Tehnologia Materialelor CAPITOLUL 1

Download Tehnologia Materialelor CAPITOLUL 1

Post on 05-Jul-2015

297 views

Category:

Documents

0 download

TRANSCRIPT

CAPITOLUL 1 NOTIUNI INTRODUCTIVE 1.1.Tehnologia - definiii La baza oricrei discipline tiinifice st un set de noiuni judicios stabilite, care servesc drept crmizi de construcie a ntregului sistem. De regul, aceste noiuni sunt legate ntre ele i de noiunile tiinelor fundamentale. Definirea precis a noiunilor cu care urmeaz s operm este extrem de important, indiferent de domeniul pe care urmeaz s-l abordm, deoarece trebuie s tim exact la ce ne referim/raportm, pentru a evita orice confuzie. Definiia 1. Tehnologie = tiina care se ocup cu studiul, elaborarea i determinarea proceselor, metodelor i procedeelor de prelucrare a materialelor. Ca tiin tehnologia s-a dezvoltat pe baza i n strns legatur cu alte tiinte i discipline: matematica, fizica, chimia, electrotehnica, mecanica, metalurgia, tiina materialelor, etc. In funcie de materialul care se prelucreaz, se deosebesc diverse tehnologii cum ar fi: - tehnologia elaborrii metalelor; - tehnologia construciilor de maini; - tehnologia produselor alimentare; - etc. Definiia 2 . Tehnologie = ansamblu de procese, metode, procedee, reguli, operaii, faze care se desfoar n scopul obinerii (fabricrii) unui anumit produs (pies, organ de main, subansamblu, etc.). Tehnologia fabricrii produselor impune n mod obligatoriu executarea operaiilor ntr-o succesiune bine determinat i prestabilit. Prin aceasta, pn la transformarea n produse finite, materiile prime, materialele i semifabricatele trec printr-o serie de schimbri ale formei i dimensiunilor, ale compoziiei chimice i proprietilor fizico-mecanice, ale aspectului exterior, al poziiilor reciproce a suprafeelor, ale structurii. Definiia 3. Tehnologia se refer la aplicarea practic a cunoaterii prin intermediul tehnicilor utilizate n activitile productive (ca ansamblu de instrumente, metode i norme). Tehnologia este o tiin care studiaz transformrile la care este supus substana n procesele tehnologice de lucru i le aplic n vederea obinerii produselor. Tehnologia este tiina care studiaz toate transformrile la care este supus substana n procesele tehnologice de lucru i modalitile prin care 13

conducem aceste transformri n vederea obinerii produselor, n condiii tehnico-economice optime. Tehnologia este o tiin aplicativ. Ea nu rezolv problema realizrii unui singur produs, ci a obinerii de producii industriale. Tehnolgia aplic legile celorlalte tiine. Tehnologia utilizeaz legile fizicii, chimiei, ale altor tiine, precum i legi proprii. Tehnologia are trei dimensiuni: 1- Dimensiunea material = care se refer la ansamblul uneltelor, instalaiilor, mainilor, materialelor, sculelor i dispozitivelor utilizate n activitatea productiv; 2- Dimensiunea normativ = care cuprinde normele de utilizare a dimensiuii materiale i reelele de organizare a produciei asociate unei tehnologii; 3- Dimensiunea social = reprezentat de suma de abiliti i comportamente individuale i colective, ca i de normele sociale generate de utilizarea unei anumite tehnologii; Din punct de vedere al fenomenelor tiinifice care stau la baza principiului fizic al metodei tehnologice, tehnologiile se mpart n dou mari categorii: 1. Tehnologii clasice (convenionale); 2. Tehnologii neconvenionale; Tehnologii neconvenionale sau electrotehnologiile s-au dezvoltat rapid n ultimele dou decenii ca urmare a unor cerine ale industriei. Dezvoltarea i rspndirea lor se datoreaz i apariiei unor noi materiale foarte greu sau imposibil de prelucrat folosind tehnologiile clasice. De asemeni exploatarea spaiului cosmic i cursa narmrilor au constituit factorii motrici ai apariiei i rspndirii tehnologiilor neconvenionale. Marea majoritate a procedeelor i metodelor de prelucrare neconvenional au la baz, transformarea energiei electrice ntr-o alt form: energie caloric, luminoas, mecanic. Aceast nou form de energie este utilizat apoi pentru prelucrarea materialelor. Procedeele tehnologice clasice nu pot fi nlocuite prin cele neconvenionale. Dimpotriv, electrotehnologiile sunt o completare a tehnologiilor clasice, care rmn cu ponderea cea mai mare n construcia de maini. Asimilarea de ctre industrie de noi metode de prelucrare este legat direct de preul de cost, productivitatea i timpul de amortizare al investiiei. Prin automatizare, robotizare i computerizare o tehnologie clasic nu poate trece n sfera neconvenionalului, deoarece principiile fizice care stau la baza metodei tehnologice respective rmn aceleai. 14

