TPR Indrumar 2016 [PDF]

Zitiervorschau

Ion NEAGOE Ionel MARTINESCU

Alexandru Cătălin FILIP

TEHNOLOGIA PRESĂRII LA RECE ÎNDRUMAR PENTRU LUCRĂRI PRACTICE

2016

2

Tehnologia presării la rece

3

PREFAŢĂ

Prelucrarea mecanică prin presare la rece constituie astăzi una dintre variantele tehnologice de fabricaţie des utilizate în producţie. Prin aceasta se realizează prelucrarea metalelor şi aliajelor metalice în stare „rece”, sub temperatura de recristalizare. În cazul volumelor de producţie mari şi foarte mari, operaţiile se execută cu ajutorul dispozitivelor de presare numite ştanţe sau matriţe, acţionate de prese. Pentru volumele de producţie mai mici sau în cazuri bine justificate se utilizează maşini şi dispozitive speciale sau echipamente cu conducere numerică. Prin presare la rece se execută o gamă foarte diversă de piese de la dimensiuni milimetrice până 1a piese cu gabarit foarte mare, acoperind toate sectoarele producţiei industriale. Comparativ cu alte categorii de prelucrări mecanice, ştanţarea şi matriţarea la rece prezintă o serie de avantaje dintre care se pot evidenţia: consumuri specifice minime de metal şi energie, productivitate ridicată, piese cu greutate specifică redusă şi rigiditate mecanică ridicată, costuri mai mici. Dată fiind complexitatea fenomenelor care apar în procesul de deformare plastică la rece, viitorii specialişti în domeniu trebuie să aibă cunoştinţe temeinice teoretice şi deopotrivă, practice. Lucrările practice de laborator oferă studenţilor şi, în oarecare măsură, şi specialiştilor în domeniu, posibilitatea aprofundării problemelor teoretice tratate la curs şi, de ce nu, îi iniţiază în activitatea de cercetare ştiinţifică. De asemenea, aceste lucrări practice oferă posibilitatea aplicării şi completării cunoştinţelor generale tehnice, atât de necesare astăzi unui specialist de producţie. Prezenta ediţie a îndrumarului de laborator aferent disciplinei „Tehnologia presării la rece” ester a cincea elaborată de către colectivul aferent şi constituie o ediţie profund revizuită, având 13 lucrări dintre care 7 sunt lucrări noi. Structura celor 13 lucrări urmăreşte logica desfăşurării cursului, completând în mod corespunzător cunoştinţele teoretice dobândite. Majoritatea lucrărilor au un caracter practic, aplicativ, activităţile referindu-se la prelucrarea efectivă a unor piese prin diverse operaţii de presare la rece cum sunt debitarea, decuparea, îndoirea, ambutisarea şi fasonarea, urmate de analiza influenţei parametrilor tehnologici asupra procesului de deformare. Îndrumarul se adresează în special studenţilor de la programele de studii „Tehnologia construcţiilor de maşini”, „Ingineria şi managementul calităţii” şi „Construcţii aerospaţiale”, dar şi altor studenţi sau specialişti din domeniul ingineriei industriale. Trebuie menţionat faptul că majoritatea lucrărilor de laborator utilizează dispozitive proiectate şi realizate de către autori, fie în cadrul proiectelor de absolvire coordonate, fie în cadrul temelor de cercetare ştiinţifică abordate de către aceştia.

Autorii, Braşov, decembrie 2016

4

Tehnologia presării la rece

CUPRINS

Prefaţă ________________________________________________________________________ 3 Cuprins ________________________________________________________________________ 4 Instrucţiuni şi norme privind securitatea şi sănătatea în muncă_____________________________ 5 1. Cunoaşterea şi reglarea preselor __________________________________________________ 7 2. Analiza constructivă şi funcţională a dispozitivelor de presare la rece ____________________ 17 3. Studiul preciziei şi calităţii pieselor debitate prin forfecare de precizie la rece _____________ 23 4. Determinarea experimentală a câmpului jocurilor normale la decupare ___________________ 28 5. Cercetarea experimentală a parametrilor pieselor obţinute din tablă prin îndoire ____________ 34 6. Determinarea experimentală a valorii minime a coeficientului de ambutisare a pieselor cilindrice fără flanşă _____________________________________________________________________ 40 7. Determinarea deformaţiilor materialului la ambutisarea pieselor cilindrice fără flanşă _______ 45 8. Determinarea experimentală a forţei la ambutisarea pieselor cilindrice ___________________ 51 9. Cercetarea experimentală a ambutisării succesive din bandă ___________________________ 55 10. Determinarea experimentală a valorii minime a coeficientului de răsfrângere a marginilor conturului interior ______________________________________________________________ 61 11. Determinarea experimentală a valorii minime a coeficientului de deformare rotativă la prelucrarea pieselor cilindrice fără flanşă ____________________________________________ 66 12. Cercetarea experimentală a ambutisării titanului şi aliajelor de titan prin încălzirea locală a semifabricatului ________________________________________________________________ 71 13. Cercetarea experimentală a deformării cu impulsuri magnetice________________________ 76

5

INSTRUCŢIUNI ŞI NORME privind securitatea şi sănătatea în muncă în laboratorul de Tehnologia presării la rece Pentru ca activitatea didactică în cadrul laboratorului de Tehnologia presării la rece să se desfăşoare în condiţii lipsite de pericol, se impune studenţilor şi personalului didactic respectarea cu stricteţe a instrucţiunilor şi normelor privind sănătatea şi securitatea în muncă specifice lucrărilor de presare la rece. 1. Instrucţiuni generale 1.1 Personalul didactic are datoria de a face instructajul studenţilor privind securitatea şi sănătatea în muncă la începutul fiecărui semestru. 1.2 Este interzisă admiterea studenţilor la efectuarea lucrărilor de laborator fără a fi fost instruiţi. 1.3 Probele practice de laborator vor fi conduse de personalul didactic, care răspunde de asigurarea tuturor măsurilor tehnico- organizatorice necesare desfăşurării activităţii în bune condiţii, fără pericol de accidentare. 1.4 Este interzis a se lucra cu instalaţii, utilaje, aparate sau scule defecte. 1.5 Personalul didactic va îndruma studenţii la utilizarea maşinilor, dispozitivelor şi aparatelor din dotarea laboratorului. 1.6 Trusa sanitară va fi dotată cu cele necesare şi se va afla amplasată în loc vizibil. 1.7 În caz de accident, se va acorda accidentatului primul ajutor şi se va anunţa imediat forul superior. 2. Instrucţiuni specifice lucrărilor din laboratorul de Tehnologia presării la rece 2.1 2.2

În timpul lucrului la prese studenţii vor respecta distanţa de 0,5 m de presă. Se interzice lucrul la prese dacă nu au toate dispozitivele de protecţie prevăzute din fabricaţie montate şi în bună stare de funcţionare. 2.3 Presele şi dispozitivele de presare trebuie să fie întreţinute în stare bună şi să fie reglate corect şi verificate la începutul lucrului de către personalul didactic. 2.4 Organele exterioare în mişcare ale presei vor fi prevăzute cu apărători. 2.5 Dispozitivele de comandă ale preselor trebuie să fie amplasate şi protejate astfel încât să se împiedice declanşarea involuntară a coborârii culisorului. 2.6 La presele prevăzute cu comandă dublă (manuală şi cu pedală), la acţionarea unui sistem trebuie să se blocheze celălalt, astfel încât, atunci când se lucrează cu comanda manuală, organul de comandă cu piciorul să fie blocat şi invers. 2.7 Pentru a se preveni acţionarea involuntară a pedalei de acţionare cu piciorul, aceasta va fi protejată lateral şi deasupra, lăsându-se loc numai pentru accesul piciorului. 2.8 Sistemul de comandă cu ambele mâini trebuie astfel conceput încât coborârea culisorului să fie posibilă numai la acţionarea concomitentă a ambelor elemente de comandă. 2.9 Este interzisă blocarea unei comenzi la presele cu sistem de comandă cu ambele mâini. 2.10 În cazul preselor deservite de doi sau mai mulţi operatori, sistemul de comandă va intra în funcţiune numai dacă acesta este acţionat simultan de toţi operatorii.

