UNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCUREȘTI FACULTATEA de TRANSPORTURI CATEDRA AUTOVEHICULE RUTIERE
FABRICAREA si REPARAREA AUTOVEHICULELOR
-proiect-
Îndrumător: prof. dr. Ing. Nicolae Bejan Student: Ioniță Ștefan Daniel Grupa: 8402 b Anul: IV
2015 – 2016
Tema proiect Să se proiecteze tehnologia de fabricare a coroanei diferențialului la soluția clasică cu urmatoarele date: Planul de productie : 235000 buc Numar de schimburi: 3
Capitolul 1: Analiza condițiilor tehnico-funcționale și a tehnologicității piesei și stabilirea sistemului de producție 1.1 Analiza rolului funcțional, a condițiilor tehnice impuse piesei finite și a tehnologicității acesteia.
1.1.1 Rolul funcțional și solicitările piesei
Coroana diferențialului face parte din mecanismul diferențial de pe autovehicul ce are rolul de a transmite cuplul și mișcarea de rotație de la schimbătorul de viteze la arborii planetari, și în același timp permite ca roțile motoare ale aceleași punți să se rotească independent una față de alta, dând posibilitatea ca la deplasarea automobilului în viraje și pe drumuri cu neregularităti, sau cand razele de rulare ale celor două roți nu sunt egale, să parcurgă spații de lungimi diferite. Rolul coroanei diferențialului este de a transmite mișcarea de la pinionul de atac la carcasa diferențialului prin angrenarea cu acesta. În figura 1.1 este prezentată schița cinematică a unui diferențial.
Fig. 1.1 Schema cinematică a unui diferențial 1 – coroana diferențialului 2 – carcasa diferențialului 3 – axa pinioane sateliti 4 – pinioane sateliți 5 – pinioane planetare 6 – arbori planetari 7 – roți 8 – pinion de atac
Fig. 1.2 Construcția diferențialului simplu, simetric, cu roți dințate conice Carcasa 7 a diferențialului, solidară prin șuruburile 11 de coroana dințată 4 a transmisiei principale, se rotește datorită miscării primite de la transmisia principală. În carcasă sunt dispuși sateliții 6 și 10 care angrenează în permanență cu roțile planetare 9 și 12 montate pe canelurile arborilor planetari 1 și 8. Fixarea sateliților în carcasă se face prin bolțul 5. Suprafețele funcționale ale piesei:
S2 S1
S1: suprafața danturată S2: găurile filetate de asamblare cu caracasa diferențialului
Solcitările mecanice ale coroanei rezultă în urma angrenării și sunt în principal localizate în zona danturată. Dinții sunt solcitați la înconvoiere și forfecare. De asemenea suprafața danturată este supusă și unei presiunui superficiale de contact, motiv pentru care suprafața danturii este durificată superficial. Pentru o angrenare mai bună și o sporire a rezistenței dinților dantura este înclintă și curbă. Astfel, angrenajul este mai silențios, iar suprafața pe care se face angrenarea crește.
Funcționarea piesei se face într-un mediu protectiv, întreg diferențialul este lubrifiat cu ulei de transmisii. 1.1.2. Condițiile tehnice impuse piesei finite prin desenul de execuție Coroana diferențialului se execută cu un grad ridicat de precizie dimensională, de formă și poziție, precum și condiții importante privind rugozitatea suprafețelor.
Fig. 2.1. Coroana conică
Prin desenul de execuție sunt impuse următoarele: Tratamentul termic: cementat pe adâncimea de 1,2-1,6 mm; călit și revenit la 56-63 HRC; duritatea miezului dinților 28-38 HRC. Dantura:
numărul dinților 38 modulul periferic apparent 8 unghiul de angrenare 20 ° înălțimea efectivă a dintelui 13,66 mm înălțimea totală a dintelui 15,10 mm jocul la fundul dintelui1,5 mm înălțimea corpului dintelui 3,84 mm înălțimea piciorului dintelui 11,26
−0,10 grosimea dintelui pe arcul de cercului de divizare 9,29−0,15 mm
unghiul piciorului dintelui 4 ° 7’22” seunsul înclinării danturii – dreapta Rugozitatea este cuprinsă între1,6 și 4,6. +0,019 6 găuri ∅12 dispuse asimetric pentru prinderea coroanei pe carcasa
diferențialului.
