Cercetari Experiment Ale Cu Privire La Curgerea Materialului in Timpul Extrudarii Cu Sudura

Cercetari experimentale cu privire la curgerea materialului in timpul

extrudarii cu sudura

schema tipică a diagramei de variaţie a forţei în funcţie de cursa pistonului. Din

diagramă se observă că forţa se modifică în timpul unui ciclu de extrudare. Diagrama,

prezentată în fig.18, poate fi împărţită în patru perioade [1].

Prima perioadă reprezintă

perioada de refulare a semifabricatului de la diametrul iniţial până la diametrul containerului.

În timpul acestei perioade forţa totală creşte de la zero la o valoare echivalentă cu rezistenţa

pe care semifabricatul o opune refulării.

În a doua perioadă semifabricatul, având acelaşi diametru cu containerul, este

obligat să umple pâlnia matriţei şi să treacă în zona de

profilare a acesteia. În această perioadă forţa totală de extrudare fie că se menţine la valoarea

maximă din perioada I fie că se majorează în continuare, dar cu valori reduse.

Perioada a treia reprezintă perioada de stabilizare a procesului de extrudare şi începe

odată cu ieşirea semifabricatului extrudat prin profilul matriţei, continuându-se până spre

sfârşitul extrudării. În timpul perioadei a treia, în funcţie de calitatea lubrifiantului folosit,

forţa totală de extrudare poate să crească în continuare, să scadă sau să se menţină constantă.

În perioada a patra, datorită reducerii înălţimii semifabricatului neextrudat, forţa totală

de extrudare începe să crească brusc creşterea fiind cu atât mai intensă cu cât procesul de

extrudare se apropie de sfârşit. Această creştere a forţei totale de extrudare se datorează

forţelor de frecare exterioară de pe suprafaţa frontală care influenţează aproximativ în acelaşi

fel ca şi în cazul refulării discurilor cu înălţime foarte mică. Deosebirea constă numai în

faptul că la extrudare curgerea materialului are loc de la periferie spre centru, iar la refularea

discurilor de la centru spre periferie.

Fig.18. Variaţia forţei în funcţie de cursa poansonului

Notând cu S forţa necesară deformării plastice a metalului în condiţii de viteză şi

temperatură date, dar în condiţiile stării de tensiune liniară, şi cu Q creşterea forţei de

deformare datorită trecerii de la starea de tensiune liniară la cea spaţială, forţa totală de

extrudare poate fi scrisă sub forma:

Ţinând seama că atât valoarea termenului Q din ecuaţie cât şi neuniformitatea

deformaţiei depind de mărimea forţelor de frecare exterioară rezultă că pentru determinarea

influenţei acestor forţe asupra neuniformităţii se poate folosi raportul:

Evident că cu cât raportul S/P este mai mare, adică mai aproape de valoarea unu, cu

atât mai mică va fi influenţa forţelor de frecare exprimată prin litera Q şi în consecinţă cu atât

mai uniformă va fi deformarea materialului extrudat.

Din aceste considerente, rezultă că pentru obţinerea parametrilor optimi, din punct de

vedere al forţei şi al neuniformităţii deformaţiei, trebuie acţionat prin:

reducerea la minim a forţelor de frecare exterioară dintre scule şi material prin

alegerea unui lubrifiant corespunzător;

reducerea temperaturii de încălzire în vederea extrudării. În acest fel se va mări forţa

de extrudare, în schimb se micşorează neuniformitatea deformaţiei, îmbunătăţind calitatea

produsului extrudat.

În afara factorilor menţionaţi, curgerea materialului în timpul extrudării mai este

influenţată şi de viteza de deformaţie şi gradul de deformare. Pe măsura creşterii gradului de

deformare, se măreşte diferenţa dintre drumul parcurs de elementele de volum de pe

traiectoriile marginale faţă de cele din vecinătatea axei semifabricatului, mărindu-se astfel şi

neuniformitatea deformaţiei. Viteza de deformaţie are o influenţă multiplă asupra modului de

curgere a materialului prin faptul că modifică atât rezistenţa la deformare cât şi temperatura.

Viteza de deformaţie a elementelor de volum creşte permanent pe măsură ce acestea

traversează focarul de deformare. Valorile iniţiale ale vitezei de deformaţie depind de poziţia

de intrare a elementelor în focar. În funcţie de intensitatea de creştere a vitezei de deformaţie

în focar şi de natura materialului, se modifică valoarea rezistenţei la deformare. Pe de o parte

aceasta creşte datorită intensificării proceselor de ecruisare în raport cu cele de recristalizare

în timpul deformării, iar pe de altă parte scade din cauza creşterii temperaturii cauzate de

efectul termic al deformaţiei. În funcţie de rezultatul acestor două influenţe contrare asupra

rezistenţei la deformarea plastică se modifică modul de curgere al materialului în focar,

neuniformitatea deformaţiei şi forţa de extrudare.

Din prezentarea şi analiza principalilor parametri tehnologici de extrudare se observă

că aceştia au o influenţă complexă asupra curgerii materialului în timpul procesului de

deformare plastică. Pe lângă faptul că o serie de parametri se modifică permanent în timpul

unui ciclu de extrudare, aceştia se intercondiţionează reciproc ceea ce determină o evoluţie

complexă a curgerii materialului la extrudarea la cald a profilelor rotunde.

2.2.2.2. Modul de curgere al metalului la extrudarea cu sudură a produselor tubulare

În fig.19 se arată modul de curgere al metalului prin matriţele cu punte şi cameră de

sudură.

Fig.19 - Modul de curgere al metalului prin matriţele cu punte şi cameră de sudură.

În fig.20 se arată o simulare tridimensională a fazelor extrudării cu sudură. În fig.20.a

materialul este despicat în patru parţi la contactul cu matriţa şi pătrunde prin ferestrele

matriţei. În fig.20.b materialul pătrunde în camera de sudură unde datorită presiunii

Fig.20. Fazele curgerii materialului prin matriţele cu punte şi cameră de sudură.

hidrostatice foarte mari şi a temperaturii ridicate acesta începe să se sudeze. În fig.20.c

metalul curge în direcţia formării tubului şi iese prin deschiderea matriţei.

2.2.3. Parametrii tehnologici la extruziunea în matriţe cu punte şi cameră de sudură

Parametrii tehnologici de baza la extruziune sunt:

Regimul termic;

Presiunea de extruziune;

Raportul de extruziune;

Viteza de extruziune;

Lubrefierea.

2.2.3.1. Regimul termic

Regimul termic este definit de următoarele elemente:

Intervalul temperaturilor de încălzire în vederea extrudării;

Durata încălzirii semifabricatului;

Temperatura în container;

Temperatura cuptorului şi regimul de încălzire.

2.2.3.1.1. Intervalul temperaturilor de încălzire a semifabricatelor depinde în primul

rând de natura aliajului. În acest interval de temperaturi aliajul trebuie să prezinte a rezistenţă

de deformare minimă, pentru a putea fi extrudat cu o forţă cât mai mică, mărind astfel

durabilitatea sculelor.

2.2.3.1.2. Durata de încălzire a semifabricatului se stabileşte în funcţie de tipul

aliajului, precum şi de dimensiunile semifabricatului, ţinând cont că:

- în aliaj trebuie să existe o stuctură monofazică, omogenă;

- diferenţele de temperatură în secţiune şi pe lungime nu trebuie să depăşească o

anumită valoare ΔT.

- materialul nu trebuie să fie solicitat la tensiuni interne.

În lucrarea [4] este prezentată o formulă pentru determinarea duratei de încălzire a

semifabricatelor:

unde:

- G - greutatea produsului în Kg;

- Cp - căldura specifică a materialului;

- F - suprafaţa activă;

- α - coeficientul de transmitere a căldurii;

- tc – temperatura cuptorului;

- tm – temperatura de încălzire a semifabricatului.

În formula de mai sus, se ţine seama de toţi factorii de bază care influenţează asupra

duratei de încălzire. Aceasta înseamnă că timpul de încălzire se calculează cu destulă

precizie.

