Capitolul 1 – Analiza condi țiilor tehnico-funcționale și a tehnologicității piesei și stabilirea tipului sistemului de producție

1.1 Analiza rolului funcțional, a condițiilor tehnice impuse piesei finite și a tehnologicității acesteia

1.1.1 Rolul funcțional și solicitările piesei

Carcasa unei cutii de viteze sau a oricărui mecanism reductor reunește elementele ansamblului și le menține în poziția de funcționare; protejează organele interne de mediul exterior și conservă uleiul necesar ungerii și răcirii elementelor aflate în mișcare relativă; permite fixarea ansamblului transmisiei pe carterul motorului în cazul grupului motopropulsor compact; în cazul transmisiilor organizate după soluția ”totul față”, înglobează mecanismele centrale ale punții motoare: transmisia principală și diferențialul.

Carcasa cutiei de viteze trebuie să îndeplinească următoarele cerințe: să fie ragidă și ușoară, etanșă dar bine ventilată pentru a evita suprapresiunea internă la creșterea temperaturii de funcționare, puțin zgomotoasă prin evitarea amplificării vibrațiilor provenite de la angrenaje și motor, să evacueze rapid căldura în timpul funcționării.

Clasificarea carterelor (carcaselor) se face după mai multe criterii, și anume:

După numărul componentelor transmisie pe care le înglobează: carter mecanism reductor al cutiei de viteze (ex: Aro 24), carter comun pentru ambreiaj, cutia de viteze li puntea motoare (ex: Dacia Nova); carter comun pentru cutia de viteze și puntea motoare (Dacia 1310)

După numărul elementelor principale, carterele cutiilor de viteze pot fi: ansamblu monobloc; ansamblu din două semicartere longitudinale; ansamblu ”sandwich”.

Concepția carterului se face tinând seama de satisfacerea rolului funcțional, tipul de organizare a echipamentului motopropulsor și poziția cutiei de viteze; seria de fabricație; posibilitățile tehnologice; derivatele opționale ale cutiei de bază.

Deși carterul poate satisface diferite cerințe de fabricare, el poate fi necorespunzător din punct de vedere al zgomotului în funcționare. Aceasta se datorează în general vibrațiilor emise de angrenaje, care pot fi amplificate prin efectul de membrană al unora dintre părțile laterale ale carterului. Diminuarea zgomotului se face printr-o nervurare corespunzătoare a pereților ansamblului.

În stare de proiect, carterul cutiei de viteze nu satisface decât rolurile principale enumerate. Tehnologia adoptată de constructor poate să-i confere în plus un raport calitate/preț optim.

Complexitatea, forma și aspectul pieselor variază în funcție de: materialele utilizate (aluminiu sau fontă) și procedeul de turnare a semifabricatelor.

Carterul monobloc este construit ca o piesă complexă turnată, ce regrupează părțile laterale care formează incinta mecanismelor, precum și zonele ce permit cuplarea cu motorul sau cu alte organe ale transmisiei.

Este întâlnit astăzi, în general la transmisia automobilelor cu motor longitudinal organizate după soluția 4x4, tot teren. Utilzizată în trecut la utoturisme europene, se păstrează ca soluția numai la câteva autoturisme americane. Avantajele construcției constau în rigiditate sporită, masă redusă, etanșare simplă.

Montarea componentelor interne (arbori, angrenaje) se face printr-o fereastră practicată într-unul din pereții laterali, obturată de un capac ce include de regulă comanda internă a mecanismului de acționare.

Carterul asamblat reprezintă o soluție specifică transmisiilor autoturismelor și autoutilitarelor ușoare organizate după soluția totul față, cu motorul amplasat longitudinal sau transversal. Uzinarea este mai complexă decât în cazul carterului monobloc, deoarece se are în vedere existența unor suprafețe suplimentare: cele de asamblare și cele de centrare a elementelor componente. Este compus din mai multe elemente, care sunt uzinate împreună pentru a forma carterul asamblat.

Acest tip de carter se obține prin turnare sub presiune a elementelor componente. Acest procedeu conferă pieselor finite precizie ridicată, rigiditate satisfăcătoare și masă redusă. Carterul asamblat pentru cutiile de viteze longitudinale (Fig 1.1.2 – stânga) satisface toate soluțiile de organizare a transmisiei care sunt folosite atunci când motorul este amplasat longitudinal: clasică, totul față sau integrală. Construcția este realizată din două semicartere ce conțin în planul de asamblare axele arborilor. Carterul asamblat al cutiilor de viteze

Fig 1.1.1 Construcția carterului monobloc

Fig. 1.1.2 Construcția carterului asamblat

transversale (Fig. 1.1.2 – dreapta) este alcătuit din două sau trei elemente care au suprafețe de asamblare perpendiculare pe axele arborilor. Soluția cu două elemente este specifică schimbătoarelor de viteze cu doi arbori și cinci trepte (ex: Dacia Nova) sau trei arbori și șase trepte (ex: Opel Calibra).

1.1.2 Condițiile tehnice impuse piesei prin desenul de execuție

Suprafețele de îmbinare al semicarcaselor se execută cu o inaltă precizie, condiție impusă de exigențele față de performanțele de etanșare. Cerințele funcționale impun suprafețelor lagărelor de rostogolire pentru montarea arborilor impun rugozități mici fiind necesare finisări speciale.

Nu se admit fisuri, goluri, incluziuni nemetalice, umpleri incomplete, porozități, sufluri sau orice alte defecte de turnare capabile să înrăutățească aspectul exterior, prelucrabilitatea sau rezistența mecanică. Piesa va fi debavurată și curățată. Nu se admit desprinderi ulterioare. Abaterile limită pentru piesa turnată și adaosurile de prelucrare vor fi conform clasei a II-a de precizie B STAS 6287/80.