Toate aceste considerente, mpreun cu cele economice care joac un rol decisiv, fac ca importana i dimensiunile tehnologiilor clasice s rmn netirbite. De aici deriv i spaiul considerabil pe care-l vom aloca studiului tehnologiilor clasice (de exemplu n Japonia existau n 1980 10% maini pentru prelucrri neconvenionale). Vom defini n cele ce urmeaz unele noiuni fundamentale cu ajutorul crora vom explicita principalele noiuni ale tehnologiei. ISO 9000 definete urmtoarele noiuni: Necesitate nevoie sau dorin resimit de ctre un utilizator. Cerin nevoie sau ateptare care este declarat, n general implicit sau obligatorie. Satisfacie a clientului percepie a clientului despre msura n care cerinele sale au fost ndeplinite. Management activiti coordinate pentru a orienta i controla o organizaie. Sistem de management sitem prin care se stabilesc politica i obiectivele i prin care se ndeplinesc acele obiective. Organizaie grup de persoane i faciliti cu un ansamblu de responsabiliti, autoriti i relaii determinate. Eficien relaie ntre rezultatul obinut i resursele utilizate. Structur organizatoric ansamblu de responsabiliti, autoritti i relaii dintre persoane. Infrastructur sistem de facilti, echipamente i servicii necesare pentru funcionarea unei organizaii. Mediu de lucru ansambli de condiii n care se desfoar activitatea. Proces ansamblu de activitti corelate sau n interaciune care transform intrrile n ieiri. Produs rezultatul unui proces. Proiect process unic care const dintr-un ansamblu de activiti coordinate i controlate, cu data de nceput i de finalizare, ntreprins pentru realizarea unui obiectiv conform cerinelor specifice i care include constrngeri referitoare la timp, costuri i resurse. Procedur mod specific de desfurare a unei actriviti sau a unui proces. Caracteristic trstur distinctive. Informaie date semnificative. Document informaie mpreun cu mediul su suport. ncercare determinare a uneia sau a mai multor caracteristici n conformitate cu o procedur. 15

Analiz activitate de determinare a potrivirii, adecvanei i eficienei n ceea ce privete ndeplinirea obiectivelor stabilite. Client organizaie sau persoan care primete un produs. Prin proces (procedeu) nelegem un ansamblu de mijloace i de activiti coerente care transform elementele de intrare n elemente de ieire. Intrri Ieiri

PROCESOrice activitate uman contient este realizat printr-un proces. Fiecare proces are elemente de intrare sub forma unor fluxuri de materiale, utilaje, scule, dispozitive, resurse umane, energie, know-how. Ieirile din sistem pot fi produse, servicii, programe de calcul, etc. Procesul este o activitate de-a lungul creia elementele de intrare sufer transformri i li se adaug valoare. Standardul francez NF X50-150, definete urmtoarele noiuni: Constrngere (NF X50-150) limitarea n libertatea de alegere a proiectantului / realizatorului unui produs. Constrngerile apar datorit: - unor condiii impuse produsului; - lipsei unor mijloace; - cerinelor pieei; - necesittii respectrii unor norme; - impunerii unei soluii de principiu. Constrngerile evolueaz n timp i nu depend de loc. Constrngerile inutile trebuiesc identificate i nlturate. Intr-un produs constrngerile se regsesc sub form de funcii de constrngere. Criteriu de apreciere (NF X50-150) character reinut pentru a aprecia modul n care o funcie este ndeplinit sau o constrngere este respectat. Pentru o aceeai funcie por exista criterii diferite de apreciere. In msura n care este posbil orice criteriu de apreciere trebuie asociat unei scri care s permit evaluarea nivelului. Produs (NF X50-150) Ceea este sau va fi furnizat unui utilizator pentru a rspunde necesitilor sale. Bunurile materiale obinute sau create n urma unor procedee de munca se numesc produse. 16

