INTRODUCERE - si Procedee...INDUSTRIA EXTRACTIV ... tehnologia extraciei materialelor metalice, tehnologia construciilor de ... prin producere de microachii, ca la rectificare sau ...

Download INTRODUCERE -   si Procedee...INDUSTRIA EXTRACTIV ... tehnologia extraciei materialelor metalice, tehnologia construciilor de ... prin producere de microachii, ca la rectificare sau ...

Post on 07-Feb-2018

212 views

Category:

Documents

0 download

TRANSCRIPT

  • Capitolul 1

    1

    INTRODUCERE Competitivitatea economico-industri a viitorului impune obinerea de produse cu

    performane ridicate, la care concepia geometrico-funcional se combin cu exploatarea la maxim a proprietilor de material i cu utilizarea tehnologiilor de fabricaie adecvate. Acest obiectiv se realizeaz prin utilizarea de materiale cu proprieti ridicate, precum i de tehnologii de fabricaie adaptate acestor materiale.

    Exigene specifice impun domeniile prioritare ale industriei - energetic, electronic, aerospaial - cauzate de cerinele pe care, procesele sistemelor lor tehnice (reactorii nucleari, calculatoarele i respectiv motoarele cu reacie i rachetele), le ridic.

    Nevoile amintite, completate cu necesitatea gsirii unor soluii pentru domeniile blocate de inexistena materialului adecvat i a tehnologiei adaptate lui, au determinat urmtoarele mutaii:

    utilizarea de nlocuitori ai materialelor clasice i elaborarea de materiale noi cu performane ridicate i de tehnologii adaptate acestor materiale;

    elaborarea i dezvoltarea tehnologiilor noi, bazate pe introducerea rapid n procesul de fabricaie a descoperirilor tiinifice, numite tehnologii neconvenionale;

    reciclarea i refolosirea materialelor prin utilizarea de metode i procedee mecanice, chimice i biologice.

    Aceste trei direcii se regsesc n circuitul fizic i fluxul tehnologic al materiilor prime, prezentate in figurile 1.1 i 1.2.

    MATERII PRIME PENTRU NATURA DEEURI INDUSTRIA EXTRACTIV

    Materiale brute

    Semifabricate Produse irecuperabile (pierderi)

    Materiale brute

    Produse finite Reziduuri

    RECUPERARE ELIMINARE PRODUCIE

    Fig. 1.1. Circuitul fizic al materiilor prime

  • Capitolul 1

    2

    Ca i n circuitul fizic i n fluxul tehnologic al materiilor prime (fig. 1.1) regsim activitile desfurate n cadrul proceselor de producie, recuperare i eliminare a materialelor, semifabricatelor i produselor.

    n ultimii ani s-au realizat progrese substaniale n cercetarea materialelor i tehnologiilor.

    Exist numeroase laboratoare i institute de cercetare, n Europa, implicate n ntregul spectru de cercetare. Centrul de cercetare de la Patten, Olanda, a dezvoltat un laborator special dedicat studiului coroziunii la temperaturi nalte a elementelor din oel, supuse unor tensiuni mecanice i care lucreaz n atmosfer coroziv, cum ar fi cele din industria petrochimic, schimbtoarele de cldur, turbinele cu gaz sau turbinele cu abur. n 1985, la Lausanne, n Elveia, a fost deschis un centru pentru tratarea suprafeelor materialelor metalice cu ajutorul laserului.

    Fig. 2.2. Fluxul tehnologic al materiilor prime

    Materii prime pentru industria extractiv

    Extracie

    Transformare I

    Transformare II

    Casare

    Recuperare n circuit lung

    ntreinere i reparaii

    Colectare produse uzate

    Vnzare produse

    Eliminare

    Renovare

    Reutilizare ocazional

    Recuperare n circuit scurt

  • Capitolul 1

    3

    La Mol, n Belgia i la Stuttgart, n Germania, exist dou laboratoare pentru studiul ceramicilor de nalt presiune.

    Un laborator, destinat analizei suprafeelor prin spectroscopie cu raze X, este deschis la Universitatea din Surrey, Anglia. Cu ajutorul aparaturii din dotarea acestui laborator este posibil estimarea compoziiei chimice att a suprafeei, ct i a ntregului material sau produs. Institutul Naional de tiin i Tehnologie Nuclear, respectiv Centrul de Studii Nucleare de la Gif-sur-Yvette, din Frana, se ocup cu studiul anihilrii pozitronilor. Pornind de la constatarea c defectele, care apar n apropierea suprafeei metalelor i semiconductoarelor, determin durata de viat a pozitronilor, prin msurarea acestei durate se determin tipurile de defecte i cauzele acestora. Totodat, s-a elaborat i o metod pentru depistarea timpurie a stadiilor la formarea microfisurilor. Laboratoarele de cercetare din Karlsruhe, Germania i Grenoble, Frana, studiaz modul de determinare a proprietilor materialelor la temperaturi ridicate, prin utilizarea levitaiei. Fenomenul de levitaie este obinut, pentru sfere ceramice, din sticl sau metalice, utilizndu-se unde ultrasonice sau pern de aer, care asigur studierea materialelor la temperaturi foarte ridicate. Cteva laboratoare specializate n studiul materialelor, prin utilizarea opticii electronice, exist la Universitatea din Oxford, Anglia, respectiv la Departamentul de Metalurgie i tiina Materialelor. Prin urmare, natura tiinei materialelor i ingineriei se schimb. n viitor, mult mai multe procese de selectare a materialelor i proiectare a acestora vor fi realizate cu ajutorul computerului, innd cont att de proprieti, ct i modelnd comportarea ulterioar. Din problematica actual a tiinei materialelor, prezentat anterior, tehnologia reprezint acea parte care studiaz transformrile la care este supus substana n procesele tehnologice de lucru, n vederea obinerii produselor necesare societii. Urmrind un scop practic, tehnologia este o tiin tehnic aplicativ care folosete att legi proprii, ct i legile fizicii, chimiei i altor tiine tehnice. Diferitele tipuri de tehnologii existente au particularitile ramurii industriale n care se aplic, cum sunt de exemplu: tehnologia extraciei materialelor metalice, tehnologia construciilor de maini, tehnologia chimic etc. n concluzie, categoriile de produse care pot fi obinute prin aplicarea tehnologiilor de fabricaie sunt: materiale brute, semifabricate sau semifabricate asamblate prin montaj n maini, utilaje i instalaii i produse finite.

  • Capitolul 2

    4

    PROCEDEE TEHNOLOGICE DE FABRICAIE 2.1. STRUCTURA PROCESELOR TEHNOLOGICE

    Procesul tehnologic este o parte component a procesului de producie n decursul cruia se efectueaz logic i treptat modificrile i transformrile materialelor necesare obinerii produsului. n cadrul procesului tehnologic, materia prim este supus unui ir de transformri fizico-chimice (fig. 1.2), n vederea obinerii unui produs cu proprieti i funcii bine stabilite, n conformitate cu o anumit utilitate social. n funcie de scopul urmrit, procesele tehnologice utilizate n construcia de maini i aparate pot conduce la:

    modificarea proprietilor fizico-mecanice ale materialelor; modificarea formei, dimensiunilor, poziiei reciproce i calitii suprafeelor

    semifabricatelor i pieselor. Se pot deosebi, astfel, mai multe categorii de procese tehnologice (fig.2.1).

    ntr-o prim etap, pornind de la resursele naturale, pentru transformarea materiilor prime

    n substane utile se folosesc procese tehnologice de fabricare specifice industriei extractive. Dup modul n care se regsesc n produsele fabricate, substanele utile pot fi materii prime (cnd se regsesc total sau parial n produsul fabricat) i materiale auxiliare (care ajut numai la fabricarea produselor, fr s se regseasc n acestea).

    n a doua etap se folosesc procese tehnologice de prelucrare, n urma crora se modific starea sau compoziia materialului, forma, dimensiunile, rugozitatea i poziia reciproc a suprafeelor. Procesul tehnologic de prelucrare poate fi de elaborare (pentru a extrage metale sau aliaje industriale din minereuri, respectiv pentru a obine aliaje topite pentru confecionarea pieselor turnate), de confecionare (pentru a obine semifabricate sau piese prin modificarea formei, dimensiunilor, poziiei reciproce i calitii suprafeelor) sau de tratament (pentru modificarea proprietilor fizico-chimice ale materialelor i protecia anticoroziv a acestora).

    PROCES TEHNOLOGIC

    DE EXTRACIE

    DE PRELUCRARE

    DE ASAMBLARE

    DE CONTROL

    DE REPARARE, RECONDIIONARE

    de elaborare materiale de semifabricate de prelucrare dimensional de tratament

    demontabil nedemontabil

    distructiv nedistructiv

    pentru acelai rol funcional pentru un alt rol funcional

    Fig, 2.1. Categorii de procese tehnologice

  • Capitolul 2

    5

    n etapa final se folosesc procese tehnologice de asamblare, fie rigid (care nu d posibilitatea de micare relativ reciproc n timpul funcionrii), fie nerigid (n care piesele au posibilitatea micrii relative reciproce).

    2.2 PROIECTAREA PROCESELOR TEHNOLOGICE

    Pentru fabricarea unei piese se parcurg, n general, urmtoarele etape: pregtirea tehnic (proiectarea constructiv), elaborarea tehnologiei, organizarea procesului de producie, programarea, lansarea i execuia propriu-zis. Pentru ntocmirea documentaiei tehnologice, se studiaz proiectul constructiv, se alege semifabricatul, ordinea operaiilor, mainile, dispozitivele i sculele de prelucrare i se normeaz tipul aferent fiecrei operaii. Toate datele se nscriu n fia tehnologic, care este un document deosebit de important n elaborarea planurilor ntreprinderii privind aprovizionarea, necesarul de energie, de SDV-uri, de for de munc etc. Pornind de la condiiile impuse procesului de producie, determinate de scopul acestuia, se ntocmesc mai multe variante de procese tehnologice, din care se alege, pentru aplicare, cel mai avantajos din punct de vedere economic. Aprecierea calitii proceselor tehnologice se realizeaz cu ajutorul indicatorilor tehnico-economici. Aceti indicatori se refer la folosirea utilajelor, a materiilor prime i energiei, la calitatea produciei i la condiiile de munc i sunt prezentai sintetic n figura 2.2.

    n categoria indicatorilor pentru folosirea utilajelor intr: indicatorul utilizrii extensive, care se calculeaz cu relaia:

    100TT

    Ical

    efue = (2.1)

    unde efT reprezint timpul efectiv lucrat i calT este timpul calendaristic. Anumite utilaje lucreaz continuu, deci au indicele de utilizare extensiv aproape egal cu 100%. Cu ct acest indicator are valoare mai mare, cu att folosirea utilajelor este mai eficient;

    indicatorul utilizrii intensive, care se calculeaz cu relaia:

    100PP

    Ic

    rui = , (2.2)

    unde rP reprezint producia realizat, n uniti naturale i cP este capacitatea de producie a utilajului respectiv, n uniti naturale. Uneori, acest indicator se exprim sub forma capacitii produciei specifice, adic raportul dintre producia realizat i o unitate fundamental care caracterizeaz tehnologic un anumit utilaj (de exemplu: tone/m2h sau tone/m3).

    n categoria indicatorilor pentru folosirea materiilor prime i energiei intr: indicatorul de extracie al materiei prime (randamentul de extracie), care se

    calculeaz cu relaia:

    100GG

    I1

    2MP = , (2.3)

    unde 2G este greutatea regsit n produs, iar 1G este greutatea folosit. indicatorul utilizrii energiei, care se calculeaz cu relaia:

    100EE

    I1

    2E = , (2.4)

  • Capitolul 2

    6

    unde 2E este energia consumat efectiv pentru realizarea unui anumit proces tehnologic (n kWh), iar 1E este energia primit din sistem.

    mbuntirea acestor indicatori este influenat de nivelul calitativ al proceselor

    tehnologice proiectate, refolosirea, recondiionarea i reciclarea materialelor din piese.

    Condiiile de calitate impuse produselor se exprim prin indicatori de calitate, difereniai n funcie de urmtoarele criterii:

    1. dup caracterul lor, adic: indicatori tehnici, care caracterizeaz performanele tehnice ale produsului; indicatori constructiv-tehnologici, care definesc dimensiunile de gabarit, masa, gradul

    de finisare, execuie i montaj. 2. dup complexitatea lor, adic:

    indicatori simpli, cnd caracterizeaz o anumit latur a produsului i se folosesc pentru materiale sau produse simple;

    indicatori compui, cnd exprim larg funcionalitatea, durabilitatea, fiabilitatea, conservarea proprietilor de utilizare dup un anumit timp etc. Compararea acestor indicatori se face pe baza prevederilor din STAS, norme etc., obligatorii att pentru executani, ct i pentru beneficiari. Determinarea cantitativ a acestora se face prin ncercri de laborator, ncercri care pot fi distructive (ncercri mecanice de traciune,

    INDICATORI TEHNICO - ECONOMICI

    a) INDICATORI

    PENTRU

    FOLOSIREA

    UTILAJELOR

    b) INDICATORI PENTRU

    FOLOSIREA MATERIEI PRIME I ENERGIEI

    c) INDICATORI

    DE

    CALITATE

    d) INDICATORI PENTRU

    CONDIIILE DE MUNC I

    MEDIU

    1. Indicatorul utilizrii extensive

    100TT

    Ical

    efue =

    2. Indicatorul utilizrii intensive

    100PP

    Ic

    rui =

    1. Indicatorul de extracie al materiei prime

    100GG

    I1

    2MP =

    Indicatorul utilizrii energiei

    100EE

    I1

    2E =

    dup caracter

    indicatori tehnici

    indicatori constructiv-tehnologici

    dup complexitate

    indicatori simpli

    indicatori compui

    Fig.2.2 Indicatorii utilizai pentru aprecierea calitii proceselor tehnologice

  • Capitolul 2

    7

    compresiune, ncovoiere, forfecare, oc etc.) sau nedistructive (metode fotoelastice, tensometrice, ultrasonice, termografice etc.). Asigurarea unei bune protecii a muncii i a mediului nconjurtor reprezint o problem deosebit de important a epocii actuale. Aprecierea calitii acestor msuri se face cu ajutorul indicatorilor condiiilor de munc i de mediu. Normele stabilite pe cale legislativ sunt obligatorii pentru toate unitile economice i instituiile de nvmnt. Pentru pstrarea climatului natural al mediului nconjurtor, unitile economice au obligaia s execute amenajri care s permit respectarea cantitilor maxim admise de substane toxice sau poluante eliminate n atmosfer, sol sau ap.

    2.3. PROCEDEE TEHNOLOGICE DE PRELUCRARE Procedeele tehnologice de prelucrare a materialelor metalice cuprind tehnologiile de

    prelucrare i tehnologiile de formare. Prin tehnologii de prelucrare nelegem procedeele de prelucrare a materialelor metalice

    care duc la obinerea pieselor industriale, ca urmare a unei aciuni de ndeprtare de materie. Fie c aceast ndeprtare se face prin formare de pan, ca la tiere, prin producere de microachii, ca la rectificare sau, nc, prin fuziune sau evaporare, ca la electroeroziune, n toate cazurile vom spune c este vorba de un proces de prelucrare.

    Tehnologiile de formare se opun celor de prelucrare, ele executndu-se fr ndeprtare de materie, prin fasonarea piesei pn la obinerea formei finale.

    Fie c se lucreaz cu sau fr ndeprtare de materie, definim o maina-unealt ca o main antrenat de o surs exterioar de energie, neportabil n timpul funcionrii i care prelucreaz materialul metalic prin ndeprtare, formare, procedee electrofizice sau o combinaie ntre aceste tehnici.

    n afar de prelucrare, procedeele de fasonare cuprind, deci, procedeele de formare sau de obinere a formei fr ndeprtare de materie i procedeele de asamblare sau obinere a formei prin juxtapunere a materialelor.

    Inginerul se confrunt cu problema alegerii celui mai bun procedeu de lucru pentru fabricarea unei piese sau ansamblu. De aceea, el trebuie s cunoasc avantajele i dezavantajele diverselor procedee care-i stau la dispoziie, pentru alegerea celui mai bun procedeu.

    ntre procedeele de prelucrare i cele de formare s-a stabilit, n ultimii ani, o mare concuren, cele de formare tinznd s se extind n dezavantajul primelor.

    Procedeele de formare posed avantaje evidente (incontestabile), cum ar fi: economia de material, consolidarea materialului prelucrat i o productivitate ridicat, dar prezint dezavantajul utilizrii unor maini-unelte i unor utilaje costisitoare, foarte specializate i care necesit un material de prelucrare cu caliti metalurgice de prim ordin. De asemenea, este improbabil ca ele s preia n totalitate locul procedeelor de prelucrare crora le vor rmne rezervate operaiile de perfecionare (desvrire) i care au avantajul realizrii unor forme complexe pe echipamente universale.

    Supleea procedeelor de prelucrare i simplitatea utilajelor folosite au fost completate, n ultimii ani prin introducerea comenzii numerice a mainilor unelte, i, recent, prin simplificarea programrii mainii respective.

    Tehnicile de prelucrare, care au stat tot timpul la baza fabricaiei mecanice, fac parte n mod obligatoriu din bagajul tehnic al inginerilor mecanici. Acest lucru este justificat de urmtoarele adevruri:

    1. Procedeele de prelucrare reprezint, n procesul de fabricaie mecanic, un volum de cheltuieli impresionant, n asemenea manier nct, progresele privind aceste procedee, au

  • Capitolul 2

    8

    repercusiuni considerabile, n valoare absolut, asupra ansamblului produciei. Este justificat, deci, consacrarea de eforturi importante n cercetare pentru a pune bazele procedeului de prelucrare, astfel nct s se reduc risipa care domnete nc, adesea, n industrie datorit empirismului metodei de lucru utilizate.

    2. Folosirea unor aliaje noi, pune problema prelucrrilor mult mai complexe dect cele ntlnite n trecut. Utilizarea unor tehnici de lucru speciale, precum: electroeroziunea, electroliza, fasciculul de electroni, laserul, cerute de complexitatea formelor de realizat i de natura materialelor utilizate, cere cunoaterea posibilitilor i limitelor acestor tehnici recente.

    Din punctul de vedere al utilizatorului, este necesar s se cunoasc proprietile conferite piesei prin operaiile de prelucrare (tensiunile interne, transformrile metalurgice etc.), care sunt indispensabile pentru prevenirea i evitarea defectelor superficiale ale pieselor i care sunt adesea la originea defectrii materialelor n funcionare.

    Eecul materialelor foarte scumpe poate fi dat de calitatea suprafeei pieselor funcionale, care n-au rezistat la solicitrile din serviciu i care sunt consecina unei prelucrri defectuoase.

    3. Automatizarea mereu crescnd a fabricaiei, chiar pentru serii foarte mici a avut drept consecin reducerea timpilor auxiliari. Cercetarea pentru obinerea celei mai bune productiviti a condus la selecia condiiilor de prelucrare realizate cu cel mai mic pre.

    Cunoaterea legilor de baz ale prelucrrii devine, deci, un element fundamental al optimizrii procesului mecanic. De altfel, introducerea de date tehnologice, n programele automate, cere o cunoatere profund a cerinelor de fabricaie n scopul realizrii unei fiabiliti crescute, indispensabil pentru o bun execuie a operaiilor de automatizare.

    4. Comanda numeric a ptruns n toate domeniile de fabricaie, copleind pe cel al seriilor mici i mijlocii pentru care a fost conceput; acum, ea acoper toate cazurile de fabricaie. Nu se poate vorbi de o fabricaie automatizat fr a stpni condiiile de prelucrare. Inginerul trebuie, deci, s cuprind problemele tehnologice, n scopul orientrii ctre cea mai bun soluie.

    2.3.1. Operaii de prelucrare Operaiile de prelucrare cuprind ansamblul tuturor operaiilor care sunt nsoite de

    ndeprtare de pan i care se execut cu utilaje tietoare sau abrazive sau pe cale electrofizic. Operaia const, n principal (fig. 2.3), n a fora o pan (1) n materialul (3) i a ndeprta

    prin acest procedeu, ntr-o manier regulat, un pan (2) mai mult sau mai puin gros, n scopul reducerii dimensiunilor piesei brute i de a-i da n mod progresiv forma impus.

    Pentru a realiza aceast operaie, este necesar ca piesa s se deplaseze n faa utilajului sau invers, n scopul realizrii unei tieri continui i fr ntreruperi n material.

    Pentru realizarea operaiei de prelucrare, ntre pies i utilaj apar o serie de combinaii de micri care dau i denumirea operaiei.

    1. n operaiile de rabotare att piesa ct i utilajul execut micri rectilinii (fig. 2.4).

    n cazul mainilor de rabotat transversal (epinguri), figura 2.4.a, micarea principal, de achiere, este rectilinie alternativ i o execut berbecul pe care se monteaz scula (micarea 2). Micarea secundar, de avans transversal, este executat de mas, pe care se monteaz piesa de prelucrat (micarea 1).

    n cazul rabotezelor, figura 2.4.b, piesa are deplasare longitudinal (micarea 3), iar utilajul deplasare transversal (micarea 4).

    Fig.2.3. Principiul operaiei de prelucrare: 1-pan; 2-pan;3-pies

  • Capitolul 2

    9

    2. n operaiile de strunjire micarea piesei este circular, iar cea a utilajului este

    rectilinie (fig. 2.5). Datorit posibilitilor de prelucrare prin achiere, pe care le ofer strungul, se pot efectua

    diverse operaii de strunjire. n figura 2.5 se prezint strunjirea cilindric exterioar (fig. 2.5.a) sau interioar (fig 2.5.b).

    n acest caz, piesa are micare de rotaie (1), iar cuitul se deplaseaz cu avans longitudinal (2).

    3. n operaiile de frezare i de rectificare micarea utilajului este circular, iar a piesei este o micare rectilinie sau curbilinie combinat (fig. 2.6).

    Frezele sunt maini unelte care prelucreaz metalele prin tiere cu ajutorul unor scule rotative, cu mai multe tiuri, numite freze. Mecanismele mainilor de frezat (fig. 2.6.a) asigur o micare principal, de achiere, care este o micare de rotaie (2), dat frezei i o micare secundar, de avans, care este dat fie frezei, fie mesei mainii, respectiv piesei de prelucrat (1).

    n funcie de sensul reciproc al acestor micri putem avea frezare n sensul avansului sau frezare contra avansului.

    Prelucrarea prin rectificare (fig. 2.6.b) se execut cu scule abrazive, pe mainile de rectificat, pentru a obine suprafee netede i dimensiuni precise ale pieselor.

    Fig. 2.4. Combinaii de micri n operaiile de rabotare: a eping: piesa deplasare transversal (1), utilajul deplasare longitudinal (2); b rabotez: piesa deplasare longitudinal (3), utilajul deplasare transversal (4)

    Fig.2.5. Combinaii de micri n operaiile de strunjire cilindric: a exterioar; b interioar

    Fig.2.6. Combinaii de micri n operaiile de frezare i rectificare: a frezare b rectificare

  • Capitolul 2

    10

    Scula abraziv execut micarea principal, de rotaie (2), iar piesa, micarea secundar, de avans (1).

