27
Lucrarea Lucrarea 4
Lucrarea Lucrarea nr. nr. 4
ALEGEREA MATERIALULUI OPTIM PENTRU CONFECŢIONAREA UNEI UNEI PIESE
1. OBIE OBIECT CTUL UL LUC LUCRĂ RĂRI RIII Tendinţa de a alege materiale superioare cerinţelor minime de rezistenţă şi durabilitate ale piesei este inadecvată din punct de vedere economic şi nu contribuie la creşterea performanţelor tehnice ale produsului în care este înglobată piesa respectivă. O aleg aleger eree op opti tim m a !" !"!i !i ma mate teri rial al pent pentru ru o anum anumit ităă dest destin inaţ aţie ie este este o problemă deosebit deosebit de complexă ce trebuie rezolvată rezolvată de proiectant, în principiu aceasta aceasta #"$em"%"& alegerea alegerea a'el!i material 'are #"&epli"e(te 'eri")ele mi"ime &e re*i$te") (i &!ra+ilitate ale pie$ei #" 'o"&i)iile !"!i pre) &e 'o$t mi"im (i a !"ei ,ia+ilit)i $porite. ucrarea îşi propune să prezinte o metodologie pentru alegerea materialului optim pentru confecţionarea unei piese.
-. NOŢI NOŢIUN UNII TEOR TEORET ETIC ICE E !v"nd în vedere diversitatea foarte mare de piese şi produse, respectiv de materiale din care acestea pot fi confecţionate, este practic aproape imposibil de a se stabili o metodă general valabilă şi riguros ştiinţifică, care să permită optimizarea alegerii materialului. #e obicei, se mizează pe experienţa proiectantului şi pentru o alegere rapidă a materialului se pleacă de la c"teva date referitoare la$ solicitările din timpul exploatării, condiţiile de exploatare %temperatură, presiune, viteză, mediul de lucru&, clasa de precizie din care face parte piesa şi condiţiile de execuţie. !bordarea problemei în acest mod este neeconomică deoarece nu valorifică corespunzător toate caracteristicile materialului. #e aceea, în continuare se va prezenta o metodă de alegere a materialului optim, numită meto&a &e a"ali* a alorilor optime . !ceastă metodă are la bază valorificarea la maximum a întregului ansamblu de proprietăţi funcţi funcţiona onale, le, tehnol tehnologi ogice ce şi econo economi mice ce ale ma mater terial ialulu uluii în condiţ condiţiil iilee concre concrete te de realiz realizare are a piesei piesei proiec proiectat tate. e. 'etoda 'etoda,, uşor uşor aplica aplicabil bilăă în condiţ condiţiil iilee actua actuale le ale dezvoltării metodelor de calcul rapid şi al existenţei de softuri specializate, presupune rezolvarea următoarelor etape$ 1/ ( stabilirea rolului funcţional al piesei, a tehnologicităţii construcţiei şi a condiţiilor economice de funcţionare ale acesteia. )olul funcţional al piesei este dat de
Lucrarea 4
27
rolul funcţional al fiecărei suprafeţe. *lasificarea suprafeţelor din punct de vedere al rolului lor funcţional este următoarea$ • suprafeţe de asamblare caracterizate prin$ ( o anumită configuraţie geometrică+ ( precizie dimensională ridicată+ ( rugozitate mică+ ( prescripţii referitoare la forma geometrică+ ( prescripţii referitoare la poziţia suprafeţei în raport cu alte suprafeţe+ ( eventuale prescripţii referitoare la duritatea suprafeţei. • suprafeţe funcţionale caracterizate prin$ ( precizie dimensională ridicată %depinde de rolul funcţional în ansamblul din care face parte&+ ( rugozitate mică %uneori este mare+ depinde de rolul funcţional&+ ( prescripţii referitoare la forma geometrică+ ( prescripţii referitoare la poziţia suprafeţei în raport cu alte suprafeţe+ ( eventuale prescripţii referitoare la configuraţia geometrică+ ( eventuale prescripţii referitoare la proprietăţile mecanice, aspectul