Obinerea sau crearea produselor este rezultatul desfurrii unui proces de producie. Proces de producie = proces tehnico-economic complex care cuprinde ntreaga activitate desfurat pentru realizarea produselor. Dup obiectul asupra cruia se exercit, procesele de producie pot cuprinde : 1. Procese de baz, care realizeaz fabricarea sau repararea produselor prin tehnologii de lucru i tehnologii de control; procesele de baz contribuie direct la transformarea materiilor prime si ale semifabricatelor n produse finite. 2. Procese de pregtire, (cuprinde activitile de proiectare, organizare); aceste procese se constituie n activitatea de pregtire tehnologic a fabricaiei, de a crei acuratee depinde succesul ntregii activitti productive; 3. Procese anexe, completare a celor de baz i se refer la activiti cum ar fi cea de ntreinere a sculelor i utiliajelor; 4. Livrare i comercializare

Structura Proces de producie

Activitate de conducere - luarea deciziilor; Proces de pregtire; Proces de baz; procese de producie, care pot fi:; - fabricaie; -reparaie; procese de control; Procese anexe; Livrare;

Procesele de producie se pot clasifica n : - procese de extractie; - procese tehnologice de fabricaie; Pornind de la materiile prime, prin procesele tehnologice de fabricaie se pot realiza: - materiale de fabricaie (produse neprelucrate n piese); - materiale semifabricate (materiale folosite pentru fabricarea unor piese); Dimensiunile semifabricatului fiind ntotdeauna mai mari dect ale piesei finite, se definete noiunea de indice (randament) de utilizare al materialului ( ). M 17

M =

M pf M sf

x100 [%]

-

unde Mpf reprezint masa piesei finite iar Msf masa semifabricatului. - piese finte (produsul finit rezultat din procesul tehnologic); - ansamblu tehnic, produs (totalitatea pieselor montate care alctuiesc un sistem tehnic cu o anumit funciune); Un produs este un sistem tehnic care ndeplinete o funcie principal si este compus din mai multe repere. Fiecare reper este definit prin configuraie geometric i caracteristici de material. Configuraia geometric este caracterizat prin - form; - dimensiuni; - poziie relativ a suprefeelor; - gradul de netezime al suprafeelor sale (rugozitatea). Caracteristicile de material sunt definite de: - compoziie chimic; - caractersitici mecanice; - structur; proprieti tehnologice. Reperele mai pot fi definite ns i prin funciunile, caracteristicile eseniale care le definesc. Produsul finit rezultat n urma derulrii unui proces tehnologic poate juca rolul de semifabricat n desfurarea altui proces tehnologic. Proces tehnologic 1 SemifaSe bricat Pies finit 1 Proces tehnologic 2

Semifabricat 2

Pies finit 2

Procesele tehnologice de fabricaie au urmtoarele inte : 1. - modificarea proprietilor fizico-mecanice ale materialelor; 2. - modificarea formei, dimensiunilor, poziiei reciproce i calitii suprafeelor; 3. modificarea structurii ; Procesul tehnologic este o parte costitutiv a procesului de producie n decursul creia se realizeaz transformarea materialului n pies finit. Procesele tehnologice pot fi : 18

procese tehnologice de prelucrare (elaborare, tratament termic, prelucrare dimensional); Procesele tehnologice de prelucrare urmresc modificarea configuraiei geometrice, i pot fi: - procese tehnologice de elaborare=vizeaz obinerea materialelor ce urmeaz a fi supuse prelucrrii; - procese tehnologice de semifabricare=vizeaz obinerea semifabricatelor prin modificarea configuraiei geometrice a pieselor; - procese tehnologice de tratament=vizeaz modificarea structurii materialelor i deci a caracetristicilor lor mecanice i a proprietilor tehnologice; procese tehnologice de control; procese tehnologice de asamblare (demontabil sau nedemontabil); procese tehnologice de reparare i recondiionare. Procese tehnologice de semifabricare Materii prime Materiale brute Semifabricate Pies finit Procese tehnologice de prelucrare

Procese tehnologice de elaborare mecanic si tratament termic

Prin prelucrare se modific starea sau compoziia materialului, forma, dimensiunile, rugozitatea, poziia reciproc a suprafeelor, iar prin asamblare se unesc piesele n mod ordonat ntr-un sistem tehnic. Procesul tehnologic de prelucrare se refer la : elaborare; confecionare; tratament termic; suprafaare; Metoda tehnologic (MT) exprim principiul de execuie al unei operaii sau a unei serii de operaii din punct de vedere al naturii fenomenelor fizico-chimice pe care le suport materialul. Metoda tehnologic reprezint un mod sistematic i principial de executare a unei

