proiectarea prin aschiere

ELEMENTE DE BAZĂ ALE PROCESELOR TEHNOLOGICEDE PRELUCRARE A PIESELOR ÎN CONSTRUCŢIA DE MAŞINI

P A R T E A – I

NOŢIUNI TEORETICE ŞI PRACTICE DE PROIECTARE TEHNOLOGICĂ ÎN CONSTRUCŢIA DE MAŞINI

Capitolul 1. ELEMENTE DE BAZĂ ALE PROCESELOR TEHNOLOGICE DE

PRELUCRARE A PIESELOR ÎN CONSTRUCŢIA DE MAŞINI

OBIECTIVELE CAPITOLULUI:

1.1. Noţiuni generale

În construcţia de maşini, utilaje şi aparate, obiectul procesului de fabricaţie îl reprezintă

realizarea pieselor sau produselor având forme geometrice, dimensiunile şi calitatea suprafeţelor

în concordanţă cu prescripţiile impuse de rolul funcţional şi condiţiile reale de lucru, toate

acestea fiind materializate în desenul de execuţie.

Executarea (fabricarea) pieselor, în general, comportă un şir de diferite procedee de

prelucrări mecanice sau electrice, toate având drept scop modificarea succesivă a configuraţiei

iniţiale a semifabricatelor, a formei şi poziţiei reciproce a suprafeţelor şi a calităţii acestora, prin

îndepărtarea sau nu a unui strat de material denumit adaos de prelucrare.

Procedeele prin care se realizează diferitele piese s-au dezvoltat şi diversificat continuu,

principalele dintre acestea, utilizate pe scară largă în industrie fiind: turnarea, forjarea,

laminarea, ştanţarea, matriţarea, aşchierea, prelucrările neconvenţionale, metalurgia

pulberilor, ş.a.

În etapa actuală de dezvoltare şi perfecţionare a tehnologiilor industriale, prelucrările prin

aşchiere ocupă un loc important deoarece, deocamdată, reprezintă unul dintre procedeele cele

mai sigure de realizare a pieselor în condiţii de precizie ridicată. Datorită acestui lucru,

10

Prezentarea elementelor componente ce definesc sistemul tehnologic de prelucrare mecanică prin aşchiere; Definirea şi însuşirea noţiunilor specifice procesului de producţie: proces tehnologic de prelucrare mecanică, proces de fabricaţie, operaţie, fază, trecere, mânuire, mişcare, Definirea şi însuşirea particularităţilor tehnice şi economice ale diverselor tipuri de producţie; Caracterizarea tehnologică a tipurilor de semifabricate utilizate în construcţia de maşini. Însuşirea unor măsuri de management tehnologic pentru optimizarea semifabricatelor specifice construcţiei de maşini.

MANAGEMENTUL FABRICAŢIEI PRODUSELOR

prelucrările prin aşchiere reprezintă încă 60 - 75% din totalul manoperei consumate pentru

realizarea unei piese.

1.2. Sistemul tehnologic de fabricaţie

Aceasta reprezintă un ansamblu de patru elemente (oameni, maşini-unelte şi alte resurse)

cu o organizaţie informational-decizională proprie, ce acţionează în sensul realizării anumitor

obiective bine stabilite.

În principiu, un sistem este considerat o „cutie neagră” unde mărimile de ieşire y i

(fig.1.1.), sunt comparate cu obiectivele propuse (Yi).

Fig. 1.1. Reprezentarea grafică a unui sistem

Deoarece în toate cazurile de funcţionare apar abateri între yi şi Yi, elementul regulator R,

care poate fi operatorul uman, elemente speciale (distribuitoare, relee, etc., sau calculatorul),

acestea se compară şi se generează manual sau automat, marimi de reglare ∆x, care au rolul să

aducă performanţele mărimilor de ieşire la nivelul obiectivelor yi stabilite în faza de proiectare

tehnologică, prin ecuaţiile sistemului:

, (1.1)

unde xp reprezintă mărimile perturbatoare, iar τ – timpul.

Realizarea procesului de aşchiere [3] presupune îndeplinirea următoarelor condiţii

(cerinţe):

1. - existenţa unor maşini-unelte (sau utilaje) a căror cinematică să asigure generarea

suprafeţelor ce caracterizează forma geometrică a piesei de prelucrat, precum şi puterea necesară

realizării generării suprafeţei respective;

2. - dotarea maşinii-unelte cu dispozitive capabile să poziţioneze şi să fixeze

semifabricatele în raport cu sculele care participă la realizarea procesului de generare a suprafeţei

piesei de prelucrat;

3. - existenţa unor semifabricate adecvate procesului de prelucrare;

11


4. - existenţa unor scule aşchietoare (cuţite, burghie, freze, alezoare, broşe, tarozi,

filiere, discuri abrazive, etc) caracterizate printr-o geometrie şi proprietăţi (caracteristici) fizico-

mecanice corespunzătoare, capabile să participe la îndepărtarea adaosului de prelucrare;

5. - existenţa mijloacelor adecvate de măsurare şi control;

6. - existenţa mijloacelor necesare de comandă manuală, automată sau asistată de

calculator comode şi sigure în exploatare.

Elementele enumerate mai sus formează sistemul tehnologic de prelucrare (fig. 1.2.),

care sub acţiunea deciziilor "emise" de către muncitor sau un sistem de comandă automat

programată intră în acţiune şi generează forma geometrică dorită a piesei.

