Construcţia de maşini este ramura industrială care se ocupă cu proiectarea, prelucrarea şi asamblarea pieselor în vederea fabricării maşinilor, utilajelor şi agregatelor de orice fel. În concertul industrial al unei ţări dezvoltate ea are un loc important, deţinând aproape 40% din producţie. Procesele tehnologice din industria construcţiilor de maşini sunt procese discontinue, care se desfăşoară pe o mare varietate de maşini şi utilaje comandate manual, automat sau de calculator. Volumul de producţie este foarte divers, de la producţie individuală până la producţia de masă. Produsele finite au forme foarte variate putând avea masa de la câteva grame până la zeci de tone.

Fenomenele care au loc în timpul transformării semifabricatului în produs finit sunt, cu precădere, mecanice însoţite de cele termice. Procesele tehnologice din această ramură industrială se pretează foarte bine la automatizare şi robotizare.

4.1 Tratamentele termice ale oţelurilor

4.1.1 Generalităţi

Tratamentele termice sunt procese de prelucrare termică a metalelor şi aliajelor aplicate cu scopul modificării structurii şi proprietăţilor mecanice, tehnologice şi chimice. Factorii principali ai unui tratament termic sunt

PROCESE TEHNOLOGICE DIN INDUSTRIE

timpul şi temperatura. Orice tratament termic se efectuează în trei faze: încălzire într-un anumit timp, la temperatura stabilită, menţinere la acea temperatură un timp determinat şi răcire până la temperatura ambiantă, Tratamentele termice sunt, după numărul încălzirilor şi răcirilor între momentul iniţial şi cel final, simple, când există o încălzire şi o răcire şi complexe, când sunt mai multe încălziri şi răciri la aceeaşi temperatură sau temperaturi diferite, cu menţineri diferite la aceste temperaturi (fig. 4.1). Temperaturile de încălzire şi răcire intermediare se stabilesc din diagrame de echilibru termic sau folosind relaţii empirice care ţin seama de influenţa elementelor de aliere asupra punctelor de transformare. Durata unui tratament termic este:

t = tînc(1) + tmen(2) + trăc(3) = 0,1 KD (4.1) unde:

K este coeficient ce ţine seama de forma piesei, mediul de încălzire şi uniformitatea încălzirii, având valori între (0,5 ÷ 20)

D – dimensiunea principală a piesei (diametru sau grosime) mm Tratamentele termice se aplică numai aliajelor care prezintă transformări în stare solidă: oţeluri, fonte, aliaje de Cu, Al etc.

Stările structurale (fazele) ale unui metal sau aliaj depind de starea energetică a sistemului considerat, care la rândul său depinde de valoarea rezervei de energie liberă a sistemului. Transformările structurale se produc în sensul existenţei unei energii libere minime, la o temperatură dată. Dacă într-un sistem în stare solidă, sunt posibile două stări structurale α şi β,

t1 t2 t3 t

a

T T

b t

T1

T2

T3

Fig. 4.1 Cicluri de tratamente termice a – simplu; b – complex.

stabile în intervale de temperatură diferite, energiile loc libere variază conform figurii 4.2.

Fig. 4.2 Variaţia energiei libere a fazelor

La temperatura To cele două faze coexistă timp nedefinit. Orice modificare a temperaturii înclină echilibru spre una din cele două faze: la o temperatură mai mică decât To este stabilă faza α, iar la o temperatură mai mare decât To este stabilă faza β. Trecerea de la o fază stabilă la o temperatură joasă, la alta stabilă la temperatură înaltă, este posibilă prin mărirea temperaturii, când atomii primesc un surplus de energie, numită energie de activare, ce permite acestora migrarea în interiorul masei metalice, pentru un alt aranjament structural.

Tratamentele termice sunt: tratamente termice propriu-zise, când se realizează numai sub acţiunea

temperaturii; tratamente termochimice, când temperaturii i se asociază şi un element

chimic ce difuzează în materialul supus tratamentului. 4.1.2 Tratamentele termice propriu-zise

Tratamentele termice propriu-zise ale oţelurilor sunt recoacerea, călirea şi revenirea. Recoacerea este tratamentul termic prin care se urmăreşte aducerea oţelului într-o stare de echilibru fizico-chimic sau structural şi eliminarea tensiunilor interne. Prin recoacere se elimină defecte structurale provocate de prelucrări anterioare şi se creează condiţii favorabile desfăşurării

E

EβEα

T2T0 TT

prelucrărilor ulterioare. Funcţie de temperatura la care se efectuează recoacerea este

- incompletă, când temperatura de încălzire este 7230C+ (20÷30)0C sau sub 7230C, urmată de răcire lentă cu (20÷40)0C/h;

- completă, când temperatura de încălzire este în domeniul transformării structurale totale pentru toate oţelurile. Recoacerea incompletă modifică gradul de dispersie al constituenţilor şi micşorează starea tensională.

Recoacerea completă urmăreşte realizarea unui echilibru fizico-chimic şi structural complet. Ea se aplică pieselor prelucrate prin deformare plastică şi are drept scop finisarea granulaţiei, micşorarea durităţii, reducerea stării de tensiune şi mărirea prelucrabilităţii prin aşchiere. Structura care se obţine la temperatura de menţinere depinde de tipul recoacerii. După scop, recoacerea poate fi:

recoacere de detensionare, ce este o recoacere incompletă, aplicată oţelurilor pentru eliminarea tensiunilor interne cauzate de şocuri termice (încălziri şi răciri alternate brusc). Piesele supuse recoacerii de detensionare se încălzesc la temperatura de (600 ÷ 680)0C, la care se menţin câteva ore, funcţie de grosimea piesei, răcindu-se, apoi, lent. Acest procedeu de recoacere se aplică pieselor turnate, călite, deformate plastic, dar „cu precădere” pieselor sudate.

recoacere de recristalizare ce este o recoacere completă, aplicată pieselor din oţel cu conţinut redus de carbon obţinute prin deformare plastică la rece, cu scopul micşorării durităţii şi măririi plasticităţii la prelucrările plastice ulterioare (laminare, trefilare, forjare).

recoacere de omogenizare, ce este o recoacere completă, aplicată lingourilor cu scopul omogenizării chimice a oţelului. Temperatura de încălzire este în domeniul transformării structurale totale, iar în cazul oţelului aliat (1.050÷1.250)0C. Menţinerea la această temperatură se face timp îndelungat, (10 ÷ 15)ore. De aceea, este un tratament costisitor, necesitând utilaje speciale. El se aplică numai în cazuri speciale, de exemplu lingourilor din oţeluri aliate cu Cr, Mn şi Mo.

recoacere de regenerare (obţinerea de grăunţi fini). Se aplică în cazul

oţelurilor turnate sau supraîncălzite care au o structură grosolană. Pentru oţelurile cu mai puţin de 0,8%C este o recoacere completă, iar pentru cele cu mai mult de 0,8%C o recoacere incompletă.

recoacere de înmuiere (globulizare), aplicată oţelului pentru mărirea prelucrabilităţii prin aşchiere. Prin acest tratament, formaţiunile lamelare din structură se transformă în formaţiuni globulare. Recoacerea de înmuiere poate fi subcritică, executată la o temperatură mai mică decât punctul 7230C, incompletă, şi prin pendulare, când se fac mai multe încălziri şi răciri succesive în jurul punctului de 7230C.

recoacere izotermă, aplicată atât pentru oţeluri cu mai puţin de 0,8%C când este o recoacere completă, cât şi pentru oţelurile cu mai mult de 0,8%C când este incompletă. Piesele se menţin la temperatura de încălzire un timp dat, după care se răcesc rapid sub 7230C, unde se menţin până la transformarea integrală a constituenţilor, urmată de răcire. Se aplică pentru loturi mici de piese de dimensiuni medii, pentru care se realizează economie de timp şi energie.

normalizare, ce este o recoacere completă, aplicată oţelurilor cu mai puţin de 0,8%C care au fost deformate plastic şi au structura în benzi. Oţelurile se încălzesc în domeniul transformării structurale totale, apoi se răcesc în aer liniştit. Când piesele au forme complexe se răcesc în curent forţat de aer până la 6000C, după care răcirea continuă în cuptor. Normalizarea se foloseşte ca tratament termic primar pentru oţeluri de scule, oţeluri slab aliate, oţeluri carbon cu conţinut mic de carbon.

Călirea este un tratament ce constă în încălzirea oţelurilor la o temperatură ridicată, menţinerea un timp determinat la această temperatură şi răcirea rapidă. Ea se aplică în scopul măririi durităţii şi rezistenţei mecanice. Parametrii călirii sunt:

temperatura de încălzire, ce depinde de felul oţelurilor: pentru cele cu mai puţin de 0,8%C este în domeniul transformării structurale totale, pentru oţelurile cu mai mult de 0,8%C este 7230C + (20 ÷ 40)0C, iar pentru cele aliate (1.200 ÷ 1.250)0C, deoarece punctul de transformare structurală s-a ridicat, datorită elementelor de aliere (Cr, Mo, V, W);

viteza de încălzire, ce se alege astfel încât să se evite încălzirile bruşte, deoarece ele pot genera tensiuni interne. De asemenea, trebuie evitate

încălzirile lente, întrucât cresc consumul de energie şi apare pericolul decarburării şi oxidării superficiale.

durata de menţinere, ce depinde de grosimea pieselor, se stabileşte astfel încât să se asigure o încălzire uniformă;

viteza de răcire, dependentă de structura urmărită, este asigurată de mediul de răcire, care poate fi apa şi soluţiile apoase, uleiuri minerale, alcalii sau săruri topite, metale sau aliaje topite (Pb, Sn, Pb-Sn-Cd, Bi-Sn-Cd, aluminiu) gaze. Răcirea unor oţeluri şi superaliaje cu Ni sau Ti se realizează în medii neutre (Ar, He) în recipienţi vidaţi.

Un mediu de călire bun asigură o răcire rapidă în intervalul (400 ÷ 650)0C şi una relativ lentă între (200 ÷ 400)0C, pentru ca tensiunilor interne structurale să nu li se adauge tensiunile interne generate de răcirea rapidă. Apa este mediul cel mai utilizat asigurând o viteză de răcire rapidă în ambele intervale de temperatură. Viteza mare din al doilea interval este un neajuns, mai ales pentru oţelurile aliate care se răcesc în ulei, unde viteza de răcire este mai mică de 3-4 ori decât în apă. Călirea se aplică oţelurilor cu conţinut de carbon mai mare de 0,35%. Celelalte nu sunt călibile, deoarece procentul de carbon nu permite obţinerea unei cantităţi suficiente de constituent de călire. Călirea poate fi:

călire obişnuită, aplicată oţelurilor cu mai puţin de 0,8%C. Oţelul este încălzit peste 7230C şi răcit într-un singur mediu de răcire (apă sau ulei) care, pentru mărirea vitezei, se agită puternic. Este simplă, se poate uşor automatiza şi conduce la creşterea durităţii oţelurilor.

călirea întreruptă, sau în două medii, aplicată sculelor din oţel carbon şi constă în încălzirea pieselor la o temperatură în jur de 7230C + (20÷40)0C urmată de răcire, la început, într-un mediu cu viteză mare (apa) iar apoi într-un al doilea mediu cu viteză mai mică (ulei). Prin acest tratament se asigură duritate mare şi se evită tensiunile interne. Dificultatea procedeului constă în stabilirea momentului întreruperii răcirii în primul mediu;

călire în trepte, aplicată sculelor din oţel carbon şi slab aliat. După încălzire la o temperatură egală cu cea de la procedeul precedent, piesele se răcesc în ulei sau săruri topite, aflate la o temperatură mai mare decât punctul superior de transformare al constituentului de călire.

La temperatura de încălzire, ele se menţin (5 ÷ 15) min., după care se răcesc în aer liniştit sau ventilat. În urma acestui procedeu se evită tensiunile interne ale materialului.

călire izotermă, ce asigură materialelor duritate mare (50 HRC), tenacitate ridicată şi structura dorită, prin reglarea temperaturii mediului de răcire. Ea constă în răcirea materialului, după încălzire, la temperatura prescrisă, într-un mediu format din săruri şi baze topite (NaNO3, KNO3, NaOH, KOH) aflat la o temperatură de (250 ÷ 400)0C unde se menţine timp îndelungat pentru transformări structurale. Procedeul este economic, deoarece structura obţinută este finală.

călire sub 00, aplicată oţelurilor pentru care punctul de apariţie a constituentului de călire este sub 00 (oţel cu C > 0,6%, oţeluri aliate). Mediul de răcire este refrigerent (-70 ÷ -190)0C zăpadă carbonică + azot lichid, aer lichid, azot lichid. Călirea sub 00 se recomandă pentru durificarea oţelurilor speciale de construcţii carburate şi călite (duritatea se măreşte cu (2 ÷ 13) HRC) mărirea stabilităţii dimensionale a calibrelor executate din oţeluri speciale, oţel carbon de scule şi înalt aliate de scule (rapide). Oţelurile carbon şi slab aliate se introduc în mediul refrigerent după (2÷3) h de la călire.

călire superficială prin inducţie (CIF). Se foloseşte atunci când se urmăreşte obţinerea unor piese cu suprafaţă dură şi rezistentă la uzură, dar cu miez moale. Ea are la bază fenomenul de inducţie magnetică. Efectul Joule ce apare sub acţiunea curentului indus, determină încălzirea peste punctele critice de transformare într-un timp foarte scurt. Piesa se introduce într-un inductor (solenoid) format dintr-o ţeavă de cupru, răcită la interior, prin care circulă un curent electric alternativ de înaltă frecvenţă (2 ÷100) kHz. Câmpul magnetic ce apare generează curenţi induşi foarte intenşi la suprafaţa pieselor şi slabi în profunzime, deoarece adâncimea de pătrundere a lor în material este invers proporţională cu frecvenţa curentului electric. Ei determină o puternică încălzirea superficială a pieselor, care apoi sunt răcite brusc în apă. Acest procedeu se pretează la automatizare.

Revenirea este un tratament secundar ce urmăreşte obţinerea unor structuri stabile, îndepărtarea tensiunilor interne, micşorarea durităţii

şi fragilităţii excesive şi creşterea proprietăţilor de plasticitate (alungirea, rezilienţa). Încălzirea oţelului se face sub 7230C, urmată de răcire lentă sau rapidă. În funcţie de temperatura de încălzire, revenirea este: joasă (150 ÷ 250)0C medie (250 ÷ 550)0C şi înaltă (550 ÷ 700)0 C. Revenirea joasă se aplică pieselor ce necesită duritate şi rezistenţă la uzură şi oboseală mari. Temperatura de încălzire este sub cea de transformare a constituentului de călire şi nu au loc transformări structurale. Scopul ei este îndepărtarea tensiunilor interne. Se supun revenirii joase oţelurile carbon, oţelurile slab aliate, piesele carburate şi călite sau călite superficial. Tratamentul se desfăşoară în băi de ulei, de săruri, iar răcirea se face lent. Revenirea medie se aplică pieselor care trebuie să aibă o tenacitate mai bună, fără a reduce prea mult duritatea şi elasticitatea oţelului. Revenirea înaltă se aplică oţelurilor de construcţie pentru mărirea tenacităţii. Prin acest tratament se înlătură duritatea şi fragilitatea excesive ale oţelurilor aliate.

Călirea urmată de revenirea înaltă se numeşte îmbunătăţire şi se aplică pieselor ce necesită plasticitate şi rezilienţă ridicate, asociate cu rezistenţă mecanică şi duritate mari. La oţelurile aliate cu Mn, Cr, Cr-Mn, Mn-Si, Cr-Si, se constată, în cazul menţinerii timp îndelungat la temperatura de (500÷550)0C şi răcirea lentă, o fragilitate numită fragilitate de revenire.

Indicatorul tehnico-economic calculat la tratamentele termice este consumul specific de combustibil.

4.1.3 Tratamentele termochimice ale oţelurilor

Tratamentele termochimice se deosebesc de cele propriu-zise prin faptul că, pe lângă modificările structurale, au loc şi modificări ale compoziţiei chimice superficiale, datorită difuziei unui element chimic în stratul superificial. Ele se aplică pieselor care trebuie să aibă rezistenţă la uzură şi coroziune mare, dar miezul moale (roţi dinţate, arbori de transmisie, osii, şaibe, role etc.). Pentru a se putea produce fenomenul de difuzie, elementul difuzant trebuie să fie în concentraţie mare, să se dizolve în metalul de bază şi să existe o temperatură ridicată care să asigure atomilor

difuzanţi o energie suficient de mare. Adâncimea stratului pe care se produce difuzia este proporţională cu rădăcina pătrată din durata procesului. Dintre aceste tratamente amintim: carburarea, nitrurarea, cianizarea, metalizare, sulfocianizarea. Carburarea constă în îmbogăţirea stratului superficial cu carbon. Se aplică oţelurilor cu C < 0, 25% şi a celor aliate cu Ni şi Cr - Ni. Ea se poate face în mediu solid şi gazos. Carburarea în mediu solid. Piesele de carburat se împachetează în cutii metalice de carburare, împreună cu mediul carburizator (amestec de mangal şi carbonaţi Na2CO3, BaCO3) şi se introduc în cuptor, unde se încălzesc la (900 ÷ 930)0C un timp determinat de adâncimea de carburare (8 ÷ 10 ore pentru un milimetru). În urma reacţiilor care au loc în cuptor în prezenţa oxigenului, se pune în libertate carbon activ, care difuzează în stratul superficial durificându-l. Dezavantajele procedeului sunt: cost ridicat al utilajului, timp îndelungat şi conducere greoaie a procesului.

Carburarea în mediu gazos foloseşte drept mediu carburizator gazul metan, care se descompune . H2 + C CH 24 Carbonul este activ şi are viteză de difuzie mare. Avantajele procedeului sunt: timp redus (4 ÷ 5 ore/mm adâncime), nu necesită cutii pentru carburare şi reglare precisă a procesului. Mai nou, drept gaz carburizator se foloseşte endogazul în amestec cu hidrocarburi, care asigură viteză de difuzie mare şi reglare precisă a conţinutului de carbon. După carburare, piesele se supun tratamentului de călire şi revenire joasă, pentru a modifica structura şi compoziţia straturilor superficiale carburate grosolan. Nitrurarea reprezintă îmbogăţirea stratului superficial cu azot. Se

supun acestui tratament oţelurile şi fontele, când se urmăreşte creşterea

durităţii stratului superficial (1.100 ÷ 1.200)HV, a rezistenţei la uzură,

oboseală şi coroziune. Se aplică după călire şi revenire înaltă, prin

introducerea pieselor prelucrate la cote, în atmosferă de amoniac aflat la

(500 ÷ 550)0 C, unde se menţin (40 ÷ 50) h/ (0,2 ÷ 0,4) mm adâncime.

Amoniacul disociază în hidrogen şi azot activ. Azotul activ difuzează în

stratul superficial formând nitruri. Se nitrurează oţelurile îmbunătăţite aliate

cu Al, Ti, Cr, Mo, V, elemente ce formează nitruri stabile la temperatura

ambiantă.

Un procedeu nou este nitrurarea ionică ce constă în absorbţia ionilor

de azot în material şi fixarea lor interstiţial, formând soluţii solide şi

compuşi chimici. Suprafaţa piesei este bombardată cu ioni de

azot . )NH ,N ,N( +3

+2

+ Ea se produce numai în prezenţa unei descărcări

luminoase, în atmosferă de azot şi hidrogen.

Cianizarea reprezintă difuzarea în stratul superficial a atomilor de C

şi N şi a grupului CN-. Se poate realiza în mediu lichid şi gazos. Mediul

lichid este format din cianuri topite (NaCN, KCN, K4F(CN)6) în amestec cu

săruri neutre (NaCl, BaCl2, Na2CO3). La temperaturi înalte cianurile

disociază şi grupul CN- difuzează în materialul piesei. Cianizarea în medii

lichide poate fi făcută la temperaturi joase (550 ÷ 650)0C folosit pentru scule

aşchietoare şi la temperaturi ridicate (800 ÷ 950)0C când se urmăreşte

mărirea durităţii. După cianizarea la temperaturi ridicate, piesele sunt supuse

călirii şi revenirii joase. Cianizarea în mediu gazos se numeşte şi

carbonitrurare. Mediul este un amestec gazos de CH4, NH3 şi endogaz.

Temperatura de încălzire este (800 ÷ 850)0C, iar durata de menţinere

depinde de grosime. Duritatea este mai mare decât în cazul carburării.

Sulfocianizarea reprezintă un tratament nou ce constă în difuzarea în

stratul superficial a C, S şi N şi duce la creşterea rezistenţei la uzură. Se

efectuează în săruri topite la (560 ÷ 580)0C (NaCN, KCN, NaCNS, KCNS)

şi se aplică în special segmenţilor pentru pistoane, cămăşilor de cilindru şi

pentru poansoanelor de calibrare din oţel rapid.

Metalizarea prin difuzie constă în difuzarea în stratul superficial a diverselor metale Cr, Al, Si, B, W, Ti, Mo, Be, pentru creşterea durităţii superficiale, refractarităţii şi rezistenţei la coroziune. Tratamentul poartă numele elementului difuzant.

4.1.4 Tratamentele termice şi termodinamice neconvenţionale Din această categorie fac parte tratamentele termomecanice,

termomagnetice şi cele în vid. Tratamentele termomecanice combină deformarea plastică cu

tratamentele termice şi reprezintă totalitatea operaţiilor de deformare plastică, încălzire şi răcire realizate in diferite succesiuni. Ele sunt tratamente termomecanice de temperatură înaltă, când temperatura de încălzire este mai mare decât cea de recristalizare, şi tratamente termomecanice de temperatura joasă, când temperatura de încălzire este mai mică decât cea de recristalizare.

Tratamentele termomecanice de temperatură înaltă se bazează pe deformarea plastică la cald urmată de răcire. Ele pot fi aplicate oricărei mărci de oţel folosind orice fel de deformare plastică. Parametrii tehnologici ai acestor tratamente sunt forţa de deformare, numărul de treceri, gradul de deformare al unei treceri, cuprins între 25%÷40%, temperatura de încălzire şi deformare, durata de menţinere postdeformaţională la temperatura de încălzire şi viteza de răcire. Aceste tratamente determină creşterea limitei de proporţionalitate, a rezistenţei la tracţiune, a plasticităţii şi tenacităţii.

Tratamentele termomecanice de temperatură joasă se aplică oţelurilor ai căror constituenţi au stabilitate mare între (500 ÷ 600)˚C şi se folosesc pentru produse simple cum sunt organele de maşini, roţi dinţate, bolţuri, fire extrudate din construcţiile aeronavelor, autovehiculelor şi aerospaţialelor, pentru scule folosite la deformarea plastică la rece etc.

Tratamente termomagnetice folosesc ca sursă de încălzire curenţii de înaltă frecvenţă. Ele se aplică pieselor care trebuie să aibă miezul moale şi suprafaţa exterioară dură.

Tratamente termice în vid se aplică produselor executate din materiale metalice foarte reactive, cum sunt oţelurile aliate cu Mo, W, Ta,

Te pentru a le proteja împotriva acţiunii agresive a mediilor de încălzire uzuale şi a celor „protectoare”. Aceste piese nu mai suferă prelucrări ulterioare. În vid se desfăşoară tratamentele: recoacerea de detensionare, de recristalizare şi de înmuiere, călirea, revenirea şi carburarea şi degazarea.

Recoacerea în vid se aplică oţelurilor aliate folosite la construcţiilor aeronautice, aerospaţiale şi electronice, oţelurilor moi aliate cu siliciu folosite la calculatoare şi maşini de imprimat, a pieselor magnetice, oţelurilor carbon şi slab aliate folosite la armarea sticlei acoperite galvanic. Temperatura este mai mare de 800˚C, iar presiunea de (10¯3 ÷ 10¯4) torr.

Călirea şi revenirea în vid se aplică oţelurilor medii şi înalt aliate, oţelurilor matriţelor pentru deformarea plastică la rece şi la cald pentru turnarea sub presiune a sculelor aşchietoare etc. Temperatura de încălzire depăşeşte 100˚C, presiunea este de (10¯1-10¯2) torr, timpul de menţinere la temperatură de încălzire (4÷10) min. Răcirea pieselor se face în gaz inert sau ulei.

Carburarea în vid foloseşte ca mediu carburizator metan, propan sau gaze naturale cu conţinut mare de metan şi se desfăşoară cu viteze mai mari decât la presiuni normale, deoarece vidul favorizează procesul difuziei.

Degazarea în vid elimină gazele dizolvate în materiale cum sunt hidrogenul, oxigenul şi azotul la temperaturi mai joase de 700˚C şi presiunea de 10¯4 torr. Prin acest tratament cresc rezistenţa la oboseală şi ductibilitatea şi se îmbunătăţeşte sudabilitatea.

În secţiile de tratamente termice, mai ales pentru acoperiri galvanice, se folosesc roboţi industriali pentru preluarea, deplasarea şi depunerea pieselor aşezate pe un suport, la diferite posturi de lucru potrivit suprafeţei care se tratează. Indicatorii tehnico-economici calculaţi la tratamentele termice şi termochimice sunt consumul specific de combustibil, consumul specific de mediu de răcire şi consumul specific de element difuzant sau de substanţă din care rezultă elementul difuzant.

