tehnologii noi de fabricatie in industria auto
DESCRIPTION
Tehnologii Noi de Fabricatie in Industria AutoTRANSCRIPT
-
$QJKHO&+,58
%RJGDQ%(1($
5(352*5$),$81,9(56,7,,75$16,/9$1,$',1%5$29
userRectangle
-
Cuprins
1 Tendine actuale in domeniul tehnicilor i tehnologiilor speciale de fabricare i reparare a autovehiculelor ........................................................................................................................... 9
1.1 Materiale utilizate n construcia autovehiculelor moderne ......................................... 9
1.2 Tratamente termice neconvenionale i tehnologii moderne de prelucrare a pieselor de automobile ........................................................................................................................ 12
1.3 Proiectarea i fabricarea asistat de calculator n domeniul autovehiculelor ............ 14
1.4 Sisteme flexibile de fabricaie i montaj n construcia de autovehicule ................... 17
1.5 Autoevaluare .............................................................................................................. 23
2 Tehnologii moderne i neconvenionale de reparare a autovehiculelor ............................ 24
2.1 Tehnologii moderne de reparare a autovehiculelor ................................................... 24
2.2 Tehnologii neconvenionale n industria romneasc de autovehicule ...................... 25
2.3 Tehnologii moderne de prelucrare a semifabricatelor i pieselor de autovehicule .... 30
2.4 Autoevaluare .............................................................................................................. 32
3 Metode speciale de turnare ................................................................................................ 33
3.1 Turnarea sub presiune ................................................................................................ 33
3.2 Turnarea centrifugal ................................................................................................. 38
3.3 Turnarea cu modele gazificabile ................................................................................ 39
3.3.1 Confecionarea modelelor ................................................................................... 40
3.4 Turnarea cu modele fuzibile ...................................................................................... 45
3.5 Turnarea n forme coji ............................................................................................... 45
3.6 Formarea n vid .......................................................................................................... 47
3.7 Autoevaluare .............................................................................................................. 48
4 Procedee speciale de prelucrare a semifabricatelor prin deformare la rece ..................... 49
4.1 Procedee speciale de ambutisare ................................................................................ 50
4.1.1 Ambutisarea cu ajutorul cauciucului .................................................................. 50
4.1.2 Ambutisarea hidraulic ....................................................................................... 50
4.1.3 Ambutisarea cu nclzire sau rcire criogenic local a semifabricatului. ......... 51
4.2 Prelucrarea prin extrudare la rece .............................................................................. 54
4.2.1 Aspecte ale extrudrii la rece a pieselor de autovehicule ................................... 55
4.3 Presarea volumic de mare precizie ........................................................................... 58
4.3.1 Procedee de realizare a roilor dinate i a pieselor canelate prin presare volumic la rece ................................................................................................................ 62
-
4.4 Autoevaluare .............................................................................................................. 63
5 Procedee speciale de prelucrare a semifabricatelor prin deformare la rece ..................... 64
5.1 Deformarea plastic i placarea cu explozivi brizani sau amestecuri de gaze combustibile .......................................................................................................................... 64
5.1.1 Deformarea plastic cu explozivi brizani .......................................................... 65
5.1.2 Placarea cu explozivi brizani ............................................................................. 68
5.1.3 Mecanismul de formare a legturii dintre cele dou metale ............................... 70
5.1.4 Deformarea prin detonarea unui amestec de gaze combustibile ........................ 71
5.2 Deformarea electrohidraulic ..................................................................................... 72
5.3 Deformarea electromagnetic .................................................................................... 73
5.4 Autoevaluare .............................................................................................................. 78
6 Metode speciale de deformare plastic la cald .................................................................. 79
6.1 Matriarea de precizie ................................................................................................ 80
6.2 Rularea la cald a roilor dinate .................................................................................. 80
6.3 Matriarea prin extrudare ........................................................................................... 81
6.4 Matriarea prin electrorefulare ................................................................................... 83
6.5 Matriarea metalului lichid ......................................................................................... 85
6.6 Metode fizico-chimice de pregtire a semifabricatelor i pieselor uzate pentru prelucrare sau recondiionare ................................................................................................ 87
6.6.1 Tobarea ............................................................................................................... 87
6.6.2 Lepuirea cu jet .................................................................................................... 89
6.6.3 Sablarea .............................................................................................................. 90
6.6.4 Debavurarea termic ........................................................................................... 91
6.6.5 Splarea i degresarea pieselor ........................................................................... 92
6.7 Autoevaluare .............................................................................................................. 95
7 Procedee neconvenionale de sudare a pieselor de autovehicule ...................................... 96
7.1 Sudarea prin frecare ................................................................................................... 96
7.2 Sudarea cu arc rotitor ............................................................................................... 106
7.3 Autoevaluare ............................................................................................................ 108
8 Tehnologia fabricrii pieselor sinterizate din pulberi metalice pentru autovehicule ...... 109
8.1 Elaborarea, dozarea i omogenizarea pulberilor metalice ....................................... 111
8.2 Formarea pieselor din pulberi metalice .................................................................... 114
8.2.1 Formarea prin presare ....................................................................................... 115
8.2.2 Formarea prin extrudare, laminare i sintematriarea pulberilor metalice ........ 116
-
8.2.3 Turnarea n forme de ipsos ............................................................................... 118
8.3 Autoevaluare ............................................................................................................ 120
9 Obinerea pieselor prin sinterizare .................................................................................. 121
9.1 Sinterizarea semifabricatelor din pulberi metalice .................................................. 121
9.2 Repere din pulberi metalice sinterizate folosite n construcia autovehiculelor ...... 122
9.3 Autoevaluare ............................................................................................................ 128
10 Electrotehnologii de prelucrare a pieselor de autovehicule .......................................... 129
10.1 Prelucrarea pieselor de autovehicule prin electroeroziune ...................................... 130
10.1.1 Fenomene fizico-chimice i fizico-mecanice la prelucrarea prin electroeroziune... ............................................................................................................. 130
10.1.2 Prelucrarea prin electroeroziune cu electrod profilat........................................ 131
10.1.3 Prelucrarea prin electroeroziune cu electrodul filiform .................................... 134
10.2 Procedee electrochimice folosite la prelucrarea pieselor de autovehicule ............... 135
10.2.1 Bazele fizico-chimice ale procedeului .............................................................. 136
10.2.2 Prelucrarea electrochimic prin depasivizare natural ..................................... 136
10.2.3 Prelucrarea electrochimic prin depasivizarea hidraulic ................................ 137
10.3 Tehnologia prelucrrii cu ultrasunete a pieselor de autovehicule ............................ 138
10.3.1 Fenomene fizico-mecanice la prelucrarea cu ultrasunete ................................. 138
10.4 Autoevaluare ............................................................................................................ 140
11 Prelucrarea pieselor folosind ultrasunete ...................................................................... 141
11.1.1 Instalaii de prelucrare cu ultrasunete ............................................................... 141
11.1.2 Procedee tehnologice de prelucrare cu ultrasunete ........................................... 144
11.2 Tehnologia prelucrrii pieselor de autovehicule cu ajutorul plasmei termice ......... 151
11.2.1 Consideraii generale ........................................................................................ 151
11.2.2 Prelucrarea prin achiere cu ajutorul plasmei termice ...................................... 154
11.3 Autoevaluare ............................................................................................................ 155
12 Procedee de sudare ....................................................................................................... 156
12.1.1 Sudarea cu plasm a pieselor metalice ............................................................. 156
12.1.2 Metalizarea cu plasm ...................................................................................... 159
12.2 Tehnologia prelucrrii pieselor de autovehicule cu fascicul de electroni ................ 161
12.2.1 Bazele fizice ale prelucrrii .............................................................................. 161
12.2.2 Sudarea cu fascicul de electroni ....................................................................... 164
12.2.3 Alte aplicaii ale fasciculului de electroni ........................................................ 168
12.3 Autoevaluare ............................................................................................................ 169
-
13 Tehnologia prelucrrii pieselor de autovehicule cu laseri ............................................ 170
13.1 Mecanismul producerii laserului .............................................................................. 171
13.2 Instalaii laser folosite la prelucrri termice ............................................................. 173
13.2.1 Generatoare cu mediu activ solid ..................................................................... 173
13.2.2 Generatoare cu mediu activ gazos .................................................................... 175
13.3 Prelucrri tehnologice cu laser a pieselor autovehiculelor ...................................... 176
13.3.1 Tratamente termice ........................................................................................... 177
13.3.2 Tratamente termice speciale cu fascicul laser .................................................. 180
13.3.3 Vitrificarea glazurarea cu laser ...................................................................... 181
13.3.4 Sudarea cu laser ................................................................................................ 181
13.3.5 Prelucrarea aliajelor cu fascicul laser ............................................................... 184
13.4 Autoevaluare ............................................................................................................ 185
14 Uzinajul cu jet de ap ................................................................................................... 186
14.1 Principii. Istoric ........................................................................................................ 187
14.2 Configuraia instalaiei ............................................................................................. 189
14.2.1 Generatorul de nalt presiune .......................................................................... 189
14.2.2 Duza .................................................................................................................. 189
14.2.3 Fluidul ............................................................................................................... 190
14.2.4 Reglaje i funcionare ....................................................................................... 193
14.3 Parametri de lucru .................................................................................................... 194
14.3.1 Rugozitatea suprafeei ...................................................................................... 195
14.3.2 Conicitatea ........................................................................................................ 195
14.4 Caracteristicile jetului de ap i structura acestuia .................................................. 196
14.4.1 Polimeri ............................................................................................................ 197
14.4.2 Abrazivi ............................................................................................................ 198
14.5 Autoevaluare ............................................................................................................ 200
15 Rspunsuri .................................................................................................................... 201
16 Bibliografie ................................................................................................................... 211
-
Introducere
Acest curs i propune s mbunteasc nivelul de cunotine al studentului, n
domeniul realizrii i reparrii pieselor de autovehicule, folosind metode noi,
neconvenionale, care permit economii de timp, material.
Pentru a satisface exigenele manifestate fa de calitatea, costul i performanele
autovehiculelor, preocuprile specialitilor sunt ndreptate n direcia valorificrii n practic
a celor mai noi cuceriri ale tiinei prin elaborarea de tehnologii revoluionare n domeniul
metalurgiei metalelor i aliajelor feroase i neferoase, prelucrrii metalelor i nemetalelor prin
procedee neconvenionale, automatizrii i robotizrii proceselor de fabricaie i montaj,
conceperii i realizrii unor sisteme de proiectare, ncercare, reparare i control al produciei
asistate de calculator.