suprafeţelor. • suprafeţe tehnologice ( apar în timpul prelucrării şi aută la poziţionarea piesei în vederea prelucrării. -le pot răm"ne după terminarea prelucrării sau pot dispărea, în funcţie de configuraţia finală a piesei. e caracterizează prin$ ( precizie dimensională corespunzătoare %neprecizată, de cele mai multe ori, cote libere&+ ( rugozitatea suprafeţei corespunzătoare cu procedeul tehnologic de realizare a suprafeţei+ ( fără prescripţii sau eventuale prescripţii referitoare la forma geometrică+ ( eventuale prescripţii referitoare la poziţia suprafeţei în raport cu suprafeţele ce urmează a fi prelucrate. • suprafeţe auxiliare %de legătură& ( fac legătura între suprafeţele funcţionale şi cele de asamblare. e caracterizează prin$ ( precizie dimensională mică+ ( rugozitatea suprafeţei mare %cea care rezultă din procedeul de obţinere al semifabricatului&+ ( fără prescripţii referitoare la precizia de formă+ ( fără prescripţii referitoare la precizia de poziţie. *unosc"nd aceste elemente referitoare la tipurile de suprafeţe ce delimitează o piesă în spaţiu se poate stabili rolul funcţional al unei piese fără a cunoaşte ansamblul din care face parte piesa sau se poate proiecta o piesă care să îndeplinească un anumit rol funcţional impus. /entru a realiza acest lucru se utilizează metoda de analiză
Lucrarea 4
27
morfo(funcţională a suprafeţelor. !ceastă metodă presupune parcurgerea într(o succesiune logică a următoarelor etape$ • descompunerea piesei în suprafeţe c"t mai simple % plane, cilindrice, conice, evolventice etc.&+ • notarea tuturor suprafeţelor ce delimitează piesa în spaţiu, folosind sensul trigonometric sau o altă ordine. #e exemplu pentru piesa din figura 0 s(a folosit notaţia 0...i, luată în sens invers trigonometric. • analiza fiecărei suprafeţe în parte din următoarele puncte de vedere$ formă geometrică a suprafeţei, dimensiuni de gabarit, precizie dimensională, precizie de formă, precizie de poziţie, rugozitate şi duritate. • întocmirea unui graf 11suprafeţe ( caracteristici11 av"nd forma prezentată în tabelul 0. *u informaţiile din tabelul 0 se pot stabili tipul şi rolul fiecărei suprafeţe ce delimitează piesa în spaţiu. -/ ( stabilirea factorilor analitici ai problemei alegerii materialului optim$ se face lu"nd în considerare întregul ansamblu de proprietăţi funcţionale %fizice, chimice, mecanice, electrice, magnetice, optice, nucleare şi estetice&, proprietăţi tehnologice %turnabilitate, deformabilitate, aşchiabilitate, sudabilitate şi călibilitate& şi proprietăţi economice %preţ de cost, consum de energie, combustibili convenţionali, materie primă, poluare etc.&+ 0/ ( descompunerea factorilor analitici în elemente primare$ se face ţin"nd cont de condiţiile rezultate din etapele 0 şi 2, lu"ndu(se în considerare cel puţin proprietăţile$ conductibilitate termică, temperatură de topire, temperatură de vaporizare, v"scozitate, densitate, rezistenţă la coroziune, refractaritate, elasticitate, rigiditate, plasticitate, fragilitate, flua, tenacitate, rezistenţă la rupere, rezistenţă la curgere, rezistenţă la oboseală, conductivitate electrică, permeabilitate magnetică, diamagnetism, paramagnetism, opacitate, absorbţie, rezistenţă la pătrundere a radiaţiilor etc. Toţi factorii primari sunt prezentaţi într(un graf materiale(proprietăţi, de forma celui prezentat în tabelul 2.
23
Lucrarea 4
Tabelul 0 . t r r n c . r a 4 ţ a f a r p u
ă c i r t e m o e g a m r o 5 i
e t e f a r p u s a
0 0
2 2
8 8
? ?
