1. Tendine actuale in domeniul tehnicilor i tehnologiilor speciale de fabricare i reparare a autovehiculelor 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. Caracteristicile principalelor tehnologii de vrf aplicate la proiectarea, fabricarea, repararea i controlul calitii autovehiculelor moderne vor fi analizate n detaliu n cele nou capitole ale lucrrii. 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.1

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, izolatorului termic al capului pistonului, colectoarelor de evacuare, rotoarelor turbinei. Pentru confecionarea caroseriilor automobilelor moderne se folosete tabla Monogal (protejat galvanic prin zincare pe una din fee i acoperit pe cealalt cu o pelicula2

protectoare de pulbere de fier i aliaj de zinc) sau cea ZINCROMETAL. Zincrometalul este un sistem bistrat aplicat continuu pe o tabl de oel laminat la rece. Primul strat (DACROMET), cu grosimea de 2m, este realizat dintr-o soluie apoas ce conine ca elemente principale acidul cromic i pudra de zinc, iar al doilea (ZINCROMET) este o rin bogat in zinc, special studiat pentru a permite sudarea prin rezisten.

Fig. 1.1. Piese din materiale plastice (poliacetat, polipropilen de mare densitate, polipropilen, polietilen de joas presiune, polivinilclorid, polibutiletereftalat, polietiletereftalat, materiale plastice pe baz de fluor) folosite n construcia autoturismelor moderne (punctele nnegrite).

1.2 Tratamente termice neconvenionale i tehnologii moderne de prelucrare a pieselor de automobile Domeniul tratamentelor termice se afl n plin modernizare. Computerele i microprocesoarele joac un rol prioritar n dirijarea i controlul proceselor, roboii reprezentnd elementul cheie n noile sisteme de tratament termic i termodinamic. Performane spectaculoase, n domeniu, se obin prin extinderea nitrurrii i carburrii ionice, aplicarea la nivelul industrial a procedeelor de aliere superficial prin implantare ionic i a tratamentelor termice n vid etc. n domeniul clirii, se impun tot mai mult tratamentele termice cu laseri (firma MAN aplic acest tratament la cmile cilindrilor). Pe viitor apa i uleiul de rcire se vor nlocui cu polimeri de tip polivinilpirolidon. 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.3

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. 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)

4

Fig.1.2. Schema structural a sistemului CAD/CAM

Inginerul proiectant folosete, n cadrul sistemului CAD, ecranul de vizualizarea al computerului ca planet de desen. El dispune pe lng display i de o tastatur, o tablet grafic i un joystick (n limbaj curent mouse oricel) cu ajutorul cruia sunt introduse informaii grafice. 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; se apas pe o tast i el va apare pe ecran. 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. 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

5

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). Cercetrile ample i costisitoare ale unor firme cu renume au condus la definirea unor modele de serie cu coeficieni de rezisten aerodinamic redui (Audi 100 Cx=0,3; Peugeot 205 Cx=0,316; Ford Sierra Cx=0,32; Mercedes 190 Cx=0,33; Toyota Corolla Cx=0,34; Austin Power Maestro Cx=0,36). Performane de excepie s-au nregistrat pe modelele Unicar (Cx=0,23 Germania), Banan (Cx=0,15 Centrul de cercetri Pinifarina) i DACIA 500 (Cx=0,249 INMT). 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 tehnicofuncionali, 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.

6

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.

7

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).8

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.

9

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

10

Fig. 1.5. Sistem de montaj integrat n CIM; MAGISTRALA LAN mijloace de comunicare ntre diferite sisteme i subsisteme; AP automat programabil; PC calculator personal.

11

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. 1.5 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. 1.6 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, care12

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. 1.6) 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.

13

Fig. 1.6. 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. 1.7) 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.

14

Fig. 1.7. 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 i15

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. 1.8).

Fig. 1.8. Sisteme CAD i aplicaiile lor la Renault

1.7 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.;16

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 1.1).

-

17

18Schema 1.1

2. Metode speciale de turnare 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. 2.1 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. 2.1), 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. 2.1. Semifabricate turnate sub presiune: a) chiulas; b) bloc motor; c) piston

19

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. 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 2.2.Fig. 2.2. 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.

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. 2.3, 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.20

Fig. 2.3. 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.

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. n scopul meninerii cochiliilor la o anumit temperatur, n acestea se prevd canale pentru circulaia apei (Fig. 2.4).

Fig. 2.4. 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.

21

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. 2.5).

Fig. 2.5. 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. 2.1, 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.

22

2.2 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. 2.6), 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.Fig. 2.6. Cma de cilindru

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. 2.7 b) sau orizontal (Fig. 2.7 a).

Fig. 2.7. 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.

23

2.3. 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 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. 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.24

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. 2.8).

Fig. 2.8. Fazele procesului tehnologic de obinere a matrielor din mase plastice placate prin electrodepunere

Formarea modelului25

i

gazificarea

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. 2.9).

Fig. 2.9. 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. 5.10) 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.