6

Tehnologia presării la rece

2.11 Presele cu excentric trebuie prevăzute cu un dispozitiv de siguranţă contra repetării cursei culisorului, acţionat de axul principal în ultima parte a cursei de ridicare a acestuia. 2.12 În timpul reglajelor sau al reparaţiilor preselor, culisorul va fi asigurat împotriva coborârii involuntare prin sprijinire suplimentară. 2.13 Înaintea începerii lucrului se vor efectua câteva curse în gol ale culisorului, verificându-se funcţionarea sistemului de comandă. 2.14 Dispozitivele de presare la rece trebuie proiectate şi executate astfel încât, în poziţia închisă a acestora, între placa de fixare a poansonului şi placa de ghidare sau placa activă să rămână o distanţă de cel puţin 22 mm. 2.15 Toate dispozitivele de presare la rece care au o greutate mai mare de 10 kg trebuie prevăzute cu buloane de ridicare pentru manipularea lor cu ajutorul unor instalaţii de ridicat. 2.16 Dispozitivele de presare la rece trebuie depozitate în rafturi rezistente, fără pericol de cădere. 2.17 Demontarea şi montarea dispozitivelor de presare la rece se va face pe mese după indicaţiile personalului didactic. 2.18 Înaintea montării dispozitivelor pe presă, personalul didactic va verifica starea şi existenţa tuturor dispozitivelor de siguranţă. 2.19 Reglarea presei şi schimbarea sistemului de comandă al acesteia, precum şi montarea şi demontarea dispozitivelor de presare la rece se face numai de către personalul didactic. 2.20 Deschiderea de acces între poanson şi placa activă la ştanţele deschise va fi de maxim 8 mm. În cazul în care această condiţie nu poate fi respectată, se utilizează sistemul de acţionare cu ambele mâini. 2.21 În cazul lucrului cu dispozitive de presare la rece deschise, la care piesele se introduc şi se scot manual, trebuie să se folosească scule ajutătoare corespunzătoare (cârlige, cleşti, pensete etc.), care să excludă introducerea mâinilor în zona periculoasă. 2.22 Alimentarea manuală este permisă numai la presele cu funcţionare intermitentă. 2.23 Este interzisă aşezarea sau modificarea poziţiei semifabricatului după ce a fost acţionat sistemul de comandă al presei. 2.24 Toate defecţiunile constatate trebuie remediate imediat. Este interzis lucrul cu prese care prezintă defecţiuni în funcţionare. 2.25 La terminarea lucrului, respectiv întreruperea acestuia, chiar şi pentru un interval scurt de timp, se va deconecta presa. 2.26 După efectuarea instructajului, studenţii vor fi supuşi verificării cunoştinţelor despre normele de securitate şi sănătate în muncă.

7

Lucrarea 1 CUNOAŞTEREA ŞI REGLAREA PRESELOR 1.1

Noţiuni generale. Clasificarea maşinilor-unelte de prelucrare prin deformare

Marea diversitate a pieselor care se obţin prin deformare plastică la rece, precum şi numărul mare de operaţii folosite pentru realizarea acestora, au generat o gamă largă de maşini-unelte de prelucrare prin deformare (MUPD). Clasificarea acestora se poate face având în vedere diverse criterii constructive sau funcţionale [5]. Luând în considerare construcţiile existente şi tendinţele care se manifestă în acest domeniu, MUPD pot fi împărţite în trei grupe mari: convenţionale, neconvenţionale şi combinate. MUPD convenţionale sunt utilaje care realizează prelucrarea pieselor cu ajutorul dispozitivelor de presarea la rece, numite şi ştanţe sau matriţe, utilizând surse de energie obişnuite. Maşinile convenţionale, dintre care cele mai utilizate sunt presele, execută prelucrări cu viteze cuprinse în intervalul 0,3...0,5 m/s. Maşinile şi sistemele neconvenţionale folosesc pentru prelucrare scule speciale şi surse de energie neconvenţionale cum sunt: exploziile, descărcările electrice, impulsurile magnetice ş.a. În acest caz, deformarea semifabricatului se realizează cu viteze forte mari, aproape instantaneu (v = 4.700...7.500 m/s). Maşinile şi sistemele combinate se caracterizează prin prezenţa în structura lor a două module având principii de acţionare diferite, unul convenţional, iar celălalt, neconvenţional. Acţiunea celor două module se aplică succesiv şi, de regulă, mai întâi se execută acţiunea modulului convenţional. După modul cum se realizează un ciclu de lucru şi de gradul de intervenţie al operatorului uman, MUPD se împart în trei categorii: cu deservire manuală, semiautomate şi automate. Maşinile cu deservire manuală sunt maşini la care alimentarea cu semifabricate, comanda cursei de lucru şi eliminarea piesei şi deşeurilor sunt efectuate de către operatorul uman. Maşinile semiautomate execută unele dintre fazele ciclului de lucru fără intervenţia operatorului uman. În cazul acestor maşini, alimentarea cu semifabricate şi eliminarea piesei şi deşeurilor se realizează de către un mecanism specializat, manipulator sau robot. Maşinile automate execută întregul ciclu de lucru şi repetarea acestuia la intervale de timp egale, fără intervenţia operatorului uman. După tipul mişcării de lucru transmisă sculei sau semifabricatului, maşinile de deformare sunt: cu mişcare rectilinie, cu mişcare de rotaţie şi cu mişcare complexă. După domeniul specific de aplicare, maşinile de deformare sunt de trei tipuri: maşini de tăiat, prese şi maşini speciale. Maşinile de tăiat, cunoscute şi sub denumirea de foarfeci, pot fi cu mişcare rectilinie sau de rotaţie a sculelor şi sunt utilizate, în majoritatea cazurilor, pentru obţinerea semifabricatelor necesare prelucrării pieselor prin deformare. Tăierea semifabricatelor se poate executa cu cuţite paralele, cu cuţite înclinate sau cu cuţite disc. Presele sunt maşini care au mişcarea principală rectilinie alternativă şi realizează deformarea semifabricatelor cu ajutorul dispozitivelor de presare la rece. Maşinile speciale pot avea mişcarea de lucru rectilinie, de rotaţie sau complexă, fiind specifice unor prelucrări speciale cum este cazul obţinerii filetelor, danturilor ş.a.

8

Tehnologia presării la rece

După modul de acţionare şi de transmitere a energiei de la sursă la organul executor, maşinile de presare convenţionale pot fi: cu acţionare mecanică, cu acţionare hidraulică, cu acţionare pneumatică şi cu acţionare combinată. Dintre acestea cele mai utilizate sunt maşinile cu acţionare mecanică şi hidraulică, fiind utilizate pentru marea majoritate a prelucrărilor prin deformare plastică la rece. După modul de funcţionare, acestea pot fi: cu simplă acţiune, cu dublă acţiune, cu trei sau mai multe acţiuni. Presele cu simplă acţiune sau cu simplu efect sunt maşini prevăzute cu un singur culisor. Aceste prese sunt utilizate pentru acţionarea ştanţelor de diferite tipuri, a matriţelor de îndoire, a matriţelor pentru fasonarea pieselor din tablă şi în cazul matriţelor pentru ambutisare, atunci când inelul de reţinere a semifabricatului este acţionat cu ajutorul pernei pneumatice sau cu un sistem elastic cu arcuri. Presele cu dublă acţiune sunt dotate cu două culisoare coaxiale, având mişcările corelate şi sunt utilizate pentru acţionarea matriţelor de ambutisare. Culisorul exterior (numit în producţie şi prestablă) acţionează inelul de reţinere, iar culisorul interior antrenează poansonul matriţei. La cursa de lucru coboară mai întâi culisorul exterior, realizând reţinerea semifabricatului pe margini, după care, culisorul interior, prin intermediul poansonului, execută deformarea acestuia. Presele cu triplă acţiune au trei culisoare, două dintre acestea la partea superioară şi unul la partea inferioară (în unele cazuri masa presei este deplasabilă). La unele construcţii, două dintre cele trei acţiuni ale presei se execută de la partea inferioară. Aceste prese sunt frecvent folosite pentru realizarea operaţiilor de ştanţare de precizie sau pentru operaţiile combinate de ambutisare directă şi inversă. 1.2 Principii generale privind construcţia şi funcţionarea preselor Maşinile cu cea mai largă utilizare la operaţiile de presare la rece sunt presele mecanice cu manivelă cu simplă acţiune. Din punct de vedere constructiv, aceste prese sunt alcătuite dintr-un batiu, prevăzut cu o masă pe care se fixează dispozitivul de presare la rece şi o serie de mecanisme, care au rolul de a transforma mişcarea de rotaţie, primită de la un motor electric, în mişcare de translaţie şi a o transmite culisorului presei, în vederea acţionării dispozitivului de presare. Schemele cinematice ale unor prese mecanice cu manivelă sunt prezentate în figura 1.1 [2]. Cele două prese au aceeaşi cinematică, însă diferă din punct de vedere constructiv, prin modul de amplasare a arborelui principal 4: paralel cu faţa frontală a presei (fig. 1.1,a), respectiv, perpendicular pe faţa frontală a presei (fig. 1.1,b). Mecanismul mişcării principale la acest tip de prese este mecanismul bielă-manivelă. Mişcarea de rotaţie, generată de motorul electric 1, este transmisă, prin curele trapezoidale 2, la volantul 3, care are şi rolul de acumulator de energie. Acesta acumulează energie cinetică în perioada de mers în gol a presei şi o cedează în timpul funcţionării în sarcină. De la volant, mişcarea se transmite arborelui principal 4, prin intermediul unui cuplaj 5. Arborele principal este prevăzut cu o parte excentrică pe care este asamblată, prin intermediul unei bucşe excentrice 6, biela 7. Arborele excentric 4 şi biela 7 materializează mecanismul bielă-manivelă, care transformă mişcarea de rotaţie, primită de la motorul electric 1, în mişcare rectilinie-alternativă realizată de către culisorul presei 8. Masa presei 9 poate fi fixă pe batiu (fig. 1.1,a) sau deplasabilă prin intermediul unui mecanism şurub-piuliţă 10 (fig. 1.1,b). Soluţia constructivă a presei cu masă deplasabilă are dezavantajul că nu asigură o rigiditate suficientă sistemului tehnologic, fiind folosită numai pentru prese care dezvoltă forţe mici. Presele cu masă fixă au rigiditate mai mare şi sunt prevăzute cu o placă de supraînălţare 9'. În momentul când se dă comanda presei, cuplajul 5 realizează solidarizarea volantului cu arborele principal. Cuplarea se menţine pe timpul unei rotaţii a volantului, adică pe timpul unei

9 curse duble a culisorului, după care se produce decuplarea acestora. În acest mod se asigură presei un regim de funcţionare intermitentă. Frâna 11, asamblată pe arborele principal 4, intră în acţiune la sfârşitul cursei duble a culisorului şi are rolul de a menţine culisorul în poziţia superioară, după ce se produce decuplarea.

