TEHNOLOGIA materialelor...determinarea durit ĂŢ ii prin metoda poldi 1. scopul lucr ...

Download TEHNOLOGIA    materialelor...determinarea durit ĂŢ ii prin metoda poldi 1. scopul lucr ...

Post on 26-May-2018

213 views

Category:

Documents

0 download

TRANSCRIPT

FACULTATEA DE INGINERIE Gabriela STRNAD TEHNOLOGIA MATERIALELOR ndrumar de laborator 2005 Refereni tiinifici: Prof.dr.ing. Dumitru OAITA, Universitatea ,,Petru Maior din Tg.Mure Prof.dr.ing. Teodor SOCACIU, Universitatea ,,Petru Maior din Tg.Mure Reproducerea integral sau parial a textului sau ilustraiilor din aceast lucrare este permis numai cu acordul autorului. Tehnoredactare computerizat : autorul Corectura : autorul Multiplicare : Petru Pop Legtorie : Lenua Pop __________________________________________________ Bun de tipar : 31.10.2005 Tiraj : 27 ex. CZU: 62.002.3 ________________________________________ Tiparul executat la Universitatea ,,Petru Maior din Trgu-Mure UNIVERSITATEA PETRU MAIOR DIN TG.MURE FACULTATEA DE INGINERIE Gabriela STRNAD TEHNOLOGIA MATERIALELOR ndrumar de laborator 2005 Tehnologia materialelor 3 CUPRINS pagina Lucrarea 1. Determinarea duritii prin metoda Brinell ........................................ 5 Lucrarea 2. Determinarea duritii prin metoda Poldi .......................................... 9 Lucrarea 3. Determinarea duritii prin metoda Rockwell ................................... 13 Lucrarea 4. Determinarea duritii prin metoda Vickers ........................................ 19 Lucrarea 5. Compararea valorilor de duritate determinate prin diverse metode ................................................................ 23 Lucrarea 6. ncercarea de ambutisare prin metoda Erichsen ............................. 31 Lucrarea 7. Confecionarea manual a formelor de turnare ................................ 35 Lucrarea 8. Msurarea gradului de ndesare a formelor i miezurilor n stare crud ..................................................... 39 Lucrarea 9. Laminarea tablelor i benzilor ........................................................... 41 Lucrarea 10. Operaii de baz ale forjrii libere ..................................................... 45 Lucrarea 11. Sudarea manual cu electrozi metalici nvelii i arc electric descoperit ......................................................... 55 Lucrarea 12. Sudarea prin puncte .......................................................................... 63 Lucrarea 13. Prelucrarea prin strunjire .................................................................. 69 Lucrarea 14. Prelucrarea prin frezare ..................................................................... 79 Lucrarea 15. Prelucrarea prin rabotare i mortezare ............................................ 87 4 ndrumar de laborator Tehnologia materialelor 5 LUCRAREA NR. 1. DETERMINAREA DURITII PRIN METODA BRINELL 1. Scopul lucrrii. Studierea proprietilor materialelor metalice pe baza valorilor de duritate determinate pe materiale omogene. Familiarizarea studenilor cu metodele statice de determinare a duritii utilizate n laboratoarele uzinale. 2. Consideraii generale. ncercarea de duritate Brinell este o metod de baz pentru stabilirea duritii pieselor metalice netratate termic (cu duriti mai mici de 650 HB); ea const n imprimarea unui penetrator (bil de oel clit sau carbur metalic de diametru D) pe suprafaa unei epruvete i msurarea diametrului amprentei d lsate pe suprafa dup ndeprtarea forei F, aplicat perpendicular pe suprafaa acesteia (fig. 1.1). Duritatea Brinell se definete ca fiind raportul dintre fora de ncercare i aria amprentei S care se consider o calot sferic: SFHB = [kgf/mm2] n care: ( )222dDDDS = [mm2] D - diametrul bilei [mm] F - fora de ncercare [N] d - diametrul mediu al amprentei [mm] 221ddd+= [mm] n practic, valoarea duritii nu se calculeaz pentru fiecare determinare n parte, ci se extrage din tabele n funcie de F, D i d. Simbolul HB este precedat de valoarea duritii i se completeaz cu un indice care precizeaz condiiile de ncercare, n urmtoarea ordine: a) diametrul bilei, n milimetri; b) numrul care reprezint fora de ncercare, n kgf; c) durata de aplicare a forei, n secunde, dac aceasta difer de timpul precizat. Fig.1.1. Principiul ncercrii duritii dup metoda Brinell i poziia relativ a urmelor 6 ndrumar de laborator EXEMPLUL 1: 350 HB 5/750 duritate Brinell de 350, msurat cu o bil de oel cu diametrul de 5 mm la o for de ncercare de 750 kgf, aplicat timp de 2 pn la 8 s. EXEMPLUL 2: 600 HB 1/30/20 duritate Brinell de 600, msurat cu o bil de metal dur cu diametrul de 1 mm la o for de ncercare de 30 kgf, aplicat timp de 20 s. Bilele folosite sunt executate din oel clit sau carbur de wolfram, au suprafaa lustruit i fr defecte, iar diametrele lor nominale pot fi:10; 5; 2,5; 2; 1 mm. ncercarea trebuie s se efectueze pe o suprafa neted i plan, lipsit de oxizi i de substane strine i, n special, lipsit de lubrifiani. Epruveta trebuie s aib o stare de suprafa care s permit o msurare precis a amprentei. Pregtirea ei trebuie realizat astfel nct orice afectare a suprafeei, de exemplu prin nclzire sau prin ecruisare, s fie diminuat. Dup ncercare nu trebuie s fie vizibil nici o deformaie pe suprafaa opus a epruvetei. Ca regul general, ncercarea se efectueaz la temperatura ambiant, n limite cuprinse ntre 10C i 35C. ncercrile efectuate n condiii controlate trebuie s fie efectuate la o temperatur de (23 5)C. Fora de ncercare trebuie aleas astfel nct diametrul amprentei d s fie cuprins ntre valorile (0,24 ... 0,6)xD. Diametrul bilei trebuie ales ct mai mare, astfel nct s se obin cea mai mare amprent posibil, cu scopul de a ncerca o suprafa reprezentativ a epruvetei. n cazul n care grosimea epruvetei permite, se recomand utilizarea unei bile cu diametrul de 10 mm. Epruveta trebuie plasat pe un suport rigid. Suprafeele n contact trebuie s fie curate i lipsite de corpuri strine (ulei, murdrie). Este important ca epruveta s fie meninut bine strns pe suport astfel nct s nu se deplaseze n timpul ncercrii. 3. Utilaj, aparatur i materiale folosite. Aparatul utilizat pentru ncercarea duritii prin metoda Brinell este prezentat n figura 1.2. Sarcina de ncrcare se comand n mod mecanic de la butonul 17, prin multiplicarea forei prin intermediul unor greuti 7, atrnate la extremitatea prghiei 4. Amplificarea se face n dou etaje (1:4 i 1:10) la raportul 1:40 prin prghiile 1, 4 i jugul 2. Timpul de meninere al sarcinii este reglabil ntre 15 i 45 s, cu descrcare automat, prin acionarea unui inversor de faze legat n circuitul motorului 9. Piesele de ncercat (epruvetele) 15, trebuie s ndeplineasc condiiile prevzute n SR EN 10003-1. Astfel, suprafaa de examinat trebuie s fie plan, fr poriuni oxidate, cu un grad de prelucrare care s permit msurarea urmei cu precizia cerut. Ea se prelucreaz prin frezare sau strunjire pn la rugozitatea Ra = 2,5 pentru ncercri cu bile de 5 i 10 mm i prin rectificare la Ra = 1,25 pentru ncercri cu bile de 2,5 mm sau mai mici. Se vor evita nclzirile excesive, ct i prelucrrile care provoac o ecruisare a suprafeei. Se interzice prelucrarea epruvetei prin rabotare. Grosimea minim a epruvetei trebuie s fie de cel puin 8 ori adncimea h a urmei. 4. Modul de lucru. n funcie de calitatea materialului din care este confecionat epruveta se stabilesc condiiile de ncercare (diametrul bilei, sarcina de ncercare, timpul de meninere a sarcinii) i: - se regleaz aparatul; - se aeaz epruveta 15 pe platoul de reazem 14; - se ridic epruveta cu ajutorul roii de manevrare 12 spre penetratorul 16 i se imobilizeaz ntre platoul de reazem i carcasa de sprijin; Tehnologia materialelor 7 - se aplic, menine i se descarc sarcina; - se msoar dimensiunile urmei pe ecranul 21; - se determin valorile duritii. Aplicarea, meninerea i descrcarea sarcinii decurge astfel: operatorul apas maneta de pornire n jos pn la refuz, dup care o las s revin ntr-o poziie n care ea se oprete. La apsarea manetei se pune n micare motorul i reductorul de vitez 11, concomitent cu schimbarea poziiei capului rotativ 18, prin care penetratorul 16 se aduce n poziie vertical deasupra epruvetei. Tija de sprijin a prghiei pentru greuti 6 coboar i sarcina se aplic prin intermediul penetratorului 16 pe epruveta 15. La sfrit de curs, un bra de pe axul reductorului 11 acioneaz asupra unui microntreruptor care comand inversarea sensului de rotaie. Tija de sprijin 6 se ridic i aduce sistemul de prghii 1, 4 din nou n poziia de repaos. Electromagnetul 3 declaneaz maneta de pornire aducnd-o n poziie iniial i, concomitent, obiectivul 19 ajunge n poziie vertical. Urma rmas pe epruvet se proiecteaz prin obiectiv pe ecranul 21. Fig.1.2. Schema cinematic a aparatului pentru msurarea duritii prin metoda Brinell de tip "Balana" Sibiu 1,4 - prghii; 2 - jug; 3 - electromagnet; 5 - rol; 6 - tij de sprijin; 7 - greuti; 8 - batiu; 9 - motor electric; 10 - cuplaj; 11 - reductor melcat; 12 - roat de manevr; 13 - urub de ridicare; 14 - platou de reazem; 15 - epruvet; 16 - penetrator; 17 - buton de ncrcare; 18 - cap de rotaie; 19 - obiectiv; 20 - lamp de semnalizare; 21 - ecran. 8 ndrumar de laborator Msurarea diametrului urmei (d) se face cu ajutorul riglei gradate pe dou direcii perpendiculare. Diferena dintre valorile celor dou diametre perpendiculare trebuie s fie mai mic de 2% din valoarea diametrului minim. n caz contrar ncercarea se repet. Diametrul urmei se stabilete ca medie aritmetic a celor dou diametre. Determinarea duritii se face cu ajutorul tabelelor din SR EN 10003-1 prezente n laborator, pentru fiecare material executndu-se minimum 3 ncercri. 5. Prelucrarea i interpretarea rezultatelor. Concluzii. Valorile experimentale msurate se vor trece n tabelul de mai jos, pe baza lor stabilindu-se valorile de duritate Brinell. Se vor trage concluzii privind mrimea duritii Brinell a diferitelor materiale ncercate. Condiiile ncercrii DIAMETRUL URMEI DURITATEA BRINELL F D t d1 d2 dm Nr crt Calitatea materia-lului ncercat kgf mm s mm mm mm Dup SR EN Calculat HB Tehnologia materialelor 9 LUCRAREA NR. 2. DETERMINAREA DURITII PRIN METODA POLDI 1. Scopul lucrrii. nsuirea unei metode rapide de determinare a duritii pieselor de gabarit mare, n locuri inaccesibile aparatelor de duritate static. Ca urmare a unor erori n limita de 10%, metoda, nestandardizat, este admis doar pentru obinerea unor valori informative. 2. Consideraii generale. Ciocanul Poldi folosete principiul metodei Brinell cu deosebirea c amprenta nu se realizeaz printr-o sarcin static, ci printr-o sarcin dinamic variabil. Aceast sarcin se aplic prin lovirea cu un ciocan de mn a percutorului aparatului. Bila din oel a ciocanului Poldi imprim concomitent dou urme: una pe piesa de ncercat i alta pe bara de comparaie, aceasta din urm avnd o duritate Brinell HBb cunoscut. Comparnd suprafaa amprentei de pe piesa de ncercat cu suprafaa amprentei de pe bara de comparaie se determin duritatea HBp a piesei. Notnd fora de lovire cu F, relaia pentru determinarea duritii piesei este: )dDD(2D.FHB2p2p= (1) iar pentru duritatea barei de comparaie: )dDD(2DFHB2b2b= (2) n care: HBp - duritatea piesei de ncercat [daN/mm2] HBb - duritatea barei de comparaie [daN/mm2] D - diametrul bilei (care este de 10 mm) [mm] dp - diametrul urmei pe piesa de ncercat [mm] db - diametrul urmei pe bara de comparaie [mm]; Fcnd raportul dintre formulele (2) i (1): 2bp2b2bp2pb )dd(dDDdDDHBHB= adic 2pbbp )dd(HBHB = Deci, cunoscnd duritatea HBb a barei de comparaie i msurnd diametrele amprentelor imprimate de bil sub aciunea sarcinii de lovire F, att pe suprafaa barei de Fig. 2.1. Principiul ncercrii duritii cu ciocanul Poldi 10 ndrumar de laborator comparaie ct i pe suprafaa piesei de ncercat, se poate determina duritatea HBp a piesei de ncercat. Fiecare aparat este nsoit de o tabel proprie, n care sunt date valorile duritii piesei de ncercat n funcie de materialul de ncercat. Aceste tabele au fost calculate lund ca baz pentru bara de comparaie o duritate de 201 daN/mm2 (HB), ceea ce corespunde unei rezistene de rupere la traciune r = 70 daN/mm2. Din cauza deformaiilor proprii ale bilelor de oel, intervalul de duritate explorabil prin aceast metod se extinde numai pn la 450 HB. 3. Utilaj, aparatur i materiale folosite. Epruvetele i piesele de ncercat trebuie s ndeplineasc condiiile prevzute pentru piese i epruvete la ncercarea duritii dup metoda Brinell. Bara de comparaie este o prism ptrat de duritate Brinell cunoscut (marcat la vrf de serviciul metrologic), n general 201 HB. Ciocanul Poldi (fig. 2.2), const dintr-un corp 1, n care este montat piesa 2 de fixare a bilei 3. Bila 3, din oel clit, avnd diametrul de 10 mm, este aezat n piesa 2, fiind reinut de un arc 4. n interiorul corpului 1 al aparatului se afl percutorul cu umr 5 i arcul spiral 4. ntre bila 3 i percutorul 5 se introduce bara de comparaie 6 care va fi apsat i deci fixat cu ajutorul arcului spiral 4 prin intermediul percutorului 5. Deoarece partea de capt a poansonului se uzeaz i se deformeaz, este necesar rectificarea lui periodic. Ciocanul cu care se realizeaz sarcina de lovire este un ciocan de mn cu masa minim de 300 g. Pentru msurarea diametrelor diferitelor amprente se utilizeaz o lup montat pe un tub de vizat, care are la partea inferioar o scal gradat n zecimi de milimetru. 4. Modul de lucru. Se examineaz aspectul exterior al piesei destinate pentru msurarea duritii i, n cazul n care suprafaa ei nu este suficient de uniform sau plan, se netezete cu o pil sau la polizor. Se introduce bara de comparaie n locaul aparatului, ntre bil i percutor. Percutorul exercit o presiune energic asupra barei de comparaie prin arcul spiral interior. Aparatul, ncrcat cu bara de comparaie, se aeaz cu bila perpendicular pe suprafaa pregtit. Cu o lovitur de ciocan (nu prea puternic) se creeaz dou amprente (calote sferice): una n suprafaa de ncercat i a doua n suprafaa barei de comparaie. Fig. 2.2. Ciocanul Poldi 1 - corp; 2 - pies de fixare; 3 - bil; 4 - arc; 5 - percutor; 6 - bar de comparaie; 7 - epruvet Tehnologia materialelor 11 Diametrul cercului de baz al calotei sferice se recomand s nu fie mai mare de 4,2 mm, cci altfel, prin cedarea marginilor barei de comparaie, sunt denaturate rezultatele msurtorii. n consecin, lovitura trebuie s fie scurt, nu prea puternic, bine dirijat, pentru a se evita lovituri duble care ar putea duce la rezultate denaturate. Se msoar diametrul cercului de baz al calotei sferice cu ajutorul lupei. La msurarea amprentelor se vor avea n vedere urmtoarele: - amprentele n poriuni poroase nu sunt semnificative; - pentru amprentele ovale se calculeaz diametrul mediu; - distanele dintre amprentele epruvetei vor fi mai mari de 15 mm. 5. Prelucrarea i interpretarea rezultatelor. Concluzii. Se nregistreaz datele experimentale n tabelul 2.1. Tabelul 2.1. Duritatea HB (ciocan Poldi) Nr.crt. Calitatea materialului STAS Rezistena efectiv de rupere r a barei de comparaie Coeficient de corecie70K rb= Diametrul mediu dp a dou citiri n dou direcii perpendicu-lare [mm] PE PIESA Diametrul mediu db a dou citiri n dou direcii perpendicu-lare [mm] PE BAR citit HB1 corectat HBp=KxHB1 Determinarea cifrei de duritate se face astfel: se caut pentru materialul respectiv, n tabelele anexate aparatului, intersecia dintre coloana i linia diametrelor citite, obinndu-se rezultatul ncercrii n uniti Brinell (ciocan Poldi). Barele de comparaie au duriti apropiate de 200 HB i rezistena de rupere la traciune apropiat de 70 daN/mm2, ns aceste valori difer de la o bar de comparaie la alta. De aceea, cifra de duritate gsit va fi nmulit cu un coeficient de corecie K egal cu valoarea raportului dintre rezistena efectiv de rupere la traciune a barei de comparaie i 70. Bara de comparaie este marcat la vrf, de ctre serviciul metrologic, cu valoarea rezistenei efective de rupere la traciune i coeficientul de corecie K cu care trebuie s nmulim duritatea aflat din tabele. De exemplu: r 66 67 68 69 70 71 72 73 74 K 0,943 0,957 0,971 0,986 1 1,014 1,029 1,043 1,057 Rezultatul ncercrii duritii unui material este recomandabil s fie media aritmetic a rezultatelor obinute la cel puin dou imprimri fcute succesiv pe suprafaa aceleiai piese. 12 ndrumar de laborator Duritatea determinat se va exprima n cifre ntregi. Pe buletinul de analiz se trece simbolul duritii Brinell (HB) completat, n parantez, cu denumirea metodei de ncercare folosite (Ciocan Poldi). Cifrele din tabelele anexate aparatului pentru font, alam turnat, alam laminat, aliaje de aluminiu, cupru laminat i bronz turnat reprezint cifrele de duritate Brinell (ciocan Poldi). n tabelele pentru oel recopt i oel mbuntit, cifrele din rndul superior reprezint rezistena de rupere la traciune (kgf/mm2), iar cifrele din rndul inferior reprezint valoarea duritii Brinell (ciocan Poldi). Tehnologia materialelor 13 LUCRAREA NR. 3. DETERMINAREA DURITII PRIN METODA ROCKWELL 1. Scopul lucrrii. nsuirea unei metode pentru determinarea duritii unor materiale ca: metale dure, oeluri clite, oeluri mbuntite, oeluri netratate, metale i aliaje neferoase, fonte, etc., att n fluxul tehnologic de producie, ct i n laboratoare de ncercri ale materialelor. 