26

Fig. 2.10. Schematizarea proceselor metalurgice care au loc la turnarea cu modele gazificabile: a) ansamblu; b) detaliu

2.4 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.

27

2.5 Turnarea n forme coji Forma de turnare rezult din asamblarea a dou coji subiri din amestec refractar (nisip cuaros 9295% i o rin termoreactiv fenol-formaldehidic pulverulent care policondenseaz la 520620K i se ntrete definitiv). Succesiunea operaiilor la confecionarea semiformelor coji este urmtoarea (Fig.2.11): - placa model nclzit ntr-un cuptor la temperatura de 520570K se aduce, timp de 2030 secunde, n contact cu materialul termoreactiv (Fig. 2.11 a, b); prin nmuierea rinii sintetice pe placa model se formeaz o coaj cu grosimea de 415 mm; - restabilirea poziiei iniiale a rezervorului cu material pulverulent, scoaterea plcii model i introducerea ei, timp de 26 secunde ntr-un cuptor cu temperatura de 570620K (Fig. 2.11 c); - extragerea formelor coji de pe modele (Fig. 2.11 d) i asamblarea acestora cu miezurile prin uruburi, cleme elastice sau prin lipire (Fig. 2.11 e); - introducerea formelor coji ntr-o cutie de formare umplut cu alice metalice sau cu amestec de formare i turnarea metalului lichid (Fig. 2.11 f). Procedeul se aplic la turnarea semifabricatelor din font cenuie maleabil sau grafit nodular (arbori cotii Fig. 2.11 g, arbori cu came), oel i aliaje de aluminiu sau de cupru. Grosimea pereilor pieselor turnate poate ajunge la 35 mm, rugozitatea suprafeelor de 12,525m, iar greutatea de 2,3100kg.

Fig. 2.11. Operaiile principale la turnarea n forme coji (a, b, c, d, e, f): 1-plac model; 2-rezervor; 3amestec; 4-coaj; 5-model; 6-tij; 7-nisip cu alice; 8-cutie de formare; g-arbore cotit turnat n forme coji.

28

2.6 Formarea n vid Formarea n vid se realizeaz cu material de formare fr liant. Legturile dintre granulele de nisip sunt asigurate datorit vidului. Procesul tehnologic la formarea n vid poate fi structurat astfel (Fig. 2.12): - montarea modelului pe o plac de construcie special, care este racordat la o camer cu vid (Fig. 2.12 a); - acoperirea modelului cu o folie de material termoplasat, cu grosimea de 0,050,1mm i nclzirea ei prin trimiterea unui jet de aer cald (Fig. 2.12 b); - cuplarea plcii la instalaia de vidare prin mularea foliei din plastic pe model (Fig. 2.12 c); - aezarea ramei superioare pe model i umplerea acesteia cu nisip (Fig. 2.12 d, e); - realizarea plniei de turnare, acoperirea prii superioare a ramei cu o folie din plastic i vidarea incintei (Fig. 2.12 g); - executarea semiformei interioare prin aceeai metod; - asamblarea semiformelor i turnarea materialului lichid (Fig. 2.12 h) i ntreruperea contactului cu camera de vid se realizeaz dup solidificarea i rcirea piesei (Fig. 2.12 i).

Fig. 2.12. Fazele procesul tehnologic la formarea n vid

Metoda de formare n vid asigur formarea unor piese complexe,de precizie ridicat,cu suprafee foarte curate,n condiiile n care un numr mare de operaii sunt executate de roboi. De asemenea se reduce substanial consumul de energie, se asigur recircularea a 9598% din nisip i este uurat dezbaterea si curirea.29

