

Tehnologia este tiina care studiaz transformrile la care este supus substana n procesele tehnologice de lucru i le aplic n vederea obinerii, n mod optim, a unui produs finit.

Prin echipamente sunt desemnate att mainile, instalaiile i utilajele destinate produciei de baz, ct i cele prin care trebuie s se realizeze funciunile auxiliare (ntreinere, transport, alimentare cu energie, deservire, etc.). Toate aceste echipamente determin necesarul de suprafee, cldiri i construcii industriale pentru a fi adpostite, formnd mpreun mijloacele de baz ale ntreprinderii.

Pe de alt parte, tehnologia adoptat hotrte nivelul productivitii muncii, sub forma consumurilor cu materiale, energie i munc, determinnd n final preul de cost al produselor, precum i calitatea i competitivitatea lor.

Un proces este un ansamblu de activiti corelate sau n interaciune care transform elemente de intrare n elemente de ieire. Procesul de producie cuprinde totalitatea proceselor folosite pentru transformarea materiilor prime i a semifabricatelor n produse finite, pentru satisfacerea necesitilor umane. Procesul de producie cuprinde diferite alte categorii de procese.

Procesul tehnologic este o component a procesului de producie i reprezint ansamblul de

operaii mecanice, fizice, chimice, care prin aciune simultan sau succesiv transform materiile prime n bunuri (fig.1) sau realizeaz asamblarea, repararea ori ntreinerea unui sistem tehnic.

Fig.1. Locul procesului tehnologic n transformarea substanei

Din punctul de vedere al regsirii n produsul fabricat, materialele pot fi: - materiale de fabricaie (materii prime), care constituie substana produselor i se regsesc

total sau parial n produsul fabricat - materiale auxiliare, care ajut la fabricarea produselor dar nu constituie substana acestora i

deci nu se regsesc n produsul fabricat. Pornind de la materiale naturale brute (rezultate prin extracie), prin procese tehnologice de

fabricaie se pot realiza succesiv: materii prime, semifabricate, piese, subansambluri i ansambluri (fig.2).

Fig.2. Piramida produselor rezultate n urma unui proces tehnologic

Procesele tehnologice se pot clasifica dup mai multe criterii: - dup modul de folosire a utilajelor se deosebesc procese tehnologice manuale, mecanizate,

automatizate sau mixte;

- dup procedeul caracteristic care intervine n cursul desfurrii operaiilor se disting : procese mecanice, termice, electrice, chimice, electrochimice, termochimice, biochimice

- dup scopul urmrit, conform figurii 3. Astfel: Procesul de elaborare a semifabricatelor trebuie s asigure calitatea materialului i

proprietile fizico-mecanice impuse. Se extrag metale sau aliaje industriale brute din minereuri sau alte aliaje; se poate discuta i despre o elaborare secundar, avnd ca scop creterea puritii materialului respectiv Obinerea unor tipuri de semifabricate mai poate include i operaii de debitare din laminate, turnare, deformare la cald (forjare liber, matriare), deformare la rece sau sudare.

Procesul tehnologic de confecionare (denumit de multe ori cu titlul generic proces de prelucrare) are ca funcie modificarea formei geometrice i a dimensiunilor piesei de prelucrat, a strii

Subansambluri

Piese

Semifabricate

Materii prime

Ansambluri

MATERII PRIME PRODUS FINIT Proces tehnologic

suprafeelor (calitii suprafeelor) materialului sau semifabricatului, n scopul obinerii piesei finite. Piesa poate fi prelucrat prin achiere, prin diferite procedee: strunjire, frezare, rabotare, mortezare, gurire etc.; prin deformare plastic la rece: tanare, ambutisare, ndoire, extrudare, stampare, etc.; prin sinterizare, etc.

Fig.3. Clasificarea proceselor tehnologice dup scopul urmrit

Procesul tehnologic de tratament termic i acoperiri de suprafa urmrete asigurarea structurii necesare a materialului i a proprietilor fizico-mecanice impuse. Tratamentele termice (clire, revenire, mbtrnire etc.) sau termochimice (cementare, nitrurare etc.) aplicate n acest scop se realizeaz n general dup etapa prelucrrilor de degroare a piesei. Unele piese sunt supuse, de asemenea, unor tratamente de suprafa (brunare, cromare, nichelare, eloxare etc.) n scopul proteciei suprafeelor de aciunea coroziv a mediului.

Procesul tehnologic de asamblare este partea final a procesului de fabricaie prin care se obin complete de piese, subansambluri i ansambluri care formeaz produsul final. Asamblarea unui subansamblu/ansamblu implic activiti de asamblare a unor piese definitiv prelucrate sau a unor subansambluri, ntr-o succesiune bine stabilit, asigurnd ajustajele i condiiile tehnice indicate n documentaia tehnic de execuie.

Procesele tehnologice se realizeaz prin aplicarea metodelor tehnologice. Metoda tehnologic reprezint un mod principial i sistematic de executare a unei operaii, a

unei serii de operaii sau a unui ntreg proces tehnologic, comun dintr-un punct de vedere esenial pentru mai multe clase de procedee tehnologice.

Procedeul tehnologic se refer la mijloacele prin care se realizeaz o metod tehnologic, adica difer funcie de utilajul tehnologic, mediul de lucru, materialul de adaos utilizat, etc. Dac metoda tehnologic arat modul principial de execuie, procedeul tehnologic d informaii despre modul concret de lucru. Procedeele tehnologice sunt alctuite din operaii tehnologice, ce se realizeaz succesiv sau n paralel.

Operaia tehnologic este partea component a procesului tehnologic executat la un singur loc de munc (de exemplu, o main-unealt, o celul flexibil etc.) n scopul prelucrrii unei piese sau a mai multor piese simultan, fr ca obiectul muncii s prseasc locul respectiv, pn la terminarea operaiei. Operaia tehnologic poate fi compus din una sau mai multe faze de prelucrare consecutive, realizate asupra piesei.

Faza (secvena) de prelucrare este o parte component a operaiei care const din prelucrarea unei suprafee sau a mai multor suprafee simultan, cu o singur scul achietoare, respectiv cu mai multe scule simultan, cu un anumit regim de achiere i fr demontarea piesei ntre faze. Exemple de faze : ciclu de degroare prin strunjire; ciclu de gurire adnc cu retrageri repetate ale burghiului.

Operaia de prelucrare rezult ca o reuniune a fazelor sale componente, fr demontarea piesei i fr transferul cuplului pies-portpies de la o main la alta. La fiecare demontare a piesei de prelucrat din dispozitivul portpies se schimb operaia.

Trecerea de prelucrare este o parte a fazei repetat identic, pe aceeai suprafa, prin care se ndeprteaz un singur strat de material, printr-o singur deplasare a sculei n raport cu piesa, n urma creia se obine o anumit form geometric.

Mnuirea reprezint un grup de micri ale unui operator, necesare desfurrii operaiei, fazei sau trecerii, ns n cursul crora nu se ndeprteaz material (achii).

Procesul de prelucrare mecanic (fig.4) este alctuit dintr-o succesiune de operaii de prelucrare a suprafeelor ce compun piesa. Operaiile de prelucrare pot fi grupate n urmtoarele tipuri:

operaii de degroare - permit s se nlture (detaeze prin achiere) o cantitate maxim de material, eliminnd neregularitile fizice ale materialului;

operaii de semifinisare - realizeaz o bun apropiere de suprafaa finit, asigur regularitatea achiei la finisare i asigur precizia geometric de poziie a suprafeelor;

operaii de finisare - permit s fie respectate rugozitatea suprafeei, precizia geometric i dimensional, cerute prin desenul de execuie;

operaii de netezire - sunt prelucrri finale ce urmresc obinerea unei rugoziti minime i a unei precizii dimensionale i geometrice foarte ridicate a suprafeei.

Fig.4. Procese tehnologice de prelucrare

Clasificarea proceselor tehnologice de prelucrare

O clasificare mai detaliat a acestei categorii de procese este redat n figura 4, fr ns a avea pretenia c ea cuprinde ntreaga gam de procedee tehnologice utilizate la scar industrial.

Materiale utilizate industrial i proprieti ale acestora

n cadrul industriei electrotehnice sunt utilizate materiale din cele mai diverse, fie ca materii

prime, fie n calitate de materiale auxiliare. Principalele tipuri de materiale utilizate n aceast industrie i nu numai sunt reprezentate n figura 5. Se disting astfel:

metalele (feroase oeluri, fonte i neferoase aluminiu, cupru, titan, bronzuri, alame, etc.); ceramice sunt materiale anorganice nemetalice, cu legturi i structur complexe, obinute

din materii prime sub form de pulberi prin sinterizare (proces de nclzire cu sau fr presare simultan), n timpul cruia se formeaz legturile dintre particule prin difuzie sau topire parial a unui component. Cele mai multe ceramice sunt compui ntre metale i nemetale. Materialele ceramice au conductibilitate

termic i conductibilitate electric foarte sczute fiind materiale electroizolante sau termoizolante n

marea majoritate a cazurilor. n prezent termenul de

ceramic include o gam de materiale mult mai larg, utilizate n cele mai diverse domenii cum ar fi

electrotehnic, electronic, industria chimic, industria metalurgic etc.

compozitele - reprezint o combinaie ntre dou sau mai multe materiale diferite din punct de

vedere chimic, cu o interfa ntre ele. Materialele constituente i menin identitatea separat (cel puin la nivel macroscopic) n compozit, combinarea lor genernd ns la nivel de ansamblu proprieti i caracteristici diferite de cele ale materialelor componente n parte. Unul din materiale se numete matrice i este definit ca formnd faza continu. Cellalt element principal poart numele de armtur

Fig.5. Materiale utilizate n industrie

Procesee de prelucrare

Cu schimbarea formei Fr schimbarea formei

Cu reducerea masei Fr reducerea masei Finisarea suprafeelor

Reducere mecanic

Reducere termic

Reducere chimic

Deformare plastic

Cu degajare de achii

Cu separare de material

Prin achiere

Prin prelucrri abrazive

Debitare

tanare

Debitare

Prin electroeroziune

Cu fascicule

Prelucrare electrochimic

Formare primar

Turnare

Injectare

Sinterizare

La cald

La rece

Laminare

Forjare

Matriare

Semifabricate de tip tabl

Semifabricate masive

ndoire

Ambutisare

Fasonare

Extrudare

Refulare

Rulare

Fig.5. Clasificarea proceselor

de prelucrare

Strunjire

Frezare

Mortezare

Rectificare

Gurire

(ranforsare) i se adaug matricei pentru a-i mbunti sau modifica proprietile. Armtura reprezint faza discontinu, distribuit uniform n ntregul volum al matricei (P. Mallick).

