Proiectarea Si Tehnologia de Fabricatie a Osiei Motoare Pentru Locomotive
CUPRINS
Capitolul I
OSII. CONSIDERAȚII GENERALE …………………………………………….5
1.1 Caracterizare, rol funcțional, clasificare ……………………………………….5
1.2 Elemente asupra calculului de
rezistență al osiilor …………………………………………………………………..8
1.2.1 Elemente constructive ale osiilor ……………………………………………..10
1.2.2 Criterii de calcul impuse de
rolul funcțional …………………………………………………………….11
1.3 Tehnologia de prelucrare a osiilor ……………………………………………..15
1.4 Materiale utilizate în fabricația osiilor ……………………………………….21
Capitolul II
PROIECTAREA OSIEI MOTOARE A
LOCOMOTIVEI LDE S.N.T.F.M. ………………………………………………22
2.1 Ipotezele de calcul ………………………………………………………………22
2.2 Osia fără sarcini laterale datorate șinelor ……………………………………..25
2.2.1 Osia motoare preia a 5 – a parte din momentul
motor dezvoltat de locomotivă ……………………………………………….25
2.2.2 Osia motoare preia momentul maxim
posibil (5)……………………………………………………………………30
2.3 Osia cu încărcare laterală de la șină datorită
forței centrifuge ……………………………………………………………………32
2.3.1 Forța centrifugă încarcă roata
din dreapta (6)………………………………………………………………32
2.3.2 Forța centrifugă încarcă roata
din stânga (7)……………………………………………………………….33
2.4 Osia cu încărcare laterală datorită șerpuirii …………………………………34
2.4.1 Lovirea se produce la roata
din dreapta (8)………………………………………………………………34
2.4.2 Lovirea se produce la roata
din stânga (9)………………………………………………………………34
Capitolul III
PROCESUL TEHNOLOGIC DE FABRICAȚIE
AL PIESEI „OSIE”, COMPONENTĂ A SUBANSAMBLULUI
„OSIE MOTOARE A LOCOMOTIVEI LDE – SNTFM” …………………….37
3.1 Analiza constructiv – tehnologică a
piesei „OSIE” ……………………………………………………………………….37
3.2 Alegerea semifabricatului ………………………………………………………40
3.3 Stabilirea schemei tehnologice de prelucrare și
întocmirea schițelor fazelor de lucru ………………………………………………45
3.4 Alegerea mașinilor-unelte și a S.D.V.- urilor ………………………………….51
3.5 Calculul regimurilor de așchiere ………………………………………………53
3.6 Normarea tehnologică a
operațiilor de așchiere ……………………………………………………………..60
Capitolul IV
CALCULUL COSTULUI DE FABRICAȚIE AL
PRODUSULUI „OSIE MOTOARE” A
LOCOMOTIVEI LDE – S.N.T.F.M.” ……………………………………………65
Capitolul V..
NORME SPECIFICE DE SECURITATEA MUNCII PENTRU
PRELUCRAREA METALELOR PRIN AȘCHIERE ……………………………70
BIBLIOGRAFIE ……………………………………………………………………73
=== PD – TCM – Osie, proiect., tehnol., preţ ===
CUPRINS
Capitolul I
OSII. CONSIDERAȚII GENERALE …………………………………………….5
1.1 Caracterizare, rol funcțional, clasificare ……………………………………….5
1.2 Elemente asupra calculului de
rezistență al osiilor …………………………………………………………………..8
1.2.1 Elemente constructive ale osiilor ……………………………………………..10
1.2.2 Criterii de calcul impuse de
rolul funcțional …………………………………………………………….11
1.3 Tehnologia de prelucrare a osiilor ……………………………………………..15
1.4 Materiale utilizate în fabricația osiilor ……………………………………….21
Capitolul II
PROIECTAREA OSIEI MOTOARE A
LOCOMOTIVEI LDE S.N.T.F.M. ………………………………………………22
2.1 Ipotezele de calcul ………………………………………………………………22
2.2 Osia fără sarcini laterale datorate șinelor ……………………………………..25
2.2.1 Osia motoare preia a 5 – a parte din momentul
motor dezvoltat de locomotivă ……………………………………………….25
2.2.2 Osia motoare preia momentul maxim
posibil (5)……………………………………………………………………30
2.3 Osia cu încărcare laterală de la șină datorită
forței centrifuge ……………………………………………………………………32
2.3.1 Forța centrifugă încarcă roata
din dreapta (6)………………………………………………………………32
2.3.2 Forța centrifugă încarcă roata
din stânga (7)……………………………………………………………….33
2.4 Osia cu încărcare laterală datorită șerpuirii …………………………………34
2.4.1 Lovirea se produce la roata
din dreapta (8)………………………………………………………………34
2.4.2 Lovirea se produce la roata
din stânga (9)………………………………………………………………34
Capitolul III
PROCESUL TEHNOLOGIC DE FABRICAȚIE
AL PIESEI „OSIE”, COMPONENTĂ A SUBANSAMBLULUI
„OSIE MOTOARE A LOCOMOTIVEI LDE – SNTFM” …………………….37
3.1 Analiza constructiv – tehnologică a
piesei „OSIE” ……………………………………………………………………….37
3.2 Alegerea semifabricatului ………………………………………………………40
3.3 Stabilirea schemei tehnologice de prelucrare și
întocmirea schițelor fazelor de lucru ………………………………………………45
3.4 Alegerea mașinilor-unelte și a S.D.V.- urilor ………………………………….51
3.5 Calculul regimurilor de așchiere ………………………………………………53
3.6 Normarea tehnologică a
operațiilor de așchiere ……………………………………………………………..60
Capitolul IV
CALCULUL COSTULUI DE FABRICAȚIE AL
PRODUSULUI „OSIE MOTOARE” A
LOCOMOTIVEI LDE – S.N.T.F.M.” ……………………………………………65
Capitolul V..
NORME SPECIFICE DE SECURITATEA MUNCII PENTRU
PRELUCRAREA METALELOR PRIN AȘCHIERE ……………………………70
BIBLIOGRAFIE ……………………………………………………………………73
Capitolul I
OSII. CONSIDERAȚII GENERALE
1.1 CARACTERIZARE, ROL FUNCȚIONAL, CLASIFICARE
Osiile sunt organe de mașini care susțin alte organe în rotație, în oscilație sau în repaus ale mașinilor, agregatelor sau vehiculelor, fără a transmite momente de răsucire, fiind astfel solicitate în principal la încovoiere; eforturile unitare de răsucire provocate de frecările în reazeme sunt neglijabile. Definirea rolului funcțional al osiilor pune în evidență solicitarea principală a acestora – încovoierea. Importanța deosebită a osiilor în construcția mașinilor justifică atenția ce se acordă la calculul și construcția lor.
Multitudinea construcțiilor care necesită folosirea osiilor, justifică atenția care trebuie acordată calculului și proiectării acestora.
Osiile au, în general, axa geometrică dreaptă. Capitolul de față se limitează la studiul osiilor cu axa longitudinală dreaptă. Suprafețele osiei folosite pentru rezemarea acesteia poartă denumirea de fusuri, se poate spune că numărul și natura fusurilor stabilesc condițiile de determinabilitate statică. Principalele criterii de clasificare a osiilor sunt forma, condițiile funcționale, poziția, conform schemei din figura 1.1.
Una din condițiile funcționale, determinante în calculul osiilor, o constituie starea de mișcare a acesteia.
Se deosebesc:
osii oscilante și rotative (fig. 1.2) – care se deplasează odată cu piesele sprijinite (osiile vagoanelor, mașinilor de transportat și agricole);
osii fixe (fig. 1.3) – care au rolul doar de a sprijini piesele în mișcare de rotație (în special la instalațiile de transportat).
Osiile drepte reprezintă cazul general, cu utilizarea cea mai largă: vagoane, mașini și aparate de ridicat etc. Osiile curbate sunt un caz particular, întâlnit de exemplu la autovehicule.
Găurirea osiilor duce la reducerea greutății lor, în ipoteza că diametrul interior este jumătate din cel exterior, greutatea se micșorează cu 25%, pe când rezistența la încovoiere, cu numai 6,25%. Osia fixă are numai rolul de susținere a unui alt organ în rotație (fig. 1.3).
Osia rotativă – de exemplu osia vagonului – se învârtește o dată cu roata solidarizată pe ea. Părțile pe care osiile rotative se reazemă în lagăre se numesc fusuri, forma acestora putând fi cilindrică, tronconică sau sferică.
Fig. 1.1 Criterii de clasificare osii
Fig. 1.2 Osie oscilantă și rotativă
Fig. 1.3 Osie fixă
1.2 ELEMENTE ASUPRA CALCULULUI DE REZISTENȚĂ AL OSIILOR
Ruperea unei osii de vagon sau de locomotivă poate avea urmări foarte grave, după cum ruperea arborelui unei mașini duce la distrugerea altor organe sau chiar a mașinii. Deformația osiilor peste limitele admise constituie una dintre cauzele supraîncălzirii lagărelor. Vibrațiile care iau naștere și mărimea amplitudinilor lor, la funcționarea în regim continuu cu o turație apropiată de turația critică, periclitează nu numai osia, dar chiar întreaga mașină. Gradul de importanță al osiilor fiind diferit, rigurozitatea calculului, de care depinde și volumul de muncă necesar desfășurării lui, se adaptează în consecință. Proiectarea osiilor implică deci, în succesiunea lor logică:
predimensionarea, printr-un calcul simplificat;
proiectarea formei, cu considerarea rezultatelor valorice obținute și a condițiilor funcționale;
efectuarea verificărilor.
Considerând numai efectul momentelor încovoietoare date de sarcinile exterioare și neglijând solicitările suplimentare reduse date de forțele tăietoare și de frecările în reazeme, calculul de proiectare a osiilor se desfășoară după metodele date de rezistența materialelor, în următoarea succesiune a etapelor:
stabilirea schemei de încărcare a osiei cu forțele exterioare;
determinarea analitică sau grafică a reacțiunilor;
determinarea momentelor încovoietoare, pe cale analitică sau grafică, și trasarea liniei lor de variație;
alegerea materialului;
calculul secțiunilor principale după stabilirea prealabilă a rezistenței admisibile, funcție de material și natura solicitării;
proiectarea formei ținând seama de dimensiunile fusurilor de reazem, de locul necesar și modul de solidarizare a elementelor purtate de osie, de diminuarea efectelor de concentrare;
verificarea la oboseală când este cazul;
calculul deformațiilor, când este necesar.
În cazul solicitărilor statice – posibil la osiile fixe – coeficientul de siguranță se obține prin raportarea la limita de curgere σci, când piesa este executată din oțel:
cc = (2.1)[2]
sau la rezistența de rupere σr, când materialul osiei este fonta:
cr = (2.2)[2]
σi fiind efortul unitar efectiv de încovoiere.
Osiile rotative sunt solicitate alternant simetric chiar prin acțiunea unor sarcini constante, deoarece aceeași fibră exterioară, supusă într-o anumită poziție la compresiune, după rotirea cu 1800 este solicitată la întindere. Pentru predimensionare, se va lua deci în considerare rezistența la oboseală σ-1, iar coeficientul de siguranță, la verificare, se poate deduce după metoda Soderberg [7]:
c = (2.4)[2]
unde:
βk – coeficientul efectiv de concentrare;
ε – coeficientul de dimensiune;
γ – coeficientul referitor la calitatea suprafeței;
σv – amplitudinea ciclului.
Valori orientative pentru rezistențele admisibile, folosibile la predimensionări, sunt date în tabelul 3.7 [7]. Porțiunile de rezemare, pentru osia fixă, se verifică la presiunea de contact.
Notând cu R1,2 – reacțiunea, d01,2 – diametrul și l01,2 lungimea porțiunii de rezemare (fig. 1.4), se folosește relația:
p = ≤ pa (2.7)[2]
în care presiunea admisibilă de contact pa poate fi consideratăo valoare din intervalul pa = 500 … 1000 daN/cm2 la încărcare variabilă.
Fig. 1.4 Porțiunile de rezemare – osie fixă
1.2.1 Elemente constructive ale osiilor
Se consideră osia din fig.1.4 cu lungimea l între reazeme, încărcată cu sarcina P, având poziția dată de distanțele l1 și l2.
Menținerea unui diametru constant de-a lungul osiei și eventuala lui micșorare numai pentru fusuri constituie o risipă de metal, deși prelucrarea poate fi mai puțin costisitoare.
