ALEGEREA I UTILIZAREA MATERIALELOR

ETAPELE I MODUL DE REALIZARE A PROIECTULUI

Cuprinsul unui proiect de alegerea i utilizarea materialelor are civa pai importani printre care cei enumerai mai jos sunt indicai s apar:

1. Tema de proiectare 2. Analiza funcional, constructiv i tehnologic a produsului.Stabilirea itinerariului tehnologic de prelucrare. se analizeaz rolul funcional al piesei n ansamblul din care face parte, forma constructiv i tehnologic se stabilete itinerarul tehnologic ( procesul tehnologic ) de prelucrare a piesei avndu-se n vedere caracterul produciei ( de unicat, de serie sau de mas ). Se vor enumera in ordine operaiile tehnologice de prelucrare mecanic i eventualele tratamente termice primare i secundare necesare.3.Stabilirea matricei de proprieti pe care trebuie s le ndeplineasc produsul. Ierarhizarea lor i stabilirea ponderii de importan relativ.

3.1Alegerea preliminar a mrcilor de materiale- se face avndu-se in vedere ca utilizarea raionala a unui material nseamn de fapt alegerea acelui material care ndeplinete condiiile minime de rezistent i durabilitate n condiiile unui pre de cost minim.- se va ine cont de dotarea tehnologic din ntreprinderea respectiv, pentru a evita consumurile nejustificate de materiale, la realizarea piesei.

Se vor avea n vedere urmtoarele:a) valorificarea experienei proprii n realizarea pieselor cu destinaie similar;b) utilizarea materialului economic i uor procurabil; c) valorificarea la maxim a proprietilor tehnologice i mecanice ale materialelor astfel nct s se compenseze eventualele caracteristici de rezisten mai reduse ale acestora prin tratamente termice.3.2Evaluarea plajei necesare pentru proprietile analizate i stabilirea calificativelor de apreciere.

Se stabilete din literatura de specialitate o gam de materiale (oeluri, fonte, bronzuri, alame, etc.) din care este posibil realizarea piesei respective innd cont de considerentele menionate anterior.Se trec n tabele caracteristicile mecanice i tehnologice ale materialelor selectate notate cu d,C2,...Cn, fiecare dintre ele fiind evaluate cu note de la l la n" .( n = nr. proprietilor analizate )Tabelele vor fi de forma urmtoare :

Tabelul 1

MaterialCaracteristici / simbolValori /U.M.Not

............Rezistena la rupereC1[MP]

.AlungireaC2[ % ]

.DuritateC3[HRC]

.

.Cn-1

.CostCn[Lei]

Tabelul 2

MarcmaterialC1C2Cn-1Cn

Val.Not Val.Not Val.Not Val.Not

Observaii :

Notele se atribuie de la 1 la 3 astfel :

- nota 1 reprezint o caracteristic satisfctoare

- nota 2 reprezint o caracteristic bun

- nota 3 reprezint o caracteristic foarte bun

3.3 Selecia materialului optim pe baza ponderii de importan relativ a proprietilor

Pentru calculul ponderii de influen se ntocmete un tabel n care sunt prezente caracteristicile ce urmeaz s fie comparate ntre ele. Se compar din punct de vedere al importanei dou cte dou caracteristici iar punctajele sunt introduse n tabel.

Punctajele pentru caracteristici sunt: :

- 1 - pentru caracteristic mai bun

- 0,5 - pentru caracteristic egala ca importan

- 0 - pentru caracteristic mai slab

Tabelul va conine caracteristicile, punctajele acordate i calculul ponderii de influen pentru fiecare caracteristic n parte. Suma ponderii de influen pentru fiecare caracteristic trebuie s fie 1 sau 100 n funcie de principiul de calcul

Tabelul 3

C1C2C3Cn-1Cn

C1---- ---

C2

C3

Cn-1

Cn

Ti C1= C2=........ C3=.. Cn-1=.. Cn=..

PiP1=P2=P3=Pn-1=Pn=

unde :

C1,C2,...Cn, reprezint proprietile analizate

Ti = Ci => Ti Pi = Ti / Ti se va verifica condiia : Pi = 1

Ponderea de influen a fiecrei caracteristici este dat de raportul dintre suma punctelor adunate de fiecare caracteristic i punctajul total.

Se construiesc dou matrici, una obinut din notele acordate pentru valorile caracteristicilor i o matrice coloan a ponderilor de influen pentru caracteristicile C1... Cn.n urma calculului matriceal se obine o matrice coloan. Valoarea cea mai mare a elementelor matricei produs obinute , corespunde materialului optim din gama de materiale selecionate preliminar.

4.Analiza i verificarea materialului selectat4.1 Analiza din punct de vedere al caracteristicilor de rezisten4.2 Analiza procedeelor de durificare structural i a eventualelor procedee de tratament termic durificare4.3 Verificarea comportrii la solicitri variabile4.4 Analiza comportrii tehnologice a materialului5.Variante tehnologice de obinere a caracteristicilor impuse materialului5.1 Alegerea tratamentelor termice primare5.2 Alegerea tratamentelor termice secundare5.3 Alegerea parametrilor tehnologici pentru durificarea superficial6.Stabilirea metodelor de verificare a caracteristicilor i a calitii materialului6.1 Stabilirea caracteristicilor de material i a tratamentelor termice nscrise n documentaia de execuie6.2 Controlul calitii produsului6.3 Verificarea structurii i a proprietilor obinute n urma tratamentului termic7.Elaborarea documentaiei de execuie a produsuluiSe vor utiliza standardele de desen tehnic n vigoare. Desenul se va executa la scar, pe un for mat tipizat.8. Bibliografie

1. M. Demian Notiuni de studiul materialelor - Craiova 2007

2. M Trusculescu, M Demian - Materialotehnica vol. I - Metalurgie structurala - Ed. Politehnic, Timioara, 2004

3. D. Tr , Gh. tefan Alegerea i utilizarea materialelor, Editura Universitaria Craiova 1996

4. I. Chea .a. - Alegerea i utilizarea materialelor, Editura Tehnic Bucureti 1996

5. Culegere de standarde de stat romne comentate oeluri CSCM- O1- Mrci i condiii de calitate , Bucureti 1994

6. Culegere de standarde de stat romne comentate oeluri CSCM- O2- Generaliti i condiii tehnice generale , Bucureti 1994

7. . Doma , Z. Miron ndrumtor pentru utilizarea fontelor , a oelurilor i a aliajelor neferoase

8. M. Mangra Tratamente termice , curs Reprografia Universitii din Craiova

9. I. Chiiu , .a. Organe de maini , Editura Tehnic Bucureti 1984

10. I. Mitelea, B. Radu Selecia i utilizarea materialelor inginereti , Editura Politehnic Timioara 1998

11. T. Popescu Tratamente termice i termochimice - Editura Universitaria Craiova 2002

Exemplul 1

Alegerea materialului pentru o roat dinat

cilindric cu dini drepi

1.1. GENERALITI DESPRE ROI DINATE.

CLASIFICARE I DESCRIERE.

Roile dinate sunt foarte rspndite n industria constructoare de maini, ele ntlnindu-se n cea mai mare parte a transmisiilor mecanice. Se ntlnesc n majoritatea subansamblelor, cum sunt : cutiile de vitez i au diverse destinaii.

Roile dinate pot transmite micarea ntre dou axe de rotaie paralele sau ncruciate .

Prile componente ale roilor dinate sunt:

coroan

butuc

disc

spie

Deoarece roile dinate se proiecteaz i se execut ntr-o mare diversitate, att n ceea ce privete forma lor constructiv, ct i n ceea ce privete forma danturii, clasificarea lor se face dup mai multe criterii, avnd n vedere forma geometric a piesei care determin de cele mai multe ori i particulariti tehnologice de prelucrare.

Roile dinate utilizate n construcia de maini pot fi clasificate dup urmtoarele criterii:

Dup forma i poziia dinilor:

cu dantur dreapt interioar sau exterioar

cu dantur nclinat exterioar sau interioar

cu dantur n V sau VV

cu dantur profil evolventic

cu dantur profil cicloidal, arc de cerc, octoidal, spiral arhimedic

cu dini bombai

cu dini curbi

cu dini cu seciunea variabil (conici)

cu dini din boluri

Dup tipul de angrenaj pe care poate s-l formeze, n funcie de poziia relativ a axelor: angrenaje cu axe paralele

angrenaje cu axe concurente

angrenaje cu axe ncruciate la unghiul de 90 angrenaje cu axe ncruciate n spaiu

angrenaje cu axe fixe sau mobile

angrenaje cu cremalier

Dup forma roilor componente ale angrenajelor:

angrenaje cilindrice

angrenaje conice

angrenaje melcate

angrenaje hiperboloide

angrenaje necirculare cu roi avnd dini eliptici, spirali, parabolici.

Dup forma constructiv: roi dinate monobloc

roi dinate baladoare (formate din 2,3 i 4 roi dinate)

coroane dinate

roi dinate formate din mai multe buci

roi dinate cu un numr minim de dini (1-2) i cu un numr de dini nelimitat (cremaliere)

Dup materialele din care sunt confecionate roile dinate:

din aliaje feroase

din aliaje neferoase

din materiale plastice

din textolit, ebonit

din cauciuc vulcanizat

din lemn de esen tare

Dup modul de obinere a danturii, roile dinate pot fi realizate:

prin turnare

prin presare

prin tanare

prin trefilare

prin deformare plastic superficial

prin presarea pulberilor metalice sau a carburilor metalice

prin achiere

prin electrocoroziune

prin coroziune chimic

prin procedee combinate

Dup felul contactului n angrenare i dup raportul de transmitere:

cu contact liniar

cu contact punctiform

cu raport de transmitere variabil

2. ANALIZA FUNCIONAL, CONSTRUCTIV I TEHNOLOGIC A PRODUSULUI, STABILIREA ITINERARIULUI TEHNOLOGIC DE PRELUCRARE

Pentru prelucrarea roilor dinate, se folosesc materiale foarte diferite , cum ar fi: oeluri, fonte, bronzuri, alame, materiale plastice.

Aceste condiii formeaz un complex de criterii care trebuie s stea la baza deciziei asupra alegerii materialelor din care trebuie realizate roile conjugate, respectiv angrenajul.

2.1. Principalele elemente geometrice ale roii dinate i angrenajului

fig. 1

- nlimea dinilor h

Este limitat spre vrf de cercul exterior cu raze Re > Rb, iar n interior, de cercul interior Ri < Rb. Diferena Rb - Ri = c se numete joc de fund.

- Cercul de rostogolire trece aproximativ pe la jumtatea distanei dintre cercul de baz i cel exterior.

- Capul dintelui reprezint distana a dintre arcul de rostogolire i cel exterior.

- Piciorul dintelui reprezint distana b dintre cercul de rostogolire i cel interior.

ntre aceste mrimi exist relaia a + b = h

Deoarece flancul dintelui coboar puin sub cercul de baz b > a, zona activ a flancului dintelui este cuprins ntre Db i De.

- Pasul circular p se obine prin msurarea lungimii cercului pe cercul de rostogo- lire (numit cerc de divizare de raz Rr) ntre flancurile de acelai sens a doi dini alturai.

- Modulul m, numit i pas diametral, numrul de dini z al fiecrei roi dinate sunt parametrii de baz n calculul mecanismelor cu roi dinate.

Modulul se alege conform STAS 822 81

- Raportul de transmitere i poate fi exprimat prin raportul numerelor de dini al celor dou roi z1 i z2.

Distana dintre axele arborilor roilor dinate A = Rr1 + Rr2 poate fi exprimat prin parametrii de baz.

