Caracteristicile Tehnico Functionale ale Masinilor Unelte

Caracteristicile tehnico-funcționale ale mașinilor-unelte

Începând cu anul 1990 în România construcția de mașini-unelte grele se găsește sub influența tripletei: termene – costuri – performanțe. În condițiile trecerii la o economie de piață, sau altfel spus, a trecerii de la “producția de masă” la “producția pe măsură”, fabricarea și refabricarea mașinilor-unelte grele sunt de mare actualitate. Industria, dar și școala de MAȘINI-UNELTE din România, dezvoltate în perioada anilor 1955-1989, s-au axat pe cerințele realizării de mașini-unelte noi, într-o varietate relativ mare de tipodimensiuni: strunguri normale și verticale, mașini de frezat cu portal, mașini de alezat și frezat, mașini de rectificat ghidaje etc. O asemenea diversitate, în condițiile utilizării echipamentelor necesare numai din surse interne și neactualizate, bazate pe tehnologii învechite, a dus la realizarea unor produse mai puțin competitive pe piața mondială, dominată de către producătorii tradiționali, dar foarte deschiși ideilor și tehnologiilor moderne. Totuși, încadrarea mașinilor-unelte în “grămada de fier vechi“ a “odioasei moșteniri” a fost și, paradoxal, mai este încă, o greșeală cu urmări greu de estimat. Până în anul 1990 România se situa între primele zece țări producătoare de mașini-unelte și, mai ales, a mașinilor grele și chiar foarte grele. Aceste mașini s-au produs pe baza unor licențe obținute de la firme de renume. După anul 1990 aceste mașini, sau chiar sisteme de mașini, au constituit, pentru producătorii sau deținătorii de mașini-unelte grele, obiectul a trei tipuri de activități:

refabricarea (modernizarea) mașinilor și utilizarea lor în fabricile din țară;

exportul în starea în care se aflau sau după o eventuală reparație sau modernizare;

casarea și transformarea în fier vechi.

Refabricarea și reconfigurarea mașinilor-unelte grele reprezintă soluții moderne, aplicate pe scară largă de către firme specializate din Europa și S.U.A. În anii care urmează refabricarea va ceda teren în fața fabricării mașinilor noi. Acest fenomen este unul natural, cauzat de mai mulți factori dintre care se pot aminti:

– refabricarea în perioada 1990-2005 a majorității mașinilor–unelte grele ce se pretau acestei operații din punct de vedere tehnic, dar și economic;

– modificarea cerințelor tehnologice pentru aceste tipuri de mașini, ceea ce duce la o reproiectare totala a componentelor mecanice de bază, cum sunt traversele, batiurile, săniile, componente care definesc de fapt mașina;

– apariția unor firme producătoare de componente și subansambluri care înclină balanța financiara în vederea „lucrului nou” și în defavoarea „lucrului reparat”.

Ca definiție, mașina este un sistem tehnic alcătuit din corpuri solide, cu mișcări relative determinate, servind la transformarea unei forme oarecare de energie în lucru mecanic util sau la transformarea unei forme de energie în altă formă de energie, dintre care una este energie mecanică.

Mașina- unealtă este o mașină de lucru destinată generării suprafețelor pieselor prin procesul de așchiere in anumite condiții de precizie dimensională, calitate a suprafeței și productivitate. Din considerente practice, mișcările care intervin în timpul proceselor de prelucrare pe mașini sunt de translație sau de rotație, combinate în diferite moduri, iar mișcările pe traiectorii mai complicate se pot realiza (cu unele limite) prin combinarea a 1 …3 mișcări de rotație și 1 …3 mișcări de translație.

Prin urmare, mașinile-unelte se clasifică astfel:

1. Dupa tipul suprațetelor prelucrate și al operațiilor

-strunguri: normale( orizontale), verticale (carusel), alte tipuri de strunguri. Operația de bază: strunjirea. -masini de frezat: arbore vertical, arbore orizontal, universale, portal(GANTRY),pentru frezarea rotilor dințate, alte tipuri de mașini de frezat. Operația de bază: frezarea. -mașini de alezat si frezat (AF, AFP). Operații de bază: alezare, frezare, gaurire. -mașini de găurit: cu coloana, cu montant, în coordonate, pentru gauri adânci,alte tipuri de mașini de găurit. Operație de bază : găurirea.

-mașini de rectificat : rotund(exterior, interior sau universale), plan , pentru ghidaje, pentru roțile dințate, caneluri (interioare si exterioare). Operație : rectificarea cu piatră.

-mașini de mortezat : universale, pentru prelucrarea roților dintate, alte tipuri de mașini de mortezat. Operația : mortezarea.

-mașini de rabotat: cu un montant(coloană) portal.Operația de bază: rabotarea cu cuțit.

-mașini de broșat: orizontale, verticale. Operația: broșarea.

-mașini de honuit. Operația: honuirea.

2. După gabaritul mașinii (criteriu subiectiv)

Există: mașini pentru mecanică fină, mașini-unelte mici, mijlocii, mari(grele) foarte grele.