1.1.3 Alegerea tehnologicității construcției piesei

Tehnologicitatea trebuie să asigure fabricarea piesei prin cele mai economice procedee tehnologice, cu utilizarea forței de muncă minimă, număr de utilaje redus, materiale ieftine și energie consumată cât mai puțină, toate acestea neafectând fiabilitatea și rezistența mecanică a piesei. Din punct de vedere al tehnologicității, carcasa trebuie să îndeplinească anumite condiții:

-construcție relativ simplă;-formă geametrică optimizată, în vederea simplificării și reducerii greutății;-asigurarea interschimbabilității;-alegerea și folosirea rațională a materialului.

Fig . 1.1.3 – Frezarea suprafeței plane de îmbinare

Fig. 1.1.4 – Executarea găurilor și a filetelor pentru șuruburile de prindere

1.2 Alegerea justificată a materialului pentru execuția pieseiAlegerea materialului din care se toarnă piesa se face în funcţie de condiţiile de mediu

şi solicitările la care lucrează piesa. În continuare se vor prezenta principalele caracteristici ale aliajelor de turnătorie.

I. Fonte de turnătorieFontele utilizate în industrie pentru turnarea pieselor pot fi clasificate după trei criterii

mai importante:a. poziţia faţă de eutectic;b. cantitatea de grafit;c. forma grafitului.a. Poziţia faţă de eutectic este dată de gradul de saturaţie în carbon , în care Ct este

conţinutul de carbon total al fontei determinat pe cale chimică; CC - conţinutul de carbon

Fig. 1.1.6 – Prelucrarea alezajelor de montare a arborilor

eutectic (corespunde punctului C din diagrama de echilibru). Valoarea lui C este influenţată de compoziţia fontei:

CC = 4,3 – 0,3 (Si + P) + 0,3 Mn – 0,4 SÎn funcţie de valorile lui S C fontele de turnătorie pot fi:- hipoeutectice, SC <1,0;- eutectice, SC =1,0;- hipereutectice, SC >1,0.b. Cantitatea de grafit.Carbonul se poate găsi în fontă sub formă de: carbon legat

chimic – cementita (C leg ); carbon liber, nelegat – grafit (C gr ); carbon dizolvat în soluţie solidă (austenită şi ferită) (C sol ).

Carbonul total C t = C leg + C gr + C sol .Funcţie de valorile lui C leg şi C gr întâlnim:-fonte cenuşii (Fc ) la care C gr >0; 0 ≤ C leg ≥C s , în care C s este carbonul

corespunzător punctului (S) din diagrama Fe-C, respectiv carbonul din perlită;-fonte pestriţe (Fp ), la care C s < C leg < C t , iar C gr >0;-fonte albe (Fa ), la care C leg = C t , iar C gr =0.c. Forma grafitului. Funcţie de gradul de compactitate, respectiv raportul dintre

suprafaţă şi volum, întâlnim mai multe forme de grafit. După forma grafitului, fontele cenuşii sau pestriţe pot fi împărţite în: fonte cenuşii cu

grafit lamelar; fonte modificate – cu grafit lamelar modificat, cu grafit nodular şi vermicular; fonte maleabile (cu grafit în cuiburi).

Fonte cenuşii cu grafit lamelar nemodificate. Mărcile de fonte cenuşii cu grafit lamelar, cuprinse în STAS 658-75 sunt următoarele: Fc 100, Fc 150, Fc 200, Fc 250, Fc 300, Fc 350 şi Fc 400, valorile care urmează după simbolul Fc reprezentând valoarea rezistenţei minime la tracţiune în N/mm2. Fonta cenuşie este cel mai ieftin aliaj de turnătorie şi în plus are proprietăţi

foarte bune de turnare.Particularităţi structurale . Structura primară se formează cu participarea directă a

fazei lichide, deci la începerea solidificării fontei. La fontele hipoeutectice, întâi apar dendrite primare de austenită, apoi celule eutectice care cuprind austenită şi grafit sub forma unor aggregate policristaline, de formă apropiată de cea sferică.

Structura celulelor eutectice, funcţie de viteza de răcire este prezentată în figura 1.

Figura 1Structura celulelor eutectice, funcţie de viteza de răcire (VR 1<VR 2 <VR3)

La fontele cenuşii din domeniul eutectic (SC = 1,0), structura primară va fi constituită numai din celule eutectice iar la cele hipereutectice, apare întâi grafitul şi apoi celulele eutectice. Ultimele cantităţi de aliaj lichid conţin mult fosfor şi se vor solidifica sub formă de eutectic fosforos cu temperatura de solidificare de 953ºC. Structura secundară apare în urma transformării eutectoide a austenitei care se poate transforma în ferită, perlită şi grafit. Masa

metalică în cazul fontelor cenuşii cu grafit lamelar, nealiate, constă din ferită şi perlită. De asemenea, mai pot intra cementita şi eutecticul fosforos.

Factorii care influenţează structura şi proprietăţile fontelor sunt:-compoziţia chimică a fontei după evacuarea din cuptor;-viteza de răcire a fontei după turnarea în forme:-tratamentul fontei în stare lichidă, după evacuarea din cuptor:-tratamentul fontei în stare solidă, după scoaterea pieselor din formă.Fonte modificate cu proprietăţi superioare :A.Fonte cenuşii cu grafit lamelar modificate. Se caracterizează prin proprietăţi

mecanice ridicate R=250…450 N/cm 2 , A=0,8…1,2%, 200…280 HB, încadrându-se în mărcile Fc250,…,Fc400. Compoziţia chimică: C= 2,8…3,2%; Si=0,6…2,0%; Mn=o,6…1,2%;P max =0,1%; S max =0,1%; S C =0,75…0,85.

Structura este perlitică (100%P), fină şi cu grafit lamelar, uniform repartizat. Aceste fontese obţin în urma unei modificări, ele situându-se iniţial în domeniul fontelor albe sau pestriţe.