2.2. Schema de angrenare a unei perechi de roi dinate cilindrice cu dini drepi

fig. 2

notaii:

O1, O2 centrele respectiv axele de rotaie ale celor dou roi dinate

1, 2 vitezele unghiulare ale celor dou roi dinate

K1, K2 linie de angrenare, pe care se face contactul ntre dini i de-a lungul creia acioneaz fora ce se transmite de la o roat la cealalt.

unghiul de angrenare

c1, c2 cercurile de baz ale danturii

Rb1, Rb2 razele cercurilor de baz (cercul exterior)

Ri1, Ri2 razele cercurilor picioarelor dinilor (cercul interior)

P punctul primitiv, n care linia de angrenare intersecteaz linia centrelor i care este determinat pentru raportul de transmitere.

cr1, cr2 cercurile primitive (de rulare) care trece prin punctul p i care permit reprezentarea micrii roilor dinate, prin rostogolirea celor dou cercuri.

Rp1, Rp2 razele cercurilor primitive

Raportul de transmitere al angrenajului poate fi scris sub forma:

S1, S2 punctele de pe linia de angrenare, delimitate de cercurile exterioare.

2.3. Detalii constructive

Formele constructive i tehnologia fabricaiei roilor dinate depind n mare msur de dimensiunile roilor.

a). Cnd diametrul pinionului este mic, n loc ca el s se fixeze pe arbore prin pre

sare sau cu pene, se execut dintr-o bucat cu arborele.

Prin aceast construcie se evit prelucrarea suprafeelor cilindrice de presare i a locaurilor pentru pene, asigurnd i o centricitate mai bun. Nu se pot folosi materiale diferite pentru roat dinat i pentru arbore, ceea ce duce la risip de material, iar uneori arborele lung ngreuneaz prelucrarea danturii.

b). Cnd diametrul roii dinate este sub 500 mm, roile dinate se execut prin forjare sau matriare.

Cnd se depete diametrul de 500 mm se pot folosi roi dinate turnate ceea ce reduce valorile rezistenelor admisibile fa de construciile forjate.

Pentru economisirea oelurilor aliate deseori se folosesc construcii cu bandaje aplicate peste corpul executat din oel obinuit sau din font; bandajele sunt presate sau frezate peste cap i asigurate contra deplasrii prin pene sau prin uruburi.

La limi mai mari dect 500 mm se folosesc bandaje duble, ceea ce simplific operaia de presare i permite folosind dinii nclinai, s se evite forele axiale.

n unele cazuri, n locul danturii exterioare se folosete dantura interioar care prezint avantaje in ceea ce privete gabaritele transmisiei i posibilitile de ncrcare mai ridicate pe unitatea de lime a roii.

Fabricaia roilor cu dantur interioar este ns mai dificil, ceea ce frneaz nc rspndirea lor pe scar larg in construciile de maini.

2.4. Parametrii constructivi

Pentru construcia roilor dinate este recomandabil alegerea unor valori sau rapoarte constructive recomandate n practic.

Recomandrile pot fi concretizate astfel:

- pentru obinerea funcionrii fr zgomot, cu dini drepi, viteza periferic nu trebuie s depeasc 4 m/s.

- numrul minim de dini este de 17 20.

- raportul maxim de transmitere ntr-o treapt este de 6 8.

- raportul dintre limea roii L i distana dintre axe A.

- raportul maxim dintre lime i diametrul .

Materiale utilizate n construcia roilor dinate

i caracteristicile lor mecanice

Tabel 1

Materiale pentru roi dinateRecomandri de folosire

Felul materialuluiMarcaSTASTipul angrenajului. Condiii de folosire.

0123

Oeluri de uz general pentru construciiOL 50500/

2-80Roi dinate foarte puin solicitate, la viteze periferice mici sau moderate.

OL 60

OL 70

Oeluri carbon de calitate pentru tratament termic, destinate construciei de mainiOLC10

OLC 15880-80Roi dinate puin solicitate, la viteze periferice moderate (612 m/s) i sarcini cu oc

OLC 45

OLC 50

OLC 55

OLC 60Roi dinate puin solicitate, la viteze periferice mici (< 6 m/s). Mrcile de calitate superioar i coninut controlat de sulf pot fi folosite pentru roi dinate mediu solicitate, la viteze periferice moderate (612 m/s) i sarcini cu oc.

Oeluri aliate pentru tratament termic, destinate construciei de maini15 Cr 8791-80Melci. Roi dinate puternic solicitate, la viteze periferice mari i sarcini cu oc.

18 MnCr 10

21 MoMnCrRoi dinate puternic solicitate, la viteze periferice mari (> 12 m/s) i sarcini cu oc. Melci.

21TiMnCr12

28TiMnCr12Roi dinate pentru maini grele, la viteze periferice mari (> 12 m/s) i sarcini cu oc.

40 Cr 10

33 MoCr 11Roi dinate mediu solicitate, la viteze periferice mici-medii (4 12 m/s).

Oel carbon turnat n pieseOT 40-3

OT 50-3Roi dinate de dimensiuni mari, foarte puin solicitate.

Oel aliat turnat n pieseT35Mn14

T30SiMn121773-76Roi dinate de dimensiuni mari, mediu solicitate.

Bronz cu staniu turnat n pieseCuSn 14

CuSn 12Ni197/

2-76Roi melcate, pentru viteze de alunecare > 5 m/s.

Caracteristici mecanice ale oelurilor pentru piese tratate termic

Tabel 2

Marca

oeluluiDiametrul probei de tratament termicFelul

tratamen-tuluiLimita

de

curgere[MPa]Rezistena

la

traciune[MPa]Alungirea

la

rupere[%]Reziliena

KCU300/2

[J/cm2]Duritatea

Brinell

n stare recoapt

OLC 45-

16N

CR360

480610

700 84018

14-

40207

OLC 60-

16N

CR400

570700

830 - 98014

11-

-241

15 Cr 0811Cr460790 - 103010-174

18 MoCrNi 1311Cr8301080 14209-217

21 MoMnCo1211Cr8801180 - 15209-217

38 MoCrAl 0916Cr790980 11801039229

33 MoCr 11-I80010001290285

Compoziia chimic a oelurilor pe probe din metal lichid

Tabel 3

Compoziie chimic %

Marca de oelCMnSiCrNiMoAlte elemente

OLC 450,420,500,500,800,170,37----

OLC 600,570,650,500,800,170,37----

15 Cr 080,120,180,400,700,170,370,701,00---

18 MoCrNi 130,150,210,500,800,170,370,801,101,201,500,150,3-

21MoMnCr120,180,240,801,200,170,371,001,40-0,200,30-

38MoCrAl 090,350,420,300,600,170,371,351,65-0,150,25Al =

0,70..1,1

33 MoCr 110,30...0,370,6...0,90,170,370,9...1,2-0,150,30

Caracteristici fizico-mecanice ale unor materiale nemetalice folosite la fabricarea roilor dinate

Tabel 4

MaterialulGreutatea specific

[kg/dm3]Rezistena la traciune

[MPa]Rezistena la ncovoiere

[MPa]Rezistena la compre-siune

[MPa]Modulul de elasticitate

[MPa]Duritate BrinellAbsorbia de ap n 24 de ore

Textolit1,3-1,4500-8001000-13002000103(50-90)15-201,5-2,4

Pertinax1,35-1,45700-100010001400103(40-80)132,5-4,0

Lemn stratificat1,31100-140010001200-151-1,1

Fibr de sticla1,3800-200050 10312-

Datorit rezistenei la ncovoiere apropiat de cea a metalelor, precum i a valorii reduse a coeficientului de frecare, materialele neferoase (n special masele plastice i lemnul stratificat) au cptat rspndire n fabricaia roilor dinate

Se recomand fabricarea roilor dinate din materiale plastice acolo unde roile dinate din metale nu satisfac condiiile impuse. n raport cu roile din materiale metalice, roile dinate din materiale plastice prezint urmtoarele avantaje:

mers linitit fr zgomot;

greutate redus de 56 ori;

cost sczut;

rezisten la uzur i la aciunea agenilor chimici i atmosferici.

Datorit rezistenei reduse la temperaturi ridicate se folosesc pentru transmiterea de sarcini la viteze periferice mici i mijlocii.

Dintre materialele plastice folosite n construcia de roi dinate se menioneaz: celuloidul, acetil-celuloza, ebonita, textolitul, poliamida, policarbonaii, lemnul stratificat.

3. STABILIREA MATRICII DE PROPRIETI PE CARE TREBUIE S LE NDEPLINEASC PRODUSUL. IERARHIZAREA LOR I STABILIREA PONDERII DE IMPORTAN RELATIV

3.1.Alegerea preliminar a mrcilor de materiale

Materialul pentru roi dinate se alege n funcie de condiiile n care lucreaz angrenajul. Din acest punct de vedere trebuie s se cunoasc bine forele care solicit angrenajul, viteza periferic, caracterul solicitrilor (constante sau cu ocuri), condiiile de funcionare fr zgomot, condiiile de mediu.

n funcie de solicitri, se recomand:

1) pentru roi dinate cu ncrcri i viteze periferice reduse, cuprinse ntre 0,5 i 2 m/s se recomand folosirea aliajelor neferoase pe baz de zinc sau cupru, materiale termoplastice i aliaje feroase: oel i font;

2) pentru roi dinate cu ncrcri i viteze periferice medii, cuprinse ntre 2 i 8 m/s se recomand oeluri semidure nealiate sau slab aliate, precum i fonte. Aceste roi se ntlnesc la reductoare de dimensiuni mari , la unele maini de ridicat i transportat, la maini agricole, combine miniere etc.;

3) pentru roi dinate cu ncrcri i viteze periferice ridicate, cuprinse ntre 8 i 16 m/s, cu ncrcri mari pe dinte, cu ocuri n funcionare, se recomand oeluri aliate i nealiate. n cazuri de solicitri deosebit de mari, se recomand folosirea oelurilor nalt aliate, de cementare, de tipul Cr-Ni, Cr-Ni-Mn, Cr-Ni-W. Aceste roi se ntlnesc n cutiile de vitez de la mainile-unelte, nave autovehicule, avioane, turbine.

n vederea nlocuirii materialelor scumpe i deficitare , se folosesc pulberi metalice ale unor materiale mai ieftine, semifabricatele obinndu-se prin metalurgia pulberilor.

Se utilizeaz pulberi ale unor metale pure, compui chimici ai metalelor, sau amestecuri metalice, care prin presare i sinterizare asigur formarea semifabricatelor pentru roi dinate.

Calitatea materialelor metalice folosite la realizarea unei maini sau unei construcii determin alturi de concepia de proiectare i de tehnologia de fabricaie nivelul performanelor tehnico-economice pe care aceasta le poate atinge.

Pe plan mondial asistm la o sporire continu a preocuprilor pentru utilizarea raional a materialelor n general avnd ca obiectiv creterea eficienei i competitivitii mainilor, utilajelor i construciilor.

n vederea executrii roii dinate s-au ales preliminar urmtoarele mrci de oeluri:

OLC 45 (STAS 880-80), OLC 60 (STAS 880-80), 18 Mo Cr Ni 13 (STAS 791-80),

21 Mo Mn Cr 12 (STAS 791-80) i 33 Mo Cr 11(STAS 791-80)

3.2. Evaluarea plajei necesare pentru proprietile analizate i stabilirea calificativelor de apreciere

O utilizare raional a unui material nseamn de fapt prevederea sau utilizarea acelui material care ndeplinete cerinele minime de rezisten i durabilitate ale piesei n condiiile unui pre de cost minim.

Rolul proiectantului este foarte important att n stabilirea concepiei de baz a proiectului ct i n determinarea cerinelor minime impuse materialului i n alegerea acestuia. Experiena rilor industriale demonstreaz c trebuie s se in cont de dotarea tehnologic a ntreprinderii pentru a evita consumurile nejustificate de materiale scumpe . De aceea proiectantul are ntreaga responsabilitate pentru asigurarea unor performane satisfctoare ale piesei pe care o concepe la un pre de cost minim.