3. După destinație: degroșare, finisare, ambele.

4. După tipul de producție deservit: universale, speciale, specializate

(agregate), linii automate

5. După automatizare:

– clasice (neautomatizate) asistență permanentă din partea operatorului uman,

– semiautomate( de regulă, operatorul face numai reglajul si alimentarea cu scule si semifabricate),

– Automate (în plus față de cele anterioare se face și alimentarea cu semifabricate). Din cele automate ( mai corect automatizate) au aparut cele cu comandă dupa program (CNC). Programul a evoluat de la program rigid(camă) la informația de pe disc, banda etc.

Exemple de mașini-unelte

Figura 1.2 Mașini de frezat

Figura 1.3 Mașina de frezat CNC

1.2 Tipul mișcărilor. Transmitere. Acționări.

Realizarea oricărui procedeu de prelucrare prin așchiere și funcționarea mașinilor-unelte implică realizarea simultană a două procese interdependente: cel de generare a suprafețelor și cel de așchiere. De asemenea, mai sunt necesare și efectuare proceselor auxiliare ce nu sunt necesare asigurării suprafețelor, dar permit utilizarea și manevrarea completă a acestora. Acest process se realizează prin deplasarea curbei generatoare în lungul curbei directoare, deplasare realizată printr-o mișcare relative între ele. In cazul general, fiecare dintre cele două curbe sunt traiectorii cinematice realizate pe cale cinematică prin combinarea unor mișcări simple, de rotație sau translație, fiind furnizate de mecanisme simple fus-lagăr sau sanie-ghidaj,vitezele lor fiind coordinate între ele in vederea realizării traiectoriilor dorite. Astfel, se utilizează mecanisme care să satisfacă mărimea, direcția și legăturile parametrilor acestor mișcări. Cele două

traiectorii, ale generatoarei și directoarei precum și suprafețele generate sunt identice ca formă

, ele determinîndu-se, după scopul și rolul funcțional, prin dimensiunile, pozițiile relative si calitatea față de caracteristicile teoretice ale lor. Aceste funcțiuni impun existența în structura mașinii-unelte a unei categorii de mecanisme cu ajutorul cărora obținerea traiectoriilor să se facă în condițiile reglării parametrilor mișcărilor funcție de parametrii dimensionali ai acestora.

Procesul de așchiere, cel de-al doilea proces necesar generării suprafețelor pe mașini-unelte , din motive tehnico-economice de productivitate, de cost, de calitate a suprafeței, de cheltuieli energetice și de materii prime, impune caracteristicilor mișcărilor de generare anumite mărimi, cerințe realizate de anumite mecanisme ale mișcării mașinii-unelte.

Mecanismele auxiliare au diferite funcții, precum: schimbare turațiilor, alimentarea cu scule/piese, măsurare și control, precum și cele de protective a operatorului uman și a mașinii.

Toate mecanismele componente ale unei mașini-unelte și care formează lanțurile cinematice ale ei ( în final trebuie să realizeze cinematic suprafața de generat) determină cinematica mașinii-unelte.

1.2.1Clasificarea lanțurilor cinematice după scop

Lanțurile cinematice generatoare reprezintătotalitatea lanțurilor cinematice, ale unei mașini-unelte care asigură primirea unei mărimi,transmiterea și transformarea ei într-o mișcare necesară obținerii formei și dimensiunilor traiectoriilor generatoare și directoare, precum și a vitezelor mișcărilor pe aceste traiectorii, impuse de cinematica procesului de generare și a procesului de așchiere. După natura și complexitatea traiectoriei realizate și acestea se împart în două categorii distincte: – lanțuri cinematice generatoare tehnologice (sau simple);

– lanțuri cinematice generatoare complexe.

Lanțurile cinematice generatoare tehnologice, pe scurt lanțuri cinematice tehnologice asigură la capătul de ieșire mișcarea principală, caracterizată prin viteza principal v și mișcările de avans, caracterizate prin avansul f , care sunt chiar parametrii tehnologici ai operației respective. Astfel, din această categorie fac parte:

Lanțurile cinematice principale

Lanțurile cinematice de avans.

Lanțul cinematic principal se mai numește lanț cinematic generator, asigurând viteza principal de așchiere.

Figura 1.2.1 Scheme cinematice structurale pentru lanțul cinematic principal

Lanțul cinematic de avans asigură repoziționarea generatoarei elementare sau a directoarei elementare pe traiectoriile generatoare, respective directoare.

Figura 1.2.2 Lanț cinematic de avans

Lanțurile generatoare complexe realizeaze mișcări necesare generării suprafețelor pe traiectorii complexe , plane sau spațiale ca rezultat al unei combinări din mișcări simple, rectilinii sau circulare. Acestea sunt:

Lanțul cinematic de filetare, care realizează o traiectorie elicoidală;

Lanțul cinematic de detalonare, care realizează o traiectorie spirală;

Lanțul cinematic de rulare, care realizează o traiectorie evolventică.

Figura 1.2.3 Lanț cinematic de filetare

Lanțurile auxiliare se pot defini ca totalitatea mecanismelor, aparatelor, care contribuie la productivitatea mașinii-unelte, cât și la protecția operatorului și a mașinii-unelte. O caracteristică importantă a acestora este că ele pot fi automatizate, de aceea aceste lanțuri determină gradul de automatizare al mașinii-unelte.