Fibrele sunt elementul care confer ansamblului caracteristicile de rezisten la solicitri. Considerate global, principalele categorii de compozite armate cu fibre sunt urmtoarele : 1. Compozite cu matrice polimeric de obicei sunt rini termorigide (epoxidice, poliamide sau poliesterice) sau termoplastice, armate cu fibre de sticl, de carbon, de bor sau aramidice (Kevlar), cu monocristale ceramice sau, mai recent, cu fibre metalice. Sunt folosite mai ales n aplicaii care implic temperaturi relativ joase de lucru (ajungnd, n mod excepional, pentru termoplastice fabricate prin injecie, la nivelul maxim de 400C). 2. Compozite cu matrice metalic cel mai frecvent se bazeaz pe aliaje de aluminiu, magneziu, titan sau cupru, n care se introduc fibre de bor, de carbon (grafit) sau ceramice (de obicei de alumin sau carbur de siliciu). Temperatura de lucru (uzual de cel mult 800C) a unui astfel de compozit este limitat de nivelul punctului de nmuiere sau de topire care caracterizeaz materialul matricei. Dac aplicaia avut n vedere implic temperaturi mari, atunci se recomand folosirea ca matrice a unor aliaje pe baz de nichel sau a unor superaliaje. Dezavantajul acestora este c au greuti specifice mari, ducnd la creterea masivitii structurii finale. 3. Compozite cu matrice ceramic au fost dezvoltate n mod special pentru aplicaiile cu temperaturi foarte ridicate de lucru (peste 1000C); cele mai utilizate materiale de baz sunt carbura de siliciu (SiC), alumina (Al2O3) i sticla, iar fibrele de armare uzuale sunt tot de natur ceramic (de obicei sub form de fibre discontinue, foarte scurte).

4. Compozite carbon-carbon cu matrice de carbon sau de grafit i armare cu fibre sau esturi de fibre de grafit; sunt foarte scumpe, dar i incomparabile cu alte materiale prin rezistena la temperaturi nalte (de pn la 3000C), cuplat cu densitatea mic i coeficient mic de dilatere termica. Cele mai rspndite sunt compozitele armate cu fibre sunt fibra de carbon, fibra de sticla si Kevlar-ul.

polimeri (materiale plastice termoplastice, termorigide, elastomeri, etc). Un polimer se definete ca fiind un lan lung de molecule avnd una sau mai multe uniti de molecule (monomeri) care se repet, legate mpreun prin puternice legturi covalente. Un material plastic sau polimeric este o colecie format dintr-un mare numr de molecule polimer cu structur chimic similar, dar nu neaprat de aceeai lungime. Termenul de polimerizare se refer la o reacie chimic sau de ntrire, care conduce la formarea unui compozit n prezena fibrelor.

Polimerii termorigizi (termoreactivi) constituie clasa de polimeri cea mai utilizat ca material de matrice pentru compozitele armate cu fibre. Ei sunt cunoscui ca rini epoxidice sau, simplu, rini, avnd iniial form lichid (mai rar form solid).

Polimerii termoplastici sunt compui organici care se topesc la nclzire i iau form de rin. Materialele termoplastice au o dezvoltare mai restrns comparativ cu materialele termorigide.

Proprietile materialelor pot fi clasificate n mod diferit. n general ele sunt mprite n dou mari categorii:

proprieti intrinseci ale materialului proprieti de utilizare. Proprietile intrinseci pot fi fizice i chimice. La rndul lor, cele fizice se pot mpri n: mecanice termice electrice magnetice Proprietile de utilizare ale unui material sunt strns legate de procesele tehnologice de

fabricaie n care este implicat materialul respectiv i de perioada de exploatare a pieselor obinute din acel material. Avnd n vedere aceste aspecte, proprietile de utilizare pot fi:

tehnologice de exploatare n continuare, cu referire la materialele metalice, se vor prezenta doar acele proprieti care

trebuie luate n considerare la stabilirea unui proces tehnologic de prelucrare. Unele dintre aceste

proprieti sunt comune tuturor materialelor amintite, la ele putndu-se ns aduga atribute particulare ale anumitor tipuri de materiale.

Proprieti fizico-chimice Temperatura de fuziune este temperatura la care un metal pur trece din starea de agregare

solid n stare lichid.

Este o constant fizic, spre deosebire de temperatura de solidificare, care depinde de suprarcire, fiind cu att mai sczut, pentru unul i acelai metal, cu ct viteza de rcire este mai mare. Aliajele metalice, cu excepia eutecticelor i compuilor chimici, se topesc ntr-un interval de temperaturi. Cel mai uor fuzibil metal este Hg (-38,87 C) i cel mai greu fuzibil este W (3410 C).

Conductibilitatea termic este proprietatea materialelor metalice de a conduce i transmite cldura cu ajutorul electronilor liberi (gaz electronic). Se msoar n W/mK.

Cu ct coefientul de conductivitate termic este mai mare, cu att transmiterea cldurii se face mai rapid. Aceast transmitere nu poate fi instantanee, deoarece este frnat de cldur i densitate. Cea mai mic conductivitate o au bismutul i mercurul, iar cea mai mare o are argintul, urmat n ordine descresctoare de Cu, Al, W, Mg i Be, etc.

Conductibilitatea electric este proprietatea materialelor metalice de a conduce curentul

electric prin intermediul electronilor liberi. Se caracterizeaz prin mrimea denumit conductivitate electric , msurat n Siemens pe metru (S/m). Conductivitatea electric este inversul rezistivitii i scade continuu cu creterea temperaturii, cauza fiind frnarea deplasrii electronilor liberi prin ciocnirea lor de ionii din reeaua cristalin, tot mai dezordonat la temperaturi tot mai mari. La scderea temperaturii, conductivitatea electric crete, putnd aprea supraconductibilitatea n preajma lui 0 K la unele metale (plumb). Metalele au ntotdeauna conductivitatea electric mai mare dect aliajele metalice, care n general sunt rezistoare. Alierea i ecruisarea micoreaz ntotdeauna conductivitatea electric. La temperatura ambiant, cele mai bune conductoare electrice sunt: Ag, Cu, Au, Al, iar cele mai slabe sunt: Si, Sn, Mn, Hg, etc.

Att conductibilitatea termic, ct i cea electric sunt parametrii ce trebuie luai n considerare la unele tipuri de procedee de prelucrare, cum ar fi tratamentele termice ce folosesc inducia electromagnetic, deformarea plastic la rece prin impulsuri electromagnetice (magneto-dinamic), prelucrarea prin electroeroziune, etc.

Rezistena la coroziune, sau stabilitatea chimic, este proprietatea materialelor metalice de a se opune aciunii distructive a agenilor de mediu, denumit coroziune.

Cnd mediul coroziv este un electrolit (mediu cu ioni disociai capabili s primeasc ioni de metal), coroziunea este un proces electrochimic. Coroziunea se manifest prin reducerea n greutate, modificarea structurii, compoziiei chimice, dimensiunilor, culorii suprafeei i proprietilor fizice, mecanice i tehnologice ale materialelor metalice.

Practic toate materialele metalice n prezena oxigenului se oxideaz, ns rezistena lor la oxidare i la coroziune depinde de calitile peliculei de oxizi format la suprafa. Cnd pelicula de oxizi este compact, subire i aderent la masa metalului, aceasta izoleaz metalul de agentul coroziv, iar rezistena la coroziune a acestuia este mare (cazul platinei, iridiului, aurului, cuprului, argintului, wolframului, zincului, plumbului, nichelului, cromului, molibdenului, titanului etc., care n mod

natural nu corodeaz). Fenomenul se numete pasivizarea metalelor. Cnd pelicula de oxizi este poroas i neaderent la masa materialului, aceasta permite contactul permanent dintre material i agentul chimic, iar fenomenul de coroziune continu pn la distrugerea complet a materialului, cum este cazul fierului i al aliajelor acestuia cu carbonul - oelurile i fontele.

Coroziunea poate fi micorat prin evitarea contactului metal electropozitiv - metal electronegativ (de exemplu, aluminiul lng cupru sau oel aliat, bronzul lng oel etc.), prin aliere (de exemplu, oelurile aliate cu peste 12% Cr, 5-25% Ni, aliate cu molibden, cupru etc., aliajele de Cu-Al, Cu-Be, Cu-Zn etc.) sau prin protecie anticoroziv: galvanizare, metalizare, placare, tratamente termochimice, vopsire, lcuire etc.

Refractaritatea sau stabilitatea la cald este proprietatea metalelor i aliajelor de a-i pstra rezistena mecanic, n special limita de curgere, de a nu se oxida puternic (formnd under sau arsur) i de a nu crete inacceptabil n volum n condiii de temperaturi nalte. Pentru aceasta este necesar ca n masa materialelor metalice s nu se produc transformri secundare care pot micora rezistena mecanic. Aceste materiale metalice se numesc refractare sau termostabile i sunt caracterizate prin limit de curgere mare i rezisten de durat la temperaturi nalte.

Proprieti mecanice Aceste proprieti determin comportarea materialelor metalice la aciunea solicitrilor

mecanice statice i dinamice de ntindere, compresiune, ncovoiere, forfecare, rsucire, penetrare etc. Din punctul de vedere al alegerii i utilizrii materialelor metalice pentru industrie, aceste

proprieti au rol preponderent ntruct ele determin comportarea materialelor metalice n procesele de prelucrare i mai ales n exploatare.

Rezistena la rupere (Rm), denumit i rezisten mecanic, reprezint proprietatea materialelor metalice de a se opune deformrii i ruperii sub aciunea unor fore interne sau externe. Rezistena la rupere este cea mai important proprietate a materialelor, fiind definit ca efortul maxim care poate fi suportat de material fr ca acesta s se rup.

Limita de curgere (Rc) reprezint acea valoare a efortului unitar aplicat materialului la care deformaia va crete fr ca efortul unitar s se mreasc sensibil. Acest fenomen poart denumirea de "curgere" a materialului. Se consider prin convenie ca limit tehnic de curgere, acea valoare a efortului unitar care produce o deformaie remanent de 0,2%. Aceast valoare se noteaz cu Rr 0,2.

n acest context se poate defini fluajul, numit i curgere lent sau curgere plastic, care este proprietatea materialelor metalice de a se deforma lent, continuu i progresiv in timp, sub aciunea unei sarcini constante. Fluajul se accentueaz cu creterea temperaturii.

Elasticitatea este proprietatea materialelor metalice de a se deforma sub aciunea solicitrilor interne i externe i de a reveni la forma i dimensiunile iniiale dup eliminarea solicitrilor. Valoarea efortului unitar ce poate fi preluat fr a apare deformaii plastice se numete limit de elasticitate (notat cu Re) i, prin convenie, se consider limit elastic acea valoare a efortului unitar care, dup ndeprtarea sarcinii exterioare, duce la o deformaie remanent de 0,01%. Dincolo de aceast valoare a efortului unitar, dup ndeprtarea sarcinii exterioare, corpul nu mai revine la dimensiunile iniiale, deformaiile fiind remanente (numindu-se deformaii plastice).

Fenomenul de anulare a deformaiilor elastice la ncetarea aciunii forelor de deformare (denumit i fenomen de revenire elastic sau arcuire elastic) duce la modificarea dimensiunilor i formei piesei prelucrate. Acest fenomen trebuie luat obligatoriu n considerare la procedeele de

prelucrare prin deformare plastic la rece, dar nu este exclus nici la prelucrrile prin achiere, ntruct afecteaz precizia de execuie a pieselor.

Att rezistena la rupere Rm, ct i limita de elasticitate Re, respectiv limita de curgere Rc se msoar n MPa (megapascali) i se determin n urma unui test de ntindere simpl, prin trasarea curbei lui Hooke.

Plasticitatea este proprietatea materialelor metalice de a se deforma la volum constant fr producere de fisuri. Se caracterizeaz prin alungirea la rupere. Foarte plastice sunt: plumbul, cuprul, aluminiul, aurul, argintul, nichelul, fierul, oelul moale, alama i bronzurile monofazice etc., toate fiind materiale cristalizate n sistemul c.f.c.

