CONSIDERAȚII TEORETICE PRIVIND PROCESELE DE DEFORMARE PLASTICA

1. Particularitați ale deformarii plastice

Notiuni de teoria plasticitatii

Fortele exterioare care actioneaza asupra unui corp supus deformarii creeaza in volumul acestuia eforturi interioare. Intensitatea eforturilor interioare, pe unitatea de suprafata a unui element considerat din volumul corpului, poarta denumirea de tensiune (efort unitar). Tensiunea totala care actioneaza pe o suprafata oarecare are trei componente: o tensiune normala si doua tensiuni tangentiale corespunzatoare celor trei directii ale axelor de coordonate. Tensiunile normale sunt considerate pozitive atunci cand provoaca intindere si negative cand provoaca compresiune. Tensiunile tangentiale sunt considerate pozitive atunci cand sensul lor coincide cu sensul axelor de coordonate și negative cand au sens contrar.

Daca in toate punctele volumului corpului supus deformarii starea de tensiune este identica, se considera starea de tensiune omogena, iar daca nu este identica starea de tensiune este neomogena. In practica, din cauza distributiei neuniforme a fortelor la interfata scula-semifabricat, a temperaturii diferite la care are loc deformarea diferitelor puncte, precum si din cauza neomogenitatii structurale a materialului deformat, starea de tensiune este neomogena.

Studiile de specialitate au determinat anumite legi generale valabile cu privire la deformarea plastica a metalelor si aliajelor, legi aplicabile in proiectarea oricarui proces tehnologic de realizare prin deformare plastica a pieselor. Aceste legi sunt:

legea coexistentei deformatiilor elastice cu cele plastice in timpul deformarii plastice -deformarea plastica a materialelor metalice este insotita in permanenta de o deformatie elastica, iar deformarea plastica incepe numai dupa depasirea unei marimi limita a defromarii elastice;

legea rezistentei minime - deplasarea oricarui punct material al corpului deformat, situat pe suprafata perpendiculara pe directia fortelor de deformare, se face dupa distanta cea mai mica la perimetrul sectiunii;

legea aparitiei si echilibrarii tensiunilor interne suplimentare - in timpul deformarii plastice, in interiorul materialului apar tensiuni care se opun deformarii (conform principiului actiunii si reactiunii) si care tind sa se echilibreze reciproc;

legea volumului constant - in ipoteza unor pierderi minime de material prin ardere (cazul deformarii plastice la cald) sau prin indesarea materialului cu goluri interioare, se poate considera ca volumul materialului ramane constant in oricare etapa a procesului de deformare:

V₀=V₁=V₂==V₁==V_n,   (1)

in care i=1,2,3,, n sunt etapele procesului de deformare plastica.

legea similitudinii - in aceeleasi conditii de deformare, pentru doua corpuri geometrice asemenea, cu aceeasi compozitie chimica structura si aceleasi caracteristici mecanice, presiunile specifice de deformare P_m si respectiv P_f sunt egale intre ele, raportul fortelor de deformare este egal cu patratul raportului marimilor liniare caracteristice l_m si respectiv l_f, iar raportului lucrului mecanic necesar schimbarii formei W_fm si respectiv W_ft este egal cu cubul raportului marimilor liniare caracteristice.

Materialele existente in natura si utilizate in tehnica se deosebesc intre ele prin compozitia chimica si structura diferite si respectiv prin propietatile tehnologice si functionale diferite. Din punct de vedere al comportarii la deformare a materialelor prezinta importanta propietatile lor elastice, plastice, vascoase si de rezistenta.

materiale elastice

suporta deformatii elastice mari (ɛ_e≥0,6) care dispar in totalitate dupa inlaturarea fortelor exterioare care le-au provocat;

nu au structura cristalina si deformatiile permanente sunt inexistente - deformarea are loc prin deplasarea atomilor din pozitiile lor de echilibru stabil, la o valoare minima a energiei lor potentiale, marimea deplasarii nedepasind ordinul de marime al distantei dintre atomi.

materiale plastice - admit deformatii permanente mari (ɛ_p>0,..0,3 ɛ_p), au o structura cristalina, in timpul deformarii sufera modificari in structura lor, din care cauza rezistenta la deformare creste cu cresterea gradului de deformare si de presiune la deformare.

Deformarea plastica se realizeaza prin deplasarea relativa a atomilor in pozitii noi de echilibru la distante mult mai mari decat distantele dintre atomii din reteaua cristalina:

materiale vascoase - admit deformatii permanente mari (ɛ_p>0,..0,3 ɛ_p) au o structura amorfa, in timpul deformarii nu au loc deformari structurale, din care cauza rezistenta la deformarea nu depinde de gradul de deformare, dar creste cu viteza de deformare si cu presiunea de deformare;

materiale rigide (fragile) - se rup la valori mici ale deformatiilor permanente (ɛ_t≤0,o1), au o structura cristalina si deformatiile elastice sunt inexistente.

Metalele si aliajele utilizate in tehnica nu sunt ideal elastice, ideal plastice sau ideal vascoase, ele au si propietati elastice si propietati plastice si propietati vascoase. Tinand cont de aceasta materialele metalice pot fi:

elastico-fragile (fonta, bronzul);

elastico-plastice (oteluri cu continut scazut de carbon si otelurile slab aliate la temperatura ambianta etc.);

plastico-vascoase (majoritatea otelurilor si aliajelor neferoase la temperaturi ridicate etc.) si alte combinatii.

Din punct de vedere macroscopic deformarea plastica se poate justifica prin existenta in curba tensiune-deformatie a unui domeniu numit domeniul de curgere, iar din punct de vedere microscopic deformarea plastica se explica prin modificarea echilibrului dintre grauntii cristalini (deformarea intercristalina) sau din interiorul grauntilor cristalini (deformarea intracristalina), modificarea ce se poate produce prin: alunecare, maclare sau combinat (alunecare si maclare).