2.2.3.1.3. Temperatura în container

Încălzirea containerului este necesară pentru compensarea pierderilor de temperatură

ale semifabricatului supus extruziunii.

Temperaturile în container sunt de regulă cu 40-500C mai mici decât media

intervalului optim de extrudare.

2.2.3.1.4. Temperatura de încălzire a cuptorului

Cantitatea de căldură Q (kcal) transmisă în timpul τ(sec) de la mediul de încălzire cu

temperatura tc (0C) la suprafaţa F(m2) a piesei, se determină:

- transimisie prin convecţie

- transmisie prin radiaţie

Întrucât la temperaturile de 350-5000C, cedarea de căldură se face în mare măsură

prin convecţie, cuptoarele de încălzire trebuie prevăzute cu ventilatoare puternice pentru a

mări viteza de mişcare a gazelor. Mărind această viteză, se intensifică procesul de schimb de

căldură între cuptor şi materialul supus încălzirii.

2.2.3.2. Presiunea de extruziune

Presiunea de extruziune depinde de numeroşi factori printre care:

natura aliajului (deci limita de curgere a acestuia);

temperatura de deformare;

gradul de deformare;

schema stării de tensiune.

Presiunea de extrudare este necesară la stabilirea forţei şi deci la verificarea

posibilităţiilor de extrudare în anumite condiţii ţinând seama de cele de mai sus, pentru

determinarea presiunii cu care poansonul trebuie să apese asupra semifabricatului ce urmează

a fi extrudat, s-au propus mai multe formule empirice:

unde:

- F0 - secţiunea iniţială a semifabricatului;

- - raport de extrudare;

- Kf - rezistenţa materialului în condiţiile unei deformări fără pierderi prin frecare.

În lucrarea [2] este dată altă formulă:

unde:

- σc - rezistenţa la deformare plastică în condiţiile date;

- C - coeficientul ce ţine seama de forma matriţei;

- μ - coeficientul de frecare exterioară;

- L, D - dimensiunile semifabricatului iniţial;

- A0, A1 - suprafeţele semifabricatului înainte şi după extruziune.

Se observă că în aceste formule sunt înglobaţi majoritatea factorilor care influenţează

asupra presiunii de extrudare.

2.2.3.3. Raportul de extruziune

Se defineşte ca raportul dintre suprafaţa containerului în secţiune şi secţiunea

profilului extrudat.

Limita maximă a raportului de extruziune e dictată de condiţiile de curgere a aliajului

prin matriţă, iar limita minimă e dictată de proprietăţile mecanice impuse la recepţie.

2.2.3.4. Viteza de extruziune

În cadrul acestui parametru sunt cuprinse următoarele componente:

viteza poansonului care se exprimă în m/min şi poate fi reglată automat, manual sau

după program;

viteza de extruziune se emprimă în aceleaşi unităţi şi se defineşte ca lungimea

profilului ce părăseşte matriţa în unitatea de timp;

viteza de deformaţie are aceiaşi semnidicaţie ca şi viteza de extruziune dar se exprimă

în grad de deformare (%).

Viteza de extruziune variază în funcţie de raportul de extruziune conform tabelului de

mai jos:

Tab2.

Raportul de extruziune

<40 41 ... 100 >100

Viteza de extruziune

Ţevi Bare Ţevi Bare Ţevi Bare

120 60 300 100 850 250

Analizând tabelul, se observă o trecere bruscă de la o viteză la alta. De exemplu: la

raportul de extruziune <40 viteza în cazul ţevilor este de 120mm/s. Imediat ce raportul

depăşeşte valoarea 40, viteza de extruziune creşte la 700mm/s. Era necesar în acest caz,

folosirea unui interval de viteze în funcţie de intervalul valorilor raportului de extruziune.

2.2.3.5. Lubrefierea

Deoarece aluminiul prezintă o plasticitate ridicată şi rezistenţă la deformare plastică

scăzută, extruziunea se poate face fără ungere [2]. Aceasta deoarece lubrefiantul folosit se

depune pe suprafaţa semifabricatului sub forma unei pelicule şi înlăturarea ei constituie o

operaţie suplimentară.

Avantajul extrudării fără ungere a aliajului de aluminiu constă în obţinerea unor

suprafeţe mai curate în comparaţie cu cele ce s-ar obţine în cazul extrudării cu ungere.

Totuşi, pentru a micşora frecările ce se nasc între semifabricat, container şi matriţă,

după [5] se folosesc ca lubrefianţi:

pentru lubrefierea matriţei se foloseşte soluţie Aqua-Dag;

pentru preşaibă şi dorn se foloseşte Oil-Bag.

2.2.4. Proiectarea sculelor de extruziune în matriţa cu punte

La proiectarea matriţelor cu cameră de sudură trebuie să se ţină seama de:

Deformarea elastică a sculei;

Corecţia la formarea orificiului;

Construcţia pragurilor;

Calculul de rezistenţă al matriţei.

2.2.4.1. Deformarea elastică a sculei

Datorită forţei cu care materialul presat apasă asupra matriţei aceasta se deformează

elastic, schimbând dimensiunile orificiului (fig.21)

Fig. 21. Deformarea elastică a matriţei.

De aceea la proiectarea matriţei, pentru a împiedica acest efect se lasă o degajare:

În cazul matriţelor pentru ţevi, deoarece deformarea elastică este mică, nu este

necesară toleranţa de deformaţie.

2.2.4.2. Corecţia la forma orificiului

La construcţia şablonului după care se va executa, prin electrocoroziune, orificiul

matriţei, va trebui să se facă următoarele corecţii:

Corecţii datorită operaţiei de rornuire. Pentru aceasta se scad mm la toate cotele

pentru a ţine seama de pierderile în grosime datorată ultimei operaţii în ciclul de execuţie al

matriţei.

Corecţia de contracţie - pentru aceasta se adaugă 1% la toate dimensiunile.

Corecţia pentru jocul şablonului - orificiul din matriţă se execută cu 0,05-0,06mm mai

mare decât cota şablonului.

2.2.4.3. Construcţia pragurilor

Elementele necesare pentru construcţia pragului sunt, conform fig.22:

lungimea pragului;

degajarea pragului;

conicitatea pragului.

Fig.22. Construcţia pragurilor.

2.2.3.3.1. Pentru studierea lungimii pragului există numeroase recomandări şi fomule,

de regulă empirice.

Curgerea materialului prin matriţă este influenţată de frecarea dintre lingou şi

container. Deoarece curgerea are loc cu viteză maximă în centrul matriţei şi pragul va avea

lungimea maximă tot în centru. Cu cât ne depărtăm de centrul matriţei, curgerea are loc mai

încet şi pentru a o uşura, lungimea pragului trebuie să fie mai mică.

Lungimea pragului se poate calcula cu formula:

unde,

- B - lungimea pragului în punctul dorit;

- B0=t0...2t0 - lungimea pragului minim (t0-grosimea ţevii);

- D0 - distanţa faţă de centru a punctului de plecare;

- D - distanţa faţă de centru a punctului unde se calculează pragul.

2.2.3.3.2. Degajarea pragului - acest element constructiv este utilizat pentru a realiza o

uşurare a curgerii materialului prin orificiul matriţei.

2.2.3.3.3. Pentru realizarea conicităţii se utilizează cuţite cu unghi de 100, 60, 30.

Frecvent se foloseşte degajare de 100.

2.3. Cercetări proprii

2.3.1. Modul de lucru

Pentru a se studia influenţa grudului de extrudare asupra calitaţii sudurii profilelor de

aluminiu, s-au extrudat 10 probe, fiecare proba reprezentănd o ţeavă rotunda de aluminiu cu

grosimi diferite de perete. Astfel s-a pornit de la o grosime de perete de 2,5mm şi sa ajuns la

o grosime de 25mm. Pentru a se stabili corelarea între raportul de extrudare şi raportul de

extrudare, acesta a fost calculat pentru fiecare probă:

Calculul raportului de extrudare pentru proba nr.1:

- Sc - suprafaţa containerului (transversală);

- Sp - suprafaţa transversală a profilului.




