Stabilirea rolului functional al piesei

Cunoasterea rolului functional al piesei este prima etapa in proiectarea oricarui proces tehnologic de realizare a piesei respective rolul functional al piesei este dat de rolul functional al oricarei suprafete ce delimiteaza piesa in spatiu de aceea in primul rand se stabileste rolul functional al fiecarei suprafete din punct de vedere al rolului lor functional. Suprafetele se pot clasifica in:

suprafetele de asamblare . Sunt caracterizate prin:

- o anumita configuratie geometrica;

- precizie dimensionala ridicata;

- rugozitate mica;

- prescriptii referitoare la forma geometrica;

- prescriptii referitoare al pozitia suprafetei in raport cu alte suprafete;

- eventuale prescriptii referitoare la duritatea suprafetei.

suprafete functionale . Sunt caracterizate prin:

- precizie dimensionala ridicata(depinde de rolul functional in ansamblul din care face parte);

- rugozitate mica(uneori este mare , depinde de rolul functional);

- prescriptii referitoare la pozitia suprafetei in corespondenta cu alte suprafete;

- eventuale prescriptii referitore la configuratia geometrica;

- eventuale prescriptii referitoare la proprietatile mecanice, aspectul suprafetelor.

suprafete tehnologice

- apar in timpul prelucrari si ajuta la pozitionarea piesei in vederea prelucrari ele pot ramane dupa terminarea prelucrari sau pot dispare, in functie de configuratia geometrica finala a piesei . Se caracterizeaza prin:

- precizie dimensionala corespunzatoare(neprecizata, de cele mai multe ori cote libere);

- rugozitatea suprafetei corespunzatoare cu procedeul tehnologic de realizare a suprafetei;

- fara prescriptii sau eventuale prescriptii referitoare la forma geometrica;

- eventuale prescriptii referitoare la pozitia suprafetei in raport cu suprafetele ce urmeaza a fi prelucrate.

suprafete auxiliare (de legatura)

- fac legatura intre suprafetele functionale si cele de asamblare. Se caracterizeaza prin:

- precizia dimensionala mica (neprecizata);

- rugozitatea suprafetei mare (cea care rezulta din procedeul de obtinere a semifabricatului);

- fara prescriptii referitoare la precizia de forma;

- fara prescriptii referitoare la precizia de pozitii.

Cunoscand aceste elemente referitoare la tipurile de suprafete ce delimiteaza o piesa in spatiu se poate stabili rolul functional al unei piese fara a cunoaste ansamblul din care face parte piesa sau se poate proiecta o piesa care sa indeplineasca un anumit rol functional impus.

Metoda folosita pentru stabilirea rolului functional posibil sau pentru proiectarea unei piese care sa indeplineasca un anumit rol functional impus poarta numele de metoda de analiza morfo-functionala a suprafetelor.

Acesta metoda presupune parcurgerea intr-o succesiune logica a urmatoarelor etape:

-descompunerea piesei in suprafete cat mai simple (plane, cilindrice, conice, evolventice, elicoidale etc.);

- notarea tuturor suprafetelor ce delimiteaza piesa in spatiu ;

- analizarea fiecarei suprafete in parte din urmatoarele puncte de vedere: forma geometrica a suprafetei, dimensiuni de gabarit, precizie dimensionala, precizie de forma, precizie de pozitie, rugozitate si duritate;

Pistonul este supus la urmatoarele solicitari:

-mecanice : tensiuni: forta de presiune a gazelor, forta de inertie, forta normala, reactiunile boltului, tensiuni de origine termica se datoreaza faptului ca, capul pistonului este traversat de un flux termic la o temperatura ce duce la dilatari (capul pistonului este supus la incovoiere; regiunea port-segment este supusa la compresiune sau strivire; boltul la forfecare; umerii si mantaua la uzura)

-termice: regimul termic ridicat reduce rezistenta mecanica, dilatarile termice reduc jocul dintre piston si cilindru sub actiunea fortei de presiune a gazelor. Pentru a fi cat mai mic posibil jocul, cilindrul este tron-conic in sectiune longitudinala, iar in profil transversal eliptic(oval). Necesitatea unui joc mai mare la rece face ca la sarcini reduse sa apara fenomenul de basculare care amplifica uzura si solicita la joc extremitatile pistonului. La pistoanele de diametru mic si foarte mic se utilizeaza ca material aliajul usor pe baza de aluminiu.

