UNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCURESTI FACULTATEA TRANSPORTURI - CATEDRA AUTOVEHICULE RUTIERE
PROIECT Fabricarea si repararea autovehiculelor Fabricare piston MAC
BUCURESTI 2012
1
1.Analiza conditiilor tehnico-functionale si a tehnologicitatii piesei si stabilirea tipului sistemului de productie
1.1. Analiza rolului functional, a conditiilor tehnice impuse piesei finite si a tenhologicitatii acesteia 1.1.1.Rolul functional si solicitarile piesei -
rol functional: sa permite fluidului motor sa execute ciclul. este organul prin miscarea caruia se variaza volumul cilindrului transmite fortele corespunzatoare presiunii gazului, transmiterea facandu-se direct catre biela transmite cilindrului forta normala N ce apare datorita inclinarii bielei asigura, prin intermediul segmentilor, etansarea la gaze si ulei la motoarele in 2 timpi, are rol de organ de distributie si de pompa de baleiaj. La motoarele in 4 timpi supraalimentate , are rol si de compressor transmite cilindrului o parte din caldura rezultata din arderea combustibilului
-
parti componente : capul pistonului regiunea port-segment mantaua pistonului umerii pistonului
-
solicitarile la care este supus pistonul : o solicitari mecanice
-
Rigiditatea pistonului trebuie sa fie inalta
In timpul functionarii, asupra capului pistonului actioneaza o forta de presiune (Fp) care se transmite prin umerii mantalei la bolt.
2
Fig 1.1 Forta de presiune deformeaza pistonul astfel incat, apasarea mantalei pe cilindru tinde sa se concentreze numai pe muchia inferioara a mantalei, canalele pentru segmenti se inclina fata de planul transversal impiedicand aplicarea normal a segmentilor pe suprafata cilindrului, iar deformarea umerilor mantalei determina aparitia unor sarcini concentrate in zona A, care provoaca distrugerea ei.
Fig 1.2 -
Bataia pistonului
Pistonul se monteaza in cilindru cu un joc Δ, care asigura deplasarea libera a lui. Forta normal N variaza ca marime si sens, deplaseaza pistonul in planul transversal al cilindrului si il aplica in decursul unui ciclu, cand pe o parte cand pe cealalta a cilindrului. Forta de frecare Ff produce un moment de rasturnare a pistonului in jurul axei de oscilatie, care determina bascularea pistonului sau miscarea de rotatie. Miscarea transversala care aplica alternative pistonul cu soc pe cilindru ca si bascularea lui produc vibratia cilindrului, insotita de zgomote caracteristice, denumite bataia pistonului. Influenta jocului dintre piston si cilindru asupra zgomotului se arata in figura de mai jos:
3
Fig 1.3 o solicitari termice -
Starea termica a pistonului
In contact cu gazelle fierbinti pistonul primeste fluxul de caldura Qp si se incalzeste. Pistonul evacueaza fluxul Qp dar atinge starea de echilibru termic la o temperatura relativ ridicata. Distributia fluxului de caldura din piston (a) si distributia temperaturii in piston (b) sunt reprezentate in figurile de mai jos:
(a)
(b) Fig 1.4
4
Fig 1.5 Suprafetele functionale ale pistonului Suprafata S1 face parte din camera de ardere, ea este plana; S2 suprafata circulara cu rugozitate mica, contact cu cilindrul; S3-S4-S5 lacasurile de sprijin ale segementilor de presiune si ungere; S6 capatul mantalei, se prelucreaza pentru a echilibra pistonul; S7 baza tehnologica de prelucrare; S8 suprafata de contact dintre piston si bolt, are rugozitate mica; S9 canalele de strangere a uleiului raclat.
5
1.1.2. Conditiile tehnice impuse piesei finite prin desenul de executie -
Dimensiuni principale nominale . Pistonul se schiteaza initial in raport cu solutiile constructive alese. Dimensiunile principale se precizeaza pe baza datelor statistice :
Dimensiunile caracteristice ale pistonului motoarelor in patru timpi : Dimensiunea Lp – lungimea pistonului Lm- lungimea mantalei Hc – inaltimea de compresie h – inaltimea de protectie a segmentului de foc hc – grosimea flancului hc1 – grosimea flancului primului segment, in mm δ – grosimea capului
MAS (D=65…100 mm) (0,8...1,1)D* (0,5...0,8)D (0,5...0,7)D
MAC D=90…180mm D=180..355mm (0,8...1,5)D (0,5...1,0)D (0,55...0,85)D
(0,6...0,12)D (0,035...0,045)D
(1,2...1,8)D (0,8...1,2)D (0,7...1,10)D
(0,10...0,18)D (0,15...0,22)D (0,045...0,055)D
1,5...2,5 (0,08...0,10)D
1,5...3,5 (0,14...0,17)D
4,0...6,0 (0,15...0,20)D
D* - alezajul Se stabileste inaltimii Regiunii Port-Segment (RPS) numai dupa ce decidem asupra numarului si inaltimii segmentilor. Lungimea pistonului si diametrul umerilor mantalei se stabilesc in corelatie cu dimensiunile boltului. Capul pistonului, RPS-ul si mantaua se supun unui calcul de verificare. Particularitatile constructive si functionale impun pentru executia pistoanelor o inalta precizie dimensionala, a formei, a dispunerii reciproce a elementelor geometrice precum si a calitatii suprafetei. Din motive economice de prelucrare, tolerantele stranse ce se impun pentru suprafata exterioara se obtin prin sortarea pistoanelor pe grupe dimensionale. Pistoanele fabricate ca piese 6
de schimb se executa in trepte de reparatii de +0,25 , +0,5 sau +1mm si se marcheaza corespunzator R1,R2,R3. Calitatea suprafetelor prelucrate depinde de rolul acestora in procesul functionarii. Pentru suprafata exterioara Ra=0,6...0,2µm; pentru suprafetele canalelor de segmenti Ra=1,4...0,8 µm; pentru alezajul boltului Ra=0,4...0,2 µm. Pe suprafetele prelucrate nu se admit zgarieturi, rizuri, bavuri, urme de lovituri sau alte defecte. Toleranta privind masa pistonului se admite in limitele 0,5...2% din masa totala a pistonului. Pentru a se putea realiza imperecherea pistonului cu boltul si biela pe grupe , acestea se marcheaza prin poansonare sau vopsire, indicandu-se pentru pistoane semnul grupei dimensionale, de masa si de alezaj pentru bolt. In conditiile tehnice se mai prescriu : profilul pistonului in plan longitudinal si transversal; tratamentul de protectie; conditile de marcare.
1.2 Analiza justificata a materialului pentru executia piesei Dupa stabilirea rolului functional se alege materialul optim ce va fi folosit la obtinerea piesei. Rolul funcţional ne arata si proprietatile pe care trebuie sa le indeplineasca piesa. O alegere optima a unui material pentru o anumita destinatie , este o problema foarte complexa ce trebuie rezolvata de proiectant. Concluzia este ca daca se doresc anumite proprietati se face o proiectare a materialului cu o astfel de structura care sa implice cerintele cerute de rolul functional . Adica se alege acel material care sa indeplineasca cerintele minime de rezistenta si durabilitate ale piesei in conditiile unui pret de cost minim si al unei fiabilitati sporite. Proprietatile unui material trebuie considerate ca o sumă de relatii între material si mediul inconjurator in care va lucra. Avand in vederere conditiile de functionare ale pistonului, aliajele de aluminiu s-au dovedit ca fiind cele mai satisfacatoare, datorita calitatilor pe care le au: conductivitate termica ridicata, densitate mica, proprietati antifrictiune superioare si uzinare usoara. Dupa continutul elementului de aliere, aliajele de aluminiu pentru pistoane se impart in doua grupe: aliaje pe baza de siliciu grupa Al-Si-Cu-Mg-Ni (silumin) si aliaje pe baza de cupru Al-Cu-Ni-Mg (aliajele Y). Dintre aliajele pe baza de siliciu pentru pistoane se utilizeaza aliajele eutectice si hipereutectice. Proprietatile acestor aliaje si domeniile de utilizare se dau in tabelul 1.2.1, iar principalele caracteristici se dau in tabelul 1.2.2. Tabelul 1.2.1 Proprietatile aliajelor de aluminiu pentru pistoane si domeniile de utilizare Aliajul
Proprietati si domenii de utilizare
Aliaje pe
Aceste aliaje poseda coeficient de dilalare termica redus care se micsoreaza pe masura cresterii
7
baza de siliciu
continutului de siliciu. Aliajele hipereutectice corespund cel mai bine cerintei de a avea un coeficient de dilatare cat mai apropiat de cel al cilindrului. Datorita acestui fapt jocurile la rece pot fi mai mici, din care cauza uzurile indeosebi a segmentilor si a canalelor vor fi mai reduse. Majoritatea constructorilor utilizeaza aliaje eutectice datorita dilatarii lor reduse dar mai ales pentru calitatile lor bune bune de frecare si uzura; totodata ele sunt mai putin sensibile la formarea fisurilor. Aliajele hipereutectice sunt mai dificile la turnare iar pentru a reduce pericolul de fisurare la turnare se adauga sodiul ca modificator; de asemenea ele rezista mai putin la oboseala termica. Rezistenta mecanica mai slaba a aliajelor pe baza de siliciu la temperaturi ridicate conduce la sectiuni mai mari, deci pistoane mai grele. Totusi marirea sectiunii este compensata de densitatea mai mica a acestor aliaje. Datorita proprietatilor lor, aliajele eutectice sunt aliajele standard pentru executarea pistoanelor de diferite tipuri. In cazul m.a.c. puternic solicitate se folosesc aliaje hipereutectice.