222

c m11973m4

5,1234D

S


222

c m11973m4

5,1234D

S




222

c m11973m4

5,1234D

S


222

c m11973m4

5,1234D

S


222

c m11973m4

5,1234D

S

Tab.3. Dimensiunile probelor extrudate.

Nr.

Crt

.

Diametrul exterior X Diametrul interior,

[mm]

Grosimea de

perete,

[mm]

Gradul de

extrudare

1 65 x 60 2,5 24,3

2 65 x 55 5 12,7

3 65 x 50 7,5 8,8

4 65 x 45 10 6,9

5 65 x 40 12,5 5,8

6 65 x 35 15 5,1

7 65 x 30 17,5 4,6

8 65 x 25 20 4,2

9 65 x 20 22,5 4,0

10 65 x 15 25 3,8

În vederea obţinerii acestor ţevi s-au folosit ca semifabricat de pornire bare turnate

continuu din Al prima, aparţinând aceleiaşi şarje, având urmatoarea compoziţie chimică:

Tab.4. Compoziţia chimică a aliajului utilizat:

Marca Compoziţia chimica, [%]

Si Fe Cu Mn Mg Zn Cr Ti Pb Al

0,49 0,41 0,14 0,10 0,52 0,13 0,01

1

0,01

4

0,04

5

98,1

4

2.3.1.1. Debitarea

Barile turnate continuu au fost debitate, în vederea înlăturării defectelor care apar la

capete în cazul procedeului de tunare continuă, după care s-au debitat 10 bucăţi avand

următoarele dimensiuni:

Fig.23. Dimensiunile semifabricatelor de pronire.

Debitarea barelor s-a facut cu ajutorul unui fierăstrău circular fix, componentele

acestuia fiind prezentate in fig.24:

2 6 5 3 1 4

Fig.24. Ansamblu de debitare

1 - limitator ; 2 - disc de debitare ; 3 - bara aluminiu ; 4 - aparatoare ; 5 - menghina ;

6 - racire disc de debitare cu apa

2.3.1.2. Încălzirea semifabricatelor

După ce au fost debitate, semifabricate au fost incălzite in vederea asigurării unei

temperaturi optime pentru extrudare. Pentru încălzirea semifabricatelor sa folosit un cuptor cu

vatra, prezentat in fig.25:

3 2 1 4

Fig.25. Cuptorul de încălzire bilete

1- uşa de incarcare ; 2 – cuptor ; 3 – bilete ; 4 – contragreutate

Fiecare semifabricat a fost încălzit înainte de extrudare la temperatura de: 480 -

5100C.

2.3.1.3. Extrudarea propriuzisă

În vederea extrudării semifabricatelor s-a folosit urmatoarea matriţă de extruziune:

2 3 1 4 5

Fig.26. Matrita folisită pentru extrudarea probelor experimentale.

1-matriţă frontală; 2-matriţă posterioară; 3-camera de sudură; 4-ferestre de alimentare;

5-dorn.

Pentru a nu provoca şocuri termice (contactul dintre o matriţa rece si un bilet

cald) care pot duce la deteriorarea matriţelor (crăpături , spărturi) , acestea se încălzesc la o

temperatură de 580-600 ºC într-un interval de 2 ore. Depăşirea exagerată a timpului de

incălzire poate duce la decarburarea matriţelor şi implicit deteriorarea lor.

Pentru încălzire utilajul folosit este cuptorul de incălzit cu flacară fig.27,

combustibil propan sau gaze naturale.

1 4 3 2

Pentru extrudare s-a folosit o presă

hidraulică, prezentata in fig.28:

8 2 1 4 3 5 6 9 10 7

Fig.28. Presa de extrudare:

1-container presa; 2-cilindrul hidraulic al cutitului de taiere; 3-piston extrudare;

4-limitator cursa coloana ( avans); 5-limitator cursa coloana (retragere ); 6-limitator

cursa piston (avans); 7-limitator cursa piston ( retragere); 8-manometru operatii; 9-brat

parghie; 10-tampon.

În vederea extrudării se montează matriţa în locaşul matriţei 3 (fig.29) introducându-

se peste pana, canalul de pană al matriţei, după care se fixează lacatul blocare 2, (fig.29) şi se

înşurubează şuruburile de strângere.

Containerul se presează pe matriţă, până când presiunea citită pe manometru indică

200 bari. Se trage pistonul de extrudare 3, (fig.28) în poziţia “înapoi”, şi după aceea în lateral

din braţul pârghiei 9 (fig.28) pentru a permite introducerea biletului în locaşul din container 1

(fig.28). Cu ajutorul cleştelui se introduce un bilet încălzit în locaşul containerului 1 (fig.28).

Se aduce pe mijloc pistonul de extrudare şi se acţionează pe “înainte”. Prinderea

capătului de profil, se face cu un cleşte sau un patent. La iesirea din presa profilul extrudat

este ghidat pe placi de grafit si prin distantiere de grafit.

2 1 3 4

Fig.29. Ansamblu de montaj al matriţei pe presă:

1-carcasa cu matrita; 2-lacat blocare; 3-locas matrita;

Fig.27. Cuptor folosit la încălzirea matriţelor.1–cuptor; 2–uşă cuptor; 3–matriţă in carcasă;

4–cărucior.

4-extractor matrita.

În timpul fiecărui ciclu de extrudare s-a înregistrat cu ajutorul manometrului 8

presiunea de extrudare, datele înregistrate fiind prezentate în tabelul următor:

Tab.5. Presiunea de extrudare in timpul extrudării probelor experimentale, Presiunea

în N/mm2.

