Armaturi Industriale Si Robinetele cu Sfera

Armăturile reprezintă dispozitivele montate pe o conductă sau pe instalații similare, destinate transportului, depozitării sau distribuirii de fluide. În consecință ele sunt elemente de conductă, care pentru închiderea, transportul sau reglarea caracteristicilor fluidului respectiv își modifică secțiunea de trecere; se mai numesc și robinete.

Prin modificarea secțiunii de trecere, efectele principale obținute de armături sunt de închidere, distribuție, reglare, siguranță, reținere etc.

Condițiile funcționale caracteristice fiecărui efect urmărit au determinat forme și tipuri specifice pentru organele principale ale armăturilor, astfel încat acestea nu pot fi schimbate între ele pentru obținerea aceluiași efect.

Clasificarea armăturilor

Importanța pe care o au unele organe ale armăturii la folosirea lor în instalații sau importanța pe care o are materialul de execuție sau fluidul de lucru au dus la stabilirea mai multor criterii de clasificare a armăturilor, ca de exemplu:

După materialul de construcție: robinete de oțel, fontă, bronz, plumb, materiale plastic etc;

După fluidul de lucru: robinete pentru apă, gaze, produse petroliere, produse chimice etc;

După procedeul tehnologic de execuție: robinete forjate, turnate, matrițate, sudate;

După presiunea de lucru a robinetului;

După modul de racordare la conductă;

După tipul mecanismului de acționare;

După destinația lor, armăturile se clasifică astfel:

Armături de închidere și distribuție. Montate pe conductă, acestea au rolul de a asigura întreruperea curgerii fluidului pe porțiunile de conductă opuse intrării și ieșirii fluidului din armătură. Întreruperea curgerii continue prin conductă trebuie să se realizeze complet în poziția închisă a organului de închidere. În poziția deschisă a organului de închidere, armătura în ansamblul ei trebuie să asigure rezistențe de curgere cât mai mici pentru fluidul respectiv.

Armături de reglare. Montate în instalații complexe, în care fluidele reprezintă mediul de lucru supus tehnologic la diferite condiții de debit, presiune, temperatură, nivel etc., armăturile de reglare trebuie să asigure o anumită concordanță între parametrii respectivi sau cel puțin o anumită valoare pentru unul dintre aceștia. În multe cazuri, datorită reglării unor parametrii, armătura de reglare nu poate sau nici nu este indicat să asigure o închidere completă, așa cum se impune la armătura de închidere.

Armături de siguranță și reținere. În desfășurarea unui proces tehnologic, parametrii variabili într-o instalație oarecare, armătura de siguranță are menirea să limiteze creșterea periculoasă a unuia dintre parametrii (de obicei presiunea). Dacă se folosesc armături de siguranță speciale, atunci ele au rolul sa prevină avariile sau, dacă e cazul, să localizeze avariile apărute pe conducte sau să blocheze într-un timp foarte scurt trecerea fluidului dintr-o parte în alta. Armăturile de reținere urmăresc prevenirea circulației inverse a fluidului față de cea stabilită prin procesul tehnologic, fie numai pentru asigurarea desfașurării procesului tehnologic, fie implicit pentru siguranța funcționării instalației.

Aceasta este clasificarea principală a armăturilor industriale, care în ultimul timp este adoptată cel mai mult. Totuși, se întâlnesc cazuri când anumite tipuri de armături incluse într-un grup al clasificării de mai sus se consideră ca grup de clasificare independent. Astfel, armăturile de distribuție se deosebesc de cele de închidere, sau armături de siguranță se consideră numai acelea care se referă la presiune, cele de reținere, avarie, blocaj fiind tratate separat, cu toate că aspectul siguranței în funcționarea sau deservirea instalației pe care îl asigură acestea este evident.

Fig. 1.1 Diferite categorii de robinete (sursa: www.indiamart.com)

Din punctul de vedere al construcției, armăturile prezintă unele elemente principale comune. Astfel la toate armăturile se vor întâlni:

Elementul sau organul de acționare;

Organul de execuție a comenzii primite;

Organul de execuție este format în general din corpul robinetului și organul de închidere. Organul de acționare asigură schimbarea poziției organului de execuție, în interiorul corpului robinetului, conform programului stabilit pentru procesul tehnologic respectiv. Acesta poate funcționa prin primirea unui impuls asigurat manual, mecanic, electric, pneumatic etc.

Principalele criterii după care se alege un robinet pentru uz general sunt următoarele:

Fluidul care se manevrează. Acesta influențează atât tipul de robinet cât și materialul din care este confecționat.

Cerințele funcționale. Influențează în principal alegerea tipului de robinet.

Condițiile de exploatare. Afectează atât tipul de robinet cât și materialele de construcție.

Caracteristicile fluxului și pierderile datorate frecării. Influențează cerințele suplimentare.

Dimensiunea robinetului. Afectează în principal tipul de robinet ales deoarece există dimensiuni care sunt specifice anumitor categorii de robinete.

Cerințe speciale. Acestea pot fi închiderea și deschiderea rapidă, aspectul etc.

În cazul aplicațiilor speciale, alegerea robinetului corect poate fi simplificată pe baza experiențelor anterioare în domeniu sau prin alegerea robinetelor speciale produse pentru serviciul respectiv.

Elementele fundamentale ale unui anumit tip de robinet se referă la caracteristicile acestuia de etanșare, care includ etanșarea în linie a scaunului atunci când este închis și, dacă este aplicabil, etanșarea pe tija care ar trebui să prevină potențialele scurgeri în atmosferă. În cazul proceselor care presupun lucrul cu lichide periculoase, nocive atât pentru atmosferă cât și pentru personal, etanșarea pe tijă este considerată a fi de o mai mare importanță.

Caracteristicile de performanță ale etanșării și ale fluxului sunt aspecte importante în selecția robinetelor. O înțelegere corectă a acestor aspecte este de ajutor și de multe ori esențială în selectarea robinetului corect.

Robinete cu sferă

Generalități

Robinetul cu sferă este un tip de robinet care conține o sferă sau bilă în interior, acesta fiind elementul de control al circulației de fluid prin robinet. Sfera este prevăzută cu o gaură prin mijlocul acesteia. Când alezajul din sferă este în linie cu ambele capete ale robinetului fluxul de fluid este permis. Când robinetul este închis, alezajul este perpendicular pe capetele robinetului, fluxul fiind astfel blocat. Mânerul cu care se manevrează sfera se află în aceeași poziție cu alezajul sferei pentru a se putea cunoaște ușor poziția sferei.

Fig. 1.2 Robinet cu sferă din trei piese cu roată de manevră (sursa: www.weirpowerindustrial.com)

Robinetele cu sferă sunt durabile și pot realiza o închidere etanșă chiar și după mult timp de utilizare. Din acest motiv, robinetele cu sferă sunt preferate în locul celorlalte tipuri de robinete în anumite aplicații care necesită în principal o închidere totală a fluxului prin conducte. Aceste tipuri de robinete nu oferă un control așa fin al reglării debitului de fluid cum o fac alte categorii dar sunt uneori folosite și pentru acest scop.

Fig. 1.3 Secțiune parțială printr-un robinet cu sferă susținută pe ax (sursa: www.c-a-m.com)

Această categorie de robinete este utilizată cu precădere în activități industriale deoarece sunt versatile, ușor de operat și reparat, putând suporta presiuni de până la 1000 bar și temperaturi de până la 250° C. Corpul robinetelor este confecționat din metal, plastic sau metal cu miez ceramic. Sfera este de obicei cromată pentru a-i spori durabilitatea. Există cinci categorii principale de corpuri ale robinetelor cu sferă: dintr-o singură piesă, din trei piese, corp împărțit, cu intrare de deasupra și corp sudat. Diferența dintre aceste tipuri de corpuri este dată de felul în care componentele robinetului sunt confecționate și asamblate, ele având practic același mod de operare. Corpul din trei piese este destinat unei utilizări mai îndelungate, acesta fiind mai ușor de reparat și demontat.

Robinetele cu sferă fac parte din categoria robinetelor rotative al căror element de închidere are forma unei sfere. Scaunul complementar sferei este circular astfel încât tensiunea să fie distrubuită uniform. Multe robinete cu sferă sunt echipate și cu scaune moi care pot lua ușor forma sferei și pot oferii o etanșare bună. Astfel, din punct de vedere al etanșării, conceptul de robinet cu sferă este excelent. Controlul fluxului care apare prin rotirea unui corp rotund în interiorul unui scaun circular sub influența dublei presiuni din partea celor doua scaune este foarte bun. Totuși, dacă robinetul este lăsat parțial deschis pentru o perioadă îndelungată în condițiile unei presiuni ridicate pe sferă, scaunul moale tinde să alunece spre marginea orificiului din sferă apărând astfel posibilitatea blocării sferei în acea poziție. Dacă fluxul este controlat automat, sfera este în continuă mișcare iar riscul blocării este eliminat. Așadar, robinetele cu sferă sunt recomandate pentru oprirea și pornirea fluxului moderat.

Fig. 1.4 Tipuri de robinete cu sferă (sursa: www.indiamart.com)

Datorită mișcării de rotație a sferei între scaune, robinetele cu sferă pot face față fluidelor cu particule solide în suspensie. Totuși, particulele abrazive vor afecta scaunele și suprafața sferei. Materialele cu fibre lungi,dure pot reprezenta de asemenea o problemă deoarece fibrele se pot înfășura în jurul sferei. Pentru a face economie în construcția robinetului, majoritatea robinetelor cu sferă prezintăun alezaj redus cu un pasaj de curgere Venturi de aproximativ trei pătrimi din diametrul nominal al robinetului. Căderea de presiune pe întregul robinet este așa de mică încât nu se poate justifica costul unei sfere cu gaură completă.

Există de asemenea și robinete cu sferă, cu trei sau patru direcții de curgere, sfera din mijloc având canale în formă de T, L sau cruce. Canalele în forma de T pot asigura legătura între oricare din direcțiile disponibile, chiar și simultan, pe când canalele în forma de L pot face legătura între direcția principală de curgere și una laterală, sau poate întrerupe cu totul legăturile dintre direcțiile de curgere. Aceste robinete multidirecționale sunt concepute pentru douăsituații: pentru transmiterea continuă a fluxului, caz în care canalul secundar de curgere se deschide înainte ca cel primar să se închidă și pentru transmiterea întreruptă a fluxului, caz în care canalul secundar de curgere se deschide după cel primar a fost închis. Prima variantă constructivă este destinată aplicațiilor în care nu este permisă întreruperea curgerii fluidului, iar cea de-a doua pentru aplicațiile unde fluxul poate fi întrerupt pentru o anumită perioadă de timp. Totuși, în aplicațiile practice unde operarea se face rapid nu există o diferență sesizabilă între cele două variante constructive.

