Forjarea

1. Generalitati

Forjarea - este procedeul de prelucrare prin deformare plastica la cald care consta in modificarea formei unui semifabricat, datorita fortelor statice sau dinamice exercitate de utilaje specifice, forte care provoaca curgerea materialului pe diferite directii sub actiunea unor lovituri succesive sau prin presare.

Forjarea se realizeaza prin crearea unei stari tensionale in volumul materialului, insotita de curgerea materialului pe diferite directii sub actiunea unor lovituri succesive sau statice.

Natura fortelor tehnologice:

1.    statica - presarea;

2.    dinamice - lovituri repetate;

In functie de natura fortelor tehnologice si de restrictiile de curgere a materialelor deosebim doua procedee tehnologice:

1.    Forjare libera, la care curgerea materialului este libera.

2.    Forjare in matrita, la care curgerea materialului este limitata, deformarea facandu-se intr-o cavitate a unei scule numita matrita.

Avantaje

n    se obtin piese complexe, de la cateva grame la cateva  tone;

n    prin forjare se imbunatatesc proprietatile mecanice ale pieselor obtinute, ceea ce face ca procedeul sa fie utilizat la prelucrarea pieselor puternic solicitate cum ar fi arborii cotiti, supapele,bielele, roti dintate, etc.;

n    se imbunatateste indicele de utilizare a materialelor;

n    se realizeaza o orientare favorabila a fibrelor fata de axa eforturilor;

Forjabilitatea este o proprietate tehnologica. Prin materiale forjabile se inteleg acele materiale si aliaje care pot fi deformate plastic prin forjare. De exmplu otelurile "calmate", aliajele cuprului, aliajele aluminiului, ale magneziului, etc. Nu toate materialele sunt forjabile.

Semifabricatele pentru forjare pot fi sub forma de lingouri, laminate, turnate.

2. Forjarea libera

Procesele de forjare libera sunt foarte variate, dar toate nu reprezinta decat combinarea unor operatii simple numite operatii de baza.

La forjarea libera prelucrarea se face pe verticala, materialul fiind asezat de regula pe o piesa fixa numita "nicovala" sau "sabota" si fiind presat sau lovit de un berbec, direct sau prin intermediul unor scule speciale.

Zonele in care sabotul intra in contact cu materialul sunt detasabile, putand fi utilizate sabote conform necesitatilor. Principalele operatii care se pot realiza prin forjare libera sunt:

1.    Refularea - marirea dimensiunilor transversale in detrimentul celor longitudinale (lungimea).

2.    Intinderea - inversul refularii (avem intindere simpla la placi, intindere pe dorn ce se face cu scopul maririi lungimii si micsorarii diametrului exterior, largire pe dorn).

3.    Gaurire.

4.    Indoire.

5.    Taiere.

6.    Sudare.

7.    Rasucire.

3. Forjarea in matrita

Procedeu de prelucrare prin deformare plastica la cald prin care materialul se deformeaza simultan pe diferite directii, iar curgerea este conditionata de forma si dimensiunile cavitatii matritei.

Prin matritare semifabricatul este obligat sa ia forma matritei. Scula in care are loc deformarea se numeste matrita de forjat. Matrita propriu-zisa se compune din doua parti numite semimatrite si din doua coloane ( bolturi ) de centrare. Cavitatea are forma si dimensiunile piesei forjate calde. Elementele tehnologice ale unei matrite de forjat sunt :

n     planul de separatie ;

n     razele de racordare

n     inclinarile suprafetelor frontale ;

n     adaosurile de prelucrare ;

n     adaosurile de contractie ;

n     canalul de bavura.

Se observa ca majoritatea elementelor tehnologice ale unei matrite de forjat sunt similare celor ale modelelor pentru turnare. Canalul pentru bavura are rolul de a prelua excesul de material ,deoarece nu se poate realiza un calcul  exact al semifabricatului , intre situatia de subdimensionare a volumului semifabricatului care ar conduce la obtinerea unei piese cu configuratie incompleta datorita neumplerii cavitatii matritei si cea de supradimensionare , alegindu-se ultima care confera garantia obtinerii unei piese matritate bune. Acest surplus de material ( practic marja de siguranta pe care ne-o luam pentru a obtine o piesa matritataa cu configuratie completa ) este dirijat catre aceste canale pentru bavura. Prin crearea unei rezistente sporite la umplerea acestui canal de bavura , se da posibilitatea de umplere completa a cavitatii matritei. Bavura este formata din doua parti :

n     puntita bavurii ;

n     magazia bavurii.