2. Consideraii generale. Condiiile de ncercare a duritii dup aceast metod sunt stabilite n standardele STAS 493-91 i STAS 8251-82. ncercarea const n apsarea unui penetrator (con de diamant sau bil de oel) cu o sarcin iniial F0 i apoi cu o sarcin F1 i msurarea adncimii remanente de ptrundere (e) dup ndeprtarea suprasarcinii, meninndu-se aplicat sarcina iniial. Unitatea de msur pentru (e) este de 0,002 mm (fig. 3.1) Prin apsarea unui penetrator pe suprafaa unui metal se produce o deformaie elastico-plastic msurabil, de exemplu, prin adncimea de ptrundere. Prin ndeprtarea sarcinii care apas penetratorul, deformaia elastic dispare, rmnnd numai cea plastic (remanent), adic adncimea de ptrundere a penetratorului se reduce. Cu ct un corp este mai dur, cu att deformaiile plastice sunt mai mici n comparaie cu cele elastice. n felul acesta adncimea remanent de ptrundere (e) a penetratorului este o mrime care se afl ntr-un raport invers proporional cu duritatea materialului de ncercat. Pentru a exprima cifrele de duritate ntr-o scar direct cresctoare, se ia ca valoare a duritii diferena dintre o constant E i valoarea adncimii remanente de ptrundere a penetratorului (e) care a fost apsat cu o for determinat. Deci, duritatea Rockwell reprezint diferena dintre o adncime convenional dat (E) i adncimea ptrunderii remanente (e) a penetratorului sub o sarcin F1, adncime msurat fa de poziia penetratorului sub sarcina iniial F0. Fig. 3.1. Schema de principiu a msurrii duritii prin metoda Rockwell a cu penetrator con de diamant b cu penetrator bil de oel 14 ndrumar de laborator Scrile i domeniile de aplicare sunt cele prezentate n tabelul 3.1. Tabelul 3.1. Scara duritii Rockwell Simbolul duritii Tipul penetratorului Sarcina iniial F0 Supra sarcina F1 Sarcina total F Domeniul de aplicare (intervalul de duriti) A HRA con de diamant *) 98,07 N 490,3 N 588,4 N 20 88 HRA B HRB bil de oel 1,5875 mm 98,07 N 882,6 N 980,7 N 20100 HRB C HRC con de diamant *) 98,07 N 1,373 kN 1,471 kN 20 70 HRC D HRD con de diamant *) 98,07 N 882,6 N 980,7 N 40 77 HRD E HRE bil de oel 3,175 mm 98,07 N 882,6 N 980,7 N 70100 HRE F HRF bil de oel 1,5875 mm 98,07 N 490,3 N 588,4 N 60100 HRF G HRG bil de oel 1,5875 mm 98,07 N 1,373 kN 1,471 kN 30 94 HRG H HRH bil de oel 3,175 mm 98,07 N 490,3 N 588,4 N 80100 HRH K HRK bil de oel 3,175 mm 98,07 N 1,373 kN 1,471 kN 40100 HRK *)cu unghiul la vrf de 1200 i raza de la vrf de 0,200 mm. Pentru indicarea duritii Rockwell se folosete simbolul HR precedat de valoarea duritii i urmat de o liter corespunztoare scrii. De exemplu: 59 HRC - duritate Rockwell de 59, msurat pe scara C. Duritatea se exprim prin numere ntregi, fcndu-se rotunjirea cu o precizie de 0,5 HR. Metoda Rockwell de determinare a duritii folosete ca penetrator: con de diamant cu unghiul ntre generatoare de 1200 0,50, terminat cu o calot sferic cu raza de 0,2 mm (ncercrile A i C) bil din oel clit fie cu diametrul de 1,5875 (1/16") 0,035 mm, fie de 3,175 (1/8") 0,035 mm, duritatea minim a bilei fiind de 850 HV i la a crei determinare s-a inut cont de curbura ei. Succesiunea operaiilor pe fazele ncercrii este urmtoarea: Faza I: Penetratorul ncrcat cu sarcina F0 se aplic lent i fr ocuri, perpendicular pe suprafaa piesei de ncercat. Faza II: Se aduce reperul zero al cadranului n dreptul acului indicator i apoi se aplic suprasarcina F1. Viteza de aplicare a suprasarcinii sau viteza de deplasare a suprasarcinii nainte de a se aeza pe penetrator trebuie s fie cuprins ntre 0,8 1 mm/s. Faza III: Se ndeprteaz suprasarcina F1 (pstrnd sarcina iniial F0). Se citete pe cadranul aparatului duritatea piesei n uniti HR (corespunztoare HRA, HRB, HRC, HRF sau HRG) dat de relaia: HR = E - e 3. Utilaj, aparatur i materiale folosite. Epruveta sau piesa a crei duritate se dorete s se msoare, trebuie s ndeplineasc cerinele prevzute de STAS 493 -91. Astfel, suprafaa probei trebuie s fie neted, cu o rugozitate Ra de maximum 1,6, lipsit de oxizi, impuriti, lubrifiani sau defecte de suprafa. La prelucrarea suprafeei probei trebuie s se evite ecruisarea i nclzirea la temperaturi ce ar putea provoca modificri de structur ale materialului. Tehnologia materialelor 15 ncercarea se va efectua pe suprafee plane sau curbe cu diametrul mai mare de 25 mm. Grosimea piesei - b - sau a stratului superficial de ncercat trebuie s fie de cel puin de zece ori mai mare dect adncimea remanent de ptrundere - e. Dup ncercare, suprafaa piesei opus celei creia asupra creia se aplic forele nu trebuie s prezinte nici un fel de deformaii datorate ncercrii. ncercarea se execut la temperatura ambiant n limitele 10...35C. n cazuri deosebite sau de litigiu, ncercarea se efectueaz la temperatura de 23 5C. Aparatele de ncercare a duritii Rockwell se deosebesc de aparatele Brinell i Vickers, att prin faptul c ncrcarea se desfoar n dou trepte (mai nti sarcina iniial F0 i apoi sarcina total F), ct i prin faptul c dispozitivul de msurare face parte integrant din aparat. Aparatele de ncercare a duritii, penetratorul (con de diamant sau bil de oel) i dispozitivul de msurare a adncimii de penetrare trebuie s ndeplineasc condiiile din STAS 7169/3-88. n fig.3.2. este prezentat schema simplificat a unui aparat Rockwell. n interiorul carcasei metalice 1 a aparatului, se gsete mecanismul de ncrcare, compus din prghia de ncrcare 4, greutile 3, amortizorul 2 i arcul 5 pentru realizarea sarcinii iniiale. Prghia de ncrcare acioneaz asupra penetratorului 8 ghidat n carcasa 7. Adncimea de penetrare este msurat cu ajutorul ceasului comparator 6. Epruveta sau piesa de ncercat se aeaz pe platoul de reazem 10, care se poate regla n nlime cu ajutorul roii de manevrare 11, care acioneaz asupra urubului de ridicare 12. 4. Modul de lucru. ncercrile de duritate Rockwell cuprind urmtoarele operaii: 1. Pregtirea piesei de ncercat; se face conform celor artate la punctul precedent. 2. Aezarea piesei de ncercat pe platoul de reazem 10, cu ndeplinirea urmtoarelor cerine: - s se asigure un contact bun ntre suprafaa de aezare a piesei i platoul de reazem; - s se evite deformarea piesei sub sarcin; Fig. 1.4. Schema cinematic a aparatului pentru msurarea duritii prin metoda Rockwell, de tip "Balana" Sibiu. 1 - carcasa aparatului; 2 amortizor; 3 - greuti; 4 - prghia de ncrcare; 5 - arc; 6 - ceas comparator; 7 - carcas; 8 - penetrator; 9 - bec de semnalizare; 10 - platou de reazem; 11 - roat de manevrare; 12 - urub de ridicare; 13 - ntreruptor; 14 - manet de armare; 15 - manet de deblocare; 16 - clichet. 16 ndrumar de laborator - s se asigure perpendicularitatea aplicrii sarcinii pe suprafaa de ncercat; - s se asigure imobilitatea piesei fixate sub sarcin. 3. Alegerea condiiilor de ncercare, adic: - alegerea felului ncercrii (A, B, C, F sau G); - alegerea mrimii suprasarcinii i a penetratorului. 4. Reglarea aparatului pentru condiiile prescrise la ncercarea respectiv, ceea ce se realizeaz prin: - montarea dispozitivului penetrator n capul de prindere al axului penetratorului, astfel nct s se asigure imobilitatea acestuia; - aplicarea greutilor corespunztoare pe placa pentru suspendarea greutilor, astfel nct s se asigure suprasarcina dorit; - reglarea duratei de meninere a suprasarcinii pe piesa de ncercat (indicat prin aprinderea becului 9), prin rotirea rozetei de la tija amortizorului. 5. Stabilirea contactului dintre penetrator i suprafaa pregtit a piesei de ncercat i aplicarea sarcinii iniiale se face prin ridicarea platoului de reazem 10 pn n momentul cnd becul de semnalizare 9 se stinge, ceea ce nseamn c s-a aplicat sarcina iniial F0. 6. Aplicarea sarcinii F1, meninerea sarcinii totale F0 + F1 pe durata prescris conform tabelului 3.2 n funcie de natura materialului i descrcarea suprasarcinii F1. Suprasarcina corespunztoare se aplic prin apsarea uoar n jos a manetei de deblocare 15, prin care se elibereaz mecanismul de comand. n acest moment un electromagnet de pe prghia de ncrcare 4 cupleaz prghia cu dispozitivul de indicare, acul indicator al comparatorului 6 fiind pe reperul zero. Tabelul. 3.2 Timp de meninere [s] Natura materialului 13 Materiale care n condiiile de ncercare nu prezint nici o deformare plastic n timpul aplicrii sarcinii totale F 15 Materiale care n condiiile de ncercare prezint o deformare plastic n timpul aplicrii sarcinii totale F 1015 Materiale care n condiiile ncercrii prezint importante deformri plastice n timpul aplicrii sarcinii totale F Sub aciunea sarcinii totale, penetratorul ptrunde n piesa de ncercat, n timp ce acul indicator se deplaseaz pe cadranul comparatorului n sens invers acelor de ceasornic. n momentul n care suprasarcina apas asupra piesei de ncercat, se aprinde becul de semnalizare 9, care rmne aprins att timp ct suprasarcina acioneaz asupra piesei de ncercat. n timpul descrcrii suprasarcinii, acul indicator se deplaseaz n sensul acelor ceasornicului, oprindu-se ntr-o poziie intermediar care depinde de duritatea piesei. n timpul efecturii ncercrii, maneta de armare 14 execut o micare n sus, care nu trebuie s fie mpiedicat. Dup oprirea manetei, pe pies rmne numai sarcina iniial de 98,07 N. 7. Stabilirea duritii, respectiv a adncimii urmei remanente - lucru care se realizeaz prin citirea poziiei acului indicator pe scara corespunztoare a comparatorului gradat n uniti de duritate Rockwell. Tehnologia materialelor 17 8. Coborrea platoului i scoaterea piesei, dup care se apas pe maneta de armare 14 n jos n timp ce maneta de blocare 15 revine n poziia iniial. Electromagnetul prghiei de ncrcare 4 decupleaz legtura dintre prghie i dispozitivul indicator, iar acul indicator se oprete n dreptul reperului zero. n felul acesta, aparatul este pregtit pentru o nou determinare. Distana ntre contururile a dou amprente alturate sau de la conturul amprentei la margine trebuie s fie de minimum patru ori diametrul amprentei, dar nu mai puin de 2 mm. Distana de la centrul amprentei la marginea probei trebuie s fie de minimum 2,5 ori diametrul amprentei. naintea ncercrii propriu-zise se efectueaz 1 - 2 ncercri de prob, fr a se lua n considerare rezultatele, n scopul asigurrii unui contact perfect ntre penetrator i tija port penetrator, ct i ntre suportul probei i msua aparatului. Duritatea Rockwell se determin prin mai multe ncercri al cror numr, dispersie, amplasament i interpretare se prevd n standardele de produs. 5. Prelucrarea i interpretarea rezultatelor. Concluzii. Pe baza msurtorilor de duritate toate rezultatele obinute se vor trece sub form tabelar, conform modelului de mai jos. Se vor trage concluzii privind mrimea duritii Rockwell a diferitelor materiale. Tabelul 3.3 Condiii de ncercare DURITATE ROCKWELL Nr. crt. Calitatea materialului ncercat F0 F Penetra-tor HR1 HR2 HR3 HRm Indicarea duritii 18 ndrumar de laborator Tehnologia materialelor 19 LUCRAREA NR. 4. DETERMINAREA DURITII PRIN METODA VICKERS 1. Scopul lucrrii. nsuirea unei metode de msurare a duritii cu cel mai larg interval de msurare, ce poate fi folosit aproape universal: de la materiale moi pn la cele extrem de dure. Ca urmare a adncimii reduse de penetrare, metoda poate fi aplicat i pieselor subiri, straturilor tratate termic sau depuse galvanic. 2. Consideraii generale. Metoda de determinare a duritii cu un penetrator de diamant avnd form de piramid dreapt cu baz ptrat, iniiat de R.L. Smith i G.E. Sandland, a fost denumit dup prima firm care a construit acest tip de aparat, firma Vickers. Metoda Vickers nu este att de frecvent folosit ca metodele Brinell i Rockwell, cu toate c este metoda cu cel mai larg interval de msurare, putnd fi folosit aproape universal. Metoda Vickers se aseamn, n principiu, cu metoda Brinell. Ea const n apsarea pe suprafaa materialului de ncercat a unui penetrator, cu vitez redus i cu o anumit for predeterminat (fig. 4.1). Duritatea Vickers, simbolizat HV, se exprim prin raportul dintre fora de apsare F i aria suprafeei laterale a urmei lsate de penetrator pe pies: SFHV = (1) Urma este de forma unei piramide drepte cu baz ptrat, cu diagonala d, avnd la vrf acelai unghi ca penetratorul. Unghiul dintre dou fee opuse ale acestuia este 136 i a fost ales pentru a se stabili o legtur cu duritatea Brinell. Standardele britanice au stabilit intervalul diametrelor urmelor Brinell la valori cuprinse ntre 0,25...0,5 D (unde D este diametrul penetratorului bil). Valoarea medie ntre acestea este 0,375 D i piramida cu unghiul ntre feele opuse de 136 are feele tangente la o sfer de diametru D dup un cerc de diametru d = 0,375 D (fig. 4.1). Fig. 4.1. Schema de principiu a msurrii duritii Vickers penetrator pies de ncercat urm F d 136 20 ndrumar de laborator Notnd cu F fora de ncercare i cu S aria suprafeei laterale a piramidei cu diagonala d, se obine pentru duritatea Vickers: 22 8544,12136sin2dFdFHVo== (2) n practic se msoar lungimea diagonalei cu un microscop de msurare sau cu un proiector, iar valoarea corespunztoare a duritii Vickers se citete din tabele. La ncercarea Vickers, pentru c se folosesc penetratoare cu unghiuri la vrf identice, se obin urme geometric asemenea oricare ar fi fora de ncercare, cel puin n domeniul sarcinilor obinuite, ntre 4,9 daN i 98 daN, duritatea obinut fiind independent de mrimea sarcinii de ncercare. Acest fapt permite o aplicabilitate foarte larg a metodei Vickers, practic cu un interval cuprins ntre 10 i 1900 HV. Adncimea de penetrare a piramidei Vickers este de numai 1/7 d, ca urmare metoda se preteaz i pentru determinarea duritii pieselor subiri, a straturilor tratate termic, depuse galvanic, etc. Cu toate c, practic, duritatea obinut prin metoda Vickers nu variaz cu mrimea forei de ncercare, din motive practice, standardele 492-78 i 7057-78 prescriu anumite sarcini discrete i clasific ncercrile Vickers n: ncercri de duritate Vickers; ncercri de duritate Vickers cu sarcini mici: ncercri de duritate Vickers cu microsarcini (microduritate Vickers) Tabelul 4.1. ncercarea Sarcina de ncercare F [daN] (kgf) Vickers 4,903 (5,00) 9,806 (10,00) 19,61 (20,00) 29,42 (30,00) 49,3 (50,00) 98,07 (100,00) Vickers cu sarcini mici 0,49 (0,5) 0,89 (1,00) 1,96 (2,00) 2,94 (3,00) 3,92 (4,00) - - Vickers cu microsarcini 0,0049 (0,005) 0,0098 (0,01) 0,0196 (0,02) 0,049 (0,05) 0,098 (0,1) 0,196 (0,2) Pentru evitarea influenrii reciproce a urmelor prin zonele durificate din jurul lor se recomand: pstrarea distanelor b ntre centrele urmelor; pstrarea distanelor c ntre centrul urmelor i marginea piesei, la valorile indicate n Tabelul 4.2. n vederea determinrii duritii prin metoda Vickers se execut cel puin trei urme, suprafaa materialului fiind pregtit anterior prin prelucrare la o rugozitate care s asigure o msurare n condiii bune a diagonalelor urmelor, acestea trebuind s aib conturul clar. La fiecare urm se msoar cele dou diagonale, calculndu-se valoarea medie a lor. ntre cele dou diagonale ale unei urme se admite o diferen maxim de 2%. Dac Tehnologia materialelor 21 aceast valoare este depit se controleaz dac suprafaa piesei este perpendicular pe direcia de acionare a penetratorului sau dac materialul nu este anizotrop. Tabelul 4.2 Duritatea Vickers Timpul de meninere a sarcinii [s] b c Peste 100 10...15 2,5 d 2,5 d 36...100 27...33 3,5 d 2,5 d 10...36 115...125 4,5 d 3,5 d Sub 10 170...190 5,5 d 4,5 d Duritatea Vickers se indic cu o precizie de 0,1 HV pentru duriti sub 100 HV, iar la duriti mai mari de 100 HV numai prin cifre ntregi. Valoarea duritii este urmat de simbolul HV, urmat de un prim indice care reprezint sarcina de ncercare (exprimat n daN) i de un al doilea indice reprezentnd durata medie de meninere a sarcinii de ncercare (exprimat n secunde). 3. Utilaj, aparatur i materiale folosite. n figura 4.2 este prezentat aparatul care va fi utilizat pentru determinarea duritii Vickers. La acest tip de aparate, dispozitivului de msurare i revine un rol important, astfel nct ele au aspectul unor microscoape cu un dispozitiv anex pentru realizarea urmelor. Aparatul este susinut de o coloan 1, montat pe placa de baz 2 care susine i masa aparatului. n funcie de mrimea piesei de ncercat, aparatul se deplaseaz pe coloan i se fixeaz prin strngere cu ajutorul roii de mn 9. Sarcina se aplic cu ajutorul manetei 5. La coborrea acesteia, penetratorul 3 se aeaz pe suprafaa piesei de ncercat. Continund coborrea se comprim un arc elicoidal aflat n interiorul cilindrului, exercitnd fora de ncercare care este cea nominal n poziia atingerii conului de protecie. Dup realizarea urmei, aparatul se rotete n jurul coloanei, astfel nct deasupra urmei s ajung microscopul de msurare cu ocularul 6 i micrometrul 7. Urma este iluminat cu un bec 8, alimentat printr-un Fig. 4.2 Aparat pentru msurarea duritii Vickers 22 ndrumar de laborator transformator nglobat n aparat. Cursa de rotire este reglat astfel nct urma s ajung n centrul cmpului vizual al microscopului. Valoarea diviziunii micrometrului ocular este de 1 m. 4. Modul de lucru. Pe fiecare material de ncercat se vor executa 3 urme. Pentru fiecare dintre acestea succesiunea de operaii va fi: pregtirea piesei de ncercat; aezarea piesei pe masa aparatului; aplicarea sarcinii de ncercare prin apsarea manetei 5 i meninerea forei att timp ct este necesar (vezi Tabelul 4.2); aducerea microscopului de msurare deasupra urmei rmase pe pies, prin rotirea n jurul coloanei 1; msurarea diagonalelor urmei d1 i d2 i calcularea mediei aritmetice d; calculul duritii Vickers cu ajutorul formulei (2); extragerea din tabele a duritii Vickers corespunztoare condiiilor de ncercare i lui d msurat; nregistrarea rezultatelor ntr-un tabel de forma Tabelului 4.3; se va determina duritatea Vickers a materialului respectiv ca medie aritmetic a celor 3 ncercri. 5. Prelucrarea i interpretarea rezultatelor. Concluzii. Valorile experimentale msurate se vor trece n tabelul de mai jos, n baza lor stabilindu-se valorile de duritate Vickers. Se vor trage concluzii privind mrimea duritii Vickers a diferitelor materiale ncercate. Tabelul. 4.3 Condiii Material F [daN] t [s] Nr. nc. d1 [mm] d2 [mm] d [mm] HV calc. HV STAS HV calc. HV STAS 1 2 3 1 2 3 1 2 3 Tehnologia materialelor 23 LUCRAREA NR. 5. COMPARAREA VALORILOR DE DURITATE DETERMINATE PRIN DIFERITE METODE 1. Scopul lucrrii. nelegerea modului n care pot fi comparate valorile de duritate obinute prin diverse metode i modul n care acestea pot fi legate de valoarea rezistenei de rupere la traciune. 2. Consideraii generale. Relaiile ntre valorile duritii obinute prin diverse metode i scri de duritate au fost studiate de diferii cercettori, dar rezultatele obinute au prezentat diferene apreciabile. Toate tabelele de comparaie realizate au o valabilitate restrns la un anumit metal, aliaj sau grup de aliaje. Singura metod de trecere de la o scar de duritate la alta, este efectuarea msurtorilor pe materialul respectiv ntr-un interval redus de duritate, cu aparate bine reglate, corespunztoare metodelor care urmeaz s fie echivalate. STAS R 883-82 stabilete valorile comparative ale duritilor statice determinate prin metodele Vickers, Brinell, Rockwell i superficial Rockwell, precum i ale rezistenei de rupere la traciune. Valorile comparative indicate se aplic oelurilor nealiate, oelurilor slab aliate, cu o structur omogen, nichelului i aliajelor de nichel, aluminiului i aliajelor de aluminiu, cuprului i aliajelor cupru-staniu. Valorile comparative se iau n calcul doar atunci cnd duritatea nu se poate msura direct prin metoda indicat pentru materialul respectiv. n cazul n care valoarea duritii unui material a fost determinat prin echivalare, acest lucru se va specifica indicndu-se standardul respectiv. Echivalarea rezistenei de rupere la traciune se poate face numai pe baza duritii Brinell, cu ajutorul relaiei: HBRr= 334,0 (1) n cazul indicrii rezistenei la rupere stabilit prin echivalarea duritii Brinell, valoarea rezistenei la rupere va fi urmat de valoarea duritii, a sarcinii de apsare, a diametrului bilei i a timpului de meninere. Exemplu: Rr = 560 N/mm2 obinut din 166 HB 187,5/2,5/15. 