Utilizarea rațională a materialului este data de osia de egală rezistență (fig.1.5), având forma unui paraboloid de revoluție de gradul trei, cu diametrul D în dreptul sarcinii și în rest cu diametrul variabil:
dx = D · (2.9)[2]
Fig. 1.5 Osia de egală rezistență
Realizarea unei asemenea forme este însă costisitoare, pe de altă parte, ea nu permite nici rezemarea în lagăre, nici așezarea altor piese pe osie. Forma reală se obține din porțiuni cilindrice și tronconice, care îmbracă apropiat conturul teoretic.
Lungimea părților cilindrice – fusurile și suprafețele de contact cu organele susținute – este determinată prin calculele aferente fusurilor, respectiv prin lungimea necesară a penelor sau a porțiunilor de strângere a butucului pe osie. Se va da atenție racordărilor la salturile de diametre. Pentru osiile tubulare cu diametrul exterior d și interior d1 găurite pe mașini-unelte, se întâlnesc valori:
β = = 0,3 … 0,8 (2.10)[2]
La osiile cu golul realizat prin turnare, procesul tehnologic pune limite grosimii peretelui s = , și anume:
20 < s < 60 mm (2.11)[2]
În general, economia de greutate implică un cost mai ridicat de prelucrare. Soluția optimă trebuie căutată printr-un calcul de economicitate.
1.2.2 Criterii de calcul impuse de rolul funcțional
La proiectarea formei osiilor trebuie să se aibă în vedere:
mărirea rezistenței la oboseală prin reducerea concentratorilor de eforturi unitare și a concentratorilor de sarcini;
asigurarea unei poziții corecte a pieselor susținute în special în direcție axială;
asigurarea tehnologicității osiei, la un cost de fabricație minim.
Interdependența dintre aceste cerințe impune analiza globală a lor. Principala sursă de concentratori de eforturi unitare în cazul osiilor sunt trecerile de secțiune (salturile de diametre), de realizarea acestor treceri depinde însă și posibilitatea de prelucrare, accesibilitatea pietrei de rectificat și sprijinul axial al pieselor montate pe arbore.
În general, salturile de diametre se recomandă să fie executate prin raze de racordare cât mai mari posibile, în orice caz nu mai mici ca 0,1 · d (fig. 1.6 a), unde d este diametrul mic al tronsoanelor de osie învecinate. Razele de racordare sunt standardizate prin STAS 406 – 99, diametrele osiei trebuind să se încadreze în STAS 75 – 96.
Realizarea racordărilor prin două raze (fig. 1.6, b) sau prin treceri alungite cu rază variabilă – de exemplu trecerea de formă eliptică din fig. 1.6, c, diminuează foarte mult efectul de concentrare a eforturilor unitare în zona trecerii de la o secțiune la alta, dar îngreunează execuția [2].
Toate aceste forme de treceri de secțiune prezintă dezavantajul că nu permit folosirea saltului de diametru ca sprijin axial pentru piesele montate pe osie.
Folosirea salturilor de diametru ca reazem (umăr) pentru sprijinul axial al pieselor montate pe osie precum și accesibilitatea pietrei de rectificat în zona de trecere de la un diametru la altul este asigurată de canalele de trecere.
Lățimea acestor canale se recomandă a fi
b = (2,5 … 3) mm, pentru osii cu diametrul până la 50 mm;
b = (4 … 5) mm, pentru osii cu diametrul mai mare de 50 mm.
Adâncimea acestor canale se recomandă să fie
t = (0,25 … 0,5) mm, pentru d < 50 mm;
t = (0,5 … 1) mm, pentru d > 50 mm.
Realizarea umerilor de sprijin axial prin simplă racordare (fig. 1.7 și 1.8) prezintă pe lângă o importantă concentrare de eforturi, neajunsul inaccesibilității pietrei de rectificat la suprafața frontală de reazem și necesită măsuri speciale privind forma piesei sprijinite: executarea de teșituri (fig. 1.7) sau întrebuințarea de piese suplimentare (fig. 1.8) [2].
Fig. 1.6 Raze de racordare – osii
Fig. 1.7 Teșituri – osie
Fig. 1.8 Piese suplimentare – osie
O mărire considerabilă a rezistenței osiei la oboseală în zona de trecere este asigurată, în paralel cu accesibilitatea pietrei de rectificat pe toată porțiunea diametrului minim al tronsonului de arbore și cu asigurarea unui sprijin axial corect al pieselor montate pe osie, de soluțiile din fig. 1.9 și 1.10 [2].
Fig. 1.9 Sprijinire axială varianta 1 – osie
Fig. 1.10 Sprijinire axială varianta 2 – osie
1.3 TEHNOLOGIA DE PRELUCRARE A OSIILOR
În general osiile sunt piese cu forme cilindrice simple sau profilate. Osiile sunt frecvent întâlnite la construcția materialului rulant ca de exemplu – locomotive și vagoane de cale ferată, mine, tramvai etc. Deoarece sun piese supuse la solicitări compuse și la coroziune se execută din oțeluri de bună calitate, în special oțeluri aliate cu nichel, crom, etc., iar semifabricatele se obțin în general prin forjare și matrițare tocmai în scopul obținerii unui fibraj continuu. După tratamentul termic de recoacere și îmbunătățire, se face un control defectoscopic, îndreptarea, apoi se taie adaosul suplimentar de la capete, se execută găurile de centrare pe mașini specializate – fig.1.11, după care urmează celelalte operații și faze de prelucrare. Osiile sunt incluse în general într-un volum de producție de serie, fapt ce permite organizarea unui flux tehnologic, cât și utilizarea unor mașini speciale sau specializate. Prelucrarea acestor tipuri de piese se face atât pe strunguri universale cu unul sau mai multe cărucioare, cât și pe strunguri cu două sănii, astfel încât fiecare dintre ele prelucrează un capăt al osiilor, sau se utilizează strunguri de copiat sau strunguri speciale. În tehnologia de prelucrare a osiilor o atenție deosebită trebuie acordată execuției fusurilor, zonă care se asamblează și alunecă pe lagăre. Când sunt lagăre de alunecare fusul osiei trebuie prelucrat cu precizie ridicată în zona cilindrică.
Razele de racordare se prelucrează în special după tratamentul termic de călire – revenire, asigurându-se o rugozitate bună (Ra = 0,4 … 0,2 μm) și chiar mai ridicată. Tehnologia de execuție a osiilor diferă funcție de dimensiunile și formele pe acre acestea le au.
Fig. 1.11 Executare găuri de centrare – semifabricat osie
Pentru osiile de vagon (fig.1.12, a, b) semifabricatul se obține prin forjare din material OL50 cu fusurile trase mai subțiri. După răcire se face un control vizual, apoi se trasează la o lungime mai mare față de cota finală deoarece este necesar să se lase adaos tehnologic la capetele osiei.
Fig. 1.12 Semifabricat – osie de vagon
Deci, la fiecare șarjă sau lot de piese, pentru tratamentul termic se iau epruvete care sunt prelucrate. La ambele capete ale semifabricatului osiei se dau găuri de centrare simple tip A (fig. 1.11) și apoi se strunjește până se obțin forma și dimensiunile indicate pe desenul de execuție (fig. 1.13).
Fig. 1.13 Formă constructivă finală – osie de vagon
Fusurile sunt tolerate la 150 – 200 μm, dar celelalte cote nu sunt tolerate. După operația de degroșare osia este supusă unui control ultrasonic longitudinal și transversal, se iau probe, se marchează numărul osiei și șarja din care s-a executat. Osia este apoi prinsă în universal și linetă, se strunjește frontal fiind îndepărtat adaosul tehnologic lăsat.
Fig.1.14 Strunjire de finisare – osie
Se execută găurile de centrare după care se execută o strunjire frontală și se dau alte găuri de centrare cu con dublu (tip B) la ambele capete pe strung. După aceea osia este prinsă între vârfuri și se face o strunjire de finisare asigurându-se pe lungimea osiei o rugozitate de circa Ra = 12,5 μm iar, la finisare de circa Ra = 6,3 am, după ce sunt prelucrate la. forma și dimensiunile indicate (fig. 1.14). Strunjirea de finisare a fusurilor se realizează cu dispozitiv de copiat, într-un câmp de toleranță destul de larg. Prelucrarea se face la un capăt, se întoarce osia și se prelucrează la celălalt capăt. Pentru osia de vagoane (v. fig. 1.12, b) șablonul de copiere este prezentat în fig. 1.15.
Fig.1.15 Șablon de copiere – osie de vagon
La acest tip de osie trebuiesc executate la capete câte un canal transversal cu adâncimea de 16 mm și lățimea de 32,5 mm. În acest caz se trasează cele două canale după care sunt executate prin frezare pe Bohrwerk (mașină de găurit și alezat orizontal). Apoi se dau găuri noi de centrare simple și câte două găuri Φ10,5 mm la o distanță de 40 mm față de axa fiecăreia, pe o adâncime de 25 mm (fig. 1.16).
Fig.1.16 Prelucrare capete – osie de vagon
După aceste operații la ambele tipuri de osii se rectifică fusurile la o rugozitate de Ra = 0,8 μm, apoi se rectifică razele de racordare de lângă butuc, Ra = 1,6 μm. De asemenea, se rectifică butucul osiei unde se vor presa roțile la o rugozitate de Ra = 1,6 μm și teșitura. De remarcat că pentru fiecare butuc toleranța trebuie indicată la rectificare după fișa de măsurători ale alezajului roții disc cu care se va asambla și la care trebuie să se realizeze un câmp de toleranță de circa 0,19 – 0,3 mm. După această fază osia (v, fig. 1.12, b) este filetată M 140 x 3 se ajustează și se filetează cele 4 găuri din capătul fusului M12 pe adâncimea de 25 mm.
Se execută controlul final, se marchează frontal anul fabricației și firma executoare, apoi se spală, se face un ultim control, după care apoi este unsă cu vaselină pentru conservare.
Osiile de locomotivă, (fig. 1.17) au o tehnologie mai dificilă deoarece și forma lor este mai complexă, având și condiții tehnice mai pretențioase. Semifabricatul se obține prin forjare din oțel OLC45 STAS 880 – 98 sau 34MoCrNi15 STAS 791-96 și trebuie să fie livrate în conformitate cu condițiile tehnice prevăzute in STAS 1147 – 96. De la secția de forjă osiile trebuie să fie livrate cu proba de incluziune efectuată din capetele osiei.
Osia apoi se trasează începând cu diametrul cel mai mare al osiei și în raport cu acesta se trasează lungimea axului într-o parte și alta. După care se taie și se frezează curat ambele capete. Se execută după aceea controlul ultrasonic longitudinal și transversal în conformitate cu STAS 1947 – 99 și numai după avizul favorabil al controlului se pot continua prelucrările.
Fig.1.17 Osie de locomotivă
Se prinde osia între vârfuri și se strunjește frontal la cota de trasare de 60 mm, care devine baza de măsurare pentru realizarea celorlalte cote, apoi se degroșează la diametrele care sunt indicate la capătul mic. De remarcat că se poate începe și cu capătul mai lung al osiei, luându-se ca bază de măsură tot suprafața frontală a cotei de 60 mm. Capătul osiilor cu diametrul mic nu se cotează la lungime, sunt mai lungi, deoarece din aceste capete trebuie să se scoată epruvete pentru încercări. După prelucrarea unui capăt, osia se întoarce, se prinde între vârfuri și se prelucrează celălalt capăt tot în raport cu cealaltă suprafață frontală a cotei de 60 mm, care este bază de măsurare. După această operație de degroșare se face din nou un control ultrasonic longitudinal și transversal, apoi pe suprafața frontală a ambelor capete se marchează calitatea materialului și numărul șarjei. Se face un tratament termic de îmbunătățire iar după răcire osia este sablată. De subliniat că tratamentul se face numai în cazul când primul tratament al semifabricatului a fost necorespunzător. În continuare din ambele capete se vor tăia epruvete pentru încercări. O epruvetă pentru încercări mecanice se va tăia la lungimea de 210 – 220 mm de la un capăt și apoi se vor mai tăia două epruvete de la ambele capete cu lățimea de 10 – 12 mm pentru analiză chimică și metalografică. Tăierea epruvetelor se poate face cu ferăstrăul circular sau prin retezarea lor pe strung. După retezare, epruvetele sunt marcate atât ele cât și capetele osiei cu calitatea oțelului și numărul șarjei. Epruvetele sunt trimise la laborator și se fac încercările prevăzute STAS 1947 – 96. În acest scop se frezează epruvetele longitudinal și se obțin eșantioane perpendiculare pe fibrajul osiei cu secțiunea 10,5 x 10,5 x 55 și cu rugozitatea pe suprafețe Ra = 6,3 μm. De asemenea se scot eșantioane de dimensiune 12 x 12 x 55 dar din altă zonă a epruvetei, pe direcția longitudinală. După toate analizele și încercările de laborator se avizează prelucrarea osiei în continuare. Ca urmare se orientează ți fixează piesa în universal și linetă, se strunjește frontal în raport cu suprafața frontală (cota de 60 mm), la cota indicată. Apoi se întoarce piesa și se strunjește și celălalt capăt tot în raport cu suprafața frontală. Se dau găuri de centrare, se demontează lineta, se fixează osia în vârful păpușii mobile și se finisează zonele butucilor, pe rând, pentru fixarea linetei, după care se face din nou control ultrasonic. Apoi osia este frezată frontal 1 mm, la dimensiune și se execută găuri de centrare de tipul C cu un burghiu combinat. Se marchează, se orientează și fixează osia între vârfuri și se face o finisare a unui capăt, în raport cu baza de măsurare stabilită, apoi se întoarce osia și se finisează și celălalt capăt.
