Capitolul 10 TEHNOLOGIA FORJĂRII ÎN MATRIŢĂ 10.1 Procedee tehnologice de matriţare Forjarea în matriţă sau matriţarea este procedeul de deformare plastică în care materialul curge în interiorul unor cavităţi efectuate în sculele de deformare numite matriţe. În cazul general, matriţa este formată din două semimatriţe care au prelucrate o cavitate de formare în care se formează piesa şi un canal de bavură care urmează să preia surplusul de material sub forma inelului de bavură (figura 10.1). Semifabricat Semimatriţa superioară Semimatriţa inferioară Piesa matriţată Inel de bavură a) b) c) Figura 10.1 Forjarea în matriţă: a) matriţa deschisă; b) poziţie intermediară; c) matriţă închisă O analiză comparativă a forjării în matriţă faţă de forjarea liberă evidenţiază următoarele aspecte: A. Forjarea liberă Avantaje: - nu necesită scule speciale (care implică timpi de fabricaţie mari şi costuri mari); - se poate folosi pentru produse de forme relativ simple. Probleme: - costuri ridicate cu prelucrarea prin aşchiere a pieselor forjate; - folosirea materialului nu este optimă (adaosuri mari de prelucrare); - orientarea fibrelor nu este optimă. Aplicaţii: - pentru producţia de serie mică şi unicate; - prelucrarea pieselor care necesită durate reduse de fabricaţie; - pentru testarea pe epruvete şi prototipuri. Aliaje prelucrate: - materiale cu rezistenţă la deformare de la mediu la ridicat. B. Forjarea în matriţă Avantaje: - microstructura este optimă;
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Capitolul 10
TEHNOLOGIA FORJĂRII ÎN MATRIŢĂ
10.1 Procedee tehnologice de matriţare
Forjarea în matriţă sau matriţarea este procedeul de deformare plastică în care
materialul curge în interiorul unor cavităţi efectuate în sculele de deformare numite
matriţe. În cazul general, matriţa este formată din două semimatriţe care au prelucrate
o cavitate de formare în care se formează piesa şi un canal de bavură care urmează să
preia surplusul de material sub forma inelului de bavură (figura 10.1).
Semifabricat
Semimatriţa
superioară
Semimatriţa
inferioară
Piesa
matriţată
Inel de
bavură
a) b) c)
Figura 10.1 Forjarea în matriţă: a) matriţa deschisă; b) poziţie intermediară; c) matriţă închisă
O analiză comparativă a forjării în matriţă faţă de forjarea liberă evidenţiază
următoarele aspecte:
A. Forjarea liberă
Avantaje:
- nu necesită scule speciale (care implică timpi de fabricaţie mari şi costuri
mari);
- se poate folosi pentru produse de forme relativ simple.
Probleme:
- costuri ridicate cu prelucrarea prin aşchiere a pieselor forjate;
- folosirea materialului nu este optimă (adaosuri mari de prelucrare);
- orientarea fibrelor nu este optimă.
Aplicaţii:
- pentru producţia de serie mică şi unicate;
- prelucrarea pieselor care necesită durate reduse de fabricaţie;
- pentru testarea pe epruvete şi prototipuri.
Aliaje prelucrate:
- materiale cu rezistenţă la deformare de la mediu la ridicat.
B. Forjarea în matriţă
Avantaje:
- microstructura este optimă;
212 Tehnologia forjării în matriţă – 10
- orientarea fibrelor se poate face în direcţia optimă;
- permite prelucrarea pieselor de forme complicate;
- prelucrabilitatea după formare este mai redusă;
- folosirea eficientă a materialului.
Probleme:
- costurile ridicate ale sculelor.
Aplicaţii:
- pentru producţia de serie mare;
- piese care necesită rezistenţă şi tenacitate ridicate;
- piese pentru aplicaţii care impun o siguranţă ridicată.
Aliaje prelucrate:
- materiale cu rezistenţă de la mediu la ridicat.
Forma matriţelor de prelucrare diferă în funcţie de utilajul folosit (ciocane de
matriţare, prese cu excentric, prese cu şurub, prese hidraulice, maşini de forjat
orizontal).
Matriţele pot fi formate din două sau mai multe corpuri de deformare şi pot
avea în componenţă extractoare sau elemente active interschimbabile (figura 10.2).
1 1 1
1
2
a)
=
2
2
2
3
4 5
6 6
6
6
P S
S
P
P
P
S P
P
S
S
S
b) c)
d) e)
6
f)
2
Figura 10.2 Scheme tehnologice de matriţare: a) matriţare pe ciocane; b) matriţare pe prese cu
şurub; c) matriţare pe prese mecanice; d) matriţare pe maşini de forjat orizontal; e) matriţare fără bavură;
f) matriţare pe prese hidraulice
În figura 10.2 s-au utilizat următoarele notaţii:
1 – semimatriţă superioară;
10.2 – Proiectarea formei tehnologice a piesei matriţate 213
2 – semimatriţă inferioară;
3 – semimatriţă fixă;
4 – semimatriţă mobilă;
5 – poanson;
6 – extractor;
P – piesa matriţată;
S – semifabricat.
