Ingineria Sistemelor Biotehnice - AX IN 5 TREPTE - OLC 45

Universitatea Politehnica Bucuresti

- Ingineria Sistemelor Biotehnice-

AX IN 5 TREPTE - OLC 45

Procedee de turnare

Turnarea in forme 

Cel mai utilizat si ieftin procedeu de turnare este turnarea in forme temporare crude. Acestea se utilizeaza la o singura turnare dupa care se distrug. Forma se confectioneaza din amestec de formare pe baza de nisip, cu ajutorul modelelor si ramelor de formare. Operatia de formare propriu-zisa a cavitatii care reproduce configuratia exterioara a piesei necesita multa manopera, utilaje, energie, fapt ce a dus la dezvoltarea altor tehnologii de turnare,in forme metalice permanente.

Acestea prezinta avantajul ca rezista la un numar foarte mare de turnari (mii, zeci de mii). Formele metalice se numesc cochilii sau matrite. Se confectioneaza in scularii si au un pret ridicat, avand in vedere precizia dimensionala si calificarea inalta folosita.

Turnarea in forme metalice este rentabila doar la productia de serie. In cadrul acestei grupe s-au dezvoltat mai multe tipuri de procedee:

- turnarea in cochila;

- turnarea sub presiune;

- turnarea in vid;

- turnarea centrifugala;

- turnarea continua.

Pentru a micsora socul termic la care sunt expuse cochilele la fiecare turnare acestea se preincalzesc.Manevrarea acestor semicochilii calde se poate face doar cu mijloace mecanice, cu mecanisme cu parghii actionate hidraulic, pneumatic sau mecanic. Se obtin piese cu aspect frumos, cu pereti drepti, cu precizie dimensionala ridicata si cu o structura mai fina, datorita racirii cu viteza mare. Procentul de rebut este mai mic pentru ca sunt eliminate o serie de operatii si de cauze.

Datorita pretului cochilei, metoda se preteaza numai la productia de serie si la piese cu configuratie relativ simpla. Aerul preexistent in cochila este impins de metalul lichid in timpul turnarii prin niste canale si orificii foarte fine practicate in zona de lucru.

Un caz particular al turnarii in cochila il reprezinta turnarea cilindrilor de laminor din fonta. Datorita racirii rapide la suprafata cilindrului se va forma un strat de fonta alba. In interior se asigura conditii pentru cristalizarea fontei cenusii. Aceasta situatie este avantajoasa intrucat cilindrii de laminor sunt puternic supusi uzurii la suprafata.

Din punct de vedere al configuratiei pieselor ce se pot turna se recomanda piese cu configuratie simpla,fara proeminente, cu pereti de grosime uniforma, in general piese cu pereti relativ grosi. Daca piesele au goluri interioare, pentru obtinerea acestora se utilizeaza miezuri pe baza de nisip si lianti organici. Miezurile din amestec de miez sunt mai avantajoase pentru ca au permeabilitatea mai buna, compresibilitatea mai mare

(permit o contractie mai libera a piesei) si capacitate de dezbatere mare (curg usor din locas dupa turnare). Principalul dezavantaj consta in faptul ca sunt utilizate pentru o singura turnare. Miezurile metalice se pot utiliza de mai multe ori, dar se scot greu dupa turnare, intrucat piesele se contracta pe ele. Exista pericolul fisurarii pieselor datorita rezistentei opuse de miez la contractia de solidificare

I. Stabilirea si/sau analiza functionala al piesei folosind analiza morfofunctionala a suprafetelor.

Cunoasterea rolului functional este prima etapa in proiectarea oricarei piese tehnologice de realizare a piesei respective ,deoarece se face in primul rand o proiectare functioanala care trebuie sa se coreleze cu proiectarea tehnologica a piesei.

Rolul functional al piesei este dat de rolul functional al fiecarei piese ,suprafata ce delimiteaza piesa in spatiu de aceea in primul rand se stabileste rolul functional al fiecarei suprafete folosind metoda de analiza morfofunctionala a suprafetelor ce presupune parcurgerea urmatoarelor etape:

a)   Descompunerea piesei in suprafete cat mai simple;

b) Notarea tuturor suprafetelor ce delimiteaza piesa in spatiu;

Schema Suprafetelor

d)   Analiza suprafetei in parte

S-a analizat fiecare suprafata in parte din urmatoarele puncte de vedere:

- forma geometrica a suprafetei;

- dimensiunile de gabarit;

- precizia dimensionala;

- precizia de pozitie;

- rugozitatea;

-duritatea.