Proba

nr. 1

Proba

nr. 2

Proba

nr. 3

Proba

nr. 4

Proba

nr. 5

Proba

nr. 6

Proba

nr. 7

Proba

nr. 8

Proba

nr. 9

Proba

nr. 10

Ti

m

p

P

re

s

Ti

m

p

P

re

s

Ti

m

p

P

re

s

Ti

m

p

P

re

s

Ti

m

p

P

re

s

Ti

m

p

P

re

s

Ti

m

p

P

re

s

Ti

m

p

P

re

s

Ti

m

p

P

re

s

Ti

m

p

Pr

es

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

5 1

6

0

5 7

5

5 1

0

5

5 9

0

5 9

0

5 1

2

0

5 4

0

5 5

5

5 7

0

5 90

10 1

9

0

10 1

1

5

10 1

3

0

10 1

0

0

10 1

4

0

10 1

3

0

10 8

5

10 6

0

10 8

5

10 11

0

15 3

4

0

15 1

4

0

15 2

0

5

15 1

8

0

15 1

9

5

15 1

8

0

15 1

0

5

15 9

5

15 1

0

0

15 15

0

20 3

5

5

20 2

1

5

20 2

0

5

20 2

0

0

20 1

9

5

20 1

9

0

20 1

0

5

20 1

0

0

20 1

0

5

20 15

5

25 3

5

5

25 2

3

5

25 2

0

5

25 2

0

0

25 1

9

0

25 1

8

5

25 1

2

5

25 1

1

5

25 1

2

5

25 15

5

30 3

5

5

30 2

3

5

30 2

0

0

30 2

0

0

30 1

9

0

30 1

8

5

30 1

4

5

30 1

3

5

30 1

4

0

30 14

5

35 3

7

0

35 2

3

5

35 2

0

0

35 2

0

0

35 1

8

0

35 1

8

0

35 1

7

0

35 1

6

5

35 1

4

5

35 14

5

40 3 40 2 40 1 40 2 40 1 40 1 40 1 40 1 40 1 40 14

5

5

3

5

9

0

0

0

6

5

7

0

7

5

7

0

4

5

5

45 3

5

5

45 2

3

5

45 1

9

0

45 2

0

0

45 1

6

0

45 1

7

0

45 1

7

5

45 1

7

0

45 1

6

0

45 13

0

50 3

5

5

50 2

3

5

50 1

8

5

50 2

0

0

50 1

6

0

50 1

6

5

50 1

6

0

50 1

6

5

50 1

5

5

50 13

0

55 3

5

5

55 2

2

5

55 1

7

0

55 2

0

0

55 1

5

0

55 1

6

0

55 1

5

5

55 1

6

0

55 1

5

5

55 12

0

60 3

5

5

60 2

2

5

60 1

6

5

60 1

9

0

60 1

5

0

60 1

6

0

60 1

4

5

60 1

6

0

60 1

5

5

60 12

0

65 3

5

5

65 2

1

5

65 1

6

0

65 1

9

0

65 1

5

0

65 1

5

0

65 1

4

0

65 1

5

5

65 1

5

0

65 12

0

70 3

5

5

70 2

1

5

70 1

6

0

70 1

8

0

70 1

5

0

70 1

4

5

70 1

3

0

70 1

5

0

70 1

4

0

70 11

0

75 3

5

5

75 2

1

5

75 1

4

5

75 1

8

0

75 1

5

0

75 1

4

0

75 1

2

5

75 1

4

0

75 1

4

0

75 11

5

80 3

5

5

80 2

1

5

80 0 80 1

7

0

80 1

5

0

80 0 80 1

2

0

80 1

4

0

80 1

3

5

80 0

85 3

5

5

85 2

1

5

85 1

7

0

85 1

3

5

85 1

1

0

85 1

3

0

85 1

3

5

90 3

5

90 2

0

86 0 90 0 90 1

0

90 1

2

90 1

3

5 5 5 5 0

95 3

5

5

95 2

0

5

95 1

0

0

95 1

2

0

95 1

2

5

10

0

3

5

5

10

0

1

9

5

97 0 10

0

1

1

5

10

0

1

2

0

10

5

3

5

0

10

5

1

9

5

10

5

1

1

5

10

5

1

1

5

11

0

3

4

0

11

0

1

9

5

11

0

1

1

0

11

0

0

11

5

3

4

0

11

5

0 11

5

1

1

0

12

0

3

4

0

12

0

0

12

5

3

2

5

13

0

0

Din tabelul 5 se pot realiza grafice de variaţie a presiunii pe durata unui ciclu de

extrudare:

Proba 1, RE1=24,3

Proba 2, RE2=12,7

Proba 3, RE3=8,8

Proba 4, RE4=6,9

Proba 5, RE5=5,8

Proba 6, RE6=5,1

Proba 7, RE7=4,6

Proba 8, RE8=4,2

Proba 9, RE9=4

Proba 10, RE10=3,8

Din toate graficele anteriaore se observă aceeaşi variaţie a presiunii în timpul unui

ciclu de extrudare şi anume: presiunea creşte de la 0 pană la o valoare maximă, când

semifabricatul este refulat în container dupa care, după care urmează extrudarea propriuzisă

când presiunea scade foarte încet datorită scăderii forţelor de frecare a semifabricatului şi

containerul, lucru care se întâmplă până cand semifabricatul parcurge toată seprafaţa

containerului si are loc sfârşitul ciclului de extrudare iar presiunea revine la valoarea 0.

Aceleaşi traiectorii de variaţie a presiunii sunt puse si în graficul următor cu

evidenţierea însă a diferenţei dintre valorile presiunii în funcţie şi de raportul de extrudare.

Din tabelul 5 se pot extrage presiunile maxime de extrudare pentru fiecare probă.

Valorile presiunii maxime de extrudare vor fi puse întru-un grafic în funcţie de gradul de

extrudare:

Tab.6.

Nr.

Probei

Raportul de

extrudare

Presiunea

maximă

1 24,3 370

2 12,7 235

3 8,8 205

4 6,9 200

5 5,8 195

6 5,1 190

7 4,6 175

8 4,2 170

9 4,0 160

10 3,8 155

Cu datele din tabelul anterior sa trasat graficul din fig.30 care ne arată tendinţă de

creştere a forţei maxime de extrudare odată cu creşterea raportului de extrudare.

Cu ajutorul acestui grafic se poate determina forţa maximă de extrudare pentru orice

configuraţie de profil care urmează să se execute din aliajul analizat. Astfel prin calcularea

raportului de extrudare pentru un profil, se poate stabili presiunea maximă de extrudare

aflând în acest mod dacă profilul respectiv se poate extruda pe presa aflată în dorare sau daca

nu se poate extruda.

Vizitati www.tocilar.ro ! Arhiva online cu diplome, cursuri si referate postate de utilizatori.

Fig.30. Variaţia presiunii maxime în fucţie de gradul de extrudare

După extrudare s-au obţinut 10 ţevi din aluminiu cu grosimi diferite de perete aşa cum

se arată în fig.31:

Fig.31. Ţevile extrudate.

Pentru a se pune în evidenţă defectele ce apar odată cu scăderea gradului de extrudare

la extrudarea cu sudură, ţevile au fost debitate in mai multe secţiuni care au fost supuse

analizei, asa cum se arată în fig.32:

Fig.32. Ţevile după debitare.

2.3.2. Analiza probelor

2.3.2.1. Analiză realizată prin încercare la încovoiere

Pentru a se pune în evidenţă defectele de sudură ce apar la extrudarea cu sudură, din

fiecare ţeavă extrudată a fost debitată câte o probă cu o lungime L=30mm, care a fost supusă

unui încercări la încovoiere pe o presa hidraulica, păstrându-se acelaşi grad de deformare

pentru toate probele.

Secţiunile debitale au fost aşezate in bacurile presei astfel încât liniile de sudură ale

secţiunilor să fie perpendiculare pe direcţia de presare a presei hidraulice.


Fig.33. Deformarea probelor debitate din ţevi.

În timpul deformare, probele s-au comportat diferit, în funcţie de gradul de extrudare

RE, probele fiind prezentate în pozele următoare:

Fig.34. Poze cu probele deformate, şi evidenţierea rupturilor care apar.

Analizând probele după încercarea la încovoiere se observă o punere în evidenţă a

defectelor de material ce apar datorită sudurii imperfecte ce are loc. Sudura metalului în

camera de sudură este un proces ce se desfăşoară prin difuzia metalului unul în celălalt,

proces ce poate avea loc numai în condiţii de temperatură şi presiune ridicată. Astfel

difuzia metalului poate fi neconformă dacă nu se îndeplinesc condiţiile de temperatură şi de

presiune, de asemenea acest procedeu de extrudare nu poate fi aplicat decât la anumite aliaje,

cum ar fi cele de Al, care prezintă un grad de sudabilitate ridicată.

Pe lăngă cele trei condiţii de presiune, temperatură si sudabilitate, fenomenul de

sudură mai este posibil în cazul aliajelor de Al deoarece acestea prezintă un grad de oxidare

scăzut.

Din fig.34 se observă, în cazul probelor 1 şi 2 că după încercarea la încovoiere acestea

au crăpat, lucru care însă nu se poate explica prin proasta sudură a metalului ci mai degrabă

prin o rezistenţă mecanică scăzută datorită grosimii mici de perete.

Analizând însă probele 8 şi 10 din fig.34 se observă că materialul a crăpat în zona de

sudură, lucru care nu se mai poate pune pe seama grosimii mici de perete, dar se explică prin

faptul că la grade mari de extrudare sudarea materialului este mai proastă.

2.3.2.2. Analiză asupra macrostructurii probelor

Pentru a întări aceste concluzii, probele realizate la un grad mic de extrudare, au fost

supuse unei analiza macrostructurale, realizată la INMR Bucureşti.

Probele au fost pregătite printr-un atac de punere în evidentă a structurii cu următorii

reactivi: CaCl2, H3NO3.


Analizând proza din fig.35, care reprezintă o probă realizată cu un grad mare de extrudare, RE=12,7 nu se observă nici un fel de defect pe suprafată

materialului, în timp ce pe proba din fig.36, reprezentând o probă realizată cu un grad mic de extrudare RE=3,8 se observă că pe suprafaţa probei apare, în toate

cele patru colţuri un şanţ longitudinal care scoate în evidentă proasta sudură a materialului la grade de extrudare mici.

Concluzia acestor cercetări este că pentru aliajul analizat, nu este recomandat

procedeul de extrudare cu sudura la grade de sudură mai mici de 3,8. O mai bună observare a

acestui fenomen poate fi realizată folosind aliaje cu o sudabilitate mai scăzută cum ar fi

siluminurile sau duralurile.