Astfel el trebuie s prevad pe lng marca de oel adecvat i condiiile tehnologice (tratamente termice, tehnologii de prelucrare etc.) care s permit obinerea n piesa finit a caracteristicilor tehnice necesare precum i metodele de control n msur s conduc la realizarea acestuia conform cerinelor impuse .

Tabel 5

Marca oeluluiTratament termicLimita de

Curgere [MPa]Rezistena la rupere [MPa]

Condiii de temperaturMedii de rcire

OLC 45C = 840C

r = 400Cap360610

OLC 60C = 820C

r = 580Culei

ap406965

21 MoMnCr 12C = 840C

r = 190Culei

ap8301186

18 MoCrNi 13C = 840C

r = 190Culei

ap7501092

33MoCr11C = C

r = Culei

ap8001150

3.3. Selecia materialului optim pe baza ponderii de importan relativ a proprietilor

La alegerea materialului proiectantul trebuie s gseasc soluia optim avnd n vedere unul sau mai multe din urmtoarele considerente :

a) valorificarea experienei proprii n realizarea pieselor cu destinaie similar;

b) utilizarea materialelor economice i uor procurabile;

c) valorificarea maxim a proprietilor tehnologice ale materialului astfel nct s se compenseze caracteristicile de rezisten, mai reduse ale acestuia;

d) dotarea i experiena tehnologic din ntreprinderea n care se va realiza piesa.

a) Valorificarea experienei proprii n realizarea de piese cu destinaie similar. Acest sistem s-a rspndit tot mai mult datorit urmtoarelor elemente:

1. Ofer proiectantului o siguran tehnic i psihologic mai mare ca urmare a folosirii unui material cunoscut i verificat.

2. Se permite o standardizare a materialelor folosite pentru anumite domenii de utilizare.

3. Se permite o unificare i standardizare a tehnologiei utilizate n ntreprinderile constructoare de maini.

4. Este uurat activitatea de aprovizionare.

b) Promovarea i utilizarea materialelor economice i uor procurabile

La stabilirea gamelor de materiale se ine cont de domeniul de utilizare i economic.

c) Valorificarea maxim a proprietilor tehnologice ale materialului

Dintre cele mai importante proprieti tehnologice ale roilor dinate fac parte comportarea la tratament termic, aptitudinea de prelucrare a materialelor plastice etc. Uneori proprietile tehnologice sunt antagoniste celor de rezisten mecanic fiind necesar stabilirea unui compromis optim.

d) Dotarea i experiena tehnologic din ntreprinderea constructoare de maini

Proiectarea economic a unui produs nu se poate face dect cunoscnd n amnunt dotarea tehnic din uzina executant.

Tabel 6

CaracteristiciValoareaNota

C1 temperatura de clireOLC 60 = 820C1

18 MoCrNi 13 = 840C2

21 MoMnCr 12 = 840C3

C2 temperatura de revenireOLC 60 = 580C3

18 MoCrNi 13 = 180C1

21 MoMnCr 12 = 190C2

C3 - costOLC 60 = 30 - 403

18 MoCrNi 13 = 20 - 302

21 MoMnCr 12 = 10 - 201

C4 - HBOLC 60 = 2411

18 MoCrNi 13 = 2172

21 MoMnCr 12 = 2173

Tabel 7

MARCA OELULUIC1C2C3C4

VALORINOTAVALORINOTAVALORINOTAVALORINOTA

OLC 60820158033012411

18 MoCrNi 13840218012022172

21 MoMnCr 12840319021032173

CALCULUL PONDERII DE INFLUEN

Tabel 8

C1C2C3C4

C1200

C2222

C3010

C4010

Ti22 + 1 +1 = 422

Pi0,200,400,200,20

Alegerea final a materialului folosit

Se efectueaz urmtorul calcul matriceal pentru a stabili materialul optim din gama de materiale selecionate anterior.

Conform calculului oelul ales va fi 21 MoMnCr 12 , deoarece lui i corespunde valoarea cea mai mare din matricea final i anume: 2,60.

4.ANALIZA I VERIFICAREA MATERIALULUI SELECTAT

4.1. Analiza din punct de vedere al caracteristicilor de rezisten

Pentru roile dinate greu solicitate, exploatate la viteze periferice ridicate (12-16 m/s) cu ncrcri mari pe dinte i ocuri n funcionare, se folosesc oeluri cu tenacitate mare, la care se aplic durificarea structural prin tratamente termice i termo-chimice.

Oelurile care se preteaz la confecionarea acestor roi dinate sunt cele nealiate sau aliate , iar n unele cazuri pot fi folosite i oelurile de mbuntire.

Roi dinate greu solicitate sunt considerate cel care alctuiesc cutiile de viteze pentru maini unelte, avioane, nave, turbine , autovehicule.

Caracteristica principal a acestor roi este limea redus a danturii, ceea ce are drept consecin dezvoltarea unor presiuni de contact mari pe flancuri, care conduce la apariia fenomenului pitting. De aceea se impune realizarea unei duriti mari pe flancurile dinilor (53-63 HRC).

4.2. Analiza procedeelor de durificare structural i a eventualelor procedee de tratamente termice

n funcie de domeniul de utilizare a roilor dinate apar anumite condiii predominante, dup care se alege materialul care le satisface ct mai complet. Prin faptul c oelul poate fi tratat termic (complet sau la suprafa) i are rezisten ridicat, el a fost introdus pe scar mare pentru executarea roilor dinate.

Numeroase organe de maini sunt solicitate local la tensiuni specifice zonelor de contact, fapt care impune realizarea pe aceste suprafee a unor duriti foarte mari prin aplicarea unui tratament structural.

Aceste tratamente structurale au ca obiectiv esenial creterea foarte mare a duritii suprafeei piesei n scopul mbuntirii rezistenei piesei la oboseal i la uzur meninnd o tenacitate ridicat.

Se pot distinge dou categorii mari de asemenea tratamente:

1) Clire dup tratamente termochimice

2) clire dup nclzire superficial.

Alegerea ntre aceste dou metode de durificare se face att n funcie de cerinele impuse piesei respective ct i de dotrile existente n uzinele care vor confeciona piesele propriu-zise.

Pentru materialele utilizate la fabricaia roilor dinate prezint importan (n afara rezistenei la limita de curgere, a rezistenei de rupere i la oboseal) i rezistena la presiunea de contact.

Aceast rezisten este direct legat de durificarea suprafeei i depinde de felul tratamentului termic.

4.3.Verificarea comportrii la solicitri variabile a materialului

Materiale pentru roi dinate cu ncrcri i viteze reduse

Pentru ncrcri pe dinte reduse i viteze periferice mici cuprinse ntre 0,3 i 2 m/s se aleg aliaje neferoase pe baz de font cenuie i oelurile.

n industria aparatelor de msur este necesar o precizie cinematic mare, de exemplu la aparatele nregistratoare de diverse tipuri, la mainile de calcul, sunt preferabile aliajele neferoase: bronzul, alama i aliajele de aluminiu, iar unde vitezele i solicitrile sunt reduse, roile dinate se execut din tabl de oel sau aliaje neferoase.

Din grupa roilor mai puin solicitate fac parte i unele mecanisme acionate manual, cum sunt: cricurile , unele trolii. Aceste roi au dimensiuni mai mari i ele se realizeaz din oeluri nealiate, semidure i uneori din fonte cenuii Fc250, Fc300.

Tehnologia de realizare a semifabricatului este turnarea sub presiune n cochil sau cu modele uor fuzibile sau turnarea n forme de pmnt.

Materiale pentru roi dinate cu ncrcri i viteze medii

Pentru roile dinate supuse la solicitri variabile, exploatate la viteze mici i mijlo- cii (2-8 m/s), sunt recomandate oeluri semidure nealiate i slab aliate susceptibile a fi mbuntite. Aceste roi sunt utilizate n diverse domenii.

De exemplu, la unele reductoare de dimensiuni mari ntlnite la acionarea morilor i cuptoarelor de ciment, unele maini de ridicat i transportat, maini agricole, combine miniere.

Semifabricatele se obin prin turnare, din fonte sau oel, unele semifabricate se obin din laminate.

Materiale pentru roi dinate greu solicitate i la viteze periferice ridicate

Pentru roi dinate greu solicitate, exploatate la viteze periferice ridicate (1216m/s) cu ncrcri mari pe dinte i ocuri n funcionare, se folosesc oeluri cu tenacitate mare, la care se aplic durificarea superficial prin tratamente termice i termochimice.

Oelurile care se preteaz la confecionarea acestor roi dinate sunt cele nealiate sau aliate, iar n unele cazuri pot fi folosite i oelurile de mbuntire.

n cazurile n care solicitrile sunt deosebit de mari, este indicat a se folosi oeluri nalt aliate, de cementare, cum sunt oelurile: Cr Ni, Cr Ni Mo, Cr Ni W.

Folosirea oelurilor cu Ni este recomandabil, deoarece Ni confer rezisten mare acestor roi.

4.4.Analiza comportrii tehnologice a materialului

O serie de tratamente termice i termo-chimice sunt aplicabile n scopul creterii gradului de prelucrabilitate (recoacere, detensionare), creterea durabilitii i fiabilitii n funcionare (cementare, clire, revenire) sau n scopul durificrii suprafeelor cum sunt tratamentele speciale (cianizarea, surfizarea, feroxarea, fosfatarea, iononitrurarea).

Deci pentru a influena i mbunti prelucrabilitatea oelurilor i a fontelor pentru confecionarea roilor dinate este necesar s se acioneze prin tratamente termice asupra materialelor n vederea mbuntirii condiiilor de prelucrarea prin achiere.

n cazul roilor dinate obinute din semifabricate forjate se recomand ca temperatura de forjare s fie 1000-1250oC, pentru a se evita apariia fisurilor i crpturilor. Dac unele roi dinate mici i pinioane se prelucreaz la rece (prin extrudare sau matriare la rece) mai trebuie aplicat un tratament termic de recoacere.

Oelurile de nitrurare se utilizeaz pentru roile dinate supuse la uzuri puternice, deci greu ncrcate. Elementele de aliere formeaz nitruri dure i stabile. Pot fi nitrurate oelurile 38MoCA09 i 39MoCA06 pentru roi solicitate la uzur (roi dinate, pinioane, roi de lan, melci, cremaliere). Aceste oeluri sunt supuse unor tratamente termice de mbuntire: clire dubl i revenire.

Duritatea stratului nitrurat scade pe adncime. Nitrurarea se face la o temperatur de circa 500-600o C n funcie de compoziia oelului, grosimea stratului ajungnd pn la 0,8 mm ntr-un timp de circa 40-60 de ore n dou etape succesive.

5. VARIANTE TEHNOLOGICE DE OBINERE A CARACTERISTICILOR IMPUSE MATERIALULUI

5.1. Alegerea tratamentelor termice primare

Tratamentele termo-fizice i termo-chimice sunt larg utilizate n tehnologia de execuie a roilor dinate. Tratamentele termice aplicate acestei categorii de piese depind att de materialul din care se execut acestea , de rolul i scopul funcional pe care l au, ct i de modul cum a fost obinut semifabricatul (turnat, forjat, laminat).

Pentru a influena i mbunti prelucrabilitatea oelurilor i a fontelor pentru confecionarea roilor dinate este necesar s se acioneze prin tratamentele termice asupra materialelor n vederea mbuntirii condiiilor de prelucrare prin achiere.Pentru a releva importana tratamentului termic, pentru funcionarea n viitor a roii dinate , se poate afirma c un tratament termic greit este mai neavenit dect o alegere necorespunztoare a materialului.