1 = puntita

2 = magazie

3 = plan de separatie

Fig. 3.10 Canalul de bavura

Principalele tipuri de bavuri sunt redate in figura de mai jos :

Fig. 3.11 Tipuri de locasuri pentru bavura

Matrita de forjat poate sa aiba o cavitate sau mai multe. O matrita cu mai multe cavitati cuprinde :

n     cavitatea de pregatire ( preforjare ) ;

n     cavitatea de matritare propriu-zisa.

Daca matrita are o singura cavitate , aceasta se aseaza in centrul matritei, care coincide cu axa masinii. Daca matrita are mai multe cavitati , acestea se dispun in ordinea de desfasurare a operatiilor de matritare. Matrita de forjat se confectioneaza din oteluri aliate cu crom si nichel ( pentru a-i conferi refractaritate si o inalta rezistenta la rupere ). Aceste oteluri sunt oteluri de cementate ( pentru a-i conferi rezistenta la uzura ) , partea superficiala fiind calita la 55-60 HRC , in timp ce miezul este mai moale pentru a fi mai tenace si a prelua socurile.

Bavura rezultata se indeparteaza printr-o operatie de debavurare care de fapt reprezinta o stantare. Debavurarea se poate executa la cald sau la rece , cu ajutorul unor scule de constructie speciala numite matrite de debavurat. O matrita de debavurat se compune dintr-o placa de baza ( taietoare ) si un poanson. Piesa matritata cu bavura se dispune pe placa taitoare. In urma decuparii se obtine piesa matritata fara bavura.

Uneori piesa astfel obtinuta este supusa unei ultime operatii de finisare printr-o matritare de calibrare in matrita de forjat. Daca piesa matritata este complexa , atunci semifabricatul utilizat in vederea matritarii este o piesa preforjata sau o piesa turnata.

Fig. 3.12. Schema debavurarii

Ca avantaje enumeram productivitate ridicata, precizie si consum redus de material , iar ca dezavantaje limitarea greutatii pieselor forjate si costul ridicat de realizare a matritelor.

Finisarea pieselor matritate consta in:

n    debavurare la cald sau la rece;

n    indreptare dupa debavurare;

n    calibrare - operatie finala care are ca scop cresterea preciziei dimensionale si a calitatii suprafetelor;

n    curatirea prin sablare;

Forjarea radiala - se realizeaza reducerea succesiva a sectiunii prin aplicarea unor forte identice ce actioneaza dupa doua, trei, patru directii transversale. Materialul primeste o miscare de avans si o miscare de rotatie, iar operatia executata este o intindere. Precizie +/- 0,2 %.

Fig.3.13 Schema forjarii radiale

Utilajele folosite sunt :

1. Ciocane mecanice pentru forjare libera sau in matrita cu simplu sau dublu efect;

Ciocanele transmit brusc materialului ce se deformeaza energia cinetica a masei aflata in  miscare. Actiunea lor este insotita de zgomot si vibratii mecanice. Timpul de lovire fiind scurt, presiunea de deformare nu are timp sa se transmita pana in interiorul pieselor.

2. Presele utilizate po fi:

- hidraulice;

- cu frictiune

- cu manivela;

- cu arbore cotit;

Tehnologia forjarii

Etapele procesului tehnologic de forjare sunt:

1.    Elaborarea desenului piesei forjate.

2.    Calculul semifabricatului.

3.    Debitare.

4.    Incalzire.

5.    Forjare.

6.    Tratament termic

7.    Curatire.

8.    Control tehnic de calitate.

Tehnologia matritarii

Etapele procesului tehnologic de matritare sunt:

1.    Elaborarea desenului piesei forjate si proiectarea matritei de forjare.

2.    Debitarea semifabricatului.

3.    Incalzire.

4.    Matritare.

5.    Debavurare.

6.    Tratament termic.

7.    Curatire.

8.    Control tehnic de calitate.

Rezistentele la rupere ale diferitelor oteluri la diferite temperaturi sunt redate in tabelul de mai jos :

In functie de aceste valori se decide daca procedeul de prelucrare va fi efectuat la cald sau la rece.