Prin aplicarea tehnicilor i tehnologiilor moderne la conceperea, fabricarea i testarea
autovehiculelor moderne se asigur mbuntirea randamentelor motoarelor i transmisiilor,
reducerea componentelor poluante din gazele de eapament, afirmarea caroseriilor cu forme
aerodinamice din materiale rezistente la aciunea agenilor corozivi, n condiiile ameliorrii
confortului, creterii sarcinii utile i simplificrii operaiilor de ntreinere i exploatare.
Obiectivele cursului La sfritul acestui curs studentul va fi capabil s:
prezinte tehnologiile de prelucrare a pieselor de autovehicule;
prezinte metodele speciale de turnare;
prezinte mecanismul deformrii la rece i a pieselor care se pot obine prin aceast
metod;
prezinte electrotehnologiile folosite la prelucrarea pieselor;
prezinte tehnologia prelucrrii pieselor utilizand ultrasunete, laser.
Structura cursului Cursul este strucuturat pe 14 uniti de nvare, fiecare unitate de nvare coninnd
att partea teoretic ct i exemple i teste de autoevaluare.
Rspunsurile la Testele de Autoevaluare coninute de fiecare Unitate de nvare se
gsesc la sfritul materialului de curs.
-
Durata medie de studiu individual Fiecare unitate de nvare este astfel structurat nct, parcurgerea prii teoretice i a
testelor de autoevaluare s poat fi realizat n 2, maxim 3 ore.
-
Unitatea de nvare nr. 1
1 Tendine actuale in domeniul tehnicilor i tehnologiilor speciale de fabricare i reparare a autovehiculelor
1 Tendine actuale in domeniul tehnicilor i tehnologiilor speciale de fabricare i reparare a autovehiculelor ........................................................................................................................... 9
1.1 Materiale utilizate n construcia autovehiculelor moderne ......................................... 9
1.2 Tratamente termice neconvenionale i tehnologii moderne de prelucrare a pieselor de automobile ........................................................................................................................ 12
1.3 Proiectarea i fabricarea asistat de calculator n domeniul autovehiculelor ............ 14
1.4 Sisteme flexibile de fabricaie i montaj n construcia de autovehicule ................... 17
1.5 Autoevaluare .............................................................................................................. 23
Obiective:
Dup parcurgerea acestei uniti de nvare, studentul va fi capabil s:
Descrie principalele materiale utilizate n construcia autovehiculelor moderne
Enumerare i s descrierie tratamentele termice neconvenionale i tehnologiile
moderne de prelucrare a pieselor de automobile
Descriere metodele de proiectare asistat de calculator
Descriere sistemele flexibile de fabricaie i montaj n construcia de autovehicule
Durata medie de parcurgere a acestei uniti de nvare este de 2-3 ore.
1.1 Materiale utilizate n construcia autovehiculelor moderne
O tendin ce se manifest, n domeniul materialelor din care se execut piesele de
autovehicule este aceea a nlocuirii fontei cu aluminiul i aliajele sale, masele plastice i
materialele compozite (ponderea greutii materialelor ce intrau n construcia unui autoturism
produs de General Motors in anul 1988 se prezenta astfel: font 10,5 %, oel 60%, aluminiu
-
6,7%, plumb 0,7%, cupru 1,0%, zinc 0,3%, sticl 2,7%, cauciuc 2,8%, materiale plastice 9,0%
alte materiale 6,3%).
Pentru modelele de viitor, marile firme productoare de autoturisme extind
nomenclatorul reperelor ce vor fi realizate din materiale neconvenionale. Astfel, dac la
autoturismele europene de clas medie aflate n producie (Volkswagen Golf si Audi 100)
greutatea pieselor de aliaje uoare i materiale plastice reprezint 8...10%, iar la cele japoneze
16% (Datsun), aceasta va ajunge n viitorii ani la 20...35% (Renault, la modelul experimental
EVE, utilizeaz piese din aliaje uoare i materiale plastice a cror greutate reprezint 35%
din cea a autoturismului; Peugeot, pe prototipul experimental VERA folosete 167 kg piese
din materiale plastice i compozite; Porsche 928 are in construcie 70 de repere din aluminiu,
cntrind 265 kg, ceea ce reprezint 29% din masa total; Fiat a inclus n concepia modelului
VSS piese din materiale plastice, care dein 25% din greutatea vehiculului).
Datorit posibilitilor de obinere economic, prin procedee moderne de turnare i
prelucrare, bunei rezistene la coroziune, conductibilitii termice ridicate, aspectului plcut i
greutii reduse, a reperelor din aluminiu, o serie de piese cum sunt blocurile motoarelor,
chiulasele, pistoanele, cilindrii (Mercedes folosete tehnologia elaborat de Reynolds Metals
la turnarea blocului motor din aliaj supereutectic pe baz de aluminiu cu 17% siliciu;
pistoanele i cilindrii se execut din aluminiu tratat special mpotriva coroziunii; cmile
cilindrilor sunt finisate dup lepuire cu scule diamantate i supuse ulterior decaprii
electrochimice), radiatoarele, carcasele cutiilor de viteze, ambreiajelor, diferenialelor,
punilor i alternatoarelor, accesoriilor sistemelor de frnare i direcie; elementele de
caroserie i ornamentele, jantele etc. se execut din aliajele acestui material.
Temperatura ridicat din exploatare i aciditatea crescut a uleiurilor ntrebuinate la
ungerea motoarelor diesel de mare turaie impun folosirea unui aliaj special aluminiu-siliciu
(Al-11 Si-1 Cu) pentru lagrele de alunecare ale arborelui cotit. Aliajul acesta este superior
celui cu staniu (Al-20 Sn-Cu).
Comparnd rezultatele mecanice i densitile diferitelor materiale, rezult c o pies
din aluminiu cu masa de 1kg poate nlocui una din font de 2,2kg. Dac se mai adaug la
aceasta i economiile de 0,5kg material care se obin prin efectele dependente (uurarea
motorului, transmisiei, suspensiei etc.), reiese c unui kilogram de aluminiu utilizat n
construcia unui automobil, i corespunde o reducere a greutii totale a acestuia cu 1,7kg.
Un salt n modernizarea autovehiculelor l-a constituit introducerea materialelor
plastice, mai nti ca nlocuitoare ale celor tradiionale (piele, materiale textile naturale, arcuri
metalice), iar o data cu apariia ABS-ului, poliuretanului, policarbonailor, poliacetatului,
-
fluorocarbonului, rinilor acrilice etc. ca elemente de baz pentru piese cu rol decorativ i
funcional.
Aceast evoluie a continuat cu soluii ndrznee, care au condus la apariia unor
materiale cu proprieti complet noi, obinute prin combinarea rinilor cu fibrele sintetice de
mare rezisten i foliile metalice.
Printre reperele reprezentative fabricate din materiale plastice i compozite se pot
meniona uile, aripile, capotele motorului i portbagajului, planeul pavilionului,
paraocurile, grilele, ornamentele, volanul, tabloul i accesoriile panoului de bord, consola,
scaunele, tapieria interioar, arborii de acionare (realizai din fibre de aramid 70% i rini
epoxidice 30%), geamurile spate i laterale (din Lusita SAR- Super Abrasive Resistent
Schelet), reflectoarele i dispersoarele farurilor (din policarbonat transparent acoperit cu o
pelicul de lac rezistent la abraziune), axele punilor spate (65% fibre de sticl i 35% SMC
Sheet Molding Compound), lmpile de poziie i semnalizare, circuitele electrice flexibile,
bacurile i separatoarele acumulatoarelor electrice, rezervoarele, conductele sistemelor de
alimentare i de frnare, ventilatoarele, lagrele de alunecare i rostogolire, bazinele
radiatoarelor, rotulele i calotele sistemului de direcie, filtrele de aer, combustibili i
lubrifiani, pinioanele, bielele motoarelor, arcurile, barele de torsiune, arborii cardanici etc.
(fig1.1).
Fabricarea n serie a automobilelor construite numai din materiale plastice este n
prezent o viziune n curs de materializare. n acest sens, deja au fost explorate noi concepii
constructive n care oelul constituie suportul panourilor caroseriei, elementelor de acionare,
roilor i habitaclului din polimeri.
Materialele plastice i compozite ptrund n construcia motoarelor. Astfel motorul
HOLTZBERG (fabricat in SUA) cu 4 cilindri i puterea de 234kW are 60% din piese
(colectorul de admisie, bielele, fustele pistoanelor, pri ale supapelor, carterele, capacele,
pinioanele) fabricate din materiale plastice speciale (TORLON un polimer cu rezisten
foarte ridicat la traciune): motorul model 234 al firmei Polimotor Research (SUA), cu putere
de 130kW la 5800rpm (4 cilindri, cilindreea totala 2,3 dm3, 16 supape) introdus n fabricaia
de serie, are blocul i chiulasa din materiale plastice.
Materialele ceramice, cum sunt nitrurile i carburile de siliciu, carburile i nitrurile de
bor, titanatul de aluminiu, oxidiul de zirconiu, silicatul de magneziu-aluminiu, etc., datorit
conductibilitii i dilatrii termice reduse, bunei poroziti i calitilor antifriciune
acceptabile, precum i simplitii tehnologiilor de execuie a pieselor, se extind ca nlocuitoare
ale celor tradiionale n construciile supapelor, scaunelor i ghidurilor de supape, camerelor
-
de ardere divizate, izolatorul
rotoarelor turbinei.