B.Fonte cu grafit nodular. Se împart în mai multe mărci, funcţie de valoarea rezistenţei minime la tracţiune în N/mm 2 şi de alungirea la rupere: Fgn 370-17; Fgn 420-12; Fgn 450-5;Fgn 500-7; Fgn 600-2; Fgn 700-2.

Particularităţile structurale. Grafitul are o formă sferoidală şi se prezintă sub mai multe forme: K, L, M, N, P (figura 1.2).

Masa metalică de bază a fontelor cu grafit nodular este constituită din ferită şi perlită. Astfel, fontele cu grafit nodular pot fi: feritice (Fgn 370-17, Fgn 420-12), ferito-perlitice (Fgn 450-5, Fgn 500-7), perlitice (Fgn 600-2, Fgn 700-2).

C.Fonte cu grafit vermicular. Separările de grafit au un grad de compactitate mai mare decât cele lamelare, dar mai mic decât cele nodulare. Masa metalică este preponderent feritică.

Fontele cu grafit vermicular ocupă o poziţie intermediară în ceea ce priveşte proprietăţile, între fontele cu grafit lamelar şi nodular, reuşind să întrunească caracteristicile pozitive de la ambele tipuri de fonte. Tenacitatea este superioară fontelor cu grafit lamelar iar conductibilitatea termică mai mare decât la fontele cu grafit nodular. Are proprietăţi de turnare bune şi o mare capacitate de amortizare a vibraţiilor.

Fig.1.2. Forme tipice de grafit în fontele cu grafit nodular

D.Fonte maleabile. Fontele maleabile pot fi albe, negre sau perlitice.

Mărcile standardizate, conform STAS 569-79 sunt:-fontă maleabilă albă: Fma 350; Fma 400;-fontă maleabilă neagră: Fmn 300; Fmn 320; Fmn350; Fmn370;-fontă maleabilă perlitică: Fmp 450; Fmp 500; Fmp 550; Fmp 600; Fmp 650; Fmp

700,unde cifrele care sunt înscrise după simbol reprezintă rezistenţa minimă la tracţiune,

în N/mm 2 .Grafitul se găseşte sub formă de cuiburi, cu un grad de compactitate variabil (figura 1.3).Masa metalică la fontele maleabile negre constă în ferită. Masa metalică este constituită din perlită şi ferită în cazul fontelor maleabile perlitice. Fontele maleabile albe au o răspândire redusă.

Compoziţia chimică este cuprinsă în limitele: C=2,4…2,9%; Si=0,7…1,5/; Mn=0,3…1,2%; P max =0,18%; S max =0,18%.Fontele maleabile negre şi perlitice se obţin printr-un tratament termic de recoacere

grafitizantă la care sunt supuse piesele din fontă albă, după dezbatere.

Fig.1.3. Forme tipice de grafit în fontele maleabile: I-grafit lamelar de recoacere; II, III şi IV-grafit

de recoacere în cuiburi rarefiate; V-grafit de recoacere; VI-grafit de recoacere nodular.

Fonte aliate. În funcţie de conţinutul elementelor de aliere, întâlnim:fonte slab aliate; fonte mediu aliate; fonte înalt aliate. Principalele elemente de aliere sunt nichelul, cuprul, cromul, siliciul, manganul.

1.3. Calculul ritmului si productivitatii liniei tehnologice. Stabilirea preliminara a tipului (sistemului) de productie

1.3.1. Calculul fondului anual real de timp (Fr) :Fr=[Zc-(Zd+Zs)]*ns*ts*kp [ore/an];Zc – numarul zilelor calendaristice dintr-un an; Zc=365 zile/an.Zd – numarul zilelor libere de la sfarsit de saptamana dintr-un an ;Zd=52 zile/an.

Zs – numarul zilelor sarbatorilor legale; Zs=6 zile/an.ns – numarul de schimburi, ns=3.ts – durata unui schimb; ts=8 ore/schimb.kp - coeficient care tine cont de pirderile de timp datorita reparatiilor executate in

timpul normal delucru; kp=0,96.Atunci Fr=[365-(52+6)]*3*8*0,96=7073 ore/an

1.3.2 Calculul planului productiei de piesePentru calculul planului productiei de piese se foloseste formula:Npp=Np* n + Nr + Nrc + Nri [piese/an], unde:Np - planul de productie pentru produsul respectiv; Np=125000 autovehicule/ann – numarul de piese de acelasi tip pe produs; n=4.Nr - numarul de piese de rezerva livrate odata cu produsul; Nr=0.Nrc - numarul de piese de rezerva livrate la cerere (pentru reparatii). Se adopta intre 0

si 200... 300%din Np*n.Nri -numarul de piese rebutate la prelucrare din cauze inevitabile.Se adopta in functie de dificultatea proceselor tehnologice presupuse a fi utilizate,

intre 0,1 ... 1 % din(Np*n+ Nr+ Nrc).Astfel, Npp=125000*4+0+0+0,4*125000=550000 piese/an.

1.3.3. Calculul ritmului si productivitatii liniei tehnologiceRitmul liniei tehnologice RλRλ=Fr*60/ Npp [piesa/min]; Rλ=7073*60/550000=0.77 piesa/min. Rezulta o productie de masa.Productivitatea liniei tehnologice reprezinta inversul ritmului liniei:Qλ=60/ Rλ [piese/ora]; Qλ=60/0.77=77.9 [piese/ora].

1.3.4 Stabilirea preliminara a timpului de productieTipul de productie reprezinta ansamblul de factori dependenti, conditionati in

principal de: stabilirea intimp a productiei, complexitatea construcriva si tehnologica a acesteia si de volumul

productiei.Se va detemina sistemul de productie prin metoda indicilor de constanta a fabricatiei.

Tipul sistemului de productie este dat de gradul de omogenitate si de stabilitatea in timp a lucrarilor ce se executa in cadrul diferitelor unitati de productie.