Fig. 1.1. Schemele cinematice ale preselor mecanice cu manivelă: a – cu arborele principal amplasat paralel cu faţa frontală a presei; b – cu arborele principal amplasat perpendicular pe faţa frontală a presei

În cazul preselor hidraulice, mecanismul mişcării principale îl constituie un motor hidraulic liniar MH, unde tija pistonului îndeplineşte rolul de culisor (fig. 1.2). La acţionarea sistemului de comandă al presei, uleiul debitat de pompa P, acţionată de motorul M, este trimis prin joncţiunea P-A deasupra pistonului, realizându-se cursa de lucru a culisorului. În acest timp, uleiul aflat sub piston este refulat, prin joncţiunea B-T, înapoi în rezervorul R. Când culisorul ajunge în poziţia inferioară, Fig.1.2. Schema cinematică a unei prese cu cama C, fixată pe tija pistonului, acţionare hidraulică închide contactorul C2, care întrerupe alimentarea electromagnetului E1 şi alimentează electromagnetul E2, care comandă retragerea culisorului. În această fază, uleiul debitat de pompă este trimis sub piston, prin joncţiunea T-B, iar

10

Tehnologia presării la rece

uleiul aflat deasupra pistonului este refulat în rezervorul R, prin joncţiunea A-P. Când culisorul ajunge în poziţia superioară, cama C închide contactorul C1, iar distribuitorul D trece într-o poziţie neutră. 1.3 Alegerea preselor pentru acţionarea dispozitivelor de presare la rece Sistemul tehnologic utilizat pentru prelucrările prin deformare plastică la rece este alcătuit din maşina unealtă pentru deformare şi dispozitivul de presare la rece (fig. 1.3). Proiectarea dispozitivelor de presare la rece se realizează în concordanţă cu caracteristicile tehnico-funcţionale şi geometrice ale presei. Dispozitivele de presare la rece (fig. 1.3,b) sunt alcătuite, în principiu, dintr-un subansamblu inferior A, care se fixează cu bride şi şuruburi pe masa presei şi dintr-un subansamblu superior, mobil, care se fixează în culisorul presei, prin intermediul cepului C. Caracteristicile funcţionale ale unui dispozitiv sunt următoarele: Fd – forţa necesară pentru acţionarea dispozitivului de presare; Hd – înălţimea utilă a dispozitivului, care reprezintă înălţimea acestuia în poziţie închisă; hd – cursa necesară a subansamblului mobil B, a cărei valoare se stabileşte în funcţie de înălţimea piesei care se prelucrează.

Fig. 1.3. Sistemul tehnologic de deformare plastică la rece: a - presă; b – dispozitiv de presare la rece Alegerea presei pentru acţionarea unui dispozitiv de presare la rece trebuie să aibă la bază următoarele criterii [5]: 1. forţa disponibilă a presei, F, să fie mai mare decât forţa necesară pentru acţionarea dispozitivului de presare la rece, F  Fd  Fpl  Fel  Qe lim , (1.1) în care Fpl este forţa necesară deformării plastice a semifabricatului; Fel - forţa necesară comprimării diferitelor elemente elastice din construcţia dispozitivului; Qelim - forţa necesară eliminării piesei şi deşeului din dispozitiv. Forţa Fd se determină pentru fiecare dispozitiv de presare la rece în parte, în funcţie de forţele care se dezvoltă în fiecare fază a procesului de prelucrare a piesei.

11 În cazul preselor mecanice cu manivelă, forţa disponibilă F a culisorului este variabilă, în funcţie de unghiul α al manivelei (fig. 1.4,a), F

M tl , Rl sin   R sin 2 

(1.2)

în care Mt este momentul de torsiune activ al manivelei; l - lungimea manivelei; R - raza manivelei. Forţa disponibilă F are valoarea minimă pentru α=90° şi creşte pe măsură ce unghiul α scade, având valoarea maximă pentru α=0, când, teoretic, tinde către infinit. Pentru aceste prese se defineşte forţa nominală, Fn, ca fiind forţa disponibilă a presei pentru un anumit unghi al manivelei, de obicei, pentru α=30°. În consecinţă, forţa disponibilă a presei este mai mare decât forţa nominală numai spre sfârşitul cursei active (fig.1.5), când unghiul manivelei are valoarea, α≤300. În aceste condiţii, forţa nominală a presei poate fi utilizată integral numai pentru dispozitivele de presare la care deformarea semifabricatului se realizează spre sfârşitul cursei de lucru.

Fig. 1.4. Legile de variaţie ale forţei disponibile, F şi ale vitezei culisorului, v: a - presă mecanică cu manivelă, b - presă hidraulică

Fig. 1.5. Domeniul forţei disponibile a culisorului preselor mecanice cu excentric

Pentru dispozitivele de presare la rece la care forţa maximă se dezvoltă la unghiuri ale manivelei, α>300 (de ex. decupare şi ambutisare), forţa nominală a presei se va determina cu relaţia:

Fn 

Fd , 0,5...0,6

(1.3)

În cazul preselor hidraulice (fig. 1.4,b) atât forţa disponibilă, cât şi viteza de deplasare a culisorului sunt constante în timpul cursei active; 2. domeniul de reglare a înălţimii utile a presei să cuprindă valoarea înălţimii utile a dispozitivului de presare, H min  H d  H max . (1.4) Prin înălţimea utilă a presei se înţelege distanţa dintre masa presei şi suprafaţa frontală a culisorului, când acesta se află în poziţia inferioară;

12

Tehnologia presării la rece

3. domeniul de reglare a cursei culisorului să cuprindă valoarea cursei necesare a subansamblului mobil al dispozitivului, (1.5) hmin  hd  hmax , în care hmin este valoarea minimă a cursei culisorului; hmax - valoarea maximă a cursei culisorului. Cursa hd trebuie să fie suficient de mare pentru a asigura atât deformarea semifabricatului, cât şi eliminarea, fără dificultăţi, a piesei şi deşeurilor, după prelucrare. În general, valoarea acesteia se determină cu relaţia, (1.6) hd  2h p  a0 , în care hp este înălţimea piesei de prelucrat, iar a0 are valori cuprinse între 10...30 mm; În cazul dispozitivelor de ştanţare a pieselor din tablă, când înălţimea piesei este egală cu grosimea semifabricatului, se recomandă adoptarea cursei subansamblului mobil în intervalul hd=20...40 mm; 4. dimensiunile mesei (AxB) şi ale culisorului (KxS) presei să fie mai mari decât dimensiunile de gabarit ale dispozitivului, astfel încât să se asigure posibilitatea fixării acestuia pe presă; 5. lucrul mecanic necesar prelucrării, Ld, să fie mai mic decât cel disponibil al presei, L, Ld  Fd ha , (1.7) în care λ este un coeficient subunitar care ţine seama de legea de variaţie a forţei Fd; ha – cursa de lucru a culisorului; 6. numărul de curse duble, la presele mecanice, şi viteza de deplasare a culisorului, la presele hidraulice, trebuie alese astfel încât să se asigure viteza tehnologică de deformare a semifabricatului, atunci când aceasta trebuie să se încadreze între anumite limite şi un anumit ritm de fabricaţie, în special, când presele sunt exploatate în regim automat; 7. puterea motorului electric de antrenare Pm să fie suficient de mare pentru a asigura puterea P, consumată pentru acţionarea dispozitivului,

Pm 

a0 Pnec

 p tr

,

(1.8)

în care a0 este un coeficient având valorile 1,2....1,5; ηp - randamentul presei (ηp=0,5...0,7); ηtr - randamentul transmisiei de la motor la arborele principal al maşinii. 1.4 Metodica reglării preselor Reglarea presei în vederea acţionării unui anumit dispozitiv de presare la rece presupune parcurgerea următoarelor două etape (v. fig.1.3): 1. reglarea cursei hp a culisorului astfel încât aceasta să fie egală sau mai mare decât cursa necesară a subansamblului mobil al dispozitivului, h p  hd ; (1.9) 2. reglarea înălţimii utile a presei Hp, astfel încât aceasta să fie egală cu înălţimea utilă Hd a dispozitivului, H p  Hd ; (1.10)

13 3. reglarea poziţiei traversei mobile din culisorul presei (numai pentru presele mecanice cu manivelă) În cazul preselor mecanice cu manivelă (v. fig. 1.4,a) cursa hp a culisorului depinde de raza R a manivelei şi are valoarea, (1.11) h p  2R . Deci, reglarea cursei culisorului se realizează prin modificarea razei manivelei. Posibilitatea modificării razei manivelei se obţine prin intermediul unei bucşe excentrice 1, asamblată pe arborele principal, excentric 2. (fig. 1.6,a). Bucşa se poate roti pe arborele principal şi, în funcţie de poziţia acesteia faţă de arbore, se obţine o anumită valoare Rx a razei manivelei. Valoarea razei Rx se determină pe baza schemei din figura 1.6,b şi se calculează cu relaţia următoare:

Rx  e12  e22  2e1e2 cos  ,

(1.12)

unde e1 este excentricitatea arborelui; e2 – excentricitatea bucşei. În funcţie de poziţia bucşei excentrice în raport cu arborele principal, adică de valoarea unghiului φ, raza manivelei poate lua valori între limitele: - pentru  - pentru

 180  Rmax  e1  e2 ;

  0  Rmin  e2  e1 .

(1.13) (1.14)

Fig. 1.6. Schema de reglare a cursei culisorului la presele mecanice cu manivelă având arborele amplasat perpendicular pe faţa frontală a presei Reglarea cursei culisorului nu afectează capacitatea normală de lucru a presei, deoarece forţa nominală Fn corespunde valorii maxime a razei manivelei, Rmax, iar momentul de torsiune activ rămâne constant. În consecinţă, prin micşorarea cursei culisorului, creşte forţa disponibilă a presei. În mod practic, reglarea cursei la o presă cu manivelă, având arborele principal amplasat perpendicular pe faţa frontală a acesteia (fig. 1.6,a) se realizează în următoarea succesiune: - se deşurubează contrapiuliţa 6;

14

Tehnologia presării la rece

- se deşurubează apoi piuliţa cu guler 5, care antrenează şi bucşa cu dantură frontală 4, asamblată pe arborele principal prin intermediul unor pene paralele sau caneluri. În acest mod se desface cuplajul C, iar bucşa 4 devine liberă pe arborele presei; - cu ajutorul unei chei speciale cu cioc, care se introduce în locaşul L, se va roti bucşa în poziţia corespunzătoare cursei pe care trebuie să o realizeze culisorul; - se reface cuplajul C prin înşurubarea piuliţei 5 şi a contrapiuliţei 6. Reglarea cursei culisorului nu este continuă, ci în trepte, în funcţie de pasul danturii frontale a bucşei excentrice. La presele mecanice cu manivelă care au arborele principal amplasat paralel cu faţa frontală a presei (fig. 1.7), pentru reglarea cursei culisorului se procedează astfel: se introduce o cheie specială în locaşul L1 practicat în bucşa cu dantură frontală 4, asamblată prin caneluri pe arborele principal 3. Prin rotirea acestei chei, bucşa se deplasează spre dreapta şi, astfel, se desface cuplajul C, iar bucşa excentrică 1 devine liberă pe arbore. Cu ajutorul unui levier introdus în locaşul L2 se roteşte bucşa excentrică în poziţia corespunzătoare cursei necesare a culisorului. Pentru reglarea înălţimii utile Hp, presele mecanice cu manivelă au două posibilităţi şi anume. - prin modificarea poziţiei mesei presei cu ajutorul unui mecanism şurub-piuliţă, în cazul preselor cu masă deplasabilă (fig. 1.1,b) sau prin montarea, respectiv, demontarea unei plăci de supraînălţare, în cazul preselor cu masă fixă (fig. 1.1,a); - prin modificarea poziţiei culisorului, prin intermediul bielei 3, a cărei lungime l se poate regla cu ajutorul şurubului 7 (fig. 1.6). În consecinţă, înălţimea utilă Hp a presei, pentru o anumită valoare a cursei culisorului, poate avea valori între limitele (fig. 1.3,a): H 1  H max - corespunzătoare cazului când masa deplasabilă se află în poziţia inferioară sau placa de supraînălţare este demontată, iar biela are lungimea minimă;

H 2  H min - corespunzătoare cazului când masa deplasabilă este la poziţia superioară sau presa are montată placa de supraînălţare, iar lungimea bielei are valoarea maximă. Pentru reglarea înălţimii utile a presei, cunoscând-se înălţimea utilă Hd a dispozitivului, care este trecută pe desenul de ansamblu, se analizează mai întâi dacă este necesară deplasarea pe verticală a mesei presei, respectiv, montarea sau demontarea plăcii de supraînălţare şi se acţionează în consecinţă. Apoi se montează dispozitivul pe presă, se reglează cursa culisorului, după care, acţionând manual mecanismul mişcării principale, se coboară culisorul spre poziţia inferioară. Înălţimea utilă Hd a dispozitivului se obţine atunci când între bucşa de ghidare 3 şi bucşa de reglare 2 (fig.1.3) există un joc j1=2...4 mm ( valoarea acestuia este indicată pe desenul de ansamblu al dispozitivului). În consecinţă, în timpul coborârii culisorului presei se urmăreşte cu atenţie valoarea jocului j1. Dacă culisorul a ajuns în poziţia sa inferioară, iar jocul j1 are o valoare mai mare decât cea prescrisă, se va acţiona asupra şurubului 7 (v fig. 1.6,a), în sensul deşurubării acestuia, până când jocul j1 ajunge la valoarea normală. Atunci când culisorul, deşi nu a ajuns în poziţia sa inferioară, jocul j1 are valori mai mici şi există tendinţa ca cele două bucşe 2 şi 3 să vină în contact, se întrerupe coborârea acestuia şi se acţionează asupra şurubului 7, în sensul înşurubării acestuia, micşorându-se astfel lungimea l a bielei. Apoi se reia coborârea culisorului urmărindu-se, în continuare, valoarea jocului j1, până când se obţine valoarea prescrisă.

15

Fig. 1.7. Schema de reglare a cursei culisorului la presele mecanice cu manivelă având arborele amplasat paralel cu faţa frontală a presei

Fig. 1.8. Schema de reglare a poziţiei traversei mobile

În cazul preselor mecanice cu manivelă, eliminarea piesei din subansamblul superior al dispozitivului se realizează cu ajutorul unei traverse mobile 2, asamblată în culisorul 1 prin intermediul arcurilor elicoidale 3 (fig. 1.8). Traversa mobilă se poate deplasa în locaşul L executat în culisorul presei. Eliminarea piesei din dispozitiv se realizează spre sfârşitul cursei de ridicare a culisorului cu ajutorul unei tije asamblată în cepul de fixare (v. lucrarea 2), care este limitată de către traversa mobilă. Poziţia traversei trebuie reglată astfel încât, atunci când culisorul ajunge la punctul mort superior, ea să se afle în partea inferioară a locaşului L. Această poziţie se reglează cu ajutorul şuruburilor 5, care se înşurubează în suporţii 4, asamblaţi pe batiul presei 7. În cazul preselor cu acţionare hidraulică (v. fig.1.2), reglarea acestora este mult mai facilă, deoarece atât cursa culisorului, cât şi înălţimea utilă a presei, se reglează simplu, prin modificarea poziţiei celor două limitatoare de cursă C1 şi C2. 1.5 Scopul lucrării Scopul lucrării îl constituie cunoaşterea sistemului tehnologic utilizat pentru prelucrarea prin deformare plastică la rece, alcătuit din utilajul de presare şi dispozitivul de presare, precum şi a modului de adaptare a acestuia la prelucrarea unui anumit produs. Se urmăreşte cunoaşterea criteriilor pentru alegerea presei, a sistemelor de fixare a dispozitivelor de presare pe presă şi a modalităţilor de reglare a preselor de diferite tipuri. 1.6 Modul de lucru Lucrarea se va desfăşura în următoarea succesiune: 1. se vor identifica elementele constructive şi modul de funcţionare a preselor mecanice cu excentric şi a celor cu acţionare hidraulică; 2. se va monta cîte un dispozitiv de presare la rece pe fiecare din cele două tipuri de prese;

16

Tehnologia presării la rece

3. se va realiza practic reglarea preselor parcurgînd cele două etape, respectiv reglarea cursei culisorului şi a înălţimii utile a presei; 4. se vor demonta dispozitivele de pe prese şi vor fi depozitate în rafturile special amenajate. Bibliografie 1. Iliescu, C. Cold-Pressing Technology. Elsevier,1990 2. Iliescu, C., Neagoe, I.ş.a. Tehnologia presării la rece. Îndrumar pentru lucrări practice, Universitatea “ Transilvania”din Braşov, 1994 3. Martinescu, I., Ştanţarea şi matriţarea la rece a componentelor aeronautice. Îndrumar de lucrări practice. Universitatea “ Transilvania”din Braşov, 1994 4. Neagoe, I., Proiectarea tehnologiilor şi a dispozitivelor de presare la rece. Editura Lux Libris, Braşov, 2005 5. Tabără, V., Tureac, I., Maşini pentru prelucrări prin deformare. Editura didactică şi pedagogică, Bucureşti,1984.