1.3 Studiu tehnic pentru stabilirirea caracteristicilor mașinii

Figura 1.3.1 Centru de prelucrare vertical cu 3 axe Mazak

Caracteristici produs:

Cursă axe: X-1020 mm

Y-510 mm

Z-460 mm

Viteza pe X-Y-Z : 30 (50) m/min

Arbore: Viteza de rotație: 12000 rpm

Unitatea de control: ITNC 530

Con ax principal: HSK 63, MAS BT 40, CAT 40

Nr. de scule ale magazinului de scule: 30 (optional 40/60)

Timp schimbare scula: 4.5 sec

Lungime maximă sculă: 250 mm

Diametru maxim sculă: mm

Sarcina maximă de scule: 220 kg

Figura 1.3.2 a) Centru de prelucrare vertical cu 3 axe Hurco

Caracteristici produs ( model VM10Hsi)

Cursă axe X/Y/Z : 660 mm/ 406 mm/ 508 mm

Dimensiuni masă: 762 x 356 mm

Sarcina maximă pe masă: 340 kg

Viteza de rotație a arborelui: 20000 rpm

Diametru maxim al sculei: 100 mm

Lungime maximă a sculei: 250 mm

Sarcina maximă a sculei: 5 kg

Figura 1.3.2 b) Cote de gabarit

Figura 1.3.2.c) Dimensiuni

Figura 1.3.3a) Centru de prelucrare vertical Haas

Caracteristici produs ( Vf-2SS)

Cursă axe: X-762 mm;

Y- 406 mm

Z-508 mm

Lungime masă: 916 mm

Grosime masă: 356 mm

Canale T grosime: 16 mm

Numar de canal T: 3

Sarcina compar pe masă: 680 kg

Viteza de rotație a arborelui: 12000 rpm

Cuplul maxim: 122 Nm

Motorul : Direct Drive

Conul axului principal: CT sau BT 40

Sistem de ungere rulmenți: Injecție de ulei

Avansul rapid : X – 35.6 m/min

Y – 35.6 m/min

Z – 35/6 m/min

Forța pe X/Y/Z: 8874/8874/13723 N

Tip schimbare scule: SMTC

Capacitate comparat de scule: 24 + 1

Diametrul maxim sculă: 127 mm

Lungime maximă sculă: 279 mm

Sarcina maximă sculă: 5 kg

Timp schimbare sculă: 5 sec

Capacitate lichid de racire: 208 L

Figura 1.3.3b) Dimensiuni gabarit

Analiza comparativă

Având in vedere analiza celor 3 mașini-unelte ale firmelor Mazak, Hurco și Haas, prin punerea in evidență a elementelor importante precum: viteza de rotație a arborelui principal, curs ape axele X, Y, Z, cotele de gabarit etc, am ales pentru mașina-unealta ce urmeaza a fi proiectată să aibă cursa pe axe astfel: X- 1000 mm

Y- 1000 mm

Z- mm.

Viteza de rotație a arborelui principal: 18 000 rpm.

2. Tipuri de piese si scule pentru mașina-unealtă studiată

2.1 Caracteristici scule

2.1.1 Generalitati. Scule. Materiale

Frezarea este operația de prelucrare mecanică prin așchiere pe mașini-unelte de frezat, cu scule numite freze. Freza este o sculă așchietoare cu mai multe tăișuri, pentru prelucrarea suprafețelor plane și profilate, a canalelor de diferite forme etc. În cazul frezării, mișcarea principală de așchiere este executată de sculă, iar mișcarea de avans de piesa de prelucrat. 

Figura 2.1 Mișcarile necesare în procesul de așchiere

Prelucrarea prin frezare poate fi realizată în contra avansului (B) sau în sensul avansului (A).

Figura 2.1.1 Tipuri de frezare

Sens contrar avansului:

angajarea dintelui se face de la grosime mică de așchiere,rezultă astfel șocurile mai mici;

uzura sculei este mai puțin intensă (tăișurile lucrează pe suprafața prelucrată a piesei, nu ca în cazul frezării în sensul avansului, la care dintele ia contact de fiecare dată cu suprafața de prelucrat,care poate avea pe ea oxizi, impurități).

Sensul avansului:

așchia este atacată de tăiș în partea sa cea mai groasă, forța de așchiere fiind maximă, results prelucrare cu șocuri;

frezarea în sensul avansului se aplică mai ales la operațiile de finisare sau de frezare rapidă.

Pentru a alege sculele trebuie să se țină cont de următoarele:

frezele cu dinți mărunți se utilizează pentru frezarea de finisare, cu adâncimi de aschiere mici;

frezele cu dinți rari se utilizează pentru frezarea de degroșare, cu adâncimi de așchiere mari;

Astfel, în funcție de așezarea dinților, există urmatoarele tipuri de freze:

1. După modul de execuție și de ascuțire există:

a – freze cu dinți frezați,

b – freze cu dinți detalonați.

2. După forma suprafețelor pe care sunt dispuse tăișurile:

a – freze cilindrice – cu tăișuri pe partea cilindrică,

b – freze disc – cu tăișuri pe partea cilindrică (sau) și pe părțile frontale – laterale,

c – freze cilindro-frontale,

d – freze frontale,

e – freze unghiulare – profile simple – formă conică, biconică,

f – freze profilate, cu dinți detalonați.

3. După poziția dinților (tăișurilor) în raport cu axa frezei:

a – freze cu dinți drepți,

b – freze cu dinți înclinați – elicoidali,

c – freze cu dinți în zig-zag.