Fig. 1.5 Exemple de robinete cu sferă cu mai multe ieșiri (sursa: Peter Smith, R.W. Zappe – Valve Selection Handbook)

Fig. 1.6 Robinet cu sferă cu trei ieșiri (sursa: www.youtube.com)

Principalele componente ale unui robinet cu sferă

Fig. 1.7 Componentele principale ale unui robinet cu sferă (sursa: www.en.wikipedia.org)

Corpul robinetului:Accesul la componentele interne ale unui robinet cu sferă se poate face prin mai multe modalități. Acest lucru a dus la dezvoltarea unui număr mare de variante de construcție a corpului robinetelor. În figura 1.8 sunt prezentate principalele tipuri de corpuri folosite la fabricarea robinetelor cu sferă. Corpul dintr-o singură bucată are cel mai mic număr de articulații care pot fi supuse la solicitare. Așadar, acest tip de corp se utilizează în mod deosebit la lucrul cu fluide periculoase. Dacă robinetul urmează a fi îngropat, varianta cu corpul etanșat este cel mai des utilizat. Corpurile dintr-o bucată cu intrare de deasupra și variantele de corpuri alcătuite din mai multe piese oferă un acces ușor la componentele interne ale robinetelor. Alegerea corpului robinetului dintre aceste variante prezentate este adesea o chestiune de preferință personală.

Fig. 1.8 Tipuri de corpuri ale robinetelor cu sferă (sursa: Peter Smith, R.W. Zappe – Valve Selection Handbook)

Mânerul este folosit pentru a putea controla manual robinetul din exteriorul corpului acestuia. Robinetele acționate automat nu prezintă întotdeauna mânere, dar unele pot prezenta și mânere sau ceva similar pentru a asupri comanda automată prin control manual, având astfel un rol de siguranță.

Tija transmite mișcarea de la mâner sau roata de manevră către sferă. Tija trece de obicei prin carcasa robinetului atunci cand aceasta este prezentă. În unele cazuri, tija și mânerul sau tija și sfera pot fi combinate într-o singură piesă. Tija și sfera pot fi asamblate prin înfiletare sau prin introducerea tijei într-un orificiu executat în corpul sferei având aceeași configurație cu capătul tijei.

Sfera este de obicei confecționată din oțel inoxidabil, titan, stelit, alamă sau nichel și este concepută astfel încât să poată lucra eficient în condiții de presiune ridicată. În legătură cu sfera se pot face anumite precizări:

Orificiul din centrul sferei poate fi complet, caz în care diametrul alezajului este același cu cel al țevii pe care este montat robinetul. În acest caz frecarea care apare în interiorul robinetului este redusă. Fluxul nu este restricționat, dar robinetul este de obicei de dimensiuni mai mari și mai scump, această variantă constructivă fiind recomandată în cazurile în care curgerea liberă a fluidului este necesară.

Orificiul din centrul sferei poate fi redus, caz în care diametrul alezajului este mai mic decât diametrul țevii. Această variantă constructivă este de obicei mai ieftină.

Sfera poate fi montată pe un ax sau fus atât în partea superioară cât și în partea inferioară. Această variantă se aplică în general în cazul robinetelor de mari dimensiuni care trebuie să suporte presiuni ridicate.

Fig. 1.9 Variante constructive ale sferei (sursa: www.tarasheh1.com)

Scaunul este suprafața interioară a corpului robinetului care ia contact cu sfera pentru a realiza o legătură etanșă. În cazul robinetelor cu sferă, scaunul este în permanentă legătură cu sfera, dar suprafața de contact se modifică o dată cu rotirea sferei. Scaunul rămâne întotdeauna staționar față de corpul robinetului. Scaunele sunt de regulă împărțite în două mari categorii:

Scaune tari: Acestea fac parte din corpul robinetului și pot permite uneori o mică scurgere.

Scaune moi: Acestea sunt introduse în corpul robinetului și de regulă sunt confecționate din materiale precum teflonul sau diverși elastomeri în funcție de temperatura maximă de lucru.

Scaunele moi au o probabilitate mai mică de a permite scurgeri pe când scaunele tari sunt mai durabile.De obicei, robinetele cu sferă sunt prevăzute cu scaune moi.

Scaunele robinetelor cu sferă

Eficacitatea scaunului și etanșarea ulterioară a unui robinet sunt factori foarte importanți în alegerea corectă a unui robinet pentru a îndeplini o anumită funcție într-un proces. Deoarece scaunele sunt supuse uzurii în timpul executării etanșării, capacitatea de etanșare a scaunului tinde să scadă o dată cu punerea în funcțiune a robinetului.

Fig. 1.10 Secțiune printr-un robinet cu sferă cu evidențierea scaunelor și a sferei (sursa: www.globalspec.com)

Scaune metalice

Uzura din timpul funcționării robinetului nu apare doar în cazul robinetelor cu scaune moi, ci poate apărea și la robinetele cu scaune metalice dacă procesul în care este implicat presupune lucrul cu fluide corozive sau fluide care conțin diverse particule. Scaunele metalice sunt predispuse deformării din cauza fluidelor blocate și particulelor abrazive. În plus, acestea sunt afectate de coroziune, eroziune și abraziune. Dacă dimensiunea particulei de uzură este mare în comparație cu neregularitățile suprafeței, aspectul suprafeței se va deteriora pe parcursul uzurii scaunului. Pe de altă parte, dacă dimensiunea particulei este mai mică, suprafața aspră poate deveni mai fină.

Dimensiunea particulei de uzură nu depinde doar de tipul materialului și condițiile de exploatare ci și de capacitatea de lubrifiere a fluidului și contaminarea scaunului cu produse corozive, ambele reducând în dimensiune particula. Așadar, materialul scaunului trebuie ales astfel încât să prezinte rezistență ridicată la coroziune, eroziune și abraziune.

Dacă materialul ales nu îndeplinește aceste cerințe poate deveni complet inutil pentru sarcina pe care trebuie să o îndeplinească. De exemplu, acțiunea corozivă a fluidului accelerează foarte mult eroziunea materialului. Similar, un material care este foarte rezistent la eroziune și coroziune poate ceda din cauza rezistenței la abraziune reduse. Pe de altă parte, cel mai bun material poate fi prea scump pentru clasa robinetului considerat, deci ar putea fi făcute compromisuri pentru a se obține cele mai bune rezultate.

Scaune moi

Scaunele moi sunt foarte eficiente dar nu lucrează bine la temperaturi și presiuni ridicate.De obicei, producătorii acestor tipuri de scaune menționează minimul și maximul de temperatură și presiune la care scaunele pot fi exploatate. În cazul scaunelor moi, una sau ambele fețe ale scaunului pot fi confecționate din plastic sau cauciuc. Deoarece aceste materiale se pot deforma relativ ușor, robinetele cu scaune moi pot atinge un grad ridicat de etanșare a fluidului. De asemenea, această etanșare ridicată poate fi obținută în repetate rânduri. Pe partea intrării fluidului utilizarea acestor tipuri de scaune este limitată de gradul de compatibilitate cu fluidul și temperatura de exploatare. O limitare a scaunelor moi apare în situațiile în care robinetele sunt utilizate pentru oprirea unui sistem care este brusc umplut de gaz la presiune ridicată. Căldura obținută prin compresiune poate fi destul de ridicată pentru a dezintegra materialul scaunului.

Cel mai important material pentru scaunul robinetelor cu sferă este PTFE-ul (Teflonul), care este imun la aproape toate chimicalele. Această proprietate este combinată cu un coeficient de frecare scăzut, lucrul la o gamă largă de temperaturi și proprietăți excelente de etanșare. Totuși, proprietățile fizice ale acestui material includ de asemenea și un coeficient ridicat de expansiune, slăbiciunea la fluxul rece și gradul de transmitere al căldurii scăzut. Așadar, scaunul trebuie proiectat și fabricat tinându-se cont de toate aceste proprietăți.

Fig. 1.11 Secțiune printr-un scaun metalic cu garnitură de teflon (sursa: www.roccaindorf.com)

Materialele plastice pentru scaunele robinetelor cu sferă sunt de asemenea și teflonul “umplut”,nailonul și multe altele. Pe măsură ce materialul scaunului devine mai dur, proprietatea de etanșare scade, în special la diferențe de presiuni considerabile. Elastomerii precum Buna-N sunt de asemenea utilizați pentru confecționarea scaunelor dar aceștia prezintă restricții privind compatibilitatea cu fluidul vehiculat și temperaturile de lucru. În plus, elastomerii tind să adere la sfera, cu excepția cazului în care fluidul are caracteristici bune de lubrifiere. Pentru exploatarea în aplicații unde nu se recomandă scaunele moi se utilizează cu succes scaunele metalice sau ceramice.

Contactul dintre scaunele robinetelor cu sferă se poate realiza în mai multe moduri. Cele mai utilizate sunt:

De către presiunea fluidului care apasăsfera plutitoare pe scaun. ( fig. 1.14..1.17)

De către presiunea fluidului care apasă un inel plutitor pe sferă. (fig. 1.18)

Prin pretensionarea existentăîntre scaune și sferă. (fig. 1.19)

Prin utilizarea unei forțe mecanice care apare între sferă și scaun în momentul închiderii robinetului. (fig. 1.20)

Robinetele cu sferă sunt de asemenea disponibile în variante în care etanșarea dintre scaun și sferă se atinge cu utilizarea unor inele de strângere cum ar fi inelul “O”. Prima metodăde etanșare este cel mai des utilizată. Presiunea de lucru permisă este limitată în acest caz de abilitatea inelului scaunului din aval de a rezista la încărcarea exercitată de fluid la temperatura de lucru fără a prezenta o deformare permanentă.

