Cap.I

Determinarea rolului functional folosind analiza morfofunctionala a suprafetelor

Determinarea rolului functional se face pornind de la analiza fiecarei suprafete a piesei finite.

se analizeaza piesa (desenul de executie al acesteia);

se descompune piesa in suprafete simple (plane , cilindrice , conice , evolventice , elicoidale etc.), deoarece rolul functional al piesei este dat de rolul functional al fiecarei suprafete ce delimiteaza piesa in spatiu. Exista patru tipuri de suprafete:

Suprafete de asamblare : precizie de forma, de pozitie , rugozitate mica si eventuale prescriptii referitoare la duritatea suprafetei;

Suprafete functionale (pentru care piesa a fost construita): precizie de forma , de pozitie , precizie dimensionala , rugozitate si eventual prescriptii la natura materialului si modul de realizare;

Suprafete tehnologice ajuta la obtinerea suprafetelor functionale eventuale prescriptii de forma si pozitie ;

Suprafete auxiliare : sunt cele care fac legatura intre primele doua.

se noteaza toate suprafetele in sens trigonometric sau in alta ordine (S₁,S₂, . ,S_n);

se analizeaza fiecare suprafata si i se gaseste tipul;

se intocmeste graful "Suprafete-caracteristici";

se determina rolul functional , ca urmare a relatiei ce exista intre suprafetele analizate;

Dupa ce s-au urmat aceste etape, rolul functional al piesei s-a gasit ca fiind acela de a transmite miscarea de rotatie.

Cap.ll

Alegerea materialului optim folosind metoda valorilor optime

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

Concluzia este ca daca se doresc anumite proprietati se face o proiectare a materialului cu o astfel de structura care sa implice cerintele cerute de rolul functional . Adica se alege acel material care sa indeplineasca cerintele minime de rezistenta si durabilitate ale piesei in conditiile unui pret de cost minim si al unei fiabilitati sporite.

Proprietatile unui material trebuie considerate ca o suma de relatii intre material si mediul inconjurator in care va lucra.

Prezentam o clasificare a proprietatilor din punct de vedere al alegerii materialului optim si a caracteristicilor acestuia :

GAMA DE VARIATIE A PROPRIETATILOR SI NOTAREA ACESTORA

Anumite proprietati sunt mai importante pentru pinion. Din aceasta cauza vom stabili pentru fiecare din cele k proprietati o anumita pondere d_k in functie de importanta pe care o are acea proprietate pentru roata de curea.

(vezi Graful Materiale- Proprietati).

Se calculeaza si se analizeaza punctajele obtinute dupa care se alege materialul optim ca fiind cel pentru care are valoarea maxima (punctaj maxim).

In functie de punctajele obtinute in tabelul se vor stabili materialele(sau materialul) optime pentru inlocuirea materialului ales in conditiile economice de maxima eficienta.

Analizand tabelul pentru materiale observam ca materialul optim pentru realizarea pinionului este otelul aliat 30MoCr25. Alegerea materialului optim s-a efectuat statistic cu ajutorul programului Microsoft Excel.

Procedee tehnologice de obtinere a piesei semifabricat

Notiuni generale despre obtinerea pieselor turnate

Topirea si turnarea metalului constituie un proces tehnologic destinat obtinerii pieselor turnate cu forme, dimensiuni si utilizari diferite.

Piesele turnate prezinta urmatoarele avantaje fata de piesele forjate sau matritate:

- posibilitatea unei prelucrari mecanice simple si economice prin faptul ca piesa turnata in comparatie cu cea forjata au dimensiuni si forme mai apropiate de piesa finita;

- posibilitatea unei productii mari printr-o mecanizare dezvoltata si mentinere uniformitatii dimensiunilor si proprietatilor;

- repartizarea judicioasa a metalului in diferite parti ale piesei astfel incat sa se satisfaca proprietatile mecanice necesare;

- in unele cazuri se pot obtine proprietati fizice si chimice ale piesei turnate mai bine decat ale pieselor obtinute prin prelucrare sau deformare plastica. Dar si piesele turnate pot fi inferioare in unele cazuri piesele obtinute prin deformare plastica;

- utilizarea imediata a deseurilor (retele de turnare, maselote) prin retopire sau turnare;

- costul pieselor turnate este redus in cazul productiei mari in comparatie cu cel al pieselor obtinute prin alte procedee.

Dintre dezavantajele procedeelor de realizare a pieselor prin turnare se pot enumera:

- consum mare de manopera, indeosebi la turnarea in forme temporare;

- costuri ridicate pentru materialele auxiliare;

- consum mare de energie pentru elaborarea si mentinerea materialelor in stare lichida la temperatura de turnare;

- necesita masuri eficiente contra poluarii mediului si pentru imbunatatirea conditiilor de munca.

O piesa turnata se obtine prin umplerea cu topitura unui material metalic a unei cavitati special executata intr-o forma de turnare.

Forma de turnare poate fi alcatuita din un sau mai multe parti in functie de tipul formei:

- Forma deschisa este alcatuita din cavitatea formei umpluta cu metal.

- Forma inchisa reprezinta modalitatea uzuala de turnare si presupune existenta unei suprafete de separatie care imparte forma, respectiv piesa in mai multe parti:

- cavitatea formei umpluta cu metal lichid;

- cele doua semiforme;

- palnie de turnare;

- rasuflatori.