4.2 Obţinerea pieselor prin turnare În construcţia de maşini, semifabricatele şi unele piese finite se obţin prin turnare sau deformare plastică. Turnarea asigură realizarea unei game foarte variate de piese, cu greutate de la câteva grame până la sute de tone. Ea se bazează pe câteva proprietăţi importante ale metalelor şi aliajelor, cum sunt: contracţia, turnabilitatea, tensiunea superficială şi fluiditatea. Contracţia metalului şi aliajului topit în timpul solidificării şi răcirii, determină dimensiunile modelului, dar mai ales ale reţelei de turnare şi în special ale maselotei. Coeficientul de contracţie depinde de metal şi aliaj. Turnabilitatea este capacitatea unui metal sau aliaj topit de a umple cavitatea formei în care se toarnă. Ea depinde de compoziţia aliajelor, temperatura de topire, temperatura de turnare şi natura formei. Tensiunea superficială a metalelor şi aliajelor topite influenţează asupra structurii piesei turnate şi aderării amestecului de formare la suprafaţa piesei turnate. O tensiune superficială mare conduce la o structură compactă şi împiedică aderarea amestecului formei la suprafaţa piesei. Fluiditatea este capacitatea metalelor şi aliajelor topite de a curge cu o anumită viteză. Cu cât fluiditatea este mai mare, cu atât viteza de curgere şi umplere a formei se măreşte; ea este influenţată de compoziţia chimică, de temperatura de topire şi de cea de turnare. Obiectul procesului tehnologic de turnare este obţinerea de piese metalice prin solidificarea metalelor sau aliajelor lichide în forme. Forma de turnare este un ansamblu metalic sau nemetalic, ce cuprinde cavitatea, care prin umplere cu metal lichid, va da piesa turnată. După numărul de turnări ce se pot face într-o formă, ele sunt temporare, folosite la o singură turnare, semipermanente, folosite la un număr limitat de turnări (10 ÷ 20)şi permanente, folosite la un număr mare de turnări (5.000 ÷ 80.000). După gradul de umiditate, formele sunt umede sau crude, conţinând (7÷12)% apă, semiumede, având maxim 6% apă şi uscate. Formele umede se folosesc la turnarea pieselor mici, cele semiumede pentru piese importante, iar cele uscate pentru piese mari.

Turnarea se poate realiza în forme temporare din amestec de formare şi prin procedee speciale. Formele temporare din amestec de formare se pot obţine manual (în două rame, în trei sau mai multe rame, în solul turnătoriei, cu şablonul) şi mecanizat, când volumul de producţie este mare. Procedeele speciale de turnare sunt: turnarea în forme metalice (cochile), turnarea sub presiune, turnarea în forme coji cu lianţi termoreactivi, turnarea în forme coji cu modele uşor fuzibile, turnarea în forme ceramice, turnarea în forme şi cu miezuri întărite cu CO2, turnarea centrifugală, turnarea în forme vidate. Alegerea procedeului tehnologic de turnare optim este condiţionată de: obţinerea unor piese de bună calitate, compacte, fără defecte, cu proprietăţi fizico-mecanice şi chimice superioare; asigurarea reducerii la minim a consumurilor specifice de metal, energie, combustibil; adoptarea unor adaosuri de prelucrare minime; posibilitatea obţinerii unor productivităţi mari prin folosirea intensivă a utilajelor de turnare şi suprafeţelor de producţie; asigurarea unor condiţii bune de muncă prin respectarea protecţiei muncii; adaptarea la felul producţiei de piese turnate, la dimensiunile şi greutatea pieselor. După greutate, piesele turnate sunt: mici (< 100 kg); mijlocii (100 ÷ 500)kg; mari (500÷ 5.000)kg şi foarte mari (> 5.000 kg).

4.2.1 Turnarea în forme temporare din amestec de formare Amestecul de formare sau pământul de turnătorie este compus din nisip cuarţos, argilă, apă, diferite adaosuri şi trebuie să aibă refractaritate mare, pentru a rezista la acţiunea metalului topit, plasticitate, pentru a se modela uşor, rezistenţă mecanică, pentru a suporta presiunea exercitată de metalul topit, şi permeabilitate, pentru a permite evacuarea gazelor şi aerului din forme. Nisipul cuarţos, componentul care conferă amestecului refractaritate şi rezistenţă mecanică, conţine (95 ÷ 98)% SiO2. Granulaţia sa asigură permeabilitate şi plasticitate amestecului. Granulele de nisip care vin în contact cu metalul topit vitrifică la suprafaţă, evitând pericolul dezagregării amestecului prin ardere. Nisipurile sunt caracterizate şi controlate prin

încercări fizico-mecanice, de analiză granulometrică, de permeabilitate, de compresiune şi de forfecare. Argila are funcţia de liant şi conferă amestecului plasticitate. Conţinutul în argilă depinde de felul amestecului. Apa se găseşte în amestecul de formare în procent de maxim 12% şi are rolul de a-i mări plasticitate. Adaosurile pentru amestec îmbunătăţesc unele proprietăţi tehnologice cum sunt permeabilitatea şi compresibilitatea şi depind de felul amestecului. Amestecul de formare este amestec pentru forme şi amestec pentru miez. Amestecul pentru forme este de model şi de umplere. Amestecul de model sau proaspăt vine în contact direct cu modelul. El conţine (20 ÷ 50)% argilă, restul nisip, iar ca adaosuri are făină de lemn, pleavă, turbă, cărbune de lemn, cocs de turnătorie, grafit etc. Amestecul de umplere, sau regenerat, este amestecul cu care se umple forma şi este refolosit la mai multe operaţii de formare. Regenerarea amestecului reface proprietăţile acestuia, cu precădere plasticitatea, deoarece stratul care vine în contact cu metalul topit prin „ardere” îşi pierde consistenţa. Pentru reutilizare, el trebuie să fie amestecat cu nisip nou în proporţie de (25 ÷ 40)%, funcţie de felul formei, şi cu o anumită cantitate de argilă refractară sau bentonită. Amestecul pentru miez conţine nisip cuarţos şi lianţi organici (melasă, dextrină, leşie sulfitică, ulei de in, colofoniu, răşini sintetice). Amestecurile se prepară în staţii speciale prin sfărâmare, clasare, sortare şi regenerarea celor uzate. În afară de amestecuri de formare, în turnătorie se mai folosesc vopsele şi pudre pentru forme şi materiale de izolaţie. Vopselele şi pudrele se aplică pe suprafaţa formelor pentru evitarea aderării amestecului de formare la suprafaţa piesei turnate. Compoziţia lor depinde de materialul turnat. Pentru fonte se folosesc cele care au în compoziţia lor carbon (grafit, mangal, cocs) iar pentru oţeluri cele pe bază de cuarţ sau magnezită fin măcinate. Materialele de izolaţie împiedică aderarea amestecului de formare la suprafaţa modelului şi pot fi sub formă de pudre (praf de cuarţ, praf de

grafit, licopodiu) şi sub formă de emulsii (stearat de calciu) care se folosesc mai rar, deoarece sunt scumpe. Procesul tehnologic prin care se obţin formele se numeşte formare. Cele mai largi posibilităţi de utilizare sunt asigurate de formarea manuală în două rame, care cuprinde următoarele etape: confecţionarea modelelor şi a cutiilor de miez, confecţionarea miezurilor, confecţionarea formelor, elaborarea metalelor şi aliajelor în vederea turnării, turnarea propriu-zisă, dezbaterea şi controlul calitativ al pieselor turnate. Pentru fiecare etapă se întocmeşte câte o fişă tehnologică specifică turnătoriilor. Confecţionarea modelelor şi a cutiilor de miez. Modelul este piesa cu ajutorul căreia se obţine cavitatea în formă. El reproduce aproximativ piesa de turnat (fig. 4.3).

Un model se compune, în funcţie de dimensiuni, dintr-o bucată, din două sau mai multe bucăţi. Când modelele se compun din două bucăţi, acestea se numesc semimodele. Suprafeţele cu care bucăţile sunt în contact se numesc suprafeţe de separaţie. Pentru asamblarea, orientarea şi centrarea bucăţilor, pe suprafaţa de separaţie a uneia sau unor bucăţi sunt prevăzute

b.

5

1

2

3

4

a.

Fig. 4.3 Piesa de turnat (a) şi modelul (b) 1 – semimodelul superior; 2 – marcă; 3 – cep;

4 – semimodelul inferior; 5 – suprafeţe de separaţie

cepuri sau ştifturi de centrare, iar pe suprafeţele bucăţilor cu care acestea vin în contact, găuri de centrare cu aceleaşi dimensiuni ca şi cepurile.

Dimensiunile modelului sunt mai mari decât cele ale piesei de turnat, deoarece se ţine seama de contracţia metalului prin solidificare şi de adaosul de prelucrare necesar prelucrărilor mecanice prin aşchiere.

La stabilirea dimensiunilor piesei finite se au în vedere solicitările din timpul funcţionării utilajului din care face parte. Nu se admit supradimensionari inutile, deoarece cresc consumul de metal, manopera şi norma de timp. Piesele trebuie să aibă forme tehonologice, ce sunt forme care se obţin uşor prin turnare. Orice modificare adusă formei pieselor trebuie să aibă în vedere:

- să nu influenţeze rolul funcţional al piesei; - să nu afecteze proprietăţile mecanice ale materialului; - să nu dăuneze esteticii piesei; - să nu mărească costul fabricaţiei. Modificările se fac pentru ca modelele, cutia de miez şi miezurile să

se execute simplu, economic şi să se înlăture defectele ce apar la solidificare şi răcire. Modelele se confecţionează din materiale care depind de volumul de producţie. Ele sunt:

lemnul, folosit pentru producţia de serie mică şi mijlocie. Ca esenţe folosite sunt: pinul şi bradul, pentru piese cu volum mare, stejarul, nucul, ulmul, fagul, pentru piese mici sau cele cu forme complicate. Împotriva umidităţii, modelele se protejează prin vopsire;

ipsosul, folosit rar datorită fragilităţii sale, pentru părţi complementare ale modelelor;

aliajele metalice, folosite pentru producţia de serie mare şi masă, deoarece au durabilitate mare. Cele mai folosite sunt bronzurile, alamele şi aliajele de aluminiu. Sunt utilizate cu precădere pentru confecţionarea plăcii-model la formarea mecanică. Preţul modelelor metalice este ridicat datorită prelucrării mecanice de precizie;

masele plastice, se folosesc ca înlocuitori ai lemnului.

Confecţionarea miezurilor Golurile interioare ale pieselor se obţin cu ajutorul miezurilor, care se aşează în cavitatea formei în locaşuri speciale obţinute cu ajutorul mărcilor modelului. Miezurile se obţin în cutii de miez a căror formă interioară este aceeaşi cu conturul miezului (fig. 4.4). Cutiile de miez se compun din două bucăţi asamblate prin bride. Pentru creşterea rezistenţei mecanice a miezurilor, ele se consolidează cu ajutorul unor armături metalice sau cuie.

Confecţionarea formei. Utilajele necesare pentru formare sunt: două rame, placa de bază, modelul, cutia de miez, amestecuri de formare, uneltele formatorului. Fazele operaţiei de formare sunt (fig. 4.5):

Fig. 4.5 Fazele succesive ale formării în două rame 1 – placă de bază; 2 – ramă inferioară; 3 – semimodel inferior; 4 – ramă superioară; 5 – semimodel superior; 6 – amestec de formare; 7 – canal de aerisire; 8 – preaplin;

9 – pâlnie de turnare; 10 – canal de alimentare; 11 – miez; 12 – şurub

1

2

3 4

5

6

7

8

91

11

a) b

c) d

Fig.4.4 Cutie de miez 1 – cutie de miez; 2 – bridă; 3 – miez

a) aşezarea ramei inferioare şi a semimodelului inferior pe placa de bază urmată de umplerea ei cu amestec de formare şi executarea canalelor de aerisire;

b) montarea ramei superioare şi a semimodelului superior cu rama inferioară şi semimodelul inferior;

c) umplerea ramei superioare cu amestec de formare, realizarea reţelei de turnare şi a canalelor de aerisire;

d) extragerea modelului şi aşezarea miezului după separarea celor două rame urmate de reasamblarea ramelor

se aşează semimodelul inferior (cel cu găuri) cu suprafaţa de separaţie în

centrul plăcii de bază; se presară pudră de izolaţie pentru model şi apoi un strat de (2÷3) cm de

amestec de model, care se tasează bine în jurul modelului, pentru a lua forma acestuia, cu precădere în zonele ce prezintă unghiuri. Golul ramei se umple cu amestec de umplere, în straturi succesive, care se bat pentru a căpăta rezistenţa mecanică necesară. După umplere şi aducere la gradul de îndesare dorit, amestecul rămas se îndepărtează cu o riglă pentru a se obţine o suprafaţă plană;

se dau canale de aerisire cu un ac; se întoarce rama, cu modelul în ea, cu 1800 şi se aşează pe placa de bază;

se aşează rama superioară deasupra celei inferioare asamblându-se cu şuruburi;

se asamblează semimodelul superior cu cel inferior, se introduc modelele reţelei de turnare şi se procedează ca în fazele 2 şi 3.

se execută pâlnia reţelei de turnare. O reţea de turnare se compune din: pâlnie, canal de alimentare şi canal de control sau preaplin;

se scot modelele reţelei de turnare; se separă rama superioară de cea inferioară, se întoarce cu 1800 şi se

aşează pe placa de bază. se scot semimodelele; se aşează miezul în interiorul ramei inferioare; se reasamblează ramele;

se usucă, atunci când se toarnă în forme uscate; pentru anihilarea presiunii formate în timpul turnării şi pentru a evita

apariţia spaţiului liber între cele două rame, pe rama superioară se aşează greutăţi.

Elaborarea metalelor şi aliajelor în vederea turnării. Elaborarea acestora are loc în secţii speciale dotate cu cuptoare de topire, care depind de aliajul turnat. Pentru fonte se folosesc cubilou, cuptoare cu arc electric şi cu inducţie, iar pentru oţeluri cuptoare cu arc electric şi cu inducţie. Pentru aliaje neferoase se folosesc cuptoare electrice cu rezistenţă şi inducţie. Turnarea propriu-zisă. Din utilajul în care s-a elaborat, aliajul este evacuat în oala de turnare, iar de aici se toarnă în forme. Metalul topit se toarnă în pâlnia de turnare a reţelei de turnare de unde curge laminar cu o viteză mică în canalul de alimentare, şi de aici în cavitate. Viteza nu trebuie să fie mare pentru a nu distruge forma sau antrena amestec de formare. Umplerea cavităţii este marcată de umplerea preaplinului. Dezbaterea şi curăţirea pieselor turnate. După solidificarea pieselor turnate şi răcirea lor, ele se extrag din formă prin distrugerea acesteia. Operaţia se numeşte dezbatere, şi se poate efectua manual sau mecanic, prin scuturarea formei cu ajutorul unor dispozitive vibratoare cu acţionare pneumatică (dezbătătoare). Curăţirea constă în îndepărtarea aderenţelor de amestec de formare şi se efectuează în încăperi speciale, prin împroşcarea pieselor cu un jet de nisip sau alice de fontă. Îndepărtarea reţelei de turnare, a maselotelor şi a bavurilor (părţi metalice care apar în planul suprafeţei de separaţia datorită apariţiei spaţiilor libere între rame), se realizează prin tăierea cu dălţi pneumatice, în cazul fontelor, sau mecanic cu foarfeci sau ferăstraie, pentru oţel. Controlul calitativ al pieselor turnate. Această operaţie constă în: verificarea dimensională, încercări mecanice pentru determinarea rezistenţelor mecanice ale materialului, analize chimice, metalografice sau defectoscopice. Prin defectoscopie se stabileşte existenţa defectelor interioare (pori, fisuri, incluziuni). Porii se datorează gazelor care rămân dizolvate în masa metalică topită. Fisurile interioare apar ca urmare a tensiunilor interne (întindere şi

compresiune) generate de procesul solidificării. Incluziunile reprezintă impurităţi ale materialului rezultate fie din zgură sau zidăria utilajului în care s-a elaborat, fie din amestecul de formare. Defectele exterioare ale pieselor (crăpături, abateri de formă) se stabilesc cu ochiul liber sau prin măsurări. Defectele pieselor (mecanice, chimice, dimensionale) pot constitui motive de refuz la recepţie. Creşterea calităţii pieselor turnate se asigură prin tipizarea acestora, ce conduce la organizarea mai bună a procesului de producţie, creşterea productivităţii, posibilitatea mecanizării şi automatizării, economie de manoperă, materiale şi energie. În turnătorie, tipizarea se referă la tehnologii de formare, tehnologii de preparare a amestecului de formare, tehnologii de elaborare a aliajelor de curăţire, tipizarea unor elemente ale reţelelor de turnare, maselotelor etc.

4.2.2 Turnarea în forme metalice Formele metalice, denumite cochile, sunt forme permanente confecţionate din fontă, oţel şi aluminiu obţinute prin turnare şi prelucrare mecanică prin aşchiere. Materialul, forma şi dimensiunile cochilei depind de aliajul ce se va turna şi de forma şi dimensiunile piesei de turnat. Cochila poate fi executată dintr-o bucată sau mai multe bucăţi. Cele dintr-o bucată sunt simple, ieftine, rezistente şi se folosesc pentru piese simple; celelalte se folosesc pentru obţinerea pieselor cu configuraţie complicată. La turnarea pieselor mici se utilizează cochile cu mai multe cavităţi identice, pentru obţinerea simultană a mai multor piese. În cochilă se formează numai conturul exterior al piesei. obţinerea Golurile se obţin cu ajutorul miezurilor executate din amestecuri de formare, când se toarnă piese din fontă şi oţeluri, sau metalice, când se toarnă piese din aliaje neferoase cu temperatură de topire scăzută. Pentru preîntâmpinarea coroziunii şi eroziunii suprafeţelor active ale cochilei,

acestea se acoperă cu substanţe refractare şi lianţi, aplicate în strat subţire, înaintea fiecărei turnări. Acest procedeu prezintă o seamă de avantaje cum sunt: excluderea operaţiilor de formare, realizându-se economie de materiale şi manoperă, economie de metal prin micşorarea reţelei de turnare şi a adaosului de prelucrare, creşterea de două-trei ori a producţiei specifice pe metrul pătrat de suprafaţă de formare, scăderea rebuturilor cu (40 ÷ 60)% faţă de turnarea în forme de nisip, structura pieselor este mai fină, deoarece viteza de răcire este mai mare, micşorarea volumului prelucrărilor efectuate pe maşinile-unelte, îmbunătăţirea calităţii suprafeţei etc. Turnarea în cochilă are unele dezavantaje: costul ridicat al cochilei şi durata mare de execuţie, fiind economică numai în cazul producţiei de serie mare şi masă; piesele care au variaţii mari ale grosimii pereţilor şi configuraţie complicată se toarnă greu; la suprafaţă piesele prezintă o crustă dură, mai ales cele din fontă, a cărei înmuiere necesită un tratament termic.

4.2.3 Turnarea sub presiune Când metalul topit este introdus în cochilă cu presiune mai mare decât cea rezultată din curgerea liberă, turnarea se numeşte turnare sub presiune. Ea se execută pe maşini speciale care sunt: a) maşini de joasă presiune, ce pot fi cu piston şi cu cameră de presiune

fixă sau mobilă; b) maşini de înaltă presiune, dotate cu piston. Primele funcţionează cu presiuni de (5 ÷ 100)daN/cm2 şi se folosesc pentru turnarea pieselor din metale şi aliaje cu temperaturi de topire sub 4000 C (aliaje de staniu, plumb sau zinc). Cele din a doua categorie se folosesc pentru turnarea aliajelor greu fuzibile (alame, bronzuri, unele aliaje ale aluminiului) şi funcţionează cu presiuni cuprinse între (100 ÷ 1000) daN/cm2. Maşina de turnare cu presiune înaltă este prezentată în figura 4.6.

Fig. 4.6 Maşina de turnat de înaltă presiune;

1 - camera de lucru; 2 - piston inferior; 3 - piston superior; 4 - cochilă; Ea este dotată cu două pistoane şi funcţionează în patru timpi. La timpul I pistonul inferior se află în poziţia de jos, iar cel superior în poziţia de sus şi metalul este introdus în cilindru. La timpul II pistonul superior coboară, obturează orificiul de admisie al metalului în cilindru şi obligă metalul topit să pătrundă în cavitatea formei pe care o umple. La timpul III ambele pistoane se ridică, antrenând surplusul de metal solidificat din cilindru şi eliminându-l pe la partea superioară. La timpul IV pistonul inferior coboară cochiba se deschide şi se extrage piesa turnată, după care ciclul se reia.

Turnarea sub presiune asigură pieselor turnate precizie ridicată (abateri limită de (0,05÷0,1) mm) eliminându-se prelucrările prin aşchiere, suprafeţele pieselor sunt netede, se pot turna piese cu pereţi subţiri şi detalii fine, deoarece fluiditatea metalului se măreşte datorită presiunii, prin răcire bruscă, la contactul metalului lichid cu cochila, se obţin structuri fine. Ea este rentabilă pentru producţia de serie mare şi masă.

La acest procedeu de turnare se folosesc roboţi industriali deoarece condiţiile de lucru la temperaturi ridicate sunt dificile pentru om. Numărul roboţilor poate fi unu sau doi. În situaţia existenţei unui singur robot operaţiile executate de el pot fi împărţite în două variante. În prima variantă execută: descărcarea maşinii de turnat sub presiune, transportarea piesei extrase la un post de control cu radiaţii, alimentarea cu piesa controlată a unei prese de debavuat şi ungerea prin jet a suprafeţelor active ale matriţelor. Cu succesiunea menţionată robotul poate deservi două maşini de turnat sub presiune. În a doua variantă, în cazul unei maşini de turnat sub

presiune a plăcilor de capăt pentru motoarele electrice, robotul execută următoarea succesiune a operaţiilor: extragerea piesei turnate din matriţa maşinii de turnat sub presiune (descărcarea) pulverizarea cu lubrifiant a matriţelor, verificarea calităţii piesei turnate, încărcarea şi descărcarea piesei turnate în presa de debavurat, aşezarea unui lagăr în piesă, încărcarea ansamblului într-o altă presă de debavurat şi depunerea piesei finite în cutia de ambalaj într-un mod prestabilit. Plăcile sunt produse într-un ritm de o bucată pe minut, iar maşina de turnat este prevăzută cu un timp mort de doar 1,5 s, timp în care robotul extrage piesa turnată şi gresează matriţa. Pentru aceste operaţii robotul este dotat cu un dispozitiv de prehensiune normal pentru piese, cu un accesoriu de pulverizare şi un dispozitiv de prehensiune special, pentru poziţionarea lagărului.

Când se folosesc doi roboţi, primul robot extrage piesa turnată din matriţă, gresează suprafeţele active ale matriţei şi aşează piesa în presa de debavuat, transportă piesa şi o introduce la o maşină-unealtă pentru găurire şi filetare. Cel de al doilea robot execută restul operaţiilor.

Cu ajutorul roboţilor industriali s-au realizat linii de turnat sub presiune complet automatizate, care integrează cuptorul de topire, alimentarea maşinilor de turnat sub presiune, debavurarea (îndepărtarea surplusului de metal, aflat în afara conturului piesei), transportul pieselor în afara liniei cu ajutorul conveioareleor şi colectarea metalului recuperat.

4.2.4 Turnarea în forme-coji cu lianţi termoreactivi Amestecul de formare este compus din nisip cuarţos, liant termoreactiv (răşină sintetică, bachelită sau novolac) un accelerator de întărire şi diverse materiale de adaos pentru a uşura extragerea formei-coji de pe model. Înainte de utilizare, nisipul se peliculizează cu liant, fie la cald prin încălzire la (150 ÷ 200)0C, când liantul este sub formă de granule, fie la rece, când este sub formă de soluţie. Peliculizarea se efectuează în instalaţii speciale. Procesul tehnologic de obţinere a formelor coji se compune din următoarele operaţii; pregătirea plăcii-model, obţinerea cojilor şi a formelor-coji şi turnarea.

Pregătirea plăcii model. Placa ce conţine modelul, denumită placă model, este confecţionată din metal prin prelucrări mecanice de aşchiere sau procedee neconvenţionale. Înainte de utilizare, placa-model este încălzită în cuptoare electrice cu rezistenţă până la (250 ÷ 300)0C, după care, suprafeţele active ale modelului se ung cu stearat de calciu, pentru a preîntâmpina aderarea amestecului la model.

Obţinerea cojilor şi a formelor-coji. După încălzire şi ungere, placa-model se aşează pe o cutie de formare specială (fig. 4.7) în care se află amestecul de formare peliculizat, apoi cutia se roteşte cu 1800 şi se supune scuturării pe un vibrator timp de (10 ÷ 15)s, pentru îndesarea amestecului.

Căldura degajată de placa-model înmoaie liantul, care, prin răcire, încorporează granulele de nisip într-o masă compactă. Se opreşte vibratorul şi cutia se întoarce cu 1800, pentru îndepărtarea excesului de amestec de pe placa-model. Placa-model este luată de pe cutie şi de pe ea se extrage coaja, care este introdusă într-un cuptor, pentru coacere la temperatura de (300 ÷ 350)0C, timp de două minute. După răcire, cojile se asamblează, două câte două, prin lipirea suprafeţelor de separaţie şi fixare cu cleme.