Fig. 1.12 Vedere detaliată a contactului dintre scaun și sferă (sursa: www.dafram.it)

Fig. 1.13 Diferența de contact dintre scaun și sferă în funcție de presiunea de exploatare (sursa: www.fbvalve.com)

Inelele scaunelor robinetelor prezentate în figurile 1.14 și 1.15 sunt prevăzute cu o “buză” tip consolă, proiectată astfel încât sfera să ia contact inițial doar cu marginea “buzei”. În timp ce scaunele din aval și amonte sunt pretensionate contra sferei, “buzele” își modifică poziția și rotesc inelele scaunelor. Când robinetul este închis, “buza” scaunului din aval își modifică și mai mult poziția până când întreaga suprafață a scaunului se potrivește cu sfera. Prin această construcție scaunele pot asigura o etanșare bună chiar și la presiuni scăzute ale fluidului vehiculat.

Fig. 1.14 Vedere schematică a unui robinetcu sferă plutitoare, arătând funcția de echilibrare a presiunii a canalelor de la periferia scaunului (Cu amabilitatea Worcester Valve Co. Ltd.), (sursa: Peter Smith, R.W. Zappe – Valve Selection Handbook)

Fig. 1.15 Robinet cu sferă plutitoare cu intrare axială în corp (Cu amabilitatea Jamesbury International Corp.), (sursa: Peter Smith, R.W. Zappe – Valve Selection Handbook)

Inelele scaunelor robinetului din figura 1.14 sunt prevăzute cu canale periferice care poartă denumirea de canale egalizatoare de presiune. Aceste pasaje reduc presiunea din amonte favorizând o echilibrare a presiunii în robinet. Acest lucru se realizează prin permiterea intrării inelului scaunului din amonte în cavitatea robinetului astfel încât inelul ajunge să fie în echilibru de presiuni.

Robinetele prezentate în figurile 1.16 si 1.17 sunt concepute astfel încât să se asigure o pretensionare între scaune. Acest lucru este realizat, în cazul robinetului din figura 1.16, prin susținerea inelelor scaunului pe diafragme metalice care acționează ca niște arcuri pe spatele inelelor. In figura 1.17 pretensionarea se asigură cu un arc care forțează ansamblul sferă-scaun să intre în cavitatea robinetului.

Fig. 1.16 Robinet cu sferă plutitoare și scaune susținute pe diafragme cu corpul tip sandwich (Cu amabilitatea Rich. Klinger AG.), (sursa: Peter Smith, R.W. Zappe – Valve Selection Handbook)

Fig. 1.17 Robinet cu sferă având scaunele amorsate cu arcuri și corp dintr-o singură piesă cu intrare de deasupra (Cu amabilitatea McCanna), (sursa: Peter Smith, R.W. Zappe – Valve Selection Handbook)

Conceptul robinetului cu sferă din figura 1.18 este bazat pe a doua metodă de realizare a contactului dintre scaune, unde presiunea fluidului apasă inelul scaunului pe sferă. Inelul scaunului plutitor este astfel etanșat periferic cu ajutorul unui inel “O”. Deoarece suprafața de presiune necompensată poate fi menținută mică, încărcarea pe scaun pentru o anumită presiune a fluidului poate fi reglată astfel încât să satisfacă capacitatea portantă a scaunului. Aceste robinete trebuie deci folosite pentrul lucrul cu fluide la presiuni ridicate unde robinetele cu sferă plutitoare nu pot fi utilizate cu succes.

Această variantă constructivă de robinet prezintă de asemenea și un dispozitiv care permite rotirea inelelor scaunelor pe o distanță scurtă de fiecare dată când robinetul este acționat. Scopul acestui dispozitiv este acela de a asigura uzura uniformă a scaunului. În caz că etanșarea pe scaun se defectează se pot insera etanșanți în scaune pentru a se asigura o etanșare temporară de siguranță.

Fig. 1.18 Robinet cu sferă susținută pe ax și scaune plutitoare cu corpul sigilat dintr-o bucată (Cu amabilitatea Cameron Iron Works, Inc.), (sursa: Peter Smith, R.W. Zappe – Valve Selection Handbook)

A treia metodă de așezare a scaunelor, în care etanșarea pe scaune este asigurată de pretensiunea dintre scaune și sferă (fig. 1.19), este concepută pentru a limita cuplul operativ al robinetului la presiuni ridicate ale fluidului. Marginile alezajului sferei sunt rotunjite pentru a reduce interferența dintre scaun și sferă atunci când sfera este în poziție deschisă. Atunci când sfera este rotită în poziție închisă, această interferență crește.

Fig. 1.19 Robinet cu sferă susținută pe ax și scaune fixate în corp de către capac cu corp dintr-o singură piesă cu intrare de deasupra (Cu amabilitatea Truflo Limited.), (sursa: Peter Smith, R.W. Zappe – Valve Selection Handbook)

Fig. 1.20 Robinet cu sferă cu mecanism special de poziționare a sferei în scaun (Cu amabilitatea Orbit Valve Company.), (sursa: Peter Smith, R.W. Zappe – Valve Selection Handbook)

A patra metodă de așezare a scaunelor, în care sarcina pe scaune este reglată cu ajutorul unei forțe mecanice, este conceputăpentru a evita alunecările care pot apărea între scaune. În robinetul prezentat în figura 1.20 acest lucru este realizat cu ajutorul unui mecanism care ridică sfera din scaun înainte ca robinetul să se deschidă și o forțeaza să intre înapoi în scaun după ce robinetul se închide.

Materiale utilizate la etanșarea robinetelor

PTFE (politetrafluoretilenă)

PTFE (Teflonul) este un polimer pe bază de fluorocarbon și de obicei este cel mai rezistent chimic dintre toate materialele plastice, păstrând excelente proprietăți de izolare termică și electrică. TFE, de asemenea, are un coeficient redus de frecare astfel încât este ideal pentru multe aplicații care prezintă cuplu mic. Acest material nu prezintă riscul de contaminare și este acceptat pentru utilizare în servicii alimentare. Deși proprietățile mecanice TFE sunt scăzute în comparație cu alte materiale plastice fabricate, proprietățile sale rămân utile pe o gamă largă de temperaturi.

Domeniul de temperatură: -73.3° C la 232.2° C

Culoare: alb

Cuplu aditiv: 0%

RTFE (Politetrafluoroetilenă armată)

RTFE (Teflon armat) conține un procent de fibră de sticlă sau material de umplere pentru a oferi o rezistență suplimentară, stabilitate și rezistență la uzură abrazivă, fluxul latemperatură scăzută și pătrunderea în scaune mulate. Armarea, cum ar fi fibra de sticlă permite o utilizare la presiuni și temperaturi mai mari decât teflonul pur. RTFE nu ar trebui să fie utilizat în aplicații care atacă sticla, cum ar fi acidul fluorhidric și caustice fierbinți/puternice.

Domeniul de temperatură: -195.5° C la 232.2° C

Culoare: "alb-lăptos"

Cuplu aditiv: 0%

TFM

TFM este "a doua generație" de teflon modificat care păstrează proprietățile chimice și rezistența la căldură a primei generații PTFE. Acesta are o structură mai densă decât polimerul standard, PTFE, cu o recuperare mai bună la solicitare.

Domeniul de temperatură: -73.3° C la 260° C

Culoare: alb

Cuplu aditiv: aproximativ 10%

Delrin

Delrin este marcă înregistrată DuPont pentru Polyoxy-metilen. Delrin este foarte rigid, nu suportă bine fluxul rece și prezintă o combinație excelentă de rezistență, duritate, rigiditate, stabilitate, rezistență la abraziune și un coeficient de frecare redus. Delrin permite utilizarea la presiuni de până la 5000 psi, în funcție de dimensiunea robinetului și garnitura folosită.

Domeniul de temperatură: -56.6° C la 82.2° C

Culoare: alb lucios

Cuplu aditiv: aproximativ 20%

PEEK (Polyetheretherketone)

PEEK este un elastomer de temperatură ridicată, semi-rigid, care oferă o combinație unică de proprietăți chimice, mecanice și termice. PEEK este recomandat atunci când se lucrează cu apă și abur la temperaturi de până la 600 ° F și presiuni de până la 6000 psi oferind în același timp o bună rezistență la coroziune.

Domeniul de temperatură: -56.6° C la 315.5 ° C

Culoare: bej / maro

Cuplu aditiv: 75%

UHMWPE (Ultra-High Molecular Weight Polyethylene)

UHMWPEeste un material durabil ideal pentru servicii cu radiații scăzute și rezistent la majoritatea substanțelor chimice corozive. Acest material, de asemenea, îndeplinește cerințele pentru industria tutunului (unde TFE este interzis) și oferă o rezistență excelentă la mediile abrazive.

Domeniul de temperatură: -56.6° C la 93.3° C

Culoare: alb / opac

Cuplu aditiv: 35%

TFE “umplut”

Acest material este folosit în primul rând la robinetele cu sferă sanitare care prezintă la capete cleme. Acestea sunt concepute pentru a reduce posibilitatea de contaminare prin captarea fluidelor de proces în vid care în mod normal, se gasesc în spatele sferei. Etanșările cu cavitațile “umplute” sunt ideale pentru aplicații în care contaminarea încrucișată este un motiv de îngrijorare, cum ar fi vopsele și coloranți sau produsele alimentare, cum ar fi lactatele.

Domeniul de temperatură: -73.3° C la 232.2° C

Culoare: alb

Cuplu aditiv: 50%

Metal (stelit)

Etanșările metalice sunt recomandate pentru aplicații severe, cum ar fi șocul hidraulic, medii abrazive sau în cazul în care este posibilăexistența de resturi de metal blocat. Etanșările metalice sunt modelate în jurul sferei, ceea ce asigură o manevrare lină și o sigilare precisă. Acestea sunt disponibile cu diferite clase de închidere, respectiv clasa IV, V și VI.

Domeniul de temperatură: 315.5°C (cu garnituri de grafit)

Cuplu aditiv: 60%

EPDM (etil-propilenă)

EPDM are rezistențăbună la rupere și la coroziune oferind în același timp o rezistență chimică excelentă la o varietate de acizi și medii slab alcaline. De asemenea, prezintă o rezistență bună la îmbătrânire și la ozon. EPDM este susceptibil la atacurile de uleiuri și, prin urmare, nu este recomandat pentru aplicații care implică uleiuri de petrol, hidrocarburi, alcool, acizi puternici sau alcaline puternice. EPDM, de asemenea, nu ar trebui să fie utilizat pe liniile de aer comprimat.

