Capitolul 2 Alegerea materialului optim folosind metoda valorilor optime După stabilirea rolului funcţional se alege materialul optim ce va fi folo folosi sitt la obţi obţine nere rea a pies piesei ei.. Rolu Rolull func funcţi ţion onal al ne arat arată ă şi proprietăţile pe care trebuie să le îndeplinească piesa . O alegere opti ptimă a unui unui mate materi rial al pent pentru ru o anum anumiită desti estina naţi ţie e , este este o problemă foarte complexă ce trebuie rezolvată de proiectant. Conclu Concluzia zia este este că dacă dacă se doresc doresc anumit anumite e proprietăţ proprietăţii se face o proiectare a materialului cu o astfel de structură care să implice cerinţele cerinţele cerute cerute de rolul funcţion funcţional al . Adică se alege acel acel material material care să îndeplineasc îndeplinească ă cerinţele cerinţele minime de rezistenţă rezistenţă şi durabilitate durabilitate ale piesei în condiţiile unui preţ de cost minim şi al unei fiabilităţi sporite. Proprietăţile unui material trebuie considerate ca o sumă de relaţii între material şi mediul înconjurător în care va lucra. Prezentăm o clasificare a proprietăţilor din punct de vedere al alegerii materialului optim şi a caracteristicilor acestuia : Fizice
Greutate specifică , temperatura de topire ,
Nr. crt.
Proprietatea
Game de variate
Nota
Obs.
0 1
1 Densitatea materialului. Ρ in [Kg/dm3] Conductibilitate termica Cr in [cal/cm*s*° C]
3
Rezistenta la coroziune. Rc viteza de coroziune in[mm/an]
3 1 2 3 1 2 3 3
4
2
2 < 5,0 5,0…10,0 >10 <0,2 0,2…0,4 >0,4 <0,02 0.02…0,05
2
>0,05
1
<90 90…160 >160 <10 6 10 6…2,0*10 6 >2,0*10 6 <700 700…1500 >1500 <35,0 35,0…60,0 >60,0 <300 300 1 000
1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2
4
Duritatea. HB, in [HB]
5
Modulul de elasticitate. E in [daN/cm2]
6
Rezistenta la curgere a materialului Rp 0,2
In [N/mm2]
7
Rezistenta la rupere. Rm , in [daN/mm2]
8
Rezistenta la oboseala. σ 1 In [N/m2]
. s b O 0 1
3 2
m i t p o
2 2
k
d k t Σ 1 = k
5 0 5 0 5 0 1 1 4 9 3 5 , , , , , , 2 2 2 1 2 2
5 5 , 2
0 5 5 5 0 5 0 5 3 5 3 1 2 9 4 7 , , , , , , , , 2 2 2 2 2 1 2 1
i e ţ c ă i t e m i r o p n o c o r P e e c i g o l o n h e t i ţ ă t e i r p o r P
e l a n o i ţ c n u F i ţ ă t e i r p o r P
e c i n a c e M
] g e k d / l i e u [ l ţ e r t P s o c a e t a t i l i b a n i z U a t i l i b a a e m r t o f e D a e t a t i l i b a n r u T ) 6 p 0 1 * E ( ] 2 m m / N a d [ e r e
0 1 T V
9 T
v i t a c i f l a C 8 T
1 2
3
2
3
2
3
3
3
3
3
2
1
3
2
3
1
0 0 0 0 0 0 5 0 5 0 0 0 0 5 0 0 2 0 0 0 0 5 7 0 2 5 5 0 5 2 9 0 5 0 3 9 4 4 4 4 7 7 3 3 6 3 2 1 1 1 9 1
3
3
3
3
3
3
3
3
3
2
2
3
3
3
3
8 B B B B B B B B B 1 F F F F F F F F F
B
B B B B B F F F F
3
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
2
0
1
i t a c i f i l a C v 7 T
6 B 1 F
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
N
B
N
S
5 1
3
3
3
2
2
3
3
3
3
2
3
3
3
3
i t a c i f i l a C v 6 T
4 B B B B 1 F F F F
B
B B B B B F F F F
3 1
2
3
V
5 T
7 1
3
1
2
2
2
3
3
3
3
B B B B B F F F F
3
2
1
2
2