Superplasticitatea unor materiale metalice este capacitatea acestora de a se deforma plastic

foarte mult i uniform fr s se rup. Aceste materiale prezint alungiri mai mari de 2000%, deformndu-se la eforturi mici, fr a se ecruisa (durifica).

Tenacitatea este proprietatea materialelor metalice de a absorbi energie prin deformare

plastic, adic de a se deforma mult nainte de rupere. Implic att rezisten mecanic, ct i plasticitate. Tenace sunt: cuprul, aluminiul, oelul moale, alamele i bronzurile bifazice, etc.

Fragilitatea este proprietatea materialelor metalice de a se rupe brusc sub aciunea solicitrilor, fr a suferi n prealabil deformaii plastice. Fragilitatea este o caracteristic relativ, ea fiind funcie de temperatura la care are loc solicitarea. Astfel, sunt materialele fragile la temperatura ambiant i plastice la temperaturi nalte (wolframul, oelul dur, alamele i bronzurile bifazice etc). n general, sunt fragile materialele cu duritate mare i rezilien mic (fonta alb i cenuie, oelurile clite, siluminurile etc.). Materialele fragile nu prezint fenomenul de curgere i nici de gtuire.

Reziliena (KCU, KCV) caracterizeaz comportarea materialelor metalice la sarcini ncovoietoare dinamice (aplicate prin oc). Reziliena este o msur a tenacitii i fragilitii materialelor metalice; o rezilien mic nseamn material fragil, iar mare nseamn material tenace. Prezint importan deosebit n special pentru materialele metalice utilizate la temperaturi ambiante i sczute.

Duritatea reprezint rezistena opus de materiale la ptrunderea n suprafaa lor a unor corpuri mai tari i nedeformabile (penetratoare). D indicaii despre posibilitatea materialelor de a rezista la deformaii superficiale i la uzare. Este proprietatea care se determin cel mai rapid i cel mai frecvent n practica industrial, evideniind efectul tratamentelor termice, termochimice, termomecanice, mecanice etc. asupra materialelor respective. n funcie de metodele de ncercare, duritatea poate fi: Brinell (HB), Rockwell (HRC), Vickers (HV), microduritatea sau duritatea Vickers

eu microsarcini MHV, Shore (HS), etc.

Rezistena la oboseal este proprietatea materialelor metalice de a rezista la solicitri repetate i variabile n timp (ciclice sau alternative). Se apreciaz prin efortul maxim pe care l poate suporta

materialul la un numr foarte mare (106108) de solicitri ciclice, fr a se distruge (rupe). Se determin pe aa-zisele curbe Wohler.

Rezistena la oboseal este putemic influenat de prezena n material a: - defectelor interioare (sufluri goluri de mici dimensiuni, de form rotund, sferic sau

alungit, care pot apare sub form izolat, n cuib sau n grup; pori, incluziuni, microretasuri, fisuri etc.),

- defectelor de suprafa (rugoziti, rizuri, decarburri superficiale, pori deschii), - concentratorilor de tensiune (crestturi, funduri de filet ascuite, treceri brute fr racordri

de la o seciune la alta, efecte ale coroziunii etc.). Toate aceste defecte i concentratori de tensiune (eforturi) sunt surse de amorsare a fisurilor ce

se dezvolt progresiv n timp, pn cnd seciunea portant scade mult i materialul se rupe brusc. Rezistena la oboseal este de asemenea influenat de: - factori constructivi i tehnologici (forma i mrimea piesei, modul de asamblare i calitatea

suprafeei), - modul de exploatare (felul i frecvena solicitrii variabile, gradul de simetrie al ciclului,

temperatura etc.),

- factori metalurgici (natura, structura, compoziia chimic a materialului, prezena defectelor, etc.).

Ecruisarea sau durificarea sub efort reprezint proprietatea materialelor metalice de a-i mri rezistena mecanic i duritatea prin deformare plastic la rece. Aceasta se manifest prin necesitatea creterii continue a forei de deformare pe msur ce gradul de deformare plastic al piesei crete. Fora necesar continurii deformrii poate deveni la un moment dat att de mare nct deformarea s devin imposibil. Reducerea sau eliminarea ecruisrii i, implicit, refacerea capacitii de deformare se face prin nclzirea materialelor metalice peste pragul de recristalizare (recoacere de recristalizare).

Proprieti tehnologice Indic capacitatea de prelucrare i modul de comportare a materialelor metalice la diferite

procese tehnologice de fabricaie la rece sau la cald, cum sunt: deformarea plastic, turnarea, achierea, sudarea, clirea etc. Cele mai importante proprieti tehnologice sunt: deformabilitatea plastic, turnabilitatea, sudabilitatea, achiabilitatea, susceptibilitatea la supranclzire i susceptibilitatea la deformare i fisurare.

Deformabilitatea plastic (la rece sau la cald) este proprietatea materialelor metalice de a-i modifica uor i remanent forma i dimensiunile la volum constant, fr a se fisura sub aciunea solicitrilor exterioare. Se caracterizeaz prin: maleabilitate, ductilitate i forjabilitate.

Maleabilitatea este nsuirea materialelor metalice de a putea f uor transformate n foi subiri; depinde de reeaua cristalin, prezena impuritilor, a elementelor de aliere etc. Se apreciaz dup valoarea alungirii specifice. Foarte maleabile sunt: staniul, aurul, aluminiul, cuprul, plumbul, argintul, alama, oelul moale etc.

Ductilitatea este nsuirea materialelor metalice de a putea fi uor trase n fire i este condiionat de coexistena tenacitii i a maleabilitii (oelul clit este tenace, dar nu este maleabil i nici ductil, staniul i plumbul sunt foarte maleabile, dar nu sunt tenace i nici ductile). Att maleabilitatea ct i ductilitatea sunt proprieti intrinseci ale materialelor metalice strns corelate cu proprietile mecanice ale acestora.

Forjabilitatea este proprietatea materialelor metalice de a se deforma plastic cu uurin prin lovire sau presare, la temperaturi ct mai sczute, fr a se rupe. La oeluri, forjabilitatea depinde de coninutul de carbon i de incluziuni. Cu ct acestea sunt n cantiti mai mari, cu att forjabilitatea este mai redus. Deformabilitatea la cald (Tdef > Trec) este superioar celei la rece (cu excepia alamelor monofazice), deoarece limita de curgere a materialelor metalice scade cu creterea temperaturii.

Turnabilitatea este proprietatea complex a materialelor metalice de a se putea turna i solidifica n forme. Cuprinde caracteristicile: fluiditate, contracie i segregaie.

Fluiditatea este capacitatea materialelor metalice topite de a umple ct mai bine forma de

turnare. Depinde de compoziia chimic a materialului i de temperatura de turnare. Contracia este nsuirea materialelor metalice (cu excepia galiului i bismutului) de a-i

micora volumul la solidificare i la rcirea ulterioar. Contracia influeneaz starea de tensiuni dup solidificare i rcire, putnd duce la deformare i chiar la fisurare. Contracia de solidificare este i cauza formrii retasurilor - goluri de form neregulat care apar la

solidificarea aliajelor cu contractie mare, fie la suprafaa piesei (retasur exterioar), fie n interiorul piesei (retasur interioar). Ea depinde. de temperatura de turnare, de viteza de rcire i de compoziia chimic a materialelor metalice.

Tendina de segregaie reprezint tendina impuritilor sau elementelor de aliere de a se aglomera n anumite pri ale materialului de baz. Fiecare element de aliere sau impuritate are un anumit coeficient de segregaie care, cu ct este mai mic, cu att elementul respectiv se va aglomera mai puternic.

Sudabilitatea este aptitudinea materialelor metalice de a se mbina nedemontabil prin nclzire local pn la topire, cu sau fr adaos de alte materiale i cu sau fr presiune mecanic. Sudabilitatea presupune luare n considerare a dou aspecte: comportarea la sudare (posibilitatea obinerii de mbinri sudate fr defecte) i sigurana sudurii n exploatare (capacitatea unui material care a fost sudat de a-i pstra caracteristicile tehnice n prezena unor solicitri). Sudabilitatea este influenat de compoziia chimic, de conductibilitatea termic, de viteza de rcire dup sudare, etc.

Achiabilitatea este capacitatea materialelor metalice de a putea fi prelucrate prin achiere, cu consum ct mai redus de scule i energie. Achiabilitatea este o proprietate complex. Un material este cu att mai prelucrabil prin achiere, cu ct: durabilitatea sculei este mai mare, timpul de achiere a aceleeai cantiti de achii mai mic, calitatea suprafeei mai bun, solicitarea mecanic i energetic a mainii-unelte mai mic, precizia de prelucrare mai mare i achiile cu form ct mai convenabil. Achiabilitatea depinde de: natura i tratamentul materialului de prelucrat, de tipul i materialul sculei achietoare, de condiiile de achiere (degroare, finisare, strunjire, frezare, rabotare, alezare etc.), de tipul mainii-unelte i natura lichidului de rcire, etc.

Clibilitatea este proprietatea materialelor metalice (n special a oelurilor i fontelor) de a realiza o duritate minim pe o adncime mai mare sau mai mic; ea caracterizeaz adncimea de ptrundere a clirii. Depinde de compoziia chimic, de temperatura de nclzire n vederea clirii, de mrimea gruntelui, de viteza de rcire, etc. Clibilitatea se deosebete de capacitatea de clire care reprezint nsuirea materialelor metalice de a se durifica prin nclzire i rcire brusc (clire). Aceasta din urm este dat de duritatea maxim obinut dup clire.

Susceptibilitatea la deformare i fisurare se manifest n special n timpul nclzirii i rcirii materialelor metalice pentru tratamente termice i este cauzat de aciunea tensiunilor interne de natur termic i structural. Oelurile, cu ct au coninutul de carbon i elemente de aliere mai mare, cu att sunt mai susceptibile la deformare i n special la fisurare.

Proprieti de exploatare Proprietile de exploatare indic comportarea materialelor metalice n timpul exploatrii

organelor de maini, a pieselor metalice i a sculelor. Aceste proprieti sunt: rezistena la uzare, fiabilitatea organelor de maini, durabilitatea sculelor i designul.

Rezistena la uzare este proprietatea materialelor metalice de a rezista la aciunea de distrugere a suprafeelor acestora, prin frecare sau eroziune.

Uzura organelor de maini aflate n contact i n micare relativ poate fi: - mecanic (contact direct metal-metal); - abraziv (prezena unor particule abrazive ntre suprafeele de contact); - de aderen sau prin gripare (determinat de viteze i presiuni de contact mari) - corosiv. Frecvent se ntlnete uzura mecanic prin oboseal sau uzura Pitting (ciupire) la cuplele de

frecare cu contact liniar sau punctiform (rulmeni, roti dinate etc.). Rezistena la uzare crete o dat cu: creterea duritii, creterea calitii suprafeei,

mbuntirea condiiilor de ungere, micorarea vitezei micrii relative i a presiunii de contact , etc. Rezistena la uzare a materialelor metalice depinde de: compoziia chimic, structura metalografic, calitatea suprafeelor, duritate, viteza relativ, presiunea de contact, calitatea ungerii, condiiile de exploatare (temperatur, mediu de lucru, etc.).