Pentru confecionarea
(protejat galvanic prin zinc
protectoare de pulbere de fier
un sistem bistrat aplicat co
(DACROMET), cu grosimea
elemente principale acidul cro
bogat in zinc, special studiat
Fig. 1.1. Piese din materiale plasticde joas presiune, polivinilclorid
fluor) folosite n co
1.2 Tratamente termice ne
pieselor de automobile
Domeniul tratamentel
microprocesoarele joac un
reprezentnd elementul chei
Performane spectaculoase, n
aplicarea la nivelul industrial
tratamentelor termice n vid etc
n domeniul clirii, se
aplic acest tratament la cm
polimeri de tip polivinilpirolid
lui termic al capului pistonului, colectoar
caroseriilor automobilelor moderne se folose
care pe una din fee i acoperit pe ceala
i aliaj de zinc) sau cea ZINCROMETAL.
ontinuu pe o tabl de oel laminat la
a de 2m, este realizat dintr-o soluie apo
omic i pudra de zinc, iar al doilea (ZINCROM
pentru a permite sudarea prin rezisten.
ce (poliacetat, polipropilen de mare densitate, polid, polibutiletereftalat, polietiletereftalat, materiale onstrucia autoturismelor moderne (punctele nneg
convenionale i tehnologii moderne de pre
or termice se afl n plin modernizare
rol prioritar n dirijarea i controlul p
ie n noile sisteme de tratament termic
domeniu, se obin prin extinderea nitrurrii
a procedeelor de aliere superficial prin imp
c.
impun tot mai mult tratamentele termice cu
ile cilindrilor). Pe viitor apa i uleiul de rcir
don.
relor de evacuare,
ete tabla Monogal
alt cu o pelicula
Zincrometalul este
rece. Primul strat
oas ce conine ca
MET) este o rin
ipropilen, polietilen plastice pe baz de
grite).
elucrare a
e. Computerele i
proceselor, roboii
i termodinamic.
i carburrii ionice,
plantare ionic i a
laseri (firma MAN
re se vor nlocui cu
-
Printre tehnologiile moderne folosite la fabricarea diverselor componente ale
sistemelor autovehiculelor se afl i cea a metalurgiei pulberilor.
Avantajele aceste tehnologii, n comparaie cu turnarea, sunt foarte mari. Astfel, daca
pentru 1000 piese uzinate se consuma la turnare pn la 3000 tone metal, pentru cele
sinterizate, se folosete de dou ori mai puin materie prim, iar suprafeele productive se
reduc cu 30%.
Piesele sinterizate pot fi att pinioane, arbori i lagre de alunecare, ct i cmi de
cilindri. Cmile de cilindri, presate izostatic, sunt mai ieftine cu 20...40% fa de cele
turnate centrifugal i prelucrate mecanic. Deeurile se reduc n acest caz cu 50...80%.
Procedeele speciale de turnare, cum sunt turnarea sub presiune, n forme vidate, sau cu
modele gazificabile, folosite pentru piesele din materiale i aliaje cu compoziii chimice i
structurale deosebite, au o larg aplicabilitate n industria de autovehicule.
Extrudarea la rece de mare precizie a supapelor, plunjerelor pompelor de injecie,
corpurilor pulverizatoarelor etc., se extinde datorit creterii de 1,5...3,0 ori fa de metodele
clasice, a coeficientului de utilizare a oelurilor aliate.
Dac n prezent la procedeele convenionale de prelucrare mecanic s-a ajuns la viteza
de achiere de 500m/min si de avans de 80mm/s, pentru viitor se prefigureaz atingerea unor
valori ale acestora de 1000m/min, respectiv 250mm/s, prin utilizarea sculelor abrazive din
nitruri ionice, sau cu diamante sintetice monogranulare.
Electrotehnologiile bazate pe prelucrrile prin electroeroziune, eroziune
electrochimic, cu ultrasunete, fascicul de electroni, plasm i laseri i lrgesc aria de aciune
n industria de autovehicule.
Laserii sunt ns prea puini valorificai fa de posibilitile pe care le ofer.
Domeniile insuficient exploatate sunt: tratamentele termice, operaiile de debitare, sudare i
control al calitii.
S ne reamintim!
O tendin ce se manifest, n domeniul materialelor din care se execut piesele de
autovehicule este aceea a nlocuirii fontei cu aluminiul i aliajele sale, masele plastice
i materialele compozite
Datorit posibilitilor de obinere economic, prin procedee moderne de turnare i
prelucrare, bunei rezistene la coroziune, conductibilitii termice ridicate, aspectului
plcut i greutii reduse, a reperelor din aluminiu, o serie de piese cum sunt blocurile
-
motoarelor, chiulasele, pistoanele, cilindrii se execut din aluminiu tratat special
mpotriva coroziunii, radiatoarele, carcasele cutiilor de viteze, ambreiajelor,
diferenialelor, punilor i alternatoarelor, accesoriilor sistemelor de frnare i direcie;
elementele de caroserie i ornamentele, jantele etc. se execut din aliajele acestui
material.
1.3 Proiectarea i fabricarea asistat de calculator n domeniul autovehiculelor
Dac nu cu mult timp n urm proiectarea asistat de calculator se mrginea la analiza
de element finit i la pachete de programe care rezolvau probleme specifice organelor de
maini sau rezistenei materialelor, n prezent se nglobeaz n acelai concept, comunicaia
om-sistem prin intermediul graficii interactive, sisteme de gestiune a datelor grafice, metode
i programe aplicative.
Grafica interactiv, care cuprinde modele i tehnici de colectare a datelor, pe i la un
display grafic, prin intermediul calculatorului, s-a dovedit a fi mijlocul cel mai eficient de
comunicare a omului cu calculatorul. Ea a permis conceperea unui dialog ntre om i
calculator, care s in seama de importana factorilor umani n acceptarea sau respingerea
unui sistem de proiectare asistat de calculator, s furnizeze secvene de interaciune simple,
consistente, evitnd saturarea utilizatorului cu prea multe opiuni i stiluri de comunicare cu
programele, s ndrume beneficiarul asupra interaciunii adecvate n fiecare etap a procesului
de prelucrare, s-i furnizeze reacii corespunztoare, permindu-i n cazul unei manipulri
eronate, s reia cu uurin i fr pierderi mari programul.
Sistemele de proiectare asistat de calculator (CAD Computer Aided Design sau
CAO Conception Assiste par Ordinateur) reprezint ansamblul de ajutoare informatice
utilizate n toate fazele concepiei unui produs (creaiei, calcule, desen).
Sistemul cu unul sau mai multe calculatoare, care preia o serie de sarcini fcnd parte
din pregtirea, organizarea si comanda execuiei pe mainile unelte cu comand numeric
(MUCN) este cunoscut sub prescurtarea CAM (Computer Aided Manufacturing) sau FAO
(Fabrication Assiste par Ordinateur).
Atunci cnd att concepia ct i fabricaia sunt asistate de calculator sistemul se
ntlnete sub denumirea CAD-CAM sau CAO-FAO. (Fig. 1.2)
Inginerul proiectant folosete, n cadrul sistemului CAD, ecranul de vizualizarea al
computerului ca planet de desen.
Proiectantul vizualizeaz, de regul, numai segmentul pe care dorete s-l prelucreze.
Bineneles, ansamblul poate fi prezentat n ntregime, dar la o scar adecvata.
-
Dac se dorete scoaterea n eviden a unui detaliu, acesta va fi vizualizat cu ajutorul unui
reticul. Viteza de apariie depinde de capacitatea de calcul a computerului. Desenul nu poate
s apar daca nu a fost stocat n memoria de imagini a calculatorului.
Cnd se dispune de un program corespunztor, diferitele elemente pot fi reprezentate
i tridimensional, modificndu-se dac se dorete unghiul din care sunt privite.
Fig.1.2. Schema structural a sistemului CAD/CAM
Conectnd instrumentele grafice (plotterele) la calculator se pot obine cu rapiditate
desene cu o precizie de zecimi de milimetru.
Inversnd operaiile, se poate introduce direct in computer, cu ajutorul unui program
adecvat i o machet a ansamblului. n acest scop, prin fotogrametrie calculatorul preia
numeric coordonatele diverselor puncte caracteristice ale machetei. Suprafeele se modeleaz
matematic si eventualele neregulariti sunt corectate. Sub forma unui stoc de date,
calculatorul dispune de o machet virtual mai precis ca cea original. Aceast machet va fi
etalonul pentru proiectani i tehnologi. Pe baza datelor nmagazinate, calculatorul elaboreaz
programele pentru mainile unelte i mijloacele de control.
n condiiile n care problemele de concepie devin din ce n ce mai complexe,
necesitnd luarea n considerare i prelucrarea unei enorme cantiti de date, asistarea
-
proiectrii i fabricaiei de ctre calculator apare ca oportun i de neevitat, dac se dorete o
scurtare a timpului de inovare perfecionarea produselor cu grad sporit de complexitate ce
trebuiesc adaptate continuu programului tehnic.
Aceast urgen este reclamat i de faptul c, n prezent, 60% din timpul de lucru din
birourile de studii i proiectri este consumat pentru pregtirea documentelor de fabricaie,
plecndu-se de la proiectele existente, 30% este consacrat noilor variante i doar 10% este
folosit pentru creaie. Daca in costul unui produs concepia nu particip, in medie, dect cu
10%, rezult c 70% din aceasta depinde de valoarea proiectului iniial.
O aplicaie direct a proiectrii asistate de calculator este cea a conceperii i studierii
caroseriilor de autoturisme. Pentru aceasta trebuie s se dispun de sisteme software
corespunztoare.
Studiul aerodinamic, la scara 1:1, al noilor modele, trebuie sa-l completeze pe primul
(instalaii adecvate pentru astfel de ncercri au n Europa Volkswagen, Daimler-Benz,
Pinifarina, Institutul St. Syr, MIRA-Motor Industry Research Association).
Prin conceperea motoarelor cu ajutorul calculatorului, n scopul optimizrii proceselor
de formare a amestecului i arderii, electronizarea sistemelor de alimentare i aprindere,
echiparea cu microprocesoare a grupurilor motopropulsoare, introducerea de materiale
moderne in construcia elementelor de baz al mecanismului motor, i aplicarea tehnologiilor
neconvenionale la fabricarea i montajul acestora se vor putea asigura performane maxime
de putere, cuplu i economicitate, n condiiile reducerii la minimum a polurii chimice i
sonore.
Necesitatea creterii eficienei tehnice-economice n activitatea industrial a
determinat utilizarea calculatorului i n pregtirea tehnologic (CAPP Computer Aided
Planing), controlul calitii (CAQ Computer Aided Quality), activitatea de service (CAS
computer Aided Service) i reparaii (CAR Computer Aided Repairs).
Aceste sisteme mpreun cu cele de proiectare i fabricare (CAD/CAM) sunt
componente ale fabricaiei integrate cu calculatorul (CIM Computer Integrated
Manufacturing).