Domeniul de temperatură: -53.8° C la 315.5° C

Culoare: negru

BUNA-N (nitril)

BUNA-N (BNR) este un polimer de uz general cu o bună rezistență la ulei, apă, solventi și fluide hidraulice. Cu o rezistență bună la compresiune, tracțiune și abraziune, Buna-N, funcționează bine cu medii diverse, cum ar fi acizii grași, uleiuri, alcool, aer comprimat, gaze inactive sau glicerină.

Domeniul de temperatură: -53.8° C la 121.1° C

Culoare: negru

Neopren

Neoprenul este un polimer cu multiple întrebuințări, care este excelent pentru o varietate de aplicații. Caracteristicile dorite includ elasticitate mare, cu compresie scăzută, rezistentă la ulei vegetal și animal și rezistența la flacără. Acest material de etanșare este excelent pentru agenții frigorifici, amoniac si freon și este utilizat în principal la liniile de pulpă si de hârtie (nealbită). Neoprenul nu este recomandat pentru acizi oxidanți puternici, solvenți clorurați, esteri, cetone, hidrocarburi aromatice și lichide hidraulice.

Domeniul de temperatură: -37.2° C la 107.2° C

Culoare: negru

Viton (FKM sau FPM)

Viton este numele de marcă înregistrată DuPont pentru fluoroelastomer și este recunoscut pentru excelenta rezistență la căldură. Cu compatibilitatea chimică extinsă acoperind o gamă largă de temperaturi, acești elastomeri se utilizează într-o varietate mare de aplicații. Viton oferă o excelentă rezistență la combustibili și produse chimice agresive, precum și medii diverse, precum acizi minerali, soluții de sare, hidrocarburi clorurate și uleiuri de petrol. Viton nu ar trebui să fie utilizat în serviciul de apă caldă și de abur.

Domeniul de temperatură: -17.7 ° C la 204.4 ° C

Culoare: negru sau roșu

Grafit flexibil

Grafitul este rezistent la atacul chimic de la aproape toate fluidele organice și anorganice, cu excepția substanțelor chimice puternic oxidante și acizilor minerali concentrați foarte oxidanți. Datorită gamei de temperaturi înalte, grafitul este folosit cu succes în cazul robinetelor care trebuie să prezinte rezistență la foc.

Domeniul de temperatură: -56.6 ° C la 537.7 ° C

Culoare: negru lucios

Etanșarea cu materiale secundare

Anumite robinete prezintă posibilitatea introducerii periodice a diverselor materiale de etanșare în scaunul robinetului sau în tijă acestuia pentru a menține o etanșare adecvată pe o perioadă de timp îndelungată. Spațiile pe unde pot avea loc scurgeri din scaunele metalice pot fi închise prin inserarea materialelor de etanșare în aceste locuri după ce robinetul a fost închis. Inserarea etanșanților în scaune este utilizată pentru a asigura o etanșare de siguranță a scaunului după ce etanșarea originală a cedat.

Fig. 1.21 Evidențierea canalelor prin care se inserează etanșanții (sursa: www.onerovalve.com)

Echilibrarea presiunii

Robinetele cu sferă cu două scaune pot prezenta o cavitate etanșată atât în poziția deschisă cât și închisă. Atunci când robinetul este închis, această cavitate este porțiunea dintre scaunul din aval și cel din amonte. În poziție deschisă, această cavitate etanșată poate exista între sferă și corpul robinetului. Dacă aceste cavități sunt umplute de lichide cu expansiune termală ridicată, creșterea presiunii în aceste cavități poate afecta anumite componente ale robinetului dacă nu se asigură o eliberare a presiunii. Cavitatea dintre sferă și corpul robinetului este eliberată cu ajutorul unui canal de curgere reprezentat sub forma unei găuri în flancul superior sau inferior al sferei. Dacă robinetul este închis, excesul de presiune din cavitatea dintre scaune poate fi eliberată în mai multe feluri. În cazul robinetelor cu sferă cu scaune plutitoare (fig. 1.22) presiunea în exces va deschide etanșarea scaunului din amonte, unde există cea mai mică diferență de presiune. Această acțiune permite presiunii în exces să fie eliberată. În cazul altor robinete cu sferă cu două scaune, presiunea fluidului trebuie să depășească pretensiunea dintre sferă și scaunul din amonte.

Dacă inelele scaunului sunt prevăzute cu arcuri (fig.1.18..1.20), presiunea fluidului poate deschide etanșarea scaunului din amonte fără a deveni periculos de ridicată. Pe de altă parte, dacă inelele scaunului sunt rigide, expansiunea termală a fluidului blocat poate crea o presiune foarte ridicată în cavitatea etanșată. În acest caz, flancul din amonte al sferei este prevăzut de obicei cu un canal de eliberare a presiunii, permițând astfel curgerea prin robinet doar într-un singur sens. Dacă documentația robinetului nu recomandă folosirea anumitor conexiuni de eliberare a presiunii, ar trebui consultat producătorul. Aceste conexiuni nu sunt prevăzute de obicei pentru robinetelecu sferă cu excepția celor care lucrează în sisteme criogenice. Conexiunea de echilibrare a presiunii este necesară în acea situație datorită rigidității materialelor plastice normale moi la temperaturi scăzute, care tind să se opună deschiderii etanșării scaunului din amonte.

Fig. 1.22 Evidențierea cavității cu fluid blocat între sferă și corp (sursa: www.youtube.com)

Dispozitivul antistatic

Scaunele polimerice utilizate la robinetele cu sferă pot izola electric sfera și tija de corpul robinetului. Anumite robinete cu sferă ar trebui să fie prevăzute cu dispozitive antistatice în funcție de condițiile de exploatare. În figura 1.23este prezentat un dispozitiv antistatic tipic alcătuit din pistoane acționate de arcuri, primul poziționat între capul tijei și sfera iar al doilea între tija și corpul robinetului.

Fig. 1.23 Dispozitivul antistatic dintr-un robinet cu sferă (Cu amabilitatea Worcester Valve Co. Ltd), (sursa: Peter Smith, R.W. Zappe – Valve Selection Handbook)

Elementele de legătură ale robinetelor

Robinetele pot fi dotate cu mai multe tipuri de legături care permit conectarea la sistemul de conducte.Cele mai utilizate tipuri de legături sunt flanșele și îmbinarea sudată.

Îmbinarea cu flanșă. Aceasta permite montarea și demontarea rapidă și ușoară pe/de pe conductă a robinetului. Totuși, robinetele cu flanșe sunt mai masive decat cele care prezintă filet și mai dificil de fabricat. La temperaturi ridicate (peste 350° C) la îmbinările prin flanșe puternic solicitate pot apărea scurgeri. Standardele de flanșe pot oferi multe forme ale flanșelor și pot recomanda anumite tipuri de suprafețe. De regulă, flanșele cu fețele zimțate oferă rezultate bune cu garniturile moi, iar cele cu fețele netede cu garniturile metalice.

Îmbinarea sudată. Acest tip de îmbinare se poateutiliza la diverse temperaturi și presiuni și sunt mai sigure la temperaturi ridicate și la alte aplicații dificile decât îmbinările cu flanșe. Totuși, demontarea și repararea acestor îmbinări se face mai dificil decât în cazul îmbinărilor cu flanșe. Acest tip de îmbinare se utilizează în general în cazurile în care robinetul trebuie să lucreze eficient pentru o perioadă îndelungată sau în aplicațiile foarte importante care implică lucrul la temperaturi ridicate.

Fig. 1.24 Îmbinarea prin flanșe a unui robinet cu sferă (sursa: www.youtube.com)

Fig. 1.25 Îmbinarea prin sudare a unui robinet cu sferă (sursa: www.aevalves.com)

Robinete cu sferă expuse la foc

Etanșările moi ale scaunelor și tijelor utilizate la majoritatea robinetelor cu sferă se vor dezintegra dacă vor fi supuse la foc pentru o perioadă îndelungată de timp. Dacă astfel de robinete lucrează cu fluide inflamabile, acestea trebuie concepute astfel încât distrugerea etanșării provocată de expunerea la foc să nu producă scurgeri de fluid. Astfel de concepte sunt prevăzute cu etanșări secundare (de siguranță) care preiau funcțiile etanșării primare atunci când aceasta este afectată. Etanșarea de siguranță a scaunului poate fi reprezentată de un alt scaun metalic teșit la margini aflat în apropierea sferei astfel încât bila să poată plutii contra scaunului metalic după ce inelele moi ale etanșării primare au fost distruse. Acest scaun secundar poate fi prevăzut cu un strat suplimentar de azbest sau grafit pur. Numeroase standarde au fost stabilite pentru a acoperi cerințele de evaluare și testare ale robinetelor cu sferă cu scaune moi atunci când acestea sunt expuse la foc.

Cele trei standarde de bază sunt: BS 5146, API 607 și API RP 6F. Standardul BS 5146 prevede un test în care robinetele sunt supuse flăcărilor în poziție deschisă deoarece se presupune că în caz de incendiu un număr mare de robinete se pot afla în poziție deschisă și trebuie închise. În afară de atenția care trebuie acordată testării robinetelor cu sferă care operează în sisteme cu fluide inflamabile, trebuie sa se țina cont de efectul pe care îl are focul asupra întregului sistem de manipulare al fluidului incluzând celelalte tipuri de robinete, operatorii robinetelor, pompele, filtrele, flanșele țevilor, șuruburile și carcasele. Robinetele cu sferă testați la foc sunt numiți “siguri contra focului” dar acest termen nu este acceptat de producători din punctul de vedere al responsabilității produsului.

Fig. 1.26 Testarea la foc a robinetelor cu sferă (sursa: www.chemicals-technology.com)

Robinete cu sferă pentru servicii criogenice

Robinetele cu sferă sunt utilizate pe scară largă în domeniul criogenic dar conceperea lor trebuie adaptată pentru a fi îndeplinite cât mai bine funcțiile.Un prim lucru care trebuie luat în considerare la conceperea acestor robinete este coeficientul de contracție termală a materialului inelului scaunului, care este de obicei mai mare decât al oțelului inoxidabil al sferei și al corpului robinetului. Astfel, inelele scaunului se micșorează în jurul sferei la temperaturi scăzute cauzând o creștere a cuplului operativ. În cazuri extreme inelul scaunului se poate rupe. Acest efect al contracției termale diferite dintre scaune și sferă poate fi combătut prin reducerea pretensiunii dintre scaune și sferă cu o cantitate care să asigure pretensiunea corectă la temperatură de exploatare scăzută. Totuși, capacitatea de etanșare a acestor robinete poate fi nesatisfăcătoare la presiuni scăzute ale fluidului dacă acestea trebuie să opereze de asemenea la temperatură ambientală.