4. După modul de poziționare – fixare pe mașină:

a – freze cu codă cilindrică sau conică,

b – freze cu alezaj.

5. După construcție:

a – freze monobloc din oțel rapid, Rp sau din carburi metalice CMS,

b – freze cu dinți demontabili din Rp sau CMS,

c – freze cu partea așchietoare lipită din CMS.

Figura 2.1.2 Tipuri de freze

1.Freză deget

2.Freză cilindrică cu dinți elicoidali

3.Freză modul disc

4.Freză deget

5.Freză cilindro-frontală

6.Freză disc

7.Freză disc

8.Freză pentru canale(coadă de rândunică)

9.Freză deget pentru profilare

10.Freză pentru canale în “T”

11.Freză conică

12.Freză pentru canale

13.Freză deget.

Figura 2.1.3 Freză cilindrică

Figura 2.1.4 Freză disc

Figura 2.1.5 Freză cilindro-frontală

Figura 2.1.6. Freză frontal

Figura 2.1.7. Freză unghiulară

Figura 2.1.8. Freză profilată

Figura 2.1.9 Freză cilindrică

Figura 2.1.10 Freze cilindro-frontale (cu dinții pe suprafața cilindrică/frontală)

Figura 2.1.11 Freză disc

Figura 2.1.12 Freză inelară

Figura 2.1.13 Freză cilindro-frontală

După modul de fixare pe mașina-unealtă, aceste freze pot fi cu coadă (cilindrică sau conică) sau cu alezaj.

Frezele cu dinți frezați sau prelucrați prin rectificare din plin, au utilizare generală și sunt cu muchii așchietoare simple, rectilinii, elicoidale sau arce de cerc. Acestea prezintă ca avantaje:

– durabilitate mai mare,

– execuția dinților este mai simplă,iar rugozitatea suprafețelor prelucrate mai mică.

Dezavantajele frezelor cu dinți frezați:

– se micșorează diametrul și canalele pentru evacuarea așchiilor prin reascuțiri,

– execuția lor este posibilă numai pentru tăișuri cu forme simple.

Pentru frezele profilate dinții detalonați se folosesc pentru a menține profilul și unghiul de așezare constante după reascuțire.Acestea sunt scule specializate pentru danturare, filetare, canelare sau scule speciale, proiectate la temă, pentru prelucrarea unui anumit profil, în producție de serie.

Se pot realiza din oțel rapid, freze cu tăișuri din carburi metalice, freze cu tăișuri din materiale mineralo-ceramice.

2.2 Scule pentru prelucrarea găurilor

Acestea sunt scule de rotație, fiind mișcarea principală,iar mișcarea de avans este in lungul axei. Ele prelucrează găurirea in plin, degroșarea, finisarea unor găuri obținute prin alte procedee sau prelucrarea unor suprafețe frontale plane sau profilate asociate unor găuri.

Aceste scule sunt reprezentate de:

adâncitoare pentru lărgirea unor unor găuri, teșiri;

alezoare pentru finisarea alezajelor cilindrice sau conice;

burghie pentru găurirea in material plin.

Alezoare

Se folosesc pentru prelucrarea finală a alezajelor cilindrice sau conice. Acestea obțin dimensiuni în limitele claselor de precizie 9…6 dupa ISO si rugozități Au în general număr mare de dinți, spații mici pentru așchii( detașeaza adaosuri de prelucrare mici).

Alezoarele se clasifică astfel:

După modul de acționare: alezoare de mână, alezoare de mașină;

După forma suprafeței : alezoare cilindrice, alezoare conice;

După posibilitatea de reglare: alezoare fixe, alezoare reglabile;

După construcție: alezoare monobloc din oțel, cu dinți demontabili din oțel, cu plăcuțe CMS lipite, cu plăcuțe din CMS fixate mecanic;

După modul de fixare: cu coadă cilindrică, cu coadă conică, cu alezaj.

Figura 2.2 Alezor cilindric

Figura 2.2.1 Alezoare conice

Figura 2.2.3 Alezoare reglabile ( de mână)

2.3 Uzura sculelor

Uzura este fenomenul de deteriorare a tăișului sculei așchietoare în timpul procesului de prelucrare, deteriorarea care conduce la căderea preciziei de prelucrare și respectiv a calității suprafeței.

Uzură : – pe fața de așchiere: “a”

– pe fața de degajare: “b”

– pe ambele fețe : “c”

Figura 2.3.1 Fața de așchiere

Figura 2.3.2. Fața de degajare

Figura 2.3.3 Uzura pe ambele fețe

Uzura este influențată, în general, de următoarele caracteristici:

De materialul de prelucrare

De materialul sculei așchietoare

De parametri regimului de așchiere

De forțele de așchiere

De geometria sculei așchietoare

De condițiile în care se efectuează prelucrarea.

Figura 2.3.4 Zonele de uzură

2.4 Durabilitatea sculelor

Durabilitatea, notată cu T, reprezintă intervalul de timp ( în minute) între două reascuțiri succesive ale sculei, fiind în strânsă legatură cu viteza sculei așchietoare. Aceasta se determină cu formula lui Taylor:

;

unde C = constanta care depinde de cele două materiale aflate în contact;

V= viteza cu , care se execută prelucrarea.

Acoperirea tăișului așchietor se face prin:

PVD ( Psysical Vapour Deposition), reprezentând o depunere de material la temperatură joasă, pentru a fragiliza cât mai puțin stratul de carbură metalică.