Conceptul CIM este un sistem complex, cu reacie n bucl nchis, n care intrrile
primare sunt necesitile privind ansamblurile ce trebuiesc realizate i parametrii lor tehnico-
funcionali, iar ieirile sunt produse finite, montate, controlate i gata pentru a fi date n
exploatare. Sistemul este o combinaie de programe i echipamente n cadrul cruia se
realizeaz proiectarea produselor i proceselor de fabricaie, planificarea i comanda
-
produciei. El presupune folosirea calculatorului n toate domeniile activitii industriale
(uzin complet automatizat).
n cadrul conceptului CIM, ca o perspectiva de viitor, se prevede transferul spre
calculator a tuturor activitilor umane prin utilizarea metodologiilor de vrf specifice
inteligenei artificiale. Prin aceasta, proiectarea i fabricaia integrat cu calculatorul va deveni
un domeniu propice pentru implementarea de sisteme EXPERT orientate spre rezolvarea unor
probleme de decizie i diagnoz.
Avantajele introducerii sistemelor EXPERT constau n faptul c ele ofer mijloace
evoluate de planificare, testare, simulare i diagnoz mergnd pn la explicarea cauzelor
posibile ale defeciunilor care i sunt semnalate.
1.4 Sisteme flexibile de fabricaie i montaj n construcia de autovehicule
Cerinele pieii fiind cele care determin tipurile i variantele constructive de
autovehicule ce trebuiesc fabricate, se impune dezvoltarea i implementarea de sisteme de
producie capabile s asigure prelucrarea unor loturi mici de piese n condiii de calitate,
economicitate i productivitate ridicate.
Calea pentru ndeplinirea acestor obiective este trecerea de la agregatele flexibile de
fabricaie (AFF) la integrarea acestora ntr-un flux de materiale i informaii condus cu
ajutorul calculatorului.
Sistemul flexibil de fabricaie (SFF) poate fi definit ca un sistem cibernetic ale crui
elemente sunt coordonate de calculator n scopul autoreglrii i optimizrii prelucrrilor
mecanice. El se compune din dou sau mai multe celule flexibile de fabricaie (CFF) legate
printr-un sistem automat de transport (vehicule automate ghidate electromagnetic sau optic,
macarale comandate de calculator etc.), care deplaseaz palete, piese i scule de la o main la
alta, sau i de la depozitele de piese i scule.
Celula flexibil de fabricaie (CFF Fig.1.3) este o unitate care are una sau mai multe
maini unelte cu comand numeric (MUCN), de obicei cel puin un centru de prelucrare,
magazine cu mai multe palete, schimbtoare automate de palete i scule, echipament automat
de msur. Toate elementele, ct i operaiile ce se execut n cadrul celulei sunt comandate
de un computer (CND comand numeric direct), care la rndul su este conectat la un
calculator principal.
Diversitatea i complexitatea problemelor ce apar n conducerea sistemelor flexibile
impun ca rezolvarea lor s se fac prin configuraii flexibile de hardware i software,
structurate ierarhic.
-
Parcul internaional de SFF complexe este redus. Astfel, n anul 1987, acesta numra
350 de uniti (50 n stadiul de livrare pentru montaj), din care cele mai multe se aflau n
Japonia 100, SUA 47, Germania 35, Italia 25, Olanda 25, Frana 17, Elveia 11.
1.3. Celul flexibil de prelucrare a pieselor de tip disc sau ax: 1 strung paralel cu comand numeric; 2 main de rectificat cu comand numeric; 3 dispozitiv tip carusel; 4 main de frezat cu comand
numeric; 5 palete etajate cu semifabricate i piese prelucrate; 6 main de gurit.
-
Producia de SFF este asigurat de 55 de firme din SUA, Japonia, Marea Britanie,
Frana, Italia, Germania, Belgia, Olanda i Elveia.
Domeniul n care SFF gsesc o larg aplicare este cel al industriei de autovehicule
(peste 49% din SFF sunt folosite la prelucrarea de piese i sisteme pentru autovehicule).
Sistemul flexibile de fabricaie permit aplicarea unor tehnologii computerizate pe
maini unelte cu CN sau CNC, tipizate, cu numr minim de operaii, fr reglri i intervenia
operatorilor umani n procesul de producie.
Sistemele de fabricaie capabile s funcioneze fr supraveghere uman dispun de
senzori i traductoare care ofer informaii privind dimensiunile pieselor i calitatea
prelucrrilor. Palpatoarele de evaluare dimensional prin contact fac parte dintr-o prim
categorie de tehnici de msurare. Perspective deosebite deschide ns optoelectronica. Aceast
tehnic presupune folosirea unei camere de luat vederi care reine profilul piesei prelucrate i
l compar cu cel aflat, sub form numerizat, n memoria calculatorului de proces.
Informaii privind dimensiunile piesei i calitatea prelucrrii pot fi oferite i de o raz
laser sau de un fascicul de electroni, care urmrete conturul acestuia. Raza laser transmite
date ce sunt prelucrate de echipamentul CNC al mainii, care la rndul su introduce corecii
corespunztoare n programele de prelucrare.
n perspectiv, ca o condiie esenial pentru lrgirea utilizrii SFF se prevede
standardizarea i unificarea ansamblurilor mecanice, electrice i a interfeelor, precum i a
modalitilor de funcionare din punct de vedere matematic.
n condiiile tehnologiilor convenionale, manopera corespunztoare montajului
reprezint pn la 55% din cea necesar realizrii produsului finit. Prin modernizarea
tehnologiilor de montaj, se pot asigura creteri importante ale productivitii muncii n
condiiile mbuntirii substaniale a calitii. Aceasta se poate materializa prin introducerea
tehnologiilor flexibile de montaj (Fig. 1.4), care valorific rezultatele a dou direcii de
cercetare: abordarea tehnologiei ca sistem i folosirea informaticii n domeniul montajului.
Consecina direct este cea a trecerii comenzii sistemului tehnologic de la operatorul
uman la echipamentul electronic de comand.
Un exemplu concret n domeniul sistemelor de montaj deservite de roboi este cel
realizat de Deutsche Gardner-Denver GMBH pentru asamblarea motoarelor autoturismelor
AUDI. Linia de montaj, cu o lungime de 125m, are n componen 27 de posturi automatizate.
Capacitatea liniei este de 650 motoare pe schimb.
-
Sisteme flexibile de montaj ale motoarelor deservite de roboi exist i n fabricile
firmelor Yamaha, SAAB (linia are o capacitate anual de 135.000 motoare n 30 variante
constructive), etc.
Linii robotizate pentru montajul final al autoturismelor deservite de robocare inductive
echipeaz fabricile firmelor Ford, Volvo, Fiat, Audi, etc. De asemenea, robocarele se folosesc
i la asamblarea motoarelor cu transmisia (pe o linie cu lungimea de 820m, a firmei Opel, se
pot monta 80 de modele de motoare cu 20 de tipuri de transmisii in 600 de variante; ea este
deservit de 100 de robocare inductive) sau a cutiilor de viteze (SAAB Scania).
Un sistem flexibil de montaj integrat ntr-un sistem flexibil de producie este structurat
pe mai multe nivele (Fig. 1.5). Primul etaj cuprinde echipamentele de transfer, depozitare i
orientare, roboii de montaj, manipulatoarele, diferitele maini de asamblare, echipamentele
de testare i comand. Celelalte etaje cuprind elementele care asigur integrarea sistemului de
montaj n CIM.
O caracteristic funcional a sistemului de montaj este aceea a legturilor directe ale
echipamentului de comand cu sistemele superioare sau paralele.
Efectele economice ale sistemelor flexibile sunt multiple i pentru a beneficia de ele
este necesar o strategie pe termen lung adoptat n comun cu furnizorii i utilizatorii
acestora.
-
Fig. 1.4. Sistem flexibil de montare a motoarelor de autovehicule: 1 dispozitiv pentru acionarea benzii; 2 robot staionar (IRB 1000) cu deplasare liniar i magazie de palete; 3 robot staionar (IRB 6, IRB 60, IRB 90) sau sistem cu mas rotativ i europalete; 4 picupuri manuale pe linie; 5 staie de montaj
manual n afara liniei; 6 staie de montaj pe linie
-
Fig. 1.5. Sistem de montaj integrat n CIM; MAGISTRALA LA mijloace de comunicare ntre diferite sisteme i subsisteme; AP automat programabil; PC calculator personal.
-
Implementarea judicioas a sistemelor flexibile de fabricaie asigur o eficien care se
traduce prin: reducerea cu 50...70% a duratei ciclului de fabricaie, diminuarea cu 20...50% a
timpilor de prelucrare, mbuntirea nivelului calitativ al pieselor, creterea gradului de
utilizare a mainilor cu 40...50%, mrirea productivitii muncii cu 200...400%, economisirea
forei de munc 50...75%, reducerea numrului de maini, utilaje si SDV-uri specializate n
producie cu 40...50%, micorarea suprafeelor productive cu 20...40% i a rebuturilor cu
10...20%. n acelai timp se asigur o majorare cu 32...42% a timpilor de funcionare n
program a mainilor unelte cu comand numeric i centrelor de prelucrare, iar durata de
schimbare a sculelor ajunge la 4% la sistemele flexibile, fa de 18% la mainile cu comand
numeric i 12% la centrele de prelucrare.
S ne reamintim!
Sistemul flexibil de fabricaie (SFF) poate fi definit ca un sistem cibernetic ale crui
elemente sunt coordonate de calculator n scopul autoreglrii i optimizrii
prelucrrilor mecanice
Conceptul CIM este un sistem complex, cu reacie n bucl nchis, n care intrrile
primare sunt necesitile privind ansamblurile ce trebuiesc realizate i parametrii lor
tehnico-funcionali, iar ieirile sunt produse finite, montate, controlate i gata pentru a
fi date n exploatare. Sistemul este o combinaie de programe i echipamente n cadrul
cruia se realizeaz proiectarea produselor i proceselor de fabricaie, planificarea i
comanda produciei. El presupune folosirea calculatorului n toate domeniile activitii
industriale (uzin complet automatizat).
1.5 Autoevaluare
1. Care este tendina actual n domeniul industiriei constructoare de maini?
2. Care sunt avantajele metalurgiei pulberilor n comparaie cu turnarea?
3. Care sunt avantajele conceprii motoarelor cu ajutorul calculatorului?
4. Care sunt componentele unui sistem flexibil de fabricaie?
-
Unitatea de nvare nr. 2
2 Tehnologii moderne i neconvenionale de reparare a autovehiculelor
2 Tehnologii moderne i neconvenionale de reparare a autovehiculelor ............................ 24
2.1 Tehnologii moderne de reparare a autovehiculelor ................................................... 24
2.2 Tehnologii neconvenionale n industria romneasc de autovehicule ...................... 25
2.3 Tehnologii moderne de prelucrare a semifabricatelor i pieselor de autovehicule .... 30
2.4 Autoevaluare .............................................................................................................. 32
Obiective:
Dup parcurgerea acestei uniti de nvare, studentul va fi capabil s:
Identifice tehnologiile moderne de reparare a autovehiculelor
Enumere tehnologiile neconvenionale utilizate n industria auto romneasc
Identifice tehnologiile moderne de prelucrare a semifabricatelor
Durata medie de parcurgere a acestei uniti de nvare este de 2-3 ore.