Piesa semifabricat obtinuta prin turnare va avea adaosuri de material clasificate astfel:

- A_p: adaosuri de prelucrare-pe toate suprafetele ale caror precizie dimensionala si rugozitate nu pot reiesi din turnare;

- A_t: adaosuri tehnologice-pe toate suprafetele a caror configuratie nu iese din turnare, in vederea simplificarii formei tehnologice a piesei;

- A_i: adaosuri de inclinare-faciliteaza scoaterea modelului din forma;

- R_c: adaosuri sub forma razelor de racordare constructive-evita defectele si crapaturile.

In functie de numarul de turnari ce se pot efectua in aceeasi forma, procedeele de turnare pot fi:

- In forma temporara, folosita la o singura turnare dupa care se distruge pentru scoaterea piesei. Ele se executa din amestec de formare obisnuit (nisip si argila) sau special (nisip si lianti).

- In forme permanente folosite la un numar foarte mare de turnari ajungand chiar la zeci sau sute de mii, fara a necesita reparatii intermediare. Sunt forme metalice din fonta, otel sau aliaje neferoase.

- In forme semipermanente folosite la cateva turnari, dupa usoare reparatii intermediare. Acestea se executa din ciment, ipsos etc.

Pentru executarea rotilor de curea se intrebuinteaza semifabricate forjate, laminate,turnate sau presate. Avand in vedere avantajele si dezavantajele pe care le prezinta obtinerea pieselor prin turnare fata de procedeele enumerate anterior am optat pentru executarea pinionului prin turnare. Piesa poate fi executata prin majoritatea procedeelor de turnare cunoscute. Dintre toate aceste procedee in urma studierii conditiilor tehnice si economice necesare executarii piesei am optat pentru realizarea acesteia prin unul dintre urmatoarele

procedee:

turnarea in forme temporare;

turnarea in forme permanente;

Analiza tehnico-economica pentru determinarea procedeului optim de tunare

Pentru a putea determina procedeul optim de turnare trebuie sa facem in calcul care trebuie sa tina cont de numarul de piese ce trebuie fabricate pe an in cazul considerat de noi acest numar fiind de 3000000 de bucati pe an.

1) Turnarea in forme temporare

Timpul disponibil este de 4080 ore.

Timpul necesar executarii unei piese este de 50 de minute.

Timpul necesar 2500000 de ore.

Numarul de muncitori necesari este de 613.

Cheltuielile salariale pentru procesul de productie sunt de 919500000 lei.

Nisip 1000000 lei.

Miezuri 20000000 lei.

Scule auxiliare 15000000 lei.

Cheltuieli cu energia electrica 10000000 lei.

Cuptor pentru topirea metalului 20000000 lei.

Cheltuieli fixe 55000000.

Rezulta un cost de 3138,33 lei/piesa, la care se adauga 17359,28 lei cheltuieli materiale.

Turnarea in forme permanente

Timpul disponibil este de 4080 ore.

Timpul necesar executarii unei piese este de 7 de minute.

Timpul necesarde 350000 ore.

Numarul de muncitori necesari este de 170.

Cheltuielile salariale pentru procesul de productie sunt de 258000000 lei.

Cochile 10000000 lei/buc sunt necesare 30 buc T 300000000 lei.

Miezuri 20000000 lei.

Scule auxiliare 10000000 lei.

Cheltuieli cu energia electrica 10000000 lei.

Cuptor preincalzire forme 15000000

Cuptor pentru topirea metalului 20000000 lei.

Cheltuieli substante pentru degresarea formelor 10000000.

Cheltuieli fixe 55000000.

Rezulta un cost de 1398 lei/piesa, la care se adauga 17359,28 lel cheltuieli materiale.

Nota Am considerat coeficientii de utilizare ai materialului egali la ambele procedee.

Cheltuielile pentru realizarea unei piese sunt de 1098 lei, deci procedeul optim pentru realizarea pinionului este turnarea in forme permanente. Pentru a afla tipul de productie optim facem raportul n=(4080*60)/7 34971,4 piese.

Folosim formula n=T_d/T_u, unde:

-T_d este timpul disponibil;

-T_u este timpul util;

-n este numarul de piese obtinut.

Daca programa de fabricatie n_f <n, atunci productia are caracter de serie, fiind necesara introducerea loturilor sau seriilor de piese; daca insa n_f ≥ n, atunci productia are caracter de masa, tot timpul disponibil fiind consumat cu realizarea aceluiasi produs.

Programa de fabricatie fiind mai mare decat numarul de piese obtinut in timpul total disponibil inseamna ca vom alege productie de masa, tip de productie ce asigura o productivitate deosebit de ridicata, un cost scazut al pieselor, o fabricare neintrerupta si mai ales care permite automatizarea sau robotizarea productiei. Datorita faptului ca programa de fabricatie este mai mare decat numarul de piese obtinut in timpul total disponibil varianta optima de turnare este turnarea in forme permanente.

Formele permanente sunt confectionate din materiale durabile, care permit utilizarea lor la mai multe turnari consecutive, fara a fi necesara reconditionarea acestora dupa fiecare turnare.