Orice tratament termic poate avea asupra materialelor pentru roi dinate o serie de efecte printre care:

- modificarea strii structurale a materialului roilor dinate, cu efecte pozitive asupra caracteristicilor mecanice;

- modificarea tensiunilor interne din roata dinat, ceea ce conduce la mbuntirea preciziei dimensionale a acestora;

- mrirea duratei de exploatare;

- mbuntirea posibilitilor de a fi prelucrate cu scule achietoare.

Tratamentul termic de revenire se face la temperaturi de 5000C 5700 C n instalaii cu bi de sruri sau cuptoare cu circulaie forat de aer n cicluri de 3 reprize a cte o or fiecare.

RECOACEREAAcest tratament termic se aplic mai des materialelor pentru roi dinate n scopul mbuntirii prelucrrii lor prin achiere.

Pentru anumite oeluri recoacerea ce se face la o temperatur mai sczut (7400C) este mai economic dect cea efectuat la temperatur mai ridicat (9000C). Este recomandabil ca recoacerea la temperaturi mai joase, s se aplice oelurilor din care se vor confeciona roi dinate, fr preuri prea mari privind sarcinile pe care le transmit.

NORMALIZAREA

Tratamentul termic de normalizare este de fapt o variant a recoacerii, aplicat pe scar larg pentru mbuntirea prelucrrii prin achiere a oelurilor din care se fabric roi dinate. Temperaturile la care se face normalizarea sunt hotrtoare. Dup operaia de normalizare se face o revenire, realizndu-se structuri care permit viteze de achiere mrite.

Numai prin aplicarea unei simple normalizri nu se pot obine rezultate spectaculoase privind prelucrarea oelurilor destinate confecionrii de roi dinate, fapt ce conduce la un consum mare de scule i energie.

5.2. Alegerea tratamentelor termice secundare

Tratamentul termic secundar se realizeaz pentru obinerea proprietilor mecanice proiectate. O extindere deosebit o cunosc tratamentele n vid, care se caracterizeaz printr-o difuzibilitate superioar fa de mediul oxidant.

Roile dinate executate din oeluri care pot fi tratate termic trebuie s satisfac dou condiii de baz: s aib att proprieti mecanice (rezisten, plasticitate) mai ridicate i s posede proprieti tehnologice bune (deformare plastic, achiere, clibilitate).

Aceste oeluri se mpart n:

oeluri de cementare

oeluri de mbuntire

Oelurile de cementare se supun dup tratamentul termo-chimic, de carburare a suprafeelor dinilor (sau a roilor) mici, tratamentul termic de clire dup care se execut o revenire joas.

Tratamentul termic primar, cel mai indicat pentru semifabricatele pentru roi dinate este revenirea nalt, aproape de punctul A1.

Se poate aplica i un tratament de mbuntire cu clire total n ulei i o revenire nalt. Tratamentul final al roilor dinate fabricate din oeluri de cementare const m mbogirea stratului superficial de carbon sau azot, durificarea acestui strat prin clire, ajunge la structura martensitic.

Oelurile de mbuntire din care sunt executate roile dinate (care au un coninut de carbon de 0,25 0,65%) pot fi supuse unor solicitri mai reduse i sunt de dimensiuni mai mici. Oelurile de mbuntire sunt supuse n general la un tratament termic de clire i revenire la temperatur nalt.

5.3. Alegerea parametrilor tehnologici pentru durificare superficial

Foarte multe piese sunt solicitate local la tensiuni n zonele de contact, care pot fi durificate prin tratamente pentru durificare superficial. Prin aceste tratamente duritatea superficial crete i astfel se mbuntete rezistena la oboseal i uzur.

Tratamentele pentru durificare superficial se fac fie pornind de la oeluri de carburare clite, fie de la oeluri de mbuntire clite superficial. Alegerea acestora se face n funcie de condiiile impuse piesei respective, adic pornind de la caracteristicile de rezisten cerute n seciunea piesei din axa central pn la suprafa.

La oelurile pentru durificare superficial se are n vedere duritatea piesei nainte de tratament, care influeneaz nivelul duritii la care se poate ajunge dup clire.

6. STABILIREA METODELOR DE VERIFICARE A CARACTERISTICILOR I A CALITII MATERIALELOR

6.1. Stabilirea caracteristicilor de material i a tratamentelor termice nscrise n documentaia de execuie

Pentru roi dinate foarte puternic solicitate la viteze periferice mari (> 12 m/s) i sarcini de oc s-au ales oeluri aliate pentru tratament termic destinate construciei de maini 18MoCrNi13.

Oelurile ferito-perlitice sau termostabile (bainitice) , care cuprinde oeluri carbon i aliate cu Mo, Cr-Mo i alte elemente de aliere ce se utilizeaz pentru roi dinate care lucreaz n fluide calde , dau mrcile din aceste grupe: OLK1, OLK2OLK5, OL35K, 18MoCrNi13.

Tratamentele termice la aceste oeluri sunt hotrtoare pentru obinerea proprietilor corespunztoare temperaturilor ridicate . Numai obinerea unei structuri ferito-bainitice cu carburi formate n urma unui tratament de normalizare i revenire nalt asigur caracteristicile maxime cerute acestor oeluri.

6.2. Controlul calitii semifabricatului

Natura semifabricatului pentru roi dinate cilindrice depinde de dimensiunile i forma piesei, de condiiile tehnice prescrise, de materialul impus i de caracterul produciei , n raport cu rolul funcional al roii dinate i de economicitatea procesului de semifabricare.

Tipuri de semifabricate:

a) arbori cu roi dinate cilindrice matriate

b) arbore pinion cilindric matriat

6.3. Verificarea structurii i a proprietilor dup tratamentul termic

secundar

Tratamentul final al roilor dinate fabricate din oeluri de cementare const n mbogirea stratului superficial cu carbon sau azot , durificarea acestui strat prin clire i ajungerea la structura martensitic.

n urma acestui tratament cresc proprietile de exploatare ale roilor dinate i n special rezistena la uzur i presiunea de contact a dinilor.

Roile dinate sunt introduse n cutii metalice care conin un amestec de carburare i meninute ntr-un cuptor la temperatura de 900-980o C mai multe ore.

Durata de meninere depinde de adncimea stratului carburant care trebuie obinut.

Verificarea aspectului se face cu ochiul liber . Adncimea defectelor de suprafa se verific prin msurare.

Verificarea dimensiunilor se face cu mijloace obinuite de msurare.

Dup terminarea carburrii cutiile se scot din cuptor i se rcesc n aer.

Exemplul 2

ALEGEREA MATERIALULUI PENTRU O FREZ CILINDRO-FRONTAL 50 CU CON MORSE III

Noiuni generale

Transformarea semifabricatelor n produse finite se poate face prin procedee mecanice care constau n detaarea sub form de achii, a surplusului din materialul al acestora. Procedeul, denumit prelucrare prin achiere sau achierea, se efectueaz manual sau cu ajutorul mainilor unelte. n ambele cazuri, achierea se realizeaz prin intermediul unor scule achietoare. La achiere concur cinci factori, care alctuiesc mpreun un sistem scul, pies, dispozitiv, mainunealt, portscul, i care se afl ntr-o permanent interdependen n cursul procesului de achiere. Piesa de prelucrat se fixeaz pe mainaunealt iar achierea se produce ca urmare a micrii relative dintre pies i scul.

Cnd achierea se face cu o scul achietoare cu mai multe tiuri achierea se numete frezare- iar scula achietoare se numete frez.

Frezarea se poate face pe suprafae plane, cilindrice sau profilate. Necesitatea de adaptare a procedeului de frezare la diferite cazuri de prelucrare a dus la forme speciale de scule pentru frezat. Conform STAS 4705 frezele se clasific n:

a) Dup felul suprafeei pe care se gsesc dinii:

freze cilindrice cu dinii pe suprafaa cilindric exterioar

freze frontale cu dinii pe suprafaa frontal

freze unghiulare cu dinii pe suprafaa conic

freze disc cu dinii pe dou sau pe trei fee

freze profilate cu dinii pe o suprafa oarecare de revoluie

b) Dup construcia dintelui

freze cu dini frezai

freze cu dini detalonai

freze cu dini demontabili

Frezele profilate, frezele modul i frezele de filetat se execut cu dinii detalonai, iar

celelalte tipuri de freze se execut cu dini frezai.

Frezele cu dini frezai prezint avantaje n comparaie cu frezele cu dini detalonai:

execuie i reascuire simple

condiii de achiere mai bune din cauza unghiului de degajare pozitiv

pe msura reascuirii rezistena dintelui crete

la frezele cu dini detalonai pe msura reascuirii rezistena dintelui scade

pentru acelai diametru frezele cu dini frezai pot avea un numr mai mare de dini

Dezavantaje:

imposibilitatea folosirii lor pentru prelucrarea unor suprafee profilate din cauz c profilurile dinilor sufer schimbri dup reachiere

micorarea n urma reachierii a polului dinilor unde se adun ahiile.

Frezele cu dini frezai se utilizeaz la prelucrarea suprafeelor plane, iar cele cu dini detalonai la prelucrearea suprafeelor profilate.

c) Dup forma dintelui

freze cu dini drepi

freze cu dini elicoidali

freze cu dini n direcii diferite

Frezele cu dini drepi au o execuie mai simpl, ns prezint dezavantaje: - sarcina variabil asupra dintelui n timpul achierii, provoac ocuri puternice i vibraii ale mainii i n timpul achierii, achia nu poate iei din golul dintelui, ceea ce limiteaz adncimea de achiere.

Frezele cu dini elicoidali prezint avantaje fa de frezele cu dini drepi:

-numrul de dini care lucreaz concomitent nu depinde de adncimea achieri, ci de limea frezei lucrnd n felul acesta mai linitit i achia poate iei datorit golului elicoidal.

d) Dup forma suprafeei prelucrate

- freze pentru prelucrarea suprafeelor plane

- freze pentru canale i canaluri

- freze pentru prelucrarea suprafeelor profilate

- freze pentru filetat

- freze pentru retezat.

e) Dup modul de fixare n alezajul arborelui principal al mainii unelte

- freze coad conic sau cilindric

- freze cu alezaj pentru fixare pe dorn

f) Dup felul construciei

- freze dintr-o bucat

- freze cuplate

g) Dup sensul canalelor elicoidale

- freze cu canale elicoidale pe dreapta

- freze cu canale elicoidale pe stnga

- freze cu dini drepi.

Frezele cu coad au diametrul mic se fixeaz cu coada conic direct n alezajul arborelui principal al mainii sau cu coada cilindric n mandrine, care se fixeaz apoi n alezajul conic al arborelui principal . Frezele cu diametrul peste 100 mm se construiesc sub form de capete de frezat. Ele sunt prevzute cu cuite fixate la periferia scalei, folosind n general pentru degroare.

1. ANALIZA FUNCIONAL, CONSTRUCTIV I ITINERARIUL

TEHNOLOGIC DE PRELUCRARE

ELEMENTE DE ACHIERE

Principalele elemente de achiere sunt:

a) viteza de achiere v- a celui mai deprtat punct al tiului de axa frezei

D = diametrul maxim al frezei [mm]

n = turaia frezei [rot /min]

b) - unghiul de contact n grade corespunztor arcului de contact al frezei cu piesa, msurat ntr-un plan perpendicular pe axa frezei

t = adncimea de frezare [mm]

c) - avansul pe minut Sm- [mm/min] adic viteza rectilinie a mesei

d) avansul pe rotaie - Sr- [mm/rot]

n = rotaia frezei

e) - avansul pe dinte Sd- [mm/dinte]

z - numrul total de dini

f) - adncimea de frezare -t- care este proiecia arcului de contact pe un plan perpendicular pe direcia avansului.

g) limea de frezare -b- limea suprafeei frezate msurat dup o direcie paralel cu axa frezei.

h) limea de frezare -B- lungimea de contact a taisului unei dinte cu piesa.

i) grosimea achiei -a- distana dintre dou suprafee de achiere generate de taisurile a doi dini consecutive msurat n direcie radial.