3. Modul de lucru ntr-un tabel de forma tabelului 5.3. se vor introduce valorile de duritate determinate la ncercrile de duritate Brinell, Rockwell i Vickers i vor fi fcute toate echivalrile posibile utilizndu-se tabelele de echivalare 5.1 i 5.2 (extrase din STAS). 24 ndrumar de laborator Valori comparative de duritate pentru oeluri Tabelul 5.1. Duritate Rockwell Duritate Vickers F98N HV Duritate Brinell k30 HB HRB HRF HRG HRC HRA HRD HR15N HR30N HR45N Rezistena la rupere Rr N/mm2 80 76,0 255 85 80,7 41,0 270 90 85,5 48,0 82,6 285 95 90,2 52,0 84,8 305 100 95,2 56,2 87,0 320 105 99,8 59,3 88,8 335 110 105 62,3 90,5 350 115 109 64,5 92,1 370 120 114 66,7 93,6 385 125 119 69,0 95,0 400 130 124 71,2 96,4 415 135 128 73,1 97,7 430 140 133 75,0 99,0 41,0 450 145 138 76,9 99,8 44,1 465 150 143 78,7 101,4 46,9 480 155 147 80,5 102,0 49,4 495 160 152 81,7 103,6 51,8 510 165 156 83,4 104,1 54,1 530 170 162 85,0 105,5 56,4 545 175 166 86,6 106,3 58,6 560 180 171 87,1 107,2 60,7 575 185 176 88,4 107,9 62,7 595 190 181 89,5 108,7 64,6 610 195 185 90,5 109,4 66,4 625 200 190 91,5 110,1 68,1 640 205 195 92,5 110,7 69,6 660 210 199 93,5 111,3 71,4 675 215 204 94,0 111,9 72,9 690 220 209 95,0 112,4 74,4 705 225 214 96,0 112,9 75,8 720 Tehnologia materialelor 25 Tabelul 5.1. (continuare) Duritate Rockwell Duritate Vickers F98N HV Duritate Brinell k30 HB HRB HRF HRG HRC HRA HRD HR15N HR30N HR45N Rezistena la rupere Rr N/mm2 230 219 96,7 113,4 77,2 740 235 223 97,4 113,9 78,5 755 240 228 98,1 114,3 79,7 20,3 60,7 40,3 69,6 41,7 19,9 770 245 233 98,8 114,7 80,8 21,3 61,2 41,1 70,1 42,5 21,1 785 250 238 99,5 115,1 81,7 22,2 61,6 41,7 70,6 43,4 22,2 800 255 242 23,1 62,0 42,2 71,1 44,2 23,2 820 260 247 24,0 62,4 43,1 71,6 45,0 24,3 835 265 252 24,8 62,7 43,7 72,1 45,7 25,2 850 270 257 25,6 63,1 44,3 72,6 46,4 26,2 865 275 261 26,4 63,5 44,9 73,0 47,2 27,1 880 280 266 27,1 63,8 45,3 73,4 47,8 27,9 900 285 271 27,8 64,2 46,0 73,8 48,4 28,7 915 290 276 28,5 64,5 46,5 74,2 49,0 29,5 930 295 280 29,2 64,8 47,1 74,6 49,7 30,4 950 300 285 29,8 65,2 47,5 74,9 50,2 31,1 965 310 295 31,0 65,8 48,4 75,6 51,3 32,5 995 320 304 32,2 66,4 49,4 76,2 52,3 33,9 1030 330 314 33,3 67,0 50,2 76,8 53,6 35,2 1060 340 323 34,4 67,6 51,1 77,4 54,4 36,5 195 350 333 35,5 68,1 51,9 78,0 55,4 37,8 1125 360 342 36,6 68,7 52,8 78,6 56,4 39,1 1155 370 352 37,7 69,2 53,6 79,2 57,4 40,4 1190 380 361 38,8 69,8 54,4 79,8 58,4 41,7 1220 390 371 39,8 70,3 55,3 80,3 59,3 42,9 1255 400 380 40,8 70,8 56,0 80,8 60,2 44,1 1290 410 390 41,8 71,4 56,8 81,4 61,1 45,3 1320 420 399 42,7 71,8 57,5 81,8 61,9 46,4 1350 430 409 43,6 72,3 58,2 82,3 62,7 47,4 1385 440 418 44,5 72,8 58,8 82,8 63,5 48,5 1420 450 428 45,3 73,3 59,4 83,2 64,3 49,4 1455 26 ndrumar de laborator Tabelul 5.1. (continuare) Duritate Rockwell Duritate Vickers F98N HV Duritate Brinell k30 HB HRB HRF HRG HRC HRA HRD HR15N HR30N HR45N Rezistena la rupere Rr N/mm2 460 437 46,1 73,6 60,1 83,6 65,0 50,4 1485 470 447 46,9 74,1 60,7 83,9 65,7 51,3 1520 480 47,7 74,5 61,3 84,3 66,4 52,2 1555 490 48,4 74,9 61,6 84,7 67,1 53,1 1595 500 49,1 75,3 62,2 85,0 67,7 53,9 1630 510 49,8 75,7 62,9 85,4 68,3 54,7 1665 520 50,5 76,1 63,5 85,7 69,0 55,6 1700 530 51,1 76,4 63,9 86,0 69,5 56,2 1740 540 51,7 76,7 64,4 86,3 70,0 57,0 1775 550 52,3 77,0 64,6 86,6 70,5 57,8 1810 560 53,0 77,4 65,4 86,9 71,2 58,6 1845 570 53,6 77,8 65,8 87,2 71,7 59,3 1880 580 54,1 78,0 66,2 87,5 72,1 59,9 1920 590 54,7 78,4 66,7 87,8 72,7 60,5 1955 600 55,2 78,6 67,0 88,0 73,2 61,2 1995 610 55,7 78,9 67,5 88,2 73,7 61,7 2030 620 56,3 79,2 67,9 88,5 74,2 62,4 2070 630 56,8 79,5 68,3 88,8 74,6 63,0 2105 640 57,3 79,8 68,7 89,0 75,1 63,5 2145 650 57,8 80,0 69,0 89,2 75,5 64,1 2180 660 58,3 80,3 69,4 89,5 75,9 64,7 670 58,8 80,6 69,8 89,7 76,4 65,6 680 59,2 80,8 70,1 89,8 76,8 65,7 690 59,7 81,1 70,5 90,1 77,2 66,2 700 60,1 81,3 70,8 90,3 77,6 66,7 720 61,0 91,8 71,5 90,7 78,4 67,7 740 61,8 82,2 72,1 91,0 79,1 68,8 760 62, 82,6 72,6 91,2 79,7 69,4 780 63,3 83,0 73,3 91,5 80,4 70,2 800 64,0 83,4 73,8 91,8 81,1 71,0 Tehnologia materialelor 27 Tabelul 5.1. (continuare) Duritate Rockwell Duritate Vickers F98N HV Duritate Brinell k30 HB HRB HRF HRG HRC HRA HRD HR15N HR30N HR45N Rezistena la rupere Rr N/mm2 820 64,7 83,8 74,3 92,1 81,7 71,8 840 65,3 84,1 74,8 92,3 82,2 72,2 860 65,9 84,4 75,3 92,5 82,7 73,1 880 66,4 84,7 75,7 92,7 83,1 73,6 900 67,0 85,0 76,1 92,9 83,6 74,2 920 67,5 85,3 76,5 93,0 84,0 74,8 940 68,0 85,6 76,9 93,2 84,4 75,5 28 ndrumar de laborator Valori comparative de duritate pentru aluminiu i aliaje de aluminiu Tabelul 5.2 Duritate Vickers HV Duritate Brinell HB Duritate Rockwell HRB 20 19,0 22 20,9 24 22,8 26 24,7 28 26,6 30 28,5 32 30,4 34 32,3 36 34,2 38 36,1 40 38,0 42 39,9 44 41,8 46 43,7 48 45,6 50 47,5 52 49,4 54 51,3 56 53,3 58 55,1 60 57,0 62 58,9 64 60,8 66 62,7 68 64,6 70 66,5 72 68,4 74 70,3 76 72,2 78 74,1 Duritate Vickers HV Duritate Brinell HB Duritate Rockwell HRB 80 76,0 31,9 82 77,9 34,4 84 79,8 36,8 86 81,7 39,1 88 83,6 41,3 90 85,5 43,3 92 87,4 45,3 94 89,3 47,2 96 91,2 49,1 98 93,1 50,8 100 95,0 52,5 105 99,8 56,4 110 104,5 60,0 11 109,3 63,3 120 114,0 66,3 125 118,8 69,0 130 123,5 71,5 135 128,3 73,9 140 133,0 76,1 145 137,8 78,1 150 142,5 80,0 155 147,3 81,8 160 152,0 83,4 165 156,8 85,0 170 161,5 86,5 175 166,3 87,9 180 171,0 89,2 185 175,8 90,4 190 180,6 91,6 195 185,3 92,7 200 190,0 93,8 205 194,8 94,8 210 199,5 95,7 Tehnologia materialelor 29 4. Prelucrarea i interpretarea rezultatelor. Concluzii. ntre valorile de duritate determinate anterior la ncercrile de duritate Brinell, Rockwell i Vickers introduse n tabelul de mai jos vor fi fcute toate echivalrile posibile utilizndu-se tabelele de echivalare 5.1 i 5.2 i formula de calcul a rezistenei la rupere (1). Se vor analiza rezultatele i se vor trage concluziile care se impun. Tabelul. 5.3 HV HB HRB HRC Rr [N/mm2] din tabel Rr [N/mm2] calculat HV HB HRB HRC 30 ndrumar de laborator Tehnologia materialelor 31 LUCRAREA NR. 6. NCERCAREA DE AMBUTISARE PRIN METODA ERICHSEN 1. Scopul lucrrii. ncercarea e utilizat pentru determinarea capacitii de ambutisare a metalelor. Utilizarea variat a ambutisrii n cazul pieselor de automobile, tractoare, avioane, maini electrice, diferite dispozitive, aparate i obiecte de larg consum, indic importana ei n prelucrarea materialului laminat sub form de table subiri. Se poate afirma c, n prezent, confecionarea n mas a produselor din table metalice subiri nu este posibil fr utilizarea ambutisrii. 2. Consideraii generale. ncercarea de ambutisare este o ncercare tehnologic la care sunt supuse tablele metalice subiri (pn la 2 mm grosime) n vederea stabilirii capacitii lor de ambutisare pn la rupere. ncercarea se face cu ajutorul unui penetrator de dimensiuni prescrise, terminat n form de calot sferic. Adncimea de ambutisare, exprimat n mm, constituie indicele Erichsen IE. Schema acestei ncercri este prezentat n fig. 6.1: Rezultatele probelor de ambutisare depind de: grosimea tablei, natura materialului, condiiile de fixare a probei i de forma i dimensiunile penetratorului. n diagrama din fig. 6.2. sunt redate curbele caracteristice pentru table laminate din diferite materiale privind calitatea i posibilitile lor de prelucrare prin ambutisare. Aceste curbe sunt valabile pentru materialul n stare recoapt, ele reprezentnd valorile minime necesare pentru indicele Erichsen. Fig. 6.1. Schema de principiu a ncercrii la ambutisare. 1 matri 2 inel de strngere a tablei de ncercat; 3 penetrator. 32 ndrumar de laborator 3. Utilaj, aparatur i materiale folosite. Epruvetele folosite pentru ncercarea de ambutisare vor fi de form ptrat sau circular, avnd latura, respectiv diametrul, cel puin egale cu 90 mm. ncercarea se poate executa i pe o band metalic, avnd limea cel puin egal cu 70 mm. Starea epruvetei pentru ncercare este prevzut de standardele materialelor respective. Trebuie evitate orice prelucrri ale epruvetelor nainte de ncercare, deoarece aceste prelucrri influeneaz capacitatea de ambutisare a materialelor respective i modific rezultatele ncercrii. Aparatul folosit pentru ncercarea tablelor la ambutisare prin metoda Erichsen, prezentat n fig.6.3, se compune dintr-o roat de manevrare 1, fixat pe axul filetat 4 care se poate roti n interiorul piuliei 6, montat n corpul 10. La captul axului filetat 4 este fixat un dorn de presiune terminat cu o calot sferic standardizat 9, care se sprijin pe un rulment cu bile 5. Strngerea epruvetei se face ntre inelul de presiune 11 i matria 12, prin rotirea portmatriei 14 n sensul de rotaie al acelor de ceas. Valoarea indicelui de ambutisare Erichsen se citete pe tamburul indicator 3, care se rotete mpreun cu roata de manevrare 1. ntreg aparatul este montat n carcasa sudat 8. 4. Modul de lucru. 1. Se verific dac epruveta ndeplinete condiiile prevzute de STAS 2112-86 i de standardele materialelor respective. Epruveta trebuie s fie plan, de grosime uniform i lipsit de fisuri sau bavuri. Fig. 6.2. Curbe caracteristice reprezentnd valorile minime ale indicelui de ambutisare Oeluri: 2 A5; 4 A3; 5 A4; 6 A2; 7 A1; Alame: 1 CuZn 37.m; 8 CuZn 37.1/2t; 9 Cu Zn 20.1/2t; 10 CuZn 37.t; 11 CuZn 20.t; Aluminiu: 3 Al 99 Grosimea tablei [mm] Adncimea de ambutisare I E [mm] Tehnologia materialelor 33 2. Epruveta se aeaz ntre inelul de presiune 11 i matria 12, prin manipularea corespunztoare a acesteia. Epruveta va fi prins ntre inelul de presiune i matria aparatului, fr ns a o fixa rigid, lsnd un joc iniial de circa 0,05 mm. 3. Se execut ambutisarea epruvetei, lent, continuu, fr ocuri cu o vitez ntre 5 mm/min i 20 mm/min; viteza se va micora ctre sfritul operaiei pentru a se putea determina cu precizie momentul ruperii, care se consider practic atins la apariia primei crpturi pe ntreaga grosime a epruvetei, pe o lungime de circa 5 mm. 4. Se citete pe scala inelar a aparatului adncimea, n mm, a calotei, n momentul ruperii. Precizia minim de citire trebuie s fie de 0,1 mm. 5. Prelucrarea i interpretarea rezultatelor. Concluzii. La stabilirea indicelui de ambutisare IE al materialului ncercat se ia media aritmetic a cel puin trei ncercri executate pe epruvete din aceeai bucat de material. Alturi de rezultat se va indica numrul standardului corespunztor ncercrii executate: STAS 2112-86. Pentru un material care corespunde din punct de vedere calitativ pentru procedeul de ambutisare, valoarea indicelui Erichsen obinut n urma ncercrii trebuie s fie cel puin egal sau mai mare dect valorile indicate pe diagram. Fig. 6.3. Aparatul folosit pentru determinarea indicelui Erichsen 34 ndrumar de laborator Prin examinarea urmei de ambutisare se mai pot trage o serie de concluzii asupra posibilitilor ulterioare de prelucrare. Astfel, forma rupturii propriu-zise poate fi radial fa de urm, ceea ce denot nsuiri negative de ambutisare; spre deosebire de aceasta, o linie de ruptur rotund, n jurul calotei de ambutisare, constituie o dovad pozitiv pentru posibilitatea de ambutisare adnc. De asemenea, din starea suprafeei calotei de ambutisare rezult: o suprafa lucioas indic un material apt pentru ambutisare, n timp ce o suprafa rugoas, dovedete o granulaie mare a materialului. Tabelul 6.1 ncercri Nr. crt. Marca materialului conform STAS Grosimea tablei g [mm] IE1 IE2 IE3 IE4 IE5 IE [mm] Obs. Tehnologia materialelor 35 LUCRAREA NR. 7. CONFECIONAREA MANUAL A FORMELOR DE TURNARE 1. Scopul lucrrii nelegerea i nsuirea aprofundat a cunotinelor privitoare la sculele i dispozitivele folosite la confecionarea manual a formelor de turnare i la operaiile prin care se execut formele de turnare. 2. Consideraii generale. Ansamblul de operaii executate de muncitorul formator, cu ajutorul sculelor, n scopul realizrii unei forme de turnare, se numete formare manual. Formarea manual se poate executa n rame sau n solul turntoriei. Formele utilizate pentru o singur turnare se numesc forme temporare, n timp ce cele utilizate pentru un numr mare de turnri, se numesc forme permanente. Formele de turnare pot fi uscate sau crude, dup cum forma temporar este uscat sau nu nainte de turnare. n timp ce formele crude se confecioneaz n mod curent, formele uscate se confecioneaz mai rar, pentru obinerea unor piese turnate de mare importan, care trebuie s aib o suprafa curat, fr defecte de turnare dup prelucrarea mecanic. n funcie de configuraia piesei care se formeaz, se pot utiliza mai multe metode de formare n dou rame: cu model dintr-o singur bucat; cu model din mai multe buci; cu model, cu form fals; cu model cu pri demontabile, etc; Cea mai folosit metod de formare manual este formarea n dou rame cu model avnd un singur plan de separaie. 3. Utilaj, aparatur i materiale folosite. Pentru realizarea procesului de formare n dou rame cu model avnd un singur plan de separaie, se folosete trusa didactic existent n laboratorul de Tehnologia materialelor. Trusa de formare este compus dintr-o cutie de lemn n partea inferioar a creia sunt aezate sita de cernere, scafa de umplere, sculeul cu pudr de izolaie, punga cu amestec de formare, o cutie de miez i o pereche de rame de formare. n partea superioar a trusei sunt aezate cele dou planete de formare i o plac de polistiren expandat n care se gsesc: piesa turnat; modelul de format; miezul; modelul plniei de turnare; sculele de formare: pensul pentru curirea modelul; bttor; 36 ndrumar de laborator cepuri de ghidare a ramelor; rigl pentru rzuit; vergea pentru darea canalelor de aerisire; pensul pentru umectarea marginii cavitii formei n jurul modelului; picou; lanet; troil; es; croet; cleme de fixare a ramelor asamblate. 4. Modul de lucru. Succesiunea procesului tehnologic de formare n dou rame este prezentat n figura 7.1. i const n urmtoarele etape: 1. Se deschide trusa de formare i se aeaz componentele acesteia pe masa de lucru. 2. Se aeaz planeta de formare pe mas. 3. Se ia jumtatea de model prevzut cu guri de centrare, se cur de praf i amestec de formare cu ajutorul pensulei i se aeaz pe planet (fig.7.1.a). 4. Se aeaz rama inferioar. 5. n scopul prevenirii lipirii amestecului de formare de model, cu ajutorul sculeului, se presar pudr de izolaie peste acestea (fig.7.1.b). 6. Se cerne cu sita un strat de amestec de model (fig.7.1.c). 7. Se depune cu ajutorul scafei un strat de amestec de formare de 2030 mm aezndu-se cu mna amestecul pe la colurile i adnciturile modelului (fig.7.1.d). 8. Se adaug amestec de formare n straturi de 100...150 mm i se ndeas cu partea ascuit a bttorului avnd grij s nu se loveasc suprafaa modelului, pentru a se evita deteriorarea lui (fig.7.1.e). 9. Ultimele straturi se ndeas cu partea plat a bttorului f, dup care surplusul se rade cu ajutorul riglei metalice de rzuit (fig.7.1.g). 10. Cu ajutorul vergelei se execut canale de aerisire avnd grij ca aceste canale s se nfunde la 10...15 mm de suprafaa modelului pentru a nu o deteriora (fig.7.1.h). 11. Se aeaz cealalt planet i ntreg ansamblul se rotete cu 180o (fig.7.1.i). 12. Se ridic planeta superioar (fig.7.1.j). 13. Se netezete suprafaa semiformei n planul de separaie cu ajutorul troilei. 14. Se aeaz jumtatea superioar a modelului, se ghideaz semiforma superioar cu ajutorul cepurilor de ghidare i se amplaseaz modelul plniei de turnare. 15. Se presar pudr de izolaie (fig.7.1.k). 16. Se cerne din nou un strat de amestec de model de 20....30 mm (1), dup care se repet operaiile de ndesare de la confecionarea semiformei inferioare (fig.7.1.m,n,o). 17. Dup raderea surplusului (fig.7.1.p) i executarea canalelor de aerisire se nurubeaz cu grij picoul n modelul plniei de turnare i, dup ce se dau cteva lovituri de demulare cu ajutorul ciocanului de lemn, modelul se extrage din form. Tehnologia materialelor 37 Fig. 7.1. Fazele procesului tehnologic de formare n dou rame 1 planeta de formare; 2 semimodel; 3 ram; 4 scule cu pudr; 5 sit; 6 bttor; 7 rigl metalic; 8 vergea; 9 cep de ghidare; 10 modelul plniei de turnare; 11 pensul; 12 picou; 13 miez; 14 greutate. 38 ndrumar de laborator 18. Se execut plnia de turnare i eventualele reparaii (fig.7.1.q) dup care planeta se aeaz pe semiforma superioar i ansamblul semiformei superioare se ridic, se rotete cu 180o i se aeaz alturi (fig.7.1.r). 19. Se netezete n planul de separaie cu ajutorul troilei. 20. Cu ajutorul lanetei se execut canalul de alimentare. 21. Se umezete cu pensula n jurul modelului (fig.7.1.t) i, dup montarea picoului n jumtile de model, prin lovituri de demulare date uor n picou, jumtile de model se extrag din form (fig.7.1.u). 22. Se repar eventualele defecte cu ajutorul lanetei, croetei sau es-ului, iar eventualul amestec de formare czut n cavitatea formei se sufl cu ajutorul parei de cauciuc. 23. Pentru evitarea contactului dintre materialul topit i suprafaa cavitii formei, n cazul formelor crude se pudreaz cavitatea inferioar cu praf de ciment sau grafit, n timp ce n cazul formelor uscate se vopsete cavitatea cu o vopsea pe baz de grafit (dup care forma se usuc). 