    4. n operaiile de forare, figura 2.7, micarea utilajului este, n general, circular i rectilinie, piesa fiind n repaus.

    n cazul brorii (fig. 2.7.a) utilajul are o deplasare liniar (2), n timp ce piesa rmne fix.

    n cazul guririi (figura 2.7.b) utilajul are pe lng deplasarea liniar i o micare de rotaie (2), n timp ce piesa rmne fix.

    n concluzie, cele mai importante operaii de prelucrare prin achiere sunt: rabotarea,

    strunjirea, frezarea, broarea, gurirea, rectificarea, pilirea i polizarea. Tot n categoria operaiilor de prelucrare intr i operaiile la care ndeprtarea de material

    se face pe cale electrofizic, cum ar fi prelucrarea prin eroziune. Dup natura agentului eroziv, prelucrarea prin eroziune poate fi electric (bazat pe efectul eroziv polarizat al unor descrcri electrice prin impuls, amorsate n mod succesiv ntre un electrod i pies) i chimic (realizat prin dezvoltarea chimic pe suprafaa piesei a unui agent eroziv chimic).

    2.3.2. Operaii de formare Operaiile de formare cuprind ansamblul tuturor activitilor care se execut fr

    ndeprtare de material i pot fi operaii de: 1. Turnare: o metod de fabricare a unei piese prin solidificarea unei cantiti

    determinate de material lichid, introdus ntr-o cavitate de form i dimensiuni corespunztoare unei forme de turnare date. n funcie de metoda utilizat turnarea poate fi: n forme permanente (cochile), centrifugal, sub presiune, de precizie etc.

    2. Prelucrare prin deformare plastic: o metod de prelucrare prin care se realizeaz deformarea permanent a materialelor n stare solid (la cald sau la rece), fr fisurare macroscopic. n funcie de metoda folosit tehnologiile de deformare plastic sunt de mai multe feluri, ca de exemplu: laminarea (metoda de prelucrare prin deformare plastic, la care materialul este obligat sa treac forat prin doi cilindrii n rotaie), tragerea (procesul de deformare plastic a materialelor sub aciunea unei fore pentru obinerea barelor, srmelor sau evilor, prin trecerea forat a unu material ductil printr-o matri a crei seciune este mai mic dect seciunea iniial a materialului) etc.

    3. mbinarea: o metod care permite asamblarea pieselor prin sudare sau prin juxtapunere.

    Fig. 2.7. Combinaii de micri la operaia de forare: a broare; b gurire

  • Capitolul 3

    11

    PROPRIETILE TEHNICE I TEHNOLOGICE ALE MATERIALELOR

    3.1. GERALITI

    De ce smaraldul este verde? De ce sticla este transparent? Cum poate un material s produc cldur? De ce siliconul este materialul de baz n industria calculatoarelor?

    Pentru a rspunde unor ntrebri de acest tip, este necesar cunoaterea proprietilor materialelor respective i aceste proprieti depind de natura legturilor chimice, aranjamentul atomic i microstructur. Diversele materiale utilizate n tehnic pot fi clasificate dup compoziia, microstructura sau proprietile lor. innd cont de toate acestea, materialele s-au mprit n trei mari grupe:

    metalele i aliajele lor; polimerii organici; materialele ceramice.

    Metalele, la temperatura ambiant, sunt n cea mai mare parte solide atomice, iar cele mai utilizate sunt cuprul, aluminiul i fierul. Aliajele metalice sunt, n general, combinaii de dou sau mai multe metale, ca n cazul alamelor (aliaje de cupru i zinc), dar mai pot conine i elemente nemetalice. Printre aceste tipuri de aliaje se gsesc, de exemplu, oelurile (aliaje fier-carbon). Metalele i aliajele lor sunt, de obicei, foarte bune conductoare de cldur i electricitate i opace la lumina vizibil. Ele sunt cel mai adesea dure, rigide i deformabile plastic. Polimerii organici sunt materiale compuse din molecule formnd, n general, lanuri lungi de atomi de carbon pe care sunt fixate elemente ca hidrogenul sau clorul, ori grupuri de atomi ca radicalul metil (-CH3). Alte elemente ca sulful, azotul, siliciul etc. pot, de asemenea, s intervin n compoziia lanului. Polimerii organici cei mai cunoscui sunt policlorura de vinil (PVC), polietilena (PE) i polistirenul (PS). Cel mai adesea polimerii sunt cunoscui prin mrcile lor de fabric: polimetacrilat de metil (PMMA: Plexiglas), poliamida (PA: Nylon), politetrafluoretilena (PTFE: Teflon). Polimerii organici au proprieti fizice variate (sticla organic, cauciucurile). Polimerii organici, n mod curent, sunt izolani electrici i termici. Sunt uor de turnat n forme i, contrar metalelor, ei sunt puin rigizi i nu suport, pentru mult timp, temperaturi mai mari de 2000 C. Materialele ceramice sunt materiale anorganice care rezult din combinarea unui anumit numr de elemente metalice (Mg, Al, Fe) cu alte elemente nemetalice, cel mai uzual fiind oxigenul. Iniial, termenul de ceramic a fost rezervat oxizilor (silitele SiO2, alumina Al2O3). Exist din ce n ce mai mult tendina de a lrgi aceast clasificare incluznd i alte combinaii de atomi cum ar fi carbura de tungsten (WC) sau nitrura de siliciu (Si3N4). Materialele ceramice se disting prin caracterul lor refractar, ceea ce nseamn c au rezisten mecanic i termic ridicat. n cea mai mare parte, aceste materiale sunt izolani electrici i termici, dei printre ceramice se gsesc i cele mai bune conductoare termice (diamantul, grafitul etc.). Ceramicele sunt n general foarte dure i fragile. Sticlele minerale, care sunt combinaii de oxizi (SiO2 + Na2O + CaO) cu structur amorf, aparin de asemenea clasei de materiale ceramice.

  • Capitolul 3

    12

    Cele trei tipuri de materiale pot fi combinate pentru a forma materialele compozite. Un material compozit este format din dou sau mai multe materiale diferite care combin n mod sinergetic proprietile lor specifice. Este cazul rinilor epoxidice (polimeri) ntrite cu fibre de sticl, care formeaz un compozit uor i cu mare rezisten mecanic. Betonul, amestecul de ciment, pietri i ap, reprezint un alt exemplu de material compozit. mprirea materialelor n trei clase principale, bazat adesea pe caracteristicile atomice, structurale i pe proprieti, este comod dar, ea prezint un anumit caracter arbitrar. Astfel, diamantul, care poate fi considerat un polimer tridimensional, este un material organic din moment ce el este compus din atomi de carbon. Totui, duritatea i proprietile sale mecanice l leag mai degrab de ceramice. La fel, conductivitatea electric nu este numai apanajul metalelor deoarece anumii oxizi (VO2, un material ceramic) i civa polimeri organici sunt conductoare electrice. Materialele au definit n toate timpurile nivelul de dezvoltare al civilizaiei noastre. Astzi, acestea joac un rol determinant n toate mutaiile tehnologice. Oricare ar fi specialitatea inginerului, el nu poate nici s conceap, nici s construiasc noi obiecte fr s in cont de comportamentul materialelor, ntruct proprietile lor limiteaz, adesea, performanele mainilor i echipamentelor din care fac parte. Evoluia tehnicii este, n general, limitat de capacitatea materialelor de a rspunde la solicitrile exterioare. Pentru un inginer este primordial cunoaterea nivelului de performan pe care l poate atinge materialul. Pentru aceasta, trebuie cunoscute proprietile caracteristice materialului n cauz. O clasificare general a proprietilor materialelor este prezentat sintetic n figura 3.1.

    Realizarea proiectelor concepute de un inginer este adesea limitat de proprietile materialelor disponibile. Orice progres tehnologic important este aproape tot timpul legat de dezvoltarea materialelor dotate cu proprieti mbuntite sau de noile materiale. Astfel, se tie c este posibil creterea substanial a randamentului energetic al turbinelor pe gaz i al motoarelor diesel prin funcionarea lor la temperatur foarte ridicat. Punerea la punct a acestor

    PROPRIETI INTRINSECI (TEHNICE)

    1. Proprieti fizice

    2. Proprieti chimice

    3. Proprieti mecanice

    1. Proprieti tehnologice

    2. Proprieti de

    exploatare

    DUP SENSIBILITATEA FA DE DEFECTELE

    STRUCTURALE

    PROPRIETI DE UTILIZARE

    PROPRIETI INSENSIBILE

    PROPRIETI SENSIBILE

    - topire; - conductibilitate; - vaporizare; - elasticitate; - rigiditate etc.

    - rezistena mecanic; - plasticitate; - fragilitate; - duritate; - cmp coercitiv; - fluaj etc.

    DUP NATURA ACESTORA

    PROPRIETILE MATERIALELOR

    Fig.3.1. Clasificarea proprietilor materialelor

  • Capitolul 3

    13

    motoare performante este condiionat de obinerea noilor aliaje metalice sau a noilor ceramice care s reziste la temperaturi ridicate.

    3.2. PROPRIETILE TEHNICE ALE MATERIALELOR Materialele metalice prezint particulariti fa de celelalte materiale i se disting prin

    structura cristalin i ductilitatea lor, n opoziie cu ceramicele care sunt, n general, cristaline i uneori amorfe, dar neductile i cu polimerii care sunt, n general, amorfi i uneori semicristalini, ductili, dar neregenerabili printr-un tratament termic fr a-i schimba forma, ca la recristalizarea metalelor. Datorit acestui fapt, materialele metalice rmn de prim importan pentru inginerie. De aceea majoritatea proprietilor tehnice evideniate se refer n special la materialele metalice.

    Comportamentul unui material este caracterizat de reacia sa la o solicitare. Proprietatea unui material se definete ca fiind msura comportamentului su la o ncercare. Dup tipul de solicitri exterioare se pot distinge trei categorii de proprieti:

    proprietile fizice care msoar comportamentul materialelor supuse la aciunea temperaturii, a luminii i a cmpurilor electrice sau magnetice;

    proprietile chimice care caracterizeaz comportamentul materialelor supuse la un mediu ambiant mai mult sau mai puin agresiv.

    proprietile mecanice care reflect comportamentul materialelor deformate de sistemele de fore; Anumite proprieti deriv direct din aranjarea atomilor i din natura legturilor. Este cazul opacitii metalelor, a transparenei sticlelor sau a extensibilitii cauciucurilor. ntr-un numr mare de cazuri, structura intern a materialelor este compus din gruni sau particule de mrime microscopic, cu o morfologie determinat care constituie microstructura. Un numr important de proprieti fizice, chimice i mecanice ale materialelor depind strict de aceast microstructur. 3.2.1. Proprietile fizice

    n acest paragraf sunt prezentate cele mai importante proprieti fizice. 3.2.1.1. Proprieti termice

    Temperatura de topire (Tt) este temperatura la care un metal pur, sub aciunea cldurii, la presiune atmosferic, trece din stare solid n stare lichid. Unele metale au temperatura de topire ridicat, de unde i dimensiunea lor de refractare, precum: wolframul cu Tt = 34100C, tantalul cu Tt = 30000C, molibdenul cu Tt = 26200C; altele au temperaturi de topire joase, precum: staniul cu Tt = 2310C, plumbul cu Tt = 3270C, cadmiul cu Tt = 3210C;

    Greutatea specific (VG= ) este greutatea unitii de volum a materialului respectiv,

    exprimat n N/m3 sau kgf/dm3. Exist metale grele precum wolframul, cu 3dm/kgf3,19= , aurul, cu 3dm/kgf32,19= , platina, cu 3dm/kgf45,21= i metale uoare precum aluminiul, cu 3dm/kgf7,2= , magneziul, cu 3dm/kgf74,1= .

    Dilatare termic (dilatabilitatea) este proprietatea materialelor de a-i varia dimensiunile (lungime, suprafa, volum) la modificarea temperaturii lor.

    Coeficientul de dilatare termic liniar reprezint variaia lungimii unei bare datorit variaiei temperaturii, raportat la lungimea iniial a barei:

  • Capitolul 3

    14

    dtdl

    l1

    0

    = [grd-1] (3.1)

    Pentru materialele omogene i izotrope, cunoscnd , coeficienii de dilataie superficial ( ) i volumic ( ) pot fi calculai cu formulele aproximative:

    = 2 ; = 3 (3.2) n comparaie cu celelalte materiale, metalele au coeficieni de dilatare relativi mari.

    Astfel, coeficientul de dilatare liniar pentru fier este Cmm/mm107,11 06 , pentru aluminiu Cmm/mm109,23 06 .

    Un exemplu de dilatare termic a metalelor l prezint conductoarele electrice din reelele de distribuie, care iarna sunt foarte ntinse, iar vara au o sgeat destul de pronunat. Dilatarea termic n lungime se calculeaz innd cont de coeficientul de dilatare liniar al materialului din care este executat corpul respectiv. Determinarea dilatrii termice se face nclzind epruveta care are o lungime 0l cunoscut i msurnd apoi creterea n lungime l , care corespunde la o cretere a temperaturii t . Creterea lungimii se exprim prin relaia: tll 0 = (3.3) Lungimea total a corpului dilatat va fi: ( )t1llll 00 +=+= (3.4) Pentru un anumit metal, dilatarea este cu att mai mare cu ct dimensiunea piesei i temperatura la care este supus sunt mai mari.

    Conductibilitatea termic este proprietatea materialelor de a transmite cldura prin propagare de la o particul la alta. Ea se apreciaz prin coeficientul de conductibilitate termic care reprezint cantitatea de cldur transmis n unitatea de timp, prin unitatea de suprafa (aezat perpendicular pe direcia fluxului termic), sub un gradient de temperatur egal cu unitatea.

    Metalele cele mai bune conductoare de cldur sunt argintul, cuprul, aluminiul. 3.2.1.2. Proprieti electrice

    Conductibilitatea electric este proprietatea materialelor de a conduce curentul electric i se exprim n 2mmm/ . n general, materialele conductoare de cldur sunt i bune conductoare de electricitate.

    Dintre metale, argintul are cea mai bun conductibilitate electric la temperatur obinuit.

    Rezistivitatea electric este proprietatea materialelor de a se opune trecerii curentului electric i se exprim n m/mm2 .

    Permitivitatea relativ r caracterizeaz starea de polarizaie electric a corpurilor i se determin valoric cu relaia:

    0

    dr C

    C = , (3.5)

    unde Cd reprezint capacitatea condensatorului (de obicei plan) care are ca dielectric materialul studiat, iar C0 capacitatea aceluiai condensator avnd ca dielectric aerul. Ia valori cuprinse ntre 1 (pentru gaze) i 10-3 (pentru materiale feroelectrice).

    Rigiditatea dielectric Estr reprezint valoarea minim a intensitii cmpului electric pentru care materialul se strpunge. Se calculeaz prin raportul dintre tensiunea Ustr la care are

  • Capitolul 3

    15

    loc strpungerea corpului (n cmp uniform) i distana d dintre electrozii ntre care se afl corpul:

    dU

    E strstr = [V/m] (3.6)

    Cum practic, nu se pot obine ntotdeauna cmpuri electrice uniforme, mrimea Estr astfel calculat reprezint rigiditatea dielectric tehnic i se ia n considerare numai dac se menioneaz i condiiile fizice n care a fost determinat. Ia valori de ordinul unitilor de MV/m, n cazul materialelor poroase i 100...300 MV/m pentru sticl, mic, folii sintetice etc.

    Factorul de pierderi tg caracterizeaz mrimea pierderilor totale de energie n dielectrici (materiale izolante), datorit polarizaiei, conduciei i descrcrilor electrice.

    Unghiul de pierderi dielectrice , al unui material izolant, este unghiul complementar unghiului de defazaj )( dintre tensiunea aplicat U i curentul total I, cnd dielectricul condensatorului este compus exclusiv din acest material.

    Pentru un condensator cu dielectric ideal, diferena de faz, dintre curentul Ii i tensiunea U, este de 2/ . Pentru un condensator cu pierderi, decalarea curentului este mai mic de 2/ , datorit att efectului de polarizare electric, ct i curenilor de conducie i curenilor de suprafa (fig.3.2).

    Prin urmare, factorul de pierderi dielectrice ( tg ), al unui material electroizolant, reprezint tangenta unghiului complementar celui de defazaj dintre tensiune i curent, n cazul unui condensator real.

    Pentru materialele uzuale tg ia valori cuprinse ntre 10-4 i 10-1. 3.2.1.3. Proprieti magnetice

    Magnetismul este proprietatea unor materiale de a se magnetiza n cmp magnetic. Dup modul n care i pstreaz sau nu, ntr-o msur suficient starea de magnetizare (la anularea cmpului magnetizant), materialele magnetice se mpart n materiale magnetic moi (cnd nu rmn magnetizate dup anularea cmpului magnetizant) i materiale magnetic dure (cnd rmn magnetizate dup anularea cmpului magnetizant).

    Cmpul coercitiv Hc reprezint valoarea intensitii cmpului magnetic pentru care inducia magnetic a unui corp magnetizat n prealabil se anuleaz (fig. 3.3). Valorile sale (ntre 0,1 A/m i 30 MA/m) depind de structura, compoziia chimic, anizotropia i dimensiunile particulelor constituente ale corpului, de solicitrile mecanice i termice la care acesta a fost supus etc.

    Inducia de saturaie Bs reprezint valoarea pe care o ia inducia magnetic atunci cnd magnetizaia corpului M a atins valoarea de saturaie Ms. Ia valori ntre 0,2 i 2,5 T i scade cu temperatura, coninutul de impuriti i starea de tensionare a corpului.

    Inducia remanent Br reprezint valoarea induciei magnetice care persist n corpul magnetizat n prealabil la saturaie dup anularea cmpului magnetizant. Depinde de aceiai parametri ca i cmpul coercitiv i poate ajunge pn la 95% din valoarea induciei de saturaie.

    Indicele de calitate (BH)max se definete ca valoarea maxim a produsului dintre inducia magnetic i intensitatea cmpului magnetic i este proporional cu densitatea de energie magnetic nmagazinat de corp n cursul procesului de magnetizare i se exprim n J/m3. Materialele cu valori mari pentru (BH)max (pn la 300 kJ/m3) se utilizeaz la fabricarea magneilor permaneni.

    Fig. 3.2. Defazajul ntre curent i tensiune pentru un condensator

    Ii

  • Capitolul 3

    16

    Permeabilitatea magnetic relativ static (total) r reprezint raportul dintre inducia magnetic B i intensitatea cmpului magnetic H multiplicat cu permeabilitatea magnetic a vidului 0 :

    HB

    0

    r = . (3.7)

    Permeabilitatea magnetic relativ reversibil r.rev se definete (fig. 3.3) prin relaia:

    =

    HB

    lim0

    0Hr.rev (3.8)

    Dac din punctul P al caracteristicii de prim magnetizare (fig. 3.3) se scade cmpul cu H i apoi, se crete la valoarea iniial, se parcurge un ciclu de histerezis foarte ngust, care se poate confunda cu dreapta PP' (numit dreapt sau ciclu de revenire), mai puin nclinat fa de axa OH dect tangenta n punctul P la caracteristica de prim magnetizare.

    Aceast transformare reversibil este caracterizat prin r.rev ale crei valori, cuprinse

    ntre 2 i 7, prezint o importan deosebit n cazul magnetizrii corpurilor n cmpuri alternative.

    3.2.2. Proprietile chimice

    Compatibilitatea reprezint proprietatea materialelor de a coexista ntr-un ansamblu de materiale fr a-i degrada reciproc proprietile.

    Coroziunea reprezint aciunea distructiv, chimic sau electrochimic, pe care o serie de ageni corozivi ai mediului (oxigenul, apa, acizii etc.) o exercit asupra corpurilor. Din acest punct de vedere, sensibilitatea unui material depinde de natura i gradul su de puritate, de natura i concentraia impuritilor pe care le conine, precum i de caracteristicile agenilor activi coninui n mediile cu care materialul vine n contact.

    Coroziunea chimic apare n gaze uscate sau n lichide neconductoare. n atmosfer obinuit agentul corodant cel mai important este oxigenul care formeaz la suprafaa metalelor pelicule de oxizi. Dac peliculele formate sunt poroase, oxigenul ptrunde prin ele i atac, n continuare, metalul pn la distrugerea complet a acestuia (cum este cazul wolframului la

    Fig. 3.3. Cicluri de magnetizare pentru materiale magnetic moi (m) i dure (n)

  • Capitolul 3

    17

    temperaturi ridicate). Dac ns pelicula este compact, fr fisuri i cu coeficient de dilataie liniar apropiat de cel al metalului corodat, aceasta mpiedic ptrunderea oxigenului n metal i deci desfurarea procesului de coroziune. Asemenea tipuri de pelicule formeaz Cd, Al, Pb, Sn, Cu etc., la temperatura camerei, iar Cr, Ni, la temperaturi ridicate etc.

    Coroziunea electrochimic apare, n general, la contactul dintre dou metale n prezena unui electrolit. Apa cu care metalele vin n contact conine, de obicei, impuriti (acizi, sruri etc.) i constituie un electrolit a crui concentraie poate diferi de la un punct al suprafeei corpului la altul. Se pot forma astfel pile electrice macroscopice (dac n contact cu electrolitul se afl dou metale) sau microscopice (dac concentraia electrolitului este neuniform sau dac suprafaa metalului conine impuriti). n primul caz se distruge metalul cu potenial de electrod standard mai sczut, iar n cel de-al doilea caz se distruge metalul n cauz. De exemplu, n cazul contactului Cu-Al se va distruge, prin coroziune electrochimic, piesa de aluminiu, care are potenialul de electrod standard de -1,66V fa de cel al cuprului de 0,345V. Potenialul de electrod normal reprezint diferena de potenial care apare ntre un metal i o soluie apoas a unei sri a acestuia care cuprinde un echivalent gram de ioni activi la litru. Valoarea potenialului de electrod normal depinde de natura metalului i a electrolitului, de coninutul de impuriti din metal, de starea suprafeelor etc. Dac se msoar valoarea potenialului normal fa de potenialul de electrod normal al hidrogenului se obine potenialul de electrod standard. Potenialul standard al aliajelor depinde de compoziia i natura metalelor componente. Deoarece numai un numr relativ redus de elemente sunt necorodabile (Au, Pt, Ag etc), n aplicaiile tehnice se iau msuri speciale de protecie a metalelor mpotriva coroziunii. n acest sens, fie se reduce agresivitatea mediului ambiant (prin utilizarea unor soluii alcaline, a amoniacului, inhibitorilor etc.), fie se mrete rezistena corpurilor la aciunea coroziunii. Mrirea rezistenei metalelor la coroziune, se realizeaz prin acoperirea acestora cu materiale necorodabile. Acoperirile nemetalice se realizeaz cu materiale anorganice (oxizi, silicai), lacuri nehigroscopice (bitumuri etc.), pelicule de email (care conin amestecuri de silicai, borai etc.). Acoperirile metalice se realizeaz cu Sn, Zn, Cu, Cr pentru materiale feroase i cu Ni, Ag, Au etc. pentru materiale neferoase i pot avea caracter catodic (cnd, la apariia coroziunii, se distruge elementul de protejat) sau anodic (cnd este atacat stratul protector fig. 3.4). Executarea acoperirilor metalice se face prin cufundarea pieselor de protejat n bi care conin metalul de acoperit n stare topit (Zn, Al, Cd, Pb etc.), prin galvanizare (Al, Ag, Au, Cd, Cr, Ni, Pb, W etc.), prin difuzia metalului de protecie la temperaturi ridicate (B, Cr, Zn etc.), prin pulverizarea metalului de protecie (Al, Zn, Cu, Pb etc.), prin placare (prin laminare, sudare, presare) etc. Dac corpurile se utilizeaz la temperaturi nalte, se fac acoperiri cu Al2O3, ZnO2, SiO2, compui metalo-ceramici etc. De asemenea, se efectueaz acoperiri pe baz de ciment, prin nitrurri sau fosfatri electrostatice i prin electroforez etc.