Fig. 4.7 Succesiunea fazelor turnării în forme - coji de bachelită a) încălzirea plăcii - model; b) cutia cu amestec; c) formarea cojii; d) readucerea cutiei cu amestec în poziţia iniţială; e) îndepărtarea plăcii model şi desprinderea coji de bachelită;

f) coacerea cojii; g) asamblarea cojilor; h) împachetarea formelor coji.

Turnarea. Cojile asamblate sunt introduse, în poziţie verticală, în cutii speciale şi separate unele de altele cu alice de fontă, după care în ele se toarnă metalul topit. Turnarea în forme - coji cu lianţi termoreactivi asigură obţinerea pieselor cu precizie mare, eliminând prelucrările mecanice, reducerea consumului de metal datorită micşorării adaosului de prelucrare şi a reţelei de turnare, productivitate înaltă. Acest procedeu se poate automatiza uşor.

4.2.5 Turnarea în forme-coji cu modele uşor fuzibile Formele-coji obţinute cu modele uşor fuzibile fac parte din categoria formelor temporare, deoarece pentru extragerea piesei turnate ele se distrug. Procesul tehnologic cuprinde următoarele operaţii: confecţionarea matriţelor, executarea modelelor uşor fuzibile, înciorchinarea modelelor, executarea formelor-coji, eliminarea modelelor fuzibile, împachetarea şi calcinarea formelor-coji şi turnarea. Confecţionarea matriţelor. Matriţele sunt forme în care se obţin modelele din materiale uşor fuzibile compuse din stearină, parafină, ceară de albine, cerezină, ceară montană, colofoniu. Pentru obţinerea matriţelor se folosesc oţeluri, aliaje de aluminiu, aliaje uşor fuzibile (Pb - Sn - Sb sau Sn - Pb - Bi) materiale nemetalice (ipsos, materiale plastice). Ele se execută prin turnare, urmată de prelucrare mecanică prin aşchiere. Matriţele trebuie să reproducă perfect configuraţia piesei de turnat, să-şi păstreze forma şi dimensiunile timp îndelungat, să aibă conductibilitate termică mare, pentru a permite solidificarea şi răcirea rapidă a modelelor turnate, şi să se poată confecţiona cu minim de cheltuieli, pentru numărul de piese care se toarnă. Executarea modelelor uşor fuzibile. Materialul uşor fuzibil adus în stare de pastă, este injectat în interiorul matriţei. După răcirea matriţei, modelul solidificat este extras, prin deschiderea matriţei. Înciorchinarea modelelor fuzibile. Modelele fuzibile se asamblează cu reţeaua de turnare executată din material uşor fuzibil, formând un ciorchine. Executarea formelor-coji. Ciorchinele format cu modelele uşor fuzibile este acoperit cu o crustă din material refractar, alcătuit din pulbere

de cuarţ (SiO2) silice vitrificată (cuarţ topit în cuptorul electric, apoi răcit şi măcinat în mori cu bile) alumină (Al2O3), silicat de zirconiu, caolină, electrocorindon (alumină topită în cuptorul electric) şi lianţi. Ca lianţi se folosesc silicatul de sodiu solubil în apă, silicatul de etil SiO4(C2H5) solubil în alcool sau silicea coloidală. Pulberea şi lianţii se amestecă şi sunt cunoscute sub denumirea de barbotină, care este primară şi secundară: Barbotina primară serveşte la depunerea primului strat refractar pe modelele uşor fuzibile, care va veni în contact direct cu metalul topit. Barbotina secundară serveşte la obţinerea straturilor ce conferă rezistenţă mecanică crustei. Operaţia de executare a formelor cuprinde următoarele faze:

degresarea modelelor uşor fuzibile, prin imersiunea ciorchinelui într-o soluţie apoasă ce conţine 5% săpun;

introducerea ciorchinelui într-o baie ce conţine barbotină primară formată din 50%, pulbere de cuarţ fin măcinat şi calcinat şi 50% silicat de sodiu;

scoaterea din barbotina primară, presărarea pe ciorchine a unui strat de cuarţ fin şi introducerea lui într-o baie ce conţine clorură de amoniu, în contact cu care silicea precipită în gel de silice.

gel Na2O ⋅ nSiO2 + NH4Cl = nSiO2 + NaCl + NH3 + H2O Prin întărirea gelului cojile capătă consistenţă şi rezistenţă mecanică. Ciorchinele se menţine în aer (20 ÷ 40) min pentru eliminarea apei şi a amoniacului.

creşterea grosimii şi a rezistenţei cojii prin repetarea fazei precedente de (3 ÷ 6) ori folosind barbotină secundară şi baia cu clorură de amoniu;

aerarea ciorchinelui timp de (2 ÷ 12)ore pentru întărire; uscarea straturilor secundare, prin menţinerea ciorchinelui în uscătorii

–tunel, timp de (12 ÷ 14)h. Eliminarea modelelor fuzibile din formele coji. După întărirea

formelor - coji, ciorchinele se introduce în apă fierbinte, în aburi, autoclave, în curent de aer cald sau soluţii cu solvenţi organici pentru topirea materialului uşor fuzibil, care părăseşte ciorchinele şi se poate recupera.

Împachetarea şi calcinarea formelor coji. Împachetarea are scopul de a consolida ciorchinele şi se realizează prin introducerea lui în cutii metalice cu nisip cu granulaţie mare. Calcinarea ciorchinilor se desfăşoară într-un cuptor electric cu rezistenţă la temperaturi de (900 ÷ 1.100)0C, pentru arderea urmelor de amestec uşor fuzibil şi terminarea operaţiei de întărire a formei. Turnarea aliajului se face în formele încălzite. Turnarea în forme – coji cu modele uşor fuzibile, fiind un procedeu precis, se aplică pentru obţinerea pieselor în industria mecanicii fine, pentru maşini de cusut, maşini frigorifice, maşini de scris, aparate de proiecţie, instrumente chirurgicale, industria aeronautică, industria petrolieră pentru obţinerea sapelor de foraj, pentru obţinerea sculelor aşchietoare (freze, burghie, alezoare, tarozi etc.) etc. Avantajele acestui procedeu sunt: precizie dimensională foarte mare, consum mic de metal, se elimină prelucrări prin aşchiere, productivităţi mari şi se poate automatiza.

Indicatorul tehnico-economic calculat la turnare este randamentul de valorificare a metalului numit grad de utilizare al materialului. El se poate calcula în două moduri:

în raport cu piesa turnată:

rpt

ptm mm

mG

+= (4.2)

unde: ptm este masa piesei turnate; kg.

rm – masa reţelei de turnare, kg. Creşterea sa se realizează prin micşorarea reţelei de turnare şi utilizând, ori de câte ori este posibil, procedeele speciale de turnare.

• în raport cu piesa finită:

pt

pfn m

mG = (4.3)

unde: pfm este masa piesei finite, kg.

Valoarea sa se măreşte prin micşorarea adaosului de prelucrare.

4.3 Prelucrarea metalelor prin deformare plastică

4.3.1 Generalităţi Deformarea materialelor metalice reprezintă modificarea formei şi dimensiunilor sub acţiunea sarcinilor (forţe şi momente exterioare) şi se realizează prin deplasarea atomilor (ionilor) din poziţii de echilibru stabil cu energie potenţială minimă, în alte poziţii de echilibru stabil cu energie potenţială mai mare. Distanţa pe care se produce deplasarea poate fi:

mai mică sau cel mult egală cu ordinul de mărime al parametrilor liniari ai reţelei cristaline, caz în care deformarea este elastică. Ea se elimină după încetarea acţiunii sarcinii;

mai mare decât ordinul de mărime al parametrilor liniari ai reţelei cristaline, când deformaţia este plastică. Deformaţia plastică este însoţită totdeauna de deformaţie elastică şi, până la anumite limite, creşte proporţional cu mărimea sarcinilor. Deformaţia plastică, sau remanentă, nu se elimină după încetarea acţiuni sarcinii, atomii (ionii) ocupând noi poziţii de echilibru stabil, dar cu energie potenţială mai mare decât înainte de deformare, deoarece s-au modificat distanţele interatomice. Acţiunea sarcinilor este echilibrată de reacţiunea forţelor de coeziune, care tind să readucă atomii în poziţia cu energie potenţială minimă. Deformarea plastică se bazează pe proprietăţile de tenacitate ale materialelor şi se realizează prin:

alunecare, ce reprezintă deplasarea paralelă a unor plane cristaline unele faţă de altele. Deplasarea pe un plan cristalin cuprinde o grupă de straturi atomice care formează benzi de alunecare (fig. 4.8.a) şi apare la deformarea statică.

Fig. 4.8 Moduri de producere a deformării plastice a metalelor a - alunecare; b - maclare;

ba

maclare, ce reprezintă deplasarea unor plane cristaline paralele consecutive, unul în raport cu celălalt (fig. 4.8.b). Se produce la deformarea dinamică prin şoc.

Modificarea distanţelor interatomice sub acţiunea sarcinilor determină schimbarea dimensiunilor şi formei corpurilor. Astfel, un corp paralelipipedic care are înainte de deformare dimensiunile Ho, Bo şi Lo (fig. 4.9) va avea după deformare dimensiunile H, B, L.

Fig. 4.9 Modificarea dimensiunilor corpurilor prin deformare plastică Variaţiile dimensionale după cele trei direcţii reprezintă deformaţii

ale corpurilor şi pot fi absolute: – alungire ∆L = L - Lo; L > Lo – lăţire ∆B = B - Bo; B > Bo (4.4) – îngustare ∆H = H - Ho; H < Ho şi relative;

H = ;

B = ;

L

o

H

o

B

o

LHBL

∆ε

∆ε

∆=ε (4.5)

Deformaţiile relative se numesc şi grade de deformare (de alungire, de lăţire şi de îngustare).

Rezistenţa specifică de deformare, p, reprezintă tensiunea internă care ia naştere în material în timpul deformării şi se calculează cu relaţia:

σ⋅ c m = p (4.6)

unde: m este un coeficient adimensional care depinde de felul

deformării, de forma şi dimensiunile semifabricatului şi

H0

B0

B

H

L0

L

coeficientul de frecare dintre materialul deformat şi scula folosită;

σc – limita de curgere a materialului deformat. Relaţia arată că pot fi deformate plastic numai materialele a căror

curbă caracteristică prezintă zonă de curgere. Forţa de deformare reprezintă forţa activă dezvoltată de maşină la

scula de lucru pe direcţia mişcării acesteia şi este egală cu: F = p · A (4.7) unde A este aria suprafeţei de contact dintre materialul de deformat

şi sculă. În timpul deformării plastice proprietăţile mecanice, fizice şi chimice

ale materialului se modifică. Starea unui material metalic ale cărui proprietăţi mecanice au fost modificate în urma deformării plastice la rece se numeşte ecruisare. Ea duce la creşterea unor caracteristici mecanice ale materialelor (limita de elasticitate, rezistenţa la întindere, duritatea) şi scăderea altora (alungirea, rezilienţa, plasticitatea). Ecruisarea micşorează rezistenţa la coroziune, conductibilitatea termică etc. Din punct de vedere termodinamic, ecruisarea este o stare instabilă, care, la temperatură normală, se poate menţine timp îndelungat. Pentru înlăturarea ei, se aplică materialelor tratamentul termic de recoacere, în timpul căruia ele îşi recapătă proprietăţile iniţiale, şi reţeaua devine normală, nedeformată, producându-se recristalizarea metalului şi eliminarea tensiunilor interne. Temperatura de recristalizare este cu atât mai mică, cu cât ecruisarea este mai mare.

Deformarea plastică a materialelor metalice se supune următoarelor legi:

– legea constanţei volumului; – legea coexistenţei deformaţiilor plastice şi elastice; – legea similitudinii; – legea rezistenţei minime; – legea tensiunilor suplimentare. Legea constanţei volumului. Volumul corpurilor înaintea deformării

plastică este egal cu volumul lor după deformarea plastică. L · B · H = LoBoHo (4.8)

sau

1 = HH

BB

LL

ooo⋅⋅ (4.9)

Legea coexistenţei deformaţiilor elastice şi deformaţiilor plastice Deformaţia plastică a corpului este însoţită de deformaţia elastică a

acestuia. ε = εp + εe (4.10) unde: εp este deformaţia plastică εe – deformaţia elastică Legea similitudinii. În cazul asemănării condiţiilor de deformare

plastică a două corpuri geometric asemenea, rezistenţele specifice de deformare sunt egale între ele (p1 = p2), raportul forţelor de deformare este egal cu pătratul raportului dimensiunilor liniare, iar raportul lucrurilor mecanice cheltuite pentru modificarea formei este egal cu cubul raportului dimensiunilor liniare.

Condiţiile de deformare se referă la: materialele de deformat (compoziţia chimică, structură), temperatură, grade de deformare egale, coeficientul de frecare, dintre corp şi maşină; transmiterea căldurii între corpuri să se facă în acelaşi mod, viteza de deformare aceeaşi.

Legea rezistenţei minime. Deformarea plastică a materialelor metalice are loc după direcţia rezistenţei minime a materialului.

Legea tensiunilor suplimentare. La orice proces de deformare plastică, în corpul deformat apar tensiuni suplimentare care se echilibrează reciproc.

Tensiunile suplimentare sunt de întindere şi compresiune, funcţie de variaţia distanţelor între atomii diferitelor cristale elementare. Ele se compensează reciproc deoarece sunt de sens contrar. Aceste tensiuni se echilibrează între:

– volume mari ale corpului (părţi ale corpului); – grăunţi alăturaţi, datorită variaţiei direcţiilor cristaline, tensiunile

care apar în ei sunt opuse;

– între părţi ale aceluiaşi grăunte, funcţie de variaţia distanţelor între atomi.

Tensiunile suplimentare pot rămâne în corpul deformat după deformarea sa, sub formă de tensiuni remanente. Dacă ele sunt mai mari decât rezistenţa materialului, vor produce fisurarea corpului, care devine rebut.

Factorii care influenţează deformarea plastică sunt: compoziţia şi structura materialului deformat; odată cu

creşterea concentraţiei elementelor care măresc fragilitatea (C, S) deformabilitatea plastică a materialului scade. Capacitatea de deformare este micşorată şi de prezenţa impurităţilor şi tendinţa de oxidare. Forma constituenţilor influenţează deformabilitatea; astfel fontele în care grafitul este sub formă de nodule (fontă maleabilă) se pot deforma, pe când fonta cenuşie în care grafitul este sub formă de lamele nu se poate deforma;

mărimea grăunţilor; grăunţii mari conduc la creşterea deformării plastice;

sistemul cristalin; cu cât compactitatea reţelei creşte, cu atât metalul este mai deformabil;

temperatura la care se produce deformarea; odată cu creşterea ei, capacitatea de deformare a materialului se măreşte, deoarece ea produce modificări structurale şi ale caracteristicilor mecanice;

viteza cu care se desfăşoară deformarea; când prelucrarea se desfăşoară cu viteze mici, deformarea materialului este mai mare decât în cazul vitezelor mari.

Clasificarea procedeelor de deformare plastică. Procedeele de deformare plastică se clasifică după mai multe criterii,

şi anume: După viteza de deformare sunt: – deformări dinamice (prin şoc), executate cu viteze de deformare

mare; – deformări statice (fără şoc) executate cu viteze de deformare mici; După caracterul general al deformării sunt: – procedee la care se produc cele trei deformaţii - laminare, forjare,

matriţare, ambutisare;

– procedee la care se produc alungiri şi îngustări - tragere, trefilare, extrudare;

După proporţia în care se produce deformarea sunt: – locale, când deformarea materialului se produce într-un

procent din volumul semifabricatului; – totale când deformarea materialului se produce în întregul

volum al semifabricatului. După temperatura materialului se împart în:

– deformări la rece, efectuate la o temperatură inferioară celei de recristalizare a materialului. Ele sunt însoţite de ecruisarea puternică a materialului căruia îi scade capacitatea de deformare;

– deformări la cald, executate la temperatură superioară cele de recristalizare. Ea nu este însoţită de ecruisarea materialului.

Deformarea la rece se aplică, cu precădere, materialelor moi (cupru, aluminiu, plumb şi aliajelor lor). Gradul de deformare este mic. Reducerea secţiunii transversale, se poate calcula cu relaţia:

[%] 100 S

S - S = i

fi ⋅ϕ (4.11)

unde: Si este aria iniţială a secţiunii transversale, Sf - aria finală a aceleiaşi secţiune. Prin deformarea la rece ecruisarea materialului este puternică şi este

urmată de recoacerea de recristalizare. Deformarea la cald se aplică pentru prelucrarea lingourilor şi

semifabricatelor din oţel, alamă etc. Deformarea la cald, asemenea celei la rece, produce reducerea secţiunii transversale, fenomen numit în acest caz coroiaj, deoarece reducerea este relativ mare. El este caracterizat prin indicele de coroiaj calculat cu relaţia:

f

iSS

=λ (4.12)

Datorită coroiajului grăunţii cristalini se alungesc în direcţia de deformare. Neomogenitatea chimică, segregaţiile zonale ale materialului deformat şi prezenţa incluziunilor determină, după deformare, o structură în

benzi. Această structură apare şi în interiorul grăunţilor cristalini, cauza fiind aceeaşi, forţa de deformare.

Coroiajul şi alungirea grăunţilor conduc la diferenţe ale proprietăţilor materialului în direcţia longitudinală (de deformare) şi cea transversală, cum reiese din datele din tabelul 4.1, referitoare la un oţel slab aliat cu 0,3%C.

Tabelul 4.1 Caracteristica Longitudinal Transversal

rezistenţa la rupere daN/mm2 62 61 limita de elasticitate daN/mm2 39 35 alungirea, % 26 23 rezilienţa, daJ/cm2 7 5

Deformarea la cald se produce la o temperatură care permite

recristalizarea concomitent cu deformare. Parametrii sunt: temperatura de încălzire, viteza de încălzire, durata încălzirii şi mediul de încălzire.

Temperatura de încălzire este superioară celei de recristalizare, care este cuprinsă între (0,6 ÷ 0,85)Ttop. Ea trebuie astfel aleasă, încât să se evite supraîncălzirea şi arderea materialului şi creşterea grăunţilor cristalini.

Viteza de încălzire, ale cărei valori trebuie să evite apariţia tensiunilor interne, datorate variaţiei bruşte a temperaturii pe direcţia grosimii materialului. Tensiunile interne pot produce crăparea materialului, motiv de rebutare. O viteză de încălzire prea mică conduce la scăderea productivităţii.

Durata încălzirii depinde de viteza de încălzire, de forma şi dimensiunile semifabricatelor, de modul de aşezare al acestuia în utilajul de încălzit (cuptor) şi de tipul acestuia.

Mediul de încălzire se alege în funcţie de materialul supus încălzirii, de precizia impusă operaţiei de deformare, etc. El poate fi: obişnuit (oxidant) rezultat în urma arderii combustibilului în exces de aer; neutru, când nu produce oxidare sau decarburare, deoarece componenţii (CO2, SO2, H2O, N2, O2) sunt menţinuţi în echilibru cu materialul; inert (argon).

4.3.2 Prelucrarea metalelor prin laminare Laminarea este procedeul de deformare plastică, la rece sau la cald, a

metalelor ce constă în trecerea lor printre doi cilindri aflaţi în mişcare de rotaţie. Cilindrii se pot roti în sens contrar (fig. 4.10.)

sau în acelaşi sens (la fabricarea ţevilor). Prin laminarea la rece se obţin produse ecruisate de dimensiuni date şi grosime precisă. Laminarea la cald are avantajul realizării unor deformaţii mari fără ecruisare.

În urma laminării materialul se alungeşte se lăţeşte şi se îngustează. Datorită mişcării de rotaţie, care produce curgerea metalului pe direcţia avansului, alungirea este mult mai mare decât lăţirea. Cele două deformaţii depind de temperatura metalului laminat, de diametrul cilindrilor (cu cât este mai mic cu atât metalul se alungeşte mai mult) de reducerea produsă la fiecare trecere şi de viteză de rotaţie a cilindrilor. Pe măsură ce temperatura creşte, viteza de rotaţie creşte şi ea, producând o mărire a alungirii.

Laminarea se poate caracteriza atât prin gradele de deformare, cât şi prin coeficientul de reducere egal cu indicele de coroiaj.Pentru obţinerea produsului finit, semifabricatul este prelucrat în mai multe treceri succesive. Coeficientul de reducere total este egal cu:

SS = : =

f

ini21 λλλλλ ⋅⋅⋅⋅⋅ (4.13)

unde: n este numărul de treceri.

iλ - coeficientul de reducere al trecerii i

Fig. 4.10 Principiul laminării 1 – cilindru; 2 – material.

Coeficientul de reducere al unei treceri este:

S

S = i

1 - iiλ (4.14)

unde Si-1 este secţiunea corpului înainte de trecerea i Si - secţiunea corpului după trecerea i Când toate trecerile se efectuează cu acelaşi coeficient de reducere,

cunoscut, numărul de treceri se poate determina cu relaţia:

ln

SSln

=n f

i

λ (4.15)

În timpul laminării, cilindrii exercită asupra materialului forţa de deformare F, care formează, în momentul prinderii materialului între ei, unghiul α cu direcţia verticală, (fig. 4.11)

Această forţă, împreună cu forţa de frecare pe care o generează, se descompun după direcţiile Ox şi Oy. Componenta Fy se numeşte forţă de laminare. Ea supune materialul la compresiune determinând reducerea acestuia. Componenta orizontală a forţei de frecare Tx, denumită forţă de antrenare, trebuie să îndeplinească condiţia;

F = T ; sin F > cos T ; F > T xx µαα (4.16) unde µ este coeficientul de frecare dintre materialul de prelucrat şi

cilindri. Atunci αµααµ tg> ; sin F > cos F (4.17)

Coeficientul de frecare µ se calculează cu relaţia: ϕµ tg= (4.18)

Fx

FyF

Ty

Tx

T

α

Fig. 4.11 Forţele ce apar la laminare

unde ϕ este unghiul de frecare Din condiţia tg ϕ > tg α rezultă ϕ > α care reprezintă condiţia de

prindere a materialului între cilindri. Prinderea materialului între cilindri va fi cu atât mai uşoară cu cât coeficientul de frecare între el şi cilindru va fi mai mare. Aceasta se realizează fie prin mărirea rugozităţii suprafeţei de contact dintre material şi cilindri, fie prin micşorarea suprafeţei de contact dintre material şi cilindri. Condiţiile menţionate sunt întrucâtva contradictorii şi trebuie să se ţină seama de starea suprafeţei produsului laminat (mai ales la laminarea la rece) de reducerea economică şi puterea instalaţiei.

Forţa de deformare, la laminare, se poate calcula cu relaţia:

R 2

H - H2

B + B p = l b p = F oo

cm ⋅⋅⋅⋅ (4.19)

unde:

p este presiunea ce apare între material şi cilindru, egală cu rezistenţa specifică de deformare;

bm - lăţimea medie; lc - lungimea arcului de contact dintre cilindri şi material; R - raza cilindrului.

În timpul deformării, forţa de laminare este suportată de cilindri, datorită reacţiunii materialului de deformat.

Laminării se supun lingourile, care, după extragere din lingotiere, sunt introduse în cuptoare adânci, cuptoare cu propulsie sau cuptoare rotative (verticale) unde se omogenizează temperatura, se solidifică partea centrală şi sunt aduse la temperatura de deformare plastică (1000÷1200)0C. Încălzirea acestor cuptoare se realizează cu gaz de furnal sau cocs. Introducerea lingourilor în cuptoare imediat după extragerea din lingotiere împiedică apariţia crăpăturilor ce se produc în cazul răcirii în aer, şi se economiseşte combustibil.

Utilajul pe care se desfăşoară laminarea se numeşte laminor. El este un ansamblu mecanic complex a cărui funcţionare este influenţată de proprietăţile materialului de laminat, datorită reacţiunii produsă de acesta

asupra laminorului. Totalitatea laminoarelor printre cilindrii cărora trece materialul pentru a ajunge din faza de semifabricat în faza de produs finit se numeşte linie de laminare.

Laminarea se execută în trei faze: degroşare, prefinisare şi finisare. Totalitatea laminoarelor cu ajutorul cărora se execută o fază formează

trenuri de laminare. Laminoarele care compun un tren pot fi aşezate unul lângă altul sau

unul după altul. În al doilea caz, alungirea materialului crescând, viteza de rotaţie a cilindrilor fiecărei caje se măreşte proporţional cu reducerea acestuia, astfel că materialul nu este nici tras, nici relaxat între două caje succesive.

Trenurile care execută faza de degroşare se numesc trenuri degrosisoare. Laminoarele care le compun sunt bluminguri, când sunt de mare putere folosite pentru laminarea lingourilor până la 20 tone, şi slebinguri, laminoare folosite pentru prelucrarea lingourilor mici. Aceste laminoare sunt primele dintr-o linie de laminare şi funcţionează cu viteze de (3 ÷ 4) m/s. Produsele rezultate după laminarea de degroşare se numesc blumuri şi brame.

