Precizia si calitatea pieselor obtinute prin decupare, perforare si ambutisare

1. Scopul lucrarii

Lucrarea are ca drept scop sa prezinte studentilor defectele ce se pot intalni in timpul prelucrarii tablelor subtiri prin presare la rece si modul lor de remediere sau preintampinare.

2. Defecte ce apar la decupare, perforare si ambutisare si remedierea lor

2.1. Defecte ce apar la decupare-perforare

Piesele din tabla prelucrate prin decupare-perforare trebuie sa aiba suprafata rezultata in urma forfecarii neteda si fara bavuri, rupturi sau fisuri si pe cat posibil sa fie plana. Factorii ce influenteaza precizia si calitatea pieselor sunt:

a)      constructia si starea piesei;

b)      forma si dimensiunile pieselor de stantat;

c)      grosimea si proprietatile mecanice ale materialului din care se executa;

d)      valoarea si uniformitatea jocului dintre partile active ale stantei;

e)      starea muchiilor taietoare ale elementelor active ale stantei (uzate sau nu)

f)        constructia stantei (cu sau fara coloane de ghidare, cu sau fara fixarea semifabricatului).

Atat forma si dimensiunile piesei de executat, cat si calitatea materialului si grosimea acestuia, impun respectarea unui anumit joc intre elementele active ale stantei (asa numitul joc optim). In fig. 1. se prezinta pozitionarea jocului optim intre elementele active ale matritei, joc ce trebuie sa fie uniform pe circumferinta pentru a nu se deteriora intr-un timp prea scurt muchiile active ale sculei si pentru a nu rezulta dupa taiere suprafete necorespunzatoare calitativ. Daca jocul dintre elementele active este egal cu jocul optim, fisurile de forfecare ce se formeaza intre muchiile taietoare ale placii active si poansonului coincid rezultand o suprafata neteda si putin inclinata. In fig. 2. se arata fazele care se disting in timpul desfasurarii procesului de taiere. Aceste sunt:

faza deformatiilor elastice

faza deformatiilor plastice si de rupere a materialului.

In timpul fazei deformatiilor plastice intre materialul piesei, respectiv orificiul din deseu, si elementele active au loc frecari puternice, pe zonele respective din piese-deseu putandu-se observa aparitia a cate un inel caracteristic lucios (fig. 2.a.). In momentul strangerii si depasirii rezistentei la rupere, intre muchiile elementelor active se propaga fisuri de forfecare sub unghiul  ducand la separarea piesei din deseu. Suprafata de forfecare este usor conica si are un aspect rugos, satisfacator din punct de vedere al calitatii (fig. 2.b.).

Daca jocul intre elementele active ale sculei este egal cu jocul optim se obtin suprafete bune calitativ (fig. a); daca j<j_opt fisurile nu mai coincid intre ele ci se propaga paralel in materialul semifabricatului, la o anumita distanta unele de altele, iar in momentul separarii piesei, stratul de material situat intre planele de forfecare se rupe (fig. b). Cand j>j_opt concomitent cu formarea fisurilor de forfecare are loc o incovoiere a semifabricatului , iar piesele otinute vor avea bavuri mari si margini neuniforme, in special cand grosimea semifabricatului este mica, g<= 1 mm.

Valoarea jocului optim se poate calcula analitic fiind cunoscut ca:

fisurile de forfecare din semifabricatul supus taierii incep sa se formeze la o anumita patrundere relativa "c" a poansonului in material, valoarea specifica fiecarui material fiind:

; unde

h_f patrunderea absoluta a poansonului la care incepe fisurarea

g grosimea semifabricatului

fisurile propagate dinspre muchiile taietoare se suprapun pentru jocul optim si se propaga sub unghiul  (fig. 4.). In acest caz putem scrie:

mm

In practica proiectarii stantelor se precizeaza un joc minim admisibil pe baze tabelare, cu valori experimental stabilite.

Formarea bavurilor de-a lungul conturului pieselor obtinute prin decupare-perforare are loc si in cazul cand muchiile taietoare ale sculelor stantei sunt uzate, chiar daca jocul dintre ele este egal cu jocul optim. In cazul taierii materialelor relativ groase, rotunjirea muchiilor taietoare datorita uzurii nu influenteaza sensibil calitatea taieturii, dimpotriva o rotunjire pana la 0,1 mm a muchiei contribuie la cresterea durabilitatii muchiei de taiere. La taierea materialelor subtiri (sub un mm), uzura muchiilor taietoare se resimte puternic cum se vede in fig. 5.