Fig.35. Analiză macrostructurală asupra probei 2.

Fig.36. Analiză macrostructurală asupra probei 10.


Cap.3. REPROIECTAREA TEHNOLOGIEI DE EXTRUZIUNE

3.1. Varianta existentă. Descrierea tehnologiei de fabricație a țevii Ø45x5 existentă la

Alprom Slatina

In planul de investiție al uzinei de prelucrare a aluminiului Slatina, este prevazută

fabricarea țevii Ø45x5. Acest sortiment se foloseşte, fie in stare extrudată, fie in stare trasă.

După tragere se obțin alte dimensiuni ale țevii, mărindu-se diametrul exterior si micşorandu-

se grosimea peretelui.

Atât ţeava extrudată cât şi ţeava trasă se folosesc in construcțiile de maşini, deoarece

aceste produse conferă proprietăți mecanice bune, la o greutate specifică scăzută.

In cadrul Alprom Slatina, pentru executarea acestor țevi, se foloseşte tehnologia de

extrudare cu dorn fix la presa orizontală de 3600tf.

3.1.1. Fişa tehnologică folosită pentru extrudarea țevii Ø45x5 este:

3.1.1.1. Transport lingou de la depozitul de lingouri la cuptor

Această operație se realizează cu un autostivuitor de 3t, lingourile fiind transportate in

bene. Dimensiunile lingoului sunt Ø219x520, iar greutatea G=52.5 kg.

3.1.1.2. Încălzire pentru extrudare

Se face într-un cuptor continuu cu trei zone de încălzire. Temperatura de încălzire este

de 430-450˚C. Cuptorul este prevăzut cu 7 lanțuri de transport a lingourilor. În cazul acestui

sortiment, pentru a realiza concordanța între cuptor şi presă, se folosesc toate lanțurile.

Temperaturile lingoului în cele trei zone sunt:

- zona I- 400˚C;

- zona II- 430˚C;

- zona III- 440˚C.

De menționat este faptul că acest cuptor de încălzit lingouri este prevăzut cu

ventilatoare de recirculare a gazelor. Aceasta deoarece în intervalul de temperaturi 400-


450˚C, transmisia de căldură prin convecție predomină față de transmisia de căldură prin

radiație.

3.1.1.3. Extrudarea

Se realizează la presa de 3600tf. Parametrii tehnologici de extrudarea țevii Ø45x5

sunt:

Raport de extruziune-63,7

Temperatura conteinerului- 380˚C

Temperatura de extrudare-390-440˚C

Viteza de extrudare- 600 mm/s

Greutatea specifică- 1,71kg/m de țeavă

După presare, mai rămâne în container un rest de presare a cărui lungime este de 55

mm.

Ca lubrifiant pentru matriță se foloseşte Aqua- Dag. Lubrifierea se face prin stropire

la un unghi de 45˚(figura de mai jos).

Ca scule pentru extrudarea țevii, se folosesc:

dornul de perforare

matrița

suport matriță

inele de sprijin

Aceste scule, precum şi asamblarea lor, se pot vedea in desenul de executie al

tehnologiei existente, anexat proiectului.


Dornul are rolul de a perfora lingoul şi de a forma împreună cu matrița, locaşul de

formare a tevii.

Suportul matriței are rolul de a fixa matrita în ansamblul ce se montează pe presă.

Inele sunt necesare pentru a prelua forța pe care o exercită lingoul asupra matritei.

Dimensiunile țevii sunt:

- diametrul exterior=45 mm

- dimetrul interior= 35 mm

- lungime= 27500 mm

În timpul extrudării se face un control dimensional şi aspectual la primele 233

produse extrudate.

Conform STAS 524-67 toleranțele dimensoinale sunt:

- la perete de 5 mm se admite toleranță ±0,5 mm

- la diametrul exterior se admite toleranță ± 0,15 mm

3.1.1.4. Îndreptarea.

Se face o îndreptare a țevii rezultată din extrudare, la un banc de 45tf. Îndreptarea se

face prin întindere.

3.1.1.5. Debitarea.

Se executa la un ferăstrău circular. Se înlatură:

- capul anterior al țevii= 1600 mm

- capul posterior al țevii= 1400 mm

După aceasta, teava rămasă se debitează in 3 bucăți a 8200 mm.

3.1.1.6. Transport la cântărire.

Se realizează cu ajutorul podului rulant de 5tf, viteza de deplasare fiind de 15 m/min.

3.1.1.7. Cântărirea.

Se face cântărirea câte unui lot cu ajutorul unui cântar basculă, după care se

inregistrează predarea de la extrudate la trase.


Procesul de extruziune se desfăşoară în mai multe etape începând cu introducerea

lingoului şi terminând cu tăierea restului de presare.

Fig. 37.

1 – suportul matriţei;

2 – matriţă;

3 – manşonul containerului;

4 – container;

5 – poanson tubular;

6 – şaibă de presare;

7 – dorn de presare.

La început conteinerul este gol, în poziția de aşteptare a lingoului. Cu ajutorul unor

manipulatoare laterale este adus lingoul cald şi introdus in conteiner (fig.37.a), după care

conteinerul se deplasează către matriță, fixându-se în față acesteia(fig.37.b).

Urmează o presare preliminară până când lingoul umple conteinerul (fig.37.c), după

care bucşa şi poansonul se retrag puțin, pentru ca la perforare, volumul de material dislocat

de dorn să aibă loc să curgă înapoi (fig.37.d).

În fig.1.e. se observă procesul de perforare a lingoului cu ajutorul dornului, care se

aşează cu capul în dreptul locaşului matriței, formând împreuna cu acesta, profilul țevii.

După perforare urmează extrudarea propriu-zisă, proces în care datorită presiunii

realizate asupra lingoului cu ajutorul tijei de presare, materialul iese prin locaşul format de

matriță şi dorn sub formă de țeavă (fig.37.f.). La sfârşitul extrudării, mai rămâne un rest de

presare care se înlătură împreună cu şaiba de presare cu ajutorul unei foarfeci verticale,

montată pe presă(fig.37.g). După aceste etape, ciclul de extruziune se reia, folosind aceleaşi

etape.

3.1.2. Calculul economic

3.1.2.1. Indicele de utilizare a materialului


=52,5 kg- greutatea lingoului;

n=3- numărul de bucăți debitate din teavă;

L=8200 mm- lungimea unei tevi;

= 1,71 kg/m- greutatea țevii pe unitatea de lungime;

3.1.2.2. Productivitatea liniei tehnologice

Timpul de extrudare este:

3.1.2.3. Calculul consumurilor energetice

a) Consumul de energie electrică:

unde:

- Pik - puterea instalată a fiecărui utilaj;

- Frk- fondul real de timp al fiecărui utilaj;

- Kuk - 0,8- coeficient de utilizare al utilajelor;

Pik=862 kW - pentru linia presei de 690kWh/ora.

Consumul specific de energie electrică este


b) Consumul de combustibil:

Combustibil (gaz metan)se foloseşte numai pentru incălzirea lingourilor şi se

calculează cu relația:

- Qu - căldură utilă;

- Qp - pierderi de căldură

- Fr - fondul de timp al utilajului

- Pu=2025 kg/h - productivitatea cuptorului

- CpAl= 0,099 kcal/kg.grad- căldura specifică a Al la 450˚C

Consumul specific de combustibil este:

c) Consumul de aer comprimat şi consumul de apă industrială

Din normele interne ale uzinei, consumul specific de apă industrială şi aer comprimat

este:

- pentru presa de 3600 tf

d) Cheltuieli specifice cu manopera

În cadrul liniei tehnologice de la presa de 3600tf lucrează 12 muncitori, salariul tarifar

mediu fiind 7,2 lei/ora.


3.1.2.4. Indici tehnico-economici

Tab.7.