Cap. III

Obtinerea piesei semifabricat printr-un procedeu optim de turnare

Dupa cum am vazut procedeul optim de turnare este turnarea in forme permanente.

Formele permanente sunt confectionate din materiale durabile, care permit utilizarea formei la mai multe turnari consecutive, fara reconditionarea ei dupa fiecare turnare. Vom folosi procedeul de turnare directa, in planul de separatie, in cochila.

Analiza procedeului optim de turnare prin metoda grafica a doua procedee de turnare consta :

-PT₁=procedeul tehnologic de turnare in forme temporare;

-PT₂=procedeul tehnologic de turnare in forme permanente;

-Cs= costul unui lot de produse;

In determinarea procedeului optim de turnare am analizat procesul de turnare in forme temporare si procesul de turnare in forme permanente.

Graficul celor doua procese tehnologice

Cs

(lei/lot)

PT₁

F₁

F₂ PT₂

n_cr nr . buc.

_.

PT₁ - procesul tehnologic de turnare in forme temporare

PT₂ - procesul tehnologic de turnare in forme permanente

n_cr - numarul de piese pentru care atat procesul tehnologic de turnare in forme temporare cat si cel de turnare in forme permanente este convenabil din punct de vedere economic. Acest numar este de circa 113 bucati.

In cazul de fata pentru realizarea a 249600 bucati observam din grafic ca procesul tehnologic de turnare in forme permanente are un pret de cost pe bucata mai scazut, deci este cel optim.

La proiectarea unui proces tehnologic trebuie sa se tina cont si de coeficientul de utilizare al materialului pentru ca pierderile de material influenteaza in mod direct costul de productie si eficienta procesului tehnologic.   De aceea este necesar un studiu prealabil al diferitelor procedee precum si normarea consumului de material.

NORMAREA CONSUMULUI DE METAL

Importanta normarii consumului de metal

Industria constructoare de masini este cea mai mare consumatoare de metal, motiv pentru care normarea consumului de metal are o importanta deosebita pentru reducerea pretului de cost.

Reducerea consumului de metal presupune un grad de prelucrare ridicat al metalului prin perfectionarea tehnologiilor si gospodarirea judicioasa a metalului

Caile principale de reducere a consumului de metal sunt:

- aplicarea metodelor matematice in proiectarea si reproiectarea produselor;

utilizarea materialelor noi cu caracteristici superioare ;

promovarea tehnologiilor moderne ;

folosirea semifabricatelor cu abateri negative si lungimi fixe si multiple ;

micsorarea adaosurilor de prelucrare .

2. Indicatorii consumului de metal

Principalii indicatori in consumul de metale sunt urmatorii :

norma de consum ;

consumul specific ;

coeficientul de utilizare al metalului ;

procentul deseurilor de metale ;

Prin norma de consum se intelege cantitatea de materie prima , material sau energie prevazuta a se consuma pentru executarea unei unitati de produs finit sau a unei cantitati de prestatie, in conditii tehnico-organizatorice normale de productie. Este folosita la intocmirea planului de aprovizionare si a pretului de cost.

Consumul specific reprezinta cantitatea de materie prima, material sau energie care a fost consumata la executarea unei unitati de produs finit sau a unei unitati de prestatie in conditiile tehnico-organizatorice ale procesului de productie al intreprinderii in perioada de plan realizata.

Coeficientul de utilizare al metalului este un indice care arata gradul de inglobare a unui material in procesul finit. Valoarea acestui indicator rezulta din relatia:

K=C_u/N_c,

In care:

C_u este consumul util sau cantitatea de metal incorporata in produs;

N_c norma de consum de aprovizionare.

Din acest raport rezulta ca valoarea coeficientului de utilizare K la acelasi consul util C_u creste cu reducerea normei de aprovizionare N_c. Problema principala in normarea consumului de metal este ca valoarea coeficientului K sa fie cat mai aproape de 1.

In cazul cand se mareste modul de intrebuintare a unui metal in procesul tehnologic in vederea cunoasterii pierderilor tehnologice atunci:

K_T=C_u/C_t,

In care:

K_T este coeficientul de utilizare tehnologic<

C_t consumul tehnologic

Procentul deseurilor de metal rezulta din relatiile:

D=(N_c-C_u)/N_c*100, sau D_t=(C_t-C_u)/C_t*100,

in care:

D,D_t sunt cantitatile de deseuri in procente fata de norma de consum sau consumul tehnologic .

Volumul pinionului este de 0,09123 dm³ densitatea otelului 30MoCr25 este de 7,5*10³ kg/m³ deci masa piesei este 0,684 kg. Volumul semifabricatului obtinut prin tunare este 0,13425dm³ masa semifabricatului este 0,822 kg la turnarea in forme temporare. Coeficientul de utilizare a materialului este de 73%.

Bibliografie

Gh. Amza , G.M. Dumitru s.a.Tehnologia Materialelor vol. I;

E. Ghinea, V. Militaru s.a. Tehnologia constructiilor de masini;

S. Niculescu, L. Butnaru Manual de informatica;

V. Toma, R. Saban s.a. Studiul metalelor;

A. Marin V. Adir s.a. Desen tehnic industrial;

PRELUCRAREA PRIN DEFORMARE PLASTICA A MATERIALELOR METALICE

Notiuni generale.