24. Cu puin nainte de turnare se monteaz miezul (fig.7.1.v) dup care forma se nchide prin ridicarea, rabaterea i ghidarea cu ajutorul cepurilor a semiformei superioare peste semiforma inferioar (fig.7.1.w); 25. Pentru a se evita ridicarea semiformei superioare n timpul turnrii, datorat presiunii metalostatice a materialului lichid, forma de turnare se consolideaz prin ghidarea clemelor de fixare pe ieindurile laterale ale ramelor de formare (fig.7.1.z); 26. Se scot cepurile de ghidare din urechile ramelor de formare pentru ca, dup turnare, datorit dilatrii n timpul nclzirii, s nu rmn blocate n acestea. Observaii: Pentru a nu se executa i un miez se va verifica concordana dintre cutia de miez i miezul existent n trus, dup care acesta din urm se va monta n form. nainte de dezbaterea formei miezul se va recupera. n timpul formrii, pentru a se asigura o bun asamblare a celor dou rame, se va avea grij ca aezarea acestora s se potriveasc conform formei urechilor de ghidare. n cazul n care orificiul din urechea ramei superioare este uzat, rama superioar, dup aezare, se va mpinge de la stnga la dreapta. n acelai mod se va proceda i la asamblarea final a semiformelor. Dac configuraia piesei ar fi necesitat ca reeaua de turnare s fie completat cu maselote sau rsufltori, modelele acestora s-ar fi montat i s-ar fi extras odat cu modelul plniei de turnare. 4. Prelucrarea i interpretarea rezultatelor. Concluzii. Fiecare student va confeciona n laborator o form temporar crud. Se vor desena schiele modelului utilizat, a miezului i a seciunilor longitudinale i transversale prin forma de turnare. Tehnologia materialelor 39 Fig. 8.1. Aparat pentru msurarea gradului de ndesare 1 palpator; 2- pan de blocare; 3 suport paralelipipedic; 4 scal gradat; 5 ac indicator LUCRAREA NR. 8. MSURAREA GRADULUI DE NDESARE A FORMELOR I MIEZURILOR N STARE CRUD 1. Scopul lucrrii. n urma efecturii lucrrii de laborator studenii vor putea s neleag corelaia dintre gradul de ndesare al amestecului de formare n forma de turnare i natura aliajului din care se toarn piesa pentru care se realizeaz forma respectiv. 2. Consideraii generale. Unul dintre factorii importani care influeneaz asupra proprietilor formelor i miezurilor (permeabilitate, rezisten etc.) este gradul de ndesare. Determinarea gradului de ndesare se poate face prin dou metode: prin determinarea duritii superficiale a formei (metod utilizat pentru formele sau miezurile crude); prin determinarea masei volumetrice (metod utilizat pentru formele sau miezurile uscate); Metoda const n msurarea duritii superficiale a formelor sau miezurilor n stare crud, adic n determinarea rezistenei pe care o opune suprafaa acestora la ptrunderea unui corp dur. 3. Utilaj, aparatur i materiale folosite. Aparatul utilizat este un aparat de tip Dietert (fig. 8.1). El se compune dintr-un palpator 1 terminat cu un cap sferic de diametru de 0,2. Acesta, sub aciunea unei fore de 2,37 N (tensiunea arcului), efectueaz o curs maxim de 0,1. Lungimea acestei curse depinde de duritatea superficial a formei. Deplasarea liniar a palpatorului este transformat ntr-o micare de rotaie a acului indicator 5 pe scala gradat 4 a aparatului, cu ajutorul unui mecanism pinion-cremalier. Acul indicator poate fi blocat n poziia de msurare cu ajutorul unei pene de blocare 2. Scala aparatului este gradat n 100 uniti convenionale Dietert. Msurtorile se realizeaz pe formele de turnare efectuate n cadrul Lucrrii nr.7: Confecionarea manual a formelor de turnare. 40 ndrumar de laborator 4. Modul de lucru. Se verific dac acul indicator este pe poziia 0. Se aeaz aparatul, prin intermediul suportului paralelipipedic 3, n poziie vertical pe suprafaa formei. Ca urmare a apsrii, palpatorul execut o micare liniar de retragere, sesizat de acul indicator pe cadranul aparatului. Gradul de ndesare se poate citi fie direct n timpul determinrii, fie ulterior dup blocarea aparatului. Valoarea sa reprezint media aritmetic a cel puin trei determinri, ntre care nu se admite o diferen mai mare de 10% fa de valoarea medie. 5. Prelucrarea i interpretarea rezultatelor. Concluzii. n funcie de materialul din care se toarn piesa, se stabilesc urmtoarele valori ale gradelor de ndesare pentru formele crude: Tabelul 8.1 Valoarea gradului de ndesare [n uniti Dietert] Felul ndesrii Domeniul de utilizare sub 12 foarte slab - 20 slab - 50 mijlocie Piese turnate din font maleabil 70 tare Piese mijlocii din font 85 foarte tare Piese mari din font i din oel Studenii vor schia att semiforma superioar ct i cea inferioar, n planul de separaie, indicnd cele 6 puncte de msurare a gradului de ndesare. Rezultatele obinute i aprecierile privind uniformitatea gradului de ndesare i domeniul de utilizare a formei se vor completa n tabelul de mai jos: Tabelul 8.2 Valoarea gradului de ndesare [uniti Dietert] Nr. crt. Valoarea n fiecare punct Valoarea medie Felul ndesrii Domeniul de utilizare Observaii 1 2 3 4 5 6 Tehnologia materialelor 41 LUCRAREA NR. 9. LAMINAREA TABLELOR I BENZILOR 1. Scopul lucrrii. Demonstrarea unor fenomene i legi ale deformrii plastice; Studiul construciei unei caje de laminare 2. Consideraii generale. Laminarea este procedeul de prelucrare prin deformare plastic la care un semifabricat este trecut printre doi cilindrii care se rotesc n sensuri inverse i reduc dimensiunile seciunii n direcia acionrii forei obinndu-se o cretere a dimensiunilor pe celelalte dou direcii. Ea reprezint procedeul cu cea mai mare rspndire n prelucrarea metalelor prin deformare plastic. Aproximativ 75% din producia de oel elaborat n industria metalurgic se prelucreaz prin laminare n semifabricate ca: table, benzi, profile, evi, etc., n timp ce restul de 25% din cantitatea de oel se prelucreaz prin turnare sau prin forjare. Laminorul este o instalaie complex utilizat pentru prelucrarea prin laminare la cald sau la rece a materialelor metalice. Este format din utilaje de baz (care particip direct la deformarea plastic), de exemplu: linii de laminare (care la rndul lor se compun i ele din trenuri de laminare) i din utilaje auxiliare (care deservesc utilajele de baz) de nclzire, manevrare, ajustare, etc.. Asamblul format din doi sau mai muli cilindri care lucreaz simultan la executarea unei operaii de laminare poart numele de caj de laminare sau caj de lucru (fig. 9.1). Partea cilindrilor care vinde n contact direct cu laminatul poart numele de tblie. Dup forma ei, cilindrii pot fi cu tblie neted (folosii la laminarea tablelor i benzilor) sau cu tblie calibrat (folosii pentru laminarea profilelor). n cazul laminrii prezint interes calculul: reducerii absolute de nlime: h=h0-h1 reducerii relative de nlime: adic raportul dintre reducerea absolut i nlimea iniial: (%)1001000100==hhhhhKh coeficientului de reducere a nlimii: Paralel cu reducerea nlimii are loc, de obicei, o cretere a limii. Se pot calcula: lirea absolut: b=b1-b0 lirea relativ: (%)1001000010==bbbbbKb coeficientul de lire: =01hh=01bb42 ndrumar de laborator n mod analog se pot determina: alungirea abolut: l=l1-l0 alungirea relativ: (%)1001000010==lllllK l coeficientul de alungire: =01ll Plecnd de la legea volumului constant se poate scrie: 100011101 ==lbhlbhVV adic: =1 3. Utilaj, aparatur, materiale folosite. Laminorul utilizat n laborator, este un laminor duo, nereversibil, cu cilindri orizontali de 60 folosit pentru laminarea benzilor subiri la rece (fig.9.2). El se compune din: motoreductorul 1; cuplajul de compensaie 2, care permite mici deplasri sau dezaxri ale arborilor ce urmeaz a fi cuplai; Fig. 9.1. Schema de principiu a laminrii Tehnologia materialelor 43 caja de angrenare 3, care are rolul de a transmite cajei de lucru momentul de rotaie primit de la motorul de acionare, mprindu-l proporional pe cilindri de lucru ai cajei i de a schimba sensul de rotaie al acestora; barele de cuplare 4, pentru transmiterea momentului motor de la cilindri cajei de angrenare la cilindri cajei de lucru, permind anumite dezaxri ca urmare a schimbrii poziiei pe vertical a cilindrilor de lucru prin reglrile ce sunt necesare a se efectua; manoanele de cuplare 5; caja de lucru, format dintr-un cadru n care sunt montai cei doi cilindri de lucru cu tblie neted 6, mpreun cu dispozitivul de reglare pe vertical a cilindrului superior. Se mai folosesc: mpingtor, micrometru, ubler, ciocan de cauciuc, plac de ndreptat, epruvete din plumb. 4. Modul de lucru 1. Se pregtete o prob din plumb de dimensiuni aproximative Ho=7 mm; B0=40 mm; L0=70 mm. 2. Se efectueaz un numr de patru treceri, iar pentru fiecare trecere se aplic o reducere absolut de nlime de h1 mm. Att dimensiunile iniiale ct i cele de dup fiecare trecere se msoar n trei puncte iar valorile obinute se trec n tabelul de rezultate. 3. nainte de msurarea dimensiunii Ln, epruveta se va ndrepta pe placa de ndreptare cu ajutorul ciocanului de cauciuc. Observaie: Introducerea probelor n vederea laminrii se va efectua numai cu ajutorul mpingtoarelor pregtite n acest scop. 5. Prelucrarea i interpretarea rezultatelor. Concluzii. Se va verifica legea volumului constant. Cu ajutorul valorilor msurate, se calculeaz, pentru fiecare trecere, eroarea relativ V, care depinde n primul rnd de precizia msurtorii i, ntr-o msur mai mic, de nerespectarea legii. Fig. 9.2. Schema de principiu a unui laminor duo 1 motoreductor; 2 cuplaj de compensaie; 3 caj de angrenare; 4 bare de cuplare; 5 manoane de cuplare; 6 cilindri de laminare; 44 ndrumar de laborator Tabelul 9.1 Hn [mm] Bn [mm] Ln [mm] Vn V Nr. trec 1 2 3 Med 1 2 3 Med 1 2 3 Med 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Obs: Eroarea relativ V se va calcula cu relaia: 10011 =nnnVVVV [%] Se vor calcula urmtorii coeficieni: Tabelul 9.2 Hn Bn Ln Sn h Kh b Kb l Kl Nr. trec mm mm mm mm2 mm % - mm % - mm % - 0 1 2 3 4 5 6 7 8 n final, n urma studierii rezultatelor, se vor trage concluziile care se impun privind respectarea legii volumului constant i se vor analiza valorile coeficienilor de laminare. Tehnologia materialelor 45 LUCRAREA NR. 10. OPERAII DE BAZ ALE FORJRII LIBERE 1. Scopul lucrrii. Studenii vor studia i apoi vor realiza efectiv operaiile de baz ale forjrii libere i vor cunoate sculele, dispozitivele i utilajele utilizate la forjare. 2. Consideraii generale. Forjarea liber reprezint procesul de prelucrare prin deformare plastic a metalelor i aliajelor la care, cu ajutorul unor scule simple, universale, sub aciunea unor fore (statice sau dinamice), se produce o deformare nengrdit a materialului. n funcie de modul n care se aplic aceast for se deosebesc: forjare liber manual, la care deformarea se produce pe o nicoval cu ajutorul unui ciocan sau baros; forjare liber mecanic, la care deformarea se produce cu ajutorul diferitelor utilaje. Dac forjarea liber manual se utilizeaz astzi tot mai puin (numai n ateliere mici, meteugreti i pentru executarea unor piese izolate, simple, de dimensiuni reduse), forjarea liber mecanic este mult mai rspndit, fiind aplicat, n special, pentru forjarea pieselor mari i foarte mari care nu se pot prelucra n matrie. Sculele i dispozitivele (prezentate n figura 10.1) folosite la forjare se pot mpri n trei categorii distincte: 1. scule de baz (servesc la deformarea piesei): nicoval; ciocane i baroase; dalt; dorn; planator(netezitor); rotunjitoare i netezitoare cu profil, etc. 2. scule ajuttoare (sunt utilizate la prinderea, fixarea i rsucirea semifabricatului, n general la manipularea acestuia n timpul forjrii): diferite tipuri de cleti de forj; furci de rsucit i ndoit; capete de prindere (patroane); cntuitoare; 3. scule de control i de msurat: compase: de exterior (de tip simplu, dublu sau triplu) i de interior; abloane (calibre de lungime); echere fixe i reglabile. Deoarece sculele pentru deformare produc deformarea materialului numai ntr-o anumit zon limitat, realiznd o deformare n trepte, ntre semifabricat i scul este necesar s existe o deplasare relativ care s permit ca ntreg volumul s ia forma i dimensiunile dorite. Aceste deplasri relative, ct i modul de aplicare a forei caracterizeaz diferitele operaii de baz ale forjrii libere: ntinderea, refularea, tierea, gurirea, ndoirea, rsucirea i sudarea prin forjare. 46 ndrumar de laborator 3. Utilaj, aparatur, materiale folosite. Ciocanele (fig. 10.1.a) se utilizeaz ndeosebi ca scule de lovire, pentru deformarea grob, la forjarea manual. Baroasele (fig. 10.1.b) pot avea vrful orientat transversal fa de direcia cozii sau paralel cu axa cozii. a. ciocan b. baroase c. nicoval d. berbec i nicoval pentru forjare mecanic e. plac profilat f. planator g. rotunjitor h. dorn i. gtuitor j. dli k. cleti Fig. 10.1. Scule utilizate la forjarea liber Tehnologia materialelor 47 Nicovala (fig. 10.1.c) reprezint scula de sprijin care se folosete pentru toate operaiile de forjare. Suprafaa de refulare servete pentru refularea parial a pieselor nalte, adic a pieselor care, dac s-ar refula pe oglinda nicovalei, ar depi nlimea optim de lucru i ar ngreuna operaia de refulare. Cele dou cornuri, ptrat i rotund, servesc pentru operaiile de ndoire, cu i fr col. Dintre cele dou gurii ale nicovalei, cea rotund servete pentru operaiile de gurire, iar cea ptrat pentru fixarea diverselor scule, ca: dalta de nicoval, rotunjitorul .a. Berbecul i nicovala pentru forjarea mecanic (fig. 10.1.d), reprezint corespondentul ciocanului i al nicovalei de la forjarea manual. n funcie de scopul urmrit, berbecul i nicovala pot fi: plane, profilate sau combinate. Placa profilat (fig.10.1.e) reprezint de asemenea o scul de sprijin i servete pentru efectuarea unor operaii de forjare manual: gurire, ndoire, refulare parial. Planatoarele (fig.10.1.f) pentru forjarea manual se aseamn cu ciocanele de mn i se folosesc la operaiile de netezire a suprafeelor plane. Rotunjitoarele (fig.10.1.g) se folosesc pentru operaiile de netezire a semifabricatelor rotunde, att la forjarea manual, ct i la forjarea mecanic. Dornurile (fig. 10.1.h) se folosesc pentru efectuarea operaiilor de gurire i pot fi simple sau cu coad. Forma vrfului la dornuri (rotund, oval, ptrat, etc.) se alege n funcie de forma gurii ce urmeaz a fi obinut. Gtuitoarele (fig. 10.1.i) servesc pentru intensificarea alungirii sau a lirii semifabricatului la ntinderea prin forjare. Dlile pentru forjarea manual (fig.10.1.j) se folosesc pentru tierea semifabricatului. n fig. 10.1.k se prezint cleti utilizai la prinderea semifabricatelor n vederea forjrii acestora. Operaiile de baz ale forjrii libere sunt ntinderea, refularea, tierea, gurirea, ndoirea, rsucirea i sudarea prin forjare. ntinderea reprezint operaia prin care se realizeaz alungirea, cu sau fr lire, micorndu-se n mod corespunztor seciunea transversal a semifabricatului. La forjarea manual ntinderea poate fi: cu alungire i lire medie, cu alungire maxim i lire minim, precum i cu lire maxim i alungire minim. ntinderea cu alungire i lire medie se execut, n mod obinuit, cu ciocanul de mn sau barosul. Pentru intensificarea alungirii i reducerea lirii semifabricatului (cazul ntinderii cu alungire maxim i lire minim) se folosesc gtuitoare de mn sau gtuitoare de mn i de nicoval. Dup forjarea grob, operaia de netezire se execut cu planatorul, rotunjitorul sau alte scule adecvate, n funcie de seciunea transversal a semifabricatului. n figura 10.2 este prezentat felul i succesiunea operaiilor, inclusiv sculele folosite, la ntinderea i netezirea prin forjare manual a unei poriuni dintr-un semifabricat prismatic. La forjarea mecanic, n funcie de scopul urmrit i de configuraia piesei forjate, ntinderea poate fi executat n mai multe variante. ntinderea simpl se execut fie cu rotire alternativ, fie cu rotire n spiral (fig.10.3). Refularea reprezint operaia de forjare prin care se realizeaz ngroarea semifabricatului, micorndu-se n mod corespunztor lungimea acestuia. n funcie de scopul urmrit, refularea poate fi executat pe ntreaga lungime a semifabricatului sau numai pe o anumit poriune. 