Aliaje pe baza de cupru
Aliajele din aceasta grupa au coeficientul de dilatare mai mare din care cauza pistoanele se prevad cu jocuri marite ceea ce favorizeaza intensificarea uzurilor grupului piston-segmenticilindru. De asemenea aceste aliaje se caracterizeaza printr-o fluiditate mica si tendinta de a forma fisuri la cald. Datorita proprietatilor mecanice ridicate, aliajele pe baza de cupru se utilizeaza pentru executia pistoanelor ale m.a.c. cu o puternica solicitare termica.
In tara noastra materialele pentru pistoane sunt standardizate in STAS 201-77. tabelul 1.2.2 Grupa Marci echivalente
Starea Elementul de aliere de baza % Alte elemente de aliere %
Densitatea ρ [kg/m3] Coef de dilatare α [1/K] Duritate Brinell [N/mm2] la :20oC 150oC 250oC Rezist la rupere la tractiune [N/mm2] la: 20oC 150oC 250oC
Caracteristicile aliajelor de aluminiu pentru pistoane Aliaje eutectice Aliaje hipereutectice ATCSi12CuMgNi* ATCSi18CuMgNi* KS 1275 KS 281,1 KS 282 MAHLE 124 MAHLE 138 MAHLE 244 NURAL 3210 NURAL 1761 NURAL TC M TC M TC (11-13,5)Si (16-19)Si (0,8-1,5)Cu; (0,8-1,3)Ni; (0,8-1,3)Mg; 0,2 Mn; 0,7 Fe; 0,2 Ti; 0,2 Zn. 2680-2700
2670-2680
2650
(3,5-4,5)Cu (1,7-2,3)Ni; (1,2-1,8)Mg; 0,2 Mn; 0,7 Fe; 0,2 Zn; 0,1-0,2 Ti 2800-2820
20,5-21,5
18,5-19,5
17-18
23-24
900-1200 700-900 300-400
900-1250 700-900 350-450
900-1250 700-900 350-450
900-1250 700-900 350-450
200-250 180-230 100-150
300-370 250-300 110-170
180-220 176-200 100-140
230-300 200-240 110-170
8
(23-26)Si
Aliaje Y ATCCu4Ni2Mg2* KSY MAHLE Y TC M
180-220 170-200 100-140
230-280 220-260 160-200
350-420 300-370 150-260
1.3. Calculul ritmului si productivitatii liniei tehnologice. Stabilirea preliminara a tipului (sistemului) de productie 1.3.1.
Calculul fondului anual real de timp (Fr)
Fr = [Zc-(Zd+Zs)]*ns*ts*kp
[ore/an]
(1.1.)
unde: Zc – numarul zilelor calendaristice dintr-un an; Zc =365 zile/an; Zd – numarul zilelor libere 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, dat prin tema [schimburi/zi]; ns=2; ts – durata unui schimb; ts=8 ore/schimb; kp – coeficient care tine seama de pierderile de timp de lucru datorita reparatiilor executate in timpul normal de lucru al schimbului respectiv. Se recomanda [2*]: kp=0,97 pentru ns=1 ; kp=0,96 pentru ns=2 ; kp=0,94 pentru ns=3 . Se alege: Zd=104 zile/an si kp=0,96 Rezulta : Fr=[365-(104+6)]*2*8*0,96 1.3.2.
Fr=3916,8 ore/an
Calculul planului productiei de piese (Npp)
Npp= Np*n+ Nr+ Nrc+ Nri
[piese/an]
(1.2.)
unde: Np – planul de productie pentru produsul (ansamblul) respectiv, dat prin tema; n – numarul de piese de acelasi tip pe produs;=4 Nr – numarul de piese de rezerva, livrate odata cu produsul. In majoritatea cazurilor, Nr=0; Nrc – numarul de piese de rezerva livrate la cerere (pentru reparatii). Se adopta in functie de durabilitatea piesei intre 0 si 200...300% din (Np*n); 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); Se alege: Np*n=1140000 piese/an ; Nrc = 20% din (Np*n) = 228000; Nri= 0,6% din (Np*n+ Nr+ Nrc)=8208; Rezulta: Npp=1140000+0+228000+8208 Npp= 1376208 piese/an
9
1.3.3.
Calculul ritmului si productivitatii liniei tehnologice
Ritmul liniei tehnologice, Rλ, are implicatii majore asupra asigurarii sincronizarii operatiilor (pentru liniile cu flux continuu), prin divizarea procesului tehnologic in operatii si faze, alegerea utilajelor, SDV-urilor si a structurii fortei de munca. Rλ=Fr*60/Npp
[min/piesa]
Rλ=0,17 min/piesa
(1.3.)
Productivitatea liniei tehnologice reprezinta inversul ritmului liniei: Qλ=Npp/Fr=60/ Rλ
[piese/ora]
Qλ=351,34 piese/ora
(1.4.)
1.3.4. Stabilirea preliminara a tipului (sistemului) de productie Tipul de productie reprezinta ansamblul de factori productivi dependenti, conditionati in principal de: stabilitatea in timp a productiei, complexitatea constructiva si tehnologica a acesteia si de volumul productiei. Tipul de productie influenteaza: caracterul si amploarea pregatirii tehnice a productiei, nivelul de specializare si structura de productie, formele de organizare a productiei, economicitatea fabricatiei. Metodele de stabilire a tipului productiei – metoda indicilor de constanta a fabricatiei, metoda nomogramei-necesita, pe langa valoarea Rλ si valorile timpilor normati pentru operatiile principale ale procesului tehnologic [1*(1.3.2.)]. Intrucat in aceasta etapa nu se cunosc timpii normati, acestia pot fi adoptati preliminar, prin analiza unui proces tehnologic similar existent sau la stabilirea timpului de productie, se va utiliza unui criteriu orientativ (mai putin precis), bazat numai pe ritmul mediu al liniei tehnologice, Rλ, astfel daca: Rλ < 1 min/buc – se adopta productie de masa; 1 < Rλ < 10 min/buc – se adopta productie de serie mare; 10 < Rλ < 30 min/buc – se adopta productie de serie mijlocie; 30 < Rλ < 100 min/buc – se adopta productie de serie mica; Rλ > 100 min/buc – se adopta productie individuala. In cazul nostru, unde Rλ=1.948 min/buc, se adopta productie de masa.