Fig. 1.2. Schema de principiu a sistemului tehnologic de prelucrare

Totalitatea activităţilor efectuate asupra unui semifabricat, cu ajutorul sistemului

tehnologic de prelucrare, în scopul realizării formei geometrice, preciziei dimensionale şi

rugozităţii suprafeţei unei piese date se numeşte proces tehnologic de prelucrare mecanică.

Acesta este o parte componentă a procesului de fabricaţie, care reprezintă totalitatea

activităţilor şi proceselor folosite pentru transformarea materiei prime în semifabricate şi apoi în

produse finite, inclusiv asamblarea, montajul sau ambalarea.

În plus, procesul de fabricaţie cuprinde atât procese de bază, cum ar fi obţinerea

semifabricatelor, prelucrarea mecanică, asamblarea pieselor prelucrate, cât şi procese auxiliare,

cum sunt: construcţia şi întreţinerea sculelor, a dispozitivelor, a verificatoarelor, repararea şi

întreţinerea utilajelor, transportul uzinal, etc.

Structura procesului tehnologic de prelucrare mecanică prin aşchiere cuprinde

următoarele elemente: operaţii, faze, treceri, mânuiri şi mişcări [3], [16].

Operaţia este partea din procesul tehnologic care se execută (realizează) la un loc de

muncă şi cuprinde acţiunea utilajului şi muncitorului realizată pentru prelucrarea uneia sau mai

multor piese simultan, până când se trece la prelucrarea altei (altor) piese din lotul de fabricaţie.

12

Maşina-unealtăDispozitiv de poziţionare şi fixare a piesei pe maşina

unealtă

Semifabricatul supus procesului de

prelucrare

Elemente de comandă

Scule aşchietoare sau de alt tip

Mijloace de măsurare şi control dimensional-geometric


De exemplu, strunjirea suprafeţelor frontale ale unui arbore: când se execută strunjirea pe

rând a celor două capete ale aceluiaşi arbore la acelaşi loc de muncă, cu aşezarea şi fixarea piesei

de fiecare dată, prelucrarea se realizează dintr-o singură operaţie.

Dacă aceleaşi prelucrări se execută la locuri de muncă diferite, prelucrarea se face din

două operaţii (fig. 1.3.).

Fig. 1.3. Schemă de exemplificare a noţiunilor de operaţie şi fază

Operaţia se poate realiza dintr-o singură aşezare şi fixare a piesei sau din două sau mai

multe aşezări şi fixări.

Faza este acea parte din operaţie care se execută la o singură aşezare sau poziţie a

semifabricatului şi se caracterizează prin prelucrarea unei anumite suprafeţe sau simultan a mai

multor suprafeţe cu o sculă sau mai multe, cu acelaşi regim de aşchiere reglat iniţial. Sunt

situaţii însă, mai ales la prelucrarea suprafeţelor profilate în care parametrii regimului de aşchiere

(în cazul acesta avansul) se modifică automat în cadrul aceleaşi faze.

Pentru exemplul prezentat în figura 1.3., în cazul în care prelucrarea capetelor se execută

la acelaşi loc de muncă, operaţia cuprinde două faze, pentru că prelucrarea se realizează din două

aşezări ale piesei.

În figura 1.4. se prezintă o situaţie de prelucrare într-o singură operaţie, din două faze, cu

toate că aşezarea piesei este făcută o singură dată. Faptul că prima fază, strunjirea de degroşare,

se execută cu alt regim de aşchiere (spre exemplu t1 > t2) în comparaţie cu strunjirea de finisare,

determină (impune) existenţa a două faze de lucru.

Adaosul de prelucrare pentru o anumită suprafaţă şi fază se poate îndepărta dintr-o

singură trecere a sculei, sau sculelor, sau din mai multe treceri, în funcţie de mărimea acestuia,

precum şi de rezistenţa sculei, dependentă de solicitările ce apar în timpul procesului de lucru.

Trecerea este deci (fig. 1.5.), acea parte a fazei, realizată în timpul unei deplasări a

sculei, sau sculelor, în sensul avansului, faţă de suprafaţa care se prelucrează, caracterizată prin

menţinerea constantă a poziţiei reciproce a sculei faţă de această suprafaţă şi a regimului de

aşchiere la o singură deplasare a sculei (sau piesei, spre exemplu la frezare, rabotare) în direcţia

avansului.

13


În figura 1.5., pentru exemplificare adaosul de

prelucrare total pentru o fază de lucru, Ac, se

îndepărtează din două treceri, cu adâncimile de

aşchiere, t1, t2, cu condiţia ca t1 = t2. Dacă t1 w t2

există două faze de prelucrare.

Mânuirea reprezintă totalitatea mişcărilor pe care le

efectuează muncitorul pentru executarea sau pregătirea unei

faze. Mânuirile sunt acţiuni auxiliare privind aşezarea şi

fixarea piesei în dispozitivele de lucru, aproprierea sculei de

piesă, pornirea motorului maşinii unelte, fixarea turaţiei

piesei şi a avansului de lucru, etc.

Mişcarea reprezintă

acea parte a mânuirii

prin care muncitorul

efectuează o acţiune

simplă de deplasare a unui organ de lucru, de comandă, de

poziţionare, etc., care poate fi măsurată în timp.

1.3. Tipurile de producţie şi particularităţile acestora

În funcţie de volumul de piese prelucrate, se deosebesc trei tipuri de producţie: -

individuală, de serie, de masă.