Prelucrarea prin deformare plastica se bazeaza pe proprietatea de plasticitate a metalelor, adica pe capacitatea acestora de a capata deformatii permanente sub actiunea unor forte exterioare.

La prelucrarea prin deformare plastica modificarea formei unui semifabricat se face prin redistribuirea volumelor sale elementare sub actiunea fortelor exterioare, prin urmare, exceptand unele pierderi de material inevitabile, datorita imperfectiunii utilajelor, prelucrarea are loc fara indepartare de material

Prelucrarea metalelor prin deformare plastica este cunoscuta si folosita de catre omenire cu peste 3000 de ani i.e.n., adica inainte de a se fi cunoscut metodele de obtinerea metalelor si aliajelor prin topire.

Prelucrarea prin deformare plastica prezinta o serie de avantaje:

-obtinerea unor proprietati mecanice mai bune, datorita unei structuri mai omogene si mai bune;

-consum minim de material;

-asigura o productivitate foarte ridicata;

-conduce la obtinerea unei game foarte variata de piese, cu configuratii simple pana la cele mai complexe cu greutati variind de la cateva grame pana la cateva sute de tone din metale si aliaje feroase sau neferoase si cu un numar mic de operatii;

-asigura obtinerea unei precizii ridicate (mai ales la prelucrarea la rece) cu o manopera redusa etc.

tot prin acest procedeu se obtin majoritatea semifabricatelor necesare unor procedee inferioare de prelucrare:

-tablele;

-benzile;

-barele;

-profilele de diferite forme si dimensiuni;

-sarmele etc.;

Datorita avantajelor sale, prelucrarea prin deformare plastica detine ponderea cea mai mare in industria constructoare de masini (peste 60% din piesele componente ale masinilor, instalatiilor si utilajelor).

Procedeul prezinta insa si o serie de dezavantaje legate de investitiile mari determinate de necesitatea unor forte mari de deformare,complexitatea utilajelor si costul ridicat al sculelor.

Clasificarea procedeelor de prelucrare prin deformare plastica. Materiale prelucrabile prin deformare plastica.

Clasificarea procedeelor de prelucrare prin deformare plastica.

Procedeele de prelucrare prin deformare plastica se pot clasifica dupa mai multe criterii:

a) dupa temperatura la care are loc deformarea:

- la rece , cand deformarea este insotita de ecruisare fara recristalizare;

-la cald, cand recristalizarea se produce complet fara urme de ecruisare;

b) dupa viteza de deformare:

- cu viteze mici de deformare (pentru viteze de deformare v_d<10m/s).

- cu viteze mari de deformare (pentru viteze de deformare v_d>10m/s).

c) dupa natura operatiei de deformare:

- de degrosare;

- de prefinisare;

- de finisare etc.

d) dupa complexitatea procedeelor intrebuintate:

e) dupa calitatea suprafetei realizate:

- de ebosare;

- de finitie etc.

Materiale prelucrabile prin deformare plastica

Desi numarul metalelor si aliajelor ce pot fi prelucrate prin deformare plastica este foarte mare, totusi, ca materie prima folosita in sectiile de prelucrare prin deformare, otelurile carbon si aliate ocupa peste 80%, iar restul il ocupa metalele si aliajele neferoase. In functie de destinatia si dimensiunile pieselor ce se deformeaza, otelurile folosite se prezinta fie sub forma de lingouri, fie sub forma de laminate sau semifabricate. Dintre neferoase cele mai des intalnite in sectiile de deformare sunt:

- alamele, care se deformeaza atat la cald cat si la rece;

- bronzurile, utilizate mai ales pentru executia diferitelor bucse de lagare,

arcuri si piese diverse supuse coroziunii, precum si pentru executarea unor piese de uz casnic;

- aliajele de aluminiu, care pe langa aluminiu (elementul de baza) mai contin si alte elemente de aliere (Cu, Si, Mg, Mn, Ni, Cr, etc. ) ce influenteaza nu numai proprietatile fizico-mecanice obtinute dupa deformare ci si procesul de deformare propriu-zis;

- aliajele de magneziu - pe langa elementul de baza mai contin Al, Zn, Mn etc., comportarea lor la deformare depinzand in primul rand de compozitia chimica, de continutul de impuritati si de aspectul macroscopic al structurii lingoului.

In afara aliajelor de mai sus, in sectiile de deformare se mai intalnesc si alte metale si aliaje prelucrabile prin deformare plastica, dar, spre deosebire de cele enumerate au o utilizare mult mai restransa.

Incalzirea metalelor si aliajelor in vederea prelucrarii prin deformare plastica. Instalatii de incalzire.

Pentru ca materialele sa poata fi usor prelucrate prin deformare plastica ele trebuie sa aiba o rezistenta mica si o deformabilitate mare. La majoritatea materialelor aceste conditii nu pot fi realizate decat prin incalzire. Incalzirea materialelor in vederea prelucrarii prin deformare plastica are o mare importanta, deoarece calitatea produselor obtinute depinde foarte mult de alegerea corecta a regimului de incalzire. Incalzirea are drept scop reducerea fortelor de deformare prin marirea plasticitatii si scaderea rezistentei la curgere, reducerea duratei de deformare, reducerea gabaritului si greutatii utilajului folosit, obtinerea unei structuri care sa asigure o deformare usoara etc.

