CAPITOLUL I 1. Principii generale de proiectare a proceselor tehnologice de prelucrare mecanica.
1.1 Principii tehnico-economice la proiectarea proceselor tehnologice. Procesul de producţie al unei intreprinderi constructoare de maşini cuprinde in sine obţinerea semifabricatelor (prin turnare, forjare sau debitare din laminate) , toate formele de prelucrare a lor (prelucrarea mecanică, termică, chimică, electrica etc.) controlul tehnic al dimensiunilor si al calitaţi in toate stadiile de producţie , transportul materialelor , semifabricatelor , pieselor şiproduselor , asamblarea , vopsirea , impachetarea şi expedierea produselor. Procesul tehnologic de prelucrare mecanică este acea parte a procesului de producţie care este legată nemijlocit de schimbarea formei geometrice , a dimensiunilor , a calităţilor fizico-mecanice , a calitaţi suprafeţei până la obţinerea piesei finite . În timpul acestor actiuni auxiliare nu are loc schimbarea formei geometrice a dimensiunilor şi nici a rugizitaţi piesei , insa intrucât aceste acţiuni auxiliare sunt independente de catre muncitorul care lucreaza la locul respectiv de muncă , ele fac parte din procesul tehnologic de prelucrare . Transportul piesei prin atelier facut de către muncitorii auxiliari sau automat, cu diverse sisteme de transportare , nu intra in procesul tehnologic de prelucrare , intrucat in acest timpmuncitorul productiv lucreaza la locul sau de muncă . În mod avantajos , procesul tehnologic de asamblare reprezintă o parte a procesului de producţie , legata nemijlocit de asamblarea pieselor în grupe , subansamble si apoi în produsul respectiv (automobil , tractor , maşina-unealtă etc.) Pentru a se putea face asamblarea pieselor în produs este de asemenea necesar a se executa o serie de acţiuni auxiliare , legate nemijlocit de procesul de asamblare (ca de exemplu: fixarea piesei de baza în dispozitivul de asamblare sau pe postament , prinderea in mână a cheii şi aşezarea pe şurub pentru înşurubare etc.). Procesul tehnologic (de prelucrare şi de asamblare) se executa la diferite locuri de munca . Locul de muncă este aceea parte din suprafaţa de producţie care este utilata cu utilajul corespunzător locului ce se efectuează pe el . 1
1.2 Date iniţiale necesare proiectării proceselor tehnologice de prelucrare tehnologica. Proiectarea procesului tehnologic este inerent legată de cunoaşterea unor elemente numite generic ,,date iniţiale” . Aceste date iniţiale se refera la : 1)Documentaţia tehnica de baza ; 2)Caracterul producţiei şi mărimea lotului ; 3)Desenul de execuţie a semifabricatului ; 4)Echipamentul tehnic disponibil ; 5)Nivelul de calificare a cadrelor ; 6)Alte condiţii de lucru . 1.2.1 Documentaţia tehnica de baza . Documentaţia tehnica de baza este o parte componentă a documentaţiei tehnice din construcţia de maşini , alături de documentaţia de studiu , de documentaţia tehnologica şi de documentaţia auxiliară . Documentaţia de baza cuprinde acele documente ale căror prevederi trebuie neapărat respectate in cursul execuţiei unui anumit produs . Din documentaţia tehnica de baza fac parte : a)desenul de execuţie ; b)schemele ; c)desenele de instalare ; d)borderoul documentaţiei de baza ; e)caietul de sarcini ; f)lista standardelor de stat , a normelor interne si a instrucţiunilor ; g)calculele speciale etc. Desenele de execuţie sunt destinate sa evidenţieze forma , dimensiunile , condiţiile tehnice pentru obiectul fabricat şi pentru elementele lui componente (ansamblului din toate gradele , repere) . Schemele sunt reprezentări grafice legate de funcţionarea şi construcţia obiectului ; se încadrează în aceasta categorie schemele cinematice , hidraulice, electrice , diagramele de funcţionare etc . Desenele de instalare au menirea de a stabili legăturile obiectului executat cu elementele la care se racordează , pentru punerea sa în funcţiune ; se pot stabili în acest fel eventualele corelaţii cu agregatele vecine etc . Borderoul documentaţiei de baza cuprinde o evidenta a documentelor componente ale documentaţiei de baza . Caietul de sarcini se întocmeşte in scopul indicării tuturor condiţiilor tehnice (referitoare atât la execuţia , cât şi la încercarea , exploatarea , verificarea obiectului de executat) care nu sunt precizate în standarde , în numele interne sau pe desenul de execuţie . Lista standardelor de stat , a normelor interne si a instrucţiunilor referitoare la obiectul de executat , la modul de verificare a acestuia , la materialele din care este obţinut , este necesară pentru a vedea în ce măsură aceste standarde , norme etc. au fost respectate .
2
Calculele speciale se referă cu precădere la acele calcule care trebuie eventual respectate în cursul procesului tehnologic de fabricaţie , cum ar fi calculele de rezolvare a loturilor de dimensiuni , calculele privind echilibrarea pieselor care suporta mişcări de notaţie etc . Elementele cuprinse mai sus formează aşadar documentaţia tehnica de baza , necesară in timpul elaborării şi desfăşurării procesului tehnologic . Este bine ca la îndemâna tehnologului sa se găsească toate documentele din componenţa documentaţiei de baza , în această situaţie fiind posibilă formarea unei imagini generale asupra obiectului fabricat , asupra destinaţiei şi funcţionarii sale . 1.2.2 Caracterul producţiei şi mărimea lotului. O importanţă hotărâtoare asupra elaborării procesului tehnologic revine cunoaşterii producţiei şi mărimii lotului . În raport caracterul producţiei (producţie individuală , de serie mică , mijlocie sau mare , de masă) , se indică alegerea unor metode de prelucrare mai productive sau mai puţin productive , prelucrându-se însă si la evaluarea costului de fabricaţie . În cazul unei producţii individuale sau de serie mică , se va recurge la o proiectare mai puţin amănunţită a procesului tehnologic , la maşini unelte universale , la cadre cu o calificare mai ridicată . În acelaşi timp , pentru o producţie de masă , este remarcabila utilizarea unor metode de mare productivitate , implicând existenta maşinilor-unelte speciale , a unei proiectări detaliate a tehnologiei de prelucrare etc . Între cele doua situaţi se vor afla evident cazurile producţiei de serie mijlocie şi de serie mare . La ceea ce priveşte atribuirea caracterului de producţie individuală , de serie sau de masă , o anumită clasificare se poate face pe baza greutăţii şi a numărului pieselor ce urmează a fi executate .
Caracterul producţiei
Piese Grele , Mijlocii buc/an buc/an Producţia individuală Până la 5 Până la 10 Producţia de serie mică 5 ..... 100 10 ..... 200 Producţia de serie 100 ..... 300 200 ..... 500 mijlocie Producţia de serie mare 300 ..... 1000 500 ..... 5000 Producţia de masa Peste 1000 Peste 5000
3
, Uşoare , buc/an Până la 100 100 ..... 500 500 ..... 1000 5000 ..... 50000 Peste 50000
1.2.3 Desenul de execuţie a semifabricatului . În momentul trecerii la proiectarea tehnologiei de prelucrare mecanică , inginerul tehnolog trebuie sa dispună deja de o serie de date privind semifabricatul folosit si de obicei chiar de desenul semifabricatului . În cazul semifabricatelor obţinute prin lovire , de regula , se renunţă la existenţa unui desen al semifabricatului , pentru elaborarea tehnologiei de prelucrare mecanica prin aşchiere . Desenele de execuţie pentru semifabricatele obţinute prin turnare şi prin matriţare sau forjare la cald se elaborează , de obicei , de către tehnologi specialişti în prelucrări la cald , ajungând apoi la dispoziţia tehnologului în cărui atribuţii se află proiectarea procesului tehnologic de prelucrare mecanică prin aşchiere . În raport cu natura şi cu desenul concret al semifabricatului , se stabileşte traseul tehnologic de prelucrare prin aşchiere , dispozitivele necesare , parametrii regimului de lucru etc . De reţinut este faptul ca la analiza desenului semifabricatului , tehnologul trebuie să acorde atenţie prelucrabilităţii materialului în aceasta faza , pentru a recomanda , eventual aplicarea unui tratament termic pentru ameliorarea prelucrabilităţii prin aşchiere . 1.2.4 Echipamentul tehnic disponibil. Pentru proiectarea procesului tehnologic de prelucrare mecanica , este necesară să se cunoască nivelul de dotare şi posibilităţile de completare în viitor a bazei materiale a întreprinderii cu maşini-unelte , scule , dispozitive , verificatoare . În ceea ce priveşte existenţa sau inexistenţa unei anumite dotări cu echipament tehnic a unei întreprinderi , pot fi evidenţiate doua situaţii distincte : a) În cazul unei întreprinderi existente , înainte de a se trece la elaborarea tehnologiei , inginerul tehnolog trebuie să cunoască în principiu echipamentul tehnic din înzestrarea întreprinderii , întrucât în funcţie de acest echipament urmează a fi proiectat procesul tehnologic . b) Pentru o întreprindere ce urmează a fi construită proiectarea in principiu a tehnologiei de obţinere a celor mai importante produse este aceea care determină achiziţionarea diferitelor utilaje , scule etc. ; in acest caz , se poate vorbi deci despre o dotare cu echipament tehnic a întreprinderii în raport cu tehnologia proiectată . În anumite cazuri , prezintă interes pentru proiectarea tehnologiei nu numai tipurile şi caracteristicile maşinilor-unelte , ci şi modul de dispunere a acestuia în cadrul secţiei de prelucrări mecanice ce admite faptul că o eventuală dispunere a maşinilor-unelte pe linii tehnologice asigura condiţii mai favorabile desfăşurării procesului tehnologic decât în cazul grupării pe tipuri de maşiniunelte , aceasta insă evident şi în raport cu caracterul producţiei şi cu mărimea loturilor .