CVD ( Chemical Vapour Deposition), reprezentând depunere de material în cuptoare la 800-1000.

Stratul de acoperire poate mări considerabil durabilitatea sculelor , așa cum reiese din figura de mai jos:

Figura 2.4.1 Uzura sculei cu strat de acoperire și fără strat de acoperire

2.5 Materialele necesare pentru scule

Fenomenele fizice care constituie procesul de așchiere impun ca materialele pentru sculele așchietoare să aibă anumite calități , care conferă sculei capacitatea de așchiere. Părțile active ale sculei trebuie să asigure:

Duritate superioară a materialului de prelucrat;

Rezistență mecanică ridicată pentru a suporta forțele de așchiere;

Stabilitate termică, conductivitate termică, rezistență la șocuri termice;

Rezistență la uzură la rece și la cald;

Prelucrabilitate prin așchiere și călibilitate bună.

In afara acestor proprietăți, o bună rezistență mecanică în condiții de solicitare dinamică, o bună preluare și amortizare a vibrațiilor trebuie să asigure corpul și partea de prindere a scule. Ele sunt determinate de compoziția chimică și de structura internă a materialului, obținută prin elaborare sau tratamente termice. Pentru partea activă a unei scule așchietoare se consideră o duritate de 62…64 HRC , aceasta fiind suficientă.

Tratamente termice pentru oțeluri

Figura 2.5.1 Tratament termic general

Recoacere de înmuiere: încălzire în cuptor, menținere, răcire în cuptor. Acesta re realizează pentru creșterea prelucrabilității.

Recoacere de detensionare: la construcțiile sudate, în cazul pieselor ce pot avea tensiuni din prelucrările anterioare.

Normalizarea: se înlătură defectele structurale.

Călirea: încălzire, menținere, răcire bruscă (rapidă), în ulei sau apă.

Figura 2.5.2 Călire

Revenirea: trecerea materialului într-o stare mai stabilă, fără tensiuni, de obicei după călire.

Cementarea: îmbogățirea în carbon din mediu (poate pregati călirea).

Figura 2.5.3 Cementare ( AC3-temperatura austenită)

Nitrurarea: îmbogățire în azot, pentru a crește duritatea, având un strat subțire.

Cianurarea: se aplică la oțelurile speciale: carbon + azot.

Carbonitrurarea: asigura duritate, cât și o protecție specială la coroziune, cu un strat de 0.1 mm.

Aluminizarea: asigura rezistență la temperatură și protecție la coroziune ( oxidare). Stratul este de 0.4-0.5 mm.

Silicizarea: îmbogățirea cu siliciu pe 0.5-0.7 mm.Se realizează pentru piesele protejate de coroziunea acizilor și a apei de mare.

Imbogățirea în Bor: se realizează în cuptoare speciale, având un strat de 0.05-0.1 mm.

Cromarea dură: îmbogățirea în Crom, cu un strat de 0.5 mm.

Protecția suprafețelor metalice în construcția mașinilor-unelte

Brunare: în baie specială, are o culoare maronie-brună. Se protejează suprafețele pentru mediul înconjurător ( în hală industrială).

Eloxare: în baie specială, are o culoare alb-gălbuie. Se protejează suprafețele pentru mediul înconjurător ( în hală industrială).

Chituirea: se folosesc chituri speciale.

Vopsirea: se utilizează vopsele speciale, în nuanțe tipizate: albastru, verde, alb-bej, galben, roșu, negru.

Oțeluri carbon pentru scule

Conținutul de carbon pe care îl au aceste oțeluri este între 0,65 % si 1,45 %, fară alte elemente de aliere.; stabilitatea termică până la 200…250C; permit viteze de așchiere până la 20…25 m/min la prelucrarea oțelurilor.

Alte proprietăți: călibilitate redusă, necesită viteze mari de răcire la călire, tratamentul termic: încalzire la 780…820 C, răcire în apă și revenire la 150…300C. Rezultă o duritate de 58…64 HRC pentru partea activă și o duritate de 35…45 HRC pentru corp sau partea de prindere.

Stratul de călire obținut are grosime de 3…8 mm, dar răcirea bruscă în apă produce deformări, tensiuni interne, fisurări.

In concluzie, oțelurile carbon pentru scule nu se pot folosi la scule cu variații mari de secțiune sau care se rectifică dupa tratamentul termic. Ele se folosesc pentru scule cu secțiune mică, scule de mână etc…

Oțeluri aliate pentru scule

Pentru formarea acestor materiale există elemente de aliere precum Wolfram, Crom (care măresc călibilitatea), un conținut de carbon relativ mare (0.9..2.2%), toate acestea formând carburi dure, stabile la temperaturi mari.

Proprietăți: -stabilitate termică: până la 350…400C

-viteza de așchiere permisă: 30…35 m/min

Aceste materiale se folosesc pentru sculele monobloc nedeformabile, de precizie și rezistentă la uzare: alezoare, tarozi, burghie, freze. Exemple de materiale: 90VMn20, 105MnCrW11, C120, VM18 etc.

Oțeluri rapide pentru scule

Acestea sunt alcătuite din cantități mari de elemente de aliere precum W, Co, Cr, Mo, V obținundu-se astfel carburi complexe foarte dure și refractare.