Rezultatele sunt trecute in tabelul urmator:

e) Intocmirea grafului 'suprafete - caracteristici'

Intocmirea grafului 'suprafete - caracteristici' in cazul arborelui studiat ,care reprezinta o sinteza a tuturor conditiilor tehnice de generare a fiecarei suprafete a arborelui este prevazentata in tabelul de mai sus.

f)    Stabilirea rolului functional al piesei

In urma analizei de corelatie a diferitelor tipuri de suprafete continuate in graful 'suprafete - caracteristici' s-a stabilit rolul functional posibil al piesei studiate. Arborele stabilit rolul functional al piesei studiate. Arborele cotit studiat este un organ de masina avand o configuratie complicate si mai ales un rol functional complex, transforma miscarea de translatie in miscare de rotatie motiv pentru care, pentru asigurarea unor conditii tehnice indispensabile, are o tehnologie pretentioasa. In plus arborele fiind supus unor solicitari dinamice variabile complexe trebuie bine echilibrat si confectionat dintr-un material capabil sa suporte aceste solicitari. Piesele de tipul celei studiate se intalnesc current in industria de automobile, masini agricole, compresoare, prese etc., avand diverse forme si dimensiuni.

II Alegerea materialului pentru confectionarea piesei

Alegerea materialului optim pentru confectinarea piesei este o problema deosebit de complexa ce trebuie rezolvata de proiectant.

Pentru alegerea materialului optim pentru confectinarea piesei 'Ax in 5 trepte' s-a utilizat o metoda deosebit de eficienta denumita metoda de analiza a valorilor optime care propun alegerea acelui material care indeplineste cerintele minime de rezistenta si durabilitate ale piesei in conditiile unui pret de cost minim si a unei fiabilitati sporite.

III. Obtinerea piesei semifabricat printr-un procedeu tehnologic de turnare.

Asa s-a stabilit, o varianta acceptabila de obtinere a piesei semi-fabricat pentru

piesa 'Ax in 5 trepte', o constituie turnarea in forme temporare din amestec de formare obisnuit, realizata manual.

Pregatirea formei de turnare, in vederea umplerii cu metal constituie una din cele mai importante tehnologii din ansamblul procesului de fabricare a piesei turnate.

De corecta executie a formelor de turnare depinde in cea mai mare proportie calitatea piesei turnate, deoarece prin metoda de formare folosita se influenteaza nemijlocit:

-calitatea suprafetei piesei turnate;

-precizia dimensionala a piesei;

-capacitatea masei metalice;

-structura de cristalizare a aliajului turnat;

-pretul de cost al piesei fabricate

Procesul tehnologic de obtinere a pieselor prin turnare in forme temporare poate fi structurat pe urmatoarele etape distinctive:

-realizarea modelului si a cutiilor de miez pe baza desenului piesei turnate sau a desenului de executie a modelului si a cutiilor de miez;

-realizarea formei de turnare si a miezurilor, ansamblarea formelor;

-elaborarea aliajului, transportul si alimentarea formelor;

-tratamentele aplicate la umplerea formei, solidificarea piesei;

-dezbaterea formelor, extragerea piesei solidificate si scoaterea miezurilor din piesa;

-separarea retelei de lumina si a maselotelor;

-curatirea;

-tratamentele termice si de suprafata, remedierea defectelor;

-controlul final al piesei;

-marcarea, conservarea, depozitarea, ambalarea si livrarea catre beneficiar

Pretul de cost al pieselor turnate depinde de cantitatea de material si manopera pentru confectionarea modelului si a cutiilor de miez depaseste cu mult pe cea pentru confectionarea formei, de aceea piesa trebuie sa fie astfel proiectata incat sa permita confectionarea usoara a modelului si a miezurilor.

Modelul si miezurile determina configuratia exterioara respective interioara a viitoarei piese realizata prin turnare.