O altă modalitate de combatere a acestui efect este susținerea scaunelor pe diafragme metalice flexibile, alegând un material pentru inelele scaunului care are un coeficient de contracție termală considerabil mai scăzut decât al teflonului pur, cum ar fi grafitul sau teflonul combinat cu carbon; sau fabricarea inelelor scaunului din oțel inoxidabil cu plăcuțe de teflon de dimensiuni mici.

Deoarece inelele scaunului confecționate din materiale plasticedevin rigide la temperaturi scăzute,calitatea suprafeței scaunului și a sferei trebuie să fie de un standard ridicat pentru a asigura un grad ridicat de etanșare.

Fig. 1.27 Testarea la temperaturi scăzute a robinetelor cu sferă (sursa: www.dafram.it)

Dimensiunile robinetelor cu sferă

Principala practică a producătorilor de robinete din S.U.A era aceea de a alege dimensiunile dintre fețe ale robinetelor cu sferă prevăzuți cu flanșe cât mai apropiate de standardul care oferea cel mai mic consum de material. Acest standard este acela al robinetelor cu sertar dar dimensiunile dintre fețe pentru diametrele cuprinse între DN 150 și DN 300 permit doar construcția cu alezaj redus.

În 1961, când producătorii din Anglia au introdus robinetele cu sferă prevăzute cu flanșe, au fost cereri suplimentare de robinete cu sferă cu alezaj complet. Când a devenit imposibil de acomodat robinetele cu sferă cu alezaj complet în parametrii standardului de robinete cu sertar, au fost adoptate dimensiunile dintre fețe ale robinetelor cu dop.

Așadar, există o serie scurtă și lungă de robinete cu sferă pentru clasa 150 (DN 200..DN 300) și pentru clasa 300: una pentru robinetele cu alezajele reduse respectiv una pentru cele cu alezaje complete.

În cazul exploatării la presiuni ridicate dimensiunile robinetelor cu sertar acomodează atât robinetele cu sferă cu alezaj redus cât și pe cele cu alezaj complet. Standardul principal pentru dimensiunile dintre fețe ale robinetelor este ISO 5752, care cuprinde toată gama de dimensiuni recunoscute mondial utilizate în industria de țeavă.

TEHNOLOGIA DE FABRICAȚIE A SEMICORPULUI ROBINETULUI CU SFERĂ PN 100 DN 150

Analiza datelor de bază, refacerea desenului de execuție și stabilirea caracterului producției

În primul subcapitol se vor analiza principalele informații despre piesa care urmează a fi prelucrată și anume: semicorp robinet.

Piesa este realizată într-o unitate de producție care prezintă toate dotările necesare precum strunguri, mașini de găurit, mașini de rectificat, SDV-uri etc. Se va urmări să se producă piesa cât mai rapid și cât mai economic.

Procesele tehnologice de prelucrare mecanică reprezintă cea mai complexă componentă a procesului de fabricare a pieselor și presupun de obicei costuri mari.

Piesa va fi prelucrată o perioadă mai îndelungată pe strung decât pe mașina de găurit și cea de rectificat deoarece prezintă numeroase suprafețe care necesită strunjire. Acest semicorp de robinet va avea aplicat un tratament termic de normalizare cu răcire lentă în aer pentru a pentru a îmbunătăți caracteristicile mecanice ale oțelului.

Analizând desenul de execuție rezultă anumite aspecte prezentate în continuare.

Piesa este un semicorp care intră în componența unui robinet cu sferă cu 3 elemente PN 100 DN 150. Este prevazută cu flanșe în ambele capete pentru a putea fi conectată într-o parte cu conducta prin care trece un anumit fluid și în cealaltă parte cu corpul din mijloc al robinetului considerat.

Materialul ales este GS-C25 (simbolizarea nouă DIN 17245-77) sau OTA20 (simbolizarea veche).

Desenul de execuție este complet cu toate cotele, abateri, rugozități, etc., ceea ce permite prelucrarea în totalitate a piesei. Se observă că suprafețele care au rugozitatea de 1.6 necesită un grad de prelucrare fin. Aceste suprafețe sunt , , , lungimea piesei 204±0.2, suprafețele frontale interioare corespunzătoare lui , și vor fi prelucrate final prin rectificare.

Suprafețele cu rugozitatea de 6.3 vor fi prelucrate final prin finisare iar zona cuprinsă între cele două flanșe nu va fi deloc prelucrată rămânând suprafața obținută prin turnare.

Piesa este prevăzută cu un canal exterior 7×5° și două canale interioare 2×2, acestea din urmă fiind prezente pentru a putea ușura operația de rectificare cilindrică interioară.

Pentru cotele libere s-au folosit abaterile prezentate în tabelul 2.1.

Tabelul 2.1 Abateri pentru cote libere conform SR EN 22768-1

Pentru stabilirea tipului fabricației se ia în considerație planul de producție de 50 bucăți și masa piesei. Piesa a fost realizată în programul SolidWorks de proiectare 3D iar masa rezultată a fost de 60 de kg.

Conform tabelului 2.2, procesul de fabricație este corespunzător unei producții de serie mică.

Tabelul 2.2 Încadrarea în serii de producție

Analiza caracteristicilor materialului și alegerea semifabricatului

Dupa cum am precizat și în primul subcapitol, pentru realizarea piesei se va alege oțelul GS-C25 care, conform DIN 17245-77, are următoarele caracteristici:

Compoziția chimică, conform tabelului 2.3.

Tabelul 2.3 Compoziția chimică a oțelului GS-C25, conform DIN 17245-77

Caracteristicile mecanice pentru acest semifabricat turnat sunt prezentate în tabelul 2.4 unde reprezintă rezistența la curgere aparentă, rezistența la rupere, iar A alungirea procentuală dupa rupere.

Tabelul 2.4 Caracteristicile mecanice ale matarialului piesei

Tratamentul termic de normalizare pentru acest oțel se realizează prin încălzire la C și răcire lentă în aer.

Pentru această piesă se vor efectua operațiile de degroșare și găurire inițial, apoi va fi aplicat tratamentul termic urmat de operațiile de finisare și rectificare.

Semifabricatul este unul turnat și este prezentat în figura 2.1. Dimensiunile și abaterile au fost selectate din standardul specific semifabricatelor turnate STAS 1592/2-74.

Fig. 2.1 Schița semifabricatului

Stabilirea ultimei operații de prelucrare mecanică pentru fiecare suprafață și a succesiunii operațiilor tehnologice

Ținând seama de tipul semifabricatului ales și de geometria piesei și caracteristicile de rugozitate impuse, ultima operație de prelucrare mecanică pentru fiecare suprafață se stabilește conform tabelului 2.5.

Tabelul 2.5 Succesiunea generică a operațiilor tehnologice

Procesul tehnologic de fabricare a piesei va cuprinde operațiile prezentate în tabelul 2.6.

Tabelul 2.6 Succesiunea operațiilor tehnologice

Proiectarea succesiunii așezarilor și fazelor pentru toate operațiile de prelucrare mecanică

Tabelul 2.7 Succesiunea așezarilor și fazelor (filmul tehnologic)

*Numerotarea sculelor așchietoare s-a facut conform tabelului 2.18.

Determinarea adaosului total și a adaosurilor de prelucrare intermediare

Adaosurile pentru fiecare suprafață definitorie a piesei au fost trecute în tabelele de mai jos.

Adaosul normat este cel care se determină din standarde, norme, sau tabele din literatura de specialitate.

Adaosul calculat rezultă din calcul după rotunjirea dimensiunilor nominale intermediare în concordanță cu precizia instrumentelor de măsurare corespunzatoare operației.

*Valoarea din desen la ultima operație, valoare rotunjită la operațiile intermediare.

Tabelul 2.8 Adaosuri de prelucrare pentru suprafața

Tabelul 2.9 Adaosuri de prelucrare prentru suprafața

Tabelul 2.10 Adaosuri de prelucrare prentru suprafața

Tabelul 2.11 Adaosuri de prelucrare prentru suprafața

Tabelul 2.12 Adaosuri de prelucrare prentru suprafața

Tabelul 2.13 Adaosuri de prelucrare prentru suprafața

Tabelul 2.14 Adaosuri de prelucrare prentru suprafața

Tabelul 2.15 Adaosuri de prelucrare prentru suprafața

Tabelul 2.16 Adaosuri de prelucrare prentru suprafața

Alegerea utilajelor și a SDV-urilor

Caracteristicile mașinilor unelte alese sunt prezentate în tabelul 2.17, iar caracteristicile sculelor așchietoare necesare prelucrărilor au fost trecute în tabelul 2.18.

Tabelul 2.17 Caracteristicile mașinilor unelte

Tabelul 2.18 Caracteristicile sculelor așchietoare

Determinarea parametrilor operațiilor tehnologice de prelucrare mecanică

Regimurile de așchiere se stabilesc pe baza adoptării a unui criteriu determinant: costul minim sau productivitatea maximă. De obicei calculele se fac astfel încat să se obțina un cost minim, dar există și cazuri de prelucrare unde se alege maximizarea productivității.

Un principal factor care influențează regimurile de așchiere îl reprezintă durabilitatea sculei așchietoare, definită ca durata de utilizare efectivă între două reascuțiri. Această durabilitate este determinată fie experimental, fie este adoptată din tabele din literatura de specialitate sau cataloagele producătorilor.

Calculul parametrilor regimului de așchiere presupune determinarea pentru fiecare fază a următoarelor principale mărimi:

– adâncimea de așchiere

– avansul

– viteza de așchiere

– puterea necesară așchierii

Adâncimea de așchiere(t , an ,ap) se stabilește în funcție de adaosul de prelucrare și de tipul prelucrării. Se va urmări minimizarea numărului de treceri pe o suprafață. De obicei, adaosurile de prelucrare sunt astfel determinate încât întregul adaos al fazei să fie îndepărtat într-o singură trecere.

Avansul (fn) se stabilește în funcție de natura prelucrării, rigiditatea și puterea mașinii și de adâncimea de așchiere.