Se execută o teșitură a suprafeței frontale la un unghi de 200. Se mută piesa pe un alt strung și se execută operația de finisare prin copiere după șablon, realizându-se detaliile prevăzute în desenele de execuție și la rugozitatea Ra = 3,2 μm după care se întoarce osia și se prelucrează la fel și celălalt capăt, iar în final, se prelucrează degajările la baza de măsurare.
După operația de finisare se face un control dimensional și de aspect după care apoi se trasează și se găuresc la capete trei găuri 3 x Φ17,4 x 58, se teșesc, apoi se filetează M 20 pe adâncimea de 50 mm. De asemenea, se trasează două crestături pe umărul capătului mai lung al axului iar după operația de filetare se frezează cele două crestături (caneluri). Osia se prinde între vârfuri și se rectifică pe o serie de suprafețe cilindrice și frontale dintr-o singură așezare, la o rugozitate Ra = 0,8 μm. După aceea, sunt lustruite toate razele de racordare tot la o rugozitate de Ra = 0,8 μm. Se verifică bătaia axială a suprafeței frontale a bazei de măsurare, care trebuie să fie cuprinsă între valorile 0,02 – 0,035 mm. Bătaia radială a fusurilor trebuie să fie de 0,02 mm, iar conicitatea acestora va fi de 0,018 mm pe 150 mm lungime. Netezirea și lustruirea unor racordări se recomandă să se facă prin rulare cu role profilate. După rectificare și lustruire se face un control complex să se vadă dacă nu sunt fisuri pe piesă. După acest control osiile care corespund sunt demagnetizate și apoi sunt rectificați butucii osiei unde trebuie fixate roțile.
1.4 MATERIALE UTILIZATE ÎN FABRICAȚIA OSIILOR
Pentru executarea osiilor se întrebuințează oțeluri carbon și oțeluri aliate, după scopul și condițiile impuse nu numai osiei, ci și fusurilor rezemate în lagăre cu alunecare, și anume:
OL 42, OL 50, OL 60, STAS 500 – 98;
OLC 25, OLC 35 și, îndeosebi OLC 45, după STAS 880 – 96;
oțeluri aliate cu nichel, crom-nichel, crom-mangan, titan, conform STAS 791 – 96, de exemplu 15 CrNi15, 13 CrNi 30, 28 TiMoCr 12, 31 CrMoS 10, 21 TiMoCr 12;
oțeluri turnate sau fonte de înaltă rezistență.
Folosirea oțelurilor aliate trebuie limitată la cazurile în care sunt strict necesare, de exemplu la osiile autovehiculelor, când se pune condiția reducerii greutății și dimensiunilor, simultan cu cea a unei înalte rezistențe a fusurilor la uzură.
Se face și aici recomandarea de a se rezolva problema măririi rezistenței la oboseală și uzură, în primul rând prin măsuri constructive – prin formă – precum și prin tratamente de suprafață mecanice, termice sau termochimice.
În funcție de scop, importanță și dimensiuni, osiile în stare de semifabricat se obțin:
din laminate trase precis, de exemplu osiile cu diametrul d ≤ 140 mm;
din laminate cu forjare ulterioară care, după cum se cunoaște, aduce și o îmbunătățire calitativă;
prin forjare din lingouri: osiile pentru locomotive și vagoane;
prin matrițare, când dimensiunile lor permit și numărul de bucăți justifică costul matrițelor (osii pentru autovehicule);
prin turnare, când este cazul.
După forjare se impune recoacerea pieselor.
Oțelurile aliate necesită tratamente termice de îmbunătățire.
Tratamentele termice prezintă o importanță deosebită, fiind bine cunoscut că proprietățile mecanice ale oțelurilor nu depind numai de compoziția lor chimică, ci și de structura lor, care poate fi influențată prin asemenea tratamente.
Semifabricatele, obținute prin metodele prezentate anterior și prevăzute cu adaosurile de prelucrare fixate prin standarde, sunt prelucrate pe mașini-unelte prin strunjire brută, urmată de netezirea suprafeței.
Calitatea suprafeței joacă un rol deosebit pentru piesele supuse la oboseală, zgârieturile superficiale putând constitui amorse pentru ruperi.
Capitolul II
PROIECTAREA OSIEI MOTOARE A
LOCOMOTIVEI LDE S.N.T.F.M.
Se va verifica osia motoare a locomotivei LDE (Locomotivă Diesel electrică) – S.N.T.F.M.(Societatea națională transport feroviar marfă), cunoscând următoarele date inițiale de calcul:
diametrul cercului de rulare al roții motoare – D = 1400 mm;
raza manivelei – r = 330 mm;
lungimea bielei motoare – l = 2600 mm;
sarcina transmisă șinelor de osia motoare (greutatea aderentă) –
Ga = 14880 daN;
greutatea proprie a osiei motoare (montate) – G0 = 3700 daN;
înălțimea centrului de greutate al locomotivei – h = 1700mm.
Relațiile de calcul utilizate se extrag din [7].
Forma și dimensiunile osiei motoare montate sunt date în fig. 2.1.
S-au notat următoarele părți componente:
osie motoare;
bielă motoare;
contragreutate;
roată de rulare.
2.1 IPOTEZELE DE CALCUL
Osia este solicitată la încovoiere și răsucire. Atât solicitarea de încovoiere, cât și cea de răsucire variază în timpul unei rotații complete a osiei.
În acest capitol se va prezenta numai calculul static al osiei motoare în cazul cel mai defavorabil de încărcare, ce intervine când una din manivele se află la punctul mort.
Deoarece solicitările se schimbă după cum manivela dreaptă sau stângă se află în punctul mort înainte sau înapoi, după modul cum se repartizează momentul motor între osia motoare și cele patru osii de cuplare, precum și în funcție de repartizarea forței de frecare la cele două roți ale osiei, se vor prezenta mai multe cazuri de încărcare pentru a se stabili care din acestea este cel mai defavorabil.
Se va cerceta această situație defavorabilă atât la mersul în aliniament, fără lovituri laterale, cât și în cazul apariției sarcinilor laterale (de la șină), datorite mișcării de șerpuire (în aliniament) sau forței centrifuge (în curbe).
Sarcinile ce lucrează cu aceeași valoare în toate cazurile studiate sunt:
componenta orizontală a forței din biela motoare, care este egală cu forța maximă din tija pistonului, deci (neglijând secțiunea contratijei cu Φ70 mm):
H = P = = 37400 daN = 374000 N
componenta verticală a forței din bielă, pentru poziția verticală a manivelei:
V = P · tgβ = 37400 · 0,12795 = 4780 daN = 47800 N
În care β este unghiul maxim de înclinare a bielei dat de:
sinβ =
β = 7017’30’’
greutățile capetelor bielelor motoare și ale bielelor de cuplare aferente osiei motoare, aceste greutăți fiind mici (de circa 120 kg, respectiv circa 90 kg) pot fi neglijate în calcul, influența lor fiind neînsemnată.
În afară de aceste sarcini lucrează și sarcinile verticale și orizontale primite de la cadrul locomotivei de cele două fusuri, reacțiunile verticale ale șinelor, forțele de frecări dintre roți și șină, precum și reacțiunile laterale ale șinelor.
Valorile acestor sarcini depind de modul de repartiție al momentului motor între osiile cuplare și modul de repartiție al forțelor de frecare între cele două roți ale osiei motoare.
Se consideră următoarele cazuri:
osia fără sarcini laterale datorate șinelor;
osia cu încărcare laterală, la șine, datorită forței centrifuge;
osia cu încărcare laterală de la șine, datorită șerpuirii.
Fig.2.1 Subansamblul osie motoare locomotivă LDE – S.N.T.F.M.
2.2 OSIA FĂRĂ SARCINI LATERALE DATORATE ȘINELOR
Momentul motor dezvoltat de locomotivă când una din manivele se află la punctul mort este:
Mm = H · r = 37400 · 330 = 1234200 daN·cm = 123420000 N·mm
Acest moment motor se repartizează între osia motoare și cele patru osii de cuplare. Asupra modului cum se repartizează acest moment motor se fac următoarele ipoteze:
momentul motor se repartizează în mod egal la cele cinci osii cuplate, astfel ca osia motoare preia a 5 – a parte;
momentul motor se repartizează inegal la cele cinci osii și se presupune că osia motoare preia momentul motor maxim posibil (limitat de aderența maximă dintre roți și șine).
2.2.1 Osia motoare preia a 5 – a parte din momentul motor dezvoltat de locomotivă
Momentul preluat de osia motoare fiind o cincime din momentul motor, rezultă că forța de tracțiune, ce se dezvoltă între roțile osiei motoare și șine datorii aderenței va fi:
Ft = 3526 daN
în care K este numărul osiilor cuplate.
Restul de 4/5 din momentul motor se transmite prin bielele de cuplare la celelalte osii, .astfel încât forța din bulonul de cuplare al osiei motoare este:
Fc = 29920 daN
Se presupune că repartizarea forței de tracțiune, dezvoltată de osia motoare, la cele doua roți, se face astfel:
egal la cele două roți;
proporțional cu reacțiunile verticale ale șinelor.
a) Forța de tracțiune se repartizează egal la cele două roți ale osiei
Se vor considera următoarele cazuri:
manivela din stânga la punctul mort;
manivela din dreapta Ia punctul mort (în aceste două cazuri se vor neglija greutățile bielelor motoare și de cuplare);
manivela din stânga la punctul mort, considerând separat greutățile bielelor motoare și de cuplare.
Cazul – manivela din stânga la punctul mort (1)
În acest caz, sarcinile verticale ce lucrează asupra osiei sunt:
componenta forței din bielă ce acționează asupra butonului motor al manivelei în poziție verticală (manivela din dreapta):
V = 4780 daN
sarcinile pe fusurile osiei, ce se obțin scăzând din greutatea aderentă Ga, greutatea proprie a osiei:
P1 = P2 = daN
reacțiunile șinelor asupra roților:
VA = 5590 – = 4490 daN
VB = 5590 + = 11470 daN
Aceste sarcini produc următoarele momente încovoietoare:
M3 = 4490 · 20 = 89800 kg·cm = 8980000 N·mm
M4 = 4490 · 130 – 5 590 · 110= – 31200 kg·cm = – 3120000 N·mm
M5 = (– 4780) · 34,5 = – 16491000 N·mm
M6 = (– 4780) · 17,8 = – 85 084 N·mm
Sarcinile din planul orizontal sunt:
forțele din buloanele motoare (stâng și drept), care au aceeași valoare dar sunt de sens contrar:
H = 37400 daN
forța din bulonul de cuplare al osiei motoare:
Fc = 29920 daN
forțele de tracțiune ce se dezvoltă datorită aderenței dintre roți și șine:
FA = FB = daN
reacțiunile din fusuri:
Q1 = 1763 + daN
Q2 = 1763 + daN
Sarcinile verticale și orizontale, ce lucrează asupra osiei motoare în acest caz, sunt prezentate în fig.2.2. Momentele încovoietoare în plan orizontal sunt:
M1 = (– 37400) · 17,8 = – 66572000 N·mm
M2 = (– 37400) · 34,5 = – 129030000 N·mm
M3 = (– 37400) · 54,5 – 1763 · 20 = – 207356000 N·mm
M4 = (– 37400) · 164,5 – 1763 · 130 – 66240 X 110 = 90491000 N·mm
M5 = + 37400 · 34,5 – 29920 · 16,7 = 79063600 N·mm
M6 = – M1 = 37400 · 17,8 = 66572000 N·mm
Fig.2.2 Repartizarea sarcinilor pe osia motoare
Momentul de răsucire este:
Mt = 1763 · 70 = (37400 – 29920) · 33 – 1763 · 70 = 123410 N·mm
Cazul – manivela din dreapta la punctul mort (2)
În acest caz forțele din cele două buloane sunt de același sens și reacțiunile din fusuri vor fi:
Q1 = 37400 – 1763 – = – 4265 daN
Q2 = 37400 – 1763 + = 45619 daN
Momentele încovoietoare în plan vertical au aceleași valori ca în cazul (1), dacă se pornește de la dreapta spre stânga, deci:
M1 = – 8508400 N·mm
M2 = – 16491000 N·mm
M3 = – 3120000 N·mm
M4 = + 8980000 N·mm
Momentele încovoietoare în planul orizontal sunt:
M1 = 37400 · 17,8 = 66572000 N·mm
M2 = 37400 · 34,5 – 29920 · 16,7 = 79063600 N·mm
M3 = 37400 · 54,5 – 29920 · 36,7 – 1763 · 20 = 90497600 N·mm
M4 = 37400 · 54,5 – 1763 · 20 =;200304000 N·mm
M5 = 37400 · 34,5 = 129030000 N·mm
Se constată că solicitarea maximă în osie este mai mică decât în cazul (1).