48 ndrumar de laborator Fig. 10.4. Refularea prin forjare manual La forjarea manual (fig.10.4), refularea se execut de obicei numai pe o anumit poriune a lungimii semifabricatului i, de regul, la unul din capetele acestuia. n funcie de nlimea semifabricatului, refularea se execut fie pe oglinda nicovalei, fie pe suprafaa de refulare a acesteia. La forjarea mecanic refularea se execut n urmtoarele scopuri: pentru obinerea pieselor forjate cu seciune transversal mare din semifabricate cu seciune transversal mic; pentru obinerea pieselor plate, de genul roilor dinate, discurilor, flanelor i a altor piese asemntoare; ca operaie prealabil n vederea guririi la forjare a pieselor goale n interior; pentru mrirea gradului de deformare n cazul n care suprafaa transversal a lingoului sau a semifabricatului nu asigur gradul de deformare sau coroiajul necesar; pentru reducerea anizotropiei caracteristicilor mecanice ale piesei forjate etc. Tierea reprezint operaia de forjare prin care diferite poriuni dintr-un semifabricat sunt separate total sau parial. Fig. 10.2. ntinderea i netezirea prin forjare manual Fig. 10.3. ntinderea prin forjare mecanic a. cu rotire alternativ b. cu rotire n spiral Tehnologia materialelor 49 n cazul forjrii manuale tierea se face fie cu ajutorul dlilor, fie cu ajutorul unor prisme ptrate sau dreptunghiulare. n funcie de grosimea semifabricatului, tierea poate fi executat din una sau mai multe direcii. n fig. 10.5. este prezentat modul de tiere unilateral la forjarea manual. n cazul forjrii mecanice, tierea unilateral (fig. 10.6.a) se aplic pentru semifabricatele subiri. Tierea bilateral (fig. 10.6.b) se aplic, n general, pentru semifabricatele de seciune ptrat i de grosimi mai mari. La tierea din patru direcii, semifabricatul se rotete cu 90, dup tierea pe fiecare latur, nainte ca dalta s ajung n axa semifabricatului. Pentru nlturarea restului de material, dalta de form prismatic se rotete cu baza mare n jos (fig. 10.6.c). Acest procedeu se aplic pentru semifabricatele a cror seciune este foarte mare. Gurirea reprezint operaia de forjare prin care se realizeaz goluri n interiorul semifabricatelor. Se poate face manual (fig. 10.7) sau mecanic (fig. 10.8). n funcie de grosimea semifabricatului i de scopul urmrit, gurirea prin forjare poate fi: unilateral sau bilateral. Gurirea unilateral se aplic mai mult pentru semifabricate subiri, iar cea bilateral pentru semifabricate mai groase. Fig. 10.6. Tierea prin forjare mecanic a. unilateral b. bilateral c. din 4 direcii Fig. 10.5. Tierea prin forjare manual a. cu dalta de nicoval b. cu dalta de mn Fig. 10.7. Gurirea prin forjare manual Fig. 10.8. Gurirea prin forjare mecanic 1 plac pentru gurire; 2 dorn; 3 pies gurit; 4 - deeu 50 ndrumar de laborator ndoirea reprezint operaia de forjare prin care se schimb orientarea axei longitudinale a unui semifabricat, potrivit scopului dorit. ndoirea se aplic att la forjarea manual (fig.10.9), ct i la forjarea mecanic, i se execut cu sau fr abloane sau alte dispozitive. Rsucirea constituie operaia de forjare la care o parte a semifabricatului se rotete n jurul axei longitudinale cu un unghi a crui mrime este condiionat de felul i configuraia piesei finite. La forjarea manual, operaia de rsucire se aplic mai mult pentru piesele decorative. La forjarea mecanic aceast operaie se aplic cel mai mult pentru execuia arborilor cotii. Sudarea reprezint operaia de unire prin contopire a dou sau mai multe semifabricate sau a capetelor aceluiai semifabricat. Dac operaia de sudare se execut n bune condiii, rezistena la rupere a materialului n locul de sudur trebuie s fie egal cu rezistena materialului n restul poriunilor. Avnd n vedere c sudura nu reuete perfect n toate cazurile, aceasta se consider corespunztoare dac rezistena la rupere n locul de sudur este mai mare de 85 % din rezistena materialului n celelalte poriuni. n cazul oelurilor, sudura prin forjare se realizeaz cu att mai uor cu ct este mai redus coninutul de carbon i al elementelor nsoitoare i de aliere. Cu excepia manganului, care n proporii reduse, pn la 0.8%, mbuntete sudabilitatea, celelalte elemente de aliere i nsoitoare, inclusiv carbonul, reduc sudabilitatea oelurilor. Pentru asigurarea unei sudrii corecte se recomand ca oelurile folosite s aib pn la 0,3% C, sub 0,2% Si i sub 0,8% Mn, iar procentul de fosfor i de sulf s fie ct mai redus. Dac forjorul posed suficient ndemnare, pot fi sudate i oeluri cu pn la 0,5% C. n vederea sudrii, capetele ce urmeaz a fi unite ntre ele se fasoneaz. Dup modul de fasonare, sudarea poate fi: prin suprapunere, prin mbinare i prin mpletire (fig. 10.10). Fig. 10.9. ndoirea prin forjare liber manual Fig. 10.10. Sudarea prin forjare a. prin suprapunere b. prin mpletire c. prin mbinare Tehnologia materialelor 51 Dup fasonare capetele semifabricatului se nclzesc pn la temperatura de topire. n funcie de coninutul de carbon al oelului, temperatura de nclzire variaz ntre 1275...1400C, fiind cu att mai nalt cu ct este mai redus coninutul de carbon. n general, temperatura optim de sudare se apreciaz cu ochiul liber. n acest scop, pe suprafaa semifabricatelor nclzite la incandescen, se plimb un vrf ascuit, de obicei un crlig din oel nealiat i se urmrete creterea temperaturii. Cnd vrful ascuit se lipete de captul semifabricatului nclzit i nu se desprinde dect cu un efort sporit, nseamn c s-a realizat temperatura de topire, respectiv sudare. Acest moment este remarcat i de apariia unor scntei care se formeaz ca o consecin a topirii oelului la suprafa. Semifabricatele nclzite la temperatura de sudare trebuie scoase imediat din foc sau din cuptor, curite de zgur i aezate n poziia de sudare. Reuita operaiei de sudare depinde, n cea mai mare msur, de momentul n care au fost scoase semifabricatele din foc sau din cuptor. Dac semifabricatele sunt evacuate cu 2...3 s nainte de momentul oportun, sudarea celor dou capete nu mai poate fi efectuat. Dac dimpotriv, scoaterea semifabricatelor ntrzie cu 2...3 s materialul se arde i, dup sudur, se rupe fie n locul sudurii, fie n apropierea acesteia. Capetele nclzite la incandescen se aeaz pe nicoval i se ncepe operaia de sudare. Sudarea se realizeaz prin lovituri, la nceput uoare i repezi, n direcia i sensul mpingerii unuia din capete ctre cellalt. Dup ce capetele s-au prins unul de altul, fora de lovire poate fi mrit pn la valoarea corespunztoare seciunii semifabricatului ce se sudeaz. Operaiile de ndeprtare a zgurii, de aezare corect a capetelor pe nicoval i de sudare trebuie s se fac n cel mai scurt timp posibil. ntrzierea acestor operaii cu cteva secunde poate duce la obinerea unor rezultate necorespunztoare. Dup sudare urmeaz operaia de subiere i de netezire a poriunii celor dou capete suprapuse. Spre deosebire de sudare, care trebuie fcut ct mai repede, subierea i netezirea poriunii sudate trebuie astfel condus nct temperatura de sfrit de deformare plastic s fie ct mai apropiat de temperatura de recristalizare a oelului. De aceea, uneori, subierea i netezirea poriunii sudate se execut ntr-un ritm mai ncetinit. n caz contrar, cnd operaia de netezire a zonei de sudur se termin la temperaturi mai nalte, grunii oelului sunt mai mari, iar caracteristicile mecanice ale semifabricatului mai reduse. Utilajul pe care se va efectua n laborator forjarea liber, este un ciocan autocompresor. Elementele principale i modul de lucru ale acestui ciocan pneumatic cu dou robinete de distribuie sunt reprezentate n figura 10.11. n poziia iniial, pistonul compresor 12 se gsete n punctul mort superior, iar pistonul principal 5, prevzut cu tija 4, se gsete n punctul mort inferior, berbecul 3 fiind n contact cu semifabricatul sau cu nicovala. n aceast poziie, prin intermediul robinetelor de distribuie 6 i 6, ntre cilindrul principal 9 i cilindrul compresor 13 comunicaia este deschis, att n sus ct i n jos. Aerul de presiune atmosferic ptrunde n tija 14 a pistonului compresor i, prin orificiile radiale 15, ajunge n partea de jos a cilindrului compresor, iar de aici, prin robinetul de distribuie 6, trece n partea de jos a cilindrului principal. n acelai timp, prin orificiul din pistonul compresor, care se gsete n dreptul orificiului de alimentare 11, aerul de presiune atmosferic trece n partea superioar a cilindrului compresor i, n continuare, prin robinetul de distribuie 6 trece n partea de sus a cilindrului principal. Rezult c, n poziia iniial, cei doi cilindrii comunic cu atmosfera, att n partea superioar ct i cea inferioar, fapt pentru care presiunea n ambii cilindri este egal cu cea atmosferic. La coborrea pistonului compresor 12, datorit rotirii manivelei 17 de ctre arborele motor 18, orificiile de legtur cu atmosfera se nchid. Din aceast cauz n timpul coborrii pistonului compresor, dedesubtul celor dou pistoane presiunea crete, iar deasupra lor scade. n acest fel ntre cele dou jumti ale cilindrilor se creeaz o diferen de presiune, care crete pe msura coborrii pistonului compresor, 52 ndrumar de laborator pn n momentul n care presiunea din partea inferioar a cilindrilor nvinge forele de ridicare ale prii cztoare i berbecul se desprinde de pe semifabricat sau nicoval. Pe msura rotirii manivelei 17 pn la =180, pistonul compresor coboar i ajunge n punctul mort inferior, iar sistemul principal se ridic pn la circa din cursa normal. Cnd manivela 17 s-a rotit cu 180 orificiul din pistonul compresor ajunge n dreptul orificiului 11 (fig.10.11.b.) i permite realimentarea cu aer de presiune atmosferic a prii superioare a celor doi cilindri. La rotirea n continuare a manivelei cu >180, pistonul compresor se deplaseaz n sens invers. Acesta determin mrirea presiunii deasupra celor dou pistoane i micorarea acesteia dedesubtul pistoanelor. Datorit modificrii presiunii, pistonul principal se oprete i apoi coboar pn n punctul mort inferior pentru a produce lucrul mecanic dorit. n continuare, ciclul se repet. Acest ciclu se numete mers automat. Fig. 10.11. Ciocanul pneumatic a. elemente componente 1 suportul nicovalei; 2 nicoval; 3 berbec; 4 tija ciocanului; 5 pistonul principal; 6 i 6 orificiile robinetelor de distribuie a aerului comprimat; 7 orificiul robinetului central; 8 camer de evacuare; 9 cilindrul principal; 10 supap de echilibrare; 11 i 11 orificii de alimentare i evacuare; 12 pistonul compresor; 13 cilindrul compresor; 14 tija pistonului compresor; 15 orificii de alimentare; 16 biel; 17 manivel; 18 arbore motor. b. orificiul de comunicare ntre cilindrul compresor i atmosfer c. poziiile robinetelor de distribuie i ale robinetului central Tehnologia materialelor 53 La ciclul mers automat se recomand ca robinetul central 2 (fig.10.11.c.) s fie nchis. Reglarea energiei de lovire se realizeaz fie cu ajutorul pedalei (neindicat n desen), fie cu ajutorul manetei de comand M. Pe msura apsrii pedalei sau a rotirii manetei M din poziia II n poziia I, se deschid robinetele de distribuie 1 i 1, adic robinetele 6 i 6 din figura 10.11.a, care fac legtura ntre cei doi cilindri i, n aceeai msur, energia de lovire a ciocanului crete. Dac pedala este apsat pn la captul cursei sau maneta se gsete n poziia I, energia de lovire a ciocanului este maxim. La eliberarea total a pedalei sau readucerea manetei n poziia II, berbecul poate rmne n una din cele dou poziii extreme, cobort sau ridicat. n primul caz, se spune c ciocanul funcioneaz pe ciclul mers n gol, iar n al doilea caz, pe ciclul meninerea berbecului n poziie ridicat. Pentru realizarea ciclului mers n gol se deschide robinetul central 2 (fig. 10.11.c), care corespunde orificiului 7 din figura 10.11.a, iar pentru meninerea berbecului n poziie ridicat robinetul central se nchide. Cnd robinetul central este deschis, iar pedala este eliberat sau maneta M se gsete n poziia II, cilindrul compresor comunic cu atmosfera, att n partea inferioar ct i n partea superioar. n acest caz, pistonul compresor nu poate comprima aer nici la coborre, nici la ridicare. Dac pentru aceeai poziie a pedalei sau a manetei M, robinetul central este nchis, cei doi cilindrii comunic cu atmosfera la partea superioar, iar la partea inferioar comunic ntre ei prin intermediul unei supape ireversibile. n acest caz, aerul comprimat de pistonul compresor la coborre ptrunde dedesubtul pistonului principal pe care l ridic i-l menine n aceast poziie, ntruct supapa ireversibil nu permite evacuarea aerului comprimat. La urmtoarea coborre a pistonului compresor, o nou cantitate de aer comprimat ptrunde dedesubtul pistonului principal, ridicnd presiunea n partea de jos a cilindrului principal. n continuare, ciclul se repet i presiunea n partea de jos a cilindrului principal crete mereu pn cnd pierderile prin neetaneiti devin egale cu alimentarea. Datorit creterii presiunii, ciocanul se nclzete, uleiul arde i uzura prin frecare crete. Din aceast cauz meninerea berbecului n poziie ridicat nu trebuie prelungit peste 1...2 minute. n cazul unor pauze mai mari se deschide robinetul central i ciocanul trece pe ciclul mers n gol. Cnd ntreruperile depesc 3...4 minute se oprete i motorul. Dac maneta de comand M se aduce din poziia II n poziia III, iar robinetul central 2 se nchide, se face legtura cu atmosfera pentru cilindrul compresor n partea de sus i cilindrul principal n partea de jos, iar partea de jos a cilindrului compresor se pune n legtur cu partea de sus a cilindrului principal. n acest fel, la ridicare, pistonul compresor merge n gol. Aerul comprimat de pistonul compresor la coborre trece prin supapa ireversibil i ajunge deasupra pistonului principal pe care l menine apsat sub presiune. Se realizeaz n acest fel ciclul meninerea berbecului n poziie cobort. Acest ciclu este necesar pentru fixarea semifabricatului ntre berbec i nicoval n vederea efecturii unor operaii, cum ar fi de exemplu, ndoirea, rsucirea etc. Ca i la meninerea berbecului n poziie ridicat, i n acest caz presiunea n cilindrul principal crete continuu, pn cnd pierderile prin neetaneiti se echivaleaz cu alimentrile i ciocanul se nclzete. De aceea prelungirea excesiv a ciclului de meninere a berbecului n poziia apsat nu este recomandabil. Dac robinetul central se menine nchis, iar maneta M se rotete ntre poziiile II i III, se realizeaz ciclul mers unitar (lovituri individuale). n acest caz pentru fiecare rotire a manetei se obine o curs a berbecului. Spre deosebire de ciclul mers unitar, la care numrul curselor berbecului este egal cu numrul rotirii manetei, la mers automat berbecul ciocanului se ridic i coboar continuu, n timp ce maneta rmne nemicat ntr-o poziie intermediar ntre I i II sau n poziie extrem. 54 ndrumar de laborator 4. Modul de lucru. Se vor nclzi diferite semifabricate n vederea aplicrii ulterioare a unor operaii de baz ale forjrii libere. Se va urmri nclzirea semifabricatelor din cuptor dup culoare, conform tabelului cu culori pentru temperatur din laborator. Se vor studia uneltele i sculele pentru forjarea liber. Se va urmri i ncerca modul de funcionare i deservire corect a ciocanului pneumatic. Se vor executa operaiile de baz ale forjrii libere: ntindere, refulare, tiere, gurire, ndoire, rsucire, sudare. 5. Prelucrarea i interpretarea rezultatelor. Concluzii Elementele relevante pe parcursul executrii piesei cerute vor fi trecute ntr-un tabel de forma celui de mai jos. Tabelul.10.1 Nr. crt. Denumirea operaiei Schia semifabricatului Tempe-ratura ncepu-tului de forjare Schia operaiei de forjare Schia uneltelor folosite Obser-vaii Tehnologia materialelor 55 LUCRAREA NR. 11. SUDAREA MANUAL CU ELECTROZI METALICI NVELII I ARC ELECTRIC DESCOPERIT 1. Scopul lucrrii. Sudarea manual cu electrozi metalici nvelii i arc descoperit este procedeul de sudur cel mai rspndit fiindc are o universalitate mare, necesit un echipament simplu, puin costisitor i, dac se execut corect, se realizeaz suduri de bun calitate. Scopul lucrrii este nsuirea de ctre studeni a cunotinelor teoretice i practice privind utilajul i tehnologia sudrii cu arc electric descoperit. 2. Consideraii generale. Sudarea cu arc electric se bazeaz pe transformarea energiei electrice n energie caloric. Arcul electric este o descrcare electric de durat n mediu gazos, ntre doi electrozi, n condiiile existenei unei diferene de potenial i a unui anumit grad de ionizare a spaiului dintre ei. Amorsarea arcului electric se realizeaz prin atingerea electrodului de pies, urmat de retragerea lui la 2...3 mm. n timpul contactului se degaj o cantitate de cldur care favorizeaz ionizarea local a aerului. Prin retragerea electrodului, ionii formai sunt accelerai n cmpul electric existent, acumulnd o energie cinetic pe care o cedeaz lovind n drumul lor atomii de aer (pe care i ionizeaz n continuare) sau la impactul cu piesa, respectiv cu electrodul, formnd pe suprafaa acestora poriuni calde numite pete electrodice. Astfel, spaiul dintre electrod i pies fiind ionizat, deci conductibil, permite trecerea curentului de sudare, care formeaz arcul electric. Coloana arcului ajunge la temperatura de 6000C (fig.11.1). Pentru amorsarea arcului este necesar o anumit valoare a tensiunii numit tensiune de amorsare (50...70 V), care este mult mai mare dect tensiunea de lucru (18...30 V). Dependena dintre tensiunea i intensitatea arcului pentru o lungime a arcului Fig. 11.1. Schema arcului electric 1 electrod; 2 piese de sudat; 3 coloana arcului; 4 craterul arcului; 5 pata catodic; 6 baia de metal topit; 7 pata anodic; 8 aureola arcului Fig. 11.2. Curba de variaie a tensiunii n arc la amorsare (A) i ardere stabil (S) Intensitatea curentului Tensiunea 56 ndrumar de laborator este denumit caracteristica arcului (fig. 11.2). Se observ c la creterea intensitii I, tensiunea la borne scade brusc la nceput i apoi mai lent. Dac intensitatea depete o anumit valoare, tensiunea rmne constant, arcul devenind instabil. Arcul electric poate fi ntreinut cu curent continuu sau cu curent alternativ. n cazul sudrii cu curent continuu, polul pozitiv se leag la pies, iar cel negativ la portelectrod. Acest mod de sudare se numete cu polaritate direct (fig. 11.3.a), spre deosebire de sudarea cu polaritate invers (fig. 11.3.b) cnd, polul negativ se leag la pies i cel pozitiv la portelectrod. Principiul procedeului de sudare cu arc electric descoperit este prezentat n fig.11.4. Electrodului i se imprim manual trei micri necesare pentru realizarea custurii: micare de avans (1), care asigur meninerea constant a lungimii arcului; micare de deplasare n lungul custurii (2); micare transversal (pendular) pentru asigurarea limii custurii (3). Fig. 11.3. Sudarea cu polaritate direct (a) i cu polaritate invers (b) a. b. Fig. 11.4. Schema sudrii manuale cu arc electric cu electrozi metalici nvelii portelectrod clem de contact pies surs de curent pentru sudare ( = ~ ) electrod sudur Tehnologia materialelor 57 3. Utilaj, aparatur i materiale folosite. Arcul electric poate fi ntreinut: cu curent continuu produs de generatoare de sudare sau de redresoare de curent; cu curent alternativ produs de transformatoare de sudare. Alegerea utilajului se face inndu-se seama de avantajele i dezavantajele fiecrui tip de utilaj n diferite situaii. Astfel, generatoarele de sudare cu elemente n micare, cu pierderi mari la mers n gol i randament mai sczut, necesit o ntreinere mai atent n exploatare. Stabilitatea arcului electric este ns bun, iar ncrcarea reelei simetric. Generatoarele pot fi antrenate de un motor electric, n acest caz numindu-se grup convertizor, sau de un motor cu ardere intern n acest caz numindu-se grup electrogen. Redresoarele de sudare sunt alimentate de la reeaua trifazic de curent alternativ pe care l transform n curent continuu prin intermediul unor semiconductori cu randament mare i volum restrns, asigur o bun stabilitate arcului, o ncrcare simetric a reelei i pierderi mici la mers n gol. Transformatoarele de sudare sunt aparate robuste i ieftine fr elemente n micare i cu un randament bun. Dezavantajul lor const n faptul c, avnd nfurri cu inductane mari, au factorul de putere mic, deci pierderi reactive mari. Stabilitatea arcului electric este mai redus datorit trecerii prin valoarea zero a tensiunii sursei, moment n care arcul are tendina s se sting. Transformatoarele pot fi monofazate sau trifazate. Cea mai important performan a unui utilaj de sudare este caracteristica extern, aceasta reprezintnd variaia tensiunii la borne n funcie de intensitatea curentului consumat. n cazul utilajelor destinate sudrii manuale caracteristica extern trebuie s fie ct mai cobortoare. Aceast condiie este necesar pentru meninerea ct mai constant a intensitii curentului de sudare, chiar dac tensiunea variaz datorit apropierii i ndeprtrii inevitabile a electrodului fa de pies. Pentru a putea folosi o surs de curent ntr-un caz dat, caracteristica arcului trebuie s ntretaie caracteristica extern