    Refractaritatea este proprietatea metalelor i aliajelor de a-i menine rezistena mecanic la temperaturi nalte i de a nu forma la suprafaa lor un strat de oxizi metalici.

    Fig. 3.4. Acoperiri metalice cu caracter catodic (a) i anodic (b)

  • Capitolul 3

    18

    Fig. 3.5. Tensiunea medie i tensiunea total

    3.2.3. Proprietile mecanice Ele pot fi statice, cnd sarcina se aplic lent i progresiv sau dinamice, cnd sarcina se

    aplic brusc. De asemenea, ele pot reflecta proprieti n condiii normale de temperatur sau n condiii diferite, cum sunt temperaturile joase sau temperaturile nalte. n continuare se prezint cele mai importante proprieti mecanice.

    Rezistena mecanic reprezint proprietatea metalelor de a rezista la solicitri mecanice de ntindere, compresiune, ncovoiere, forfecare, rsucire sau solicitri combinate.

    n urma deformrii unui corp, se vor modifica distanele i forele interatomice. n corpul deformat vor apare fore interioare suplimentare, care se opun deformrii acestuia. n calculele din rezistena materialelor i teoria elasticitii se presupune c forele interioare din corpul nedeformat sunt nule (ipoteza strii naturale). Dac se secioneaz un corp i se consider un element de suprafa, A, construit n jurul unui punct B aparinnd seciunii, asupra acestuia vor aciona fore distribuite, a cror rezultant va fi F . Ea va aciona n centrul de greutate al elementului A. Se poate astfel defini tensiunea medie total sau efortul mediu total pe suprafaa A, ca fiind:

    AF

    pm = . (3.9)

    Limita acestui raport, pentru A tinznd la zero, se numete tensiune total sau efort unitar total n punctul B:

    AF

    limp0A

    = . (3.10)

    Tensiunea total p este un vector, ca i fora F din care s-a dedus. Aceti vectori au acelai punct de aplicaie i aceeai direcie. Se observ ns c tensiunea total p este

    determinat att de mrimea forei elementare F , ct i de orientarea elementului de suprafa A.

    Unei orientri particulare a elementului de suprafa, ce conine punctul B, i corespunde o tensiune total p , cu mrimea i direcia bine determinate.

    n consecin, tensiunea p reprezint o noiune mai complex dect cea vectorial, care se numete mrime tensorial.

    Tensiunea total p , pentru o orientare dat a elementului de suprafa A, poate fi descompus ntr-o component normal la seciune, numit tensiune normal i una coninut n planul seciunii numit tensiune tangenial . ntre aceste tensiuni exist relaia (fig.3.5):

    p2= 2+ 2 . (3.11) Tensiunile p, i reprezint fore raportate la

    unitatea de suprafa i se msoar deci n uniti de presiune [Pa].

    Tensiunilor normale le corespund deformaii specifice liniare date de relaia:

    0ll

    = , (3.12)

    n care: l este deformaia absolut ( 0lll = ), l este lungimea dup deformare, iar l0 este lungimea iniial.

  • Capitolul 3

    19

    Legtura ntre i este dat de legea lui Hooke, valabil numai n limita de elasticitate: = E , (3.13)

    n care E este modulul de elasticitate longitudinal (modulul lui Young). Tensiunilor tangeniale le corespund deformaiile specifice unghiulare . n

    conformitate cu figura 3.6 deformaia unghiular se exprim cu relaia:

    == tghx

    , (3.14)

    n care: x este deplasarea elementului liniei de reea AB ca urmare a efortului exterior , este unghiul de alunecare, iar h reprezint distana fa de elementul de reea OC, paralel i egal cu AB. Legtura ntre i este dat de relaia:

    G= , (3.15) n care G este modulul de elasticitate transversal. Considerm c efortul se aplic normal pe suprafa i c, prin urmare nu vom avea tensiuni tangeniale i deformaii unghiulare. n figura 3.7 se indic dependena dintre tensiunea normal i alungirea specific a materialului. Pentru valori ][0, p tensiunea variaz liniar cu alungirea specific, poriunea numindu-se de proporionalitate. n aceast regiune comportarea materialului este elastic, respectndu-se legea lui Hooke dat de relaia (3.13).

    Poriunii PQ a curbei i corespunde o comportare plastic a materialului, n aceast zon putnd s apar sau nu i limita de curgere c . Starea de curgere este starea n care materialul se deformeaz cnd tensiunea rmne aproximativ constant. Nu toate materialele prezint aceast stare.

    Unele materiale prezint apoi o poriune QB n care crete sensibil cu (de obicei mai ncet dect pe poriunea OP); structura lor a devenit, n acest caz, o structur tare, ecruisat, n care grunii cristalini ai materialului au o form alungit i care confer acestuia caliti mecanice superioare. La o valoare maxim r a tensiunii, corespunztoare punctului B, materialul se rupe; mrimea

    r se numete rezistena de rupere a materialului i depinde de natura sa. Dac efortul unitar crete peste c , pn la o valoare corespunztoare unui punct Q, de pe por-iunea CB i apoi se suprim tensiunea, punctul reprezentativ parcurge dreapta (punctat) Q r i bara rmne cu o deformare permanent r (deformare remanent).

    Elasticitatea se definete ca proprietatea materialelor de a se deforma sub aciunea forelor exterioare i de a reveni la forma lor iniial, dup ce solicitarea, care a produs deformaia i-a ncetat aciunea. n mod convenional, a fost denumit drept limit de elasticitate, valoarea tensiunii la care deformarea specific remanent este 0,001 0,03%, cnd este valabil relaia (3.13).

    Rigiditatea se definete ca proprietatea materialelor de a se opune deformaiilor elastice, contrar elasticitii. Msurarea ei se face prin modulul de elasticitate, din relaia = E ; se observ c R este cu att mai mare cu ct este mai mic.

    Fig. 3.6 Reprezentarea mrimilor care definesc deformaia unghiular

    O

    A B

    x

    y x

    h

    A B

    C

    Fig. 3.7. Dependena tensiunii normale de deformarea specific

  • Capitolul 3

    20

    D

    P

    d

    Fig. 3.9. Principiul metodei Brinell

    Modificri ale valorii lui R, n mic msur i mai semnificative pentru , se pot aduce prin prelucrri tehnologice specifice: turnare, deformare plastic, tratamente termice.

    Plasticitatea se definete ca proprietatea materialelor de a se deforma sub aciunea unor fore exterioare, fr s-i mai recapete dimensiunile iniiale, dup ce forele exterioare se elimin.

    n figura 3.8 se prezint variaia dintre tensiunea normal i deformaia specific pentru oel, unde se observ c la solicitri superioare limitei de elasticitate, la un moment dat, la creteri mici ale tensiunii corespund creteri mari ale deformaiei; se nregistreaz deci un fenomen de curgere al materialului. Acest moment s-a numit limita de curgere c i are valoarea tensiunii peste care deformaiile specifice permanente sunt mai mari de 0,2%.

    La solicitri i mai mari r , materialul se rupe. Din figur se deprinde faptul c deformaia total nsumeaz att pe cea elastic ct i pe cea plastic. La prelucrrile prin deformare plastic ale metalelor, deformaia plastic este mult superioar celei elastice.

    Tenacitatea este proprietatea materialelor de a acumula o energie mare de deformaie pn la rupere. Materialele tenace se rup numai dup ce nregistreaz deformaii mari.

    Ea poate fi static sau dinamic, dup cum sunt solicitrile care acioneaz. Ca msur a tenacitii dinamice s-a introdus reziliena:

    AL

    K = , (3.16)

    n care: L = lucrul mecanic de rupere prin oc i dintr-o singur lovitur A = aria seciunii iniiale n zona de rupere a unei epruvete, fr sau cu amors n form

    de cresttur. Se folosesc epruvete cu cresttur n U sau n V. Tenacitatea este influenat negativ, la oeluri i fonte, de temperaturile mai sczute, adic

    sub 00C.

    Duritatea se definete convenional n funcie de metodele utilizate pentru msurarea ei: Brinell, Vickers, Rockwell, Martens, Shore, Poldi. Ea caracterizeaz capacitatea straturilor superficiale, ale materialului, de a rezista la eforturi de compresiune transmise prin corpuri de dimensiuni mici (din oel sau diamant). Factorii determinani pentru duritate sunt: compoziia chimic a materialului, structura lui, felul solicitrii (statice sau dinamice). Duritatea este determinant pentru rezistena la uzur i de aderen la frecare. Ea poate fi determinat static (metodele Brinell, Vickers, Rockwell, Martens) sau dinamic (metodele Shore, Poldi) i permite obinerea mai rapid a unora din caracteristicile materialelor cu operativitate i fr distrugere. Metodele de ncercare a duritii variaz n funcie de forma i materialul penetratorului i modul de aplicare a sarcinilor asupra piesei de ncercat.

    Metoda Brinell, este cea mai utilizat. Prin aceast metod (fig. 3.9), duritatea se msoar prin aplicarea static a unei fore P, cu ajutorul unui penetrator sferic (bil de oel) de diametru D, pe suprafaa lustruit a epruvetei. Dup nlturarea sarcinii P, pe epruvet rmne o urm sub forma unei calote

    Fig. 3.8. Variaia dintre deformaie i tensiune

    r

    c r p

    r

    D

    E

    F

    O

  • Capitolul 3

    21

    sferice cu baza de diametru d. Duritatea Brinell, HB, este definit ca raport ntre mrimea forei P, de apsare i aria urmei lsate de bil pe placa de ncercat:

    ( )22 dDD2D

    FAF

    HB

    == [kgf/mm2] (3.17)

    unde: A- aria urmei sferice, n mm2; F- sarcina care apas pe bil, n kgf, D- diametrul bilei, n mm; d- diametrul urmei, n mm.

    Diametrele bilelor sunt standardizate i au valori de 10,5 sau 2,5 mm. Sarcina F se aplic n mod lent i se menine timp de 15s.

    Metoda Martens sau metoda prin zgriere const n purtarea unui vrf de diamant cu unghiul de vrf de 900 pe suprafaa plan a epruvetei, cu o for de apsare care se poate msura. Pentru msurarea duritii se determin limea zgrieturii la diferite sarcini. Metoda Vickers se deosebete de metoda Brinell prin nlocuirea bilei de oel cu o piramid de diamant, cu unghiul diedru al feelor de 1360. Cifra HV se determin calculndu-se raportul dintre sarcina cu care s-a apsat i suprafaa lateral a urmei lsate de piramid pe suprafaa piesei ncercate. Aceast metod se folosete pentru piese cu suprafee foarte dure. La metoda Rockvell se msoar adncimea de ptrundere n material a unui vrf conic de diamant sau a unei bile de oel sub o anumit cretere de sarcin. Duritatea se citete pe cadranul aparatului care are dou scale notate cu B i C. Metoda Poldi const n lovirea cu un ciocan a unei bare aezate deasupra unei bile de oel, sprijinit pe suprafaa piesei de ncercat. Bara este executat dintr-un material a crui duritate este cunoscut. Datorit ocului loviturii date cu ciocanul, bila se imprim att n suprafaa piesei de ncercat, ct i n suprafaa barei. Cu ajutorul diametrelor urmelor imprimate pe bar i pe pies se determin duritatea suprafeei ncercate.

    Metoda Shore const din cderea liber a unui berbec mic cu vrf de diamant, ntr-un tub de sticl, de la o nlime dat, pe suprafaa orizontal a epruvetei. Mrimea duritii HS este egal cu nlimea reculului berbecului, care poate fi citit direct pe o scal, determinat empiric.

    Fluajul se definete ca proprietatea unor materiale de a se deforma n timp, lent i continuu, sub aciunea unor sarcini constante, de lung durat (ani).

    Sub aciunea unor sarcini continui, chiar dac c , componenta permanent a deformaiei elastice crete, iar deformaia total va fi permanent. Cu toate c la temperatura mediului ambiant deformarea plastic la fluaj este mic, ea crete o dat cu temperatura. Aceast

    cretere este mai pronunat dac 0,4

    t

    > , unde este temperatura la care se face ncercarea la

    fluaj, iar t este temperatura de topire. Reprezentarea grafic a rezistenei la fluaj se face

    n funcie de timp i deformarea specific, ca n figura 3.10. n aceast figur cele trei curbe corespund urmtoarelor cazuri:

    - curba a corespunde unui t de valoare mare i de valoare mare;

    - curba b corespunde unui t de valoare mic i de valoare mare;

    - curba c corespunde unui t de valoare mare i de valoare mic.

    R

    B

    A

    0

    Rt Bt At t

    A

    B

    R

    F

    a b

    Fig. 3.10. Rezistena la fluaj

    c

  • Capitolul 3

    22

    Rezistena la oboseal este proprietatea materialelor de a rezista la aciunea unor solicitri variabile repetate, adic ciclice. Oboseala este pus n eviden atunci cnd asupra unei piese din materialul ncercat se aplic: a) tensiuni alternative de traciune i de compresiune (care cresc de la zero pn la valoarea maxim, apoi descresc pn la zero); b) tensiuni oscilante, numai de traciune sau numai de compresiune, care variaz ntre o valoare maxim i una minim; c) tensiuni pulsante, care sunt tensiuni oscilante ce variaz ntre o valoare maxim i zero. Un ciclu reprezint trecerea de la tensiunea maxim la cea minim i napoi la cea maxim; durata unui ciclu se numete perioad, iar numrul perioadelor pe secund se numete frecven. La ncercrile la oboseal, epruveta este supus la un numr mare de sarcini periodice. Rezistena la oboseal se determin din diagramele Whler (fig. 3.11), n care pe ordonat sunt valorile tensiunilor aplicate , iar pe abscis numrul de cicluri N corespunztoare acestor valori. Cu ct tensiunile aplicate sunt mai mici dect rezistena la rupere r, cu att distrugerea epruvetei are loc dup un numr mai mare de cicluri. De asemenea, valoarea cea mai mare a tensiunii aplicate este ntotdeauna mai mic dect r i reprezint, n general, 65%r.

    Tensiunea la care epruveta suport un numr foarte mare de cicluri (de ordinul a 10 milioane) reprezint rezistena la oboseal 0 , n N/m

    2. Spre deosebire de ruperea provocat de sarcinile statice, care este precedat de o

    deformaie plastic vizibil a metalului, ruperea provocat prin oboseal nu este precedat de nici o deformaie vizibil i prezint dou zone: o zon exterioar, unde a aprut fisura de oboseal i o zon interioar (central), cu aspect grunos i cu urme de degradare.

    Din ncercrile fcute a reieit c rezistena la oboseal a metalelor este cu att mai mare cu ct metalul este mai curat i structura sa interioar (adic forma cristalelor) este mai omogen.

    3.3. PROPRIETILE TEHNOLOGICE ALE MATERIALELOR

    Acestea arat modul de comportare al materialelor la diferite procedee tehnologice de prelucrare sau formare la rece sau la cald.

    Turnabilitatea sau capacitatea de turnare, este proprietatea materialelor (n special a metalelor i aliajelor metalice) de a umple n stare lichid tot interiorul unei forme de turnare. Proprietile de turnare sunt cu att mai bune cu ct materialul are o compoziie mai apropiat de eutectic, punctul cu cea mai mare fluiditate. Verificarea proprietii de turnare se face cu ajutorul unei probe n form de spiral, cu lungimea de 2000mm.

    Fluiditatea se exprim ca raport ntre lungimea obinut la turnare i lungimea total a spiralei, proprietatea de turnare fiind cu att mai bun cu ct materialul umple o lungime mai mare.

    Prelucrarea prin deformare plastic la rece presupune modificri de form i seciuni, fr rupere.

    Pentru grosimi mici se folosesc ca teste ncercrile la ambutisare i ndoire, iar pentru cele mari, ndoirea la rece.

    Pentru table, evi i srme se folosesc ncercri specifice.

    N2

    1 2

    0 n

    107 Nn N1 0

    [N/m2]

    N

    Fig. 3.11. Diagrama Whler

  • Capitolul 3

    23

    Tablele se ncearc la ambutisare i ndoire alternat. Srmele se ncearc att la ndoire alternat ct i la rsucire i nfurare pe dorn. evile se ncearc la ndoire, aplatisare, lrgire i rsfrngere. ncercarea la aplatisare a evilor se face ntre dou plci paralele, pn la atingerea unei

    anumite cote prescrise z fr s apar crpturi i fisuri n zona deformat (figura 3.12). ncercarea de lrgire a evilor const n lrgirea unui capt de epruvet, prin introducerea

    unui mandrin tronconic, pn la atingerea unui diametru extern maxim impus, fr s apar crpturi sau fisuri n zona deformat.

    ncercarea de rsfrngere a evilor are scopul de a determina capacitatea metalului de a se supune unei deformaii constnd din ndoirea peretelui evii cu 900.

    Metale se ncearc la ndoire i la refulare la rece i la cald. Epruveta n fiecare caz trebuie s aib anumite dimensiuni.

    ncercarea la refulare const din turtirea cu un ciocan sau cu o pres a unei epruvete cilindrice (figura 3.13) sau prismatice de nlime h0, pn la o nlime h, astfel nct pe suprafaa lateral a epruvetei s nu apar fisuri, crpturi, rupturi etc.

    Sudabilitatea este proprietatea metalelor i aliajelor de a se mbina, prin nclzirea local

    a capetelor pn la starea plastic sau de topire, cu sau fr material de adaos.

    Clibilitatea este proprietatea pe care o au anumite aliaje metalice de a se durifica prin nclziri i sarcini controlate, n vederea mbuntirii duritii, rezistenei la uzur etc.

    Prelucrabilitatea prin achiere este proprietatea materialelor (metale i aliaje) de a putea fi prelucrate prin achiere, cu ajutorul unor scule tietoare cu consum minim de energie i viteze optime.

    Maleabilitatea semnific proprietatea materialelor de a fi trase n foi subiri.

    Ductibilitatea este proprietatea de a putea fi trase n srme subiri.

    z

    Fig. 3.12. ncercarea evilor la aplatisare

    h

    d

    h 0

    Fig. 3.13. ncercarea metalelor la refulare

  • Capitolul 4

    24

    TEHNOLOGIA MATERIALELOR METALICE

    4.1. GERALITI

    Procesul tehnologic este acea parte a procesului de producie prin care se realizeaz anumite stadii de transformare a obiectelor muncii n produse finite, pe baza unor tehnologii de fabricaie. n funcie de natura aciunilor ce se desfoar, procesele tehnologice pot fi: de semifabricare, de prelucrri mecanice, de tratamente termice, de control i de asamblare. Locul de munc reprezint o anumit parte din spaiul de producie dotat cu mainile-unelte, sculele, dispozitivele, verificatoarele i aparatele de msur i control corespunztoare efecturii operaiei prevzute.

    Tehnologia materialelor metalice este o tiin care cuprinde totalitatea cunotinelor actuale referitoare la metodele i procedeele de obinere a metalelor i aliajelor, de tratare fizico-chimic i de prelucrare a lor.

    Proprietile unui aliaj metalic difer, ntr-o msur mai mare sau mai mic, de proprietile componentelor. Tehnologia materialelor metalice este o ramur a tehnicii cu legi i finaliti proprii i tendine permanente de evoluie.

    n tehnic sunt i alte ramuri care se refer la alte materiale n afara celor metalice, precum: tehnologia lemnului, tehnologia materialelor compozite, tehnologia materialelor de construcie, a produselor chimice etc.

    Materialele metalice pot fi metale sau aliaje metalice. Metalele au proprieti bine stabilite i n general cunoscute. Aliajele metalice sunt alctuite din mai multe componente dintre care cel puin una, care se gsete n proporia cea mai mare, este metal. Dei n compoziia unui aliaj apar foarte multe componente, de obicei, se consider c aliajul este format din acele componente care se gsesc n proporii semnificative.

    4.2. STRUCTURA CRISTALIN A MATERIALELOR METALICE

    Att metalele ct i aliajele metalice au o structur cristalin, alctuit din atomi repartizai, n general, dup o anumit legitate care se repet tridimensional. Reeaua cristalin spaial, exemplificat n figura 4.1.a, se poate obine prin alturarea mai multor celule elemetare, numite celule unitate (fig. 4.1.b). Exist mai multe tipuri de celule elementare, dar cele mai ntlnite sunt cele prezentate n figura 4.2, n care este schiat i dispunerea atomilor.

    Majoritatea metalelor uzuale cristalizeaz n sistemele cubic i hexagonal, cu urmtoarele tipuri de reele spaiale: cubic cu volum centrat (CVC), figura 4.2.a, cubic cu fee centrate (CFC), figura 4.2.b i hexagonal compact (HC), figura 4.2.c.

    Fig. 4.1. Reeaua spaial (a) i celula elementar (b)

  • Capitolul 4

    25

    n realitate nu se obin asemenea structuri perfecte dect atunci cnd se folosesc

    tehnici speciale de elaborare, iar cristalele rezultate sunt filiforme i se numesc whiskeri. La majoritatea materialelor metalice structura cristalin nu este ideal, ntlnindu-se numeroase abateri de la distribuia ordonat a atomilor. Abaterile de la structura perfect a unui cristal se numesc imperfeciuni sau defecte de structur. Sub aspect geometric se disting mai multe tipuri de defecte ale reelei cristaline i anume: punctiforme, liniare, de suprafa i de volum.

    4.3. FAZE NTLNITE N MATERIALELE METALICE Prin faz, se nelege o parte omogen a unui sistem, care se caracterizeaz prin

    aceleai proprieti fizice sau chimice i care este separat de restul sistemului prin suprafee de separaie (de exemplu, o topitur de sare are o faz solid i alta lichid).

    Exemple: - gazele se amestec totdeauna perfect, deci au o faz; - lichidele nu se amestec totdeauna perfect, uneori prezint suprafa de separaie,

    dnd mai multe faze; - solidele se prezint sub form de constitueni metalografici solizi: metal pur,

    soluie solid, compui intermetalici care au o faz (monofazici). Aliajele, deci i cele metalice, sunt substane formate din doi sau mai muli

    componeni chimici, care posed, n general, caracteristicile principale ale strii metalice i care sunt formate din una sau mai multe faze.

    Examinarea aliajelor, din punctul de vedere al comportamentului fizic, se face n raport cu natura lor.

    Pentru simplificare, ne vom referi la aliajele binare, formate din doi componeni pe care-i notm cu A i B.