Cazul – manivela din stânga la punctul mort, considerând separat greutățile bielelor motoare și cuplare (3).
Sarcinile ce revin buloanelor motoare și de cuplare ale osiei motoare din greutățile bielelor motoare și cuplare sunt:
Gm = 120 daN; Gc = 90 daN.
În acest caz sarcinile pe fusurile osiei sunt:
P1 = P2 = – (14880 – 3700 – 2 · 120 – 2 · 90) = 5380 daN
Reacțiunile verticale ale șinelor asupra roților au aceleași valori ca și în cazurile precedente:
VA = 4490 daN; VB = 11470 daN.
Momentele încovoietoare în planul vertical sunt:
M1 = – 120 · 17,8 = – 213600 N·mm
M2 = – 120 · 34,5 – 90 · 16,7 = – 564300 N·mm
M3 = – 120 · 54,5 – 90 · 36,7 + 4490 · 20 = 7995700 N·mm
M4 = – 4900 · 54,5 – 90 · 36,7 + 11470 · 20 = – 4095300 N·mm
M5 = – 4900 · 34,5 – 90 · 16,7 = – 17055300 N·mm
M6 = – 4900 · 17,8 = – 8722000 N·mm
Momentele încovoietoare în planul orizontal, ca și momentul de răsucire, au aceleași valori ca în cazul (1).
Se vede că în secțiunea periculoasă, secțiunea 3, solicitarea este mai mică decât la cazul (1), deoarece momentul încovoietor în planul orizontal și momentul de răsucire au aceeași valoare, iar momentul încovoietor in plan vertical este mai mic.
În concluzie, neglijarea în calcul a greutăților bielelor motoare și de cuplare este justificată, influența lor asupra solicitării fiind foarte mică și, în plus, calculul se simplifică.
b) Forța de tracțiune se repartizează la cele două roți proporțional cu reacțiunile verticale (4)
În acest caz se obține:
FA = 992 daN
FB = 2534 daN
Considerând osia cu manivela din stânga la punctul mort (caz care este mai defavorabil), reacțiunile orizontale din fusuri vor fi:
Q1 = daN
Q2 = daN
Sarcinile ce lucrează asupra osiei în acest caz apar în figura 2.3.
Momentele încovoietoare în planul orizontal sunt:
M2 = – 37400 · 34,5 = – 129030000 N·mm
M3 = – 37400 · 54,5 – 992 · 20 = – 205814000 N·mm
M4 = – 37400 · 164,5 – 992 · 130 + 65 189 · 110 = 88953000 N·mm
M5 = + 37400 · 34,5 – 29920 · 16,7 = 79063600 N·mm
M6 = – M1 = 37400 · 17,8 = 66572000 N·mm
Se poate constata că și în acest caz solicitarea este mai mică decât în cazul (1).
2.2.2 Osia motoare preia momentul maxim posibil (5)
În acest caz, considerând coeficientul de frecare, μ = 0,3 și, ținând seama și de greutatea proprie a osiei, rezultă:
FA = 0,3 · daN
FB = 0,3 · daN
Momentul preluat de osia motoare va fi:
M = (FA + FB) · N·mm
iar forța din bulonul de cuplare rezultă:
FC = daN
Reacțiunile din fusuri sunt:
Q1 = daN
Q2 = daN
Osia motoare va avea încărcările arătate în figura 2.3, cazul (5).
Momentele încovoietoare în planul orizontal sunt:
M2 = – 129030000 N·mm
M3 = – 37400 · 54,5 – 1902 · 20 = – 207634000 N·mm
M4 = – 37400 · 164.5 – 1902 · 130 + 67677 · 110 = 104491000 N·mm
M5 = + 37400 · 34,5 – 24889 · 16,7 = 87465400 N·mm
M6 = + 66572000 N·mm
Momentul de răsucire este:
Mt = 1902 · 70 = 133140 daN·cm = 13314000 N·mm
Se constată că solicitarea este mai mare decât în cazul (1).
Diferența între cele două cazuri este însă foarte mică. Întrucât acest ultim caz de solicitare intervine în mod accidental (când una sau mai multe roți de cuplare tind să patineze, coeficientul de frecare sub aceste roți fiind mai mic și, ca urmare, osia motoare se încarcă cu momentul maxim posibil) și având în vedere diferența mică între cele două cazuri, se va considera ca cel mai defavorabil caz de încărcare la mersul în aliniament și fără lovituri laterale, cazul (1).
Pentru acest caz s-au desenat diagramele momentelor încovoietoare în planul orizontal vertical ale momentelor de răsucire și ale momentelor ideale (fig. 2.3).
Fig.2.3 Diagrama de eforturi – cazul (1) de solicitare
2.3 OSIA CU ÎNCĂRCARE LATERALĂ DE LA ȘINĂ DATORITĂ FORȚEI CENTRIFUGE
Forța centrifugă poate încărca roata din dreapta sau din stânga a osiei motoare.
Se vor considera separat cele două cazuri.
2.3.1 Forța centrifugă încarcă roata din dreapta (6)
Se consideră situația cea mai defavorabilă, când datorită forței centrifuge se descarcă complet roata din stânga.
Forța centrifugă, aplicată în centrul de greutate al locomotivei aflat la înălțimea de calcul h = 1700 mm, măsurată de la ciuperca șinelor, are valoarea:
Hs = daN
În acest caz reacțiunea din B și sarcinile din fusurile osiei vor fi:
VB = 11470 + 4490 = 15960 daN
P1 = 5590 – daN
P2 = 5590 + daN
Sarcinile orizontale sunt:
forțele din buloanele motoare:
H = 37400 daN;
forța din bulonul de cuplare:
FC = 29920 daN;
forța de tracțiune:
Ft = 3526 daN (această forță se dezvoltă în întregime la roata din dreapta, deoarece la cea din stânga reacțiunea dintre roată și șină este nulă);
reacțiunile orizontale din fusurile osiei:
Q1 = daN
Q2 = daN
Sarcinile ce lucrează asupra osiei apar în figura 2.4, cazul (6).
Momentele încovoietoare în planul vertical sunt:
M2 = M3 = 0
M4 = 2366 · 110 = 26026000 N·mm
M5 = – 4780 · 34,5 = – 16491000 N·mm
Momentele încovoietoare în planul orizontal sunt:
M2 = – 37400 · 34,5 = – 129030000 N·mm
M3 = – 37400 · 54,5 = – 203830000 N·mm
M4 = – 37400 · 164.5 + 63836 · 110 = 86966000 N·mm
M5 = + 37400 · 34,5 – 29920 · 16,7 = 79063600 N·mm
M6 = + 37400 · 17,8 = + 66572000 N·mm
Momentul de răsucire: Mt = 0.
Rezultă că în acest caz solicitarea în osie este mai mică decât în cazurile precedente.
2.3.2 Forța centrifugă încarcă roata din stânga (7)
Considerând că forța centrifugă lucrează în așa fel încât descarcă complet fusul din dreapta, rezultă:
Hs = daN
iar sarcina în fusul stâng și reacțiunile verticale din partea șinelor vor fi:
P1 = 2 · 5590 = 11180 daN
VA = daN
VB = daN
Sarcinile orizontale, momentele încovoietoare și cele de răsucire rămân aceleași ca în cazul (1). Schema de încărcarea osiei este dată în figura 2.4, cazul (7).
Momentele încovoietoare în planul vertical sunt:
M2 = – 6870 · 80,5 = – 55303500 N·mm
M3 = – 553035 + 12277 · 20 = – 30749500 N·mm
M4 = – 4780 · 54.5 + 3683 · 20 = – 18685000 N·mm
M5 = – 4780 · 34,5 = – 16491000 N·mm
Momentul încovoietor rezultant și momentul ideal apar în diagramele din fig. 2.4.
2.4 OSIA CU ÎNCĂRCARE LATERALĂ DATORITĂ ȘERPUIRII
Forța orizontală Hs, reprezentând lovitura laterală datorită șerpuirii, este dată de formula recomandată în [7]:
Hs= 0,4 · (V + 1000) [daN] (5.3)[7]
în care V este reacțiunea verticală dintre roată si șină.
2.4.1 Lovirea se produce la roata din dreapta (8)
Luând valoarea reacțiunii în momentul când manivela are poziția verticală și, ținând seama și de greutatea proprie a osiei, se obține:
Hs = 0,4 · daN
Reacțiunile verticale dintre roți și șină rămânând neschimbate, valorile momentelor încovoietoare în planul vertical vor fi:
P1 = 5590 + = 9783 daN
P2 = 5590 – = 1397 daN
Reacțiunile verticale dintre roți și șină rămânând neschimbate, valorile momentelor încovoietoare în planul vertical vor fi:
M3 = 4490 · 20 = 89800 kg·cm = 8980000 N·mm
M4 = 4490 · 130 – 9783 · 110= – 492430 kg·cm = – 49243000 N·mm
M5 = (– 4780) · 34,5 = – 16491000 N·mm
M’5 = (– 4780) · 34,5 – 5730 · 80,5 = – 62617500 N·mm
Sarcinile și momentele încovoietoare din planul orizontal, precum și momentul de răsucire vor avea aceleași valori ca în cazul (1).
2.4.2 Lovirea se produce la roata din stânga (9)
În acest caz rezultă:
Hs = 0,4 · daN
P1 = 5590 – = 3438 daN
P2 = 5590 + 2152 = 7742 daN
Momentele încovoietoare în planul vertical vor fi:
M2 = – 2940 · 80,5 = 236370 kg·cm = – 23667000 N·mm
Fig.2.4 Diagrama de eforturi – cazul (2) de solicitare
M3 = – 236670 + 4490 · 20= – 146870 kg·cm = – 14687000 N·mm
M4 = 4790 · 130 – 2940 · 80,5 – 3438 · 110 = – 3115000 N·mm
M5 = (– 4780) · 34,5 = – 16491000 N·mm
Încărcarea din planul orizontal rămâne neschimbată și deci și momentele încovoietoare din planul orizontal și momentele de răsucire vor avea aceleași valori ca în cazul (1).
Se vede că, lăsând la o parte cazul (5), care este un caz cu totul accidental, solicitarea maximă la mersul în aliniament al osiei neîncărcate cu sarcini laterale apare în cazul (1), iar când osia preia și sarcini laterale, cazul cel mai defavorabil este cazul (7).
Pentru aceste cazuri de încărcare, momentele ideale maxime apar în fusul stâng al osiei și au valorile:
Mid1 = 207917000 N·mm
Mid7 = 209990000 N·mm
iar eforturile unitare sunt:
σid1 = daN/cm2 = 228,7 N/mm2
σid2 = daN/cm2 = 231 N/mm2
Acest rezultat se confirmă în practică, semnalându-se osii scoase din serviciu cu defecte la fusul stâng.
