Prelucrarea prin deformare plastica

PRELUCRAREA PRIN DEFORMARE PLASTICA

Deformarea plastica este metoda de prelucrare fara aschire prin care, in scopul obtinerii unor semifabricate sau prduse finite, se realizeaza deformarea permanenta a materialelor fara fisurare prin aplicarea fortelor exterioare.

1. Bazele teoretice ale prelucrarii prin deformare plastica

1.1. Deformari elastice si deformari plastice

Deformarile sunt posibile datorita schimbarii echilibrului dintre fortele interne ale materialului sub actiunea fortelor exterioare materialului.

Deformarile sunt conditionate de repartizarea fortelor, din directia in care se manifesta acestea, felul solicitarii si de viteza cu care se exercita fortele exterioare.

Deformatiile se pot clasifica in: elastice si permanente, cele permanente la randul lor pot fi plastice, adica fara fisuri sau ruperi de metale (stare plastica) si cu fisuri, cu ruperi de metal (stare casanta).

Deformarea elastica are loc prin deplasarea atomilor din pozitia lor de echilibru, marimea deplasarii nedepasind ordinul de marimi al distantei dintre atomi. Deformarea nu produce modificari in structura interna a metalului. Se monteaza unele proprietati fizice si chimice, cum ar fi conductivitatea electrica, culoare, etc.

Deformarea plastica se realizeaza prin deplasarea relativa a atomilor in pozitii noi de echilibru la distante mult mai mari decat distantele dintre atomi, in reteaua cristalina. Metalul sufera modificari importante in structura sa, deformarea produsa nu mai respecta legea lui Hooke.

In timpul prelucrarii materialelor metalice prin deformare plastica este necesar ca fortele ce actioneaza sa aiba efortul unitar de prelucrare (), mai mare decat limita de curgere (_c) si mai mica decat rezistenta la ru­pe­re­ ­(_r).

De aceea pentru o deformare plastica este necesar de a aduce _c la o valoare cat mai mica, prin diferite metode (temperatura, etc.), iar valoarea lui _r sa fie cat mai mare.

1.2. Deformarea plastica la rece

Se considera ca avem deformare plastica la rece, atunci cand aceasta are loc la o temperatura:

(1)

in care: T_t este temperatura de topire a amestecului.

Deformarea plastica se poate produce prin alunecare, prin maclare si prin alunecare si maclare.

Deformarea plastica prin alunecare a policristalelor Materialele metali­ce tehnice sunt corpuri policristaline, a caror deformare plastica se compune din deformarea intracristalina (a cristalelor) si deformarea intercristalina (a substantei intercristaline).

Deformarea intracristalina este cu atat mai dificila cu cat grauntii care compn cristalele sunt mai mici.

La inceput se deformeaza plastica numai cristalele cu orientare favorabila a planelor de alunecare iar ceilalti graunti sufera o deformare elastica.

Deformarea intercristalina se produce datorita faptului ca in timpul deformarii plastice a policristalului tot mai multi graunti se rotesc. Deformarea plastica a policristalului nu se produce uniform in toti grauntii. Unii graunti, cu orientare favorabila (fig. 1) actiunii efortului se deformeaza puternic, in timp ce ceilalti graunti nu s-au deformat deloc sau foarte putin.

Deformarea plastica prin maclare Acest fenomen are loc atunci cand o parte a retelei cristaline se roteste in jurul nodurilor sale cand cele doua parti ajung intr-o pozitie simetrica una fata de cealalta (fig. 2). Prin maclare o parte din cristal se reorienteaza in raport cu restul de-a lungul unui anumit plan, numit plan de maclare. Partea rotita deformata a cristalului se numeste macla.

Fig. 1. Fig. 2

Influenta deformarii plastice la rece asupra proprietatii metalelor. Prelucrarea prin deformare plastica la rece provoaca ecruisarea (intarirea) metalului, aceasta reprezinta ansamblul fenomenelor legate de modificarea proprietatilor mecanice, fizice si chimice in procesul de deformare plastica la rece (fig. 3).

Fig. 3.

1.3. Deformarea plastica la cald

Deformarea plastica la cald se realizeaza prin alunecare sau prin maclare. Prin incalzire, datorita cresterii mobilitatii atomilor in retea, dispar tensiunile interne.