Trenurile care execută faza de semifinisare se numesc trenuri mijlocii sau prefinisoare şi funcţionează cu viteze de (5,5 ÷ 7) m/s. Ele se folosesc pentru laminarea blumurilor şi bramelor din care se obţin ţagle şi platine.

Laminarea de finisare se execută cu ajutorul trenurilor finisoare care lucrează cu viteze mai mari de 10 m/s. În urma acestei faze, se obţin produse finite. Laminoarele finisoare sunt pentru şine şi traverse, profile, sârme, table.

Laminoarele se clasifică după mai multe criterii: După modul de aşezare al cilindrilor sunt cu cilindrii

orizontali, cu cilindrii verticali folosite pentru bandaje şi inele de diferite secţiuni, cu cilindrii orizontali şi verticali (universale) folosite pentru platbande şi grinzi şi cu cilindrii oblici, folosite pentru laminarea ţevilor, discurilor pentru roţi de cale ferată, etc.

După numărul de cilindrii laminoarele sunt cu doi cilindri (duo reversibile sau ireversibile) cu trei cilindri (trio), cu patru cilindri (cuarto reversibile) cu şase cilindri (sexto) cu mai mult de şase cilindri (fig. 4.12).

Fig. 4.12 Tipuri de laminoare a) duo ireversibil; b) - duo reversibil; c) - trio; d) - cuarto; e) - sexto;

f) - laminor de bandaje; g) laminor duo - universal; h) - laminor pentru discuri de roţi

După felul fazei sunt laminoare pentru degroşare, pentru prefinisare şi pentru finisare (quarto, sexto). Produsele laminate sunt semifabricate şi produse finite.

Semifabricatele se obţin din laminarea lingourilor de oţel şi sunt grele (blumuri şi brame) şi uşoare (ţagle şi platine).

Produsele finite obţinute prin laminare sunt bare, profile, sârme, platbande, table, ţevi şi laminate speciale.

Barele, după dimensiuni, sunt grele, mijlocii şi uşoare, dar după forma secţiunii transversale pătrate, rotunde, hexagonale.

Profilele laminate sunt sub formă de I, U, L, T, şine şi traverse. Sârmele şi tablele sunt groase cu diametrul, respectiv grosimea,

cuprinse între 4 şi 60 mm şi subţiri, cu aceleaşi dimensiuni mai mici de 4 mm.

Laminatele speciale sunt bandaje, inele, discuri pentru roţi de cale ferată etc.

Indicatorii tehnico-economici ai procedeului de laminare sunt: Producţia specifică orară, Ph.

[t/h] , t + t

)100 - (1 )

100 - (1nG 3.600

= Ppi

n

1 = imi

n

1 = i

h∑∑

βα

(4.20)

unde n este numărul de lingouri prelucrare; G - greutatea unui lingou; α - coeficientul opririlor (2-3%); β - coeficientul pierderilor de metal prin ardere, tăiere, rebuturi,

ajustare, prelevare de probe pentru determinarea caracteristicilor mecanice; tmi - timpul de lucru la caja i, [sec]; tpi - timpul de pauză la caja i, [sec].

Capacitatea de producţie [t/an] )) T + T ( - T ( P = T P = C rschdh ⋅ (4.21)

unde Tc este timpul calendaristic h/an; Ts - timpul sărbătorilor legale, h/an; Tr - timpul pentru reparaţii h/an.

Indicatorii de consum sunt consumul specific de metal (kg/t lam), consumul specific de combustibil (kg comb./t lam.), consumul

specific de energie electrică (kWh/t), consumul specific de cilindrii de laminor (kg/t), consumul specific de apă de răcire (m3/zi).

4.3.3 Prelucrarea metalelor prin forjare

Forjarea este procedeul de deformare plastică, la cald sau la rece,

prin lovire sau presare, aplicat oţelurilor cu conţinut de carbon mai mic de 1,7%, metalelor şi aliajelor neferoase (cupru, aluminiu, magneziu şi aliajelor lor). Materialele forjate capătă proprietăţi mecanice superioare celor laminate, dar mai ales celor turnate, deoarece după forjare se obţin structuri compacte şi dense. De aceea, forjarea se foloseşte pentru obţinerea pieselor supuse, în timpul exploatării, la solicitări mecanice mari (flanşe, arbori cotiţi, arbori cu came, arbori în trepte, pârghii, supape, discuri, roţi, bandaje, etc.) şi care au masa de la câteva grame până la sute de tone, cu forme simple sau complexe. Comportarea metalelor şi aliajelor la forjare este pusă în evidenţă prin încercări mecanice la cald precum:

încercarea de compresiune, ce determină apariţia fisurilor; încercarea la tracţiune statică, cu epruvete scurte, care conduce la contracţii transversale;

încercarea la tracţiune prin şoc; încercarea la răsucire, ce pune în evidenţă influenţa vitezei de deformare.

Sub acţiunea forţelor dinamice se produce modificarea dimensiunilor semifabricatului, datorită curgerii acestuia pe diverse direcţii.

Forjarea poate fi liberă şi în matriţă. Forjarea liberă constă în deformarea semifabricatului prin lovire, la

cald sau la rece, între două suprafeţe, fără îngrădirea suprafeţelor laterale. Ea combină operaţii simple cum sunt refularea – mărirea secţiunii transversale şi micşorarea înălţimii – întinderea, îndoirea, găurirea, răsucirea, tăierea şi sudarea. Se pot forja piese foarte variate, de la lingouri mari, până la piese de câteva grame. Prin forjarea lingourilor se obţin blumuri şi brame. Forţa de lovire se poate aplica manual, sau mecanizat cu ajutorul ciocanelor mecanice, preselor, maşinilor de forjat orizontale, maşinilor de forjat rotative.

Forjarea în matriţă, denumită şi matriţare, este un procedeu de deformare plastică la cald prin presare sau lovire, în timpul căruia, curgerea materialului este limitată la pereţii unei cavităţi prelucrate într-o piesă numită matriţă.

Matriţa este alcătuită din două bucăţi, matriţa superioară, montată în organul de presare, denumit berbec şi matriţa inferioară, montată în organul fix al maşinii, denumit nicovală (fig. 9.13). Matriţarea se desfăşoară pe prese sau pe maşini de forjat. Semifabricatul, încălzit la temperatura necesară, este aşezat în matriţa inferioară şi prin presare sau lovire cu berbecul, materialul umple cavitatea formată, între cele două matriţe. Pentru eliminarea surplusului de material din cavitate, matriţa este prevăzută cu locaşuri speciale unde se formează bavura, care după răcirea piesei, se îndepărtează. Extragerea piesei matriţate din matriţă se face cu ajutorul unui cleşte. Prinderea piesei cu cleştele are loc într-o parte specială a acesteia numită cap de cleşte. El se îndepărtează de pe piesă odată cu bavura.

Masa semifabricatului ms este egală cu ms = mpm + mb + mc · c + mp · a (4.22) unde: mpm este masa piesei matriţate; mb - masa bavurii; mc·c - masa capului de cleşte; mp·a - masa pierderilor prin ardere. În raport cu forjarea liberă, forjarea în matriţă are următoarele

avantaje: consum mai mic de metal, deoarece precizia de formă geometrică şi dimensională este mai mare, gradul de netezime al suprafeţelor mai mare, productivitatea ridicată şi se obţin forme mai complicate.

Fig. 4.13 Matriţă 1 - semimatriţa superioară;

2 - locaş pentru capul de cleşte; 3 – locaş bavura; 4 - piesa matriţată;

5 - semimatriţă inferioară; 6 - locaş pentru bavură;

Matriţarea prezintă şi unele dezavantaje cum sunt costul ridicat al matriţei, deoarece se execută din oţeluri de bună calitate şi cu o tehnologie complexă şi de mare precizie, masă limitată a pieselor (0,01 ÷ 1.000 kg). Ea devine economică numai în cazul producţiei de serie şi masă.

În secţiile de deformare plastică pentru deservirea (încărcarea-descărcarea) maşinilor de forjat şi debavurat şi transportul pieselor între operaţii se pot folosi roboţi şi manipulatoare, mai ales în cazul pieselor grele.

4.3.4 Prelucrarea metalelor prin trefilare şi tragere

Acestea sunt procedee de deformare plastică ce constau în trecerea

forţată a materialului, sub acţiunea unei forţe de tracţiune, printr-un orificiu a cărui secţiune transversală este mai mică decât a semifabricatului prelucrat.

Când prin deformare plastică se obţin sârme (fig. 4.14) procedeul se numeşte trefilare. Când se obţin produse profilate rectilinii procedeul se numeşte tragere. În cazul trefilării, scula se numeşte filieră, iar în cazul tragerii matriţă. Semifabricatele supuse trefilării sunt sârme, iar cele supuse tragerii sunt produse laminate sau forjate.

Trefilarea şi tragerea se desfăşoară la rece şi sunt însoţite de ecruisarea puternică a materialului, care măreşte rezistenţa la rupere a materialului de (2÷2,5)ori. Deformarea materialului se produce sub acţiunea forţelor exercitate de pereţii sculei. Forţa necesară acţionării materialului, Ft,

Fig. 4.14 Principiul trefilării 1 - semifabricat; 2 - filieră; 3 - suportul maşinii; 4 - produs finit

este egală cu: Ft = c · σm(So - S1) (4.23)

unde: c este un coeficient ce ţine seama de unghiul sculei şi frecarea dintre aceasta şi materialul de prelucrat;

σm – rezistenţa medie a materialului; So – secţiunea semifabricatului; S1 – secţiunea produsului finit. Trefilarea şi tragerea se execută prin mai multe treceri. După fiecare

trecere, sau după câteva treceri, funcţie de coroiaj, materialul este supus recoacerii de recristalizare. În timpul prelucrării, între sculă şi semifabricat apare frecare foarte mare. Pentru micşorarea ei, semifabricatul se unge cu ulei mineral, grafit, leşie sulfitică, sticlă pisată, etc.

Trefilarea şi tragerea asigură, în raport cu laminarea, precizie dimensională mult mai bună şi grad de netezire ridicat, iar în raport cu prelucrările mecanice, consum de material şi manoperă mic. Aceste procedee de deformare plastică, combinate cu tratamente termice, conduc la obţinerea de proprietăţi mecanice foarte bune ale materialelor.

4.3.5 Prelucrarea metalelor prin extrudare

Extrudarea este procedeul de prelucrare prin deformare plastică, la

cald sau la rece, ce constă în trecerea forţată a materialului sub acţiunea unei forţe de presare, prin orificiul unei matriţe, a cărui secţiune transversală este mai mică decât a semifabricatului.

Funcţie de sensul deplasării materialului după deformare, în raport cu sensul forţei care produce deformarea, extrudarea este (fig. 4.15) directă, când cele două au acelaşi sens, aplicată pentru obţinerea de produse cu secţiune plină, indirectă (inversă) când produsul finit se deplasează în sens opus forţei, aplicată pentru obţinerea de produse tubulare, combinată, când o parte a produsului finit se deplasează în acelaşi sens cu forţa, iar o altă parte în sens opus. Pentru micşorarea frecării dintre matriţă şi materialul de prelucrat, suprafeţele de contact dintre ele se ung cu aceleaşi materiale ca şi la trefilare şi tragere.

Prin extrudare se pot prelucra aliaje neferoase pe bază de cupru, aluminiu etc., şi, într-o măsură redusă, oţeluri sub formă de profile complexe, care nu pot fi obţinute prin alte procedee de deformare plastică.

Avantajele extrudării sunt: se pot obţine produse din materiale cu plasticitate redusă, care nu pot fi laminate sau forjate, precizia dimensională şi calitatea suprafeţei mai mari decât la forjare şi laminare; se obţin profile complexe.

Extrudarea prezintă şi unele dezavantaje: durabilitatea matriţei este scăzută, deşeuri mai multe decât la celelalte procedee; aplicabilitate redusă în cazul oţelurilor.

4.4 Prelucrarea metalelor prin aşchiere

4.4.1 Generalităţi. Cinematica aşchierii Prelucrarea prin aşchiere este o metodă de obţinere a pieselor finite,

prin îndepărtarea succesivă de material, sub formă de aşchii, de pe o piesă brută numită semifabricat, cu ajutorul unei scule aşchietoare folosind un utilaj denumit maşină-unealtă. Piesa finită se generează prin modificarea progresivă a formei, dimensiunilor şi preciziei semifabricatului.

Fig. 4.15 Principiul extrudării directe 1 – semifabricat; 2 – cameră de presiune; 3 – matriţă;

4 – poanson; 5 – produs finit; 6 – suportul maşinii.

Semifabricatele supuse prelucrării prin aşchiere se obţin prin turnare, laminare, forjare şi matriţare. Pentru desprinderea aşchiilor de pe semifabricat, între acesta şi scula aşchietoare există o mişcare relativă, determinată de maşina-unealtă. Mişcarea relativă dintre semifabricat şi scula aşchietoare reprezintă mişcarea de aşchiere şi are două componente: mişcarea principală şi mişcarea secundară.

Mişcarea principală este componenta prin care are loc desprinderea aşchiilor de pe suprafaţa semifabricatului.

Mişcarea secundară este cea prin care se aduc noi straturi de material în faţa sculei aşchietoare.

Aceste mişcări pot fi circulare sau rectilinii, continue sau discontinue. Viteza cu care se execută mişcarea principală se numeşte viteză de aşchiere, v, şi se măsoară în m/min sau m/s. Relaţia de calcul a vitezei de aşchiere depinde de felul mişcării principale:

pentru mişcare circulară:

(m/min) , 1.000

n d = v ⋅π (4.24)

pentru mişcare rectilinie - alternativă:

(m/min) , 1.000

n )vv + (1 L

= vc

g

ca ⋅⋅

(4.25)

unde: d este diametrul elementului care execută mişcarea

principală, mm, n - turaţia mişcării principale rot/ min; L - lungimea cursei active, mm; vc.a - viteza cursei active m/min vg - viteza cursei de gol m/min nc - numărul de curse duble pe minut ale mişcării principale

curse duble/min. Viteza cu care se execută mişcarea secundară se numeşte avans. Ea

se notează cu s şi se măsoară în mm/rot, atunci când mişcarea principală este circulară, sau mm/cursă dublă, când mişcarea principală este rectilinie alternativă.

Rezultanta celor două viteze se numeşte viteză efectivă de aşchiere. Mărimea stratului de material îndepărtat de pe suprafaţa

semifabricatului pentru a se obţine piesa finită se numeşte adaos de prelucrare. El se poate îndepărta prin mai multe operaţii şi faze. Mărimea stratului îndepărtat la o singură trecere a sculei pe suprafaţa piesei se numeşte adâncime de aşchiere. Se notează cu t şi se măsoară în mm. Viteza de aşchiere, avansul şi adâncimea de aşchiere formează parametrii unui regim de aşchiere.

Orice prelucrare prin aşchiere se efectuează în două faze degroşare şi finisare. La degroşare se elimină cea mai mare parte din adaosul de prelucrare. Ea se execută cu viteză de aşchiere mică şi cu avans şi adâncime de aşchiere mari. După degroşare, semifabricatul se apropie, ca formă şi dimensiuni, de piesa finită. La finisare se elimină restul adaosului de prelucrare, piesa rezultând cu forma şi dimensiunile înscrise în desenul de execuţie. Această fază se efectuează cu viteză mare şi cu avans şi adâncime de aşchiere mici.

În timpul procesului de aşchiere, suprafeţele piesei sunt (fig. 4.16) suprafaţa aşchiată, suprafaţa de aşchiere şi suprafaţa de aşchiat.

4.4.2 Geometria şi construcţia sculelor aşchietoare Orice sculă aşchietoare se compune din trei părţi: partea activă,

corpul sculei şi partea de fixare. Pentru a avea loc desprinderea materialului de pe semifabricat,

partea activă trebuie să aibă o geometrie adecvată, care se referă la

Fig. 4.16 Suprafeţele piesei în timpul aşchierii 1 - piesă; 2 - sculă

suprafaţa de aşchiat suprafaţa de aşchiere

suprafaţa aşchiată

suprafeţele şi unghiurile sale. Scula fundamentală este cuţitul pentru strunjit (fig. 4.17). La cuţit, corpul şi partea de fixare coincid. Suprafeţele părţii active sunt:

Fig. 4.17 Cuţit pentru strunjit

A – corpul; B - partea activă (capul) 1 - supraf. de degajare; 2 - supraf. de aşezare principală; 3 - supraf. de aşezare secundară; 4 - tăişul principal;

5 - tăişul secundar; 6 - vârful cuţitului

suprafaţa de degajare, este suprafaţa pe care alunecă aşchia şi care produce desprinderea acesteia;

suprafaţa de aşezare principală, este suprafaţa sculei ce vine în contact cu suprafaţa de aşchiere;

suprafaţa de aşezare secundară, este suprafaţa sculei ce vine în contact cu suprafaţa aşchiată;

tăişul principal, este muchia de intersecţie dintre suprafaţa de degajare şi cea de aşezare principală;

tăişul secundar, este muchia de intersecţie dintre suprafaţa de degajare şi cea de aşezare secundară;

vârful cuţitului, este zona de intersecţie dintre tăişul principal şi cel secundar.

Unghiurile părţii active sunt unghiurile formate de suprafeţele şi muchiile acesteia în două sisteme de referinţă şi anume: constructiv şi funcţional.

Sistemul de referinţă constructiv este sistemul triortogonal în care se determină elementele geometrice ale părţii active, în afara procesului de aşchiere, când scula este privită ca piesă independentă. El este necesar la proiectarea, fabricarea, ascuţirea şi recondiţionarea sculelor.

a b

Sistemul de referinţă funcţional este sistemul triortogonal ce caracterizează procesul de aşchiere.

Principalele unghiuri ale cuţitului pentru strunjit sunt marcate în figura 4.17. b.

unghiul de degajare, γ, dintre suprafaţa de degajare şi un plan orizontal;

unghiul de aşezare principal, α, dintre suprafaţa de aşezare principală şi planul vertical ce conţine tăişul principal;

unghiul de ascuţire, β, dintre suprafaţa de aşezare principală şi suprafaţa de degajare;

Între cele trei unghiuri există relaţia: o90=γ+β+α (4.26)

unghiul de aşchiere, δ, dintre suprafaţa de degajare şi planul vertical ce conţine tăişul principal.

unghiul de atac principal, x, este format între tăişul principal şi direcţia avansului.

unghiul de atac secundar, x1, este format între tăişul secundar şi direcţia avansului.

Între aceste două unghiuri şi cel de la vârf, ε ,există relaţia: x + ε + x1 = 1800 (4.27) În timpul prelucrării, materialul se îndepărtează sub formă de aşchii.

Formarea şi desprinderea aşchiei de pe semifabricat se produc în urma deformării plastice locale a materialului. Scula exercită asupra materialului o forţă de compresiune, care transmisă particulelor, determină deplasarea planelor cristaline unul în raport cu celălalt. În cazul materialelor fragile deplasările acestor plane sunt mici, deoarece ele nu curg, fapt ce duce la ruperea aşchiei în bucăţi mici. La prelucrarea materialelor tenace se obţin aşchii continue, datorită curgerii. Desprinderea aşchiei de semifabricat se efectuează după direcţia minimei rezistenţe, indiferent de material.

4.4.3 Materiale folosite la construcţia sculelor aşchietoare Pentru construcţia sculelor aşchietoare se folosesc materiale care

trebuie să îndeplinească următoarele condiţii: – să aibă rezistenţă la uzură mare; – duritatea să fie superioară piesei de prelucrat; – să aibă stabilitate termică, caracterizată prin capacitatea de

a-şi menţine duritatea şi calităţile aşchietoare la temperaturi ridicate;

– să fie rezistent la încovoiere şi compresiune; – să aibă o bună conductibilitate termică.

Sculele se pot confecţiona din: oţeluri carbon pentru scule cu conţinut de carbon între 0,6% şi 1,4% şi simbolizate OSC 6 ÷ OSC 14. Sunt rezistente la uzură, au rezistenţă mecanică şi duritate mari, dar stabilitatea termică mică (200 ÷ 250)0C. De aceea se folosesc la prelucrări cu viteze mici şi pentru semifabricate cu duritate medie;

oţeluri aliate pentru scule. Ele pot fi oţeluri mediu aliate, ce conţin cantităţi relativ mici de Cr, W, Mo, V, Mi, etc. şi sunt folosite la construcţia scule cu dimensiuni mari, care lucrează cu viteze de aşchiere relativ mici sau scule complicate, şi oţeluri rapide cu conţinuturi mari de W, Cr, Co, V, etc. Acestea au duritate, rezistenţă mecanică şi la uzură mari, ce se menţin şi la temperaturi de (550 ÷ 650)0C. Se folosesc pentru construcţia de scule cu dimensiuni mari şi variaţii mari de secţiuni ce lucrează cu viteză şi secţiuni de aşchii mari.

carburile metalice, folosite, sub formă de plăcuţe obţinute prin sinterizarea pulberilor de carburi greu fuzibile de Ti, W, Ta, Mo, ş.a. cu liant de cobalt metalic. Plăcuţele au duritate de (85 ÷ 90) HRC care se menţine la temperaturi de (900 ÷1.000)0C, dar sunt fragile, puţin rezistenţe la încovoiere, şocuri şi vibraţii. Sculele prevăzute cu astfel de plăcuţe pot lucra cu viteze de aşchiere foarte mari şi se pot folosi la aşchierea aliajelor foarte dure şi greu prelucrabile. Plăcuţele se fixează pe corpul sculei prin lipire sau mecanic. Costul plăcuţelor este de (6 ÷ 8) ori mai mare decât al oţelului rapid, dar cheltuielile sunt compensate de reducerea mare a

timpului de maşină şi eliminarea tratamentului termic. materiale mineralo-ceramice, folosite sub formă de plăcuţe au la

bază oxidul de aluminiu. Ele îşi păstrează proprietăţile aşchietoare până la 1.1000 C, dar sunt fragile. Se folosesc pentru prelucrări de finisare.

diamantul sintetic, este foarte dur, are rezistenţă la uzură mare, coeficient de frecare mic şi este stabil până la (1.600 ÷ 1.900)0C. Este folosit pentru prelucrări de finisare cu viteze mari de la (200 ÷ 300) m/min până la 4.500 m/min ale metalelor şi aliajelor neferoase şi numai în condiţii bine determinate.

materialele abrazive, sunt granule dure legate între ele, printr-un liant. Se folosesc pentru obţinerea de dimensiuni foarte precise şi suprafeţe fine, la prelucrarea materialelor obişnuite şi foarte dure.

Cheltuielile pentru executarea şi consumul sculelor ajung, în general, până la 10% din costul total de fabricaţie a pieselor. În cazul unor piese, cum sunt roţile dinţate, aceste cheltuieli pot ajunge până la 50%. Din această cauză, reducerea consumului de scule şi materiale pentru scule, constituie o rezervă importantă de economii, mai ales că aceste materiale sunt deficitare. Acestea se realizează prin exploatarea raţională a sculelor, construirea corpului sculei din oţeluri de construcţii şi partea activă din material corespunzător, micşorarea adaosului de prelucrare atât la execuţia sculelor, cât şi al pieselor care se prelucrează, finisarea corectă a suprafeţelor părţii active a sculei, aplicarea tratamentelor termice superficiale pentru îmbunătăţirea calităţii tăişului, folosirea repetată a sculelor, prin recondiţionare, transformarea celor uzate prin trecerea lor la altă categorie şi folosirea la altă operaţie, când scula şi-a pierdut dimensiunea iniţială.

Când corpul sculei este confecţionat din alt material decât partea activă, ele se îmbină prin sudare cap la cap, armarea părţii active cu plăcuţe, încărcarea prin sudură cu oţel aliat de scule, turnarea oţelului aliat în jurul unui corp din oţel carbon, montare mecanică, etc. Aceste soluţii constructive sunt adoptate pentru sculele de dimensiuni mari, în vederea economiei de materiale de calitate superioară care sunt scumpe. În general, corpul sculei aşchietoare se execută din materiale de construcţii.

Fig. 4.18 Componentele forţei totale de aşchiere

I = mişcare principală: II = mişcare secundară.

4.4.4 Forţa de aşchiere În timpul prelucrării, materialul opune o rezistenţă, datorită

tensiunilor interne, forţei de frecare interioară, forţei de frecare dintre aşchie şi suprafaţa de degajare şi cea dintre suprafaţa de aşchiere şi suprafaţa de aşezare. Rezultanta acestor forţe se numeşte forţă totală de aşchiere şi acţionează normal pe suprafaţa de degajare a sculei. Pentru ca aşchierea să aibă loc, scula trebuie să exercite asupra materialului o forţă cel puţin egală şi de semn contrar forţei totale de aşchiere.

Cunoaşterea forţei de aşchiere este necesară pentru a putea dimensiona corect sculele aşchietoare, dispozitivele şi componentele maşinii-unelte. Ea acţionează şi asupra semifabricatului determinând precizia de prelucrare.

Forţa totală de aşchiere se descompune, în raport cu direcţia mişcării principale şi secundare, în trei componente (fig. 4.18).

forţa principală de aşchiere, Fz, care acţionează în direcţia mişcării principale şi reprezintă forţa cu care piesa apasă asupra sculei datorită acestei mişcări. Ea este egală cu (0,85÷0,92)F;

forţa de avans, Fx, care acţionează în direcţia mişcării secundare şi este forţa cu care piesa apasă asupra sculei, datorită acestei mişcări. Ea este (0,25÷0,35)F.

forţa de respingere, Fy, care acţionează în direcţia axei sculei şi este forţa exercitată de piesă asupra sculei, la pătrunderea acesteia în material; este egală cu (0,35÷0,50)F.

