6.1.5. Proiectarea şi construcţia matriţelor

La matriţare pe ciocan, piesele se pot executa într-o singură cavitate, sau în mai multe cavităţi. Matriţele simple care au gravată numai cavitatea finală, pot fi prevăzute şi cu o cavitate de prins în cleşte, care are rolul de a facilita accesul comod la manipularea semifabricatului fără un consum ridicat de material. Matriţele cu cavităţi multiple au pe lângă cavitatea finală , cavităţile de pregătire, care au rolul de a aduce semifabricatul la o formă cât mai apropiată de cea a piesei finite şi care au denumirea operaţiei de pregătire pe care o realizează, precum şi o cavitate pentru tăiere care separă piesa matriţată de semifabricat, atunci când se matriţează mai multe piese dintr-o singură bucată de material.

6.1.5.1. Amplasarea cavităţilor în matriţă

Amplasarea cavităţii la matriţele simple cu o cavitate finală, se face în centrul matriţei, evitându-se astfel solicitările care pot apărea în matriţă şi utilaj în timpul deformării semifabricatului, sub acţiunea forţelor excentrice. Prin centrul matriţei montată pe ciocanul de matriţare se înţelege locul geometric prin care trece atât axa tijei utilajului, cât şi rezultanta forţelor care se nasc în timpul deformării materialului în cavitate.

Fig. 6.28. Matriţă simplă cu cavitate finală şi umăr de sprijin: a – succesiunea operaţiilor de realizare a piesei matriţate; b – reprezentarea axonometrică; 1 – semifabricat iniţial; 2, 3 - semifabricate preforjate prin forjare liberă; 4 – piesă matriţată cu bavură; 5 – piesă matriţată debavurată.

Pentru cavităţile cu simetrie maximă în cele trei direcţii, centrul cavităţii se va amplasa în centrul de greutate al matriţei.

În cazul în care forţa rezultantă are şi componente orizontale care ar putea conduce la alunecarea reciprocă a celor două semimatriţe, se adoptă mai multe soluţii

constructive. Una din acestea este utilizarea umerilor de sprijin, care este specifică matriţelor în care se realizează piese cu plan de separaţie frânt (fig.6.28) [4]. Umerii de sprijin se pot executa fie numai în direcţiile în care acţionează componentele orizontale, ca în cazul prezentat în figura 6.28, fie pe întregul contur al cavităţii.

O altă soluţie de anihilare a acţiunii forţelor orizontale este utilizarea bolţurilor de centrare care pot fi amplasaţi doi pe diagonală sau în toate cele patru colţuri (fig.6.29).

Fig. 6.29. Semimatriţă cu bolţuri de centrare.

Amplasarea cavităţilor în matriţele cu cavităţi multiple trebuie făcută în aşa fel încât centrul cavităţii în care se creează cea mai mare solicitare (de obicei în cavitatea finală), să fie amplasat în centrul matriţei sau cât mai aproape de aceasta.

De asemenea, la matriţele cu locaşuri multiple, cavităţile în care nu se nasc forţe mari de deformare (întindere, îndoire, retezare) trebuie amplasate spre marginile matriţelor (fig.6.17) şi pe cât se poate în ordinea în care au loc operaţiile.

La matriţarea pieselor care au cavităţi greu de umplut în ambele semimatriţe, cavităţile cele mai adânci se amplasează în semimatriţa superioară, matriţarea se va face cu întoarcerea piesei cu 1800 la trecerea din cavitatea de pregătire în cea finală.

Dacă la matriţarea unei piese sunt necesare pe lângă cavitatea finală şi cavităţi preliminare sau preliminar – pregătitoare, atunci centrul matriţei trebuie să fie situat la o treime din distanţa dintre centrele acestor cavităţi, considerată de la cavitatea finală (fig. 6.30) [1].

Fig. 6.30. Amplasarea cavităţilor de finisare şi preliminare:1 – cavitate finală; 2 – cavitate preliminară; 3 – cavitate pentru bavură; 4 – cavitate pentru capăt de cleşte.

În figura 6.31 se prezintă câteva exemple de aşezare a cavităţilor pe suprafaţa matriţei.

Fig. 6.31. Aşezarea reciprocă a cavităţilor într-o matriţă:1, 2 ... 7 – ordinea de deplasare a semifabricatului de la o cavitate la alta.

6.1.5.2. Dimensionarea matriţelor şi fixarea pe ciocane

Dimensionarea matriţelor constă în determinarea grosimii pereţilor matriţei, a distanţei dintre cavităţi cât şi a dimensiunilor de gabarit ale matriţei.

6.1.5.2.1. Determinarea grosimii pereţilor şi a distanţei dintre cavităţi

În timpul deformării, matriţele sunt supuse unor solicitări foarte complexe (dinamice şi termice) şi de asemenea configuraţia cavităţilor de matriţare este uneori foarte complexă. Un calcul teoretic a grosimii pereţilor de la marginea matriţei la o cavitate şi a distanţei între pereţii cavităţilor este destul de greoi. Astfel, pe baza datelor experimentale, pentru calculul grosimii pereţilor s-a stabilit o relaţie care se foloseşte cu bune rezultate în practică şi care are forma [1]:

b = (6.39)

unde: b - grosimea peretelui de la marginea matriţei la marginea cavităţii (fig. 6.32.a, b) [1]; h - adâncimea cavităţi; R - raza de racordare a muchiilor interioare ale cavităţii; α1 şi α2 - înclinările laterale ale pereţilor cavităţilor.