a utilajului (fig.11.5). Punctul A reprezint punctul de amorsare, iar B punctul de ardere stabil a arcului. Alte cerine ce se impun utilajelor pentru sudare sunt: tensiunea de mers n gol (U0) necesar amorsrii arcului, s fie suficient de mare, iar dup formarea arcului, s scad rapid la valoarea tensiunii de lucru (Ua). Tensiunea de mers n gol este limitat la 80 V pentru c.c. i la 75 V pentru c.a., limite considerate nepericuloase; intensitatea curentului (Is) s se poat regla uor de la cteva zeci la cteva sute de amperi, iar la scurtcircuit s nu se depeasc de 2...2,5 ori curentul de regim pentru a preveni lipirea electrodului de pies la amorsare sau degajrile instantanee mari de cldur care ar mprtia baia metalic. Scurtcircuitele se produc des nu numai la amorsare, ci i n timpul Fig. 11.5. Raportul ntre caracteristica extern a sursei de curent i caracteristica arcului de sudur a arcul nu se aprinde; b arcul se aprinde 1 caracteristica sursei; 2 caracteristica unui arc lung; 3 caracteristica unui arc scurt 0 a. b. 58 ndrumar de laborator sudrii, cnd unii stropi metalici unesc electrodul cu baia metalic. Materialul de sudare necesar sudrii cu arc electric descoperit este electrodul nvelit. Electrodul este format dintr-o srm pe care se aplic un nveli din substane care asigur, prin topirea i gazeificarea lor: arderea stabil a arcului (funcia ionizatoare); formarea unui mediu gazos protector pentru metalul topit din spaiul arcului electric (funcia protectoare); formarea unei cruste de zgur care reduce viteza de rcire a zonelor nclzite (funcia moderatoare); n unele cazuri conin elemente care aliaz custura (funcia de aliere); la electrozii pentru suduri n poziii dificile zgura se ntrete repede i mpiedic scurgerea metalului topit (funcia de sprijinire); anumite tipuri de nveliuri contribuie la reducerea coninutului de sulf i fosfor (funcia de curire); Electrozii se caracterizeaz prin: natura materialului srmei electrod; diametrul srmei electrod de; n mod industrial se fabric electrozi cu de = 1,6; 2,0; 2,5; 3,25; 4; 5; 6 mm; natura nveliului: acid - A, acid rutilic - AR, bazic B, celulozic C, oxidant O, rutilic R, alte tipuri - S; grosimea nveliului: subire max. 0,1de; mediu (0,1...0,25)de; gros min. 0,25de; lungimea electrodului Le: Le = 350 mm pentru de< 3,25 mm i Le = 450 mm pentru de>3,25 mm. Simbolizarea electrozilor se face dup urmtoarele caracteristici de sudare: natura materialului i nveliului, randamentul efectiv, poziiile de sudare, caracteristicile curentului de sudare, coninutul de hidrogen difuzibil. n afara utilajelor care servesc la generarea curentului electric i a electrozilor pentru sudare, mai sunt necesare o serie de accesorii, scule, dispozitive i materiale de protecie : aparate pentru controlul regimului de lucru (I i U); cabluri de sudur izolate, din cupru electrolitic; clete portelectrod care servete la prinderea i conducerea electrodului; clema de contact pentru aducerea curentului de la surs la pies; ciocane i perii de srm pentru ndeprtarea zgurii; echipament de protecia muncii (masc, mnui, or, jambiere). 4. Modul de lucru. Alegerea electrodului se face n funcie de grosimea i natura materialului pieselor de sudat i poziia custurii. Astfel, electrozii cu nveliuri acide, rutilice sau celulozice se folosesc la sudarea oelurilor nealiate cu puin carbon, att n c.c. ct i n c.a., iar electrozii cu nveli bazic la sudarea oelurilor slab aliate i aliate, precum i la sudarea unor metale i aliaje neferoase, de preferin n c.c. cu polaritate invers (din cauza stabilitii mici a arcului electric). Electrozii de tip acid se folosesc n general la poziia de sudare orizontal, electrozii bazici i celulozici la toate poziiile, iar electrozii rutilici la sudarea n poziia vertical i de plafon. Pentru determinarea diametrului electrodului se folosete relaia: gde = 5,1 [mm] Tehnologia materialelor 59 unde: g grosimea pieselor care se sudeaz [mm] n cazul sudrii n mai multe treceri, prima trecere, adic cea care formeaz rdcina custurii se efectueaz cu electrod de diametru mai mic. Parametri tehnologici. Dup alegerea electrodului, n funcie de diametrul su de, se stabilete intensitatea curentului mediu de sudare: ( ) ees ddI += 620 [A] Decizia privind lungimea arcului cu care se va suda, deci implicit tensiunea arcului (Ua), se va lua innd seama c sudarea cu arc scurt asigur o protecie mai bun a metalului topit dect sudarea cu arc lung, ns exist pericolul unui scurtcircuit (atingerea bii de sudur cu electrodul) i execuia este mai dificil, solicitnd o calificare mai mare a sudorului. Tensiunea arcului variaz ntre 18...30V. Se mai stabilete viteza de sudare, care variaz n limite foarte largi, obinuit alegndu-se ntre 10...40 cm/min. Aceste date fiind orientative, este bine s se respecte recomandrile fcute de productorul electrozilor nvelii, care cuprind, pe lng valoarea lui Is, i date privind tensiunea de mers n gol (U0), tensiunea arcului (Ua), natura curentului i polaritatea, viteza de sudare (vs) i altele. Pregtirea materialului. n cazul grosimilor mari de material la marginile pieselor se execut rosturi corespunztoare n V, X, Y, U .a. (fig.11.6). Dac piesele sunt subiri i nu necesit prelucrarea rosturilor, este totui obligatorie curirea oxizilor i a petelor de grsime sau vopsea de pe suprafeele care se vor suda. Tehnica operaiei de sudare. Dup amorsarea arcului, electrodul se ndeprteaz la 2...3 mm de pies, inndu-se nclinat fa de normal n direcia de sudare, pentru evitarea formrii de picturi reci n faa arcului (fig. 11.7). n timpul sudrii se execut micri ale vrfului electrodului nvelit (fig. 11.4), n funcie de poziia de sudare i de geometria custurii aceste micri nu trebuie s amestece zgura cu baia metalic. La ntreruperea procesului de sudare pentru a schimba electrodul nvelit, reluarea sudrii se face conform celor artate n figura 11.8. n mod obinuit la curentul de sudare se admit variaii de 10 A, atunci cnd Is>100 A i variaii de 5 A, cnd Is60 ndrumar de laborator Poziia de sudare Suduri de col orizontal cornie vertical pe plafon La fel ca la cornie i cu nclinaia electrodului la fel ca la sudare vertical cap la cap. La fel ca la sudarea orizontal, piesa fiind pus deasupra Fig. 11.7. Tehnologia de lucru pentru sudarea manual cu electrozi metalici nvelii, n diferite poziii Fig. 11.8. Reluarea sudrii dup o ntrerupere a procesului custur curit de zgur micarea electrodului la reluarea sudrii aprinderea arcului zgur crater final Tehnologia materialelor 61 se stabilete intensitatea de curent Is; se verific polaritatea conform recomandrilor referitoare la electrodul utilizat; se verific pregtirea pieselor ca form geometric i ca aspect; se aeaz piesele pe masa de sudat n poziia de mbinare, innd cont de deformaiile ce se produc n timpul sudrii; se mbrac echipamentul de protecie i se execut operaia de sudare; se determin parametri tehnologici de sudare citind indicaiile ampermetrului i voltmetrului i msurnd cu un cronometru timpul efectiv de sudare. Fig. 11.9. Poziionarea corect a pieselor de sudat, innd cont de deformaiile care apar la sudare INCORECT CORECT nainte de sudare dup sudare nainte de sudare dup sudare 62 ndrumar de laborator 5. Prelucrarea i interpretarea rezultatelor. Concluzii. Datele obinute n timpul desfurrii lucrrii de laborator se trec ntr-un tabel de forma celui de mai jos. Tabelul 11.1 Material de sudat Electrod Parametri tehnologici Simbol g [mm] Rost nveli [tip] de [mm] Le [mm] Is [A] Ua [V] Vs [cm/min] Polari-tate Tehnologia materialelor 63 LUCRAREA NR. 12. SUDAREA PRIN PUNCTE 1. Scopul lucrrii. Scopul lucrrii este cunoaterea aparaturii utilizat la sudarea prin puncte i nsuirea elementelor de baz privind operaiile de pregtire a pieselor i alegerea parametrilor regimului de lucru la sudarea prin puncte. 2. Consideraii generale. Sudarea prin puncte este o metod de mbinare nedemontabil a dou table suprapuse, care se realizeaz prin nclzirea electric prin rezisten i aplicarea concomitent a unei fore de presare. Sudarea celor dou piese se realizeaz, n locul nclzit i presat, sub forma unui punct de sudur. Presarea i nclzirea locului de sudur se realizeaz prin electrozii aparatului de sudat. Aplicarea forelor de presare se efectueaz prin apsarea unei manete, pedale sau pneumatic. Schema de principiu a procedeului este prezentat n figura 12.1.a. Piesele de sudat se strng ntre cei doi electrozi legai la secundarul unui transformator cobortor de tensiune. La trecerea unui curent electric de intensitate mare prin circuitul de sudare, se produce nclzirea i topirea local a materialului pieselor n zona de contact, formnd un nucleu topit care, n urma solidificrii, unete cele dou piese. Aceasta nseamn c punctul de sudur rezult n urma solidificrii nucleului topit format la trecerea curentului n locul unde rezistena de contact este maxim (contactul pies-pies), iar pierderile de cldur sunt minime (locurile ndeprtate de electrozii de cupru). Diametrul vrfului electrodului d1 determin diametrul nucleului d2 a crui valoare este cu ceva mai mare datorit devierii liniilor de curent prin material (fig. 12.2.). Datorit presiunilor mari i a nclzirilor existente se produce, n jurul nucleului, o zon sudat fr transformator ntreruptor punct de sudur piese electrod electrod electrod piese P P I I Re Rp Re Rp Rpp Rep Rep b. a. Fig. 12.1. Schema sudrii electrice prin rezisten n puncte a schema de principiu; b rezistenele din circuitul de sudare 64 ndrumar de laborator topire avnd diametrul d3. Aceast zon prezint importan din punct de vedere al proprietilor mecanice, deoarece impuritile aflate pe cele dou suprafee unite fr topire reduc aderena. La suprapunerea a n table, punctele de sudur se formeaz tot la contactul dintre table, rezistena de contact dintre piese Rpp fiind cea mai mare. Lund n considerare i rezistena electric a pieselor Rp, rezistena electrodului Re, rezistena de contact electrod-pies Rep rezult rezistena total a circuitului (fig. 12.1.b): R = n Rp + (n - 1) Rpp + 2 Re + 2 Rep Realizarea unor suduri de calitate, necesit o dozare adecvat a energiei. Aceasta trebuie s se situeze ntre limitele impuse de grosimea materialului de sudat i caracteristicile termofizice ale acestuia. Presupunnd c, pentru sudarea prin puncte a unor materiale de grosime g este admis o energie maxim Wmax i o energie minim Wmin, se poate scrie: 22222min1121maxtIUtIRWtIUtIRW====Admind U = ct. rezult c : I1 t1 = c1 I2 t2 = c2 n coordonate I-t expresiile de mai sus reprezint hiperbolele echilaterale (fig. 12.3) care delimiteaz urmtoarele domenii de lucru: domeniul 1: corespunztor valorilor mici ale produsului It, care determin energii mici de sudare, urmate de formarea unui nucleu mic sau chiar de absena acestuia; domeniul 2: corespunztor valorilor mari ale produsului It, care determin energii prea mari de sudare, urmate de supranclzirea materialului; domeniul 3: corespunztor valorilor optime ale energiilor pentru sudare; se observ c regimul optim poate fi obinut n trei puncte caracteristice ale domeniului 3 i anume: n punctul a se obine sudarea cu regim dur (I mare i t mic); n punctul b se obine sudarea cu regim mediu (I i t avnd valori medii ) n punctul c se obine sudarea cu regim moale (I mic i t mare). d2 d3 g Fig. 12.2. Formarea nucleului topit Tehnologia materialelor 65 Sudarea prin puncte prezint diferite variante dintre care amintim sudarea prin puncte dintr-o singur parte fig. 12.4., aplicat atunci cnd accesul electrozilor este mai comod dintr-o singur parte i sudarea prin puncte n relief fig. 12.5, la care punctele de sudur dintre o pies plan i alta prevzut cu proeminene se realizeaz simultan prin intermediul unor electrozi plani. 3. Utilaj, aparatur i materiale folosite. Aparatul folosit n laborator pentru mbinarea tablelor este un clete de sudare prin presiune n puncte de tip TECNA 7020 cu programator ncorporat, 2,00 [KVA], prezentat n figura 12.6. Electrozii 1 sunt montai n braele port-electrod 2. Tablele de sudat se introduc ntre cei doi electrozi. Fora de strngere se realizeaz prin apsarea manetei 3. Ansamblul 4 asigur reglarea corespunztoare a forei de strngere n funcie de grosimea tablelor care se sudeaz. Butonul de reglare 5 permite alegerea corespunztoare a parametrilor regimului de lucru. n interiorul corpului 6 al cletelui se afl transformatorul i circuitele electronice. Aparatul are o greutate mic, e uor de manevrat i operat, chiar n poziii i unghiuri dificile. Este dotat cu timer sincron SCR electronic pentru timpi de sudare de 0,05...1,25 secunde. Circuitul electronic de compensare SCR pornete timer-ul doar cnd se realizeaz un curent corespunztor pentru presiune n puncte, acest fapt permitnd i 1 c a b 3 2 I1 t1 = c1 I2 t2 = c2 I [A] t [s] Fig. 12.3. Domeniile de sudare prin puncte, n coordonate intensitate - timp F F F F transformator piese de sudat electrozi plac suport (din cupru) Fig. 12.4. Schema de principiu a sudrii prin puncte dintr-o singur parte Fig. 12.5. Schema de principiu a sudrii prin puncte n relief 66 ndrumar de laborator sudarea tablelor uor oxidate (ruginite) sau cu urme de vopsea. Baza cletelui permite fixarea sa pe un stativ. Aparatul are urmtoarele performane i caracteristici tehnice: programator (timer) sincronizat cu SCR; reglare timp: 0,05....1,25 secunde; rcire cu aer; puterea nominal: 2 kVA; puterea maxim de sudare: 13 kVA; tensiunea de mers n gol: 2,3 V; tensiunea de alimentare: 380 V; frecvena de alimentare: 50 Hz; curent permanent: 0,61 kA; curentul maxim de scurt-circuit: 7,2 kA; lungimea braelor port-electrod: 125...500 mm; distana ntre braele port-electrod: 96 mm; diametrul braelor port-electrod: 20 mm; diametrul electrodului: 10 mm; cursa maxim a electrozilor: 55190 mm; fora maxim n electrozi pentru L=125 mm: 120 daN; fora maxim n electrozi pentru L=500 mm: 38 daN; dimensiuni: 430x100x250 mm; masa: 10 kg. 1 - electrozi 2 brae port-electrozi 3 manet pentru aplicarea forei de strngere 4 ansamblu pentru reglarea forei de strngere 5 buton pentru reglarea parametrilor regimului de sudare 6 corpul aparatului 7 contactor pentru linitarea forei de strngere Fig. 12.6. Clete de sudare prin presiune n puncte, de tip TECNA 7020 cu programator ncorporat, Tehnologia materialelor 67 Electrozii de sudare pot avea dou forme, n funcie de tehnologia de lucru: electrozi sferici: la electrozii cu aceast form nu este necesar ca acetia s se potriveasc perfect cu tabla de sudat, iar ntreinerea este mai uoar i mai rapid; nu este recomandat a se utiliza la brae port-electrod mai lungi de 250 mm; electrozi tronconici: utilizarea lor duce la o mai bun calitate a sudurii i micoreaz amprenta de pe suprafeele tablelor ce se sudeaz; se obin din cei sferici, prin prelucrarea vrfului; diametrul de contact al acestor electrozi trebuie ales n funcie de grosimea tablelor de sudat (Tabelul 12.1); dac tablele de sudat sunt de grosimi diferite, diametrul de contact al fiecrui electrod este ales n conformitate cu grosimea tablei (fig. 12.7); valorile diametrelor indicate n Tabelul 12.1 nu trebuie depite pentru c la depirea acestora se produc suduri de proast calitate. naintea nceperii lucrului se recomand curarea vrfului electrozilor cu o pil sau cu hrtie abraziv. Tabelul 12.1 Grosimea tablelor de sudat G [mm] Diametrul electrozilor din cupru De [mm] Puncte de sudur realizate pe or 0,6 + 0,6 3,5 540 0,8 + 0,8 4,0 380 1,0 + 1,0 4,0 300 1,2 + 1,2 4,5 260 1,5 + 1,5 5,0 120 1,8 + 1,8 5,5 100 2,0 + 2,0 6,0 60 Fig. 12.7. Alegerea diametrului electrozilor n funcie de grosimea tablelor de sudat 68 ndrumar de laborator 4. Modul de lucru. Etapele care vor fi parcurse n laborator pentru mbinarea nedemontabil prin sudare prin puncte a dou table sunt: 1. Se pregtesc tablele care urmeaz a fi sudate i se msoar grosimea lor. 2. n funcie de aceasta se aleg i se regleaz electrozii i braele port-electrod, conform indicaiilor din Tabelul 12.2. Tabelul 12.2 Grosimea tablelor de sudat G [mm] Lungimea electrozilor Le [mm] Lungimea braelor port-electrod [mm] Fora maxim n electrozi [kgf] 2,0 + 2,0 50 125 120 1,8 + 1,8 95 250 70 1,5 + 1,5 130 350 50 1,2 + 1,2 180 500 40 3. Se regleaz fora de strngere astfel nct s se ncadreze n cele indicate n Tabelul 12.2. Reglarea forei de strngere se realizeaz din ansamblul 4 (fig.12.6) format din: tij filetat, arc i piuli. Acesta regleaz distana D dintre butonul contactorului 7 i baza manetei de strngere 3. 4. Se regleaz parametrii de sudare cu ajutorul butonului 5. Acesta va seta timpul de sudare. Reglarea se va face conform indicaiilor de pe plcua montat pe aparat. Programatorul din componena aparatului are un circuit de compensare SCR care va calcula timpul de sudare necesar chiar dac vopseaua, rugina sau murdria mpiedic trecerea curentului electric. Ciclul de sudare va fi ncheiat de programatorul electronic doar cnd s-a obinut o sudur complet. 5. Prelucrarea i interpretarea rezultatelor. Concluzii. n urma efecturii sudurii prin puncte pentru table de diferite grosimi se va completa un tabel de forma celui de mai jos. Se va analiza modul n care s-a lucrat i se vor trage concluziile care se impun. Tabelul 12.3 Material Electrozi Parametri de sudare Nr. crt. Simbol Grosime g [mm] Diametru De [mm] Lungime Le [mm] Intensi-tatea Is [A] Fora de apsare F [kgf] Timpul t [s] Pasul [mm] Obs. Tehnologia materialelor 69 LUCRAREA NR. 13. PRELUCRAREA PRIN STRUNJIRE 1. Scopul lucrrii. Scopul lucrrii este nsuirea de ctre studeni a cunotinelor teoretice i practice necesare pentru executarea operatiilor pe strungul universal (normal). Se vor studia: construcia i funcionarea strungului universal, sculele i dispozitivele utilizate la stunjire, parametri regimului de lucru i indicaiile asupra alegerii acestora. 