Rezistena la uzare se poate mbunti prin aliere cu elemente care s formeze constitueni cu duritate mare, prin tratamente termice, termochimice, termomecanice, acoperiri superficiale, etc.

Fiabilitatea reprezint totalitatea nsuirilor care asigur buna funcionare a unui produs (organ de main, mecanism, main, echipament, instalaie etc.) n conformitate cu normele prescrise, chiar dincolo de termenul de garanie. Ea este asigurat n bun parte de calitatea materialelor folosite.

Fiabilitatea este corelat i definit de urmtoarele noiuni: - defectarea, adic ncetarea aptitudinii unui produs de a-i ndeplini funcia;

- rata de defectare, adic raportul dintre numrul total de defectri i durata total de funcionare; - timpul mediu pn la defectare, care este inversul ratei de defectare ntr-o perioad dat; - timpul mediu ntre defectri; - durata medie de via, adic valoarea medie a timpilor pn la defectare pentru toate produsele considerate, n condiii date. Durabilitatea se refer la durata de via a sculelor, fiind definit ca timpul de lucru efectiv

ntre dou recondiionri (ascuiri) succesive ale unei scule. Ca i fiabilitatea, durabilitatea este o caracteristic de exploatare complex, care depinde de: natura materialului sculei, natura materialului de prelucrat, tratamentele termice i termochimice aplicate sculelor, condiiile concrete de lucru, etc. Frecvent, pentru estimarea acestei proprieti se folosete criteriul uzurii critice, cnd durabilitatea se exprim n minute scurse pn la apariia uzurii catastrofale i scoaterea din uz a sculei.

Designul produselor reprezint totalitatea nsuirilor estetice care fac produsul plcut i pasibil de a fi ncadrat perfect ambiental. Are importan deosebit n special pentru produsele destinate consumului (automobile, vehicule, aparatur de uz casnic, aparatur electronic audio-video etc.). St la baza uzurii morale a produselor i este determinat de linia modei la un moment dat.

Procedee de elaborare din industria metalurgic

Metalurgia este disciplina care se ocup cu studiul metalelor i a procedeelor de extragere a acestora din minereuri, respectiv de obinere a aliajelor.

Totalitatea operaiilor necesare extragerii metalelor din minereuri n vederea obinerii metalelor brute se numete elaborare primar.

Metalul brut obinut prin elaborare primar prezint o cantitate mare de impuriti, neomogenitate structural i deci proprieti nesatisfctoare. Pentru ca metalul brut s poat fi utilizat n industrie i s prezinte proprieti superioare, n majoritatea cazurilor el se prelucreaz printr-o gam specific de operaii ce formeaz obiectul elaborrii secundare (fig.6).

Fig.6. Schema general a elaborrii metalelor

Minereul se definete ca un conglomerat de minerale n care unul sau mai multe metale se gsesc n cantiti suficient de mari astfel nct s poat fi extrase economic.

Minereurile se compun dintr-o parte util i o parte steril sterilul (denumit i gang). Minereurile pot fi mono sau polimetalice, feroase sau neferoase. Pentru ndeprtarea sterilului din minereuri se folosesc materiale ajuttoare numite fondani, a cror natur chimic permite combinarea lor cu sterilul, formndu-se zgura. Zgura format reine materialul steril, precum i incluziunile nemetalice sau alte impuriti, favoriznd desfurarea proceselor fizico-chimice necesare procesului.

Prepararea minereurilor presupune parcurgerea urmtoarelor etape: preparare mecanic, concentrare, calcinare, aglomerare (fig.7).

Fig.7. Etapele preparrii minereurilor

Prepararea mecanic presupune sfrmarea minereului, astfel nct s ajung la nite dimensiuni impuse. Dup concasare, minereul este sortat cu scopul de a obine cantiti suficient de mari de minereu cu aceeai dimensiune. Omogenizarea este urmtoarea operaie de preparare mecanic care este necesar atunci cnd se lucreaz cu minereuri provenind din surse diferite, cu diferite concentraii de mineral util. Dup omogenizare are loc mcinarea, deoarece dimensiunile diferitelor caliti de minereu pot fi diferite.

Concentrarea este procesul prin care se urmrete creterea concentraiei utilului prin ndeprtarea forat a sterilului.

Calcinarea se face n cuptoare specializate, unde sub aciunea cldurii are loc eliminarea substanelor volatile, precum i evaporarea apei.

Aglomerarea este procesul de preparare a minereurilor n care o mas pulverulent obinut n etapele anterioare este adus la anumite forme i dimensiuni, precum i o anumit rezisten mecanic, proprie proceselor de extracie a metalului care urmeaz.

Procedeele aplicate pentru extragerea metalelor i, ulterior, pentru obinerea aliajelor se clasific n trei mari grupe:

procedee pirometalurgice, care se desfoar la temperaturi nalte, fiind nsoite de topirea total sau parial a minereului; cldura necesar este dezvoltat prin arderea combustibililor solizi, lichizi, gazoi sau a elementelor combustibile aflate n componena minereului sau a deeurilor i subproduselor care alctuiesc ncrctura agregatelor metalurgice;

procedee hidrometalurgice, care au loc la temperaturi joase, n soluii aflate la presiuni constante sau variabile. n cadrul acestor procedee, minereul se solubilizeaz, dup care metalul este extras prin electroliz. Prin solubilizare, metalul trece n soluie, sterilul rmnnd insolubil. Prin decantare sau filtrare sterilul se ndeprteaz.

Fig.8. Schema tehnologic a prelucrrii hidrometalurgice

Dei tehnologiile de prelucrare hidrometalurgic sunt foarte diverse, oricare schem tehnologic de prelucrare de acest tip cuprinde n mod obligatoriu urmtoarele trei operaii (fig.8):

- solubilizarea (leierea) - trecerea n faza lichid a componentului util din minereu; - purificarea soluiei; - separarea componentului util - sub form de concentrat sau alt produs valorificabil.

procedee electrometalurgice, n cadrul crora separarea metalului se face prin folosirea curentului electric. Aceste procedee pot fi:

- electrotermice, curentul electric fiind utilizat pentru obinerea temperaturilor nalte; - electrochimice, curentul electric fiind utilizat la electroliza soluiilor sau topiturilor din care se extrage metalul.

Dup metalele care se elaboreaz metalurgia poate fi: - metalurgia fierului (siderurgia): extractiv i prelucrtoare; - metalurgia aliajelor neferoase: extractiv i prelucrtoare.

Metalurgia fierului sau siderurgia include urmtoarele operaii principale: elaborarea fontei brute i speciale; elaborarea oelurilor; elaborarea diferitelor aliaje de fier. Denumirea de ,,siderurgie,, provine de la cele dou cuvinte greceti sideros - fier i ergan -

lucru, lucrare.

Procesele tehnologice din industria metalurgic sunt procese discontinue, bazate pe fenomene fizico-chimice mari consumatoare de energie termic i electric, necesitnd utilaje de mare capacitate care implic costuri mari.

Soluie

steril Impuriti

Minereu Solubilizare

Steril

(gang)

Soluie Purificare Soluie

pur Separare Concentrat

Evacuare

Elaborarea fontei

Fonta este un aliaj al fierului cu carbonul, coninutul de carbon fiind ntre 2,116,67%. Mai conine i alte elemente nsoitoare cum ar fi Mn, Si, P, S, iar n unele cazuri pot fi adugate n compoziie, cu scop bine definit, anumite elemente de aliere. Schema tehnologic a elaborrii materialelor metalice feroase este redat n figura 9.

Fig.9. Elaborarea materialelor metalice feroase

Fonta se obine prin elaborare primar, folosind procedeul pirometalurgic, ntr-un cuptor vertical nalt nchis furnalul. n procesul de elaborare a fontei n furnal, se obin fonte brute numite i fonte de prima fuziune. Acestea reprezint produsul primar al combinatelor siderurgice i servesc la fabricarea fontelor de turntorie i a oelurilor.

Dup elaborarea primar, fonta este supus unui proces de afinare n care impuritile sunt eliminate cu scopul de a obine metalul industrial. Afinarea produce o purificare avansat i conduce la obinerea metalului pur.

Furnalul (fig.10 i 11) este un cuptor vertical cu funcionare continu, de dimensiuni mari, circa 10 m diametru i nlimi de pn la 35 m, din crmid refractar format din dou trunchiuri de con. Acestea sunt numite cuv i etalaj, fiind unite printr-o zon cilindric cu nlime mic fa de diametru - pntecele furnalului. La partea inferioar furnalul prezint o alt zon cilindric creuzetul, unde se adun fonta topit. Creuzetul are prevzut la partea de jos un orificiu de evacuare a fontei iar la

1,5 m mai sus i decalat cu 180 un alt orificiu de evacuare a zgurei. Minereul de fier este introdus n furnal mpreun cu fondanii, cocsul i aer (comburant) i este

redus la fier pur care ulterior este carburat la Fe3C- cementit, conform reaciilor: 3Fe + 2CO = Fe3C + CO2 3 Fe + C = Fe3C

Fig.10. Schema constructiv a furnalului 1 furnal; 2 conducte pentru evacuarea gazelor; 3

cale de rulare; 4 buncr; 5 - vagonet

Fig.11. Schema constructiv a furnalului

Compusul Fe3C se dizolv n fier, formnd aliaj de fier cu carbon, cu temperatur sczut de

topire. Acest aliaj, la temperatura din etalaj se topete i picturile formate se scurg spre creuzet. Alturi de font n furnal se produce zgura de furnal i gazul de furnal - un gaz combustibil. Cocsul metalurgic este un combustibil cu capacitate caloric ridicat, care n urma arderii

produce o cantitate mic de cenu (max. 10%). Este un produs artificial rezultat din prelucrarea unor sorturi de crbune n absena aerului, n cuptoare speciale, la temperaturi de 900-1200C.

Comburantul, respectiv oxigenul, necesar arderii cocsului se sufl n furnal prin nite orificii numite guri de vnt, cu ajutorul unor turbosuflante.

Elaborarea oelului

Oelurile sunt aliaje ale fierului cu carbonul, carbonul fiind cuprins ntre 0,0222,11%. Mai conin i alte elemente, unele naturale, provenind de la elaborare (Si, Mn, S, P, O, N), altele introduse ca elemente de aliere cu scopul mbuntirii proprietilor (Ni, Cr, W, Mo, V, etc.). Prelucrabilitatea oelurilor este superioar fontelor.

Exist mai multe criterii de clasificare ale oelurilor: dup coninutul de carbon, dup compoziia chimic, dup destinaie, dup procedeul de elaborare, etc.

Dup coninutul de carbon oelurile sunt hipoeutectoide cu < 0,77% C, eutectoide cu 0,77% C i hipereutectoide cu > 0,77% C.

Dup compoziia chimic oelurile se clasific n oeluri nealiate (sau oeluri carbon) i oeluri aliate. Oelurile cu 0,3% C se numesc oeluri moi, cu 0,3-0,6% C se numesc oeluri semidure, iar cele cu 0,8% C se numesc oeluri dure. Oelul carbon cu 0,08% C este cunoscut n practic sub denumirea de fier tehnic.

n funcie de coninutul total al elementelor de aliere, oelurile aliate se clasific n oeluri slab aliate ( 5,0% E ), mediu aliate (5-10% E) i oeluri nalt aliate (cu 10% E).