4
1.2.5 Nivelul de calificare a cadrelor. Elaborarea documentaţiei tehnologice face necesară , în unele etape , precizia gradului de calificare a cadrelor . Se impune deci ca , înainte de a se trece la proiectarea tehnologiei de prelucrare mecanică , tehnologul să fie în posesia unor date privind calificarea cadrelor existente . În funcţie de acest element , se stabileşte o asemenea variantă tehnologica încât sa fie posibila realizarea produsului în condiţiile precise de proiectant , dar la un cost cât mai scăzut . Ridicarea nivelului de calificare a cadrelor trebuie să constituie o problemă importantă pentru fiecare întreprindere , aceasta având însemnate consecinţe asupra costului şi productivităţii prelucrărilor . 1.2.6 Alte condiţii de lucru . În afara facturilor enumerate anterior şi care , de obicei , sunt factorii a căror cunoaştere , este necesara înainte de a se trece la elaborarea procesului tehnologic de prelucrare mecanică prin aşchiere (desenul de execuţie a piesei , caracterul producţiei şi mărimea lotului , echipamentul tehnic disponibil , desenul semifabricatului , nivelul de calificare a cadrelor) , exista situaţii în care pot apare elemente suplimentare , de care trebuie sa se ţină cont în proiectarea tehnologiei . Astfel , de exemplu , se cunoaşte faptul că , de obicei , in stabilirea tehnologiei , se are în vedere , cu precădere , caietul economic , in sensul obţinerii unei piese cu un cost cât mai scăzut . Pot apare însă şi cazuri în care este absolut necesară efectuarea unor prelucrări în condiţiile de productivitate maximă , pentru a evita aşa-numita ,,ştrangulare” a producţiei în locurile ,,înguste”. Într-un asemenea caz , se impune obţinerea unui număr maxim de piese în unitatea de timp , chiar cu riscul unei eventuale creşterii a costului fabricaţiei . Tehnologul trebuie sa cunoască totodată nu numai echipamentul tehnic disponibil , ci şi nivelul de utilizare a acestui echipament . 1.3 Succesiunea etapelor de proiectare a proceselor tehnologice de prelucrare. O etapă importantă în proiectarea procesului tehnologic de prelucrare prin aşchiere o reprezintă determinarea structurii procesului şi a numărului de operaţii . Numărul operaţilor (fazelor) tehnologice necesare executării pieselor este în strânsă legătura de condiţiile tehnico-funcţionale prescrise acestuia . Operaţiile tehnologice se pot grupa în : operaţii de degroşare , operaţii de fisurare şi operaţi de netezire . O corectă succesiune a operaţiilor se stabileşte atunci când se ţine seama atât de condiţiile tehnice , care asigură posibilitatea realizării lor , cât şi din considerente economice , care asigură cheltuieli minime de fabricaţie .
5
Un proces tehnologic bine întocmit va trebui să respecte următoarea schemă de succesiune a operaţiilor : - prelucrarea suprafeţelor care vor constitui baze tehnologice sau baze de măsurare pentru operaţiile următoare ; - prelucrarea de degroşare a suprafeţelor principale ale piesei ; - finisarea acestor suprafeţe principale , care se poate executa concomitent cu degroşarea ; - degroşarea şi finisarea suprafeţelor auxiliare ; - tratament termic (dacă este impus de condiţiile tehnice) ; - operaţi de netezire a suprafeţelor principale ; - executarea operaţiilor convexe procesului tehnologic (cântăriri , echilibrări, etc.) ; - controlul tehnic al calităţi ; în unele situaţi pot fi prevăzute operaţi de control intermediar după operaţiile de importanţă majoră , pentru a evita prelucrarea in continuare a unei piese care nu este corespunzătoare din punctul de vedere al calităţi . După stabilirea succesiunii operaţiilor şi fazelor este necesar a se alege metoda prin care urmează a se realiza operaţia sau faza respectiva şi apoi să se determine numărul de operaţii sau faza necesară realizării piesei finite . Proiectarea procesului tehnologic optim tipizat de prelucrare a pieselor se face după următorul algoritm : - alegerea piesei respective , dintre piesele clasei sau ale grupei ; - codificarea suprafeţelor elementare ale piesei reprezentative ; - determinarea succesiunii optime a suprafeţelor elementare ale piesei reprezentative in vederea prelucrării lor ; - prescrierea tuturor procedeelor sau a metodelor tehnologice de prelucrare posibile de aplicat pentru prelucrarea fiecărei suprafeţe elementare a piesei ; - indicarea clasei de precizie şi a rugozităţi suprafeţelor prelucrate cu regimul optim de aşchiere ; - alegerea utilajului şi a echipamentului tehnologic necesar pentru fiecare procedeu sau metodă tehnologică de prelucrare prescrisa ; - prescrierea din normative a regimului de aşchiere pentru prelucrarea fiecărei suprafeţe elementare a piesei ; - calculul urmei tehnice de timp ; - calculul unui minut-maşina pentru fiecare procedeu sau metodă tehnologică de producţie ; - calculul costurilor parţiale si a costului total de prelucrare , la o operaţie , după fiecare procedeu sau metodă tehnologică , pe un utilaj , cu SDVurile aferente ; - determinarea variantei optime a procesului tehnologic tipizat şi a următoarelor 3-4 variante în ordine crescătoare a costurilor .
6
1.4 Stabilirea tipului producţiei şi calculul lotului optim de piese . În industria constructoare de maşini exista trei tipuri de producţii şi anume : - producţie de masă ; - producţie de serie ; - producţie individuală sau de unicate . În producţia de masă produsele se execută în mod continu , în cantităţi relativ mari si într-o perioadă lunga de timp (de obicei câţiva ani) . O caracteristică principală a producţiei de masă o constituie nu cantitatea de produse livrate , ci efectuarea la majoritatea locurilor de muncă a celorlalţi operaţi cu repetarea continuă . Producţia fabricaţiei de masă constă din produse de aceeaşi natura (unelte standardizate , tipuri stabilizate de largă utilizare) . O astfel de producţie este de exemplu , producţia de automobile , tractoare , motoare electrice , rulmenţi etc . În producţia de serie se execută serii de produse şi loturi de piese , care se repetă cu regularitate după anumite şi bine stabilite perioade de timp . O caracteristică principală a producţiei de serie o constituie repetarea periodică a executării aceleaşi operaţi la majoritatea locurilor de muncă . Produsele acestui tip de producţie sunt maşini de tipuri stabilizate , fabricate în cantităţi mai mari sau mai mici , ca de exemplu : maşini-unelte , motoare staţionare cu ardere internă , pompe , compresoare , utilaje pentru industria alimentară etc . În producţia individuală sau de unicate se execută produse într-o nomenclatură foarte variată în cantităţi mici , în majoritate unicate . Datorită acestui fapt producţia individuală trebuie să fie universală şi foarte elastică , pentru a putea executa nomenclatura largă şi foarte variată de produse . Caracteristica principală a producţiei individuale o constituie executarea la locurile de munca a unei foarte variate game de operaţii diferite fără o repetare periodică a lor . Produsele acestui tip de producţie sunt maşini care nu au o utilizare largă , executată pe comenzi speciale . Într-o serie de cazuri , în uzinele cu producţie de masă , în anumite secţii lucrul se desfăşoară în serie . Dacă însa la majoritatea locurilor de muncă se execută operaţii care se repetă periodic , atunci producţia acelei întreprinderi este o producţie de serie . Producţia de serie , în funcţie de caracteristica ei principală , in unele cazuri se poate apropia de producţia de masă , când se numeşte producţie de serie mare , sau se poate apropia de producţia individuală , când se numeşte producţie de serie mică .
7
Capitolul II 2.1 Notiuni generale privind alegerea materialelor si proiectarea pieselor turnate Turnarea reprezintă metoda tehnologică de fabricaţie a unei piese prin solidificarea unei cantităţi determinate de metal lichid, introdus într-o cavitate de configuraţie şi dimensiuni corespunzătoare unei forme de turnare. Turnarea este o metodă de semifabricare a pieselor, supuse ulterior prelucrărilor mecanice prin aşchiere pentru a fi aduse la condiţiile tehnice finale. În practică, se constată că din punctul de vedere al greutăţii, 50…70% din totalitatea pieselor utilizate în construcţia de maşini se obţin din semifabricate turnate. În funcţie de materialele utilizate, structura pieselor turnate este aproximativ: 8% din oţel, 73% din fontă cu grafit lamelar; 5% din fontă cu grafit nodular; 7% din fontă maleabilă; 7% aliaje neferoase. În general, fabricaţia pieselor turnate, din punctul de vedere al terminologiei, a întocmirii documentaţiei tehnologice etc., este reglementată prin standarde. Fazele tehnologice necesare realizării unei piese turnate sunt următoarele: - executarea modelului; - prepararea amestecului de formare; - executarea formelor; - executarea miezurilor; - uscarea formei (dacă este cazul) şi a miezurilor; - controlul, repararea şi asamblarea formei; - elaborarea aliajului; - turnarea aliajului; - dezbaterea pieselor din formă şi finisarea lor; - controlul şi recepţia. Prin turnare se pot obţine piese oricât de complicate, lucru care nu este posibil prin nici un alt proces tehnologic (laminare, forjare, matriţare, sudare etc.), piesa turnată având dimensiuni foarte apropiate de cele ale piesei finite. Dacă la fabricarea unei piese de complexitate medie aşchiile reprezintă 75% din masa piesei în cazul pieselor forjate liber şi 50% în cazul forjării în matriţă, la piesele turnate din oţel această pierdere de material reprezintă cca 30…40%, iar la cele din fontă numai 20%.
8
2.1.1. Alegerea materialului pentru piesele turnate. Alegerea materialului din care se toarnă piesa se face în funcţie de condiţiile de mediu şi solicitările la care lucrează piesa. În continuare se vor prezenta principalele caracteristici ale aliajelor de turnătorie. I. Fonte de turnătorie Fontele utilizate în industrie pentru turnarea pieselor pot fi clasificate după trei criterii mai importante: a. poziţia faţă de eutectic; b. cantitatea de grafit; c. forma grafitului. a. Poziţia faţă de eutectic este dată de gradul de saturaţie în carbon , în care C t este conţinutul de carbon total al fontei determinat pe cale chimică; CC conţinutul de carbon eutectic (corespunde punctului C din diagrama de echilibru). Valoarea lui C este influenţată de compoziţia fontei: CC = 4,3 – 0,3 (Si + P) + 0,3 Mn – 0,4 S În funcţie de valorile lui S C fontele de turnătorie pot fi: - hipoeutectice, SC <1,0; - eutectice, SC =1,0; - hipereutectice, SC >1,0. b. Cantitatea de grafit.Carbonul se poate găsi în fontă sub formă de: carbon legat chimic – cementita (C leg ); carbon liber, nelegat – grafit (C gr ); carbon dizolvat în soluţie solidă (austenită şi ferită) (C sol ). Carbonul total C t = C leg + C gr + C sol . Funcţie de valorile lui C leg şi C gr întâlnim: -fonte cenuşii (Fc ) la care C gr >0; 0 ≤ C leg ≥C s , în care C s este carbonul corespunzător punctului (S) din diagrama Fe-C, respectiv carbonul din perlită; -fonte pestriţe (Fp ), la care C s < C leg < C t , iar C gr >0; -fonte albe (Fa ), la care C leg = C t , iar C gr =0. c. Forma grafitului. Funcţie de gradul de compactitate, respectiv raportul dintre suprafaţă şi volum, întâlnim mai multe forme de grafit. După forma grafitului, fontele cenuşii sau pestriţe pot fi împărţite în: fonte cenuşii cu grafit lamelar; fonte modificate – cu grafit lamelar modificat, cu grafit nodular şi vermicular; fonte maleabile (cu grafit în cuiburi). Fonte cenuşii cu grafit lamelar nemodificate. Mărcile de fonte cenuşii cu grafit lamelar, cuprinse în STAS 658-75 sunt următoarele: Fc 100, Fc 150, Fc 200, Fc 250, Fc 300, Fc 350 şi Fc 400, valorile care urmează după simbolul Fc reprezentând valoarea rezistenţei minime la tracţiune în N/mm2. Fonta cenuşie este cel mai ieftin aliaj de turnătorie şi în plus are proprietăţi foarte bune de turnare. Particularităţi structurale. Structura primară se formează cu participarea directă a fazei lichide, deci la începerea solidificării fontei. La fontele 9
hipoeutectice, întâi apar dendrite primare de austenită, apoi celule eutectice care cuprind austenită şi grafit sub forma unor aggregate policristaline, de formă apropiată de cea sferică. Structura celulelor eutectice, funcţie de viteza de răcire este prezentată în figura 1.