Viteza de așchiere v se determină în funcție de viteza și durabilitatea sculei. Pentru a fi adaptată piesei noastre această viteză a trebuit corectată cu doi coeficienți, unul care ține seamă de duritatea materialului ales în conformitate cu cataloagele din care s-au ales sculele (k1 =1.25) și unul care ține seama de durabilitatea sculei (k2 =0.7).

Acești parametrii sunt furnizați de către producătorii sculelor așchietoare și au fost trecuți în tabelul 2.18.

Tabelul 2.19 Valorile coeficienților de corecție ai vitezei de așchiere

Turația piesei n se calculează cu formula:

[rot/min] , (2.1)

unde D este diametrul sculei sau al piesei.

În urma calculării turației se va căuta în catalogul mașinii unelte o turație apropiată și se va calcula viteza reală de așchiere astfel :

[m/min] (2.2)

Puterea necesară la așchiere Pr se determină cu relația:

[kW], (2.3)

unde Fy este componenta după direcția vitezei a forței de așchiere.

Această putere trebuie să fie cel mult egală cu puterea mașinii unelte. În caz contrar se vor modifica parametrii regimului de așchiere astfel încât această relație să fie respectată.

Parametrii regimului de așchiere la strunjire și găurire au fost calculați cu ajutorul programului Microsoft Excel și trecuți alături de normele de timp în tabelul 2.20.

Parametrii regimului de așchiere la rectificare diferă într-o mică măsură de cei la strunjire și găurire și au fost trecuți separat în tabelul 2.21. Aceștia au fost calculați tot cu ajutorul programului Microsoft Excel pentru un control mai bun al parametrilor.

În continuare se vor defini termenii tabelui 2.21:

mm –adaosul de prelucrare

t mm/ trecere –adâncimea de așchiere

i – numărul de treceri

mm/rot – avansul longitudinal

rot/min – turația discului

rot/min – turația piesei

m/min – viteza de așchiere a discului

m/min – viteza de avans circular a piesei

m/min – viteza longitudinală a mesei

mm/min – avansul de pătrundere

Tabelul 2.20 Parametrii regimului de așchiere și norma tehnică de timp la operațiile de strunjire și găurire

Tabelul 2.21 Parametrii regimului de așchiere și norma tehnică de timp la operațiile de rectificare

Determinarea normelor tehnice de timp a operațiilor tehnologice

Norma tehnică de timp (NT) reprezintă timpul stabilit unui executant, care are calificarea corespunzătoare și lucrează cu densitate normală, pentru efectuarea unei unități de lucru (operație, prelucrare, piesă) în condiții tehnice și organizatorice date.

Structura normei tehnice de timp poate fi exprimată prin relația:

(2.4)

– timpul de bază (de mașină), în min

– timpul auxiliar, în min

– timpul de deservire tehnică, în min

– timpul de deservire organizatorică, în min

– timpul de odihnă și necesități firești, în min

– timpul de pregătire-încheiere, în min

– lotul de piese care se prelucrează la aceeași mașină în mod continu

Suma dintre timpul de bază și timpul auxiliar se mai numește și timp operativ:

[min] (2.5)

Suma dintre timpul efectiv, timpii de deservire și timpul de odihnă și necesitați firești formează timpul unitar :

[min] (2.6)

De aceea, relația normei tehnice de timp se mai poate scrie:

(2.7)

Timpul de bază, Tb, este timpul în care are loc modificarea stării semifabricatului, adică modificarea formei, dimensiunilor, proprietaților fizico-mecanice, etc.

Timpul auxiliar, Ta, este timpul repartizat pentru: prinderea și desprinderea semifabricatului; pornirea și oprirea mașinii-unelte; apropierea și îndepărtarea sculei sau a piesei; pornirea și oprirea sistemului de racire-ungere; măsurarea sau controlul periodic al dimensiunilor.

Timpul de deservire tehnică, Tdt, este timpul necesar pentru: schimbarea sculelor, fie a celor uzate, fie din necesitați tehnologice; reglarea sculelor la cota; reglarea de compensare, ascuțirea sculelor uzate, atunci când aceasta se realizează de muncitorul care prelucrează piesa respectivă, mai ales în cazul producției de serie mica și unicate.

Timpul de deservire tehnică se dă în normative prin procente K1% din timpul de bază:

[min], unde K1 = 2…6 % (2.8)

Timpul de deservire organizatorică , Tdo este timpul afectat pentru: curățirea și ungerea utilajului ; așezarea și curățirea sculelor la începutul și sfârșitul zilei de lucru, îndepărtarea așchiilor.

Timpul de deservire organizatorică se dă în procente K2% din timpul operativ:

[min], unde K2 = 1..3 % (2.9)

Timpul de odihnă și de necesități firești, Ton, este afectat odihnei fiziologice și necesităților firești. Acest timp se dă în procente K3% din timpul operativ:

[min] , unde K3 = 3..5 % (2.10)

Timpul de pregatire încheiere , Tpi, este timpul necesar pentru : primirea desenelor și a instrucțiunilor de lucru, primirea dispozitivelor, sculelor și semifabricatelor ; prinderea dispozitivelor și a sculelor pe mașina-unealtă; reglarea inițială ; desprinderea dispozitivelor, sculelor și predarea lor (în cadrul sculăriilor); predarea lucrului executat și restului de materiale.

Timpul de pregătire încheiere se acordă o dată pentru întregul lot de piese, la începutul schimbului. Acest timp se alege direct din tabele normative, în funcție de mașina-unealtă pe care se lucrează și numărul de scule utilizate.

Pentru reducerea normelor de timp se recomandă în principal următoarele:

reducerea timpului de bază prin: utilizarea sculelor cu partea activă din materiale ce permit așchierea cu viteze mari (plăcuțe din carburi metalice sinterizate cu muchiile lepuite, acoperiri nitruri dure, materiale ceramice, diamante sintetice etc.), îmbunătățirea geometriei sculelor așchietoare, prelucrarea simultană a mai multor suprafețe etc.

reducerea timpului auxiliar prin: utilizarea dispozitivelor de bazare și fixare rapidă, raționalizarea succesiunii fazelor pentru reducerea curselor în gol și a timpilor de manevră, reducerea timpului de măsurare, mecanizarea și automatizarea comenzilor mașinii-unelte;

reducerea timpului de pregătire-încheiere aferent prelucrării lotului de piese prin tipizarea reglărilor și a sistemului de comandă.

Timpii corespunzători operațiilor tehnologice au fost calculați cu ajutorul programului Microsoft Excel si introduși în tabelele 2.20 și 2.21 alături de parametrii regimului de așchiere.

Calculul principalilor indicatori tehnico-economici ai fabricației

Fabricația unei piese este posibilă prin mai multe variante de proces tehnologic, care se diferențiază prin natura procedeelor de prelucrare și utilajul aferent. Procesele tehnologice se pot compara pe baza unor criterii tehnico-economice astfel încât să se aleagă varianta ce permite obținerea piesei cu costuri minime.

Primul nivel la care se impune analiza este cel al semifabricatului, care influențează prin costurile Csf generate de acesta și indicatorul de utilizare a materialului Km definit ca raport între masa piesei și masa semifabricatului.

Masa semifabricatului este : Msf = 106 kg

Masa piesei este : Mp = 60kg

Rezulta Km = 60/106=0.56

Al doilea nivel de analiză este cel al ansamblului operațiilor procesului tehnologic. În cazul producției individuale sau de serie mică pentru analiză se folosesc metode simple ce se bazează pe compararea după timpul de bază, compararea după timpul efectiv sau după timpul unitar. Principalii indicatori sunt prezentați în continuare:

Indicatorul timpului de bază Kse definește prin raportul dintre timpul de bază și timpul unitar. Dacă valoarea acestui indicator este scăzută, înseamnă că procedeul respectiv se caracterizează prin valori ridicate ale timpilor auxiliar, timpilor de deservire și timpilor de întrerupere.

Indicatorul de continuitate a funcționării mașinii-unelte Kfc este definit prin relația:

(2.11)

Se observă că acest indicator evidențiază influența timpului auxiliar, componenta normei de timp ce poate fi redusă prin mecanizarea și automatizarea prelucrării.

Valorile acestor indicatori au fost calculate în Microsoft Excel și trecute în tabelul 2.22.

Tabelul 2.22 Indicatori tehnici ai procesului tehnologic

Tabelul 2.23 Indicatorul timpului de bază

Dacă valorile calculate ale indicatorilor sunt mai mici decât cele recomandate înseamnă că procesul tehnologic poate fi îmbunătățit prin micșorarea timpilor auxiliari și a celor de deservire.

Cea mai bună comparare a proceselor tehnologice se face pe baza costului de producție.

Costul de producție reprezintă valoarea bănească a materialelor, manoperei și a tuturor celorlalte cheltuieli pe care le necesită realizarea unui produs.

Determinarea costului de producție se realizează prin calculul succesiv al valorii componentelor sale:

Costul materialelor Cm:

, (2.12)

În care: Msf este masa semifabricatului , Mp – masa piesei, Pm – prețul unitar al materialului, Pdes – prețul de vânzare al deșeurilor, Papr – cota cheltuielior de aprovzionare [%]; valori uzuale: 5…15% (10%).

Pm = 3 lei/kg ; Pdes= 0,50 lei/kg

Rezultă Cm= (106×3- (106-60)x0,5x(1+10/100) = 324.5 lei

Cheltuielile cu manoperă directă (salarii) Si reprezintă cheltuielile cu salarizarea operatorului pentru fiecare operație i :

, (2.13)

În care: este norma de timp la operația i [min/buc], Shi – salariul tarifar orar al operatorului [lei/oră];

Salariile tarifare se negociază, astfel că analiza se va efectua considerând un salariu mediu în domeniu de 1300 lei /170 ore (o lună) : Sm = 7,65 lei/oră

Operația de găurire (II) poate fi realizată de operatori cu calificare mai scăzută, astfel că salariul orar va fi mai redus: Sh = 0,8xSm = 0,8×7,65=6,12 lei/oră

Costul de secție Csj pentru o secție j, se calculează pentru toate operațiile i care se realizează în secția respectivă:

, (2.14)

În care Rsj este regia secției j, prin care se iau în considerație toate cheltuielile care se fac în secție pentru obținerea produsului (cheltuieli cu menținerea utilajelor în stare de funcționare, cheltuieli cu ascuțirea sculelor, costurile cu energia, salarii pentru personalul tehnic și auxiliar al secției, costurile cu amortizarea mijloacelor fixe etc); regia de secție se determină pe baza datelor contabile, iar valori uzuale curente în economia națională pentru secțiile de prelucrări mecanice sunt Rsj = 300…500%, în funcție de complexitatea dotărilor și de mărimea secției, iar pentru secțiile de tratamente termice, deformări plastice, turnătorie Rsj = 400…600%. Pentru procesul analizat, regia este aceeași pentru toate operațiile: Rsj = 400%

Costul de producție Cp include costul materialului și costurile salariale generate de toate secțiile care contribuie la realizarea produsului:

(2.15)

În care Rint este regia întrepinderii și ține seama de toate cheltuielile realizate la nivelul societății comerciale pentru obținerea produsului; se determină pe baza datelor contabile, iar valorile uzuale sunt Rint = 10…40%. Se alege Rint=20%.