10
Capitolul 2. Alegerea variantei optime a metodei si procedeului de obtinere a semifabricatului 2.1Analiza comparativa a metodelor si procedeelor concurente si adoptarea variantei optime Alegerea procedeului se face pe baza criteriilor tehnico-economice si de compatibilitatea procedeului cu: - materialul de executie; - precizia impusa prin desenul de executie; - forma si solicitarile piesei; - dimensiunile principale ale piesei; - caracterul productiei. Turnarea, ca procedeu tehnologic este una din cele mai vechi metode de obţinere a pieselor prin punere in forma, dezvoltate de om. Turnarea intervine întotdeauna ca metoda tehnologica distinctă la materialele care sunt elaborate in stare lichida sau vâscoasa. Împreună cu prelucrările prin matriţare si cu cele de formare prin sintetizare sunt utilizate in mod nemijlocit la realizarea formei pieselor – spre deosebire de alte prelucrări, unde forma rezulta prin mijlocirea unor procese tehnologice preliminare distincte ( laminare, tragere, forjare libera, aşchiere si microaşchiere). Prin turnare se pot realiza forme practic nelimitate, piese cu mase diverse, de la fracţiuni de gram si pana la sute de tone, care îşi găsesc utilizări in toate domeniile de activitate. Procesele de execuţie a pieselor prin turnare se remarca prin următoarele avantaje: - permit realizarea de piese cu configuraţii diverse, in clasele de precizie 6..16, cu suprafeţe de rugozitate Ra=1,6...200 μm; -permit realizarea de piese cu proprietăţi diferite in secţiune (unimaterial, polimaterial); creează posibilitatea obţinerii de adaosuri de prelucrare minime ( fata de forjarea libera, sau prelucrările prin aşchiere); -creează posibilitatea de automatizare complexa a procesului tehnologic, fapt ce permite repetabilitatea preciziei si a caracteristicilor mecanice, la toate loturile de piese de acelaşi tip; - permit obţinerea unei structuri uniforme a materialului piesei, fapt ce îi conferă acesteia o rezistenţă multidirecţională. In general, compactitatea, structura si rezistenta mecanica a pieselor turnate sunt inferioare pieselor similare realizate prin deformare plastica (deoarece acestea poseda o rezistenta unidirecţională, după direcţii preferenţiale). Dintre dezavantajele procedeelor de realizare a pieselor prin turnare se pot enumera: - consum mare de manopera, îndeosebi la turnarea in forme temporare; - costuri ridicate pentru materialele auxiliare; 11
- consum mare de energie pentru elaborarea si menţinerea materialelor in stare lichida la temperatura de turnare; - necesită măsuri eficiente contra poluării mediului si pentru îmbunătăţirea condiţiilor de muncă. De menţionat că , prin turnare se pot realiza atât piese / semifabricate dintr-un material unic, sau din cel puţin doua materiale ( acoperiri prin turnare statica sau centrifugala, utilizarea turnării cu inserţii, obţinerea prin turnare a materialelor compozite etc.). Tendinţa actuală este de a eficientiza procesele de producţie prin reducerea adaosurilor de prelucrare si a operaţiilor de prelucrare dimensionala ulterioare. Din acest motiv, procedeele de punere in forma, între care şi turnarea, capătă o atenţie deosebită, cunoscând un grad mai ridicat de perfecţiune şi inovare faţă de alte procedee. In funcţie de domeniul de aplicare al procesului de turnare ( tehnologii mecanice, metalurgice, de mecanica fina, de tehnica dentara, de prelucrări de industria chimica, de construcţii etc.), pot exista denumiri specifice, care sunt sinonime. Amestecul de formare este materialul din care se realizează interiorul formei de turnare ( la turnare in forme temporare), fiind compus din doua elemente: un material granulat, care are rolul de a se modela după configuraţia modelului si de a umple rama de formare, si un liant, care conferă rezistenta si stabilitate formei de turnare, permiţând ulterior dezbaterea formei pentru extragerea piesei. Amestecul de formare trebuie sa aibă o bună refractaritate, pentru a rezista la contactul cu topitura, precum si o granulaţie corespunzătoare, pentru a asigura etanşeitatea pereţilor cavitaţii formei. Forma de turnare este scula specifica procesului tehnologic de turnare care conţine cavitatea de turnare reţeaua de turnare si canalele de evacuare a gazelor. Cu ajutorul ei se realizează configuraţia ,gabaritul si calitatea suprafeţei piesei. Formarea este denumirea generica a operaţiilor prin care se realizează forma de turnare; acest termen se refera numai la realizarea formelor temporare şi semitemporare, confecţionate din amestecuri de formare. Formele permanente , de tipul matriţelor si al cochilelor se realizează prin turnare sau forjare, urmate de prelucrări mecanice, tratamente termice şi de suprafaţă . Extragerea piesei denumeşte operaţia de scoatere a piesei solidificate din forma de turnare. Miezul este o parte distincta a formei de turnare, cu ajutorul căruia se obţin golurile interioare ale piese turnate. Miezurile pot fi permanente(la turnare in matriţe sau cochile) sau temporare ( la turnarea in cochile sau in forme temporare).Formarea miezurilor se face cu ajutorul cutiilor de miez. Modelul de turnatorie este o macheta tridimensionala care reproduce aproape identic piesa, mărită corespunzător in funcţie de caracteristica de contracţie ala solidificare a materialului piesei si serveşte in operaţiile de formare. Mulajul este un model intermediar (negativul formei piesei reale); serveşte la realizarea modelului de turnatorie(pozitivul formei piesei). Reţeaua de turnare este partea tehnologica a cavitaţii formei de turnare, care conţine pâlnia de turnare, totalitatea canalelor de conducere a materialului lichid spre cavitatea piesei, precum si maselotele. Pentru formarea reţelei de turnare se realizează modele corespunzătoare. Turnabilitatea este proprietatea tehnologica a unui material ce defineşte capacitatea acestuia de a capătă după solidificare configuraţia geometrica si dimensiunile unei forme geometrice in care se introduce in stare lichida sau lichido-vâscoasă. Este o proprietate tehnologica complexa, care determina posibilităţile unui material de a fi prelucrat prin turnare, ea este influenţată de mărimi fizice precum: fuzibilitatea, fluiditatea, contracţia de solidificare etc. 12
Turnarea este denumirea generica a unor grupe de procese tehnologice de realizare a pieselor semifabricat şi/sau finite . Proprietăţi de turnare ale metalelor şi aliajelor
1. Turnabilitatea: proprietatea tehnologică globală, care reflectă comportarea materialelor în raport cu procedeele tehnologice din grupa turnării . Ea se exprimă prin calificative : foarte bună , bună , satisfăcătoare , slabă , nesatisfăcătoare . 2. Fuzibilitatea : este proprietatea materialului de a trece în stare topită . 3. Fluiditatea: este proprietatea materialului aflat în stare lichidă sau vâscoasă de a curge şi umple toate detaliile cavitaţii formei de turnare . 4. Contracţia: este proprietatea materialului metalic de a-şi micşora volumul în timpul solidificării . 5. Segregarea: este separarea constituenţilor unui amestec eterogen astfel încât distribuţia acestora nu mai este uniformă . 6. Absorbţia gazelor: exprimă proprietatea de a dizolva gaze . 1. 2. 3.
4. 5. -
La proiectarea modelelor şi a cutiilor de miez trebuie parcurse următoarele etape: –stabilirea rolului funcţional al piesei – se face pe baza metodei de analiză morfofuncţională a suprafeţelor; –alegerea materialului optim pentru confecţionarea piesei - se foloseşte metoda de analiză a valorilor optime; – întocmirea desenului piesei brut turnate – se face pornind de la desenul piesei finite, pe care se adaugă: -A p - adaosuri de prelucrare, pe toate suprafeţele a căror precizii dimensionale şi rugozităţi nu pot rezulta direct din turnare; -A t - adaosuri tehnologice, pentru toate suprafeţele a căror configuraţie sau poziţie nu poate fi obişnuită direct prin turnare sau în vederea simplificării formei tehnologice a piesei; -A î - adaosuri de înclinare, care facilitează scoaterea modelului din formă şi a piesei din formă. Valoarea adaosurilor de înclinare depinde de poziţia planului de separaţie; -R c - adaosuri sub forma razelor de racordare constructive, în scopul de a evita apariţia defectelor de tipul fisurilor şi crăpăturilor; -A c - adaosuri de contracţie. Stabilirea acestuia se face în funcţie de natura materialului de turnat; –întocmirea desenului modelului – se face pornind de la desenul piesei brut turnate ţinându-se seama de valorile adaosurilor de contracţie şi de numărul şi forma mărcilor; –întocmirea desenului cutiilor de miez – se face ţinând cont de configuraţia interiorului piesei brut turnate care indică numărul şi forma miezurilor. Alegerea planului de separaţie se face ţinând cont de următoarele recomandări: să fie, pe cât posibil, plan de simetrie; să fie, pe cât posibil, un plan drept; să fie situat în poziţie orizontală; să conţină suprafaţa cea mai mare a piesei. Stabilirea adaosului de contracţie, se face utilizând formula: k d d 1 m p 100 (mm) (2.1) unde: dm – dimensiunea modelului; dp – dimensiunea piesei; k – contracţia liniară 13
Pentru piesa în discuţie am ales ca procedeu de turnare , turnarea în forme permanente statice . Acest procedeu permite obţinerea de piese cu configuraţie simplă sau complexă , în serie mare 0,08 0,1 sau masă , o precizie dimensională mm sau mm; o calitate a suprafeţei bună ( Ra 3,2 m ) , permite obţinerea de piese cu grosimea peretelui de 0,75 – 1 mm cu găuri interioare 0,75 mm filetate sau nefiletate .La acest procedeu metalul sau aliajul lichid se introduce prin cădere liberă. Forma permanentă poartă uzual numele de cochilă şi este confecţionată din aliaje de Al , rezistând până la 70.000 turnări sau fonte aliate 150.000 turnări . În pereţii semicochilelor (1) şi (1’) se prelucrează cavitatea (2) şi elementele reţelei de turnare : pâlnia (3) , piciorul pâlniei (4) , canalele de alimentare (5) şi răsuflătorile (6) prin care se elimină gazele (7) . Metalul sau aliajul lichid se introduce prin reţeaua de turnare în cavitatea de turnare (10) . Pentru scoaterea piesei din cochilă se acţionează dispozitivele (12) prin rotaţie sau prin translaţie . Deoarece se formează o cantitate mare de gaze la contactul dintre metalul sau aliajul lichid şi pereţii reci ai cochilei în planul de separaţie X-X pot fi prevăzute orificii de felul celor prevăzute în figură sau în pereţii cochilei pot fi prevăzute orificii (13) înfundate cu dopuri rotunjite(14). Pentru realizarea golului piesei se aşează miezul (15) în locaşul special (16) .