< <
/lană
-volven( tică
*ilin( drică
/lană
-licoi( dală
; ;
/lană
7 7
*ilin( drică
9 9
*ilin( drică
7 m m 6 t i r a b a g e d a e n u i s n e m i #
082
φ027
a i z i c e r / 7 m m 6 s n e m i d
(
(
φ082
>,8
082
*otă liberă
<x0, <
±,0
<
(
φ0<
*otă liberă
φ2<
>,8
a i z i c e r /
7 m m 6 ă m r o f e d
,2
,8
(
(
(
(
(
(
a i z i c e r / 7 m m 6 e i ţ i z o p e d
,2
(
(
(
(
,8
(
,0
a e t a t i z o g u ) 7 m µ 6 a )
,9
,9
,9
;,8
;,8
;,8
;,8
,9
3 3
/lană
2<
>,8
(
(
;,8
a e t a t i r u #
i ş l u p i T l u l o r i e ţ e f a r p u s
:n funcţie de material
5uncţi (onală
;(;< =)*
#e asam( blare
:n funcţie de material :n funcţie de material :n funcţie de material :n funcţie de material :n funcţie de material :n funcţie de material :n funcţie
5uncţi (onală
!uxili (ară #e asam( blare 5uncţi (onală 5uncţi (onală 5uncţi (onală 5uncţi (onală
e e d e c o r / e c i g o l o n h e t e r e n i ţ b o e d
Turnare #efor( mare !şchiere Turnare #efor( mare !şchiere Turnare #efor( mare !şchiere Turnare #efor( mare !şchiere Turnare #efor( mare !şchiere Turnare #efor( mare !şchiere Turnare #efor( mare !şchiere Turnare #efor( mare !şchiere Turnare #efor(
80
Lucrarea 4
mare !şchiere
de material
Tabelul 2 4r. /roprietăţi crt. 'ateriale 0 '0 2 '2 8 '8
p0
p2
p@
pm Abs.
B0
t0
B2
t2
...
B@
t@
...
Bm
tm
@
'@
n
'n '@ C 'aterialul+ p@ C /roprietatea+ B@ C Baloarea proprietăţii+ t@ C nota acordată proprietăţii
/ ( aprecierea cantitativă a factorilor analitici$ se face folosind un anumit sistem de notare, în funcţie de valoarea fiecărei proprietăţi @, acord"ndu(se o notă t @ %se poate folosi sistemul de notare 0...8 sau 0...0 sau 0...0, în funcţie de precizia ce se vrea obţinută &+ !ceastă apreciere se prezintă în tabelul 8. 2/ ( stabilirea ponderii importanţei fiecărui factor primar se face ţin"nd cont de datele rezultate din etapele 1/ şi 0/ acord"nd fiecărei proprietăţi @ o pondere d @ . :n stabilirea ponderii trebuie îndeplinită condiţia$ m
∑ d k
=0,
k =0
în care m reprezintă numărul de factori primari. tabilirea ponderii importanţei factorilor este o problemă deosebit de dificilă, rezolvarea ei presupun"nd îmbinarea mai multor cunoştinţe de specialitate, precum şi rezolvarea corectă a etapei 1/. 3/ ( alegerea soluţiei optime la momentul dat$ se face aplic"nd criteriul m
∑ t@ D d@ = max . @ =0
:n tabelul ? se prezintă calculul pentru alegerea materialului optim, pentru piesa din figura 0.