In functie de ritmul mediu al liniei tehnologice Rλ =0.77 care se situeaza in intervalul ( 1,10) [buc/min], se va adopta o productie de serie mare.

Marimea optima a lotului de piese fabricate se calculeaza cu formula:Nlot= Npp*Zr / Zl, unde:Zr -numarul de zile pentru care trebuie sa existe rezerve de piese (5... 10 zile); Zr=6.Zl=Zc-(Zd+Zs)=365-52-6=307 - numarul de zile lucratoare pe an;Inlocund in formula initiala se obtine:Nlot=550000*6 / 307Nlot=10749 [piese/lot].

Capitolul 2 – Alegerea variantei optime a metodei și procedeului de

obțienere a semifabricatului

22.1 Analiza comparativă a metodelor și procedeelor concurente și adoptarea

variantei optime

Obţinerea pieselor metalice prin turnare cuprinde următoarele procese tehnologice:- realizarea unei forme refractare care să conţină o cavitate având geometria piesei ce

trebuie obţinută (formare);- topirea şi obţinerea compoziţiei chimice a aliajului din care se toarnă piesa (topire

sau elaborare);- umplerea formei cu aliaj lichid (turnare);- solidificarea, răcirea şi extragerea piesei din formă (dezbatere);- ajustarea şi finisarea geometriei, a rugozităţii şi a structurii piesei turnate (curăţire).Importanţa procesului tehnologic de turnare pentru industria constructoare de maşini

este pusă în evidenţă prin faptul că în ansamblul unei maşini piesele turnate reprezintă 60-90% din masa produselor finite şi circa 20-25% din valoarea acestora. Aceste procente pun în evidenţă pe de o parte ponderea mare a tehnologiilor de turnare în procesele de fabricaţie, iar pe de altă parte costul redus al acestor tehnologii.

Obţinerea pieselor metalice prin turnare prezintă următoarele avantaje:- se pot obţine piese cu orice configuratie;- se pot obţine piese cu orice masă şi orice dimensiuni (de la ordinul miligramelor

până la ordinul sutelor de tone);- cantitatea de şpan rezultat la prelucrarea prin aşchiere a pieselor turnate este în

general mai mică decât la prelucrarea pieselor obţinute prin alte procedee;- se poate aplica în condiţii economice la orice serie de fabricaţie;- costul de fabricaţie al pieselor turnate este mai scăzut decât al pieselor obţinute prin

alte procedee de prelucrare.Ca urmare a acestor avantaje în ultimle decenii s-a manifestat o tendinţă continuă de

extindere a realizării semifabricatelor prin turnare la o gamă cât mai mare de repere realizate din aliaje metalice şi în general de creştere a producţiei de piese turnate. De asemenea s-a urmărit continuu să se perfecţioneze tehnologiile de turnare cu scopul îmbunatatirii

performanţelor pieselor turnate sau a creşterii productivităţii. Exemplu elocvent în acest sens îl constituie înlocuirea tehnologiei de matriţare, cu turnarea la producţia de arbori cotiţi sau arbori cu came pentru motoarele de autovehicule şi de tractoare, ceea ce a condus la reducerea cu până la de trei ori a cheltuielilor de producţie la aceste repere.

Obţinerea pieselor prin turnare implică şi unele dezavantaje dintre care cele mai semnificative sunt următoarele:

- rezistenţa mecanică a pieselor turnate este mai scazută comparativ cu aceea a pieselor obţinute prin deformare plastică;

- rugozitatea suprafeţelor pieselor turnate este în general mai mare decât în cazul semifabricatelor obţinute prin alte tehnologii;

- precizia dimensională a pieselor turnate este în general mai scazută decât a pieselor obţinute prin alte procedee;

- tehnologiile de turnare sunt mai poluante şi determină condiţii de microclimat grele la locul de muncă, având impact ecologic negativ asupra zonei de amplasare a turnătoriilor.

În ultimile decenii s-au desvoltat procedee speciale de turnare care reduc aceste dezavantaje.Îmbunătăţirea performanţelor calitative s-a realizat în detrimentul costurilor de fabricaţie. De aceea aceste procedee de turnare sunt aplicabile numai în cazuri speciale când costurile ridicate se justifică.

Un rol important în realizarea tehnologiilor de turnare îl are utilajul tehnologic utilizat în procesul de formare şi turnare. Prin utilaj tehnologic în cazul tehnologiilor de turnare se întelege complexul de dispozitive tehnologice şi verificatoare (modele, cutii de miez, rame de formare, verificatoare) cu ajutorul cărora se obţin şi se asamblează formele în vederea turnării.

Proiectarea proceselor tehnologice de turnare cuprinde proiectarea întregului set de dispozitive tehnologice necesare realizării procesului tehnologic precum şi stabilirea planului de operaţii şi a normelor de control pentru procesul tehnologic şi pentru calitatea pieselor turnate.

În procesele de turnare a pieselor metalice intervin multe operaţii tehnologice care se pot realiza în mod diferit. De aceea tehnologiile de turnare sunt foarte diversificate, existând posibilitatea clasificării în funcţie de criterii diferite.

O primă clasificare a proceselor de turnare are la baza mărimea (masa) pieselor turnate. Această clasificare este prezentată în tabelul 1.1.

Tabelul 1.1. Clasificarea pieselor turnate şi a procedeelor de turnare după masa pieselor.

Nr. crt.

Clasa de piese turnate Masa pieselor, în Kg

Obs.

1.

Piese mici m ≤ 100

2.

Piese mijlocii 100< m ≤ 1000

3.

Piese mari 1000 < m ≤ 5000

4.

Piese foarte mari m > 5000

O altă clasificare uzuală are la bază caracterul producţiei (seria anuală de

fabricaţie),care este determinat de numărul de piese de aceeaşi tipodimensiune turnate anual. Această clasificare este prezentată în tabelul 1.2.

Tabelul 1.2. Clasificarea productiei în funcţie de caracterul producţiei.