Indice

tehnico-economic

U.M. Mărimea

indicelui

Pret

unitar

Cheltuieli specifice

pe unit. de produs

Consum de metal kW/t 1,26 14 lei/kg 17650

Consum de energie el. m³/t 430 0,3 lei/kW 129

Consum combustibil m³/t 14,3 0,2 lei/ m³ 2,86

Consum aer comprimat m³/t 140 0,06 lei/ m³ 8,4

Consum apă indistrială m³/t 9 0,1 lei/ m³ 0,9

Consum manoperă lei/t - - 54

Total 17.845,16 lei/t

3.1.3. Analiza tehnologiei existente

În cadrul tehnologiei existente se observă că:

a) Dimensiunile lingoului sunt Ø219x520, deci . În literatură, raportul

este cuprins între limitele 1,5-3. pentru mărirea lungimii țevii si a productivității se poate

merge la un raport mai mare, mai ales că țeava obținută este mult mai scurtă decât

lungimea utilă a transportoarelor şi a bancului de tras. Mărirea raportului se poate realiza:

- prin micşorarea diametrului lingoului dar acest lucru ar fi nerațional;

- prin mărirea lungimii lingoului.

b) Lingourile având dimensiuni mici şi greutate mică, este mai economic a se

transporta cu ajutorul autostivuitoarelor, decât prin alte mijloace, lucru realizat în cadrul

tehnologiei folosite de Alprom Slatina.


c) Încălzirea semifabricatelor în vederea extrudării se face la temperatura de 440˚C.

Din tema de cercetare rezultă că plasticitatea este maximă şi rezistența la deformare este

minimă în intervalul de temperaturi de 450-550˚C.

Ținând cont insă că în timpul extruziunii, datorită efectului termic al deformației,

temperatura se ridică cu aproximativ 50˚C, temperatura de incălzire se alege cu 50˚ mai mică.

Deci temperatura de încălzire de 440˚C nu este bine aleasă.

d) Pentru tehnologia de extrudare cu dorn, raportul de extruziune este destul de

mare(63,5). După datele din literatură, acest raport este optim la tehnologia de extrudare cu

cameră de sudură, unde este necesară o presiune pentru a putea fi realizată sudura pereților

țevii. deci la tehnologia existentă, poate fi realizat acest raport de extruziune, micşorandu-se

astfel şi forța necesară extrudării.

e) Viteza de extruziune, deoarece materialul este destul de plastic, se poate adopta mai

mare, aceasta ducând la mărirea productivității.

f) Folosind această tehnologie, există o mare pierdere de material rezultând un indice

de utilizare destul de mic. Pierderile de material se fac:

- la extruziune, prin înlăturarea restului de presare;

- la debitare, prin tăierea capetelor de țeavă.

g) În cadrul Alprom Slatina, ca lubrifianți la extrudare se folosesc Aqua-Dag şi Oil-

Bag. Aceştia sunt procurați din import. Este necesară studierea influenței lor asupra

procesului de extrudare precum şi a compoziției lor chimice în vederea înlocuirii cu

lubrifianți fabricați in țară. Astfel s-ar aduce economii prin reducerea cheltuielilor cu

procurarea de lubrifianți.

h) În cadrul Alprom Slatina se face un control dimensional numai la primele 2-3

produse extrudate. Deoarece principalul dezavantaj al folosirii tehnologiei de extrudare cu

dorn de perforare, îl constituie excentricitățile tevii, este necesar a se face acest control şi în

timpul extrudării.


3.2. Varianta reproiectată. Descrierea tehnologiei de fabricație a țevii Ø45x5 folosind

procedeul de extrudare cu sudură

O tehnologie modernă care a început să se practice tot mai mult, pentru obținerea

țevilor din aluminiu este extruziunea folosind matriță cu punte si cameră de sudură. Această

tehnologie prezintă avantajul că elimină majoritatea defectelor ce se întâlnesc la tehnologia

de extrudare cu dorn de perforare şi anume:

- datorită unei ghidări scurte a dornului se elimină posibilitatea dezaxării acesuia în

timpul extrudării. Deci, în acest fel dispar complet excentricitățile țevii, defecte care erau

destul de frecvente în cazul folosirii dornului de perforare.

- folosirea matriței cu punte reduce mult toleranțele referitoare la grosimea peretelui

țevii, , datorită rigidității dornului.

- întrebuințând pentru extruziunea țevilor, matrițe cu punte, nu mai este necesar

dornul de perforare, odată cu el pierzându-şi utilitatea întregul mecanism de perforare al

presei. Deci, acelaşi sortiment (țeavă Ø45x5) se poate realiza la o presă mai simplă, fară

mecanism de perforare. Eliminând operația de perforare, timpul de extruziune va fi mai mic.

În cadrul Alprom Slatina există două prese de extruziune, una de 3600tf cu perforator

şi una de 2250tf, fară perforator. În momentul de față, țevile de Ø45x5 se execută la presa de

3600tf. Folosind matriță cu punte, acest sortiment poate fi transpus la presa de 2250tf,

obținând astfel consumuri mai mici şi o utilizare mai rațională a utilajelor din secție.

Datorită avantajelor pe care le are noua tehnologie, a fost propusă pentru studiu,

folosirea extruziunii cu matriță cu punte.

Etape de extruziune. În cadrul acestei tehnologii, operațiile ce se execută în timpul

extruziunii sunt:

- introducerea lingoului in conteiner împreună cu şaiba de presare;

- extrudarea propriu-zisă;

- înlăturarea şaibei de presare;

- revenirea conteinerului şi a poansonului in pozitie inițială.

De menționat este faptul că în cadrul noii tehnologii, materialul neextrudat, rămas in

camera de sudură, se extrudează in continuare când asupra lui presează lingoul următor. Deci,


nu mai există un rest de presare ca la tehnologia cu dorn, unde acest rest era înlăturat prin

tăiere. Astfel se va mări indicele de utilizare al metalului.

3.2.1. Dimensiunile semifabricatului

Deoarece în cadrul acestei variante s-a propus folosirea unui container cu diametrul

interior de 226mm, container care se utilizează la presa de 2250tf de la Alprom Slatina, se vor

adopta pentru lingou, dimensiunile:

- diametrul: 219mm;

- lungime: 600mm.

Făcând raportul se observă că este egal cu 2,74, adică se încadrează în

limitele date în literatură (1,5-3).

3.2.2. Regimul termic

3.2.2.1. Tempratura de încălzire

Din experimentările făcute, a rezultat că intervalul optim al temperaturilor de

extrudare este 450-5500C. Cunoscând că datorită efectului termic al deformaţiei, în timpul

extrudării temperatura se ridică cu aproximativ 500C, intervalul temperaturilor de încălzire va

fi 400-5000C.

3.2.2.2. Durata încălzirii

Pentru a afla timpul de încălzire se foloseşte formula:

w - viteza de mişcare a gazelor m/s;


Deci timpul de încălzire al lingoului este 1,8 ore.

3.2.2.3. Temperatura în container

Temperatura containerului este cu 500C mai mică decât media temperaturilor de

extrudare.

Textrudare=4500C. Deci Tcontainer=4000C

3.2.2.4. Temperatura cuptorului

De regulă temperatura cuptorului este cu 500C mai mare decât temperatura pe care o

are lingoul la sfârşitul încălzirii.

Deci Tcuptor=5000C.

3.2.3. Raportul de extruziune

- Sc - suprafaţa containerului (transversală);

- Sp - suprafaţa transversală a profilului.


Raportul de extruziune optim, pentru profile închise deci şi pentru ţevi, după [5] este

de 60-20.

În cadrul acestei variante s-a obţinut un raport de extruziune foarte apropiat de cel

optim.

3.2.4. Presiunea de extruziune

Presiunea de extruziune se calculează cu formula:

- C=5 - coeficient ce ţine seama de forma matriţei;

- σcAl=1,4Kgf/mm2 - limita de curgere a aluminiului la 4000C;

- μ=0,3 - coeficient de frecare;

- L=600mm; D=219mm - dimensiunile lingoului ce se introduce în container;

- L’=565mm; D’=226mm - dimensiunile lingoului după ce a fost refulat în container;

- A0=401cm2 - secţiunea transversală a lingoului deoarece după refulare, lingoul

umple containerul;

- A1=6,36cm2 - secţiunea transversală a ţevii.