1)   Intocmirea desenului piesei brut turnate

In vederea intocmirii desenului piesei brut turnate trebuie parcurse urmatoarele etape:

-stabilirea metodei de formare;

-stabilirea pozitiei de turnare;

-alegerea planului de separatie;

-stabilirea adaosului de prelucrare;

-stabilirea adaosului tehnologic;

Adaosurile tehnologice se justifica de urmatoarele conditii tehnologice de turnare:

-necesita dirijarii solidificarii piesei turnate, in vederea evitarii formarii in piese a retasurilor.

DESENUL PIESEI BRUT TURNATE

- dificultati la executarea piesei ,canale ,adancituri sau a peretilor subtiri;

- asigurarea unui supliment de material in vederea indepartarii maselotelor prin taiere;

- prevederea de nervure pe piesa turnata pentru a evita aparitia crapaturilor;

- prevederea de bare de legatura care sa impedice deformarea piesei la racier.

IV. Intocmirea desenului modelului

Constructia desenului modelului se face pronind de la desenul piesei brut turnate,care se completeaza cu adaosurile de contractie si cu marcile pentru sustinerea miezurilor ,daca piesa prezinta goluri interioare.

DESENUL MODELULUI

Modificarea volumului si implicit a dimensiunilor care are loc la incalzirea sau racirea aliajului metalic , nu poate fi eliminate , ea avand loc ca urmare a proprietatilor fizice, specifice fiecarui aliaj. Aceasta modificare de volum poate si trebuie compensate in cadrul proiectarii tehnologice de turnare prin aplicarea adaosurilor de contractie.

Contractia piselor la solidificare si racier depinde de viteza de racire in portiunea respectiva ,de compresabilitatea formei ,de existenta anumitor armature in forma de franarea contractiilor de catre maselote, de temperature de turnare a aliajului precum si de o serie de alti factori.

1) Executia formei de turnare

De corecta executie a formei de turnare depinde in cea mai mare parte calitatea piesei turnate deoarece prin metoda de turnare a piesei se influenteaza nemijlocit calitatea superioara a piesei turnate:

-precizia dimensionala;

-compactitatea masei metalice;

-structura de cristalizare a akliajului turnat;

-pretul de cost al piesei de fabricat.

Folosirea formelor crude este limitata de inaltimea piesei turnate deoarece la piesele prea inalte presiunea metalostatica din forma poate deforma peretele acestuia provocand defectul de umflatura a piesei. Stiind ca amestecul de formare in stare cruda rezista cu certitudine la o presiune de 2,5N/cm, inaltimea h  a piesei calculata la nivelul aliajului din palnie, nu poate depasii:

h = p/Pg = 0,35 m , in cazul formelor crude indesate la presiuni normale

Ansamblarea canalelor si cavitatilor serveste la introducerea metalului in cavitatea formei , constituie reteaua de turnare, avand urmatoarele functii principale:

-dirijarea jetului de metal care curge din oala de turnare in receptorul retelei de turnare;

-retinerea particulelor de zgura si a altor incluziuni nemetalice in scopul impiedicarii patrunderii lor in cavitatea formei;

-preintampinarea formei turbionale;

-stropirea si oxidarea metalului lichid;

-asigurarea umplerii cavitatii formei la durate optime de timp;

-franarea minima a contractiei metalice in timpul solidificarii acesteia;

-detasarea usoara de piesa turnata ,fara deterioare acesteia

Reteaua de turnare a piesei turnate analizate a fost astfel proiectata incat sa permita :

-umplerea rapida a formei cu metal;

-alimentarea cavitatii formei prin dirijarea jetului de metal din alimentatoarele in lungul peretilor fomei.

FORMA DE TURNARE TEMPORARA A AXULUI IN 5 TREPTE

1 - rasuflatori; 8 - palnia de turnare; 

2 - semiforma superioara; 10 - canalul de distributie;

3- semirama superioara;   11 - canalul de alimentare;

4 - bolt de centrare;  12 - miez;

5 - semirama inferioara; X-X - plan de separatie.

7 - palnia;   

Realizarea Filetului cu ajutorul strungului

V. Obtinerea piesei-semifabricat printr-un procedeu de deformare plastica

Deformarea plastica este metoda de prelucrare dimensionala fara aschiere prin care ,in scopul obtinerii unor semifabricate sau produse finite se realizeaza deformarea permanenta a materialelor fara siguri,prin aplicarea fortelor exterioare.