Caracterul producţiei

Număr de piese turnate anual

Piese mici Piese mijlocii

Piese mari

Unicate(individuală)

≤ 200 ≤ 100 ≤ 20

Serie mică 201 ÷ 1000

101 ÷ 500 21 ÷ 50

Serie mijlocie 1001 ÷ 10000

501 ÷ 5000

51 ÷ 300

Serie mare 10001 ÷ 30000

5001 ÷ 10000

>300

Serie foarte mare > 30000 > 10000 ÷

Cele mai uzuale clasificări ale proceselor de turnare a pieselor metalice au la bază criterii tehnologice. Aceste clasificări se regăsesc de multe ori în denumirea uzuală proceselor de turnare. Datorită variantelor multiple de obtinere a formelor, a dispozitivelor de formare, cât şi a procesului de umplere a formelor cu aliaj lichid este dificil de realizat o clasificare unitară generală, care să includă toate procedeele de turnare întâlnite în practică. De multe ori acelasi procedeu poate fi inclus in mai multe categorii dacă se au în vedere criterii tehnologice diferite. In continuare sunt prezentate principalele clasificări ale proceselor de turnare pe bază de criterii tehnologice.

In tabelul 1.3 este prezentată clasificarea după tipul formelor de turnare.

Tabelul 1.3. Clasificarea proceselor de turnare după tipul (constituţia) formelor.

Nr. crt

Denumirea procedeului de turnare

1.

Turnare în forme pierdute

2.

Turnare în forme permanente

3.

Turnare în forme semipermanente

Formele pierdute sunt forme care se utilizează la o singură turnare. Ele sunt realizate din materiale refractare granulare, plastice sau fluide, compactate prin diverse procedee fizico-chimice. Materiale utilizate la execuţia formelor pierdute se numesc materiale de formare sau amestecuri de formare. După solidificarea şi răcirea pieselor, formele se distrug în vederea extragerii pieselor din formă. Operaţia este numită dezbatere. În unele cazuri materialele de formare rezultate din dezbaterea formei se reutilizează în procesul de formare pentru executarea altor forme. Formele pierdute se execută cu ajutorul unor dispozitive numite modele şi cutii de miez. Aceste dispozitive au rolul de a realiza cavităţile din formă destinate umplerii cu aliaj lichid.

Formele permanente se utilizează la turnări repetate fără recondiţionări. Ele sunt realizate din aliaje metalice (fonta cenusie sau fonta aliata) şi se numesc matriţe sau cochile.

Formele semipermanente (mixte) sunt realizate dintr-un suport permanent (confectionat din aliaje metalice, caramizi, beton, etc.) si o parte pierdută care se reface la fiecare turnare. Partea pierdută a formei constă într-un strat subţire de ordinul centimetrilor care constituie zona de contact cu aliajul turnat şi care reproduce amprenta în care se toarnă piesa.

Tabelul 1.4. Clasificarea procedeelor de turnare în forme pierdute după natura şi construcţia modelelor utilizate la executarea formelor.

Tipul formei.

După numărul de utilizări a modelelor (tipul modelelor).

După natura şi construcţia modelelor

Forme pierdute

Forme realizate cu modele permanente

Modele convenţionale

Modele schelet

Modele tip şablon

Forme realizate cu modele pierdute

Modele uşor fuzibile

Modele gazeificabile

Procedeele de turnare în forme pierdute se clasifică în funcţie de natura şi construcţia modelelor utilizate la realizarea formelor precum şi în funcţie de modul de realizare a procesului de compactare-întărire a formei.

In tabelul 1.4. este prezentată clasificarea procedeelor de turnare după natura şi construcţia modelelor utilizate la formare. Modelele (respectiv procedeele de formare

realizate cu ajutorul lor) se împart după numărul de forme executate cu un model, în modele permanente şi modele pierdute.

Modele permanente sunt modelele care permit realizarea mai multor forme cu acelaşi model. Ele sunt confecţionate din lemn, aliaje metalice, mase plastice, etc.

Modelele permanente se clasifică după construcţie (tabelul 1.4.). Modelele conventionale reproduc în întregime geometria cavităţii pe care o realizează în formă. Modelele schelet sunt realizate sub formă de nervuri şi reproduc numai grosimea si perimetrul piesei, respectiv ale cavitatii care se realizeaza în formă. Modelele tip şablon au forma unor plăci şi reproduc numai geometria secţiunii piesei, respective a amprentei care se execută în formă.

Modelele pierdute se utilizează pentru executarea unei singure forme de turnare după care se distrug în vederea extragerii modelului din formă. Modelele pierdute usor fuzibile sunt confecţionate din stearină, parafină şi ceară şi se extrag din formă prin topire. Modelele pierdute gazeificabile se extrag din formă prin ardere la turnarea aliajului şi se execută din polisitiren expandat.

In tabelul 1.5. este prezentată clasificarea procedeelor de turnare în forme pierdute dupa modul de compactare – întărire a amestecului de formare în cadrul formei. Compactarea amestecului de formare în cadrul formei este necesară pentru a asigura rezistenţa mecanică a formei. Principiul şi mecanismul compactării amestecurilor de formare în cadrul formei este determinat în primul rând de tipul şi natura liantului folosit in cadrul amestecului de formare.

Tabelul 1.5. Clasificarea procedeelor de turnare în forme pierdute după modul de compactare-întărire a formelor.