Capitolul III
PROCESUL TEHNOLOGIC DE FABRICAȚIE
AL PIESEI „OSIE”, COMPONENTĂ A SUBANSAMBLULUI
„OSIE MOTOARE A LOCOMOTIVEI LDE – SNTFM”6
Acest capitol cuprinde proiectarea procesului tehnologic pentru un reper de bază al subansamblului „Osie motoare a locomotivei LDE – S.N.T.F.M.” și anume OSIA – poziția 1.
3.1 ANALIZA CONSTRUCTIV – TEHNOLOGICĂ A PIESEI „OSIE”
În vederea îmbunătățirii calității și îndeosebi pentru obținerea unei maxime eficiențe la execuția mașinilor și utilajelor este necesar ca înainte de a se trece la prelucrarea pieselor să se analizeze corectitudinea documentației tehnice de execuție, să se aplice corecturile necesare și astfel să se prevină eventualele erori ce pot duce la rebutare sau la un consum suplimentar de manoperă. Elementele de care se ține cont la această operație sunt:
rolul funcțional;
caracteristicile constructive;
tehnologicitatea.
Analiza rolului funcțional
Osia face parte din subansamblul „Osie motoare a locomotivei LDE – S.N.T.F.M.” și are rolul de susținere roțile de rulare ale locomotivei, roți aflate în mișcare de rotație. Din punct de vedere funcțional osia este una rotativă – adică se deplasează odată cu piesele sprijinite (roțile de rulare ale locomotivei montate fretat pe osie). Forma constructivă a osiei este în concordanță cu rolul funcțional al acestuia. În figura 3.1, se prezintă piesa „osie”.
Analiza caracteristicilor constructive
Din punct de vedere constructiv piesa face parte din categoria arborilor în trepte în ambele sensuri. Desenul de execuție, realizat într-o vedere și trei secțiuni definește complet forma osiei. Sistemul de cotare ales corespunde teoriei lanțurilor de dimensiuni și determină corect dimensiunile tuturor suprafețelor. Toleranțele dimensiunilor și calitatea prescrisă a suprafețelor sunt în concordanță cu rolul funcțional al acestora. Desenul de execuție conține informații despre materialul piesei, aceasta urmând a se executa din OLC 45, în stare îmbunătățită. Deoarece nu se precizează caracteristicile mecanice ce trebuie realizate, acestea se vor realiza conform STAS. Se precizează pe desen clasa de execuție a piesei conform STAS 2300 – 88 și nu sunt prevăzute abateri pentru forma geometrică și poziția relativă a suprafețelor.
Fig. 3.1. Piesa – osie
Analiza tehnologicității
Eficiența economică la execuția unei piese depinde în mare măsură de tehnologicitatea acesteia, noțiune care se referă la proprietatea de a putea fi fabricată cu un consum minim de material și de manoperă.
Analizând din acest punct de vedere osia se constată următoarele:
Forma constructivă aleasă este în concordanță cu rolul funcțional. Toate suprafețele au rol funcțional bine definit. Forma piesei este de o complexitate medie, ea conține un număr minim de suprafețe și acestea sunt suprafețe simple care se pot prelucra pe mașini-unelte universale, folosind procedee de așchiere obișnuite. Piesa este prevăzută cu degajări la capetele porțiunilor ce trebuiesc rectificate, necesare pentru ieșirea sculelor;
Dimensiunile suprafețelor și precizia impusă lor poate fi verificată cu instrumente de control tipizate;
Calitatea prevăzută a suprafețelor poate fi obținută practic folosind procedee de prelucrare convenționale;
Piesa conține în componența sa elemente tipizate de organe de mașini: raze de racordare, găuri de centrare, etc., ceea ce face posibilă utilizarea unor scule așchietoare tipizate;
Materialul piesei, oțelul OLC 45, STAS 880 – 98, oțel carbon de calitate pentru tratament termic, destinat construcției de mașini, este un oțel de largă utilizare care nu ridică probleme la aprovizionare și se comportă bine în procesul de așchiere.
Din tabelul 3, pagina 3, STAS 880 – 98, se extrage compoziția chimică a materialului ales.
Tratamentul termic aplicat probelor se extrage din tabelul 7, STAS 880 – 98, pagina 9:
Din tabelul 5, pagina 8, STAS 880 – 98, se extrag caracteristicile mecanice garantate pe produs, determinate pe probe tratate termic. Duritatea maximă a produselor livrate în stare laminată se stabilește la înțelegere între producător și beneficiar. Pentru mărcile de oțel la care nu se precizează valorile durității în stare normalizată, acestea se stabilesc prin contract.
Luate în considerare toate cele prezentate anterior, se poate trage concluzia că desenul de execuție al osiei este corect, construcția este tehnologică și poate sta la baza proiectării procesului tehnologic de prelucrare mecanică.
3.2 ALEGEREA SEMIFABRICATULUI
Procesul tehnologic de prelucrare mecanică depinde în mare măsură, în special în prima parte, de tipul semifabricatului folosit. Acesta determină prin forma și dimensiunile sale, tipul și ordinea operațiilor de prelucrare, volumul de manoperă necesar și implicit gradul de valorificare al materialului. Literatura de specialitate recomandă alegerea semifabricatului în funcție de:
forma, dimensiunile și materialul piesei;
tipul de producție ce trebuie realizat;
posibilitățile practice de execuție;
aprovizionarea existentă.
Alegerea semifabricatului presupune stabilirea tipului de semifabricat optim și apoi determinarea dimensiunilor acestuia. Ținând cont de aceste considerente se constată că la execuția osiei se pot utiliza două tipuri de semifabricat:
semifabricat forjat;
semifabricat laminat.
a) Varianta forjată
Osia se poate executa dintr-un semifabricat forjat, deoarece oțelul OLC45, conform STAS 880 – 98 se poate prelucra prin deformare plastică la cald, iar dimensiunile sale se încadrează în gabaritul pieselor forjate. Forma constructivă și caracterul de unicat al fabricației justifică forjarea liberă la ciocane, a semifabricatului. Luând în considerare indicațiile din STAS 2171 – 94, forma semifabricatului, adaosurile de prelucrare și toleranțele acestora se prezintă în figura 3.2. Calculele se fac conform relațiilor din tab.(1.12)[13].
Date inițiale de calcul:
Ad1 = 30 mm;
Al = 200 mm;
TAd1 = ± 5 mm;
TAl = ± 10 mm.
Cu aceste valori ale adaosurilor dimensiunile semifabricatului vor fi:
dsf. = dpf + Ad1 = 270 + 30 = 300 ± 5 mm
lsf. = lpf + Al = 2000 + 200 = 2200 ± 10 mm
Fig. 3.2. Forma piesei – varianta forjată
În vederea aprecierii modului de utilizare al materialului se calculează coeficientul de utilizare al materialului:
η = [%]
Unde:
Gpf = 537,3 kg, greutatea piesei finite;
Gsf = V · γ, greutatea semifabricatului.
Se calculează volumul semifabricatului:
Vsf = cm3
Greutatea specifică este γ = 7,85 kg/dm3.
Se calculează greutatea semifabricatului:
Gsf = 155508,8 · 7,85 = 1220744,4 g = 1220,75 kg
Coeficientul de utilizare al materialului în varianta forjată va fi:
η = = 44,01 %
b) Varianta laminată
Varianta este posibilă deoarece oțelul OLC45, conform STAS 880 – 98, se poate prelucra prin laminare la cald și se livrează sub formă de bare cu secțiune circulară. Pentru a alege dimensiunea optimă a barei laminate este necesară determinarea adaosurilor de prelucrare necesare. Aceasta se poate face analitic sau pe bază de normative. Se alege metoda analitică, metodă care este mai exactă. Analizând dimensiunile piesei se constată că suprafața care va determina diametrul semifabricatului este suprafața de Φ270, aceasta se obține ca urmare a două operații:
rectificare;
strunjire.
Calculul adaosurilor de prelucrare, pentru suprafața cilindrică Φ270, se face considerând operațiile și fazele necesare prelucrării în ordinea inversă.
Pentru că adaosul de prelucrare este simetric, se utilizează relațiile din [13].
1.Rectificare (operația precedentă este strunjirea într-o singură etapă)
RZp=25 μm
SP=0, (deoarece în cazul prelucrării semifabricatelor care au fost supuse la tratamente termochimice, din expresia adaosului de prelucrare se elimină valoarea lui SP, în scopul păstrării stratului tratat termochimic)
ρP = 2ΔC · lC
ΔC =0,12 μm/mm, tab.(1.4)[13], curbarea specifică
lC = 2000 mm
ρP = 2 · 0,12 · 2000 = 480 μm
La prelucrări între vârfuri nu se face verificarea așezării, (Єv=0)
Adaosul minim pentru rectificare este:
2·ACmin =2· (RZp + ρP) = 2· (25 + 480) = 1010 μm
Din tabelul (7.19)[13], obținem toleranța pentru operația precedentă – strunjire conform clasei 6 de precizie:
Tp =170 μm
Deci adaosul nominal pentru rectificare este:
2ACnom = 2·ACmin + Tp = 150 + 170= 320 μm
Dimensiunea maximă după strunjire (înainte de rectificare), va fi:
dmax = 270 + 1,010 =271,01 mm, se rotunjește
dmax = dnom= 271,5 mm
dmin = 271,5 – 0,170 = 271,33 mm
Operația de strunjire se va executa la cota Φ271,5 -0,170 mm
2) Strunjire(operația precedentă este laminarea)
RZp= 150 μm tab. (3.3) [13]
SP= 250 μm tab. (3.3) [13]
ρP = tab. (1.3) [13]
unde:
ρc=2Δclc tab. (1.4) [13]
Δc =0,4 μm/mm tab. (1.4) [13]
ρc =2 · 0,4 · 2000 = 1600 μm
lc = 2000 mm
ρcentr.=0,25· tab. (1.3) [13]
T =1200 μm tab. (3.1) [13]
ρcentr.= 0,25·= 0,39 mm = 390 μm
ρP== 1647 μm
Adaosul de prelucrare minim pentru strunjire este:
2ACmin = 2· (RZp + Sp) +2ρP =2· (150 + 250) +2 · 1647 = 4093,7 μm
Din tabelul (3.1) [13], se obține abaterea inferioară Ai, la diametrul barei:
Ai = 0,5 mm
Adaosul nominal calculat pentru strunjire, este:
2ACnom = 2·ACmin + Ai = 4,093 + 0,5 = 4,6 mm
Dimensiunea nominală a barei forjate se calculează:
dnom.sf.= dmax + 2·ACnom = 271,5 + 4,6 = 276,1 mm
Se alege un semifabricat forjat, cu diametrul standardizat:
Φ280+0,4-0,5 mm
c) Calculul adaosului de prelucrare pentru suprafața frontală, L=2000 (mm)
Suprafețele frontale de capăt se prelucrează prin strunjire, (operația precedentă este debitarea cu cuțit de strung).
Din tabelul (3.6) [13]:
RZp + Sp =4,5 mm
ρP =0,010 · D =0,010 · 270 = 2,7 mm, neperpendicularitatea capătului barei față de axa semifabricatului
Din tabelul (3.6), se extrage abaterea inferioară la lungimea barei debitate:
Ai = 1 mm
Adaosul minim calculat este:
2ACnom = 2·ACmin + Ai = 0,96 + 1 = 1,96 mm
unde:
2ACmin = 2· (RZp + Sp) +2 · ρP =2 · 4,5 + 2 · 2,7 = 14,4 mm
Dimensiunea nominală pentru debitare este:
Lnom = 2000 + 14,4 = 2014,4 mm; se rotunjește,
Lnom = 2020 mm
La debitare se va respecta cota: 2020 ± 1 mm
Valoarea efectivă a adaosului nominal este:
2ACnom = 2020 – 2000 = 20 mm
Pentru fiecare suprafață frontală adaosul este:
ACnom = 10 mm
Se calculează greutatea semifabricatului laminat:
Gsf = V · γ = 976,4 kg
Coeficientul de utilizare al materialului în varianta laminată este:
η = = 55,02 %
Concluzie
Comparând varianta laminată cu varianta forjată, se constată că prima este superioară cu 11,01 %, pe de altă parte semifabricatele osiilor pentru locomotive se aleg de regulă – semifabricate forjate, se va alege ca variantă un semifabricat forjat.
