Prelucrarea prin trefilare si tragere

Prelucrarea prin trefilare si tragere

Tragerea este procesul de deformare plastica la rece care consta din trecerea fortata a semifabricatului prin orificiul unei matrite cu sectiunea mai mica decat a semifabricatului, ca urmare a unei forte de tragere. Prin acest proces se pot prelucra bare, tevi, profile, sarme etc. In cazul prelucrarii sarmelor procesul se numeste trefilare iar matrita, filiera. Deformarea fiind la rece rezulta ca gradele de deformare ce se pot aplica sunt limitate. Se pot realiza reduceri la o singura trecere cuprinse intre 10-45% in functie de natura si caracteristicile materialului initial, reducerile totale obtinute prin insumarea unor reduceri partiale putand ajunge la 95%..

Fig.4.26 Schema procesului de tragere.

Marimile care intervin in proces sunt:

-reducerea absoluta

-reducerea relativa 

-lungirea relativa

-coeficientul de lungire

-coeficientul de reducere sau coeficientul de tragere

Materialul tras fortat prin filiera este deformat ca urmare a fortelor de compresiune pe care le exercita filiera asupra semifabricatului. Se deformeaza mai intai grauntii a caror plane de alunecare coincid cu directia de tragere, planele de alunecare a celorlalti graunti se rotesc ajungand in pozitii mai convenabile si apoi se deformeaza pana cand se deformeaza toti grauntii. La iesirea din filiera materialul este intarit ca urmare a ecruisarii. Rezistenta la deformare creste de la valoarea initiala Rc₀ la Rc₁. Pentru calculul fortei de tragere necesare deformarii se va lua o valoare medie a rezistentei la deformare Rc_m.

Fd=c.Rc_m(A₀-A₁) in care:

-c constanta procesului care este in functie de coeficientul de frecare, de geometria filierei de parametrii regimului de tragere.

Calculul numarului de trageri.

Cand gradul de deformare este mare tragerea se va efectua in mai multe treceri. Pentru calculul numarului de trageri este necesara cunoasterea coeficientului de tragere K.

Pentru ca deformarea sa aiba loc semifabricatul trebuie tras cu o forta Ft>Fd adica Ft> c.Rc_m(A₀-A₁)

In acelasi timp pentru ca materialul sa-si pastreze integritatea, sa nu se rupa trebuie ca forta de tragere sa fie mai mica decat forta de rupere Ft<Fr.

Fr=A₁.Rm_e in care Rm_e este rezistenta la rupere a materialului ecruisat. Aceasta este mai mare decat Rm₀ rezistenta la rupere a materialului initial ceeace arata ca fenomenul de ecruisare favorizeaza procesul de tragere.

In conditii limita putem considera Ft=Fd=Fr de unde rezulta:

c.Rc_m(A₀-A₁)=A₁.Rm_e. Din aceasta relatie se poate calcula coeficientul de tragere . Coeficientul de tragere depinde de caracteristicile materialului initial si de tendinta de ecruisare a acestuia, elemente care se pot determina prin incercari. Rezulta ca putem calcula pentru un material coeficientul de tragere ce se poate aplica astfel incat tragerea sa decurga in conditii corespunzatoare.

Sa consideram ca avem de deformat prin tragere un material de la sectiunea A_o la A_n  Coeficientul total de tragere este K_T=A_n/A_o . La o singura tragere se poate aplica un coeficient de tragere K₁=A₁/A_o , pentru a doua tragere K₂= A₂/A₁ si asa mai departe, pentru a n-a tragere K_n= A_n/A_n-1 .

Daca am considera K₁=K₂=.=K_n=K am putea scrie :

K_T=K₁K₂.K_n=Kⁿ = A_n/A_o de unde prin logaritmare se poate obtine n numarul de trageri .

Procesul de tragere si implicit numarul de trageri este influentat de o serie de factori intre care amintim: caracteristicile mecanice si de deformare ale materialului, calitatea suprafetei semifabricatului, viteza de tragere, gradul de deformare aplicat, caracteristicile de forma ale filierei, materialul filierei, calitatea lubrefiantului etc.

Procesul de tragere are o influenta deosebita asupra proprietatilor materialelor ca urmare a fenomenului de ecruisare care se manifesta in proces. Sunt afectate in special proprietatile mecanice, duritatea, rezistenta la rupere, limita de curgere care cresc foarte mult si caractericticile de plasticitate si tenacitate alungirea la rupere, gatuirea la rupere, rezilienta care scad foarte mult cu gradul de deformare aplicat. In acelasi timp se inregistreaza o scadere a rezistentei la actiunea corosiva a unor acizi, modificarea proprietatilor magnetice, scaderea sudabilitatii ca urmare a tensiunilor interne inmagazinate etc. Eliminarea ecruisarii si prin urmare a acestor efecte se poate face prin tratament termic de recoacere de recristalizare sau alte tratamente specifice.