Pentru construcia propriu-zis a frezei cilindro-frontal cu con morse III se parcurge urmtorul itinerariu tehnologic:

alegerea semifabricatului necesar execuiei frezei. Se alege un semifabricat tip bara laminat cu seciune circular i lungimea corespunztoare

debitarea materialului

se execut gauri de centrare la ambele capete

se strunjete partea cilindric

se strunjete partea conic

se execut gaura n coada conic pentru execuia filetului ce ajut la fixarea frezei n dornul mainii

se execut filetarea

pe partea cilindric i frontal se taie dinii nclinai prin operaia de detalonare

Detalonarea const n prelucrarea feelor de aezare ale unor scule achietoare dup o traiectorie directoare curb cu scopul de a menine forma profilului tiurilor i unghiul de aezare dup reascuirea sculei de pe faa de degajare.

Operaia de detalonare se execut prin strunjire sau rectificare pe strunguri de detalonat sau pe maini speciale de detalonat. n cazul frezelor cilindrice cu dini nclinai detalonarea este cu avans ce se obine prin trei micri i anume: micarea de rotaie a piesei P, micarea rectilinie alternativ de detalonare pe care o va executa scula S i micarea de avans determinat de condiiile de realizare optim a procesului de achiere.

T.T ( clirea + revenire)

se face ascuirea frezei

control final

3. STABILIREA MATRICII DE PROPRIETI PE CARE TREBUIE S LE NDEPLINEASC PRODUSUL

3.1. Alegerea preliminar a mrcilor de materiale

Alegerea unui oel de scule este o ploblem complex care implic colaborarea strns ntre sculer, tehnologul din construcia de maini i inginerul metalurg.

La alegerea oelului destinat fabricrii unui anumit tip de scul se are n vedere msura n care condiiile de lucru specifice operaiei de prelucreare respectiv sunt acoperite de proprietile de utilizare ale oelului: duritatea, rezistena la uzur, tenacitatea, stabilitate la cald, conductivitatea termic, etc. ct i de modul n care proprieile tehnologice ale oelului: capacitate de prelucrare plastic, stabilitatea fa de supranclzire, capacitatea de prelucrare prin achiere, etc. asigur obinerea unei scule corespunztoare.

1 Dintre propritile de utilizare a oelurilor de scule trei sunt considerate de regul, ca deosebit de importante pentru majoritatea tipurilor de scule i anume:

2 - rezistena la uzur

3 - tenacitatea la temperature de lucru

4 - duritatea la temperatura de lucru

1) Rezistena la uzur - depinde de:

- duritate

- compoziia chimic

- natura, fineea constituenilor structurali ( n special a carburilor)

- rezistena materialului de prelucrat

- mrimea eforturilor dintre scul i material

- coeficientul de frezare ntre scul i material

2) Tenacitatea - este o rezultant a duritii i ductilitii unei oel ntr-o anumit stare de tratament termic

Tenacitatea unui oel utilizat ntr-o scul este funcie de:

- compoziia sa chimic

- structur

- temperatura suprafeei

- starea suprafeei acesteia

- temperature de lucru a sculei

- adncimea de clire

3) Duritatea la temperatura de lucru - denumit i duritatea la cald este o msur a capacitii oelului de scule respectiv de a-i pstra la temperatura de lucru structura i proprietile corespunztoare unei comportri normale a sculei.

Evaluarea plajei necesare pentru proprietile analizate i stabilirea calificativelor de apreciere

La alegerea oelurilor pentru scule achietoare trebuie s se in seama de corelaia dintre

regimul de achiere, durabilitatea sculei i materialului de prelucrat.

n cazul general, ntre parametrii de achiere ai diferitelor operaii de prelucrare sunt stabilite relaii de forma:

n care: v = viteza de achiere

HB = duritatea materialului de prelucrat

C = coeficient prin care se ine seama de tipul operaiei

K = coeficient prin care se ine seama de materialul sculei

S = parametrul de intensitate a achierii ( adncime, avans, etc)

T = temperature de lucru

m, y, n = coeficini specifici materialului de prelucrat

De reinut este faptul c la fabricarea de scule achietoare se pot utiliza:

oeluri carbon scule

oeluri aliate

oeluri rapide

Pe tipuri de scule achietoare caracteristica predominant n exploatare este prezentat n tabelul de mai jos:

Tipul sculeiCaracteristci predominanteNivelul caracteristicii

Cuite de strungRezistena la uzur4-9

Duritatea la rou1-9

BurghieTenacitatea1-3

Rezistena la rou1-9

AlezoareDuritatea1-9

Rezistena la uzur3-9

TaroziRezistena la uzur3-9

FrezeDuritatea la rou6-9

Rezistena la uzur6-9

Tenacitatea1-3

Caracteristici principale ale oelurilorpentru diferite operaii executate de scule

Operaia executat de sculeCaracteristici principale impuse oelului de sculeCarteristici secundare impuse oelului de sculeCondiii de lucruNivelul caracteristicilor impuse oelului pentru:Clase posibile de oeluri

rezisten la uzurtenacitateduritate la cald

AchiereRezistena la uzur i stabilitatea caracteristicilor de rezisten la caldTenacitateAvans i viteze de achiere reduse

Avans i viteze de achiere mari4-8

7-91-3

1-31-6

8-91.1; 2.1;

2.2; 4.0

2.1; 2.2;

2.3; 2.4

TiereRezistena la uzur i tenacitateSigurana la tratament termic de durificare i stabilitate dimensionalGrosime mic:

- serie mic

- serie mare

Grosime mare:

- serie mic

- serie mare4-6

6-9

2-4

3-51-7

1-7

7-9

7-9a)

a)

a)

a)1.1; 2.0

2.0; 4.0

1.1; 3.0

3.0

a) devine condiie numai n cazul lucrului la cald

Simbolizarea propus a principalelor grupe de oeluri de scule

Nr.

crtDenumirea clasei de oeluri de sculeSimbolizarea claseiMrcile sunt prezentate n tabelul

1.Oeluri carbon pentru prelucrare la rece

oel carbon de scule

oel carbon obinuit1.0

1.1

1.2-

4.1

-

2.Oeluri aliate pentru prelucrare la rece

- oeluri rezistente la uzur

- oeluri foarte rezistente la uzur

- oeluri rezistente la ocuri

- oeluri cu rezisten sporit n anumite medii corosive2.1

2.2

2.3

2.44.2

4.3

4.4

4.5

3.Oeluri pentru prelucrare la cald3.05.1

4.Oeluri rapide de scule4.06.1

La alegerea oelului destinat fabricrii unui anumit tip de scul se are n vedere msura n care condiiile de lucru specifice operaiei de prelucrare respectiv sunt acoperite de proprietile de utilizare ale oelului (duritate, rezisten, tenacitate, stabilitate la cald, conductibilitate termic, etc.), ct i de modul n care proprietile tehnologice ale oelului (capacitate de prelucrare plastic, stabilitate fa de supranclzire, capacitate de prelucrare prin achiere, etc.) asigur obinerea unei scule corespunztoare. Trebuie menionat c de fapt ntre cele dou grupe de proprieti (de utilizare i tehnologice) nu exist dect o delimitare convenional i deci, n funcie de tipul i condiiile de fabricare a sculelor, unele din proprietile de utilizare pot fi considerate proprieti tehnologice.

Dintre proprietile de utilizare ale oelurilor de scule, trei sunt considerate de regul, ca deosebit de importante pentru majoritatea tipurilor de scule i anume: rezistena la uzur, tenacitatea i duritatea la temperatura de lucru.

Mrci de oel carbon de scule i principalele lor domenii de utilizare

Marca de oelCompoziia chimic, %Principalele domenii de utilizareStandardul care reglementeaz condiiile tehnice de calitate

CMnSi

OSC 111,05-1,400,15-0,350,15-0,35Scule supuse la lovituri mici, care necesit tiuri ascuite: filiere, freze, burghie, calibre, ferstraie pentru metale, etc. STAS 1700-80

Mrci de oel aliat rezistent la uzur i principalele lor domenii de utilizare

Marca de oelCompoziia chimic, %Principalele domenii de utilizareStandardul care reglementeaz condiiile tehnice de calitate

CMnSiCrNiAlte elemente

90 VCr100,80-1,000,20-0,600,15-0,400,80-1,50-V=0,20Alezoare, freze, cilindri, poansoane, lame pentru foarfece, matrie de refulare la rece, scule pentru lemn, matrie pentru tragereAISI

Mrci de oel rapid i principalele lor domenii de utilizareMarca oeluluiCompoziia chimic %Principalele domenii de utilizareStandardul care reglementeaz condiiile tehnice de calitate

CMnSiCrWMoV

Rp41,17-1,27Max.

0.40Max.

0,453,80-

4,506,00-

6,704,70-

5.202,70-

3,20Fabricarea de scule achietoare cu randament ridicat, ca: freze, alezoare puternic solicitate, dornuri, poansoane i matrie pentru extrudareSTAS 7382-88

Rp90,95-1,03Max.

0.40Max.

0,453,80-

4,502,70-

3,002,50-

2,802,20-

2,50Oel rapid economic pentru scule achietoare supuse la uzur puternic n regim termic moderat, burghie frezeSTAS 7382-88

Proprietile de utilizare ale oelurilor rapide

Marca oeluluiRezistena la uzurTenacitateaDuritatea la rouClibilitateaDuritatea HRC

clitrevenit

Rp18.12.28.4Ad6063-66

Rp28.22.18.5Ad6063-66

Rp37.33.18.2Ad6063-66

Rp48.52.18.4Ad6366-68

Rp57.23.28.3Ad6063-66

Rp97.23.28.3Ad6063-66

Rp103.37.18.1Ad6063-66

Stabilirea matricii de proprieti

OelulCaracteristiciValoareaNota

OSC 11Rezistena la uzurC142

TenacitateC231

DuritateC311

Temperatura de clireC4760-790oC3

CostC520....30 RON3

90 VCr 10Rezistena la uzurC12-31

TenacitateC24-63

DuritateC322

Temperatura de clireC4760-820oC2

CostC525....40 RON3

RP4Rezistena la uzurC18,53

TenacitateC22,12

DuritateC38,43

Temperatura de clireC41180-1220oC1

CostC535....50 RON2

RP9Rezistena la uzurC17,23

TenacitateC23,23

DuritateC38,33

Temperatura de clireC41180-1220oC1

CostC535....50 RON2

Legend: Nota 1 - satisfctoare

Nota 2 - bun

Nota 3 - foarte bun

Marca oeluluiNOTA

C1C2C3C4C5

OSC 1121133

90 VCr 1013223

RP432312

RP933312

Calculul ponderii de influen

C1C2C3C4C5

C11020

C21101

C32221

C41111

C50002

Ti44263

Pi0,210,210,100,310,15

Ti = 19

P1 +P2 +P3 +P4 +P5 1

Alegerea final a materialului folosit

Se efectueaz urmtorul calcul matriceal pentru a stabili materialul optim din gama de materiale selecionate anterior.

x = =

= =

Conform calcului oelul ales va fi RP9 deoarece i corespunde valoarea cea mai mare i anume 2,17.

4. ANALIZA I VERIFICAREA MATERIALULUI SELECTAT

4.1. Analiza din punct de vedere al caracteristicilor de rezisten

1. Caracteristici macroscopice

La verificarea n ruptur sau pe probe tiate din seciunea transversal a produsului

n stare de livrare, dup atac cu reactive metalografici oelul nu trebuie s prezinte defecte ca urmare de retasur, poroziti, sulfuri, fulgi, crpturi i incluziuni nemetalice, stratificri vizibile cu ochiul liber.

