5.6. Procedee speciale de ambutisare In afara celor prezentate anterior, în practica industrială se folosesc şi alte procedee de ambutisare având particularităţi şi utilizări specifice, mai convenabile sub aspect tehnic sau/şi economic, pentru diverse situaţii şi condiţii de lucru concrete. Dintre acestea, vom prezenta, foarte succint, câteva procedee şi anume: Ê 1 - ambutisarea cu încalzirea flanşei; Ê 2 - ambutisarea cu răcirea locală a piesei; Ê 3 - ambutisarea cu ajutorul cauciucului; Ê 4 - ambutisarea hidraulică; Ê 5 - ambutisarea prin explozie; Ê 6 - ambutisarea rotativă; Ê 7 - tragerea pe calapod.
5.6.1. Ambutisarea cu încalzirea flanşei răcire poanson
1
2 3
Din analiza procesului de ambutisare a rezultat că solicitarea cea mai importantă a materialului se produce în zona flanşei. Ca urmare, pentru a putea obţine grade de deformare mai mari este util a asigura materialului din această zonă condiţii de deformare mai bune, respectiv o plasticitate mai ridicată, lucru care se realizează prin încalzirea zonei respective la o temperatură suficient de ridicată.
4 5
6 7 8 1 – poanson; 2 – canal evacuare aer din piesă; 3, 8 – izolator; 4 – placă de reţinere; 5 – element de încălzire; 6 – placă de ambutisare; 7 – lichid răcire zonă ambutisată
1 – placa de ambutisare; 2 – placa de retinere; 3 – poanson; 4 – element de incalzire; 5 – sistem de racire
1
Se obţine astfel o micşorare a coeficientului de ambutisare odată cu creşterea temperaturii. Pentru a se putea realiza încalzirea numai în zona flanşei, în timpul ambutisării are loc răcirea porţiunii centrale a semifabricatului (zona deja ambutisată) prin răcirea poansonului până la temperatura ambiantă. Procedeul se aplică în special pentru ambutisarea aliajelor de magneziu, titan şi aluminiu. In funcţie de materialul prelucrat, temperaturile de încălzire au valori de ordinul: - pentru aliaje de magneziu: (300…350)0C; - pentru aliaje de titan: (300…400)0C sau chiar mai mult; - pentru aliaje de aluminiu: (325…375)0C; - pentru oţel cu procent redus de carbon: (560…580)0C; - pentru alamă: (480…500)0C.
Pentru materiale cu comportare relativ buna la ambutisare se pot obtine coeficienti de ambutisare mult sub limita celor de la ambutisarea obisnuita (vezi tabelul)
Grosimea g Materialul
g < 1,5
g > 1,5
oţel cu procent redus de carbon
0,40
0,35
alamă
0,40
0,34
aluminiu
0,44
0,39
5.6.2. Ambutisarea cu răcirea locală a piesei
circuit răcire
In cazul acestui procedeu, prin răcirea puternică a zonei piesei deja ambutisată se obţine o creştere semnificativă a rezistenţei mecanice a peretelui piesei, care va putea suporta astfel o forţă de deformare, aplicată de poanson, mult mai mare, cu consecinţe favorabile în privinţa creşterii gradului de deformare aplicat la o singură ambutisare. Pentru aceasta, poansonul de ambutisare este prevăzut cu un circuit de răcire prin care circulă un fluid cu temperatură foarte scăzută (de obicei azot lichid la –(160…170)0C sau aer lichid).
La aceste temperaturi, caracteristicile de rezistenţă mecanică ale oţelurilor cu conţinut redus de carbon (0,1…0,2 %C) cresc de 1,9…2,1 ori, iar la oţelurile crom-nichel de 2,3 ori. Se pot obţine astfel coeficienţi de ambutisare de până la m = 0,39, concomitent cu o reducere semnificativă a subţierii peretelui piesei ambutisate.
2
5.6.3. Ambutisarea cu ajutorul cauciucului Procedeul se aplică în producţia de serie mică (dar uneori şi pentru serii mari) la obţinerea pieselor cave din table subţiri. Procedeul este avantajos pentru că realizează, prin intermediul cauciucului, presiuni hidrostatice mari care se aplică relativ uniform asupra semifabricatului, conducand la reducerea subţierilor locale datorate unor suprasolicitări ale materialului şi la o stare de tensiuni mai favorabilă deformării. Construcţia matriţei de ambutisare este simplă şi relativ ieftină şi poate fi de două tipuri, în functie de elementul activ pe care îl substituie cauciucul: semifabricat
Ì cu placă activă din cauciuc; Ê cu poanson din cauciuc.
Matriţă de ambutisare cu placă activă din cauciuc
placă de reţinere
Matriţe de ambutisare cu placa activă (total sau parţial) din cauciuc Procedeul se pretează foarte bine pentru cazul obţinerii pieselor cave cu configuraţii mai complexe, cand nu mai este necesară realizare celor două elemente active (rigide), cu forme conjugate, ci numai unul singur (de regulă poansonul, tehnologic mai simplu de prelucrat).