2.1 Tehnologii moderne de reparare a autovehiculelor
Criza de energie i materii prime tradiionale a determinat intensificarea cercetrilor n
direcia conceperii unor tehnologii eficiente care s sporeasc durata de exploatare a
diverselor organe de maini.
Prin aplicarea metodelor moderne de recondiionare, cum sunt cele ale treptelor de
reparaie, compensatorilor, nlocuirii unei pri din pies sau reducerii la dimensiunile iniiale,
se pot introduce n exploatare peste 70% din piesele uzate.
n aceste condiii, investiiile n ntreprinderile de reparaii auto sunt de 5...10 ori mai
mici dect n cele constructoare, costul unei reparaii ajunge la 50...60% din valoarea
autovehiculului nou, iar consumurile de metal sunt de 10...15 ori mai mici.
Procedeele noi de recondiionare, ca metalizarea i sudarea cu jet de plasm, refularea
electromecanic, sudarea cu fascicul de electroni i prin frecare, acoperirile galvanice i cu
-
materiale termoplastice de mare rezisten, permit majorarea duratei de folosire a pinioanelor
i arborilor din cutiile de viteze, arborilor cotii, arborilor cu came, culbutorilor, supapelor,
elementelor sistemelor hidraulice, de alimentare, rcire i ungere .a.
Studierea posibilitilor de aplicare a celor mai eficiente soluii de recondiionare a
pieselor uzate, proiectarea proceselor tehnologice de recondiionare specifice reperelor
caracteristice, precum i analiza diverselor scheme organizatorice care permit efectuarea unei
reparaii de calitate ntr-un interval minim de timp constituie obiectul de studiu al unei noi
tiine de grani TEROTEHNOLOGIA.
2.2 Tehnologii neconvenionale n industria romneasc de autovehicule
Rspunznd tendinelor manifestate pe plan mondial, industria romneasc
constructoare de autovehicule este supus nnoirilor, att n domeniul concepiei noilor
produse, ct i n cel al tehnologiilor de fabricare.
n condiiile unor dotri materiale care nu s-au situat la nivelul cerinelor mondiale,
prin efortul, pasiunea i capacitatea de creaie a oamenilor de tiin romni i a specialitilor
din institutele de cercetare, proiectare, producie i exploatare s-au obinut autovehicule
capabile s satisfac cotele naltelor exigene.
ncercarea de a prezenta toate realizrile deosebite din industria romneasc de
autovehicule nu poate fi realizat, deoarece multitudinea lor ar necesita un spaiu considerabil,
iar pe de alt parte, nnoirile se succed cu o rapiditate aa de mare, nct ce este deosebit n
momentul de referin poate deveni cotidian peste cteva luni.
Totui, o imagine de ansamblu asupra rezultatelor din domeniul industriei de
autovehicule se poate forma pornind fie numai de la faptul ca autovehiculele romneti, care
au o istorie ce nu depete 40 de ani, ating sau uneori depesc performanele produselor
unor firme cu tradiie.
Tehnologiile moderne de prelucrare prin eroziune electrochimic, electroeroziune, cu
ultrasunete, prin deformare plastic, cu impulsuri electromagnetice i cu ajutorul
explozibililor brizani, sudur cu jet de plasm i prin frecare, extrudarea la rece .a., sunt
aplicate n prezent n toate ntreprinderile constructoare de autovehicule sau sisteme auxiliare.
Din realizrile notabile n domeniu, cteva merit a fi prezentate. Astfel, pentru a
satisface cerinele industriilor prelucrtoare, Institutul de Tehnic de Calcul i Informatic
(ITCI) Bucureti, a executat i implementat un sistem la cheie (ISOLDA) pentru proiectarea
asistata de calculatoare.
-
Scopul final al unei sesiuni ISOLDA este crearea unui desen orict de complex,
memorarea sa pe un suport magnetic, ntr-o form care s-i permit reutilizarea, precum i
postprocesarea (obinerea desenului la plotter-ul aflat n configuraia sistemului, sau a
programului pentru o main cu comand numeric).
Reducerea timpului necesar pregtirii documentaiei de execuie este posibil prin
elaborarea de pachete de programe pentru trasarea automat a desenelor pieselor. n acest
sens, la ICSITMU Titan s-au elaborat programe care permit desenarea automat a roilor
dinate, arborilor, camelor, piulielor, reductoarelor etc.
Tot la ICSITMU, s-a conceput un procesor (ROM-APT) pentru programarea automat
a mainilor cu comand numeric. El poate fi folosit att la programarea mainilor unelte, ct
i ca instrument de proiectare la elaborarea unor programe de calcul pentru camele etalon i
ablon ale mainilor de rectificat arbori cu came.
Colectivele mixte de ingineri i matematicieni de la I.N.M.T., I.P. Bucureti i
I.C.S.I.T.A. Piteti au elaborat setul de programe pentru corectarea, definirea formei
caroseriei de autoturism i matematizarea acesteia, pornind de la macheta de stil, la scara 1:5
sau 1:3, optimizat n tunelul aerodinamic.
n scopul reducerii muncii de rutin a tehnologiilor i normatorilor, obiectivizarea i
uniformizarea normrii, eliminarea verigilor intermediare umane folosite la prelucrarea
datelor tehnologice primare pentru elaborarea documentaiei secundare de lansare, la ICTCM
Bucureti, s-a realizat un sistem de pregtire tehnologic a fabricaiei asistat de calculator.
Pentru optimizarea soluiilor energetice ale motoarelor de autovehicule, la
Universitatea din Braov i INMT au fost dezvoltate sisteme hardware (Fig. 2.1) i software
capabile s rezolve att problemele achiziiei parametrilor cu variaia rapid sau lent din
timpul cercetrilor, ct i cele ale prelucrrii, listrii i afirii grafice a diverselor mrimi.
-
Fig. 2.1. Schema bloc a sistemului de achiziie i prelucrare a parametrilor cu variaie rapid al proceselor
din motor: 1 butelie cu aer la presiunea de referin; 2 electrovalv; 3 distribuitor; 4 unitate de calibrare; 5 amplificatoare; 6 punte Wheatstone; 7 unitate de control; 8 amplificatoare cu 2 i 4
canale; 9 circuite de ntrziere; 10 osciloscop; 11 sistem de reinere automat pe pelicul fotosensibil a oscilogramelor; 12 amplificator baz de timp; 13 baz de timp; 14 trigger; 15 plotter; 16 osciloscop digital cu memorie; 17 display; 18 microcalculator; 19 casetofon; 20
calculator prelucrare; 21 imprimant grafic
Folosind un sistem de achiziie i prelucrare a informaiilor rezultate n urma ncercrii
pe cale a transmisiilor autovehiculelor, Universitatea din Braov si ICSITA Piteti au elaborat
programe de calcul capabile s uureze proiectarea cutiilor de viteze i cercetarea comportrii
acestora pe stand prin introducerea unor solicitri identice cu cele din exploatare.
Tehnica modern de calcul este valorificat de ICSITA Piteti att n conceperea,
modelarea i execuia machetelor caroseriilor autoturismelor, ct i la proiectarea matrielor i
proceselor tehnologice.
Laserii i-au gsit aplicaii in tehnicile i tehnologiile de aliniere, centrare, axare i
control al calitii n industria mijloacelor de transport, elaborate de Institutul Central de
Fizic i n evaluarea distribuiei tensiunilor mecanice din elementele mecanismului motor,
prin intermediul interferometriei holografice (Universitatea din Braov).
n domeniul sistemelor flexibile de fabricaie a ICSITMU a elaborat proiectul complex
al unei linii automate cu strunguri verticale pentru prelucrarea prin strunjire a pieselor de tip
flan, roat dinat, tambur de frn (Fig. 2.2) etc.
Linia, executat la ntreprinderea de Maini Unelte Bacu, este dimensionat pentru o
producie anual de 250.000 repere n dou schimburi, respectiv cu o productivitate de un
-
tambur de frn pe minut. Pe aceast linie se execut n regim automat urmtoarele operaii:
prelucrarea semifabricatelor, transferul reperelor de la o operaie la alta, prelucrrile mecanice
de strunjire, degroare i filetare, splarea, degresarea, conservarea, stocarea pieselor,
prelucrarea i predarea containerelor.
Fig. 2.2. Linie automat flexibil pentru prelucrarea tamburilor de frn: 1 strunguri verticale cu
platou SV 1/5; 2 strunguri verticale cu dou platouri SV 2/5; 3 agregat de gurit i filetat; 4 manipulatoare MP 150; 5 manipulatoare MP 300; 6 manipulator MS 150; 7 manipulator MEP 1001;
8 instalaie de conservare pe termen lung; 9 instalaie de conservare pe termen scurt; 10 sistem de transport; 11 staie de paletare; 12 sisteme de control i comand
n structura liniei intr 13 uniti funcionale, din care 9 celule flexibile automate i 4
grupuri funcionale automate, controlate de 16 echipamente de comand numeric i 13
automate programabile. Ea este deservit de 5 operatori umani, fa de 89 ct ar fi fost
necesari n cazul realizrii aceleiai producii pe maini unelte convenionale.
Pentru fabricarea pieselor de tip carcas exist la I.M. Mra un sistem flexibil, avnd
la baz un centru de prelucrare tip YBN-30 N. De asemenea, pentru prelucrarea pieselor din
familia boluri funcioneaz la I.M. Medgidia o celul flexibil.
Dezvoltarea sistemelor flexibile automate de prelucrare i montaj este condiionat de
existena tuturor elementelor componente. n acest sens, la ICTCM se desfoar un program
care are drept obiectiv realizarea de sisteme de transport-manipulare interoperaional cu
robocare inductive (R.I.160, R.I.320, R.I.630, R.I.1250).