Dup destinaie, oelurile se clasific n oeluri de uz general, oeluri cu destinaie precizat i oeluri pentru scule.

Materialele metalice de baz utilizate n procesul de elaborare a oelului sunt fonta i fierul vechi. Proporia n ncrctur a acestora variaz funcie de procedeul de elaborare utilizat i de calitatea oelului.

Obinerea oelurilor se face prin dou metode: - metoda pirometalurgic elaborare n convertizoare - metoda electrometalurgic elaborare n cuptoare electrice. Procesul complex de elaborare a oelurilor cuprinde trei etape principale: 1. Afinarea - etapa tehnologic a obinerii oelului n care coninutul de carbon, dar i

coninutul de elemente nsoitoare (Si, Mn, S, P, O, N), este redus pn la anumite valori prescrise pentru marca de oel care se elaboreaz. Procesul chimic principal la afinare este oxidarea.

2. Dezoxidarea este necesar deoarece dup terminarea afinrii ( adic atunci cnd se atinge concentraia prescris a carbonului), n baia de metal topit exist o concentraie mare de oxizi care dac ar rmne n compoziia oelului ar conduce la nrutirea drastic a proprietilor acestuia.

Fig.12. Schema de funcionare a cuptorului

electric cu arc

Fig.13. Schema cuptorului cu arc

3. Alierea introducerea lor n topitur se face sub form de feroaliaje i ine cont de aviditatea acestora fa de oxigen. Astfel, unele elemente de aliere se introduc nainte de dezoxidare (Ni), altele dup dezoxidare (Ti, V).

Cuptoarele electrice folosite sunt cele cu arc electric sau cu inducie. Schema de funcionare a unui cuptor electric cu arc este redat n figura 12 i 13.

Topirea ncrcturii n vatra (5) a acestui cuptor se face datorit cldurii arcului electric care poate atinge temperaturi de 3500 C. Arcul electric se stabilete ntre electrozii cuptorului (2) i ncrctura (7).

Electrozii din grafit sunt alimentai prin nite cabluri flexibile (1) de la un transformator trifazat. Cuptorul este

alimentat prin ua de lucru (8). Bolta (9) prezint nite orificii prin care electrozii pot fi cobori dup ncrcarea cuptorului. La sfritul elaborrii topitura se basculeaz prin jgheabul (3) n oala (4) cu ajutorul unui sistem hidraulic (7), cuptorul fiind

sprijinit pe o in curbat (6). Convertizoarele cu oxigen sunt nite cuptoare

basculante n care se obine oel plecnd de la font lichid, fr surs exterioar de cldur. Cldura necesar desfurrii proceselor este dat numai de reaciile exoterme care au loc la afinare.

Elaborarea n convertizorul LD (Linz-Donawitz) se

caracterizeaz prin afinarea fontei lichide cu oxigen tehnic de mare puritate (99,5-99,8%), insuflat n baia metalic pe partea superioar cu o presiune de 8-18 atm, cu ajutorul unei lnci rcit cu ap. Schema de principiu a convertizorului LD este prezentat n figura 14.

Captul lncii construit din cupru este prevzut cu 3-9 duze (orificii) prin care se sufl oxigenul tehnic cu viteza dorit. Gazele rezultate din procesele de afinare sunt captate de hot i transportate la sistemul de epurare.

Datorit presiunii mari cu care jetul lovete suprafaa, se creeaz n baie o adncitur, fonta din zona respectiv fiind mpins n jos i nspre perei. Se creeaz astfel o micare descendent n mijlocul bii i una ascendent pe perei, deci se produce o amestecare puternic a bii care conduce la creterea vitezei de reacie i la omogenizarea bii din punct de vedere al temperaturii i al compoziiei chimice.

Metode i procedee de prelucrare dimensional Turnarea metalelor i aliajelor metalice

Turnarea este procesul prin care un metal n stare lichid, datorit forei gravitaionale sau a unei alte fore, ptrunde ntr-o form de turnare cptnd, dup solidificare, configuraia acesteia (fig.15).

Fig.15. Schema de principiu a turnrii

Turnarea metalelor include turnarea semifabricatelor masive (lingou) i turnarea pieselor. Avantajele turnrii sunt:

Fig.14. Schema convertizorului LD

1- convertizor, 2- lance; 3- hot; 4- orificiu de evacuare; 5- baie

metalic.

se pot realiza piese cu geometrie complicat, inclusiv geometrie interioar,

- prin unele procedee de

turnare se obin piese finite, care nu mai necesit prelucrri ulterioare; schema de principiu a

unei astfel de forme de turnare

este redat n figura 16.

se pot fabrica piese mari de ordinul zecilor i chiar a sutelor de tone,

unele procedee de turnare se pot adapta produciei de serie mare i mas.

Lingourile sunt semifabricate masive obinute prin solidificarea metalului lichid n nite forme metalice numite lingotiere. Lingourile sunt ulterior prelucrate prin forjare sau prin laminare, forma

lingoului fiind diferit funcie de procedeul de prelucrare pentru care este destinat. Cea mai cunoscut clasificare a procedeelor de turnare este cea n funcie de numrul de turnri realizate ntr-o form. Se disting astfel urmtoarele procedee de turnare: - n forme temporare se utilizeaz la o singur turnare - n forme semipermanente dup cteva turnri forma necesit mici reparaii - n forme permanente se utilizeaz la sute sau mii de turnri.

Dup solidificare piesa astfel obinut se scoate din form fie prin distrugerea formei (forme temporare), fie prin desfacere, n cazul formelor semipemanente sau permanente metalice realizate din

dou sau mai multe pri. Formele temporare se realizeaz din amestecuri de formare obinuite (nisip + argil) sau

speciale (nisip + liani speciali). Formele semipermanente se realizeaz din ciment, ipsos, etc. Formele permanente se realizeaz din font, oel, aliaje neferoase.

Dei formele metalice permanente au avantajul c se utilizeaz pentru mai multe turnri, ele sunt mai scumpe datorit prelucrrilor complexe pe care le necesit realizarea lor. De aceea procedeul de turnare cel mai utilizat este procedeul de turnare n forme temporare.

Prelucrarea materialelor metalice prin deformare plastic

n cadrul prelucrrilor prin deformare plastic, forma piesei se obine prin redistribuirea parial sau total n spaiu a volumului de material al semifabricatului. Se pot obine semifabricate care ulterior vor fi supuse altor procedee de prelucrare mecanic n scopul obinerii piesei finite sau se pot obine direct piese finite, cu o precizie dimensional i de form geometric ridicate, precum i cu o bun calitate a suprafeei.

Buna desfurare a procesului de deformare plastic este legat de necesitatea unei plasticiti ridicate a materialului, tradus ntr-o limit de curgere sczut i o ductilitate mare. Aceste proprieti sunt puternic dependente de temperatur. Astfel, n funcie de intervalul de temperaturi la care are loc deformarea se disting urmtoarele procedee (fig.17): - deformare plastic la rece, ea desfurndu-se la temperaturi mai mici dect temperatura de recristalizare a materialului;

- deformarea plastic la semicald sau la cald, la temperaturi peste temperatura de recristalizare.

Fig.17. Tipuri de procedee de prelucrare prin deformare plastic

Fig.16. Principiul formei de turnare

La deformarea plastic la rece, cu ct crete gradul de deformare crete, cu att rezistena la rupere, respectiv limita de curgere i duritatea materialului vor cpta valori mai mari. Concomitent, alungirea la rupere i gtuirea la rupere scad. n consecin, cu ct materialul va fi deformat mai mult, cu att mai mult el va deveni mai rezistent, mai puin plastic i se va opune mai mult deformrii, mergnd uneori pn la rupere. Fenomenul se numete ecruisare. La deformarea plastic la cald, fenomenul ecruisrii nu apare.

Refacerea capacitii de deformare a materialului se face prin nclzire, adic prin tratamentul termic de recoacere de recristalizare, acesta anulnd efectele nedorite ale ecruisrii.

O alt clasificare a procedeelor de deformare plastic este bazat pe tipul semifabricatului de la care pornete prelucrarea. Putem ncadra procesele de deformare plastic n dou mari categorii:

- procese de deformare plastic a semifabricatelor masive (deformri volumice); din aceast categorie fac parte barele, profilele, lingourile, calupurile, etc., adic semifabricate la care toate cele trei dimensiuni sunt semnificative. Dintre procesele de deformare plastic volumic amintim: laminarea, forjarea liber i n matri, extrudarea, tragerea i trefilarea, etc.

- procese de deformare plastic a tablelor i benzilor, semifabricate la care lungimea i limea sunt semnificativ mai mari dect grosimea. Din aceast categorie amintim: tanarea, ndoirea i profilarea, ambutisarea, prelucrrile prin fasonare, etc.

Dup viteza de deformare, aceste tipuri de procedee se pot mpri n: - procedee de deformare cu viteze mici (v 10 m/s); - procedee de deformare cu viteze mari (v 10 m/s). Aici sunt cuprinse procedeele de

deformare ce folosesc tehnica impulsurilor purttoare de mari energii (deformarea prin explozie, deformarea prin detonarea unei amestec de gaze combustibile, deformarea prin impulsuri magnetice,

deformarea electrohidraulic, etc.).

Laminarea

Este procedeul de deformare plastic la cald sau la rece, realizat prin trecerea foat a materialului printre doi cilindri care se rotesc n sensuri contrare sau n acelai sens. De obicei, pentru a obine un anumit grad de deformare plastic, se realizeaz mai multe treceri succesive ale materialului printre cilindri. Schema de principiu este redat n figura 18.

Fig.18. Principiul laminrii

Utilajul de lucru poart denumirea de laminor, iar produsul rezultat - laminat. Prin laminare se obin bare, profile simple, table, benzi, etc.

Procedeele de laminare se mpart n dou categorii: - laminare longitudinal (fig.19) - laminare transversal sau elicoidal (fig.20)

Prin laminare longitudinal se prelucreaz oelurile nealiate i slab aliate, pornindu-se de la lingouri sau semifabricate turnate continuu i ajungndu-se la semifabricate plane (tabl sau band) sau profile cu destinaie general i special, ine de cale ferat etc. Laminarea se poate efectua ntre cilindri netezi, n cazul produselor plate sau n canale inelare numite calibre, practicate n corpul

cilindrului de lucru, n cazul profilelor. Pentru cazul cel mai rspndit al laminrii longitudinale, cilindrii au sensuri diferite de rotaie, axele cilindrilor fiind paralele ntre ele i plasate n plan vertical. Etapele necesare obinerii prin laminare a profilului I este redat n figura 21.

n cazul laminrii transversal - elicoidale, cilindrii bitronconici au acelai sens de rotaie, axele fiind n plan orizontal decalate la un anumit

unghi, pentru a asigura micarea de avans a semifabricatului. Se obin evi laminate, laminorul purtnd denumirea de laminor perforator de evi.

Fig.21. Etapele de realizare prin laminare a profilului I

Forjarea i matriarea

Forjarea reprezint procesul de deformare plastic la cald prin care materialul este comprimat ntre dou scule numite nicovale. Dac sculele folosite nu restrng n nici un fel curgerea materialului, procesul mai este denumit i forjare liber. Dac sculele au forma unor plci plane, procesul se mai numete i turtire (fig.22).