Proprietăți:

-stabilitate termică până la 600C;

– viteza de așchiere 60…70 m/min;

-călibilitate foarte bună.

Există următoarele mărci: Rp1, Rp2, Rp3, Rp4, Rp5 și Rp9, Rp10, Rp11.

Rp1, Rp2, Rp3 sunt cele mai mai performante, cu 10…18% W, prețul lor fiind mare.

Rp4, Rp5, Rp9, Rp10, Rp11 au un conținut mai redus de W, dar cantități mari de Mo: 2.5…2.9% și V : 1…3.2%.

Cel mai utilizat oțel rapid este Rp3, având un conținut de 18% W. Urmeaza Rp1 și Rp2 care sunt oțeluri de înaltă viteză, rezistente la uzură.

Acestea se folosesc pentru scule de finisare, care se rectifică, la scule cu variații mari de secțiune: burghie, alezoare, freze, scule pentru danturare și scule pentru filetare. Pentru a mări perfomanța sculelor cu partea activă din oțel rapid se realizeazătratamente termochimice de suprafată sau acoperire cu materiale extradure ( carburi metalice sau nitrură de titan).

Stelite

Structura acestui material este in formă de ace într-o masă de Cobalt, fiind carburi nesinterizate. Se obțin prin turnare, sudare, fară tratament termic. Conținut: <20% Fe, 2…3% C, 10…25W, 25…35% Cr, 40…55%Co.

Proprietăți:

-duritate 62…65 HRC

-stabilitate termică 600…800C.

Stelitele se folosesc la sculele din materiale nemetalice ( armarea părții active ) sau recondiționarea prin sudare a sculelor pentru deformare plastica.

Carburi metalice sinterizate

Au formă de plăcuțe cu o duritate peste 80 HRC și o stabilitate termică de 900C. Viteza de așchiere permisă este de până la 200 m/min.

Obținerea lor se face prin presarea și sinterizarea unor amestecuri de pulberi de carburi de W, Ti, Ta, Nb, Hf, Zr în amestec cu Cobalt, care constituie liantul.

Plăcuțele de carburi sinterizate se lucreaza abraziv, electrochimic sau electric; acestea nu se trateaza termic, nu se forjează și se pot lipi cu alamă sau cupru.

Exemple: Carbura de wolfram WC ( dură, tenace) : degroșări cu așchiere întreruptă, cu șocuri, plăcuțe pentru secțiuni de așchie mari;

Carbura de titan TiC ( mai dură, fragilă): plăcuțe cu așchiere continuă, cu secțiuni de așchie mici, viteze mari.

Pentru aceste materiale există anumite grupe de materiale P, K, M, grupe definite prin tipul așchiilor detașate ( conform Iso și STAS 6374-80).

Grupa P ( plastic): prelucrează materiale care dau așchii de curgere, sunt sinterizate din WC (29…80%), TaC și Co ( 6…18%). Au o duritate și o rezisntență mare, dar cu o tenacitate mică.

Grupa M- sunt plăcuțele utilizate pentru oțeluri inoxidabile, fonte, materiale nemetalice sinterizate din WC ( 78..92%), TaC 6..12%, TiC și Co 7…15%.

Grupa K (materiale casante): pentru materialele care dau așchii de rupere-sinterizate din WC 88…92%, TaC 2…4%, TiC și Co 4…12%. Prezintă o duritate mică și o tenacitate mare, față de cele din grupa P.

Materiale ceramice

Proprietăți: -nu reacționează cu materialul piesei;

-rezistență la uzură

-durabilitate mare

-stabilitate termică foarte bună (1100C)

-duritate foarte mare: > 90 HRC

-viteze de așchiere mari: 200-600 m/min

Se folosesc pentru prelucrarea fontelor, oțelurilor greu prelucrabile,alieje refractare. Produc vibrații, fiind astfel nevoie de mașini-unelte cu o rigiditate mare.

Clasificare:

Materiale pe bază de oxid de aluminiu

Materiale pe bază de nitrură de siliciu.

In cadrul primei categorii intra urmatoarele tipuri de materiale: pure, în amestec și armate cu fibre monoccristaline.

Proprietăți: -materialele pure au conductivitate termică și tenacitate scăzută;

– materialele în amestec au rezistență la șoc termic, cu o conductivitate termică îmbunătățită. Se folosesc la așchierea fără șocuri.

– materialele armate cu fibre monocristaline: produc o mărire considerabilă a tenacității, durității la cald și a rezistenței la uzură.

Cea de a doua categorie, pe bază de nitrură de siliciu, reprezintă plăcuțe care se realizează prin presare la rece și sinterizare sau presare la cald. Acestea prelucrează fonte cenușii sau nodulare, aliaje refractare, oțeluri călite cu sau fără lichide de răcire.

Materiale extradure

Aceste materiale sunt folosite ca granule sau pulberi pentru prelucrări prin abraziune, ca monocristale sau policristale pentru profilarea pietrelor abrazive. Sunt materiale mult mai dure decât celelalte , inclusiv mai dure decât materialele abrazive.

Există următoarele grupe: N-carburi metalice pt aliaje ușoare pe bază de aluminiu .

S- se prelucrează aliaje refractare , materiale greu de prelucrat.

H-prelucrarea materialelor călite , având o duritate foarte mare.