Figura 1Structura celulelor eutectice, funcţie de viteza de răcire (VR 1
Particularităţile structurale. Grafitul are o formă sferoidală şi se prezintă sub mai multe forme: K, L, M, N, P (figura 1.2). Masa metalică de bază a fontelor cu grafit nodular este constituită din ferită şi perlită. Astfel, fontele cu grafit nodular pot fi: feritice (Fgn 370-17, Fgn 42012), ferito-perlitice (Fgn 450-5, Fgn 500-7), perlitice (Fgn 600-2, Fgn 700-2). C.Fonte cu grafit vermicular. Separările de grafit au un grad de compactitate mai mare decât cele lamelare, dar mai mic decât cele nodulare. Masa metalică este preponderent feritică. Fontele cu grafit vermicular ocupă o poziţie intermediară în ceea ce priveşte proprietăţile, între fontele cu grafit lamelar şi nodular, reuşind să întrunească caracteristicile pozitive de la ambele tipuri de fonte. Tenacitatea este superioară fontelor cu grafit lamelar iar conductibilitatea termică mai mare decât la fontele cu grafit nodular. Are proprietăţi de turnare bune şi o mare capacitate de amortizare a vibraţiilor.
Fig.1.2. Forme tipice de grafit în fontele cu grafit nodular D.Fonte maleabile. Fontele maleabile pot fi albe, negre sau perlitice. Mărcile standardizate, conform STAS 569-79 sunt: -fontă maleabilă albă: Fma 350; Fma 400; -fontă maleabilă neagră: Fmn 300; Fmn 320; Fmn350; Fmn370; -fontă maleabilă perlitică: Fmp 450; Fmp 500; Fmp 550; Fmp 600; Fmp 650; Fmp 700, unde cifrele care sunt înscrise după simbol reprezintă rezistenţa minimă la tracţiune, în N/mm 2 .Grafitul se găseşte sub formă de cuiburi, cu un grad de compactitate variabil (figura 1.3).Masa metalică la fontele maleabile negre
11
constă în ferită. Masa metalică este constituită din perlită şi ferită în cazul fontelor maleabile perlitice. Fontele maleabile albe au o răspândire redusă. Compoziţia chimică este cuprinsă în limitele: C=2,4…2,9%; Si=0,7…1,5/; Mn=0,3…1,2%; P max =0,18%; S max =0,18%. Fontele maleabile negre şi perlitice se obţin printr-un tratament termic de recoacere grafitizantă la care sunt supuse piesele din fontă albă, după dezbatere.
Fig.1.3. Forme tipice de grafit în fontele maleabile: I-grafit lamelar de recoacere; II, III şi IV-grafit de recoacere în cuiburi rarefiate; V-grafit de recoacere; VI-grafit de recoacere nodular. Fonte aliate. În funcţie de conţinutul elementelor de aliere, întâlnim:fonte slab aliate; fonte mediu aliate; fonte înalt aliate. Principalele elemente de aliere sunt nichelul, cuprul, cromul, siliciul, manganul. II. Oţeluri Oţelurile turnate se clasifică adesea funcţie de structură sau compoziţie chimică. Se mai pot alege şi alte criterii cum sunt: tratamentul termic sau proprietăţile de rezistenţă la temperature înalte sau joase, la coroziune etc. În funcţie de compoziţia chimică, deosebim următoarele grupe: -oţeluri nealiate (oţeluri carbon) care pot fi cu carbon scăzut (C<0,25), cu carbon mediu (C=0,25-55%), cu carbon ridicat (C=0,55-2,06%);
12
-oţeluri aliate, care pot fi: slab aliate – elementul principal de aliere se găseşte în proporţie de sub 2%, iar suma tuturor elementelor de aliere este mai mică de 5%; mediu aliate – elemental principal de aliere este cuprins între 2 şi 7%, iar suma elementelor de aliere între 4 şi 10%; înalt aliate – elementul principal de aliere este în proporţie de peste 5% iar suma elementelor de aliere este peste 10%. În funcţie de structura secundară, deosebim: -clasa perlitică – structura este formată în principal din perlită (oţeluri nealiate şi slab aliate); -clasa martensitică – structura este formată din bainită, martensită sau austenită netransformată (oţelurile mediu şi înalt aliate cu crom, nichel, molibden, wolfram,…); -clasa feritică – structura este formată din ferită (oţeluri mediu şi înalt aliate cu crom, nichel, molibden,…); -clasa austenitică – structura este formată din austenită (oţeluri înalt aliate cu nichel şi mangan.
2.2 Generalitatile privind obtinerea semifabricatilor metalici prin turnare 2.2.1. Principiul şi avantajele obţinerii pieselor metalice prin turnare. Obţinerea pieselor metalice prin turnare cuprinde următoarele procese tehnologice: - realizarea unei forme refractare care să conţină o cavitate având geometria piesei ce trebuie obţinută (formare); - topirea şi obţinerea compoziţiei chimice a aliajului din care se toarnă piesa (topire sau elaborare); - umplerea formei cu aliaj lichid (turnare); - solidificarea, răcirea şi extragerea piesei din formă (dezbatere); - ajustarea şi finisarea geometriei, a rugozităţii şi a structurii piesei turnate (curăţire). Importanţa procesului tehnologic de turnare pentru industria constructoare de maşini este pusă în evidenţă prin faptul că în ansamblul unei maşini piesele turnate reprezintă 60-90% din masa produselor finite şi circa 20-25% din valoarea acestora. Aceste procente pun în evidenţă pe de o parte ponderea mare a tehnologiilor de turnare în procesele de fabricaţie, iar pe de altă parte costul redus al acestor tehnologii. Obţinerea pieselor metalice prin turnare prezintă următoarele avantaje:
13
- se pot obţine piese cu orice configuratie; - se pot obţine piese cu orice masă şi orice dimensiuni (de la ordinul miligramelor până la ordinul sutelor de tone); - cantitatea de şpan rezultat la prelucrarea prin aşchiere a pieselor turnate este în general mai mică decât la prelucrarea pieselor obţinute prin alte procedee; - se poate aplica în condiţii economice la orice serie de fabricaţie; - costul de fabricaţie al pieselor turnate este mai scăzut decât al pieselor obţinute prin alte procedee de prelucrare. Ca urmare a acestor avantaje în ultimle decenii s-a manifestat o tendinţă continuă de extindere a realizării semifabricatelor prin turnare la o gamă cât mai mare de repere realizate din aliaje metalice şi în general de creştere a producţiei de piese turnate. De asemenea s-a urmărit continuu să se perfecţioneze tehnologiile de turnare cu scopul îmbunatatirii performanţelor pieselor turnate sau a creşterii productivităţii. Exemplu elocvent în acest sens îl constituie înlocuirea tehnologiei de matriţare, cu turnarea la producţia de arbori cotiţi sau arbori cu came pentru motoarele de autovehicule şi de tractoare, ceea ce a condus la reducerea cu până la de trei ori a cheltuielilor de producţie la aceste repere. Obţinerea pieselor prin turnare implică şi unele dezavantaje dintre care cele mai semnificative sunt următoarele: - rezistenţa mecanică a pieselor turnate este mai scazută comparativ cu aceea a pieselor obţinute prin deformare plastică; - rugozitatea suprafeţelor pieselor turnate este în general mai mare decât în cazul semifabricatelor obţinute prin alte tehnologii; - precizia dimensională a pieselor turnate este în general mai scazută decât a pieselor obţinute prin alte procedee; - tehnologiile de turnare sunt mai poluante şi determină condiţii de microclimat grele la locul de muncă, având impact ecologic negativ asupra zonei de amplasare a turnătoriilor. În ultimile decenii s-au desvoltat procedee speciale de turnare care reduc aceste dezavantaje.Îmbunătăţirea performanţelor calitative s-a realizat în detrimentul costurilor de fabricaţie. De aceea aceste procedee de turnare sunt aplicabile numai în cazuri speciale când costurile ridicate se justifică. Un rol important în realizarea tehnologiilor de turnare îl are utilajul tehnologic utilizat în procesul de formare şi turnare. Prin utilaj tehnologic în cazul tehnologiilor de turnare se întelege complexul de dispozitive tehnologice şi verificatoare (modele, cutii de miez, rame de formare, verificatoare) cu ajutorul cărora se obţin şi se asamblează formele în vederea turnării. Proiectarea proceselor tehnologice de turnare cuprinde proiectarea întregului set de dispozitive tehnologice necesare realizării procesului
14
tehnologic precum şi stabilirea planului de operaţii şi a normelor de control pentru procesul tehnologic şi pentru calitatea pieselor turnate. 2.2.2 Clasificarea proceselor de turnare. În procesele de turnare a pieselor metalice intervin multe operaţii tehnologice care se pot realiza în mod diferit. De aceea tehnologiile de turnare sunt foarte diversificate, existând posibilitatea clasificării în funcţie de criterii diferite. O primă clasificare a proceselor de turnare are la baza mărimea (masa) pieselor turnate. Această clasificare este prezentată în tabelul 1.1. Tabelul 1.1. Clasificarea pieselor turnate şi a procedeelor de turnare după masa pieselor. Nr. Clasa de piese turnate Masa pieselor, în Obs. crt. Kg 1. Piese mici m ≤ 100 2. Piese mijlocii 100< m ≤ 1000 3. Piese mari 1000 < m ≤ 5000 4. Piese foarte mari m > 5000 O altă clasificare uzuală are la bază caracterul producţiei (seria anuală de fabricaţie),care este determinat de numărul de piese de aceeaşi tipodimensiune turnate anual. Această clasificare este prezentată în tabelul 1.2. Tabelul 1.2. Clasificarea productiei în funcţie de caracterul producţiei. Caracterul producţiei Număr de piese turnate anual Piese mici Piese mijlocii Piese mari Unicate(individuală) ≤ 200 ≤ 100 ≤ 20 Serie mică 201 ÷ 1000 101 ÷ 500 21 ÷ 50 Serie mijlocie 1001 ÷ 10000 501 ÷ 5000 51 ÷ 300 Serie mare 10001 ÷ 30000 5001 ÷ 10000 >300 Serie foarte mare > 30000 > 10000 ÷ Cele mai uzuale clasificări ale proceselor de turnare a pieselor metalice au la bază criterii tehnologice. Aceste clasificări se regăsesc de multe ori în denumirea uzuală proceselor de turnare. Datorită variantelor multiple de obtinere a formelor, a dispozitivelor de formare, cât şi a procesului de umplere a formelor cu aliaj lichid este dificil de realizat o clasificare unitară generală, care să includă toate procedeele de turnare întâlnite în practică. De multe ori acelasi procedeu poate fi inclus in mai multe categorii dacă se au în vedere
15
criterii tehnologice diferite. In continuare sunt prezentate principalele clasificări ale proceselor de turnare pe bază de criterii tehnologice. In tabelul 1.3 este prezentată clasificarea după tipul formelor de turnare.