1.Cresterea compactitatii si a greutatii specifice

Acest fenomen consta in inchiderea si eventual in sudarea unor defecte de material ca:

microretasuri;

fisuri;

sulfuri intercristaline;

porozitati etc.

Aceasta crestere a greutatii specifice este cu atat mai mare cu cat defectele de material sunt mai numeroase, respectiv cu cat greutatea specifica a materialului sau aliajului turnat este mai mica in comparatie cu cea reala.

In aceelasi timp cu cresterea compactitatii materialelor, in timpul defromarii plastice la cald are loc si un proces de modificare a structurii de turnare, in sensul alungirii grauntilor cristalini si a incluziunilor care in timpul soldificarii s-au concentrat la limitele dintre grauntii primari.

1.3.Ecruisarea

Fenomenul de ecruisare apare numai in cazul prelucrarii prin deformare plastica la rece si consta in modificarea unor propietati mecanice ale materialului deformat, in sensul cresterii rezistentei la rupere si a duritatii si scaderii propietatilor ce definesc plasticitatea materialului. De asemenea, se modifica unele propietati chimice. Pe langa modificarea propietatilor functionale ale materialului apar si modificari de structura, in sensul alungirii si a turtirii puternice a grauntilor cristalini.

1.4.Recristalizarea

Recristalizarea este fenomenul de baza care se produce la incalzirea materialelor ecruisate si consta in reorganizarea retelei deformate si aparitia unor noi centre de cristalizare. Prin recristalizare se elimina complet tensiunile interne, constatandu-se o micsorare a duritatii si a rezistentei de deformare si o marire a plasticitatii. In timpul acestui proces se intensifica procesul de difuzie al atomilor in volumul grauntilor cristalini, ceea ce contribuie la egalizarea chimica a grauntilor neomogeni si la inlaturarea microfisurilor ce apar in timpul defromarii.

1.5.Incalzirea materialelor metalice in scopul prelucrarii prin deformare plastica

Materialele pot fi prelucrate usor prin deformare plastica, daca au o plasticitate buna si o rezistenta la deformare mica. La majoriatea materialelor utilizate in tehnica imbunatatirea acestor conditii se poate realiza prin incalzire.

Incalzirea materialelor in scopul prelucrariii prin deformare plastica are mare importanta, deoarece calitatea produselor realizate depinde in primul rand de alegerea unui regim corect de incalzire. Incalzirea are drept scop:

reducerea fortelor de deformare prin cresterea plasticitatii si scaderea rezistentei de deformare;

reducerea greutatii si a gabaritului utilajului folosit pentru deformare;

obtinerea unei structuri care sa asigure o deformare usoara si caracteristicile functionale si tehnologice dorite;

pierderi minime de material cu adaosuri de prelucrare si tehnologice;

Alegerea temperaturii optime de deformare si o incalzire uniforma a semifabricatului asigura:

pierderi minime de material prin oxidare, ardere si decarburare;

preintampinarea aparitiei tensiunilor interne mari, a fisurilor si a crapaturilor posibile la grade mari de deformare;

obtinerea calitatii proiectate.

Incalzirea materialelor in scopul prelucrarii prin deformare plastica se poate realiza in doua moduri disctinte:

prin introducerea semifabricatului intru-un mediu cald;

prin introducerea caldurii in masa semifabricatului.

Cea mai raspandita metoda si cea mai usor de realizat este prima metoda si consta in introducerea semifabricatului in spatiul de lucru al instalatiei de incalzire si mentinerea in acest spatiu un anumit timp necesar schimbului de caldura intre mediul de incalzire si semifabricat. In cazul acestei metode, principalii parametri ai regimului de incalzire sunt:

intervalul de temperatura la care se poate face deformarea;

viteza de incalzire;

durata incalzirii;

mediul de incalzire.

Intervalul tehnologic de temperatura (tab.1) este acela la care are loc deformarea plastica propiu-zisa si se determina in stransa legatura cu timpul necesar pentru realizarea deformarii si cu durata racirii semifabricatului de la temperatura inceputului deformarii la temperatura sfarsitului acesteia. Intervalul de temperatura tehnologic trebuie cuprins in intervalul de temperatura admis.

Pentru ca in semifabricat sa nu apara fisuri in timpul incalzirii, trebuie ca diferenta de temperatura pe sectiunea acestuia sa nu depaseasca o anumita valoare limita ce determina si viteza maxima de incalzire adimisa pentru un semifabricat oarecare.

In practica se intalnesc trei viteze de incalzire:

viteza de incalizire admisibila este viteza ce poate fi atinsa la un semifabricat fara ca el sa fie deteriorat in timpul incalzirii;

viteza de incalzire tehnic posibila este viteza pe care o poate realiza instalatia de incalzire folosita;

viteza de incalzire reala este viteza care se realizeaza in timpul incalzirii propiu-zise.

Mediul de incalzire este dat de amestecul de gaze existent in spatiul de lucru al instalatiei de incalzire. El trebuie astfel ales incat sa nu favorizeze aparitia defectelor de suprafata prin oxidare sau decarburare si sa permita chiar imbunatatirea unor propietati ale materialului. Mediul de incalzire se alege in functie de natura materialului semifabricatului, de precizia impusa operatiei de deformare, de costul materialului, tipul instalatiei de incalzire etc. Mediul de incalzire poate fi:

obisnuit, cu caracter oxidant, rezultat in urma arderii complete a combustibilului in exces de aer;

neutru, cu atmosfera controlata, rezultat al mentinerii in echilibru a componenetelor gazoase, cu materialul incalzit, in asa fel incat sa nu se produca oxidarea sau decarburarea;

inert (de regula in curent de argon); special, care are introduse controlat anumite elemente ce permit nu numai cresterea performantelor instalatiei de incalzire, ci si o serie de avantaje pentru materialul incalzit (de exemplu, prin introducerea litiului in atmosfera controlata se realizeaza eliminarea completa a pierderilor de material prin oxidare, micsorarea coeficientului de frecare, datorita formarii unui strat subtire de oxid de litiu pe suprafata semifabricatelor si cresterea durabilitatii sculelor folosite la deformare).