17

Lucrarea 2

Lucrarea 2 ANALIZA CONSTRUCTIVĂ ŞI FUNCŢIONALĂ A DISPOZITIVELOR DE PRESARE LA RECE 2.1 Clasificarea dispozitivelor de presare la rece Dispozitivele de presare la rece sunt cunoscute sub denumirea de ştanţe sau matriţe. Ştanţele sunt utilizate pentru realizarea operaţiilor de tăiere după un contur deschis (retezare şi crestare) sau după un contur închis (decupare şi perforare ). Matriţele sunt folosite la operaţiile de matriţare prin care se realizează numai deformarea semifabricatului, fără divizarea acestuia (îndoire, ambutisare, răsfrângerea marginilor etc.). În cazul operaţiilor combinate de ştanţare şi matriţare folosirea denumirii de ştanţă sau matriţă nu este conformă cu conţinutul acestora. De aceea, se recomandă utilizarea denumirii generale de dispozitiv combinat de ştanţare şi matriţare, care se particularizează în funcţie de operaţiile pe care le execută ( de exemplu, dispozitiv combinat de decupare şi ambutisare). Dispozitivele de presare la rece se prezintă într-o mare diversitate din punct de vedere constructiv şi funcţional. Clasificarea acestora se poate face în funcţie de mai multe criterii. După modul de funcţionare, dispozitivele de presare la rece se clasifică astfel: - simple; - combinate. Dispozitivele simple au un singur post de lucru şi realizează prelucrarea pieselor printr-o operaţie simplă de presare, care se execută la o cursă dublă a culisorului presei. Cu ajutorul dispozitivelor combinate se execută piese complexe, prin asocierea mai multor operaţii simple – faze – la o singură cursă de lucru a culisorului. Asocierea acestor operaţii se poate realiza în trei moduri: simultan, succesiv sau simultan-succesiv. Dispozitivele combinate cu acţiune simultană sunt prevăzute cu un singur post de lucru, iar piesele se obţin la o cursă a culisorului de lucru. Fazele de prelucrare se pot realiza toate în acelaşi timp sau una după cealaltă. Dispozitivele combinate cu acţiune succesivă sunt prevăzute cu mai multe posturi de lucru, semifabricatul se deplasează succesiv de la un post de lucru la altul, iar piesa se obţine după două sau mai mute curse ale culisorului presei. La fiecare post de lucru se execută numai o fază de prelucrare, adică o operaţie simplă de presare la rece. Dispozitivele combinate cu acţiune simultan-succesivă sunt dispozitive cu acţiune succesivă, dar la cel puţin un post de lucru, se execută o operaţie simultană. După modul de ghidare a sculelor, dispozitivele de presare pot fi: - fără ghidare; - cu placă de ghidare; - cu coloane de ghidare; - cu ghidare combinată. După modul de limitare a avansului benzii, dispozitivele de presare la rece se clasifică astfel: - cu opritor fix; - cu opritor mobil; - cu opritor lateral;

18

Tehnologia presării la rece

- cu cuţit de pas. După direcţia de deplasare a sculei mobile, dispozitivele de presare la rece sunt de două tipuri: - cu sculă mobilă deplasabilă în aceeaşi direcţie cu cea a culisorului presei; - cu sculă mobilă deplasabilă în direcţie diferită de cea a culisorului, de obicei la 90°. 2.2 Funcţiile dispozitivelor de presare la rece Dispozitivele de presare la rece trebuie să îndeplinească următoarele funcţii: 1. ghidarea şi limitarea avansului semifabricatelor sub formă de bandă sau poziţionarea semifabricatelor individuale în raport cu elementele active ale dispozitivului; 2. realizarea operaţiilor de presare la rece şi obţinerea pieselor la forma şi dimensiunile prescrise; 3. eliminarea piesei şi a deşeurilor din dispozitiv. 2.3. Structura dispozitivelor de presare la rece Structura unui dispozitiv de presare la rece este prezentată în figura 2.1 [4]. Acesta este alcătuit dintr-un subansamblu inferior fix SF, care se asamblează pe masa presei cu bride sau şuruburi şi un subansamblu superior mobil SM, care se fixează în culisorul presei prin intermediul cepului CF. Poziţia corectă a celor două subansambluri în timpul funcţionării dispozitivului se asigură prin intermediul unui sistem de ghidare SG. În practică, cel mai utilizat sistem este cel format din coloane şi bucşe de ghidare.

Fig.2.1 Schema structurală a unui dispozitiv de presare la rece

Pentru fiecare operaţie simplă de presare la rece (decupare, ambutisare, perforare, etc.) dispozitivul este prevăzut cu câte un set de elemente active - poanson şi placa activă, dintre care unul este fix (EAF ), iar celălalt este mobil (EAM). Elementele active se fixează pe placa de bază ( PB) şi pe cea superioară ( PS) direct cu şuruburi şi se centrează cu ştifturi (v. fixarea EAF pe placa de bază PB) sau prin intermediul unor plăci de fixare PF (v. fixarea EAM pe placa superioară PS). Subansamblul inferior are în componenţa lui şi sistemele pentru ghidarea benzii şi limitarea avansului acesteia sau pentru poziţionarea semifabricatelor individuale (SGP). La cursa de coborâre a culisorului presei, elementele active mobile vin în contact cu semifabricatul şi, împreună cu elementele active fixe, realizează deformarea acestuia,

Lucrarea 2

19

obţinându-se piesa şi, în unele cazuri, deşeuri. După prelucrare, atât piesa cât şi deşeurile, ca urmare a deformaţilor elastice ale materialului, rămân blocate pe elementele active ale dispozitivului, fiind necesară eliminarea acestora. La cursa de ridicare a culisorului presei, în prima fază, sistemele SEi realizează eliminarea piesei şi a deşeurilor (când este cazul ) din subansamblul inferior, iar spre sfârşitul acesteia, sistemele SEs elimină piesa din subansamblul superior. După eliminare, piesa şi deşeurile sunt îndepărtate din zona de lucru a dispozitivului de către operator sau prin cădere liberă. 2.4 Scopul lucrării Lucrarea are ca scop cunoaşterea, din punct de vedere constructiv şi funcţional, a dispozitivelor de presare la rece, familiarizarea studenţilor cu denumirile elementelor componente ale ştanţelor şi matriţelor şi formarea abilităţilor privind montarea şi demontarea acestora. 2.5 Ştanţă combinată de decupare-perforare cu acţiune simultană În figura 2.2 se prezintă secţiunea axială în plan vertical a unei ştanţe combinate de decupare perforare cu acţiune simultană. Dispozitivul se compune din cele două subansambluri, unul inferior A, fix, care se montează pe masa presei cu bride şi şuruburi şi unul superior B, mobil, care se fixează în culisorul presei prin intermediul cepului 17. Poziţia relativă corectă a celor două subansambluri se asigură prin sistemul de ghidare alcătuit din coloanele de ghidare 19 şi 20, asamblate presat în placa de bază 1, şi bucşele de ghidare 22 şi 23, asamblate presat în placa superioară 15. Bucşele de ghidare formează un ajustaj alunecător cu coloanele de ghidare. Coloanele de ghidare sunt asigurate, în timpul funcţionării dispozitivului, prin intermediul inelelor de siguranţă 30 şi 31. Una dintre coloanele de ghidare are diametrul diferit faţă de cealaltă (de obicei cu 1 sau 2 mm ) pentru a preveni montarea subansamblului mobil rotit cu 180 0 faţă de poziţia corectă. Pastilele de pâslă 18 au rolul de a înmagazina lubrifiantul necesar ungerii sistemului de ghidare. Acesta se scurge treptat printr-un orificiu care străpunge diametral coloanele de ghidare şi ajunge în zona de contact cu bucşele de ghidare. Canalele circulare executate la partea superioară a coloanelor de ghidare au rolul de a reţine lubrifiantul, împiedicând scurgerea rapidă a acestuia din zona de ghidare. Totodată, aici se depozitează şi impurităţile care pătrund în zona de ghidare, prevenindu-se astfel uzura rapidă a elementelor de ghidare. Prin canalul C, practicat în placa superioară se completează, din când în când, cu ajutorul unei pompe de mână, rezerva de lubrifiant din pastilele de pâslă. De asemenea, prin canalul C este eliminat aerul din alezajul bucşelor de ghidare, pentru a preveni formarea unei “perne de aer” în timpul funcţionării presei. Bucşele (24, 25) şi ( 26, 27) asamblate pe coloanele de ghidare au un dublu rol: - reglarea poziţiei culisorului la punctul mort inferior. Poziţia corectă a culisorului se obţine atunci când între aceste bucşe şi bucşele de ghidare 22 şi 23 există o distanţă, a = 2...4 mm; - suspendarea subansamblului mobil în timpul transportului şi depozitării dispozitivului în magazie. În acest scop bucşele superioare 24 şi 25 se vor roti cu 1800 faţă de cele inferioare 26 şi 27 şi astfel subansamblul mobil va fi suspendat la o anumită înălţime, încât între acesta şi subansamblul inferior să rămână o distanţă de minim 2...3 mm.

20

Tehnologia presării la rece

Semifabricatul S, sub formă de bandă, se introduce în dispozitiv peste placa 6, fiind ghidat prin intermediul a două cepuri de ghidare 8. Limitarea avansului benzii se realizează prin intermediul opritorului mobil 7, acţionat de către arcul elicoidal 5. La coborârea culisorului presei se realizează simultan cele două faze ale operaţiei combinate: decuparea semifabricatului din bandă, între placa activă 11 şi scula combinată 3, care, în acest caz, are rol de poanson de decupare şi perforarea unei găuri în zona centrală a piesei, între poansonul 9 şi scula combinată 3, care are rol de placă activă.