G- amestecuri din carburi metalice utilizate la scule pentru deformare plastică.

Exemple:

Cermet are o tenacitate relativ scăzută , dar cu duritate și rezistență la uzură mare. Prezinta o stabilitate termică și chimică bună, fiind avantajoase pentru viteze de așchiere mari, avansuri și adâncimi de așchiere mici la prelucrări de finisare. Se pot mări perfomanțele prin acoperirea cu 1…4 straturi subțiri foarte dure, refractare și rezistente la uzare.

Diamantul este carbon cristalizat în sistemul cubic cu duritate 10 ( Mohs). Acesta se prezintă sub formă de granule de 0.2…0.3 mm. Stabilitatea termică este de 600-800C m având o conductivitate termică foarte mare. La așchiere se utilizează sub formele de monocristale de 1…2 carate șlefuit, ca parte activă pentru cuțite de finisare pentru neferoase.

Nitrura cubica de bor are o stabilitate termică de 1300; este o sare a acidului azotic , cristalizată în sistemul cubic cu volum centrat;

Policristale cu diamant sau NCB: tenacitate și rexistență bună la uzură, durabilitate de 30..50 de ori mai mare decât a plăcuțelor din CMS în aceleași condiții. Cele cu diamant folosesc diamantul natural sau artificial, granule de 0,1..0,2 mm sinterizate într-o masa de liant metalic. Cele cu nitrură de carbon se obțin ca cele cu diamant,cu straturi de 0,3…1 mm.

Figura 2.5.4 Proprietăți materiale scule

2.6 Structura,geometria sculelor aschietoare

Scula așchietoare generează o suprafață prelucrată printr-o mișcare relativă față de semifabricat. Aceasta îndepărtează adaosul de prelucrare sub formă de așchii. Ea se compune din:

-partea activă, numită și partea așchietoare;

-partea de calibrare (netezește suprafața prelucrată și ghidează scula în timpul lucrului;

-corpul sculei;

-partea de fixare a sculei.

Figura 2.6.1 Elemente structurale scule așchietoare

Astfel, frezele au următoarele părți principale:

Partea activă

Corpul frezei

Partea de fixare.

Partea activă este partea formată din dinții frezei. Aceasta poate fi alcatuită astfel:

Dintr-o singură bucată (tot unitar cu partea corpului) (figura 2.4.2.a);

Cu dinți asamblați prin lipire ( figura 2.4.2.b);

Cu dinți fixati mecanic ( figura 2.4.2.c).

Figura 2.6.2.a

Figura 2.6.2.b

Figura 2.6.2.c

Freza este caracterizată de diametrul exterior D,care este o mărime normalizată pentru frezele folosite pe scară largă și numărul de dinți z.

2.7 Geometria părții așchietoare a frezelor

Un element principal ce definește freza este dintele, care are o suprafață de așezare și o suprafață de degajare. Intersecția dintre aceste doua suprafețe se numește tăișul dintelui. Formarea canalului dintre doi dinți alăturați are un rol foarte important, deoarece acesta acumulează așchiile ce au fost produse în timpul prelucrării.

Se poate spune că procesul de frezare este asemănător cu procesul de strunjire sau de rabotare, deoarece fiecare dinte al frezei lucrează ca o sculă independentă.

Figura 2.7.1 Dinții frezei

In figura de mai jos sunt reprezentate elementele geometrice ale părții așchietoare ale dinților frezei: unghiurile de degajare , unghiurile de așezare , unghiurile de ascuțire .

Figura 2.7.2 Elementele geometrice

In cazul dinților frezei frontale există anumite unghiuri care stabilesc poziția dintelui față de piesa prelucrată respectiv unghiul de atac principal X și unghiul de atac secundar X1, reprezentate in figura de mai jos:

Figura 2.7.3 Unghiuri de atac freză

Figura 2.7.4 Unghiul de înclinare al dinților frezei

Se recomandă ca dinții frezei sa fie înclinați cu un unghi , deoarece se elimină șocurile produse la intrarea/ieșirea frezelor din material. Valoarea acestui unghi este diferită în funcție de tipul frezei:

Freza cilindrică: =3545

Freza cilindro-frontală: =2035

Freza disc:=1530

Freza deget:=1550

De asemenea, și valorile unghiului de atac principal X diferă în funcție de tipul frezei și de profilul dintelui. Astfel, acesta este cuprins între 20…90.

2.8 Sisteme de scule. Portscule

Utilizarea eficientă a sculelor presupune organizarea lor ca sisteme de scule, fiind stocate în magazinele de scule ale centrelor de prelucrare, în vederea schimbării lor automate.

Astfel, sculele așchietoare se prind de arborii principali sau pe suporții port-cuțit ai mașinilor-unelte, cu ajutorul dispozitivelor de orientare-fixare numite port-scule. Acestea permit adaptarea formelor și dimensiunilor foarte diversificate ale sculelor așchietoare standardizate la părțile de fixare specifice care sunt existente pe mașinile-unelte.

Ansamblul compus din sculele așchietoare și port sculele reprezintă sistemul de scule al mașinii-unelte. Rolul port-sculelor este acela de a asigura orientarea și fixarea sculelor-așchietoare pe mașina-unealtă și poziția părții active a sculei față de piesa de prelucrat. Un alt rol este acela de a regla sculele pe mașina-unealtă sau în afara lor, în aparate de prereglare, cât și de a le stoca în magazinele de scule.