Tabelul 1.

Intervalul temperaturilor de deformare pentru cateva metale și aliaje de intrebuințate

1.6.Defectele posibile la incalzire

Defectele ce pot aparea in piesele obtinute prin deformarea plastica la cald sunt rezultatele nerespectarii regimului termic al deformarii. Factorii care pot produce defecte in piesele deformate plastic la cald sunt: depasirea vitezei adimisibile de incalzire, depasirea temperaturii de inceput de deformare, nerespectarea duratei incalzirii si alegerea neadecvata a mediului de incalzire. Ca urmare a acestor factori pot aparea:

defecte cauzate de depasirea vitezei admisibile de incalzire, ce constau in tensiuni termice interne importante si fisuri pe sectiune si o data aparute compromit piesa obtinuta prin deformare plastica, deoarece nu pot fi inlaturate in urma procesului de deformare. Sunt specifice semifabricatelor de dimensiuni mijlocii si mari, unde variatia pe sectiunea temperaturii este mare. Pentru a evita acest tip de defecte trebuie avuta in vedere o corelatie intre viteza adimisibila de incalzire si productivitatea ce se vrea realizata la incalzire;

defecte cauzate de depasirea temperaturii de inceput de deformare, ce constau in aparitia unor structuri de supraincalzire cu propietati functionale scazute. Prin depasirea temperaturii de inceput de deformare, grauntii devin foarte mari, impuritatile difuzeaza la marginea grauntilor si materialul devine foarte fragil, aparand pericolul fisurarii chiar la deformarea la cald. Un material supraincalzit are fragilitate ridicata si la temperatura obisnuita.

Fig. 1. Clasificarea instalaților utilizate la prelucrarea prin deformarea plastica.

1.7.Instalatii folosite la incalzirea in scopul prelucrarii prin deformarea plastica

Instalatii folosite la incalzirea in scopul prelucrarii prin deformarea plastica trebuie sa realizeze un consum minim de combustibil conventional sau de energie pentru incalzirea unei tone de material, reduceri insemnate ale pierderilor de material prin oxidarea si prin incalziri succesive, precum si reducerea la minimum a decarburarii straturilor superioare ale materialului supus incalzirii.

Toate aceste conditii trebuie indeplinite in oricare etapa a procesului de incalzire-racire, cu posibilitatea unui control adecvat al procesului, a unui reglaj comandat sau autocomandat si a unor comezi foarte usoare.

Definirea și clasificarea procedeelor de deformare

Prelucrarea materialelor metalice prin deformare plastica se bazeaza pe proprietatea de plasticitate a metalelor, adica pe capacitatea acestora de a capata deformații permanente sub acțiunea unor forte exterioare. Utilizarea din ce in ce mai larga este și rezultatul avantajelor pe care aceasta le prezinta in comparație cu celelalte metode de prelucrare.

Cele mai importante avantaje sunt: 

realizeaza insemnate economii de material, deoarece prin aceasta metoda se obtine configuratia geometrica a piesei, corespunzatoare cu rolul functional, prin redistribuirea volumelor de material si nu prin indepartarea acestuia sub forma de aschii sau microaschii;

permite realizarea unor piese cu configuratie de la cea mai simpla pana la cea mai complexa, cu greutati variind de la cateva grame pana la cateva sute de tone si cu dimensiuni de gabarit de la cativa milimeti pana la zeci de metri, unele greu sau aproape imposibil de realizat prin alte procedee;

permite obtinerea de piese cu propietati functionale diferite si imbunatatite pe sectiune, in functie de cum s-a realizat deplasarea volumelor de material ca urmare a deformarii plastice, proprietati ce confera o comportare in exploatare mult mai buna decat a pieselor obtinute prin celelalte metode de prelucrare (turnare, aschiere, sudare etc);

productivitatea ridicata datorita executarii prelucrarii cu posibilitati largi de mecanizare si de automatizare, cat și datorita obținerii unor produse de configuratie simpla sau complexa, cu aceeasi sectiune, pe lungimi foarte mari;

realizeaza la un pret foarte scazut toata gama de semifabricate initiale pentru celelalte metode de prelucrare, cum ar fi: barele, tablele, profilele simple sau complexe, benzile, bilele, tevile, sarmele etc;

precizia dimensionala a pieselor prelucrate poate fi, dupa necesitate, foarte ridicata, piesele obtinute fiind interschimbabile și adesea rezultand cu dimensiunile finale chiar și pentru cazul utilizarii lor in industrii care necesita o precizie foarte ridicata (mecanica fina, electrotehinca, electronica etc.);

realizeaza insemnate economii de manopera, deoarece in majoritatea cazurilor foloseste utilaje complet mecanizate si automatizate cu tendinte sporite de informatizare si chiar robotizare.

Totusi si aceasta metoda prezinta o serie de dezavantaje cauzate de necesitatea unor forte de prelucrare mari, si anume:

investitii intiale mari, deoarece necesita utilaje complexe si scumpe care trebuie sa dezvolte forte foarte mari;

sculele utilizate sunt in general scumpe, de cele mai multe ori pentru fiecare categorie de piese obtinute prin deformare plastica fiind necesara o scula speciala, care nu mai poate fi utilizata la realizarea altor piese.

Avand in vedere avantajele si dezavantajele enumerate mai sus, prelucrare prin deformare plastica trebuie aplicata atunci cand in urma studiilor tehnico-economice se dovedeste superioara in comparatie cu alte variante tehnologice si organizatorice de realizare a unei prelucrari.