19

operaii ntr-un proces tehnologic, dintr-un punct de vedere esenial: natura fenomenelor care conduc la transformarea materialului supus prelucrrii. Procedeul tehnologic (PT) se refer la mijloacele concrete prin care se realizeaz metoda tehnologic din punct de vedere al utilajelor folosite, al mediului de lucru i al materialelor folosite. Procedeul tehnologic cuprinde i mijloacele prin care se realizeaz o metod tehnologic, din punct de vedere al dimensiunii materiale i a celei normative a tehnologiei aplicate. Putem considera procedeul tehnologic ca fiind un sistem ordonat de dou elemente(n sens algebric). Pentru ca dou sisteme ordonate de dou elemente s fie identice este necesar ca elementele lor componente s fie identice. De aceea orice diferena orict de mic n una din dimensiuni conduce la apariia unui nou procedeu tehnologic. PT = (Dmat, Dnorm) O metod tehnologic nu se aplic prin ea nsi, ci prin intermediul procedeelor tehnologice. O aceeai metod tehnologic se poate aplica prin una sau mai multe procedee tehnologice. Metoda arat modul principial de executare iar procedeul modul concret. Procedeele tehnologice aferente unei metode se deosebesc ntre ele prin utilajele i sculele utilizate. Fiecare metod tehnologic i are fenomenele i legile sale fundamentale. Procedeele respect fenomenele i legile fundamentale, completndu-le cu fenomene i legi proprii, corespunztoare utilajului tehnologic specific procedeului. Diferitele procedee tehnologice, aferente unei aceleai metode, pot avea anumite elemente comune. Putem astfel delimita n cadrul aceleai metode grupe sau familii de procedee tehnologice, care n ciuda individualizrii lor au anumite elemente comune. Procedeele tehnologice se deosebesc prin utilajele tehnologice folosite. Exemplu : Metoda - turnarea. Procedee tehnologiceturnarea n forme vidate, turnarea n forme permanente, etc. Procedeul tehnologic de fabricaie este o sum de operaii care se execut n serie sau n paralel (secvenial sau suprapus). Operaia tehnologic este o parte constitutiv a unui procedeu tehnologic i este o activitate ordonat, limitat n timp, efectuat fr ntrerupere de ctre un operator, la un singur loc de munc, asupra unuia sau mai multor materiale supuse lucrrii, n scopul modificrii proprietilor fizico-chimice, a formei geometrice i a dimensiunilor materialului. 20

Pe parcursul unei operaii tehnologice se folosesc semifabricate i materiale, maini i aparate de lucru, diverse dispozitive. Operaia este compus din mai multe faze. Faza este o parte a unei operaii ce realizeaz un singur scop sau obiectiv tehnologic cu ajutorul aceleiai scule i cu acelai regim de lucru. Faza poate fi compus din mai multe mnuiri. Utilajul tehnologic poate fi acionat manual, semiautomat sau automat. Prin sistem manual neleg un sistem la care fiecare faz este comand manual. La sistemele semiautomate numai extragerea piesei finite este manual, restul fazelor derulndu-se n regim automat. Pentru sistemele automate trebuie comandat manual numai nceputul ciclului. Fiecare procedeu tehnologic este definit prin anumite caracteristici tehnologice, care sunt mrimi utilizate pentru determinarea, aprecierea i diferenierea modificrilor realizate asupra obiectului supus prelucrrii. 1.2. Principii tehnologice Orice tehnologie este o sum de procese multidimensionale, cu foarte muli parametri, rezultai din interaciunea concret a unor materiale reale cu mijloacele de transformare ale acestora. In ciuda caracterului relativ empiric al tehnologiei, exist totui legiti care confer consisten i coeren tehnologiei ca tiin. Acestea sunt: - Principiul multidimensional; - Principiul eficienei; - Principiul informaiei.Principiul proiectrii proceselor tehnologice. Principiul multidimensional Procesul de producie este extrem de complex, existnd o multitudine de mrimi de intrare n sistem, i o multitudine de factori externi cu care reacioneaz. Exist de asemeni un numr considerabil de variabile n sistem determinate de numrul mare de materiale, scule, dispozitive, masini care concur la realizarea procesului de producie. Aceast multitudine de variabile, de factori de interaciune impune un anumit tip de organizare a produciei care s se apropie de un optim tehnologic i economic. Principiul eficienei O tehnologie trebuie s permit realizarea nivelului maxim de eficien pentru care a fost proiectat. 21