2 4 2 . 6 . 5 . 7 . 1 . 1 . 1 . 1 . 1 . 3 . 8 . 6 . 2 . . 1 1 7 . 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 1 0 1 1 0
1 1
1
3
3
1
2
2
2
1
2
3
2
1
1
3
1
d ] / 3 g m K [
V
a i r l e u t l a M . . t r r N c
2 8 . 8 . 2 8 . 3 . 3 . 7 . 4 . 5 . 5 . 3 . 6 . 6 4 . . 4 2 8 3 . 8 7 7 7 7 7 7 7 7 2 3 . 8 7 7 7 0 5 0 0 1 0 0 u 5 2 1 i - 0 1 3 5 4 4 6 1 3 0 n 1 n n 0 i L L C T T r 1 0 r 3 c m Z 7 S O O L O O C - u u u n l a C g C r F u D
0
. s b O
1
2
3
4
u C 5 i o C F S 2 T M A 1 1 4 0 3 1
O
5
6
7
8
p 0 2 3 m F
2 b P 9 3 n Z u C
9 0 1 2 3 4 5 1 1 1 1 1 1
3 2
0 1 k d k t
2 2
Σ
1 = k
i e ţ ă i c t e m i o r n p o o r c P e e c i g o l o n h e t i ţ ă t
t s o c ] g e k d / i l e u [ l ţ e r P e t a t i l i b a a n i z U a t
0 1 T V
9 T v i t a c i f l a C 8 T
1 2
5 0 0 5 5 0 5 5 5 0 5 0 0 0 0 0 5 3 4 8 5 4 3 3 3 2 3 4 5 4 4 0 , , , , , , , , , , , , , , , , 2 2 2 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1
2
1
1
2
3
3
3
3
3
3
3
3
3
2
3
2
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
8 B B B 1 F F F
3 5 1 , 0 B B B B B B B B B B B B F F F F F F F F F F F
7
3
1
2
1
1
1
1
1
2
1
2
0 0 0 2 0 0 0 1 1 2 9 1
3
2
3
3
2 0 2 , 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 2 0 5 5 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 2 1
3
2 5 0
e c i m i h C
e c i z i F
e n u i z o r o c a l a ţ n e t s i z e R ] n a / m m [ ă c i m r e t a e t a t i l i b i t c u d n o C ] C ° * s * m c / l a c [ a e t a t i s n
V
2 T V
1 T V
6 5 0 . <
5 0 . <
5 0 . <
5 0 . <
5 , 0 <
5 , 0 <
5 , 0 <
5 , 0 <
1 , 0 <
1 , 0 <
1 , 0 <
1 , 0 <
1 , 0 <
1 , 0 <
5
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
3
2
2
3
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
1 , 5 , 0 1 < 0
1 5 0 , 0 4 2 9 0 0 0 1 1 1 7 1 1 2 1 1 3 2 , 1 , 2 , 1 , 2 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
2 0 1 , 0 2 9 0 5 2 4 1 1 2 1 4 3 1 2 2 3 , , , , , , , , , , , , , , , 7 8 6 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7
1. stabilirea rolului funcţional funcţional al piesei , a tehnologicităţii tehnologicităţii construcţiei construcţiei şi a condiţiilor economice de funcţionare ale acesteia ; 2. de deter termi mina narea rea şi stab stabili ilirea rea fact factori orilor lor analit analitici ici ai prob problem lemei ei alege alegerii rii materialului optim ; 3. descompunerea factorilor analitici în elemente primare ; 4. aprecierea cantitativă cantitativă a factorilor factorilor analitici se face folosind un sistem de notare , în funcţie de valoare fiecărei proprietăţi k acordându-i-se o notă t k ; 5. stabilirea ponderii importanţei fiecărui factor primar se face ţinând cont de datele rezultate din etapele 1 şi 3 acordând fiecărei proprietăţi k o m
pondere dk în stabilirea ponderi trebuie îndeplinita condiţia : ∑ d k = 1 ; k = 1 6. alegerea soluţiei optime la momentul dat se face aplicând criteriul : m
∑ T k * d k = max im k = 1 7. an anal aliza iza soluţ soluţiil iilor or din pun punct ct de ve vede dere re al utilit utilităţi ăţiii lor lor şi stabi stabilir lirea ea condiţiilor de înlocuire economică a unui material cu alt material .