Lucrarea 4
80
4/ ( analiza soluţiilor din punct de vedere al utilităţii lor şi stabilirea condiţiilor de înlocuire economică a unui material cu alt material$ se face în situaţia în care, la momentul dat, materialul optim rezultat la etapa 3/ nu se află la dispoziţia executantului, sau în care se doreşte proiectarea unui material, care să îndeplinească condiţiile rezultate din etapele 1/...2/. Tabelul 8 4r. /roprietatea Eama de 4ota Abs. crt. variaţie 0 #ensitatea materialului, G <, 8 8 ρ 6@gFdm <,...0, 2 H 0, 0 *onductibilitatea G ,2 0 2 termică, *T 6IFmJ ,2...,? 2 H,? 8 8 )ezistenţa la coroziune, G ,2 8 ) c 6mmFan ,2...,< 2 H ,< 0 ? #uritatea, 6=K G 3 0 3...0; 2 H 0; 8 ; < 'odulul de elasticitate, G 0 0 2 ; ; - 6da4Fmm 0 ...2x0 2 ; H2x0 8 ; )ezistenţa la rupere, G 8< 0 2 ) m 6da4Fmm 8<...; 2 H; 8 7 )ezistenţa la curgere, G7 0 2 )p2 64Fmm 7...0< 2 H0< 8 9 )ezistenţa la oboseală, G 8 0 2 σ0 64Fmm 8...0 2 H 0 8 3 !lungirea relativă, G2L 0 !t 6L 2...?L 2 H?L 8 0 )ezilienţa, G< 0 2 J*M 8F2 6NFcm <...0 2 H0 8 00 )ezistenţa la flua, G0 0 e ţine cont 2 64Fmm şi de 0...8 2 temperatură H8 8 02 /rop. tehnologice satisfăcătoare 0 #eoarece nu %turnabilitate, deforma( există valori bilitate, uzinabilitate, notaţia se bune 2
80
Lucrarea 4
08
sudabilitate, călibilitate& /reţul de cost, /* 6leiF@g
foarte bune
8
G< <...0 H0
8 2 0
5igura 0
face cu calificative
82
Lucrarea 4
Tabelul ? 4r. *rt
'aterial
6@gFdm8
tate termica
coroziune
B t0 2.9 8 9.9 2 7.82 2 9 2 7.8 2 7.7 2 7.? 2 7.? 2 7.< 2 7.< 2 7.8 2 2.2 8 7.8; 2 9.? 2 d0C.<
6calFcmxsx* B t2 .2< 2 .8 2 .0 0 .2< 2 .2 2 .2 2 .2 2 .2 2 .2 2 .8 2 .0? 0 .2 2 .0? 0 .2 2 d2C.0
6mmFan v t8 G.0 8 G.< 2 H.< 0 H.< 0 G.< 2 G.< 2 G.< 2 G.< 2 G.< 2 G.2 8 H.< 0 G.0 8 H.< 0 G.8 2 d8C.2
. 0 2 8 ? < ; 7 9 3 0 00 02 08 0?
/roprietăţi funcţionale *himice )ezistenţa la #uritate
5izice #ensitate *onductibili(
#uraluminiu *uOn0< 5gn(7(2 *un0 A87 A*?< AT? AT; ?0'o*r00 02*r08 5c8 !Ti<*u 5m82p *uOn83/b2 /onderea d@
'ecanice )ezistenţa la
%-x0;&
6=K
rupere
6da4Fmm2
v t? < 0 ; 0 29 8 2 0 02 2 097 8 00 2 0;3 8 207 8 097 8 2; 8 3 2 2< 8 ;< 0 d?C.0
6da4Fmm2 v t< 8 0 ;? 8 7 8 ; 2 ?< 2
v t; .7? 0 0.2 2 0.; 2 0.< 2 0.7 2 2.0 8 2.0 8 2.0 8 2.0 8 2.0 8 0.8 2 .9 0 0.; 2 0.2 2 d;C.<
Tabelul ? %continuare& /roprietăţi tehnologice
/roprietati
Abs.
economice Turnabilitate
#eformabilitate
Mzinabilitate
/reţul de cost 6leiF@g
*alifi(
t7
*alifi(
t9
*alifi(
t3
v
t0
cativ 5K 5K 5K K K 5K
8 8 8 2 2 8
cativ 5K
8 0 0 0 0 0
cativ 5K 5K 5K 5K 5K 5K
8 8 8 8 8 8
< 0 8 3 ? ?<
2 2 8 2 8 8
2.8< 2.< 2.0 0.9 2.0< 2.?
5K
8
0
5K
8
?
8
2.8
Material optim
88
Lucrarea 4 5K 5K K 5K 5K 5K 5K
8 8 2 8 8 8 8 d7C.0
4 K 4
0 0 0 2 0 d9C.0
K K K 5K 5K 5K 5K
2 2 2 8 8 8 8 d3C.0
?2< 8 7< 2 08 0 8< 8 ;2< 2 83 8 02 0 d0C.0<
2.8 2.2 2.0 0.3< 2.8< 2. 0.9 0.
88
Lucrarea 4
0. 5ESFĂ6URAREA LUCRĂRII /entru piesa din figura 2 se va alege materialul optim, parcurg"ndu(se etapele precizate în capitolul 2. /onderile proprietăţilor funcţionale, tehnologice şi economice se vor alege în funcţie de caracteristicile piesei.
5igura 2