Procedeele de prelucrare prin deformare plastica se pot clasifica luand in considerare mai multe criterii:

dupa viteza de deformare se deosebesc:

cu viteze mici de deformare (pentru viteze de defromare Vd<10m/s);

cu viteze mari de deformare (pentru viteze de deformare Vd≥10m/s).   

dupa temperatura la care se desfasoara procesul de deformare se deosebesc:

deformarea plastica la rece, cand deformarea este insotita de fenomenul de ecrisare fara recristalizare;

deformarea plastica la cald, atunci cand recristalizarea se produce complet, fara urme de ecruisare.

dupa natura operatiei de deformare se deosebesc:

de degrosare;

de prefinisare;

de finisare etc.

dupa calitatea suprafetei produselor deformate se deosebesc:

de ebosare;

de calibrare;

de finitie.

dupa schema de deformare se clasifica in conformitate cu schema din figura

Fig. Clasificarea procedeelor de prelucrare prin deformare plastica dupa schema de deformare.

3. Deformarea plastica prin laminare

3.1. Definirea procedeului de deformare plastica prin laminare

Laminarea este procedeul de prelucrare prin deformare plastica la cald sau la rece, ce se realizeaza prin trecerea fortata a materialului prin intervalul dintre doi sau mai multi cilindri care se rotesc in sens contrar sau in acelasi sens antrenand prin frecarea materialul in zona in care are loc deformarea (fig.3, 4).

Fig.3. Schema principiala a laminarii

Fig.4. Schema laminarii

Utilajul pe care se efectueaza deformarea se numeste laminor, procesul de deformare poarta numele de laminare, iar produsele rezultate deformarii sunt laminatele.

In functie de sensul de rotatie al cilindrilor si modul de deformare se deosebesc urmatoarele scheme de laminare:

laminarea longitudinala (fig.5);

laminarea transversala (fig.6);

laminarea elicoidala(fig.7).

Fig.5. Laminarea longitudinala

Fig.6. Laminarea transversala

Fig.7. Laminarea elicoidala

Semifabricatul initial 1 (lungime l₀ sau diametru D₀, lațime b₀, grosime h₀) este antrenat intre cilindrii 2 si 3 ai laminorului, rezultand produsul laminat 4, de dimensiuni l₁ ,b₁ ,h₁ sau diametru d₁. La laminarea elicoidala se foloseste o tija portdop 5 si un dop perforator 6, care are rolul de a uniformiza grosimea peretilor tevii in timp ce semifabricatul are o miscare elicoidala.

Laminarea, ca procedeu tehnologic, are urmatoarele scopuri:

sa transforme materialul (lingoul turnat sau semifabricatul intial) in profile de sectiune dorita din care pot fi prelucrate ulterior piese finite sau pot fi folosite direct in constructii industriale si civile, instalatii sau alte ramuri ale economiei;

sa schimbe structura grosolana rezultata in urma turnarii intr-o structura fina cu caracteristici functionale și tehnologice bune.

3. Materialele prelucrabile prin laminare. Semifabricate initiale și produse obtinute

Datorita proprietatilor bune ce le poate imprima materialului și datorita costului scazut, laminarea prezinta o importanta deosebita pentru economie (peste 90% din cantitatea de otel elaborata, precum și o parte din metalele si aliajele neferoase se prelucreaza prin laminare). Prin laminare se pot prelucra materialele metalice și nemetalice cu proprietati de plasticitate, atunci cand se doreste obtinerea de piese lungi, cu sectiunea constanta pe toata lungimea sau variabila dupa anumite cerinte, care nu pot fi obtinute prin alte procedee.

Ca semifabricate intiale se folosesc lingourile turnate sau blocurile (barele) turnate continuu, din care se obtin fie semifabricate laminate folosite la prelucrari ulterioare, fie produse laminate finite. Cateva din produsele laminate cu aplicabilitate mai larga in economie se prezinta in figura 6 deosebindu-se:

semifabricatele laminate obtinute direct din lingourile turnate sau blocurile (barele) turnate continuu:

blumurile (figura.7.a), care au sectiunea patrata cu latura de 150400 mm si lungimea de 12006000 mm;

taglele, care au sectiunea patrata cu latura de 40140 mm sau dreptunghiulara cu grosimea de 3570 mm, latimea de 140280 mm si lungimi de 150012000 mm;

sleburile (figura.7.b), care au sectiunea dreptungiulara cu grosimea de cel putin 70 mm, latimea de 1201800 mm si de lungime de maximum 6500 mm;

platinele, care au sectiunea dpretunghiulara cu grosimea de 670 mm, latimea de 200280 mm si lungimea de maxmum 6000 mm;

produsele laminate obtinute din semifabricatele laminate in urma unor laminari ulterioare:

barele de diferite sectiuni (figura.7.c) si de diferite lungimi;

tablele, benzile si platbenzile (figura.7.d) care pot fi groase cu grosimea s=460 mm și lungimea 6003000 sau subtiri cu grosimea s=0,..4,0 mm și lungimea 6003000 mm. O varianta a tablelor subtiri o constituie foliile care au grosimea s<0,25 mm folosite in industria electronica, electrotehnica usoara si mai ales,  alimentara (se pot obtine folii de Zn cu grosimea s≥0,05;de Sn, cu s≥0,007 mm; de Al, cu s≥0,005 mm sau de alama, cu s≥0,0005 mm);

sarmele (figura.7.e), care au diametrul de 620 mm au chiar mai mult pentru unele calitati de otel beton, cu suprafata neteda sau striata;

tevile (figura.7.f), cu diametrul exterior de 5426 mm si grosimea peretelui de 0,5 40 mm (exista și variante de tevi sudate cu grosimea peretilor de maximum 14 mm și cu diametrul exterior de pana la 3000 mm);

profilele cu configuratie simpla (figura.7.g): cornier cu aripi egale, cornier cu aripi inegale, profil "U", profil "I", profil "T", profil sina de cale ferata, profil sina de tramvai etc;

profilele cu configurație complexa (figura.7.h)cu destinatie precizata (stalpi de sustinere pentru constructii civile, pentru hale industriale, palete de turbina, pentru automobile si tractoare etc);

bilele pentru rulmenti (figura .7.i) cu diametrele de 3 . 60 mm;

profilele speciale (figura.7.j) de tipul bandajelor, inelelor, rotilor dintate, flanselor etc;

profilele speciale (figura.7.k) din care se obtin piese a caror sectiune variaza repetandu-se periodic dupa o anumita distanta, numita pas si notata cu p.