Pentru realizarea unei tehnologii corecte de prelucrare a pieselor, forţa de aşchiere trebuie controlată şi menţinută între limitele admise. Forţa totală de aşchiere este egală cu:

2z

2y

2x FFFF ++= (4.28)

Forţa principală de aşchiere se poate calcula cu relaţia: Fz = p · q = p · s · t, [daN] (4.29) unde: p este apăsarea (presiunea) specifică (daN/mm2) dintre sculă şi

piesă ce caracterizează fiecare material, q – secţiunea aşchiei, mm2

Plecând de la această relaţie teoretică şi a unui număr mare de experienţe, s-au stabilit, pentru componentele forţei totale de aşchiere formulele:

( ))x,y(z

x,yzF)x,y(zFz F

yxF)x,y(z KstCF ⋅⋅⋅= (4.30)

unde coeficienţii şi exponenţii sunt daţi în tabele. Valorile lor sunt influenţate de materialul de prelucrat, unghiurile şi razele sculei aşchietoare, parametrii regimului de aşchiere, materialul sculei aşchietoare, parametrii regimului de aşchiere, felul fazei etc.

4.4.5 Puterea de aşchiere

Pentru a se putea produce aşchierea, maşina-unealtă trebuie să poată

produce un lucru mecanic cel puţin egal cu suma dintre lucrul mecanic consumat pentru deformarea plastică şi elastică a materialului şi a aşchiei, cel consumat pentru învingerea frecării pe suprafaţa de degajare şi aşezare şi cel consumat pentru sfărâmarea aşchiei. Ca urmare, maşina-unealtă va dezvolta o putere la aşchiere egală cu:

120.6

vFP zas

⋅= , [kW] (4.31)

Puterea motorului maşinii-unelte trebuie să îndeplinească condiţia

η

asmot

PP ≥ , [kW] (4.32)

unde η este randamentul maşinii-unelte.

4.4.6 Uzura sculelor aşchietoare

În timpul prelucrării mecanice prin aşchiere, în zona de contact dintre sculă şi piesă apar fenomene termice, deoarece aproape tot lucrul mecanic cheltuit se transformă în căldură, mică parte din el se înmagazinează sub formă de energie potenţială în reţeaua cristalină a metalului. Cantitatea totală de căldură, Q, se produce în planele de alunecare din stratul aşchiat şi în zonele de frecare dintre sculă şi aşchie, respectiv suprafaţa prelucrată. Valoarea sa creşte proporţional cu forţa principală de aşchiere, Fz, şi se repartizează între aşchie, piesă, sculă şi mediu ambiant în diferite procente, care depind de procedeul de aşchiere, de condiţiile de aşchiere şi viteza de aşchiere. Pentru strunjire, căldura se repartizează aproximativ astfel: (0,5 ÷ 0,86) aşchiei (0,1 ÷ 0,4) piesei; (0,09 ÷ 0,03) sculei şi 0,01 mediului ambiant.

Temperatura din zona tăişului principal scade odată cu creşterea conductibilităţii termice a materialului de prelucrat şi a sculei, dimensiunilor corpului sculei, a unghiurilor şi a valorilor parametrilor regimului de aşchiere. Micşorarea cantităţii de căldură şi uşurarea condiţiilor de aşchiere se realizează prin folosirea lichidelor de răcire - ungere în zona de aşchiere.

În procesul de prelucrare, scula aşchietoare se uzează fie pe suprafaţa de degajare sau aşezare, fie pe ambele suprafeţe. Ca urmare, geometria părţii active, se modifică, astfel că la un moment dat aşchierea nu se mai produce. Curba uzurii sculelor aşchietoare este prezentată în figura 4.19.

Fig. 4.19 Curba uzurii sculelor aşchietoare

În evoluţia uzurii în timp se deosebesc trei faze: perioada de rodaj, în care, într-un timp relativ scurt t1, uzura creşte foarte repede, şi suprafeţele sculei se netezesc;

perioada de uzură normală, t2, în care intensitatea (viteza) uzurii este mult mai mică şi variază aproximativ liniar, corespunzând regimului de lucru normal;

perioada uzurii de distrugere, apare după t2 şi se manifestă prin creşterea bruscă a intensităţii uzurii, datorită apariţiei unor condiţii ce duc la distrugerea uşoară a sculei.

Fiecărei perioade îi corespunde o anumită uzură a suprafeţelor active ale sculei. Uzura corespunzătoare timpului t2 se numeşte uzură optimă. Când este atinsă, prelucrarea trebuie să înceteze şi scula reascuţită, pentru refacerea capacităţii de lucru iniţiale.

Durata de lucru a unei scule aşchietoare între două ascuţiri consecutive se numeşte durabilitate, notată cu T. Este unul dintre cele mai importante elemente ce intervin în procesul de aşchiere. Prin ea se apreciază uzura şi consumul de scule aşchietoare. Uzura care necesită oprirea lucrului şi reascuţirea sculei se numeşte uzură admisibilă, hadm. În condiţiile concrete ale prelucrării, uzura maximă admisibilă depinde de felul fazei: la degroşare valoarea sa este apropiată de hadm, iar la finisare este mult mai mică.

Uzura sculelor aşchietoare este influenţată de mai mulţi factori cum sunt: materialul de prelucrat, duritatea sa, materialul sculei aşchietoare prin compoziţie chimică, structură, modul de elaborare, duritate după călire (peste 60 HRC) tenacitate insuficientă la solicitările dinamice, stabilitatea termică, geometria sculei prin unghiurile de aşezare, degajare, de atac principal, de înclinare al tăişului, razele r şi ρ, regimul de aşchiere şi lichidele de răcire-ungere.

4.4.7 Precizia de prelucrare şi calitatea suprafeţei

După prelucrarea prin aşchiere, piesele trebuie să îndeplinească

condiţiile de precizie şi calitate cerute. Precizia se referă la forma geometrică a suprafeţelor şi la poziţia reciprocă a acestora (paralelism, perpendicularitate, coaxialitate). Factori care influenţează precizia de

prelucrare prin aşchiere sunt: aşezarea pieselor în dispozitive, uzura sculei aşchietoare, precizia maşinii-unelte, deformaţiile termice, deformaţiile elastice ale sistemului tehnologic, erorile de reglare ale maşinii-unelte, vibraţiile, parametrii regimului de lucru, geometria sculei aşchietoare etc.

Calitatea suprafeţei se referă la rugozitatea şi proprietăţile fizico-chimice şi mecanice ale stratului superficial. Rugozitatea unei suprafeţe este determinată de microneregularităţile sale produse de scula aşchietoare în procesul aşchierii. Mărimea sa este influenţată de geometria părţii active şi materialul sculei aşchietoare, valorile parametrilor regimului de aşchiere, şi răcirea zonei de lucru. Scăderea rugozităţii duce la creşterea gradului de netezime al suprafeţei şi rezistenţei piesei la schimbările mecanice şi coroziune. Ea se obţine prin prelucrări de lustruire şi netezire.

Indicaţiile asupra preciziei de prelucrare şi calitatea suprafeţei se înscriu pe desenul de execuţie al piesei folosind semne conform standardelor.

4.4.8 Procedee de prelucrare prin aşchiere

Principalele procedee de prelucrare prin aşchiere sunt prezentate în

tabelul 4.2. Principalele părţi componente ale unei maşini-unelte sunt batiul,

cutia de viteze, cutia de avansuri, subansamblul avansului şi instalaţia de răcire.

Batiul este componenta maşinii-unelte care le susţine pe celelalte şi care asigură deplasarea unora. El este confecţionat din fontă, prin turnare în solul turnătoriei, sau din oţel, prin sudare. Cele mai importante părţi ale unui batiu sunt ghidajele, deoarece pe ele se deplasează unele subansambluri ale maşinii, fie în timpul prelucrării, fie în afara ei. De aceea ele sunt executate cu precizie mare, întrucât ea se transmite suprafeţelor prelucrate. Ghidajele batiului trebuie să fie paralele cu axa mişcării principale şi să aibă rugozitate foarte mică, pentru creşterea rezistenţei la uzură şi micşorarea frecării dintre ele şi subansamblele cărora le asigură deplasarea. Cu acelaşi scop, ele se ung.

Tabelul 4.2

Denumirea procedeului

Schema

de principiu

Felul mişcării

principale şi elementul

care o execută

Felul

mişcării secundare şi elementul

care o execută

Denumirea

sculei

Denumirea

maşinii

Forme

de suprafaţă obţinute

şi prelucrări executate

pe maşinile unelte

respective

1.

STRUNJIRE

- mişcare circulară uniformă executată de piesa (P)

- mişcare rectilinie

uniformă executată de piesa (P)

- cuţit pentru strunjit

- strung - Cilindrice interioare şi exterioare

- Conice interioare şi exterioare

- Profilate interioare şi exterioare

- Canale plane interioare şi exterioare

- Filete - retezări - teşiri - găuriri - detalonări - randalinări - centruiri

2.

FREZARE

- mişcare circulară uniformă executată de scula (S)

- mişcare rectilinie sau circulară uniformă executată de piesa (P)

- freza

- maşina de frezat

- plane - profilate

plane sau curbilinii

- danturare - filetare - găurire - strunjire

3. RABOTARE

- mişcare rectilinie- alternativă uniformă, executată pe direcţie orizontală fie de sculă, fie de piesă (P)

- mişcare

rectilinie intermitentă şi uniformă executată pe direcţie orizontală perpendicu-lară pe direcţia mişcării principale fie de piesă (când mişcarea principală este executată

- cuţit pentru

rabotat

- seping sau

maşină de rabotat transversa-lă când mişcarea principală este executată de sculă

- raboteză sau maşina de rabotat longitudinală când mişcarea principală o execută

- plane - profilate ca

intersecţii de suprafeţe plane

- danturarea cremalierelor

Denumirea procedeului

Schema

de principiu

Felul mişcării

principale şi elementul

care o execută

Felul

mişcării secundare şi elementul

care o execută

Denumirea

sculei

Denumirea

maşinii

Forme

de suprafaţă obţinute

şi prelucrări executate

pe maşinile unelte

respective

de sculă), fie de sculă (când mişcarea principală e executată de piesă)

piesa

4.

MORTEZARE

- mişcare rectilinie alternativă uniformă executată pe direcţie verticală de către sculă

- mişcare rectilinie intermitentă şi uniformă executată pe direcţie orizontală perpendicu-lară pe direcţia mişcării principale de către piesă (P)

- cuţit

pentru mortezare

- morteză (obişnuite, transport-abile, speciale)

- plane - danturare - caneluri - canale de

pană

5.

GĂURIRE

- mişcare circulară uniformă executată de scula (S)

- mişcare

rectilinie, uniformă executată de sculă

- burghiu

(alezor, adâncitor, tarod teşitor, lamator)

- maşină

de găurit

- cilindrice - interior - alezare - adâncire - lărgire - filetare - centruire - teşire - lamare

6.

BROŞARE

- mişcare rectilinie sau elicoidală uniformă executată de scula (S)

- mişcare rectilinie discontinuă perpendiculară pe direcţia mişcării principale realizată prin construcţia sculei (supraînălţarea dinţilor)

- broşă

- maşină de broşat

- plane (netede

sau profilate) - de revoluţie

(netede sau profilate) interioare sau exterioare

y

Denumirea procedeului

Schema

de principiu

Felul mişcării

principale şi elementul

care o execută

Felul

mişcării secundare şi elementul

care o execută

Denumirea

sculei

Denumirea

maşinii

Forme

de suprafaţă obţinute

şi prelucrări executate

pe maşinile unelte

respective

7.

RRECTIFICARE

- mişcare circulară uniformă executată de sculă

a)- mişcare rectilinie uniformă şi alternativă

b)- mişcare circulară uniformă combinată cu mişcare rectilinie uniformă şi alternativă executată de către piesă

- disc abraziv

- maşină de rectificat

- cilindrice - conice - profilate - plane - filete - danturi

interioare şi exterioare etc.

8.

HONUIRE

- mişcare circulară uniformă executată de scula (S)

- mişcare rectilinie uniformă şi alternativă executată de sculă

- hon

- maşină de honuit

- cilindrice - conice

interioare şi exterioare

9.

RODARE

- mişcare circulară uniformă executată de scula (S)

- mişcare rectilinie alternativă uniformă executată de către sculă

- rodor

- maşină de rodat

- cilindrice - conice - plane

interioare si exterioare

10

LEPUIRE

- mişcare circulară şi uniformă executată de scula (S)

- mişcare rectilinie uniformă sau combinată executată de piesa (P)

- disc pentru lepuit

- maşină de lepuit

- plane - sferice

Denumirea procedeului

Schema

de principiu

Felul mişcării

principale şi elementul

care o execută

Felul

mişcării secundare şi elementul

care o execută

Denumirea

sculei

Denumirea

maşinii

Forme

de suprafaţă obţinute

şi prelucrări executate

pe maşinile unelte

respective

11

LUSTRUIRE

- mişcare circulară executată de scula (S)

- mişcare rectilinie uniformă executată de piesa (P)

- disc pentru lustruit

- maşină de lustruit

- plane - cilindrice - conice

interioare şi exterioare

Cutia de viteze este subansamblul care realizează mişcarea principală

şi se compune dintr-un sistem de arbori şi angrenaje de roţi dinţate. Partea cea mai importantă a cutiei de viteze este arborele principal. În el se fixează elementul aşchierii care execută mişcarea principală. Angrenajele primesc mişcarea de la motorul electric al maşinii-unelte. Viteza de aşchiere se variază prin schimbarea angrenării dintre roţile dinţate.

Cutia de avansuri este subansamblul cu ajutorul căruia se obţin valorile avansului şi se realizează mişcarea secundară. Se compune, ca şi cutia de viteze, dintr-un sistem de arbori şi angrenaje de roţi dinţate, care preiau mişcarea de la cutia de viteze şi o transmit subansamblului care execută mişcarea secundară.

Subansamblul avansului este partea unei maşini-unelte care susţine al doilea element al aşchierii şi care realizează mişcarea secundară. El diferă în funcţie de maşina-unealtă. În cazul strungurilor este căruciorul, în cazul maşinilor de frezat, rabotat, mortezat, netezit, este masa maşinii-unelte.

Instalaţia de răcire se compune din electromotor, pompă, filtru, rezervor, robinet şi conducte. Ea este montată în batiu şi dirijează lichidul de răcire-ungere din rezervor la locul aşchierii.

Unele maşini-unelte, cum sunt strungurile şi maşinile de rectificat, mai au în plus subansamblul pentru susţinerea pieselor lungi, numit păpuşă mobilă.

Prinderea şi fixarea pieselor de prelucrat şi a sculelor aşchietoare pe maşinile-unelte, în vederea desfăşurării procesului de prelucrare, se realizează cu dispozitive speciale care depind de felul mişcării şi elementul care execută. În cazul mişcării de rotaţie, elementul care o execută se prinde şi fixează în arborele principal al maşinii; piesa, prin intermediul unui dispozitiv de tip universal sau scula aşchietoare, cu ajutorul cozii sau a unui dorn special. Când mişcările sunt rectilinii continue sau discontinue, cele două elemente se prind în dispozitive de tipul menghinei sau cu şuruburi.

Pe maşinile-unelte universale se poate prelucra orice tip de suprafaţă prin operaţiile cărora le sunt destinate. Pe maşinile-unelte specializate se pot prelucra doar câteva tipuri de piese, iar pe cele speciale numai o singură piesă sau o singură formă de suprafaţă.

Construcţia câtorva maşini-unelte universale este dată în figurile 4.20 şi 4.21.

Fig. 4.20 Construcţia strungului normal (a) şi a maşinii de frezat universale (b)

a

1 – batiu; 2 – picior; 3 – păpuşă fixă; 4 – păpuşă mobilă; 5 – universal;6 – ghidaje; 7 – sanie longitudinală 8 – sanie transversală; 9 – sanie port-cuţit; 10 – cărucior;11 – şurub conductor; 12 – bară de avansuri; 13 – cutia de avans; 14 – cutia roţilor de schimb;

b

1 – placă de bază; 2 – corpul maşinii; 3 – ghidajele verticale ale corpului; 4 – consolă;5 – şurubul vertical al consolei; 6 – ghidajele orizontale ale consolei; 7 – saniatransversală;8 – masă; 9 – arbore principal; 10 – lagărul dornului; 11 – braţ suport; 12 – dorn portfreză; 13 – placă pivot

Fig. 4.21 Construcţia maşinii de găurit (a), a şepingului (b)

şi a maşinii de rectificat universale (c)

1 – placă de bază; 2 – coloană 3 – cutia de viteze şi avansuri; 4 – arborele principal; 5 – motor; 6 – manetă; 7 – masă; 8 - consolă

a

1 – placă de bază; 2 – batiu; 3 – cap mobil (berbec); 4 – cap portsculă;5 – ghidaje; 6 – traversă; 7 – masă;8 – cuţit; 9 – semifabricat;

b

1 – batiu; 2 – masă inferioară; 3 – masă superioară; 4 – păpuşă fixă; 5 – păpuşă mobilă; 6 – motor; 7 – păpuşă port-piatră; 8 – motor; 9 – piatră; 10 – sanie transversală

c

Parametrii regimului de aşchiere se aleg din tabele sau se calculează cu formule existente în literatura de specialitate.

Timpul necesar executării unei operaţii se numeşte normă de timp şi se calculează cu relaţia:

ondtodabpî

t tttttn

TN +++++= , min. (4.33)

unde: Tpî este timpul de pregătire – încheiere, min. n – numărul pieselor din lot, buc. tb – timpul de bază, min. ta – timpul auxiliar, min. tdo – timpul de deservire organizatorică, min. tdt – timpul de deservire tehnică, min. ton – timpul de odihnă şi necesităţi fireşti, min.

Ultimii trei termeni se exprimă ca procente din suma dintre timpul de bază şi cel auxiliar, sumă care formează timpul efectiv.

Timpul de bază se calculează, pentru aproape toate procedeele de prelucrare prin aşchiere, cu formula:

( ) isnnlLlt

cdt

21b ⋅

++= , min (4.34)

l1 este lungimea intrării sculei în aşchiere, mm L – lungimea suprafeţei de prelucrat, mm l2 – lungimea ieşirii sculei din aşchiere, mm. nt – turaţia mişcării principale, rot./min. ncd – numărul de curse duble pe minut, cd/min. s – avansul, mm/rot. sau mm/cd Micşorarea timpului de bază şi a acelui auxiliar este o sursă

importantă de creştere a productivităţii. Aceasta se realizează prin: creşterea turaţiei şi a avansului, dar în limite admise de motorul maşinii unelte şi rigiditatea sistemului tehnologic, format din maşină-unealtă – dispozitiv – piesă – sculă aşchietoare;

folosirea mai multor scule care lucrează simultan; a sculelor profilate, combinate sau multicuţite care elimină activităţile de reglare

suprapunerea parţială sau totală, în măsura posibilului, a timpului auxiliar peste cel de bază;

introducerea automatizării, acolo unde este posibil şi rentabil. micşorarea adaosului de prelucrare forma pieselor să fie cât mai simplă, cu un număr mic de suprafeţe prelucrate prin aşchiere

micşorarea lungimii curselor auxiliare mărirea vitezei cu care se execută cursele auxiliare

Cele mai folosite maşini-unelte universale sunt specificate în tabelul 4.2.

Maşini-unelte agregat Maşinile-unelte agregat sunt maşini cu destinaţie specială şi se

folosesc pentru prelucrarea pieselor în producţia de serie mare şi masă prin găurire, alezare, lărgire, adâncire, hornuire, teşire, lamare, filetare, frezare, strunjire plană etc.

Maşinile-unelte agregat sunt: monopoziţionale, când prelucrarea completă a piesei se realizează

la un singur post de lucru; multipoziţionale, când prelucrarea completă a piesei se realizează

la mai multe posturi de lucru din aceeaşi prindere şi fixare în dispozitiv, care se deplasează de la un post de lucru la altul.

Prelucrarea pieselor pe maişinile-unelte agregat se realizează pe principiul concentrării operaţiilor de prelucrare mecanică.

Mijloacele de transfer ale pieselor între posturi sunt mese sau tambure rotative. Unul din posturile de lucru se foloseşte pentru încărcarea şi descărcarea piesei, activităţi ce necesită timp îndelungat. De aceea, se recomandă mecanizarea lor, iar timpul consumat cu ele să se suprapună cu timpul de bază.

În ţara noastră se fabrică maşini-unelte agregat pentru prelucrarea carcaselor mecanismelor de direcţie ale autovehiculelor, carcaselor pentru

reductoare, blocurilor motor, chiulaselor, corpurilor ventilelor, rotoarelor de turbină, flanşelor vanelor petroliere etc.

Linii automate Prelucrarea pieselor cu un număr mare de suprafeţe, fabricate în

producţii de serie mare şi masă, se poate organiza în linii automate. Acestea sunt ansambluri de maşini-unelte universale, speciale sau agregat, aşezate în ordinea fluxului tehnologic şi legate între ele prin mijloace de transfer liniar, care asigură transportul automat al piesei între două posturi de lucru consecutive, de la intrare până la ieşirea din linie. Cele mai folosite maşini-unelte într-o linie automată sunt maşinile agregat monopoziţionale. Într-o linie automată durabilitatea sculelor aşchietoare trebuie să fie cel puţin egală cu durata unui schimb de lucru. Timpul de prelucrare al piesei la orice operaţie a liniei automate trebuie să fie acelaşi, condiţie ce se realizează prin diferenţierea sau concentrarea operaţiilor.

Controlul dimensional al piesei de-a lungul liniei automate, poate fi făcut prin operaţii simple sau complexe, al căror timp să nu depăşească timpul de prelucrare.

Piesele care se prelucrează într-o linie automată trebuie să prezinte stabilitate a configuraţiei şi procesului tehnologic, deoarece reglarea liniei pentru alt produs este o operaţie costisitoare. Liniile automate moderne sunt construite astfel încât permit o reglare rapidă la înlocuirea piesei prelucrate cu alta similară.

Procesul tehnologic organizat în linii automate, se flexibilizează cu ajutorul roboţilor şi manipulatoarelor, care deservesc maşinile-unelte şi asigură transferul pieselor între acestea. Roboţii utilizaţi pot fi cu un braţ sau două braţe, ce lucrează simultan. Unul din braţe ia o piesă de pe bandă, iar al doilea depune o altă piesă în dispozitivul de prindere al maşinii-unelte (fig.4.22).

Fig. 4.22 Deservirea maşinilor-unelte cu ajutorul roboţilor M1, M2 – maşini-unelte;B1 – bandă cu semifabricate (în raport cu operaţia ce se va

efectua);B2 – bandă cu produse finite (în raport cu operaţia efectuată).

M1

B2 B1

M2

Un astfel de robot deserveşte două maşini-unelte. Roboţii sunt dotaţi cu dispozitive de prehensiune cu vid cu ventuze. Durata de apucare, ridicare şi control a poziţiei piesei este de câteva secunde, iar viteza braţului mobil de 430 mm/s.

Liniile automate flexibile au la capete magazii automatizate; înainte de prima operaţie este magazia pentru semifabricate, iar după ultima operaţie, magazia pentru produse finite.

Maşini-unelte cu comandă numerică Comanda numerică a maşinilor-unelte este o comandă după

program, prin care toate informaţiile necesare prelucrării pieselor pe o maşină-unealtă, codificate sub formă de numere pe un suport informaţional adecvat, numit port-program, sunt citite de echipamente de comandă numerică şi transmise organelor mobile de maşini-unelte. Totalitatea datelor privitoare la poziţia relativă a piesei şi sculei introduse în programul-piesă reprezintă informaţiile de prelucrare. Ele sunt informaţii de deplasare executate de organele mobile şi informaţii de comutare, referitoare la datele tehnologice prescrise, la operaţiile auxiliare şi cele pregătitoare. Cele mai importante informaţii sunt cele de deplasare. Informaţiile transmise maşinii-unelte se codifică, cel mai adesea, în codul binar.

Comanda numerică a maşinilor unelte se poate face: în circuit închis sau cu confirmarea poziţiei reale a organului mobil al maşinii, ce corespunde sistemului de reglare automat (fig.4.23.a); în circuit deschis sau fără confirmarea poziţiei reale a organului mobil al maşinii-unelte, ce corespunde sistemului de comandă (fig.4.23.b).

ECN EE EA

Md

re

perturbaţii e m

ci

a

perturbaţii

i c m e

b Fig. 4.23 Sisteme de comandă numerică a maşinii-unelte

a – comandă în circuit închis; b – comandă în circuit deschis; i – mărime de referinţă; c – mărimea de comandă; m – mărimea de execuţie; e – mărimea de calitate;

re – mărime de reacţie; ECN – echipament de comandă numerică, EE – element de execuţie; EA – element acţionat al maşinii, organul mobil;

Md – sistemul de măsurare a deplasării. Mărimea de comandă este, de obicei, o mărime electrică, care

conţine implicit informaţia asupra deplasării pe care trebuie să o execute organul mobil al maşinii-unelte.