Fig. 2.2. Ştanţă combinată de decupare şi perforare simultană După prelucrare, atât piesa cât şi deşeurile rămân blocate pe sculele ştanţei, din cauza deformaţiilor elastice ale materialului. Eliminarea acestora se realizează la cursa de retragere a culisorului presei. Piesa, blocată între poansonul 9 şi placa activă 11, este eliminată de către eliminatorul 10, acţionat prin intermediul tijelor 12, plăcuţei 14 şi tijei centrale 16, de la traversa mobilă din culisorul presei. Deşeul din bandă, rezultat în urma operaţiei de decupare, este eliminat de către placa 6, acţionată, prin intermediul tijelor 29, de perna pneumatică a presei sau de un sistem elastic cu arcuri. Arcurile 28 au rolul de a menţine placa 6, împreună cu tijele 29, în poziţia lor superioară,

Lucrarea 2

21

după ce ştanţa este demontată de pe presă, pentru a preveni deteriorarea tijelor în timpul transportului şi depozitării. Deşeul obţinut la operaţia de perforare se elimină prin cădere liberă, prin alezajele sculei combinate 3 şi al plăcii de bază 1, şi ajunge pe placa 2. De aici, din când în când, operatorul împinge aceste deşeuri, cu ajutorul unei tije, prin canalul D, în partea din spate a presei. Placa de sprijin 21 are rolul de a preveni imprimarea poansonului în materialul plăcii superioare 15, care este confecţionată dintr-un material cu rezistenţă scăzută ( fontă, oţel laminat sau oţel turnat). 2.6 Dispozitiv combinat de decupare şi ambutisare simultană Dispozitivul combinat de decupare şi ambutisare prezentat în figura 2.3 este alcătuit, ca şi în cazul precedent, din cele două subansambluri, unul inferior, fix şi unul superior, mobil, a căror poziţie relativă corectă în timpul lucrului se asigură prin sistemul de ghidare format din coloanele de ghidare 19 şi 20 şi bucşele de ghidare 23 şi 24. Semifabricatul S, sub formă de bandă, se introduce în dispozitiv peste placa activă de decupare 7, fiind ghidat prin intermediul plăcii 9, prevăzută în acest scop cu un canal G. Degajarea D, executată în placa 9, are rolul de a ghida banda pentru a fi introdusă cu uşurinţă în canalul G. Limitare avansului benzii se realizează prin intermediul opritorului fix 8, asamblat presat în placa activă de decupare. La coborârea culisorului presei se realizează, în prima fază, decuparea semifabricatului din bandă, între placa activă 7 şi scula combinată 11, care, în acest caz, are rol de poanson de decupare. În continuarea cursei active a culisorului se realizează ambutisarea piesei între scula combinată 11, care are rol de placă activă, şi poansonul 3. Inelul de reţinere 6, acţionat prin intermediul tijelor 4 de la perna pneumatică a presei sau de la un sistem elastic cu arcuri, presează semifabricatul pe suprafaţa frontală a plăcii active de ambutisare 11 pentru a împiedica ondularea acestuia în procesul de deformare. La cursa de retragere a culisorului presei, inelul de reţinere elimină piesa de pe poansonul de ambutisare. Totodată, banda din care a fost decupat semifabricatul este eliminată de pe scula combinată 11, fiind reţinută de către placa 9. Către sfârşitul cursei culisorului, piesa este eliminată din alezajul sculei combinate prin intermediul eliminatorului 10, acţionat prin tija centrală 17 de la traversa mobilă a piesei (nefigurată). După eliminare, piesa cade în locaşul din bandă de unde a fost decupat semifabricatul. Operatorul trage de bandă spre înapoi, antrenează piesa şi o deplasează prin canalul E al plăcii 9, până când aceasta cade pe un jgheab colector, care le conduce în lada pentru piese. Scula combinată 11 este asamblată pe placa superioară 15 prin intermediul plăcii portsculă 13, care se fixează prin şuruburile 12 şi se centrează cu ştifturile 22. Placa de sprijin 14 are rolul de a preveni imprimarea sculei combinate în materialul plăcii superioare. 2.7 Modul de lucru Se vor identifica elementele componente şi funcţionarea dispozitivelor de presare la rece pe baza schemelor prezentate în figurile 2.2 şi 2.3. În acest scop, se vor demonta dispozitivele respective, identificându-se elementele componente şi rolul funcţional al acestora, după care se va realiza asamblarea acestora.

22

Tehnologia presării la rece

Fig. 2.3. Dispozitiv combinat de decupare şi ambutisare

Bibliografie 1. Ciocârdia, C., Tehnologia presării la rece. Editura didactică şi pedagogică, Bucureşti, 1991 2. Iliescu, C. Cold-Pressing Technology. Elsevier, 1990 3. Iliescu, C., Neagoe, I.ş.a. Tehnologia presării la rece. Îndrumar pentru lucrări practice, Universitatea “ Transilvania”din Braşov, 1994 4. Neagoe, I., Proiectarea tehnologiilor şi a dispozitivelor de presare la rece. Editura Lux Libris, Braşov, 2005

23

Lucrarea 3

Lucrarea 3 STUDIUL PRECIZIEI ŞI CALITĂŢII PIESELOR DEBITATE PRIN FORFECARE DE PRECIZIE LA RECE

3.1 Noţiuni teoretice Debitarea prin forfecare de precizie la rece este un procedeu prin care se obţin piese cu precizie geometrică şi dimensională ridicată şi calitate superioară a suprafeţei forfecate. Procedeul este utilizat, cu avantaje tehnico–economice deosebite, pentru obţinerea semifabricatelor necesare prelucrării pieselor prin aşchiere sau deformare plastică la rece, în cazul producţiei în serie mare şi masă. Procedeul are la bază teoria lui Karman, conform căreia un corp metalic supus unei presiuni spaţiale se deformează plastic mai uşor decât atunci când este solicitat unidirecţional ( se îmbunătăţeşte plasticitatea materialului). Pentru a se realiza debitarea prin forfecare de precizie la rece trebuie îndeplinite două condiţii şi anume: - realizarea unei stări de tensiune de compresiune spaţială a materialului în zona de tăiere cu o presiune p   c ; - absenţa jocului dintre cuţite, teoretic j=0. În aceste condiţii, procesul de tăiere se realizează prin forfecare pură, eliminându-se astfel fenomenul de rupere a materialului piesei în timpul debitării. Procesul de tăiere se realizează în două faze:



- faza de comprimare spaţială până la limita de curgere c ; - faza de forfecare prin curgere plană a materialului. În această fază, cuţitele ştanţei pătrund în semifabricat pe o anumită adâncime hf, specifică durităţii materialului (fig. 3. 1), având valorile: - pentru metale dure şi semidure (fig. 3.1,a),

h f  0,05...0,1g sau h f  0,05...0,1d ; - pentru metale moi, Al şi Cu (fig. 3.1,b), h f  g sau h f  d ,

în care g şi d reprezintă grosimea, respectiv, diametrul semifabricatului. Zona de lăţime hf are un aspect lucios, unde se pot observa urmele lăsate de cuţitele ştanţei. În cazul metalelor moi (fig. 3.1,b), această zonă se extinde pe grosimea g, respectiv, diametrul d al semifabricatului, adică separarea piesei se produce numai la ieşirea cuţitului mobil din semifabricat. Structura materialului în zona de forfecare nu suferă modificări importante,

(3.1) (3.2)

a b Fig.3.1. Aspectul suprafeţei pieselor obţinute prin forfecare de precizie la rece

24

Tehnologia presării la rece

iar acestea se produc numai în zona de pătrundere a cuţitelor în material, pe adâncimea hf, doar pentru metalele dure şi semidure (fig. 3.1,a). În această zonă materialul se ecruisează pe adâncimea (3.3) g  0,1...0,2mm , unde duritatea creşte cu aproximativ 20...25% faţă de duritatea iniţială. Suprafaţa obţinută prin forfecare de precizie la rece are un aspect lucios, fără zona rugoasă, specifică ruperii materialului. Rugozitatea acesteia este comparabilă cu cea obţinută prin rectificarea de finisare, adică Ra  0,8...1,6m . Parametrii geometrici şi dimensionali principali, pe baza cărora se poate aprecia precizia pieselor debitate, sunt următorii (fig. 3.2): ΔP – abaterea de la planeitate a suprafeţei obţinute prin forfecare; α – unghiul de înclinare a suprafeţei forfecate faţă de planul perpendicular pe axa geometrică a piesei; Δl – abaterea de la lungimea piesei. Fig. 3.2. Parametrii Cercetările experimentale în domeniu au arătat că în cazul geometrici şi dimensionali metalelor moi, suprafaţa forfecată rezultă netedă, fără abateri de la planeitate, iar unghiul α are valori mici, suprafaţa obţinută fiind cvasi-perpendiculară pe axa geometrică a piesei. Parametrii geometrici şi dimensionali ai pieselor obţinute prin debitare de precizie din bare confecţionate din metale dure şi semidure nu depăşesc valorile: - abaterea la lungime: l  0,1...0,2mm ; - abaterea de la planeitate:

P  0,1...0,2mm ;

- unghiul de înclinare:

  3 .