Produsele laminate se utilizeaza direct sau pot fi semifabricate pentru celelalte procedee de prelucrare (extrudare, tragere, forjare, matritare, sudare, aschiere etc), astfel ca laminarea este procedeul tehnologic ce face legatura dintre metalugia extractiva si cea prelucratoare.

3.3.Bazele teoretice ale laminarii

Antrenarea continua a materialului intre cilindri si modificarea dimensiunilor acestuia se realizeaza prin prezenta unei forte de deformare F_d (figura.8.) și a frecarii de contact F_f, dintre materialul care se prelucreaza si suprafata de lucru a clindrilor (arcul de prindere sau de contact AB). In timpul procesului de laminare materialul trece prin mai multe faze:

prinderea materialului intre cilindri (figura.8.a) incepe cand materialul a atins cilindri (punctul A si unghiul de prindere) si se termina in momentul umplerii spatiului dintre cilindri (zonei de deformare);

reducerea propiu-zisa (figura.8.b) caracterizata prin constanta marimilor;

micsorarea reducerii si desprinderea laminatului dintre cilindri (figura.8.c)

Figura.7.Diferite tipuri de laminate:

a;b-semifabricate (blumuri, tagle,sleburi,platine ); c-bare de diferite sectiuni; d-table, benzi, platbenzi; e-sarme netede sau striate; f-tevi; g-profile simple (cornier cu aripi egale, cornier cu aripi inegale, profil U, profil I, profil T,sina de cale ferata, sina de tramvai etc); h-profile complexe (stalpi de sustinere pentru constructii civile, pentru hale industriale, pentru automobile si tractoare etc); i- bile pentru rulmenti; j-profile speciale (bandaje, inele, roti dintate, flanse etc) k- profile periodice (axe, nituri buloane etc.)

Fig. 8. Fazele procesului de laminare și condițiile de laminare:

a - prinderea materialului intre cilindrii; b - reducerea propiu-zisa (condiția de stabilitate);

c - desprinderea laminatului dintre cilindri: α_p - unghiul de prindere, α_c - unghiul de contact,

α_n - unghiul de desprindere;AB - arcul de contact, AC - lungimea de contact, h₀ - h_1/2 - reducerea medie, F_d - forța de deformare; F_f - forța de frecare.

3.4.Utilajul folosit la laminare

Laminorul este in cazul cel mai simpu, masina care executa deformarea plastica propiu-zisa a materialului intre cilindri. In cazul general, laminorul este sistemul de masini care realizeaza atat procesul de deformare plastica, deseori in mai multe stadii, cat si operatiile ajutatoare, necesare la fabricarea produselor laminate,incepand și terminand cu controlul si ambalarea in vederea livrarii catre beneficiar.

Utilajul laminorului care serveste la deformarea plastica a materialului intre cilindri se numeste utilaj de baza sau caja de laminare, iar utilajele destinate pentru efectuarea celorlalte operatii se numesc masini si mecanisme auxiliare ale laminorului. Schema de principiu a unei caje de laminare se prezinta in figura urmatoare (fig.9.)

Fig.9.Schema de principiu a unei caje de laminare:1-semifabricat; 2, 3-cilindri de laminare; 4-cadrul de sustinere; 5-dispozitiv de reglare;6-bare de cuplare;7-cutia rotilor de angrenare;8,11-roti dintate danturate in V;9,12-cuplaje elastice ;10-reductor;13-motror electric asincron.

Laminoarele se clasifica dupa mai multe criterii, astfel:

dupa tipul metalului sau aliajului prelucrat:

laminoare pentru otel;

laminoare pentru Cu;

laminoare pentru Al;

laminoare pentru aliaje de zinc etc.   

dupa temperatura de lucru:

laminoare pentru prelucrarea la cald;

laminoare pentru prelucrearea la rece;

dupa sensul de rotatie al cilindrilor de lucru:

laminoare ireversibile;

laminoare reversibile;

dupa pozitia cilindrilor in caja;

cu cilindri orizontali;

cu cilindri verticali;

cu cilindri dispusi oblic;

orizontali si verticali (universale) etc.

dupa sistemul de organizare al cajelor de lucru;

cu o singura caja;

cu caje multiple;

cu trenuri de laminare etc.

dupa destinatie;

laminoare degrosisoare;

laminoare pentru profile;

laminoare pentru tabla;

laminoare pentru tevi;

laminoare pentru bile;

laminoare cu destinatie speciala etc.

dupa natura operatiei;

laminoare pentru degrosare;

laminoare pentru finsare;

laminoare pentru calibrare .

Tabelul.

Clasificarea laminoarelor

3.5.Defectele produselor laminate

Prin defect de laminare se intelege orice abatere de la dimensiunile, forma, masa, aspectul exterior, microstructura sau propietatile functionale prevazute de standarde, norme tehnice sau conditii contractuale.

Defectele produselor laminate pot proveni:

de la turnarea lingourilor, folosite apoi la laminare.

de la nerespectarea tehnologiei de laminare.