3.3 STABILIREA SCHEMEI TEHNOLOGICE DE PRELUCRARE ȘI ÎNTOCMIREA SCHIȚELOR FAZELOR DE LUCRU
Reprezintă o etapă de importanță majoră în proiectarea proceselor tehnologice pe strungul SN 630 x 3000, întrucât de modul în care se realizează succesiunea fazelor de prelucrare depinde dezvoltarea ulterioară a pregătirii de fabricație. În principiu este etapa corespunzătoare pregătirii tehnologice pentru mașini-unelte clasice și cuprinde stabilirea traseului tehnologic de prelucrare, care se face aproximativ după aceleași criterii de proiectare. Metodologia generală recomandă dezvoltarea simultană a mai multor variante posibile de traseu tehnologic, urmând ca în etapa finală (dintre cele care nu se elimină pe parcurs) să se selecteze varianta de productivitate maximă (timp de ciclu minim).
În cazul pieselor simple, pe baza experienței de programare a tehnologilor proiectanți, se pot elimina de la început soluțiile dezavantajoase, reținându-se soluția optimă care va fi proiectată și apoi aplicată în producție. Varianta optimă astfel concepută, trebuie să permită introducerea pe parcurs de noi îmbunătățiri care să conducă la micșorarea timpului pe ciclu, la creșterea durabilității sculelor etc.
Traseul tehnologic va cuprinde;
numărul fazei;
denumirea fazei;
schița fazei de lucru;
regimul de lucru;
SDV- urile.
Strungul normal SN 630 X 3000 oferă numeroase posibilități de prelucrare și de aceea se va urmări ca diferitele faze necesare prelucrării să fie grupate pe posturi de lucru, în așa fel, încât să fie posibilă fixarea sculelor și a portscutelor și în același timp să se efectueze cât mai multe prelucrări suprapuse. La amplasarea sculelor și portsculelor trebuie avut în vedere ca, în timpul prelucrării, acestea să nu se deranjeze reciproc și să nu lovească dispozitivul de fixare al piesei sau alt dispozitiv aflat în zona de lucru.
Schița fiecărei faze de lucru se întocmește cu linia subțire cu excepția suprafeței ce se prelucrează la faza respectivă care se reprezintă cu linie groasa. Schița unei faze oarecare, de lucru va reprezenta piesa cu forma ei corespunzătoare dobândită până în acel moment al prelucrării.
Cotarea se va face numai pentru suprafețele care se prelucrează la acea fază de lucru.
Metodologia generală recomandă dezvoltarea simultană a tuturor variantelor considerate ca fiind optime până în etapa finală, când se selectează varianta cu productivitate maximă.
Pentru piesa din figura 3.1 fișa tehnologică de prelucrare este prezentată în continuare:
Se pornește de la un semifabricat forjat Φ300 x 2200.
010 Tratament termic: mormalizare.
020 Frezare capete, la curat cota 2000, executare găuri de centrare B10 STAS 1361 – 92.
030 Strunjire locaș pentru linetă, Φ200, pe lungime 250, respectând cota 725.
040 Strunjire cilindrică exterioară degroșare, în trepte (prindere între vârfuri).
041 strunjire cilindrică exterioară Φ270, 2 porțiuni de lungimi 1025, respectiv 725;
042 strunjire cilindrică exterioară Φ231, 4 zone de lungimi 730, respectiv 270 (de două ori), 430;
043 strunjire cilindrică exterioară Φ210, 3 zone de lungimi 300, respectiv 260 (de două ori);
044 strunjire cilindrică exterioară Φ190,5, 2 zone de lungimi 150, respectiv 110, respectiv Φ200, pe lungime 40;
050 Strunjire cilindrică exterioară finisare, în trepte (prindere între vârfuri).
051 strunjire cilindrică exterioară cota Φ200, pe lungime 790;
051 strunjire cilindrică exterioară cota Φ200, 2 porțiuni de lungimi 1025, respectiv 725;
052 strunjire cilindrică exterioară cota Φ230,5, 2 porțiuni de lungimi 170, respectiv 170;
053 strunjire cilindrică exterioară cota Φ190,5, pe lungime 150;
054 strunjire raze de racordare R25, R20 – conform desen execuție;
055 teșire 3 x 450, conform desen execuție.
060 Tratament termic: îmbunătățire.
070 Rectificare rotundă exterioară Φ230u8 (+0,356+0,284), 2 zone pe lungimi egale 170, respectiv Φ190u8 (+0,308+0,236), pe lungime 150.
080 Lăcătușărie: ajustare, debavurare, marcare.
090 C.T.C. – măsurare cote importante.
3.4 ALEGEREA MAȘINILOR – UNELTE ȘI A S.D.V.- URILOR
Caracteristicile tehnice principale ale strungului universal Sn 630×3000, se prezintă în tabelul 3.1:
Tabelul 3.1
Principalele tipuri de cuțite de strung pentru exterior se prezintă în figura 3.3.
Din tabelul (10.1) [13], se alege o mașină de frezat, FU 350X1850, având următoarele caracteristici tehnice principale:
Tabelul 3.2
Din tabelul (2.1) [13], se alege o mașină de găurit verticală și universală, G25 , ale cărei caracteristici tehnice principale sunt următoarele:
Tabelul 3.3
Fig. 3.3 Tipuri de cuțite de strung pentru exterior
Din tabelul (10.10) [13], se alege mașina de rectificat exterior, WMW SRA 200×800, ale cărei caracteristici principale sunt prezentate în tabelul 3.4:
Tabelul 3.4
3.5 CALCULUL REGIMURILOR DE AȘCHIERE
Calitatea suprafețelor și implicit precizia de prelucrare, precum și volumul manoperei necesare pentru prelucrarea mecanică, depind în mare măsură de elementele regimului de așchiere. Acestea la rândul lor depind de:
proprietățile materialului piesei;
caracterul prelucrării;
caracteristicile sculei așchietoare;
rigiditatea sistemului tehnologic;
mașina-unealtă utilizată;
condițiile practice în care are loc așchierea.
Valorile adaptate pentru elementele regimului de așchiere se pot calcula analitic sau se pot fi alese din normative stabilite pe baze experimentale.
În lucrarea de față se va utiliza metoda analitică care este mai precisă.
Relațiile de calcul tehnologic al regimurilor de așchiere se extrag din [13] pagina 84.
Se va face calculul regimurilor de așchiere pentru următoarele 4 operații reprezentative ale piesei „osie”:
strunjire cilindrică exterioară degroșare;
rectificare rotundă exterioară Φ190 u8;
rectificare rotundă exterioară Φ230 u8.
a) Strunjire – degroșare
Date inițiale de calcul:
D0STAS= 300 mm, diametrul piesei înainte de prelucrare;
Dp = 270 mm, diametrul piesei prelucrate.
Se calculează:
adâncimea de așchiere la strunjirea longitudinală, t (mm):
tL = = 15 mm
numărul de treceri nt:
nt = 6
adaosul de prelucrare, ap(mm):
ap = 2,5 mm
Se impune obținerea unei rugozități de 6,3 μm, strunjirea se execută pe un strung SN 630 X 3000, cu un cuțit armat cu plăcuță din carburi metalice, P30 (grupa de utilizare), având ж=600; жs=150; rε=1 mm, fața de degajare plană cu γ=00 și secțiune transversală a corpului cuțitului ς=20×20 mm2.
avansul pentru strunjirea de degroșare, se alege din tabelul (2.30) [13]:
fL = fT = 1,21 mm/rot, avans ce se poate realiza la strungul SN 630 X 3000, tabelul (1.30) [13].
viteza economică de așchiere, se calculează cu formula:
[m/min] (1.3)[13]
unde:
Cv – coeficient funcție de caracteristica materialului de prelucrat și materialul sculei așchietoare cu răcire;
Cv = 32,4; xv = 0,15; yv = 0,40; n=1,5;
tab.(2.4)[13] pentru oțel carbon cu HB = 185;
xv, yv, n – exponenții adâncimii de așchiere, avansului și durității, tab.(2.4)[13];
T = 120 min – duritatea sculei așchietoare;
m = 0,2 – exponentul durabilității, tab.(2.3)[13];
t = 2,5 mm – adâncimea de așchiere;
f = 1,21 mm/rot – avansul de așchiere;
kv = k1. k2. k3. k4. k5. k6. k7. k8. k9;
k1…k9. – coeficienți cu valori prezentate în continuare
Cuțit cu secțiunea 20 x 20 mm2 : ASecțiune transversală = 400 mm2
= 0,04 – pentru oțel OLC 45
k1 – coeficient funcție de influența secțiunii transversale:
tab.(2.4)[13]
k2 – coeficient funcție de unghiul de atac principal:
tab.(2.6)[13]
unde: φ= 0,45 – exponent funcție de materialul cuțitului P30
k3 – coeficient funcție de unghiul de atac secundar:
tab.(2.7)[13]
unde: a = 15
k4 – coeficient funcție de influența razei de racordare a vârfului cuțitului:
tab.(2.9)[13]
unde: μ= 0,1 – pentru degroșare
k5 = 1,32 ; tab.(2.11)[13]
k6 = 1; tab.(2.12)[13]
k7 = 1; oțel fără țunder
k8 = 0,9 ; pentru forma plană a suprafeței de degajare
kv = 0,984·0,878·1·0,933·1,32·1·1·0,9·1= 0,958
Viteza de așchiere va fi :
Se calculează turația piesei:
Se recomandă n 800, pentru degroșare.
Se alege imediat turația inferioară sau superioară din gama de turații a M.U. -SN 630 X 3000:
n = 12 rot/min, turație aleasă din gama M.U. – SN 630 X 3000
Recalcularea vitezei reale:
viteza de avans vf = n· f = 12 · 1,21 = 14,52 mm/min
Se calculează forțele de așchiere tangențială, respectiv radială cu formulele:
Fz= [daN] (1.6) [13]
Fy= [daN] (1.7) [13]
CFz, CFy, coeficienți dați în tabelul (1.18)[13], funcție de materialul de prelucrat:
CFz= 5,14; CFy=0,045;
xFz, xFy, yFz, yFy, exponenți funcție de materialul de prelucrat, extrași din tabelul (2.19)[13]:
xFz = 1; xFy = 0,75; yFz = 0,9; yFy = 0,75;
nz, ny, exponenți funcție de materialul de prelucrat, tabelul (2.20):
nz = 0,55; ny = 1,3;
Coeficienții globali de corectare a forțelor de așchiere KFz, KFy, se determină cu relațiile:
KFz= Knz · Kҗz · Krz · Khz · Kγz (1.8) [13]
KFy= Kny · Kҗy · Kry · Khy · Kγy (1.9) [13]
unde:
Knz, Kny, coeficienți de corecție funcție de materialul de prelucrat, tabelul (2.21) [13]
Knz = Kny = 1;
Kҗz, Kҗy, coeficienți de corecție funcție de unghiul de atac principal, tabelul (2.22):
Kҗz = 0,96; Kҗy = 0,87;
Krz, Kry, coeficienți funcție de raza de rotunjire de la vârf, tabelul (2.23) [13]:
Krz=
Krz=
Kγz, Kγy, coeficienți funcție de unghiul de degajare, tabelul (2.24) [13]:
Kγz= 1; Kγy= 1;
Khz, Khy, coeficienți funcție de uzura pe fața de așezare, tabelul (2.25) [13]:
Khz = 0,98; Khy = 0,82;
KFz = 1· 0,96 · 0,952 · 1 · 0,98 = 0,895
KFy = 1 · 0,87 · 0,87 · 1 · 0,82 = 0,62
Se obțin componentele forței de așchiere:
Fz= 5,14 · 2,51 · 1,210,9 · 2700,55 · 0,895 = 296,8 daN
Fy= 0,045 · 2,50,75 ·1,210,75 · 2701,3 · 0,62 = 92,66 daN
Puterea de așchiere se calculează cu:
Pa= [kw] (2.10) [13]
Pa=kw ≤ 7,7 kW
Se consideră mașina unealtă SN 630 X 3000 are randamentul η = 0,7, astfel se verifică puterea motorului:
PMu · η = 11 · 0,7 = 7,7 kw
Pa ≤ PMu η
Momentul de torsiune rezultant, se calculează cu:
Mt = [daN·m]
Mt = daN·m
b) Rectificare rotundă exterioară Φ190 u8
Date inițiale:
l = 150 mm, lungimea piesei de prelucrat
Dp =190 u8 mm, diametrul piesei
a =0,09 mm, adaosul de prelucrare radial
B =80 mm, lățimea discului abraziv
Dd =400 mm, diametrul discului abraziv
Scula: disc abraziv E 40 KC, electrocorindon, granulație 40, duritatea K, liant ceramic C.
Din tabelul (6.1)[13] se obține prin interpolare, avansul de pătrundere la rectificarea rotundă exterioară, pentru L/Dp =0,79 și Dp =190 mm :
fp =0,018 mm/c.d.