1.1.3. Analiza tehnologicității construcției piesei Tehnologicitatea trebuie să asigure fabricarea piesei prin cele mai economice procedee tehnologice, cu utilizarea forței de muncă minimă, număr de utilaje redus, materiale ieftine și energie consumată cât mai puțină, toate acestea neafectând fiabilitatea și rezistența mecanică a piesei. Din punct de vedere al tehnologicității, coroana diferențialului trebuie să îndeplinească anumite condiții: constructie relativ simplă; formă geometrică optimizată în vederea simplificării și reducerii greutății piesei; asigurarea interschimbabilității; alegerea și folosirea rațională a materialului;
1.2. Alegerea justificată a materialului pentru execuția piesei Alegerea materialului se face în urma următoarelor criterii de decizie: - criteriul densității [kg/m3] - criteriul de minim; - criteriul rezistenței la coroziune [mm/an] - criteriul de maxim; - criteriul durabilității [HB] - criteriul de maxim; - criteriul rezistenței la rupere [daN/mm2] - criteriul de maxim; - criteriul turnabilității – criteriul de maxim; - criteriul deformabilității – criteriul de maxim; - criteriul uzinabilității – criteriul de maxim; - criteriul prețului de cost [lei/kg] – criteriul de minim. Oțelurile pot satisface toate condițiile de rezistență și precizie pe care le solicită tehnica actuală. Alegerea unei calități de oțel pentru execuția unei roți
dințate se face ținându-se seama de asigurarea condițiilor tehnice la regimul de funcționare , condiții ce sunt prezentate în tabelul următor:
Regim de funcționare Ușor Normal Greu Foarte greu
Caracteristici - sarcini practic constante - suprasarcini de demarare 120% - sarcini variabile - suprasarcini de demarare sau accidentate 150% - sarcini variabile - suprasarcini provenite din funcționare pâna la 200% - sarcini variabile în regim nestaționar - suprasarcini provenite din funcționare mai mare de 200%
În tabelul următor se fac recomandări de alegere a oțelurilor pentru confecționarea roților dințate funcție de regimul de lucru și turație: Regim Ușor
Turație scăzută - OL42; OL50; OL60 în stare de livrare (160-200 HB) - OLC25; OLC35 în stare îmbunătățită (180-200 HB)
Turație ridicată - OLC10; OLC15 în stare cementata-calita (duritatea superficiala > 54 HRC) - aceleasi materiale sulfizate
Normal
- OLC45; OLC50; OLC55 - 35Mn16; 40Cr10 în stare îmbunatatita sau calit-revenite la duritati 200-300 HB
- OLC20; 15CO8; 13CrNi30 în stare cementata sau carbonitrurata si calita (duritatea superficiala > 58 HRC) - nitrurate sau nitrurate ionic
Greu
- 65Mn10; 33MoCr11; 35MnSi12; -18MNCr10; 20MoNi35;
Foarte greu
50VCr10; 41MoCr11; 41CrNi12 în stare îmbunatatita sau calit revenita la duritati 250-450 HB
18MoCrNi13 în stare cementata sau carbonitrurata si calita (duritatea superficiala > 60 HRC) - 40BCr10 - în stare nitrurata ionic (duritatea superficiala >62 HRC)
- 30MoCrNi20; 34MoCrNi15; 41MoCr11; 50VCr11 în stare îmbunatatita sau calit revenita la duritati 280-450 HB
- 21TiMnCr12; 28TiMnCr12 în stare cementata sau carbonitrurata si calita (duritatea superficiala > 62 HRC)
În urma criteriilor de decizie s-a ales ca material pentru obținerea semifabricatului OLC45.