Defectele care provin de la laminare pot avea urmatoarele cauze:

4.Deformarea prin extrudare

4.1.Definire și scheme de principiu

Extrudarea este procedeul de prelucrare prin deformare plastica a materialelor ce consta in trecerea forțata, prin impingerea materialului, printr-un orificiu al unei scule de deformare de forma și dimensiuni stabilite. Dimensiunile secțiunii sculei de deformare sunt mult mai mici decat dimensiunile secțiunii materialului ințial.

Extrudarea se caracterizeaza prin aceea ca deformarea plastica a materialului nu se produce deodata in tot volumul sau, ci pe masura intrarii materialului in zona de deformare. In funcție de modul sau sensul de curgere a materialului și direcția de aplicare a forței de extrudare se deosebesc mai multe procedee de extrudare:

extrudarea directa (fig.10. a) - sensul de curgere al materialului este același cu direcția de aplicare a forței de extrudare;

extrudarea inversa (fig.10.b) - sensul de curgere al materialului este opus direcției de aplicare a forței de extrudare;

extrudarea combinata (fig.10. c) - sensul de curgere al materialului este oricum (și același și opus și chiar inclinat) in raport cu direcția de aplicare a forței de extrudare.

Fig.10. Schema de principiu la extrudare:

a - directa; b - inversa; c - combinata; 1 - semifabricatul inițial; 2 - camera de presare; 3 - poanson; 4 - scula de deformare; 5 - suport matrița; 6 - produsul extrudat; P - forța de extrudare; v_s - viteza curgerii materialului extrudat.

Semifabrcatul inițial 1, de secțiune rotunda se introduce in camera de presare 2, unde este de poansonul 3 și forțata sa treaca prin matrița 4, cu secțiunea și dimensiunile proiectate și fixata in suportul port-matrița 5. Rezulta produsul extrudat 6 de secțiune S și configurație proiectata.

La extrudare, in urma deformarii plastice, materialele sufera:

modificari geometrice, ce constau intr-o marire substanțiala a lungimii și o reducere importanta a secțiunii;

modificari structurale, ce constau in ecruisarea puternica a stratului superficial, ce conduce la o variație importanta a propietaților funcționale.

4. Produse obținute prin extrudare

Datorita avantajelor pe care le prezinta, extrudarea metalelor și a aliajelor se aplica in urmatoarele cazuri:

obținerea de produe finite au profile complicate, care se pot fabrica și prin alte procedee, dar care se executa mai economic prin procedeul extrudarii;

deformarea plastica prealabil in vederea maririi posibilitaților de obținere a unor piese complicate prin alte procedee de deformare;

obținerea de piese finite sau profile complexe (fig.11.) care nu pot fi realizate prin alte procedee de prelucrare prin deformare plastica (laminare, forjare, tragere, matrițare etc.)

Cateva din cele mai des intalnite produse obținute prin extrudare se prezinta in figura 11, deosebindu-se:

barele, rotunde sau profilate, cu lungimea pana la 20 m (fig.11. a) și diametrul de la cațiva mm pana la 300 400 mm;

țevi simple sau cu aripioare, cu grosimea peretelui de 0,025 mm la un diametru de 0,3 mm și de 1,5 8,0 mm la un diametru de 350 400 mm (fig.11. b);

sarmele, cu diametrul mai mare de 5 mm (fig.11. c);

profilele simple (fig.11. d), cu lungimi pana la 15 20 m;

profilele complexe (fig.11. e), cu lungimi pana la 10 m;

elementele din schimbatoarele de caldura (fig.11. f);

elementele de radiatoare (fig.11. g);

tuburile si recipienții (fig.11. h) folosite pentru imbutelierea unor produse alimentare sau cosmetice;

recipienții bimetalici (fig.11. i) folosiți in industria chimica și alimentara.

Fig.11. Produse obținute prin extrudare:

a - bare; b - țevi; c - sarme; d - profile simple; e - profile complexe; f - elemente pentru schimbatoarele de caldura; g - radiatoare; h - butelii și recipienți; i - recipienți bimetalici

In general, setul de scule pentru extrudare cuprinde o matrița in care se produce deformarea semifabricatului și un poanson, care sub acțiunea pistonului introduce forța de deformare și realizeaza deformarea materialului. In funcție de tipul extrudarii, matrițele pot fi:

matrițe pentru extrudarea directa (fig.1 a);

matrițe pentru extrudarea inversa (fig.1 b);

matrițe pentru extrudarea combinata (fig.1 c).

Fig.12

a - matrița pentru extrudarea directa; b - matrița pentru extrudarea inversa; c - matrița cu orificii multiple; 1 - conul de deformare; 2 - cilindrul de calibrare; 3 - cilindrul de ieșire; 2α - unghiul de deformare; 2α₁ - unghiul de ieșire; H - inalțimea matriței; h - inalțimea zonei de calibrare; d_c - diametrul de calibrare; r - raza de racordare a cilindrului de calibrare.

4.3. Tehnologia extrudarii

Realizarea unui produs extrudat presupune parcurgerea intr-o succesiune logica a urmatoarelor etape importante:

alegerea semifabricatului inițial in funcție de produsul extrudat;

debitarea la dimensiuni se face aplicand legea volumului constant;

controlul ințial se face un control nedistructiv cu ultrasunete;

tratamentul termic ințial de regula de recoacerea de inmuiere;

stabilirea parametrilor regimului de incalzire;

alegerea utilajului de incalzire in vederea extrudarii;

incalizirea in vederea extrudarii;

pregatirea suprafeței in vederea extrudarii;

alegerea utilajului pentru extrudare;

extrudarea propiu-zisa;

operații de completare;

tratament termic final;

controlul termic final.