În cazul producţiei individuale, se execută un număr relativ redus de piese, cu o

diversitate foarte mare. Fabricaţia este, în general eterogenă, din care motiv utilajele şi dispozitivele

folosite au un caracter ridicat de universalitate. Amplasarea utilajelor în secţie se face în acest

caz pe grupe de maşini-unelte: strunguri, freze, maşini de găurit etc. productivitatea muncii

este redusă, iar muncitorii folosiţi trebuie să aibă o calificare superioară, pentru a putea executa

diferite tipuri de lucrări. De obicei, proiectarea proceselor tehnologice de prelucrare nu se

elaborează amănunţit, ci se întocmesc după procesele unor lucrări similare folosindu-se fişe

tehnologice.

Costul fabricaţiei produselor este relativ mare datorită productivităţii scăzute şi costului

ridicat al manoperei. În aceste cazuri nu se poate preciza exact ciclul de fabricaţie al produsului.

14

Fig. 1.4. Schemă de exemplificare a noţiunii de fază

Fig. 1.5. Schemă de exemplificare a noţiunii de trecere


Producţia de serie se caracterizează prin executarea pieselor pe loturi, care se

repetă cu regularitate după un anumit interval de timp. Diversitatea produselor este redusă şi

este formată din piese asemănătoare. Caracterul utilajelor folosite variază între universal şi

specializat, dependent şi de design-ul produselor şi mărimea loturilor. Amplasarea utilajelor se

face pe tipuri de maşini-unelte, pe grupe de piese sau după metoda combinată.

Productivitatea prelucrării este mai ridicată decât la producţia individuală.

Calificarea muncitorilor este mai redusă, tinzând către o anumită specializare, procesul

tehnologic de prelucrare se întocmeşte şi se execută pe loturi de piese. Economicitatea fabricaţiei

este mai mare în comparaţie cu producţia individuală.

Producţia de masă este aceea la care la fiecare loc de muncă se execută întotdeauna

aceleaşi operaţii sau faze. Diversitatea fabricaţiei este foarte redusă, aceasta menţinându-se

uneori timp îndelungat la un singur produs. Producţia de masă se caracterizează prin continuitate,

dată de ritmul sau tactul fabricaţiei, acesta reprezentând intervalul de timp necesar în procesul

de lucru pentru realizarea unui produs şi se determină cu relaţia:

(1.2.)

în care R este ritmul de producţie (fabricaţie) în minute; Fa- fondul anual de timp al maşinii-

unelte, în minute; N - programul anual de fabricaţie, în buc; - coeficientul de încărcare a

maşinii-unelte (0,94 … 0,95).

La fiecare operaţie sau fază timpul de prelucrare trebuie să fie aproximativ acelaşi sau un

multiplu al ritmului de producţie.

Diferenţierea şi specializarea la maximum a operaţiilor permite folosirea unor muncitori

cu calificare redusă. Utilajul folosit este specializat, iar cheltuielile de investiţii, impuse de

organizarea producţiei, nu influenţează decât foarte puţin costul fabricaţiei, deoarece acestea se

împart la un număr relativ ridicat de produse executate.

Procesele tehnologice se elaborează detaliat pe operaţii, faze şi mânuiri.

După metoda de organizare a producţiei (fabricate) se deosebesc:

producţia fără flux şi producţia în flux.

Producţia fără flux, este metoda de lucru la care piesele se fabrică pe loturi pentru

fiecare operaţie tehnologică, iar utilajele sunt, de regulă, amplasate pe grupe de maşini-unelte de

acelaşi tip.

Producţia în flux, se caracterizează faptul că operaţiile tehnologice de prelucrare se

execută la anumite locuri de muncă într-o ordine optimă stabilită logic sau prin calcul de

proiectare, piesele trecând de la o operaţie la alta imediat după execuţie cu ajutorul unor

echipamente speciale de transport.

15


1.4. Elemente generale ale managementului sistemelor tehnologice de

fabricaţie

Managementul derivă ca noţiune de la latinescul „manus” (mână) reprezentând ca

expresie „manevrare”, „conducere”, a unui produs.

La modul mai general, acesta se referă la studierea relaţiilor în cadrul desfăşurării unui

proces, în vederea descoperirii legităţilor şi principiilor de guvernare, a conceperii de noi

sisteme, metode, tehnici şi modalităţi de conducere sau comandă numerică, adaptiva ,capabile să

asigure optimul desfăşurării unei activităţi.

Managementul sistemelor de fabricaţie poate fi abordat atât:

- în faza de proiectare a proceselor tehnologice, cât şi

- în faza de funcţionare (conducere operativă).

Desigur, eficienţa în timpul desfăşurării unui proces depinde de parametrii stabiliţi în faza

de proiectare şi implementare şi de variaţia controlată sau nu a acestora, prin procesul de

optimizare a desfăşurării acestuia.

Cercetările din ultimul timp se bazează în optimizarea şi eficientizarea proceselor, pe

multidimensionalitatea informatică, iar modul în care o cunoşti, administrezi şi o foloseşti

hotăraşte dacă învingi sau pierzi pe piaţa mondială puternic concurenţială (Bill Gates, în

lucrarea: Gates, B. – Afaceri cu viteza gândului. Editura Almatea, Bucureşti, 2002, ISBN 973-

9397-13-1).