Revenirea este procesul de marire a plasticitatii materialului care se realizeaza la temperaturi cuprinse intre o,2d T_t si 0,4 T_t (din temperatura de topire), inlaturandu-se astfel deformatia retelei. La aceste temperaturi nu se produce nici o modificare a microstructuii.

Recristalizarea este fenomenul care incepe la temperaturi superioare temperaturii de revenire. Atomii ajungand la o mobilitate suficienta, se mareste procesul de difuzie si incepe procesul de refacere a structurii prin aparitia unor noi centri de cristalizare iar in final dispar complet tensiunile interne.

Recristalizarea influenteaza nu numai asupra retelei cirstaline, dar si asupra formei si dimensiunile grauntilor.

1.4. Formele deformarilor plastice

Cunoscand fenomenele. se poate face o impartire a procedeelor de prelucrare plastica dupa domeniul de temperatura in:

- deformarea plastica la rece, cand se lucreaza sub temperatura de restaurare, obtinandu-se o structura ecruisata T_d < 0,25 T_t.

- deformarea plastica incompleta la rece, cand se lucreaza in domeniul temperaturii de regenerare se obtine o structura cu tensiuni interne reduse in urma regenerarii grauntilor cristalini. Acestia isi pastreaza insa forma texturata alungita, proprietatile fiind putin ameliorate fata de structura ecruisata.

T_d = (0,25 - 0,35) T_t

- deformarea plastica incompleta la cald, cand se lucreaza la temperatura de recristalizare, fara a depasi aceasta.

Structura se compune in parte din graunti recristalizati si in parte din graunti regenerati, aceasta structura fiind neomogena inrautateste proprietatile obtinute, deci nu se prea recomanda.

- deformarea plastica la cald, cand se lucreaza deasupra teperaturii de recristalizare, omogena cu capacitate de deformatie constanta, permaneta; deci este deformarea cea mai indicata pentru deformari cu un grad de deformare ridicat. Se mentioneaza insa ca temperatura de recristalizare este si ea influentata de gradul de deformare, iar structura obtinuta in urma recristalizarii depinde si de temperatura de recristalizare si de viteza de deformare.

Cu cat temperatura de recristalizare este mai ridicata cu atat se vor obtine graunti mai mari.

2. Incalzirea la prelucrarea prin deforamrea plastica

2.1. Aspecte generale

Reusita unei bune prelucrari prin deformare plastica la cald depinde in mare masura de incalzirea corecta a materialului supus deformarii, de temperatura de inceput si de sfarsit de prelucrare.

Procesul de incalzire-racire este prezentat in figura 4.

Incalzirea pana in momentul deformarii (t₁) se face in doua etape si anume o etapa pana la atingerea temperaturii de inceput de deformare si o a doua etapa de mentinere la aceasta temperatura.

Durata de incalzire se poate calcula cu ajutorul formulei empirice

(2)

in care: d este diametrul semifabricatului sau grosimea lui; K₁ - coeficient cuprins intre 10 si 20 in functie de calitatea otelului (aliat sau nealiat) si marimea piesei; K₂ - coeficent cuprin intre 1 si 4 in functie de asezarea semifabricatelor in cuptor. In literatura de specialitate se gasesc tabele pentru valorile K₁ si K₂.

In timpul deformarii propriu-zise (t₂) temperatura scade de la valoarea T_id la T_sd.

Temperaturile de inceput si de sfarsit de deformare se aleg in functie de procentul de carbon. Aceasta se face in jurul punctelor critice A₃ + (3050⁰) si A₄ + (150200⁰). Stadiul de racire constituie racirea materialului de la temperatura de deformare pana la temperatura ambianta si depinde de mediul de racire ales. De fapt timpul de racire al piesei se compune din timpul de racire in cursul deformarii t₂ si din timpul de racire de dupa deformare t₃.

Dincele expuse rezulta ca plasitcitatea metalelor depinde de temperatura si ca in general ea creste cu cresterea temperaturii.

2.2. Instalatii de incalzire

Instalatiile folosite pentru incalzirea semifabricatelor in vederea deformarii plastice trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii: sa asigure o incalzire uniforma si patrunsa, sa permita reglarea pentru un anumit regim de incalzire, sa permita controlul procesului de incalzire, sa aiba un randament ridicat.