Filiera este principala scula utilizata in procesul de tragere. Geometria filierei este prezentata in figura 4.27.

Fig. 4.27 Geometria filierei.

Filiera prezinta trei zone distincte:

I-        zona de intrare a semifabricatului formata din doua subzone 1 conul de ghidare a materialului la intrare si 2 conul de ungere in care lubrefiantul este distribuit sub forma unei pelicule uniforme pe suprafata semifabricatului prin presare;

II-      zona de deformare formata din 3 conul de deformare a materialului caracterizat prin unghiul 2a si 4 zona de calibrare cu diametrul d si lungimea b si care va determina dimensiunea semifabricatului deformat;

III-     zona de iesire a semifabricatului formata din 5 conul de degajare in care se asigura revenirea elastica a materialului la iesirea din zona de deformare si 6 conul de ghidare a semifabricatului la iesire.

Toate aceste zone si subzone sunt racordate creandu-se aspectul unei curbe continue.

Avand in vedere solicitarile la care sunt supuse filierele : presiuni de contact ridicate, forte de frecare mari, care pot provoca uzuri mari, acestea se recomanda a se executa din materiale dure si extradure. Alegerea acestor materiale se face in functie de caracteristicile materialelor care se prelucreaza. Intre materialele pentru executia filierelor amintim: fonta alba, oteluri calite, aliaje dure , carburi metalice, materiale metalo-ceramice, materiale mineralo-ceramice, diamant industrial etc. Aceste materiale sunt in acelasi timp si deosebit de fragile si la solicitarile din timpul procesului de tragere se pot sparge. Pentru a se evita acest lucru filierele se monteaza prin presare in niste portfiliere confectionate din oteluri tenace de mare rezistenta. In acest mod tensiunile de intindere din peretele filierei se transforma in tensiuni de compresiune si spargerea este evitata.

Masini de trefilare si tragere.

Masinile de trefilare si tragere se pot clasifica astfel:

1. Dupa tipul operatiei:

1.1.          Masini pentru tras bare actionate mecanic cu lant figura 4.28 sau hidraulic,

1.2.          Masini pentru trefilare sarmelor,

1.3.          Masini speciale de tragere si trefilare in camp ultrasonic sau hidrostatic.

2. Dupa numarul de posturi de tragere:

2.1. Masini de trefilat singulare,

2.2. Masini de trefilat multiple

3. Dupa pozitia axului tobei de tragere:

3.1. Masini cu toba de tragere cu ax orizontal,

3.2. Masini cu toba de tragere cu ax vertical figura 4.29.

4. Dupa dimensiunea sarmelor prelucrate:

1.1.          Masini de trefilat sarme foarte groase d>6mm

1.2.          Masini de trefilat sarme groase d=3-6mm

1.3.          Masini de trefilat sarme mijlocii d=1,8-3mm

1.4.          Masini de trefilat sarme subtiri d=0,8-1,8mm

1.5.          Masini de trefilat sarme foarte subtiri d=0,5-0,8mm

1.6.          Masini de trefilat sarme fine d<0.5mm

Fig.4.28 Masina pentru tras bare actionata mecanic cu lant

Fig.4.29 Masina cu toba de tragere cu ax vertical: 1 colac de sarma, 2 dispozitiv de desfasurare si indreptare sarma, 3 role de deviere si dirija re a sarmei, 4 cutie cu lubrefiant, 5 filiera, 6 toba de tragere cu zona inferioara cilindrica pentru tragere si zona tronconica de acumulare a sarmei, 7 disc cu rola de desfasurare a sarmei de pe toba de tragere pentru dirijarea acesteia la urmatoarea toba de tragere (in cazul masinilor de tragere multiple) , 8 angrenaj conic de antrenare a tobei de tragere, 9 reductor de turatie, 10 motor electric, 11 fundatie.

Tehnologia tragerii.