Elementul de execuţie poate fi: motor electric de curent continuu sau alternativ, motor pas cu pas electric sau electrohidraulic sau motor hidraulic.

Mărimea de execuţie este în general de obicei un cuplu, generat de elementul de execuţie şi aplicat organului mobil al maşinii, care efectuează o deplasare relativă a sculei faţă de piesă, deplasare ce reprezintă mărimea de calitate.

Legătura informaţională inversă, existentă la comanda în circuit închis, determină precizia deplasării. De aceea, un rol important în asigurarea preciziei de prelucrare impusă prin proiect şi care determină calitatea produsului, revine sistemului de măsurare, ce cuprinde ansamblul dispozitivelor utilizate pentru a transforma deplasarea relativă a sculei faţă de piesă în semnale electrice.

Pe maşinile-unelte cu comandă numerică, controlul se face automat prin circuite care îndeplinesc toate activităţile necesare pentru compararea dimensiunilor piesei, cu cele înscrise în desenul de execuţie. În funcţie de momentul măsurării, controlul automat pe maşinile-unelte se poate efectua:

• înaintea prelucrării, pentru eliminarea semifabricatelor necorespunzătoare;

ECN EE EA

• în timpul prelucrării, cu sisteme de măsurare care urmăresc permanent variaţia dimensiunilor piesei prelucrate.

Controlul în timpul prelucrării poate fi: control automat pasiv, prin care se înregistrează erorile, dar nu se acţionează asupra maşinii-unelte pentru înlăturarea cauzelor; control automat activ, prin care se înregistrează eroarea şi se acţionează asupra maşinii-unelte pentru eliminarea cauzei. Elementul de execuţie acţionează asupra sculei sau semifabricatului, realizând o deplasare relativă, dacă primeşte un semnal de corecţie, sau opreşte maşina.

În echipamentul de conducere numerică datele se introduc automat, prin port-program, sau prin intermediul unui calculator de proces, şi manual.

Pentru introducerea datelor prin intermediul unui calculator de proces există două sisteme:

• sistemul CNC (computerized numerical control); • sistemul DNC (direct numerical control). Sistemul CNC foloseşte minicalculatoare şi este destinat pentru

comanda unei maşini-unelte, a unei maşini de măsurat sau pentru câteva identice, care execută aceleaşi operaţii.

Sistemul DNC foloseşte un calculator de capacitate mare pentru comandă centralizată a unui grup de maşini-unelte. Pentru realizarea acestui sistem, maşinile-unelte care au calculator, sunt cuplate la un calculator ierarhic superior.

Cele două sisteme permit o „comunicare directă” – interactivă, conversaţională, on-line în timp real – între calculator şi maşina-unealtă comandată.

Sistemul CNC, în afara funcţiilor oferite de echipamentul de conducere numerică convenţional, poate realiza şi funcţiile logice ale blocurilor de adaptare ale maşinii-unelte, modificarea uşoară a programelor-piesă, compensarea erorilor cinematice ale maşinii-unelte, comanda adaptivă a procesului de prelucrare, comanda instalaţiilor de încărcare/descărcare şi de transport al pieselor, controlul profilactic şi de diagnosticare al maşinii-unelte, compensarea erorilor de reglare. Toate acestea duc la îmbunătăţirea calităţii produsului finit.

Sistemul DNC cuprinde comanda procesului de prelucrare pe maşinile-unelte, pregătirea lucrului, programarea pieselor, întreţinerea şi inventarierea sculelor, transportarea şi stocarea pieselor. Folosirea sa determină creşterea coeficientului de utilizare al maşinilor-unelte cu aproximativ 30% faţă de echipamentul de comandă numerică convenţional. Realizând funcţia de comandă prin software, calculatorul permite folosirea unor echipamente standard pentru conectarea oricărui tip de maşină-unealtă.

Comanda adaptivă în timpul desfăşurării procesului de prelucrare se realizează pe baza măsurării parametrilor de lucru cu ajutorul traductoarelor, punând în evidenţă particularităţile fiecărui caz concret tehnologic, inclusiv factorii întâmplători. Stabilirea parametrilor de lucru se face pentru toate fazele şi trecerile, având loc o autoprogramare a prelucrării, cu excepţia cotelor finale ale pieselor. Deci, comanda adaptivă preia o parte din proiectarea tehnologică, considerând cerinţele specifice fiecărei piese şi factorii întâmplători şi rezolvându-le automat cu rezultate superioare. Ea este foarte eficientă pentru producţia individuală şi de serie mică şi medie, deoarece asigură o utilizare intensivă şi raţională a maşinii-unelte, micşorează erorile dinamice, introduce corecţiile în programul comenzii numerice cerute de uzura sculei, de neuniformităţile adaosului de prelucrare, de neomogenitatea materialului piesei de prelucrat etc.

Introducerea manuală a datelor, de la pupitrul de comandă al echipamentului de conducere numerică, se foloseşte pentru introducerea programului-piesă şi a corecţiei valorilor programate ale unor funcţiuni introduse automat prin port-program sau de la un calculator. Corecţiile sunt necesare pentru a face unele adaptări ale programului la situaţia concretă existentă pe maşină.

Constructiv, maşinile-unelte cu comandă numerică păstrează, în general, componentele maşinilor-unelte clasice, prezentând doar câteva modificări ale sistemelor de acţiune şi reglare, precum:

acţionări electromecanice în trepte, compuse din roţi dinţate combinate cu cuplaje electromagnetice; acţionări electrice continue, ce conţin tipurile de motoare menţionate mai înainte; acţionări electrohidraulice.

Deoarece frecarea în timpul prelucrării trebuie să fie cât mai mică, pentru transmisiile mecanice şi sistemele de ghidare se folosesc şuruburi cu role, ghidaje hidrostatice etc.

Centrele de prelucrare Centrele de prelucrare sunt maşini-unelte cu comandă numerică,

prevăzute cu dispozitive de înmagazinare a unui număr oarecare de scule aşchietoare, numite magazine de scule şi cu sisteme de schimbare automată a sculelor din arborele principal cu cele din magazin. Centrele de prelucrare sunt destinate prelucrării pieselor cu configuraţie complexă, cu numeroase suprafeţe, fabricate în volume de producţie de serie mică, prin operaţii de strunjire, găurire, frezare, filetare, alezare. Magazinul de scule poate fi sub formă de disc sau transportor cu lanţ, iar elementul de transfer al sculei este de tipul mâinii mecanice simple, duble sau complexe. Potrivit cu procedeele de aşchiere care se pot executa pe un centru de prelucrare, acestea sunt: centre de prelucrare pentru strujire, pentru frezare, pentru alezare şi centre de prelucrare combinate.

Cinematica centrelor de prelucrare se deosebeşte de cea a maşinilor-unelte universale datorită: prezenţei comenzii numerice, posibilităţii efectuării mai multor procedee de aşchiere şi existenţei unor funcţii auxiliare noi. Funcţiile auxiliare noi îndeplinite de unele părţi ale centrului de prelucrare sunt:

de poziţionare, când deplasările sculei se fac în puncte bine determinate de pe suprafaţa piesei de prelucrat;

de conturare, când deplasările sculei se fac cu viteze variabile, continuu coordonate între ele după anumite legi;

de transfer al sculelor şi de schimbare a lor. Funcţiile de poziţionare şi conturare sunt îndeplinite de mecanismul

de avans, iar cea de transfer şi schimbare de elementul de transfer. O altă deosebire între centrele de prelucrare şi maşinile-unelte

universale este construcţia arborelui principal. Acesta este separat de mecanismele de acţionare şi reglare ale lanţului cinematic, pentru ca el să nu fie influenţat de vibraţiile şi căldura produsă de acestea.

Viteza de aşchiere variază între 5 şi 200 m/min., iar turaţia cu care se realizează variază între 10 şi 3000 rotaţii/min., continuu sau în trepte. Variaţia turaţiei se realizează prin variaţia debitului de ulei al motorului hidraulic.

Avantajele centrelor de prelucrare sunt: timpul efectiv este mai mic cu aproximativ 35%, faţă de cel al maşinilor unelte universale deoarece se micşorează timpul auxiliar prin suprapunerea lui cu timpul de bază; costul prelucrării mai scăzut. Tendinţele actuale în realizarea centrelor de prelucrare sunt:

reducerea timpului auxiliar, prin dotarea cu dispozitive care să asigure prinderea şi desprinderea piesei sau prin dotarea cu capete multiax, pentru reducerea timpului de schimbare a sculei; proiectarea de linii de centre de prelucrare; tipizarea şi aplicarea concepţiei modulare în construcţia centrelor de prelucrare.

Folosirea în producţie a centrelor de prelucrare trebuie să se justifice din punct de vedere al încărcării, deoarece sunt scumpe.

Indicatorul tehnico-economic calculat la prelucrarea prin aşchiere este gradul de utilizare al metalului egal cu:

sf

pfn m

mG = (4.35)

unde: pfm este masa piesei finite, kg;

pfm - masa semifabricatului, kg.

Indicatorii de consum folosiţi sunt: consumul de energie electrică, consumul de lichide de răcire, consumul de lubrifiant, consumul de scule aşchietoare etc.

4.5 Prelucrări neconvenţionale Continua dezvoltare a tehnicii şi ştiinţei impune instalaţiilor,

utilajelor şi maşinilor viteze şi puteri de funcţionare mari, temperaturi de lucru înalte, dimensiuni mici, în condiţii de siguranţă şi durabilitate ridicate. Aceste cerinţe sunt satisfăcute de materiale metalice cu proprietăţi fizico-chimice şi fizico-mecanice superioare, dintre care cele mai importante sunt rezistenţa la uzură, la coroziune, la temperaturi ridicate, respectiv joase, duritatea, rezistenţa de rupere şi la oboseală. Materialele metalice care îndeplinesc condiţiile de mai sus sunt oţelurile înalt aliate, inoxidabile şi refractare, carburile metalice, materialele mineralo-chimice, wolframul, tantalul, titanul, beriliul, molibdenul şi aliajele lor. Folosirea acestor materiale a pus în faţa tehnologilor necesitatea găsirii unor metode şi procedee care să asigure prelucrarea lor oricare ar fi natura, forma şi precizia cerută pieselor.

În cazul prelucrărilor mecanice prin aşchiere, simultan cu creşterea rezistenţei materialelor, viteza de aşchiere se măreşte, astfel că la un moment dat ele se aplică greu sau sunt imposibil de utilizat. Ca urmare, pentru prelucrarea acestor materiale s-au conceput două tipuri de prelucrări: prelucrarea chimică şi prelucrarea termică.

Prelucrarea chimică cuprinde metodele care se bazează pe tehnica gravării şi dizolvării anodice. Prin aceste metode îndepărtarea materialului metalic de pe suprafaţa piesei de prelucrat se datorează reacţiilor chimice şi electrochimice ce au loc între el şi soluţiile folosite.

Metoda bazată pe tehnica gravării, cunoscută şi sub numele de frezare chimică se utilizează mult în industria aerospaţială. Metoda care se bazează pe dizolvarea anodică a materialului piesei de prelucrare se numeşte prelucrare electrochimică.

Prelucrarea termică se caracterizează prin concentrarea energiei termice pe o suprafaţă foarte mică, fapt ce determină topirea şi vaporizarea metalului. Densitatea energiei folosite este de ordinul a (103 ÷ 109)W/cm2.

Din această categorie fac parte: prelucrarea electroerozivă sau prin scântei, prelucrarea cu fascicul de electroni, cu fascicul de ioni, cu laser şi cu plasmă.

Dintre materialele nemetalice prelucrate neconvenţional sunt ceramica, cuarţul, pietrele semipreţioase, ş. a.

4.5.1 Prelucrarea electrochimică

Această metodă de prelucrare se bazează pe dizolvarea materialului

metalic al piesei aflată la anodul unei celule electrolitice străbătută de un curent electric, a cărui tensiune U

ρde ordinul (10÷24)V generează un câmp electric,

Eρşi la al cărei catod se găseşte electrodul-sculă (fig. 4.24).

Fig. 4.24 Schema prelucrării electrochimice

1 – electrod – sculă; 2 – piesa de prelucrat; 3 – electrolit Sub acţiunea câmpului electric, ionii anodului trec, sub formă de

Mez+, în soluţia electrolitică, producându-se astfel prelucrarea. În soluţia electrolitică, ionii metalului reacţionează cu ionii negativi ai acesteia, rezultând compuşi neutri din punct de vedere electric, care se acumulează la suprafaţa celor doi electrozi, împiedicând trecerea curentului electric. În acest moment dizolvarea încetează; fenomenul se numeşte pasivizarea electrozilor. Pentru ca dizolvarea să se efectueze continuu, substanţele care produc pasivizarea trebuie eliminate. De aceea, în timpul prelucrării electrochimice, soluţia electrolitică curge cu o anumită viteză printre cei doi

electrozi. Procesul de îndepărtare a stratului pasivizator se numeşte depasivizare. Depasivizarea realizată prin curgerea electrolitului printre cei doi electrozi se numeşte hidrodinamică.

În timpul prelucrării, în urma reacţiilor electrochimice care au loc, la cei doi electrozi se degajă gaze la anod oxigen, iar la catod hidrogen. Existenţa acestora schimbă condiţiile prelucrării, datorită influenţei pe care o au asupra conductivităţii electrice a soluţiilor electrolitice. Curgerea electrolitului prin spaţiul de lucru (spaţiul dintre cei doi electrozi) elimină odată cu celelalte produse şi aceste gaze, menţinând constante condiţiile de lucru.

Procesul prelucrării electrochimice se supune legii întâi a lui Faraday:

m = K · I · t , [gr] (4.36) unde: m este masa teoretică de metal îndepărtat K - echivalentul electrochimic al materialului piesei, gr/A·s I - intensitatea curentului, A t - timpul, s. Viteza prelucrării este egală cu acea a dizolvării anodice, care se

calculează cu relaţia: ( )

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

⋅∆−

=s

cmhUUKv

md ρ

χ (4.37)

unde: U este tensiunea curentului electric, V ∆U - căderea de tensiune, V χ - conductivitatea electrică a electrolitului, Ω-1. cm-1

ρm - densitatea materialului,gr/cm3 h - distanţa dintre electrozi (0,12 ÷ 1,5)mm, cm Pentru ca viteza de dizolvare a materialului piesei să fie

constantă, trebuie ca h să fie constant. De aceea în timpul prelucrării, electrodul – sculă avansează spre piesă cu o viteză egală cu cea de dizolvare.

Volumul de material îndepărtat prin prelucrare este egal cu:

dtρIKV 1t

0m

∫= , [mm3] (4.38)

unde: tl este timpul de lucru În funcţie de densitatea de curent, i, intensitatea curentului este: I = i · S , [A] (4.38) unde S, este suprafaţa piesei de prelucrat perpendiculară pe direcţia

avansului electrodului-sculă. În acest caz volumul de material îndepărtat va fi:

dtiSKV 1t

0m

∫= ρ, [mm3] (4.39)

Relaţia arată că volumul de material îndepărtat creşte odată cu creşterea densităţii de curent. De aceea, la prelucrarea electrochimică intensitatea curentului utilizat este mare, până la (40.000÷50.000)A.

Această metodă se aplică pentru prelucrarea materialelor cu duritate mare. Cu ajutorul ei se pot efectua prelucrări de strunjire, frezare, găurire, rectificare, hornuire etc. Ea se foloseşte în special pentru prelucrarea matriţelor, paletelor de turbină, a orificiilor cu diametru mic etc.

4.5.2 Prelucrarea prin electroeroziune Metoda prelucrării prin electroeroziune se bazează pe acţiunea erozivă localizată şi discontinuă a unor descărcări electrice, produse repetat între piesa de prelucrat şi electrodul-sculă cufundate într-un dielectric şi legate la un generator de impulsuri. Piesa poate fi legată fie la anodul generatorului, caz în care prelucrarea este cu polaritate directă, fie la catod, când polaritatea este inversă. (fig. 4.25). Descărcările electrice utilizate, sub formă de impuls, au o durată mai mică de 10-1s şi transformă energia electrică, foarte concentrată, de ordinul a 30.000J/mm3, în energie termică şi mecanică.

Fig. 4.25 Schema de principiu a prelucrării prin electroeroziune A – circuit de încărcare; 1 – sursă de energie; 2 – limitator de curent;

3 – acumulator de energie electrică; B – circuit de descărcare; 4 – instalaţie de comutare; 5 – piesa de prelucrat; 7 – dielectric;

Câmpul electric creat în spaţiul dintre piesă şi electrodul-sculă este

egal cu:

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡=mV ,

hUE (4.41)

unde: U este tensiunea curentului electric al sursei, de la câţiva zeci de

volţi până la câteva mii. h – distanţa dintre punctele suprafeţei piesei şi electrodului

aflate pe aceeaşi dreaptă, cu valori cuprinse în intervalul (0,01÷0,5) mm

Distanţa dintre cei doi electrozi variază de la punct, la punct datorită rugozităţii suprafeţelor, determinând un câmp electric cu intensitate variabilă. Descărcările electrice se produc între punctele în care intensitatea câmpului electric este mare, deoarece determină ionizarea dielectricului în aceste zone, creându-se condiţii favorabile apariţiei arcelor electrice. Electronii şi ionii pozitivi formaţi lovesc suprafeţele celor doi electrozi, cărora le cedează energia producând încălzirea materialelor. Căldura se transmite, prin conducţie, în interiorul materialului electrozilor producând topirea lor sub formă de cratere unde metalul se vaporizează. Creşterea presiunii de vapori provoacă explozii la nivelul fiecărui crater, ce expulzează metalul topit care se va solidifica în contact cu dielectricul rece. Prezenţa metalului în dielectric schimbă condiţiile de lucru. Pentru eliminarea metalului dintre electrozi,

1

2 4

57

6

3A B

dielectricul circulă prin spaţiul dintre cei doi electrozi. Pe măsură ce metalul se topeşte şi se îndepărtează de pe suprafaţa electrozilor, distanţa dintre aceştia se măreşte, intensitatea câmpului electric se micşorează şi prelucrarea încetează. O prelucrare neîntreruptă, cere ca distanţa dintre electrozi să fie constantă. De aceea, electrodul-sculă trebuie să avanseze continuu spre piesa de prelucrat, cu viteză constantă. Volumul de metal îndepărtat de pe suprafaţa piesei, Vm, este cu mult mai mare decât cel îndepărtat de pe suprafaţa electrodului-sculă. El este egal cu:

∫⋅⋅⋅= it0am dtiUηcNV , [mm3] (4.42)

unde:

N este numărul de impulsuri c - coeficientul de proporţionalitate η - coeficient de eficienţă Ua - tensiunea de descărcare, V i - intensitatea curentului pe impuls, A ti - durata impulsului, min.

Producţia specifică a prelevării (îndepărtării de material) este:

[ ]minAmm ,

ItVp

3

m

m⋅⋅

= (4.43)

unde: t este timpul prelucrării, min.

Im – intensitatea medie a curentului electric cu valori de la câteva zeci de mii de amperi până la câteva sute de amperi

Tensiunea şi intensitatea curentului electric de alimentare depind de tipul generatorului de impulsuri, de materialul piesei de prelucrat, felul prelucrării şi materialul electrodului-sculă. Precizia prelucrării electroerozive este de (0,02 ÷ 0,1)mm. Ea depinde de valoarea distanţei dintre piesă şi electrodul-sculă (interstiţiu), de natura dielectricului, viteza de curgere a dielectricului printre cei doi electrozi, de gradul de uzură şi rigiditatea maşinii, de precizia electrodului sculă şi cea a fixării lui în capul port-electrodului, de mărimea avansului electrodului-sculă,

de proprietăţile termice ale materialului piesei şi electrodului-sculă etc. Rugozitatea obţinută după prelucrarea electroerozivă de finisare este de (0,4 ÷ 1,6)µm.

Electrozii-sculă se confecţionează, uzual, din cupru electrolitic, grafit, grafit-Cu, W-Cu, oţel, alamă, aluminiu, W şi se obţin prin turnare, deformare plastică (matriţare, tragere, extrudare, ambutisare), agregate de pulberi, aşchiere (strunjire, frezare, rabotare, rectificare). Pentru ca prelucrarea prin electroeroziune să fie eficientă, adică să asigure un debit de materiale erodat mare, o precizie dimensională şi de forma geometrică ridicată şi o calitate a suprafeţei corespunzătoare, dielectricul trebuie:

să posede rezistenţă chimică mare faţă de acţiunea aerului; să nu-şi modifice vâscozitatea în cursul prelucrării; să posede conductivitate termică şi electrică mică; să aibă punctul de inflamabilitate peste + 400C; să se evapore cât mai puţin, datorită încălzirii, în timpul prelucrării;

să aibă capacitate de deionizare ridicată. Ca dielectric se pot folosi: petrolul, uleiul de transformator, uleiul

mineral şi apa. Prelucrarea electroerozivă se aplică pentru prelucrarea oricăror materiale

electroconductoare, indiferent de proprietăţile fizico-chimice, mecanice şi tehnologice şi pentru generarea oricăror forme de la diametrul de 0,003 mm până la suprafeţe de 10m2. Ea se foloseşte pentru prelucrarea sculelor (matriţelor, stanţelor) paletelor de turbină, rotoare de turbină şi compresoare, perforarea orificiilor complexe în piese cu pereţi subţiri, canalelor de legătură, sitelor, filtrelor, membranelor cu pereţi foarte subţiri, şabloanelor, gravurilor, inscripţiilor, arborilor cu came, valţurilor folosite la măcinarea fină, ascuţirea şi rectificarea sculelor aşchietoare, extragerea sculelor rupte în piese, durificarea suprafeţelor etc.

4.5.3 Prelucrarea anodo-mecanică

Prelucrarea anodo-mecanică este o metodă intermediară între prelucrarea prin electroeroziune şi cea electrochimică. Asupra piesei, legată

la anod, scula, legată la catod, exercită o presiune mică. Cei doi electrozi (piesa şi scula) sunt imersaţi într-un electrolit (fig. 4.26).

Fig. 4.26 Schema prelucrării anodo-mecanice 1 – electrod sculă; 2 – piesa de prelucrat; 3 - electrolit

Ca urmare, această metodă combină acţiunea electrochimică asupra materialului de prelucrat cu cea electroerozivă şi cea mecanică. Sub acţiunea curentului electric şi în prezenţa electrolitului are loc procesul dizolvării anodice, care determină apariţia pe suprafaţa piesei a unei pelicule pasivizatoare. Îndepărtarea ei se realizează prin acţiunea mecanică a sculei. În momentul ruperii peliculei, între vârfurile microneregularităţilor de pe suprafaţa piesei şi a sculei se produc scurtcircuite cu formare de microarce electrice, care provoacă eroziunea materialului metalic. În timpul prelucrării, între piesă şi sculă există o mişcare relativă, ce antrenează electrolitul şi evacuează materialul îndepărtat dintre cei doi electrozi. Viteza cu care se efectuează această mişcare influenţează asupra rugozităţii suprafeţei prelucrate, uzurii specifice a sculei, productivităţii prelucrării. Cele trei fenomene care apar la acest tip de prelucrare – electrochimic, eroziv şi mecanic – pot fi dirijate cu ajutorul parametrilor de lucru (tensiune, densitate de curent, intensitatea curentului, presiunea de contact, viteza relativă dintre electrozi) în funcţie de faza ce se execută (degroşare, prefinisare, finisare şi superfinisare. Sculele folosite sunt sub formă de disc, bandă netedă sau cu canale, sârmă. În cazul discului el are o mişcare de rotaţie, iar în celelalte o mişcare de translaţie. Cele mai bune valori ale vitezei cu care se execută mişcările sunt cuprinse între (18 ÷ 20) m/s. În cazul în care pe suprafaţa activă a sculei sunt fixate granule abrazive, prelucrarea anodică se numeşte electroabraziune. Prezenţa acestor

granule determină creşterea netezimii suprafeţei prelucrate (scade rugozitatea) şi a productivităţii, şi scăderea uzurii sculei. Prelucrarea anodo-mecanică se foloseşte pentru ascuţirea şi recondiţionarea sculelor aşchietoare din oţel rapid sau armate cu plăcuţe din carburi metalice, debitarea materialelor metalice, îndeosebi cele cu duritate mare, sub formă de bară sau tablă, obţinerea prin tăiere a unor suprafeţe profilate (crestături adânci), decuparea unor profile cu contururi complexe , prelucrarea de piese prin strunjire anodo-mecanică, mortezare, finisarea suprafeţelor, prelucrarea monocristalelor, a pieselor din electrotehnică şi electronică etc.

4.5.4 Prelucrarea cu fascicul de electroni

Această metodă de prelucrare se bazează pe topirea şi vaporizarea materialului piesei, datorită energiei primite de la electronii produşi prin emisie termică de un catod confecţionat, de obicei, din wolfram şi care sunt focalizaţi cu ajutorul lentilelor electromagnetice, pentru a forma un flux cu o energie înaltă (106-108 W/cm2) (fig. 4.27).