4.4. Procedee speciale de extrudare

Studiile și cercetarile in domeniul extrudarii sunt intense in ultimii ani și au drept ca scop imbunatațirea procesului tehnologic de extrudare prin: reducerea forțelor necesare extrudarii; creșterea calitaților produselor extrudate; extrudarea unor produse din materiale cu plasticitate scazuta și obținerea de produse cu configurație geometrica complexa care sa nu necesite prelucrari prin așchiere.

In acest sens, au aplicabilitate larga urmatoarele procedee:

extrudarea hidrostatica - la acest procedeu materialul este forțat sa treca prin matrița sub acțiunea unui lichid sub presiune;

extrudarea prin explozie - procedeul folosește unda de șoc creata prin detonarea unui exploziv in vederea realizarii forțelor necesare extrudarii;

extrudarea in camp ultrasonor - procedeul folosește efectul de suprafața al undelor ultrasonore ce consta in reducerea substanțiala a forțelor de frecare, cu 20 70%, și efectul de volum al undelor ultrasonore, ce constau in creșterea plasticitații cu 30 70% și reducerea cu 40 80% a forțelor necesare extrudarii.

5. Tragerea - Trefilarea

5.1. Definire și scheme de principiu

Tragerea este procedeul de prelucrare prin deformare plastica a materialelor ce consta in trecerea forțata a materialului prin deschiderea unei scule, a carei secțiune este mult mai mica decat secțiunea inițiala a materialului sub acțiunea unei forțe de tracțiune (fig.13.).

5. Scule și dispozitive folosite la tragere - trefilare

Sculele folosite pentru trefilare se numesc filiere și au o construcție diferențiata in funcție de condițiile de lucru și propietațile materialului din care se executa. O secțiune printr-o filiera simpla se prezinta in figura 14. a, iar printr-o filiera compusa in figura 14. b. Zonele principale ale unei filiere, stabilite in urma cercetarilor experimentale, sunt:

conul de intrare 1, care are rolul de a face o trecere lenta a semifabricatului spre filiera;

conul de ungere 2, care asigura lubrifierea semifabricatului;

conul de deformare 3, caracterizat prin unghiul de deformare;

cilindrul de calibrare 4, care asigura uniformitatea dimensionala a produsului tras și durata de lucru a filierei;

conul de degajare 5, are ca scop evitarea ruperii muchiei filierei și impiedicarea ruperii materialului la ieșirea din cilindrul de calibrare;

conul de ieșire 6, care determina repartizarea in interiorul materialului filierei, evitand suprasolicitarea unor parți din muchiile filierei.

Fig.13. Schema de principiu la tragere: 1 - semifabricatul inițial; 2 - matrița; 3 - suport port - scula; 4 - produsul tras; 5 - dispozitiv de tragere; 6 - dorn; 7 - tija - suport.

Fig.14. Secțiunea printr-o filiera:

a - filiera simpla; b - filiera compusa; 1 - conul de intrare; 2 - conul de ungere; 3 - conul de deformare; 4 - cilindrul de calibrare; 5 - conul de degajare; 6 - conul de ieșire; 7 - manșon - suport; 2α - unghiul de deformare; β - unghiul de degajare; γ - unghiul de ieșire.

Instalația de trefilare este formata dintr-o celula de trefilare a carei schema de princpiu se prezinta in figura 15.

Fig.15

1 - semifabricat; 2 - tambur; 3 - vas de ungere; 4 - filiera; 5 - tambur de trefilare; 6 produsul tras; 7 - motor electric; 8 - reductor; 9 - cuplaj; 10 - angrenaj conic.

Semifabricatul 1, sub forma de colac, se desfașoara de pe tamburul 2, trece prin vasul de ungere 3 și filiera 4, fiind tras de tamburul de trefilare 5 pe care se infașoara produsul tras 6, amburul de trefilare este acționat de motorul electric 7, prin intermediul reductorului 8, cuplajului 9 și angrenajului conic 10.

Viteza de trefilare pe instalțiile de trefialre simple este de 1 2m/s și de regula nu depașeste 5m/s.In funcție de calitatea și secțiunea produsului tras, aceste instalații de trefilare se construiesc pentru a dezvolta forțe de tragere de 510 000 daN.

In cazul cand gradul de deformare este mai mare și sunt necesare mai multe trefilari succesive se folosește o instalație de trefilare multipla, care se compune din mai multe celule de trefilare.

In funcție de modul de cum se realizeaza procesul de trefilare se deosebesc urmatoarele tipuri constructive:

funcționare cu acumulare și fara alunecare;

funcționare fara alunecare;

funcționarea cu contragere.

Viteza de trefilare in instalațile de trefialre fara alunecare poate ajunge pana la 20m/s, iar la celelalte este cu 5 10% mai mica.

5. Produse obținute prin tragere - trefilare

Prin acest procedeu se prelucreaza acele materiale care au un grad ridicat de deformare plastica la rece, acele materiale care au propietatea de ductiltate.In general se prelucreaza metalele neferoase și aliajele lor, precum și oțelurile cu conținut scazut de carbon.

Cateva din produsele obținute prin tragere sunt prezentate in figura 16

barele de diferite secțiuni (fig.16. a), trase dintr-un produs laminat la cald;

profilele simple (fig.16. b) și profilele clasice (fig.16. c);

sarmele (fig.16. d) cu diametrul de pana la 5,0mm;

țevile (fig.16. e) cu diametre pana la 400mm

penele de antrenare (fig.16. f);

ghidajele de diferite forme și secțiuni (fig.16. g);

arborii canelați de diferite secțiuni (fig.16. h);

corzile pentru diferite instrumente muzicale (fig.16. i);

suporții, spițele (fig.16. j);

barele și țevile calbrate la rece cu dimensiuni precise și cu calitatea foarte buna a suprafeței.

Produsele obținute prin tragere - trefilare prezinta o serie de avantaje:

precizia dimensionala este mai ridicata;

calitatea suprafețelor este mai buna;

productivitatea este mai ridicata și necesita utilaje mai simple.