Randamentul unei instalatii de incalzire se exprima prin relatia:

in care: Q_p este caldura acumulata de piesa si Q_a - caldura realizata prin arderea combustibilului.

Cuptoarele de incalzire se clasifica (fig. 5.) dupa cum urmeaza:

In figura 6 este prezentat cuptorul cu vatra rotativa tip carusel. Aceste cuptoare sunt folosite pentru incalzirea semifabricatelor de forma variata: tevi, roti, bandaje, etc. Productivitatea acestor cuptoare variaza intre 20 si 100 t/h.

3. Legile deformarii plastice

In urma studiilor teoretice si a datelor experimentale s-a ajuns sa se precizeze anumite legi cu privire la comportarea metalelor si aliajelor in timpul deformarii plastice. La baza deformarii plastice a unui metal stau urmatoarele legi:

1 - legea volumului constant;

2 - legea prezentei deformarilor elastice in timpul deformarii plastice;

3 - legea rezistentei minime;

4 - legea aparitiei si echilibrului eforturilor interioare suplimentare;

5 - legea similitudinii.

Legea volumului constant Facand abstractie de micile variatii de volum prin  indesare sau pierderi in oxizi se poate considera ca deformarea are loc la volum constant. Daca l₀, b₀, h₀ sunt dimensiunile unui corp inainte de deformare si l₁, b₁, h₁ dupa deformare (fig. 8) se poate scrie ca:

Eseu: CAIET DE SARCINI pentru executia infrastructurii din beton armat Referat: Manual de reabilitare termica a cladirilor prin imbunatatirea protectiei termice a peretilor exteriori

V = l₀, b₀, h₀ = l₁, b₁, h₁ = constant (3)

sau:

Prin logaritmare rezulta:

                             (4)

si daca notam:

se obtine:

   (5)

adica suma gradelor de deformare logaritmice dupa cele trei directii este nula. Una din gradele de deformare care are semn diferit de celelalte doua va avea marimea absoluta egala cu a celorlalte doua.

Gradele de deformare se mai pot exprima si sub forma:

(6)

in care: - sunt gradele de deformare de ordinul intai;

- gradele de deformare de ordinul al doilea.

Cum gradul de deformare logaritmic deformarii elementare relative la un moment dat se poate scrie ca:

(7)

rezulta ca:

(8)

Interpretand tehnologic aceasta lege se poate spune ca daca: deformarea se produce dupa toate trei directiile. Daca: deformarea se produce numai dupa doua directii.

Daca prima ecuatie a sistemului (8) se inmulteste cu V, rezulta:

(9)

Cum produsul dintre volum si gradul de deformare reprezinta volumul deplasat in directia corespunzatoare axelor x, y, z se poate afirma ca si suma volumelor deplasate in trei directii perpendiculare intre ele este egala cu zero.

Legea prezentei deformarilor elastice in timpul defromarii plastice Esenta legii consta in faptul ca deformarea plastica este intotdeauna insoti­ta de o deformare elastica, legea se poate exprima sub forma:

(10)

in care: e este deformarea totala suferita de corp; e_e - marimea deformarii elastice; e_p - marimea deformarii plastice. De aceasta lege se tine cont mai ales la prelucrarea la rece cand ponderea deformarii elastice este destul de mare si materialul are tendinta de marire a volumului dupa deformare.

Legea rezistentei minime Aceasta lege are mai multe formulari:

- orice forma a sectiunii transversale a unui corp supus deformarii plastice prin refulare in prezenta frecarii pe suprafata de contact tinde sa ia forma care are perimetrul minim la suprafata data; la limita se tindecatre un cerc;

- deplasarea punctelor corpului pe suprafata perpendiculara pe directia fortelor exterioare are loc dupa normala cea mai scurta dusa la perimetrul sectiunii, ceea de inseamna ca in cazul posibilitatii deplasarii punctului corpului deformat in diferite directii fiecare punct se va deplasa in directia rezistentei minime.

Deformarea maxima se va produce in acea directie in care se va deplasa cea mai mare cantitate de material.