3. Procedee speciale de prelucrare a semifabricatelor prin deformare la rece Tehnologia care asigur folosirea cu eficien maxim a materialelor i energiei, creterea productivitii muncii i economicitii este deformarea plastic. Dei importana pieselor matriate din oel din construcia autovehiculelor tinde s scad cu o rat medie anual de 0,5%, prin redimensionri i utilizarea pieselor turnate din font cu grafit nodular, totui ponderea cea mai mare de matriate o consum acest sector. Astfel industria de automobile din Marea Britanie folosete 75% din piesele matriate, iar cele din Germania 64%, Spania 70%, Suedia 59%, SUA 35%. Semifabricatele ce se prelucreaz prin presare n matrie sunt produse laminate i trase sub form de table, benzi, profile, bare, evi i srme. Din grupa procedeelor speciale de prelucrare prin deformare plastic fac parte ambutisarea cu ajutorul cauciucului, hidraulic i cu nclzirea sau rcirea criogenic a semifabricatului; extrudarea la rece de mare precizie, presarea volumic la rece, placarea i matriarea cu ajutorul explozivilor brizani sau a unor amestecuri de gaze combustibile; asamblarea, etanarea, gtuirea, evazarea i bordurarea cu impulsuri electromagnetice sau electrohidraulice .a. Prin aceste procedee se pot executa piese cu configuraii complexe, ntr-o gam larg de forme i dimensiuni, cu rigiditi mari, precizii dimensionale ridicate i greuti reduse, pe instalaii automatizate de mare productivitate. Dezavantajele se datoreaz complexitii proiectrii i execuiei matrielor, precum i posibilitilor limitate de aplicare la producia de serie mic. 3.1.Procedee speciale de ambutisare Ambutisarea unor materiale cu prelucrabilitate redus, sau a pieselor cu forme complexe (elemente de capotaj i caroserie) se poate executa cu poanson sau plac activ din cauciuc, hidraulic sau cu nclzirea sau rcirea criogenic local a semifabricatului, rotativ sau prin tragerea pe calapod. Ambutisarea cu ajutorul cauciucului Metoda se aplic la confecionarea pieselor cave din tabl subire. Ambutisrile moderne se pot realiza cu poanson din cauciuc (Fig. 3.1 a, b), n cazul pieselor cu adncime mic ori la profilarea unor semifabricate plane, sau cu plac activ din elastomeri. La ambutisarea cu plac activ din elastomeri, rolul plcii e preluat de o pies din cauciuc introdus ntr-o carcas metalic. Procedeul permite realizarea unor presiuni girostatice mari, reducerea subierii materialului i a tensiunilor de ntindere, evitarea formrii cutelor, ngroarea flanei i marginilor piesei. Ambutisarea hidraulic Deformarea materialului, n cazul ambutisrii hidraulice, este realizat de un lichid sub presiune, care acioneaz direct sau prin intermediul unei membrane elastice asupra semifabricatului. Ea poate avea loc n matrie cu plac de ambutisare rigid (rolul poansonului este preluat de lichid), sau cu poanson rigid. Prima metoda se folosete la prelucrarea dintr-o singur trecere a pieselor sferice, conice sau parabolice. Ambutisarea clasic impune mai multe operaii pentru piesele cu astfel de configuraii. Ambutisarea hidraulic n matrie cu plac rigid (Fig. 3.1 c, d) se poate executa prin introducerea lichidului cu presiune ridicat (5...20MPa) n zona de lucru. Cea de a doua

30

metod se folosete pentru ambutisarea dintr-o singur trecere a pieselor cu adncime foarte mare. Ea este asemntoare cu ambutisarea cu poanson din cauciuc. Ambutisarea cu nclzire sau rcire criogenic local a semifabricatului. Din analiza procesului de ambutisare, rezult c odat cu creterea diferenei dintre rezistena mecanic a peretelui deja ambutisat i cea de formare a flanei ce urmeaz a fi ambutisat, se pot obine grade mai mari de deformare la o singur operaie. Aceast diferen se poate majora prin creterea temperaturii flanei sau rcirea brusc e peretelui deja ambutisat. nclzirea local a zonei flanei asigur micorarea coeficientului de ambutisare proporional cu creterea temperaturii. Pentru a se putea dirija nclzirea numai n zona flanei, n timpul ambutisrii are loc rcirea prii centrale a semifabricatului (Fig. 3.2). Procedeul se aplic la ambutisarea aliajelor de magneziu (temperatura n zona flanei 570...620K), titan (570...670K) i aluminiu (600...650K). Proprietile metalice ale metalelor i ale aliajelor neferoase se modific n funcie de temperatur. Odat cu micorarea temperaturii, rezistena la rupere, limita de curgere, rezistena de rupere la oboseal i durata cresc, plasticitatea se reduce foarte puin, iar reziliena se micoreaz simitor existnd pericolul ca materialele s devin casante. Astfel, la reducerea temperaturii de la 290K la 85K rezistena la traciune crete de 1,25...1,95 ori, rezistena la oboseal se majoreaz cu 150...300%, iar reziliena este de 4...26 de ori mai mic (Fig. 3.3.). Dac prin rcirea local se realizeaz o cretere a rezistenei mecanice n zonele unde apare pericolul ruperii sau fisurrii, procesul de ambutisare poate continua, fapt ce determin creterea nlimii ambutisate (Fig. 3.4.). Pentru ca operaia s reueasc este necesar ca temperatura n apropierea flanei i racordrile s nu se reduc. n aceste condiii plasticitatea materialului n zonele de racordare nu se modific, iar gradul de deformare a materialului crete cu 25...30% fa de ambutisarea clasic. Drept ageni de rcire se folosesc azotul lichid (temperatura de fierbere 78K) i aerul lichid (temperatura de fierbere 90K).