3
Forţa necesară pentru ambutisare în matriţe cu element activ din cauciuc se calculează cu o relaţie de forma: F = p.S, în care: S este suprafaţa (secţiunea) elementului activ din cauciuc, iar p – presiunea necesară în cauciuc pentru a se realiza deformarea, şi a cărei valoare depinde de natura materialului şi grosimea semifabricatului de ambutisat.
Matriţă pentru ambutisare cu poanson din cauciuc
5.6.4. Ambutisarea hidraulică La acest procedeu, ambutisarea materialului se produce ca urmare a acţiunii asupra semifabricatului plan a presiunii hidrostatice a unui lichid care substituie unul dintre elementele active rigide ce concură, de regulă, la realizarea ambutisării. Avantajele procedeului constau în principal în următoarele: J - presiunea hidrostatică a lichidului actionează uniform asupra semifabricatului, dispărând eventualele suprasolicitări locale datorate formei şi modului de acţionare ale elementlor active rigide, care conduc la variaţii importante de grosime la piesa ambutisată; J - se obţin mai uşor şi în condiţii mai bune (mai puţine operaţii) piese de formă conică, sferică sau parabolică, mai dificil de obţinut prin ambutisare obişnuită; J - se obţin mai uşor şi în condiţii mai bune piese ambutisate cu configuraţii complexe; J - în unele situaţii procedeul nu reclamă folosirea unui utilaj de presare (presă), fiind suficientă o simplă sursă de fluid sub presiune; J - construcţia matriţei de ambutisare este mai simplă (mai ales în cazul pieselor cu configuraţie complexă), nefiin necesară decât execuţia unui singur element activ rigid (nu şi a formei conjugate); J - datorita modului de acţiune a fluidului sub presiune asupra semifabricatului de deformat, ambutisarea se face cu o rază ce scade treptat (cazul poansonului rigid), fapt ce crează condiţii mai favorabile deformării. Mai mult, este posibilă o deformare suplimentară în sens opus ambutisării, ce are ca efect diminuarea revenirii elastice la piesa ambutisată.
4
J - posibilitatea unei mai bune lubrifieri a contactului dintre semifabricat şi placa de ambutisare datorită formării unei pelicule de fluid sub presiune mare; J - posibilitatea utilizării presiunii fluidului de lucru pentru a crea o stare de tensiuni în zona flanşei mai favorabilă deformării, prin crearea unei forţe de compresiune radială în planul semifabricatului. L Ca dezavantaj al procedeului ar putea fi amintită o productivitate relativ redusă în majoritatea situaţiilor de utilizare, datorată în special particularităţilor de lucru ale sistemelor hidraulice în general. Sub aspectul construcţiei echipamentului tehnologic folosit, se disting mai multe posibilităţi: † în funcţie de elementul activ pe care îl substituie lichidul sub presiune: Ê ambutisare cu placă de ambutisare rigidă; Ê ambutisare cu poanson rigid; † în funcţie de modul de realizare a contactului între semifabricatul de ambutisat şi lichidul sub presiune care îl deformează: Ê cu contact direct (nemijlocit); Ê fără contact direct.
2 1 2 1
3
4
1 – sistem de etanşare; 2 – orificiu pentru evacuarea aerului din placa de ambutisare rigidă
1
1 – corp superior cu etanşare; 2 – semifabricat; 3 – placă de ambutisare rigidă; 4 – corp inferior; 5 – lichid de lucru
Matriţe de ambutisare hidraulică, cu placă de ambutisare rigidă şi contact direct cu fluidul de lucru
5
a c
1
d
2
3
b
1 – pernă elastică cu lichid; 2 – semifabricat; 3 – placă de reţinere
Matriţe pentru ambutisare hidraulică cu placă de ambutisare rigidă şi fără contact direct cu lichidul de lucru 1 – alimentare semifabricat; 2 – închidere matriţă; 3 – începere deformare; 4 – finalizare ambutisare; 5 – deschidere; 6 – evacuare piesă ( a, d – membrane elastice; b – matriţă rigidă; c – semifabricat)
1
7
2 3
6 4 5
1 – element de actionare; 2 – perna elastica; 3 – membrana elastica de contact; 4 – placa de ambutisare rigida; 5 – placa de retinere; 6 – lichid de lucru; 7 - piston
Matriţe pentru ambutisare hidraulică cu placă de ambutisare rigidă şi fără contact direct cu lichidul de lucru
6
element de etanşare
Modul de deformare a semifabricatului la ambutisarea hidraulică în matriţă cu poanson rigid
A doua ambutisare realizată prin ambutisare hidraulică în matriţă cu poanson rigid
Succesiunea fazelor la ambutisarea hidraulică în matriţă cu poanson rigid
Matriţă pentru ambutisarea hidraulică a unei piese asimetrice, folosind o nervură de reţinere realizată tot hidraulic