2. Consideraii generale. Strunjirea reprezint operaia de prelucrare prin achiere executat pe maini-unelte numite strunguri, cu ajutorul unor scule achietoare, de obicei cuite de strung. La aceast prelucrare procesul de achiere se realizeaza prin compunerea a dou micri (fig.13.1): micarea principal, de rotaie a piesei (determin desprinderea achiilor) efectuat cu turaia n dat de relaia: DVn=1000 [rot/min] (1) unde: - V - viteza de achiere [m/min] - D - diametrul piesei de prelucrat [mm] micarea secundar, de avans II a sculei (determin aducerea unor straturi noi de material n faa taiului sculei); aceast micare este executat de scul cu viteza de avans s, care se exprim n mm/rot. n funcie de direcie, avansul poate fi: longitudinal, transversal i nclinat. De asemenea exist avansuri continue i intermitente. Fig. 13.1. Micrile i suprafeele piesei n procesul de strunjire 1 suprafa de achiat; 2 suprafa de achiere; 3 supafa achiat I micarea principal de achiere (rotaie) II micarea secundar de achiere (avans) 1 2 3 II I 70 ndrumar de laborator 3. Utilaj, aparatur i materiale folosite. a. Strungul universal. Prelucrarea prin strunjire se execut n laborator pe un strung universal, pe care se pot realiza o mare varietate de prelucrri n producie individual i de seriE mic. Un strung universal (normal) este format din urmtoarele pri componente (fig.13.2.): Batiul 4 este elementul DE care se prind celelalte subansamble mobile sau fixE. Pentru a asIgura calitatea prelucrrii, n afar de o mare rigiditate, batiul trebuie s aib o mare capacitate de amortizare a vibraiilor, de aceea se execut, de obicei, din font cenuie. Ppua fix 13, cuprinde arborele principal 2 care primete micarea de rotaie de la un motor electric. n interiorul ei se afl cutia de viteze, care are rolul de a realiza diferite turaii ale arborelui principal (deci i ale piesei), n funcie de condiiile de 1 133 2 16 15 173 18 12 10 7 14 20 9 8 4 19 6 11 3 21 5 Fig. 13.2. Strungul normal 1 aprtoare; 2 arbore principal; 3 bar de comand; 4 batiu; 5 bar de avans; 6 crucior; 7 cremalier; 8 cutie de avansuri; 9 cutia roilor de schimb;10 indicator pentru filetare; 11 tav; 12 panou de afiare numeric; 13 ppu fix; 14 ppu mobil; 15 plac rotativ; 16 port-cuit; 17 sanie longitudinal; 18 sanie port-cuit; 19 sanie transversal; 20 suportul barelor; 21 urub conductor Tehnologia materialelor 71 achiere. Arborele principal 2, are rolul de a transmite micarea de rotaie (micarea principal de achiere) semifabricatului i de a asigura poziia axei de rotaie paralel cu direcia ghidajelor longitudinale ale batiului. Captul n consol al axului principal servete la montarea dispozitivului de prindere a semifabricatului (universalul) sau a vrfului ppuii fixe. Ppua mobil 14, mpreun cu vrful ei servesc la sprijinirea semifabricatelor lungi, care nu pot fi prelucrate numai prin prindere n consol. Cutia de avans 8, primete micarea de la ppua fix 13 prin intermediul unor roi de schimb 9 i o poate transmite cruciorului 6, prin urubul conductor 21 (cnd se execut filete) sau prin bara de avans 5. n interiorul cutiei de avansuri se afl mecanisme care permit obinerea unei game variate de avansuri a cruciorului. Cruciorul strungului 6, servete la fixarea sculei i executarea micrilor de avans. El este format dintr-o sanie longitudinal 17, care se poate deplasa n lungul ghidajelor batiului, o sanie transversal 19, care asigur deplasarea transversal a cuitului n raport cu batiul i deasupra creia se afl sania port-cuit 18, cu suportul port-cuit 16, pentru fixarea cuitului. Cutia cruciorului conine mecanismele pentru transmiterea micrii de la urubul conductor sau de la axul avansurilor la snii. n afara prilor principale, strungul mai are o serie de organe de comand, roi de mn, manete, butoane pentru comanda funciilor mainii. Pe ppua fix sunt montate manetele pentru schimbarea turaiilor. Pe cutia de avans se afl manetele pentru schimbarea valorii micrii de avans, precum i maneta pentru transmiterea micrii la bara avansurilor 5 sau la urubul conductor 21. Sub cutia de avans se afl caseta cu instalaia electric, prevzut cu butoane pentru conectarea strungului la reeaua electric, pentru pornirea pompei lichidului de rcire i pentru dispozitivul de iluminat. Pe cutia cruciorului se afl roile de mn pentru transmiterea manual a micrilor de avans, pentru inversarea sensului micrii de avans de lucru, pentru cuplarea transmiterii micrii de avans longitudinal sau transversal, avansului normal sau de filetare. b. Scule pentru prelucrarea prin strunjire. Principalele scule utilizate la operaiile de strunjire sunt cuitele de strung, executate ntr-o foarte mare varietate constructiv. 1. n funcie de sensul avansului, se deosebesc: cuite de dreapta (fig.13.3.a.) care lucreaz cu avans de la dreapta spre stnga (la suprapunerea minii drepte pe cuit tiul principal se afl pe partea degetului mare); se folosesc cel mai des; cuite pe stnga fig.13.3.a.), care lucreaz cu avans de la stnga spre dreapta (tiul principal se afl pe partea degetului mare al minii stngi, suprapus pe cuit). 2. Dup forma capului i poziia lui n raport cu corpul cuitului, se deosebesc: cuite drepte i cuite ncovoiate (fig.13.3.a,b) pe dreapta i pe stnga; ele se utilizeaz mai ales la prelucrarea poriunilor greu accesibile; cuite cu capul ngustat (fig.13.3.c.) utilizate la operaiile de prelucrare a canalelor i de retezare. 3. Dup mrimea adaosului de prelucrare nlturat i dup calitatea prelucrrii se deosebesc: 72 ndrumar de laborator cuite pentru degroare, cu ajutorul crora se nltur stratul grosier de material; se lucreaz cu adncime de achiere mare, precizia de prelucrare rezultnd sczut; cuite pentru finisare, care lucreaz cu adncimi de achiere mici i care asigur att o precizie dimensional relativ nalt, ct i o rugozitate bun a suprafeei prelucrate. 4 . Dup felul suprafeei prelucrate, cuitele pot fi: pentru exterior; pentru interior. 5. n funcie de complexitatea prii active, cuitele pot fi: simple; profilate. Majoritatea cuitelor sunt, n prezent, armate la partea activ cu plcue din oel rapid sau din carburi metalice. Pentru unele prelucrri foarte fine, se utilizeaz i cuite cu vrf de diamant. n afar de strunjirea propriu-zis, pe strunguri se execut i alte operaii, pentru care se folosesc: burghie de diferite tipuri, adncitoare, alezoare, tarozi, filiere etc. c. Dispozitive pentru poziionare i fixare. Pentru poziionarea i fixarea pieselor se pot folosi: universalul cu strngere concentric prin intermediul a 3 bacuri, care servete la prinderea pieselor rotunde. Universalul este montat pe captul axului principal prin nurubare. Piesa 1 se poate fixa n universalul 2: prin rezemare pe faa frontal a universalului, cnd are un diametru mai mare dect alezajul arborelui principal 4, (fig.13.4.a.) poate trece prin universal i alezajul arborelui principal (fig.13.4.b.); strngerea se execut cu bacurile 3. Fig. . 13.3. Clasificarea cuitelor de strung a cuite drepte; b cuite ncovoiate; c cuite cu cap ngustat a. c. b. Tehnologia materialelor 73 flanele i inimile de antrenare, care se folosesc atunci cnd piesa este fixat ntre vrfuri; vrfurile de susinere, care se folosesc pentru prinderea arborilor i a altor piese n gurile de centrare. pentru rezemarea intermediar a pieselor lungi i flexibile se monteaz pe ghidajele patului lunete fixe sau pe cruciorul strungului lunete mobile. Cuitul 1 (fig.15.5.) se fixeaz n port-cuitul 3 cu ajutorul uruburilor 2, astfel nct vrful s se gseasc la nlimea axei piesei de prelucrat 4. Pentru aezarea cuitului la nlimea necesar se folosesc plcue de reglare care se aeaz sub cuit. nlimea la care se fixeaz vrful cuitului se verific dup vrful din pinola ppuii mobile sau cu ajutorul unor abloane. 4. Modul de lucru. Pe strungul universal se pot executa urmtoarele operaii de strunjire (fig.13.6.): 1. Strunjire longitudinal. Piesa execut micarea principal de rotaie, iar cuitul efectueaz micarea secundar de avans, deplasndu-se paralel cu arborele principal al strungului. Dup cum suprafaa piesei care se strunjete este exterioar sau interioar, deosebim strunjire longitudinal exterioar (fig. 13.6.a) i strunjire 4 2 3 1 3 2 4 1 1 Fig. 13.4. Prinderea n universal 1 pies; 2 universal; 3 bac de strngere; 4 arbore principal Fig. 13.5. Fixarea cuitului n port cuit 1 cuit; 2 urub; 3 port-cuit; 4 - pies 4 1 2 3 74 ndrumar de laborator longitudinal interioar (fig. 13.6.b). Avansul longitudinal al cuitului poate fi manual sau automat. 2. Strunjire frontal. Piesa, fixat n universal sau n platoul cu flci, execut micarea principal de rotaie, iar cuitul, fixat n sania port-cuit, este antrenat manual sau automat n micarea secundar de avans n direcie perpendicular pe axa de rotaie (fig. 13.6.c). 3. Strunjire de canelare sau retezare. Are ca scop realizarea unui canal sau detaarea extremitii unei piese, cu ajutorul unui cuit de retezat care execut o micare de avans transversal (fig. 13.6.d). 4. Strunjire conic. Se poate realiza prin mai multe metode: rotirea saniei port-cuit, cu ajutorul riglei de copiat, prin deplasarea transversal a ppuii mobile, cu cuite profilate. 5. Strunjire profilat. Pentru obinerea profilului cerut al piesei se folosete un cuit profilat, al crui ti are forma corespunztoare negativului profilului urmrit. 6. Strunjire de filetare. Este o strunjire longitudinal, executat cu cuite de filetat avnd forma profilului filetului (fig. 13.6.f). Avansul longitudinal este egal cu pasul filetului. 7. Gurirea i centruirea. Piesa se fixeaz n universal i execut o micare de rotaie, iar burghiul se fixeaz n pinola ppuii mobile i are un avans longitudinal manual (fig. 13.6.e). La stabilirea regimului de achiere trebuie s se in seama de caracteristicile fizico-mecanice ale materialului de prelucrat, ale materialului cuitului (ales n funcie de felul strunjirii), precum i de condiiile de lucru (cu sau fr rcire forat). Pentru a obine o b. c. a. e. f. d. Fig. 13.6. Operaii executate prin strunjire a strunjire cilindric exterioar; b strunjire cilindric interioar; c strunjire frontal; d strunjire de canelare sau retezare; e prelucrarea gurilor; f prelucrarea filetelor Tehnologia materialelor 75 productivitate ct mai mare, ordinea de stabilire a parametrilor regimului de achiere este: adcimea de achiere t, avansul s i apoi viteza v, parcurgnd urmtoarele etape: 1. adncimea de achiere t [mm] (grosimea stratului de material ndeprtat la o trecere) se stabilete la degroare n aa fel nct prelucrarea s se fac din ct mai puine treceri; de obicei se ia egal cu adaosul de prelucrare, din care se las 10% pentru finisare; 2. avansul s [mm/rot] se alege la degroare astfel nct seciunea achiei s fie cea economic, seciune care se determin cu ajutorul diagramelor sau a tabelelor determinate experimental (tabelul 13.1), iar la finisare se alege n funcie de rugozitatea prescris suprafeei de prelucrat; 3. viteza v [m/min] se determin innd seama de adncimea de achiere t i avansul s, stabilite anterior i de durabilitatea economic T [min] a cuitului, cu ajutorul relaiei: vyxmv kstTCvvv= [m/min] (2) unde: Cv, m, xv, yv coeficieni determinai experimental n funcie de nite condiii etalon i dai n literatura de specialitate; k un coeficient global de corecie, determinat ca produs de mai muli coeficieni de corecie pariali, innd seama de condiiile reale de lucru. n practic se folosesc tabele (vezi tabelul 13.1. i 13.2.) cu parametri regimului de achiere stabilii conform etapelor de mai sus, n anumite condiii, din care se poate alege regimul de achiere corespunztor pentru un anumit caz concret. 4. turaia [rot/min] care trebuie reglat la strung pentru a realiza viteza v, se determin cu relaia: DVn=1000 [rot/min] (3) unde: - V - viteza de achiere [m/min] - D - diametrul piesei de prelucrat [mm] 5. Se alege din gama de turaii a strungului turaia imediat inferioar (nma) i se recalculeaz viteza de achiere cu relaia: 1000nDV= [m/min] (4) 6. Se fac calcule de verificare a rezistenei cuitului de strung i de verificare a puterii strungului pentru lucru la parametri stabilii. 76 ndrumar de laborator Tabelul 13.1 Mrimea medie a avansului la strunjirea de degroare cu cuite din oeluri speciale de scule i din aliaje dure. Adncimea de achiere t [mm] Adncimea de achiere t [mm] Tehnologia materialelor 77 se va schia schema strungului universal, cu denumirea i destinaia elementelor de comand. 5. Prelucrarea i interpretarea rezultatelor. Concluzii. Datele operaiilor de strunjire se vor trece ntr-un tabel de forma celui de mai jos. Se vor analiza i se vor trage concluziile care se impun. Tabelul 13.3 Regimul de lucru V [m/min] s [mm/rot] t [mm] n [rot/min] Nr. crtCalitatea materialului piesei Denumirea i schia sculei Materialul sculei Din norme Din calcul Din norme Pe main Din norme Pe pies Din calcul Pe main Obs. 78 ndrumar de laborator Tehnologia materialelor 79 LUCRAREA NR. 14. PRELUCRAREA PRIN FREZARE 1. Scopul lucrrii. Scopul lucrrii este nsuirea de ctre studeni a cunotinelor teoretice i practice necesare pentru executarea operatiilor pe maina de frezat universal. Se vor studia: construcia i funcionarea mainii de frezat universale, sculele i dispozitivele utilizate la frezare, parametri regimului de lucru i indicaiile asupra alegerii acestora. 2. Consideraii generale. Frezarea reprezint operaia de prelucrare prin achiere executat pe maini-unelte numite maini de frezat, cu ajutorul unor scule achietoare cu mai multe tiuri numite freze. Mainile de frezat pot fi: cu consol (orizontale, verticale sau universale), fr consol (orizontale sau verticale) sau speciale (prin copiere, de frezat filete, de frezat dantura roilor dinate, etc.). La prelucrarea prin frezare procesul de achiere se realizeaz prin compunerea a dou micri: micarea principal, de rotaie a sculei (determin desprinderea achiilor) efectuat cu turaia n dat de relaia: DVn=1000 [rot/min] (1) unde: - V - viteza de achiere [m/min] - D - diametrul sculei [mm] micarea secundar, de avans a piesei prins n dispozitiv pe masa mainii-unelte (determin aducerea unor straturi noi de material in faa taiului sculei). n funcie de direcie avansul poate fi: orizontal (longitudinal sau transversal) sau vertical. Frezarea difer de strunjire i prin aceea c, n timp ce la strunjire cuitul achiaz continuu, la frezare fiecare dinte al frezei, care se aseamn cu un cuit normal, achiaz intermitent. Dintele este numai un anumit timp n contact cu piesa i detaeaz achii discontinue, cu seciune variabil, avnd timp s se rceasc n restul timpului unei rotaii complete a frezei. Acest lucru duce la mrirea durabilitii sculei i la posibiliatea achierii cu regimuri de lucru mai intense i cu productivitate mai mare. Prin frezare se pot prelucra suprafee plane, conice, alezaje, canale de pan sau elicoidale, roi dinate, etc. n funcie de sensul micrii de avans fa de micarea principal, frezarea se poate executa prin dou metode: frezare n contra avansului (fig. 14.1.a): sensul de rotaiei al frezei este invers fa de direcia avansului piesei; dintele frezei atac stratul de material care trebuie ndeprtat achiind la nceput o achie subire, care se ngroa pe msur ce dintele nainteaz i iese din material. n acest fel solicitarea dinilor crete progresiv, iar uzura lor este mai sczut, fapt ce constituie un avantaj al metodei; pe de alt parte, forele de achiere tind s smulg piesa din dispozitiv, lucru care nrutete condiiile de prindere i calitatea prelucrrii, constituind un dezavantaj 80 ndrumar de laborator al metodei de frezare n contra avansului; se utilizeaz mai ales la frezarea de degroare; frezare n sensul avansului (fig. 14.1.b): dintele e solicitat la maxim n momentul ptrunderii n material, fapt ce duce la uzura rapid a sculei, iar acesta e un dezavantaj major al metodei; forele de achiere contribuie la fixarea piesei, ducnd la o precizie de prelucrare crescut, un avantaj care face ca metoda s fie folosit n special la frezarea de finisare. Viteza de achiere se determin cu relaia: 1000nDV= [m/min] (2) unde: - n turaia frezei [rot/min] - D - diametrul frezei [mm] Deoarece, n majoritatea cazurilor, frezele au mai muli dini, avansul se poate referi la: avansul pe rotaie: s [mm/rot]; avansul pe dinte: sz [mm/dinte]: zssz= unde z numrul de dini. Fig. 14.1. Schema frezrii a n contra avansului b n sensul avansului suprafaa de achiat suprafaa achiat suprafaa de achiat suprafaa achiat Tehnologia materialelor 81 avansul pe minut: smin [mm/min]: smin= s x n = sz x z x n 3. Utilaj, aparatur i materiale folosite. a. Maina de frezat universal. Prelucrarea prin frezare se execut n laborator pe o main de frezat universal, aceasta fiind, de fapt, o main orizontal la care se poate monta un cap pentru frezare vertical. Elementele componente ale mainii de frezat sunt prezentate n figura 14.2. Scula achietoare 5 se monteaz n arborele principal 6, prin intermediul unui dorn 4 care se sprinjin ntr-un lagr n traversa 3 i primete micarea de rotaie I (micarea principal de achiere) prin cutia de viteze. Piesa de prelucrat se fixeaz pe masa 13 i execut, mpreun cu aceasta, micarea de avans. Masa mainii 13 se deplaseaz mpreun cu consola 8 pe ghidajele verticale 7 ale batiului 2. Aceast deplasare constituie micarea de avans pe vertical IV. Avansul pe orizontal se efectueaz dup dou direcii: longitudinal i transversal. Avansul longitudinal II este efectuat de masa 13 de-a lungul ghidajelor din placa pivotant 12. Avansul transversal III este efectuat de sania transversal 11, pe ghidajele 10 din consola 8. Micrile mesei mainii de frezat pot fi realizate manual sau n ciclu automat. Deasemenea, masa mainii poate avea i un avans rapid, pentru deplasarea cu vitez 3 9 2 1 7 5 6 14 4 x y II V 8 IV 1011 13 12 I Fig. 14.2. Maina de frezat universal 1 plac de baz; 2 batiu; 3 travers superioar; 4 dorn port-frez; 5 frez; 6 arbore principal; 7 ghidaje verticale; 8 consol; 9 urub; 10 ghidaje orizontale; 11 sanie transversal; 12 plac pivotant; 13 mas; I micarea principal de rotaie a sculei; II micarea de avans longitudinal a mesei; III micarea de avans transversal a mesei; IV micarea de avans vertical a mesei; V micarea de rotire a mesei III 82 ndrumar de laborator mare pn n apropierea locului unde se face prelucrarea. La maina de frezat universal mai exist posibilitatea rotirii mesei superioare 13 cu 15...30 pentru tierea canalelor elicoidale, frezarea danturilor nclinate, etc. Aceasta se realizeaz prin interpunerea, ntre sania transversal 11 i masa de lucru 13, a unei plci pivotante 12, care este prevzut la partea inferioar cu un disc gradat pentru fixarea unghiului de rotire, iar la partea superioar cu ghidaje n lungul crora se deplaseaz masa 13. Masa, mpreun cu placa 12, pot fi