O incalzire uniforma a semifabricatului si alegerea temperaturii optime de deformare asigura pierderi minime prin oxidare, ardere si decarburare, evita aparitia tensiunilor interne si a fisurilor.

Principalii parametrii ai regimului de incalzire sunt:

- intervalul de temperatura la care se poate face deformarea;

- viteza de incalzire;

- durata de incalzire;

Din punct de vedere al rezistentei la deformare R_d tendinta ar fi ca temperatura sa fie cat mai ridicata, iar din punct de vedere al deformabilitatii aceasta limita se fixeaza la acea temperatura la care deformabilitatea incepe sa scada. Scaderea deformabilitatii la temperaturi mari este data de inceputul cresterii excesive a grauntilor si a inceperii procesului de topire la limitele intercristaline. Temperatura la care aceste fenomene incep sa se produca este cu 150-300⁰ sub linia solidus in functie de material.

Viteza de incalzire reprezinta cresterea temperaturii semifabricatului in unitatea de timp( ⁰C sau K /h, min., sec.) . Este evident ca daca viteza de incalzire este mare si productivitatea este mare . Viteza de incalzire nu poate fi marita oricat

Ea fiind limitata atat de caracteristicile materialului care se incalzeste cat si de utilajele care se folosesc pentru incalzire . Marimea vitezei de incalzire este limitata si de tensiunile interne care pot aparea in semifabricat in timpul incalzirii, din cauza neuniformitatii pe sectiune.

Durata de incalzire(ore, minute, secunde) este un parametru care depinde implicit de primii doi. Durata de incalzire depinde insa direct si de tipul instalatiei folosite, de forma si dimensiunile semifabricatelor, precum si de modul de asezare al acestora pe vatra cuptorului.

Pentru incalzire se folosesc mai multe tipuri de instalatii, care pot fi impartite in doua mari grupe:

instalatii care folosesc pentru incalzire combustibili gazosi, lichizi sau solizi;

instalatii care folosesc pentru incalzire curentul electric;

Cuptoarele cu ardere se impart, in functie de modul de distribuire a temperaturilor in spatiul de lucru in :

- cuptoare cu camera, in care temperatura este constanta in tot spatiul de lucru:

- cuptoare cu propulsie, in care temperatura creste incepand de la locul de incarcare pana la locul de descarcare. Cuptoarele cu camera pot fi cu vatra fixa sau mobila, temperatura putandu-se varia in limite stranse prin modificarea cantitatii de combustibil ars in focar.

In cazul unei productii de serie mare sau de masa se folosesc cuptoarele cu propulsie, deoarece asigura o productivitate ridicata.

Cuptoarele cu rezistenta electrice pot fi prevazute cu o rezistenta metalica in forma de spirala, infasurata in jurul camerei cuptorului, sau cu rezistente ceramice

(bare de silita) amplasate in partea de sus sau pe peretii laterali ai camerei. Cele cu bare de silita realizeaza temperaturi mai ridicate, putandu-se folosi si pentru incalzirea semifabricatelor din otel.

PROCEDEE DE OBTINERE A PIESELOR SI SEMIFABRICATELOR PRIN DEFORMARE PLASTICA

Principalele procedee de obtinere pieselor si semifabricatelor prin deformare plastica sunt:

- Laminarea;

- Extrudarea;

- Tragerea;

- Forjarea;

- Matritarea;

Laminarea este procedeul tehnologic de prelucrare prin deformare plastica, la cald sau la rece, realizat prin trecerea fortata a materialului prin spatiul dintre doi cilindrii care se rotesc in acelasi sens sau in sens contrar. Laminarea are urmatoarele scopuri:

- sa transforme materialul metalic (lingoul sau semifabricatul) in profile de sectiune dorita din care sa poata fi prelucrate ulterior piesele dorite.

- sa schimbe structura rezultata in urma turnarii (grosolana) intr-o structura fina, care favorizeaza obtinerea de caracteristici fizico-mecanice ridicate. Datorita proprietatilor bune pe care imprima materialului si datorita pretului de cost

scazut, laminarea prezinta o deosebita importanta pentru economie (peste 75 % din cantitatea de otel se prelucreaza prin laminare, precum si o parte din materialele neferoase, se prelucreaza prin laminare). Semifabricatele care se lamineaza sunt lingourile de diferite forme si marimi sau alte produse, obtinute fie prin forjare, fie printr-o laminare anterioara (blume, tagle, platine etc.). Operatiile ce alcatuiesc fluxul tehnologic de lminare sunt : alegerea si pregatirea semifabricatului

curatirea de retasuri, debitarea la dimensiunile necesare, incalzirea la temperatura de deformare, laminarea propriu-zisa, taiera la dimensiunile prescrise, lucrarile de completare(curatire, sortare etc.), tratamentul termic de recoacere sau revenire si controlul tehnic de calitate.

Extrudarea este procedeul de prelucrare prin deformare plastica ce consta in trecerea fortata a materialului, datorita impingerii, prin orificiul unei scule cu dimensiunile sectiunii transversale mai mici decat cele ale semifabricatului initial.