Cunoscând presiunea necesară extruziunii, se poate calcula forţa de extruziune.

Deci forţa de extruziune este mai mică decât forţa nominală a presei (2250tf).

3.2.5. Viteza de extruziune

Viteza de extruziune se alege în funcţie de natura aliajului de Al ce se extrudează, de

raportul de extruziune şi de complexitatea profilului. Pentru ţevi de Al99,5, la un raport de

extruziune de 63,5 se adoptă viteza de 400mm/s [5]. Viteza este mai mică decât la

extruziunea cu dorn, pentru a se realiza sudura pereţilor ţevii.

Viteza poasonului va fi:


3.2.6. Lungimea ţevii obţinute

Lungimea ţevii se calculează pe baza legii volumelor constante.

Vţeavă=Vlingou deoarece nu avem nici o pierdere de material în timpul extrudării. Restul

de material neextrudat rămas în camera de sudură, este împins prin focarul matriţei de către

lingoul următor.

După extrudare ţeava este îndreptată la un banc de tras. De la îndreptat, ţeava merge

la debitare. Debiarea se face:

- se înlătură capătul anterior=600mm;

- se înlătură capătul posterior=1400mm deoarece aici există materialul rămas în

camera de sudură care nu realizează o sudură corectă a pereţilor ţevii;

- se debitează 4 bucăţi de lungime 8200mm.

3.2.7. Productivitatea presei

Timpul unui ciclu de extrudare este:

În timpul auxiliar se încadrează următoarele operaţii:

- aducerea lingoului în faţa containerului;

- împingerea lingoului în container cu ajutorul poasonului;

- deplasarea containerului şi poansonului, înainte până la fixarea pe matriţă;

- retragerea containerului şi poansonului în poziţie de primire a lingoului.

Toate aceste operaţii se fac în aproximativ 25sec.

Productivitatea presei este:


3.2.8. Numărul de lingouri din cuptor

n’ - numărul de lingouri ce trebuie să existe în cuptor pentru a asigura atât încălzirea

cât şi productivitatea presei.

P - productivitatea presei

t - timpul de încălzire în minute.

Pentru a asigura funcţionarea neîntreruptă a presei, numărul de lingouri se majorează

la 60 lingouri.

Lungimea vetrei cuptorului este de 9m.

Numărul de lingouri de pe un lanţ este:

Deci se lucrează cu 4 lanţuri la cuptorul ce deserveşte presa de 2250tf.

3.2.9. Calculul S.D.V.-urilor

3.2.9.1. Calculul de rezistenţă al matriţei:

Calculul de rezistenţă al matriţei se referă la determinarea determinarea dimensiunilor

punţii de susţinere a dornului. Aceasta este solicitată la încovoiere datorită presiunii metalului

ce se extrudează. Calculul este un calcul simplificat, considerând puntea ca o grindă

rezemată.


, unde:

- σa=5000Kgf/cm2 - efortul unitar admisibil;

- P=p . A - forţa de încovoirere;

- f=2 - coeficient ce ţine seama de numărul punţilor;

- z=factor ce ţine seama de forma şi dimensiunile matriţei

3.2.9.1.1. Calculul forţei de încovoiere

p=5060Kgf/cm2

- suprafaţa dornului

3.2.9.1.2. Lungimea punţii se adoptă constructiv egală cu 110mm

3.2.9.1.3. Calcului lui z.

Pentru o curgere mai uşoară a metalului în matriţă şi pentru a favoriza sudarea

acestuia în camera de sudură, puntea are o formă aerodinamică:

- G1 - centrul de greutate al părţii triunghiulare;

- G2 - centrul de greutate al părţii trapezoidale;

- G0 - centrul de greutate global;

- A1, A2 - suprafeţele secţiunii.


în care:

;

şi

, unde şi

de unde rezultă că

Pentru uşurarea calculelor se utilizează un tabel în care în funcţie de r si de b1 se dă

valoarea lui z.

h (mm)

b1 (mm) 38,1 50,8 63,5 76,2 88,9 101,6 127 152,7

20 2,2 4,2 6,7 -

26 2,5 4,9 8,3 12

32 3 5,5 9,5 14 20

38 10 16 23 31

44 17 25 34 55

50 26 37 64

64 38 73 115

În cazul nostru, deoarece diametrul dornului este de 35mm, se va adopta b1=32mm şi

h=50,8.

La aceste valori ale lui h şi b1, din tabel rezultă z=5,5.


Deci la aceste dimensiuni, puntea nu rezistă solicitărilor. Se va alege valoarea lui h

mai mare h=63,5, menţinând valoarea lui b1. Din tabel rezultă z=9,5.

Deci puntea având dimensiunile b1=32mm şi h=63,5, rezistă solicitării de încovoiere.

3.2.9.2. Calculul pragurilor

Lungimea pragului minim se calculează cu formula:

t=5 - grosimea peretelui ţevii

Pragul are aceiaşi lungime pe tot conturul orificiului matriţei, deoarece se găseşte la

aceiaşi distanţă de centru.

Constructiv se adoptă:

- degajarea pragului 1,5mm;

- unghiul de degajare 50.


3.2.9.3. Calculul orificiului matriţei

Diametrul locaşului matriţei este egal cu diametrul

exterior al ţevii, la care se adaugă corecţia datorită contracţiei şi corecţia datorită uzurii, deci:

3.2.9.4. Calculul diametrului dornului

Diametrul dornului este egal cu diametrul interior al ţevii la care se adaugă corecţia

datorită uzurii şi corecţia datorită contracţiei.

3.2.9.5. Camera de sudură

Având diametrul dornului de 35mm, se alege lungimea camerei de sudură egală cu

19,1mm[5]. Dacă lungimea camerei este mai mică, materialul nu se sudează.

Această cameră de sudură se obţine prin îmbinarea matriţei frontale şi a matriţei

posterioare.


Forţa de presare cu care materialul apasă asupra matriţei este preluată de suportul

matriţei şi de cele două inele de sprijin.

Diametrul găurii suportului matriţei se adoptă constructiv în aşa del ca să fie cu 3mm

mai mare decât diametrul matriţei în partea de ieşire a materialului.

Diametrul găurii inelului de sprijin nr.1 se adoptă cu 6mm mai mare ca diametrul

suportului matriţei.

La fel se adaugă şi pentru inelul de sprijin nr.2.

Făcându-se aceste trepte se exclude posibilitatea ca la ieşirea din matriţă, capul ţevii

să se prindă de îmbinarea inelelor. La ieşirea din inele, ţeava trece printr-un suport de ghidare

numit canister. Pentru a nu produce rizuri pe ţeavă, aceasta se face din inele de grafit

imbrăcate într-o manta metalică.

Dimensiunile exterioare ale matriţelor şi inelelor se adoptă în funcţie de dimensiunile

locaşului unde se fixează ansamblul matriţei. În figura de mai jos, este prezentată schiţa

ansamblului matriţei de extrudare cu un singur fir.

Matriţa frontală şi posterioară sunt prezentate mai detaliat în figura următoare:

Matriţă cu punte pentru extrudarea ţevilor:

1 - Matriţă frontală;


2 - Matriţă posterioară;

3 - Dorn;

4 - Punte de sprijin;

5 - Cameră de sudură.


Fişa tehnologică pentru extrudarea ţevii Ø45x5

Nr.

Crt

.