    Dac se introduc atomi strini ntr-o reea, numii i atomi de adaos sau de aliere, noul aranjament atomic obinut va suporta urmtoarele modificri:

    - variaia concentraiei atomice; - variaia distanei dintre atomi; - variaia concentraiei electronice (electroni liberi); - apariia unor eventuale alte faze etc. Aceste variaii influeneaz energia intern i entropia sistemului i prin urmare

    energia liber: ST-WE = , (4.1)

    n care: W = energia intern a sistemului;

    T = temperature absolut; S = entropia sistemului.

    Deci, dac se adaug atomi strini, pentru obinerea unui aliaj, aranjamentul atomic al noului sistem obinut se va ghida astfel nct sistemul s se afle ntr-o stare de energie liber minim pentru ca noua stare s fie stabil.

    Fig. 4.2. Reele cristaline (celule elementare) caracteristice metalelor

  • Capitolul 4

    26

    n materialele metalice pot fi ntlnite una sau mai multe faze solide cum sunt: elemente chimice pure (metale pure), soluii solide i compui chimici (faze intermediare).

    Faza metal pur este alctuit dintr-o singur specie de atomi i se caracterizeaz printr-o reea cristalin specific.

    Faza soluie solid este format din mai multe specii de atomi amestecate intim, la scar atomic. Caracteristica de baz a soluiilor solide o constituie faptul c pot exista ntr-un interval de concentraie. Structura cristalin a soluiilor solide este identic cu structura unuia dintre elementele componente, numit component de baz; aceast structur conine att atomii componentului de baz (dizolvantului) ct i atomii celorlali componeni (dizolvailor). Rezult astfel, c o soluie solid se obine prin ptrunderea, n reeaua unui metal pur, a unor atomi de alt natur, numii atomi strini sau de aliere.

    Ptrunderea atomilor strini n reeaua componentului de baz se poate realiza fie prin substituie, fie prin intnsitie (ptrunderea n interstiii), rezultnd astfel soluii solide cu reele de substituie, respectiv de inserie (interstiiale).

    n figura 4.3 se reprezint cele dou tipuri de reele, pentru cazul unei soluii solide binare, obinute numai atunci cnd metalele impuritate B (sau adaos) sunt solubile n metalul de baz A.

    n cazul reelelor de substituie, metalele componente au acelai sistem de cristalizare i volume atomice apropriate (diferena dintre diametrele atomilor nu depete 15 %); metalele se aliaz n orice proporii, n nodurile reelei aflndu-se atomi ai ambelor elemente.

    Dintre aliajele de acest tip, se remarc aliajele Cu-Ni, Au-Ag, W-Mo etc. Dac diferena dintre diametrele atomice ale metalelor de aliere depete 15 %, se

    obin soluii solide cu reea interstiial. n acest caz, metalele nu se aliaz n orice proporii ci numai pn la ocuparea interstiiilor reelei cristaline a lui A de ctre ionii lui B (solubilitatea este limitat). Asemenea tip de soluii formeaz metalele cu hidrogenul, carbonul, azotul, borul, oxigenul etc.

    Faza compus chimic (faza intermetalic) se formeaz atunci cnd atomi de specii diferite se combin chimic ntre ei. Caracteristic pentru compuii chimici este faptul c posed o structur cristalin diferit de cea a elementelor constitutive.

    Amestecurile eutectice (mecanice) se obin din metale insolubile unul n altul (Pb n Fe, W n Cu, Pb n Ag etc.) i prezint o structur de natur eutectic: cristale mari ale uneia dintre componente, necate ntr-un amestec de cristale foarte mici aparinnd ambelor componente (numit eutectic).

    Cele dou metale se amestec mecanic, componentele pstrndu-i caracteristicile proprii. Drept urmare, rezistivitatea electric a acestor aliaje are o variaie liniar cu coninutul componentelor, curbele respective utilizndu-se, de foarte multe ori, la determinarea structurii fizico-chimice a aliajelor.

    Amestecul mecanic de cristale (eutectic i eutectoid) este format din dou sau mai multe faze (bi i trifazic), dup numrul de cristale diferite care intr n alctuirea lor.

    Eutectic: amestec mecanic de cristale separate la trecerea din stare lichid n stare solid.

    Eutectoid: amestec mecanic de cristale separate n stare solid.

    Fig. 4.3. Reele cristaline ale soluiilor solide: a reea de substituie; b reea interstiial

  • Capitolul 4

    27

    4.4. DIAGRAME DE ECHILIBRU PENTRU ALIAJE BINARE Structura metalelor i aliajelor se apreciaz pe baza diagramei de echilibru structural.

    Aceasta exprim echilibrul dintre doi sau mai muli compui, n funcie de temperatur i concentraie, presiunea fiind constant. Trasarea diagramei de echilibru se face cu ajutorul analizei termice, respectiv a curbelor de rcire.

    Legea fazelor spune c, la presiunea obinuit, curba de rcire a unui sistem poate prezenta un palier, cnd numrul fazelor depete cu o unitate numrul componenilor sau o deviere, cnd numrul fazelor este egal cu cel al componenilor.

    Conform legii fazelor, curba de rcire a unui aliaj poate prezenta: un palier, dac:

    1nn ef += , (4.2) n care:

    fn = numrul fazelor;

    en = numrul elementelor componente; o deviere, dac:

    ef nn = (4.3) Cnd un aliaj binar are trei faze temperatura de rcire rmne constant, iar curba de racire prezint un palier (fig. 4.4, dreapta CE), la dou faze schimb direcia de rcire i curba prezint o deviere (fig. 4.4, curba BC), iar la o faz se rcete continuu (fig. 4.4, dreptele AB, CD, AC, ED).

    Pentru obinerea diagramei de echilibru se construiete un sistem de axe ortogonal, n care pe abscis se reprezint concentraia (compoziiile chimice ale aliajelor), n procente i pe ordonat temperatura, n 0C, presiunea constituind un factor constant, apoi, cu ajutorul curbelor de rcire, se stabilesc punctele de transformare, de nceput de solidificare i sfrit de solidificare, de transformri n stare solid. Unind punctele respective se obin linii solidus, linii lichidus i linii de transformare n stare solid.

    n toate diagramele, linia care marcheaz debutul solidificrii (la rcire) i sfritul topirii (la nclzire) se numete linie lichidus. Linia care marcheaz sfritul solidificrii (la rcire) i debutul topirii (la nclzire) se numete linie solidus.

    Metalul pur are o diagram simpl. Cnd sistemul are dou sau trei componente, atunci intervine i compoziia chimic.

    Diagramele binare de echilibru (cu 2 constitueni) se pot mpri n cinci tipuri, care se refer la aliaje complet solubile n stare lichid, dup cum urmeaz.

    Fig. 4.4. Aspecte ale curbelor de rcire la aliajele binare

    A

    C E

    D

    t [s]

    [0C]

    0

    1 faz (lichid)

    A 1 faz (lichid)

    2 faze (1 lichid, 1 solid)

    1 faz (solid)

    B

    C

    D

    1 faz (solid)

    1 faz (lichid)

    2 faze (1 lichid i 1 solid) 3 faze (1 lichid i 2 solide)

    A

    B

    C E

    D

    1 faz (solid)

    3 faze (1 lichid, 2 solide)

  • Capitolul 4

    28

    Tipul I: cu componeni total solubili n stare lichid i solid (ex: diagrama bismut-stibiu).

    Diagrama de echilibru, pentru aceste aliaje, este prezentat n figura 4.5 i are aspect de fus.

    Cantitatea relativ a fazelor este dat de regula braelor prghiei. De exemplu, pentru temperatura avem:

    soliddecantitatealichiddecantitatea

    Isl

    0 == . (4.4)

    n figura 4.5, sC reprezint concentraia fazei solide, iar lC concentraia fazei lichide, corespunztoare temperaturi . La temperatura l concentraia fazei solide care ar aprea ar fi slC i la temperatura s concentraia fazei lichide care ar disprea ar fi lsC .

    Tipul II: cu componeni total solubili n stare lichid i insolubili n stare solid (ex: diagrama plumb-stibiu). Aceste materiale nu se pot solubiliza n stare solid. Ele formeaz numai amestecuri mecanice. Aici fiecare component se solidific ntr-un anumit interval de temperatur. Sfritul solidificrii, ns, este pentru toate la aceeai temperatur astfel nct aliajul format se solidific odat. Cel mai sczut punct de topire al tuturor aliajelor care se pot forma este punctul E. Aici temperaturile lichidus i solidus coincid. Este punctul eutectic, iar aliajul se cheam pur eutectic; el se topete i se solidific brusc. Deci, la punctul de eutectic lichidul separ cristale care dau amestec mecanic. Aliajele din stnga punctului E se numesc hipoeutectice, iar cele din dreapta acestui punct hipereutectice. Pe diagram deosebim cinci domenii:

    I aliajele sunt n stare lichid; II aliajele prezint dou faze: solid, cristale de metal A (Pb) i lichid; III aliajele prezint dou faze: solid, cristale de metal B (Sb) i lichid; IV aliajele sunt solidificate i prezint numai cristale de metal A; V aliajele sunt solidificate i prezint numai cristale de metal B; VI aliajele sunt solidificate avnd metal A plus eutectic (A+B); VII aliajele sunt solidificate avnd metal B plus eutectic (A+B).

    Tipul III: cu componeni total solubili n stare lichid, la solidificare formnd un

    compus chimic definit (ex: diagrama magneziu-plumb). Compusul chimic este indicat pe diagram printr-un maxim al uneia din ramurile liniei lichidus. n figura 4.7, abscisa punctului C ne d compoziia compusului definit 2PbMg . El se solidific la o anumit temperatur i are o reea cristalin proprie. Compusul 2PbMg are 81% Pb i 19% Mg, iar temperatura de topire este de C5310 .

    Fig. 4.5. Diagrama de tipul I Fig. 4.6. Diagrama de tipul II

  • Capitolul 4

    29

    Diagrama mai prezint dou puncte eutectice, ( 1E , 2E ), avnd fiecare orizontala sa. Eutecticul 1E are cristale de soluie solid plus compusul AmBn ( 2PbMg ). Eutecticul 2E are cristale de metal ( Pb ) plus compusul AmBn ( 2PbMg ).

    Tipul IV: cu componeni total solubili n stare lichid i parial solubili n stare solid. Este cel mai frecvent tip, deoarece cea mai mare parte dintre metale se dizolv parial unul n cellalt, n stare solid. Foarte puine metale nu se dizolv deloc, iar total se dizolv mai rar. n cazul diagramei de tipul IV exist mai multe cazuri:

    a) Metalul B se dizolv n A numai pn la o anumit concentraie, de exemplu pn la 40%, formnd n stare solid soluia solid (fig. 4.8). Peste 40% componenii nu mai sunt solubili n stare solid; se vor forma, deci, cristale de metal B. Amestecul mecanic eutectic (punctul E) este format din soluia i din cristale de metal B. Linia vertical MN, din figura 4.8, se numete linie limit de solubilizare.

    b) Metalul B se dizolv n A ntre dou concentraii. La nceput se formeaz soluia solid , prin dizolvarea lui B n A. Ctre sfrit se formeaz soluia solid , prin dizolvarea lui A n B (fig. 4.9). Liniile verticale, MQ i NP, sunt liniile limit de solubilizare. n cazurile a) i b) liniile verticale (liniile limit de solubilizare) sunt drepte.

    c) La anumite aliaje se constat dup solidificare unele transformri, indicate de liniile limit de solubilizare (fig. 4.10). Astfel, dac partea (faza) insolubil este n exces ea se precipit i n acest caz liniile limit de solubilizare devin curbe (fig. 4.10, curbele MQ i NP).

    Tipul V: cu componeni total solubili n stare lichid; la solidificare formeaz un compus instabil, care apoi se descompune prin transformarea peritectic. Deci, este cazul cnd aliajul, la solidificare, formeaz dou soluii solide separate de o linie orizontal (fig. 4.11). Formarea lor se datoreaz unor reacii ntre lichid i solidul care se dezvolt. Aceste

    Fig. 4.9. Diagrama de tipul IV b Fig. 4.10. Diagrama de tipul IV c

    Fig. 4.7. Diagrama de tipul III Fig. 4.8. Diagrama de tipul IV a

  • Capitolul 4

    30

    transformri se numesc peritectice. Ele au loc la temperatur constant i prin urmare, apar ca linii orizontale care separ cele dou soluii solide. S analizm dou zone ale diagramei:

    Zona I Din faza lichid, se trece n faza de ncepere a solidificrii, cnd apar n lichid cristale ale soluiei solide . La linia orizontal ncep transformrile peritectice, deoarece solidificarea soluiei este terminat. n urma transformrii peritectice rezult o alt soluie solid , format din combinarea soluiei cu lichidul L din care se dezvolt. Partea din care nu se consum n aceast combinare rmne alturi de . n final rezult, deci, soluiile solide i .

    Zona II Prin rcire, se formeaz nti soluia solid n lichid, apoi aceasta se transform peritectic n soluia , care la nceput mai are i lichid i care, mai departe, rcindu-se formeaz numai cristale de .

    Utilitatea diagramelor de echilibru const n: - studierea unui sistem de aliaje, rezultnd direct natura i compoziia fazelor; - stabilirea temperaturii sau a intervalului de solidificare; - determinarea comportrii aliajelor la turnare i tratamente termice.

    4.5. DIAGRAMA Fe-C Principalul element de aliere al fierului (Fe) este carbonul (C). Orict de mic ar fi procentul de C, el influeneaz foarte mult caracterul i proprietile Fe. Pn la 1,7% aliajele sun forjabile i se numesc oeluri. Ele mai au n plus mici procente de Mn, Si, S, P. ntre 1,7 - 6,67%C aliajele se numesc fonte. Aceste aliaje fiind fragile nu se mai pot forja; mai frecvent se toarn. Peste 6,67% se formeaz aliaje care nu prezint interes tehnic, deoarece sunt prea dure i fragile. n aliajele Fe-C, carbonul poate fi regsit fie sub form de carbon elementar (grafit sau carbon de recoacere), fie sub form de combinaii chimice cu fier, cum ar fi cementita (Fe3C). n figura 4.12 este reprezentat diagrama Fe-C pn la cementit (6,67%C).

    Pentru obinerea acestei diagrame de echilibru se construiete un sistem de axe ortogonal, n care pe abscis se reprezint concentraia (compoziiile chimice ale aliajelor), n procente i pe ordonat temperatura, n 0C, presiunea constituind un factor constant. Apoi, cu ajutorul curbelor de rcire, se stabilesc punctele de transformare, de nceput de solidificare i sfrit de solidificare, de transformri n stare solid. Unind punctele respective se obin liniile solidus, liniile lichidus i liniile de transformare n stare solid.

    4.5.1. Puncte de temperatur i linii importante pe diagram Din studierea acestei diagrame (fig. 4.12) se desprind datele caracteristice comentate

    mai jos.

    Fig. 4.11. Diagrama de tipul V

  • Capitolul 4

    31

    4.5.1.1. Puncte de temperatur n tabelul 4.1 sunt prezentate principalele temperaturi de transformare, nsoite de

    notaia lor pe diagram, precum i semnificaia acestor temperaturi. Tabelul 4.1. Puncte de temperatur i semnificaia lor

    Notaia pe diagram

    Temperatura [0C] Semnificaia punctelor de pe diagram

    A 1535 Temperatura de solidificare a fierului pur D 1520 Temperatura de solidificare a compusului Fe3C

    HJB 1495 Temperatura de transformare peritectic ECF 1130 Temperatura de solidificare a eutecticului ledeburit

    G 910 Temperatura de transformare alotropic a Fe n Fe MO 778 Temperatura de pierdere a magnetismului pentru Fe PSK 723 Temperatura de formare a eutectoidului perlit

    4.5.1.2. Linii de nceput i sfrit de solidificare

    Aceste linii unesc punctele de nceput i sfrit de solidificare i au urmtoarele semnificaii:

    AB - linia lichidus a soluiei solide ; BC - linia lichidus a soluiei solide (austenit); CD - linia lichidus a Fe3C (cementit); AH - linia solidus a soluiei solide ; JE - linia solidus a soluiei solide ; DF - linia solidus a Fe3C; ECF - linia solidus a eutecticului ledeburit; HJB - linia solidus a transformrii peritectice.

    Fig. 4.12. Diagrama Fe-C

  • Capitolul 4

    32

    4.5.1.3. Linii de transformare n stare solid Aceste linii unesc punctele de transformare n stare solid i au urmtoarele

    semnificaii: HN - linie de nceput de transformare a soluiei solide n soluie solid ; JN - linie de sfrit de transformare a soluiei solide n soluie solid ; ES - linie limit de solubilitate a carbonului n austenit; GS - linie de nceput de transformare a austenitei n ferit (soluie solid ); GP - linie de sfrit de transformare a austenitei n ferit; PSK - linie eutectoid, transformarea austenitei n perlit; PQ - linie limit de solubilitate a carbonului n ferit.

    4.5.2. Diferite aliaje fier-carbon n funcie de procentul de C avem urmtoarele situaii: - pn la 0,006%C Fe pur; - 0,006..0,87%C oel hipoeutectoid (oel cu procent de carbon mai mic dect al

    perlitei); - 0,87%C oel eutectoid (perlit); - 0,87...1,7%C oel hipereutectoid (oel cu procent de carbon mai mare dect al

    perlitei); - 1,7...4,3%C font hipoeutectic (font cu procent de C mai mic dect al

    ledeburitei); - 4,3%C font eutectic (ledeburit); - 4,3...6,67%C font hipereutectic (font cu procent de C mai mare dect al

    ledeburitei).

    4.5.3. Constituenii aliajelor fier-carbon Constituenii aliajelor Fe-C sunt: - constitueni care conin carbon n combinaie: cementita, ledeburita, perlita; - constitueni care conin carbon n soluie solid: ferita, austenita, soluia solid . Cunoaterea diagramei Fe-Fe3C permite conducerea n bune condiii a diferitelor

    tratamente termice ale oelurilor n vederea obinerii calitii corespunztoare ntrebuinrii. 4.5.4. Structura oelurilor

    Dup coninutul de carbon, n oel pot exista mai multe tipuri de structuri. Prin nclzirea aliajului la o anumit temperatur, structura oelului se schimb,

    formndu-se gruni noi de fier n care carbonul se dizolv. Caracteristicile acestor componeni structurali sunt prezentate mai jos. 4.5.4.1. Ferita Ferita este o soluie solid a C n Fe , care formeaz reea cubic cu volum centrat.

    Este format din gruni de Fe aproape pur, dnd un oel moale, plastic, puin rezistent; are o duritate mic i proprieti magnetice.

    Ferita apare n structura oelului: - n stare liber, numai atunci cnd procentul de carbon este 0,87% (separndu-se din

    austenit); - ca amestec mecanic n eutectoidul perlit, fie sub form de benzi n perlit

    lamelar, fie ca fond feritic n perlita globular. 4.5.4.2. Austenita Austenita este o soluie solid a C n Fe , care formeaz reea cubic cu fee centrate.

    Dizolv 1,7% carbon, la 11300C i pn la 0,87%C la temperatura de 7230C, apoi trece n perlit. Nu este magnetic. Este moale, plastic.

  • Capitolul 4

    33

    4.5.4.3. Soluia solid Soluia solid este o soluie a C n Fe; ea apare ntre temperaturile 15350C i

    13900C. Are proprieti asemntoare feritei. 4.5.4.4. Perlita Perlita este un amestec mecanic eutectoid, ntre ferit i cementit secundar,

    coninnd 0,87% carbon. Se formeaz pe linia PSK, la 7230C, prin descompunerea austenitei i are o rezisten destul de mare, tenacitate i ductibilitate bun.

    La analiza microscopic, perlita se prezint sub forma unui amestec lamelar de cristale fine de ferit, cu cristale de cementit secundar. Perlita are proprieti cu att mai bune cu ct cementita se prezint sub form de cristale mai fine.

    Perlita poate avea form globular, n care caz are o structur grunoas sau o form lamelar. Forma lamelar se obine prin rcire normal, iar forma globular se obine prin tratament termic. Perlita globular este mai puin dur dect cea lamelar i se poate prelucra mai uor prin achiere.

    4.5.4.5. Cementita Cementita este un compus chimic coninnd 6,67% carbon. Este foarte dur i foarte

    fragil. Cementita are proprieti magnetice care dispar prin nclzirea aliajului la temperatura de 2100C. La temperaturi mai nalte devine nestabil i se descompune n fier i grafit.

    Cementita are proprietatea de a dizolva elementele de aliere ale oelului (Mn, Cr, V, Mo), cptnd proprieti superioare. Sculele cu structur de cementit aliat sunt rezistente la temperaturi nalte i la uzur.

    n cazul oelurilor, cementita se separ n stare solid din cristale de austenit, n lungul curbei ES. Datorit faptului c cementita din oeluri se separ n stare solid din alt constituent, este numit cementit secundar.

    Cementita se gsete n diferite oeluri, fie sub forma unui amestec mecanic n eutectoidul perlit, fie sub form liber n oeluri care conin mai mult de 0,87%C.

    La analiza microscopic, cementita din oeluri poate apare ca: - cementit lamelar n eutectoidul perlit; - cementit globular, sub forma unor globule pe un fond de ferit (apare la oeluri

    eutectoide i hipereutectoide n urma unui tratament termic de recoacere); - cementit n reea, la marginea grunilor de ferit (apare la oeluri hipereutectoide

    prin rcire lent); - cementit acicular, dispersat n interiorul cristalelor de ferit (apare la oeluri

    hipereutectoide cu coninut mare de carbon). Din analiza diagramei Fe-C se poate deduce c, dac procentul de carbon crete,

    atunci crete duritatea i rezistena aliajului Fe-C i scade plasticitatea i tenacitatea. Pe msur ce scade procentul de carbon, crete procentul de ferit i scade cel de

    perlit, iar pe msur ce crete procentul de carbon, crete procentul de cementit i scade procentul de perlit.

    Structura i caracteristicile oelului se pot transforma dac oelul este nclzit pn la o anumit temperatur critic. Temperaturile critice ale oelului variaz cu procentul de C.

    Liniile indicate n diagram reprezint limitele ntre zonele cu structur i stri de agregare diferite.

    Astfel, curba AC reprezint curba lichidus, adic orice oel a crui temperatur se ridic peste curba AC se gsete n stare lichid. Pe msur ce temperatura oelului scade, astfel nct s fie egal cu temperatura corespunztoare curbei AC, n dreptul aliajului corespunztor, ncepe apariia germenilor de cristalizare, deci oelul ncepe s se solidifice. Curba AC reprezint temperatura de nceput de solidificare.

    Curba AE reprezint curba solidus, adic orice oel a crui temperatur se afl sub curba AE se gsete n stare complet solid. Curba AE reprezint temperatura de sfrit de solidificare.

  • Capitolul 4

    34

    n intervalul de temperatur cuprins ntre curbele AC i AE, oelul se prezint sub forma unui amestec de aliaj topit i cristale solide.