31

Fig. 3.1. Ambutisarea cu elemente elastice: a, b n matrie cu poanson din cauciuc:1-plac activ, 2semifabricatul, 3-inel de reinere, 4-poanson din cauciuc, 5-port-poanson, 6-pies ambutisat; c hidraulic n matrie cu plac activ rigid: 1-placa suport, 2-plac de poziionare, 3-garnitur, 4-plac de ambutisare, 5-tift, 6-element elastic; d hidraulic n matrie cu hus de cauciuc, 1-plac de ambutisare, 2-inel de reinere, 3-hus din cauciuc, 4-plac de fixare

.Fig. 3.2. Ambutisarea cu nclzirea local a flanei semifabricatului: 1-poanson, 2-rezisten electric, 3inel de reinere, 4-plac de ambutisare

32

Fig. 3.3: Influena rcirii criogenice asupra rezistenelor la rupere i la oboseal, rezilienei i alungirii relative: 1-OL37, 2-OLC45, 3-OLC60, 4-30MoCrNi20

Fig. 3.4. Ambutisarea cu rcirea local a zonei centrale a piesei: 1-poanson, 2-tub de alimentare, 3-inel de reinere, 4-plac de ambutisare, 5-tub de evacuare a lichidului criogenic, 6-mediu de rcire, 7-vas de stocare Dewar, 8-reductor, 9-butelie cu azot lichid

Prelucrarea prin extrudare la rece Extrudarea este o operaie de deformare plastic a unui material metalic sau nemetalic, prin presarea puternic a acestuia n orificiul profilat al unei filiere, n vederea obinerii unei piese cu perei subiri i diverse forme n seciunea transversal. Dimensiunile pe orizontal ale pieselor extrudate sunt cuprinse ntre 3 i 150mm, nlimea lor poate fi de 2...450mm, iar33

grosimea pereilor de 0,1...20mm. n practica tehnologic extrudarea poate fi direct, invers, combinat, radial i hidrostatic. La extrudarea direct materialul curge n sensul de deplasare al poansonului (Fig. 3.5). Procedeul se aplic la fabricarea tuburilor cu capt nchis sau deschis. Lungimea produsului nu depinde de cea a poansonului. n cazul extrudrii inverse materialul curge prin orificiul calibrat sau prin jocul existent ntre poanson i placa de extrudare, n sens opus micrii filierei (Fig. 3.5 b).

Fig. 3.5. Prelucrarea prin extrudare: a-direct, b-invers, c-combinat, d-radial, e-hidrostatic; 1cilindru de lucru, 2-piston, 3-inel de etanare, 4-fluid sub presiune, 5-semifabricat, 6-filier (plac activ), 7-produsul extrudat

Extrudarea combinat (Fig. 3.5 c) este caracterizat prin deplasarea simultan, n ambele sensuri, a materialului semifabricatului presat de poanson. La extrudarea radial materialul semifabricatului curge perpendicular pe direcia de deplasare a poansonului (Fig. 3.5 d). Extrudarea hidrostatic se realizeaz prin aplicarea unei stri de compresiune spaial semifabricatului ce trebuie extrudat (Fig. 3.5 e). Ca urmare plasticitatea materialului crete, iar la trecerea lui prin zona activ a plcii de extrudare se deplaseaz i o pelicul de fluid, care va asigura o bun lubrifiere. Presiunea ridicat aplicat mediului de lucru care poate fi ulei de ricin, ulei mineral, amestec de ulei i petrol sau ap, poate preveni formarea i extinderea microfisurilor. Piesele prelucrate prin acest procedeu au rugozitatea de 0,10...0,32m i precizia corespunztoare treptelor 6...8 ISO. Se recomand folosirea extrudrii pentru producia de serie mare a pieselor cu configuraie simetric (Fig. 3.6 a, b, c). Atunci cnd este necesar, n condiii mai grele, se pot executa i piese care nu au forme de revoluie (Fig. 3.6 d).

Fig. 3.6. Configuraii ale pieselor obinute prin extrudare: a-piese pline cu diferite forme la capt sau la tij, bpiese cave cu baza deformat, c-piese cave cu suprafaa interioar i exterioar n trepte, d-formele pieselor n seciune transversal

34

Aspecte ale extrudrii la rece a pieselor de autovehicule evile cu perei subiri, inelele de rulmeni, cheile tubulare, buteliile, pistonaele, roile dinate, piuliele speciale, elementele aparaturii de injecie, componentele mecanismului de distribuie al motorului, repere ale sistemelor de rcire, ungere i aprindere, piese din construcia sistemelor de direcie i frnare etc. se pot executa din orice metal (aliaje antifriciune: Al-Si-Cu-Mg, AlSn6CuNi; oeluri de extrudare: OE-C10 X, OE 180CN20, Ma8, Q-St32-3; oeluri cu coninut sczut sau mediu de carbon: OLC 10, OLC15, OLC35, 15Cr 08, 18NoCN 10) care posed o anumit plasticitate. Elementele aparaturii de injecie, care se preteaz a fi prelucrate prin extrudare sunt bucele de aliaj antifriciune, cilindrii i pistonaele pompelor de injecie, pulverizatoarele, piuliele injectoarelor. Alte piese caracteristice, din construcia sistemelor auxiliare ale motorului sau autovehiculului, ce se pot prelucra prin acest procedeu sunt: talerele i galeii arcurilor de supap, tacheii, autocamerele motoarelor cu injecie indirect, dopurile i pistonaele supapelor pompelor de ulei, reduciile, bucele i pistonaele cilindrilor receptori de frn, corpurile bujiilor, etc. Procesul tehnologic de fabricare a bucelor din aliaje antifriciune const n debitarea prin frezare a barelor turnate n cochil, ungerea pastilelor debitate cu stearat de zinc i extrudare invers. Prelucrarea dup aceast tehnologie asigur o compactare mai bun a materialului turnat, creterea duritii cu 50%, mbuntirea caracteristicilor fizico-mecanice i importante economii de materiale i manoper. Tehnologiile de grup pentru extrudarea unor repere caracteristice sunt constituite din urmtoarele faze de lucru (Fig. 3.7):