Denumirea

operației

Utilaj S.D.V. Dimensiunile

semifabricatului,

[mm]

Greutatea

Semifabricatului,

[Kg]

Parametrii

tehnologici

1. Transport

lingou la

cuptor

Autostivuitor

3t

Φ 219x600 61 Se transportă

lingourile în

bene

2. Încălzire

pentru

extrudare

Cuptor

încălzire cu

flacără

Φ 219x600 61 Temperatura

încălzire:

450˚C

Timp

încălzire: 1,8

ore

Se utilizează

toate lanțurile

3. Extrudare Presă 2250tf Matriță

frontală

Matriță

posterioară

Suport

matriță

Inele de

spirjin

Canister

Φ45x35(5)x34800 61 Raport de

presare: 63,5

Temp.

conteinerului:

400˚C

Temp.

extrudare:

450˚C

Viteza

extrudare:

400mm/s

Viteza

poanson:

6,3mm/s

Forța


necesară:

1784tf

4. Îndreptare Banc 30t tip

hidraulic

Φ

45x35(5)x34800

61 Întinderea

numai până la

îndreptare

5. Debitare Ferăstrău

circular

Disc cu

grosimea

de 4 mm

Φ 45x35(5)x8200 56 Se inlătură:

- cap anterior:

600mm

- cap

posterior:

1400mm

Se debitează

48 buc. de

lungime

8200mm

6. Transport

la cântărire

Macara 5t Φ 45x35(5)x3-

8200

56 Viteza 15

m/min

7. Cântărire Cântar

basculă

Φ 45x35(5)x3

bucx8200

56 Se

inregistrează

predarea la

atelierul de

trase.

3.2.10. Calculul economic

3.2.10.1. Indicele de utilizare a metalului

, unde:

- Gpf=56Kg - greutatea piesei finite;

- Gs=61Kg - greutatea semifabricatului.

3.2.10.2.Productivitatea liniei de extrudare

Utilajul care determină productivitatea liniei este presa de extruziune. Deci

productivitatea presei este:

3.2.10.3.Calculul consumurilor

a) Consumul de energie electrică

, unde:

- Pik - puterea instalată a utilajului;

- Frk - fondul de timp al utilajului;

- Kuk - coeficientul de utilizare a utilajului.

∑Pik=606,7KW

Pentru a determina consumul de energie electrică pe tona de produse se împarte

consumul total la productivitate:

=285Kwh/t

b) Consumul de combustibil

Pagina 50 din 55

Consumul de combustibil se poate calcula cu relaţia:

unde:

- Qu - cantitatea de căldură utilă;

- - productivitatea utilajului;

- ;

- - temperatura de încălzire;

- - temperatura mediului.

c) Consumul de apă industrială şi consumul de aer comprimat

Consumurile specifice pentru presa de 2250tf de la Alprom Slatina sunt:

- ρapă=8 m3/t;

- ρaer=130 m3/t.

d) Cheltuielile specifice de manoperă

În cadrul liniei tehnologice de la presa de 2250tf, lucrează 11 muncitori productivi,

salariul tarifar mediu fiind 6RON/oră muncitor.

Pagina 51 din 55

e) Indicii tehnico economici

Indice tehnico-

economic

UM Mărimea

indicelui

Preţ unitar Cheltuieli specifice pe

unitatea de produs

Consum de metal t/h 1,09 14lei/Kg 15270

Consum de energie

electrică

Kwh/t 285 0,3lei/Kw 85,5

Consum de

combustibil

m3/t 12 0,2lei/m3 2,4

Consum de apă

industrială

m3/t 8 0,1lei/m3 0,8

Consum de aer

comprimat

m3/t 130 0,06lei/m3 7,8

Consum manoperă lei/t 46,5 - 46,5

Total 154130

3.3. Analiza variantelor propuse şi definitivarea noii tehnologii

În tabelul de mai

jos se face o

comparație a

indicilor tehnico-

economici

rezultați din cele

trei variante

tehnologice.

Indicele

tehnico-

U.M. Mărimea indicelui Pret

unitar,

[lei]

Cheltuieli specifice lei/t

Existentă Reproiectată Existentă Reproiectată

Pagina 52 din 55

economic

Consum de

metal

t/t 1,26 1,09 14 17650 15270

Consum energie

electrică

Kwh/t 430 285 0,3 129 85,5

Consum

combustibil

m³/t 14,3 12 0,2 2,86 2,4

Consum aer

comprimat

m³/t 140 8 0,06 8,4 0,8

Consum apă

industrială

m³/t 9 130 0,1 0,9 7,8

Consum

manoperă

lei

m³/t

54 46,5 - 54 46,5

Total - - - - 17845,16 15413

Făcând o comparație a cheltuielilor specifice cu consumurile şi manoperă, la cele

două variante tehnologice se observă că ele au valori diferite.

Astfel, la varianta tehnologică existentă, cheltuielile specifice sunt 17845,16 lei/t, iar

la varianta reproiectată 15413 lei/t. Aceasta înseamnă că folosirea tehnologiei de extrudare a

tevilor in matriță cu punte este mai economică decât tehnologia cu dorn.

După datele furnizate de firma constructoare a Alprom Slatina, firmă ce utilizează

extruziunea în matriță cu punte şi cameră de sudură, raportul de extruziune optim, pentru

realizarea sudurii este 60±20.

În cazul variantei reproiectate, raportul de extruziune este 63,5, adică cel optim.

Din calcule a rezultat că în cazul variantei reproiectate, forța necesară extrudării

permite utilizarea presei de 2250tf, presă care există la Alprom Slatina.

In cadrul tehnologiei existente se observă că:

a) Dimensiunile lingoului sunt Ø219x520, deci . În literatură, raportul

este cuprins între limitele 1,5-3. pentru mărirea lungimii țevii si a productivității se poate

Pagina 53 din 55

merge la un raport mai mare, mai ales că țeava obținută este mult mai scurtă decât

lungimea utilăa transportoarelor şi a bancului de tras. Mărirea raportului se poate realiza:

- prin micşorarea diametrului lingoului dar acest lucru ar fi nerațional;

- prin mărirea lungimii lingoului.

b) Lingourile având dimensiuni mici şi greutate mică, este mai economic a se

transporta cu ajutorul autostivuitoarelor, decât prin alte mijloace, lucru realizat în cadrul

tehnologiei folosite de Alprom Slatina.

c) Încălzirea semifabricatelor în vederea extrudării se face la temperatura de 440˚C.

Din tema de cercetare rezultă că plasticitatea este maximă şi rezistența la deformare este

minimă în intervalul de temperaturi de 450-550˚C.

Ținând cont insă că în timpul extruziunii, datorită efectului termic al deformației,

temperatura se ridică cu aproximativ 50˚C, temperatura de incălzire se alege cu 50˚ mai mică.

Deci temperatura de încălzire de 440˚C nu este bine aleasă.

d) Pentru tehnologia de extrudare cu dorn, raportul de extruziune este destul de

mare(63,5). După datele din literatură, acest raport este optim la tehnologia de extrudare cu

cameră de sudură, unde este necesară o presiune pentru a putea fi realizată sudura pereților

țevii. deci la tehnologia existentă, poate fi realizat acest raport de extruziune, micşorându-se

astfel şi forța necesară extrudării.

e) Viteza de extruziune, deoarece materialul este destul de plastic, se poate adopta mai

mare, aceasta ducând la mărirea productivității.

f) Folosind această tehnologie, există o mare pierdere de material rezultând un indice

de utilizare destul de mic. Pierderile de material se fac:

- la extruziune, prin înlăturarea restului de presare;

- la debitare, prin tăierea capetelor de țeavă.

g) În cadrul Alprom Slatina, ca lubrifianți la extrudare se folosesc Aqua-Dag şi Oil-

Bag. Aceştia sunt procurați din import. Este necesară studierea influenței lor asupra

procesului de extrudare precum şi a compoziției lor chimice în vederea înlocuirii cu

lubrifianți fabricați în țară. Astfel s-ar aduce economii prin reducerea cheltuielilor cu

procurarea de lubrifianți.

h) În cadrul Alprom Slatina se face un control dimensional numai la primele 2-3

produse extrudate. Deoarece principalul dezavantaj al folosirii tehnologiei de extrudare cu

Pagina 54 din 55

dorn de perforare, îl constituie excentricitățile tevii, este necesar a se face acest control şi în

timpul extrudării.

Pagina 55 din 55

http://www.tocilar.ro/

Date post:	27-Jul-2015
Category:	Documents
Upload:	magdalena24
View:	350 times
Download:	1 times

Cercetari Experiment Ale Cu Privire La Curgerea Materialului in Timpul Extrudarii Cu Sudura

Documents