Caracteristica acestui procedeu este faptul ca deformarea materialului nu se produce in tot volumul sau ci pe masura intrarii in zona de deformare. Acest procedeu are o larga aplicabilitate in obtinerea de profile complexe sau piese finite care nu pot fi realizate economic prin alte procedee de deformare plastica, precum si in obtinerea de semifabricate care urmeaza a fi prelucrate prin alte procedee de deformare plastica, in vederea obtinerii unor profile complexe, de precizie ridicata. In functie de scopul propus se pot obtine bare cilindrice sau profilate cu lungimi pana la 20 m si diametru de la cativa mm pana la 400 mm; tevi cu grosimea peretelui de la 0,25 mm pana la 8,00 mm si diametre de la 0,3 m pana la 400 mm, butelii si recipienti pentru gaze si lichide, recipienti bimetalici, profile simple si complexe, cu lungimi pana la 15 m, cu forte de tragere cuprinse intre 15 si 2 MN, ceea ce permite tragerea barelor cu diametrul initial pana la 150 mm si a tevilor cu diametre pana la 200 mm.

Forjarea libera reprezinta procedeul de deformare plastica prin care materialul supus deformarii curge liber sau dirijat de forma sculelor in doua sau trei directii. Acest procedeu se aplica fie in scopul imbunatatirii proprietatilor mecanice ale metalelor si aliajelor turnate, fie pentru obtinerea din lingouri sau semifabricate a unor piese de configuratii si dimensiuni date. Procesul de forjare libera se utilizeaza la obtinerea pieselor unicat sau de serie mica, cu mase reduse sau foarte mari, forme simple si complexe, ca de exemplu: buloane cu cap pentru tamplarie, ciocanele manuale, clesti de diferite forme nestandardizate, balamale nenormalizate pentru usi mari, produse ornamentale, arbori cotiti mari, discuri de diametre mari etc. Procesul de forjare libera consta in combinarea unor operatii simple, numite si operatii de baza. Acestea sunt: refularea, intinderea, gaurirea, indoirea, rasucirea, crestarea, debitarea si sudarea.

Matritarea reprezinta un procedeu de deformare plastica in cadrul caruia operatia de deformare se executa in spatiu ingradit la o singura apasare. Spre deosebire de forjarea libera, matritarea este un procedeu mult mai economic si cu productivitate ridicata. Matritarea prezinta urmatoarele avantaje: calitatea suprafetei foarte buna, precizie dimensionala ridicata, permite obtinerea unor piese de complexitate mare, consum redus de material, productivitate ridicata etc. Dezavantajele sunt legate in special de costul ridicat al matritelor, greutatea limitata a pieselor care se pot obtine (0,01-100 daN), necesitatea unor utilaje specializate etc. Alegerea modului de obtinere a unei piese, prin forjare libera sau prin matritare este conditionata in primul rand de numarul de piese, un rol hotarator avandu-l gabaritul si configuratia piesei. Piesele de dimensiuni mari se pot obtine numai prin forjare libera, cele de dimensiuni medii si mici prin ambele procedee (depinde de numarul de bucati), iar cele de dimensiuni mici si in productie de serie sau masa numai prin matritare. La productia de serie mica si unicate este eficienta doar forjarea libera.

Clasificarea matritarii se face dupa mai multe criterii:

- dupa temperatura de executie: la cald sau la rece;

- dupa modul de deformare in matrita: matritarea cu bavura (in matrita deschisa) si fara bavura (inchisa)

- dupa utilajul folosit: matritarea la ciocane, prese, la masina orizontala de forjat etc.

- dupa viteza de deformare: matritarea cu viteze mici de deformare si matritarea cu viteze mari de deformare;

Matritare are loc in cavitatea unei scule denumita matrita, alcatuita de obicei din doua parti numite semimatrite. Semifabricatul brut , debitat la dimensiunile necesare, incalzit la temperatura optima de deformare asezat in locasul de deformare din semimatrita inferioara este apasat cu o forta mereu crescanda, sub actiunea careia metalul se deformeaza pana la umplerea locasului matritei. Semimatrita superioara se fixeaza pe berbecul ciocanului prin intermediul unei imbinari coada de randunica si al unor pene, iar semimatrita inferioara se fixeaza in sabota ciocanului. In final rezulta piesa matritata bruta prevazuta cu o bavura, care se indeparteaza printr-o operatie ulterioara, rezultand piesa finita. Matritele pot fi inchise sau deschise. La matritarea in matrite inchise rezulta piese fara bavuri. In cazul obisnuit al folosirii matritelor deschise, pentru a se umple complet locasul de matritare si pentru o precizie cat mai ridicata este necesar ca volumul brut al piesei finite matritate sa fie mai mare decat volumul net al piesei finite, surplusul de material fiind impins in canalul de bavura. Rolul bavurii fiind acela de a forta metalul sa umple cavitatile matritei, de a colecta surplusul de metal care curge si de a atenua socul loviturii semimatritei superioare asupra celei inferioare.