Avantajele metodei de prelucrare a materialelor prin deformare:

-imbunatatirea proprietatilor din cauza structurii mai omogene sau mai dense care rezulta in urma acestori prelucrari;

-consumul minim de material;

-reducerea duratei prelucrarii ulterioare prin aschiere;

-posibilitatea de obtinere a unor forme complexe cu un numar minim de operatii si manopera simpla;

-marirea productivitatii muncii.

Necesitatea aplicarii unor forte mari pentru deformare face ca investitiile initiale sa fie mari, ceea ce poate fi considerat ca un dezanvantaj al acestei metode.

Pe langa faptul ca permite obtinerea unor piese cu forme si dimensiuni variate ,asigura si imbunatatirea substantiala a proprietatilor mecanice ale materialului ,fapt ce face ca procedeul sa se utilizeze si pentru obtinerea unor piese care in exploatare vor fi supuse la solidificari deosebit de mari: arbori in trepte;axe; biele; arbori cotiti; supape;

1)   Intocmirea piesei brut forjate

Constructia desenului piesei brut forjate se realizeaza pornind de la desenul de executie al piesei finite pe care se trec :

a)   adaosurile de prelucrare - Ap;

b)   adaosurile tehnologice - At;

c)    adaosurile de debitare - Ad;

d)   adaosurile constructive - Rc.

DESENUL PIESEI BRUTE FORJATE

1)     Alegerea semifabricatului initial

Ca semifabricate initiale pentru forjarea libera se folosesc lingourile turnate, pentru piesele de dimensiuni mari, barele sau placile turnate continuu pentru piesele de dimensiuni medii,sau semifabricate laminate pentru piesele de dimensiuni mici.

Semifabricatul initial supus forjarii libere , in cazul arborelui studiat se allege pe baza legii volumului constant ca fiind o bara laminata cu dimensiuni: diametrul 49 si lungimea 169.

2)     Debitarea semifabricatului la dimensiuni

In sectiile sau atelierele de debitare se utilizeaza mai multe metode de debitare ,cele mai raspandite fiind:

-debitarea prin forfecare;

-debitarea cu ferastraul;

-debitarea prin rupere;

-debitarea cu flacara.

Forta minima F, in functie de care se alege utilajul de debit este dat de relatia:

F = μS;

S - suprafata forfecata;

μ- rezistenta la forfecare(μ~= 0,8R

Intocmind in relatia de mai sus ,valorile corespunzatoare , pentru S si pentru μse obtine :

F = 0.0866* 4749.25 = 25076daN

Cele mai utilizate masini pentru forfecarea semifabricatelor laminate destinate forjarii sunt foarfecele si presale de diferite dimensiuni. Cum in general atelierele de debitare au in dotare utilaje care pot dezvolta in general in functie de marimea lor ,foarte diferite, alegerea celui la care urmeaza un anumit semifabricat , se poate face pe baza diagramei de lucru a utilajului respective.

3)     Stabilirea parametrilor regimului de incalzire

In vederea forjarii,materiale metalice trebuie sa aiba o deformabilitate ridicata. Acest lucru impune plasticitatea sa fie maxima iar rezistenta la deformare minima. Pentru atingerea acestui deziderat,semifabricatele destinate forjarii se incalzesc .Pentru stabilirea regimului termic la forjare trebuie determinati urmatorii parametrii:

-temperature de inceput si de sfarsit de deformare;

-viteza de incalzire;

-durata de mentinere si mediul de incalzire.

Otelurile carbon obisnuit , cazul materialului piesei studiate se recomanda a se deforma in domeniul solutiei solide γ.Temperatura de inceput de deformare este determinata de temperatura de topire iar cea de sfarsit de deformare de zona transformarii fazei γ in α. Ca limita superioara se impune o temperature de 200.300 C sub linia solidus. In concluzie pentru materialul piesei studiate ,intervalul de temperature intre care se face deformarea este 1100 - 750 C.