    Sub curba AE, oelul este format din gruni de austenit. Prin rcire nceat, pe msur ce temperatura oelului scade i ajunge la temperatura

    corespunztoare curbelor GS i SE, ncepe descompunerea grunilor de austenit. Pe curba GS ncepe transformarea austenitei n ferit, pe curba SE are loc separarea cementitei de austenit, iar pe linia eutectoidului PSK, se transform austenita n perlit.

    ntre zona cuprins ntre curbele GS i PS, structura oelului este format din gruni de ferit i din gruni de austenit, iar ntre curbele SE i SK, structura oelului este format din gruni de austenit i cementit.

    Pe linia eutectoidului, aliajul corespunztor punctului S, deci cu 0,87%C, conine n structur numai perlit, aliajele cu coninut mai mic de 0,87%C conin ferit i perlit, iar cele cu peste 0,87%C conin perlit i cementit.

    n acest fel, prin variaia coninutului de C din oel se pot obine diferite proprieti ale oelului.

    Temperaturile critice superioare, adic temperaturile la care se termin complet transformrile structurale, sunt indicate de curbele GS i SE.

    Pentru diferite tratamente termice, oelurile care conin mai puin de 0,87%C trebuie nclzite pn la o temperatur de 20-300C peste temperatura corespunztoare curbei GS, iar oelurile care conin peste 0,87%C vor fi nclzite cu 20-300C peste temperatura corespunztoare curbei SK.

    Pentru un oel cu 0,5%C, la temperatur obinuit structura este format din gruni de ferit i perlit, amestecai ntre ei. Prin nclzirea oelului pn la o temperatur cu puin mai mare dect temperatura corespunztoare punctului de ntretiere a verticalei cu curba PS, adic pn la o temperatur ceva mai mare de 7230C, perlita din oel se transform n austenit, iar grunii de ferit rmn neschimbai.

    nclzind oelul peste punctul de ntretiere cu curba GS, ferita se transform n austenit, deci la aceast temperatur structura aliajului este format numai din austenit.

    Prin rcire nceat, structura se transform n ordine invers, ajungnd din nou la perlit i ferit. n acest fel proprietile oelului nu se modific.

    Prin rcire rapid se formeaz structuri noi, care dau oelului caracteristici mecanice diferite de cele ale oelului rcit ncet.

    4.5.4.6. Structurile caracteristice unei rciri rapide Structurile caracteristice unei rciri rapide sunt martensita, troostita i sorbita. Martensita se formeaz atunci cnd oelul este rcit foarte repede n ap. Structura are

    aspectul de ace ncruciate. Duritatea martensitei este foarte mare, are o rezisten mare la uzur, n schimb este fragil.

    Troostita se formeaz dac oelul este rcit ceva mai ncet n aer sau ulei. Troostita are duritate mai mare ca perlita, dar mai mic dect martensita.

    Sorbita se formeaz rcind aliajul i mai ncet. Ea se compune dintr-un amestec de particule fine de ferit i cementit, asemntor cu perlita. Duritatea sorbitei este mai mic dect a troostitei, n schimb rezistena la uzur este mai mare dect a perlitei. Oelul cu o structur sorbitic este cel mai potrivit pentru construcii, deoarece are o bun rezisten, elasticitate i rezilien.

    4.5.5. Structura fontelor Fontele la care carbonul este sub form de cementit (form metastabil) se numesc

    fonte albe, spre deosebire de fontele care au carbonul sub form de grafit i care se numesc fonte cenuii.

  • Capitolul 4

    35

    Structura fontelor albe hipoeutectice se compune din cementit secundar, perlit i ledeburit, iar structura fontelor albe hipereutectice, din ledeburit i cementit primar. Structura fontei eutectice se compune numai din ledeburit.

    Caracteristicile componenilor structurali ai fontelor sunt prezentate mai jos. 4.5.5.1. Cementita Cementita (ale crei proprieti au fost artate mai nainte) are caracteristic, n cazul

    fontelor, faptul c se poate separa fie n stare solid, din cristale de austenit, fiind denumit cementit secundar sau se poate separa direct din faza lichid, fiind denumit cementit primar sau cementit eutectic. La analiza microscopic, cementita din fonte apare sub form lamelar.

    4.5.5.2. Ledeburita Ledeburita este un eutectic coninnd 4,3%C i se prezint sub forma unui amestec

    mecanic de austenit cu 1,7%C i cementit primar cu 6,67%C. Este puin ductil i foarte fragil.

    Analiznd diagrama de echilibru Fe-C, se constat c cementita primar din fonta hipereutectic i cementita primar din ledeburit nu sufer nici o transformare, deoarece linia DFK nu este variabil.

    Austenita din ledeburit sau din fontele hipoeutectice conine 1,7%C, la temperatura 11300C.

    Prin coborrea temperaturii, solubilitatea carbonului din austenit descrete, avnd loc separarea acestuia sub form de cementit secundar, pn la temperatura de 7230C cnd austenita rmne cu 0,87%C i cnd austenita se transform n perlit.

    Continund scderea temperaturii, austenita din fonta hipoeutectic se descompune n eutectoidul perlit.

    Structura fontelor cenuii se compune din grafit i masa metalic de baz asemntoare structurii unui oel, compus din ferit, perlit i cementit secundar.

    Dac pe lng grafit exist i carbon sub form de cementit, fonta este denumit font pestri.

    4.5.5.3. Grafitul Grafitul se prezint, n general, sub form de lamele pe un fond feritic; n acest caz,

    fonta este foarte fragil i rezistent la uzur. Pentru a evita fragilitatea fontei, n fonta topit se adaug magneziu, care asigur obinerea unui grafit nodular. Fonta cu grafit nodular are o plasticitate mai bun.

    4.5.6. Clasificarea, simbolizarea i utilizarea fontelor Fontele sunt de mai multe tipuri, fiecare avnd o simbolizare i o utilizare aparte. 4.5.6.1. Clasificarea fontelor i utilizarea lor Fontele pot fi: - fonte albe (simbol FK, FX), utilizate la turnarea n piese; - fonte cenuii (simbol FAK), utilizate la elaborarea oelurilor; - fonte aliate (simbol Fs, Fog, Fsog), utilizate ca dezoxidani sau ca produse de

    aliere.

  • Capitolul 4

    36

    4.5.6.2. Simbolizarea fontelor a) fonte cenuii SR ISO 185/93 Simbolizarea acestor tipuri de fonte se poate face n funcie de: - caracteristicile de rezisten: se trece marca i rezistena minim la traciune Rm n

    [N/mm2]. Cteva exemple sunt date n tabelul 4.2.

    Tabelul 4.2. Simbolizarea fontelor cenuii n funcie de caracteristicile de rezisten

    Marca Rezistena la traciune, min Rm [N/mm2]

    100 100 150 150 200 200 250 250 300 300 350 350

    - duritate: se trece clasa de duritate i domeniul de duritate. Cteva exemple sunt date

    n tabelul 4.3, n funcie de duritatea Brinell. Tabelul 4.3. Simbolizarea fontelor cenuii n funcie de

    duritatea Brinell Clasa de duritate Brinell Domeniul de duritate HB

    H145 170 max H175 150 200 H195 170 220 H215 190 240 H235 210 260 H255 230 280

    b) Fonte cu grafit nodular SR ISO 1083/93 Simbolizare: Rm-A, unde: Rm = rezistena minim la traciune [N/mm2]; A = alungirea minim la rupere [%]. Cteva exemple sunt date n tabelul 4.4. Tabelul 4.4. Simbolizarea fontelor cu grafit nodular

    Marca Rm [N/mm2] A [%]

    900 2 900 2 800 2 800 2 700 2 700 2 600 3 600 3 500 7 500 7 450 10 450 10 450 15 450 15 400 18 400 18 350 22 350 22

    c) Fontele maleabile, SR ISO 5922/94, pot fi: - fonte maleabile cu inim alb, simbolizare: W Rm/10 A; - fonte maleabile cu inim neagr, simbolizare: B Rm/10 A; - fonte maleabile perlitice, simbolizare: P Rm/10 A,

    unde: Rm/10 = rezistena minim la traciune mprit la 10, n N/mm2; A = alungirea minim, n [%]. Cteva exemple sunt date n tabelul 4.5.

  • Capitolul 4

    37

    Tabelul 4.5. Simbolizarea fontelor maleabile Marca Rm [N/mm

    2] A [%] W 35 04 350 4 W 38 12 380 12 W 40 05 400 5 W 45 07 450 7 B 30 06 300 6 B 35 10 350 10 P 45 06 450 6 P 55 04 550 4 P 65 - 02 650 2 P 70 02 700 2

    4.5.7. Clasificarea, simbolizarea i utilizarea oelurilor Oelul este un aliaj al fierului cu coninut maxim de carbon 1,7%. Clasificarea i

    simbolizarea oelurilor se poate face n funcie de mai multe criterii care sunt prezentate mai jos.

    4.5.7.1. Clasificarea oelurilor Clasificarea oelurilor se poate face astfel: a) n funcie de modul de elaborare: - oeluri elaborate n convertizoare; - oeluri elaborate n cuptoare Sicmens-Martin; - oeluri elaborate n cuptoare electrice. b) n funcie de destinaie: - oeluri de turntorie; - oeluri de construcie (laminate); - oeluri pentru construcia de maini; - oeluri pentru scule. c) n funcie de calitate: - oeluri carbon, care pot fi obinuite sau de calitate ; - oeluri aliate; - oeluri cu destinaie special. 4.5.7.2. Simbolizarea i utilizarea oelurilor

    Oelul turnat, simbol OT Rp0,2 - Rm W, unde: Rp0,2 = limita de curgere superioar, n [MPa] sau [N/mm2]; Rm = rezistena minim la traciune, n [N/mm2]; W = capacitatea de sudare uniform. Oelul turnat se folosete pentru fabricarea pieselor la care se cer rezisten, alungire i

    tenacitate mari. Este forjabil i sudabil. n tabelul 4.6 se prezint corespondena mrcilor de oel turnat pentru construciile

    mecanice de uz general.

    Tabelul 4.6. Corespondena mrcilor de oel turnat pentru construciile mecanice de uz general Marca de oel

    STAS 600 82 SR ISO 3755 94 OT 400-1 - OT 400-2 - OT 400-3 200-400; 200-400W OT 450-1 - OT 450-2 - OT 450-3 230-450; 230-450W OT 500-1 - OT 500-2 270-480; 270-480W OT 550-1 - OT 550-2 - OT 500-3 340-550; 340-550W

  • Capitolul 4

    38

    Oelurile de construcie se elaboreaz n dou clase: - oeluri carbon obinuite, simbol OL Rm A B, unde: OL - oel laminat; Rm - rezistena

    minim la rupere prin traciune; A - clasa de calitate, cu A=1,2,3; B - gradul de puritate, cu B=n,s,k,kf; n - necalmat (Si max 0,07%); s - semicalmat (Si max 0,17); k - calmat (0,17-0,37% Si); kf - calmat suplimentar (Al max 0,01%). Exemple de simbolizri: OL37, OL42, OL50, OL52, OL60, OL70 (STAS 500/2-80), OL37-3-k.

    Oelurile carbon obinuite au destinaie general i sunt livrate sub form de produse semifabricate forjate sau laminate;

    - oeluri carbon de calitate, simbol OLC X1 X S, unde: OLC - oel laminat de calitate; X1-%C/100; X - oel de calitate superioar; S - coninut controlat de sulf. Exemple de simbolizri: (STAS 880-80) OLC10, OLC15, OLC20, OLC25, OLC35, OLC45, OLC50, OLC55, OLC60.

    Oelurile carbon de calitate sunt oeluri nealiate, dar cu puritate chimic ridicat i se utilizeaz n construcii mecanice supuse la solicitri mari i care se trateaz termic.

    Oelurile aliate, simbol literar, precedat de cifre care indic coninutul mediu de carbon n sutimi de procente i urmat de cifre care indic coninutul mediu al elementului principal de aliere n zecimi de procente - elementele de aliere nensoite de cifre au concentraie sub 1%. Exemplu: 33 MoCrNi 15 se citete oel cu molibden, crom i nichel avnd 0,33% carbon, 1,5% nichel i sub 1% crom i molibden.

    Aceste oeluri se utilizeaz n construcii metalice cu solicitri mari, mai ales n industria mijloacelor de transport. Din aceast categorie fac parte oelurile inoxidabile, anticorozive i refractare, care se folosesc n construcii solicitate la coroziune i temperaturi mari.

    Otelurile cu destinaie special sunt cele care se refer la o anumit utilizare, cum ar fi: - oeluri pentru automate, simbol AUT X1, unde: AUT - oel pentru prelucrare pe

    automate, X1-%C/100. Exemple: AUT12, AUT40M (M=0,4%Mn), AUT20, AUT30. - oeluri pentru construcii sudate, simbol OCS X1, unde: OSC - oel pentru

    construcii sudate, X1=Rm[MPa]. Exemple: OCS44, OCS52, OCS55, OCS58. - oeluri pentru recipieni, simbol K X1, sau R X1, unde: K, R - oel pentru recipieni,

    X1=Rm/10. Exemple: K41, K47, K52, R37, R44, R52, R55, R580. - oeluri de rulmeni, simbol RUL X1 V, unde: RUL - oel de rulmeni, X1-l,2,3.

    Exemple: RUL1V, RUL2V, RUL3V. - oeluri de arcuri, simbol X1 Si X2 A, unde: A - oel de arc, X1-%C/100, X2-%Si/100;

    exemple: 56Si17A, 51VCr11A, 51Si17A, 60Si15A sau simbol OLC X1 A, unde: A - oel de arc, X1-%C/100, OLC - oel carbon de calitate; exemple: OLC55A, OLC65A, OLC75A, OLC85A.

    Oelurile de scule se mpart n: - oeluri carbon de scule, simbol OSC Xl, STAS 1700-80, unde: OSC - oel carbon de

    scule; X1-%C/10. Exemple: OSC 7 - oeluri pentru scule supuse la lovituri i ocuri; OSC 8 - oeluri pentru matrie, cuite i foarfece; OSC 9 - oeluri pentru fierstraie circulare; OSC 10 - oeluri pentru scule de prelucrare a lemnului; OSC 11 - oeluri pentru burghie i filiere; OSC 12 i OSC 13 - oeluri pentru freze, filiere i calibre. - oeluri aliate i nalt aliate de scule, exemple: 117Cr6, 90Vmn18, 105CrW20,

    200Cr120, 39VMoCr53, 55MoCr53, 55MoCrNi15, 57MoCrNi17, 30VCrW82; oeluri rapide: Rp1, Rp2,Rp3, Rp5, Rp9, Rp10. Aceste oeluri au capacitatea de achiere mult mai bun dect oelurile carbon de scule i pot fi pentru scule achietoare i aparate de msur sau pentru scule de deformare i scule pneumatice.

  • Capitolul 5

    39

    PROCEDEE DE DEFORMARE PLASTIC 5.1. GENERALITI Principalele procedee de deformare plastic sunt: 1. laminarea const n trecerea materialului prin doi cilindri rotitori, seciunea iniial

    fiind mai mare dect cea final; 2. tragerea const n a trage un material cu diametru mai mare, printr-un orificiu cu

    diametru mai mic; 3. extruderea const n a mpinge un material cu diametru mai mare printr-un orificiu

    cu diametru mai mic; 4. forjarea liber reprezint deformarea materialului cu ciocanul (manual sau

    mecanic) sau cu presa. 5. matriarea reprezint forjarea ntr-o form (matri) avnd profilul piesei; 6. ambutisarea const n deformarea tablelor n forme cave . Scheme de principiu ale acestor procedee sunt prezentate n figura 5.1.

    5.2. LAMINAREA La trecerea materialului printre cei doi cilindrii, are loc reducerea seciunii i creterea

    lungimii i limii: - Lungimea:

    SS

    LL 0

    0l == , (5.1)

    n care: ( )00 SL = lungimea (seciunea) iniial;

    ( )SL = lungimea (seciunea) final;

    Fig. 5.1. Schemele de principiu ale procedeelor de deformare plastic: a - laminare; b - trefilare; c - extrudere; d - forjare liber; e - matriare; f - ambutisare

  • Capitolul 5

    40

    - gradul de laminare:

    100S

    S-SR%

    0

    0= , (5.2)

    n care:

    0S =seciunea iniial; S = seciunea final. Gradul de laminare se calculeaz pentru fiecare trecere. 5.2.1. Determinarea condiiilor de laminare Pentru a gsi condiii de laminare, trebuie s stabilim iniial forele care apar n timpul

    laminrii. Vom considera pentru aceasta doi cilindrii de laminare egali (fig. 5.2), O1 i O2, care

    se rotesc n sensuri inverse. Iniial materialul va avea o grosime h1, iar n final h2.

    Deplasarea materialului se face datorit forelor de frecare i a celor de presiune dintre cilindrii i material. Aceste fore acioneaz pe arcele AB i BA .

    Notaii: T = fora de frecare; N = fora de apsare normal; = coeficientul de frecare. Fora de frecare se poate exprima cu urmtoarea relaie:

    NT = . (5.3) T este o for tangenial la cilindru n punctul A, iar N este o for normal (radial)

    la cilindru n punctul A. Componentele acestor fore sunt: Nx i Ny, respectiv Tx i Ty. Dac este unghiul de atac rezult:

    = sinNN x ; = cosTTx ; (5.4) = cosNN y ; = sinTTy . (5.5)

    Aa cum se observ din figura 5.2, Tx i Nx sunt dirijate n sensuri contrare, iar Ty i Ny sunt dirijate n acelai sens, dnd rezultanta Z care constituie fora de comprimare.

    Condiiile de laminare sunt:

    xx NT > i yy TN > (5.6) sau:

    Fig. 5.2. Schema de principiu pentru stabilirea condiiei de laminare

  • Capitolul 5

    41

    > sinNcosT , respectiv > cosTcosN . (5.7) Raportnd cele dou inegaliti din relaia 5.7 rezult:

    >

    cosTsinN

    cosNcosT

    .

    Cum =NT

    , rezult:

    > tg1 ,

    deci: > tg . (5.8)

    Valorile pentru unghiul de atac se aleg n funcie de tipul cilindrului, astfel: - pentru cilindrii netezi: 00 2422 = ; - pentru cilindrii profilai: 00 3230 = . 5.2.2. Laminor cu doi cilindri orizontali pentru laminat bare Laminorul cu doi cilindri orizontali (duo orizontal) este reprezentat in figura 5.3.

    Laminorul este alctuit din urmtoarele componente: I. caja care cuprinde: - supori (1); - travers (2); - uruburi de reglaj (3); II. cilindrii (4) formai din (fig. 5.4): - tblie (a); - fusuri (b); - lagre (c); - capete canelate (d); - axe (e); - cuple (f).

    Cilindrii se fac din font i se mbrac cu tabl de oel C sau aliat. Antrenarea cilindrilor se face de la un motor electric prevzut cu arbore, volant,

    ambreiaj, reductor etc. III. instalaiile auxiliare sunt destinate pentru: - rcirea cu ap (5); - ridicarea laminatelor; - ci cu role pentru deplasarea laminatului. Adnciturile dintre cei doi cilindri formeaz, n pereche, un calibru. ntre dou calibre

    alturate este un plan de separaie.

    Fig. 5.4. Construcia cilindrilor de laminor Fig. 5.3. Laminor duo orizontal

  • Capitolul 5

    42

    Pentru laminare, semifabricatul trece succesiv printr-o serie de calibre pn ajunge la profilul necesar. Aceast trecere se numete calibrare.

    Primele calibre sunt de degroare, cele mijlocii sunt pregtitoare, iar cele finale de finisare.

    Uneori, sunt folosite ansamble de caje cu cilindrii i instalaiile auxiliare necesare. Ele formeaz o linie de laminare.

    5.3 TRAGEREA (TREFILAREA) S-a artat c este trecerea forat, la rece, a materialului printr-o scul (filier) cu

    seciunea mai mic dect a materialului. Prin micorarea seciunii, materialului i crete lungimea (de la l la L).

    Raportul llL = reprezint lungirea.

    Seciunea final s, pe care o ia materialul, este constant pe toat lungimea i ea se obine prin mai multe treceri prin filiere cu orificii treptat mai mici. Tragerea, executndu-se la rece, duce la ecruisarea materialului, care se elimin prin recoacere. Pentru ca materialul s-i menin plasticitatea este indicat ca recoacerea s se fac dup fiecare trecere.

    Totui, la oelurile pentru arcuri, ecruisarea este util i de aceea se menine. 5.3.1. Determinarea forelor de comprimare la trefilare Materialul se trage prin filier cu fora F (fig. 5.5) i este comprimat de fora Q, care

    este rezultanta tuturor forelor de comprimare ce apar n punctul A. ntre Q i perpendiculara pe suprafaa

    filierei (AP1), avem unghiul de frecare , coeficientul de frecare fiind = tg .

    ntre AP1 i perpendiculara pe suprafaa materialului (AP2) apare unghiul . Conul filierei va avea unghiul 2.

    Rezult urmtoarea relaie ntre fora de tragere i fora de comprimare:

    ( )+= sinQF , (5.9) deci:

    ( )+= sinF

    Q . (5.10)

    n mod obinuit 020102 = , iar 05,0tg == (cnd 03= ), pentru care

    ( )F74Q = , ceea ce realizeaz comprimarea materialului.

    Materialele care se trefileaz trebuie s aib maleabilitate la rece. Oelurile moi se trag direct. Cele cu procent mare de carbon se recoc n prealabil.

    Suprafaa materialelor care se trag se decapeaz chimic cu o soluie de 10% H2SO4 la 60 - 700C. Se spal apoi n ap i se neutralizeaz cu lapte de var.

    Decaparea se mai poate face printr-o curire mecanica prin sablare sau frecare cu perii de srm. Se execut apoi o armire (n CuSO4) pentru a micora frecarea dintre material i filier i o ungere cu lubrifiani solizi sau lichizi.

    5.3.2. Instalaii de tragere Tragerea se face n instalaii speciale care pot fi: 1. cu micare liniar:

    F

    Fig. 5.5. Schema de tragere

  • Capitolul 5

    43

    - pentru bare cu mm150max = ; - pentru evi cu mm200max = i mm8l = Aceste instalaii au fora de tragere 150F = tone for i viteza de tragere

    s/m5,003,0v = . 2. cu tob de nfurare Acest tip de instalaie este folosit pentru tragerea srmelor care se vor nfura n

    colaci (fig. 5.6).

    Toate instalaiile posed: - o filier din font aliat (sau oel aliat cu crom sau aliaje dure sau diamant); - un mecanism de tragere. Dup tragere se face un tratament termic cu patentare pentru mbuntirea

    proprietilor mecanice. Patentarea reprezint nclzirea la 8500 9500C i rcirea n plumb topit sau n sruri,

    la 4500 5500C. Prin tragerea oelurilor i materialele neferoase (Cu, Al), se pot obine: - srme subiri; - evi cu perei subiri; - bare,

    iar pentru electrotehnic: - conductori de oel zincat; - conductori de oel izolai; - Cu pentru fibre de troleu; - Cu pentru srm de bobinaje; - Srm de Al. 5.4. EXTRUDEREA Este o deformare plastic similar tragerii, ns aici materialul este mpins, printr-o

    seciune mai mic i nu tras. Operaia se execut la cald i se pot obine profile dintre cele mai complicate. 5.4.1. Tipuri de extrudere Extrudarea poate fi: - direct, cnd materialul se deplaseaz n filier (matri) n acelai sens cu

    dispozitivul care l mpinge (poanson, piston). n figura 5.7 se prezint extrudarea direct a unei bare.

