Forjarea Metalelor

PRINCIPIUL FORJĂRII. Prin forjare se înţelege procedeul de prelucrare a unui semifabricat metalic prin deformare plastică la cald, fără fisurare, prin intermediul forţelor statice sau dinamice exercitate de prese sau ciocane. Forjarea prezintă următoarele avantaje: prelucrare rapidă, cost redus şi manoperă simplă. Ca dezavantaje se pot menţiona: precizie dimensională redusă, calitatea suprafeţei slabă şi necesitatea unor forţe mari de deformare. Factorul principal care caracterizează forjarea este gradul de forjare (coroiaj).

CLASIFICAREA FORJĂRII se face după următoarele criterii:

- după gradul de libertate al materialului în timpul deformării: forjare liberă; forjare de profilare pe maşini cu destinaţie limitată; forjare în matriţă;

- după temperatura de lucru: la rece; la cald;

- după viteza de deformare: viteze mici; viteze mari;

- după modul de aplicare al forţei de deformare: manuală şi mecanică.

FORJAREA LIBERĂ este forjarea la care deformarea plastică se face nelimitat şi poate fi efectuată manual sau mecanizat. Forjarea liberă mecanică se aplică în majoritatea secţiilor de forjă pentru producţie cu caracter individual sau de serie mică.

Echipament tehnologic pentru forjarea liberă. După destinaţie echipamentul tehnologic pentru forjare se împarte în trei grupe principale:

- scule cu ajutorul cărora se realizează operaţiile de forjare liberă;

- dispozitive de diferite construcţii pentru susţinerea şi deplasarea pieselor, cu ajutorul cărora se realizează transportul şi întoarcerea semifabricatelor în cursul forjării;

- instrumente de măsură cu ajutorul cărora se execută controlul dimensiunilor pieselor forjate, atât în cursul procesului de forjare, cât şi după terminarea lui (compase de diferite forme, echere, şabloane, şublere, etc.).

Utilajul specific forjării libere. În funcţie de masa pieselor forjate, principalele utilaje întrebuinţate în procesul de forjare sunt: ciocanele mecanice – pentru piese mici; ciocanele pneumatice – pentru piese mici şi mijlocii; ciocanele cu abur sau aer comprimat – pentru piese de dimensiuni mijlocii şi mari; prese cu fricţiune – pentru piese mici şi serie mică; prese cu excentric – pentru piese mici şi serie mare; prese hidraulice – pentru piese mari şi foarte mari.

Parametrii tehnici importanţi ai utilajului de lucru sunt: lucrul de deformare util (la o cursă respectiv la o lovitură a organului de lucru) L [J]; forţa nominală de deformare F [daN]; viteza organului de lucru v [m/s]; cursa organului de lucru H [mm].

La ciocane forţele de deformare sunt aplicate în mod dinamic prin lovituri repetate. Capacitatea de deformare este determinată de masa părţilor căzătoare.

Ciocanul pneumatic cu autocompresie funcţionează pe principiul dublei acţiuni. Aerul comprimat pătrunde în cilidrul de lucru la partea superioară sau inferioară a lui, determinând coborârea recpectiv ridicarea alternativă a berbecului. Numărul maxim de lovituri este funcţie de turaţia arborelui cotit al compresorului. Masa părţii căzătoare este 75 1000 kg, iar presiunea aerului comprimat variază între 0,6 3 atm.

Ciocanul cu abur-aer cu dublă acţiune. Sursa de enrgie este aburul la presiunea de 7 9 atm sau aerul comprimat cu o presiune de 6 8 atm.

Presa hidraulică funcţionează pe baza acţiunii presiunii hidrostatice, putând dezvolta forţe mari (până la 15000 20000 daN) în condiţii mai avantajoase decât ciocanele. Purtătorul de energie este apa sau uleiul cu presiunea de 200 400 atm. Presiunea ridcată se obţine cu ajutorul pompelor de înaltă presiune (prese pur hidraulice) sau cu ajutorul multiplicatoarelor de presiune.

Presa cu fricţiune. Mişcarea berbecului prin intermediul şurubului se face cu ajutorul unui volant antrenat de către două discuri de fricţiune. Cele două discuri solidare pe un ax se ating alternativ de volant, imprimându-i o mişcare de coborâre şi ridicare. Viteza de deplasare a berbecului creşte la coborâre (datorită creşterii progresive a diametrului discului în contact) astfel încât ea este maximă la atingerea semifabricatului.

Presele cu excentric se pretează la lucrări de serie mare şi mijlocie, având o productivitate mult mai mare decât ciocanele. Pot să realizeze forţe între 500 10000 tf la un număr de 125 35 curse/min. Întrucât cursa de lucru este mică, presele se întrebuinţează mai mult pentru forjarea pieselor de înălţime mică şi pentru operaţii de preforjare.

Operaţiile de bază executate prin forjare sunt: refularea, întinderea, perforarea, îndoirea, răsucirea etc.