Prin forjare liber se obin piese cu configuraie relativ simpl i precizie dimensional redus precum: discuri, arbori, inele sau tuburi. Din punct de vedere principial, forjarea liber se poate realiza:

a) cu plci plan paralele (fig.23a); b) o plac plan i una inelar (fig.23b); c) cu dou plci inelare (fig.23c).

Dac forjarea se realizeaz ntre dou scule profilate (denumite matrie), materialul fiind obligat s copieze forma cavitilor din sculele respective, procedeul poart de denumirea de forjare n matri sau, altfel spus, matriare (fig.23). Matriarea conduce la realizarea de piese finite de dimensiuni mici i mijlocii, cu o configuraie geometric complex, fiind un procedeu de mare productivitate.

Fig.19. Laminarea longitudinal

Fig.20. Laminare transversal-elicoidal

1- cilindri de lucru bitronconici, 2 -

semifabricat, 3 - ebo, 4 - dorn perforator, 5 -

bara port dorn

Fig.22. Principiul turtirii

n practic se ntlnesc dou procedee de prelucrare mecanic prin matriare (formare volumic), att la cald ct i la rece:

Matriare n matrie deschise. Caracteristica acestui procedeu este c se lucreaz cu un mic surplus de material, care se expulzeaz din cavitatea util a plcii active, formnd o bavur n planul de separaie dintre cele dou semimatrie (fig.24). ndeprtarea bavurii implic existena unor operaii suplimentare de prelucrare.

Matriarea n matrie nchise. n acest caz se lucreaz fr bavur la planul de separaie, volumul semifabricatului trebuind s fie egal cu

volumul piesei finite. Extrudarea i tamparea sunt dou dintre procedeele ce aparin acestei categorii. Un avantaj al acestor procedee de deformare fa de prelucrrile prin achiere l constituie

continuitatea fibrajului piesei, ceea ce face ca rezistena mecanic a piesei finite s fie mai mare.

tamparea

tamparea este procedeul de deformare plastic local a materialului, cu modificarea grosimii acestuia, pentru obinerea unui relief pe suprafaa piesei. Exemplele tipice sunt reprezentate de baterea monezilor, a medaliilor i decoraiilor sau de realizare a inscripionrilor.

n general, tamparea se execut n matrie nchise (fig.26). Dei relieful poate fi de mic adncime, presiunile necesare n

proces sunt mari, datorit apariiei fenomenului de turtire.

Extrudarea

Extrudarea este operaia de deformare plastic n volum prin compresiune, desfurat pe baza curgerii plastice a materialului printr-

un orificiu al plcii active de extrudare sau prin spaiul limitat al jocului dintre poanson i placa de extrudare, piesa cptnd astfel o form dorit a seciunii transversale (fig,27). Se pot obine piese cu configuraii simple sau complexe (fig.28).

n funcie de sensul curgerii materialului n raport cu sensul de aciune al forei (for transmis prin poanson), extrudarea poate fi clasificat n (fig.29):

extrudare direct - o detaliere a acestui procedeu este redat n figura 30;

extrudare invers (indirect);

extrudare combinat;

extrudare lateral.

Fig.23. Tipuri de forjare liber

Fig.25. Exemple de piese executate n matrie deschise

Fig.24. Matriarea n matri deschis

Fig.26. tamparea

Procedeul de Schia de principiu pentru

extrudare Profile pline Profile tubulare

Extrudare

direct

Extrudare

invers

Extrudare

combinat

Extrudare

lateral

Fig.29. Tipuri de extrudare

Piesele cu configuraie geometric complex se obin, de regul, n urma unei succesiuni de operaii de extrudare, acestea putnd fi nsoite i de alte operaii de formare volumic. Exemplificarea obinerii unei piese printr-o succesiune de operaii de extrudare este prezentat n figura 31.

Tragerea i trefilarea

Tragerea este procesul prin care seciunea transversal a unei bare se reduce la trecerea prin deschiderea unei scule numit matri de tragere (fig.32). Spre deosebire de extrudare, unde fora de deformare era aplicat prin mpingere, aici este aplicat prin tragere.

Un caz special de tragere

este trefilarea srmelor. Diferena dintre tragere i trefilare este dat de diametrul produselor care se

proceseaz. Tragerea se refer la materiale cu diametru mare (bare),

pe cnd tragerea srmelor -

trefilarea se aplic srmelor cu diametru mic care sunt trase printr-

o scul numit filier. Pentru tragerea evilor, pe

lng matrie, din sculele de tragere

Fig.31. Extrudri succesive

Fig.27. Principiul extrudrii

Fig.28. Piese extrudate

Fig.30. Extrudarea direct

Fig.32. Schema procesului de tragere

mai fac parte dornurile, lungi

sau scurte, fixe sau mobile

(fig.33).

Pentru a rezista la

uzura intens din proces, matria sau filiera se realizeaz din materiale speciale, n general din carburi

dure sinterizate dar, pentru

aplicaii speciale, se fac chiar din diamant.

Instalaiile de tragere sau trefilare pot fi:

- singulare, coninnd o singur filier, utilizate

pentru tragerea srmelor groase;

- multiple, pentru srme cu diametru

mic, atunci cnd instalaia este prevzut cu dou sau mai multe filiere prin care semifabricatul este tras succesiv, diametrul

fiind astfel micorat progresiv.

Prelucrarea pieselor masive prin rulare

Din gama prelucrrilor prin rulare prezint o importan deosebit rularea filetelor (fig.34) i a roilor dinate de modul mic.

Principalele avantaje ale deformrii prin rulare, n comparaie cu prelucrarea prin achiere, sunt: productivitate ridicat, rezisten mecanic i la oboseal mai mare datorit ecruisrii i fibrajului continuu, precizie satisfctoare i caliti bune ale suprafeelor prelucrate.

Prelucrarea prin rulare a filetelor

Filetele se realizeaz prin deformarea plastic corespunztoare a straturilor de suprafa a semifabricatelor, pe baza imprimrii profilului filetului prin rostogolirea (rularea) semifabricatului ntre dou sau mai multe scule cu profil conjugat. Cele mai cunoscute variante tehnologice

sunt cele cu role (fig.35).sau cu bacuri plane (fig.36)

Bacurile plane au forma unor plci masive prismatice, acestea avnd pe feele active un profil conjugat profilului care se

ruleaz. Unul din bacuri este fix, iar cellalt mobil, deplasndu-se cu viteza Vs (lucrndu-se

deci cu avans tangenial). La rularea filetelor cu ajutorul rolelor

se poate adopta metoda rulrii ntre dou (fig.35a) sau ntre trei role (fig.35b). n primul

caz, piesa este susinut de o rigl, iar avansul

Fig.35. Rularea filetelor cu role

Fig.36. Rularea filetelor cu bacuri

Fig.33. Tragerea evilor

Fig.34. Filete realizate

prin rulare

Fig.34. Trefilare cu filiere multiple

radial Sr este asigurat de o singur rol. n cel de-al doilea caz, avansul este asigurat simultan de ctre cele trei role sau numai de rola superioar.

Prelucrarea prin rulare a roilor dinate

Schemele tehnologice tipice ntlnite la prelucrarea prin rulare a roilor dinate sunt:

cu role: cu dou (fig.37) sau trei role (fig.38);

cu scule tip cremalier (fig.39);

Prelucrarea ntre dou role se utilizeaz n cazul roilor dinate de lime redus, lucrndu-se doar cu avans radial, n timp ce roile dinate de lime mare se prelucreaz ntre trei role, cu avans axial. n timpul prelucrrii, rolele scul de rulare se angreneaz fr joc cu semifabricatul, capul dintelui de pe scula de rulat formnd piciorul dintelui la roata rulat, iar piciorul dintelui de pe scul - capul dintelui pe semifabricat.

n cazul prelucrrii cu scule tip cremalier, se pot obine roi dinate de modul mic precum i caneluri.

Procedee de deformare plastic la rece a tablelor. Clasificare.

Prelucrrile prin presare la rece sunt acelea care se execut prin deformarea plastic a materialului, cu sau fr detaare de material, la temperaturi sub temperatura de recristalizare. Procedeele de presare cu detaare de material, total sau parial, prin forfecare, folosind o pereche de tiuri asociate, poart denumirea de procedee de tiere. Dac tierea se efectueaz pe utilaje de tipul foarfecelor, fr dispozitive speciale, tiurile asociate (elementele active) fiind fixate direct pe suportul mobil i respectiv fix al mainii, atunci operaia de tiere poart denumirea de debitare. Dac tierea se efectueaz pe utilaje de tipul preselor, cu ajutorul unor scule numite tane, n componena crora intr cele dou tiuri asociate ale elementelor active, atunci operaia respectiv poart denumirea de tanare.

O alt grup de procedee de deformare plastic o constituie procedeele de matriare. Acestea se caracterizeaz prin aceea c deformarea are loc fr detaare de material, modificndu-se forma i dimensiunile semifabricatului prin redistribuirea total sau parial a volumului de material cu ajutorul unor scule numite matrie.

O ultim grup de procedee o constituie procedeele de asamblare prin presare la care, prin tierea i deformarea materialului se realizeaz mbinarea a dou sau mai multe piese. Cele mai importante procedeee din cele 3 categorii sunt redate n tabelele 1, 2 i 3.

Fig.38. Rularea roilor dinate

cu trei role

Fig.37. Rularea roilor dinate cu

dou role

Fig.39. Rularea roilor dinate cu scule cremalier

Tabelul 1. Procedee de tiere

Clasa de

operaii Denumirea

operaiei Schema prelucrrii Definirea i caracteristicile

operaiei

Debitare

pe

foarfeci

Debitare

Tiere dup un contur deschis, cu ajutorul a dou tiuri asociate montate direct pe elementul fix i respectiv, mobil, al unui utilaj de

tipul foarfecelor.

T

AN

A

RE

Decupare -

Perforare

Separarea complet a piesei sau deeului de restul materialului (band sau individual) se face prin tiere dup un contur nchis. Difer doar prin ceea ce se consider "deeu" i respectiv "pies".

liuire

Tiere dup un contur deschis, cu separarea complet a unei poriuni de material aflat la marginea semifabricatului.

Tabelul 2. Procedee de deformare plastic

Clasa de

operaii Denumirea

operaiei Schema prelucrrii Definirea i caracteristicile

operaiei

ND

OIR

E

ndoire

simpl

Modificarea formei unui

semifabricat prin ncovoiere n jurul

unei axe de simetrie (numit linie de ndoire), cu o raz de curbur dat.

Profilare

ndoirea tablelor sau a benzilor

dup linii de ndoire paralele ntre ele i paralele cu marginile iniiale, n scopul obinerii unor profile de lungime relativ mare.

AM

BU

TIS

AR

E

Ambutisare

Transformarea unui semifabricat

plan ntr-o pies cav.

Tragere pe

calapod

Transformarea unui semifabricat

plan ntr-o pies profilat, prin ntindere i tragere pe un calapod.

FA

SO

NA

RE

Reliefare

Formarea pe pies a unui relief de mic adncime, n vederea obinerii unor inscripii sau a mririi rigiditii.

Bordurare

Formarea la marginea unei piese

cave a unei borduri semicirculare

sau circulare n seciune transversal.

Umflare

Mrirea seciunii transversale a unei piese cave sau tubulare, prin

presare radial spre exterior.

Gtuire

Reducerea seciunii transversale a unei piese cave sau tubulare, prin

presare radial spre interior.