Daca se considera pentru deformarea unui semifabricat de forma paralelipipedica, conform principiului deplasarii punctulelor dupa normala cea mai scurta la perimetru, dreptunghiul se poate impartii in doua trapeze si doua triunghuiri (fig. 9). Se observa tendinta transformarii formei dreptunghiulare a sectiunii initiale in elipsa, respectiv cerc. Materialul deplasandu-se mai ales dupa directia y. Legea rezistentei minime trebuie luata in considerare in cazul matritarii cu bavura. Pentru a asigura umplerea com­pleta a cavitatii formei tre­buie ca in acea directie sa se opuna curgerii materia­lului o rezistenta minima.

Pentru a asigura aceste conditii se prevede in jurul cavitatii un canal de bavura. Prin formarea bavurii se creaza in mod artificial o rezistenta sporita la curgerea materialului afara din cavitate si astfel se asigura umplerea cavitatii matritei.

Legea aparitiei si echilibrului eforturilor interioare suplimentare

La orice schimbare a formei unui corp policristalin aflat in stare plastica apar in interiorul materialul eforturi suplimentare ce se opun deformarii relative si care tind sa se echilibreze reciproc. Eforturile suplimentare apar datorita frecarii de contact dintre scula si semifabricat repartitiei uniforme a temperaturii in semifabricat, neomogenitatii compozitiei chimice si a proprietatilor mecanice ale materialului, tendintei de franare a dislocatiilor in timpul deformarii plastice etc.

Eforturile interioare produse si ramase in piesa prelucrata se pot adauga eforturile interioare ce apar in timpul functionarii ceea ce poate duce la aparitia de fisuri, chiar la eforturi mici. Pe de alta parte ele micsoreaza plasticitatea si elasticitatea chimica a materialului. Spre exemplu in cazul tragerii sarmelor, apar eforturi suplimentare intre straturile de material centrale cu tendinta de lungire mare si straturile superficiale impiedicate in tendinta lor de deformare prin intindere de catre fortele de frecare in contact cu filiera.

In consecinta in straturile superficiale apar eforturi suplimentare de intindere iar in cele interioare eforturi suplimentare de compresiune.

Pentru evitarea aparitiei eforturilor suplimentare se vor reduce pe cat posibil frecarile intre suprafata materialului ce se deformeaza si suprafata sculei de lucru, iar forma semifabricatului se va alege cat mai apropiata de cea a piesei finite.

Legea similitudinilor Pentru aceleasi conditii de deformare a doua corpuri geometrice asemenea care au marimi diferite presiunile specifice de deformare sunt egale intre ele, raportul fortelor de deformare este egal cu patratul raportului marimilor liniare, iar raportul marimilor ale corpului deformat:

(11)

Legea este valabila in conditiile cand ambele corpuri au aceleasi faze structurale aceeasi stare chimica si aceleasi caracteristici mecanice, iar temperatura corpului la inceputul si in timpul deformarii este aceeasi. Rezultatele obtinute pe model nu mai corespund decat cu corectii la piesele mari intrucat conditiile impuse sunt greu de respectat iar in timpul prelucrarii intervin o serie de factori care influenteaza rezultatele.

4. Procedee de deformare plastica

4.1. Clasificarea procedeelor de deformare plastica

Procedeele de deformare plastica a materialelor metalice se pot clasifica dupa urmatoarele criterii:

- dupa temperatura la care are loc deformaera (la rece, incomplet la rece, semicald si cald);

- dupa viteza de deplasare a sculei (cu viteze mici de deformare v < 10 m/s; cu viteza mari de deformare v > 10 m/s);

- dupa calitatea suprafetei realizate: (ebosarea);

- dupa natura operatiilor aplicate la deforarea plastica (degrosare, finisare);

- dupa complexitatea procedeelor intrebuintate (procedee intrinseci, procedee complexe).

Procesele de deformare plastica mai pot fi clasificate si pe baza tipului de forte care se aplica piesei atunci cand este prelucrata prin deformare.

Astfel avem:

- procese bazate pe compreaiune directa;

- procese bazate pe compresiune indirecta;

- procese bazate pe tractiune;

- procese bazate pe incovoiere;

- procese bazate pe forfecare.

In cazul proceselor bazate pe compresiune directa, forta se aplica pe suprafata piesei de prelucrat si metalul curge pe directii ce formeaza unghiuri drepte cu directia pe care aplica forta de compresiune. Principalele exemple de astfel de proces de acest tip sunt forjarea si laminarea (fig. 11. a,b ).