Tabelul 1.3. Clasificarea proceselor de turnare după tipul (constituţia) formelor. Nr. Denumirea procedeului de turnare crt 1. Turnare în forme pierdute 2. Turnare în forme permanente 3. Turnare în forme semipermanente Formele pierdute sunt forme care se utilizează la o singură turnare. Ele sunt realizate din materiale refractare granulare, plastice sau fluide, compactate prin diverse procedee fizico-chimice. Materiale utilizate la execuţia formelor pierdute se numesc materiale de formare sau amestecuri de formare. După solidificarea şi răcirea pieselor, formele se distrug în vederea extragerii pieselor din formă. Operaţia este numită dezbatere. În unele cazuri materialele de formare rezultate din dezbaterea formei se reutilizează în procesul de formare pentru executarea altor forme. Formele pierdute se execută cu ajutorul unor dispozitive numite modele şi cutii de miez. Aceste dispozitive au rolul de a realiza cavităţile din formă destinate umplerii cu aliaj lichid. Formele permanente se utilizează la turnări repetate fără recondiţionări. Ele sunt realizate din aliaje metalice (fonta cenusie sau fonta aliata) şi se numesc matriţe sau cochile. Formele semipermanente (mixte) sunt realizate dintr-un suport permanent (confectionat din aliaje metalice, caramizi, beton, etc.) si o parte pierdută care se reface la fiecare turnare. Partea pierdută a formei constă într-un strat subţire de ordinul centimetrilor care constituie zona de contact cu aliajul turnat şi care reproduce amprenta în care se toarnă piesa. Tabelul 1.4. Clasificarea procedeelor de turnare în forme pierdute după natura şi construcţia modelelor utilizate la executarea formelor. Tipul formei. După numărul de utilizări a După natura şi construcţia modelelor (tipul modelelor). modelelor Forme realizate cu modele Modele convenţionale Forme pierdute permanente Modele schelet Modele tip şablon Modele uşor fuzibile 16
Forme realizate cu modele Modele gazeificabile pierdute Procedeele de turnare în forme pierdute se clasifică în funcţie de natura şi construcţia modelelor utilizate la realizarea formelor precum şi în funcţie de modul de realizare a procesului de compactare-întărire a formei. In tabelul 1.4. este prezentată clasificarea procedeelor de turnare după natura şi construcţia modelelor utilizate la formare. Modelele (respectiv procedeele de formare realizate cu ajutorul lor) se împart după numărul de forme executate cu un model, în modele permanente şi modele pierdute. Modele permanente sunt modelele care permit realizarea mai multor forme cu acelaşi model. Ele sunt confecţionate din lemn, aliaje metalice, mase plastice, etc. Modelele permanente se clasifică după construcţie (tabelul 1.4.). Modelele conventionale reproduc în întregime geometria cavităţii pe care o realizează în formă. Modelele schelet sunt realizate sub formă de nervuri şi reproduc numai grosimea si perimetrul piesei, respectiv ale cavitatii care se realizeaza în formă. Modelele tip şablon au forma unor plăci şi reproduc numai geometria secţiunii piesei, respective a amprentei care se execută în formă. Modelele pierdute se utilizează pentru executarea unei singure forme de turnare după care se distrug în vederea extragerii modelului din formă. Modelele pierdute usor fuzibile sunt confecţionate din stearină, parafină şi ceară şi se extrag din formă prin topire. Modelele pierdute gazeificabile se extrag din formă prin ardere la turnarea aliajului şi se execută din polisitiren expandat. In tabelul 1.5. este prezentată clasificarea procedeelor de turnare în forme pierdute dupa modul de compactare – întărire a amestecului de formare în cadrul formei. Compactarea amestecului de formare în cadrul formei este necesară pentru a asigura rezistenţa mecanică a formei. Principiul şi mecanismul compactării amestecurilor de formare în cadrul formei este determinat în primul rând de tipul şi natura liantului folosit in cadrul amestecului de formare. Tabelul 1.5. Clasificarea procedeelor de turnare în forme pierdute după modul de compactare-întărire a formelor. Tipul formei Principiul (mecanismul) Modul de realizare a procesului de compactare- compactării întarire Manual Mecanizat Scuturare Presare Aruncare Îndesare (întărire) mecanică Suflare 17
Împuşcare Vibrare Explozie Detentă Combinat Autoîntărire la rece Întărire la cald Prin ardere Prin insuflare de gaz
Forme pierdute
Întarire chimică
Întărire prin uscare Întărire prin îngheţare Întărire prin depresurizare (vidare) Întărire în câmp magnetic Întărire combinată Mecanic+chimic Mecanic+uscare Chimic+depresurizare O altă clasificare tehnologică a procedeelor de turnare are drept criteru modul de umplere a formelor cu aliaj lichid. Această clasificare se referă în special la procedeele de turnare în forme permanente deoarece acest tip de forme se pretează la diversificarea modalităţilor de umplere cu aliaj lichid. Procedeele de turnare în forme permanente se mai numesc şi procedee speciale de turnare. Clasificarea procedeelor de turnare după modul de umplere a formelor cu aliaj lichid este prezentată în tabelul 1.6. Turnarea gravitaţională se caracterizează prin aceea că aliajul lichid umple forma de turnare datorită greutăţii proprii. Turnarea centrifugală se caracterizează prin aceea că în timpul turnării forma de turnare este supusă unei mişcări de rotaţie, iar umplerea amprentei din formă se realizează datorită forţei centrifuge care actionează asupra aliajului lichid. Turnarea la presiune ridicată se caracterizează prin aceea că aliajul pătrunde în amprenta formei sub acţiunea unei suprapresiuni mari realizată cu ajutorul unui piston acţionat mecanic într-un cilindru de presare. Suprapresiunea este de ordinul zecilor de atmosfere. Turnarea la presiune scazută constă în aceea că aliajul pătrunde în forma de turnare sub acţiunea suprapresiunii create de un gaz, aflat sub presiune, care acţionează la suprafaţa liberă a aliajului lichid aflat într-un cuptor de turnare. Turnarea prin aspiraţie se caracterizează prin aceea că aliajul lichid pătrunde în forma de turnare datorită unei diferenţe de presiune creată prin depresurizarea amprentei.
18
Turnarea continuă se caracterizează prin faptul că aliajul lichid se toarnă continu într-o formă de tipul unui cristalizator, care este răcit forţat, iar piesa turnată se extrage concomitent, continu, pe măsura solidificării, pe la partea opusă a cristalizatorului. În acest mod se obţin piese având secţiune constantă şi lungime mult mai mare decât lungimea formei de turnare. Tabelul 1.6. Clasificarea procedeelor de turnare după modul de umplere a formei cu aliaj lichid. Tipul formei de Modul de Denumirea Variantele turnare. umplere a formei procedeului procedeului Sub acţiunea Turnare Turnare în forme greutăţii gravitaţională pierdute Forme metalului (statică) Turnare în forme permanente permanente (procedee (cochile) speciale de Prin injectare Turnare la Cu cameră rece turnare) presiune ridicata Cu cameră caldă Cu cameră de presare orizontală Cu cameră de presare verticală Prin Turnare la suprapresiunea presiune joasă unui gaz Prin Turnare prin depresurizarea aspirare formei Prin rotirea Turnare Cu ax orizontal formei centrifugală Cu ax vertical Continuă Turnare continuă Cu cristalizator fix Cu cristalizator mobil Proiectarea proceselor tehnologice de turnare are la bază desenul de execuţie al piesei şi condiţiile tehnice impuse de proiectant privind natura aliajului, precizia dimensională, rugozitatea suprafeţelor neprelucrate şi mărimea seriei de fabricaţie. Inainte de proiectarea unei tehnologii de turnare este necesar să se adopte procedeul de turnare prin care se va realiza piesa. Procedeul adoptat trebuie să îndeplinească urmatoarele conditii: - să permită turnarea aliajului din care se realizează piesa;
19
- să asigure obţinerea configuraţiei geometrice şi grosimea pereţilor piesei; - să asigure precizia dimensionala si rugozitatea suprafetelor neprelucrate; - să asigure un cost redus în concordanţă cu mărimea seriei de fabricaţie; - să poată fi aplicat în condiţiile de dotare a atelierului în care se toarnă piesa. La alegerea procedeului de turnare trebuie să se aibă în vedere performanţele şi limitele aplicabilităţiii fiercărui procedeu de turnare. Procedeele de turnare cuprinse în clasificările anterioare au anumite domenii de aplicabilitate în ceea ce priveste natura aliajelor care se pot turna, masa pieselor, geometria pieselor, grosimea pereţilor care se pot obţine, precizia dimensională şi rugozitatea suprafeţelor. In tabelul 1.7. sunt prezentate recomandări privind pereformanţele şi posibilităţile de utilizare ale unor procedee de turnare întâlnite în practica industrială. O caracterisitică importantă privind aplicarea diverselor procedee de turnare o reprezintă grosimea minimă a pereţilor piesei turnate, care se pot obţine prin procedeul respectiv. Grosimea minimă realizabilă a pereţilor pieselor turnate depinde de gabaritul şi de configuraţia piesei turnate, de natura aliajului care se toarnă şi de tipul formei. In tabelul 1.8. sunt date recomandări privind grosimea minimă a pereţilor care se pot obţine prin turnare în forme din amestec de formare. In tabelul 1.9. sunt date valori privind grosimea minimă a pereţilor pieselor turnate care pot obţine în cazul turnării în forme metalice a diverselor aliaje.