Alegerea procedeului de matriţare se face în funcţie de forma şi dimensiunile
pieselor, de natura materialului, de temperatura de încălzire, de precizia ce se impune a
fi obţinută prin matriţare.
Forţa necesară pentru deformare se determină orientativ cu relaţia:
SR=F tdt max , daN (10.1)
unde St este secţiunea transverală maximă a semifabricatului.
Lucrul mecanic de deformare se calculează cu relaţia:
VR=L dmmax , daNm (10.2)
V este volumul materialului deformat, iar
h
h= 0ln (10.3)
este gradul de deformare.
10.2 Proiectarea formei tehnologice a piesei matriţate
10.2.1 Stabilirea adaosurilor tehnologice şi a adaosurilor de prelucrare
Piesele forjate în matriţă pot fi realizate la forme şi dimensiuni foarte diferite,
iar condiţiile gemnerale de calitate sunt cuprinse în normative care cuprind şi clasificări
ale produselor matriţate. Pentru produsele care nu se încadrează în obiectul unor
normative, se elaborază condiţii de calitate speciale.
Forma piesei forjate se stabileşte pornind de la forma piese finite, la care se
adaugă adaosurile tehnologice şi adaosurile de prelucrare.
Ca şi în cazul pieselor forjate liber, adaosurile de prelucrare se au în vedere
pentru suprafeţele funcţionale care trebuie prelucrate pentru obţinerea unei precizii mai
ridicate dacât cea asigurată de matriţare sau pentru obţinerea unei calităţi mai bune a
suprafeţei (rugozitate mai redusă).
Adaosurile tehnologice la matriţare sunt determinate de:
razele de racordare necesare între suprafeţele adiacente;
unghiul de înclinare necesar pentru suprafeţele paralele cu direcţia de
deformare;
valorile minime ale grosimii pereţilor;
valorile minime ale puntiţelor;
complexitatea sculelor de matriţare, etc.
214 Tehnologia forjării în matriţă – 10
În figura 10.3 se prezintă adaosurile tehnologice şi de prelucrare care afectează
dimensiunile piesei finite, precum şi forma piesei forjate. În cazul considerat,
adaosurile de prelucrare trebuie să fie prevăzute pentru toate suprafeţele piesei, iar
valoarea lor trebuie să asigure înlăturarea defectelor de pe suprafaţa piesei matriţate,
precum şi reducerea toleranţelor dimensionale de la cele asigurate prin procesul de
matriţare până la valorile impuse de către proiectant pentru a asigura îndeplinirea
rolului funcţional.
Valorile adaosurilor de prelucrare se stabilesc pe baza unor normative sau prin
înţelegere între producător şi beneficiar. Valorile adaosurilor de prelucrare depind de
dimensiunile, forma piesei şi procedeul de matriţare, fiind cuprinse între 0,75 mm şi
7,5 mm (figura 10.3).
Piesa finită Adaos de prelucrare Adaos tehnologic
Piesa finită Piesa matriţată DF
DE P
CE
CI
Figura 10.3 Adaosurile tehnologice şi de prelucrare la matriţare
Adaosurile tehnologice pentru piesa analizată sunt reprezentante de:
- conicitatea CE datorată înclinaţiei exterioare;
- conicitatea CI datorată înclinaţiei interioare;
- puntiţa P corespunzătoare orificiului obţinut prin matriţare (dacă orificiul are
diametrul mai mare de 30 mm, acesta se obţine prin matriţare, iar în caz
contrar, orificiul nu se matriţează, fiind prelucrat ulterior prin aşchiere);
- degajarea de pe suprafaţa exterioară, DE;
- degajările de pe suprafeţele frontale, DF.
Toate tipurile de adaosuri tehnologice prezentate sunt obligatorii, cu excepţia
degajărilor DF care pot fi obţinute prin matriţare când costurile suplimentare impuse de
această operaţie (scula mai complexă, uzură mai rapidă) sunt mai reduse decât cele
necesare pentru prelucrarea prin aşchiere (materialul înlaturat prin aşchiere şi costul
operaţiei de aşchiere). Aceste adaosuri tehnologice care nu trebuie prevăzute neapărat
se numesc adaosuri facultative.