3.2 Metode de debitare prin forfecare de precizie la rece În prezent sunt cunoscute şi folosite în practică mai multe metode de debitare prin forfecare de precizie la rece, care diferă între ele prin modul în care se obţine starea de tensiune de compresiune spaţială a materialului din zona de forfecare. Dintre acestea, cele mai cunoscute sunt debitarea cu comprimarea axială a semifabricatului şi debitarea cu comprimarea radială a semifabricatului. Debitarea cu comprimarea axială a semifabricatului aparţine fraţilor Veres şi Gergely Veres de la GTI Budapesta. Schema de principiu a unei maşini de debitare care funcţionează pe acest principiu este prezentată în figura 3.3. Semifabricatul S se avansează prin dispozitiv până la opritorul 5 şi se fixează, în această poziţie, cu ajutorul bucşei elastice 2. Apoi se comprimă axial bara cu forţa Q2, prin intermediul opritorului 5. Sub acţiunea forţei Q2, semifabricatul se deformează elastic şi presează în alezajele celor două cuţite închise (tubulare) 3 şi 4, realizându-se astfel comprimarea spaţială a materialului în zona de forfecare. La coborârea culisorului maşinii se realizează debitarea piesei P între cuţitul mobil 4 şi cuţitul fix 3. Această metodă se aplică cu rezultate foarte bune numai pentru debitarea pieselor din bare şi profile laminate calibrate, cu precizie dimensională ridicată, care realizează un ajustaj alunecător cu alezajele celor două cuţite. De asemenea, folosirea acestei metode se limitează numai la debitarea pieselor din metale moi, Al şi Cu, având diametrul maxim, dmax=35...36 mm şi lungimea maximă,

25

Lucrarea 3

Fig. 3.3. Maşină de debitare de precizie cu comprimarea axială a semifabricatului lmax=30...40 mm. Lungimea relativă minimă a pieselor debitate este lmin=0,2d, unde d este diametrul barei. Debitarea cu comprimarea radială a semifabricatului a fost brevetată şi experimentată de profesorul C. Iliescu la Universitatea Transilvania din Braşov. Schema de principiu a acestei metode de debitare este prezentată în figura 3.4. În acest caz, starea de tensiune de compresiune spaţială a materialului, în zona de tăiere, se realizează prin strângerea radială a semifabricatului S, între cuţitul fix 1 şi placa profilată 2, acţionată cu forţa Q1, şi a piesei de debitat P, între cuţitul mobil 3 şi placa profilată 4, acţionată cu forţa Q2. Tensiunea de compresiune axială, necesară obţinerii stări spaţiale de compresiune, este generată de forţele de frecare dintre semifabricat şi sculele dispozitivului. Debitarea piesei se produce la coborârea subansamblului mobil al dispozitivului, alcătuit din cuţitul mobil 3 şi placa profilată 4.

Fig. 3.4. Dispozitiv de debitare de precizie cu comprimarea radială a semifabricatului Deoarece cuţitele dispozitivului sunt deschise, iar între acestea şi plăcile profilate de strângere radială există un joc j1=1...2 mm, această metodă pot fi folosită atât pentru debitarea unor profiluri laminate calibrate, cât şi a celor necalibrate, care au abateri dimensionale mai mari. Prin această metodă s-au debitat piese din bare cu diametrul d≤45 mm din diferite metale feroase şi neferoase ca: OLC45, OLC 60, oţeluri aliate, alamă de diferite durităţi, cupru şi aluminiu. Lungimea maximă a pieselor debitate nu este, practic, restricţionată, însă lungimea relativă minimă are valori mai mari decât la debitarea cu comprimarea axială, lmin≥ 0,5d.

26

Tehnologia presării la rece

3.3 Scopul lucrării Lucrarea are ca scop însuşirea de către studenţi a principiului debitării pieselor din bare prin forfecare de precizie la rece şi de a studia valorile parametrilor geometrici şi dimensionali ai unor piese obţinute prin debitare cu un dispozitiv construit pe principiul comprimării radiale a semifabricatului. 3.4 Modul de lucru Debitarea pieselor pentru studiu se va realiza cu un dispozitiv de tip IKG 16 (Iliescu, Kis, Gaspar) adaptabil pe o presă mecanică cu simplă acţiune având forţa nominală de 160 kN. La începutul lucrării studenţii vor studia construcţia şi funcţionarea dispozitivului de debitare prin forfecare de precizie la rece cu comprimarea radială a semifabricatului. Vor fi identificate elementele active ale dispozitivului şi mecanismele utilizate pentru strângerea semifabricatului şi a piesei cu forţele Q1 şi Q2 . În continuare se vor debita câte 2...3 piese de diferite lungimi, din bare confecţionate din diferite metale feroase şi neferoase, având diametrul d=12 mm. Piesele debitate vor fi supuse măsurărilor, în scopul determinării parametrilor ce caracterizează precizia geometrică şi dimensională şi calitatea suprafeţei acestora. În prima etapă se va analiza aspectul suprafeţei forfecate a pieselor, identificându-se zona de pătrundere a cuţitelor în material, după care, cu ajutorul unui şubler, se va măsura lăţimea hf a acesteia. Rugozitatea Ra a suprafeţei forfecate se va măsura cu ajutorul unui aparat de măsurat rugozitatea de tip Surtronic. Pentru determinarea unghiului α şi a abaterii de la planeitate P se va utiliza un aparat special a cărui schemă este prezentată în figura 3.5 [2]. În acest scop, piesa P se aşează pe reazemul 5 şi se fixează în aparat cu ajutorul unui mecanism alcătuit din prisma fixă 6 şi prisma mobilă 4, acţionată cu ajutorul unui şurub (nefigurat). Cele două prisme sunt asamblate pe placa 3, articulată pe sania 2, care se poate deplasa pe nişte ghidaje prevăzute în placa de bază 1. Placa 3 se poate roti în jurul articulaţiei sale cu un anumit unghi α, prin intermediul şurubului micrometric 8. Valoarea unghiului α se determină cu ajutorul relaţiei, x tg  , (3.4) l0

Fig. 3.5. Aparat pentru determinarea parametrilor geometrici ai pieselor obţinute prin debitare de precizie

Lucrarea 3

27

în care x este distanţa dintre sania 2 şi reazemul 9, măsurată cu ajutorul şurubului micrometric; l0 - parametru constructiv al aparatului având valoarea, l0=85 mm. Pentru determinarea unghiului α, placa 3 se aduce în poziţie orizontală, adică reazemul 9 este în contact cu sania 2. Tija comparatorului 7 este adusă pe marginea din stânga a piesei şi se reglează comparatorul la zero. Apoi se deplasează sania 2, cu ajutorul unui şurub (nefigurat), pe o distanţă egală cu diametrul d al piesei şi se citeşte, pe cadranul comparatorului, valoarea segmentului AB. Piesa se va aşeza în dispozitiv astfel încât măsurarea segmentului AB să se realizeze pe direcţia de debitare, unde unghiul α are valoarea maximă. Valoarea acestuia se va determina cu relaţia, AB . (3.5)   arctg d Abaterea de la planeitate ΔP se va măsura tot cu ajutorul aparatului prezentat în figura 3.5. În acest scop, după măsurarea segmentului AB şi determinarea unghiului α, suprafaţa frontală a piesei se aduce în plan orizontal, prin rotirea plăcii 3, cu ajutorul şurubul micrometric care se deplasează pe distanţa x, a cărei valoare rezultă din relaţia (3.4), adică AB . (3.6) x  l 0 tg  l 0 d Când suprafaţa frontală a piesei se află în poziţie orizontală, indicaţia comparatorului, în două puncte diametral opuse, va fi aceeaşi. Pentru măsurarea abaterii de la planeitate se aduce tija comparatorului la una din marginile piesei şi se reglează aparatul la zero. Apoi se deplasează sania 2, până la marginea diametral opusă a piesei. Abaterea de la planeitate a suprafeţei analizate se determină ca fiind valoarea citită între poziţiile extreme ale acului indicator al comparatorului. Rezultatele măsurărilor efectuate se vor înscrie în tabelul 3.1 şi se vor compara valorile parametrilor geometrici, dimensionali şi calitativi ai diferitelor piese analizate. Tabelul 3.1  Nr. Materialul piesei d l hf Ra AB P (mm) crt (mm) (mm) (mm) (μm) (mm) (˚) 1 2 3 4 5 Bibliografie 1. Iliescu, C. Cold-Pressing Technology. Elsevier,1990 2. Iliescu, C., Neagoe, I., ş.a. Tehnologia presării la rece. Îndrumar pentru lucrări practice, Universitatea “ Transilvania”din Braşov, 1994 3. Iliescu, C., ş.a. Tehnologia debitării, decupării şi perforării de precizie. Editura tehnică, Bucureşti, 1980 4. Iliescu, C., Neagoe, I. Precision cold shearing of copper bars. Wireworld International 27 (1985)10, P.197...199 5. Iliescu, C., Neagoe, I. Precision cold shearing of flat steel workpieces”. Strips sheets tubes 4 (1987) 1, P. 16...19

28

Tehnologia presării la rece

Lucrarea 4 DETERMINAREA EXPERIMENTALĂ A CÂMPULUI JOCURILOR NORMALE LA DECUPARE 4.1 Noţiuni teoretice Decupare este operaţia de tăiere a pieselor din tablă după un contur închis. Procesul de tăiere a materialului se desfăşoară în trei faze, şi anume (fig. 4.1): - faza elastică (fig. 4.1,a) în care poansonul 2 presează semifabricatul S pe care îl deformează elastic, cu o uşoară încovoiere, în limita jocului j dintre cele două scule. În această fază, tensiunile din semifabricat cresc până la limita de curgere a materialului; - faza plastică (fig. 4.1,b) în care tensiunile din semifabricat depăşesc limita la curgere ζc, iar poansonul pătrunde în material pe o anumită adâncime hf, a cărei valoare relativă depinde de proprietăţile mecanice ale materialului şi de viteza de tăiere, (4.1) h f  0,2...0,5g , în care g este grosimea semifabricatului. Valorile relative mici ale lui hf corespund decupării pieselor din metale dure, iar valorile relative mari corespund unor metale cu plasticitate ridicată. Pentru acelaşi material, adâncimea hf are valori cu atât mai mari, cu cît viteza de tăiere este mai mică; - faza de rupere (fig. 4.1,c) în care se produc microfisuri, pornind de la muchiile tăietoare ale celor două scule ale ştanţei. Acestea se formează mai întâi la muchia tăietoare a plăcii active 1, apoi la muchia tăietoare a poansonului 2 şi se propagă rapid în material, devin macrofisuri, producând separarea piesei din semifabricat (fig. 4.1,d). Fisurile de forfecare se propagă în material semifabricatului pe direcţia planurilor de alunecare ce formează, cu direcţia de deplasare a poansonului, un unghi α=4...6°. De aceea, între sculele ştanţei trebuie prevăzut un anumit joc j, a cărui valoare se adoptă astfel încât să se asigure coincidenţa fisurilor care se propagă de la muchiile celor două scule.