Rezultă din aceste considerente următoarele concluzii mai importante:

- optimizarea sistemului tehnologic presupune în primul rând şi o optimizare a

managementului acestuia;

- tehnologia moderna nu reprezintă prin ea însăşi cheia tuturor performanţelor şi

eficienţei. Investiţia în formarea resurselor umane este la fel de importantă, prin pregătirea de

specialitate cu elemente ştiinţifice de bază pentru conducerea optimă a unui proces;

- flexibilitatea sistemelor tehnologice de fabricaţie, presupune nu numai echipamente

flexibile ci şi o organizare şi conducere flexibilă (managementul flexibil);

- sistemele de producţie trebuie privite ca sisteme dinamice ,care „învaţă” într-o lume în

care lucrurile se mişcă atât de repede, încât cineva care spune că un lucru nu poate fi făcut, este

întrerupt de altcineva care face deja lucrul respectiv;

16


- matematica oferă o serie de tehnici şi metode care se pot folosi pentru optimizarea

funcţionării sistemelor tehnologice, în condiţiile de flexibilitate crescândă impuse acestora atât în

faza de proiectare cât şi de exploatare (conducere).

1.5. Semifabricate folosite în fabricaţia de maşini şi aparate precum şi

caracterizarea tehnologică a acestora

Procesul tehnologic de prelucrare mecanică a pieselor este influenţat din punct de vedere

al performanţelor tehnico-economice în mare măsură de tipul semifabricatelor adoptate pentru

executarea pieselor.

Structura proceselor tehnologice de prelucrare şi deci volumul de muncă necesar pentru

obţinerea aceleiaşi piese din semifabricate diferite, poate fi complet deosebită. Deoarece costul

total de fabricaţie reprezintă suma costului semifabricatelor şi al prelucrărilor mecanice,

respectiv al asamblării sau montajului, problema optimizării proceselor de fabricaţie trebuie

tratată în mod complex, examinând procesul de prelucrare în corelaţie cu cel de obţinere a

semifabricatelor.

La alegerea semifabricatului trebuie să se ţină seama de:

- forma, dimensiunile şi masa piesei;

- destinaţia piesei, materialul şi condiţiile de funcţionare;

- volumul producţiei;

- existenţa utilajelor pentru producerea semifabricatului.

Alegerea semifabricatului se face pe baza următoarelor recomandări generale:

Să se utilizeze un semifabricat cu adaosuri de prelucrare mici şi cu design cât mai

aproape de forma, dimensiunile şi rugozitatea suprafeţei piesei finite, pentru a se reduce cât

mai mult consumul de metal şi volumul de muncă pentru prelucrarea mecanică;

Piesele cu formă complexă, care nu sunt supuse unor sarcini cu şoc, sau la solicitări mari,

se execută, de regulă, din semifabricate din fontă cenuşie;

Piesele cu configuraţie complexă, care lucrează în condiţii grele şi suportă sarcini mari, se

execută din semifabricate turnate din oţel. Piesele din oţel cu forme complexe şi de dimensiuni

mici se recomandă a fi turnate cu modele fuzibile (avantajul procedeului constând în reducerea

adaosurilor de prelucrare mecanică, însă necesită echipamente scumpe).

Piesele care nu au o configuraţie complicată, se recomandă a se executa din semifabricate

forjate sau matriţate; cele matriţate se folosesc de obicei la producţia de serie şi de masă;

Piesele cu formă complexă din aliaje neferoase, în producţia de masă se recomandă să se

toarne în forme metalice sau sub presiune;

17


Piesele de dimensiuni relativ mici, care nu prezintă diferenţe mari între secţiunile

transversale, se pot executa din bare laminate.

Pentru a alege în mod corect şi eficient semifabricatul pentru o piesă concretă, dintr-un

material şi cu condiţii tehnice date, este necesară cunoaşterea posibilităţilor tehnologice ale

procedeelor şi metodelor de realizare a semifabricatelor, ce forme geometrice se pot realiza, între

ce limite de dimensiuni şi mase, ce precizie dimensional-geometrică şi rugozitate asigură,

compararea tehnico-economică a acestora pentru diverse cazuri concrete.

1.5.1. Semifabricate turnate

Există mai multe procedee de turnare:

a) Turnarea în forme de nisip se utilizează pentru turnarea pieselor din materiale

diferite: fontă, oţel sau chiar neferoase, folosind modele din lemn sau metalice. Rugozitatea

suprafeţelor pieselor turnate, depinde de materialul de formare, fiind în general peste Ra= 50 ÷100μm.

Grosimea minimă a pereţilor semifabricatului turnat depinde de materialul piesei şi

dimensiunile de gabarit. Pentru piese din fontă cu dimensiuni de gabarit până la 250 mm, gmin= 3

… 5 mm; pentru piese din oţel gmin= 5 … 8 mm.

Diametrele minime ale găurilor (alezajelor) obţinute la turnare sunt de la 20 - 50 mm.

b) Turnarea în forme metalice se foloseşte atât pentru materiale feroase cât şi

neferoase, cu observaţia că la cele feroase (fontă, oţel) datorită temperaturii înalte a metalului

lichid, durabilitatea formelor este cam de 10 ori mai mică decât la turnarea materialelor

neferoase (unde se pot realiza cu aceeaşi formă 30.000 … 50.000 turnări).

Productivitatea în acest caz este de 2 … 3 ori mai mare comparativ cu turnarea în forme

de nisip, şi totodată se îmbunătăţeşte calitatea şi precizia suprafeţelor semifabricatului.