La uzura poansonului (fig 5.a) piesa decupata prezinta bavuri pronuntate, margini de taiere neregulate, precum si o bombardare puternica a fundului.

Daca sunt uzate muchiile active ale placii matrita, apar bavuri pe marginea orificiului perforat (fig. 5.b.). Datorita faptului ca in exploatarea stantelor intervin uzuri atat asupra placii matritei cat si asupra poansonului, apar defecte atat la piesa decupata cat si la piesa perforata (fig 5.c). Teoretic dimensiunile piesei decupate rezulta dupa dimensiunea placii active, iar dimensiunea orificiului de perforat dupa dimensiunea poansonului.

Pentru a se realiza precizia dimensionala corespunzatoare a piesei, se va tine cont la proiectarea elementelor active daca piesa trebuie sa se incadreze intr-un anumit camp de toleranta, sau are cote libere.

Precizia de executie a elementelor active ale sculei, trebuie sa depaseasca cu una doua clase precizia de excutie a piesei. Considerand la decupare o piesa ale carei dimensiuni sunt tolerate D rezulta: - tinand cont de conditiile de uzura, dimensiunea nominala a orificiului din placa matritata se va lua cea mai mica posibila si anume egala cu dimensiunea limita inferioara a piesei D+A_s. Abaterea inferioara a orificiului din placa matritata nu poate fi negativa deoarece ar insemna ca dimensiunea efectiva a orificiului D_a este mai mica decat D+A_i ceea ce duce la rebutarea pieselor. Din conditii de durabilitate ea se alege zero iar cea superioara se va alege cu toleranta de executie a placii matrita T_a.

Rezulta ca: mm

Diametrul poansonului D_p se obtine din diametrul placii matrita, din care se scade jocul minim. Se adopta jocul minim deoarece in decursul exploatarii el creste datorita uzurii. Abaterea superioara pentru poanson nu poate fi pozitiva deoarece valoarea efectiva a jocului ar putea ajunge la valoarea jocului minim, si din conditii de durabilitate se alege zero. Abaterea inferioara va fi data de toleranta de excutie pentru poanson.

Rezulta ca: mm

In cazul perforarii, fiind data dimensiunea initiala a orificiului de perforat d rezulta ca: -din conditii de uzura, dimensiunea poansonului se va lua maxim posibila d+A_s, putand lucra pana la dimensiunea d+A_i. Abaterea superioara a poansonului nu poate fi pozitiva intrucat ar rezulta un orificiu mai mare decat d+A_s deci rebut, si din motive de durabilitate se va lua zero. Cea inferioara se va lua din toleranta de executie a poansonului cu semn negativ.

Rezulta ca: mm

Diametrul orificiului din placa matritata se va lua egal cu diametrul poansonului la care se adauga jocul minim. Abaterea inferioara a orificiului nu poate fi negativa deoarece ar diminua jocul minim, si din conditii de durabilitate se ia zero. Cea superioara se va lua din toleranta de executie a placii matrita.

Rezulta ca: mm

In situatia in care piesa nu este tolerata, deci nu prezinta A_i si A_s, relatiile de mai sus devin:

La decupare: mm

mm

La perforare: mm

jocul minim poate fi stabilit cu relatia: mm

unde:

g = grosimea semifabricatului;

K_i= cota parte din grosimea semifabricatului si tine seama si de duritatea materialului in cauza. Valoarea lui K_i se ia:

- pentru materialele moi (cupru, alama, otel moale)

- pentru materialele de duritate medie (OL38, OL42)

- pentru materialele dure (OL50, OL60)

- pentru materiale foarte dure (OL70, duraluminiu)

In realitate datorita caracterului elastoplastic al deformarilor din zonele invecinate suprafetei de forfecare, atat piesa decupata, cat si orificiul perforat nu-si pastreaza dimensiunile. Diametrul piesei decupate devine mai mare decat orificiul din placa matrita, iar diametrul orificiului devine mai mic decat diametrul poansonului (fig. 6).

_p= D_p-d_g mm

_a= d_p-D_a mm    unde:

p - deformatia elastica a orificiului perforat;

a - deformatia elastica a piesei decupate;

D_p - diametrul poansonului;

D_a - diametrul placii active.

Bavurile si neregularitatile ce apar la piesele decupate, perforate se remediaza fie prin operatii suplimentare de taiat (curatire) fie utilizand matrite speciale.