Tabelul 1.7. Domenii de aplicabilitate a unor procedee de turnare. Nr. Procedeul de Masa Nr. minim Abateri Aliaje Crt. formare – turnare pieselor de piese în % din care se Kg turnate cote toarnă 1. Forme realizate <300.000 unicate 1.5 ÷ 4.5 Oricare manual cu modele permanente clasice 2. Forme realizate >10 Unicate 3÷5 manual cu şablon 3.
Forme
realizate >1000
Unicate
20
3÷5
Condiţii pt. geometria pieselor
Simetrie de rotaţie sau translaţie Pereti cu
4. 5. 6.
7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15.
16. 17. 18.
manual cu modele schelet Forme crude indesate mecanizat Forme intarite crhimic prin autointarire la rece Forme coji întărite chimic din amestecuri termoreactive Forme intarite prin insuflarea unui gaz Forme intarite prin urscare Forme realizate cu modele uşor fuzibile Forme realizate cu modele gazeificabile Turnare gravitatională în forme metalice Turnare sub presiune ridicată (prin injectare) Turnare centrifugală Turnare continuă Turnare la presiune joasa (prin suprapresiune de gaz) Turnare prin aspiraţie Turnare în forme pierdute întărite prin vidare Turnare în forme
grosime uniforma <5000
Serie mica
1÷2
<20.000 >100
Unicate
1 ÷ 1.5
<150
Serie mijlocie
0.5 ÷ 1
Feroase
<10.000 Unicate >100 <300.000 Unicate >100 <40 Serie mijlocie
1 ÷ 1.5
Oricare
1 ÷ 1.5
Oricare
0.1 ÷ 0.7
Feroase
<50.000
Unicate
1.5 ÷ 4.5
Feroase
<100
Serie mijlocie
0.5
Uşor fuzibile
Pereţi relativ groşi
<25
Serie mare
0.3
Uşor fuzibile
Pereţi subţiri
<5.000
Serie mare
0.5 ÷ 1
<3000
Serie mare
0.5
<100
Serie mijlocie
0.5 ÷ 1
Feroase Simterie de rotaţie Piese tip bară Pereţi relativ groşi
<1000
Serie mare
0.5
<1000
Serie mică
1 ÷ 1.5
<100
Serie
1 ÷ 1.5
21
pierdute întărite în câmp magnetic
mijlocie
Tabelul 1.8. Grosimea minimă a pereţilor pieselor turnate în amestec de formare. Aliajul turnat Dimensiunea maximă a piesei, în mm 200 250 500 1000 2000 4000 Fonta cenusie Fc 150 3 3 4 6 10 Fonta cenusie Fc 200 4 4 5 7 12 25 Fonta cenusie Fc 250 5 6 9 15 30 Fonta cenusie Fc 300 6 8 12 20 40 Fonta cu grafit nodular Fgn 370-700 4 4 5 8 12 25 Fonta maleabilă, Fm 3 3 4 6 Oţel carbon (0,40-0,70 %C) 5 7 10 20 40 Bronz, alamă 3 3 5 8 Aliaj de aluminiu (Silumin) 3 3 6 6 10 Aliaj de magneziu (Electron) 3 4 5 8 15 Tabelul 1.9. Grosimea maximă a pereţilor pieselor turnate în forme metalice. Grosimea minima a pereţilor pieselor Natura aliajelor turnate turnate, in mm Turnare prin Turnare sub gravitaţie presiune Aliaje de Al 3.0 1.0 ÷ 2.0 Aliaje de Cu 3.0 ÷ 4.0 1.5 ÷ 2.5 Aliaje de Mg 4.0 ÷ 4.8 1.3 ÷ 2.1. Aliaje de Sn 0.8 ÷ 1.5 Aliaje de Zn 0.4 ÷ 1.0 Aliaje de Pb 1.2 ÷ 2.0 In cazul turnării pieselor din fontă şi oţel în forme din amestec de formare valoarea grosimiii minime a pereţilor pieselor care se pot turna se poate stabili cu ajutorul diagramei din figura 1.2. Aceasta se stabileşte în funcţie de indicele dimensional N care caracterizează gabaritul piesei. Valoarea indicelui dimensional N se stabileste prin relaţia: N = (2L+B+H)/3 Unde: L este lungimea piesei în m; B –lăţimea piesei în m; H inălţimea piesei în m. 22
Pentru N > 8 m grosimea minimă a pereţilor pieselor turnate este de 40mm pentru piese din oţel şi de 30 mm pentru piesele turnate din fontă cenuşie.
2.3 Parcuralitatile turnari gravitationale in forme permanente (in cochile) 2.3.1. Principiul turnării gravitaţionale în forme metalice Turnarea gravitaţională în forme permanente este cunoscând practica atelierelor de turnare sub denumirea „turnare în cochile”. Pentru a se asigura reutilizarea formelor la mai multe turnări succesive acestea se execută din aliaje metalice sub forma unor matriţe sau cochile. Din punct de vedere al principiului turnării aliajului în formă acest procedeu este asemănător cu procedeul convenţional, clasic, de turnare în forme crude. Aliajul lichid este turnat din oala de turnare în formă, în pâlnia reţelei de turnare, şi umple amprenta piesei curgând prin reţeaua de turnare sub greutatea proprie. După solidificare, piesa este extrasă din formă, iar forma se reutilizează pentru turnarea altor piese. Turnarea gravitaţională în forme metalice este unul din procedeele de turnare neconvenţionale cele mai răspândite în practica atelierelor de turnare. Utilizarea pe scară largă se explică prin faptul că nu necesită instalaţii speciale, ca urmare se poate aplica în orice atelier, nu necesită personal cu calificare specială deoarece principiul turnării este asemănător cu al turnării în forme clasice, execuţia formelor de turnare este accesibilă fiind posibilă în orice atelier de prelucrare a metalelor prin aşchiere. 2.3.2 Aplicabilitate Condiţia esenţială pentru aplicarea acestui procedeu o reprezintă asigurarea unei durabilităţi corespunzătoare a matriţelor (cochilelor). În acest scop temperatura de turnare a
23
aliajului din care se toarnă piesele trebuie să fie mai mică decât temperatura de topire a formei. Din această cauză turnarea în forme metalice se aplică în special pentru turnarea pieselor din aliaje neferoase cu pereţi relativ groşi. Formele se realizează din aliaje feroase (fontă sau oţel) sau chiar din aliaje neferoase având refractaritate corespunzătoare. În practică cel mai des se toarnă piese din aliaje pe bază de aluminiu şi pe bază de cupru. Se pot turna piese propriu zise cu geometrie relativ simplă (cu număr redus de miezuri) (capace, pârghii, bucşe, roţi, suporţi, blocuri, etc.) sau semifabricate (bare, tuburi, plăci etc.). 2.3.3 Avantaje şi dezavantaje tehnologice si economice Acest procedeu neconvenţional de turnare prezintă mai multe avantaje tehnicoeconomice care decurg din caracterul permanent al formei de turnare. Principalele avantaje sunt următoarele: -
excluderea operaţiilor de formare, cu toate aspectele legate de acestea în ceea
ce priveşte consumul de materiale, cât şi manopera, investiţii în utilaje de preparare a amestecurilor de formare şi pentru execuţia formelor, suprafeţe destinate formării şi depozitării materialelor şi formelor, etc.; -
calitate superioară a suprafeţelor pieselor turnate;
-
precizie dimensională mai ridicată a pieselor turnate cu implicaţie privind
reducerea adaosurilor de prelucrare şi reducerea costurilor prelucrărilor ulterioare; -
utilizarea mai raţională a caracteristicilor intrinseci de rezistenţă ale aliajelor ca
urmare a finisării structurii prin mărirea vitezei de răcire după turnare; -
indice de scoatere total mai bun a aliajelor la turnare şi prelucrare ca urmare a
reducerii volumului reţelelor de turnare şi a adaosurilor de prelucrare; -
asigurarea unor condiţii de microclimat mai bune în atelierele de turnare şi
reducerea poluării mediului înconjurător zonal, ca urmare a reducerii considerabile a cantităţii de gaze degajate la turnare; -
reducerea procentului de rebut la turnare ca urmare a eliminării defectelor de
genul incluziunilor de amestec de formare şi sufluri de natură exogenă; -
productivitate ridicată;
-
posibilităţi de mecanizare şi automatizare. 24
Procedeul implică însă şi dezavantaje
care limitează extinderea lui. Menţionăm
următoarele dezavantaje: -
cost ridicat al matriţelor care face ca procedeul să fie economic numai în cazul
unor producţii de serie; -
rezistenţa mare a formei care se opune contracţiei piesei la răcire după
solidificare şi care poate să determine apariţia unor defecte de genul fisurilor; -
fluiditate mică a aliajelor lichide în cazul turnării în forme metalice ca urmare a
conductibilităţii termice mari a formei de turnare.
2.3.4 Particularităţile construcţiei formelor Formele de turnare permanente se execută în general din aliaje metalice având refractaritate (temperatură de turnare) suficient de mare pentru a rezista turnărilor repetate în funcţie de natura (temperatura de turnare) a aliajului din care se toarnă piesa. Formele metalice pentru turnare gravitaţională cuprind în general aceleaşi elemente tehnologice ca şi formele clasice, crude, din amestec de formare pe bază de nisip şi anume: -
amprenta piesei;
-
reţea de turnare;
-
maselote;
-
suprafaţă de separaţie;
-
miezuri;
-
elemente de centrare;
-
elemente de strângere (închidere, asigurare);
-
elemente de aerisire;
-
extractoare.
Proiectarea construcţiei formelor metalice (cochilelor) necesită rezolvarea următoarelor probleme:
25
-
dimensionarea grosimii pereţilor formei astfel încât să se asigure solidificarea
optimă a piesei şi durabilitatea maximă aformei, -
evacuarea aerului şi a gazelor din formă;
-
montarea şi extragerea miezurilor metalice;
-
închiderea şi deschiderea rapidă a semiformelor;
-
extragerea piesei din formă.