In practica pentru determinarea rapida a duratei incalzirii μ se utilizeaza relatia:

μ = kkd in care k = un coefficient ales in functie de masa semifabricatului;

k - 10 . 20

k - 1 . 4

d - grosimea sau diametrul semifabricatului in m

Facand inlocuirele necesare (k=10; k= 2;d = 0.11) in relatia anterioara se obtine durata de incalzire in cazul piesei studiate dupa cum urmeaza :

μ= 10*2*0.11*= 0.72h

Incalzirea se realizeaza in cuptoare de incalzire cu flacara sau in cuptoare electrice.

4)     Forjarea propriu-zisa

Forjarea libera se face pe vertical, semifabricatul fiind asezat pe nicovala ciocanului si lovit cu un berbec ,direct sau prin intermediul unei scule speciale.Pentru obtinerea arborelui cotit studiat se vor efectua operatii de baza de intindere simpla ,crestare, intindere cu dexacsare,intindere profilata,debitare. Materialul are o miscare de avans intermitenta, forta este aplicata succesiv,iar pauzele miscarii de avans. Pentru semifabricatele cilindrice se executa si o miscare de rotatie intermitenta , alternativ cu aplicarea fortei de deformare.

Crestarea este operatia prin care se realizeaza pregatirea semifabricatului in vederea schimarilor de sectiune sau a unor deplasari de volum partiale. Debitarea serveste la detasarea capetelor de prindere a semifabricatului.

Pentru realizarea corecta a unei operatii de intindere ,trebuie avute in vedere urmatoarele aspecte :

-prima trecere trebuie realizata cu presiuni mai mici de 50% din gradul de reducere admis la forjare;

-pentru evitarea suprapunerilor de material trebuie ca lungimea de prindere sa fie mai mare decat reducerea pe inaltime;

-pentru evitarea fisurilor se recomanda ca forjarea sa se faca cu scule profilate. Forjarea libera este o prelucrare cu productivitate foarte scazuta se realizeaza prin deplasare succesiva a semifabricatului cu miscare de avans corelate cu miscarile berbecului ,ceea ce face sa fie totodata o prelucrare dificila si cu conditii grele pentru operator.

5)     Curatirea

In urma procesului de deformare , dar mai ales in timpul incalzirii piesele forjate raman la suprafata cu arsuri si alte defecte superficiale, motiv pentru care se supun procesului de curatire. Pentru aceasta se folosesc tobe rotative (pentru piesele mijlocii si mici) instalatii de curatire cu jet de alice (piesele mici si mijlocii) instalatii de sablare(orice tip de piesa) instalatii decapare chimica .

DEFECTELE SI CONTROLUL PIESELOR TURNATE

Turnarea este un procedeu complex de obtinere a pieselor care solicita multiple compartimente de lucru.Din aceasta cauza si posibilitatile de introducere a erorilor de lucru sunt mai numeroase, ceea ce in ansamblu poate duce la realizarea unei cifre ridicate de rebut.

Turnarea are cel mai mare procent de piese rebutate dintre toate metodele de prelucrare.

Defectele pieselor turnate se impart in mai multe grupe, dupa criteriul cauzelor care le-au generat. Putem intalni:

- incluziuni gazoase: sufluri, pori, retasuri;

- incluziuni nemetalice: nisip, zgura;

- abateri de la geometria piesei: umflaturi, deplasari in planul de separatie, stirbituri, ingrosari locale,bavuri in planul de separatie, dezaxari;

- abateri de la proprietatile fizico-chimice;

- abateri de la compozitia chimica si structura;

- defecte de suprafata: aderente, cute, cruste, creste, reprize, rugozitati necorespunzatoare;

- fisuri, crapaturi;

- umplere incompleta a formei.

Defectele superficiale privesc doar aspectul exterior al pieselor si se pot remedia prin chituire si vopsire.Pentru defectele de rarefiere se recomanda remedierea prin metalizare, daca piesele nu sunt solicitate in functionare la sarcini mecanice mari. Impregnarea se foloseste pentru etansarea pieselor care la presiune (hidraulica sau

pneumatica) prezinta zone rarefiate ale metalului. Principala metoda care se aplica pentru remedierea diferitelor defecte ale pieselor turnate este sudarea (pentru fonte, oteluri, metale si aliaje neferoase). In cazul pieselor turnate din bronzuri si alame se aplica procedeul de lipire.