Fig. 3.7. Structura proceselor tehnologice la prelucrarea prin extrudare la rece a: 1-talerului arcului supapei, 2-prtii superioare a tachetului, 3-corpului bujiei

35

debitarea prin forfecare cu dispozitive ce funcioneaz dup principiul debitrii semideschis cu strngere pasiv; - recoacerea de nmuiere a pastilelor debitate, la temperatura de 920K, pentru obinerea unor structuri care s permit deformarea materialului; - acoperirea prin fosfatare, cu un strat gros de 5...15m a zonelor ce urmeaz a fi prelucrate, n scopul realizrii unei depuneri ntre suprafaa metalic n contact i eliminrii griprilor i uzurilor anormale; - lubrifierea, care const n aplicarea unui strat de soluie de spun de rufe (60...80g/dm), bisulfur de molibden (MoS2) sau stearat de potasiu peste suprafaa pregtit prin fosfatare n scopul reducerii frecrii dintre pies i scul; - extrudarea i perforarea; - recoacerile intermediare de recristalizare ntre diferitele etape ale procesului, pentru a se restabili capacitatea de deformare a materialului; - prelucrarea final pe maini de rectificat pentru piesele de precizie ridicat. Semifabricatele, debitate prin diferite tehnici, sunt caracterizate de urmtoarele precizii:abaterea de la paralelismul forelor transversale mai mic de 3; ovalizarea la distan de 0,5mm de suprafaa frontal, inferioar valorii de 0,8mm; abaterea de la perpendicularitatea suprafeelor sub 1,5; gradul de ondulare, n zona de rupere, maxim 0,5mm. Deoarece presiunea la interfaa semifabricat-matri poate atinge 25MPa, pentru extrudare se folosesc piese metalice cu excentric special de 2500...4000KN, cu alimentare automat, prese cu genunchi de 4000KN, cu alimentare manual, sau maini automate de extrudat cu mai multe posturi de lucru (maina automat tip GB-35-5, pentru extrudarea corpurilor de bujii, are cinci posturi de lucru). Dac pe mainile automate de extrudat se obin 4500...5000 piese/h (cadena real de lucru a mainii GB-35-5 este de 63...65 lovituri/minut), iar pe presele cu alimentare automat se realizeaz 2500...3000 piese/h, pe utilajele cu alimentare manual nu se extrudeaz dect 450...500 piese/h. nlocuirea tehnologiilor de prelucrare prin achiere cu extrudarea la rece asigur reducerea cu 300...350% a consumului de metal, creterea productivitii muncii cu 350...400%, diminuarea consumurilor energetice cu 50...70%, majorarea rezistenei de rupere la oboseal cu 40...120%, mrirea duritii cu 40...120% i a alungirii la rupere cu 80...200%, n condiiile unei execuii de calitate superioar (rugozitatea suprafeelor este identic cu cea a pieselor prelucrate prin rectificare fin i lepuire). Pornind de la multiplele avantaje ale acestui procedeu, n comparaie cu metodele clasice de prelucrare, s-a extins la 150 nomenclatorul pieselor din construcia unor autovehicule (tab. 3.1).

-

36

3.3. Presarea volumic de mare precizie Procedeele speciale de presare volumic, aprute din necesitatea prelucrrii unor piese cu grade mari de deformare de precizie ridicat, sunt aplicate la deformarea plastic volumic orbital i la prelucrarea roilor dinate, pieselor canelate i filetelor. Deformarea plastic volumic orbital se realizeaz aplicnd o presiune determinat prin intermediul unui cap de presare ce se deplaseaz ciclic pe suprafaa semifabricatului. Presiunea de lucru nu se aplic pe toat suprafaa ce urmeaz a fi deformat, ci numai pe o zon ce reprezint 20...30% din aceasta. Prin rotirea prii superioare a matriei cu 150...200rot/min si nclinarea capului cu 1...2, se deformeaz integral volumul din zona ce trebuie prelucrat (Fig. 3.8). Prin deformare plastic volumic orbital se obin piese ce nu pot fi realizate prin metode clasice de deformare plastic la rece, la dimensiuni finite sau cu adaosuri de prelucrare foarte mici, cu suprafee de calitate superioar i cu economii importante de materiale, manoper, utilaje i suprafee productive (tab. 3.2). Structura procesului tehnologic la deformarea plastic volumic orbital este prezentat n Figura 3.5. El poate fi complet automatizat. n acest caz asigurndu-se o reducere a manoperei cu 30% i a consumului de energie cu 40%. Roile dinate i piesele canelate de precizie medie i ridicat cu nodule N = 2,0...0.4mm se pot executa n condiiile produciei de serie mare i mas prin deformare plastic la rece (tab. 3.3.). Aceast tehnologie permite nregistrarea unei productiviti de 5...10 ori mai mari fa de prelucrarea prin achiere, n condiiile obinerii unui fibraj avantajos orientat i a unor rezistene la uzur i la oboseal superioare cu 15...140% pieselor executate prin procedeele convenionale. Prelucrarea filetelor prin deformare plastic la rece asigur un fibraj corespunztor, o duritate superficial superioar, o cretere a rezistenelor la rupere cu 20%, la oboseal cu 25% i la uzur cu 50% i o productivitate foarte mare.