    - invers, cnd materialul curge n sens invers micrii poansonului (fig. 5.8). Avantajele acestei metode de extrudere constau n: existena unei fore de apsare mai mici i n reducerea deeurilor.

    Fig. 5.6. Schema de principiu a instalaiei de tragere a srmei

  • Capitolul 5

    44

    5.4.2. Operaii executate la extrudere n general, extruderea cuprinde urmtoarele operaii: 1. Decaparea i debitarea la lungimea corespunztoare a materialului de extrudat. 2. nclzirea la temperatura de extrudere (n cuptoare cu gaz sau electrice de inducie). 3. nvelirea materialului cald ntr-un strat izolant pentru a evita oxidarea i a favoriza

    aderarea lubrifiantului (sticla topit). 4. Rostogolirea materialului pe un plan nclinat acoperit cu praf de sticl, care n

    contact cu materialul nclzit se topete i l nvelete complet. 5. Aducerea materialului la presa de extrudere n care s-a introdus, n prealabil, praf de

    sticl care se va topi n timpul presrii i care va lucra ca lubrifiant. 6. Extruderea cu ajutorul berbecului hidraulic cu fora cerut de material i de

    dimensiunile presei. 7. Scoaterea materialului extrudat i aezarea pe un pat de rcire; se cur apoi de

    sticl, eventual prin sablare. 8. n anumite situaii barele extrudate se trefileaz (pentru cele de precizie). Piesele care se obin prin extrudere pot avea forme dintre cele mai complicate.

    Materialele care se supun deformrii prin extrudere pot fi oeluri carbon, metale i aliaje neferoase etc.

    Procedeul prezint urmtoarele avantaje i dezavantaje: - avantaje - precizie mare, productivitate mare i eliminarea unor operaii de finisare; - dezavantaje - uzura mare a sculelor i deeuri multe, n special la evi. 5.5. FORJAREA Forjarea este operaia prin care se execut deformarea la cald sau la rece a pieselor.

    Prin forjare pot fi executate: - piese grele (~200t) - din lingouri; - piese mijlocii - din laminate (blumuri); - piese mici - din laminate (profile). Structura oelurilor forjate este mai bun ca a celor turnate sau laminate. Ea depinde,

    totui, de gradul de forjare (coroiaj), adic raportul dintre seciunea materialului nainte de forjare i seciunea materialului dup forjare. Valoarea coroiajului se d n tabele, pentru fiecare tip de material i se alege cu deosebit atenie pentru a nu distruge piesa.

    Forele care se aplic la forjare pot fi: - dinamice - se realizeaz cu ajutorul ciocanelor care prezint caracteristici tehnologice

    specifice (mai nti apare o deformare plastic, apoi permanent, prin curgerea materialului); - statice - se realizeaz cu ajutorul preselor (forele cresc odat cu deformarea).

    Fig. 5.7. Extruderea direct a barelor Fig. 5.8. Extruderea invers

  • Capitolul 5

    45

    5.5.1. Clasificarea operaiilor de forjare Operaiile de forjare se clasific dup dou criterii: I. dup regimul termic se pot realiza: - forjri la rece - cnd temperatura materialului este cea a mediului ambiant. Acest tip de forjare se aplic oelurilor moi i aliajelor neferoase i necesit manoper

    puin. - forjri la cald - cnd temperatura materialului corespunde strii de plasticitate

    optim. n acest caz se folosesc utilaje i scule corespunztoare. II. dup utilajul folosit se pot realiza: - forjri libere, care pot fi manuale sau mecanice; - forjri n matrie (matriare); - forjri la maini speciale. ntruct forjarea se face frecvent la cald vom urmrii clasificarea dup al doilea

    criteriu. 5.5.2. Forjarea liber manual Se execut cu scule care nu dau exact forma i dimensiunile piesei, fiind acionate

    manual. Sculele pot fi: - scule de baz: nicovale, ciocane, baroase, dli, dornuri, gtuitoare etc. - scule ajuttoare: cleti, menghin de forjare etc. n ceea ce privete operaiile, acestea sunt la fel ca cele de la forjarea liber mecanic

    date mai jos. 5.5.3. Forjarea liber mecanic Aici lucrul mecanic de deformare se aplic cu utilaje mecanice (ciocane, prese),

    prevzute cu berbec i nicoval. Procedeul are precizie mic i consum mare de materiale. Se folosesc i aici: - scule i dispozitive de baz: nicovale, matrie, gtuitoare, planatoare, dornuri,

    ciocane de mn, clete de mn etc. - scule i dispozitive ajuttoare: cleti de macara, capete de prinderea pieselor etc. Cele mai importante utilaje folosite la forjare sunt ciocanele i presele. 5.5.4. Ciocanele Ciocanele sunt formate din sabot, cu greutatea Gs (n care se fixeaz nicovala) i

    berbecul cu greutatea Gb, care lovete piesa, cznd de la nlimea h. Energia cinetic a berbecului n cdere este folosit pentru deformarea materialului i

    care parial se pierde n cldur, prin lovire, n vibraii, n frecare cu aerul. Pentru ca randamentul lovirii s fie mare, greutatea sabotei Gs este mai mare dect

    greutatea berbecului Gb. Ne intereseaz: - energia consumat pentru deformare - Wd - randamentul - - greutatea optim a berbecului - Gb 5.5.4.1. Determinarea energiei de deformare Energia de deformare Wd se calculeaz cu relaia:

    ld WWW = , (5.11) n care:

    W = energia berbecului nainte de cdere; W1 = energia berbecului dup ciocnire. Cum:

  • Capitolul 5

    46

    2vm

    W2

    b= , (5.12)

    n care:

    bm = masa berbecului; v = viteza berbecului

    i ( )

    2vmm

    W2lsb

    l

    += , (5.13)

    unde:

    sm = masa sabotei;

    lv = viteza de impact = viteza sabotei cnd ia contact cu berbecul. Aplicnd legea conservrii impulsului rezult:

    ( ) 1bsb vmmvm += (5.14) i deci:

    vmm

    mv

    bs

    bl +

    = (5.15)

    nlocuind (5.15) n (5.13), rezult:

    sb

    b2

    bl mm

    m2vm

    W+

    = . (5.16)

    Introducnd (5.12) i (5.16) n relaia (5.11), rezult:

    +=

    +=

    sb

    b2

    b

    sb

    b2b

    2b

    d mmm

    12vm

    mmm

    2m

    2vm

    W ,

    adic:

    sb

    s2

    bd mm

    m2vm

    W+

    = . (5.17)

    5.5.4.2. Determinarea randamentului Randamentul se determin cu relaia:

    WWd= (5.18)

    Se va scrie expresia randamentului scriind masele n funcie de greuti:

    gG

    m ss = i gG

    m bb = , rezultnd deci:

    sb

    s2

    bd GGG

    g2v

    GW+

    = ; (5.19)

    g2v

    GW2

    b= ; (5.20)

    Cum gh2v = va rezulta urmtoarea expresie pentru W: hGW g= . (5.21)

    Introducnd relaiile(5.19) i (5.21) n formula randamentului (5.18) rezult:

    s

    bsb

    s

    b

    bsb

    s

    GG

    1

    1GG

    GhG

    hGGG

    G

    +=

    +=

    +

    = . (5.22)

  • Capitolul 5

    47

    Pentru ca 9,08,0 = , trebuie ca Gs s fie egal cu (15-20)Gb. 5.5.4.3. Determinarea greutii optime a berbecului Greutatea optim a berbecului se determin tiind c energia cinetic a berbecului se

    transform n lucrul mecanic:

    = Vp2vm

    m

    2b , (5.23)

    unde:

    mp = presiunea specific, n [daN/cm2];

    V = volumul piesei, n [m3]; = gradul de refulare a loviturii.

    Sau:

    = Vpg2

    vG m

    2

    b , (5.24)

    de unde:

    =2m

    b vVgp2

    G . (5.25)

    Relaia este valabil pentru deformrile uniforme. 5.5.4.4. Clasificarea ciocanelor Dup criteriul acionrii avem: a) ciocane cu arc Au un mecanism biel manivel acionat de la o roat de transmisie, micat de un

    electromotor. Arcul face legtura ntre biel i berbec. Vibrnd, creeaz 200 lovituri/minut.

    Greutatea berbecului poate lua valori ntre 25 i 250 daN; b) ciocane cu autocompresor Se fabric i la noi n ar. Pe lng mecanismul biel-manivel, rotit de un motor, au

    un piston aezat ntr-un cilindru compresor. Aerul comprimat aici, este trimis asupra unui piston de lucru solidar cu berbecul, care se mic tot ntr-un cilindru.

    Prin cele dou perechi de supape din cilindrii aerul este comprimat i evacuat pe rnd;

    c) ciocane cu abur. Sunt cele mai bune i pot fi: - cu acionare simpl cnd aburul ridic berbecul; - cu acionare dubl cnd l ridic i l las. Fiind de construcie similar cu cel cu autocompresor

    poate funciona i cu aer (fig.5.9). 5.5.5. Presele hidraulice Presele hidraulice sunt folosite pentru forjarea pieselor grele. Principiul de funcionare

    este "Principiul lui Pascal". Dou corpuri de pompe sunt legate printr-o

    conduct. Fiecare corp de pomp este nchis etan i conine cte un piston. Lichidul poate fi ap sau ulei.

    Cilindrii presei au diametrele d i respectiv D (fig. 5.10).

    Fora 1F , care acioneaz pe pistonul cilindrului de diametru d, produce n lichid presiunea:

    Fig. 5.9. Ciocan cu aer (abur)

    Fig. 5.10. Presa hidraulic

  • Capitolul 5

    48

    4dF

    p 21

    = , (5.26)

    care conform principiului lui Pascal se transmite cu aceeai intensitate n masa lichidului. Deci, fora 2F de apsare a pistonului presei va fi:

    4D

    pF2

    2

    = sau

    4DF

    p2

    2

    = , (5.26)

    adic:

    4DF

    4dF

    22

    21

    =

    . (5.27)

    Deci, teoretic, fora cu care va apasa presa va fi: 2

    12 dD

    FF

    = . (5.28)

    innd cont de randamentul al presei, fora real va fi:

    =2

    12 dD

    FF . (5.29)

    Cum, n general, 85,0= , presele hidraulice pentru forjare pot sa dea 15000F2 = tf. 5.5.6. Operaiile de forjare liber Cele mai frecvente operaii de forjare liber sunt: a) Refularea. Este micorarea lungimii i creterea seciunii. Se poate face pe toat

    lungimea sau pe poriuni ale piesei.(fig. 5.11) Condiia iniial: 00 d5,2h = , altfel apare flambarea. b) ntinderea. Este micorarea seciunii i creterea lungimii prin lovituri sugestive.

    Dup fiecare lovitur piesa se ntoarce cu 900 pentru a asigura o ntindere uniform.(fig. 5.12) Inelele sau tuburile se pot ntinde pe dornuri.

    c) Gtuirea. De obicei marcheaz locul unde se ncepe ntinderea. d) ndoirea. Este curbarea dup un anumit contur a pieselor. La locul ndoirii se

    modific seciunea. e) ndreptarea. Inversul ndoirii. Se face prin intermediul unei plci de Cu. f) Rsucirea. Este rotirea n jurul axei sale a unei pri dintr-o pies fa de cealalt

    parte. Se execut prin prinderea la un capt n menghin. g) Gurirea. Este strpungerea materialului aezat pe un inel adecvat, cu un dorn.

    Dac piesele au grosimea mare, gurirea se face pe dou pri. h) Retezarea. Este o tiere efectuat cu dalt i ciocan. Prin profilul dlii, materialul

    se taie pe planul al pn la jumtate, apoi pe cealalt parte restul (fig. 5.12).

    Fig. 5.10. Schema de principiu a refulrii

    Fig. 5.11. Schema de principiu a intinderii

    Piese mici Piese mijlocii Piese mari

  • Capitolul 5

    49

    i) Sudarea. Unirea a dou piese prin deformarea plastic la temperatura de 13000C. Pentru dezoxidarea suprafeei de sudat, se folosete boraxul cu praf de cuar (fig. 5.13).

    5.6. FORJAREA N MATRI - MATRIAREA Matriarea reprezint deformarea plastic a materialului prin presare n nite caviti

    (forme) numite matrie. Avantaje fa de forjarea liber sunt: - consum redus de material; - productivitate mare; - precizie i uniformitate; - posibilitate de realizare a unor piese cu configuraie complex. Dezavantaje n raport cu forjarea liber sunt: - obinerea unor piese mici; - folosirea unor matrie costisitoare; - necesitatea folosirii unor utilaje speciale. Pentru forjarea n matri se folosesc urmtoarele utilaje i scule: - Ciocane de matriare

    - cu abur sau aer comprimat; - cu contralovituri - tip Bch.

    - Prese cu excentric - pentru forjare i matriare; - pentru debavurare; - pentru calibrare.

    - Prese cu friciune - Maini orizontale Matriele pot fi: - pentru ciocane; - pentru prese cu excentric

    - pentru debavurare; - pentru calibrare; - propriu-zise.

    - pentru prese cu friciune. 5.7. AMBUTISAREA Este deformarea tablelor prin presare la cald sau la rece, folosind un poanson i o

    matri (fig. 5.14). Tablele subiri se ambutiseaz la rece, cele groase la cald.

    Fig. 5.12. Schema de principiu a retezrii

    Fig. 5.13. Secvene ale sudrii prin forjare

  • Capitolul 5

    50

    Pentru ca tabla s nu se deplaseze, sau s fac cute, se pune un inel flane. Att poansonul ct i matria au raze de racordare ( pr , mr ) pentru a nu rupe tabla.

    Jocul ntre poanson i matri are valoarea ( )h3,11,1j = . Cutele se evit ndeplinind condiia: ( ) h18dD ps

  • Capitolul 6

    51

    SUDAREA, TIEREA I LIPIREA METALELOR 6.1. SUDAREA Sudarea este un procedeu de mbinare nedemontabil a pieselor, foarte mult folosit n

    tehnic. 6.1.1. Generaliti Cel mai vechi procedeu a fost sudarea prin forjare (azi utilizat mai rar). La sfritul

    secolului XIX a aprut sudarea electric i sudarea cu gaze. Dup descoperirea arcului electric de ctre V. V. Petrov (1802), N.N. Benardos (1882)

    l aplic la sudarea metalelor, folosind un electrod de crbune alimentat n c.c. (fig. 6.1.). Slaveanov (1888) nlocuete crbunele cu un electrod metalic, care constituie i

    materialul de adaos, lrgind, astfel, mult domeniul de aplicare al sudrii. Folosete pentru sudare i c.a. (fig.6.2).

    E.O. Paton realizeaz procedeul automat de sudare sub strat de flux, care mrete

    productivitatea de 1020 ori. Procedeele moderne de sudare au permis chiar nlocuirea nituirii i turnrii, prin

    sudare reducndu-se timpul cu 2530%. n afara emisiei termoelectronice, care apare predominant i acioneaz n special n

    faza de amorsare a arcului, la meninerea i stabilitatea acestuia mai iau parte i celelalte emisii electronice cunoscute: emisia fotoelectronic i emisia autoelectronic. Prima, apare odat cu amorsarea arcului, cnd fenomenele luminoase i de radiaie ale arcului sunt puternice; a doua, apare cnd n jurul catodului se formeaz un strat de sarcini pozitive (ioni pozitivi) i cnd ntre acest strat i catod tensiunea specific atinge 108 V/m i care va produce accelerarea deplasrii electronilor spre anod.

    Vom denumi: - sudarea operaia n sine; - sudur produsul sudrii (custur); - sudabilitatea proprietatea metalelor de a se suda. 6.1.2. Clasificarea procedeelor de sudare Sunt folosite peste 20 procedee de sudare care se pot clasifica dup mai multe criterii. O clasificare uzual cuprinde urmtoarele procedee: a) Sudarea prin topire

    Fig. 6.1. Sudarea cu electrod de crbune (dup Benardos)

    Fig. 6.2. Sudarea cu electrod metalic (dup Slaveanov)

  • Capitolul 6

    52

    - cu arc electric; - cu gaze; - cu termit (aluminotermic prin topire); - electric n baie de zgur. b) Sudarea prin presiune - electric prin rezisten; - cu gaze; - cu termit (aluminotermic prin presiune) - la rece. n aceast clasificare se face o delimitare n mare a procedeelor. Reinem sudarea prin

    topire i presiune, ambele electrice, cu gaze sau cu termit. 6.1.3. Sudarea prin topire pe cale electric Procedeele folosite, aici, pentru sudare, nclzesc local piesele pn la topire, astfel

    nct atomii de la suprafaa unei piese sunt atrai de suprafaa celeilalte. Materialul de baz al pieselor se poate completa cu material de adaos a crui

    compoziie trebuie s fie ct mai apropiat de cea a materialului de baz. Procedee de sudare electric: a) cu arc electric - electrozi nefuzibili (C, W) - electrozi fuzibili:

    o nenvelii n gaze; sub flux; fr protecie.

    o nvelii b) cu alte surse termice - cu jet de plasm; - cu jet de electroni; - n baie de zgur; -cu laser. Executarea sudrilor se poate face: - manual - semiautomat; - automat. Sudarea manual este cea mai rspndit i ea folosete electrozi de crbune i

    electrozi nvelii, fuzibili. 6.1.4. Sudarea cu arc electric Pentru realizarea arcului se folosete att c.c. ct i c.a. Studierea arcului electric are o deosebit importan pentru metalurgia sudrii. 6.1.4.1. Arcul electric Din punct de vedere fizic, arcul electric este o descrcare electric automat n gazul

    dintre doi electrozi. Descrcarea este condiionat de: - emisia termolectronic a catodului cald; - densitatea de curent mare; - sarcinile spaiale n coloana de descrcare; - efectele luminoase i calorice intense. Curentul electric trece printr-un gaz numai dac acesta este ionizat. Pentru sudare este

    important ionizarea prin bombardament cu electroni, care se obin de la un electrod, catod, prin emisie termoelectronic.

  • Capitolul 6

    53

    Alimentarea electrozilor care realizeaz arcul se face de la surse de curent corespunztoare, iar electronii emii de catod sunt accelerai i ntlnind atomii gazului, cu care se ciocnesc, provoac:

    - excitarea atomilor gazului prin deplasarea electronilor pe orbite superioare; - smulgerea unor electroni de pe orbit, atomii rmnnd pozitivi, deci ionizai; - recombinri: prin atragerea de electroni de ctre ionii pozitivi i refacerea atomilor. n acest caz are loc o degajare de cldur nsoit de o emisie puternic de lumin. 6.1.4.2. Sudarea n curent continuu n c.c. mecanismul aprinderii i formrii arcului este urmtorul. Se leag catodul sursei la electrod i anodul la pies (legarea direct) i se aplic

    tensiunea U0 de mers n gol a sursei. Se scurtcircuiteaz electrodul cu piesa i apare curentul Isc. Din cauza rezistenei de contact Rco mare, are loc o nclzire puternic, o topire local

    i apariia emisiei de electroni odat cu ridicarea electrodului de pe pies. Tensiunea arcului Ua scade odat cu creterea curentului prin arc Ia, pn la o valoare

    cnd arcul este format i ajunge n stare stabil la o lungime La. S reinem cei trei parametrii ai arcului format: Ua, Ia, La. Formarea i variaia acestor parametri este prezentat n figura 6.3. Repartizarea tensiunii Ua pe lungimea arcului La se face n trei zone. Zona catodic. Are tensiunea Uca i lungimea Lca foarte mic (10-5cm). Curentul Ia

    este format din electroni i din ioni care vin din arc fiind atrai de catod, bombardndu-l. Pe suprafaa catodului curentul se concentreaz ntr-o poriune redus numit pat

    catodic. Zona coloanei arcului. Are tensiunea Ucol i lungimea Lcol mare. Aici au loc: excitri,

    ionizri, recombinri nsoite de fenomene luminoase i degajare de cldur. Curentul este generat de deplasarea electronilor i ionilor. Zona anodic. Are tensiunea Uan (2,5V) i lungimea Lan mic (tot 10-5cm). Curentul

    este format din electroni care intr n metal cednd energia i formnd pata anodic. Deci, arcul electric la sudare este determinat de trei parametri: Ua, Ia, La. Legtura

    dintre ei formeaz caracteristica arcului electric care se d sub forma: ( )aa IfU = pentru La = constant, avnd aspectul din figura 6.4.

    Se obine o familie de curbe experimentale pentru diverse valori ale lui La. S-au dat cteva expresii matematice aproximative, acestei funcii, de ctre Braun,

    Ayrton, Hrenov etc. Ultimul propune de exemplu relaia:

    a

    aa I

    LcaU += (6.1)

    Fig. 6.3. Fazele pentru formarea arcului

    Fig. 6.4. Caracteristica static a arcului

    O

  • Capitolul 6

    54

    Pentru electrozi de oel se poate lua: a = 11V i cmVA

    5500c = .

    6.1.4.3. Sudarea n curent alternativ n c.a. arcul arde mai greu deoarece curentul Ia trece periodic prin zero i i schimb

    sensul. Cnd 0Ia = arcul se stinge, spaiul se rcete, ngreunnd reaprinderea. Rolul de

    catod se schimb i el periodic, de la electrod la pies. Datorit cauzelor artate curentul prezint o nesimetrie, care duce la apariia unei

    componente continue. Rezult efectul de redresare al arcului. 6.2. TIEREA METALELOR Tierea metalelor se poate face cu gaze sau electric. 6.2.1. Tierea oxiacetilenic Metalul de tiat se prenclzete cu o flacr oxiacetilanic pn la temperatura de

    ardere, la locul de tiere i apoi se arde n curent de oxigen. Procedeul este posibil a fi aplicat la oelurile hipoeutectoide (cu max. 0,87 %C),

    deoarece au temperatura de ardere de 13500C, care este mai mic dect temperatura de topire (15000C).

    La oeluri cu procent mai mare de C i n special la fonte, temperatura de tiere este mai mare dect temperatura de topire (12000C).

    Acelai lucru este valabil pentru metalele i aliajele neferoase. La oeluri cu procent mai mare de C se indic o prenclzire la 7000C. Tierea oxiacetilenic se face cu arztoare (fig.6.5) cu dou becuri: 1. pentru oxigen; 2. pentru amestec oxiacetilenic. Relativ recent, pentru tierea oelurilor aliate, a fontelor, a aliajelor neferoase, s-a

    elaborat procedeul de tiere cu oxigen i flux, materialele fiind prenclzite. Fluxul se prezint sub form de pulbere compus din Fe i fondani. Se depune ntr-un

    rezervor, de unde este antrenat de jetul de O2 n arztoare oxiacetilenice. Oxizii se topesc, iar zgura este cuplat de jetul de O2. Temperatura care se dezvolt este foarte mare.

    La tierea de table, pe lungimi rectilinii sau circulare mai mari, aparatul se pune pe un crucior cu dou role, becul arztorului avnd dou orificii concentrice.

    Tierea cu gaze sub ap. Este necesar pentru lucrri de recuperri de nave scufundate etc.