Tipul formei

Principiul (mecanismul) procesului de compactare-întarire

Modul de realizare a compactării

Forme pierdute

Îndesare (întărire) mecanică

Manual

Mecanizat

Scuturare

Presare

Aruncare

Suflare

Împuşcare

Vibrare

Explozie

Detentă

Combinat

Întarire chimicăAutoîntărire la rece

Întărire la cald

Prin ardere

Prin insuflare de gaz

Întărire prin uscare

Întărire prin îngheţare

Întărire prin depresurizare (vidare)

Întărire în câmp magnetic

Întărire combinată Mecanic+chimicMecanic+uscareChimic+depresurizare

O altă clasificare tehnologică a procedeelor de turnare are drept criteru modul de umplere a formelor cu aliaj lichid. Această clasificare se referă în special la procedeele de turnare în forme permanente deoarece acest tip de forme se pretează la diversificarea modalităţilor de umplere cu aliaj lichid. Procedeele de turnare în forme permanente se mai numesc şi procedee speciale de turnare. Clasificarea procedeelor de turnare după modul de umplere a formelor cu aliaj lichid este prezentată în tabelul 1.6.

Turnarea gravitaţională se caracterizează prin aceea că aliajul lichid umple forma de turnare datorită greutăţii proprii.

Turnarea centrifugală se caracterizează prin aceea că în timpul turnării forma de turnare este supusă unei mişcări de rotaţie, iar umplerea amprentei din formă se realizează datorită forţei centrifuge care actionează asupra aliajului lichid.

Turnarea la presiune ridicată se caracterizează prin aceea că aliajul pătrunde în amprenta formei sub acţiunea unei suprapresiuni mari realizată cu ajutorul unui piston acţionat mecanic într-un cilindru de presare. Suprapresiunea este de ordinul zecilor de atmosfere.

Turnarea la presiune scazută constă în aceea că aliajul pătrunde în forma de turnare sub acţiunea suprapresiunii create de un gaz, aflat sub presiune, care acţionează la suprafaţa liberă a aliajului lichid aflat într-un cuptor de turnare.

Turnarea prin aspiraţie se caracterizează prin aceea că aliajul lichid pătrunde în forma de turnare datorită unei diferenţe de presiune creată prin depresurizarea amprentei.

Turnarea continuă se caracterizează prin faptul că aliajul lichid se toarnă continu într-o formă de tipul unui cristalizator, care este răcit forţat, iar piesa turnată se extrage concomitent, continu, pe măsura solidificării, pe la partea opusă a cristalizatorului. În acest mod se obţin piese având secţiune constantă şi lungime mult mai mare decât lungimea formei de turnare.

Tabelul 1.6. Clasificarea procedeelor de turnare după modul de umplere a formei cu aliaj lichid.

Tipul formei de turnare.

Modul de umplere a formei

Denumirea procedeului

Variantele procedeului

Forme permanente (procedee speciale de turnare)

Sub acţiunea greutăţii metalului

Turnare gravitaţională (statică)

Turnare în forme pierdute

Turnare în forme permanente (cochile)

Prin injectare

Turnare la presiune ridicata

Cu cameră rece

Cu cameră caldă

Cu cameră de presare orizontală

Cu cameră de presare verticală

Prin suprapresiunea unui gaz

Turnare la presiune joasă

Prin depresurizarea formei

Turnare prin aspirare

Prin rotirea formei

Turnare centrifugală

Cu ax orizontal

Cu ax vertical

Continuă Turnare continuă

Cu cristalizator fix

Cu cristalizator mobil

Proiectarea proceselor tehnologice de turnare are la bază desenul de execuţie al piesei şi condiţiile tehnice impuse de proiectant privind natura aliajului, precizia dimensională, rugozitatea suprafeţelor neprelucrate şi mărimea seriei de fabricaţie.

Inainte de proiectarea unei tehnologii de turnare este necesar să se adopte procedeul de turnare prin care se va realiza piesa. Procedeul adoptat trebuie să îndeplinească urmatoarele conditii:

- să permită turnarea aliajului din care se realizează piesa;- să asigure obţinerea configuraţiei geometrice şi grosimea pereţilor piesei;- să asigure precizia dimensionala si rugozitatea suprafetelor neprelucrate;- să asigure un cost redus în concordanţă cu mărimea seriei de fabricaţie;

- să poată fi aplicat în condiţiile de dotare a atelierului în care se toarnă piesa.La alegerea procedeului de turnare trebuie să se aibă în vedere performanţele şi

limitele aplicabilităţiii fiercărui procedeu de turnare. Procedeele de turnare cuprinse în clasificările anterioare au anumite domenii de aplicabilitate în ceea ce priveste natura aliajelor care se pot turna, masa pieselor, geometria pieselor, grosimea pereţilor care se pot obţine, precizia dimensională şi rugozitatea suprafeţelor.

In tabelul 1.7. sunt prezentate recomandări privind pereformanţele şi posibilităţile de utilizare ale unor procedee de turnare întâlnite în practica industrială.

O caracterisitică importantă privind aplicarea diverselor procedee de turnare o reprezintă grosimea minimă a pereţilor piesei turnate, care se pot obţine prin procedeul respectiv. Grosimea minimă realizabilă a pereţilor pieselor turnate depinde de gabaritul şi de configuraţia piesei turnate, de natura aliajului care se toarnă şi de tipul formei.

In tabelul 1.8. sunt date recomandări privind grosimea minimă a pereţilor care se pot obţine prin turnare în forme din amestec de formare.

In tabelul 1.9. sunt date valori privind grosimea minimă a pereţilor pieselor turnate care pot obţine în cazul turnării în forme metalice a diverselor aliaje.

Tabelul 1.7. Domenii de aplicabilitate a unor procedee de turnare.

Nr. Crt.

Procedeul de formare – turnare

Masa

pieselor

Kg

Nr. minim de piese turnate

Abateri în % din cote

Aliaje care se toarnă

Condiţii pt. geometria pieselor

1.

Forme realizate manual cu modele permanente clasice

<300.000

unicate 1.5 ÷ 4.5

Oricare

2.

Forme realizate manual cu şablon

>10 Unicate

3 ÷ 5

Simetrie de rotaţie sau translaţie

3.

Forme realizate manual cu modele schelet

>1000

Unicate

3 ÷ 5

Pereti cu grosime uniforma

4.

Forme crude indesate mecanizat

<5000

Serie mica

1 ÷ 2

5.