10.2 – Proiectarea formei tehnologice a piesei matriţate 215
10.2.2 Stabilirea razelor de racordare
Razele de racordare necesare pentru matriţarea pe prese şi ciocane sunt
dependente de dimensinile piesei în plan orizontal (b) şi în plan vertical (h) (figura
10.4).
r R
r r
R
R
b
h
Figura 10.4 Stabilirea razelor de racordare pentru matriţarea pe prese şi ciocane
Valorile razelor de racordare pentru matriţarea pe prese şi ciocane sunt
prezentate în tabelul 10.1.
Tabelul 10.1 Valorile razelor de racordare la matriţare
h, mm h/b ≤ 2 2 ≤ h/b ≤ 4 h/b > 4
r, mm R, mm r, mm R, mm r, mm R, mm
5-20 1,5 4 2 5 2,5 6
21-35 2,5 5 3,5 8 3,5 12
35-65 3,5 8 4,5 12 4,5 18
65-110 6 13 6 16 8 23
110-170 8 18 9 25 10 34
170-245 23 30 16 45 2 65
Valorile razelor de racordare pentru cazul matriţării unei piese cu înălţimea
nervurilor de 25 mm, din diferite materiale sunt prezentate în tabelul 10.2.
Tabelul 10.2 Valori orientative pentru razele de racordare la piesele matriţate
Materialul Raza interioară R, mm Raza exterioară r, mm
Valoare optimă Valoare minimă Valoare optimă Valoare minimă
Oţel carbon şi slab aliate 10-13 6 3 1.5
Oţel inoxidabil 6-13 5 5 2.5
Aliaje de titan 13-16 10 6 3
Oţeluri refractare 13-19 6-10 6 3
Valorile sunt valabile pentru un raport al dimensiunilor h/b ≤ 1. La valori mai
mari ale acestui raport, dimensinile razelor de racordare se majorează cu până la 50%.
Valori prea mari ale razelor de racordare ale piesei matriţate (Rpm) comparativ cu cele
ale razelor corespondente pe piesa finită (Rpf) conduc la un adaos tehnologic
suplimentar, care urmează a fi înlăturat prin operaţiile de prelucrare prin aşchiere,
ulterioare matriţării (figura 10.5).
216 Tehnologia forjării în matriţă – 10
Adaos
tehnologic
Rpm Rpf
Conturul
piesei matriţate
Conturul
piesei finite
Figura 10.5 Adaosul tehnologic datorat razelor de racordare ale piesei matriţate
Dacă valorile razelor de racordare sunt mai mici decât cele optime, în piesele
matriţate pot apărea defecte de tipul suprapunerilor (figura 10.6).
R1
R1
R2
R2
R1> R2
Figura 10.6 Suprapuneri de material datorate rayelor mici de racordare ale matriţei
Valorile foarte reduse ale razei de racordare pot să conducă la întreruperea
fibrajului de către muchia matriţei (figura 10.7), ceea ce conduce la înrăutăţirea
caracteristicilor mecanice ale produsului forjat.
10.2 – Proiectarea formei tehnologice a piesei matriţate 217
a b
Figura 10.7. Aspectul fibrajului la piese matriţate: a) fibraj corespunzător corect la o rază de
racordare; b) întreruperea fibrajului datorită unei raze de racordare prea mici
Razele mici de racordare pot conduce şi la fisurarea matriţei fie în timpul
tratamentului termic, fie în timpul utilizării acesteia. În plus, deformarea matriţei ca
urmare a încălzirii mai rapide a muchiilor cu raze mici de racordare poate conduce la
blocarea piesei în matriţă (figura 10.8).
Piesa matriţată Matriţă
Fisuri
Deformaţii ale
muchiilor ascuţite
Figura 10.8 Deformări şi fisuri ale matriţelor în zonele de racordare
10.2.3 Stabilirea înclinaţiilor
În cazul ciocanelor şi preselor fără aruncător (dispozitiv care realizează
evacuarea piesei din locaşul matriţei), unghiurile de înclinaţie pentru suprafeţele
exterioare au valoarea αe = 7°, iar unghiurile de înclinaţie pentru suprafeţele interioare
au valoarea αi = 10° (figura 10.9).
αi
αe
Figura 10.9 Unghiurile de înclinaţie pentru suprafeţele interioare şi exterioare
Pentru presele cu aruncător unghiurile de înclinaţie pot avea valori mai mici
(αe = 3° şi αi = 7°).
218 Tehnologia forjării în matriţă – 10
10.2.4 Stabilirea grosimii minime a pereţilor şi a puntiţei
Se face în funcţie de diametrul şi adâncimea cavitaţii (figura 10.10).
d
s
δ
h
Figura 10.10 Grosimea minimă a pereţilor şi a puntiţei
Pentru matriţarea pieselor din oţel, valorile grosimii minime a pereţilor sunt
prezentate în tabelul 10.3.
Tabelul 10.3 Grosimea minimă a pereţilor la piesele matriţate