14
Obţinerea piesei semifabricat printr-un procedeu de deformare plastică Plasticitatea este proprietatea tehnologică a unui material de a suferi deformaţii permanente sub acţiunea unor forţe exterioare . Ca urmare , obţinerea unei piese care să corespundă unui anumit rol funcţional se face prin redistribuirea de material în stare solidă ( nu prin îndepărtarea de material ) în concordanţă cu sistemul de forţe care acţionează asupra materialului . Cel mai vechi procedeu de deformare plastică este forjarea . Forjarea este procesul de prelucrare prin deformare plastică ce constă în introducerea în volumul de material a unor stări tensionale care să producă curgerea sa (a materialului ) . Aceste forţe se aplică prin lovire şi/sau presare . Forjarea este de două feluri : -
liberă , când curgerea materialului se face liber sub acţiunea unor forţe de lovire:
- în matriţă (matriţare) , când curgerea materialului este limitată cavitaţional , sub acţiunea unor forţe de lovire şi/sau presare . Ţinând cont de programa de fabricaţie şi de dimensiunile de gabarit relativ reduse procedeul de deformare plastică ales va fi matriţarea . Se alege matriţarea , deoarece pentru ca pe lângă obţinerea unor semifabricate cu configuraţii de la cele mai simple la cele mai complexe se mai obţin şi rugozităţi foarte bune (uneori nu mai necesită prelucrări ulterioare prin aşchiere) , procesul de fabricaţie are şi o 0,05m precizie dimensională foarte bună ( ) , pot fi obţinute produse ale căror proprietăţi fizico-mecanice variază pe secţiune . Însă acest proces de fabricaţie are şi un dezavantaj deosebit : cost foarte mare al matriţei . Pentru a stabili procedeul tehnologic optim între forjare liberă şi forjare în matriţă trebuie ţinut cont de : -configuraţia geometrică a piesei; -programa de producţie; -precizia dimensională; -gabarit(greutate).
15
Semifabricatul va fi obtinut prin matritarea pe prese hidraulice.
Fig 2.3. Semifabricate obtinute la prese hidraulice Acest procedeu se caracterizeaza prin viteza de deplasare relativ mica a pistonului port matrita (0.15-0.2m/s), deci viteza de deformare pe aceste prese va fi mai mica decat pe alte prese. Dar tocmai aceasta viteza mica face posibila matritarea in conditii bune a pieselor din metale cu plasticitate mai mica. Matritarea va fi una in matrita inchisa sau deschisa. Procesul de matritare poate poate sa fie si unul combinat, la aceeasi presa se executa mai multe operatii, sau pot fi executate mai multe piese in acelasi timp.
Fig 2.4. Matritarea combinata Tehnologia matriţarii: 1. stabilirea rolului funcţional al piesei folosind analiza morfofuncţională a suprafeţelor 16
2. alegerea materialului pe baza analizei valorilor optime 3. întocmirea desenului piesei brut forjate se face pornind de la desenul piesei finite pe care se adaugă :
adaosurile de prelucrare Ap pe toate suprafeţele a căror precizie dimensională şi calitatea acestora nu se pot obţine direct prin forjare în matriţă:
adaosuri tehnologice At pe toate suprafeţele care nu au rezultat prin forjare liberă şi în scopul simplificării constructive a formei piesei ;
adaosuri de înclinare pentru a uşura extragerea piesei din matriţă;
adaosuri prin raze de racordare Rc pe toate suprafeţele de racordare ;
mărimea acestor adaosuri depinde de dimensiunile piesei finite, iar valorile lor sunt date în STAS - uri.
4. Alegerea planului de separaţie se face astfel încât să se asigure o extragere a piesei din matriţă, o curgere uşoară a materialului şi economii de material; 5. calculul masei semifabricatului iniţial se face împărţind desenul piesei brut matriţate în suprafeţe simple cărora li se calculează volumul şi masa . Masa totală a semifabricatului brut forjat este data de expresia : MSf=mPf+ma+mAp+mAt+mRc+mAd+mcp+mg unde : -
mSf : masa totală a semifabricatului brut matriţat ;
-
mPf : masa piesei finite ;
-
ma : masa pierderilor prin arderea materialului ;
-
mAp : masa pierderilor cu adaosurile de prelucrare ;
-
mAt : masa pierderilor cu adaosurile tehnologice ;
-
mRc : masa pierderilor prin raze de racordare ;
-
mcb : masa canalelor de bavură;
Bibliografie: Chirita, V. s.a. – “Matritarea la cald a metalelor”, Ed. Tehnica, Bucuresti, 1979 Stefanescu, C. – “Tehnologia de executare a pieselor prin turnare”, Ed. Tehnica, Bucuresti, 1970 17
Capitolul 3. Elaborarea procesului tehnologic de prelucrare mecanica si control a piesei
3.1 Analiza proceselor tehnologice similare existente Intocmirea planului de operatii pentru executarea semifabricatului
Nr. Operatiei
Denumirea operatiei
Masinaunealta
1
Receptia semifabricatului
2
Strunjire: - degrosare contur exterior - finisare contur exterior - degrosare canale pentru segmenti - finisare canale pentru segmenti-tesire
Strung multiax cu sase posturi
3
Curatire-suflare
Suflare cu jet de aer comprimat
4
Strunjirea gaurii pentru bolt. Prelucrarea a doua gauri de ungere in bosaje
Strung
5
Strunjire de finisare curb si oval pe toata lungimea
Strung de copiat
6
Frezarea frontala si a camerei de ardere
Masina de frezat 18
7
Ajustare
8
Spalare
Sabar Instalatie de spalare
Tab. 3.1 Planul de operatii
Strunjirea reprezinta procedeul de prelucrare prin aschiere,cu cea mai frecventa utilizare, fiind metoda de baza pt obtinerea corpurilor de revolutie.In constructia de masini piesele care contin suprafete de revolutie au o pondere insemnata, cele mai caracteristice fiind arborii, bucsele si discurile, fapt care justifica raspandirea pe care o au in prezent prelucrarile prin strunjire. Strunjirea se realizeaza prin combinarea miscarii principale de rotatie executata de obicei de piesa, cu miscarea de avans a cutitului.Avansul este in general rectliniu in direactie longitudinala, transversala sau dupa o directie inclinata fata de axa miscarii principale. Prin operatii de strunjire se pot prelucra suprafete cilindrice si conice(exterioare si interioare), frontale, filete,etc, ca urmare a combinarii miscarii principale a semifabricatului cu miscarile de avans longitudinal sau transversal al cutitului.Utilizarea de dipozitive speciale permite si strunjirea altor forme de suprafete de revolutie.Astfel, este posibila prelucrarea suprafetelor sferice, daca miscarea de avans a sculei se realizeaza pe o traiectorie circluara, sau a suprafetelor profilate prin deplasarea simultana a cutitului pe directie longitudinala si transversala, rezultand o traiectorie corespunzatoare profilului piesei. De asemenea, pe strung se mai pot prelucra si corpuri care nu sunt de rotatie daca, se imprima sculei cu ajutorul unor dipozitive speciale, pe langa miscare de avans longitudinal si o miscare radiala efectuata dupa o anumita lege, obtinandu-se astfel piese cu sectiune ovala, patrata sau de alta forma.Prin strunjire se poate executa de asemenea detalonarea unor scule aschietoare. Pe langa aceasta, procedeul de prelucrare prin strunjire este concretizat printr-o mare productivitate ceea ce a facut ca procedeul sa capete o larga raspandire.In plus, precizia de prelucrare este sufdicient de ridicata, asfel incat pentru multe situatii, strunjirea poate constitui operatia finala de prelucrare. In general strunjirea se face in doua etape : degrosare si finisare. In urma acestor prelucrari se pot obtine preciziile economice si rugozitatea suprafetelor necesare.