Forme intarite crhimic prin autointarire la rece

<20.000

>100

Unicate

1 ÷ 1.5

6.

Forme coji întărite chimic din

<15 Serie 0.5 F

amestecuri termoreactive

0 mijlocie ÷ 1 eroase

7.

Forme intarite prin insuflarea unui gaz

<10.000

>100

Unicate

1 ÷ 1.5

Oricare

8.

Forme intarite prin urscare

<300.000

>100

Unicate

1 ÷ 1.5

Oricare

9.

Forme realizate cu modele uşor fuzibile

<40 Serie mijlocie

0.1 ÷ 0.7

Feroase

10.

Forme realizate cu modele gazeificabile

<50.000

Unicate

1.5 ÷ 4.5

Feroase

11.

Turnare gravitatională în forme metalice

<100

Serie mijlocie

0.5 Uşor fuzibile

Pereţi relativ groşi

12.

Turnare sub presiune ridicată (prin injectare)

<25 Serie mare

0.3 Uşor fuzibile

Pereţi subţiri

13.

Turnare centrifugală

<5.000

Serie mare

0.5 ÷ 1

Feroase

Simterie de rotaţie

14.

Turnare continuă

<3000

Serie mare

0.5 Piese tip bară

15.

Turnare la presiune joasa (prin suprapresiune de gaz)

<100

Serie mijlocie

0.5 ÷ 1

Pereţi relativ groşi

16.

Turnare prin aspiraţie

<1000

Serie mare

0.5

17.

Turnare în forme pierdute întărite prin vidare

<1000

Serie mică

1 ÷ 1.5

18.

Turnare în forme pierdute întărite în câmp magnetic

<100

Serie mijlocie

1 ÷ 1.5

Tabelul 1.8. Grosimea minimă a pereţilor pieselor turnate în amestec de formare.

Aliajul turnat Dimensiunea maximă a piesei, în mm

200

250

500

1000

2000

4000

Fonta cenusie Fc 150 3 3 4 6 10

-

Fonta cenusie Fc 200 4 4 5 7 12

25

Fonta cenusie Fc 250 - 5 6 9 15

30

Fonta cenusie Fc 300 - 6 8 12

20

40

Fonta cu grafit nodular Fgn 370-700

4 4 5 8 12

25

Fonta maleabilă, Fm 3 3 4 6 - -

Oţel carbon (0,40-0,70 %C) - 5 7 10

20

40

Bronz, alamă 3 3 5 8 - -

Aliaj de aluminiu (Silumin) 3 3 6 6 10

-

Aliaj de magneziu (Electron) 3 4 5 8 15

-

Tabelul 1.9. Grosimea maximă a pereţilor pieselor turnate în forme metalice.

Natura aliajelor turnateGrosimea minima a pereţilor

pieselor turnate, in mm

Turnare prin gravitaţie

Turnare sub presiune

Aliaje de Al 3.0 1.0 ÷ 2.0

Aliaje de Cu 3.0 ÷ 4.0 1.5 ÷ 2.5

Aliaje de Mg 4.0 ÷ 4.8 1.3 ÷ 2.1.

Aliaje de Sn - 0.8 ÷ 1.5

Aliaje de Zn - 0.4 ÷ 1.0

Aliaje de Pb 1.2 ÷ 2.0 -

In cazul turnării pieselor din fontă şi oţel în forme din amestec de formare valoarea

grosimiii minime a pereţilor pieselor care se pot turna se poate stabili cu ajutorul diagramei din figura 1.2. Aceasta se stabileşte în funcţie de indicele dimensional N care caracterizează gabaritul piesei. Valoarea indicelui dimensional N se stabileste prin relaţia:

N = (2L+B+H)/3

Unde: L este lungimea piesei în m; B –lăţimea piesei în m; H inălţimea piesei în m.Pentru N > 8 m grosimea minimă a pereţilor pieselor turnate este de 40mm pentru

piese din oţel şi de 30 mm pentru piesele turnate din fontă cenuşie.

Capitolul 3 – Elaborarea procesului tehnologic de prelucraremecanică și control a piesei

3.1. Analiza proceselor similare existente

Piesa face parte din categoria pieselor de tip carcase, semifabricatul fiind obținut prin turnare sub presiune. Procesul tehnologic similar existent pentru prelucrarea acestei piese este prezentat în tabelul următor:

Nr.crt

Operatii si faze deprelucrare

Masini, unelte siutilaje

SDV Observatii

1 Frezare suprafețe plane Comandă numerică Cutit de strung

2 Gaurire suprafețe prindere Comandă numerică Burghiu

3 Executare filet Comandă numerică Unealtă filetare

4 Prelucrarea alezaje arbori

Comandă numerică Burgiu

5 Executarea gaurii de ungeresi a canalului de ungere

Comandă numerică Burghiu

6 Prelucrare gauri șuruburi pentru capac

Comandă numerică Burghiu

3.2. Stabilirea succesiunii logice a operațiilor de prelucrare mecanică și tratament termic

Avand in vedere ordinea operatiilor , stabilita pentru fiecare suprafata si anumite criterii tehnico economice, se stabileste ordinea tuturor operatiilor , de la preluarea semifabricatului , pana la obtinerea piesei finite.