Din numrul mare al instalaiilor, tehnicilor i tehnologiilor moderne aplicate n marile
ntreprinderi constructoare de autovehicule, se pot meniona: liniile automate i celulele
flexibile de prelucrare a blocului motor i chiulase de la Tractorul U.T.B. S.A. Braov i
Roman S.A. Braov, complexele de maini unelte deservite de roboi industriali programabili
de la Autoturisme Dacia S.A. Colibai, Oltcit S.A. Craiova, Hidromecanica S.A. Braov,
Tractorul U.T.B. S.A. Braov (robotul are o vitez a braului de 1m/s, 5(6) grade de
mobilitate, o precizie de poziionare de 0,5mm i proprietatea de a realiza micri de
-
translaie pe o distan de 800mm; poate fi folosit la deservirea mainilor agregat, efectuarea
sudurilor de precizie, realizarea montajelor pretenioase, guriri, polizri, debitri sau aezarea
miezurilor n forme), liniile robotizate de asamblare a caroseriei, de la Autoturisme Dacia
S.A. Colibai i Oltcit S.A. Craiova, de vopsire i control automat al formei acesteia de la
Oltcit S.A. Craiova, sistemele computerizate de depozitare i gestionare a pieselor i
subansamblurilor de la Tractorul U.T.B. S.A. Braov, Roman S.A. Braov, Oltcit S.A.
Craiova, Autoturisme Dacia S.A. Colibai, Aro S.A. Cmpulung Muscel .a.
Echipamentele de comand pentru roboi (NUMEROM 770) sunt realizate de
Institutul de Cercetare tiinific i Inginerie Tehnologic pentru Automatizri (IPA). Pentru
comanda sistemelor flexibile de montaj se pot folosi calculatoarele de proces ECAROM 886
S i microcalculatorul universal Felix-PC.
Pentru proiectarea asistata de calculator n domeniul autovehiculelor se poate folosi
programul AUTOCAD existent i la Centrul de Calcul al Catedrei de Autovehicule i
Motoare a Universitii Transilvania din Braov.
Infografia sau creaia de imagini cu calculatorul n domeniul autovehiculelor permite
verificarea ipotezelor de calcul, accelerarea procesului de creaie, reducerea costurilor i
detaliilor de punere la punct a fabricaiei, ameliorarea calitii produsului la toate nivelele,
studierea micorrilor i operaiilor care trebuiesc realizate de roboii industriali, cercetarea
proceselor din motor, conceperea grupului motopropulsor, simularea influenei elementelor
estetice ale autovehiculului asupra preului acestuia pe pia. n acest sens, cercettorii de la
Renault dispun n prezent de un supracalculator Cray XMP 18, care permite efectuarea de
calcule complexe cu ajutorul unor programe specializate (Fig. 2.3).
Fig. 2.3. Sisteme CAD i aplicaiile lor la Renault
-
2.3 Tehnologii moderne de prelucrare a semifabricatelor i pieselor de autovehicule
Fabricarea de autovehicule ale viitorului cu performane superioare este posibil prin
valorificarea tuturor programelor actuale din domeniile fizicii, chimiei, matematicii i
informaticii.
Pentru aceasta, n rile dezvoltate industrial (S.U.A., Japonia, Rusia, Frana, Anglia,
Germania) se desfoar intense cercetri fundamentale i aplicative n scopul realizrii de noi
materiale metalice, ceramice, plastice i compozite, precum i n cel al folosirii tehnologiilor
neconvenionale la obinerea i prelucrarea semifabricatelor.
Edificatoare sunt n acest sens progresele ntocmite, pentru anul 2000, de Ministerul
Japonez al Comerului Exterior i al Industriei. Ele arat c n domeniul materialelor,
ponderea polimerilor i compozitelor va crete de 10 ori, a materialelor ceramice superioare
de 19 ori, iar a noilor metale (amorfe) de 39 de ori.
n perspectiva pe termen scurt i mediu, n ara noastr sunt prevzute programe de
cercetare la nivel naional, care s focalizeze eforturile creatoare ale specialitilor romni
pentru realizarea de:
- noi oeluri nealiate i slab aliate laminate cu caracteristici superioare sau identice cu cele
ale oelurilor aliate din prezent;
- metale amorfe i cu memoria formei, noi aliaje pe baz de aluminiu i magneziu;
- piese turnate cu perei subiri din noi tipuri de fonte cu grafit nodular, slab aliate i aliate,
precum i din superaliaje;
- produse ale metalurgiei pulberilor din materiale metalice feroase i neferoase;
- componente cu performane ridicate din materiale ceramice elastice, precum i din fibre
ceramice, grafit turnat i sinterizat, oxizi de aluminiu i zirconiu, nitruri i carburi de
siliciu;
- noi repere din poliolefine, polimeri vinilici, polimeri i copolimeri stirenici, poliesteri,
poliamide, poliacetai, poliuretani, materiale plastice armate cu fibre de sticl sau carbon;
- elemente din elastomeri stirenici, nitrilici, cloroprenici, halogenai, cauciucuri acrilice,
poliuretanice, siliconice .a.;
- noi tipuri de materiale stratificate;
- tehnologii avansate n domeniile turnrii i matririi de precizie, metalurgiei pulberilor,
extrudrii la cald i la rece;
- progrese n sectorul tehnologiilor neconvenionale combinate de fabricare (tanare cu
prelucrare laser) i de recondiionare;
-
- utilaje apte s asigure aplicarea n producie a noilor tehnologii;
- tehnici avansate de analiz i control.
Pornind de la aceste direcii de cercetare, care sunt n concordan cu preocuprile
specialitilor pe plan mondial, vor fi analizate toate tehnologiile de vrf ce pot sau sunt
aplicate la prelucrarea i recondiionarea pieselor de autovehicule din materiale clasice sau
neconvenionale (Schema 2.1).
Sche
ma
1.1
-
S ne reamintim!
Prin aplicarea metodelor moderne de recondiionare, cum sunt cele ale treptelor de
reparaie, compensatorilor, nlocuirii unei pri din pies sau reducerii la dimensiunile
iniiale, se pot introduce n exploatare peste 70% din piesele uzate.
Procedeele noi de recondiionare, ca metalizarea i sudarea cu jet de plasm, refularea
electromecanic, sudarea cu fascicul de electroni i prin frecare, acoperirile galvanice
i cu materiale termoplastice de mare rezisten, permit majorarea duratei de folosire a
pinioanelor i arborilor din cutiile de viteze, arborilor cotii, arborilor cu came,
culbutorilor, supapelor, elementelor sistemelor hidraulice, de alimentare, rcire i
ungere .a.
2.4 Autoevaluare
1. Prezentai metodele noi de recondiionare i avantajele lor.
-
Unitatea de nvare nr. 3
3 Metode speciale de turnare
3 Metode speciale de turnare ................................................................................................ 33
3.1 Turnarea sub presiune ................................................................................................ 33
3.2 Turnarea centrifugal ................................................................................................. 38
3.3 Turnarea cu modele gazificabile ................................................................................ 39
3.3.1 Confecionarea modelelor ................................................................................... 40
3.4 Turnarea cu modele fuzibile ...................................................................................... 45
3.5 Turnarea n forme coji ............................................................................................... 45
3.6 Formarea n vid .......................................................................................................... 47
3.7 Autoevaluare .............................................................................................................. 48
Obiective:
Dup parcurgerea acestei uniti de nvare, studentul va fi capabil s:
Explice turnarea sub presiune
Explice turnarea centrifugal
Explice turnarea cu modele gazeificabile
Explice turnarea n forme coji
Durata medie de parcurgere a acestei uniti de nvare este de 2-3 ore.
Creterea produciei de piese turnate i a exigenelor impuse semifabricatelor ce se
obin prin aceast tehnic au determinat dezvoltarea unor procedee noi, cum sunt turnarea sub
presiune, centrifugal, cu modele gazificabile sau volatile, n forme coji, n forme ntrite cu
bioxid de carbon, n forme cu modele fuzibile i formarea n vid.
3.1 Turnarea sub presiune
Metoda const n introducerea metalului sub presiune ntr-o cochil, executat din
dou buci.
Se aplic la execuia unor semifabricate complexe (bloc motor, chiulas, piston, carter
cutie de viteze, carter ambreiaj, corp carburator .a. Fig. 3.1), cu precizie indicat (grosimea
-
pereilor: 0,5...3,0 0,03...0,15mm; rugozitatea: 0,8...6,3m; diametre minime ale gurilor:
1,0...2,5mm; abateri de la perpendicularitate: 0,05...0,12mm, de la paralelism:
0,02...0,10mm, de la concentricitate: 0,02...0,05mm).
Fig. 3.1. Semifabricate turnate sub presiune: a) chiulas; b) bloc motor; c) piston
Turnarea sub presiune permite realizarea de piese cu consumuri reduse de material i
evitarea, n mare msur, a prelucrrilor mecanice ulterioare. De asemenea, se pot executa
repere armate sau bimetalice.
Dezavantajele se datoreaz limitrii metodei la turnarea unor aliaje neferoase cu punct
de topire sub 1300K (aliaje pe baz de Zn, Mg, Al sau Cu), uzurii rapide a matriei i costului
relativ ridicat al cochiliei i a instalaiei de tehnicitate avansat.
Fig. 3.2. Maini de turnat sub presiune joas: a) main de turnat cu cilindru i piston; 1 cilindru; 2 metal lichid; 3 camer de
prelucrare; 4 canal de alimentare; 5 form;
b) main cu camer de compresie mobil: 1 comanda sistemului pneumatic de acionare;
2 vas nclzit; 3 camer mobil; 4 forma.
-
Instalaiile pot fi cu camer de presiune rece, pentru aliajele cu punct de fuziune mai
ridicat, i cu camer de presiune cald, pentru materialele cu temperatur sczut de topire.
Dup presiunea de injectare a materialului topit, mainile de turnat pot fi cu presiuni
joase (1...10MPa) sau nalte (100...200MPa).
Viteza de injectare a materialului n form este de 20...60m/s. La piesele cu perei
subiri aceasta poate ajunge la 100m/s.
Mainile de turnat sub presiune trebuie s asigure meninerea n stare cald a
materialului lichid, dozarea i introducerea lui n form la presiunea stabilit, rcirea cochiliei,
deschiderea i nchiderea automat a matriei i evacuarea piesei.
Schemele de principiu ale mainilor de turnat sub presiune joas sunt prezentate n
Figura 3.2.