1.3. Calculul ritmului și productivității liniei tehnologice. Stabilirea preliminara a tipului (sistemului) de producție
1.3.1. Calculul fondului anual de timp (Fr) Fr=[Zc-(Zd+Zs)]*ns*ts*kp [ore/an];
(1.1)
Zc – numărul zilelor calendaristice dintr-un an; Zc=365 zile/an. Zd – numarul zilelor libere de la sfarsit de saptamana dintr-un an ; Zd=52 sau 104 zile/an. Zs – numarul zilelor sarbatorilor legale; Zs=6 zile/an. ns – numarul de schimburi, ns=3. ts – durata unui schimb; ts=8 ore/schimb. kp - coeficient care tine cont de pirderile de timp datorita reparatiilor executate in timpulnormal de lucru; kp=0,94. Atunci Fr=[365-(104+6)]*3*8*0,94=5752,8 ore/an.
1.3.2 Calculul planului producției de piese Pentru calculul planului producției de piese se folosețte formula: Npp=Np* n + Nr + Nrc + Nri [piese/an],
(1.2)
unde: Np - planul de productie pentru produsul respectiv; Np=235000 buc. n – numarul de piese de acelasi tip pe produs; n=1. Nr - numarul de piese de rezerva livrate odata cu produsul; Nr=0. Nrc - numarul de piese de rezerva livrate la cerere (pentru reparatii). Se adopta intre 0 si 200... 300% din Np*n; Nrc=0 Nri - numarul de piese rebutate la prelucrare din cauze inevitabile. Se adopta in functie de dificultatea proceselor tehnologice presupuse a fi utilizate, intre 0,1 ... 1 % din (Np*n+ Nr+ Nrc); Nri=23500 buc.
Astfel, Npp=235000*2+0+0+23500=493500 piese/an.
1.3.3. Calculul ritmului și productivității liniei tehnologice Ritmul liniei tehnologice Rλ: Rλ=Fr*60/ Npp [min/piesa]; Rλ=5752,8*60/493500=0,699min/piesa. Rλ <1min/piesa , rezultă că se adoptă o producție de masă. Productivitatea liniei tehnologice reprezintă inversul ritmului liniei:
(1.3)
Qλ=60/ Rλ [piese/ora];
(1.4)
Qλ=60/0,699=85,83 [piese/ora]. 1.3.4 Stabilirea preliminara a timpului de productie Tipul de producție reprezintă ansamblul de factori dependenți, condiționați în principal de: stabilirea in timp a productiei, complexitatea construcriva si tehnologica a acesteia si de volumul productiei. Se va detemina sistemul de productie prin metoda indicilor de constanta a fabricatiei. Tipul sistemului de productie este dat de gradul de omogenitate si de stabilitatea in timp a lucrarilor ce se executa in cadrul diferitelor unitati de productie. În functie de ritmul mediu al liniei tehnologice Rλ =0,699a carui valoare este mai mica de 1[min/piesa], se va adopta o productie de masa. Marimea optima a lotului de piese fabricate se calculeaza cu formula: Nlot= Npp*Zr / Zl
(1.5)
unde: Zr -numarul de zile pentru care trebuie sa existe rezerve de piese (5... 10 zile); Zr=6. Zl=Zc-(Zd+Zs)=365-104-6=255 - numarul de zile lucratoare pe an; Inlocund in formula initiala se obtine: Nlot=493500*6 / 255 Nlot=11611[piese/lot].