19
3.2 Analiza posibilitatiilor de realizare a preciziei dimensionale si a rugozitatii prescrise in desenul de executie Nr. suprafetei
Tipul suprafetei
Conditii tehnice impuse
Procedeu aplicat
S1
Plana exterioara
S2
Toroidala frontala exterioara
abatere de paralelism fata de axa de simetrie a piesei de 0,03 mm Ra=6.3 μm
Strunjire plana, frezare strunjire
S3
Toroidala frontala exterioara
Ra=1.6 μm
strunjire
S4
Toroidala frontala exterioara
Ra=1.6 μm
strunjire
S5
Toroidala frontala exterioara
Ra=1.6 μm
strunjire
S6
Toroidala frontala exterioara
Ra=3,2 μm
S7
Toroidala interioara
abatere de perpendicularitate fata de axa de simetrie a piesei de 0,01 mm Ra=6,3 μm
Strunjire Brosare Strunjire
S8
Cilindrica interioara
S9
Cilindrica interioara
-
Tab. 3.2 Suprafetele de prelucrat
20
burghiere alezare burghiere
3.3 Stabilirea succesiunii logice a operatiilor de prelucrare mecanica, tratament termic (termochimic) si control 3.3.1 Stabilirea succesiunii logice, economice, a operatiilor de prelucrare mecanica pentru fiecare suprafata Pentru stabilirea succesiunii operatiilor ce preced procedeul de prelucrare final pentru fiecare suprafata se utilizeaza un algoritm bazat pe criteriul realizarii coeficientilor globali de precizie (εgT) si de rugozitate (εgR): T
ε g =T s , d / T f , d (3.1) unde: -
Ts,d este toleranta la dimensiunea d a semifabricatului s; Tf,d este toleranta finala a piesei la aceeasi dimensiune s;
iar ε Rg =R s ,d / Rf ,d (3.2) unde: -
Rs,d si Rf,d sunt rugozitatile suprafetei cu dimensiunea d, la semifabricatul s, respectiv la piesa finita f.
Succesiunea logica a operatiilor este urmatoarea: -
Executarea gaurii de centrare (prelucrarea BTP)
21
Executare gaurii de centrare -
Frezare bazei tehnologice interioare (prelucrarea BTP) Strunjirea suprafetei S7
-
Prelucrare suprafetei cilindrice exteriore Strunjire exterioara de degrosare si finisare a suprafetei S2
-
Prelucrarea canalelor pentru segmenti Strunjire de degrosare si finisare a suprafetelor S3,S4 si S5
-
Prelucrare suprafetei plane exterioare Frezarea plana de degrosare si finisare a suprafetei S1
-
Prelucrarea suprafetei de fixare a boltului Burghierea suprafetei S8.
-
Prelucrarea suprafetei de fixare a boltului Frezarea de finisare si superfinisare a suprafetei S8.
-
Prelucrarea gaurilor de scurgere a uleiului Burghierea suprafetelor S9
-
Prelucrare suprafetei toroidale a mantalei Strunjirea suprafetei S6
-
Control dimensional
22
3.4 Alegerea utilajelor si indicatiilor tehnologice
Alegerea masinii-unelte pentru prelucrarea discurilor se face in functie de marimea, diametrul, seria, de greutatea si precizia acestora. Strungul este o masina-unealta pentru prelucrarea prin aschiere, in general, a suprafetelor de revolutie sau a suprafetelor elicoidale, ale pieselor, cu ajutorul sculelor aschietoare (de obicei cutite de strung). Piesa executa, in acest caz, miscarea principala de rotatie, iar sculele miscarea de avans longitudinal (inaintarea) si de avans longitudinal (patrunderea). Prelucrarea pieselor pe strung se poate face nu numai cu cutitele de strung, ci si cu alte scule aschietoare (de exemplu: burghie, tarozi, alezoare etc. Cele mai utilizate sunt strungurile normale. Acestea se caracterizeaza prin modul de prindere a pieselor de prelucrat pe arborele principal (cu ajutorul universalului etc.) si uneori si cu papusa mobila; ele au mecanisme de avans longitudinal si de avans transversal; ele se folosesc la productia individuala sau in serii mici si mijlocii Pentru operatiile de strunjire interioara si exterioara s-a ales strungul normal SN400X1000. La acest tip de strung este posibila montarea unui al doilea port-cutit pe sania transversala, permitand prelucrarea unor piese cu doua cutite in acelasi timp, contribuind astfel la marimea productivitatii. Vederea generala a strungului SN-400 este reprezentata in fig 3.1 pe care se poate urmari amplasarea principalelor organe de comanda. Schimbarea turatiei axului principal se realizeaza cu ajutorul manetelor 1, 2 si 3 ale cutiei de viteza, iar marimea avansului sau a pasului unui filet se stabileste cu ajutorul manetei 4. Cu maneta 5 se comanda trecerea de la filetul pe dreapta la cel pe stanga, iar maneta 6 serveste la multiplicarea avansului si a filetului (butucul interior), respectiv pentru cuplarea surubului conducator sau a barei de avansuri (butucul exterior). Schimbarea sensului de rotatie si oprirea axului principal se obtin prin actionare asupra manetei 7, care ramane tot timpu langa cutia de avansuri si filete sau asupra manetei 8 care se deplaseaza impreuna cu caruciorul. Piulita sectionata ce se cupleaza pe surubul conducator, in cazul filetarii, poate fi actionata de maneta 9, iar avansul mecanica al caruciorului si al saniei transversale este comandata de o singura maneta 10 care poate ocupa patru pozitii: la stanga, la dreapta, inainte sau inapoi. Sensul de miscare al acestei manete corespunde intocmai si cu sensul de deplasare mecanica ce o capata cutitul 23
Avansul rapid, in oricare din cele patru directii, se obtine prin apasarea butonului 11, apasarea ce se poate produce o data cu deplasarea manetei 10. Este de remarcat faptul ca datorita unui cuplaj de depasire, este posibila realizarea avansului rapid chiar in timp ce se executa o deplasare cu avans de lucru. Butoanele 12 si 13 servesc la cuplarea si decuplarea mecanismului de siguranta impotriva suprasolicitarilor din cutia caruciorului si respectiv la reglarea decuplarii la suprasarcina Pentru ca oprirea axului principal sa se faca intr-un timp minim, se foloseste o frana care actioneaza numai in pozitia de mijloc a manetelor 7 si 8. Din cand in cand aceasta frana trebuie reglata prin strangerea surubului 14.
3.6 Alegerea SDV-urilor
In tabelul urmator este prezentata alegerea SDV-urilor in functie de tipul operatiei si faza acesteia. S-a tinut cont de tipul operatiei, de caracterul productiei, de tehnologicitatea piesei, de precizia dimensionala Nr.crt
Denumirea operatiei
1
Strunjire interioara
2
Strunjire exterioara
3
Gaurire
Scule Cutit cu placuta K20 Cutit cu placuta K20 Burghiu elicoidal Φ6
Tab. 3.3 Alegerea SDV-urilor 24
Dispozitive Dispozitiv de prindere Dispozitiv de prindere Dispozitiv de prindere
Verificatoare Subler, ceas comparator Subler, ceas comparator Subler
25
26
27
28
29
30
31
O freza circulara.
32
Fig 8. Prelucrarea canalului axului pistonului (I)
4 0.0 00 0
33
Prelucrarea canalului pentru siguranta axului pistonului 34
Prelucrarea canalului inferior
35
Bibliografie: -
Tehnologia constructiilor de masini; Gherman Draghici Fabricarea si repararea autovehiculelor rutiere; D. Marincas, D. Abaitancei.
Capitolul 4. Determinarea regimurilor optime de lucru si a normelor tehnice de timp 4.1 Determinarea regimurilor optime de aschiere
-
-
Determinarea valorilor optime ale regimurilor de aschiere se bazeaza pe optimizarea unui paramentru global de apreciere a procesului tehnologic respectiv : minimizarea costului prelucrarii sau (mai rar) maximizarea productivitatii. Regimul de aschiere optim se determina dupa precizarea caracteristicilor sculelor aschietoare si se refera la urmatorii parametri : Adancimea de aschiere – t [mm] – este grosimea stratului indepartat prin aschiere, de pe suprafata piesei, la o singura trecere ; Avansul – s [mm/min, mm/rot, mm/cursa dubla, mm/dinte] – este marimea deplasarii sculei in raport cu piesa, efectuata intr-un interval de timp, in cursul miscarii secundare ; Viteza de aschiere – v [mm/min, m/s] – este viteza relativa a taisului sculei in raport cu suprafata de prelucrat . In corelatie directa cu regimul de aschiere se defineste si durabilitatea sculei (intre reascutiri) – T [min]. In functie de multitudinea conditiilor pe care trebuie sa le satisfaca, in functie de masura in care instrumentul matematic este utilizat si in functe de modul in care se determina durabilitatea sculei, calculul regimurilor optime de aschiere se poate face prin metoda clasica sau prin metoda moderna. Aici se va folosi metoda clasica, ce presupune stabilirea preliminara a valorii durabilitatii sculei, determinarea succesiva a parametrilor regimului de aschiere, urmata de un numar redus de verificari ale conditiilor restrictive. Se va aplica aceasta metoda pentru doua suprafete, asupra carora se fac operatii de strunjire, rectificare etc.. Etapele de parcurs sunt urmatoarele : Stabilirea durabilitatii sculei T, prin utilizarea relatiei generalizate Time-Taylor : T m=
cv × k
(4.1)
v ×t xv × s yv
Coeficientii cv si k (dependenti de conditiile concrete ale aschierii) si exponentii m, xv, yv, se stabilesc pe baze experimentale. Se pot determina parametrii regimului de aschiere (t, s, v) prin alegerea a doi dintre ei si calculul celui de-al treilea. Succesiunea stabilirii celor trei parametri este dictata de gradul in care acestia influenteaza functia de optimizare : a. Alegerea adancimii de aschiere t, in functie de marimea adaosului de prelucrare si de tipul prelucrarii ; acum se stabileste si numarul de treceri.