Aceast eficien trebuie s se regseasc n indicatori cum ar fi: cost, fiabilitate, productivitate, consum de materiale, consum de energie, consum de scule, etc. Prin derularea unui proces de producie nu numai c trebuie s realizm o anumit cantitate de produse de o anumit calitate dar trebuie ca activitatea productiv s ating anumii parametrii economici care s confere unitii de producie o rentabilitate ct mai ridicat. Principalii indicatori de eficien sunt costul produsului, productivitatea muncii, fiabiltatea. Performanele tehnice i/sau tehnologice nu au nici o valoare dac nu sunt dublate de o bun eficien a procesului de producie respectiv. Principiul informaiei. Principiul proiectrii proceselor tehnologice In desfurarea unui proces tehnologic, trebuie s asigurm permanent controlul fluxurilor de intrare i de ieire n limitele prescrise. Procesul tehnologic trebuie s se desfoare cu cu minimum de efort i cu maximum de rezultate. Proiectarea unui pordus cuprinde: - proiectarea funcional = se refer la conceperea produsului, ca sistem tehnic ce trebuie s ndeplineasc anumite funciuni; - proiectarea tehnologic = se refer la conceperea produsului astfel nct el s fie realizat printr-o tehnologie ct mai convenabil. Putem defini tehnologicitatea unei piese ca fiind cu att mai bun cu ct piesa a fost produs n parametri de calitate cu un consum minim de materiale, utilaje, manoper. Aceasta presupune ca orice proces tehnologic s fie proiectat att din punct de vedere funcional (constructiv), ct i tehnologic. Fluxurile de intrare i de ieire (ale unui proces tehnologic) sunt redate n figura de mai jos: Materiale Energie For de munc Cunoater e Fig. 1.1 22 Produs Energie disipat Deeuri materiale Noi cunotine

Proces tehnologic

1.3. Proprietile materialelor metalice n momentul de fa n practic sunt folosite o multitudine de materiale , fiecare avnd anumite proprieti care le recomand pentru realizarea animitor repere. Se impune de aceea s analizm aceste proprieti i s le clasificm dup anumite criterii : Mecanice Termice Electrice Magnetice etc.

Fizice Intriseci Chimice Proprieti De utilizare

Tehnologice De exploatare

Proprietile intriseci sunt independente de locul i modul de folosire. Proprietile de utilizare sunt dependente de metoda de prelucrare tehnologic, de domeniul de utilizare i condiiile de exploatare. Proprietile mecanice sunt cele corespunztoare comportrii lor la solicitrile mecanice. Un material solid poate fi solicitat la solicitri ca: traciune, compresiune, ncovoiere, forfecare, rsucire. Materialele metalice posed urmtoarele proprieti mecanice: 1) Elasticitatea - proprietatea materialelor metalice de a se deforma sub aciunea unor fore exterioare i de a reveni la forma lor iniial dup ce solicitarea a ncetat. 2) Rigiditatea - proprietatea metalelor de a se opune deformaiilor elastice. Este o proprietate contrar elasticitii. Cu ct modulul de elasticitate longitudinal (E) crete cu att rigiditatea crete. 3) Plasticitatea - proprietatea materialelor deformate de a nu mai reveni la forma iniial dup ce forele exterioare i-au ncetat aciunea. 4) Fragilitatea - proprietatea materialelor de a nu permite deformaii plastice pn la rupere. Este o proprietate opus plasticitii. (o ntlnim la font). 23

5) Fluajul - proprietatea unor materiale de a se deforma n timp lent i continuu sub aciunea unor sarcini constante. 6) Tenacitatea - proprietatea materialelor de a acumula o energie mare de deformare plastic pn la rupere. Materialele tenace se rup dup deformatii plastice mari. Ca o msur a tenacittii este reziliena. 7) Duritatea - proprietatea unui material de a opune rezisten la ptrunderea din exterior n stratul su de suprafa a unui material mai dur. Duritatea se poate determina prin metodele Brinell, Rockwell, Vickers i se exprim n HB (uniti Brinell), HR (uniti Rocwell), HV (uniti Vickers); Proprietile tehnologice - sunt cele corespunzatoare prelucrabilitii prin diferite procedee tehnologice. Dup proprietile lor tehnologice, materialele se pot prelucra prin mai multe metode i procedee. 1) Turnabilitatea - proprietatea materialelor de a lua dimensiuni impuse dup solidificarea materialului topit introdus n cavitatea de turnare; 2) Deformabilitatea - proprietatea unor materiale de a se obine deformri remanente sub aciunea solicitrilor. 3) Sudabilitatea - proprietatea materialelor de a realiza asamblri nedemontabile prin stabilirea unor legturi ntre atomii marginali ai pieselor de mbinat; 4) Clibilitatea - proprietatea unor materiale de a deveni mai dure n urma nclzirii i rcirii lor brute la o anumit temperatur; Proprietile economice ale materialului sunt definite de o sum de relaii de interdependen dintre material i piaa de desfacere i utilizare.

24