Procesul tehnologic la turnarea sub presiune este automatizat. El ncepe prin
transferarea metalului, aflat n stare topit, din cuptorul pentru alimentat instalaia n cilindrul
de lucru. La introducerea metalului lichid n camera de presiune, contrapistonul astup
orificiile de comunicare cu cochilia (Fig. 3.3, a). Cnd pistonul preseaz metalul fluid, se
produce deplasarea contrapistonului, care deschide orificiile de alimentare ale cochiliei,
permind injectarea. Dup umplerea cavitii cochiliei, pistonul mai acioneaz cteva
fraciuni de secund, asupra materialului lichid, pentru a realiza ultima faz de ndesare.
Cantitatea de metal rmas ntre piston i contrapiston, la sfritul procesului, se solidific.
Concomitent cu retragerea pistonului, contrapistonul se deplaseaz, astup orificiile de
alimentare i ridic restul de metal solidificat la suprafaa cilindrului. Dup ntrirea
metalului, cochilia se deschide. Prin deplasarea semimatriei mobile, placa cu extractoare vine
n contact cu un opritor. Extractoarele acionnd asupra piesei vor asigura eliminarea din
cochilie a ei i a reelei de turnare.
De regul, instalaiile folosesc dou cuptoare, unul pentru topirea metalului i altul
pentru meninerea acestuia n stare fluid i alimentarea camerei de presiune. La nclzirea
cuptoarelor se poate folosi energia electric, cea a combustibililor lichizi sau a gazelor.
Cochiliile se execut din oeluri de scule aliate. La conceperea cochiliilor, se vor evita
soluiile cu plan de separare n trepte, iar miezurile fixate vor fi dispuse, pe ct posibil, n
semimatria mobil. Pentru evacuarea aerului i gazelor din forme se prevd canale cu
adncimea de 0,1...0,2mm i limea de 10...20mm, a cror seciune total ajunge la cca. 50%
din suprafaa orificiului de intrare a metalului.
-
Fig. 3.3. Principiul de funcionare al unei maini de format cu presiune nalt: a) nainte de presare; b)
umplerea formei; c) evacuarea: 1 piston superior; 2 metal lichid; 3 cilindru; 4 piston inferior; 5 arc; 6 semicochil fix; 7 semicochil mobil; 8 extractoare; 9 opritor; 10 material n exces; 11
curea; 12 piston.
n scopul meninerii cochiliilor la o anumit temperatur, n acestea se prevd canale
pentru circulaia apei (Fig. 3.4).
Fig. 3.4. Cochil pentru turnarea pistoanelor: 1 partea central a miezului; 2,9 prile laterale ale
miezului; 3,8 prile exterioare ale cochiliei; 4,7 mpingtoare; 5,6 miezuri pentru locaurile bolului; a la turnare, b dup turnare.
nainte de turnare, se pot prinde n cochile piese din alte materiale (alam sau oel),
care au rolul de a majora rezistena mecanic n zonele intens solicitate.
O variant a metodei prezentate este turnarea sub presiune n vid (Fig. 3.5).
-
Fig. 3.5. Turnarea sub presiune n vid: 1 matri; 2 camer de injectare; 3 metal topit (aluminiu); 4
tub de alimentare; 5 capac
Performanele de putere ale motoarelor pot fi mbuntite, printre altele, prin
supraalimentare. Majorarea cantitii de aer reinut n cilindrii motorului la sfritul
proceselor de schimb de gaze permite creterea debitului de combustibil injectat pe ciclu. Ca
urmare se intensific solicitrile mecanice i termice ale elementelor mecanismului motor.
ncercrile au artat c pistoanele din aliaje de aluminiu, n construcie clasic, au atins
limitele superioare ale puterii specifice (40kW/dm2). n plus, la pistoanele din AlSi,
caracteristicile de rezisten scad la temperaturi nalte. O soluie modern de piston pentru
motoarele supraalimentate este cea care are prevzut n partea superioar unul sau mai multe
canale toroidale prin care circul uleiul de rcire sub presiune (Fig. 3.1, c).
Tehnologia actual prevede turnarea n cochil sub presiune a acestor pistoane.
Miezurile pentru canalele de rcire se execut dintr-un amestec de metasilicat de sodiu (Na2O
i O2) i bisilicat de sodiu (Na2O2 i O2), n cazul turnrii sub presiune, la temperatura de
1300K, din sruri topite i sare cristalin, cu silicat de sodiu ca element de legtur, cnd se
toarn la temperatura de 350K ntr-o cochil nclzit la 300...330K (ntrirea se face n 5...7
minute prin insuflare de CO2), sau din sare cu adaosuri (max. 10%) de borax, talc i oxid de
magneziu prin presare la rece, urmat de sinterizarea la temperatura de 620...1000K i
presiunea de 25...75MPa.
nainte de turnare, miezurile se prenclzesc pn la temperatura de 820K. Dizolvarea
miezurilor, dup turnarea pistoanelor, se face n 30...40 minute cu ajutorul apei. Miezurile de
sare sinterizat au diametrul maxim de 90...400mm.
-
Pistoanele cu canale de rcire obinute cu ajutorul miezurilor din sare asigur o bun
evacuare a cldurii de la partea superioar a capului, comparativ cu cele la care acestea se
realizeaz prin introducerea n cochil a unei serpentine din oel sau a unui miez de nisip.
Inconvenientele se datoreaz necesitii splrii ndelungate cu ap fierbinte pentru
ndeprtarea miezurilor i asperitilor ce rmn pe suprafeele interioare ale canalelor i care
pot determina apariia fisurilor n exploatare.
S ne reamintim!
Turnarea sub presiune const n introducerea metalului sub presiune ntr-o cochil,
executat din dou buci
Se aplic la execuia unor semifabricate complexe (bloc motor, chiulas, piston, carter
cutie de viteze, carter ambreiaj, corp carburator), cu precizie indicat (grosimea
pereilor: 0,5...3,0 0,03...0,15mm; rugozitatea: 0,8...6,3m; diametre minime ale
gurilor: 1,0...2,5mm; abateri de la perpendicularitate: 0,05...0,12mm, de la
paralelism: 0,02...0,10mm, de la concentricitate: 0,02...0,05mm).
Turnarea sub presiune permite realizarea de piese cu consumuri reduse de material i
evitarea, n mare msur, a prelucrrilor mecanice ulterioare. De asemenea, se pot
executa repere armate sau bimetalice.
Dezavantajele se datoreaz limitrii metodei la turnarea unor aliaje neferoase cu punct
de topire sub 1300K (aliaje pe baz de Zn, Mg, Al sau Cu), uzurii rapide a matriei i
costului relativ ridicat al cochiliei i a instalaiei de tehnicitate avansat.
3.2 Turnarea centrifugal
Acest procedeu const n turnarea metalului n forme metalice aflate n micare de
rotaie. Metoda se aplic la turnarea cmilor de cilindri (Fig. 3.6), bucelor din care se
uzineaz segmenii de piston i a semifabricatelor din bronzuri, pentru cuzinei mono sau
bimetalici.
Calitatea piesei depinde de viteza de rotaie a formei. Ea are o mare influen asupra
densitii materialului, rezistenei mecanice, omogenitii compoziiei n direcie axial i
exactitii formei suprafeei libere a semifabricatului.
-
n comparaie cu turnarea n forme de nisip sau
metalice, procedeul asigur posibilitatea turnrii unor piese cu
perei subiri sau bimetalice, economie de material, prin
eliminarea reelelor de turnare i maselotelor (indicele de
utilizare a materialului ajunge la 0,95), obinerea unei
structuri dense, apropiat de a pieselor matriate, fr
poroziti i oxizi, reducerea volumului de cheltuieli pentru
formare i turnare cu peste 500%, creterea productivitii i
diminuarea rebuturilor de 8...10 ori.
n schimb, apare pericolul segregrii materialului. De
asemenea, nu pot fi realizate orificii cu dimensiuni exacte n
piesele turnate fr miez.
Turnarea se poate realiza n forme cu axe de revoluie vertical (Fig. 3.7 b) sau
orizontal (Fig. 3.7 a).
Fig. 3.7. Turnarea centrifug n forme cu axe de revoluie: a) orizontal: 1 semifabricat; 2 capac lingotier; 3 jgheab de turnare; 4 strat termoizolant; 5 tij i piston de mpingere; b) vertical: 1
capac; 2 semifabricat; 3 forma rotativ.
3.3 Turnarea cu modele gazificabile
Procedeul presupune turnarea metalului lichid peste un model gazificabil (volatil) din
polistiren, fenopolistiren, polimetilmetacrilat (PMMA) sau stirenacrilonitril, care a fost n
prealabil mpachetat cu nisip uscat, fr liant ntr-o form.
Larga extindere a procedeului n ultimii 10 ani (n anul 1986 existau peste 100 de
turntorii integrate ale unor firme de renume din S.U.A. Ford i General Motors, Italia
Fig. 3.6 Cma de cilindru
-
TEKSID i FIAT, Canada, Germania, Rusia, Frana Peugeot i Citron, Spania, Austria,
Brazilia) se datoreaz unor multiple nlesniri tehnologice i economice, cum sunt: dispariia
suprafeei de separaie i a bavurilor; posibilitatea plasrii modelelor n orice poziie de
turnare n condiiile obinerii unor semifabricate cu configuraii complexe i tolerane
dimensionale restrnse; eliminarea miezurilor, lemnului din modele i operaiilor de
demulare; creterea indicelui de scoatere cu 3...18%; diminuarea substanial a rebuturilor;
micorarea cu 40% a manoperei de curare i finisare i reducerea cu 75% a costului
formelor.
Defecte de turnare apar numai la piesele de oel cu coninut sczut de carbon. Acestea
prezint, la interfaa cu forma, o structur perlitic, urmat de o zon feritic, dispus acicular.
Structura anormal determin o important reducere a rezistenei. De asemenea, la
temperaturi ridicate de turnare, grosimea stratului carburat nu este uniform pe perimetrul
peretelui piesei, fapt ce creeaz probleme la operaiile urmtoare de prelucrare.
3.3.1 Confecionarea modelelor
Modelele se pot executa, pentru producia de serie mic sau unicate, prin decuparea
plcilor sau blocurilor din polistiren expandat, cu ferstraie de tip panglic sau cu fir de
nichelin nclzit pn la incandescen (diametrul firului 0,5...1,5mm) i asamblarea prilor
componente cu ajutorul unor adezivi.
n cazul producie de serie mare, modelele se realizeaz prin expandarea n matri.