Filetare prin

fasonare

Realizarea pe o pies cav sau tubular a unui filet cu profil divers, prin reliefare de mic adncime, cu sau fr modificarea intenionat a grosimii materialului.

Tabelul 3. Procedee de asamblare

Clasa de

operaii

Denumirea

operaiei

Schema prelucrrii Definirea i caracteristicile

operaiei

AS

AM

BL

AR

E

Fluire

Asamblarea capetelor a dou semifabricate, prin ndoiri paralele

cu muchia, cu sau fr band de adaos B.A.

Agrafare

Asamblarea a dou semifabricate, prin ndoirea

limbilor unuia peste orificiul

celuilalt sau prin crestarea i ndoirea simultan semifabricatelor.

Capsare

Asamblarea a dou sau mai multe piese, prin deformarea unor capse

sau a gulerului uneia dintre piese,

care strbat orficiile executate n celelalte piese.

Sertizare

Asamblarea a dou piese prin strngerea paralel a materialului uneia din piese n jurul celeilalte, n

scopul rigidizrii lor.

temuire

Etanarea unei asamblri, prin ndesarea materialului la locul de

mbinare.

Prelucrri prin tanare Prelucrrile prin tiere constituie o grup de procedee de deformare plastic la rece la care are

loc separarea materialului, total sau parial, dup un contur nchis sau deschis, sub aciunea unor perechi de tiuri asociate (muchii tietoare). Tierea se poate efectua pe utilaje de tipul foarfecelor (debitare) sau cu dispozitive speciale numite tane, pe utilaje de tipul preselor (tanare). Cele dou tiuri aparin elementelor active ale sculei, adic poansonului i plcii active (fig.40). Cteva forme de poansoane i plci active sunt prezentate n figura 44.

O variant tehnologic utilizat pentru obinerea unor piese cu o precizie dimensional i de form geometric mult mai bun este tanarea de precizie. Ea se execut pe tane speciale, echipate cu elemente ce creaz o stare de compresiune spaial n material, uniform distribuit de-a lungul conturului de tiere, nc nainte de nceperea tierii propriu-zise. Aceast stare se menine pe toat durata desfurrii procesului de tiere (fig.41). Diferena de calitate dintre cele dou suprafee rezultate n urma tanrii normale i respectiv a tanrii de precizie este prezentat n figura 42.

ndoirea i profilarea

ndoirea este operaia de deformare plastic prin care se realizeaz modificarea formei unui semifabricat prin ncovoiere plan, n jurul unei muchii rectilinii, denumit linie de ndoire. Cteva scheme de principiu ale

operaiei de ndoire sunt prezentate n figura 45.

Fig.45. Diferite scheme de ndoire

ndoirea poate fi aplicat pieselor individuale (folosind matrie cu forme specifice pieselor ce urmeaz a fi obinute) sau poate fi utilizat pentru obinerea profilelor de lungimi mari din fii de tabl sau din semifabricate continue de tip band (profilare). Profilarea poate fi realizat pe prese

Fig.43. Tipuri de piese obinute prin tanare de precizie

Fig.40. Schema de principiu a tanrii

Fig.41. Decuparea de precizie

Fig.42. Piese obinute prin tanare

Fig.44. Folosirea muchiilor nclinate

speciale de ndoit de tip abkant (fig.46) sau pe maini speciale de profilat cu role (fig.47), n acest din urm caz materialul fiind deformat la trecerea succesiv prin mai multe perechi de role.

Profilele formate la rece

rezultate prin profilarea tablelor i benzilor din oel sau sau din alte metale i aliaje deformabile la rece sunt produse de calitate superioar, de mare precizie dimensional, grosime constant i greutate minim la o

anumit rezisten mecanic a profilului, fiind posibil astfel realizarea unor construcii uoare, cu linie simpl i estetic. ndoirea poate fi aplicat i semifabricatelor tubulare (evilor), n scopul obinerii diferitelor configuraii spaiale. ndoirea evilor se execut cu ajutorul unor maini speciale de ndoit evi sau a unor dispozitive prevzute cu role, aa cum se vede n figura 48. La acest dispozitiv rolele au un profil semicircular, funcie de diametrul evii. Pentru a evita deformarea seciunii, eava se umple cu nisip, alice de plumb sau ap, introducndu - se dopuri la capete sau se folosesc dornuri flexibile interioare.

Fig.48. Variante de ndoire a evilor

Ambutisarea

Ambutisarea este operaia de deformare plastic prin care un semifabricat plan este transformat ntr-o pies cav (fig.49a) sau prin care se continu deformarea unui semifabricat cav n scopul creterii adncimii i, implicit, a micorrii seciunii transversale a acestuia (fig.49b). Continuarea deformrii unui semifabricat cav se poate face fr subierea pereilor piesei (fig.49b) sau cu

subierea intenionat a pereilor piesei (fig.49c, n care grosimea dup ambutisare g1 g). Ambutisarea este un procedeu complex, modul de desfurare a acesteia depinznd de forma

geometric i materialul piesei ambutisate, de tehnologia de deformare utilizat, de construcia matrielor de ambutisare, de utilajele de presare folosite, de tipul de lubrifiant utilizat, etc. Dup forma geometric, piesele obinute prin ambutisare se pot grupa n urmtoarele categorii:

Fig.46. Profilarea pe prese de tip abkant

Fig.47. Profilarea pe maini cu role

piese cu forme de revoluie;

piese paralelipipedice (de tip cutie);

piese complexe i asimetrice (caroserii de automobile sau elemente de caroserie).

Ambutisarea se realizeaz cu matrie de ambutisat (fig.50a). n funcie de complexitatea piesei, ambutisarea se realizeaz n una sau mai multe faze succesive.

Fig.50. Ambutisarea

Schema de principiu a realizrii prin ambutisare a pieselor cave cilindrice

pe scule cu elemente active rigide este

prezentat n figurile 50b i 51. Deformarea semifabricatului plan ncepe odat cu apsarea

poansonului asupra prii centrale a materialului, semifabricatul fiind tras treptat n spaiul jocului dintre poanson i placa de ambutisare. Se formeaz

astfel pereii laterali cilindrici ai piesei ambutisate. Ambutisarea cu subierea intenionat a pereilor (fig. 52) este caracterizat de un grad mare de

deformare, fiind utilizat la obinerea unor piese cu raport mare ntre nlime i diametru. La aceste piese, grosimea fundului piesei este mai mare dect cea a pereilor. Ambutisarea cu subierea pereilor se face de obicei ntr-o succesiune de operaii, pornind de la un semifabricat cav, realizat printr-o prim operaie de ambutisare obinuit. Subierea pereilor este determinat de trecerea forat a semifabricatului printr-un joc mai mic dect grosimea acestuia.

Ambutisarea se poate realiza i cu scule care au un singur element activ rigid, cellalt element fiind nlocuit de un mediu fluid sub presiune (ambutisare hidraulic). Sub aciunea presiunii hidrostatice exercitate de ctre fluid semifabricatul se deformeaz, prelund forma elementului activ rigid. Cazul utilizrii plcii active rigide este prezentat n figura 53, transmiterea presiunii realizndu-se prin intermediul unei membrane de cauciuc, cu scop de etanare. Acest procedeu are avantajul exercitrii unei presiuni uniforme pe suprafaa semifabricatului, ceea ce duce la egalizarea solicitrilor din material i, implicit, la creterea gradului de deformare posibil de realizat. Un alt avantaj l reprezint simplificarea construciei sculei, mai ales pentru piesele mari, asimetrice i de form complex.

Fig.49. Ambutisarea

Fig.51. Schema de

principiu a ambutisrii

Fig.52. Schema

ambutisrii cu subierea pereilor

Fig.53. Schema ambutisrii hidraulice

Procedee de prelucrare prin achiere

Generaliti

Prelucrarea prin achiere este o metod tehnologic de obinere a pieselor finite prin ndeprtarea succesiv de material sub form de achii, de pe un semifabricat, cu ajutorul unei scule achietoare, folosind un utilaj denumit main-unealt. Piesa final va fi generat prin modificarea succesiv a formei i dimensiunilor semifabricatului.

Semifabricatele supuse prelucrrii prin achiere se obin prin turnare, laminare, forjare, matriare. Indiferent de modul de obinere, semifabricatul SF prezint, fa de piesa final P, un surplus de material (adaosul de prelucrare

AP), care trebuie ndeprtat n cadrul prelucrrii prin achiere (fig.54). Este important, din punct de vedere economic, ca

acest adaos s fie ct mai mic, mrimea lui influennd direct productivitatea procedeului de achiere.

Alegerea tipului de semifabricat se face pe baza unui studiu tehnico-economic, urmrind un cost minim de obinere a piesei. Pentru formarea i desprinderea achiilor de pe semifabricat, ntre acesta i scula achietoare trebuie s existe o micare relativ, determinat de maina unealt. Aceast micare este reprezentat de micarea de achiere, micare ce are dou componente: - micarea de achiere principal, prin care are loc desprinderea achiilor de pe suprafaa semifabricatului; viteza cu care se execut se numete vitez de achiere; - micarea de achiere secundar, denumit i micare de avans, prin care noi straturi de material sunt aduse sub aciunea tiului sculei achietoare; viteza cu care se execut se numete vitez de avans sau, mai simplu, avans.

Aceste micri pot fi circulare sau rectilinii, continue sau discontinue. Adaosul de prelucrare poate fi ndeprtat n una sau mai multe treceri, n cadrul uneia sau mai multor operaii i faze. Mrimea stratului de material ndeprtat de pe suprafaa semifabricatului la o singur trecere se numete adncime de achiere. Viteza de achiere, avansul i adncimea de achiere formeaz parametrii unui regim de achiere. Orice prelucrare prin achiere se efectueaz n dou faze: - degroare, n decursul creia se elimin cea mai mare parte din adaosul de prelucrare, piesa apropiindu-se de forma i dimensiunile finale;

- finisare, n decursul creia se elimin restul adaosului de prelucrare atingndu-se cotele finale, n

condiiile de precizie dimensional i de form prescrise. Se cunosc mai multe procedee de prelucrare prin

achiere care se deosebesc ntre ele, n primul rnd, prin scula achietoare i prin cinematica procesului de achiere.

Principalele procedee de prelucrare prin achiere sunt: strunjirea, rabotarea, frezarea, burghierea, broarea, rectificarea, etc. Pentru fiecare procedeu de prelucrare

prin achiere exist un sistem tehnologic specific.

Strunjirea

Strunjirea este prelucrarea prin achiere executat cu cuitul de strunjit, pe maini-unelte denumite strunguri. Reprezint procedeul de prelucrare prin achiere cu cea mai frecvent utilizare, fiind metoda de baz pentru obinerea corpurilor de revoluie.

Strunjirea unei suprafee cilindrice de revoluie

Fig.54. Adaosul de prelucrare la achiere

Fig.55. Principiul strunjirii

este cel mai simplu exemplu de prelucrare prin strunjire (fig.55). n cazul n care scula execut o micare de avans complex, cu componente att pe direcie longitudinal ct i pe cea transversal (perpendicular pe axa piesei), se pot prelucra suprafee mai complicate precum suprafeele conice, profilate sau chiar suprafee poligonale (fig.56 i 57).

La strunjire, micarea de rotaie (micarea principal) este executat de pies, cuitul realiznd o micare rectilinie de avans longitudinal, transversal sau

combinat.