De modul cum este conceput canalul de bavura depinde nu numai umplerea corecta a cavitatilor matritei ci si consumul de metal, precum si modul de debavurare. Volumul canalului de bavura se determina cu relatia:

V_cb = P[h₁b₁+(h₂+h₁/2)b₂ [mm³],

in care: P este perimetrul canalului de bavura ce trece prin centrul de greutate. Pentru a se evita spargerea matritei trebuie ca surplusul de material sa nu depaseasca 0,6-0,8 din volumul canalului de bavura.

Piesele simple se pot matrita direct din materialul initial (otel patrat, rotund etc.). Pentru piesele de forma complexa se executa mai intai un semifabricat cu configuratia apropiata de cea a formei finite,prin operatii pregatitoare (forjare libera pentru productia de serie mica si calibrare pentru productia de serie mare)in cazul productiei de serie mica si mijlocie toate cavitatile necesare pentru modificarea succesiva a formei semifabricatului, denumite calibre, se pot execta intr-o singura matrita, formand o matrita cu calibre multiple. In acest caz matritarea se realizeaza prin trecerea succesiva a semifabricatului prin toate calibrele matritei, intr-o ordine prestabilita. In cazul productiei de serie mare sau de masa, fiecare calibru este amplasat pe o matrita separata, montata fiecare pe alt utilaj (ciocan sau presa), permitand o productivitate foarte mare.

Dupa rolul lor calibrele pot fi:

- pregatitoare (de gatuire, de intindere, de indoire, de perforare, de formare, pentru turtire, pentrurefulare) ;

- de matritare(prefinisare-pregatitoare) ;

- de retezare;

Calibrele de retezare se folosesc in special in cazul matritarii pieselor din bare.

Forta necesara matritarii pentru cazul cel mai general se calculeaza cu expresiile :

P= _r[(1.5+b/h)A+(1.5+b₁/h+0.1d/h)A_n] [daN],

pentru semifabricatele cilindrice si :

F=1.15σ_r[(1+b₁/h)A+(1+b₁/h+0.15a/h A_n [daN],

Pentru semifabricatele de sectiune patrata sau de alta forma, in care:

b₁ - grosimea puntitei bavurii in mm;

A - aria puntitei bavurii in mm²;

A_n - aria semifabricatului in proiectie orizontala in mm²;

d - diametrul semifabricatului in mm;

σ_r -rezistenta la rupere la temperatura de lucru in daN/m²;

a - latura patratului in mm;

Matritarea se executa de obicei pe ciocane (prin lovire) sau pe prese(prin presare) aceste procedee nu difera esential, apar insa particularitati legate de modul de functionare al utilajelor folosite. Astfel, la matritare pe prese se pot executa unele operatii ce nu pot fi executate la matritarea pe ciocane (extrudarea, perforare, operatii combinate). Matritarea pe prese prezinta o serie de avantaje fata de matritare pe ciocane cum ar fi:

precizie mai mare datorita cursei rigide a berbecului;

inclinatii mai mici ale peretilor cavitatii datorita prezentei extractoarelor;

permite automatizarea in intregime a procesului;

consum mai mic de energie;

productivitate ridicata;

zgomote si trepidatii mai mici;

Tehnologia matritarii

Pentru ca un semifabricat sa treaca de la forma initiala (turnata sau laminata) la cea finala (piesa matritata) trebuie sa se realizeze o serie de faze, care prin ordinea lor conduc la o succesiune tehnologica. Acestea sunt:

debitarea semifabricatelor (prin aschiere sau deformare plastica);

incalzirea semifabricatelor la temperatura optima de deformare;

matritarea propriu-zisa, printr-o singura operatie sau o succesiune de operatii, in functie de marimea si complexitatea piesei;

operatii complementare(debavurare, tratament termic, calibrare, control tehnic, indreptare etc.)

Pentru obtinerea unei piese finite de calitate este necesara proiectarea corecta a acesteia si respectarea urmatoarelor principii de proiectare:

1) Intocmirea desenului piesei matritate se face plecand de la desenul piesei finite, la care se considera adaosurile de prelucrare, adaosurile tehnologice, inclinarile necesare pentru scoaterea usoara a piesei din cavitatea matritei.

Stabilirea adaosurilor de prelucrare se face tinand cont de calitatea suprafetelor, valorile lor fiind stabilite in functie de dimensiunile principale H si L sau D, precum si de clasa de precizie (STAS 7670- 66).

La stabilirea inclinarilor de matritare trebuie sa se aiba in vedere ca, cu cat unghiurile de inclinare sunt mai mari, cu atat mai usor se pot extrage piesele din cavitatea matritei. Pe de alta parte insa cu cat unghiurile sunt mai mari materialul urca mai greu in cavitatile adanci, iar consumul de material creste. De obicei este valabila regula ca inclinarile interioare (3-10⁰) sunt mai mari decat cele exterioare (1-7⁰) pentru a micsora nesiguranta privind lipirea piesei pe dorn din cauza contractiei la racire.

Razele de racordare se executa cu doua scopuri: sa se elimine muchiile ascutite si sa ajute la curgerea materialului in cavitatile matritelor.