Fig.16. Produse obținute prin tragere:

a - bare de diferite secțiuni; b - profile simple; c - profile; d - sarme; e - țevi; f - pene; g - ghidaje; h - arbori canelați; i - corzi pentru instrumente muzicale; j - spițe.

5.3. Defectele produselor obținute prin tragere - trefilare

Principalele defecte care apar la produsele trase sau trefilate, in special in timpul procesului propriu sunt:

abaterile dimensionale, care se datoreaza unei uzuri pronunțate a orificiului matriței sau filierei;

rizurile longitudinale, care se datoreaza prezenței in zona de deformare a unor corpuri straine cu duritate mare;

fisurile, dispuse de la suprafața spre interior și se datoreaza deformarii peste limita de ecruisare;

scobiturile, care au forma unor dinți de fierastrau;

așchiile, care provin din defectele semifabricatului inițial de tipul stropilor reci, sulfuri, incluziunilor nemetalice;

petele de rugina, se datoreaza stropirii produsului cu solutii cu acțiune coroziva.

6. Forjarea

6.1. Definire

Forjarea este procedeul de prelucrare prin deformare plastica ce consta in modificarea formei unui semifabricat prin crearea unei stari tensionale in volumul materialului, insoțita de curgerea lui pe diferite direcții sub acțiunea unor forțe de presare si/sau lovire succesiva

In funcție de modul cum are loc curgerea materialului sub acțiunea acestor forțe sunt definite doua procedee:

forjarea libera (fig 17.), unde curgerea materialului este libera;

forjarea in matrița unde curgerea materialului este direcționata de cavitațile unei scule numita matrița.

Fig.17. Forjarea libera

6. Materialele și semifabricatele destinate forjarii

Pentru obținerea pieselor forjate liber se folosesc semifabricate confecționate din metale și aliaje feroase și neferoase. Prin materialele forjabile se inteleg toate metalele și aliajele care pot fi deformate plastic prin forjare, in scopul obținerii unor piese sau semifabricate de configuratii și de dimensiuni diferite.

Cele mai folosite materialele in atelierele de forjare sunt oțelurile calmate cu peste 1,4% conținut de carbon. Oțelurile aliate care conțin diferite elemente de aliere au o forjabilitate diferita in funcție de constituenții structurali pe care ii formeaza elementele chimice aflate in compoziție.

Dintre metalele și aliajele neferoase cele mai des folosite la obținerea pieselor prin forjare sunt: aluminiul și aliajele acestuia cu Si, Cu, Zn, Mg, Mn etc.; cuprul si aliajele acestuia cu Zn, cu Sn și Al, aliajele de magneziu cu Mn, Al, Zn etc.

6.3. Forjarea libera

Forjarea libera este procedeul de prelucrare prin deformare plastica ce consta in modificarea formei unui semifabricat prin crearea unei stari tensionale in volumul materialului sub acțiunea unor forțe de lovire sau presare, insoțita de curgerea plastica libera a acestuia, dupa legea minimei rezistențe.

Operațile de baza la forjarea libera in funcție de cum se creeaza stare tensionala in volumul materialului si de modul cum are loc curgerea sunt:

refularea - operația de forjare libera ce consta in marirea secțiuni transversale a unui semifabricat ințial prin micșorarea lungimii sau inalțimii ințiale a acestuia.

intindere - operația de forjare libera prin care se modifica substanțial lungimea unui semifabricat prin micșorarea secțiunii transverale. In funcție de configurația geometrica a semifabricatului și a piesei și de scopul urmarit se deosebesc mai multe variante:

intinderea simpla;

intinderea pe dorn;

largirea pe dorn;

gaurirea - operația de forjare libera prin care se obține o gaura patrunsa sau nepatrunsa intru-un semifabricat sau o piesa forjata. In funcție de diametrul gaurii necesare a fi realizata se intalnesc doua variante:

gaurirea cu preforatoare pline;

gaurirea cu perforatoare tubulare.

taierea prin forjare - operația de prelucrare prin forjare libera ce consta in separarea totala sau parțiala a unor bucați din semifabricat in piese sau in semifabricate pentru alte procedee de prelucrare.

sudarea prin forjare - operația de forjare libera ce consta in realizarea unei imbinarii nedemontablie intre doua sau mai multe bucați de material ce vor forma piesa, sub acțiunea unor forțe de lovire succesive.

6.4. Forjarea in matrița

Matrițarea este procedeul de prelucrare prin deformare plastica a unui material ce consta in crearea unor stari tensionale in tot volumul materialului, sub acțiunea unor forțe de lovire sau presare și curgerea condiționata a materialului in cavitatea unei scule numita matrița.

Deformarea plastica a materialului are loc in cavitația matriței formata in majoritatea cazurilor din doua parți distincte numite semimatrițe.Semifabricatul 1, debitat la dimensiunile și forma corespunzatoare, este incalzit la temperatura de inceput de deformare, este așezat in locașul inferior de deformare 2 al semimatriței 3. Semimatrița inferioara este fixata de nicovla 4, a presei matițoare sau respectiv a ciocanului matrițor prin intremediului ghidajului coada de randunica 5, și a penei plan-paralele 6. Semifabricatul ințial este deformat cu ajutorul semimatriței superioare 7, care introduce forța de defomare necesara P_m (fig.18).

Fig.18. Schema de principiu a matrițarii:

1 - semifabricatul inițial; 2 - locașul inferior de matrițare; 3 - semimatrița inferioara; 4 - nicovala; 5; 10 - ghidaje coada de randunica; 6; 11 - pene de reglare; 7 - semimatrița superioara; 8 - locașul superior de matrițare; 9 - berbecul ciocanului; 12 - piesa brut; 13 - plusul de material; 14 - canal bravura; 15 - bravura; 16 - piesa matrițata; 17 - putițele gaurilor.