    Becul arztorului are un orificiu central i dou canale inelare (fig.6.6): 1. orificiu pentru O2, necesar tierii; 2. canal pentru amestec C2H2+O2, necesar prenclzirii; 3. canal pentru aer comprimat, necesar proteciei.

    1

    2

    3

    Fig. 6.6. Seciune prin becul de tiat sub ap

    Fig. 6.5. Arztor pentru tiere oxiacetilenic

  • Capitolul 6

    55

    Aerul comprimat formeaz n ap un balon de protecie care ndeprteaz apa de la locul tierii.

    6.2.2. Tierea cu arc electric Se aplic la materialele la care tierea cu O2 nu este posibil. Arcul electric topete

    materialul, care apoi este eliminat cu aer comprimat. Prezint urmtoarele dezavantajele: - limea tieturii este mare; - feele tieturii sunt neuniforme; - picturile sunt mari i se solidific apoi, lng sudor. nlocuind aerul comprimat cu oxigen se face tierea oxiarc (oxielectric). n acest caz,

    electrozii sunt nvelii i prevzui cu un orificiu central prin care se sufl oxigenul. Avantaje sunt: - temperatura de tiere este mare datorit disocierii: OOO2 + ; - se pot tia lingouri i blumuri groase;

    - se pot tia metale neferoase i aliajele. Tierea cu plasm se aplic la oelurile aliate. Plasma rezult

    din Argon (la 1 2atm) ionizat complet de arcul electric, n aparate speciale. Catodul de W se introduce n tubul anod rcit intens. Datorit formei camerei arcul se contract, iar lancea de plasm atinge 300000C.

    Lungimea arcului se poate regla. La tiere trebuie rcit i portelectrodul (fig.6.7).

    6.3. LIPIREA METALELOR Lipirea este mbinarea a dou piese metalice folosind un adaos din material diferit de

    acela al pieselor de mbinat. Fiind o mbinare eterogen a pieselor metalice, ea se realizeaz prin difuziunea

    aliajului de adaos lichid, n piesele de lipit solide. Se produce, astfel, o interaciune a atomilor periferici care vor asigura legtura ntre piese. Aliajul de adaos este diferit de cel de baz i are totdeauna o temperatur de topire mai mic.

    O lipitur bun se face cnd se asigur toate condiiile de difuziune a aliajului de adaos n metalul de baz. Printre aceste condiii subliniem:

    - ndeprtarea de pe suprafaa pieselor a oxizilor, ruginii i grsimilor, prin curire mecanic, degresare i decapare;

    - alegerea aliajului de adaos astfel nct acesta s conecteze bine piesele i s difuzeze ntre ele;

    - s nu formeze compui intermediari fragili. Legile de difuziune sunt date de Fick:

    dxdc

    Ddtdm = . (6.2)

    Cantitatea de metal dm care difuzeaz n timpul dt pe distana dx, cu o concentraie variabil dc, este proporional cu constanta de difuziune D i cu variaia lui dc pe dx.

    Semnul minus ne arat c sensul de difuziune este de la zona cu concentraie mai mare spre cea cu concentraie mai mic.

    Daca se trece la derivate pariale se poate determina constanta de difuziune D:

    RTB

    AeD

    = , (6.3) unde: R = constanta gazelor;

    A, B = constante de material.

    Fig. 6.7. Camer de tiat cu plasm

  • Capitolul 6

    56

    Din (6.2) se observ c valoarea constantei de difuziune D depinde de temperatura absolut T.

    n general, difuziunea este un proces lent, care poate fi accelerat, ns, prin mrirea temperaturii.

    Dac se secioneaz o lipitur, se deosebesc urmtoarele zone (fig. 6.8): 1. metalul baz; 2. aliajul de adaos ptruns ntre grunii cristalini ai

    metalului de baz; 3. aliaj de adaos solidificat n care a difuzat tot aliaj de

    adaos; 4. aliaj de adaos solidificat. n timpul lipirii trebuie evitat oxidarea suprafeelor

    pieselor. Pelicula de oxid va avea grosimea y, care variaz n timp dup o lege parabolic:

    Pentru evitarea oxidrii se folosesc fluxuri care dizolv oxizii i i ndeprteaz n timp dup aceeai lege parabolic.

    Dup temperatura de topire a aliajului de adaos, lipiturile sunt: - lipituri tari, cu C5000top > ;

    - lipituri moi, cu C5000top

  • Capitolul 7

    57

    PRELUCRAREA METALELOR PRIN ACHIERE I MAINI UNELTE

    7.1. GENERALITI, Prelucrarea metalelor prin achiere este un procedeu de ndeprtare a adausului de pe

    semifabricat, cu ajutorul sculelor achietoare, pentru a obine forma, dimensiunile i calitatea suprafeelor dorite produsului.

    Prelucrarea prin achiere ocup un loc important n construcia pieselor de maini electrice, termice etc.

    Semifabricatele care se prelucreaz prin achiere provin din turnare, laminare, forjoare, matriare, presare, tanare, sudare etc. Prin achiere este nlturat adaosul de prelucrare de pe semifabricat.

    Mainile unelte sunt mainile care servesc la prelucrarea prin achiere. Ele au o micare principal (de rotaie sau rectilinie) care detaeaz achia i o micare secundar (de avans) care deplaseaz scula de achiat fa de pies (sau invers), precum i alte micri auxiliare.

    7.2. CLASIFICAREA MAINILOR UNELTE Cea mai folosit clasificare este dup numrul tiurilor sculei: 1. cu un ti a) cu micare de rotaie - strunguri; - maini de gurit; - maini de alezat. b) cu micare rectilinie - epinguri; - raboteze; - morteze. 2. cu mai multe tiuri a) cu micare de rotaie - maini de frezat - maini de rectificat b) cu micare rectilinie - broe. Alte criterii de clasificare in seama de: - universalitatea mainii;

    - automatizare; - specializare. 7.3. NOIUNI DIN TEORIA ACHIERII n procesul de achiere sunt necesare dou micri care trebuie asigurate de maina

    unealt.

  • Capitolul 7

    58

    I. Micarea principal care determin desprinderea achiei, viteza de achiere v fiind exprimat n m/min i care poate fi:

    - micare de rotaie a arborelui principal dat de:

    Dv1000

    n

    = , (7.1)

    n care turaia n se exprim n [minrot

    ], iar diametrul D al piesei n [mm];

    - micare rectilinie, de translaie alternativ (a piesei sau a sculei). Turaia n se exprim n numr de curse duble/min, adic [c.d./min]

    L2v1000

    n = , (7.2)

    n care turaia n se exprim n [min

    .d.c], iar lungimea de achiere L n [mm].

    II. Micarea de avans se face cu viteza s (s = avansul). Se poate da avans: - sculei, ca la strunjire, rabotare; - piesei, ca la frezare, rectificare. Avansul se exprim n: [mm/min]; [mm/rot]; [mm/c.d.], iar direcia poate fi;

    longitudinal, transversal, circular, tangenial. Un avans poate fi dat continuu sau intermitent. El are ca efect scoaterea achiilor. 7.4. SCHEME DE ACHIERE Combinnd micrile de mai sus (I i II) se obine micarea relativ a sculei fa de

    pies. Schema de achiere ne indic simplificat ce micri execut piesa i scula i ce

    operaie rezult. 7.4.1. Strunjirea Operaia se efectueaz pe strunguri i cuprinde urmtoarele micri: - micarea I o execut piesa i este o micare de

    rotaie (fig.7.1); - micarea II o execut scula i este o micare rectilinie cu

    direcie longitudinal sau transversal. Prin acest procedeu se pot prelucra: - suprafee cilindrice exterioare i interioare; - suprafee conice; - suprafee plane etc. n acest tip de prelucrare scula are nun singur ti. 7.4.2. Frezarea Operaia se face pe mainile de frezat, iar micrile sunt: - micarea I o execut scula i este de rotaie (fig.7.2); - micarea II o execut piesa i este rectilinie. Prin acest procedeu se pot prelucra suprafee plane, cilindrice, profilate etc. Scula este freza, care are mai multe tiuri (dini). Avansul poate fi fcut n acelai sens cu rotaia frezei sau

    n sens contrar.

    Fig. 7.1. Schema achierii la strunjire

    Fig. 7.2. Schema achierii la frezare

  • Capitolul 7

    59

    7.4.3. Gurirea Se face pe maina de gurit sau pe strung. Pe maina de gurit micrile I (i II) le execut scula burghiul, iar pe strung scula

    execut numai micarea II. (fig.7.3). Deci, micrile sunt: - micarea I este de rotaie i o execut scula. - micarea II este rectilinie i o execut tot scula. Prin acest procedeu se pot prelucra: - guriri n plin, cu burghiul; - adnciri de guri, cu adncitorul; - alezri, cu alezoare; - filetri, cu tarozi. Scula este cu mai multe tiuri. 7.4.4. Rabotarea Operaia se execut pe raboteze, epinguri, morteze. La aceast operaie att piesa ct i scula execut micri rectilinii (fig. 7.4). n cazul epingurilor, micarea principal, de achiere,

    este longitudinal i o execut berbecul pe care se monteaz scula (micarea II). Micarea secundar, de avans transversal, este executat de masa, pe care se monteaz piesa de prelucrat (micarea I).

    n cazul rabotezelor, piesa are deplasare longitudinal (micarea III), iar scula deplasare transversal (micarea IV).

    La eping i rabotez ambele micri se fac n plan orizontal.

    n cazul mortezelor micrile se fac tot ca la eping, dar n plan vertical.

    Achierea se face numai ntr-o curs, numit activ. Cealalt curs este pasiv, cnd cuitul se ridic, chiar, de pe pies.

    Avansul este intermitent i se d la nceputul cursei active. n acest tip de prelucrare scula are un ti, iar suprafeele obinute sunt plane sau

    profilate. 7.4.5. Rectificarea Este prelucrarea de achiere executat cu corpuri abrazive (ca scule), care execut

    micarea principal de rotaie i uneori chiar micri secundare. Rectificarea se aplic dup alte operaii de achiere ca strunjirea, frezarea etc. cu

    scopul de a netezi suprafeele prelucrate i de a corecta mai precis dimensiunile pieselor. Se mai aplic, de asemenea, dup operaii de tratamente termice care nu mai permit

    folosirea altor scule pentru prelucrarea materialului. Scula de rectificat (discul) este format din granule abrazive foarte dure i ascuite care

    execut achierea. Se execut urmtoarele micri: - micarea I o face scula (piatra) i este de rotaie (fig. 7.5 ); - micarea II o face piesa i este rectilinie, longitudinal sau transversal. Prin rectificare se prelucreaz suprafee cilindrice sau

    conice, interioare sau exterioare, suprafeele plane sau profilate etc.

    Se obine o precizie i o calitate superioar a suprafeelor prelucrate.

    Fig. 7.5. Schema achierii la rectificare

    Fig. 7.3. Schema achierii la gurire

    Fig. 7.4. Schema achierii la eping i rabotez

  • Capitolul 7

    60

    La rectificare scula are mai multe tiuri. La rectificarea circular, se rotete i piesa. 7.4.6. Broarea Broarea este prelucrarea prin achiere care se efectueaz cu scule numite broe cu o

    micare unic rectilinie, circular sau elicoidal, piesa rmnnd fix. Broa este acionat de maina de broat, tras sau mpins prin gaura rotund sau

    profilat. Prile componente ale broei (fig. 7.6) sunt: 1. gaura de prindere; 2. gtul broei; 3. ghidajele; 4. partea activ a broei; 5. piesa de prelucrat. Broa are mai multe tiuri succesive, din ce n ce mai nalte, astfel nct fiecare dinte

    al broei avanseaz n pies efectund achieri. Operaia se termin la o singur micare principal, care este micarea rectilinie de tragere.

    Avansul este transversal, executat de fiecare dintre (sd), datorit nlrii fiecruia fa de cel precedent.

    Cteva elemente geometrice ale broei sunt prezentate n figura 7.7 i ele sunt: 1. avansul pe dinte - sd; 2. pasul dinilor - pa; 3. unghiul de aezare - ; 4. unghiul de degajare - .

    Pentru divizarea achiilor, dinii sunt crestai, cu ntreruperi decalate de la dinte la dinte.

    Fora de broare F i viteza v se calculeaz pe baza parametrilor broei, a calitii materialului de prelucrat, a durabilitii sculei T, folosind formule empirice similare cu cele prezentate la celelalte prelucrri.

    Ca lichid de rcire se folosete cel mai frecvent o soluie de emulsol (20%)+spun(5%)+ap.

    7.5. MATERIALELE PENTRU SCULE n prelucrarea prin achiere sculele joac un rol foarte important. Ele se

    confecioneaz din materiale care trebuie s ndeplineasc urmtoarele condiii: - s aib o duritate mai mare ca a materialului de prelucrat; - s fie tenace, pentru a evita tirbirea tiului; - s fie stabile la temperatur pentru a-i menine duritatea i tenacitatea; - s fie rezistente la uzur prin frecare cu piesa; - s aib rezistene mecanice ridicat ( r , , c ). Materiale pentru scule: - oeluri:

    Fig. 7.6. Construcia broei Fig. 7.7. Geometria broei

  • Capitolul 7

    61

    o oeluri de scule carbon (OSC) au 0,7 1,2% C; (OSC 7,8,9,10,12,13), temperatura maxim 2500C i

    sunt folosite pentru cuite, burghie, tarozi. o oeluri slab aliate pentru scule

    CuCr, W, V, Mo, Si, Mn. Sunt stabile la 2200C o oeluri rapide (OR)

    RK 100, RW 180, RMo 5. Sunt stabile la 6000C. - metale dure MD:

    o obinute prin topire sunt VK (W,Co); au tenacitate bun

    o obinute prin sinterizare TK (W, CO, Ti); sunt foarte dure, stabile pentru oeluri, la 12000C

    - materiale ceramice: o metalo-ceramice: cermenturi o mineralo-ceramice: AuAl2O3

    S-a artat c mainile unelte se clasific n funcie de tiurile sculelor. Pentru lucrri de strunjire, rabotare, mortezare se folosesc scule cu un ti (cuite). Principiul de construcie al cuitelor st la baza celorlalte scule cu mai multe tiuri. De aceea, geometria cuitului i, n general, teoria achierii cu cuitul se extinde i la alte scule pentru alte prelucrri (freze, burghie, broe).

    7.5. TIMPUL TEHNOLOGIC DE ACHIERE Timpul tehnologic de achiere este format din urmtoarele componente: Tb = timpul tehnologic de baz, n care scula achiaz efectiv; Ta = timpul auxiliar, n care se efectueaz:

    - manevrarea mainii; - fixarea piesei; - scoaterea piesei; - controlul piesei;

    Tdes = timpul de deservire, n care se fac: - schimbarea sculei; - reglarea mainii; - ungerea mainii;

    Tntr. = timpul de ntrerupere, pentru: - odihn; - nevoi personale ale muncitorului.

    Pentru o singur bucat, timpul va fi: T = Tb + Ta + Tdes + Tntr., n [min]. (7.3) Singurul timp care se calculeaz este Tb, restul se gsete n tabele sau grafice, de unde

    componentele se aleg corespunztor. Calculul timpului Tb Pentru calculul acestui timp se folosete relaia:

    nsiL

    Tb = n [min], (7.4)

    unde: L = lungimea care se achiaz, n [mm]; s = avansul, n [mm/rot] sau [mm/c.d.]; n = turaia axului principal [rot/min] sau [c.d./min]; i = numr de treceri (fig. 7.8);

    L

    g

    Fig.7.8.Schema pentru calculul timpului de baz

  • Capitolul 7

    62

    Cum D

    1000vn

    = , rezult:

    sv1000

    DiLTb

    = , pentru strunjirea longitudinal. (7.4)

    Cum 2D

    L = , rezult:

    sv10002

    iDT

    2

    b = , pentru strunjirea frontal. (7.6)

    Timpul tehnologic pentru achierea unui lot de n buci va fi: .pregbuclot TTnT += (7.7) Tpreg = timpul de pregtire, care cuprinde:

    - primirea materialului; - primirea S.D. V.; - primirea desenelor; - primirea instruciunilor.

    n = numrul de buci.

  • Capitolul 8

    63

    TEHNOLOGIA DE FABRICARE A PRODUSELOR DIN PULBERI METALICE

    8.1. GENERALITI Pulberile metalice sunt particule sau granule, de mrime 0,1-400m din metal pur,

    aliaje, compui intermetalici sau compui chimici ai metalelor. Procedeul formrii pieselor din pulberi metalice, prin presare i prin sinterizare, a

    nceput n 1930 i ulterior s-a dezvoltat foarte mult deoarece tehnologia este relativ simpl, iar precizia produselor realizate este foarte mare.

    Proprietile tehnologice specifice pulberilor metalice sunt:

    - volumul de umplere (Vu, cm3/100g) - volumul ocupat de 100g de pulbere vrsat liber;

    - densitatea de umplere (u, g/cm3) =100/Vu; - fluiditatea (F1, g/s) - cantitatea de pulbere care se scurge n unitatea de timp printr-o

    plnie cu orificiul calibrat; - capacitatea de presare (Cp, %) - capacitatea de micorare a volumului iniiat ocupat

    de pulbere. Cunoaterea acestor proprieti este important, deoarece n funcie de valoarea lor se

    dimensioneaz utilajele de compactizare i dispozitivele de dozare. 8.2 FORMAREA PULBERILOR n figura 8.1 sunt prezentate schematic procedeele de elaborare a pulberilor.

    n continuare, se prezint procedeele mecanice de elaborare a pulberilor.

    ELABORAREA PULBERILOR

    PROCEDEE MECANICE Pulverizarea sub presiune a

    metalelor lichide

    Dezintegrarea prin achiere

    PROCEDEE FIZICO-

    CHIMICE Electroliza

    Reducerea oxizilor n medii de hidrogen i oxid de carbon

    Fig. 8.1. Metode pentru elaborarea pulberilor

  • Capitolul 8

    64

    Dezintegrarea prin achiere const n obinerea achiilor metalice cu ajutorul unei maini unelte, urmat de mcinarea achiilor n mori, pn se ajunge granulaia i gradul de omogenizare prescrise.

    Pulverizarea sub presiune a metalelor lichide se face ntr-o instalaie al crei principiu constructiv este prezentat n figura 8.2.

    Funcionarea instalaiei este rmtoarea: jetul de metal lichid este lovit tangenial de aer comprimat n amestec cu gaze inerte sau reductoare, avnd presiunea 5-8 atm i viteza 300-400m/s.

    Ca urmare, metalul se pulverizeaz i cade ntr-o baie de ap sub form de granule.

    n urma aplicrii acestor procedee, se obin pulberi brute, care se utilizeaz pentru metalizare, vopsire, pentru fabricarea electrozilor de sudur, a betoanelor celulare etc.

    Pulberile fabricate trebuie s rspund unor anumite cerine de calitate cum ar fi: granulaia, puritatea, compoziia chimic, capacitatea de presare etc.

    8.3. FORMAREA PIESELOR DIN PULBERI Tehnologia de fabricare a pieselor din pulberi metalice implic realizarea urmtoarelor

    etape: - pregtirea amestecului din pulberi; - presarea; - sintetizarea; - alte operaii dup sintetizare.

    Pregtirea amestecului din pulberi const n efectuarea operaiilor de dozare i omogenizare. Dozarea se realizeaz prin cntrire i este necesar pentru a realiza o anumit compoziie chimic a unui amestec de pulberi, n cantiti determinate.

    Presarea pulberilor se realizeaz n matrie i este cel mai utilizat procedeu de obinere a pieselor necesare n construcia de maini.

    Amestecul de pulberi, pregtit n etapa anterioar, se introduce n cavitatea matriei care este susinut de poansonul inferior. Presarea se face fie unilateral, prin poansonul superior, fie bilateral, prin ambele poansoane. Presarea bilateral este preferat deoarece conduce la obinerea unei piese de densitate uniform repartizat.

    Viteza de presare trebuie s fie mic deoarece, n caz contrar, aerul nu se elimin complet i poate conduce la formarea unor contrapresiuni care fisureaz piesa.

    La sfritul presrii, se menine poansonul sub sarcin cteva secunde pentru egalizarea tensiunilor n pies. Matriele se construiesc, n general, din oeluri de scule, cu rezisten mare la oc i la uzur.

    Presele destinate metalurgiei pulberilor pot fi cu acionare mecanic sau hidraulic i trebuie s realizeze presiuni pn la 250tf.

    Sinterizarea este cea mai important operaie n formarea proprietilor pieselor din pulberi i const ntr-un tratament termic, n atmosfer controlat, pentru consolidarea amestecului de pulberi. Temperatura de sinterizare trebuie s fie mai mic dect temperatura de topire a componentelor sau cel puin, a componentei principale.

    Fig.8.2. Schema instalaiei pentru pulverizarea sub presiune: 1-metal lichid; 2-creuzet; 3-diuz de aer; 4-jet pulverizat; 5-baie de ap; 6-granule metalice

  • Capitolul 8

    65

    Mediul de sinterizare poate fi neutru, oxidant, reductor sau carburant, funcie de reaciile chimice care trebuie declanate sau ntrerupte. n ultimul timp se folosete tot mai des vidul, ca mediu de sinterizare, deoarece n funcie de valoarea sa i de temperatur, acesta poate avea un caracter reductor controlabil.

    n practic exist mai multe tipuri de sinterizare (fig. 8.3).

    n urma sinterizrii se mai pot face urmtoarele operaii: - calibrare, pentru corectarea dimensiunilor pieselor; - represare, pentru mbuntirea proprietilor mecanice de rezisten; - achiere, pentru nlturarea bavurilor; - impregnare, cu alte metale sau rini pentru creterea rezistenei la coroziune. 8.4 PRODUSE ALE METALURGIEI PULBERILOR Prin metalurgia pulberilor se obin urmtoarele tipuri de produse:

    - Produse poroase, care depesc 25% din producia mondial de piese sinterizate. Domeniile de utilizare cele mai reprezentative sunt construcia de lagre cu cuzinei autolubrifiani (bronz cu grafit, oel cu grafit) pentru maini de frezat, gurit, stanat, poduri rulante, benzi transportoare etc, construcia de filtre pentru lichide i gaze, amortizoare de zgomot, stingtoare de flacr, plci de separaie etc.

    - Materiale de friciune (cu coeficient de frecare ridicat, conductivitate termic mic i coeficient de dilatare mic), care pot fi pe baz de fier i se folosesc n locuri intens solicitate, pe baz de cupru i se folosesc acolo unde se dezvolt cantiti mari de cldur care

    TIPURI

    DE SINTETIZARE

    PENTRU OBINEREA METALELOR

    PURE

    PENTRU OBINEREA UNUI

    AMESTEC DE COMPONENTE

    SOLIDE

    PENTRU OBINEREA DE

    FAZE NOI

    PENTRU OBINEREA UNEI

    FAZE LICHIDE

    Produsul obinut are aceeai compoziie chimic, dar nregistreaz contracii

    Produsul obinut sufer o cretere granulometric

    Se obine practic un alt produs

    Produsul obinut conine o faz lichid cu rol de liant

    Fig. 8.3. Tipuri de sinterizare

  • Capitolul 8

    66

    trebuie repede disipate i pe baz de cermei, de tipul oxizilor i se folosesc pentru condiii de frecare uscat pe suprafee foarte dure, la temperaturi ridicate.