Pentru β=0,45; determinat din tabelul (6.2)[13], se calculează avansul longitudinal cu relația (6.1)[13]:
fL = βB =0,4580 =36 mm/rot
Din tabelul (6.3), se obține prin interpolare, viteza periferică a piesei:
vp =35 mm/rot
Se obține astfel turația piesei:
np =58,63 rot/min
Numărul necesar de treceri, se obține cu relația :
nt = treceri
Se determină forța de așchiere, FZ [daN],cu relația :
FZ = CFvp0,7fL0,7fp0,6 [daN]
unde:
CF =2,2; pentru oțel călit
FZ =2,2350,7360,70,0180,6 =29,23 daN
Puterea necesară, antrenării discului abraziv, Pd, se calculează cu relația:
Pd = kw
unde: vd =30 m/s, viteza periferică a discului abraziv
Puterea pentru antrenarea piesei, se calculează cu aceeași formulă, însă vd se înlocuiește cu vp, păstrând neschimbată valoarea forței FZ :
Pp =0,167 kw
Pd ≤ PMot.acț.disc = 5,2 kw
Pp ≤ PMot.acț.piesă =0,5 kw
c) Rectificare rotundă exterioară Φ230 u8
Date inițiale:
l = 170 mm, lungimea piesei de prelucrat
Dp =230 u8 mm, diametrul piesei
a =0,09 mm, adaosul de prelucrare radial
B =80 mm, lățimea discului abraziv
Dd =400 mm, diametrul discului abraziv
Scula: disc abraziv E 40 KC, electrocorindon, granulație 40, duritatea K, liant ceramic C.
Din tabelul (6.1)[13] se obține prin interpolare, avansul de pătrundere la rectificarea rotundă exterioară, pentru L/Dp =0,74 și Dp =230 mm :
fp =0,018 mm/c.d.
Pentru β=0,45; determinat din tabelul (6.2)[13], se calculează avansul longitudinal cu relația (6.1)[13]:
fL = βB =0,4580 =36 mm/rot
Din tabelul (6.3), se obține prin interpolare, viteza periferică a piesei:
vp =35 mm/rot
Se obține astfel turația piesei:
np =48,44 rot/min
Numărul necesar de treceri, se obține cu relația :
nt = treceri
Se determină forța de așchiere, FZ [daN],cu relația :
FZ = CFvp0,7fL0,7fp0,6 [daN]
unde:
CF =2,2; pentru oțel călit
FZ =2,2350,7360,70,0180,6 =29,23 daN
Puterea necesară, antrenării discului abraziv, Pd, se calculează cu relația:
Pd = kw
unde: vd =30 m/s, viteza periferică a discului abraziv
Puterea pentru antrenarea piesei, se calculează cu aceeași formulă, însă vd se înlocuiește cu vp, păstrând neschimbată valoarea forței FZ :
Pp =0,167 kw
Pd ≤ PMot.acț.disc = 5,2 kw
Pp ≤ PMot.acț.piesă =0,5 kw
3.6 NORMAREA TEHNOLOGICĂ A OPERAȚIILOR DE AȘCHIERE
Norma tehnică de timp este durata necesară pentru executarea unei operații în condiții tehnico-economice determinate și cu folosirea cea mai rațională a tuturor mijloacelor de producție.
În norma tehnică de timp intră o sumă de timpi, astfel:
[min] (1.1)[13]
unde:
Tu – timpul normat pe operație;
tb – timpul de bază (tehnologic, de mașină);
ta – timpul auxiliar;
ton – timp de odihnă și necesități firești;
td – timp de deservire tehnico-organizatorică;
tpi – timp de pregătire-încheiere;
n – lotul de piese care se prelucrează la aceeași mașină în mod continuu;
Suma dintre timpul de bază și timpul auxiliar se numește timp efectiv sau timp operativ.
Relațiile de calcul în vederea normării operațiilor de așchiere se dau în [13] pagina 60.
a) Strunjire – degroșare
Timpul de bază tb, se determină cu relația (3.12)[13], având în vedere și schema de calcul din figura 3.4.
tb = [min] (3.12)[13]
Date inițiale:
n = 12 rot/min, turația piesei;
f = 1,21 mm/rot, avansul;
vf = n x f = 14,52 mm/min, viteza de avans;
l = 1750 mm, lungimea suprafeței prelucrate;
t = 2,5 mm, adâncimea de așchiere.
Fig. 3.4 Strunjire degroșare
tb = min
Timpul ajutător pentru prinderea și desprinderea piesei, ta, tab.(3.68)[13]:
Timpul de deservire tehnică, tdt, tab.(3.79)[13]:
Timpul de deservire organizatorică, tdo, tab.(3.79)[13]:
Timpul de odihnă și necesități firești, ton, tab.(3.80)[13]:
Timpul de pregătire-încheiere, Tpi, tab.(3.65)[13]:
Tpi = 18 min
Lotul de piese: n = 20 buc.
Norma de timp la strunjire degroșare:
min
b) Rectificare rotundă exterioară Φ190 u8
Timpul de bază, tb, se calculează cu relația din tabelul (10.15)[13], cu raportare la figura 3.5.
tb =min
Fig. 3.5 Rectificare rotundă exterioară
Pentru rectificarea cu ieșirea liberă a discului:
L= l – (0,2…..0,4) · B = 140 mm
Coeficientul ‘’k’’, pentru finisare, k = 1,3……1,6
Timpul de pregătire încheiere, Tpi, tab.(10.14)[13]:
Tpi = 20 min
Lotul de piese: n = 20 buc.
Timpul ajutător pentru prinderea și desprinderea piesei, ta, tab.(10.19)[13]:
ta = ta1 + ta2 + ta5 = 0,38 + 1,15 + 0,21= 1,74 min
Timpul de deservire tehnică, tdt, tab. (10.9)[13]:
tdt == 0,130 min
Durabilitatea discului abraziv, T = 40 min
Timpul de deservire organizatorică, tdo, tab.(10.23)[13]:
Timpul de odihnă și necesități firești, ton, tab.(10.24)[13]:
Norma de timp la rectificare rotundă exterioară I:
min
c) Rectificare rotundă exterioară Φ230 u8
Timpul de bază, tb, se calculează cu relația din tabelul (10.15)[13]:
tb =min
Pentru rectificarea cu ieșirea liberă a discului:
L= l – (0,2…..0,4) · B = 158 mm
Coeficientul ‘’k’’, pentru finisare, k = 1,3……1,6
Timpul de pregătire încheiere, Tpi, tab.(10.14)[13]:
Tpi = 20 min
Lotul de piese: n = 20 buc.
Timpul ajutător pentru prinderea și desprinderea piesei, ta, tab.(10.19)[13]:
ta = ta1 + ta2 + ta5 = 0,38 + 1,15 + 0,21= 1,74 min
Timpul de deservire tehnică, tdt, tab. (10.9)[13]:
tdt == 0,294 min
Durabilitatea discului abraziv, T = 40 min
Timpul de deservire organizatorică, tdo, tab.(10.23)[13]:
Timpul de odihnă și necesități firești, ton, tab.(10.24)[13]:
Norma de timp la rectificare rotundă exterioară II:
min
Capitolul IV
CALCULUL COSTULUI DE FABRICAȚIE AL PRODUSULUI
„OSIE MOTOARE A LOCOMOTIVEI LDE – S.N.T.F.M.”
Costul de fabricație se calculează după algoritm de calcul economic din [10]:
Preț achiziționare semifabricat – Psemif [LEI/kg];
Greutatea semifabricatului – Gsemif. [kg];
Costul semifabricatului, Csemif. = Psemif Gsemif. [LEI];
Salariul pe oră al operatorului – Sop =15000 LEI/oră – acesta se înmulțește cu un coeficient k = 0,85;
Norma de timp pe operații – Nt op [ore];
Costul manoperei – Cmanopera = Sop k Nt op [LEI];
CAS – salarii directe – CCAS = 22 % Cmanopera [LEI];
Cota pentru șomaj – Cșomaj = 5 % Cmanopera [LEI];
Cota pentru sănătate Csănătate = 7% Cmanopera [LEI];
Regia secției – Cregie = (150 – 700)% Cmanopera [LEI];
Costul de fabricație – Cpiesă = Csemif. + Cmanopera + CCAS + Cșomaj + Cregie + Csănătate [LEI]
Rata de profit – n = 15 %
Prețul de producție – Pproducție = Cpiesă.(1+ n/100 [LEI];
TVA = 19 % Cpiesă
Prețul cu TVA – PTVA = Pproducție .(1+TVA/100 [LEI];
Modelul de calcul se face pe o singură operație.
Practic însă se calculează manopera la toate operațiile și apoi se aplică cheltuielile de la punctele următoare.
Se calculează costurile de fabricație pentru piesele principale componente, din cadrul ansamblului ,,Osie motoare a locomotivei LDE ’’ astfel, pentru :
osie motoare;
bielă motoare;
roată de rulare;
contragreutate.
Se extrag, din tabelul 4.1, prețurile unor materiale reprezentative utilizate în construcția de mașini.
Tabelul 4.1
a) Denumire produs : OSIE MOTOARE
Material: OLC 45
Preț achiziționare semifabricat – Psemif =1,2396 LEI/kg
Greutatea semifabricatului – Gsemif. =537,3 kg;
Costul semifabricatului, Csemif. = Psemif Gsemif. =666 LEI
Salariul pe oră al operatorului – Sop =3,8000 LEI/oră
Norma de timp pe operații – Nt op =25 ore
Costul manoperei – Cmanopera = Sop Nt op =95,0000 LEI
CAS – salarii directe – CCAS = 22 % Cmanopera =20,9000 LEI
Cota pentru șomaj – Cșomaj = 5 %.Cmanopera =4,7500 LEI
Cota pentru sănătate – Csănătate = 7 % Cmanopera =6,6500 LEI
Regia secției – Cregie = (150 – 700)% Cmanopera =142,5000 LEI
Costul de fabricație –
Cpiesă = Csemif. + Cmanopera + CCAS + Cșomaj + Csănătate + Cregie =935,8 LEI
Rata de profit – n = 15 %
Prețul de producție – Pproducție = Cpiesă.(1+ 0,15/100) =937,2 LEI
TVA = 19 %
Prețul cu TVA – PTVA = Pproducție .(1+TVA/100) = 1115,3 LEI
b) Denumire produs : BIELĂ MOTOARE
Material: OLC 45
Preț achiziționare semifabricat – Psemif =1,2396 LEI/kg
Greutatea semifabricatului – Gsemif. =83,234 kg;
Costul semifabricatului, Csemif. = Psemif Gsemif. =103,17687 LEI
Salariul pe oră al operatorului – Sop =3,8000 LEI/oră
Norma de timp pe operații – Nt op =30 ore
Costul manoperei – Cmanopera = Sop Nt op =114,0000 LEI
CAS – salarii directe – CCAS = 22 % Cmanopera =25,0800 LEI
Cota pentru șomaj – Cșomaj = 5 %.Cmanopera =5,7000 LEI
Cota pentru sănătate – Csănătate = 7 % Cmanopera =7,9800 LEI
Regia secției – Cregie = (150 – 700)% Cmanopera =171,0000 LEI
Costul de fabricație –
Cpiesă = Csemif. + Cmanopera + CCAS + Cșomaj + Csănătate + Cregie =427 LEI
Rata de profit – n = 15 %
Prețul de producție – Pproducție = Cpiesă.(1+ 0,15/100) =427,57 LEI
TVA = 19 %
Prețul cu TVA – PTVA = Pproducție .(1+TVA/100) =508,8 LEI
c) Denumire produs : ROATĂ DE RULARE
Material: 34 MoCr 11
Preț achiziționare semifabricat – Psemif =2,2350 LEI/kg
Greutatea semifabricatului – Gsemif. =195,65 kg;
Costul semifabricatului, Csemif. = Psemif Gsemif. =432,3 LEI
Salariul pe oră al operatorului – Sop =3,8000 LEI/oră
Norma de timp pe operații – Nt op =40 ore
Costul manoperei – Cmanopera = Sop Nt op =152,0000 LEI
CAS – salarii directe – CCAS = 22 % Cmanopera =33,4400 LEI
Cota pentru șomaj – Cșomaj = 5 %.Cmanopera =7,6000 LEI
Cota pentru sănătate – Csănătate = 7 % Cmanopera =10,6400 LEI
Regia secției – Cregie = (150 – 700)% Cmanopera =228,0000 LEI
Costul de fabricație –
Cpiesă = Csemif. + Cmanopera + CCAS + Cșomaj + Csănătate + Cregie =864 LEI
Rata de profit – n = 15 %
Prețul de producție – Pproducție = Cpiesă.(1+ 0,15/100) =865,3 LEI
TVA = 19 %
Prețul cu TVA – PTVA = Pproducție .(1+TVA/100) =1029,7 LEI
d) Denumire produs : CONTRAGREUTATE
Material: OLC 45
Preț achiziționare semifabricat – Psemif =1,2396 LEI/kg
Greutatea semifabricatului – Gsemif. =84 kg;
Costul semifabricatului, Csemif. = Psemif Gsemif. =60,18255 LEI
Salariul pe oră al operatorului – Sop =3,8000 LEI/oră
Norma de timp pe operații – Nt op =25 ore
Costul manoperei – Cmanopera = Sop Nt op =95,0000 LEI
CAS – salarii directe – CCAS = 22 % Cmanopera =20,9000 LEI
Cota pentru șomaj – Cșomaj = 5 %.Cmanopera =4,7500 LEI
Cota pentru sănătate – Csănătate = 7 % Cmanopera =6,6500 LEI
Regia secției – Cregie = (150 – 700)% Cmanopera =142,5000 LEI
Costul de fabricație –
Cpiesă = Csemif. + Cmanopera + CCAS + Cșomaj + Csănătate + Cregie =330 LEI
Rata de profit – n = 15 %
Prețul de producție – Pproducție = Cpiesă.(1+ 0,15/100) =330,5 LEI
TVA = 19 %
Prețul cu TVA – PTVA = Pproducție .(1+TVA/100) = 393,26 LEI
Cunoscând costurile pentru cele patru componente analizate se determină costul de fabricație total al ansamblului „Osie motoare a locomotivei LDE”, prin însumarea celor patru componente principale:
CANSAMBL. OSIE MOTOARE=COSIE MOTOARE+CBIELĂ MOTOARE+2·CROATĂ RULARE+
+CCONTRAGREUTATE= 935,8 + 427 + 864·2 + 330 =
= 3421 LEI ≈ 855,25 EURO
CANSAMBL. OSIE MOTOARE = 3421 LEI ≈ 855,25 EURO
La cursul valutar 1 EURO = 4 LEI
Capitolul V
NORME SPECIFICE DE SECURITATEA MUNCII PENTRU
PRELUCRAREA METALELOR PRIN AȘCHIERE
Înainte de începerea lucrului muncitorul va controla starea mașinii, a dispozitivelor de comandă (pornire, oprire și schimbare de sens a mașinii), existența și starea dispozitivelor de protecție și a grătarelor din lemn. Lucrătorul ce deservește mașina-unealtă acționată electric va verifica zilnic:
integritatea sistemului de închidere a carcaselor de protecție;
starea de contact între bornele de legare la pământ și conductorul de protecție;
continuitatea legăturii la centura de pământare.