Ţinân inândd cont cont de prop propri riet etăţ ăţil ilee func funcţi ţion onal alee (rez (reziisten stenţa ţa la coroziune, rezistenţa la rupere) şi de cele tehnologice(turnabilitatea şi uzinabilitatea) la care se adaugă cele economice materialul ales pentru realizarea piesei este OLC 45.
- precizie dimensională ridicată; - rugozitate mică; - prescripţii referitoare la forma geometrică; - pres prescr crip ipţi ţiii refe referi rito toar aree al po pozi ziţi ţiaa supr supraf afeţ eţei ei in rapo raport rt cu alte alte suprafeţe; - eventuale prescripţii referitoare la duritatea suprafeţei. - suprafeţe funcţionale – caracterizate prin: - prec precizi iziee dimen dimensi siona onală lă ridic ridicată ată(de (depi pind ndee de rolul rolul func funcţio ţiona nall in ansamblul din care face parte); - rugozitate mică(uneori este mare , depinde de rolul funcţional); - prescripţii referitoare la poziţia suprafeţei in corespondenţă cu alte suprafeţe; - eventuale prescripţii referitore la configuraţia geometrică; - eventuale prescripţii referitoare la proprietăţile mecanice, aspectul suprafeţelor. - suprafe suprafeţe ţe tehnol tehnologi ogice ce – apar în timpul prelucrări şi ajută la poziţionarea piesei în vederea prelucrări ele pot rămâne după terminarea prelucrări sau pot dispare, in funcţie de configuraţia geometrică finală a piesei . Se caracterizează prin: - precizie precizie dimens dimensiona ională lă coresp corespunză unzătoa toare(n re(nepr epreciz ecizată, ată, de cele mai multe ori cote libere); - rugozitatea suprafeţei corespunzătoare cu procedeul tehnologic de
– notarea tuturor suprafeţelor ce delimitează piesa in spaţiu ; – analizarea fiecărei suprafeţe în parte din următoarele puncte de vedere vedere:: forma forma geometri geometrică că a suprafe suprafeţei, ţei, dimens dimensiun iunii de gabarit gabarit,, preciz precizie ie dimensională, precizie de formă, precizie de poziţie, rugozitate şi duritate; – întocmirea uni graf ” suprafeţe – caracteristici “ – stabilirea rolului funcţional al piesei , se face în urma analizei de corelaţ corelaţie ie a diferite diferitelor lor tipuri tipuri de supraf suprafeţe eţe obţinute obţinute in graful suprafe suprafeţe ţe – caracteristici . Rolul funcţional impus unei pese se obţine presupunând pentru suprafeţele ce delimitează piesa in spaţiu caracteristicile core co resp spun unză zăto toar aree tipu tipuri rilo lorr de supr supraf afeţ eţee (de (de asam asambl blar are, e, func funcţi ţion onal ale, e, tehnologice, sau auxiliare). Ţinând cont de rolul funcţional al fiecărei suprafeţe în parte si analizând forma şi dimensiunile piesei, ne rezultă că aceasta va fi folosită element de ghidare.