Alegerea materialului optim folosind metoda valorilor optime

Dupa stabilirea rolului functional se alege materialul optim ce va fi folosit la obtinerea piesei. Rolul functional ne arata si proprietatile pe care trebuie sa le indeplineasca piesa . O alegere optima a unui material pentru o anumita destinatie , este o problema foarte complexa ce trebuie rezolvata de proiectant.

Metoda presupune rezolvarea urmatoarelor etape :

1. stabilirea rolului functional al piesei , a tehnologicitatii constructiei si a conditiilor economice de functionare ale acesteia ;

2. determinarea si stabilirea factorilor analitici ai problemei alegerii materialului optim ;

3. descompunerea factorilor analitici in elemente primare ;

4. aprecierea cantitativa a factorilor analitici se face folosind un sistem de notare , in functie de valoare fiecarei proprietati k acordandu-i-se o nota t_k;

5. stabilirea ponderii importantei fiecarui factor primar se face tinand cont de datele rezultate din etapele 1 si 3 acordand fiecarei proprietati k o pondere d_k in stabilirea ponderi trebuie indeplinita conditia : ;

6. alegerea solutiei optime la momentul dat se face aplicand criteriul :

7. analiza solutiilor din punct de vedere al utilitatii lor si stabilirea conditiilor de inlocuire economica a unui material cu alt material

Obtinerea piesei semifabricat prin doua procedee de deformare plastica

Plasticitatea este proprietatea tehnologica a unui material de a suferi deformatii permanente sub actiunea unor forte exterioare .

Ca urmare , obtinerea unei piese care sa corespunda unui anumit rol functional se face prin redistribuirea de material in stare solida ( nu prin indepartarea de material ) in concordanta cu sistemul de forte care actioneaza asupra materialului .

Cel mai vechi procedeu de deformare plastica este forjarea

Forjarea este procesul de prelucrare prin deformare plastica ce consta in introducerea in volumul de material a unor stari tensionale care sa produca curgerea sa (a materialului ) . Aceste forte se aplica prin lovire si/sau presare .

Forjarea este de doua feluri :

libera , cand curgerea materialului se face liber sub actiunea unor forte de lovire:

in matrita (matritare) , cand curgerea materialului este limitata cavitational , sub actiunea unor forte de lovire si/sau presare .

Tinand cont de programa de fabricatie si de dimensiunile de gabarit relativ reduse procedeul de deformare plastica ales va fi forjarea libera

Pentru obtinerea piesei se va utiliza un ciocan cu dublu sistem de alimentare, cu dubla compresie, ce foloseste abur la o presiune de 8 atmosfere .

Pentru realizarea piesei prin forjare libera se va lua in calcul rolul functional al acesteia si materialul din care aceasta va fi realizata (Duraluminiu

Trebuie ales tipul semifabricatului initial , insa conform legii volumului constant, trebuie cunoscuta masa semifabricatului brut forjat pentru a afla volumul acestuia si dupa aceea , adunand pierderile care apar in timpul procesului de forjare (adaosurile necesare si pierderile prin ardere), sa aflam volumul de material pe care il are semifabricatul initial .

Calculul masei semifabricatului care se face impartind desenul piesei brut forjate in parti simple carora le calculam volumul si masa .

Alegerea semifabricatului initial :

Se aleg lingouri ( pentru dimensiuni mari ) , bare sau placi turnate continuu (pentru dimensiuni medii) , prelaminate sau laminate ( pentru dimensiuni mici ) .

Pentru ca materialele sa fie usor deformabile plastic , acestea trebuie incalzite in prealabil in cuptoare speciale .

Insa si aici exista reguli bine definite de standarde special elaborate in acest sens. Astfel ca exista un interval de temperaturi in care se poate face deformarea care are limita superioara numita temperatura de inceput de deformare iar limita inferioara numita temperatura de sfarsit de deformare

Pentru materialul din care este facuta piesa gasim intervalul :

Trebuie stiut de la bun inceput ca oricat de complexa ar fi piesa ce se vrea realizata prin forjare libera procesul tehnologic este o succesiune logica de operatii de baza .