Lucrătorilor ce deservesc mașinile-unelte nu li se permite să execute lucrări de reparații la mașini sau la instalații electrice. Obligatoriu agregatul sau mașina-unealtă vor fi oprite și scula îndepărtată în următoarele situații:
la fixarea sau scoaterea piesei de prelucrat din dispozitivele de prindere atunci când mașina nu are dispozitiv special care permite executarea acestor operații în timpul funcționării mașinii;
la măsurarea manuală a pieselor de prelucrat:
la schimbarea sculelor și dispozitivelor;
la oprirea motorului transmisiei;
se vor deconecta motoarele electrice de alimentare ale mașinii-unelte la părăsirea locului de muncă sau a zonei de deservire;
la orice întrerupere a curentului electric;
la curățirea și ungerea mașinii și la îndepărtarea așchiilor;
la constatarea oricăror defecțiuni de funcționare.
Așchiile și pulberile se îndepărtează cu ajutorul măturilor sau periilor speciale și a cârligelor. Se interzice înlăturarea așchiilor cu mâna. Evacuarea deșeurilor de la mașină se face ori de câte ori prezența lor este stânjenitoare. Piesele prelucrate, materialele, deșeurile se vor așeza în locuri stabilite pentru a nu împiedica mișcările lucrătorilor. Petele de ulei de pe grătare sau paviment se înlătură prin acoperire cu rumeguș.
a) Norme de securitate la prelucrarea metalelor prin strunjire
Fixarea cuțitelor de strung în suport se va face astfel încât înălțimea cuțitului să corespundă procesului de așchiere. Fixarea cuțitului în suport se face cu toate șuruburile din dispozitivul port-sculă. Partea din cuțit ce iese din suport nu va depăși de 1,50 ori înălțimea corpului cuțitului pentru strunjirea normală. La montarea și demontarea mandrinelor universalelor și platourilor de strung se vor folosi dispozitive de susținere și deplasare. La fixarea și scoaterea pieselor din universal se vor utiliza chei corespunzătoare fără prelungitoare din țeavă sau alte pârghii. La fixarea pieselor în universalul strungului se va respecta condiția L ≤ 3D, unde D și L sunt lungimea și diametrul piesei de prelucrat. Se vor folosi lunete, la prelucrarea pieselor lungi, pentru susținere. La fixarea piesei între vârfuri se va fixa rigid păpușa mobilă, iar pinola se va bloca în poziție de strângere.
Slăbirea piesei din pinola păpușii mobile se va face numai după oprirea strungului:
înaintea începerii lucrului strungarul va verifica starea fizică a fiecărui bac de strângere;
înainte de începerea lucrului strungarul va verifica dacă modul în care este ascuțit cuțitul de strung și dacă profilul acestuia corespund prelucrării pe care trebuie să o execute precum si materialului din care este confecționată piesa.
Cuțitele prevăzute cu plăcuțe din carburi metalice sau ceramice vor fi ferite de șocuri mecanice. Angajarea cuțitului în material se va face fin, după punerea în mișcare a piesei de prelucrat. La sfârșitul prelucrării se va îndepărta mai întâi cuțitul și apoi se va opri mașina.
La prelucrarea între vârfuri se vor folosi numai antrenoare de tip protejat sau șaibe de antrenare protejate. Se interzice urcarea pe platoul strungului carusel în timp ce acesta este conectat la rețeaua de alimentare. Se interzice așezarea sculelor și pieselor pe platou, dacă utilajul este conectat la rețeaua electrică de alimentare. Pe strungurile automate se vor prelucra numai bare drepte, teșite la ambele capete.
b) Norme de securitate la prelucrarea materialelor prin găurire, alezare, honuire
Mandrinele pentru fixarea burghielor și alezoarelor se vor strânge și desface numai cu chei adecvate, care se scot înainte de pornirea mașinii. Burghiul sau alezorul din mandrina de prindere va fi centrat și fixat. Scoaterea burghiului sau alezorului din mandrină se va face numai cu ajutorul unei scule speciale. Se interzice folosirea burghielor, alezoarelor sau sculelor de honuit cu cozi uzate sau care prezintă crestături. urme de lovituri. Este interzisă folosirea burghielor necorespunzătoare sau prost ascuțite. Ascuțirea burghielor se va face numai cu burghiul fixat în dispozitive speciale. Cursa sculei se va regla în așa fel, încât aceasta să se poată retrage cât mai mult la fixarea sau desprinderea piesei; Înaintea fixării piesei pe masa mașinii se vor curăța canalele de așchii. Prinderea și desprinderea piesei pe și de pe masa mașinii se vor face numai după ce scula s-a oprit complet. Înaintea pornirii mașinii se va alege regimul de lucru corespunzător operației care se execută, sculelor utilizate și materialului piesei de prelucrat.
În timpul funcționării mașinii se interzice frânarea cu mâna a axului port-mandrină.
Mașinile de găurit portative se vor lăsa din mână numai după oprirea burghiului.
c) Norme de securitate la prelucrarea metalelor prin rectificare și polizare
Alegerea corpului abraziv se va face în funcție de felul materialului de prelucrat, de forma și dimensiunile piesei de prelucrat, de calitatea suprafeței ce trebuie obținută, de tipul și starea mașinii, de felul operației de prelucrat. Montarea corpurilor abrazive pe mașini se face de către persoane bine instruite si autorizate de conducerea unității să execute astfel de operații.
La montarea corpului abraziv pe mașină se va verifica marcajul și aspectul suprafeței corpului abraziv și se va efectua controlul ultrasunet, conform standardelor în vigoare sau conform documentației tehnice ale produsului. Fixarea corpului abraziv va asigura o centrare perfectă a acestuia în raport cu axa de rotație. Corpurile abrazive cu alezaj mic se fixează cu flanșe și butuc. Flanșa fixă (de sprijin) va fi solidarizată cu arborele printr-un regim sigur de fixare; flanșa mobilă (de strângere) va intra cu joc pe butuc sau pe arbore, ajustajul fiind indicat în STAS 9092/1-93. Corpul abraziv va intra liber pe arbore, în cazul flanșelor fără butuc, respectiv pe flanșa fixă și pe cea mobilă în cazul flanșelor cu butuc, abaterile limită fiind indicate în STAS 9092/1-93. Este interzisă echilibrarea corpurilor abrazive prin practicarea unor scobituri pe suprafața acestora. Nu este permisă utilizarea pe mașini a corpurilor abrazive ale căror turații sau viteze periferice nu sunt inscripționate pe ele. Corpurile abrazive cu tijă vor fi astfel fixate încât lungimea liberă a cozii să nu depășească pentru turația respectivă pe cea indicată de producător.
d) Norme de securitate la prelucrarea metalelor pe mașini de frezat
Mașinile de frezat vor fi astfel concepute încât sensul de rotire al frezei să corespundă cu poziția reazemelor dispozitivelor de fixare astfel ca acestea să preia eforturile ce iau naștere în timpul așchierii. Pentru o mai bună rigidizare trebuie ca reazemele și dispozitivele de fixare să fie cât mai aproape de suprafața de frezat. Mașinile de frezat vor avea un dispozitiv de frânare rapidă, fără șocuri a arborelui principal. Conceperea mașinilor de frezat cu avansuri automate, vor fi astfel realizate încât:
mișcarea de avans să nu aibă loc fără mișcarea de rotire a arborelui principal;
la oprirea generală a mașinii mai întâi trebuie să se oprească mișcarea de avans și după aceea mișcarea de rotire a arborelui principal.
BIBLIOGRAFIE
1. Babonnais, J. L., – Le management de projet de A a Z,
530 questions pour faire le point,
Editions d’Organisation, 2003
2. Barbu, L. ș.a., – Osii și arbori,
Editura didactică și pedagogică,
BUCUREȘTI, 2003
3. Drăghici, G., – Principiile teoretice ale proiectării
tehnologiilor în construcția de
mașini,
Editura didactică și pedagogică,
BUCUREȘTI, 2006
4. Dubbel, M., – Manualul inginerului mecanic,
Editura tehnică, BUCUREȘTI, 2005
5. Ianici, S., – Organe de mașini,
Volumul 1 și 2, Editura Universitatea
,,Eftimie Murgu’’ REȘIȚA, 2002
6. Ionete, C., – Comportamentul procesului
de formare a prețurilor,
Editura Academiei, BUCUREȘTI, 2001
7. Ivan, N.ș.a., – Sisteme CAD / CAPP / CAM,
Teorie și practică, Editura tehnică,
BUCUREȘTI, 2004
8. Mănescu, T., – Rezistența materialelor,
Volumul 1 și 2, REȘIȚA, 1995
9. Mokthar, J., – Manual de inginerie industrială,
Editura Tehnică, volumul 1,
BUCUREȘTI, 2002
10. Moșteanu, T. ș. a., – Prețuri și tarife,
Curs, ASE, BUCUREȘTI, 2004
11. Rădulescu, Gh.ș.a., – Îndrumar de proiectare în construcția de
mașini, Volumul 3,
Editura tehnică, BUCUREȘTI, 2006
12. Simion, I., – AutoCAD 2005 pentru ingineri,
Editura tehnică, BUCUREȘTI, 2003
13. Vela, I., – Proiectarea dispozitivelor,
Editura "Eftimie Murgu", REȘIȚA, 1998
13. Vlase, A.ș.a., – Regimuri de așchiere, adaosuri
de prelucrare și norme tehnice
de timp, Volumul 1 și 2,
Editura tehnică, BUCUREȘTI, 2001
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Proiectarea Si Tehnologia de Fabricatie a Osiei Motoare Pentru Locomotive (ID: 161059)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.