Materia prim pentru modele o reprezint granulele de polistiren, cu densitatea
aparent de 600...700gr/dm3, care sunt supuse unui tratament de preexpandare n camere cu
vapori de ap. n urma contactului cu vaporii de ap, cu temperatura de 380...390K, densitatea
granulelor ajunge la 15...30g/dm3.
Dup uscare, granulele preexpandate sunt injectate, la temperatura de 430...490K, n
forme metalice prevzute cu orificii prin care ptrund vaporii de ap, aflai la temperatura de
380...390K i presiunea de 33...175KPa. n aceste condiii se realizeaz sudarea granulelor de
polistiren ntre ele. La terminarea procesului de sudare, matriele se rcesc pn cnd
temperatura modelelor ajunge la 310...320K i pot fi extrase.
Modelele din polistiren sunt depozitate 190...450 ore pentru relaxarea tensiunilor
interne acumulate de granulele de expandare, eliminarea umiditii, de 6...8%, provenit de la
aburul de expandare condensat sau apa de rcire i stabilizarea compoziiei chimice prin
eliminarea unor componente volatile de tipul pentanului.
-
Asamblarea modelelor, ataarea reelelor i maselotelor se poate face prin lipire cu
adezivi, lipire cu topire local a suprafeei de contact sau lipire cu aport de cldur i presare.
Depunerea adezivului prin pulverizare pe suprafeele de contact, scufundarea
semimodelului ntr-o baie cu adeziv cald (360K) sau tiprirea cu ajutorul unei benzi suport
speciale cu strat de adeziv foarte precis dozat, astfel nct s nu rezulte bavuri n zonele de
mbinare, se execut pe linii robotizate de asamblare i acoperire (Ford, General Motors, Fiat).
n acest caz, un robot poate asambla ntr-o or 150 de modele din patru componente.
Acoperirea modelelor de polistiren cu vopsea refractar pentru realizarea unei
membrane elastice i permeabile la interfaa aliaj-model care se gazeific nisip fr liant,
reprezint operaia care asigur calitatea piesei turnate.
Depunerea acoperirii refractare se face mecanizat sau automatizat, prin pensulare,
scufundare sau pulverizare.
Vopselele pot fi alcoolice (20% praf de grafit n soluie de etanol concentraie 40%;
70...90% zirconiu; 10...30% nisip cuaros i 1...3% rin fenolic n metanol), cu ap sau pe
baz de rini i material refractar pulverulent (praf de magnezit n emulsie de dextrin n
raport 7,75:1 pri; praf de zirconiu; oxid de aluminiu; oxid de fier cu emulsie de rin
fenolic sau dextrin).
ntrirea vopselei se face n timp de 20...90 minute prin evaporare, la cele pe baz de
alcooli, autontrire, n cazul celor cu rini i prin uscare, n cuptoare cu temperatur
controlat, la cele cu ap.
Polistirenul expandabil trece n stare de curgere la temperatura de 430...440K i ncepe
s se gazeifice la 490...520K.
Modelele din polistiren cu precizie dimensional ridicat i cu o netezime superioar a
suprafeelor se obin pentru debite ale materialului injectat de 200...250 x 10-6m3/s i viteze
ale coloanei de 30 x 10-6m/s.
Corpurile din polistiren expandat injectat au rezistena la rupere prin compresiune de
91...140KN/m2. Cenua rezultat prin gazeficarea lor nu depete 1%.
n polistirenul neexpandat se pot introduce elemente de aliere sub form de pulberi sau
granule, care vor fi injectate n matria de expandare cu aburul tehnologic. Alierea superficial
se poate realiza i prin acoperirea modelului din polistiren cu o past din pulbere de ferocrom
(66,98% Cr; 5,45% C) i rin fenolic (pentru un strat de past gros de 5mm, la piesele din
oel, s-a obinut o suprafa aliat pe o adncime de 1mm i o duritate de 500HV fa de
100HV n axa piesei).
-
Modele injectate se execut pe instalaii tip carusel, adoptate din industria materialelor
plastice. Ciclul de execuie a unui model de mrime mijlocie, complicat, cu grosimi ale
pereilor de 5...13mm este de 80...90 secunde.
Matriele pentru modele se pot fabrica din aluminiu, prin procedee clasice, sau din
mase plastice termorezistene, cu suprafeele active metalizate prin electrodepuneri (Fig. 3.8).
Fig. 3.8. Fazele procesului
tehnologic de obinere a matrielor din mase plastice placate prin
electrodepunere
Formarea i gazificarea
modelului
Formarea cuprinde:
aezarea modelului, centrat, n
cutia de formare; acoperirea
lui cu nisip uscat, fr liant, i
ndesarea acestuia pentru a se
realiza o mulare ct mai bun (Fig. 3.9).
Fig. 3.9. Turnarea n form cu modele gazificabile: 1 model; 2 vibrator; 3 form; 4 amestec de
formare; 5 vas cu metal lichid; 6 metal lichid; 7 strat poros; 8 plnie pentru amestecul de formare; 9 canal de turnare.
Pentru formare se folosesc cutii metalice tip container, cilindrice sau poligonale,
turnate sau sudate, care pot fi manipulate de sisteme automate. De exemplu, pentru turnarea
blocului unui motor cu patru cilindri, cu reeaua de turnare central, se folosesc cutii de
-
formare cu diametrul de 750mm, nlimea de 1000mm, capacitatea de 1000kg nisip, din tabl
de oel cu grosimea de 8,0...9,5mm.
Manipularea, plasarea i ambalarea modelelor, precum i completarea cu nisip a
formelor sunt automatizate, n scopul asigurrii unei productiviti ridicate i realizrii unor
piese turnate de mare precizie.
Nisipul din cutie trebuie s se afle la temperatura maxim de 348K i s ocupe sub
50% din volumul util al ramei, pentru a nu deteriora modelul. Tasarea gravitaional a
nisipului este completat prin vibrare, scuturare, presare i vidare. Vidarea este obligatorie n
cazul pieselor cu caviti.
mbuntirea calitii suprafeelor exterioare ale modelelor se poate obine prin
aplicarea unei folii, din material plastic, pe pereii activi i matriei.
Aplicarea unei depresiuni, de 10...70kPa, amestecul din cutia de formare asigur
majorarea rigiditii formei i scderea presiunii din aceasta n timpul gazeficrii modelului,
ca urmare a absorbiei vaporilor de stirol.
n formele de turnare se introduce nisip cuaros obinuit (min. 85% SiO2) cu indicele
de finee cuprins ntre 25...50 uniti APS.
Reelele de turnare din polistiren se concep pe baza principiilor clasice de proiectare.
Sub aciunea cldurii metalului lichid turnat are loc gazificarea modelului. Cantitatea
de gaze degajate este dependent de sortul de polistiren i de temperatura de turnare.
La contactul cu metalul lichid, modelul din polistiren sufer urmtoarele transformri:
distrucia termic, topirea, vaporizarea (gazificarea) i arderea.
n timpul turnrii nu exist (Fig. 3.10) un contact direct ntre aliajul lichid i stratul de
nisip al formei i nici ntre metal i modelul din polistiren. Spaiul care le separ poart
numele de volum de control.
Prin degajarea gazelor, rezultate n urma distruciei modelului, se realizeaz o
fragmentare mecanic a dendritelor de cristalizare. De asemenea, produsele carbonice din
timpul gazificrii au un efect modificator, care contribuie la finisarea structurii aliajelor
turnate.
-
Fig. 3.10. Schematizarea proceselor metalurgice care au loc la turnarea cu modele gazificabile: a)
ansamblu; b) detaliu
S ne reamintim!
Acest procedeu const n turnarea metalului n forme metalice aflate n micare de
rotaie. Metoda se aplic la turnarea cmilor de cilindri, bucelor din care se
uzineaz segmenii de piston i a semifabricatelor din bronzuri, pentru cuzinei mono
sau bimetalici.
n comparaie cu turnarea n forme de nisip sau metalice, metoda turnrii centrifugale
asigur posibilitatea turnrii unor piese cu perei subiri sau bimetalice, economie de
material, prin eliminarea reelelor de turnare i maselotelor, obinerea unei structuri
dense, apropiat de a pieselor matriate, fr poroziti i oxizi, reducerea volumului
de cheltuieli pentru formare i turnare cu peste 500%, creterea productivitii i
diminuarea rebuturilor de 8...10 ori
Turnarea cu modele gazeificabile presupune turnarea metalului lichid peste un model
gazificabil (volatil) din polistiren, fenopolistiren, polimetilmetacrilat (PMMA) sau
stirenacrilonitril, care a fost n prealabil mpachetat cu nisip uscat, fr liant ntr-o
form.
-
3.4 Turnarea cu modele fuzibile
Procedeul presupune parcurgerea urmtoarelor etape:
- confecionarea modelelor i a reelei de turnare prin injectarea n matrie metalice a unui
amestec uor fuzibil din stearin, parafin, cear de albine, cerezin, etilceluloz,
colofoniu, polistiren, polietilen i novolac modificat cu colofoniu;
- extragerea modelelor din matrie dup solidificarea i rcirea amestecului;
- ambalarea modelelor n ciorchine i scufundarea acestuia ntr-o suspensie format din
silicat de sodiu i praf de cuar;
- acoperirea suprafeelor exterioare cu materiale refractare (nisip cuaros, oxid de aluminiu,
etc.) i scufundarea ciorchinelui, timp de 90120s, ntr-o soluie de clorur de amoniu;
dup uscare se mai aplic n mod similar 412 straturi n funcie de rezistena mecanic
pe care trebuie s o posede forma;
- eliminarea modelului fuzibil prin introducerea acestuia ntr-un bazin cu ap fierbinte sau
n autoclave cu aburi;
- uscarea i calcinarea la temperatura de 12001300 K;
- turnarea aliajelor n formele calde scoase din cuptorul de uscare i calcinarea pentru
prevenirea spargerii formelor; la tunarea pieselor mijlocii i mari, modelele se
mpacheteaz nainte de turnare, n nisip cuaros cu granulaie mare.
Prin acest procedeu se pot executa piese cu configuraii complexe fr plan de separare
i bravuri, cu abateri dimensionale de 0,50,3% i rugoziti ale suprafeelor de
0,46,3m, cum sunt agenii motoarelor, carcaselor pompelor de injecie, rotoarele i
aparatele directoare ale turbocompresoarelor etc., in condiiile unei producii complet
automatizate.
3.5 Turnarea n forme coji