36
b. Stabilirea avansului s, astfel incat productivitatea sa fie ridicata, dar si masina-unealta sa poata realiza acest avans. c. Calculul vitezei de aschiere. - Calculul turatiei n, a piesei de prelucrat, in functie de viteza calculata si dimensiunea piesei (diametrul), urmata de alegerea celei mai apropiate valori na, din gama de turatii a masiniiunelte. - Recalcularea vitezei de aschiere va, cu valoarea reala a turatiei na. - Verificarea puterii necesare pentru aschiere.
4.1.1 Calculul regimurilor de aschiere la strunjire La strunjire miscarea principala este rotirea piesei si miscarea de avans este miscarea de translatie a cutitului.Strunjirea poate fi exterioara si interioara. La strunjire vom folosi cutitul cu sectiunea patrata 8X8 cu materialul taisului din carburi metalice si care are durabilitatea economica Tec=90 min. Alegerea adancimii de aschiere In majoritatea cazurilor, adaosul pentru prelucrarea de degrosare se indeparteaza intr-o singura trecere, deoarece in constructia moderna de masini sunt adaosuri relativ mici In cazul strunjirii de finisare se aplica aceeasi recomandare, tinandu-se cont ca dupa prelucrarea de finisare suprafata trebuie sa aiba rugozitatea egala cu cea indicata pe desenul de executie al piesei respective. Pentru adaosuri simetrice adancimea de aschiere se va calcula cu relatia:
t=
2 ∙ Ac =3 mm 2
(4.2)
(4.1) unde: -
Ac =3 mm – adaosul de prelucrare pentru prelucrarea curenta
37
Alegerea avansului In cazul domeniului de strunjire valoarea avansului depinde de: -
Rezistenta corpului cutitului;
-
Rezistenta placutei din carburi metalice;
-
Eforturile admise de mecanismele de avans ale masinii unelte;
-
Momentul de torsiune admis de mecanismul miscarii principale a masinii unelte;
-
Rigiditatea si precizia piesei de prelucrat.
Avansul la strunjire se va determina din conditia de rezistenta a corpului cutitului pentru cutit cu sectiune patrata din urmatoarea formula [5]:
√
h ∙σ L i 8∙ 8 ∙ 1∙ 250 s= =0,75 =0.54 mm /rot n x 60∙ 3,57 ∙ 8000,55 ∙ 31 60 ∙ C 4 ∙ HB ∙ t y1
b∙h∙
1
1
√
(4.3)
unde: -
s – avansul la strunjire [mm/rot]; b=h=8 mm – dimensiunile in sectiune al cutitului; t =3 mm – adancimea de aschiere; h/L=1 – raportul dintre inaltimea cutitului si distanta cu care iese in afara cutitul; σi=250 MPa – rezistenta la incovoiere admisibila pentru materialul de prelucrat ; HB=800- duritatea Brinell a materialului de prelucrat ; x1=1; y1=0,75 – exponentii adancimii de aschiere ; n1=0,55 – exponentul duritatii aluminiului; C4=3,57 – coeficient care tine cont de materialul de prelucrat si de materialul sculei aschietoare . Avansul se apropie de avansurile din gama de avansuri a strungului SN400
38
Determinarea vitezei de aschiere Se porneste de la relatia Time-Taylor: T m=
Cv ∙ k xv
v ∙t ∙ s
yv
(4.4) unde: -
T – durabilitatea economica a sculei exprimata in min; m – exponentul durabilitatii; k – produs de coeficienti ce depinde de conditiile de aschiere: k=k1∙..∙k9; v – viteza de aschiere [m/min] t – adancimea de aschiere [mm]; s – avansul de aschiere [mm/rot]; xv, yv, n – exponentii adancimii de aschiere, avansului si duritatii.
Rezulta ca viteza de aschiere se va calcula cu relatia:
v=
Cv∙ k m
xv
T ∙t ∙ s
yv
=
C v ∙ k 1 ∙ k 2 ∙ k 3 ∙ k 4 ∙ k 5 ∙k 6 ∙ k 7 ∙ k 8 ∙ k 9 m
xv
T ∙t ∙ s
yv
=
123 ∙ 0,93∙ 1 ∙1,04 ∙ 0,9 ∙1,32 ∙ 1∙ 1∙ 1∙ 1 =6.140 m/ min 0,2 0,22 0,5 90 ∙3 ∙ 0.54
(4.5) unde: -
Cv=123; xv=0,22; yv=0,5; m=0,2 – exponent al durabilitatii pentru cutite din grupa de utilizare K; k1=(q/600)ξ=(64/600)0,04=0,87 – coeficient ce tine de influenta sectiunii transversale a
-
cutitului (q=64 mm2 – aria sectiunii transversale a cutitului si ξ=0,04 pentru otel) k2=(45/χ)ρ=(45/45)0,45 =1 – coeficient ce tine seama de unghiul de atac principal (χ=45°),
-
ρ=0,45 – pentru cutite din grupa de utilizare K; k3=(a/χs)0,09=(15/10)0,09 =1,04 – coeficient ce tine seama de unghiul de atac secundar
-
(χs=10°), a=15 – pentru scule armate cu placute dure. k4=(r/2)μ=(0,5/2)0,08=0,9 – coeficient ce tine seama de raza de racordare a varfului
-
cutitului (r=0,5 mm), μ=0,08 pentru prelucrarea de finisare; k5=1,32 – coeficient ce tine seama de materialul partii aschietoare a sculei (K20); 39
-
k6=1 – coeficient ce tine seama de materialul de prelucrat ; k7=1 – coeficient ce tine seama de modul de obtinere a semifabricatului (matritare); k8=1 – coeficient ce tine seama de starea stratului superficial al semifabricatului ; k9=1 – coeficiente ce tine seama de forma suprafetei de degajare (forma plana). Calculul turatiei de antrenare a axului strungului Turatia de antrenare a axului strungului se determina din relatia:
n=
1000 ∙ v 1000 ∙ 6.140 = =30 rot /min π∙ D π ∙ 65
(4.6)
Din gama de turatii alegem na=34 rot/min. Astfel recalculam viteza de aschiere reala: va =
π ∙ D ∙ na π ∙ 65 ∙34 = =6.94 m/min 1000 1000 (4.7) Forta principala de aschiere Se determina cu urmatoarea relatie:
F z=C 4 ∙ t x ∙ s y ∙ HBn =3,57 ∙31 ∙ 0.540,75 ∙800 0,55=266.5 daN 1
1
1
(4.8)
unde: - Fz – forta principala de aschiere [N]; - toti coeficientii sunt cunoscuti. Puterea efectiva de lucru In cazul strunjirii se calculeaza cu relatia: kF
F ∙v 266.5 ∙6.94 1 N e= z a = =0.32 kW ≤0,9 ∙ 7,5 kW 6000∙ η 6000∙ 0,9 z
(4.9)
unde: -
η=0,9 – randamentul masinii-unelte. Puterea efectiva de lucru este mai mica decat cea a strungului SN400 (0,9∙7,5 kW) turatia
de lucru nu se modifica.