Schema de lucru pentru o matriţă de ambutisare hidraulică cu dublă deformare (succesiunea fazelor de lucru)
Matriţă pentru ambutisare hidraulică inversă, cu poanson rigid
7
2
1
3
4
Matriţă pentru ambutisare hidraulică, cu poanson rigid şi fără contact direct al semifabricatului cu lichidul de lucru
Procedeul de ambutisare hidraulică “aquadraw”
(1 – placă de reţinere; 2 – membrană elastică; 3 – lichid de lucru; 4 poanson rigid)
Principiul metodei de ambutisare hidraulică cu presare în planul semifabricatului (conduce la condiţii mai bune de deformare datorită împingerii radiale exercitată de fluidul sub presiune şi a unei lubrifieri foarte bune)
8
5.6.5. Ambutisarea prin explozie
Ambutisare prin explozie în aer
Ambutisare prin explozie în mediu solid pulverulent (nisip)
2 3 4
1
5 1 6 7 1 – detonator; 2 – traversă; 3 – panou perforat; 4 – circuit electric; 5 – explozibil; 6 – semifabricat; 7 – piesa ambutisata finală
2 1
3
1 – incinta cu apa; 2 detonator; 3 – explozibil solid
Ambutisarea prin explozie în mediu lichid (apă)
9
Ambutisarea prin explozie în mediu lichid (apă)
contrapoanson
1 2
Ambutisarea prin explozie în incintă închisă (1 – explozibil; 2 – detonator)
Ambutisarea prin explozie folosind descărcarea electrică în mediu lichid
10
5.6.6. Ambutisarea rotativă Procedeul este folosit pentru obţinerea pieselor de revoluţie cu diverse configuraţii, în volume de fabricaţie relativ mici, şi cu costuri mult reduse în comparaţie cu ambutisarea în matriţă. Pentru aceasta, semifabricatul sub forma unui disc este fixat axial pe partea frontală a unui calapod (ce joacă rolul poansonului de la ambutisarea obişnuită) şi este antrenat în mişcare de rotaţie, fiind deformat treptat cu ajutorul unei scule cu forma activă adecvată sau al unor role, până când ia forma calapodului. Prelucrarea se realizează pe o maşina de tipul unui strung foarte simplu, caz în care scula de deformare este controlată şi condusă manual, sau pe maşini speciale cu comandâă numerică. In timpul prelucrării, datorită trecerilor succesive prin care se realizează deformarea, se produce o ecruisare mai puternică a materialului decât la ambutisarea în matriţă, ca şi subţieri uneori importante şi neintenţionate (mai ales la prelucrarea manuală) Calapodul pe care se face deformarea poate fi realizat din materiale metalice sau nemetalice (lemn, material plastic) în funcţie de materialul semifabricatului de prelucrat.
Ambutisarea rotativă
Ambutisarea rotativă
11
Ambutisare rotativă piesă cilindrică din oţel Amb 13 Amb 13.wmv
Realizarea unei piese de formă complexă din cupru, prin ambutisare rotativă Amb 14 Amb 14.wmv
12
Maşină pentru ambutisare rotativă, cu comandă numerică Amb 15 Amb 15.wmv
Utilizarea ambutisării rotative în producţia bunurilor de larg consum Amb 16 Amb 16.mpg
13
Ambutisarea rotativă între artizanat şi industrie Amb 17 Amb 17.wmv
Maşină ambutisare rotativă pentru piese mari
14
Piesă din tablă groasă finisată prin ambutisare rotativă Amb 18 Amb 18.wmv
5.6.7. Tragerea pe calapod Tragerea pe calapod se utilizează pentru fabricarea pieselor mari, de formă complexă (în special din industria aviatică). Piesele realizate pot fi cu simplă sau cu dublă curbură. Se utilizează două procedee tehnologice, în funcţie de forma şi complexitatea piesei: É tragerea simplă – la care semifabricatul, fixat pe contur într-un dispozitiv de prindere, este deformat de către poansonul (calapodul) care se deplasează; É tragerea cu întindere – la care peste deformarea semifabricatului produsă prin deplasarea calapodului se suprapune şi o întindere realizată prin deplasarea elementelor de prindere. Deformarea suplimentară prin întindere va conduce la o diminuare a revenirii elastice (în special la piesele cu o curbură mică) şi obţinerea unor dimensiuni mai precise. Prin acest procedeu se prelucrează aliaje de aluminiu şi magneziu (cu grosimea până la 5 mm), oţel inoxidabil (grosimea până la 1,5 mm) şi aliaje de titan.
15
Forme de piese din industria aeronautică, realizate prin tragere pe calapod
2
1
3
4
Fazele tragerii pe calapod cu întinderea suplimentară a semifabricatului
16
Maşina pentru tragere pe calapod cu întindere
Calapodul (elementul activ) pentru tragere
17
Element activ (calapod) “programabil”
Element activ (calapod) “programabil”
18
Tragerea pe calapod cu element activ “programabil” (Northrop Grumman)
19
20
21
22
23
24
Ambutisare incrementală Amb 19 Amb 19.wmv
25