Fig. 3.8. Deformarea plastic orbital: 1-capul de presare orbital, 2-semimatria superioar oscilant, 3-piesa, 4-semimatria inferioar, 5-arunctor.

37

Tabelul 3.1. Repere executate prin extrudare la rece

38

Tabelul 3.2. Repere executate prin deformare plastic volumic orbital

39

Fig. 3.9. Structura procesului tehnologic la deformarea plastic volumic orbital.

Procedee de realizare a roilor dinate i a pieselor canelate prin presare volumic la rece Presare volumic cu role profilate: 1-role profilate, 2roat dinat; - semifabricatul are micarea de avans axial; - rolele sunt antrenate in micare de rotaie; - se utilizeaz pentru module mici i mijlocii. Extrudarea la rece: 1-poanson, 2-semifabricat, 3-plac activ, 4-pies cu dantur sau caneluri; - se utilizeaz pentru piese canelate sau roi dinate; - dup prelucrare se taie la dimensiuni corespunztoare limii roii. Rulare cu cremaliere (roto-flo): 1-cremaliere, 2semifabricatul - sculele au forma unor cremaliere prevzute cu o zon de atac i una de calibrare; ele se deplaseaz paralel n sensuri opuse; - se pot obine piese danturate cu dantur dreapt sau nclinat, cu diametrul sub 700mm i limi mai mici de 200mm.

40

Rularea cu role melcate: 1-semifabricat, 2-role melcate. - dou role melcate, diametral opuse, execut deformarea semifabricatului sub form de bar; - semifabricatul este obligat s avanseze axial, executnd simultan i o micare de rotaie.

Prelucrarea coroanelor danturate la exterior: 1matriacare realizeaz dantura, 2-semifabricat, 3cilindru calibrat, 4-role pentru presare din exterior.

Procedeul Grob: 1,2-capete rotative, 3-semifabricatul. - deformarea se realizeaz cu ajutorul a dou role, avnd n seciune profilul corespunztor golului dintre dini; ele sunt montate excentric pe dou capete rotative; - semifabricatul are micarea de avans axial i circular continuu sau intermitent.

Deformarea radial local: 1, 2 ,3 ,4 ,5 ,6-elemente active sub form de segmente, 7-semifabricat, 8-buc elastic, 9, 10-role conice, 11-volant. - rolele conice sunt deplasate radial de volant; - se folosete la prelucrarea arborilor canelai.

41

3.4 Deformarea plastic i placarea cu explozivi brizani sau amestecuri de gaze combustibile Deformrile plastice produse de detonarea explozivilor brizani sau de undele de presiune rezultate n urma arderii unor amestecuri de gaze combustibile se produc cu viteze foarte mari. Reeaua cristalin a semifabricatelor prelucrate prin aceste procedee, fiind supus la solicitri intense ntr-un interval scurt de timp, capt o configuraie special, care confer pieselor noi proprieti. Deformarea plastic cu explozivi brizani Acest tip de deformare a gsit numeroase aplicaii datorit unor proprieti ale explozivilor ca: energii specifice mari, durate scurte ale timpilor de transformare, viteze foarte mari de propagare a undei de presiune, presiuni ridicate de detonaie (tabelul 3.4.):Tabelul 3.4. Caracteristicile explozivilor brizani