40
4.1.2 Calculul regimului de aschiere la gaurire Alegerea sculei Se va alege burghiu elicoidal pentru gaura de diametru D=2.3 mm. Uzura admisibila din [5] a burghiului elicoidal din carburi metalice este de 0,2-0,3 mm, iar durabilitatea economica a burghiului este : Tec=30 min. Adancimea de aschiere La gaurire se calculeaza cu relatia:
t=
D 2.3 = =1.65 mm ; 2 2
(4.10)
Avansul Avansul reprezinta deplasarea burghiului sau a piesei de-a lungul axei, la o rotatie a axului masini. Avansul mecanic la gaurire depinde de: -
rezistenta burghiului; rigiditatea sistemului piesa-masina-unealta-dispozitiv; prescriptii pentru precizia si calitatea suprafetei gaurii prelucrate; rezistenta mecanismului de avans al masinii-unelte. Calculul avansului se va face cu relatia: 0,6
0,6
s=K s ∙ C s ∙ D =1∙ 0,058 ∙2.3 =0,09 mm /rot unde: -
Ks=1- coeficient ce tine seama de lungimea gaurii (l<3D); Cs=0,058 – coeficient de avans;
Viteza de aschiere
41
(4.11)
Viteza de aschiere pentru burghiere se calculeaza cu relatia:
v=
Cv∙ Dz T m∙ sy
v
v
∙ K vp =
Cv ∙ Dz T m ∙ sy
v
v
∙ K Mv ∙ K Tv ∙ K lv ∙ K sv =
17,6 ∙ 2.30,25 ∙ 0,94 ∙1 ∙1 ∙ 0,8=40.05 m/min 30 0,125 ∙ 0,090,55 (4.12)
unde: -
Cv=17,6 – pentru burghie cu ascutire dubla; zv=0,25 – pentru burghie cu ascutire ; m=0,125 – exponent de durabilitate ; yv=0,55– pentru burghie cu ascutire dubla si de prelucrat otel ; Kvp=KMv∙KTv∙Klv∙Ksv – tine seama de factorii ce influenteaza burghierea; KMv=(190/HB)1,3=(190/253)1,3=0,69 – tine seama de duritatea materialului KTv=1 – tine seama de durabilitatea burghiului ; Klv=1 – tine seama de lungimea gaurii (l<3D) ; Ksv=0,8 – tine seama de procedeul de obtinere al semifabricatului ; Calculul turatiei de antrenare a axului burghiului Turatia de antrenare a axului burghiului se determina din relatia:
n=
1000 ∙ v 1000 ∙ 40.05 = =5542.7 rot / min π∙ D π ∙ 2.3 (4.13)
4.2 Determinarea normelor tehnice de timp
42
-
-
-
Norma tehnica de timp reprezinta timpul necesar pentru executarea unei operatii tehnologice in anumite conditii de productie tehnico-organizatorice dintre cele mai favorabile. Se stabileste in functie de posibilitatile de exploatare ale utilajului, SDV-urilor, in conditiile aplicarii metodelor de lucru moderne, tinand seama si de gradul de calificare al muncitorilor, corsepunzator acestor metode. Semnificatia componentelor normei tehnice de timp este prezentata in continuare : tb – timpul de baza – durata prelucrarii propriu-zise, se determina, in functie de regimurile de lucru adoptate si de parametrii geometrici ai suprafetelor prelucrate, prin calcul analitic, cu relatii de forma : ta – timpul auxiliar – durata prinderii-desprinderii piesei, apropierii-indepartarii aschiilor, efectuarii masuratorilor s.a. – pentru fiecare componenta, se extrag valorile recomandate din normative, in functie de conditiile specifice ale prelucrarii sau se determina, global, pe baze statistice ; top – timpul operativ – se calculeaza ca si componentele sale, pentru fiecare faza a operatiei, dupa care se insumeaza, pentru determinarea timpului operativ total, la fiecare operatie ; top = tb + ta tdo – timpul de deservire organizatorica – timpul consumat pentru asezarea semifabricatelor, sculelor, primirea si predarea schimbului etc. – se determina, in general, ca procent (0,2..7%) din top in functie de tipul si marimea masinii-unelte ; tdt – timpul de deservire tehnica – timpul consumat pentru inlocuirea sculelor, reglarea masiniiunelte, indreptarea periodica a muchiei aschietoare a sculei, etc... se determina din normative, pe componente sau global, ca procent (2..8%) din tb ; ton – timpul de odihna si necesitati fiziologice ale operatorului uman – se determina ca procent din top ; tto – timpul de intreruperi conditionate de tehnologie si organizarea muncii – se determina ca procent din top ; tu – timpul unitar – timpul total corespunzator prelucrarii unei piese ; se obtine ca insumare a tuturor componentelor : tu = top + tdo + tdt + ton + tto [min] tpi – timpul de pregatire-incheiere – durata activitatilor desfasurate de muncitor la inceputul si sfarsitul prelucrarii lotului de nlot piese (primirea comenzii, studiul documentatiei, primirea si predarea SDV-urilor, semifabricatelor si pieselor) ; se stabileste, pe componente, din normative. Marimea lotului, nlot, la care se refera tpi se poate considera egala cu numarul mediu de piese prelucrate intr-un schimb (nlot = ts x Qλ) sau cu marimea optima a lotului de piese, prelucrate in productia de piese. tn – norma tehnica de timp (timpul normat) tn = tu + tpi / nlot [min]
Strunjirea exterioara a suprafetei S2
43
Calculul timpului L+ L1 + L2 t b= [min ] s×n
de
baza
se
face
analitic,
(4.14) unde : L = lungimea de strunjire, in mm ; L1 = lungimea de angajare a sculei ; L2 = lungimea de iesire a sculei ; i = numarul de treceri ; n = turatia piesei ; s = avansul, in mm/rot. Pentru suprafata S2, avem urmatorii parametri L = 147 mm ; L1 = 8 mm ; L2 = 8 ; i = 1 ; n = 300 rot/min ; s = 0,54 mm nlot = 1419 piese/lot (cap.1.3.4) Timpii tehnici sunt: t b=
147 +8+8 =1,006 min 0,54 ×300
t a=3,3 min t op=1.006+3,3=4,306 min t do=2 × 4,306=0,08612 min t dt =4 × 1.006=0,04024 min t on=6 × 4,306=0,25836 min t ¿ =5 × 4,306=0,2153 min t u =4,306+ 0,08612+ 0,04024+0,25836+ 0,2153=4,906 min t pi =22,3min t n=4,906+
22,3 =4,921min 1419
44
cu
formula:
Frezarea interioara a suprafetei S8 Calculul timpului de baza se face analitic, cu formula: l+l 1+l2 t b= [min] Vs
(4.15)
unde : Lungimea de rectificat: l = 65 mm ; Lungimea cursei: l1 = 7.26 mm ; l2 = 3 mm ; Viteza sculei : Vs = 40.05 mm/min Timpii tehnici sunt: t b=
65+7.26+3 =1.879 min 40.05
t a=1,15 min t op=1.879+1,15=3.029 min t do=3,5 ×3.029=0,106 min t dt =4 × 1.879=0,075 min t on=5.5 ×3.029=0,166 min t ¿ =5 × 3.029=0,151 min t u =3.029+0,106+0,075+ 0,166+0,151=3.527 min t pi =21.7 min t n=3.527+
21.7 =3.542min 1419
Nr.
Faza
1
Strunjir e
tb [min] 1.006
ta [min] 3,3
45
tu [min] 4,906
tpi / nlot [min] 0,0157
tn [min] 4,921
2
Frezare
1.879
1,15
3.527
0,0152
3.542
Tabel 4.1 Valorile normelor tehnice
BIBLIOGRAFIE : 1) Indrumar –,,Proiectul de fabricare a pieselor de autovehicule’’ 2) Vlase, A., s.a. – “Regimuri de aschiere, adaosuri de prelucrare si norme tehnice de timp”, Ed. Tehnica, Bucuresti, 1985 Capitolul 5. Calculul necesarului forţei de muncă, utilaje, S.D.V. – uri şi materiale 5.1. Determinarea volumului anual de lucrări Pe baza normelor de timp se vor determina: - Volumul de lucrări anual, normat, pentru fiecare operaţie, aferent munictorului şi maşinii - unelte : V =N pp ×t n /60 [ore] (5.1) -
Timpul total (anual) de lucru aferent sculelor aşchietoare:
V s=N pp ×t b /60 [ore] (5.2) -
Timpul total (anual) de lucru aferent dispozitivelor şi verificatoarelor:
V DV =N pp ×t DV /60 [ore] (5.3) unde tDV reprezintă timpul unitar al utilizării dispozitivului sau verificatorului, rezultat din analiza componentelor normei de timp. În cazul operaţiilor la care se prelucreaă simultan mai multe piese, la acelaşi utilaj şi de către acelaşi operator, norma tehnică va fi raportată la numărul pieselor prelucrate simultan. 5.2. Calculul necesarului de forţă de muncă şi de utilaje 5.2.1. Fondul de timp anual al muncitorului Fm [ore]
Fm =[ Z c −( Z s+ Z d + Z 0 ) ] ×t s ×k m (5.4) Zc, Zs, Zd şi ts au semnificaţia din paragraful 1.3.1.; Z0 – durata medie a concediului anual de odihnă a unui muncitor (Z 0 = 20 zile) km – coeficient ce ţîne seama de întârzieri, absenţe; k m = 0.94…0.98. 5.2.2. Fondul de timp anual al utilajului Fu [ore]
Fu =[ Z c −( Z s + Z d + Z r ) ] ×n s × t s × k u (5.5)
46
unde Zr este numărul zilelor de imobilizare al utilajului pentru reparaţii – se adoptă, în funcţie de numărul de schimburi şi complexitatea utilajului, ca procent (3…8%) din fondul de timp nominal, iar k u – coeficient de folosire a utilajului, cu valori medii recomandate, de 0.8…0.9. 5.2.3. Calculul necesarului forţei de muncă – numărul de muncitori, m i, la fiecare operaţie
mi=
Vi F m (5.6)
Meseriile, categoriile de calificare şî treptele de salarizare cerute de fiecare operaţie vor fi stabilite în concordanţă cu normative, având, eventual, în vedere şi situaţia din întreprinderi ce realizaează operaţii similare. În urma calculelor rezultă valori m i reale; adoptarea valorilor întregi se va face pe baza unei analize a particularităţilor procesului tehncologic: - În general, rotunjirea se va face la cea mai apropiată valoare întreagă superioară; - Se va analiza, în special în cazul în care F m>>Vi, posibilitatea concentrării mai multor operaţii ce necesită aceeaşi calificare sau calificări apropiate, şi efectuarea lor de către un singur muncitor, astfel ca, pentru operaţiile respective m i să fie cât mai apropiat de unitate; - La adoptarea valorilor ,se va ţine seama şi de tipul producţiei, de metoda de organizare a fabricaţiei şi eventual, de posibilitatea aplicării poliservirii utilajelor, de către muncitori. 5.2.4. Calculul necesarului de utilaje
ui=
Vi Fu
(5.7)
Pentru adoptarea valorilor întregi ale numărului de utilaje, din fiecare tip, se va ţine seama de recomandări similare celor de la punctul anterior. În situaţia imposibilităţii obţinerii unor coeficienţi corespunzători de utilizare a forţei de muncă sau utilajelor, se poate accepta ipoteza utilizării disponiilităţilor, în cadrul proceselor tehnologice de execuţie a altor piese, desfăşurate în paralel, în se cţia respectivă. Necesarul de forţă de muncă şi
utilaje se detaliază şi rotunjeşte pe secţie sau atelier. 5.3. Calculul necesarului de S.D.V. – uri Se poate face prin calcul analitic sau, mai puţin precis, pe baze statistice.