utilajul de care dispune întreprinderea Principalele procedee de obţinere a semifabricatelor metalice sunt următoarele: turnare deformare plastică presare şi sinterizare din pulberi pulber i sudare tăiere Turnarea – este un procedeu tehnologic de realizare a pieselor prin introducerea unui material metalic în stare lichidă într-o cavitate special execută. Prin solidificarea topiturii rezultă piesa turnată, care reproduce configuraţia şi dimensiunile cavităţii de turnare. Principalele procedee de turnare sunt: în forme din amestec de formare obişnuit în forme coji, cu modele uşor fuzibile în forme metalice fără suprapresiune în forme coji cu liant termoreactiv în forme metalice cu suprapresiune centrifugală Prel Preluc ucrar rarea ea prin prin de defo form rmar aree plasti plastică că se ba baze zeaz azăă pe plast plastici icitat tatea ea metalelor, metalelor, adică pe capacitatea acestora de a căpăta deformaţii deformaţii permanente -
Proc Proces esel elee de ex exec ecuţ uţie ie a pies piesel elor or prin prin turn turnar aree se rem remarca arca prin prin următoarele avantaje: - permit realizarea de piese cu configuraţii diverse, in clasele de precizie 6..16, cu suprafeţe de rugozitate Ra=1,6...200 μm; permit realizarea de piese cu proprietăţi diferite in secţiune (unimaterial, polimaterial); creează posibilitatea obţinerii de adaosuri de prelucrare minime ( fata de forjarea libera, sau prelucrările prin aşchiere); cree creeaz azăă po posi sibi bili lita tate teaa de au auto tom matiz atizar aree co com mplex plexaa a proc proces esul ului ui tehnologic, fapt ce permite repetabilitatea preciziei si a caracteristicilor mecanice, la toate loturile de piese de acelaşi tip; - permit obţinerea obţinerea unei structuri structuri uniforme a materialului materialului piesei, fapt ce îi co conf nfer erăă aces aceste teia ia o rezi rezist sten enţă ţă multi ultidi dire recţ cţio iona nală lă.. In ge gene nera ral, l, comp co mpac actit titate atea, a, struc structur turaa i rezi reziste stenta nta me mecan canica ica a piese pieselo lorr turna turnate te sunt sunt inferioare pieselor similare realizate prin deformare plastica (deoarece acestea poseda o rezistenta unidirecţională, după direcţii preferenţiale). Dintre dezavantajele procedeelor de realizare a pieselor prin turnare se pot enumera: - co cons nsum um ma mare re de ma mano nope pera, ra, îndeo îndeose sebi bi la turn turnare areaa in form formee temporare; - costuri ridicate pentru materialele auxiliare; cons co nsum um mare are de en ener ergi giee pe pent ntru ru elab elaboorare rareaa si men enţi ţine nere reaa
după configuraţia modelului si de a umple rama de formare, si un liant, care conferă rezistenta si stabilitate formei de turnare, permiţând ulterior dezbaterea dezbaterea formei pentru extragerea extragerea piesei. Amestecul Amestecul de formare trebuie sa aibă o bună refractaritate, pentru a rezista la contactul cu topitura, precum si o granulaţie corespunzătoare, pentru a asigura etanşeitatea pereţilor cavitaţii formei. for mei. Forma de turnare este scula specifica procesului tehnologic de turnare care conţine cavitatea de turnare reţeaua de turnare si canalele de evacuare a gazelor. Cu ajutorul ei se realizează configuraţia ,gabaritul si calitatea suprafeţei piesei. Form Formar area ea este este de denu num mirea irea ge gene neri rica ca a op oper eraţ aţii iilo lorr prin prin care care se realizează forma de turnare; acest termen se refera numai la realizarea formelor formelor temporare temporare şi semitempora semitemporare, re, confecţionate confecţionate din din amestecuri amestecuri de formare. Formele permanente , de tipul matriţelor si al cochilelor se reali realize zeaz azăă prin prin turna turnare re sau sau forja forjare, re, urmate urmate de preluc prelucră rări ri me meca cani nice ce,, tratamente termice şi de suprafaţă . Extrag Extragere ereaa piesei piesei de denu num meşte eşte op opeeraţi raţiaa de scoa scoate tere re a piese ieseii solidificate din forma de turnare. Miezul este o parte distincta a formei de turnare, cu ajutorul căruia se obţin ţin goluril rile interi teriooare ale pies iese tur turnate. te. Miezu zurrile ile pot fi permanente(la turnare in matriţe sau cochile) sau temporare ( la turnarea in cochile sau in forme temporare).Formarea miezurilor se fa ce cu ajutorul
Proprietăţi Proprietăţi de turnare turnare ale metalelor metalelor şi aliajelor aliajelor
Turnab Tur nabilit ilitate ateaa: proprietatea tehnologică globală , care reflectă comportarea materialelor în raport cu procedeele tehnologice din grupa turnării rii . Ea se exprimă imă prin rin califi ificativ tive : foarte rte bună , bună , satisfăcătoare , slabă , nesatisfăcătoare . Fuzibilitatea : este proprietat proprietatea ea materialului materialului de a trece în în stare 2. topită . Fluiditatea: este proprietatea materialului aflat în stare lichidă 3. sau vâscoasă de a curge şi umple toate detaliile cavitaţii formei de turnare. Contracţia: este proprietatea materialului metalic de a-şi micşora 4. volumul în timpul solidificării . Segregarea: este separarea constituenţilor unui amestec amestec eterogen eterogen 5. astfel încât distribuţia acestora nu mai este uniformă . Absorbţia gazelor: exprimă proprietatea de a dizolva gaze . 6. La proiec proiectar tarea ea mo model delelo elorr şi a cu cutii tiilo lorr de miez miez trebu trebuie ie pa parc rcurs ursee următoarele etape: stabilirea rolului funcţional al piesei – se face pe baza metodei de 1. – stabilirea analiză morfofuncţională a suprafeţelor; alegerea ea material materialulu uluii optim optim pentru confecţi confecţionar onarea ea piesei piesei - se 2. – aleger foloseşte metoda de analiză a valorilor optime; 3. – întocmirea desenului piesei brut turnate – se face pornind de la desenul piesei finite, pe care se adaugă: 1.