Aceste operatii de baza sunt :

refularea : operatie ce consta in cresterea dimensiunii sectiunii transversale a unui semifabricat ;

intinderea simpla : este operatia de forjare libera ce consta in cresterea in mod substantial a lungimii unui semifabricat ;

intinderea pe dorn : consta in modificarea diametrului exterior a unui semifabricat tubular ;

largirea pe dorn : consta in modificarea diametrului interior si exterior a unei piese de forma tubulara ;

gaurirea prin forjare libera permite obtinerea de gauri patrunse sau nepatrunse fara indepartare de material sub actiunea fortelor exterioare ;

indoirea consta in modificarea pozitiei axei initiale a semifabricatului;

rasucirea realizeaza modificarea pozitiei unei parti dintr-un semifabricat in raport cu celelalte parti ;

taierea prin forjare libera duce la portionarea semifabricatului initial in mai multe parti componente (decupare pe contur deschis ,crestare, slituire , retezare decupare pe contur inchis) ;

sudarea prin forjare libera permite obtinerea de imbinari nedemontabile .

Tehnologia forjarii libere :

Pentru ca un produs sa poata fi obtinut prin forjare libera trebuie sa parcurga urmatoarele etape :

Stabilirea rolului functional al piesei folosind analiza morfofunctionala a suprafetelor ;

Alegerea materialului pe baza analizei valorilor optime ;

Intocmirea desenului piesei brut forjate se face pornind de la desenul piesei finite pe care se adauga :

adaosurile de prelucrare A_p pe toate suprafetele a caror precizie dimensionala si calitatea acestora nu se pot obtine direct prin forjare libera:

adaosuri tehnologice A_t pe toate suprafetele care nu au rezultat prin forjare libera si in scopul simplificarii constructive a formei piesei ;

adaosuri de debitare A_d pe toate suprafetele de separatie ;

adaosuri prin raze de racordare R_c pe toate suprafetele de racordare ;

* marimea acestor adaosuri depinde de dimensiunile piesei finite, iar valorile lor sunt date in STAS - uri.

4. Calculul masei semifabricatului initial se face impartind desenul piesei brut forjate in suprafete simple carora li se calculeaza volumul si masa . Masa totala a semifabricatului brut forjat este data de expresia :

M_Sf=m_Pf+m_a+m_Ap+m_At

unde :

m_Sf : masa totala a semifabricatului brut forjat ;

m_Pf : masa piesei finite ;

m_a : masa pierderilor prin arderea materialului ;

m_Ap : masa pierderilor cu adaosurile de prelucrare ;

m_At : masa pierderilor cu adaosurile tehnologice ;

5.Alegerea semifabricatului initial;

Se aleg bare forjate de dimensiuni: f25mm si L=255mm

Tehnologia forjarii libere

Pentru ca un semifabricat sa fie produs prin tehnologia de forjare libera , trebuie urmate etapele :

Stabilirea rolului functional al piesei semifabricat , folosind analiza morfofunctionala a suprafetelor ;

Alegerea materialului optim cu ajutorul metodei valorilor optime ;

Intocmirea desenului piesei brut forjate;

Calculul masei semifabricatului initial;

Alegerea semifabricatului initial ;

Debitarea semifabricatului initial la dimensiuni : se face respectand legea volumului constant ;

Controlul initial al semifabricatului : se face prin metode de control nedistructive ( ultrasunete , raze X etc. ) . Acest control impiedica semifabricatele initiale care au defecte sa intre in procesul de fabricatie .

Tratament termic initial : se face o recoacere de inmuiere pentru a creste plasticitatea materialului se vrea a fi supus procesului de forjare libera .

Stabilirea parametrilor regimului de incalzire;

Stabilirea succesiunii logice a operatiilor de forjare libera ;

Alegerea utilajului pe care se va face operatia de forjare ;

Forjarea propriuzisa : se face respectand succesiunea logica a operatiilor de forjare libera ;

Curatirea : se face pentru a indeparta straturile de material ars prin forjare ;

Tratament termic final ;

Control final (CTC) ;

Ambalarea si trimiterea catre beneficiar .

Unul din punctele importante a tehnologiei de forjare care nu a fost discutat pana acum si care are o importanta deosebita , este incalzirea materialelor metalice in vederea prelucrarii prin deformare plastica . Aceasta este foarte importanta din punct de vedere a alegerii utilajului de incalzire folosit .

Se stie ca incalzirea semifabricatului se poate face in doua moduri :

prin introducerea semifabricatului intr-un mediu cald ;

prin producerea caldurii in masa semifabricatului .