Tehnologia forjării cuprinde următoarele operaţii principale:

- întocmirea desenului piesei brut forjate;

- determinarea greutăţii şi dimensiunii semifabricatului iniţial;

- alegerea succesiunii operaţiilor şi fazelor de forjare;

- alegerea utilajului de lucru;

- alegerea şi stabilirea sculelor pentru forjare;

- stabilirea regimului de încălzire şi răcire a piesei;

- fixarea normei de timp;

- stabilirea operaţiilor suplimentare (control, prelucrări prin alte procedee etc.).

FORJAREA DE PROFILARE

Forjarea radială este operaţia de forjare cu reducere succesivă a secţiunii la care forţele de deformare de mărimi identice acţionează după două, trei sau mai multe sensurii diametral opuse. Materialul primeşte o mişcare de avans (pe verticală sau orizontală) şi o mişcare de rotaţie. În toate cazurile operaţia executată este o întindere, diametrul piesei reducându-se în trepte la o valoare minimă dorită.

Sculele pentru deformare urmăresc forma piesei pentru forjat şi se numesc ciocane. Maşinile pentru forjat pot avea două sau patru ciocane, putând să prelucreze piese cu diametrul de 5 160 mm (pline sau tubulare). Forţa utilă de lucru este cuprinsă între 800 65000 kN la un număr de 250 1000 curse/min.

Repartizarea efortului de deformare. Întrucât diametrul porţiunii cilindrice a ciocanelor este mai mare decât cel al semifabricatelor în momentul iniţial al loviturii, contactul se face într-un singur punct asupra căruia acţionează forţa de deformare F de la fiecare ciocan în parte. Pe măsura deformării semifabricatului creşte contactul între ciocan şi semifabricat la o suprafaţă definită de unghiul  (unghi de rotire între două lovituri), cu atât mai mare cu cât cursa ciocanului se apropie de sfârşit. În felul acesta forţa concentrată F se transformă într-un efort uniform distribuit a cărei valoare pe unitatea de suprafaţă scade, pe măsura măririi suprafeţei de contact. La terminarea cursei de lucru valoarea efortului este zero şi la cursa umătoare ciclul se reia.

Avantajele forjării radiale. Productivitatea ridicată, toleranţe restrânse, proprietăţi îmbunătăţite ale pieselor prin asigurarea unui fibraj continuu şi limitarea posibilităţii de imprimare superficială a oxizilor, cost redus al sculelor, randament mare, posibilităţi de forjare ale aliajelor cu plasticitate redusă datorită stării tensionale favorabile în timpul deformării, economii de material.

Forjarea roţilor dinţate. Danturarea se realizează cu ajutorul unor scule de presare şi rotaţie care acţionează asupra suprafeţei laterale a semifabricatului cilindric sau conic încălzit superficial prin inducţie. În cazul roţilor dinţate cilindrice deformate are loc prin procedeul de trecere sau prin procedeul de pătrundere.

La procedeul de pătrundere semifabricatul prematriţat este centrat şi strâns între două jumătăţi de piese profilate şi antrenat fără lunecare. Sculele de danturat sunt înpinse înainte radial pe piese de prelucrat până la angrenare.

Forjarea roţilor dinţate este operaţia de deformare plastică pentru obţinerea unor piese sau semifabricate cu ajutorul unor matriţe segment fixate pe circumferinţa unor cilindri a căror diametre variază obişnuit între 500 1000 mm. Procedeul se utilizează pentru fabricaţia de masă şi serie mare asigurând: un grad înalt de automatizare, viteze mari de execuţie, toleranţe şi adaosuri mici de prelucrare, durabilitatea mare a sculelor, cheltuieli mici de întreţinere, caracteristici de rezistenţă îmbunătăţite. Sculele pentru deformare au forma unor cilindri obişnuiţi sau a unor role cu suprafaţă mică de contact. În cazul cilindrilor matriţa care cuprinde profilul piesei pentru forjat se execută direct pe cilindri sau separat, după care se fixaeză pe cilindrul de lucru. Deformarea se execută numai la cald, iar trecerea de la o secţiune la alta se face la unghiuri  cât mai mari. Diametrul semifabricatului iniţial se alege 12 15% mai mare decât diametrul sau grosimea celei mai mari secţiuni transversale a piesei profilate.

Forjarea prin fluoturnaj. Fluoturnajul este procedeul de deformare plastică a materialului în scopul obţinerii unor piese de revoluţie cu generatoare rectilinie sau curbată. Procedeul permite obţinerea unor piese tubulare cu pereţi subţiri, plecând de la semifabricatul cu pereţi groşi. Scula pentru deformare este o rolă care urmăreşte o traiectorie rectilinie paralelă cu generatoarea semifabricatului. După modul de curgere a materialului procedeul poate fi cilindric direct la care materialul curge în sensul de deplasare a rolei de deformare şi invers în care materialul curge în sens opus.Materialul este deformat între rolă şi mandrină. Deoarece volumul materialului rămâne constant, piesa creşte în lungime.

Avantajele procedeului: proprietăţi mecanice îmbunătăţite, fibraj continuu, calitatea suprafeţei interioară bună, realizarea unor piese greu de obţinut prin alte procedee, economie de material, timp scurt de execuţie.