2.2. Calitatea pieselor ambutisate

Neajunsurile esentiale calitative ale pieselor ambutisate )nesocotind ruperile ce duc la rebutare) sunt:

aparitia cutelor pe peretii laterali ai piesei;

subtierea peste masura a peretilor in zona de racordare dintre fund si peretele lateral si respectiv pe peretele lateral

abaterile de la dimensiunile aferente sectiunii transversale (diametru).

Aparitia cutelor este urmarea pierderii stabilitatii formei portiunii in flansa a semifabricatului. Fenomenul intervine in procesul redistribuirii excedentului de material din portiunea respectiva, in baza solicitarilor de compresiune tangentiala care actioneaza in aceasta zona. Tendinta formarii cutelor este cu atat mai pronuntata, cu cat semifabricatul este mai subtire si adancimea de ambutisare mai mare (coeficientul de ambutisare m₁=d₁/D mai mic). Jocul exagerat de mare conduce intodeauna la formarea cutelor pe peretii piesei.

Pentru evitarea formarii cutelor, se actioneaza prin fixarea portiunii in flansa a semifabricatului in curs de deformare daca g/D< 1,5, iar daca g/D>2 se poate lucra si fara fixarea semifabricatului. Forta de fixare trebuie sa fie suficient de mare pentru a retine formarea cutelor, dar nu atat de mare incat sa blocheze trecerea portiunii de flansa a semifabricatului spre spatiul jocului dintre poanson si placa matrita, fapt ce duce la subtierea peste masura a peretilor datorita aparitiei unei forte de intindere radiale exagerat de mari. Deci forta, respectiv presiunea de fixare a semifabricatului, va avea limite admisibile, atat in ce priveste valoarea inferioara cat si superioara a acesteia. Intervalul de valori recomandabil, ca si coeficient al presiunii de fixare "q" depinde de natura materialului semifabricatului, de grosimea relativa a acestuia, cat si de coeficientul de ambutisare de la operatia data.

Conform notatiilor din fig. 7. presiunea de fixare are expresia:

daN/mm²

Forta de fixare are expresia:

daN

Forta de fixare Q₁ a semifabricatului, influenteaza si valoarea fortei necesare pentru ambutisare F_a1 prin intermediul fortelor de frecare dintre flansa semifabricatului in curs de deformare si scula.

Forta totala F_tot.1 necesara procesului este:

F_tot.1=F_a1+Q₁ daN

F_a1=1,2 g _r (D-d₁) daN

Abaterile de la forma geometrica impusa piesei, sunt cauzate de prezenta deformatiilor elastice in materialul supus prelucrarii (arcuiri).

Valoarea abaterilor de la diametru d si repartitia acestora dupa inaltimea piesei depinde de:

jocul dintre elementele active ale sculei (joc raportat la grosimea semifabricatului);

materialul supus prelucrarii concretizat prin: plasticitate, anizotropie, grosime de semifabricat;

piesa de executat, precizata ca forma (fara sau cu flansa) si dimensiunile sectiunii transversale (raportate la g).

Modul de lucru

Experimentarile se vor face pe o presa cu excentric PAI 16 pe care se vor monta diferite stante de decupat si perforat si presa hidraulica de 100 t pe care se vor monta matrita pentru ambutisat. Se va urmarii:

influenta marimii jocului de taiere asupra calitatii taierii, urmarind stabilirea jocului optim pentru materiale cu grosime de 2 mm din otel si aluminiu;

influenta uzurii muchiilor active ale poansonului si placii matrita asupra materialului in cazul jocului optim;

Pentru acelasi material se vor determina:

marimile deformatiilor elastice ale piesei decupate si orificiului perforat si se va trasa diagrama =f_(j) pentru otel si aluminiu cu grosimea de 2 mm;

intervalele de valori recomandabile pentru presiunea de fixare Q a unor materiale de plasticitate diferita si se vor face ambutisari cu reglaje diferite a fortei de fixare Q₁;

variatia fortei de ambutisare F_tot.1 in functie de valoarea fortei de fixare Q₁ pentru cazuri date (material, g, m₁, I constante);

d=f_(h)

4. Prezentarea rezultatelor

Rezultatele se trec in tabele de forma tabelului 1. si 2.

tabelul 1.

tabelul 2.

jopt/2

Dp

Da

fig

(a)

(b)

(c )

fig

(a)

(b)

(c)

fig

b

hf

jopt

g

fig

Fa1

Q1

D

d1

Fa2

fig.7.

Dp

dg

dp

dd

dp

fig

b

a

hf

b

fig