Procesele bazate pe compresiune indirecta cuprind tragerea sarmelor si tevilor, extruziunea si ambutisarea adanca a unui pahar. Fortele primare aplicate asupra peisei sunt adeseori forte de tractiune, dar fortele indirecte   cel putina una dintre directiile principale (fig. 11. c,d,e).

Cel mai bun exemplu de proces de prelucrare prin deformare bazat pe tractiune il constituie intinderea prin forjare, in care metalul este silit sa se deformeze dupa conturul unei matrite, prin aplicarea unei forte de intinde­re (fig. 11. f).

Procesele bazate pe incovoiere sunt legate de aplicarea unui moment incovoietor (fig. 11. g) in timp ce cele bazate pe forfecare reprezinta cazuri de aplicare a unor forte de forfecare de marime suficienta pentru a produce ruperea metalului in planul de forfecare. In figura 11 se ilustreaza acest proces in mod cu totul simplificat.

Fig. 11

4.2. Laminarea metalelor si aliajelor

4.2.1. Produse obtinute prin laminare

Procesul de deformare plastica a unui metal, realizat prin trecerea acetuia intre doi cilindri, se numeste laminare. El reprezinta cel mai larg si raspandit proces de prelucrare a metalelor prin deformare, deoarece se preteaza la o productie de masa si la un control final riguros al produsului. Prin deformarea metalului intre cilindrii laminorului piesa este supusa la o tensiune tangentiala superficiala, ca urmare a frecarii dintre cilindri si metal. Fortele de frecare sunt, de asemenea, cauza reducerii metalului care se produce intre cilindri.

Laminarea lingoului in blumuri, brame, tagle si alte produse semifabricate se realizeaza, in general la cald. Aceasta prima faza este urmata de o a doua laminare la cald pentru a obtine table groase, table subtiri, bare, tevi sine si alte produse finite. In prezent, laminarea la rece a metalelor a capatat in industrie un loc de importanta majora. Prin laminarea la rece se produc table groase, benzi si table subtiri, avand o buna finisare a suprafetei si o rezistenta mecanica sporita, putandu-se mentine in timpul procesului de prelucrare un control riguros al dimensiunilor produsului.

Terminologia utilizata pentru a defini produsele laminate este destul de larga si nu se pot face delimitari stricte in ce priveste denumirile diferitelor produse in functie de dimensiunile lor. Blumul este produsul obtinut din prima laminare a lingoului. O noua reducere a dimensiunilor transversale prin laminare la cald conduce la obtinerea unei tagle.

O brama reprezinta un produs laminat dintr-un lingou avand aria sectiunii transversale mai mare decat 100 cm² si cu o latime care sa fie cel putin de doua ori mai mare decat grosimea. Blumurile, taglele si bramele  sunt cunoscute sub denumirea de produse semifabricate deoarece ele urmeaza a fi apoi transformate in alte produse prin laminare sau forjare.

Benzile laminate se impart functie de latime, in trei grupe: benzi inguste avand latimea mai mica de 100 mm, mijlocii avand latimea de  100600 mm si late avand latimea mai mare de 600 mm. Benzile se infasoara in colaci sau se livreaza in forma de fasii.

Profilele laminate sunt multiple dupa forma si marime. Profilele conventionale in forma de I, U, T, cornier etc. sunt grele, cand au dimensiunile maxime peste 80 mm si usoare sub aceasta valoare.

Sarma se numeste acel produs laminat, care se infasoara in colaci, avand sectiuni de forme diferite. Dimensiunea minima ce se poate obtine prin laminare este de 5 mm.

Tevile laminate sunt produse care se obtin prin procedee speciale, cu diametre si grosimi diferite de pereti.

4.2.2. Utilajul de laminare

Un laminor consta in esenta din cilindrii de laminare, lagare, o caja in care se monteaza aceste elemente si un grup de antrenare pentru aplicarea puterii necesare laminarii si pentru a controla viteza de laminare. Fortele ce iau nastere in timpul laminarii pot sa atinga cu usurinta zeci de milioane de newtoni. Sunt prin urmare, necesare constructii foarte rigide si motoare puternice pentru a furniza puterea necesara.