Grosimea minimă a pereţilor obţinuţi este de 3 … 6 mm. Procedeul este economic

aproximativ pentru cel puţin 500 semifabricate de dimensiuni şi mase relativ mici şi circa 100 la

semifabricate mari.

c) Turnarea centrifugală se utilizează pentru obţinerea semifabricatelor care au forma

unor corpuri de revoluţie de tip alezaj, cavitatea interioară obţinându-se fără folosirea miezurilor

de turnare; prin acest procedeu se toarnă cămăşi de cilindru, semifabricate tubulare pentru

segmenţi, bucşe, ţevi, etc.

Turnarea centrifugală asigură mărirea gradului de compactitate al materialului, o înaltă

productivitate şi eliminarea materialelor de formare.

Se pot obţine prin acest procedeu şi semifabricate bimetalice, atât prin turnarea metalului

lichid pe o suprafaţă metalică solidificată, cât şi prin turnarea succesivă a metalelor lichide.

Precizia semifabricatelor turnate din oţel şi fontă este în intervalul de trepte 8 … 9 (ISO),

iar Ra= 100μm.

18


d) Turnarea în modele uşor fuzibile (modele care se topesc uşor)se foloseşte pentru

obţinerea semifabricatelor cu forme apropiate de cele ale piesei finite. Volumul prelucrărilor

mecanice se reduce cu până la 90%,sau chiar se exclude; se pot turna semifabricate cu masa între

1 … 50 kg, grosimea minimă a pereţilor fiind de 0,15 mm, diametrul minim al găurilor (alezajelor) 0,8

mm. Precizia de turnare a suprafeţelor este cuprinsă între 6 - 7 (ISO) iar Ra = 12,5 … 25 μm.

e) Turnarea sub presiune se foloseşte pentru obţinerea pieselor complexe cu pereţi

subţiri, cu cavităţi şi cu intersectări de pereţi.

Procedeul se utilizează pentru turnarea aliajelor de zinc, magneziu, aluminiu şi cupru (cu

temperaturi de topire sub 10000C). Semifabricatul se caracterizează printr-o precizie ridicată a

dimensiunilor (abateri de 0,02 - 0,04 mm), rugozităţi Ra= 0,8 … 6,3 μm., grosimea pereţilor

aproximativ de 1 mm (pentru alezaje de aluminiu).

Semifabricatele turnate sub presiune nu mai necesită decât prelucrări de netezire a

suprafeţelor plane şi a alezajelor, precum şi burghierea găurilor cu diametre sub 2 mm şi lungime

relativ mare. Acest procedeu conduce la micşorarea volumului de prelucrări mecanice cu

aproximativ 80 - 85%. Semifabricatele au o structură cu granulaţie fină, mărind rezistenţa

pieselor cu 25 - 40% în comparaţie cu semifabricatele turnate în forme de nisip. Masa

semifabricatelor este de până la 2 kg.

f) Turnarea în forme coji. Metoda se bazează pe proprietatea unor amestecuri de nisip

şi răşini termoreactive de a lua forma unui model mecanic încălzit şi de a se obţine un înveliş

relativ subţire (5… 8 mm). Se toarnă piese mici şi mijlocii, cu forme complexe din fontă, oţel,

neferoase, cu masa până la 25 - 30 kg.

Precizia dimensională este între 7 - 9 (ISO), Ra= 12,5 … 25 μm., grosimea pereţilor 3 …

5 mm pentru piese din oţel şi 1 … 1,5 mm pentru aliaje de Al.

1.5.2. Semifabricate forjate liber şi matriţate

a) Semifabricate forjate liber. Această metodă de obţinere a semifabricatelor se

foloseşte pentru producţia individuală şi de serie mică, semifabricatele obţinându-se prin

deformări succesive cu ajutorul unor ciocane instalate pe prese. Semifabricatele se realizează, de

obicei la o formă simplificată faţă de forma piesei finite, mecanice sau hidraulice, fiind prevăzute

cu un plus de material numit adaos tehnologic (fig. 1.6: semifabricatul unui arbore cotit forjat

liber) alături de adaosul de prelucrare.

Deoarece la forjarea liberă materialul se

deformează plastic în mod neîngrădit (nu se

limitează curgerea materialelor în nici o direcţie), nu

se poate obţine o precizie dimensional-geometrică

ridicată. Dimensiunile semifabricatului prezintă

19

Fig. 1.6. Semifabricat forjat liber


variaţii dimensionale, abateri mari de la forma

geometrică impusă piesei finite, necesitând astfel

adaosuri în general, mari de prelucrare.

b) Forjarea în matriţe libere. Se pot forja în matriţe libere piese cu forme relativ

simple, direct din semifabricate laminate rotunde sau pătrate, dar şi piese mai complexe în care

caz este necesară o profilare prealabilă prin forjare liberă.

Această metodă prezintă următoarele avantaje faţă de forjarea liberă:

- micşorarea adaosurilor tehnologice şi de prelucrare precum şi a abaterilor

dimensional-geometrice;

- datorită micşorării timpului obţinut prin profilarea semifabricatelor, productivitatea

metodei este de 3 … 5 ori mai mare;

- cheltuielile cu execuţia matriţelor se recuperează relativ uşor prin reducerea costurilor

pentru obţinerea semifabricatelor prin alte metode, precum şi a celor aferente prelucrărilor

mecanice.

c) Matriţarea la cald (în matriţe închise) prezintă avantajul micşorării sau în anumite

cazuri a excluderii adaosurilor tehnologice. Semifabricatele se obţin, de obicei, în mai multe

cavităţi ale aceluiaşi bloc de matriţe.