Capitolul 2: Algerea variantei optime și a procedeului de obținere a semifabricatului 2.1. Analiza comparativă a metodelor și procedeelor concurente și adoptarea variantei optime La alegerea semifabricatului se iau în considerație factorii constructivi, tehnologici și economici. Se urmărește apropierea cât mai mult a formei și dimensiunilor semifabricatului de forma și dimensiunile piesei finite. Prin aceasta se asigură scăderea costului și îmbunătățirea calității pieselor. În cazuri obișnuite, costul prelucrărilor mecanice este mai mare decât cel al eventualelor modificări ce trebuiesc aduse proceselor tehnologice de execuție a semifabricatelor în vederea reducerii adaosurilor de prelucrare. Totodată, din punct de vedere calitativ, prin prelucrări mecanice minime se asigură calități fizico – mecanice ridicate ale pieselor finite (fibraj corect la piesele forjate). O mare importanță în alegerea tipului de semifabricat o are tipul produc ției. Cu cât crește caracterul producției cu atât devine mai rentabilă folosirea unor metode de elaborare mai precise a semifabricatelor. Materialul din care se execută roțile dințate, dimensiunile acestora și caracterul fabricației determină procedeul de semifabricare care poate fi: turnare, prelucrarea prin așchiere, deformare plastică la cald. Turnarea este un procedeu incompatibil cu criteriile menționate anterior ținând cont de faptul că materialul ales pentru obținerea piesei este un oțel aliat, cu
proprietăți total nesatisfăcătoare de turnare. De asemenea, prin turnarea o țelului se pot obține în interiorul piesei goluri și incluziuni care conduc în timpul folosirii la dislocări de material și chiar ruperea piesei. În plus, fibrajul ob ținut la turnare este total nesatisfacător pentru solicitările la care sunt supuse piesele. Prelucrarea prin așchiere ca metodă de obținere a semifabricatului este o metodă nerentabilă, deoarece presupune o calificare înaltă a muncitorilor, timpi noi de obținere a semifabricatului, consum mare de energie și scule, deci un procedeu scump. Deformarea plastică la cald din bară laminată este metoda optimă de obținere a semifabricatului, deoarece este în concordanță cu majoritatea criteriilor ce trebuie îndeplinite. Dintre metalele și aliajele neferoase cele mai des utilizate pentu obținerea pieselor forjate sunt: aluminiul și aliajele acestuia cu Si, Cu, Mg, Zn si Mn; aliajele magneziului cu manganul, aluminiul și zincul; cuprul și aliajele lui cu zincul (alamele), staniul și aluminiul (bronzurile). Analizând metodele și procedeele disponibile se adoptă deformarea plastică la cald și anume forjarea în matriță. Deformare prin forjare reprezintă procedeul de prelucrare a metalelor și aliajelor în stare plastică sub acțiunea forțelor exterioare dinamice sau statice. Forțele dinamice se mai numesc și forțe de șoc, iar cele statice, for țe lente întrucât acționează cu viteze reduse. Forjarea ocupă un loc primar în procesele de producție, fără de care nu se concepe astăzi dezvoltarea industriei constructoare de mașini grele, avioane, automobile ș.a. Produsele care se obțin prin forjare se numesc prefabricate, semifabricate, sau piese forjate. Pentru obținerea unui grad superior de prelucrare, piesele forjate se supun ulterior altor operații care le conferă proprietățile fizico-mecanice necesare. Prin forjare liberă se ințelege procedeul prin care materialul supus deformării curge liber sau dirijat de forma sculelor în două sau trei direcții.
Operațiile de bază care se practică la forjarea liberă sunt refularea, întinderea, găurirea, îndoirea, răsucirea, creștarea și debitarea, fiecare dintre aceste operații putându-se executa manual sau mecanizat. La forjarea liberă mecanizată se utilizează ciocane acționate de o sursă energetică sau prese hidraulice. Energiile mari a acestor utilaje permit și executarea altor piese decat cele specificate la forjarea manuală. Printre acestea se numară și cele de dimensiuni mari cum ar fi arbori cotiți, axe în trepte, discuri de diametre mari, piese tubulare mari etc. Pentu obținerea pieselor forjate liber se utilizează semifabricate din metale și aliaje feroase și neferoase. Dintre cele feroase fac parte otelurile carbon și aliate, iar dintre neferoase metalele și aliajele grele și ușoare. Caracteristicile mecanice și tehnologice ale acestora sunt influențate în buna parte de compozitia lor chimică. Așa de exemplu la oțelurile carbon, elementul chimic care are cea mai mare influență asupra forjabilității este carbonul, iar la cele aliate, cantitatea elementelor care intră în compoziție. Formele cele mai uzuale de semifabricate care pot fi destinate forjării libere sunt cele turnate în lingouri și laminatele. În țara noastră lingourile din o țeluri sau metale și aliaje neferoase nu sunt standardizate. Dimensiunile și formele lor se stabilesc de obicei pe baza unor norme interne de către întreprindere sau la întelegerea dintre producător și beneficiar. Se intâlnesc astfel lingouri cu secțiunea transversală rotundă, poligonală sau de forme speciale cum ar fi lingourile alungite, tubulare, cu conicitate mare etc.