Cea mai usor de realizat si cea mai raspandita modalitate de incalzire este prima : semifabricatele se introduc in spatiul e lucru al instalatiei de incalzire, spatiu care adus in prealabil la o temperatura superioara celei la care se poate face deformarea .

In functie de sursa de caldura folosita instalatiile de incalzire se impart in doua mari categorii :

Instalatii de incalzire cu flacara (cuptoare cu flacara )

Cuptoarele se impart si ele in doua mari categorii dupa distributia caldurii in interior:

cuptoare cu temperatura constanta in tot spatiul de lucru numite cuptoare cu camera

cuptoare cu temperatura crescatoare de la locul de incarcare al semifabricatului spre locul de descarcare al acestuia .

Cuptoarele cu camera (figura a ) ,se pot construi cu vatra fixa sau mobila iar temperatura din interiorul lor poate varia intr-un interval ingust prin varierea cantitatii de combustibil arsa in focar . Pentru a micsora pierderile de material prin ardere se utilizeaza mufle din material refractar sau otel aliat refractar , figura b

Cuptoarele cu propulsie (figura c) , sunt utilizate la productia de serie mare si masa , deoarece sunt foarte productive . Incalzirea semifabricatelor facandu-e treptat de la o zona de preincalzire I , o zona de incalzire II si o zona de egalizare a temperaturilor III . Semifabricatele parcurg spatiul cuptorului prin impingere sau prin cadere libera pe un spatiu inclinat .

Instalatii de incalzire electrice

Cuptoarele cu rezistente electrice pot fi prevazute cu o rezistenta metalica sub forma de spirala , infasurata in jurul camerei cuptorului ( figura d ) sau cu rezistente ceramice - bare de silita - amplasate pe partea de sus sau pe peretii laterali ai camerei cuptorului ( figura e ). Temperaturile realizate de al 2-lea cuptor sunt mai mari decat la primul , putandu-se incalzi si semifabricate di otel .

In general acest tip de instalatii realizeaza o incalzire superioara celor cu flacara deoarece :

asigura o reglare precisa a temperaturii prin modificarea parametrilor curentului electric de alimentare ;

asigura pierderi mai mici prin oxidare ;

nu polueaza mediul inconjurator .

Echipamentul tehnologic necesar obtinerii piesei semifabricat prin forjare

Echipamentul tehnologic se compune din :

ciocane mecanice sau prese de forjare;

instrumente de control nedistructiv : cu ultrasunete , cu raze X , cu lichide penetrante;

sublere , micrometre , pasametre pentru controlul dimensional;

cuptoare pentru tratamente termice ;

perii de sarma

clesti de prindere;

fierastraie mecanice pentru debitare ;

personal specializat care sa aiba calificarea necesara pentru lucrul cu utilajele de mai sus .

Tehnologia matritarii

Pentru obtinerea piesei semifabricat prin procedeul de matritare trebuie de asemenea urmatoarele etape:

stabilirea rolului functional al piesie

alegerea materialului optim pentru confectionarea piesei

intocmirea desenului piesei brut matritate

Pentru stabilirea adausului de prelucrare si abaterilor limita la piesele matritate sunt necesare:

masa piesei matritate, care se calculeaza dupa ce s-a stabilit tehnologic forma piesei matritate in functie de marimea si complexitatea piesei finite

planul de separatie, pentru piesele matritate pe ciocane si prese

calitatea otelului utilizat

complexitatea de forma a piesei matritate

Adausurile tehnologice, AT se pun pe toate suprafetele care nu pot rezulta prin matritare si pentru simplificarea constructiva a piesei

Adaosurile de inclinare Ai se pun la suprafetele matritate care se prelucreaza, inclinatiile de matritare si razele de matritare se aplica de regula la cotele nominale marite de regula cu adaosuri de prelucrare.

Rolul inclinatiilor si a razelor de racordare este de a facilita extragerea piesei din matrita.

Urmatoare etapa este alegerea planului de separatie: trebuie sa fie pe cat posibil drept si nu frant, sa fie plan de simetrie, sa contina dimensiunea maxima si sa permita o curgere cat mai usoara a materialului, sa asigure un fibraj al liniilor de curgere corespunzator cu proprietatile ce se vor obtine in anumite zone, sa permita cele mai mici adaosuri de inclinare si scoatere usoara a piesei din matrita.