Porozitatea maxim general sau central nu trebuie s depeasc punctajul 2 conform STAS 14961/1-85.

La cererea beneficiarului, la produse cu grosimi peste 80 mm se poate face verificarea segregaiei de sulf (amprenta Baumann). Scara etalon i punctajul admisibil se stabilescla nelegere.

2. Caracteristici microscopice

Punctajele admisibile determinate prin metoda cementrii sau a oxidrii conform STAS 9180-80 se stabilesc la nelegere ntre pri, fr ca limitele mrimii gruntelui austenitic s depeasc 3 intervale.

Punctajele admisibile pentru coninutul de inluziuni nemetalice

VERIFICAREA

SCARA DE ETALONAREDiametrul sau grosimea

Pn la 65 mm inclusivePeste 65 mm

Punctajul maxim admis

VPC-Max.9 pete cm2La nelegere

VSC620.3La nelegere

5. VARIANTE TEHNOLOGICE DE OBINERE A

CARACTERISTICILOR IMPUSE MATERIALULUI

Trebuie semnalat, de asemenea, c performane ridicate la achiere impun ca oelul rapid s aib o rezisten la uzare ridicat care este influenat de compoziia i duritatea matricei, de cantitatea, mrimea i distribuia carburilor de tip M2C i MC. Obinerea unei matrice bogate n carbon i elemente de aliere, implic practicarea unor temperature ridicate la clire, ceea ce poate avea o influen negativ asupra granulaiei i, respective, tenacitii. Rezult deci c va trebui realizat un compromis ntre necesitatea realizrii unei rezistene de uzare ridicate i, respective, asigurarea minimului de tenacitate pentru utilizarea sculei n exploatare. Nu mai puin adevrat este faptul c asupra comportrii n exploatare a sculei, o influen sensibil o poate avea i tehnologia de elaborare, turnare i, respectiv, forjare n cadrul aceleeai mrci i, respectiv, duritatea dup tratament termic.

Se fac urmtoarele precizri:

1) Structura oelurilor rapide n stare turnat este caracterizat prin marea ei

neomogenitate i prin prezena unei reele de ledeburit. Prelucrarea plastic distruge reeaua de ledeburit, structura obinut constnd dintr-o mas de perlit sorbitic i benzi (iruri) de carburi. n funcie de dimensiunea semifabricatului i marca oelului, sunt admise diferite punctaje (v. STAS 7382).

2) Stabilitatea la supranclzire a oelurilor rapide este ridicat ca urmare a prezenei unei cantiti mari de carburi n exces.

3) Valoarea duritii n stare clit, caracteristic unei mrci, depinde n msur

nsemnat de temperature de clire, durata de meninere. Influeneaz, de asemenea, gradul segregaiei dendritice, precum i durata, respectiv, temperatura de recoacere. Influena de clire asupra valorii duritii este explicat prin modificrile ce au loc n construcia fizic a oelului rapid i prin cantitatea de austenit rezidual. Scderea valorii duritii, cu creterea temperaturii de recoacere i chiar, n anumite condiii, cu durata de meninere la aceast temperatur, este rezultatul transformrii unei pri din carbura Fe2W3C n carburi de tipul WC i W2C, care, practic, la nclzirea pentru clire nu se dizolv n austenit.

4) Duritatea n stare revenit este funcie de temperatur, respectiv de modul n care sunt asigurate condiiile de desvrire a principalelor procese ce pot avea loc n timpul revenirii.

5) Stabilitatea la cald depinde de gradul de aliere al soluiei solide i de modificrile pe care oelul le sufer n urma diverselor operaii de nclzire. La aceeai compotiie chimic, stabilitatea la cald este influenat de gradul de dezvoltare a segregaiei de carburi. Conform STAS 7382-88, se consider c stabilitatea la cald a oelului rapid este corespunztoare, dac duritatea epruvetelor nu scade sub 58 HRC dup 4 h de revenire la urmtoarele temperaturi 620oC- mrcile Rp3, Rp5; Rp9; Rp10; 630oC- marca Rp1; 640oC- marca Rp2. 6. STABILIREA METODELOR DE VERIFICARE A

CARACTERISTICILOR I A CALITAII MATERIALELOR

Verificrile i proporia verificrilor, metodele de verificare i interpretarea rezultatelor se face conform tabelului de mai jos:

VerificareaProporia verificrilorMetode de verificareInterpretarea rezultatelor

Verificarea aspectuluiToate elementele lotului Cu ochiul liberSe verific toate elementele lotului, se accept cele corespunztoare

Verificarea dimensiunilorPe 10% din elementele lotuluiCu mijloace obinuite de verificarencercrile care ne dau rezultate necorespunztoare se repet pe un numr dublu de epruvete. Dac o singur prob sau epruvet nu ne d rezultate necorespunztoare tot lotul se respinge

Vericficarea compoziiei chimice pe produs O prob pe lotConform STAS 2015 i STAS 11564-82

ncercarea de duritate BrinellDou probe pe lotConform STAS 165-83

Verificarea macrostructuralPe 5% din elementele lotuluiCu ochiul liber pe produsele tiate dup pregtirea conform STAS 4203-73i STAS 11931-83

Verificarea adncimii stratului decarburatPe 2 probe pe lot din elemente diferiteConform STAS 6258-73

Control defectoscopic nedistructivConform standardelor de produsConform precizrilor din contractProdusele necorespunztoare toate se resping

Exemplul 3

ALEGEREA MATERIALULUI PENTRU UN ARC ELICOIDAL

DE COMPRESIUNE

2. ANALIZA FUNCIONAL, CONSTRUCTIV I ITINERARIUL

TEHNOLOGIC DE PRELUCRARE.Arcurile pot fi definite ca organe de maini a cror principal destinaie este s opun o rezisten la deformare in limitele unei fore exterioare de mrime controlat i s-i recapete forma iniial cnd fora exterioar este anulat.

Deformarea elastic mare a arcurilor este, spre deosebire de alte organe de maini o condiie esential a ndeplinirii funciunilor acestora. Arcurile se utilizeaz pe larg in construcia de maini i aparate, cu urmtoarele scopuri:

a) Ca amortizoare de ocuri (suspensia autovehiculelor, tampoane la material rulant, cuplaje elastice, fundaia utilajelor);

b) Ca elemente de acionare, prin redarea energiei acumulate (relee, extractoare de tane);

c) Pentru exercitarea unor fore de apsare (ambreiaje cu friciune, supape);

d) Pentru msurarea forelor (dinamometre);

e) Pentru limitarea forelor sau momentelor (cuplaje de siguran cu friciune sau cu gheare, ambreiaje prin friciune etc.).

Arcurile se pot clasifica in trei categorii mari:

Arcuri cu foi, solicitate in principal la ncovoiere;

Arcuri elicoidale ale cror spire sunt solicitate la incovoiere si torsiune;

Bare de torsiune.Dup forma constructiv arcurile pot fi:

Cu foi ( suspensii autovehicule grele etc.);

Elicoidale ( suspensii, cuplaje elastice);

Disc;

Inelare;

Spirale plane (ceasuri);

Bar de torsiune (automobile);

Bloc;

Speciale (funcie de necesiti, combinaii de arcuri prezentate mai sus);

n funcie de direcia i sensul forelor exterioare arcurile sunt:

de compresiune;

de traciune;

de torsiune;

de incovoiere.

Dupa form seciunii semifabricatului arcurile sunt cu: sectiune rotunda;

sectiune dreptunghiulara;

sectiune patrata;

sectiune profilata;

Materialele din care se confecioneaz arcurile sunt:

oel;

materiale neferoase;

materiale nemetalice.

Arcurile, in funcie de rolul funcional pot fi:

de amortizare;

pentru acumulare de energie;

pentru exercitarea unei forte;

de reglare;

de msurare.

In funcie de rigiditate arcurile pot avea:

rigiditate constant;

rigiditate variabil.

Tehnologia de obinere a arcurilor depinde, cu precdere, de forma constructiv a acestora.

Semifabricatele pentru arcuri elicoidale se prezint sub form de srme, bare, benzi etc. Forma elicoidal se obine prin infaurare la cald (la arcuri cu seciune mai mare). Tratamentul termic se efectueaz, n general, dup infaurare. La arcuri infaurate la rece, puin solicitate, tratamentul termic se poate face inainte de infaurare, urmnd ca dup nfaurare s se efectueze doar operaii de revenire.

Calitatea suprafeei arcurilor este determinant pentru rezistena acestora la oboseal. n scopul creterii durabilitii arcurilor supuse la solicitri variabile, msurile care se iau sunt: rectificarea suprafeei arcului (dup tratamentul termic), durificarea stratului superficial (dac nu este posibil rectificarea), acoperirea suprafeei (pentru protecie mpotriva coroziunii), evitarea decarburrii suprafeelor n timpul tratamentului termic etc.Procesarea arcurilor elicoidale n urma nfaurrii prezint o importan aproape similar cu cea a calitatii oelului.

Pentru reducerea relaxrii n timpul serviciului i creterea duratei de via la oboseal, se recomand:1. Diminuarea tensiunilor dup nfaurarea srmei trase sau revenite in ulei;

2. Aezarea la cald;

3. Sablarea cu alice.

Prin nfaurarea n arcuri elicoidale a srmelor trase sau revenite in ulei, se produce o tensionare a oelului peste limita de curgere. Efectul infaurrii asupra tensiunilor reziduale este diferit pe diametrul interior respectiv exterior al arcului, in sensul c la cel dinti tensiunile reziduale de ntindere sunt plasate pe suprafaa srmei.

Acest fapt conduce la diminuarea rezistenei la relaxare i la oboseal a arcului. n cosecin, arcurile executate din acest tip de srme necesit o recoacere pentru detensionare n urma nfaurrii. Temperatura de ncalzire ar trebui s fie ct mai ridicat posibil fr a provoca o scdere a rezistenei srmei. De aceea arcurile din srm de oel carbon tras i srmele pentru instrumente muzicale sunt de regul detensionate la temperaturi de 200 - 250C; arcurile din srm revenit in ulei cu excepia mrcilor de oeluri aliate cu Cr Si ar trebui detensionate la 300 350C, iar cele realizate din oeluri Cr Si, la 350 - 400C. La fel ca arcurile foi, arcurile elicoidale tensionate peste limita de curgere in direcia sarcinilor de lucru vor poseda pe suprafaa activ tensiuni reziduale de compresiune n momentul ndeprtrii sarcinii.

Evident c aceste tensiuni mresc durata de via la oboseal de lung durat. Desigur, arcul va trebui s fie infaurat pe o lungime mai mare decat cea dorit pentru arcul final astfel inct dup aezare piesa s aib o lungime corect. Practica preaezrii la rece a arcurilor puternic tensionate cu indexuri ntre 5 i 10 (indexul arcului = D/d, n care D diametru mediu al spirei, d diametrul srmei) are ca scop prefixarea la o inlime sau la o ncrcare la care se produce o tensiune corectat de 1100 N/mm.

Aezarea la cald este utilizat pentru creterea rezistenei la relaxare la temperaturi ridicate de exploatare. n cursul acestui proces arcurile sunt ncrcate i fixate n timp ce sunt nclzite la o temperatur peste cea anticipat de exploatare i apoi rcite nainte de a fi desfcute. Tendina de relaxare sub sarcin la temperaturi ridicate nu numai c va fi minimizat, dar se vor induce i tensiuni de compresiune in fibrele exterioare ale srmei care vor prelungi durata de via la oboseal. Cu toate acestea, tensiunile de compresiune aprute nu sunt aa de ridicate ca n cazul aezarii la rece.

