Forjarea

Forjarea, ca procedeu de prelucrare a materialelor metalice prin lovire sau presare,se caracterizează prin aceea că în timpul deformării plastice curgerea materialului se produce liber în cel puţin una din cele trei direcţii posibile. Pe lângă modificarea formei şi dimensiunilor semifabricatului iniţial prin forjare se realizează şi îmbunătăţirea caracteristicilor mecanice şi tehnologice ale produselor obţinute, piese sau semifabricate.

Operaţiile de bază în cazul forjării sunt: refularea, întinderea, găurirea, îndoirea, răsucirea şi sudarea.

Refularea

Refularea reprezintă operaţia prin care se realizează mărirea dimensiunilor

transversale ale semifabricatului în detrimentul lungimii. Această operaţie poate fi executată la ciocane, prese sau maşini orizontale, fie pe întreaga lungime, fie numai pe una sau mai multe porţiuni din lungimea semifabricatului. În cazul refulării pe întreaga lungime sculele folosite pot fi: plane, profilate sau mixte, iar în cazul refulării pe una sau mai multe porţiuni refularea se execută în matriţe.

Refularea în matriţe se întâlneşte numai în cazul pieselor cu diferenţe mari de secţiune de-a lungul axei longitudinale.

Ca aplicabilitate refularea se întâlneşte în următoarele cazuri:

operaţie prealabilă în vederea găuririi semifabricatelor destinate obţinerii pieselor de formă inelară sau tubulară.

operaţie finală în cazul forjării pieselor de forma unui disc sau a pieselor scunde, cu înălţimea mai mică decât diametrul.

operaţie prealabilă pentru îngroşarea secţiunii transversale a semifabricatelor, în una sau mai multe porţiuni, în vederea matriţării pieselor cu diferenţe mari de secţiune de-a lungul axei longitudinale.

Refularea cu deformare uniformă

Prin refulare cu deformare uniformă se înţelege refularea la care deformarea

plastică se produce sub influenţa stării de tensiune omogenă, adică tensiuni de acelaşi fel, iar gradul de deformare plastică locală pe înălţime εl este egal cu gradul de deformare totală εt .

Pentru ca la refulare deformarea plastică să se producă uniform este necesar ca semifabricatul să fie omogen şi uniform încălzit, iar forţele de frecare dintre scule şi semifabricat, numite şi forţe de frecare exterioară, să fie nule. Datorită absenţei forţelor de frecare exterioară plasticitatea materialului metalic este mai mare, iar rezistenţa la deformarea plastică mai mică, decât în cazul prezenţei acestor forţe.

Refularea cu deformare neuniformă

Cauzele deformării plastice cu valori diferite de-a lungul celor două axe ale

semifabricatului, îndeosebi în direcţie longitudinală, sunt: frecarea exterioară, care modifică starea de tensiune, neomogenitatea chimică şi structurală a materialului metalic şi diferenţa de temperatură din interiorul semifabricatului. Întrucât în condiţii industriale forţele de frecare exterioară nu pot fi anulate, iar deformarea plastică se realizează sub influenţa stării de tensiune neomogenă, adică tensiuni de semne diferite, rezultă că în aceste condiţii refularea se produce cu deformare neuniformă. Consecinţele refulării cu deformare neuniformă constau în micşorarea deformabilităţii materialului metalic şi a proprietăţilor mecanice ale pieselor obţinute prin refulare. Uneori din cauza stării de tensiune neomogenă, creată de forţele de frecare exterioară, materialul metalic îşi distruge integritatea chiar în timpul deformării plastice. Evident că aceste consecinţe sunt cu atât mai pronunţate cu cât sunt mai mari valorile neuniformităţii deformaţiei, adică diferenţa dintre valorile maxime şi minime ale deformării plastice de-a lungul aceleiaşi axe.

Întinderea

Operaţia de întindere prin forjare se execută atât pentru modificarea formei şi dimensiunilor lingourilor sau semifabricatelor, cât şi pentru îmbunătăţirea proprietăţilor mecanice şi tehnologice ale materialelor metalice. În cele mai multe cazuri scopul principal al efectuării operaţiei de întindere îl constituie îmbunătăţirea proprietăţilor mecanice şi tehnologice ale produselor, piese sau semifabricate, obţinute prin deformare plastică la cald. Calitatea produselor obţinute, productivitatea şi preţul de cost sunt sensibil influenţate de: forma sculelor folosite şi parametrii termomecanici de forjare. Din punctul de vedere al formei sculele, adică berbecul şi nicovala, acestea pot fi: plane, profilate sau mixte.