Determinarea masei semifabricatului initial. Masa semifabricatului initial(msf), se calculeaza la inceputul prelucrarii prin matritare cu relatia: msf=mpf+ma+map+mat+mrc+mcb+me, unde mpf-masa piesei finite, ma-masa pierderilor prin arderi, map-masa pierderilor prin adaosuri de prelucrare, mat-masa pierderilor prin adaosuri tehnologice, mrc-masa pierderilor prin racordarile constructive, mcb-masa pierderilor in canalul de bavura, me-masa pierderilor cu epruvetele necesare incercarilor(daca e necesar).

Alegerea semifabricatului initial se face in functie de configuratia geometrica a piesei matritate.

Debitarea semifabricatelor la dimensiuni, se face tinand cont de legea volumului constant, care spune ca deformarea plastica a unui material metalic are loc la volum constant, exceptand micile variatii de volum prin indesare sau pierderi de oxizi(vsi vsf).

Controlul initial- semifabricatul initial se va controla nedistructiv in scopul depistarii eventualelor defecte interne. Se poate realiza cu lichide penetrante, cu ultrasunete, cu pulberi magnetice, radiatii penetrante, in functie de dotarea intreprinderii. Controlul se va realiza prin sondajul unui anumit procent din semifabricatele provenite din aceeasi sarja.

Pregatirea suprafetelor in vederea matritarii- se va realiza o curatire de oxizi a semifabricatului initial, o decapare sau o degresare.

Tratamentul termic initial- se va face o recoacere de inmuiere.

Stabilirea succesiunii logice a calibrelor de matritare-se face in functie de configuratia geometrica a piesei.

Alegerea utilajului pentru matritare-se face tinand cont de configuratia piesei, dar si de dotare intreprinderii. Forta necesara matritarii Fm se calculeaza cu expresia: Fm σr[(1,5+bp/2h)*A+(1,5+bp/h+0,10*d/h)*An]. (pentru semifabricatele cilindrice), in care: bp-latimea puntitei bavurii, h-grosimea puntitei bavurii, A-aria puntitei bavurii, An-aria semifabricatului in proiectie orizontala, d-diametrul semifabricatului, σr-rezistenta la rupere la temperatura de lucru.

Debavurarea se face pe matrite de debavurat in functie de configuratia geometrica a piesie. Indreptarea piesei matritate se face pe matrite de indreptat, inlaturandu-se eventuale defecte locale aparute anterior. Calibrarea piesie matritate se face in vederea cresterii preciziei dimensionale.

Curatarea piesei se face in tobe rotitoare.

Controlul final este un control dimensional si nedistructiv pentru depistarea eventualelor defecte din material(fisuri, crapaturi, goluri).

Analiza economica a procedeului de forjare libera

Se vor folosi urmatoarele notatii :

stiind ca un lot are 9.000 de bucati :

C_F=cheltuielile fixe

C_V=cheltuielile variabile

n=numarul de produse din lot

C_S=costul unui lot de produse

C_P=costul unui produs

s=rata cheltuielilor de stocare

C_F/_buc=8000lei

C_V/buc=25000lei

C_F/lot=8000lei*9000buc=72000000

C_V/lot=25000lei*9000buc=225000000

C_s=C_F/lot+C_v/lot=297000000

Luand in considerare cheltuielile de stocaj s = 600 lei/buc rezulta si stiind ca un lot are 9.000 bucati:

C_P=C_s/n+s*n= C_F/lot /n+C_V/lot+sn=33600lei/buc

Analiza economica a procedeului de matritare

C_F=cheltuielile fixe

C_V=cheltuielile variabile

n=numarul de produse din lot

C_S=costul unui lot de produse

C_P=costul unui produs

s=rata cheltuielilor de stocare

C_F/_buc=10000lei

C_V/buc=17000lei

C_F/lot=10000lei*9000buc=90000000lei

C_V/lot=17000lei*9000buc=153000000lei

C_s=C_F/lot+C_v/lot=243000000lei

Luand in considerare cheltuielile de stocaj s = 600 lei/buc rezulta si stiind ca un lot are 9.000 bucati:

C_P=C_s/n+s*n= C_F/lot /n+C_V/lo+sn=27600lei

Pentru a alege varianta optima a procesului tehnologic se calculeaza n_cr=numar critic de produse

n_cr=

Cs1-turnarea in rame

Cs2-turnarea in vid