Un procedeu mai puin eficient este presarea la cald, prin care arcul va fi inclzit n pozitie liber la o temperatur superioar celei anticipat pentru serviciu i in timp ce este cald se comprim la o nlime sub cea de lucru sau instalat, nainte de eliberarea ncrcrii. Efectele favorabile ale sablarii cu alice asupra rezistenei la oboseal de lung durat a arcurilor elicoidale sunt similare cu cele ale arcurilor foi. mbunatatirile obinute n privina rezistenei la oboseal sunt de obicei de ordinul 4 la 1. Pentru a fi eficient, sablarea trebuie s ating diametrul interior al spirei.

Ca la orice proces de inducere a tensiunilor reziduale de compresiune, ea este eficace numai dac tensiunile de lucru sunt cu mult sub limita de curgere (cu exceptia cazului in care sunt folosite pentru indeprtarea stratului decarburat i optimizarea finisrii suprafeei).

Pe msur ce tensiunile de lucru se apropie de limita de curgere, se va declana curgerea localizat i n acest mod o detensionare care va inltura efectele benefice ale tratamentului termic de sablare. Totodat, efectele favorabile ale sablarii ncep s se diminueze la o temperatur de exploatare a arcului de 250C si dispar complet la peste 400C.

Arcurile elicoidale care lucreaz in condiii de ncrcare dinamic extrem, ca de exemplu arcurile de supape ale motoarelor cu combustie intern sau ale mecanismelor Diesel de injectie a combustibilului trebuie s fie proiectate cu grij. Suplimentar fat de tensiunile simple statice i dinamice trebuie luai in considerare i ali factori ca de exemplu conditiile de mediu, coordonarea timpului de reacie (ridicare) cu cel de compresie, analiza armonicii i tratamentele de suprafa.

Protectia suprafetei

Protecia suprafeei unui arc elicoidal depinde de ase factori:

a) Severitatea coroziunii mediului in care lucreaz;

b) Gradul de protecie coroziv impus pentru asigurarea duratei de via a arcului;

c) Efectul acoperirii asupra proprietilor mecanice ale arcului (cum ar fi efectul fragilizrii prin hidrogen in urma placrii);

d) Costul aplicrii unei tehnici de acoperire;

e) Efectul acoperirii asupra elementelor asociate i a mediului (de exemplu cadmierea, plumbuirea i zincarea nu trebuie folosite in contact cu alimentele sau cu bauturile);

f) Disponibilitatea materialelor de protecie i a echipamentelor necesare pentru implementarea tehnicii de acoperire.

Tabelul urmtor prezint modul de selecie a tehnicilor de acoperire a suprafeelor finisate.Criterii pentru determinarea protectiei care va fi folositaProtectii recomandate in ordinea preferinteiAdancimea minima a stratului, mmMetode de aplicare a protectieiAvantaje speciale, precautii, limite

Expuse direct intemperiilor, dar care nu realizeaza fixari stranseAcoperiri cu fosfat si vopsiri sau numai vopsiri0,025 0,051Scufundare, pulverizare sau periereAsamblarile stranse vor coji vopseaua

Expuse direct intemperiilor, realizeaza fixari stransePlacari cu cadmiu sau cu zinc0,013ElectroplacareBuna protectie coroziva, indepartarea fragilizarii prin hidrogen in special dupa electroplacare

Nu sunt expuse direct intemperiilor, realizeaza fixari stransePlacari cu cadmiu sau zinc0,0038ElectroplacareBuna protectie coroziva, indepartarea fragilizarii prin hidrogen in special dupa electroplacare

Nu sunt expuse direct intemperiilor, realizeaza fixari stranseAcoperire cu fosfat plus ulei0,008 0,020ScufundareProtectie coroziva mai slaba decat acoperirea cu fosfat plus vopsea

Conditii de coroziune relativ usoareSarma preacoperita pentru arcuriGrosimea este variabila si depinde de dimensiuneScufundarea la cald sau electroplacareAplicabila sarmelor pentru arcuri din toate dimensiunile, potrivita pentru conditii usoare de coroziune

Conditii de coroziune foarte usoareOxid negruMai putin de 0,005Solutie alcalina de oxidare, 30 60 min. la 140C

Conditii de coroziune dintre cele mai usoareUnsoare de ulei sau compusi antiruginaDependent de metoda de aplicare si/sau vascozitatea materialuluiScufundare sau pulverizareBuna pentru protectie inainte de instalare si pentru o perioada scurta dupa instalare

3. STABILIREA MATRICII DE PROPRIETATI PE CARE TREBUIE SA LE INDEPLINEASCA PRODUSUL.

3.1. Alegerea preliminara a marcilor de materiale.

Materialele utilizate n construcia arcurilor se aleg astfel nct s ndeplineasc o serie de condiii generale, cum sunt:

a) rezisten ridicat la rupere;

b) limit ridicat de elasticitate;

c) rezilien i rezisten la oboseal ridicate;

d) caracteristici de plasticitate care s permit punerea n oper prin tehnologii adecvate;

La anumite arcuri se mai cere:

rezisten la coroziune;

dilatare termic redus;

lipsa proprietilor magnetice;

meninerea proprietilor mecanice la temperaturi ridicate.

Materialele feroase dedicate constructiei arcurilor sunt otelurile. Acestea pot fi oeluri carbon de calitate (OLC 55A, OLC 65A, OLC 75A, OLC 85A / STAS 795) sau oeluri aliate (cu Si, pentru rezisten i tenacitate; cu Mn sau Cr, pentru clibilitate i rezisten la rupere; cu V, pentru rezisten la oboseal; cu Ni, pentru termotezisten). Oelurilor pentru arcuri li se aplic un tratament termic de clire i revenire medie, obinndu-se n acest mod o elasticitate mrit n toat masa materialului. Mrcile pentru arcuri sunt standardizate.

Materialele neferoase se folosesc, de regul, la arcuri care lucreaz n cmpuri electrostatice, pentru care se dorete lipsa propriettilor magnetice.

Cele mai utilizate materiale neferoase pentru arcuri sunt alama i bronzul, dar i anumite aliaje speciale (Monel, Inconel etc.):

- Alama speciala (Cu 72; Ni 6; Al 1,5; Zn 20,5)

- Bronz cu crom (Cr 0,6 ... 0,85;Cu 99 ... 99,4.)

- Bronz cu aluminiu (Cu 88,9; Al 11,1)

- Bronz cu beriliu (Be 2; Co 0,5; Cu 97,5)

Materialele nemetalice utilizate la arcuri sunt: cauciucul, pluta, masele plastice etc.

Cauciucul are un coeficient de amortizare superior celorlaltor materiale elastice. Coeficientul de utilizare volumetric a arcurilor are valori foarte mari in comparaie cu cel ntlnit la arcurile din materiale metalice.

n funcie de compoziia chimic, oelurile pentru arcuri se clasific n:

1) Oeluri carbon pentru arcuri. Acestea au un continut mediu de mangan de 0,30 0,80 %;

2) Oeluri aliate pentru arcuri. Acestea sunt aliate cu mangan, siliciu, crom, nichel, vanadiu etc. att pentru a se ameliora caracteristicile mecanice, ct i rezistena la coroziune n mediul de utilizare. De reinut c la fabricarea arcurilor pentru supape de siguran care lucreaz la temperaturi de cca. 550 C se utilizeaza otelul rapid marca Rp5 sau alte mrci echivalente.

Calitatea oelurilor pentru arcuri

Gradul de puritate ct mai ridicat al oelurilor pentru arcuri constituie o cerin de prin ordin. Este bine cunoscut efectul defavorabil al incluziunilor nemetalice asupra duratei de viat la oboseal. Din aceste considerente este justificat utilizarea unor oeluri de calitatea celor obtinute n cuptoare electrice (dezoxidare cu carbon, degazate n vid), destinate pentru rulmeni sau pentru aviaie, iar n cazuri extreme chiar a celor retopite sub arc electric n vid. Sulful este o masur direct a puritii oelului i de aceea este preferat ca coninutul n acest element s fie mai mic de 0,025 % (ideal, sub 0,01 %). Incluziunile de aluminiu sunt probabil cele mai dunatoare deoarece sunt dure i pot avea dimensiuni mari. n consecin, oelul va trebui sa aib un coninut minim n aluminiu. nainte de fabricarea arcului, producatorul de maini i utilaje va verifica gradul de puritate i calitatea suprafeei oelului.

Oteluri pentru arcuri elicoidale.

Srmele sunt realizate din bare laminate la cald care vor fi prelucrate prin tragere la rece in vederea obinerii dimensiunilor impuse, a finisrii suprafeei i a unor bune proprieti mecanice. Prin modificarea compoziiei chimice, a gradului de reducere a seciunii n urma deformrii la rece i a altor parametrii de proces, inclusiv de tratament termic, se pot obine proprietile mecanice impuse de proiectare.

Srme pentru arcuri din oel carbon tras.

Aceste srme se execut din oeluri calmate cu siliciu care au un coninut n carbon cuprins ntre 0,45 si 0,75 %. Proprietile lor sunt dezvoltate prin tragere la rece dupa patentare prin laminare la cald. Patentarea poate fi numit i austempering la temperaturi cuprinse ntre 450 i 550 C, care sunt mai mari dect cele utilizate obinuit la tratamentul austempering. Aceeasi microstructur bainitic poate fi obinut n barele laminate la cald printr-o combinare corespunztoare a compoziiei chimice i a vitezei de rcire.

Operaia de tragere la rece mreste caracteristicile de rezisten mecanic fr o diminuare semnificativ a celor de ductilitate i tenacitate.

Tenacitatea bainitei deformate la rece face ca aceste srme s permit grade mai mari de deformare la rece comparativ cu srmele revenite in ulei. Din cauza particularitilor pe care le are transformarea izoterm, grosimea maxim a srmei este limitat, n general, la 12 mm. Aceste arcuri au aplicaii n care apar ncrcri statice la tensiuni sczute i cu o frecven redus a ciclurilor de solicitare.

Pentru a se evita aezarea arcurilor n timpul ncrcrilor statice, tensiunile maxime de proiectare nu ar trebui s depaeasc limita elastic de torsiune.

Srme pentru arcuri ale instrumentelor muzicale.

Aceast categorie definete cea mai nalt calitate de srme de arc din oel tras tare. Oelurile selectate trebuie s aib un grad maxim de puritate, iar defectele de laminare trebuie s fie absente. Ele sunt patentate de cteva ori ntre operaiile de tragere efectuate pentru reducerea seciunii. Viteza de tragere este mai mic dect n cazul srmelor din oeluri carbon trase tare pentru a preveni ridicarea temperaturii. Srma pentru instrumente muzicale este destinat execuiei arcurilor puternic solicitate, care implic ncrcri dinamice n care rezistena la oboseal constituie principala cerin inginereasc.

Srme pentru arcuri din oteluri carbon revenite in ulei.

Proprietatile mecanice ale acestei clase de srme sunt dezvoltate prin aplicarea unui tratament termic de clire n ulei, urmat de o revenire medie. Operaia de revenire se execut prin trecerea srmei finisate printr-o baie de plumb topit a crei temperatur se stabilete n funcie de proprietile mecanice impuse. Microstructura troostitic de revenire asigur o rezisten mai mare la relaxare sub sarcini ciclice comparativ cu cazul srmelor trase tare. ntruct duritatea este determinat n mai mare msur de temperatura de revenire dect de deformarea la

rece (cum este cazul srmelor trase), rezistena la traciune poate fi controlat mai indeaproape, permind astfel o infaurare mult mai precis. n schimb microstructura obinut n urma revenirii in ulei face ca srmele s fie mai sensibile la fragilizare prin placare dect n cazul cnd acestea sunt realizate prin tragere.