Modificări dimensionale

Modificările dimensionale se referă la evoluţia dimensiunilor secţiunii transversale a lingourilor şi semifabricatelor în timpul forjării şi

reprezintă principalul factor de influenţă asupra calităţii şi productivităţii,

realizabile la forjarea cu acelaşi utilaj.

Lăţimea medie. În cazul forjării pe o latură lăţirea semifabricatului se produce inegal, mai mult la mijlocul porţiunii prinse între scule, planul II, şi mai puţin la capetele porţiunii, planurile I şi III. Întrucât curba de variaţie a lăţirii este asimetrică lăţimea medie nu este egală cu semisuma valorilor maxime şi minime. Din această cauză lăţimea medie se stabileşte pe baza constantei volumelor.

Suprafaţa transversală. În timpul forjării între scule plane simultan cu lăţirea semifabricatului are loc şi alungirea, fapt pentru care suprafaţa transversală după forjarea pe o latură este mai mică decât suprafaţa iniţială, adică A1 < A0 .

Alungirea. Ca şi în cazul altor procedee de deformare plastică prin întindere şi în cazul forjării alungirea Δl este dată de relaţia:

Δl=l1-l0

Lăţirea. În cazul întinderii prin forjare între scule plane lăţirea, exprimată prin relaţia Δb=b1-b0, este dependentă de: coeficientul de lăţire β , gradul de deformare plastică ε şi raportu , adică raportul dintre lungimea de prindere a semifabricatului între scule şi grosimea acestuia.

Găurirea

Ca operaţie de forjare găurirea se întâlneşte cu precădere în cazul forjării pieselor de formă inelară sau tubulară. În cazul pieselor cu diametrul găurii până la 400-500 mm găurirea se execută cu dornuri pline, iar la diametre mai mari se folosesc perforatoare tubulare. Găurirea cu dornuri pline se execută fie deschis, fie închis, adică în matriţă. Dezavantajul găuririi deschise constă în apariţia tensiunilor de întindere în zona periferică, tensiuni care, în cazul materialelor metalice cu plasticitate redusă, pot conduce la apariţia crăpăturilor.

Găurirea închisă, elimină tensiunile de întindere şi riscul de crăpare a semifabricatului dar necesită manoperă suplimentară, un utilaj mai mare şi o matriţă, ceea ce conduce la mărirea preţului de cost. Din această cauză găurirea închisă se recomandă numai pentru piesele din materialele metalice cu plasticitate redusă.

Găurirea cu perforatorul tubular prezintă avantajul reducerii forţei de găurire şi eliminării porţiunii din zona axială a lingoului, zonă în care se găsesc cele mai multe incluziuni. În schimb la găurirea cu perforatoare tubulare pierderile de material şi preţul de cost sunt mai mari decât la găurirea cu dornuri pline. Din această cauză găurirea cu perforatoare tubulare se recomandă numai în cazul pieselor mari care se forjează direct din lingouri.

Îndoirea

La forjarea pieselor alungite şi curbate sau frânte în procesul tehnologic de forjare este inclusă şi operaţia de îndoire. În cazurile în care piesele se execută din semifabricate laminate îndoirea poate fi unica operaţie de forjare. Această operaţie poate fi executată liber sau cu şabloane şi dispozitive de îndoire. Indiferent de felul execuţiei, cu sau fără şabloane şi dispozitive de îndoire, şi de felul semifabricatului, forjat sau laminat, în timpul îndoirii, în zona de curbură, se creează simultan atât tensiuni de comprimare, cât şi tensiuni de întindere. Tensiunile de comprimare acţionează în jumătatea interioară a zonei de curbură, iar cele de întindere în jumătatea exterioară.

Răsucirea

În cazul pieselor cu coturi în planuri diferite, cum sunt de exemplu arborii cotiţi,pentru micşorarea manoperei de forjare şi a preţului de cost, operaţia de întindere prin forjare se execută cu coturile în acelaşi plan, iar decalarea acestora, cu unghiul dorit, se realizează prin răsucire. Din cauza deplasării particulelor de

material cu viteze şi distanţe diferite în porţiunea de răsucire se creează tensiuni de semne diferite. În zona periferică apar tensiuni de întindere cu

valoare maximă la periferie şi nulă în axa longitudinală, iar în zona centrală tensiuni de comprimare cu valoare maximă în axă şi nulă la periferie.