Frezarea

Frezarea este operaia de achiere la care ndeprtarea adaosului de prelucrare se face cu ajutorul

unei scule cu mai muli dini numit frez (fig.58), care execut micarea principal de rotaie, micarea de avans (pe direcie perpendicular pe axa de rotaie) fiind executat, n general, de semifabricat. La aceast operaie dinii nu sunt n contact permanent cu

semifabricatul astfel c vom avea o detaare discontinu a achiei. Discontinuitatea achierii se reflect n apariia vibraiilor, care nsoesc de regul procesul de frezare.

Frezarea este un

procedeu de prelucrare de

mare universalitate,

caracterizat printr-o

productivitate ridicat, motiv pentru care se poate utiliza

cu succes n producia de unicate, dar i de serie. Se pot prelucra suprafee de forme variate: plane,

profilate, suprafee de revoluie, filete, danturi. Productivitatea operaiei de frezare este mai ridicat dect la alte operaii unde achierea se produce cu un singur dinte, cum este

strunjirea.

Frezarea este de mai

multe tipuri, n funcie de dispunerea tiurilor fa de corpul sculei:

Fig.56. Tipuri de strunjire

Fig.57. Tipuri de strunjire

Fig.58. Frez frontal

cilindric dac tiurile sunt pe partea cilindric, dinii fiind realizai fie direct din corpul frezei, fie sub forma unor plcue din materiale dure (carburi metalice), aplicate prin lipire sau prindere cu uruburi (fig.59);

frontal dac tiurile sunt pe suprafaa frontal a frezei (fig.58); cilindro-frontal cu muchiile tietoare att pe suprafaa cilindric lateral, ct i pe

suprafaa frontal (fig.60). Aa cum s-a menionat anterior, pot fi obinute prin frezare (fig.61 i 62): - suprafee plane orizontale sau verticale, utiliznd freze frontale, cilindrice sau cilindro-frontale;

- suprafee nclinate, utiliznd freze tronconice sau folosind nclinarea cu un anumit unghi a dispozitivului de fixare al frezei pe maina unealt - canale de pan sau alte tipuri de canale, utiliznd freze deget sau freze cu profil adecvat canalului ce se prelucreaz; - danturi ale roilor dinate, utiliznd freze profilate conforme cu geometria dinilor ce trebuie realizai, mpreun cu alte dispozitive auxiliare.

Fig.59. Frezarea cilindric

Fig.60. Frezarea cilindro-frontal

Fig.61. Suprafee obinute prin frezare

Fig.62. Suprafee obinute prin frezare

Prelucrarea alezajelor

Burghierea (gurirea) este operaia de achiere executat n vederea obinerii unui alezaj din material plin, folosind o scul numit burghiu, care execut att micarea principal de rotaie ct i micarea de avans axial (fig.63). Cele mai cunoscute tipuri de burghie sunt cele elicoidale. Aceast denumire deriv din construcia special a sculei, construcie n care se folosesc canale elicoidale, canale ce formeaz un fel de elevator de achii. Este tiut faptul c o problem deosebit n cazul burghielor este cea a eliminrii achiilor, pentru c achierea se produce n interiorul piesei i nu prea exist spaiu pentru evacuarea acestora.

Se folosesc diferite tipuri de maini de gurit (verticale, orizontale, radiale, multiax, n coordonate, etc), n funcie de diametrul burghiului utilizat, numrul de alezaje necesare, precizia cerut la poziia relativ dintre orificiile realizate, etc.

Prelucrarea alezajelor dup operaia de gurire, n vederea obinerii unei precizii dimensionale i a unei caliti a suprafeei mai ridicate, se poate face prin operaiile urmtoare : lrgire sau adncire (fig.64); alezare (fig. 65); lamare (fig.65); superfinisare: honuire, lepuire, rodare.

Lrgirea este operaia de mrire a diametrului unui alezaj pe ntreaga sa

lungime.

Operaia de adncire este asemntoare cu cea de lrgire i de multe ori confundat cu aceasta. Pentru o mai bun distingere ntre cele dou operaii se definete adncirea ca fiind prelucrarea unui alezaj existent prin

mrirea diametrului acestuia numai pe o anumit lungime a lui (la capt).

Lamarea este operaia de prelucrare prin achiere a unei suprafee plane la captul unui alezaj. Denumirea operaiei vine de la numele sculei, lamator, care const dintr-o lam introdus ntr-un corp de rotaie.

Operaia de alezare const din finisarea unei guri cilindrice (sau conice), prelucrat n prealabil cu

burghiul sau lrgitorul. Alezarea prelucreaz cu precizie ridicat i la o rugozitate a suprafeei corespunztoare finisrii: Ra = 0.8- 1,6 m.

Fig.63. Operaia de gurire

Fig.64. Lrgirea i adncirea

Fig.65. Lamarea i alezarea

Rabotarea i mortezarea

Rabotarea este un procedeu de prelucrare

prin achiere la care scula (cuitul de rabotat) execut n plan orizontal o micare rectilinie alternativ, ca micare principal, iar piesa execut micarea de avans intermitent n timpul cursei n gol a sculei. Direciile celor dou micri sunt perpendiculare una pe alta. Este posibil i varianta n care micarea de avans este executat de cuit, cea principal fiind efectuat de piesa fixat pe masa mainii unelte (fig.66). Mortezarea este prelucrarea la care

micarea principal de achiere (rectilinie-alternativ) se execut ntr-un plan vertical de ctre scul, iar micarea de avans se execut intermitent de ctre semifabricat.

Prin aceste procedee se

obin suprafee orizontale i verticale, nclinate, profilate,

canale, fiind folosite n producia individual, de serie mic sau mijlocie.

Mainile unelte pe care se execut rabotarea se numesc maini de rabotat:

- dac micarea principal este efectuat de scul, maina se numete main de rabotat transversal sau eping;

- dac micarea principal este efectuat de pies, maina se numete main de rabotat longitudinal sau rabotez.

Broarea

Broarea este o operaie de prelucrare prin achiere a suprafeelor interioare i exterioare, profilate sau nu, pentru o producie de serie sau mas, rezultnd o calitate a suprafeei corespunztoare finisrilor (Ra 0,8 m) i o precizie dimensional foarte mare, cu ajutorul unei scule numit bro.

Aceasta este o scul cu mai muli dini, modul de generare al suprafeei rezultnd din fig. 68, cu referire la prelucrarea unui canal de pan. Prelucrarea se realizeaz prin simpla tragere sau mpingere a broei cu viteza principal de achiere vz.

La broarea interioar, broa este poziionat i ghidat n timpul lucrului de ctre buca de ghidare, care se introduce n gaura iniial existent n pies. Broarea poate fi utilizat att pentru suprafee interioare, ct i exterioare.

Fig.66. Rabotarea

Fig.67. Mortezarea

Fig. 68. Broarea unui canal de pan interior

Fig.69. Broarea pe main de

broat vertical

Se remarc faptul c la acest procedeu nu exist dect micare principal, iar avansul este obinut prin dispunerea relativ a dinilor broei. Broa este o scul cu mai muli dini, grupai n dini achietori i dini de calibrare. Dinii achietori, dispui n zona A-B, sunt supranlai succesiv unul fa de cellalt cu supranlarea a, care reprezint de fapt avansul pe dinte. Dinii de calibrare, dispui n zona B-C, au supranlarea nul, ei avnd doar rolul calibrrii suprafeei prelucrate de dinii

achietori i constituind totodat o rezerv pentru dinii achietori, pe msura uzrii i reascuirii acestora. Din acest motiv cinematica mainilor de broat este foarte simpl neavnd lan cinematic de avans (fig.69).

ndeprtarea adaosului de prelucrare se realizeaz n mod obinuit la o singur trecere a sculei n raport cu piesa, rezultnd forma i dimensiunile finale ale suprafeei prelucrate (fig.70). Schema de principiu a brorii unui alezaj profilat din fig.70 este redat n figura 71. Evident, forma broei este corelat cu forma alezajului ce urmeaz a fi prelucrat.

Avnd n vedere precizia i complexitatea sculei achietoare, broarea este o operaie scump, acesta fiind i motivul pentru care nu se folosete dect la producia de serie mare sau mas unde productivitatea foarte mare compenseaz preul ridicat al operaiei. Aici broarea tinde s nlocuiasc, tot mai frecvent, prelucrrile prin rabotare, mortezare, frezare, strunjire, alezare i chiar rectificare.

Filetarea prin achiere

Se aplic att la alezaje (guri) filetare interioar, ct i pieselor de tip arbore filetare exterioar. Se folosesc scule de achiat cu forme conjugate celor ce trebuie s fie prelucrate.

Filetarea alezajelor se face cu tarodul, care prezint pe suprafaa exterioar un canal elicoidal identic cu filetul ce trebuie realizat avnd practicate, deasemenea, canale longitudinale pentru

evacuarea achiilor. Prelucrarea se poate face cu un singur tarod sau cu mai muli tarozi, n serie, ultima variant fiind folosit mai ales la filetele de precizie.

Filetele exterioare se prelucreaz cu filiere. Acestea au o construcie invers tarodului, dispunnd de o suprafa achietoare cilindric interioar cu o form corelat cu a filetului ce trebuie prelucrat, incluznd i canalele de evacuarea a achiilor.

Filetarea poate fi realizat i prin strunjire, cu ajutorul cuitelor profilate de filetat (fig.72), sau a bacurilor de filetare avnd profilul n

funcie de profilul filetului de realizat. Deasemenea, filetarea poate fi realizat i prin frezare.

Rectificarea

Rectificarea este o prelucrare de finisare prin achiere executat cu corpuri abrazive, pe maini de rectificat, urmrindu-se obinerea unei caliti superioare a suprafeei i a unei mari precizii dimensionale i de form. Se mai poate utiliza i n cazul materialelor ce nu se pot prelucra prin alte procedee datorit duritii foarte ridicate.

Scula utilizat discul abraziv - este un corp de rotaie ca i freza, dar care, n locul dinilor, posed un numr foarte mare de tiuri mici, formate din granule abrazive nglobate n corpul abraziv. La rectificarea materialelor foarte dure se utilizeaz granule abrazive din diamant.

Fig.70. Tipuri de suprafee realizabile

prin broare

Fig.71. Broarea unui alezaj

1 pies; 2 suport; 3 dispozitiv prindere; 4 - bro

Fig.72. Filetare cu

cutitul

Rectificarea este caracterizat de temperaturi mari n zona de achiere (900 1200 C), deoarece

granulele abrazive trec prin adaosul de prelucrare cu viteze foarte mari (15 100 m/s) i cu fore de frecare mari. Din acest motiv achiile detaate se obin sub form de scntei sau de picturi incandescente.

Principalele procedee de rectificare, n funcie de forma suprafeei ce trebuie prelucrat, sunt: Plan (fig.73): cu periferia corpului abraziv rectificare periferic;

cu partea frontal a acestuia rectificare frontal; Cilindric (fig.74): interioar;

exterioar; Profilat (fig.75) i de copiere Suprafeelor elicoidale Danturi roi dinate Fr vrfuri (fig.76) Tot operaii de rectificare se consider i lefuirea cu band abraziv sau prelucrarea cu granule

libere sau semilibere (emulsii abrazive).

Sculele abrazive sunt confecionate din granule de materia