Laminoarele pot fi clasificate in functie de numarul de cilindrii de laminare si de aranjarea acestora (fig. 12).

Pentru a realiza un produs sunt necesare de obicei mai multe treceri.

Fig. 12

4.2.3. Bazele teoretice ale laminarii

Prin procesul de laminare, adica trecerea fortata a semifabricatului printre cilindrii de laminare, se obtine un produs cu o sectiune mult micsorata fata de aceea a semifabricatului si cu o lungime mult mai mare decat aceea a semifabricatului initial.

Aceasta reducere a sectiunii si alungire pronuntata se obtine in urma   actiunii unor forte de compresiune directe, exercitate de cilindrii laminorului asupra materialului de prelucrat. Pentru a putea studia teoretic procesul de laminare simplu, se fac cateva ipoteze si anume: materialul este omogen; in timpul laminarii se produce o latire uniforma a sectiunii laminate; cilindrii nu aluneca pe suprafata materialului si viteza de trecere printre cilindrii de laminare intr-o anumita sectiune data este constanta.

In punctul A din figura 13 asupra metalului actioneaza doua forte: forta radiala F_r si forta tangentiala de frecare F. Componenta verticala a fortei F_r, se numeste forta de laminare P. Forta de laminare este aceea forta cu care cilindrii preseaza metalul. Presiunea de laminare p este egala cu raportul dintre forta de laminare si suprafata de contact. Suprafata de contact dintre metal si cilindrii este egala cu produsul dintre latimea tablei b si lungimea proiectata L_p a arcului de contac.

In cazul limita forta normala pe un element de suprafata are valoarea:

                             (12)

unde: K_dm este rezistenta medie opusa la deformare a metalului; b - latimea semifabricatului in locul considerat; R - raza cilindrului.

Integrand in limitele unghiului corespunzator arcului de contact se obtine:

(13)

Daca se considera ca latimea medie in zona de deformare este constanta si se noteaza lungimea arcului de contact cu L_ac rezulta:

(14)

Lungimea proiectata L_p a arcului de contact se poate calcula cu relatia:

(15)

Prin urmare, presiunea de laminare este data de relatia:

(16)

O urmare fireasca a existentei diferentelor de viteza intre metal si suprafata cilinrilor este faptul ca ia nastere o forta de frecare F. Admitand ca frecarea intre cilindru si metal este caracterizata prin coeficentul de frecare m, forta de frecare pe un element de suprafata se poate exprima cu relatia:

(17)

sau dupa integrare:

(18)

Unghiul a dintre planul de intrare si linia ce trece prin centrul cilindrilor se numste unghi de contact sau unghi de prindere. Metalul nu pate fi prins intre cilindrii daca tga  depaseste coeficientul de frecare dintre cilindrii si metalul prelucrat.

Pentru ca semifabricatul sa fie antrenat intre cilindrii trebuie indeplinita conditia:

H = 2 (H₁ - H₂) > 0 (19)

adica sa existe o forta orizontala indirectia de laminare. Cele doua componente orizontale care iau nastere pot fi usor deduse, (fig. 14).

Pentru ca H > 0 trebuie ca H₁ > H₂ adica:

P_rcos > P_rsin (20)

se poate deduce ca:

(21)

Unghiul de contact determina raportul dintre diametrul cilindrului si reducerea realizata la o trecere. Din figura 14 se observa ca:

sau

h₀ - h₁ = 2R(1 - cos)

Diferenta h₀ - h₁ = Dh reprezinta reducerea pe inaltime iar 2R = D diametrul cilindrului. Se obtine in final relatia:

(22)

Fig. 13

In practica valoarea unghiului de prindere se alege la cilindrul vitezei  = 2224⁰ si la cilindrii striati  = 3032⁰.

Din relatia 22 se poate trage concluzia: nu este posibil sa se realizeze la o singura trecere o reducere nelimitat de mare. S-a vazut insa, ca produsele laminate finite au sectiunea mult mai mica decat semifabricatul. Acest lucru se poate realiza numai, trecand semifabricatul respectiv de mai multe ori printre cilindri, laminand deci in mai multe treceri.

Pentru a obtine prin urmare dintr-un semifabricat cu o sectiune initiala S₀ o sectiune finala S a produsului finit este necesar sa se calculeze numarul necesar sa se calculeze numarul necesar de treceri printre cilindri de laminor.