Construcţia formelor metalice prezintă particularităţi din punct de vedere al suprafeţei de separaţie, al grosimii pereţilor, al construcţiei miezurilor, al evacuării aerului şi a gazelor, al construcţiei reţelei de turnare, al construcţiei maselotelor, şi al sistemelor de centrare şi închidere. Planul de separaţie (suprafaţa de separaţie) a formelor metalice este totdeauna verticală. Această particularitate este impusă de necesitatea ca suprafaţa de separaţie să secţioneze reţeaua de turnare şi respectiv maselotele, astfel ca după solidificare acestea să poată fi extrase din formă odată cu piesa, întrucât forma nu se dezmembrează prin dezbatere ca în cazul formelor pierdute. Grosimea pereţilor formelor metalice pentru turnare gravitaţională este mult mai mică decât în cazul formelor pierdute, clasice, din amestec de formare. Formele metalice nu se realizează cu pereţi masivi din necesitatea ca acestea să asigure un transfer de căldură corespunzător spre mediul ambiant. Pereţii formelor metalice sunt relativ subţiri, fiind eventual rigidizaţi prin nervuri, astfel ca piesa să se solidifice cu o viteză optimă. Această construcţie determină în acelaşi timp o greutate redusă a matriţelor, manevrarea mai uşoară a acestora şi în plus reducerea consumului de metal pentru execuţia lor. Grosimea redusă a pereţilor permite de asemenea preîncălzirea rapidă cochilelor la demararea turnării, pentru a atinge temperatura de regim de lucru normal în vederea umplerii şi solidificării fără defecte a pieselor turnate. Construcţia miezurilor, montarea şi extragerea acestora din formă este diferită. În cazul formelor metalice miezurile sunt executate de obicei de asemenea din aliaje metalice. Este posibil să se utilizeze şi miezuri pierdute (de unică folosinţă) din amestecuri de miez, dar aceasta are efect negativ în ceea ce priveşte rugozitatea suprafeţelor piesei turnate, precizia 26
dimensională a acesteia, degajarea de gaze şi posibilitatea de apariţie a unor sufluri de natură exogenă în piesă şi microclimatul din atelierul de turnare. Miezurile metalice ridică probleme la turnare datorită incompresibilităţii lor. De aceea ele trebuie extrase din piesă (din formă) cât mai rapid după solidificarea piesei, imediat ce aceasta a dobândit o rezistenţă mecanică suficientă pentru a-şi menţine geometria. Ca urmare miezurile trebuie astfel concepute şi asamblate în formă încât să poată fi extrase înainte de deschiderea formei. Suprafeţele active ale miezurilor trebuie să fie prelucrate foarte fin şi să aibă înclinaţii ale suprafeţelor care să permită extragerea din piesă. Amprenta piesei din formă trebuie să prezinte de asemenea înclinaţii în vederea extragerii piesei din formă după solidificare. Poziţia piesei (amprentei piesei) în formă este foarte importantă pentru calitatea pieselor turnate. Prin poziţia piesei la turnare trebuie să se asigure o umplere liniştită a amprentei, fără turbulenţe. Poziţia piesei trebuie fie favorabilă eliminării gazelor din formă în timpul umplerii. De asemenea este necesar să se asigure eliminarea din amprentă a eventualelor incluziuni de oxizi care se formează la suprafaţa metalului lichid, prin împingerea acestora în maselote sau răsuflători. În cazul pieselor foarte mici, pentru rentabilitate se recomandă turnarea simultană a mai multor piese într-o semiformă. Canalele de aerisire ale amprentei pieselor au o importanţă majoră pentru umplerea corectă (completă) a amprentei şi pentru obţinerea unor piese de calitate, deoarece pereţii formelor metalice nu au permeabilitate. Canalele de aerisire se poziţionează obligatoriu la partea superioară a pieselor deoarece zonele superioare ale amprentelor se umplu ultimile cu aliaj lichid. În cazul că la partea superioară a amprentei se formează zone (acumulări) izolate de aer în timpul umplerii, fiecare zonă trebuie prevăzută cu canale de aerisire. Secţiunea canalelor de aerisire trebuie să asigure evacuarea uşoară a gazelor. Pentru a fi posibilă extragerea pieselor din formă canalele de aerisire trebuie plasate de asemenea în planul de separaţie al formei.
2.3.5 Particularităţile umplerii formei cu aliaj lichid 27
Umplerea formelor cu aliaj lichid se realizează prin reţele de turnare. Reţelele de turnare au practic aceleaşi funcţiuni ca şi în cazul formelor clasice. -
să asigure umplerea completă a amprentei;
-
să asigure umplerea liniştită a amprentei piesei, fără turbulenţe şi fără formare
de stropi în amprenta piesei; -
să contribuie la reţinerea incluziunilor nemetalice antrenate de jetul de aliaj
-
să permită evacuarea gazelor din amprenta piesei în timpul umplerii;
-
să asigure o repartizare corectă a temperaturii aliajului în amprenta piesei
lichid;
pentru a se obţine o solidificare dirijată spre maselotă (sau uniformă) a aliajului, care să prevină formarea de retasuri în piese.
28
Comparativ cu formele clasice importanţa unora dintre aceste funcţiuni este diferită, ceea ce determină modificări in concepţia şi construcţia reţelelor de turnare.Pentru a se asigura aceste funcţiuni, în cazul formelor metalice cu turnare gravitaţională, reţelele de turnare prezintă câteva particularităţi importante.Astfel în cazul formelor metalice nu există pericolul erodării pereţilor formei (respectiv al reţelei de turnare) în timpul umplerii formei cu aliaj lichid şi deci a antrenării de incluziuni de amestec de formare în piese. Ca urmare din componenţa reţelelor de turnare se elimină canalul colector de zgură care era destinat în special pentru reţinerea acestor incluziuni. Astfel reţelele de turnare au un volum mai mic.În schimb în cazul acestor forme devine foarte importantă evitarea formării de stropi în amprenta piesei la umplerea acesteia. Stropii se depun pe pereţii formei, iar datorită conductibilităţii termice mari a peretelui formei, se răcesc rapid, se oxidează la suprafaţă şi determină apariţia 7
7
6
1
1
2
2
3
4
6
4
5
5
b
a
Fig.2.1 Reţele de turnare specifice formelor-metalice: a - aliaje cu contracţie mare la solidificare; b - aliaje cu contracţie mică la solidificare; 1- pâlnie; 2piciorul pâlniei; 3- maselotă închisă laterală; 4 - alimentator în fantă; 5- piesa turnată; 6- maselotă deschisă de secţiune ovală; 7 - răsuflătoare
defectelor denumite „picătură rece”. Pentru a preveni formarea de stropi este obligatoriu ca alimentarea amprentei pieselor să se facă la partea inferioară (alimentare în sifon). Umplerea în sifon este impusă şi de necesitatea umplerii fără turbulenţe a amprentei şi de posibilitatea evacuării aerului din formă numai pe la partea superioară a amprentei. De asemenea se impune ca viteza de intrare a aliajului lichid în amprentă să fie cât mai redusă. În acest scop canalul principal vertical (piciorul pâlniei) se realizează înclinat, sau cu şicane, astfel ca să se
29
evite căderea liberă care produce stropi la impactul jetului cu peretele formei şi să se reducă viteza de intrare a jetului în alimentator, aşa cum se arată în figura 2.1. Pentru ca viteza aliajului la intrarea în amprentă să fie redusă se impune ca înălţimea formelor metalice să nu fie prea mare. Deoarece conductibilitatea termică a formelor metalice este mare, aliajul se răceşte rapid în timpul umplerii, de aceea procedeul nu este utilizabil la turnarea pieselor cu pereţi subţiri. În cazul când într-o formă se toarnă simultan mai multe piese mici, este posibil ca amprentele pieselor să se alimenteze în cascadă (una din alta), dar şi în acest caz amprentele trebuie astfel amplasate în formă încât umplerea lor să se facă pe la partea inferioară, iar evacuarea gazelor să se facă pe la partea superioară aşa cum este arătat în figura 2.2.
30
a
c
b
d
e
2.4 Dezbaterea, curatirea si remanierarea defectelor pieselor turnate 2.4.1. Dezbaterea formelor şi miezurilor După solidificarea şi răcirea pieselor turnate sub o anumită temperatură formele se dezbat (se distrug) în vederea extragerii pieselor. Utilajele folosite pentru dezbaterea formelor şi a miezurilor precum şi gradul de 31
mecanizare a operaţiei de dezbatere depind pe de o parte de caracterul producţiei turnătoriei iar pe de altă parte de greutatea formelor respectiv a pieselor turnate. Dezbaterea mecanică a formelor de dimensiuni mici, în cazul producţiei de serie mare poate fi realizată în două variante: -depunerea formei, împreună cu ramele de formare, pe masa grătarului de dezbatere (figura 10.1,a) şi supunerea acestui ansamblu la operaţia de vibrare până când forma din amestec sedistruge; -desprinderea amestecului de formare şi a piesei din ramele de formare cu ajutorul unui piston (figura 10.1-b) şi depunerea pe masa grătarului de dezbatere numai a amestecului şi a pieselor. Acestea sunt supuse operaţiei de vibrare până când amestecul de formare se distruge şi trece printre barele grătarului de dezbatere.
Fig.10.1. Utilaje pentru dezbaterea formelor de dimensiuni mici în cazul producţiei cu caracter de serie mare şi masă. În general dezbaterea mecanizată se realizează cu ajutorul grătarelor vibratoare. Acestea pot fi grătare vibratoare inerţiale (figura 10.2-a), sau grătare vibratoare inerţiale cu şoc (figura 10.2-b).
32
Fig.10.2. Dezbătătoare vibratoare inerţiale: 1-grătar de dezbatere;2-arcuri de susţinere;3-mecanism de acţionare;4-forma. Formele cu piese solidificate şi răcite se depun pe grătarul de dezbatere şi sunt supuse operaţiei de vibrare până la evacuarea completă a amestecului din ramele de formare. Miezurile se îndepărtează parţial o dată cu dezbaterea formelor. Miezurile mici care nu sau îndepărtat pe grătar se îndepărtează cu ajutorul unor maşini vibratoare. În vederea dezbaterii miezurilor piesa se fixează pe maşina vibratoare şi se loveşte cu pistonul vibratorului până la îndepărtarea completă a miezurilor. La piesele mari se foloseşte dezbaterea hidraulică folosind apă sub presiune sau un amestec de apă şi nisip. Se realizează atât dezbaterea formei cât şi a miezurilor. În acelaşi timp se obţine şicurăţirea pieselor. Piesele rezultate în urma dezbaterii sunt transmise atelierului de curăţătorie. Înaintea începerii operaţiei de curăţire sunt îndepărtate reţelele de turnare şi maselotele. În funcţie de aliaj şi de mărimea pieselor, pentru îndepărtare se folosesc diferite metode: tăiere cu ferăstrăul sau cu flacără oxiacetilenică, lovire cu ciocanul etc.