Costul relativ ridicat al matriţelor face ca semifabricatele matriţate să fie economice

pentru un număr mare de piese (dependent de formă, dimensiune şi alte cerinţe concrete impuse).

1.5.3. Semifabricate laminate

În construcţia de maşini se folosesc semifabricate laminate sub formă de bare laminate la

cald, bare trase la rece (calibrate), profile, benzi, etc.

Acestea se utilizează pentru piese care au secţiunea şi profilul apropiate de cele ale

semifabricatelor, când piesele nu prezintă diferenţe mari între secţiunile transversale pentru a nu

se pierde cantităţi importante de metal prin prelucrare mecanică. Piesele executate din laminate,

cu excepţia arborilor, au dimensiuni relativ mici. Din bare rotunde se execută arbori netezi, în

trepte (cu diferenţa diametrelor mai mică de 30 … 40 mm) axe, şuruburi, bolţuri, etc.

1.5.4. Semifabricate matriţate şi ştanţate la rece

Din această categorie fac parte semifabricatele şi piesele obţinute prin operaţii de

prelucrare a tablelor sau benzilor, precum şi prin cele de deformare la rece în volum a

materialului iniţial aflat sub formă de bare. O particularitate caracteristică a procedeelor de

matriţare şi ştanţare la rece, este că se pot obţine semifabricate sau piese finite cu precizie

ridicată, care în majoritatea cazurilor nu mai necesită prelucrări ulterioare prin aşchiere.

20


Deoarece dezvoltarea actuală a acestor procedee prezintă tendinţa de a se merge pe calea

identităţii formei, dimensiunilor şi toleranţelor reperului ştanţat sau matriţat la rece cu cele

prevăzute în desenele de execuţie pentru piesa finită, se poate aprecia că aceste procedee devin

într-o măsură tot mai mare, procese de obţinere de piese finite şi mai puţin de semifabricate.

Avantajele matriţării şi ştanţării la rece faţă de alte procedee de prelucrare mecanice sau

electrice sunt următoarele:

- posibilitatea obţinerii unor piese cu forme foarte complicate, cu gabarit mare şi greutate

mică;

- executarea pieselor interschimbabile, cu precizie suficient de ridicată a dimensiunilor;

- utilizarea economică a materialului, obţinându-se deşeuri care de multe ori pot constitui

semifabricate pentru alte piese;

- productivitate ridicată a utilajelor de presare.

Principalele procedee de obţinere a semifabricatelor în acest caz sunt: tăierea, îndoirea,

ambutisarea, formarea prin presare (refularea).

Unul din procedeele cele mai productive de matriţare la rece este refularea, aceasta

realizându-se prin deplasarea locală a metalului, în vederea creşterii parţiale sau totale a secţiunii

transversale, de regulă, în scopul umplerii cavităţii unei matriţe.

Precizia dimensională la refularea la rece cu calibrare poate ajunge la abateri de 0,03 …

0,04 mm, iar Ra = 1,6 … 3,2 μm.

1.5.5. Semifabricate combinate

Acestea sunt realizate, de regulă din mai multe elemente turnate sau matriţate, cu forme

simple, îmbinate între ele prin sudare.

Principalul avantaj al acestor semifabricate constă în simplificarea considerabilă a

tehnologiei de obţinere a semifabricatului întreg. Alte avantaje mai importante ale acestor tipuri

de semifabricate sunt următoarele:

- nu mai sunt necesare modele complexe şi scumpe pentru formare la turnare;

- se pot obţine forme constructive complet închise sau cu pereţi şi nervuri foarte subţiri;

- de cele mai multe ori se micşorează volumul de prelucrări mecanice prin aşchiere;

- se reduce substanţial ciclul de fabricaţie al pieselor.

1.5.6. Măsuri de management tehnologic în proiectarea şi alegerea semifabricatelor

pieselor în construcţia de maşini [14], [15], [16].

Pe baza celor prezentate se impun următoarele recomandări care privesc eficientizarea

managementului tehnologic al fabricaţiei:

21


- forma constructivă a produselor (funcţie de care se adoptă şi semifabricatul) să

asigure accesibilitatea uşoară a sculelor de lucru la suprafaţa de prelucrat;

- având în vedere că formele complexe, impun prelucrări multiple de degroşare şi

finisare (eventual şi de netezire), forma constructivă şi dimensiunile produselor,

influenţează, uneori, în mod hotărâtor şi prelucrabilitatea materialului adoptat ca

semifabricat.

În proiectarea constructivă şi tehnologică a produselor, trebuie să se ţină seama de

prelucrabilitatea materialului deoarece acesta influenţează: consumul de manoperă, de scule, de

energie, precizia de prelucrare şi productivitatea.

În acest sens, factorii ce influenţează prelucrabilitatea semifabricatelor sunt:

- compoziţia chimică a materialului;

- procedeul de elaborare a semifabricatului;

- materialul şi geometria sculelor de lucru;

- regimul de aşchiere;

- natura prelucrării (degroşare, finisare);

- procedeul de prelucrare (aşchiere, deformare plastică, procedee neconvenţionale).

Productivitatea şi costurile de fabricaţie ale produselor sunt influenţate în mod

semnificativ şi de gradul de tehnologicitate al acestora.