Deformarea la laminare se exprima prin urmatoarele caracteristici:

gradul de laminare (23)

si coeficient de reducere (24)

Intre gradul de laminare si coeficientul de reducere exista urmatoarea relatie:

H = (1 - a 100 [%] (25)

Pentru a deforma omogen semifabricatul se cauta, ca la fiecare trecere coeficientul de reducere sa fie acelasi. La prima trecere se va obtine deci: S₁ = a×S₀, la a doua S₂ = a×S₁ = a²×S₀, la a treia S₃ = a×S₂ = a³×S₀, s.a.m.d. pana la ultima trecere S = a×S_{n -1} = aⁿ×S₀. Daca se logaritmeaza ultima expresie se obtine:

log S =n×log a + log S₀

de unde:

(26)

gasind astfel numarul necesar de treceri al semifabricatului intre cilindrii de laminare, pentru a reduce actiunea S₀ la sectiunea S.

4.2.4. Laminarea la cald a semifabricatelor intermediare

Laminara blumurilor si bramelor este foarte importanta, deoarece toata productia de otel care dupa elaborare nu este prelucrata prin turnare directa in piese sau prin alte procedee, este transformata la inceput, din lingouri, in blumuri sau brame (cca. 90 % din productia de otel).

Blumurile si bramele se obtin de obicei pe laminoare simple, cu caje duo reversibile, sau universale. Laminoarele pe care se lamineaza blumuri se numesc bluminguri (numite si laminoare degrosisoare) iar  cele pe care se obtin breme se numesc slebinguri.

4.2.4.1. Laminarea produselor finite la cald

Laminarea tablei groase la cald se face din bame, cu o masa pana la 38 t.

Lamonoarele care asigura randamentul maxim la laminarea tablelor groase, precum si precizia si uniformitatea maxima in grosime, sunt lami­noare cvarto reversibile.

Laminarea tablelor subtiri se face din platine. Dupa laminare se aplica tablelor un tratament de recoacere. Pentru protectia impotriva oxidarii se folosesc cuptoare cu atmosfera neutra sau controlata, sau se pun tablele in cutii inchise ermetic.

Tabla simpla recoapta se numeste tabla neagra. Daca se aplica dupa recoacere o decaprare, adica o indepartare a oxizilor de pe suprafata in bai de acid sulfuric, se obtine tabla simpla decapata. In cazul in care se face o decapare inaintea laminarii, adica a platinei, sau in timpul procesului de laminare, se obtine tabla dublu decapata.

Laminarea benzilor. Laminarea la cald a benzilor se efectueaza pe laminoare tandem continue.

Laminarea barelor si profilelor Se deosebeste esential de laminarea tablelor si a produselor intermediare. Barele de sectiune circulara sau hexagonala si profilele laminate cum sunt profilele I, U, cornierele sau sinele de cale ferata sunt produse in cantitate mare prin laminare la cald pe caje sau cilindri profilati.

4.2.5. Laminarea la rece

Laminarea la rece este utilizata pentru a produce table subtiri si benzi, cu o finisare mai buna a suprafetei si cu telerante mai stranse decat se pot obtine prin laminare la cald. In plus ecruisarea ce rezulta in urma reducerii la rece a dimensiunilor transversale poate fi utilizata pentru marirea rezistentei. Materialul de la care porneste laminarea la rece a otelului se prezinta sub forma de role de banda decapata, obtinuta prin laminare la cald pe un laminor continuu.

Se finiseaza prin laminare la rece un procent mai mare de metale neferoase decat produse din otel.

Laminoarele utilizate pentru laminarea la rece pot fi laminoare simple cu caje cuarto reversibile, la care se poate executa un numar dorit de treceri.

4.3. Extruziunea

4.3.1. Clasificarea proceselor de extruziune

Extruziunea este un proces prin care sectiunea unui bloc de metal sau aliaj este redusa fortand metalul sa treaca prin orificiul unei matrite prin aplicarea de presiuni ridicate. In general extruziunea se utilizeaza pentru fabricarea barelor cilindrice si a tevilor, dar se pot produce si profile cu sectiuni transversale neregulate din metale ce se pot extruda usor cum este de exemplu aluminiul. Din cauza fortelor mari necesitate de procesul de extruziune, majoritatea metalelor se extrudeaza la cald, in conditii in care rezistenta la deformare a metalului este mai redusa. Este insa posibila extrudarea la rece a metalelor, extruziunea in aceste conditii a capatat o importanta din ce in ce mai mare in industrie.