Explozivul Plasticul Nobilitul Astrolitul Carbonitul

Viteza de detonaie [m/s] 7500 2000 1600 1500

Presiunea de deformaie [mPa] 14 2 0,56 0,45

Mecanismul deformrii plastice cu explozivi este rezumat n Figura 3.10. La detonarea amestecului exploziv se produce o und de oc cu grosimea de 0,02mm. Aceasta atingnd semifabricatul i cedeaz o parte din energia ei, i provoac deformarea n 10-9s. Unda de presiune, care se dezvolt ulterior, pornind de la bula gazoas, are un rol Vd secundar. Presiunea din frontul undei se poate determina cu urmtoarea relaie: p = K (3.1), unde: m-masa explozivului; L-distana de la sursa detonat la piesa de prelucrat; Vdviteza de detonaie; K, a, b constante. Din analiza relaiei (3.1) rezult c viteza de detonaie este factorul preponderent. Pentru realizarea unei bune deformri ea trebuie s fie mai mare de 6000m/s (plastic, hexogen, penthrit, trotil, nitromonit, hexolit i pentalit). Masele de exploziv ajung pn la 100kg, n cazul formrii rezervoarelor de 50.000dm. Distana de la exploziv la partea superioar a matriei trebuie s fie suficient pentru a permite o repartizare uniform a presiunilor. Deformarea produs de frontul undei de oc are un caracter unidirecional, ceea ce o difereniaz de alte procedee de deformare. Ea realizeaz o majorare a densitii metalului (Fig. 3.11) prin translaia unei interfee bidimensionale. Fierul poate, sub aciunea unei unde de oc de 40GPa s fie durificat mai bine ca prin laminarea la rece, cu o infim reducere dimensional. Materialul sufer o tranziie de faz care las, dup revenirea la presiunea atmosferic, o microstructur complex asemntoare martensitei fr carbon. Dup natura agentului n care are loc transmiterea undei de presiune, procedeul se poate aplica n medii gazoase (aer) (Fig. 3.12 a), lichide (ap) (Fig. 3.12 b), sau pulverulente (nisip). Metoda a gsit o larg aplicare la execuia rezervoarelor mari, lonjeroanelor i traverselor asiurilor autovehiculelor grele i elementelor componente ale benelor autobasculantelor de mare tonaj. Cercetrile recente au artat c prin deformare plastic cu explozivi brizani se pot realiza semifabricate pentru pinioanele tubulare din transmisiile autovehiculelor.

42

Fig. 3.10. Mecanismul deformrii plastice cu explozivi brizani: 1-ncrctura de exploziv, 2-semifabricat, 3-matria, 4-bul de gaz dup detonaie

Tehnologiile clasice permit obinerea semifabricatelor pentru pinioanele tubulare prin matriare deschis la cald (Fig. 3.13 a) dup care acestea sunt supuse prelucrrilor prin achiere. Noua tehnologie permite lrgirea (Fig. 3.13 b) sau restrngerea (Fig. 3.13 c) n matri a unui semifabricat tubular.

Fig. 3.11. Variaia densitii metalelor deformate cu explozivi brizani (1) i prin presare (2)

43

Fig. 3.12. Schemele principale de matriare simpl sau dubl n medii gazoase (a) sau lichide (b): 1-bazin, 2-matri, 3-pies, 4-exploziv, 5-absorbant, 6-pies de strngere

.

Fig. 3.13. Soluii de deformare plastic a semifabricatelor pentru arborii tubulari ai transmisiilor tractoarelor: a-matriare la cald, 1,2-semimatrie; b-lrgirea semifabricatului prin explozie, 1,2semimatrie, 3-detonator, 4-exploziv brizant, 5-inele de reinere, 6-tampon din material nemetalic, 7semifabricatul; c-restrngerea semifabricatului prin explozie, 1-dorn, 2-caps pentru detonare, 3-exploziv brizant, 4-incint din material nemetalic, 5-inel din material nemetalic

44

Fig. 3.14. Arbore tubular din transmisia tractorului: a-piesa prelucrat, b-semifabricat matriat la cald; csemifabricat deformat cu explozivi brizani

Prin aplicarea noii tehnologii la deformarea semifabricatului unui arbore tubular al transmisiei tractoarelor (Fig. 3.14) s-au nregistrat, fa de tehnologia convenional, economii de materiale (3,015kg), operatori umani (1) i timp de execuie (5,59 minute). Totodat, s-a redus numrul de operaii (5), utilaje (5), operatori umani (6) i costul prelucrrii (178,1lei) piesei, n condiiile creterii productivitii muncii cu 246% i simplificrii procesului tehnologic. Placarea cu explozivi brizani Explozivul necesar placrii se aplic sub form de folie, praf fin, uniform distribuit, sau cordon detonant pe suprafaa exterioar a plcii acoperitoare. Viteza de detonaie, densitatea i grosimea explozivului sunt determinate astfel nct s se realizeze propulsia sau aplicarea violent a unei plci din metal protector (oel inoxidabil, cupru, aluminiu, titan) pe un suport mai puin costisitor (oel). Natura i rezistena legturii depind de condiiile de operare. n acest sens, placa de protecie poate fi nclinat (Fig. 3.15 a) sau paralel cu suportul (Fig. 3.15 b).

Fig. 3.15. Placarea cu explozivi brizani: a-placa acoperitoare nclinat, b-plci paralele:1-exploziv, 2absorbant, 3-plac acoperitoare, 4-plac suport, 5-soclu, 6-detonator

45

n primul caz, presiunea exercitat la trecerea undei detonate are ca efect modificarea unghiului static () pn la unul dinamic () i accelerarea plcii pn se atinge viteza de placare (Vp). ntre cele dou plci se formeaz un jet metalic care pregtete suprafeele ce vor veni n contact. Deoarece viteza de detonaie (VD) are sensul plcii acoperitoare, ntre aceasta i viteza de legtur exist urmtoarea relaie (Fig. 3.16.): VL= VD .