2.4.2. Curăţirea pieselor turnate După dezbaterea formelor şi îndepărtarea reţelelor de turnare şi a maselotelor, pe suprafaţa interioară şi exterioară a pieselor mai rămân o serie de materiale străine de piesă (nisip remanent şi sub formă de aderenţe) sau care sunt din acelaşi material cu piesa însă nu fac parte din geometria piesei turnate (bavuri, cruste, creste etc). Curăţirea pieselor are loc în două etape:
33
-curăţirea primară care constă în îndepărtarea nisipului remanent pe piesele turnate; -curăţirea finală care constă în îndepărtarea aderenţelor, bavurilor, crustelor, şlefuirea suprafeţelor de pe care au fost îndepărtate reţelele de turnare şi maselotele etc. Pentru curăţirea pieselor turnate pot fi folosite mai multe procedee: -clasice (mecanice)-prin frecare cu perii de sârmă sau polizare; -prin frecare şi şoc (tobe rotative); -prin şoc-curăţirea cu alice, dălţi pneumatice. -speciale-termice – se bazează pe şoc termic; -fizice – prin vibrare, cu ultrasunete; -chimice – prin acţiunea sărurilor şi acizilor. Curăţirea prin frecare se face manual cu perii de sârmă sau mecanizat prin prinderea unei perii rotative de sârmă în axul unui polizor pneumatic cu ax flexibil. Curăţirea prin frecare şi şoc se realizează în tobe rotative, figura 10.3. Piesele ce trebuiesc curăţite se introduc în tobă împreună cu bucătele mici de fontă albă (300 kg pentru un metru cub al tobei). Toba se roteşte cu 20-25 rot/min. Evacuarea aerului se realizează prin intermediul axului tobei 3, care fiind cav, permite intrarea aerului şi ieşirea prafului. Praful este captat într-un bazin cu apă (hidrociclon). Durata ciclului de curăţire este de 30-90 minute. Curăţirea în tobele rotative se remarcă prin zgomot ridicat ceea ce face ca această metodă să fie din ce în ce mai mult evitată.
Fig.10.3. Tobă de curăţire De asemenea, productivitatea metodei este scăzută în comparaţie cu alte metode de
34
curăţire.NToba din figura 10.3 are o funcţionare discontinuă, piesele 4 sunt încărcate şi descărcate în toba 1 prin uşa 2 care în timpul funcţionării este fixată cu şuruburile 5. O variantă îmbunătăţită a curăţirii prin frecare şi şoc este aceea care foloseşte o tobă cu o funcţionare continuă a cărei schemă principială este prezentată în figura 10.4.
Fig.10.4. Principiul de lucru al tobei cu funcţionare continuă.
Piesele sunt încărcate prin jgheabul 5 în tubul interior 1 prevăzut cu sita exterioară 2 şi cu paletele elicoidale 3. Tubul 1 este înclinat cu unghiul α faţă de orizontală. Nisipul care trece prin ochiurile sitei 2 este acumulat în pâlnia 6 de unde este evacuat periodic. Praful este evacuat prin orificiul 7 iar piesele prin orificiul 8. Curăţirea prin şoc, cu alice constă în proiectarea unui jet de alice pe suprafaţa piesei care trebuie curăţată. Proiectarea se realizează cu ajutorul unui cap centrifug care asigură o viteză a alicelor de 50-70 m/s. Alicele pot fi din fontă albă sau oţel. Principiul de funcţionare a capului centrifug este prezentat în figura 10.5.
35
Fig.10.5. Capul centrifug al turbinei de curăţire cu alice. Alicele din rezervorul 1 pătrund în tubul distribuitor perforat 2, sunt preluate de paletele 3 şi proiectate prin centrifugare asupra suprafeţei piesei de curăţat. Paletele 3 sunt fixate cu şuruburile 4 de discurile 6. Capul centrifug este pus în mişcare de către motorul 5. Recircularea alicelor se face cu ajutorul unui elevator cu cupe. Piesele mari şi grele pot fi curăţate cu alice folosind instalaţii cu masă rotativă. În cazul în care piesele prezintă bavuri, acestea sunt îndepărtate fie cu ajutorul dălţilor pneumatice fie cu ajutorul preselor de debavurare. După îndepărtarea bavurilor, suprafaţa rămasă se netezeşte cu ajutorul polizoarelor. Polizoarele pot fi de diferite tipuri: fixe, basculante, deplasabile, cu ax fix sau flexibil, cu acţionare electrică sau pneumatică. Curăţirea electro-hidraulică este un procedeu superior de curăţire Principial, acesta constă în descărcări electrice în regim de impulsuri într-un volum determinat de lichid. Ca urmare a acestor descărcări succesive de energie se crează presiuni mari care deplasează lichidul creând zone de cavitaţie. Între descărcări, lichidul rămâne în poziţia iniţială. Aceste şocuri provoacă desprinderea crustelor de pe suprafaţa pieselor turnate. În figura 10.6 sunt prezentate fazele procesului de curăţire electrohidraulică.
36
Fig.10.6. Schema efectului de curăţire:1-electrod;2-apă;3-bulă de cavitaţie;4crustă;5-piesă;6-ecran concentrator de energie. Din figura 10.6, a şi b, se vede că o parte din energie se pierde în apă, efectul fiind mairedus, crusta se desprinde pe distanţa D1 . Dotând instalaţia cu ecranul reflector de energie 6,figura 10.6-c, efectul se îmbunătăţeşte, crusta desprinzându-se pe distanţa D 2 . În cazurile când suprafaţa piesei turnate este acoperită de un strat compact, aderent, de crustă ceramică, iar descărcarea electrică între electrod şi piesă este îngreunată, se aplică schema cu doi electrozi (figura 10.6-d). Instalaţia şi metoda se caracterizează printr-o productivitate ridicată, consum redus de energie şi lipsa prafului în atmosfera înconjurătoare. Curăţirea chimică se aplică de obicei pieselor turnate în forme cu silicat de sodiu sau silicat de etil ca liant. Operaţia de curăţire constă în fierberea pieselor într-o soluţie de sodă caustică a cărei concentraţie este de 30-35%. Curăţirea se realizează în timp de 2-3 ore la o temperatură de 385-397K.
2.4.3 Remanierea defectelor pieselor turnate 2.4.3.1. Controlul tehnic de calitate în turnătorii Calitatea piesei turnate exprimă gradul de îndeplinire a funcţiilor impuse de destinaţia sa, de a satisface cerinţele beneficiarului. Activitatea de control tehnic de fabricaţie începe din momentul alegerii procedeului tehnologic de formare şi turnare, continuă cu recepţia calitativă a materiilor prime şi materialelor care urmează să fie utilizate în procesul de producţie, se desfăşoară constant pe tot parcursul procesului de fabricaţie şi se va încheia cu livrarea şi respectiv recepţia pieselor turnate. Activitatea de control tehnic trebuie să se desfăşoare în următoarele faze: -controlul primar care se efectuează de producţie; -controlul intermediar , în cadrul căruia se verifică modul cum sunt executate diferitele operaţii componente ale procesului tehnologic de fabricaţie, calitatea utilajelor folosite etc; -controlul final care verifică calitatea pieselor turnate înainte de a fi livrate. Controlul primar - se realizează în scopul de a nu permite intrarea în procesul de fabricaţie a materiilor prime de fuziune asupra materiilor prime, materialelor
37
auxiliare şi combustibililor care intră în procesul, a materialelor de formare, materialelor auxiliare, necorespunzătoare din punct de vedere calitativ. În cadrul controlului primar se verifică calitativ: -materiile prime şi auxiliare de fuziune: fonte brute, fontă veche, deşeuri feroase, cocs de turnătorie, fondanţi, minereu, feroaliaje, modificatori etc; -materiale de formare: nisipuri, lianţi, vopsele, grafit, pudre, cleiuri, chituri etc. Controlul intermediar. În această fază se verifică atât utilajele şi dispozitivele cât şi operaţiile care alcătuiesc procesul tehnologic de formare şi turnare. La rame se verifică planeitatea, uzura bucşelor şi cepurilor, perpendicularitatea cepului, distanţa dintre axele bucşelor,...Garniturile de model se verifică atât dimensional cât şi din punct de vedere al stării generale. Plăcile de uscare trebuie să aibă suprafaţa activă foarte curată, netedă şi să se monteze perfect în cepurile cutiei de miez. De asemenea se verifică umiditatea, permeabilitatea şi rezistenţele mecanice ale amestecurilor de formare, cât şi modul de realizare şi uscare a formelor. Controlul asamblării şi consolidării formelor constă în verificarea stării generale a semiformelor, verificarea grosimii unor pereţi prin intermediul închiderii de probă,... Controlul elaborării şi turnării aliajului, se face, în general, pe baza tehnologiei de elaborare şi turnare. Concomitent cu turnarea aliajului în forme se efectuează şi turnarea epruvetelor de probă pentru determinarea caracteristicilor mecanice. Controlul final. În cadrul acestei faze se stabileşte calitatea piesei turnate, verificarea efectuându-se pe loturi. Principalele încercări prescrise pentru verificarea calităţii pieselor turnate sunt: verificarea aspectului exterior; verificarea formei, dimensiunilor şi masei; verificarea compoziţiei chimice a aliajului; verificarea caracteristicilor mecanice; verificarea macro şi microstructurii. Pentru detectarea defectelor pieselor turnate au fost dezvoltate o serie de metode distructive şi nedistructive. Dintre metodele distructive enumerăm: -secţionarea pieselor turnate, care se aplică la producţia de serie mare şi de masă. Ea se aplică la un număr restrâns de piese turnate, pe baza rezultatelor obţinute se pot trage concluzii asupra compactităţii unui lot de piese turnate; -ruperea şi prelucrarea mecanică, se aplică de asemenea la un număr restrâns de piese dintrun lot.