Fig. 4.1. Fazele procesului de tăiere la operaţia de decupare Valoarea jocului dintre sculele ştanţelor de decupare-perforare depinde de următorii factori (fig. 4.2):

29

Lucrarea 4

1. grosimea semifabricatului – cu cât grosimea semifabricatului este mai mare, cu atât jocul are valori mai mari; 2. proprietăţile mecanice ale materialului – jocul are valori mai mici la ştanţarea pieselor din metale moi şi valori mai mari în cazul metalelor dure; 3. viteza de tăiere –valoarea jocului creşte cu viteza de tăiere a semifabricatului. Trebuie remarcat faptul că valoarea jocului dintre sculele ştanţelor de decupare-perforare nu depinde de dimensiunile pieselor care se prelucrează. În timpul funcţionării ştanţei sculele se uzează, iar jocul dintre acestea se măreşte. De aceea, la proiectare se prevede o valoare minimă a jocului, jmin, valoare care trebuie realizată la execuţia ştanţei. Valoarea acestui joc se determină cu relaţia,

j  k1 g 2  k2 g ,

(4.2)

în care k1 şi k2 sunt coeficienţi care depind de duritatea materialului şi au valorile conform tabelului 4.1. Tabelul 4.1 Starea materialului semifabricatului Nr. Coeficientul crt moale semidur dur călit 1 k1 0,008 0,009 0,010 0,030 2 k2 0,040 0,060 0,080 0,200 Ştanţele de decupare-perforare funcţionează în condiţii normale până când, datorită uzurii, jocul dintre scule ajunge la o valoare maximă, jmax. Câmpul jocurilor normale Δj se defineşte ca fiind diferenţa dintre valoarea maximă şi cea minimă a jocului,

j  jmax  jmin .

(4.3)

Câmpul jocurilor normale Δj reprezintă, în esenţă, suma uzurilor admisibile ale poansonului şi plăcii tăietoare. Cu cât câmpul jocurilor normale are o valoare mai mare, cu atât durabilitatea ştanţei este mai mare. Valoarea jocului dintre scule influenţează calitatea şi precizia pieselor ştanţate (fig. 4. 3). Când jocul dintre scule are valori normale, j  j n , piesele obţinute prin decupare sunt de calitate bună (fig. 4.3,a). Suprafaţa laterală a pieselor prezintă două zone distincte: o zonă a, cu aspect lucios, corespunzătoare fazei plastice, perpendiculară pe planul piesei având o lăţime mai mică, hf şi o zonă b, cu lăţime mai mare, având aspect rugos, corespunzătoare fazei de rupere, care rezultă înclinată faţă de direcţia de deplasare a poansonului cu unghiul α. Atunci când jocul dintre scule are valori mai mici Fig.4. 2. Variaţia jocului j în decât cele normale, j  j n , nu se mai asigură coincidenţa funcţie de grosimea g şi fisurilor de forfecare, ce se propagă pe direcţii paralele, duritatea materialului iar piesa rezultă cu o ruptură pe suprafaţa laterală (fig. 4.3,b). În acest caz, piesele prezintă două zone cu aspect lucios, cea de-a doua obţinându-se prin tăierea surplusului de material, la trecerea piesei prin alezajul plăcii active.

30

Tehnologia presării la rece

Fig. 4.3. Influenţa jocului asupra calităţii şi preciziei pieselor obţinute prin decupare La ştanţarea cu valori ale jocului mai mari decât cele normale, j  jn , se produce încovoierea semifabricatului peste muchia plăcii active, iar piesele obţinute rezultă cu bavuri şi margini neuniforme şi cu abateri de la planeitate (fig. 4.3,c). Valoarea bavurii Δg este cu atât mai mare cu cât jocul dintre scule are valori mai mari. Calitatea pieselor ştanţate este influenţată, în mare măsură, şi de uzura muchiilor active ale sculelor, chiar dacă jocul dintre acestea are valori normale. Atunci când se lucrează cu scule uzate, care au muchile tăietoare rotunjite, piesele rezultă cu bavuri mari. De aceea, cercetările experimentale privind influenţa jocului asupra calităţii pieselor trebuie să se realizeze cu ştanţe având scule noi sau reascuţite. 4.2 Scopul lucrării Lucrarea are ca scop cercetarea experimentală a influenţei jocului dintre scule ştanţei asupra calităţii şi preciziei pieselor obţinute prin decupare şi determinarea valorii câmpului jocurilor normale la decuparea pieselor din tablă. 4.3 Modul de lucru Cercetările experimentale se vor realiza cu o ştanţă simplă de decupare cu placă de ghidare (fig. 4.4). Aceasta are posibilitatea realizării unui câmp larg de valori ale jocului j, fiind prevăzută cu un set de poansoane 6, având valori diferite ale diametrului Dp al părţii active. Împreună cu placa activă 2, asamblată pe placa de bază 1, poansoanele, prin schimbare succesivă, oferă posibilitatea decupării pieselor din tablă, la diferite valori ale jocului j. Poansoanele sunt fixate în culisorul presei prin intermediul cepului special 7, fiind asigurate cu ajutorul şurubului 8. Prin această construcţie se oferă posibilitatea schimbării rapide a poansoanelor în timpul experienţelor. Ghidarea poansoanelor 6 în raport cu placa activă 2 este asigurată de placa de ghidare 4. Semifabricatul, sub formă de bandă, se sprijină pe placa 5, după care se introduce în ştanţă, fiind ghidat prin intermediul celor două rigle de ghidare 3. Pentru a asigură o ghidare cât mai precisă a benzii, împingătorul lateral 15, acţionat de arcul lamă 16, presează uşor banda pe rigla de ghidare posterioară. Pentru decuparea primei piese din bandă, limitarea avansului se realizează prin intermediul opritorului lateral 14, acţionat de operator. După decuparea primei piese, opritorul lateral se retrage, sub acţiunea arcului elicoidal 13, şi intră în funcţiune opritorul mobil 9, amplasat la distanţă de un pas faţă de poanson. Operatorul împinge banda, care trece pe sub opritorul 9, acţionat de arcul elicoidal 10, iar acesta pătrunde în locaşul decupat anterior. Apoi banda este trasă spre înapoi, până când puntiţa dintre piese ajunge în contact cu opritorul 9, realizându-se astfel poziţionarea benzii pentru decuparea următoarei piese.

31

Lucrarea 4

Pentru determinarea câmpului jocurilor normale se vor decupa din bandă câte 2...3 piese, utilizând succesiv cele cinci poansoane din set. Piesele obţinute se vor analiza din punct de vedere al aspectului şi apoi se va măsura înălţimea bavurii Δg cu ajutorul unui micrometru. Deoarece bavura este neuniformă pe contur, se va măsura înălţimea acesteia în patru puncte diametral opuse şi se va calcula media aritmetică pentru fiecare piesă. Apoi se va calcula valoarea medie a bavurii Δg med pentru piesele decupate cu acelaşi set de scule. Valorile obţinute vor fi centralizate în tabelul 4.3. Valoarea jocului minim se determină cu relaţia (4.1). Pentru determinarea jocului maxim se va trasa grafic legea de variaţie a bavurii Δg med, în funcţie de valoarea jocului j dintre scule (fig. 4.5). Valoarea maximă a jocului, jmax, se determină din grafic impunându-se o valoare admisibilă Δgadm pentru bavură (v. tabelul 4.2). În final se va calcula valoarea câmpului jocurilor normale Δj utilizând relaţia 4.2.

Fig. 4.4. Ştanţă de decupare cu placă de ghidare

Fig.4.5. Graficul Δgmed=f(j)

32

Tehnologia presării la rece

Grosimea semifabricatului, g, în mm

0,5 -1 1-2 2-3 3-4 4-5

Nr. crt 1

2

3

4

5

Tabelul 4.2 Valorile admisibile ale bavurii pieselor obţinute prin decupare Clasa de precizie a pieselor decupate Precizie scăzută Precizie medie Precizie ridicată Rezistenţa limită la rupere a materialului, în N/mm2 250400250400250400