Viteza de placare este: VP=VD sin( . Viteza jetului de metal este dependent de cele de legtur i placare. S-a constatat experimental c unghiul format de direcia jetului cu placa acoperitoare este mai mic ca fr a deveni ns nul. Pentru valori bine determinate ale vitezei de placare i unghiului static de nclinare se pot obine, pe suprafeele de contact, unde sinusoidale care confer legturii o rezisten special. La plcile paralele, formarea undelor este mai dificil datorit lipsei parametrului . Pentru realizarea unei legturi foarte bune este necesar o riguroas reglare a distanei dintre plci,n funcie de natura materialelor. De regul, rezistena legturii este mai mic dect cea stabilit prin metoda plcilor nclinate. Rezultate foarte bune ale placrilor s-au nregistrat pentru perechile de materiale: cupru-oel, aluminiu-oel, titan-oel, oel-inox, oel-carbon. Pentru viteze de detonaie mai mari de 5500m/s unghiul static este cuprins ntre 4 i 530. n cazul plcilor cu grosimea de 0,8...1,0mm, unghiul (-) este situat ntre 740 i 1110. Viteza de legtur are valoarea optim de 4000m/s. Legtura dintre plci are tendina de a se deteriora progresiv pentru lungimi ale mbinrii mai mari de 500mm. Acest fenomen este cauzat de variaia parcursului i energiei cinetice a plcii acoperitoare, formarea unor unde supersonice n piese i rmnerea unor bule de aer ntre elementele ce se sudeaz. Examenul micrografic arat, de altfel, o reducere progresiv a frecvenei undelor create la suprafaa de contact pe msura creterii distanei fa de punctul de amorsare. Pentru viteze de detonaie reduse (2800m/s) se rein urmtoarele condiii de plasare: =2, -=10, VL=2340m/s. Respectnd aceste condiii se pot efectua suduri pe suprafee de civa metri ptrai, n cazul aplicrii unui strat de protecie, din oel inoxidabil, cu grosimea de 0,8...1,2mm. Mecanismul de formare a legturii dintre cele dou metale n urma cercetrii legturii dintre placa de baz i stratul de protecie a rezultat c metalul se comport, n vecintatea punctului de jonciune, ca un fluid nevscos, suportul fiind incompresibil dar deformabil. Se produce astfel o acumulare de metal naintea punctului de impact, ceea ce determin o rmnere n urm a vitezei de legtur fa de viteza sunetului n suport odat cu creterea unghiului de inciden i lungimii sudurii. Studiul structurii metalografice a legturii arat c zona de mbinare are grosimea de 1...100m. Dup proporia fiecruia din metale n zona de legtur se disting dou grupe de cupluri de materiale. Pentru prima grup, din care fac parte cuplurile: cupru-oel, molibden-wolfram, oel-inox, oelcarbon, n compoziia zonei de legtur, proporia unuia din metale n cellalt variaz de la 0

46

la 100%, independent de solubilitile lor reciproce. La a doua grup (titan-oel, aluminiuoel), compoziia legturii este constant. Sudurile astfel realizate au o rezisten ridicat. Existena compuilor intermediari constituie obstacolul principal n obinerea unor legturi rezistente prin metode clasice. Zona nvecinat cu cea de legtur, are, n general, o duritate mai mare ca o metalelor de baz, ca urmare a puternicei deformri plastice produse n momentul impactului. n plus, n ciocnire se elibereaz o cantitate mare de cldura, care determin topirea local a materialelor. Calitatea legturii poate fi apreciat prin rezultatele ncercrilor de smulgere sau de forfecare. Acestea arat c ruptura se produce de regul, n exteriorul zonei de legtur. Procedeul se poate aplica, cu rezultate deosebite, la placarea interioar a rezervelor autocisternelor care transport produse alimentare, la protejarea pieselor ce lucreaz n medii intens corozive precum i a celor care sunt supuse la solicitri mecanice i termice intense sau la uzuri de cavitaie. Deformarea prin detonarea unui amestec de gaze combustibile Deformarea pieselor mici i medii se poate realiza n spaii nchise prin detonarea unui amestec de gaze combustibile (metan i oxigen, acetilen i oxigen) (Fig. 3.17).

Fig. 3.17. Ambutisarea cu amestecuri de gaze carburante: 1-bujie, 2-intrare amestec exploziv, 3cilindru, 4-piston intermediar, 5-orificiu pentru ieirea aerului, 6-lichid, 7-conduct de introducere a lichidului, 8-corp de legtur, 9-semifabricat, 10-inel de distanare, 11-matri, 12-conduct de vidare

3.5 Deformarea electrohidraulic Bazat pe acelai principiu ca i f