La matriţarea mai multor piese deodată, grosimea peretelui despărţitor se calculează cu relaţia [1]: b´ = 0,65 b (6.40)unde: b´ - grosimea peretelui despărţitor la matriţarea mai multor piese.

Grosimea pereţilor între cavităţi se stabileşte în funcţie de adâncimea cavităţi h, raza de racordare a muchiilor interioare R şi înclinarea laterală a peretelui cavităţilor cu adâncimea cea mai mică. În cazul în care R > h (fig.6.32.c) se va alege b1 = 10 mm, iar dacă R = h (fig. 6.32.d) distanţa dintre pereţii cavităţilor se determină cu relaţia: b1 = (6.41)unde: b1 – distanţa dintre pereţii cavităţilor.

Dacă în cavitatea vecină, raza muchiilor interioare este de asemenea egală cu adâncimea cea mai mică a cavităţilor h, atunci distanţa dintre pereţii matriţelor se va determina cu relaţia [1]: b1 = 0,8 (6.42)

Distanţa de la marginea cavităţi de matriţare până la locaşul de prins în cleşte se ia 0,7 b.

Fig. 6.32. Elementele constructive ale pereţilor matriţei:1 – perete de la marginea matriţei; 2 – cavitate de matriţare; 3 – perete între cavităţi.

6.1.5.2.2. Determinarea dimensiunilor de gabarit ale matriţei

Cunoscând numărul şi felul cavităţilor, dimensiunile şi aşezarea lor, precum şi distanţa dintre ele, se pot determina dimensiunile de gabarit ale matriţei.

Pentru determinarea dimensiunilor matriţei în planul orizontal trebuie să fie satisfăcute următoarele condiţii [1]:

- suprafeţele din jurul cavităţilor din semimatriţele care formează oglinda matriţei, în faza finală a deformării materialului vin în contact şi sunt supuse presiunii dezvoltate de forţa de lovire şi pentru a rezista la strivire trebuie să fie de 450 cm2

pentru fiecare tonă de masă a berbecului pentru ciocanele de până la 4 t, sau 250 cm2

pentru cele cu masa berbecului mai mare de 4 t [4];- dacă suprafaţa de contact dintre semimatriţe este repartizată neuniform, aria

minimă admisă în orice loc secţionat de o dreaptă arbitrară P – P, care trece prin centrul matriţei trebuie să fie cel puţin jumătate din aria totală admisă (fig.6.33.a)

- deplasarea centrului de greutate al matriţei sau centrul blocului matriţei (punctul de intersecţie a diagonalelor în suprafaţa de separaţie) faţă de centrul matriţei a cărei poziţie este determinată de umplerea cu metal a cavităţilor la matriţare, se admite până la cel mult 0,1 din gabaritul matriţei în direcţia deplasării (fig.6.33.b) [1].

Fig. 6.33. Suprafaţa de contact a matriţelor:1 – blocul matriţei; 2 – suprafaţa de finisare.

Înălţimea blocului semimatriţei H se stabileşte în funcţie de adâncimea maximă hmax a cavităţii (fig.6.34.a) folosind diagrama din figura 6.34.b [1].

Fig. 6.34. Determinarea înălţimii matriţei:1 –cavitate de matriţare cu adâncimea cea mai mare; 2 – cavitate pentru

bavură; 3 - semimatriţă

După determinarea dimensiunilor matriţei se vor alege dimensiunile tipizate ale blocului de matriţă şi se vor verifica următoarele condiţii [1]:

- greutatea blocului matriţei nu trebuie să depăşească valoarea de 0,46 din greutatea părţii căzătoare a ciocanului;

- distanţa dintre marginea matriţei şi marginea ghidajului ciocanului să fie de cel puţin 20 mm;

- în vederea recondiţionării matriţelor, suma înălţimii semimatriţei inferioare şi superioare poate să depăşească cu 25% înălţimea minimă admisă pentru matriţă.

6.1.5.2.3. Fixarea matriţelor pe ciocan

Fixarea matriţelor pe ciocane trebuie realizată în aşa fel încât acestea să fie cât mai rigide, să se monteze şi demonteze uşor şi în acelaşi timp să se centreze bine. Aceste cerinţe ale fixării se pot realiza bine prin coadă de rândunică şi pene longitudinale şi transversale (fig.6.35) [4]. Coada de rândunică reprezintă elementul specific de fixare a matriţelor pe ciocane prin intermediul penelor longitudinale şi transversale. Dimensiunile cozii de rândunică a şi h se adoptă în funcţie de tipul ciocanului pe care se montează, respectiv în funcţie de dimensiunile b şi v ale locaşurilor din berbecul şi şabota utilajului.

Penele transversale au rolul de a nu permite deplasarea longitudinală a matriţelor iar cele longitudinale de rigidizare a montării. Pentru penele transversale se execută canale speciale atât în cozile de rândunică din semimatriţe, cât şi în şabota şi berbecul ciocanului.

Fig. 6.35. Ansamblul semimatriţelor şi fixarea pe ciocane:1, 2 – pene transversale; 3, 4 – pene longitudinale; 5 – semimatriţa superioară şi

inferioară, 6 – colţ de centrare; 7 – orificii pentru bolţuri de suspendare.

În vederea asigurării unui control al montării semimatriţelor când matriţa nu este prevăzută cu bolţuri sau umeri de centrare, se execută colţurile de centrare. Acestea sunt reprezentate de două suprafeţe prelucrate pe două laturi perpendiculare ale semimatriţelor. De obicei se execută pe muchia dinspre operator şi cea laterală unde nu este cavitate deschisă. Adăncimea lor poate fi de 2...5 mm iar înălţimea corespunzătoare fiecărei semimatriţe 25 mm.