Tab. Recomandri privind efectuarea tratamentului termic i termochimic oeluri carbon de calitate.

Marca oeluluiTempera-tura de

deformare plastic

[0C]Tipul tratamentului

Recoacere de nmuiereNormalizareCementareClireRevenire

Temperatura [0C]Mediul

rcireTemperatura [0C]Mediul

rcireTempe

ratura [0C]Mediul

rcireTempe

ratura [0C]Mediul

rcireTempe ratura [0C]Mediul

rcire

OLC 10

(OLC 8)1150850--850900aer880930p,aer

a880920a150180aer

OLC 151150850--850900aer880930p,aer

a 880920a150180aer

OLC 201150850--870890aer880930p,aer870890

750780a150180aer

870890a550600aer

OLC 251150850680700C860880aer--860880a575625aer

OLC 301150850680700C850870aer--850870a560610aer

OLC 351100850680700C840860aer--840870a550660aer

OLC 401100850680700C835855aer--830860

840870a

u550660aer

OLC 451100850680700C830850aer--820850

800830a

u550660aer

OLC 501050850680700C820840aer--820840a ,u550650aer

OLC 551050850680700C810830aer--805835

815845a

u550660aer

OLC 601050850680700C800820aer--810940u550660aer

Srme pentru arcuri de supape din oeluri carbon revenite n ulei.Aceste srme se folosesc la execuia arcurilor de supape ale motoarelor cu ardere intern. Pentru asigurarea unei durate maxime de via la oboseal, oelurile folosite trebuie sa aib puritate nalt i s nu conin defecte de suprafa. Din motive de relaxare a tensiunilor, arcurile pentru supape sunt revenite n ulei, neadmindu-se decarburarea suprafeei. De asemenea, suprafaa srmei nu trebuie s conin fisuri, zgrieturi, ciupituri, sau alte defecte care ar reduce durata de via la oboseal a arcului.

Srme pentru arcuri din oteluri aliate.

Comparativ cu oelurile carbon, cele aliate ofer urmatoarele avantaje:

a) rezisten la relaxare la temperaturi de pn la 250C;

b) rezisten mai mare la traciune;

c) limite elastice la torsiune mai mari.

Pentru obinerea unei durate maxime de via la oboseal (peste cicluri) se recomand folosirea mrcilor corespunzatoare arcurilor de supap revenite in ulei.

Oteluri inoxidabile.

Din aceast categorie de oeluri se execut arcurile care lucreaz n medii corozive i/sau la temperaturi ridicate. Rezistena la coroziune a acestor arcuri este superioar celei a arcurilor din oeluri carbon sau aliate care au fost acoperite galvanic. In plus, srmele de diametru mic, pn la 0,5 mm, executate din oeluri inoxidabile sunt uneori mai ieftine dect cele placate din oeluri carbon revenite in ulei sau trase tare. Oelurile inoxidabile austenitice prezint o rezisten excelent la coroziune i o rezisten mare la relaxare termic pn la 250C.

Oelul inoxidabil austenito-martensitic cu 1,7% C i 7% Ni, n urma operaiei de nfaurare este durificat prin mbtrnire la 480C timp de o or; el confer o rezisten la coroziune egal cu cea a oelului austenitic i n plus, are o rezisten la relaxare pn la 300C.

Tab. Caracteristicile mecanice ale oelurilor aliate destinate construciei de mainiMarca oeluluiDiametrul probei de tratament termic de referin1)

[mm]Felul tratamentului termic*Caracteristici mecanice

Limita de curgere

Rp0,2

[N/mm2 ] minRezistena la rupere2) Rm[N/mm2]Alungirea la rupere A5[%]

min.Gtuirea

la rupere

Z**[%]

min.Reziliena KCU

300/2

[J/cm2]

min.Energia de

rupere3)[J]minDuritatea Brinell

n stare recoapt

[HB]

max.

15Cr915Cr495min. 685124569-179

40Cr1025CR780min. 980104558-217

40BCr1025CR735min. 930125088-217

18MnCr1115Cr735min. 8801040--187

20TiMnCr12epruvetCr880min. 98095078-217

28TiMnCr12epruvetCr1275min. 147094058-229

19MoCr1116Cr750105014008-50-202

21MoMnCr1216Cr830min. 108084068-217

26MoCr1116CR70090011001250-50212

34MoCr1116CR800100012001145-40223

42MoCr1116CR900110013001040-35241

51VMnCr1116CR90011001300940-35248

18CrNi20

11Cr83012201450730--217

30Cr78011751420735--217

63Cr68010801320835--217

40CrNi1225CR780min. 980114568-229

20MoNi3516Cr830min. 98095088-207

35MnSi1325CR680min. 880154568-229

20MnCrSi1115CR635min. 780124568-207

25MnCrSi1115CR830min. 1080104058-217

31MnCrSi1125CR830min. 1080104544-229

36MnCrSi13epruvetclire izoterm1275min.162094039-241

17MoCrNi1416Cr850120015508-50-223

30MoCrNi2016CR105012501450940-35248

34MoCrNi1616CR100012001400940-40248

39MoAlCr1530CR830min. 980145088-229

Controlul calittii arcurilor

Efectuarea controlului calitii arcurilor elicoidale n special pentru aplicatiile cu tensiuni dinamice ridicate devine foarte important. De fiecare dat se impun verificari ale compozitiei chimice a oelurilor, gradului de puritate, al decarburrii i a rezistenei la oboseal. Producatorii de arcuri de inalt calitate vor mai face examinari complete ale capabilitii de prelucrare a ncrcrilor.

Dac pentru o aplicaie dat a fost selectat un oel de calitate comparabil cu cea a celor pentru arcuri de supape, se va face un control cu particule magnetice pentru detectarea fisurilor i a incluziunilor de suprafa.

Cele mai obinuite cauze care provoac cedarea prematur a arcurilor elicoidale (altele dect puritatea oelului) sunt:

1. Defectele de suprafa cum ar fi zgrieturile, crestturile, cicatricile i semnele de matri;

2. Coroziunea, care produce ciupituri i care de obicei nsoit de fragilizarea prin hidrogen;

3. Tratamentul termic necorespunzator, de exemplu, unul care are ca rezultat o granulaie grosolan datorat temperaturii excesive i care dezvolt o microstructur necorespunzatoare (insule de ferit sau carburi mari nedizolvate i cu o dispersie neuniform);

4. Decarburarea, n special cnd se formeaz un inel fr carbon de-a lungul ntregii circumferine a srmei.

Arcuri elicoidale - sunt arcuri formate din srme sau bare cu seciune rotund sau dreptunghiular, nfurate n elice pe o anumit suprafa directoare. Elementele geometrice caracteristice sunt conform STAS 7068 diametrul srmei d sau b i h diametrele - Dm, D, Dx

- unghiul de nclinare al spirelor

-pasul t in stare liber

- coeficientul de arcuire

- coeficientul de zveltee

Dup sensul forei de lucru F, pe direcia axei, arcul poate cpta o deformare elastic de compresiune sau de ntindere. Arcul n ansamblu poate fi solicitat la traciune sau compresiune, dar spira, n principal, la torsiune.

FtFt

F- doua componente F cos, F sin=> , , ,

Deoarece i, se neglijeaz ncovoierea i traciunea.

Algoritmul calculului de dimensionare a arcurilor elicoidale cilindrice

Fig. Arc elicoidal de compresiune

Determinarea fortei de lucru. Prezentarea indicatorilor de fiabilitate

Se consider F2, fora principal i F3, fora secundar.

Se adopt pentru resort, ca subansamblu component, un risc aRN < aN impus de valoarea specificat a fiabilitii. Se poate considera aRN=2 10-2. Tinnd seama de pierderile de for datorate oboselii resortului, fora medie de lucru dup N cicluri, este dat de relaia:

unde

EMBED Equation.3 are valoarea:

reprezint cuantila corespunztoare riscului de defectare RN luat din tabelul Laplace. cVF (8 10)%

Raportul abaterilor standard =p/F =0,6 0,8

Fora medie iniial de lucru a resortului este:

; P2 = P02

; P3 = P03

Algoritmul calculului arcurilor elicoidale cilindrice cu trei puncte de lucru considernd indicatorii de fiabilitate Date de baza: Fora principal de lucru: F2 [daN] Fora secundar de lucru: F3 [daN] Sgeata de lucru: f2 [mm] Numrul de cicluri: N Nivelul calitii Material Indicatori de fiabilitate Coeficient de gradare "b"

Se considera arcul din fig. in care: P3 fora de lucru secundar P1 fora de precomprimare ;P2 fora de lucru principal P4 fora de ncercare ;Pb fora de blocare H0 lungimea liber ;H1 lungimea precomprimat

H2 lungimea de lucru ;H4 lungimea de ncercare

h comprimarea la lucru ;Hb lungimea blocat (spir lng spir) ;H3 lungime lucru secundar

f1 sgeata de precomprimare ;f2 sgeata de lucru

f4 sgeata de ncercare ;fb sgeata de blocare (total)

d diametrul srmei ;D diametrul exterior al spirei

t(p) pasul ;Di diametrul interior al spirei

f3 sgeata lucru secundar ;0 unghiul de inclinare iniial a spirei ;Dm diametrul mediu al spirei.

Parametrii geometrici sunt exprimai n mm iar fora in daN. Coeficient de precomprimare: kp = P2/P3 Fora de precomprimare: P1 = kpP2 [daN] Coeficient de forma:; Diametrul calculat al srmei: [mm]

Diametrul mediu al spirei: Dm=id

Diametrul exterior: D=Dm+d Diametrul interior: Di=Dm-d

Nr. calculat de spire: ;

Nr. de spire active: n = nr. ntreg la cea mai apropiat valoare ;Nr. spire de reazem: nr = 1,5 pentru n 7 nr = (1,5 2,5) pentru n > 7 Nr. total de spire: nt = n + nr - Pasul resortului nesolicitat t=Dmtg b0 unde: 0=6 9 unghiul de inclinare a spirelor active

Lungimea resortului nesolicitat a) resoarte cu capete nchise neprelucrate: H0=tn+(nr+1)d [mm] b) resoarte cu capete nchise prelucrate: H0=tn+(nr-0,5)d [mm] c) resoarte cu capete deschise neprelucrate: H0=tnt+d [mm] Lungimea resortului blocat a) cu spire la capt neprelucrate: HB=(nt+1)d [mm] b) cu spire la capt prelucrate: HB=(nt-0,5)d [mm]

Tensiunea tangenial de lucru secundar:;

Sgeata de lucru secundar: [mm] ;

Lungimea minim de ncercare: H4min = Hb +0,15nd [mm] ;Fora maxim de ncercare: [daN] ;Sgeata de ncercare: [mm] ;

Lungimea de ncercare: H4 = H0 f4 [mm] ; Sgeata maxima de ncercare: f4max = H0 HB 0,15nd [mm] ;

Sgeata de precomprimare: [mm] ;

Sgeata de lucru: [mm] ;

Sgeata totala (la blocare in ncercare): fb=H0-HB [mm] ; Fora de blocare: [daN] ; Tensiunea maxim (in stare blocat): [daN/mm2] ;Tensiunea tangenial admisibil pe stare blocat: ba = 0,56 Rm ;

unde Rm rezistena la rupere ;Tensiunea de lucru: [daN/mm2];

Tensiunea de precomprimare: [daN/mm2];

Tensiunea tangenial de ncercare: [daN/mm2];Tensiunea tangenial pe cursa de lucru: cl = 3 2 [daN/mm2]; Coeficientul de zveltee: =H0/Dm ;Coeficientul de compresie: a=f2/H0 ; Calculul consumului de material a) lungimea srmei (desfurat): [mm];

b) volumul srmei: [mm3];

c) masa srmei: MS= V [g];

Concl