să conţină suprafaţa cea mai mare a piesei. Stabili ilirea rea adaosului de contrac racţie, ie, se face utili ilizând k d = d 1 + dm – dimensiunea modelului; m p 100 (mm)unde: d p – dimensiunea piesei; k – contracţia liniară -
formula:
Execuţia cavităţii cavităţii de turnare turnare şi turnarea propriu propriuzisă zisă
Pent Pentru ru ob obţi ţine nere reaa pies piesei ei (1) (1) , se folo folose seşt ştee mo mode delu lull form format at din din semiforma superioară (2) şi semiforma inferioară (3) asamblate dea lungul planului de separaţie X-X cu ştifturi de centrare (5,6) . Pentru obţinerea cavităţii (10) se utilizează semimodelul inferior (4) care se plasează în inte interi rior orul ul sem semiram iramei ei (8) (8) în care care se pu pune ne am ames este tecu cull de mod odel el (9) (9) şi ames am este tecu cull de um umpl pler eree (12 (12) . Cav avit itat atea ea (11) (11) se ob obţi ţine ne cu ajut ajutoorul rul semimodelului superior (7) plasat în semirama superioară (13) în care se pune amestec de umplere (14). Rezultă cavitatea (22). Lichidul (18) se toarnă prin reţeaua de turnare formată din pâlnie (19) , piciorul pâlniei (20) şi canalul de alimentare (21) . Evacuarea gazelor gazelor (15) şi a aerului din cavitatea de tunare se realizează realizează prin canalele canalele (16) şi răsuflătoarea (17) în urma solidificării metalului sau aliajului lichid rezultând piesa brut turnată care are o bavură în planul de separaţie şi resturi ale reţelei de turnare . În urma operaţiei de debavurare rezultă piesa
Nr. Suprafaţ Forma Cr a nr. geometrica t. a suprafeţei 1 S1 cilindrică 2
S2= S4
3
Dimensiu nea de gabarit Ф20
S3
Racord cilindric Cilindrică
Cotă liberă Ф17
4
S5
Cilindrică
Ф20
5
S6=S9
Tronconică
6
S7=S10
7
Caracteristici Precizia Precizia Precizia de Rugozitadimensiona de forma poziţie tea la 0 0,1 ------0,8 -0,013 ------------------12,5 -------
-------
-------
12,5
-------
-------
0,8
1x45
+0,029 +0,018 -------
-------
-------
12,5
Plană
Ф18
-------
-------
-------
12,5
S8
Cilindrică
Ф20
-------
-------
-------
12,5
8
S11
Tronconică
1x45
-------
-------
-------
12,5
9
S12
Cilindrică
Ф10
-------
-------
-------
12,5
10
S13
Conică
-------
-------
-------
12,5
11
S14=S15
Cilindrică
Cotă liberă Ф3
-------
-------
-------
12,5
Duritatea Funcţie de material Funcţie de material Funcţie de material Funcţie de material Funcţie de de material Funcţie de material Funcţie de material Funcţie de de material Funcţie de material Funcţie de material Funcţie de material
Tipul si rolul suprafeţei
Procedee tehnologic e de obţinere Funcţională T,D,A Tehnologică
A
Auxiliară
T,D,A
Funcţională
T,D,A
Tehnologică
A
Auxiliară
T,D,A
Auxiliară
T,D,A
Tehnologică
A
De asamblare Tehnologică
A
De asamblare
A
A
Obs.