rotite n ambele sensuri. Pivotarea mesei n plan orizontal este o micare de reglare, poziia ei fiind blocat n timpul lucrului. b. Scule pentru prelucrarea prin strunjire. La o frez se deosebesc: dinii frezei (partea activ achietoare), corpul frezei i partea de prindere (alezaj n cazul prinderii n arborele orizontal al mainii de frezat sau coad - n cazul prinderii n arborele vertical). Din punct de vedere constructiv, frezele pot fi executate dintr-o bucat (monobloc) sau asamblate (cu dini montai). Frezele se clasific n funcie de forma suprafeei pe care o prelucreaz i de maina-unealt pe care se execut prelucrarea. Frezele cilindrice (fig. 14.3.a) se folosesc pentru prelucrarea suprafeelor plane pe mainile de frezat orizontale. Pot avea dini drepi sau nclinai. Cele cu dini nclinai lucreaz n condiii mai bune deoarece achierea decurge mai linitit. Pentru dimensiuni mari de freze, construcia acestora poate fi realizat cu dini din oel rapid sau plcue din carburi metalice asamblai ntr-un corp din oel de construcie. Frezele cilindro-frontale (fig. 14.3. a, b, c) se folosesc pentru prelucrarea suprafeelor plane pe mainile de frezat verticale. Achiaz cu partea frontal i cu partea cilindric. Fig. 14.3. Operaii executate prin frezare a frezarea suprafeelor plane orizontale; b - frezarea suprafeelor plane verticale; c - frezarea suprafeelor nclinate 1 frez cilindric; 2 frez frontal; 3 frez deget; 4 frez conic; 5 semifabricat; Tehnologia materialelor 83 Frezele disc se folosesc pentru prelucrarea canalelor pe mainile de frezat orizontale. Sunt prevzute cu dini achietori pe suprafaa cilindric exterioar i pe cele dou suprafee frontale. Frezele deget (fig. 14.3. b) se folosesc pentru prelucrarea canalelor pe maini de frezat verticale. Au dini achietori pe suprafaa cilindric i cea frontal. Frezele unghiulare (fig. 14.3. c) se folosesc pentru prelucrarea suprafeelor nclinate. Frezele profilate (fig. 14.4) au suprafaa activ profilat pentru prelucrarea unor suprafee complexe. Din categoria frezelor profilate fac parte i frezele-modul folosite pentru tierea dinilor roilor dinate. c. Dispozitive pentru poziionare i fixare. Piesele se pot fixa pe masa mainii n diferite moduri folosindu-se sisteme simple, dispozitive universale sau speciale. n producia de unicate sau serie mic, fixarea se poate face direct pe masa mainii cu ajutorul unor bride, uruburi, menghine simple, rotative sau nclinabile. La aezarea i fixarea pieselor n dispozitive acestea trebuie s fie ct mai aproape de bacurile de strngere, pentru asigurarea unei bune rigiditi i evitarea apariiei vibraiilor n timpul prelucrrii. Pentru a se asigura desfurarea prelucrrii n condiii bune, frezele trebuie s fie bine fixate n arborele principal al mainii. Frezele se fixeaz cu ajutorul unui dorn care se introduce n alezajul conic al arborelui principal. Alezajul conic de la captul arborelui este standardizat n sistemele Morse sau ISO. Frezele cilindrice se monteaz pe un dorn al crui capt se fixeaz n arborele principal n alezajul conic, iar cel de-al doilea se sprijin ntr-un lagr n consola mainii. n figura 14.2. se observ modul de fixare a frezelor cilindrice. Freza 5 este introdus pe dornul 4 la distana y de captul arborelui principal 6 i, respectiv, la distana x de lagrul de sprijin 14. Frezele frontale se fixeaz n arborele principal prin intermediul unui dorn scurt, iar antrenarea se face cu o pan. 4. Modul de lucru. Pe maina de frezat universal se pot executa urmtoarele operaii de frezare: 1. Frezarea suprafeelor plane orizontale (fig. 14.3.a) folosind freze cilindrice sau freze frontale; 2. Frezarea suprafeelor plane verticale (fig. 14.3.b) folosind freze deget sau freze frontale; Fig. 14.4. Frezarea suprafeelor profilate 1 freze cu profil conjugat celui al piesei; 2 - pies 84 ndrumar de laborator 3. Frezarea suprafeelor plane nclinate (fig. 14.3.c) prin nclinarea piesei de prelucrat sau a arborelui port-scul, folosind freze cilindrice, frontale sau unghiulare; 4. Frezarea suprafeelor profilate (fig. 14.4) folosind freze care au un profil conjugat celui al piesei. La stabilirea regimului de achiere trebuie s se in seama de prelucrabilitatea materialului de prelucrat, de precizia i calitatea cerut supafeei ce va fi frezat, de materialul i tipul frezei, de rigiditatea sistemului main unealt dispozitiv - pies. Ordinea de stabilire a parametrilor regimului de achiere este: 1. Se alege tipul de frez, caracterizat prin diametrul exterior D, numrul de dini Z i durabilitatea economic T [min]; se vor folosi datele orientative din Tabelul 14.1. 2. Se stabilete adncimea de achiere t [mm] n funcie de tipul frezei, de calitatea suprafeei (pentru operaiile de finisare se las 10% din adaosul de prelucrare) conform Tabelului 14.1. 3. Se stabilete avansul pe dinte sz [mm/dinte] cu ajutorul tabelelor din literatura de specialitate; pentru lucrarea de fa se va folosi Tabelul 14.2. 4. Se stabilete limea de frezare B [mm] (limea de contact a frezei cu semifabricatul) conform Tabelului 14.1. 5. Se determin viteza economic de achiere v [m/min] folosind Tabelul 14.3. 6. Se determin turaia frezei n [rot/min] care trebuie reglat la maina de frezat pentru a realiza viteza v; se determin cu relaia: DVn=1000 [rot/min] (3) unde: - V - viteza de achiere [m/min] - D - diametrul frezei [mm] 7. Se alege din gama de turaii a a mainii de frezat turaia imediat inferioar (nma) celei calculate; 8. Se recalculeaz viteza de achiere cu relaia: 1000masnDV= [m/min] (4) 9. Se calculeaz avansul pe minut smin (viteza de avans) [mm/min]: smin= s x n = sz x z x n (5) 10. Se alege din gama de avansuri avansul pe minut cel mai apropiat de cel calculat. 11. Se recalculeaz avansul pe dinte. 12. Se determin forele de achiere i puterea necesar frezrii, lund n considerare parametri regimului de lucru stabilii anterior. 13. Se fac calcule de verificare a rezistenei sculei i mainii de frezat. Dup nsuirea noiunilor teoretice privind prelucrarea prin frezare, studenii vor efectua n laborator urmtoarele: se va studia maina de frezat universal din laborator (aflat n repaus): se vor identifica prile componente i modul de funcionare; Tehnologia materialelor 85 se vor recunoate manetele de comand; se vor face manevrele pentru realizarea micrilor principale i de avans; se vor executa diferite operaii de frezare dup ce, n prealabil, s-a reglat maina pentru regimul de achiere stabilit; se vor stabili operaiile succesive de frezare a unui reper, dup un desen de pies finit; se va urmri executarea reperului; se vor schia operaiile (fazele) de frezare i sculele folosite; se va schia schema maini de frezat universal, cu denumirea i destinaia elementelor de comand. Tabelul 14.1 Alegerea fazelor de lucru Tipul frezei Adncimea de frezare t [mm] Limea de frezare B [mm] Diametrul recomandat al frezei D [mm] Freze cilindrice 5 8 70 90 60...75 90...110 Freze frontale 4 6 40 60 50...75 75...90 Freze disc 8 12 20 25 60...75 90...110 Freze disc cu dini rari 10 20 25 4 5 10 60...75 75 110 Tabelul 14.2. Avansurile pe dinte sz [mm/dinte] la frezare Avansul pe dinte sz [mm/dinte] Materialul semifabricatului Fc Ff Fz Fd Fr Fdur Font cenuie 0,2 0,2 0,07 0,05 0,3 0,1 Oel cu r 60 daN/mm2 0,15 0,2 0,07 0,05 0,3 0,09 Oel cu r > 60 daN/mm2 0,1 0,15 0,06 0,04 0,2 0,08 Oel aliat cu r 110 daN/mm2 0,08 0,1 0,05 0,02 0,15 0,06 Oel aliat cu r > 110 daN/mm2 0,05 0,08 0,03 0,01 0,1 0,05 Bronz 0,15 0,15 0,07 0,04 0,3 0,12 Fc frez cilindric; Ff frez cilindro-frontal; Fz frez cu dini frezai; Fd frez frontal cu dini detalonai; Fr frez cu dini aplicai, din oel rapid; F dur - frez cu dini aplicai, din aliaj dur 86 ndrumar de laborator Tabelul 14.3 Viteza de achiere economic v [m/min] la frezare Viteza de achiere v [m/min] Materialul semifabricatului Freze din oel rapid Freze cu plcue din carburi metalice Font cenuie 17...20 60...100 Oel cu r 60 daN/mm2 16...24 140...160 Oel cu r > 60 daN/mm2 15...20 100...140 Oel aliat cu r 110 daN/mm2 12...16 80...120 Oel aliat cu r > 110 daN/mm2 8...14 60...100 Bronz 40...50 60...100 5. Prelucrarea i interpretarea rezultatelor. Concluzii. Datele operaiilor de frezare se vor trece ntr-un tabel de forma celui de mai jos. Se vor analiza i se vor trage concluziile care se impun. Tabelul 14.4 Regimul de lucru V [m/min] Sz [mm/dinte] t [mm] n [rot/min] B [mm] D [mm] Nr. crtCalitatea materialului piesei Denumirea i schia sculeiMaterialul sculei Din norme Din calcul Din norme Pe main Din norme Pe pies Din calcul Pe main Pe pies Tehnologia materialelor 87 LUCRAREA NR. 15. PRELUCRAREA PRIN RABOTARE I MORTEZARE 1. Scopul lucrrii. Scopul lucrrii este nsuirea de ctre studeni a cunotinelor teoretice i practice necesare pentru executarea operatiilor pe mainile rabotat i mortezat. Se vor studia: construcia i funcionarea mainilor-unelte, sculele i dispozitivele utilizate la rabotare i mortezare, parametri regimului de lucru i indicaiile asupra alegerii acestora. 2. Consideraii generale. Rabotarea reprezint operaia de prelucrare prin achiere realizat pe maini unelte numite maini de rabotat cu scule numite cuite de rabotat. Mortezarea se execut pe maini de mortezat cu cuite de mortezat. Att micarea principal de achiere (executat de pies sau scul, funcie de tipul mainii-unelte), ct i cea secundar, sunt rectilinii. La rabotare micarea principal de achiere are loc n plan orizontal (fig. 15.1.a), iar la mortezare are loc n plan vertical (fig.15.1.b). Mainile de rabotat pot fi: cu cuit mobil sau maini de rabotat transversal, se mai numesc epinguri; cu mas mobil sau maini de rabotat longitudinal. Mainile de mortezat sunt ntotdeauna cu cuit mobil i se mai numesc morteze. Fig. 15.1. Schema de principiu a prelucrrii prin rabotare (a) i mortezare (b) 88 ndrumar de laborator Att la rabotare, ct i la mortezare, micarea principal de achiere este format dintr-o curs activ, n timpul creia se execut achierea propriu-zis, i o curs n gol, pentru revenirea sculei n poziia iniial de prelucrare, astfel nct, dup efectuarea micrii de avans, s aib loc o nou curs activ. Ambele curse formeaz aa-numita curs dubl. Viteza de achiere este variabil, crete de la 0 la o valoare maxim, scznd apoi la 0 la sfritul fiecrei curse. Valoarea medie a vitezei de achiere vm se determin cu relaia: 10001+=gamvvnLv [m/min] (1) unde: L lungimea cursei [mm]; n numrul de curse duble pe minut [cd/min]; va viteza cursei active [m/min]; vg - viteza cursei de mers n gol [m/min]. 3. Utilaj, aparatur i materiale folosite. a. epingul. Prelucrarea prin rabotare se execut n laborator pe o main de rabotat cu cuit mobil. Elementele componente ale epingului sunt prezentate n figura 15.2. 1 3 2 5 4 7 6 III IV II I Fig. 15.2. epingul 1 batiu; 2 cutie de viteze; 3 berbec; 4 cap port-scul; 5 mas de lucru; 6 travers; 7 prghie de sprijin; I micare principal; II micare de avans a mesei; III micare de avans a saniei port-cuit; IV micare de reglare n plan vertical. Tehnologia materialelor 89 Maina de rabotat se compune din batiul 1, n interiorul cruia se afl sistemul de antrenare format din cutia de viteze 2 i un mecanism cu culis oscilant. La partea superioar a batiului se afl ghidajele orizonale pe care se deplaseaz berbecul 3. Acesta execut micarea principal de achiere I, rectilinie alternativ, pe care o imprim cuitului, montat n capul port-cuit de la captul frontal al berbecului. Piesele se aeaz pe masa 5 a mainii de rabotat, prins n consol pe traversa 6, i execut micarea secundar II de avans transversal intermitent. Traversa se poate deplasa n plan vertical, micarea IV, cu ajutorul unui ax filetat. Masa se consolideaz prin prghiile 7. Capul port-scul realizeaz micarea de avans vertical III manual sau automat. b. Scule i dispozitive pentru prelucrarea prin rabotare. Cuitele de rabotat se aseamn cu cuitele de strung, avnd particulariti specifice modului n care se realizeaz prelucrarea. Se execut din oeluri de scule sau sunt armate cu plcue din carburi metalice. Ca i cuitele de strung, cuitele de rabotat se fixeaz n dispozitive port-cuit. Aceste dispozitive sunt prevzute cu mecanisme pentru ridicarea cuitului la cursa de mers n gol. Piesele de prelucrat sunt fixate pe masa mainii de rabotat cu ajutorul unor elemente i dispozitive standardizate (furci cu nlime fix sau variabil, tampoane, plci de sprijin i de strngere, etc.) sau speciale (menghine de diferite tipuri). 4. Modul de lucru. Pe maina de rabotat se pot prelucra suprafee plane, orizontale, nclinate, profilate, canale interioare i exterioare, etc. 1. Rabotarea suprafeelor plane orizontale (fig. 15.1.a) se execut pe maini de rabotat cu cuite normale. Micrile necesare sunt: micarea principal de achiere I efectuat de scul i o micare de avans II efectuat de pies (fig. 15.2). 2. Rabotarea suprafeelor plane verticale se execut, de obicei, cu cuite normale. Cuitul va fi astfel aezat nct s nu se frece pe suprafaa prelucrat (nclinat fa de direcia de avans III). n acest caz avansul se efectueaz pe vertical. 3. Rabotarea supafeelor plane nclinate se execut cu un cuit cu tiul paralel cu nclinaia suprafeei prelucrate sau cu un cuit normal. Avansul sculei se realizeaz dup o direcie III, paralel cu suprafaa prelucrat, care se obine prin nclinarea capului port-scul. 4. Rabotarea suprafeelor profilate se face combinnd manual avansul vertical III cu cel orizontal II (fig. 15.2) sau folosind dispozitive speciale de copiere. 5. Rabotarea canalelor se execut cu cuite speciale, profilate corespunztor formei canalului care trebuie prelucrat. Stabilirea regimului de achiere const n alegerea adncimii de achiere t [mm], a avansului s [mm/cd] i a vitezei de achiere [m/min]. 1. Se stabilete adncimea de achiere t [mm] avnd n vedere mrimea adaosul de prelucrare (90% adaosul de degroare i 10% cel de finisare). n cazul n care adaosul la faza de degroare este prea mare, el se ndeprteaz prin mai multe treceri. 2. Se stabilete avansul s [mm] cu ajutorul tabelelor din literatura de specialitate; pentru lucrarea de fa se va folosi Tabelul 15.1. pentru alegerea avansului la degroare i Tabelul 15.2. pentru avansul la finisare. 3. Se determin viteza economic de achiere v [m/min] folosind Tabelul 15.3. pentru faza de degroare i Tabelul 15.4 pentru cea de finisare. 90 ndrumar de laborator 4. Se determin forele de achiere i puterea necesar rabotrii, lund n considerare parametri regimului de lucru stabilii anterior i se fac calcule de verificare a rezistenei sculei i mainii de rabotat. Dup nsuirea noiunilor teoretice privind prelucrarea prin rabotare, studenii vor efectua n laborator urmtoarele: se va studia maina de rabotat din laborator (aflat n repaus): se vor identifica prile componente i modul de funcionare; se vor recunoate manetele de comand; se vor face manevrele pentru realizarea micriilor principale i de avans; se vor executa diferite operaii de rabotare dup ce, n prealabil, s-a reglat maina pentru regimul de achiere stabilit; se vor stabili operaiile succesive de rabotare a unui reper, dup un desen de pies finit; se va urmri executarea reperului; se vor schia operaiile (fazele) de rabotare i sculele folosite; se va schia schema maini de rabotat, cu denumirea i destinaia elementelor de comand. Tabelul 15.1. Avansul s [mm/cd] la rabotarea de degroare a suprafeelor plane Adncimea de achiere t [mm] 3,0 4,0 6,0 Materialul semifabricatului Avansul s [mm/cd] Oel cu r 60 daN/mm2 0,80...0,96 0,64...0,80 0,48...0,64 Oel cu r > 60 daN/mm2 0,64...0,80 0,48...0,64 0,40...0,56 Oel aliat cu r 70 daN/mm2 0,64...0,80 0,48...0,56 0,28...0,40 Oel aliat cu r > 700 daN/mm2 0,48...1,44 0,32...0,48 0,24...0,40 Font cu HB 180 0,96...1,12 0,80...0,96 0,64...0,80 Font cu HB =181...220 0,80...0,96 0,64...0,80 0,48...0,64 Tehnologia materialelor 91 Tabelul 15.2. Avansul s [mm/cd] la rabotarea de finisare a suprafeelor plane Materialul piesei Font cu HB = 100...140; Oel cu r = 30...40 daN/mm2; Bronz cu r = 20...30 daN/mm2 Font cu HB = 141...180; Oel cu r = 41...70 daN/mm2; Oel aliat cu r = 50...70 daN/mm2; Oel turnat i bronz cu r >30 daN/mm2 Font cu HB = 180...140; Oel cu r > 70 daN/mm2; Oel aliat cu r > 70 daN/mm2; Calitatea suprafeei de prelucrat Tipul cuitului de rabotat Adncimea de achiere t [mm] Avans s [mm/cd] Pregtit pentru finisare Normal 2,0 0,48...0,64 0,40...0,56 0,32...0,48 Curat, cu urme grosolane de prelucrare Normal 1,5 0,24...0,48 0,20...0,40 0,16...0,32 Curat, cu urme de prelucrare puin vizibile Normal 1,0 0,20...0,40 0,16...,032 0,12...0,24 Pregtit pentru rectificare Lat 0,5 0,80...2,4 0,80...2,40 0,80...2,00 Definitiv, fr nici o prelucrare ulterioar Lat 0,3 0,80...4,8 0,80...4,0 0,80...3,20 Tabelul 15.3 Viteza de achiere economic v [m/min] la rabotarea de degroare Adncimea de achiere t [mm] 3,0 4,0 6,0 Viteza de achiere v [m/min] Avans [mm/cd] I II I II I II 0,4 26,4 23,0 25,0 21,6 22,4 21,0 0,5 23,0 21,0 21,6 20,0 19,0 19,0 0,7 18,4 18,4 17,6 17,6 16,0 16,8 1,0 14,4 16,0 13,6 15,0 12,0 14,4 1,4 - - 11,0 13,6 9,6 12,8 2,0 - - - - 8,0 11,0 Observaie: cifrele din coloana I se refer la oel carbon cu r = 75 daN/mm2 , iar cele din coloana II la font cenuie cu190 HB; prelucrarea se face cu cuite din oel rapid. 92 ndrumar de laborator Tabelul 15.4 Viteza de achiere economic v [m/min] la rabotarea de finisare Adncimea de achiere t [mm] 1,0 1,5 2,0 Viteza de achiere v [m/min] Avans [mm/cd] I II I II I II 0,10 - 39 - 37,6 - - 0,15 63 35 57 33,0 53 31 0,20 54 32 50 29,6 45 29 0,25 49 30 44 28,0 41 27 0,30 43 28 39 26,4 36 25,6 0,40 - - 32 24,0 30 23 0,60 - - - - 23 21 Observaie: cifrele din coloana I se refer la oel carbon cu r = 75 daN/mm2 , iar cele din coloana II la font cenuie cu HB = 190; prelucrarea se face cu cuite din oel rapid. 5. Prelucrarea i interpretarea rezultatelor. Concluzii. Datele operaiilor de rabotare se vor trece ntr-un tabel de forma celui de mai jos. Se vor analiza i se vor trage concluziile care se impun. Tabelul 15.5 Regimul de lucru V [m/min] s [mm/cd] t [mm] n [cd/min] L [mm] Nr. crtCalitatea materialului piesei Denumirea i schia sculei Materialul sculei Din norme Din calcul Din norme Pe main Din norme Pe pies Din calcul Pe main Lungimea cursei berbeculuiTehnologia materialelor 93 94 ndrumar de laborator

Recommended

View more >