Aceste costuri au fost calculate în Microsoft Excel și trecute în tabelul 2.24.

Tabelul 2.24 Calculul costului

Concluzii

Acest proiect a urmărit principalii pași ai tehnologiei de fabricație al piesei „semicorp robinet” prezentată în desenul de execuție. Semifabricatul ales inițial a fost unul turnat dintr-un oțel turnat OTA20 și a prezentat masa de 106 kg. În urma prelucrărilor de strunjire, găurire și rectificarea produsul finit a ajuns la o greutate de 60 de kg.

Piesa prezentată în desenul de execuție face parte dintr-un robinet cu sferă DN 150 PN 100 cu 3 elemente. Prezinta 2 flanșe cu 16, respectiv, 12 găuri pentru fixare. Suprafețele cilindrice interioare au fost prelucrate final prin rectificare deoarece se cerea o rugozitate mică, respectiv 1.6. Aceste suprafețe au cerințe ridicate de precizie deoarece în această zonă se face etanșarea pe sferă.

Inițial s-a construit desenul corect într-un program modern de proiectare, iar în urma analizei atente a acestuia s-au analizat suprafețele pentru a vedea ultima operație de prelucrare necesară.

S-au căutat adaosurile totale și intermediare în tabele din literatura de specialitate pentru a se putea întocmi filmul tehnologic.

Următorul pas a fost alegerea sculelor așchietoare și a mașinilor unelte. Acestea au fost selecționate pe baza caracteristicilor prevăzute și pe gradul de satisfacere a necesităților regimului de lucru.

Având sculele și mașinile unelte, s-a trecut la calculul și analiza parametrilor de așchiere și a normelor de timp precum și a principalilor indicatori tehnico-economici astfel încât procesul de fabricație să fie cât mai performant.

Cu ajutorul programului de modelare 3D SolidWorks s-a realizat atât semifabricatul, cât și produsul final plasat în 4 vederi distincte pentru a se putea observa mai ușor transformările suferite de piesă. Aceste vederi sunt prezente în imaginile de mai jos.

ANALIZA VALORII ETANȘĂRII INTERIOARE

Principiile de bază

Principiul analizei funcționale. Abordarea funcțională a produselor este caracteristica de bază a metodei. Concepția constructivă a unui produs reprezintă tocmai rezultatul soluțiilor adoptate pentru materializarea fiecăreia dintre funcțiile sale. De aceea, în căutarea soluțiilor constructive ale produselor trebuie plecat de la nomenclatorul de funcții întocmit în prealabil. Fiecare funcție este concepută separat asigurându-se materializarea ei, apoi funcțiile sunt asamblate prin însăși asamblarea corpurilor fizice respective care le permite manifestarea ca atare. În studiul de I.V caracteristicile funcționale ale produsului prezintă mai multă importanță decât cele structurale.

Principiul dublei dimensionări a funcțiilor. Funcțiile unui produs au două dimensiuni: o dimensiune tehnică exprimată printr-o unitate de măsură adecvată și una economică exprimată prin cost. Așadar costul funcției nu se raportează la un corp fizic, ci la o anumită însușire a produsului, care este măsurabilă. Costul total al produsului se determină ca sumă a costurilor funcțiilor.

Principiul maximizării raportului dintre valoarea de întrebuințare și cost. Pentru a realiza o competitivitate maximă este necesar ca produsul să aibă o valoare de întrebuințare cât mai mare și o valoare de schimb cât mai mică, deci să fie fabricat cu costuri reduse. De cele mai multe ori însă costurile funcțiilor nu sunt proporționale cu contribuția acestora la valoarea de întrebuințare generală a produsului. Apare astfel necesitatea stabilirii unui raport optim între funcțiile produslui și costurile necesare realizării lor, în sensul maximizării acestuia.

Principiul abordării sistemice a valorii de întrebuințare.Conform acestui principiu obiectul de studiu al metodei îl constituie în primul rând produsul. Deoarece I.V nu se aplică decât valorilor de întrebuințare care răspund unor nevoi sociale, rezultă că părți din produs (piese, subansamble) nu pot constitui obiect de studiu pentru aceasta, piesa existând ca utilitate numai în cadrul produsului, ca element component al lui, dar izolată, individualizată ea nu răspunde unei nevoi sociale. Aplicarea I.V la o piesă sau un subansamblu dintr-un produs conduce deci la un studiu „ciuntit” care neagă însăși esența I.V. Desigur, pot exista cazuri când datorită complexității produsului I.V nu se poate aplica decât în etape. Pentru a se respecta principiul abordării sistemice, în asemenea cazuri analiza trebuie să pornească de la identificarea funcțiior sistemului în ansmblul său, iar apoi piesele și subansamblele să fie grupate pe aceste funcții și studiate ca atare. În felul acesta se analizează de fapt funcțiile produsului.

Metodologia de aplicare a analizei valorii

Una dintre trăsăturile A.V este aceea că se aplică după un plan de lucru care asigură o activitate sistematică, planificată. Pe baza experienței acumulate din studiile realizate asupra unui număr important de produse, procese tehnologice și obiective de investiții, ca și a cercetărilor teoretice desfășurate pentru perfecționarea și extinderea domeniului de aplicare a A.V, metologia elaborată în 1979 a fost îmbunătățită și dezvoltată. Metodologia aplicata este prezentată în figura 3.1 și cuprinde șase etape și 21 de faze.

Fig 3.1Metodologia de aplicare a analizei valorii

Analiza necesității sociale

Informarea

Succesul acestei faze este condiționat de răspunsurile la următoarele întrebări:

Ce informații sunt necesare?

Ce trebuie să facem pentru a le obține?

Răspunsul la prima întrebare presupune, în accepțiunea I.V, trei categorii de informații:

în legătură cu nevoia socială;

în legătură cu aspectele tehnice, tehnologice, constructive, de personal legate de fabricarea produsului și aprovizionarea cu resursele necesare în acest scop;

în legătură cu aspectele economice, legate în special de costul produsului.

Informațiile privind nevoia socială servesc la stabilirea structurii și volumului cererii prezente și viitoare la care trebuie să răspundă produsul studiat, la cunoașterea tuturor categoriilor de beneficiari și a ponderii fiecăruia în totalul cererii. Tot în această categorie intră și informațiile privind funcționalitatea și performanțele produsului pe categorii de beneficiari, condițiile de livrare (ambalaje), gradul de competitivitate pe piața externă etc.

Pentru culegerea informațiilor se folosesc cercetările de marketing și se fac studii de prognoză a evoluției cererii pe un interval de 3- 5 ani. O atenție deosebită trebuie acordată ciclului de viață a produsului și identificării momentului apariției unor noi nevoi sociale.

Orice produs are o durată de existența. După lansarea pe piață cererea crește continuu până la o limită care marchează saturația pieței, apoi coboară treptat ajungând la zero odată cu apariția unui produs nou ce oferă beneficiarilor satisfacții mai mari. Evoluția cererii pentru o dezvoltare în limita de saturație poate fi exprimată cu ajutorul relației:

(3.1)

unde: a – limita de saturație;

be – coeficienții ce se determină prin analiza funcției de regresie;

Informațiile culese în această fază vor fi utilizate și la întocmirea nomenclatorului de funcții și a gamei tipodimensionale cea mai potrivită în raport cu segmentele de consumatori.

Informațiile tehnice ( engineering ) legate de fabricarea produsului trebuie să redea nivelul tehnic, soluțiile constructive și tehnologice, modul de organizare și desfășurare a producției, date tehnice cu privire la istoricul produsului, data proiectării inițiale și modificările de proiect, dificultățile întâmpinate, ultimile specificații, desenele reperelor și ale produsului. Informațiile vor fi folosite în fazele următoare și constituie totodată sursa de bază pentru realizarea etapei a treia la analiza critică și reconceperea produsului.

Documentele din care se culeg informațiile sunt: tema de proiectare; desenele; dosarul de omologare; fișele tehnologice; planul de operații; desenele SDV-urilor; date cu privire la fabricație, montaj, ambalare, transport; fișa cu informații privind comportarea produsului în exploatare; lista modificărilor aduse produsului; lucrări de specialitate; prospecte și cataloage cu produse similare realizate în străinătate etc. Informații utile pot fi obținute și prin chestionarea beneficiarilor în legătură cu comportarea produsului în exploatare, nivelul real al parametrilor tehnico-economici realizați etc.

De asemenea, vor fi culese informații din industria orizontală, de la furnizorii de repere, legate de cantitatea, calitatea și costurile reperelor contractate, precum și de la punctele de service din teritoriu. Alte informații tehnice vor fi culese pe măsură ce apare necesitatea lor în realizarea fazelor următoare ale studiului.

Odată cu culegerea datelor, în această fază, este indicat să se organizeze și discuții de informare cu specialiști din organizație și din afara ei, pentru a facilita contactele din etapele următoare. De asemenea se pot culege date și documentații care nu se referă direct la produsul studiat, dar care vor servi ulterior la elaborarea soluțiilor pentru reconceperea produsului.

Informațiile pe plan economic, asigură culegerea și analiza datelor necesare pentru stabilirea justă a costurilor și de aceea trebuie să li se acorde o atenție deosebită. Numai prin cunoașterea exactă a acestor date se poate stabili corect raportul dintre valoarea de întrebuințare și valoarea pentru fiecare funcție a produsului.

Costul unui produs rezultă și în studiul de I.V din însumarea costurilor efective pentru materii prime și materiale, cu cele pentru manoperă și cheltuielile comune ale secțiilor. Introducerea cheltuielilor generale ale organizației nu este recomandată întrucât acestea nu reprezintă un efort direct la realizarea produsului. Prețul se obține prin adăugarea profitului la costul de producție.