Reactiunea dintre semifabricatul supus extrudarii si recipient respectiv matrita conduce la tensiuni de compresiune foarte ridicate care actioneaza in sensul reducerii fisurarii materialelor in perioada primei deformari a lingoului. Acesa este unul din motivele importante care justifica utilizarea pe scara din ce in ce mai larga a extruziunii prin prelucrarea metalelor ce prezinta probleme atunci cand sunt deformate, cum sunt otelurile inoxidabile, aliajele pe baza de nichel si respectiv molibden.

Exista doua tipuri fundamentale de extruziune a barelor, profilelor si tevilor: extruziunea directa si extruziunea indirecta (fig. 15. a,b).

Fig. 15

In figura 16 se arata mai multe tipuri de extrudare utilizate pentru fabricarea unro piese pline sau gaurite de lungime mica.

Extruziunea ca procedeu tehnologic isi gaseste o aplicare economica in urmatoarele cazuri:

- daca este necesara prelucrarea prin deformare plastica a unor metale care nu se pot deforma prin alte procedee. In acest sens de exemplu sunt extrudate bare in vederea marii plasticitatii, a unor lingouri cu proprietati insuficiente de deformabilitate.

La oteluri inalt aliate se realizeaza in acest scop un coroiaj de C  4.

Profilele care au sectiune ce nu poate fi laminata se executa exclusiv prin extruziune.

Fig. 16.

- Este necesar a se produce o cantitate de semifabricate intermediare, cu sectiunea plina sau goala, pentru care reglarea unui laminor sau chiar calibrarea unor cilindri de laminor este neeconomica, se aplica extruziunea.

- Justificata este extruziunea si in cazul producerii unor profile pentru executarea carora s-ar produce pierderi mari prin aschiere.

In figura 17 se arata cateva tipuri de profile care pot fi obtinute prin extrudare.

Fig. 17

4.3.2. Factorii ce influenteaza procesul de extruziune

Principalii factori care influenteaza marirea fortei necesare pentru a produce extrziunea sunt: tipul extruziunii (directa, inversa, sau combinata), gradul de extruziune, temperatura de lucru, viteza de deformare si frecarea cu matrita si peretii recipientului (containerului).

In figura 18 s-a prezentat variatia presiunii de extruziune in functie de cursa impingatorului, pentru extruziunea directa si inversa.

Presiunea de extruziune este raportul dintre forta de extruziune si aria sectiunii transversale a taglei.

Gradul de extruziune este raportul dintre aria sectiunii transversale initiale si aria sectiunii transversale dupa extruziune, .

Presiunea de extruziune este o functie aproximativ liniara de logaritmul natural al gradului de extruziune. Prin urmare forta de extruziune P este data de relatia:

(27)

In relatia (27) _c este tensiunea de curgere pentru starea de tensiune liniara in conditiile de temperatura si viteza de deformare utilizate in decursul operatiei de extruziune. Aceasta relatie va da o forta de extruziune mai mi­ca decat forta de extruziune reala. Aceasta se datoreste faptului ca ecuatia (27) nu tine seama de unii factori cum sunt: deformarea neomogena a taglei (care cere consumarea unui lucru mecanic suplimentar), frecarea in matrita, frecarea intre metal si recipient (pentru extruziunea directa).

4.3.3. Utilajul si sculele pentru extruziune

Cea mai mare parte a operatiilor de extruziune se efectueaza pe prese hidraulice. Presele hidraulice de extruziune se impart in verticale si orizontale in fuctie de directia de deplasare a poansonului.

Presele de extruziune orizonatale sunt utilizate pentru fabricarea barelor si tuburilor.

Matritele si sculele utilizate la extruziune trebuie sa lucreze in conditii grele de solicitare, datorita tensiunilor ridicate, a socului termic si oxidarii. Se utilizeaza oteluri inalt aliate pentru fabricarea de matrite si scule tenace, care sa aiba o rezistenta corespunzatoare la temperaturi inalte.