47
5.3.1. Calculul necesarului de scule Norma de consum anual de scule, N es, se determină ţinând seama de durabilitatea acestora, T [min], de timpul de lucru normat t b, de numărul de reascuţiri posibile, r, şi de volumul producţiei – numărul de piese prelucrate anual Npp.
N es =
tb × k y × N pp (5.8) ( r +1 ) ×T
unde ky este un coeficient ce ţine seama de distrugierile accidentale ale sculei; ky = 1.05...1.1. Numărul de reascuţiri posibile r se calculează cu relaţia:
r=
M h
(5.9)
unde M este mărimea stratului de material al sculei ce se poate îndepărta prin reascuţiri, iar h este mărimea corespunzătoare a stratului îndepărtat la o reascuţire.
5.3.2. Calculul necesarului de dispositive şi verificatoare Pentru dispozitivele de bazare şi fixare, a altor dispositive de lucru, se poate considera o durabilitate de minimum 1 an, deci necesarul se stabileşte în raport cu numărul maşinilor unelte şi utilajelor respective. În cazul dispozitivelor de verificare şi măsurare, se poate determina necesarul anual, Nev, ţinând seama de durabilitatea suprafeţei active şi numărului total de măsurători:
N ev=
N pp ×n × k y (5.10) nd × i v
unde ky = 1.05…1.1; nd – durabilitatea, i – mărimea uzurii acceptabile pentru verificatorul respectiv; n e – numărul de măsurători efectuate pentru o piesă cu verificatorul respectiv.
5.4. Calculul necesarului de materiale Necesarul de materiale se referă, în primul rând, la cantitatea de material de bază al piesei, utilizat la execuţia semifabricatului. Volumul semifabricatului poate fi apreciat, pe baza desenului de excuţie al acestuia sau prin calcul, după aproximarea cu îmbinări de corpuri geometrice simple, al căror volum poate fi uşor determinat.
48
În funcţie de metoda şi procedeul de semifabrcare, se vor avea în vedere şi eventualele pierderi de material la obţinerea semifabricatului. Cunoscând densitatea, se calculează masa de material consumat pentru o piesă m sf. Tot aici se recomandă, ţinând seama de adaosurile de prelucrare, calculul cantităţii de material recuperabil pentru o piesă mdr. În funcţie de procesul tehnologic, se va efectua şi calculul cantităţilor necesare referitoare la alte materiale consumabile. Bibliografie:
1) N. Bejan, M.D. Iozsa, Fabricarea şi repararea industrială a autovehiculelor, Îndrumar de proiect, Bucureşti, 1995.
Capitolul 6. Calculul costuluide fabricaţie a piesei 6.1. Structura generală a costuluide fabrcaţie unitary Pentru aprecierea eficienţei unui process tehnologic, comparativ cu cele similare existente, sau pentru adoptarea unei variante economice de process tehnologic, în cazul elaborării, în paralel, a mai multor variante, compatibile din punct de vedere ethnic cu cerinţele impuse piesei, se determină costul piesei sau al lotului de piese. Calculul costului de fabricaţie unitar se poate face pe articole de calculaţie, acestea fiind clasificate în două categorii: - Cheltuieli directe, care se efectueză în legătură cu fiecare unitate de produs; în componenţa lor intră: cheltuieli cu materii prime şi materiale directe, din care se scad cheltuielile cu deşeurile recuperabile (Cmat) şi cheltuieli cu manopera directă (Cman); - Cheltuieli indirecte, care se efectuează pentru producţie în ansmablu sau sunt comune mai multor produse, în componenţa lor intră: cheltuieli cu întreţinerea şi funcţionarea utilajului Cifu, cheltuieli generale ale secţiei Rs, cheltuieli generale ale întreprinderii Ri. 49
Costul de fabricaţie unitar, Cu, se obţine din însumarea acestor articole de calculaţie: Cu =Cmat +C man +Cifu + R s +Ri (6.1) 6.2. Cheltuieli directe În funcţie de tipul semifabricatului utilizat se stabileşte costul său raportat la unitatea de masă ksf. Costul semifabricatului poate fi reprezentat, după provenienţa acestuia, de costul de secţie, preţul de producţie sau livrare şi ţine seama de materialul de bază utilizat şi de cheltuielile de semifabricare. Costul materialului se determină cu relaţia: Cmat =msf ×k sf −mdr × k dr (6.2) Costul manoperei Cman se determină pe baza necesarului forţei de muncă, a salariilor orare si, în funcţie de calificarea muncitorului, ca şi a celor privind adaosurile procentuale la salariu stabilite prin hotărâre guvernamentală: Cman=
1 cas +as × 1+ × ∑ Si ×t ¿ (6.3) 60 100
(
)
unde însumarea se face pentru toate operaţiile din procesul tehnologic. 6.3. Cheltuieli indirecte Aceste cheltuieli cuprind: amortizarea mijloacelor şi utilajelor secţiei, cheltuieli pentru reparaţii, cheltuieli cu energia, combustibilul şi alte materiale tehnologice, cheltuliei cu reparaţia şi întreţinerea sculelor şi dispozitivelor. Aceste cheltuieli pot determina înmulţirea manoperei directe cu coeficientul de repartiţie a cheltuielilor cu întreţinerea şî repartiţia utilajelor, k CIFU, kCIFU = 0.25…0.5.
Cifu =k CIFU × Cman (6.4) Regia de secţie, Rs, reprezintă cheltuielile privind salariul personalului de conducere şi de altă natură din cardul secţiei, amortizarea clădirilor şi mijloacelor fixe aferente secţiei, cheltuieli administrativ – gospodăreşti la nivel de secţie, cheltuieli pentru protecţia muncii şi cheltuieli de cercetare, invenţii şi inovaţii. Se calculează ca procent (100%…350%) din C man. Regia general de întreprindere, R i, reprezintă cheltuielile privind salariul personalului de conducere, tehnic, etc. din întreprindere, amortizarea mijloacelor fixe de interes general, cheltuieli de
50
cercetare şi instruirea personalului de conducere, cheltuieli administrativ – gospodăreşti la nivel de întreprindere şi alte cheltuieli de interes general. Se stabilesc ca procent (6…12%) din costul de secţie (C man + Rs + Cifu). 6.4. Calculul preţului piesei Preţul de producţie:
P p=C n ×(1+
b ) 100 (6.5)
Preţul de livrare:
(
Pl=P p × 1+
TVA 100
)
) (6.6)
Preţul de vânzare cu amănuntul al piesei:
(
Pa=Pl × 1+
ac 100
)
(6.7)
Bibliografie: N. Bejan, M.D. Iozsa, Fabricarea şi repararea industrială a autovehiculelor, Îndrumar de proiect, Bucureşti, 1995.
51