1. Operatii de pregatire

1.1. Operatii de pregatire a structurii. Se aplica tratamente termice de recoacere de recristalizare care asigura formarea unei structuri cu capacitate mare de deformare plastica,

1.2. Operatii de pregatire a suprafetei. Este necesara curatirea suprafetei de oxizi si alte aderente care ar mari fortele de frecare, ar accelera uzura filierelor si ar conduce le suprafete neuniforme ale semifabricatelor prelucrate. Curatirea se realizeaza in principal pe cale chimica. Se aplica decapare in bai cu solutii de acid sulfuric sau clorhidric urmata de spalare cu apa si neutralizare intr-o baie de lapte de var (o solutie slaba de hidroxid de calciu). In urma neutralizarii si uscarii pe suprafata sarmelor ramane o pelicula de oxid de calciu care asigura pe o perioada scurta protectia suprafetei si in principal permite o buna aderenta a lubrefiantului care in mod obisnuit este format dintr-o pulbere de fulgi de sapun si grafit.

1.3. Acoperirea sarmelor cu pelicule de protectie cat si pentru reducerea frecarii. Se practica in cazul unor procese mai speciale cat si a unor materiale mai deosebite. Un exemplu de acoperire poate fi cuprarea electrolitica.

1.4. Ascutirea capatului sarmei pentru introducerea in filiera, se practica la prima incarcare a masinii. Ascutirea se face prin deformare plastica, prin laminare pe valturi cu calibre variabile, sarma subtiindu-se progresiv pana la un diametru care sa permita trecerea prin filiera si prinderea in dispozitivul de tragere. Fiecare instalatie de tragere este dotata cu un dispozitiv de ascutire cu valturi.

1.5. Sudarea cap la cap a sarmelor. La terminarea colacului de sarma pentru continuarea tragerii se recurge la operatia de sudare cap la cap. Sudarea se realizeaza pe un aparat de sudare cap la cap prin presare la cald cu incalzire prin rezistenta electrica proprie aflat de asemenea in dotarea instalatiei de tragere. Dupa sudare in zona se formeaza o bavura care se indeparteaza prin pilire sau polizare.

1.6. Ungerea semifabricatului. Sarma trece prin cutia de lubrefiant si il antreneaza in filiera. In zona conului de ungere pulberea de fulgi de sapun si grafit este tasata prin presare intre suprafata sarmei si cea a filierei formand o pelicula continua si compacta care asigura reducerea coeficientului de frecare.

2. Operatii de tragere. Sarma este trecuta prin filiera si se infasoara spira langa spira pe zona cilindrica a tobei de tragere. Fortele de interactiune dintre sarma si zona cilindrica a tobei, forta de apasare normala si forta de frecare tangentiala uniform distribuite, insumate (Σμn) creeaza un moment de torsiune M_t, capabil sa invinga momentul fortei de deformare, figura 4.30.

Fig.4.30. Schema operatiei de tragere

Sarma se infasoara in partea de jos a zonei cilindrice si impinge in sus spirele anterioare. Cand zona cilindrica este plina sarma este impinsa in zona tonconica unde se acumuleaza sub forma unui colac. Daca instalatia de tragere este singulara, la atingerea greutatii programate a colacului aceste este evacuat de pe toba de tragere cu ajutorul unui dispozitiv cu gheare. Daca instalatia de tragere este multipla sarma va fi desfasurata de pe tambur cu ajutorul unui disc desfasurator si dirijata catre urmatoarea toba de tragere. Discul desfasurator permite si compensarea vitezelor de infasurare si desfasurare in concordanta cu viteza de tragere a tobei urmatoare.

Daca procesul impune un numar mare de trageri iar capacitatea de deformare a materialului nu permite aceasta datorita ecruisarii puternice, se impune aplicarea de tratamente termice intermediare de recoacere de recristalizare pentru refacerea capacitatii de deformare. Dupa tratamentul termic este necesara o noua operatie de pregatire a suprafetei.

3. Operatii finale.

3.1. Tratamente termice finale pentru obtinerea proprietatilor dorite . Frecvent se aplica :

-tratamentul termic de recoacere pentru eliminarea ecruisarii, pentru obtinerea sarmei negre recoapte, sarma moale utilizata pentru legat,

-calirea izoterma sau patentarea pentru obtinerea de sarme cu bune proprietati de elasticitate si tenacitate destinate fabricarii arcurilor. Tratamentul consta din incalzire pentru austenitizare urmata de racire controlata intr-o baie de plumb topit si conduce la obtinerea unei structuri perlitice fine.

-normalizare sau chiar imbunatatire pentru sarme groase destinate fabricarii organelor de asamblare, suruburi, piulite, prezoane etc.

3.2. acoperiri metalice prin depunere electrolitica (cuprare, zincare, cadmiere etc.) sau imersie in bai de metal topit (zincare, cositorire etc.)

3.3. operatii de completare: curatire, sortare, ungere, bobinare, ambalare, control tehnic de calitate.