Controlul in turnatorii este organizat in doua compartimente: preventiv si final. Cel preventiv se face pe parcursul procesului tehnologic in toate compartimentele, si anume: controlul materiilor prime, amestecurilor de formare si de miez, al utilajelor, sculelor, dispozitivelor, modelelor, cutiilor de miez, miezurilor, ramelor de formare, masinilor de formare al calitatii (compozitiei chimice) aliajului elaborat si al tratamentului termic aplicat dupa turnare. Controlul final urmareste aspectul piesei si respectarea geometriei piesei.

VI. Analiza tehnico-economica a doua variante de proces tehnologic si determinarea variantei de obtinere a piesei semi-fabricat.

Alegerea variantei optime de proces tehnologic de obtinere a piesei -semifabricat- se  face luand in considerare principiul eficientei si principali indicatori de eficienta :costul ,productivitatea, fiabilitatea ,protectia muncii,consumul de material si energie .Deoarece costul este un indicator de baza se va face o analiza comparativa a celor doua procedee tehnologice de realizare a piesei - semifabricat- turnare in forme temporare din amestec de formare obisnuit si forjare libera si se va determina procedeul optim.

In industrie ,la nivelul de sectie , costul C este dat de relatia :

C = C+ C+ C+ C

C - cheltuielile cu materiale folosite;

C - cheltuieli cu manopera;

C - cheltuieli cu regia(utilaje,cladiri,salarii personal auxiliare)

C - cheltuieli de stocare.

Deoarece cheltuielile de regie sunt greu de determinat acestea se calculeaza ca o parte din cheluielile ca manopera.

Calculul pretului semifabricatului turnat in forme temporare:

cheltuieli cu material . ...145.555 u.m

cheltuieli manopera(salarii directe)... 29874 u.m

CAS. . .. .. ..6000 u.m

FASS(fond asig sanatate). .....2300 u.m

Regia sectiei . .. ......292250 u.m

CPS(contributie prot.sociala).. ....1150 u.m

CFSS(contributie fond de solidaritate)..750 u.m

Contributia invatamant . ......450 u.m

Rebut (5%). .. .. ..246458 u.m

Cost sectie . .. .. .456.250 u.m

Beneficiu . .. .. ..76009 u.m

Prêt SDV-uri piesa . .. ...52500 u.m

PRET . .. .. ...925.361 u.m

O astfel de varianta de analiza nu este vedica deoarece ascunde cheltuielile cu pregatirea fabricatiei si nu permite o analiza comparativa a mai multor procedee tehnologice.

Se poate efectua si o alta analiza a costului care sa includa si cheltuielile cu pregatirea fabricatiei relatiei:

Cl = F+ n *v[um/lot de produse]

Cl - costul unui lot de produse;

F - cheltuielile fixe;

v - cheltuieli variabile;

n - numarul de bucati din loc

Costul pe produse se poate determina cu ajutorul relatiei de mai jos:

C = + v[u.m/buc]

Utilizand aceasta metoda ,costul unui lot de 2000 de bucati va fi :

Cl = 253780000+2000*689541 = 1632862000 u.m

Costul piesei va fi:

C = 816431 u.m

cheltuieli . .. .. ....183.590 u.m

cheltuieli manopera . .. ...156.444 u.m

CAS. .. .. ......39445 u.m

FASS. .. .. .....12.399 u.m

Regia sectie. .. .. ..569.999 u.m

CPS. .. .. .. ..7569 u.m

CFSS. .. .. .....4599 u.m

Contributie invatamant . ... ...3928 u.m

Cost sectie . .. .. ..1.111.345 u.m

Regie societate. .. .....151.666 u.m

Beneficiu . .. .. ...365666 u.m

Prêt SDV-uri // piesa. ... ... 16.000 u.m

PRET . .. .. .....1666650 u.m

Utilizand costul de loc pentru cele doua variante se obtin

-pentru turnare

Clt = 253780000+n 689541

pentru forjare libera

Clt = 1881000000+n565987

Reprezentarea grafica a relatiilor de mai sus permite determinarea numarului critic de piese si alegerea procedeului

nCr = 13170 buc

Din figura de mai jos se observa ca pentru 2000 buc/an, procentul optim de semifabricat a arborelui este turnarea.