Fig. 4.27 Schema de principiu a dispozitivului pentru realizarea fascicolului de electroni

1 – filament; 2 – grilă; 3 – anod; 4 – lentilă electromagnetică de focalizare; 5 - piesă

Pentru evitarea dispersiei fluxului, camera prin care trece are vid înaintat (10-7-10-8 bari). Fasciculul de electroni poate fi întreţinut în undă continuă sau în regim de impulsuri. Energia fluxului depinde de energia termică a sursei emiţătoare şi de cea cinetică, acumulată prin accelerarea într-un câmp electric, fiind egală cu:

We = e · Ua (4.44) unde: e este sarcina electronului Ua – tensiunea anodică de accelerare ce poate ajunge până la câteva sute de kV.

În momentul impactului, energia fluxului este transmisă, materialului piesei. Când mărimea sa depăşeşte o valoare critică, materialul se topeşte şi se vaporizează. Presiunea vaporilor formaţi expulzează materialul topit din zona de lucru, determinând formarea craterelor de eroziune, care se propagă în adâncime, deoarece temperatura în zona fasciculului atinge 60000F.Adâncimea de pătrundere a fasciculului de electroni în materialul piesei de prelucrat este:

ρU

1035,2h2p14

p ⋅⋅= − (4.45)

unde: ρ este densitatea materialului de prelucrat [kg/dm3] Up – tensiunea între termocatodul instalaţiei şi piesă. Puterea fasciculului emis va fi:

P0 = Ua · Ia , [W] (4.46) Puterea dezvoltată de fascicul pe suprafaţa de prelucrat este:

P = I · Up , [W] (4.47) unde: I este intensitatea curentului prin flux

Densitatea de putere a fasciculului de electroni este egală cu:

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡⋅= 2p2

0cm

W ,UISπ

4ρ 47

41

(4.48)

unde S0 este suprafaţa prelucrată. Fasciculul de electroni poate fi deviat electric după necesităţi. Instalaţiile au o construcţie complicată şi pretenţioasă necesitând personal

cu înaltă calificare. Investiţiile şi costurile de operare sunt mari, ceea ce face ca această prelucrare să fie eficientă în producţie de masă a unor piese de mare valoare. Prin această metodă se pot prelucra toate materialele folosite în construcţia de maşini prin operaţii de debitare, găurire, gravare etc. Prelucrabilitatea materialelor cu ajutorul fasciculului de electroni are la bază proprietăţile termice şi electrice ale acestora, ce determină prelevări cu volume mari de material. Domeniile de aplicare sunt:

perforarea multiplă a componentelor turbinelor cu gaz confecţionate din aliaje refractare pe bază de Ni şi Co (palete, plăci de turbionare, elemente ale camerei de ardere). Alezajele realizate asigură răcirea, transferul combustibilului şi absorbţia zgomotelor. Această metodă este singura care permite perforarea celor 30.000 de alezje cu diametrul de (0,2÷0,5) mm şi poziţii diferite care sunt prevăzute la fiecare turbină cu gaz;

perforarea sitelor şi filtrelor cu ochiuri submilimetrice executate sub formă de plăci sau tuburi din oţel inoxidabil;

perforarea filierelor pentru fabricarea fibrelor de sticlă; fabricarea semiconductorilor, acoperirilor metalice, confec-ţionarea rezistorilor electrici, prelucrarea cristalelor de cuarţ, a sticlei, materialelor ceramice fine, corindonului, rubinelor sintetice.

4.5.5 Prelucrarea cu laser

Prelucrarea cu laser constă în îndepărtarea materialelor printr-un proces eroziv produs la incidenţa unui fascicul laser concentrat cu piesa de prelucrat. Energia fasciculului laser este absorbită de material şi transformată la nivelul particulelor în energie mecanică şi termică. Utilizarea laserului la prelucrarea materialelor se datorează aptitudinii fasciculului de a putea fi concentrat pe suprafeţe foarte mici, precis definite geometric şi dimensional. În acest fel, se pot realiza local intensităţi mari de radiaţie care depăşesc pragul necesar

declanşării şi întreţinerii proceselor de eroziune. De asemenea puterea şi regimul de funcţionare al oscilatoarelor laser pot fi dirijate. Efectele induse de radiaţia laser în materialul piesei depind de proprietăţile optice, termice şi mecanice ale materialului de prelucrat, intensitatea şi energia radiaţiei, lungimea de undă a radiaţiei, structura radiaţiei şi regimul de funcţionare al oscilatorului. Absorbţia energiei radiante de către materialul piesei depinde de natura şi temperatura materialului, rugozitatea şi gradul de puritate al suprafeţei piesei. Materialele metalice absorb foarte bine radiaţia laser cu lungimea de undă mai mică de 4 µm, iar cele nemetalice pe cea cu lungimea de undă mai mare de 4 µm. Adâncimea de pătrundere a radiaţiei în metal depinde de natura lui:

la cele opace (metale) adâncimea este cuprinsă între (5÷50)mm. Ca urmare, masa termică (energia radiaţiei) are caracter superficial;

la materialele parţial transparente (unele materiale ceramice şi macromoleculare) absorbţia are un caracter volumic, deoarece radiaţia pătrunde în adâncime.

Cu ajutorul laserului, se pot executa operaţii de debitare, găurire, gravare, obţinere de piese de dimensiuni mici în materiale fragile, tenace, moi, dure, extradure, materiale ceramice, sticlă, materiale semiconductoare şi macromoleculare, cauciuc, lemn, hârtie, ţesături, oţeluri, aliaje refractare şi rezistente la coroziune, aluminiu, titan, zirconiu, cupru, filtre, pietre preţioase şi semipreţioase, diamant tehnic. Precizia dimensională a suprafeţei prelucrate de (0,002÷0,1)mm, iar rugozitatea sa de (20÷100)µm.

4.5.6 Prelucrarea cu ultrasunete

În cazul acestei prelucrări, prelevarea materialului se bazează pe transmiterea directă a şocurilor dinamice produse de sculă, prin intermediul agentului eroziv (în speţă granulele abrazive) piesei (suprafeţei de prelucrat) ca urmare a apariţiei unei forţe statice. Sub acţiunea acestor şocuri, granulele abrazive, ce au o duritate mai mare decât materialul piesei, creează în stratul superficial al piesei microfisuri ce avansează în adâncime, producând desprinderi de microparticule din materialul de prelucrat. În

timpul prelucrării, lichidul agentului eroziv (obişnuit apă) este supus la compresiuni şi întinderi. În perioada de întindere, el exercită asupra materialului piesei o solicitare de tracţiune care desprinde bucăţi din acesta. În această perioadă, datorită gazelor dizolvate în apă şi a granulelor abrazive, se formează microbule cavitaţionale. În timpul compresiunii, microbulele sunt comprimate şi se distrug producând şocuri locale şi presiuni asupra suprafeţei, ce pot ajunge până la 1000 daN/cm2. Sub acţiunea undelor de şoc, lichidul pătrunde în fisuri exercitând presiuni asupra metalului şi provocând dislocarea bucăţilor de material. Pentru creşterea efectelor ultrasonice şi eliminarea produselor erodate, agentul eroziv circulă prin spaţiul de lucru. Suprafaţa prelucrată se generează, în principal, prin copierea formei sculei. Printr-o cinematică bine aleasă, se pot genera şi suprafeţe diferite de forma sculei. Granulele abrazive utilizate au dimensiuni cuprinse între (3÷150)µm şi sunt din diamant, carbură de bor, carbură de siliciu şi carborund. Densitatea lor în lichid este de (30000 ÷ 100000)buc/cm3. În timpul prelucrării, ele îşi micşorează dimensiunile şi muchiile li se rotunjesc, datorită solicitărilor la care sunt supuse. Ca lichid se foloseşte, cel mai adesea, apa, deoarece are proprietăţi de umectare bune, densitate convenabilă, conductibilitate termică suficientă, este mediu de răcire bun, nu este toxică şi este ieftină. Concentraţia abrazivului în ea este de (25 ÷ 40)%. Scula se execută din materiale tenace pentru ca uzura sa în timpul prelucrării să fie minimă. Ea vibrează în perioada de prelucrare cu o frecvenţă de (16 ÷ 35)kHz cu o amplitudine de (10 ÷ 604)µm, viteza medie de oscilaţie, numită şi viteza principală, este de (0,64 ÷ 8,4)m/s. Ea are aceeaşi direcţie şi acelaşi sens cu procesul eroziv. Productivitatea prelucrării, care este debitul volumic prelevat, este:

[ ]minmm ,SvQ

3pp ⋅= (4.49)

unde: vp este viteza principală, mm/min S – suprafaţa transversală a sculei, mm2 Viteza principală sau de prelucrare se calculează cu relaţia:

[ ]minmm ,

thvp

p = (4.50)

unde: h este adâncimea de prelucrat, mm tp – timpul de prelucrare, min.

Viteza de prelucrare depinde de amplitudinea vibraţiilor şi de presiunea statică. Precizia dimensională a suprafeţelor prelucrate ultrasonic este de ± 0,0127 mm, iar rugozitatea de (0,3 ÷ 0,4)µm. Pelucrabilitatea ultrasonică a materialelor se apreciază după caracterul ruperilor (fragile sau plastice) prin criteriul de fragilitate numit şi coeficient de prelucrabilitate Kpr, a cărui valoare se calculează cu relaţia:

m

fpr R

RK = (4.51)

unde: Rf este rezistenţa de rupere la forfecare, daN/cm2 Rm – rezistenţa de rupere la tracţiune, daN/cm2 Materialele cu prelucrabilitate bună (Kpr>2) sunt sticla, cuarţul, ceramica, germaniul, siliciul, feritele, etc., deci materiale cu fragilitate mare şi duritate relativă mică. Materialele cu prelucrabilitate medie (Kpr = (1 ÷ 2)) carburile metalice, oţeluri aliate, aliajele de titan. Materialele greu prelucrabile ultrasonic sunt materialele tenace precum oţelul moale, cuprul, aluminiu, etc. Prelucrarea ultrasonică se aplică pentru:

obţinerea găurilor străpunse sau înfundate, cu axe drepte sau curbilinii , pentru gravare, filete interioare şi exterioare, canale profilate în piese din sticlă şi mineraloceramice;

prelucrarea pieselor simple şi cu configuraţie complexă din sticlă, cuarţ, fluorită, titanat de bariu, în industria aparatelor optice şi mecanică fină, materiale semiconductoare (germaniu, siliciu) diamant tehnic, ferite şi alte materiale mineraloceramice din industria electronică, electrotehnică şi aparatelor de măsură şi control;

finisarea filierelor, poansoanelor şi matriţelor din carburi metalice şi recondiţionarea lor după uzură;

prelucrarea pietrelor preţioase şi semipreţioase în industria bijuteriilor, a pietrelor tehnice pentru industria mecanicii fine şi aparatelor de măsură.

4.6 Noţiuni de asamblare

4.6.1. Generalităţi Asamblarea este partea finală a procesului tehnologic de fabricare a unui sistem tehnic (maşină, aparat, dispozitiv, construcţie metalică etc.).şi reprezintă reuniunea ordonată a elementelor componente. Asamblările se clasifică după:

poziţia relativă a pieselor în timpul funcţionării sistemului tehnic din care fac parte şi sunt fixe şi mobile;

posibilitatea separării elementelor reunite şi sunt demontabile şi nedemontabile. Asamblările fixe demontabile se realizează prin filet şi pană. Asamblările fixe nedemontabile sunt realizate prin sudare, lipire şi nituire. Pentru asamblarea componentelor unui produs se elaborează un proces

tehnologic, conceput în două etape. În prima etapă se studiază condiţiile desfăşurării procesului de asamblare, care se referă la analizarea elementelor de execuţie ale pieselor şi unităţilor ce urmează a se asambla, pentru a se stabili compatibilitatea preciziei acestora, analizarea utilajului existent în dotare, a standardelor şi cataloagelor pentru sculele şi dispozitivele necesare. Unitatea de asamblare este formată din două sau mai multe piese reunite între ele şi care la rândul lor se asamblează în ansamblul general ce reprezintă produsul.

În a doua etapă se întocmesc documentele tehnice ale procesului tehnologic se stabilesc lanţurile de dimensiuni şi metodele de rezolvare, se proiectează schema de asamblare, se execută fişa tehnologică, planul de

operaţii, ciclograma asamblării şi se stabilesc condiţiile tehnice de realizare a operaţiilor speciale de asamblare.

Prin lanţ de dimensiuni se înţelege un şir de dimensiuni liniare şi unghiulare care formează un contur închis ce leagă reciproc poziţia suprafeţelor şi a axelor geometrice a mai multor piese ale unei maşini. Dimensiunea care închide lanţul se numeşte element de închidere; el se realizează în momentul asamblării.

Rezolvarea lanţurilor de dimensiuni constă fie în determinarea dimensiunii nominale şi a toleranţei elementului de închidere, fie în determinarea toleranţelor elementelor componente (primare) cunoscând toleranţa elementelor de închidere.

Fişa tehnologică se întocmeşte pentru producţia individuală şi de serie mică şi cuprinde informaţii sumare privind succesiunea operaţiilor de asamblare, sculele, dispozitivele şi verificatoarele folosite (SDV-uri) timpul de bază şi cel total. Planul de operaţii se elaborează pentru producţia de serie medie, serie mare şi masă şi conţine descrierea amănunţită a operaţiilor şi fazelor asamblării produsului, SDV+urile, timpul de bază auxiliar şi cel total.

Schema de asamblare este o reprezentare grafică a succesiunii asamblării pieselor şi unităţilor de asamblare. Cu ajutorul ei se stabileşte fluxul tehnologic care cuprinde denumirea şi succesiunea operaţiilor de asamblare. Pe baza acestuia se întocmesc fişe tehnologice şi planul de operaţii ce conţin utilajele folosite, S.D.V.–urile, normele de timp, poziţia reciprocă a pieselor asamblate. În schema de asamblare, piesele componente sunt reprezentate printr-un cerc în care se înscrie numărul piesei. Cercurile sunt legate între ele prin linii în ordinea asamblării. Fie de asamblat piesele unui dispozitiv format din şapte repere (fig. 4.28).

Fig. 4.28 Schemă de asamblare

1

2 3 4 5 6 7

c) piesa 1 se întâlneşte cu piesele 2, 4 ,5 şi 6; d) piesa 3 cu piesele 2 şi 4; e) piesa 4 cu piesele 1, 3 şi 5; etc.

Ciclograma asamblării este reprezentarea grafică a ciclului asamblării unui produs, adică a intervalului de timp necesar realizării tuturor operaţiilor de asamblare. Ea evidenţiază operaţiile care nu sunt suprapuse în timp. Prin suprapunerea în timp a unui număr cât mai mare de operaţii de asamblare se micşorează ciclul asamblării, ce determină creşterea capacităţii de producţie şi a productivităţii muncii. Ciclograma asamblării se întocmeşte în cazul producţiei de serie mare şi masă.

În construcţia de maşini se folosesc cinci metode de asamblare a pieselor care se aleg în funcţie de precizia cerută. Acestea sunt metoda interschimbabilităţii totale, a interschimbabilităţii parţiale, metoda sortării, a ajustării şi cea a reglării.

Asamblare prin interschimbabilitate totală permite îmbinarea oricărei piese din lotul de piese prelucrate, fără a fi necesară selecţionarea sau ajustarea prealabilă. Această metodă cere ca toate piesele să fie realizate cu precizia înscrisă în desenul de execuţie. De aceea sunt necesare investiţii mai mari în utilaje, dispozitive de lucru şi mijloace de măsurat de mare precizie, care se justifică numai pentru producţii de serie mare şi masă.

Avantajele metodei sunt: asamblare rapidă, simplă şi economică, deoarece nu este necesară

ajustarea pieselor de asamblat; personalul folosit poate avea o calificare mai redusă; asigurarea cooperării cu alte uzine de specialitate.

Ca urmare, productivitatea muncii creşte, calitatea produselor se îmbunătăţeşte, iar costul de producţie se micşorează.

Asamblarea prin interschimbabilitate parţială se aplică atunci când nu orice piesă din lot poate fi folosită fără o ajustare prealabilă. Ea se foloseşte în cazul producţiei de serie, când interschimbabilitatea totală nu este avantajoasă sau posibilă. La această metodă, toleranţele dimensiunilor sunt mai mari decât la metoda precedentă; elementul de închidere are precizia prescrisă, pentru cea mai mare a lanţurilor de dimensiuni realizate prin asamblare.

Avantajul acestei metode este reducerea costului prelucrării datorită folosirii de maşini mai puţin precise şi muncitori cu o calificare medie.

Asamblarea prin metoda sortării. Precizia elementului de închidere este asigurată prin prelucrarea pieselor cu toleranţe mărite urmată de măsurarea şi sortarea lor pe grupe de dimensiuni. Această metodă se aplică pentru producţia de serie mare şi masă şi determină elemente de închidere ale lanţurilor de dimensiuni de mare precizie. Elementele de închidere pot fi jocuri, strângeri, dimensiuni de poziţionare.

În vederea aplicării acestei metode, toleranţele dimensiunilor se măresc de un anumit număr de ori, număr care este acelaşi pentru toate dimensiunilor şi piesele asamblate. După prelucrare, în urma măsurării piesele se împart în grupe de dimensiuni. Numărul grupelor este egal cu numărul folosit la multiplicarea toleranţelor. Asamblarea pieselor se face pe grupe, obţinându-se în acest fel valorile prescrise iniţial pentru elementele de închidere.

Asamblarea prin metoda ajustării, presupune schimbarea valorii uneia din dimensiunile primare, prin prelucrarea suplimentară a unei suprafeţe de contact. În acest fel dimensiunile primare (cele înscrise pe desenele de execuţie) pot fi realizate cu precizie medie, convenabilă tehnologic, în condiţii economice.

Asamblarea prin metoda reglării, constă în schimbarea valorii unei anumite dimensiuni prin reglare, adică prin introducerea în ansamblul respectiv a unei piese suplimentare numită compensator. Această metodă asigură o prelucrare economică, atât în ce priveşte utilajul folosit (maşina-unealtă, scule, dispozitive, aparate de control) cât şi calificarea muncitorului.

Asamblarea poate fi organizată prin diviziunea operaţiilor sau prin concentrarea lor. În timpul asamblării produsul poate:

– să rămână la acelaşi loc de muncă, deplasându-se echipele de muncitori specializaţi pe operaţii. În acest caz asamblarea se numeşte staţionară şi se foloseşte când produsele sunt mari (locomotive, nave, avioane etc.);

– să se deplaseze de la un loc de muncă la altul, muncitorii rămânând

pe loc. Aceasta se numeşte asamblare mobilă sau glisantă şi se foloseşte pentru organizarea liniilor de asamblare.

Operaţiile care compun procesul asamblării pot avea norme de timp diferite sau egale. În primul caz, asamblarea este cu ritm sau tact liber, iar în al doilea asamblarea este cu ritm sau tact impus.

În cadrul procesului de asamblare participarea nemijlocită a muncitorului este inevitabilă. Acesta permite, uneori, operaţiilor premergătoare abateri de la calitate, ce sunt acoperite la asamblare, prin ajustări şi reglări, dar care pot deveni defecte ascunse. După gradul de participare a acestuia, asamblarea poate fi: exclusiv manuală, mecanizată şi automatizată. În asamblarea mecanizată şi automatizată, gradul de participare a muncitorului este redus. El nu este substituit în întregime de sisteme tehnice, deoarece există activităţi care nu pot fi îndeplinite decât de operatorul uman. Mecanizarea şi automatizarea asamblării urmăresc reducerea timpului de asamblare, deoarece el reprezintă (20÷30)% din timpul procesului de producţie. Asamblarea mecanizată şi automatizată sunt rigide, iar echipamentul tehnic folosit este complicat şi trebuie înlocuit integral la lansarea unui produs nou.

4.6.2 Asamblarea flexibilă

Odată cu creşterea importanţei calităţii produselor pentru adaptarea la cerinţele pieţei şi înnoirea rapidă a acestora, flexibilitatea a devenit o necesitate. Ea se realizează cu ajutorul roboţilor şi manipulatoarelor. În cadrul asamblării flexibile un rol important revine tipizării pieselor şi subansamblelor ce urmează a se monta şi a echipamentului tehnologic folosit. De aceea piesele şi ansamblele care fac obiectul procesului de asimilare, se împart în familii, după caracteristicile tehnologice comune. Ca urmare echipamentul tehnologic nu se proiectează pentru un produs izolat, ci pentru o familie şi nu are o concepţie strict specifică, ci este compus dintr-un număr de ansamble funcţionale, care fac parte din sisteme de module tipizate, în a căror alcătuire se pleacă de la funcţiile care trebuie îndeplinite în cursul asamblării. Acestea sunt:

funcţii de manipulare; depozitare, apucare, eliberare, schimbări de loc şi de direcţie – transfer, separare, adunare, alimentare,

evacuare, dozare-schimbări de poziţie – sortare, rotire, orientare; funcţie de asamblare: aşezare, poziţionare, îmbinare, presare,

nituire, înşurubare, sudare, ambalare; funcţie de control al funcţionării şi poziţiei; funcţie de ajustare, reglare şi prelucrare.

Într-un sistem de asamblare flexibilă, roboţii şi manipulatoarele îndeplinesc funcţii de manipulare şi asamblare. În concordanţă cu acestea se organizează posturile de lucru, concentrând operaţiile de asamblare, pentru ca posibilităţile funcţionale ale roboţilor să fie integral folosite, datorită costului lor ridicat. La stabilirea parametrilor de lucru se prevăd viteze cât mai mari şi staţionări cât mai reduse.

Un post de lucru al unei operaţii de asamblare cu roboţi este constituit dintr-o paletă, oprită şi poziţionată sigur, sau dintr-un dispozitiv de aşezare care, ca şi paleta, asigură poziţionarea corectă a pieselor de asamblat. De aceea, sistemul de transfer de la operaţie la operaţie funcţionează discontinuu cu opriri şi poziţionari riguroase la postul de lucru. Aceasta se realizează fie prin deplasarea paletei care însoţeşte ansamblul pe tot parcursul procesului tehnologic de asamblare, fie prin aşezarea succesivă a ansamblului în dispozitivele fiecărui post. Ca urmare, la asamblarea cu roboţi nu se folosesc sisteme de transfer cu deplasare continuă sau cu ansamblul suspendat de un conveior aerian. În jurul postului de lucru, în poziţii accesibile roboţilor şi manipulatoarelor, sunt instalate alimentatoare cu piese şi cu scule, denumite magazine. În magazine piesele pot fi în vrac, ordonate, orientate şi poziţionate cu ajutorul unor dispozitive speciale. Alimentarea roboţilor sau manipularea lor se face cu câte o piesă, după program. Într-un magazin se găsesc (3 ÷ 4) piese diferite. Pentru creşterea numărului de piese cu care se alimentează un post, se folosesc magazine multiple, unde piesele fie sunt aşezate pe mese rotative, fie sunt prinse pe benzi flexibile. Când piesele diferă mult ca formă, dimensiune şi posibilitate de prindere, robotul este prevăzut cu un dispozitiv de apucare multiplu. Sculele folosite pentru funcţia de asamblare sunt aşezate ordonat în magazin conform programului. Un post de lucru poate fi deservit de doi – trei roboţi ale căror mişcări sunt sincronizate prin program.

Pentru asamblare, roboţii se folosesc în industria de automobile, în industria electrotehnică la montarea aparatelor electrice, a motoarelor mici şi mijlocii, releelor telefonice, prizelor industriale, în industria electronică la obţinerea plăcilor cu circuite imprimate a mecanismelor de casetofon, a claviaturilor alfanumerice, în alte industrii pentru asamblarea în incinte curate.

În industria automobilelor, roboţii se folosesc la asamblarea motoarelor şi execută operaţii de manipulare, îmbinări prin suprapunere, pregătirea îmbinărilor filetate, efectuarea strângerilor îmbinării filetate cu control automat al corectitudinii strângerii, aplicarea de adezivi şi paste de etanşare, preluarea ansamblului de pe sistemul de transfer şi introducerea lui în echipamentul de testare, cuplarea echipamentului de testare la produs, preluarea produselor testate şi transferarea lor diferenţiată, în funcţie de rezultatul testării.

Asamblarea în incinte închise cu ajutorul roboţilor, se execută pentru prevenirea contaminării materialelor cu impurităţi din atmosferă, în cazul industriilor de medicamente şi alimentară, sau pentru evitarea defecţiunilor provocate de aceste impurităţi, mecanismelor de mare precizie, în cazul fabricării discurilor compacte, a casetelor discurilor de memorie pentru calculatoare, a traductoarelor şi dispozitivelor cu semiconductori, la manipularea plachetelor de siliciu monocristalin etc.

În cazul liniilor de asamblare lungi – zeci sau sute de metrii – pentru flexibilizare se folosesc robocare, ce sunt mijloace de transfer la distanţă cu deplasare discontinuă pe un traseu variabil. Mijlocul de transfer constă dintr-un număr de cărucioare autopropulsate, conduse automat de-a lungul unui traseu. Cărucioarele poartă dispozitive de tip paletă pentru aşezarea pieselor sau subansamblelor mari de bază şi containăre sau palete pentru piesele mici. Ele sunt dirijate şi oprite la posturile de asamblare, unde operaţiile de asamblare şi testare se execută manual sau automat. La sfârşitul procesului tehnologic de asamblare, produsul obţinut este descărcat în magazia de expediţie.