    - Piese mecanice de rezisten, care ocup ponderea maxim n producia de piese sinterizate cum ar fi: roi dinate, segmeni de piston, prghii, furci, manoane, buce, came etc.

    - Aliaje dure, care sunt produse tipice ale metalurgiei pulberilor, realizate din wolfram i titan legate cu cobalt i se utilizeaz ca scule de achiere i trefilare. n unele cazuri se pot asocia aliajelor dure i granule de diamant, obinndu-se aa numitele scule diamante, care se preteaz proceselor de foraj la mare adncime, de tiere a rocilor granitice.

    - Produse pentru industria electrotehnic rezultate din sinterizarea pulberilor metalice, care sunt de nalt puritate i cu proprieti speciale superioare. De exemplu, combinaiile W-Cu, W-Ag, Ag-Ni, numite i pseudoaliaje deoarece nu formeaz aliaje n stare topit, sunt imposibil de realizat pe alte ci. Au o mare conductivitate electric i termic i o mare rezisten la degradare prin eroziune electric, ceea ce le indic pentru construcia contactelor electrice de rupere, perii pentru colectoare, borne foarte rezistente, electrozi pentru sudarea prin puncte, etc.

    Combinaiile metal-grafit se folosesc cu succes pentru confecionarea contactelor glisante, cum ar fi periile glisante pe firul de cae al troleibuzelor.

    Dintre materialele magnetice elaborate prin sintetizare, se folosesc n special combinaiile Fe-Ni, Fe-Si, Al-Fe-Si.

    - Materiale refractare, care cuprind produse din metale greu fuzibile, materiale refractare pe baz de carburi sau silicai i materiale refractare de baz de cremei i se livreaz sub form de srm, table sau piese fasonate.

  • Capitolul 9

    63

    LANURI CINAMETICE ALE MAINILOR UNELTE 9.1. GENERALITI Procesele tehnologice de achiere, precum strunjirea, gurirea, frezarea etc. constau n

    desprinderea i ndeprtarea achiilor, precum i n stabilirea micrilor (de generare a suprafeelor pieselor) i vitezelor de achiere i de avans. Toate mecanismele cu ajutorul crora se stabilesc micrile, pe traiectoriile directoare i generatoare, formeaz cinematica mainilor unelte. Cinematica mainilor-unelte se studiaz pe pri distincte sau pe grupe de mecanisme distincte, n funcie de operaiile care descriu secvena procesului tehnologic de prelucrare ( de exemplu stabilirea vitezei de achiere, de avans al sculei, operaiile de aezare i scoatere a sculelor i pieselor de pe maina-unealt, controlul geometric al pieselor prelucrate etc. Aceste grupe distincte de mecanisme de acionare sunt cunoscute sub numele de lanuri cinematice ale mainilor-unelte. Ele transmit un semnal, prelucrat sau nu, de la o surs de micare la un organ final al mainii-unelte.

    9.2 CLASIFICAREA LANURILOR CINEMATICE Lanurile cinematice, din structura mainilor unelte, se clasific dup rolul funcional

    n urmtoarele categorii: -lanuri cinematice generatoare; -lanuri cinematice auxiliare.

    Lanurile cinematice generatoare sunt cunoscute sub numele de lanuri cinematice directoare i se clasific, la rndul lor, dup operaiile pe care le realizeaz, n dou categorii:

    -lanuri generatoare simple; -lanuri generatoare complexe (compuse).

    Cele simple, descriu att traiectoriile realizate de scul i pies, ct i vitezele cu care se realizeaz micrile principale sau de avans, n funcie de materialul piesei i de caracteristicile procesului de achiere.

    Ex.: operaiile de gurire, strunjire. Lanurile generatoare complexe sau compuse sunt acelea care realizeaz concomitent mai multe operaii.

    Ex.: operaiile de filetare i de danturare a roilor dinate. Din punct de vedere al rolului funcional n procesul de achiere, lanurile generatoare (directoare) se clasific n:

    -lanuri principale; -lanuri de avans.

    Cele principale stabilesc detaliile pentru micarea principal, att ca traiectorie ct i ca vitez. Cele de avans (secundare) stabilesc detaliile necesare micrii de avans att ca traiectorie ct i ca vitez. n procesul tehnologic de achiere, micarea directoarei pe generatoare poate s aib poziie relativ i anume:

    -generatoarea mobil i directoare fix (la mortezare); - generatoarea fix i directoare mobil (la frezare);

  • Capitolul 9

    64

    - generatoarea mobil i directoare mobil (la filetare). Lanurile cinematice auxiliare servesc la realizarea micrilor, din cadrul procesului tehnologic de achiere, cum ar fi:

    -deplasarea materialului i a sculei; -prinderea pe supori, batiuri a sculelor i materialelor; -controlul geometric al pieselor; -protecia angajatului (strungar, frezor); -operaiile de rcire etc. 9.3. STRUCTURA LANURILOR CINEMATICE

    Structura lanurilor cinematice este dat de numrul mecanismelor de acionare i de

    felul acestora. Mecanismele de acionare modific semnalul primit la intrare i l transmit la ieirea mecanismului sub form modificat. De obicei sunt notate cu Y. Raportul de transmitere a micrii este dat de relaia:

    i

    eT y

    yi = (9.1)

    n general, semnalul modificat i transmis de mecanismele de acionare este o turaie. Aceasta poate fi modificat att ca traiectorie ct i ca frecven. Ca traiectorie, semnalul se poate modifica din micare de rotaie n micare de translaie, cu ajutorul unor mecanisme ca: biel-manivel, urub conductor piuli, mecanism cu excentric, cilindru pneumatic. Modificarea din punct de vedere al frecvenei, se refer la mrirea sau diminuarea semnalului cu ajutorul cutiei de viteze, cutiei de avansuri, pompei hidraulice, reostatelor (la mainile electrice). Mecanismele de acionare folosite n cinematica mainilor-unelte se pot clasifica dup natura lor n: mecanisme electrice, pneumatice, hidraulice. Lanurile cinematice alctuite cu aceste mecanisme se numesc lanuri cinematice electrice, pneumatice sau hidraulice. Alte mecanisme folosite n cinematica maini-unelte:

    -mecanisme de pornire/oprire, care se folosesc la pornirea i oprirea mainilor-unelte (de exemplu ambreaj); -mecanism de inversare de sens; -mecanism de frnare; -mecanism de protecie, care realizeaz protecia personalului; -mecanism de control, care controleaz fazele sau parametri procesului tehnologic: de

    frecven, de tensiune, de curent, de nivel, de presiune, debit. 9.4. CARACTERISTICILE LANURILOR CINEMATICE Lanurile cinematice generatoare trebuie s ndeplineasc condiiile impuse de

    procesul tehnologic, precum: vitezele sculei i piesei, structura i materialul din care sunt realizate scula i piesa, precizia dimensional a prelucrrilor suprafeelor pieselor, ct i forma i gabaritul piesei. Cele mai reprezentative caracteristici ale lanurilor generatoare:

    -caracteristica de transmitere; -caracteristica de reglare.

    Caracteristica de transmitere este proprietatea unui mecanism sau mai multor mecanisme de a primi un semnal la intrare i de al transmite la ieire ntr-un semnal modificat. Raportul de transmitere sau de transfer al mecanismului M1 (figura 9.1), notat cu i1, este egal cu raportul dintre mrimea semnalului la ieire y1e i a semnalului de intrare:

    1M

    y1i

    i1

    y1e

    Fig. 9.1. Figur ilustrativ pentru determinarea raportului de transmitere

  • Capitolul 9

    65

    i1

    e11 y

    yi = (9.2)

    n cinematica mainii unelte aceste mecanisme pot s funcioneze legate n serie, n paralel sau mixt.

    Raportul de transmitere total al micrii n lanul cinematic format din k mecanisme nseriate (figura 9.2) se obine pe baza rapoartelor de transmitere ale fiecrui mecanism:

    ki

    kek

    i3

    e33

    i2

    e22

    i1

    e11

    yy

    i

    yy

    i

    yy

    i

    yy

    i

    =

    =

    =

    =

    (9.3)

    Raportul de transmitere total al micrii va fi:

    ===

    k

    1jjk321T ii...iiii (9.4)

    Deoarece i2e1 yy = , i3e2 yy = ... kie)1k( yy = raportul de transmitere total al micrii va fi:

    i1

    keT y

    yi = (9.5)

    9.5. REPREZENTAREA CINEMATIC A LANURILOR GENERATOARE I ETAJAREA TURAIILOR 9.5.1. Reprezentarea cinematic a lanurilor generatoare Reprezentarea cinematic a lanurilor generatoare se face att la mainile existente i se cheam analiz cinematic, ct i la mainile unelte care se vor proiecta i se cheam sintez cinematic. Reprezentarea grafic a lanurilor cinematice se face n practic prin trei metode:

    -schema cinematic; -schema cinematic structural; -schema cinematic a fluxului tehnologic.

    Toate aceste reprezentri grafice se realizeaz prin simboluri prevzute de norme pentru elementele componente ale lanurilor cinematice. Aceste reprezentri grafice sunt mult mai simple i mai utile dect reprezentrile prin desen tehnic, att pentru proiectare ct i pentru ntreinere i exploatare. Cea mai utilizat metod este schema fluxului tehnologic deoarece din schema respectiv, n care se dau diametre, numr de dini, numr de nceputuri la roile melcate i pasul la cremaliere i roi dinate, se pot calcula direct de pe schem vitezele cu care se deplaseaz scula sau piesa.

    Prelucrarea corect a pieselor din diferite materiale i cu diferite dimensiuni necesit ca mainile unelte s dea o gam larg de turaii la arborele principal. Pentru aceasta mainile unelte sunt prevzute cu cutii de viteze.

    1M

    2M

    3M

    kM

    y1e y2i y2e y3i y1i y3e yki yke

    i1 i2 i3 i4Fig. 9.2. Reprezentarea unui lan cinematic format din k mecanisme

  • Capitolul 9

    66

    S-a artat c viteza de achiere v, la mainile care au micarea principal de rotaie, este dat de relaia:

    1000Dn

    v= , (9.6)

    n care turaia n se exprim n [minrot

    ], iar diametrul D al piesei n [mm].

    Pentru o main se vor prelucra piese cu diametre cuprinse ntre un Dmin i un Dmax. Acestea vor necesita vitezele vmin i vmax obinute cu turaiile nmin i nmax, exprimate de relaiile:

    max

    minmin D

    v1000n

    = ; (9.8)

    min

    maxmax D

    v1000n

    = . (9.7)

    Rapoartele:

    nmin

    max Rnn = ; v

    min

    max Rvv = ; D

    min

    max RDD = (9.8)

    se numesc rapoarte de reglare a turaiilor, a vitezelor i respectiv a diametrelor. Legtura dintre aceste rapoarte va fi:

    Dvmin

    max

    min

    max

    min

    maxn RRD

    Dvv

    nn

    R === (9.9)

    n cazul ideal, o main unealt ar trebui s dea toate turaiile cuprinse ntre nmin i nmax. Pentru aceasta sunt necesare mecanisme de reglare fr trepte de turaii. n practic, se folosesc ns mecanisme care permit realizarea unui numr finit de turaii sau a unui ir de turaii etajate n trepte. Deci, reglarea n trepte a turaiei limiteaz numrul de diametre de prelucrat cu viteze optime. 9.5.2. Etajarea turaiilor

    Variaia vitezei v funcie de diametrul D, pentru anumit turaie n a axului principal n, poate fi urmrit pe diagrama din figura 9.3, n care variaia apare ca o dreapt ce trece prin originea axelor i care este nclinat fa de abscis cu unghiul , a crui valoare este dat de relaia:

    1000n

    arctg= (9.10)

    La un diametru D1 va corespunde o vitez optim v1 obinut cu turaia n. Aceeai turaie poate fi folosit ns i pentru un diametru mai mic de 2 n care caz viteza va fi v2 i nu cea optim. Pierderea de vitez va fi:

    [%]100v

    vvv

    1

    21

    = (9.11)

    Dac dorim s prelucrm cu diametrul D2, cu viteza optim v1, se impune schimbarea turaiei la n i aa mai departe. Apare n acest o diagram cu o form de dini de ferestru. Vrfurile superioare ale dinilor se gsesc pe linia orizontal corespunztoare vitezei optime

    Fig. 9.3. Diagrama vitezei n funcie de diametru

    0

  • Capitolul 9

    67

    v1. Pierderile de vitez v ntre dou viteze apropiate v1 i v2 sunt date de liniile verticale ale dinilor. Ideal este ca orice main s etajeze turaiile astfel nct:

    -vrfurile dinilor de ferestru s fie ct mai uniform repartizate; -cderile de vitez v s fie ct mai mici. Pentru satisfacerea acestor criterii se ntrebuineaz urmtoarele etajri: -aritmetic; -geometric; -combinat.

    9.5.2.1. Etajarea aritmetic Aici turaiile se succed dup o progresie aritmetic. Considernd un ir de k turaii i

    lund raia irului , avem: min1 nn = ,

    += 12 nn , +=+= 2nnn 123 , (9.12)

    ( ) max11kk n1knnn =+=+=

    . Deci:

    1knn

    1knn minmax1k

    =

    = (9.13)

    Pierderile de vitez v sunt mici pentru diametre mici i invers (figura 9.4). La diametre mici etajarea foarte fin, iar la diametre mari este grosier. De obicei, aceast etajare nu se utilizeaz n practic.

    9.5.2.2. Etajarea geometric Aici turaiile se succed dup o progresie geometric cu raia . Considernd un ir de

    k turaii i lund raia irului , avem:

    min1 nn = , = 12 nn ,

    2123 nnn == , (9.14)

    max1k

    11kk nnnn ===

    . Deci:

    1kmin

    max1k1

    knn

    nn

    == , (9.15)

    1lgnn

    lgk min

    max

    +

    = (9.16)

    Fig. 9.4 Etajarea arithmetic a vitezelor pentru k=4 turaii

    v [m/min]

    n4=nmax n3 n2 n1=nmin

    D [mm] 0

  • Capitolul 9

    68

    Pierderile de vitez v sunt constante (figura 9.5) pentru toate valorile diametrului:

    [%]1001

    1v1k

    =

    (9.17)

    9.6. TRANSMISII I MECANISME FOLOSITE N ALCTUIREA

    LANURILOR CINEMATICE 9.6.1. Clasificarea mecanismelor de transmitere i reglaj

    I. Mecanisme simple de transmisie a micrii de rotaie: 1. transmisii cu curele - plate

    - trapezoidale 2. transmisii cu lan 3. transmisii cu roi dinate - cilindrice

    - conice 4. Transmisii melc-roat melcat

    II. Mecanisme de reglaj a turaiei 1. n trepte: a) mecanisme cu roi baladoare

    b) mecanisme cu cuplaje (ambreiaje) - cu lamele cu friciune - cu dini c) mecanisme cu pan glisant d) mecanisme cu roi rabatabile e) mecanisme cu meandre

    2. continuu: a) cu o roat plan i rol deplasabil b) cu dou roi plane i rol deplasabil c) variator conic cu disc plan d) cu roi conice duble

    III. Mecanisme de inversare a sensului de rotaie 1. cu roat baladoare 2. cu bloc de roi baladoare 3. cu cuplaj balador dinat 4. cu cuplaj cu lamele de friciune 5. cu roi conice 6. cu inversor electromagnetic

    IV. Mecanisme pentru transmiterea intermitent a micrii 1. cu clichet i roat de clichet 2. cu cruce de Malta

    V. Mecanisme pentru transformarea micrii 1. cu autoinversare: a) biel-manivel

    b) culisa oscilant 2. fr autoinversare: a) roat dinat-cremalier

    b) melc-cremalier melcat

    Fig. 9.5. Etajarea geometric a vitezelor pentru k=7 turaii

    v [m/min]

    vmax

    vmin

    0 D [mm]

    n1 n2 n3 n4 n5 n6 n7

  • Capitolul 9

    69

    c) urub-piuli d) cam-tachet - cam disc - cam tambur - cam cilindric

    9.6.2. Exemple la mainilor unelte Micrile ntre mecanisme se transmit i se transform n trepte sau continuu cu

    diferite rapoarte de transmitere. Cele mai utilizate transmisii la maini unelte sunt:

    a) transmisia prin curele Raportul de transmitere:

    ==1

    2

    2

    1

    nn

    dd

    i , (9.18)

    n care este coeficient de patinare, adic unghiul dintre ramurile curelei. b) transmisia cu lan

    Raportul de transmitere va fi:

    2

    1

    1

    2

    zz

    nn

    i == (9.19)

    Aici, ca i la celelalte transmisii cu roi dinate nu avem alunecare. Modulul unei roi dinate este:

    = pm , (9.20)

    unde: p este pasul dinilor msurat pe cercul divizor.

    Deci, circumferina cercului divizor va fi: zmzpd == (9.21)

    De aici: zmd = . (9.22)

    Cum cele 2 roi trebuie s aib aceleai modul, rezult:

    2

    1

    2

    1

    2

    1zz

    zmzm

    dd

    =

    = (9.23)

    c) transmisia cu roi dinate Raportul de transmitere:

    2

    1

    1

    2

    zz

    nn

    i == (9.23)

    Fig. 9.6. Transmisie prin curele

    z2, n2

    z1, n1

    Fig. 9.7. Transmisie cu lan

    I

    II

    z2, n2

    z1, n1

    Fig. 9.8. Transmisia cu roi dinate cilindrice

    z2, n2

    z1, n1

    Fig. 9.9. Transmisia cu roi dinate conice

    I

    II

  • Capitolul 9

    70

    d) transmisia cu melc roat melcat Este folosit pentru rapoarte de transmitere mari:

    za

    nn

    i1

    2 == (9.24)

    unde: a - numrul de nceputuri ale melcului; z - numrul de dini ai roii melcate.

    1n i 2n - turaiile melcului i roii melcate. e) transmisia cu cremalier

    Poate fi: -cu roat dinat i cremalier (la raboteaz) -cu melc cremalier

    Spaiul parcurs va fi: nzmnzpS == (9.25) unde: p - pasul cremalierei z - numr de dini ai roii n - numr de rotaii ale roii Spaiul parcurs va fi:

    namnapS == (9.26) f) transmisia cu urub conductor-piuli

    Spaiul parcurs de piulia mobil va fi: npS =

    Mai multe transmisii asamblate mpreun formeaz un lan cinematic avnd pe i ca produs al tuturor rapoartelor.

    Un exemplu de lan cinematic este dat n figura. Turaia axului VI va fi:

    inn IVI = , unde:

    76

    5

    4

    3

    2

    1

    2

    1

    54321

    za

    zz

    zz

    zz

    dd

    iiiiii

    =

    ==

    p, n

    secundara

    roat dinat z n

    n a melc

    Fig. 9.11. Transmisie cu cremalier

    Fig. 9.12. Transmisia urub-piuli

    piuli urub

    p

    n

    n2, z

    n1, a

    Fig. 9.10. Transmisia melc roat melcat

    I

    II

    Fig.9.13 Lan cinematic

  • Capitolul 9

    71

    9.6.3. Mecanisme elementare ale cutiilor de viteze Pentru a obine diferitele turaii necesare procesului de prelucrare prin achiere, precum i avansurile necesare, mainile unelte sunt prevzute cu cutii de viteze i de avansuri i filete. Mecanismele elementare cele mai ntlnite n aceste cutii sunt:

    a) mecanisme cu roi baladoare I - arbore conductor II - arbore condus

    2

    11 z

    zi = ;

    4

    32 z

    zi = ;

    6

    53 z

    zi =

    321 iii >> Blocul balador alunec pe caneluri. Constructiv se pun condiiile: distana dintre roile

    51 zz i 31 zz s fie > ca limea a dou roi baladoare.

    b) mecanisme cu con de roi dinate (mecanisme Norton) Aceste mecanisme au maxim 16 roi dinate, etajate pe arborele condus (II). n figura

    9.15 pe arborele condus II avem 5 roi dinate fixe z1, z2, ... z5. Pe arborele conductor I, se gsete o roat baladoare ( bz ). ntre cei doi arbori este aezat o

    roat rabatabil ( rz ), intermediar, fixat n furca baladoare. Mnerul furcii (m) se deplaseaz n faa unor guri

    corespunztoare numrului de roi de pe arborele condus (II).

    1

    b

    1

    r

    r

    b1 z

    zzz

    zz

    i ==

    2

    b

    2

    r

    r

    b2 z

    zzz

    zz

    i ==

    5

    b

    5

    r

    r

    b5 z

    zzz

    zz

    i ==

    54321 iiiii >>>>

    c) mecanisme cu meandre Au avantajul c ocup spaiu puin. Conin un arbore intermediar pe care sunt aezate

    roi cu numr de dini z sau 2z ca i pe arborele conductor (I). Mai includ o roat intermediar rabatabil ( rz ) i alta baladoare ( bz ), cu furc.

    Roile 531 zzz == au acelai numr de dini z. Roile b642 zzzz === au un numr dublu de dini fa de celelalte, adic 2z. n felul acesta se pot realiza rapoartele de transmitere:

    z5 z1 z3

    z6 z2

    z4

    Bloc balador

    I

    II

    Fig.9.14. Mecanism cu roi baladoare

    m

    zb

    z5 z4

    Z3 z2

    z1

    I

    II

    zr

    Fig. 9.15 Mecanism Norton

  • Capitolul 9

    72

    41

    z2z

    z2z

    zz

    zz

    zz

    zz

    zz

    ib

    3

    2

    1

    b

    r

    r

    3

    2

    11 ====

    21

    z2z2

    z2z

    zz

    zz

    zz

    zz

    zz

    ib

    2

    2

    1

    b

    r

    r

    2

    2

    12 ====

    1z2

    zzz2

    zz

    zz

    zz

    zz

    zz

    ib

    5

    5

    4

    b

    r

    r

    5

    5

    43 ====

    2z2z2

    zz2

    zz

    zz

    zz

    zz

    zz

    ib

    6

    5

    4

    b

    r

    r

    6

    5

    44 ====

    Rapoartele de transmitere sunt n progresie geometric cu raia 2= .

    d) mecanisme cu pan mobil (alunectoare) Fac parte din categoria schimbtoarelor de turaie

    n trepte. Roile de pe arborele I sunt fixe. Cele de pe arborele II se rotesc libere. Sunt prevzute cu cte un canal de pan n care

    va intra pana, solidar cu bara care se manevreaz dup dorin. n momentul n care pana este n canalul uneia din

    roi, aceasta va transmite micarea la arborele II cu raportul respectiv.

    2

    11 z

    zi =

    4

    32 z

    zi =

    6

    53 z

    zi =

    8

    74 z

    zi =

    z1 z4

    z3

    z2 z5 z6 zr

    zb

    I

    II

    Fig. 9.16 Mecanism cu meandre

    z7 z5

    z3 z1

    z2 z4

    z6 z8

    bar pan

    I

    II

    cap.1cap.2cap.3cap.4cap.5cap.6cap.7cap.8cap.9

Recommended

View more >