2.2. Stabilirea poziției semifabricatului în formă sau matriță și a planului de operații. Semifabricatul, așezat în poziția orizontală în matriță, debitat la dimensiunile necesare, încălzit la temperatura de prelucrare, este lovit de către ciocan cu forță crescândă. Pentru a obține o umplere cât mai bună a matriței și o piesa cat mai
bine executată, volumul semifabricatului brut trebuie să fie puțin mai mare decât volumul piesei matrițate. Surplusul de material este împins în locașul bavurii.
2.3. Stabilirea preliminara a adaosurilor de prelucrare si executia desenului semifabricatului Pe porțiunile piesei pe care se cere o calitate a suprafeței mai bună și o precizie dimensională mai mare decât se pot obtine prin matrițare (porțiuni care urmează să fie ulterior prelucrate prin așchiere) se prevăd adaosuri de prelucare. Mărimea adaosurilor de prelucrare depinde de: calitatea suprafeței piesei finite calitatea suprafeței semifabricatului inițial compoziția chimică a materialului condițiile de încălzire a semifabricatului supus matritarii precizia ce o poate face matrițarea. Adaosul de prelucrare maxim Ap cerut a fi pus pe suprafața unei piese ce necesită operații de prelucrare prin așchiere și rectificare se poate stabili cu urmatoarea relație: Ap=A1+A2+A3 , unde: A1 este adaosul corespunzător unei prelucrări prin degroșare;
A2 este adaosul suplimentar necesar unei prelucrări de finisare și așchiere; A3 este adaosul suplimentar necesar unei prelucrări de finisare prin rectificare; Pentru determinarea adaosurilor de prelucrare se folosește metoda experimental statistică, în funcție de dimensiunile de gabarit ale pieselor din clasa de precizie aleasă.
Tab.2.3.1. Adaosurile de prelucrare
suprafata Ap [mm] Clasa de precizie
S1 0,8 3
S2 1 3
2.4. Întocmirea planului de operații pentru executarea semifabricatului Planul de operații pentru obținerea semifabricatului este următorul: Nr. crt.
Operatii si faze de semifabricare
Masini, utilaje, instalatii si S.D.V.-uri
Material e auxiliare
Parametrii tehnologici Viteza și avansul pânzei Temperatura și durata de încălzire Forța de apăsare Cursa presei Timp apăsare
1
Debitarea materialului
Fierăstrău mecanic
-
2
Incălzire material
Cuptor electric
-
3
Forjare primară
Matriță deschisă Presă verticală
-
Extractoare
-
-
Stanță
-
Forța de
5 6
Extracția semifabricatului Debavurare
7
Forjare secundară de redresare
Matriță de redresare Presă cu excentric
-
8
Sablare cu alice
Mașină de sablat
-
C.T.C.
Lupă Vopsea
Pensulă Banc C.T.C.
9
apăsare Cursa Forța de apăsare Cursa Viteza de impact -
Bibliografie: 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Filipoiu I. D. Proiectarea Transmisiilor Mecanice Bejan N. și Iosza M.D. , Fabricarea și repararea industrială a autovehiculelor Amza Gh. Proietarea proceselor tehnologice, indrumar proiect Draghici G – Tehnologia Constructiilor de masini (1977) D. Marincaș, Fabricarea si Repararea Autovehiculelor Rutiere (1982) Gh. Frățilă și M. Untaru, Calculul și construcția automobilelor, Editura didactică și pedagogică, București 1982
7. S. Domsa, Z. Miron- Indrumător pentru utilizarea fontelor, otelurilor si a aliajelor neferoase 8. A Vlase, A Sturzu – Metodologie și tabele normative pentru stabilirea adaosurilor de prelucrare a regimurilor de așchiere și a normelor tehnice de timpi la : Găurire, Lărgire, Alezare, Centruire, Lamare