TEHNOLOGICITATEA unui produs reprezintă însuşirea formei constructive prin care

aceasta îndeplinind rolul funcţional în cadrul unui ansamblu, se poate executa la volumul de

producţie stabilit, cu un consum de materiale şi manoperă minime şi cu cheltuieli cât mai

scăzute.

Pentru a evidenţia importanţa pe care o are realizarea concordanţei formei constructive a

pieselor cu particularităţile procedeelor tehnologice de execuţie a acestora, se prezintă în

continuare câteva cerinţe tehnologice de proiectare a semifabricatelor.

Tehnologicitatea semifabricatelor turnate este influenţată de o serie de măsuri de

management tehnologic dintre care enumerăm următoarele mai importante:

- Pentru a evita apariţia sulfurilor şi zonelor poroase care scad rezistenţa materialului,

forma constructivă a semifabricatului trebuie să prezinte suprafeţe înclinate, care să permită ca

bulele de aer şi impurităţile să se ridice în maselotă;

- Forma constructivă să fie constituită din elemente cu forme geometrice cât mai simple

şi avantajoase pentru executarea modelelor de formarea miezurilor, a formei de turnare, curăţirii

semifabricatului, etc., care conduc la micşorarea volumului de muncă pentru obţinerea

semifabricatului turnat ;

22


- Forma constructivă a semifabricatelor turnate să asigure cerinţele de rezistenţă

mecanică şi să împiedice apariţia de defecte de turnare;

În acest sens se impun grosimi minime ale pereţilor semifabricatului turnate pentru

diferite materiale şi procedee de turnare.

Dacă grosimile sunt mai mici decât cele recomandate, se înrăutăţesc condiţiile de

umplere a formei şi pot apărea fisuri în semifabricat.

- Dacă grosimile pereţilor sunt prea mari, este posibilă scăderea rezistenţei datorită

neuniformităţii structurii materialului sau defectelor de turnare ce pot apărea la zonele de trecere

de la secţiuni subţiri la cele groase;

- Pentru creşterea rigidităţii construcţiei piesei se recomandă prevederea unor nervuri,

sau raze de racordare la trecerea de la o secţiune la alta.

Tehnologicitatea semifabricatelor forjate şi matriţate este influenţată de

următoarele măsuri de management tehnologic în proiectarea constructivă:

- Suprafaţa de separaţie la semifabricatele matriţate trebuie să permită matriţarea uşoară

şi productivă, reducerea la minimum a deşeurilor de metal, scoaterea uşoară a semifabricatului

din matriţă, debavurarea simplă şi prelucrarea eficienta prin aşchiere; în acest sens, se recomandă

ca suprafaţa de separaţie să fie plană şi dispusă în planul de simetrie al semifabricatului;

- Pereţii subţiri, nervurile, trebuie evitate în proiectarea constructivă, deoarece impiedică

repartiţia uniformă a metalului în timpul matriţării şi umplerea incompletă a cavităţii matriţei;

- Semifabricatele matriţate, trebuie să aibă o formă mult mai simplă decât cele turnate

(mai ales la serie mică);

- Pentru forme complexe obţinute prin matriţare, este recomandat ca acestea să se

divizeze individual în forme mai simple uşor de matriţat şi apoi îmbinate prin sudare;

- Formele constructive să fie, pe cât posibil simetrice pentru a fi obţinute cu aceeaşi

matriţă şi să se poată prelucra prin aşchiere sau alte procedee cu acelaşi echipament tehnologic

(maşini-unelte, dispozitive, scule, verificatoare).

Tehnologicitatea semifabricatelor sudate este influenţată de o serie de factori

constructivi, tehnologici şi de exploatare.

O metodă indirectă de apreciere a sudabilităţii unui material aliat sau nu, este conţinutul

de carbon echivalent (Cε %), care e definit (STAS 7194), ca procentul de carbon al unui oţel

nealiat care asigură aceeaşi sudabilitate ca şi a unuia aliat.

Relaţia de calcul a carbonului echivalent este:

(1.3.)

23


Se consideră o sudabilitate bună dacă Cε ≤ 0,45%, iar dacă Cε > 0,45% se recomandă

măsuri speciale, precum:

- preîncălzirea pieselor;

- folosirea unui material de adaos şi a unor procedee de sudare adecvate.

Din punct de vedere al managementului tehnologic al proiectării şi realizării

semifabricatelor sudate se recomandă:

- utilizarea unor oţeluri sudabile cu tenacitate ridicată;

- amplasarea îmbinărilor sudate în afara zonelor de solicitare maximă;

- evitarea intersectării cusăturilor;

- în cazul sudării unor subansambluri sau ansambluri se va alege o ordine optimă de

sudare, astfel încât deformaţiile termice şi tensiunile remanente să fie minime;

- evitarea îmbinărilor între piese cu diferenţe mari de secţiune;

- la îmbinarea a două piese cu raportul secţiunilor S2/S1 ≥ 1,25 se va recurge la

subţierea piesei cu secţiunea mai mare.

În concluzie, este importantă forma constructivă a semifabricatului, atât pentru obţinerea

acestuia în condiţii de economicitate maximă, dar şi pentru faptul că aceasta influenţează

hotărâtor asupra performanţelor tehnico – economice ale procedeelor şi metodelor de prelucrare

până la obţinerea produsului finit.

Tehnologicitatea pieselor la prelucrarea prin aşchiere

Forma constructivă a piesei , în general, limitează posibilitatea folosirii anumitor

procedee de prelucrare din punct de vedere al productivităţii şi costului.