Eficienţa mare a sistemelor de asamblare cu roboţi, se obţine prin micşorarea la minim a numărului de posturi dotate cu roboţi şi prin cuplarea

acestora cu posturi automate echipate convenţional cu module tipizate, pentru operaţii simple, şi cu posturi deservite manual, acolo unde calităţile specifice ale operatorului uman nu pot fi înlocuite precum: aşezarea pieselor complicate pe palete, mânuiri care cer coordonare ochi-mână, operaţii complicate de reglaj etc.

4.7 Procese tehnologice din industria mecanicii fine

Mecanica fină este ramura industrială care se ocupă, în principal, cu conceperea, proiectarea şi fabricarea mijloacelor de măsurare.

4.7.1 Măsurarea. Mijloace de măsurare

Măsurarea este operaţia metrologică prin care mărimea fizică de măsurat ce aparţine obiectului de măsurat numit măsurand, se compară direct sau indirect cu unitatea de măsură de aceeaşi natură, încorporată într-un mijloc de măsurare, pentru a stabili raportul numeric dintre mărimea de măsurat şi unitatea de măsură admisă. Principiul de măsurare este dat de fenomenul fizic care stă la baza unei măsurări. Ca exemple se pot da: fenomenul de interferenţă, la măsurarea lungimilor, efectul termoelectric, la măsurarea temperaturii, deformarea elastică a unei membrane, la măsurarea presiunii şi forţei etc. Metodele de măsurare reprezintă modurile de aplicare a principiului de măsurare. Ele se clasifică după:

precizia şi rapiditatea determinărilor: metode de laborator, care ţin seama de erorile de măsurare şi metode tehnice, care nu ţin seama de erorile de măsurare;

poziţia aparatului faţă de mărimea de măsurat: metode prin contact şi metode fără contact (optic, pneumatic, capacitiv, inductiv etc.);

modul de obţinere a valorii numerice a mărimii măsurate: metode de măsurare directă, indirectă şi mixte;

modul de indicare a mărimii măsurate: metode analogice şi metode digitale;

asigurarea sistemului de coordonate: metode incrementale (relative) şi metode absolute.

Rezultatul unei măsurări depinde de condiţiile în care se efectuează măsurarea, condiţii stabilite prin standarde. Ele se referă la temperatură, presiune, acceleraţie, umiditate. Erorile care apar la măsurare sunt de indicaţie, de citire, de etalonare, de reglare şi de metodă. Mijloacele de măsurare reprezintă o combinaţie de subansambluri mecanice, optice, electrice ş. a. capabilă să capteze, să transforme şi să emită semnale în scopul măsurării mărimilor fizice. Structura unui mijloc de măsurare este:

În acest caz sursa de energie de activare este interioară; când este exterioară ea acţionează asupra măsurandului prin intermediul subansamblului de intrare.

Mijloacele de măsurare se clasifică după mai multe criterii: După complexitate mijloacele de măsurare sunt măsuri, instrumente de măsurare, aparate de măsurare, instalaţii de măsurare şi sisteme de măsurare. Măsurile materializează unitatea de măsură, multiplii sau submultiplii acesteia.

Instrumentul de măsurare permite compararea directă a mărimii de măsurat cu o scară de repere. Ca exemple avem şublerele, ampermetrele, galvanometrele, voltmetrele etc.

măsurandul subansamblul de intrare

subansambluri de prelucrare

subansamblul de ieşire

sursa de energie de activare

Aparatul de măsurare se compune din subansamblul traductor, subansamblu intermediar şi cel de prezentare a rezultatelor măsurării. Ele sunt optice, electrice etc. Instalaţia de măsurare este un ansamblu de aparate, măsuri şi dispozitive anexe care serveşte la măsurarea uneia sau mai multor mărimi. Ca exemple se dau: microscopul de atelier, spectroscopul, maşina de măsurat în coordonate etc. Sistemul de măsurare este un ansamblu complex de instalaţii sau aparate de măsurare reunite fie prin natura obiectului deservit, fie prin prelucrarea centralizată a informaţiilor de măsurare. Exemple în acest sens sunt: ansamblul de instalaţii şi aparate ale, unui furnal, un proces tehnologic automatizat sau cinematizat etc.). După construcţie mijloacele de măsurare sunt mecanice, optice şi electrice. După natura mărimilor măsurate, mijloacele de măsurare sunt pentru:

- mărimi geometrice: lungimi, unghiuri; - mărimi mecanice: mase, forţe, durităţi, turaţii, vibraţii,

zgomote, timp - mărimi

termotehnice: presiuni, temperaturi, debite

- mărimi electrice: intensitate, tensiune, putere, rezistenţă, capacitate, inductanţă, alte caracteristici electrice

Partea unui mijloc de măsurare care transformă o mărime fizică într-o altă mărime fizică pentru a permite o mai uşoară prelucrare, observare, telemăsurare, înregistrare ş. a. se numeşte traductor. Traductoarele sunt pentru mărimi mecanice, termotehnice, electrice. Transmiterea şi multiplicarea semnalelor de măsurare se realizează cu ajutorul subansamblului de transmitere, multiplicare şi amplificare a informaţiei de măsurare. Acestea sunt mecanice, (cu pârghii, roţi dinţate,

şurub-piuliţă, cremaliere), optice (formate din oglinzi; lame plan-paralele, reticule şi scări, filtre, prisme, lentile), electronice (amplificatoare). Indicarea, înregistrarea sau iniţierea unui reglaj în vederea măsurării sunt efectuate de elementul final al unui aparat de măsură şi control. Pentru observarea vizuală a valorilor diferitelor mărimi măsurate se folosesc subansambluri indicatoare. Indicarea se face continuu, în formă analogică, discontinuu, în formă numerică sau combinat. Prima formă se realizează prin deplasarea unui element mobil în faţa unei scări fixe, gradate direct în unităţi ale mărimii de măsurat. În al doilea caz, prin afişarea periodică a valorii mărimii măsurate (un număr). În cazul indicării combinate, elementul mobil urmăreşte sensul şi viteza de variaţie a mărimii măsurate, iar afişarea numerică se foloseşte pentru citirea exactă a valorii.

Indicatoarele analogice sunt: mecanice, de tip ac indicator, ce se deplasează în faţa unei scări cu

repere, sau scară cu repere ce se deplasează prin dreptul unui reper fix. Scările pot fi liniare, unghiulare, circulare, spirale, elicoidale etc. Citirea pe scară se poate face cu ochiul liber sau optic;

electrice, de tip tub catodic, bandă luminoasă; Indicatoarele numerice asigură mărirea preciziei de citire prin

eliminarea erorilor subiective şi a celor de paralaxă, creşterea vitezei de citire, scurtarea procesului de măsurare. Ele sunt mecanice şi electrice. Înregistrarea are drept scop prezentarea variaţiei în timp a unei mărimi. Ea se efectuează cu ajutorul subansamblelor înregistratoare ce pot fi folosite ca unităţi independente sau pot fi cuplate, prin construcţie, direct cu mijlocul de măsurare numerică. Înscrierea variaţiei pe suportul de înregistrat se poate face cu creionul, cu cerneală, cu bandă, cu tuş sau hârtie carbon. În ansamblul mijloacelor de măsurare un loc aparte îl ocupă aparatele optice. Ele sunt ansambluri de lentile, oglinzi, prisme şi diafragme cu ajutorul cărora se obţin imagini ale diferitelor obiecte. Axele optice ale pieselor menţionate trebuie să coincidă cu axa geometrică a aparatului formând un sistem optic centrat. Aparatele optice dau imagini ale obiectelor în care se pot distinge amănunte care nu pot fi observate cu ochiul liber.

Potrivit cu natura imaginii aparatele optice sunt: aparate care dau imagini reale: ochiul, aparatul fotografic şi

aparatul de proiecţie. Aceste imagini pot fi prinse pe un ecran de proiecţie, pe o placă sau

pe un film fotografic; aparatele care dau imagini virtuale. Ele sunt folosite de obicei

pentru examinarea directă, cu ochiul, a obiectelor şi sunt formate din două părţi: un obiectiv îndreptat înspre obiectul de cercetat şi un ocular îndreptat spre ochiul observatorului. Obiectivul este un sistem optic convergent şi formează o imagine reală a obiectului, care reprezintă obiect pentru ocular ce va da imaginea definitivă, virtuală, preluată de ochiul observatorului.

Principalele caracteristici ale unui aparat optic sunt: valoarea diviziunii, Vd domeniul de măsurare, Dm = xy sau x/y, unde x şi y sunt limitele

domeniului câmpul obiectiv, 2y raportul de multiplicare (de amplificare), K forţa de măsurare, Fm apertura obiectivului sau deschiderea numerică, A, este

capacitatea obiectivului de a strânge razele de lumină şi se calculează cu relaţia:

A = n0 sin σ0 unde n0 este indicele de refracţie al mediului dintre obiect şi obiectiv σ0 – semiunghiul deschiderii conului de lumină ce intră în obiectiv

mărirea transversală a obiectivului, β′ ob

mărirea transversală a aparatului, β grosismentul obiectivului, Gob, ce se calculează cu relaţia:

obob f

G λ= , (4.52)

unde λeste lungimea optică a tubului obiectivului, mm fob – distanţa focală a obiectivului, mm

• grosismentul ocularului, Goc, dat de relaţia:

ococ f

250G = (4.53)

unde 250 este distanţa minimă a vederii distincte, mm foc – distanţa focală a ocularului, mm

grosismentul aparatului, G, egal cu

ocob GGG ⋅= (4.54)

abscisa obiect, s imprecizia de măsurare, u eroarea teoretică, sδ

Valorile acestor caracteristici depind de tipul, dimensiunile şi precizia pieselor optice componente.

4.7.2 Materiale folosite în mecanica fină

Pentru construcţia ansamblurilor şi subansamblurilor care fac obiectul mecanicii fine se folosesc materiale metalice, materiale plastice, sticlă, cristale, pietre tehnice, materiale compozite, alte materiale. Materialele metalice utilizate sunt:

• materiale feroase: fonta, pentru construcţia batiurilor aparatelor de mare precizie şi confecţionarea sculelor folosite la finisarea suprafeţelor; oţelul de toate categoriile pentru confecţionarea elementelor constructive de mecanică fină, a dispozitivelor şi sculelor;

• materiale cu proprietăţi magnetice, pentru aparate din industria electrotehnică;

• materiale neferoase: aluminiul, cuprul, zincul, bismutul, plumbul şi aliajele lor, titanul, argintul, platina, aurul.

Materialele plastice tind să fie utilizate din ce în ce mai mult, deoarece din ele se obţin, prin tehnologii rapide, piese care nu mai necesită prelucrări ulterioare şi ale căror procese tehnologice se pot automatiza complet. Ele permit serii mari de piese complicate cărora li se pot modifica

proprietăţile mecanice şi electrice prin inserţii sau materiale de adaos. Cele mai folosite materiale plastice sunt:

poliamidele, pentru carcase, capace, roţi dinţate, cuplaje, rame, folii, lentile de ochelari, acoperiri de protecţie anticorosivă;

policarbonatul, pentru aparate optice şi electrotehnice; polietilena, pentru plăci, filme, cabluri, filamente, bare; polistirenul, poliacetaţii pentru roţi dinţate, lagăre, plăci de

mecanisme, clicheţi, came; siliconii, pentru condensatori şi sisteme de vizare; polimetacrilatul de metil, pentru geamuri de ceas, ochi artificiali,

material de osteosinteză; alcoolul poliamidic, pentru lentile.

Sticla are o largă utilizare în optică şi poate fi: sticlă cron (K) ce conţine oxid de bor, sticlă flint (F) cu oxid de plumb, sticlă cuarţ, sticlă pentru filtre, sticlă dispersivă. Cristalele se folosesc acolo unde sticla este improprie şi sunt naturale şi sintetice. Atomii, ionii sau moleculele formează reţele cristaline. Pietrele tehnice utilizate în mecanica fină sunt:

• safirul pentru construcţia de lagăre, scule de trasare, cuţite din mecanismele cu pârghii, straturi depuse în tehnologia integratelor, lentile, în materiale compozite etc.;

• rubinul, diamantul natural şi artificial pentru confecţionarea sculelor, filierelor.

Materialele compozite utilizate în mecanica fină sunt variate şi înlocuiesc materialele metalice.

Alte materiale folosite sunt siliciul şi germaniu pentru confecţionarea lentilelor: diabazul, rocă vulcanică verzuie sau cenuşie, pentru confecţionarea batiurilor aparatelor, ghidajelor maşinilor de măsurat în coordonate, meselor de măsurare şi trasaj etc.

Metodele de obţinere a semifabricatelor utilizate în mecanică fină sunt de o mare varietate şi depind de natura materialului. Principalele metode sunt:

turnarea (clasică şi prin procedee speciale) pentru materiale metalice, materiale ceramice, răşini sintetice;

deformarea plastică (matriţare, extrudare, laminare, tragere, îndoire, ambutisare, ştanţare) pentru materiale metalice, sticlă, mase plastice;

presare (sinterizare) pentru materiale sub formă de pulberi metalice, materiale plastice, materiale compozite;

precipitare din soluţie – galvanoplastie; depunere din stare de vapori sau gaz sub formă de straturi

subţiri. Din semifabricate, piesele se obţin prin procedee clasice de

prelucrare prin aşchiere (strunjire, frezare, rabotare, mortezare, găurire, rectificare, broşare, alezare, honuire, lepuire, lustruire etc.) prin deformare plastică şi procedee neconvenţionale.

4.7.3 Fabricarea pieselor optice

Cele mai răspândite piese optice sunt lentilele, reticulele şi prismele. Lentila este o porţiune dintr-un mediu transparent, separat de mediul

ambiant prin două suprafeţe numite dioptrii, al cărei rol este de a mări imaginea obiectelor. Elementele principale ale unei lentile sunt centrele de curbură, axa optică principală şi centrul optic. Centrele de curbură sunt centrele geometrice ale dioptriilor. Axa optică principală este dreapta care uneşte centrele de curbură. Centrul optic este intersecţia dintre axa optică şi lentilă. Punctul de pe axa optică principală prin care trec toate razele refractate provenite dintr-un fascicul incident paralel se numeşte focar. Distanţa dintre el şi centrul optic se numeşte distanţă focală. Inversul distanţei focale se numeşte convergenţă; unitatea sa de măsură este dioptria. Dioptria este convergenţa unei lentile cu distanţa focală de 1 m. Lentilele se pot clasifica după mai multe criterii. După grosime sunt: lentile subţiri, când grosimea lor este mică în comparaţie cu razele de curbură şi lentile groase. După natura focarului sunt convergente, când focarul este real, având capacitatea de a strânge razele de lumină şi divergente, când focarul este virtual dispersând razele de lumină.

După forma dioptriilor sunt sferice, asferice, cilindrice, torice şi parabolice. După numărul focarelor sunt unifocale şi bifocale. Dioptriile celor bifocale au două raze de curbură. Lentilele convergente sferice sunt biconvexe, plan-convexe şi concav-convexe (fig. 4.29 a). Lentile divergente sferice sunt biconcave, plan-concave şi concav-convexe (fig. 4.29 b). a b

Fig. 4.29 Tipuri de lentile sferice Procesul tehnologic de obţinere a lentilelor se compune din următoarele operaţii: debitarea, şlefuirea plan-paralelă, rotunjirea suprafeţelor, şlefuirea primei feţe a lentilei, polisarea primei feţe a lentilei, controlul primei feţe a lentilei, lăcuire de protecţie a primei feţe a lentilei, şlefuirea, polisarea, controlul şi lăcuirea de protecţie a feţei doi a lentilei, centrarea. Debitarea. Semifabricatul din sticlă poate fi debitat prin tăiere dintr-un bloc sau poate fi obţinut prin presare. Când se obţine din bloc, ea are formă de paralelipiped în care se înscrie lentila. Când se obţine prin presare are forma lentilei, dar cu dimensiuni mai mari.

r2

r1 c2

c1

r2=∞ r2

c1 r1 r1 c2

c1

biconvex planconvex concavconvex

c1

r1

r2

c2

r1=∞

r2

c2

r2 c2

r1

c1

biconcav planconca convexconca

Şlefuirea plan-paralelă. Semifabricatul debitat, sub formă de plăcuţă paralelipipedică, este supus şlefuirii pe suprafeţele plane cu cele mai mari dimensiuni, pentru îndreptarea acestora şi micşorarea adaosului de prelucrare. În vederea acestei operaţii, plăcuţa este blocată pe o placă de aluminiu cu ajutorul unui strat de mastic. Placa este fixată pe masa maşinii-unelte. Scula este de forma unui disc din fontă sau oţel şi are mişcare de rotaţie; în primul caz, locul prelucrării este alimentat continuu cu abraziv, iar în al doilea caz, pe suprafaţa frontală a discului sunt fixate plăcuţe de diamant. Rotunjirea suprafeţelor. Pentru rotunjire, plăcuţele şlefuite se orientează şi se lipesc în coloană. Lungimea coloanei depinde de diametrul lentilei: la diametre mici trebuie asigurată rigiditatea coloanei, iar la diametre mari, greutatea acesteia este limitată (să nu fie prea mare).

Fig. 4.30 Montarea lentilelor în coloană

Şlefuirea primei feţe a lentilei. Operaţia se execută cu scule speciale pe maşini-unelte speciale în două faze: şlefuire brută şi şlefuire medie şi fină. Rugozitatea, după prelucrare, trebuie să fie cuprinsă între (1,6 ÷ 3,2) µm. Polisarea primei feţe. Scopul ei este micşorarea rugozităţii lentilei până la valoarea de 0,012 µm şi se execută pe maşini de polisat speciale, folosind a sculă numită polisor. Pe suprafaţa activă a polisorului este fixat un material textil sau un strat de mastic. Materialul abraziv, oxid de zinc sub formă de suspensie în apă, este la temperatura de (50 ÷ 60)0C,. El este adus

continuu la locul prelucrării cu un debit de (1,5 ÷ 5) cm3/min. Presiunea pe care scula o exercită pe suprafaţa lentilei este de (1 ÷ 3) N/cm2. Controlul se referă la raza sferei şi la rugozitate. Lăcuirea de protecţie. Pentru a proteja faţa lentilei împotriva deteriorării pe ea se depune un lac incolor. Şlefuirea, polisarea, controlul şi lăcuirea de protecţie a celei de a două feţe se execută similar ca pentru prima faţă. Centrarea lentilelor este operaţia prin care se asigură coincidenţa axei optice a lentilei, formată din linia ce uneşte focarele celor doi dioptri, cu axa geometrică a acesteia. Operaţia este necesară ori de câte ori lentila trebuie montată într-un sistem, fie prin lipire, când formează dublete, triplete, fie prin asamblare mecanică. Centrarea se poate realiza optic (prin transparenţă sau prin reflexie) şi mecanic. Ea se execută în instalaţii speciale. Instalaţiile automate de centrat execută şi operaţiile de debordare, ce reprezintă şlefuirea suprafeţei periferice a lentilei şi faţetarea. Aceasta este prelucrarea faţetelor care leagă suprafaţa periferică a lentilei de cele două suprafeţe active ale acesteia. Instalaţiile manuale de centrat permit teşirea muchiilor lentilelor, având pentru acesta în dotare dispozitive şi scule adecvate. Lentilele frontale ale obiectivelor de microscop (fig. 4.31) sunt lentile plan-convexe şi au o tehnologie de execuţie aparte, datorită formei şi dimensiunilor lor. Ele se confecţionează dintr-o sferă de sticlă prelucrată după tehnologia bilelor de rulmenţi, dar cu precizia unei piese optice, din care apoi se obţine lentila frontală. Operaţiile care compun procesul tehnologic sunt debitarea, rotunjirea, sfericizarea, şlefuirea, polisarea şi planarea (fig. 4.32).

0,012

Fig. 4.31 Lentilă frontală pentru microscop

Debitarea. Semifabricatul folosit se debitează dintr-un bloc de sticlă

sub forma unui cub, în care se înscrie sfera din care va proveni lentila. Sferei i se prevăd şi adaosurile de prelucrare. Rotunjirea semifabricatului se realizează prin introducerea cuburilor de sticlă într-un tambur, care are fixate pe toată partea interioară plăci abrazive. Prin rotirea tamburului în jurul axei verticale, cuburile se lovesc între ele şi de pereţii tamburului, determinând rotunjirea muchiilor şi colţurilor. Sfericizarea se realizează într-o instalaţie specială dotată cu două pietre abrazive excentrice, aflate la o distanţă egală cu diametrul bilei (sferei). După prelucrare, bilele sunt sortate automat şi împărţite în grupe în care diametrul bilelor nu trebuie să varieze mai mult de 0,1 mm, pentru ca la operaţiile următoare să nu fie adaosuri de prelucrare prea mari şi neuniforme de la bilă la bilă. Şlefuirea se execută cu abraziv liber, pe maşini dotate cu dispozitiv de şlefuit aflat în mişcare de rotaţie. În urma acestei operaţii bila este perfect sferică.

3,2

sfericizare

debitare

rotunjire

0,2

0,01

0,01

polisare

şlefuire

planare şi polisare

Fig. 4.32 Procesul tehnologic de obţinere a lentilelor frontale pentru microscop

Polisarea se realizează între două discuri ce au pe suprafaţa activă un strat de mastic şi un canal circular egal cu diametrul sferei. Unul dintre discuri se roteşte în jurul axei sale. Polisarea se face în două trepte, folosindu-se la a doua treaptă un mastic mai moale. Între trepte, bilele sunt sortate cu o precizie de 1 µm, iar apoi cu precizia de 0,1 µm. Planarea are rolul de a obţine suprafaţa plană a lentilei. Se execută între două discuri. Pe discul inferior sunt aşezate bilele în bloc şi fixate cu un strat de mastic. Discul superior, din bronz, are rol de sculă. Prelucrarea ce este o şlefuire, se execută cu abraziv liber introdus între cele două discuri. Polisarea suprafeţei plane se execută pe aceeaşi maşină ca şi planarea, după ce discul de bronz a fost înlocuit cu un polisor cu mastic. Reticulele sunt piese optice de forma plăcuţelor plan-paralele de sticlă pe care sunt gravate scările (fig. 4.33) şi alte repere, aşezate în planul imagine, al aparatelor optice, ceea ce face ca ele să fie observate mărit de cinci până la 100 de ori.

Fig. 4.33 Forme de scări

Plăcuţa plan-paralelă a reticulelor se prelucrează, ca orice piesă

optică, prin debitare, şlefuire, faţetare, polisare, urmate de control. Gravarea scărilor se poate face prin mai multe metode (tabelul 4.3)

g d

A A

e

α

gravaj unghiular

gravaj liniar

a

Secţiune A-A

Tabelul 4.3

Dimensiunile reperelor, µm

Metoda de gravaj

Complexitate

reticul grosimea minimă

g

adâncimea minimă

a

distanţa minimă dintre repere

d

Productivitate

Aşchiere directă simplu 0,5 0,1 0,5 scăzută Aşchiere indirectă simplu 1 0,5 1 scăzută Aşchiere indirectă urmată de atac chimic

- aşchierea unui strat de lac aplicat pe materialul de bază

medie 3 0,3 10 medie

- aşchierea unui strat de lac aplicat pe un strat metalic depus pe materialul de bază

medie 5 1 40 medie

Fotolitografiere (serigrafie)

medie 2 ÷ 5 2 ÷ 5 5 ridicată

Fotografie urmată de atac chimic

- al materialului de bază

ridicată 0,25 0,1 0,5 ridicată

- al unei pelicule metalice

Fotografie urmată de depunere metalică

ridicată 0,25 0,1 0,5 ridicată

Ultrasunete simplu 100 2 ÷ 5 100 ridicată

Cea mai precisă este aşchierea directă; ea realizează gravajul direct

pe materialul piesei cu ajutorul unor cuţite speciale pe maşini automate de divizat. Grosimea reperului este cu atât mai mică cu cât densitatea materialului plăcuţei este mai mare.

Prisma optică este un mediu transparent limitat de doi dioptri plani, a căror linie de intersecţie se numeşte muchia prismei. Unghiul diedru dintre cele două feţe plane se numeşte unghi de refringenţă sau unghiul prismei. Orice plan perpendicular pe muchia prismei determină în prismă o secţiune

numită secţiune principală. Prismele sunt folosite pentru devierea fasciculului luminos cu anumite unghiuri. Ele au forme foarte diferite. Elementul principal de precizie al lor este unghiul dintre suprafeţele active, care sunt suprafeţe plane. Toleranţele prismelor sunt foarte mici până la 1’.

Procesul tehnologic de execuţie al prismelor depinde de forma şi precizia lor. Cu cât precizia este mai mare, cu atât creşte numărul de operaţii. Principalele operaţii sunt şlefuirea brută, medie şi fină, polisarea, teşirea şi controlul. Elementul cel mai important al prismelor este unghiul diedru dintre feţele lor, al cărui control este foarte riguros. Semifabricatul poate fi debitat din bloc sau obţinut prin presare în matriţă. Şlefuirea se execută pe maşini de şlefuit plan cu discuri abrazive cu diamant. Şlefuirea fină şi teşirea se desfăşoară pe maşina de şlefuit şi polisat plan. Operaţia de control şi sortare este necesară pentru prelucrarea simultana a două prisme cu acelaşi adaos de prelucrare.