Informațiile economice se culeg de la următoarele compartimente: tehnic, pentru stabilirea materialelor folosite și consumului specific pe reper, a S.D.V-urilor necesare și costurile acestora; programarea, lansarea și urmărirea producției, de unde se pot afla operațiile necesare fabricării fiecărui reper, norma de timp și categoria de încadrare pentru fiecare operație și pe total reper; managementul resurselor umane, pentru stabilirea salariilor la categoriile de încadrare; aprovizionare, pentru cunoașterea prețurilor de aprovizionare la materialele folosite și la reperele obținute prin colaborare; preț-cost etc.

Informațiile culese în această fază trebuie să asigure pentru fazele următoare posibilitatea stabilirii costului de fabricație al produsului și al fiecărui reper și operație, iar în final, costurile funcțiilor. Toate aceste informații sunt cuprinse in capitolele anterioare si concretizate în tabelul 3.1.

Tabelul 3.1 Culegerea informațiilor

Stabilirea nomenclatorului de funcții și a limitelor caracteristicilor tehnice ale acestora

În această fază se realizează analiza funcțională a produsului sau a nevoii sociale. Făcând abstracție de la forma constructivă actuală a produsului și a pieselor sale, analiza funcțională facilitează găsirea unor variante de soluții care să realizeze funcțiile produsului în condiții mai bune și cu costuri mai mici.

Obiectivele urmărite de către echipa de lucru în această fază sunt:

stabilirea și definirea funcțiilor care vor realiza nevoia socială;

fixarea criteriilor de apreciere a valorilor de întrebuințare ale funcțiilor;

clasificarea funcțiilor după rolul pe care îl au în realizarea valorii de întrebuințare a podusului: funcții de serviciu (obiective, subiective, auxiliare) și funcții de vânzare (ambalaj,informații, reclamă etc.);

ierarhizarea funcțiilor după ordinea de importanță și stabilirea ponderii cu care contribuie la realizarea valorii de întrebuințare a produsului.

Reguli de stabilire a funcțiilor:

O funcție este utilă, distinctă dacă adaugă produsului valoare de întrebuințare și poate exista independent de celelalte funcții.

Dacă funcția se poate exprima doar prin verb și substantiv fără să creeze confuzii, atunci substantivul trebuie astfel formulat încât să i se poată asocia o unitate de măsură, iar verbul să arate acțiunea specifică care este îndeplinită de substantiv.

Va fi precizat felul funcției: de serviciu (utile), de vânzare. La rândul lor funcțiile de serviciu vor fi clasificate, după criteriile cunoscute, în funcții obiective, subiective, auxilire și se vor preciza relațiile de condiționare dintre ele. Funcțiile de vânzare condiționează prestigiul comercial și valoarea de schimb având un rol esențial la anumite categorii de produse: aparatele casnice, mobilierul, confecțiile etc. nu s-ar vinde dacă nu ar fi atrăgătoare. Totodată trebuie reținut că în timp ce funcțiile de serviciu se exprimă prin substantive măsurabile, funcțiile de vânzare sunt exprimate prin substantive nemăsurabile.

Deși nu există o limită în ceea ce privește numărul funcțiilor pe care le are un produs sau serviciu, prin aplicarea I.V va fi eliminată orice funcție inutilă. Recunoașterea se face prin regula eliminării; dacă prin eliminarea unei funcții utilitatea produsului nu e afectată, această funcție este inutilă. Eliminarea acestor funcții permite reducerea costurilor fără să afecteze valoarea de întrebuințare.

Tabelul 3.2 Nomenclatorul de funcții

Stabilirea nivelului de importanță a funcțiilor

Obiectivul urmărit în această fază este determinarea contribuției fiecărei funcții la realizarea valorii de întrebuințare a produsului din punctul de vedere al efectului util, pe baza consultării unui eșantion reprezentativ de beneficiari și specialiști.

Stabilirea greutății specifice a funcțiilor în valoarea generală de întrebuințare a produsului, nu are în vedere cuantificarea valorilor de întrebuințare elementare ale acestora, ci doar o comparare a lor. Astfel, se compară între ele funcțiile unui produs din punctul de vedere al contribuției la realizarea valorii de întrebuințare a produsului, deci al satisfacției pe care o aduce fiecare funcție utilizatorului.

Stabilirea nivelurilor de importanță a funcțiilor se face folosind o matrice pătrată în care atât pe orizontală, cât și pe verticală se notează funcțiile produsului. La completarea matricei trebuie respectate următoarele reguli:

funcțiile se compară două câte două. Dacă se constată, de exemplu, că funcția A este mai importantă decât funcția B, atunci pe coloana funcției A la intersecția cu linia funcției B se trece cifra 1, iar pe coloana funcției B la intersecția cu linia funcției A se trece cifra 0. Evident, se pot folosi și alte sisteme de notare;

pe diagonala matricei se trece cifra 1;

dacă se apreciază că două funcții sunt la fel de importante, atunci în matricea funcțiilor se folosește o singură linie și coloană pentru ambele funcții;

nivelul total de importanță al unei funcții se obține prin însumarea cifrelor înscrise pe coloana funcției;

șirul natural al numerelor de la 1 la n ordonează funcțiile corespunzătoare de la cea mai puțin importantă (ni=1) până la cea mai importantă (nn=n). Nivelurile astfel obținute trebuie să reprezinte un șir complet de cifre și numere de la 1 la n.

Tabelul 3.3 Nivelul de importanță a funcțiilor

(3.2)

– nivelul de importanta a functiei “i”;

– ponderea functiei in valoarea de intrebuintare a produsului;

Analiza și evaluarea situației existente

Dimensionarea tehnică a funcțiilor

Funcțiile exprimând anumite însușiri ale produsului cu conținut omogen se corelează cu parametrii tehnici și caracteristicele constructive ale acestuia, ceea ce face posibilă dimensionarea lor tehnică. Activitatea prin care se determină nivelul tehnic al funcțiilor cu ajutorul unor unități de măsură specifice se numește dimensionarea tehnică a funcțiilor.

În majoritatea cazurilor dimensiunile tehnice ale funcțiilor exprimă performanțele produsului. Când studiul de I.V se aplică unui produs existent, dimensiunile funcțiilor vor exprima performanțele pe care trebuie să le aibă produsul după reproiectare, stabilite, pe cât posibil, prin măsurători tehnice. Atunci când analizăm soluții noi, dimensiunile tehnie se stabilesc conform limitelor fixate în urma studiului necesității sociale reale.

Unitatea de măsură se alege pentru fiecare funcție astfel încât să i se poată măsura esența, adică ceea ce caracterizează valoarea de întrebuințare considerată și o deosebește de celelalte valori de întrebuințare. Dacă pentru anumite funcții nu este posibilă exprimarea caracteristicilor în mărimi măsurabile,trebuie ca cel puțin să se facă o diferențiere clară între situația existentă și cea dorită corespunzător obiectivelor fixate.

Rezultatele obținute în acestă fază se sintetizează corespunzător tabelului 3.2.

Dimensionarea economică a funcțiilor

Dimensionarea economică a funcțiilor presupune, întocmirea unui tabel în care se trec reperele și costurile asociate (tabelul 3.1) precum și repartizarea pe funcții a costului fiecărui reper și proces tehnologic distinct (tabelul 3.4).

Pentru ușurarea repartiției costurilor pe funcții, s-au întocmit trei tabele, respectiv tabelurile 3.4.1, 3.4.2, 3.4.3 notate cu a,b.c (care la rândul lor au coloane pentru fiecare din cele opt funcții), în care s-au notat:

marcarea prin astericsuri a funcțiilor cărora li se repartizează costul;

ponderea din cost care se repartizează funcției respective;

valorile din cost repartizate funcțiilor (se determină prin înmulțirea costului reperului cu ponderea trecută în tabelul 3.4.2).

Tabelul 3.4.1 Marcarea reperelor

Tabelul 3.4.2 Ponderea repartiției

Tabelul 3.4.3 Costul funcțiilor

Analiza sistemică a funcțiilor

Pe baza informațiilor culese până la această fază echipa de lucru va face o analiză critică a stării reale a produsului sau a subansamblelor acestuia când se analizează numai părți din produs. Analiza poate începe cu comparații între nomenclatorul de funcții realizat și cel cerut de beneficiari, incluzând desigur și dimensiunile tehnice ale acestora. Se constată astfel satisfacțiile și insatisfacțiile beneficiarilor, funcțiile inutile care vor trebui eliminate, necesitatea introducerii unor funcții noi pentru ca valoarea de întrebuințare a produsului să satisfacă cât mai bine cerințele beneficiarilor.

Prin eliminarea unor funcții se renunță și la suportul material-piese, subansamble, ceea ce va genera economii la costuri. În acest sens este necesar să se cunoască interdependența dintre piesele produsului, astfel ca prin eliminarea unora să nu se afecteze calitatea și funcționalitatea altora. Tot acum se studiază și deficiențele unor materiale și soluții tehnologice, constructive care în etapa următoare vor fi puse în discuție pentru a se decide dacă trebuie înlocuite cu altele mai eficiente.

O imagine clară a stării produsului se obține prin compararea nivelului costurilor pe funcții cu nivelul de importanță a acestora în valoarea de întrebuințare generală a produsului. Analiza corelațiilor, la nivelul fiecărei funcții, se face prin calculul dreptelor de regresie D1, D2 cu și fără funcții auxiliare. Dreapta D1 se calculează pe baza ecuației: yi=a1*xi, iar D2 prin ecuația yi=a2*xi, în care:

xi – ponderea funcțiilor în valoarea de întrebuințare a produsului ;

yi – ponderea funcțiilor în costul de producție;

a1, a2 – coeficienții de abatere de la proporționalitate;

i – numărul de ordine al funcțiilor produsului;

Tabelul 3.5 Analiza sistemică a funcțiilor

Fig. 3.2 Compararea costurilor funcțiilor cu nivelul acestora de importanță în Vî

Funcția A este disproporționat proiectată privind aportul ei la valoarea de întrebuințare și ponderea în costuri. Funcțiile B, C, D, F, H, G sunt de asemenea supraevaluate, dar se găsesc mai aproape de dreapta de regresie. Funcția E este subevaluată, aportul în valoarea de întrebuințare fiind mai mare decât cel în costuri.

Stabilirea direcțiilor de cercetare