2) Alegerea planului de separatie se face tinand cont de urmatoarele principii de baza:

pe cat posibil, planul de separatie este bine sa imparta piesa in parti simetrice si egale;

din punct de vedere al constructiei sculelor este mai avantajos ca acesta sa fie drept;

planul de separatie sa faciliteze si o curgere usoara a materialului;

planul de separatie trebuie astfel ales sa fie pe cat posibil perpendicular pe suprafetele ce urmeaza a fi aschiate.

Alegerea pozitiei planului de separatie trebuie astfel facuta incat curgerea materialului sa asigure un fibraj corespunzator realizarii in anumite directii a unor proprietati mecanice superioare.

3) Determinarea masei semifabricatului initial M_sm. Se pleaca de obicei de la masa piesei matritate M_pm, luandu-se in considerare si materialul care trebuie sa fie eliminat in timpul procesului, sub forma de bavura M_b si de pierderi prin ardere M_a. Relatia de calcul este:

M_sm=M_pm+M_a+M_b

La stabilirea dimensiunilor semifabricatului initial trebuie tinut cont daca se obtin piese de rotatie sau piese alungite. Pentru a se obtine piese finite de calitate, a unei precizii dimensionale ridicate, dupa matritare se executa operatii de finisare ca:

- debavurarea, care consta in indepartarea bavurii rezultata in urma procesului de matritare, intr-o matrita de debavurat.

indreptarea , in timpul procesului de matritare, a debavurarii sau a tratamentului termic piesele pot suferi deformari nedorite (indoiri, turtiri locale, rasuciri etc.) , de aceea se supun operatiei de indreptare. Indreptarea se poate face la cald sau la rece (de regula dupa tratamentul termic si curatire). Operatia se poate efectua in locasul de finisare al aeleiasi matrite, la presele de debavurare, in matrite de indreptat la ciocane etc.

calibrarea este operatia finala de deformare a piesei matritate, avand ca scop obtinerea unor dimensiuni mai exacte si a unor suprafete mai netede. Operatia se executa in matrite speciale de calibrare. Dupa modul de curgere a metalului, calibrarea poate fi plana sau in volum. Calibrarea plana actioneaza numai asupra anumitor dimensiuni sau suprafete ale piesei matritate, in timp ce calibrarea in volum (mai putin precisa) actioneaza asupra intregii piese.

Curatirea, in urma procesului de matritare-debavurare, dar mai ales in timpul incalzirii, piesele matritate raman la suprafata cu arsuri si alte defecte superficiale, de aceea ele se supun curatirii. In acest scop se folosesc urmatoarele procedee de curatire:

a) curatirea in tobe rotitoare pentru piese mici si mijlocii(greutatea pana la 6daN);

b) curatirea cu jet de alice, la piese mici si mijlocii (greutatea pina la 10 daN);

c) sablarea la piese de orice forma si marime, care consta in lovirea pieselor cu un jet de nisip de cuart uscat;

d) decaparea chimica pentru piese de orice forma si marime;

e) curatirea cu perii rotitoare executate din sarma de otel, la piese cu pereti subtiri;

Analiza economica pentru stabilirea procedeului optim de obtinere a piesei prin deformare plastica

1) Aschierea din bara laminata.

Timpul disponibil este de 4080 ore.

Timpul necesar executarii unei piese este de 25 de minute.

Timpul necesarde 1250000 ore.

Numarul de muncitori necesari este de 614.

Cheltuielile salariale pentru procesul de productie sunt de 921000000 lei.

Utilaje 4000000000 lei.

Energie electrica 250000000 lei.

Cheltuieli fixe 55000000.

Rezulta un cost de 5835 lei/piesa, la care se adauga 28946 lei cheltuieli materiale, deci un cost total de 34311 lei/piesa.

Matritarea

Timpul disponibil este de 4080 ore.

Timpul necesar executarii unei piese este de 4 de minute.

Timpul necesar de 200000 ore.

Numarul de muncitori necesari este de 100.

Cheltuielile salariale pentru procesul de productie sunt de 150000000lei.

Matrite 150000000lei.

Scule auxiliare 10000000 lei.

Cheltuieli cu energia electrica 15000000 lei.

Cuptor preincalzire forme 15000000

Cheltuieli substante pentru degresarea si curatirea matritelor 15000000lei.

Cheltuieli fixe 55000000.

Rezulta un cost de 407 lei/piesa, la care se adauga 17359,28 lei cheltuieli materiale, deci un cost total de 17800 lei/piesa.

Comparand cheltuielile pentru obtinerea piesei prin cele doua procedee am constatat ca varianta optima este matritarea.

Graficul celor doua procese tehnologice:

Cs

(lei/lot)

PT₁

F₁

F₂ PT₂

n_cr nr . buc.

_.

PT₁ - procesul tehnologic de aschiere din bara laminata.

PT₂ - procesul tehnologic de matritare.

n_cr - numarul de piese pentru care atat procesul tehnologic de aschiere din bara laminata, cat si cel de matritare sunt convenabile din punct de vedere economic. Acest numar este de circa 387 bucati.

In cazul de fata pentru realizarea a 3000000 bucati observam din grafic ca procesul tehnologic de matritare are un pret de cost pe bucata mai scazut, deci este cel optim.

Studiind si rezultatele din prima parte a temei de casa a rezultat ca procedeu optim de obtinere a piesei procesul tehnologic de matritare

Graful "Suprafete-Caracteristici"