Criteriile economoce se refera la asigurarea concordantei procesului

tehnologic cu caracterul productiei.Criteriile tehnologice sunt prezentate sub forma de indicatii

tehnologice,astfel mentionam cateva criterii tehnice amanuntite:- in primele operatii se prelucreaza suprafetele ce vor servi ulterior ca

baze tehnologice,cele ce reprezinta baze de cotare si cele ce pot duce descoperirea eventualelor defecte de semifabricare;

- toate operatiile de degrosare se executa ianitea celor de finisare;

- suprafetele cu precizia cea mai ridicata au care se pot deteriora usor se prelucreaza ultimele;

- prelucrarile ce duc la micsorarea rigiditatii se executa la finalul procesului tehnologic;

- prelucrarile cu scule metalice se executa inaintea tratamentelor termice, pe suprafetele respective;

Nr.opera tiei

Denumirea operatiei Masina-unealta

1 Control defectoscopic nedistructiv Dispozitiv de control ultrasonic2 Tratament termic de revenire Cuptor termic3 Frezarea suprafețe îmbinare Agregat de frezat4 Executare găuri șuruburi Burghiu5 Prelucrarea bazelor tehnologice principale Cutit ce indeparteaza adaosul6 Executare găuri centrare Burghiu7 Prelucrare alezaje arbori în interior Agregat de frezat8 Prelucrare alezaj arbore exterior Agregat de frezat

9 Teșirea muchiilor alezajului Freză conică

10 Executare găuri de prindere capac Masina de gaurit11 Executare canal drenare ulei Masina de gaurit12 Rectificarea partilor cilindrice exterioare Masina de frezat exterioare

13Controlul intermediar asupra precizieisuprafetelor cilindrice, a canalelor si a suprafetei conice

Masa de control

14 Control intermediar Masa de control

15 Spalare (solutie lesioasa) si uscarea cu aercomprimat

Instalatie de spalat

16 Control final Masa de lucru17 Spalare-conservare

- dupa etapele mai importante se prevad operatii de control intermediar.

3.2. Alegerea utilajelor și instalațiilor tehnologice.

Alegerea utilajelor şi a instalaţiilor tehnologice se face având în vedere particulărităţile procesului logic adoptat, referitoare la:

o Precizia de execuţie ce trebuie realizată;o Productivitatea;o Gradul de tehnologicitate al piesei;o Economicitatea procedeului folosit.

Din punct de vedere al duratei procedeelor de fabricare, al aspectului economic aferent investiției în utilaje, precum și pentru a facilita prelucrarea rapidă, se va utiliza o singură mașină cu comandă numerică, schimbându-se doar capetele și sculele de prelucrare.

Mașină CNC Supra Vertical

Capitolul 4 – Determinarea regimurilor optime de lucru și a normelor tehnice de timpPentru ca aschierea metalelor sa aiba loc sunt necesare doua miscari: miscarea principala

de aschieresi miscarea de avans. La randul ei, miscarea de avans poate fi executata printr-o miscare

sau prin mai multe miscari.La strunjire, miscarea principala de aschiere este rotirea piesei, iar miscarea de avans este

miscarea de translatie a cutitului. Strunjirea poate fi: experioara si interioara.Elementele componente ale regimului de aschiere sunt:a. Adancimea de aschiere t[mm] care este definita ca marimea taisului principal aflat

in contact cu piesa de prelucrat, masurata perpendicular pe planul de lucrub. Viteza de aschiere v [m/s] care este definita ca viteza la un moment dat, in directia

miscarii de aschiere, a unui punct de aschiere considerat pe taisul sculeic. Avansul s [mm/min, mm/rot, mm/cursa dubla, mm/dinte] este marimea deplasarii

sculei in raport cu piesa, efectuata intr-un interval de timp, in cursul miscarii secundare.Materialele utilizate pentru confectionarea partii utile a cutitelor de strung pot fi

impartite in patru grupe:- Oteluri pentru scule- Placute din carburi metalice dure- Materiale mineralo-ceramice- Diamante industrialeProprietatile aschietoare ale materialului pentru scule sunt definite prin rezistenta sculei

la un anumit regim de aschiere.In general, calitatile aschietoare superioare ale materialelor pentru scule sunt insotite de o

duritate ridicata si de o buna rezistenta la uzura si stabilitate termica.Uzura si durabilitatea sculei aschietoareIn timpul aschierii metalelor suprafetele sculei aschietoare care vin in contact cu piesa

sau cu aschia care se degaja sunt supuse unui proces de uzura. Cand uzura atinge o anumita valoare, scula trebuie ascutita. Marimea uzurii admisibile a sculei aschietoare se numeste limita de uzura.

Materialul prelucrat Rugozitatea suprafeteiPrelucrate, µm

Materialul partiiaschietoare

Marimea uzuriihα, mm

Rz RaOteluri austenitice

si inoxidabile40020010050

1005025

12.5

Otel rapidCarburi metalice

Otel rapid Carburi metalice

1.5…20.6…0.80.8…1

0.4…0.6Oteluri carbon siFonte maleabile

40020010050

1005025

12.5

Otel rapidCarburi metalice

Otel rapid Carburi metalice

1.5…20.6…0.80.8…1

0.4…0.6Fonte cenusii 400

20010050

1005025

12.5

Otel rapidCarburi metalice

Otel rapid Carburi metalice

1.5…20.6…0.80.8…1

0.4…0.6

Materialul prelucrat Rugozitatea suprafeteiPrelucrate, µm

Marimea uzuriihα, mm

Rz RaOteluri austenitice si

inoxidabile25 6.3 0.2

Oteluri sifonte maleabile

12.5 3.2 0.1

Fonte cenusii 6.3 1.6 Numai o suprafata lustruita,fara uzura vizibila

Calculul regimurilor optime de aschiere se face prin metoda clasica, aceasta presupune stabilirea preliminara a valorii durabilitatii sculei (prin calcul sau din normative), determinarea succesiva a parametrilor regimului de aschiere (in ordinea t, s, v), urmata de un numar redus de verificari ale conditiilor restrictive.

a. Al e g e rea a d a n c i m ii de a s c hie r e In majoritatea cazurilor, adaosul de prelucrarea de degrosare se indeparteaza

intr-o singura trecere deoarece in contructia moderna de masini sunt adaosuri relativ mici.

In cazul strunjirii de finisare se aplica aceeasi recomandare, tinandu-se cont ca dupa prelucrarea de finisare suprafata trebuie sa aiba o rugozitate egala cu cea indicata pe desenul de executie a piesei resective.