38
Metodele distructive de verificare a calităţii pieselor turnate au un caracter limitat deoarece piesele turnate se distrug, majorându-se astfel şi costul producţiei. Defectoscopia nedistructivă are un caracter mai larg deoarece se poate aplica tuturor pieselor turnate. Principalele metode nedistructive sunt: -detectarea vizuală a defectelor, care începe din momentul dezbaterii şi se desfăşoară în patru etape: după curăţirea piesei pentru detectarea defectelor; după pregătirea piesei cu defect remaniabil, înainte de remaniere; în cursul remanierii şi după terminarea operaţiei de remaniere; -detectarea prin cântărire; -detectarea prin ciocănire - la piesele cu defecte de continuitate a materialului se aude un zgomot înfundat; -detectarea prin încercare la presiune, se face la piese care lucrează sub presiune (armături, elemente pentru rezervoare de aer, elemenţi de radiator); -detectarea prin decapare şi atac cu acid; -detectarea defectelor cu ajutorul substanţelor penetrante, are la bază utilizarea unor lichide penetrante care pătrunzând în discontinuităţile piesei, le pun în evidenţă, prin contrast, după aplicarea unei substanţe absorbante. Substanţele penetrante utilizate pot fi: după contrast (penetranţi coloranţi, fluorescenţi, produse radioactive) şi după solubilitate (solubili în apă sau în solvenţi organici sau cu post-emulsionare. Fazele principale ale punerii în evidenţă a defectelor, cu substanţe penetrante, sunt următoarele: -aplicarea substanţei penetrante, figura 10.7-a ; -îndepărtarea lichidului de pe suprafaţa piesei prin spălare sau ştergere, figura 10.7-b; -aplicarea absorbantului, figura 10.7-c; -examinarea defectului după 5 şi 30 minute, figura 10.7-d şi e.
39
Fig.10.7. Detectarea defectelor cu substanţe penetrante: substanţei;b-spălarea şi ştergerea;c-aplicarea absorbantului;d-examinarea petei minute;eexaminarea petei după 30 minute;1-piesa turnată;2-substanţa penetrantă;3substanţa absorbantă.
a-aplicarea după
5
-detectarea defectelor cu pulbere magnetică, figura 10.8. Metoda se bazează pe diferenţa de permeabilitate magnetică dintre materialul compact şi cel cu defecte putându-se aplica numai pieselor turnate din aliaje cu proprietăţi magnetice. Liniile de flux magnetic ocolesc discontinuităţile sau incluziunile nemetalice. Se pot detecta defecte de suprafaţă sau din imediata apropiere a acesteia.
Fig.10.8. Schema detectării defectelor cu pulberi magnetice: 1defect detectabil; 2-defect netectabil. -detectarea defectelor cu ajutorul radiaţiilor penetrante, figura 10.9. Se poate aplica tuturor tipurilor de aliaje. La baza acestei metode stă tehnica radiografierii pieselor turnate cu o sursă de radiaţii X.
40
Fig.10.9. Poziţia sursei de radiaţii penetrante faţă de piesă: 1-piesa turnată;2-defectul;3-sursa de radiaţii;4-filmul radiografic;cdistanţa de la suprafaţa piesei la film;f-distanţa de la sursă la suprafaţa piesei;s-grosimea piesei turnate. -detectarea defectelor prin ultrasunete. Controlul se face numai după efectuarea tratamentului termic final şi respectiv după o prelucrare corespunzătoare a piesei. -controlul formei, dimensiunilor şi masei. 2.4.3.2. Defectele pieselor turnate În funcţie de importanţa lor defectele pieselor turnate se împart în trei grupe: -defecte admisibile, fără remanieri; -defecte admisibile, cu remanieri; -defecte inadmisibile. Prima grupă cuprinde defecte care nu influenţează în nici un fel calitatea şi funcţionalitatea piesei iar defectele din grupa a doua se pot înlătura utilizând diferite procedee de remaniere. Defectele pieselor turnate se simbolizează printr-o literă urmată de un număr format din trei cifre. Litera indică simbolic categoria de bază în care se include defectul, prima cifră arată grupa, a doua cifră indică subgrupa, iar ultima cifră este specifică fiecărui defect în parte.
41
Defectele pieselor turnate se împart din punct de vedere al morfologiei defectelor în următoarele opt categorii de bază: A-excrescenţe metalice. Au formă de bavuri, umflături, creste, picături, defecte ce apar ca urmare a ridicării semiformelor, cedarea semiformei inferioare, deplasarea unei părţi de formă sau de miez, fisurarea suprafeţei formei datorită extragerii greşite a modelului etc. B-goluri. Din această categorie fac parte suflurile, porii superficiali-sita, retasura deschisă,retasura de miez, retasura axială, microretasurile etc. Aceste goluri apar ca urmare a conţinutului crescut de gaze, temperatura prea înaltă de turnare, contracţia în volum a materialului metallic turnat etc. C-discontinuităţi-crăpături. Fac parte rupturile la rece, la cald, crăpăturile la rece şi cald, crăpături la tratament termic, intercristaline etc. D-defecte de suprafaţă. Cuprind ridurile, pielea de elefant, cutele, rugozitatea, retasuri de suprafaţă, aderenţe mecanice, termice, chimice, exfolierea. E-piesă turnată incomplet. Fac parte defecte cum sunt: colţuri rotunjite, piesă incompletă, turnare incompletă, piesă scursă, topire sau deformare la tratament termic, repriză, turnare întreruptă, repriză pe inserţia metalică. F-dimensiuni sau configuraţii necorespunzătoare. Contracţie incorect calculată, contracţie frânată, model deformat, greşeală de montare a modelului, dezaxarea formei, deformare datorită eliminării tensiunilor remanente. G-incluziuni şi defecte de structură. incluziuni metalice, picătură rece, incluziuni de nisip,pete negre, puncte dure, licuaţia etc. 2.4.3.3. Remanierea pieselor turnate Se supun operaţiei de remaniere piesele cu defecte care după remaniere pot fi folosite în ansamblul destinat. Procedeele de remaniere pot fi mecanice, prin sudare, chimice şi speciale. Remaniereapieselor turnate care au defecte conduce la realizarea unor economii importante, în ceea ce priveşte: îmbunătăţirea calităţii pieselor turnate; micşorarea consumului de metal şi de energie; scurtarea ciclului de fabricaţie; reducerea costurilor de producţie. Procedee mecanice de remaniere. În această categorie intră curăţirea, îndreptarea, ştemuirea, dopuirea şi bucşarea, placarea. Se aplică în mod curent în turnătorii, prezentînd avantajul unor utilaje şi tehnologii simple, în piesele turnate neavând loc transformări structurale. Curăţirea se face prin tăiere cu dalta, polizare, prelucrare mecanică. Îndreptarea este un procedeu de remaniere a pieselor turnate, mai ales în cazul pieselor cu lungime mare. În cazul pieselor din fontă îndreptarea se face la cald. De regulă, îndreptarea pieselor turnate se face înainte de tratamentul termic final. Ştemuirea se realizează prin presarea materialului metalic (cu plasticitate ridicată) în zona cu defect, fiind folosită pentru înlăturarea infiltraţiilor.
42
Dopuirea sau bucşarea se aplică în cazul defectelor interioare (retasuri, pori, sufluri, incluziuni) şi constă din găurirea locului defect şi introducerea unor ştifturi sau dopuri filetate figura 10.10. Placarea se aplică la piesele mari şi voluminoase executate în serie mică sau unicate.c
Fig.10.10.Remanierea defectului cu dopuri sudate: aforma defectului în piesa turnată;b-locul cu defect pregătit pentru remaniere;c-defectul remaniat. Remanierea prin sudare. Sudarea este una dintre cele mai sigure şi mai răspândite metode de remaniere a defectelor pieselor turnate. Clasificarea procedeelor de sudare se face în funcţie de natura surselor de căldură folosite pentru topirea aliajului de bază şi a celui de adaos la locul de îmbinare. Cele mai utilizate procedee de sudare pentru remanierea pieselor turnate sunt: -sudarea cu arc electric; -sudarea oxiacetilenică; -sudarea aluminotermică. Alegerea materialelor de adaos se face în funcţie de condiţiile de solicitare şi exploatare, ţinând seama de compoziţia chimică şi caracteristicile mecanice ale piesei ce urmează a fi remaniată prin sudare. Materialele de adaos se împart în două grupe: de bază şi auxiliare. Dintre materialele de adaos de bază fac parte aliajele care participă la realizarea îmbinării sudate (electrozi înveliţi, sârme, pulberi metalice).Materialele de adaos auxiliare uşurează realizarea îmbinării sudate, ele neparticipând direct la formarea cusăturii sudate (fluxuri de sudură, gaze de protecţie, gaze combustibile).
43
Procedee chimice de remaniere. La unele piese turnate problema remanierii defectelor de neetanşeitate este foarte importantă. Aceste defecte apar de obicei după prelucrarea mecanică şi dacă piesa corespunde din punct de vedere al rezistenţei mecanice, se poate remedia piesa turnată prin procedee chimice de remaniere: impregnare, chituire etc. Materialele de impregnare trebuie să răspundă la următoarele cerinţe: -să aibă capacitate mare de pătrundere şi de umezire; -să se contracte cât mai puţin la uscare; -să nu fie toxic; -să aibă durabilitate mare şi rezistenţă ridicată; -să aibă plasticitate bună şi să fie ieftin. Condiţia de bază pentru obţinerea unei bune etanşări este efectuarea unei pregătiri corespunzătoare a piesei turnate cu defecte şi folosirea soluţiei de etanşare optimă. Operaţia preliminară este curăţirea corectă a pieselor turnate care se face de obicei mechanic (prin sablare) sau cu ajutorul periilor de sârmă. Se impune apoi o degresare, de regulă prin încălzirea pieselor turnate într-o atmosferă oxidantă, la o temperatură de 220-250°C timp de 2-4 ore, după care se spală într-o soluţie apoasă de săpun. Pentru remanierea pieselor turnate cu defecte ce înrăutăţesc aspectul comercial se aplică chituirea. În general chituirea se aplică pentru eliminarea denivelărilor suprafeţelor pieselor turnate şi a urmelor rezultate de la remanierea unor defecte mai mari. Remanierea prin metalizare. Prin acest procedeu se pot remania defecte de turnare ca sufluri, retasuri, incluziuni precum şi alte defecte ce înrăutăţesc etanşeitatea sau aspectul exterior. Metalizarea se realizează prin pulverizarea aliajului topit sub o presiune de 5-6 daN/cm 2 pe suprafaţa pregătită în acest scop. După aplicare, stratul metalizat poate fi prelucrat cât este necesar. Temperatura piesei în timpul remanierii nu trebuie să depăşească 50°C, distanţa dintre pistolul de metalizare şi piesă să fie de 150-200 mm. Sârma de zinc se utilizează la remanierea pieselor din fontă, sârma de oţel la sudarea semiautomată sub strat de flux sau în mediu de CO 2 în cazul pieselor de oţel, sârmă de aluminiu pentru piesele turnate din aliaje de aluminiu etc. Proprietăţile mecanice ale stratului metalizat depus sunt, în general, inferioare celor ale aliajului de bază, dar etanşeitatea pieselor poate fi mărită. Metalizarea se realizează cu dispozitive speciale, numite pistoale de metalizare, care pot fi cu flacără oxiacetilenică, cu arc electric sau cu plasmă.
44