Din acest punct de vedere se impun anumite măsuri dintre care evidenţiem:

- forma constructivă să asigure accesibilitatea uşoară a sculelor aşchietoare la suprafaţa

de prelucrat;

- normalizarea dimensiunilor alezajelor, pe cât posibil pentru a folosi sculele

standardizate (mai ieftine, decât cele speciale) sau a unui număr minim de scule speciale (spre

exemplu, broşele, scule care costă, în general mult);

- având în vedere că formele complexe, impun prelucrări multiple de degroşare şi

finisare (eventual şi netezire), prin strunjire, frezare, găurire, rectificare, superfinisare, etc., forma

constructivă influenţează, uneori în mod hotărâtor şi prelucrabilitatea materialului adoptat ca

semifabricat.

Prelucrabilitatea este proprietatea unui material de a putea fi prelucrat prin diverse

operaţii mecanice, până la obţinerea produsului finit, cu un consum de energie cât mai mică, în

condiţii de productivitate maximă.

24


Prelucrabilitatea este dependentă de: proprietăţile fizice şi tehnologice ale materialului

de prelucrat şi de anumite caracteristici ale sculei aşchietoare (material, geometrie, etc.).

Această caracteristică trebuie analizată atât în faza de proiectare cât şi de fabricare a

produsului.

În proiectare, în funcţie de rolul funcţional, se vor adopta pe cât posibil materialul

pieselor componente ale produsului cu o prelucrabilitate cât mai bună pentru toate operaţiile ce

trebuie aplicate până la obţinerea elementelor finite.

În anumite cazuri, însă, când condiţiile de funcţionare sunt speciale şi anume:

funcţionarea în medii nocive, corozive sau la temperaturi ridicate, se impune utilizarea unor

materiale cu caracteristici fizico-chimice şi mecanice speciale, în general, greu prelucrabile prin

aşchiere (de exemplu: oţelurile inoxidabile, refractare, manganoase, aliate cu titan, etc.).

La proiectarea tehnologiei de prelucrare a pieselor, trebuie să se ţină seama de

prelucrabilitatea materialelor, deoarece aceasta influenţează: consumul de manoperă, de scule,

de energie, calitatea suprafeţelor, productivitatea.

Pentru îmbunătăţirea prelucrabilităţii materialelor, se recomandă anumite măsuri:

- aplicarea unor tratamente primare (detensionare) sau intermediare (recoacerea, după

ambutisare, spre exemplu);

- optimizarea regimurilor de aşchiere după criterii multiple (precizie, cost, consum

energetic, formarea aşchiilor, etc.);

Prelucrabilitatea trebuie analizată şi în funcţie de (metoda de) tipul operaţiei de

prelucrare: strunjire, frezare, găurire, etc., de natura prelucrării: degroşare, finisare.

În general, prelucrabilitatea se apreciază folosindu-se o serie de indicatori:

- intensitatea uzurii sculei aşchietoare;

- valoarea vitezei de aşchiere corespunzătoare unei anumite durabilităţi a sculei;

- volumul specific de aşchiere îndepărtat în unitatea de timp;

- rugozitatea suprafeţei prelucrate;

- apăsarea (forţa) specifică de aşchiere;

- unghiul de forfecare în timpul prelucrării;

- forma aşchiei şi uşurinţa îndepărtării din zona de lucru (mai ales la prelucrarea pe

strunguri automate, la găurire adâncă, filetarea găurilor nestrăpunse, etc.).

Unghiul de forfecare pentru ca lucrul mecanic de aşchiere să fie minim se calculează cu

relaţia:

(1.4.)

25


în care: γ este unghiul de degajare, iar ρ este unghiul de frecare de-a lungul liniei de contact

dintre sculă şi aşchie (dependent de condiţiile de lucru pentru diverse materiale şi se determină

experimental).

Factorii ce influenţează prelucrabilitatea materialelor sunt:

compoziţia chimică;

procedeul de elaborare;

materialul şi geometria sculei aşchietoare;

regimul de aşchiere;

natura prelucrării;

metode de prelucrare (aşchiere, deformare plastică, procedee

neconvenţionale).

1. Definiţi sistemul tehnologic de prelucrarea mecanică prin aşchiere;

2. Precizaţi diferenţa dintre procesul tehnologic de prelucrare şi cel de fabricaţie;

3. Ce se înţelege prin operaţie de prelucrare mecanică prin aşchiere ?

4. Definiţi faza de prelucrare mecanică prin aşchiere;

5. Care sunt tipurile de producţie în funcţie de volumul de piese prelucrate în construcţia

de maşini?

6. Prezentaţi particularităţile tehnice şi economice ale producţiei de serie şi individuală.

7. Ce reprezintă ritmul sau tactul de fabricaţie şi ce parametri îl definesc ?

8. Precizaţi tipurile de semifabricate utilizate în construcţia de maşini.

9. Care sunt factorii care influenţează alegerea semifabricatelor?

10. Definiţi noţiunea de tehnologicitate a unui produs.

11. Precizaţi cele mai importante măsuri de management tehnologic pentru eficientizarea

tehnologicităţii semifabricatelor turnate, matriţate şi sudate.

12. Care sunt factorii care influenţează prelucrabilitatea prin aşchiere a materialelor.

26

ÎNTREBĂRI DE VERIFICARE A CUNOŞTINŢELOR:

proiectarea prin aschiere

Documents