Portsculele se pot clasifica astfel:

Portscule standardizate, de uz general;

Portscule normalizate, pentru o mașină-unealtă specifică;

Portscule modulare pentru mașini-unelte cu comandă numerică;

Portscule speciale pentru scule sau mașini-unelte speciale.

Exemple:

Conul Morse pentru scule au lungimi mari si conicități mici ( 1:19…1:20); sunt conuri cu autoblocare, asigurând centrarea. De asemenea, transmite momentul de răsucire de la arborele principal sau de la dispozitivul de fixare la coada sculei;

Figura 2.8.1 Cozi conice

Figura 2.8.2 Dimensiuni STAS Con Morse

Portsculele SK au o lungime, cât și o conicitate mare, asigurând centrare bună și decuplarea ușoară a port-sculei, pentru o schimbare cât mai rapidă;

Portsculele HSK sunt destinate pentru turații mari, în domeniul HSC ( High- Speed Cutting), avand viteze de așchiere mari (1000…10000 m/min).

Figura 2.8.3 Portscula HSK

Figura 2.8.4. HSK-portsculă pătrată

Figura 2.8.5 Fortele axiale la folosirea portsculei HSK , forma A in oțel.

Figura 2.8.6 Forțele axiale la creșterea turației

Astfel, se observă că o dată cu creșterea turației cresc și forțele axiale. Prin folosirea portsculei HSK REGO-FIX SOFTSYNCRO forțele sunt considerabil mai mici decat la folosirea portsculelor rigide. De asemenea, calitatea suprafeței și durata de viață a sculei sunt optimizate prin folosirea acestei portscule.

Pentru centrul de prelucrare prin frezare am ales portscula HSK, forma A.

Figura 2.8.7 HSK A63

Figura 2.8.8 HSK A63-cote

Figura 2.8.9. Dimensiuni HSK A63

Figuta 2.8.10 Interfațw sculă-arbore

Avantajele folosirii portsculei HSK:

Momentul pe care îl transmite este mai mare;

Mișcare axială scăzută în timpul variațiilor de viteză;

Rigiditate statică și dinamică mare;

Pentru schimbul de scule oferă repetabilitate și acuratețe mare;

Mărește siguranța procesului de prelucrare prin așchiere.

Figura 2.9.11 Tipuri de conuri HSK

Rigiditatea axială și radială sunt cele mai importante din sistemul de prindere al portsculei, ele definind proprietatea sistemului de prelucrare fără vibrații.

Figura 2.9.12 Comparație între conurile HSK și CAT, SK, BT

Modelul HSK permite montarea mecanismului mecanic de blocare care prinde conul în interiorul arborelui. Când o forță este exercitată asupra tijei de acționare, ea se transmite pe flancurile conului cu o valoare de două ori mai mare, îmbunătățind rigiditatea sistemului HSK.

Rigiditatea radială ridicată permite conexiunii HSK să suporte sarcini mari de încovoiere, ceea ce înseamnă o adâncime mai mare de prelucrare, o viteză de avans mare în cazul operațiilor de frezare și strunjire interioară. De asemenea, cu o rigiditate ridicată arborele principal lucrează la o turație mai mare fără a exista pericolul de apariție a rezonanței ( frecvența de lucru-turația- să se suprapună cu frecvența proprie a sistemului). Nu în ultimul rând, o rigiditate mai mare reduce apariția vibrațiilor, rezultând o prelucrare mai precisă și la o îmbunătățire a calității suprafeței obținute.

Figura 2.9.13 Rigiditatea radială a conurilor SK40 și HSK63

Intre suprafețele conice ale portsculei HSK și arbore există contact axial, rezultând rigiditatea axială aproape infinită în direcția arborelui. Aceasta garantează o poziție fixă pentru sculă în timpul operației de frezare, unde forțele axiale sunt mai mari. Astfel, sistemul HSK se comportă mai bine decât CAT/SK.BT, deoarece forța de prindere axială este de două ori mai mare pentru scule de dimensiuni comparabile și deoarece o forță de frecare mai mare conduce la un efect de auto-blocare produs cu înclinația 1:10.

Portsculele de tip E și F: moment mic, turații foarte mari.

Portsculele de tipul A și C: moment moderat, turații de la moderat către mare.

Portsculele de tipul B și D: moment mare, turațiii de la moderat către mare.

Greutatea și momentul de inerție scăzut al portsculei HSK, lungimea mică a conului contribuie la un timp scăzut de schimbare a sculei. Portscula HSK nu necesită bolț de oprire pentru strângere, care reduce și mai mult cursa necesară schimbării sculei.

2.8.1 Bara de tracțiune a portsculei integrată în arbore

Bara de tracțiune se află în interiorul arborelui, forma fiindu-i determinată de turațiile mari la care lucrează.

Figura 2.8.1.1 Bara de tracțiune

Pentru funcționare, ghearele din arcurile prestrânse cu bolțul de reținere trag portscula spre dreapta, luând contact cu alezajul conic din arborele principal. Amplificarea forței de tracțiune a conului se realizează de către un mecnism special. Sistemul de prindere este blocat în același timp, iar forța de tragere este dată de numărul de arcuri disc dintr-un pachet. Astfel, se utilizează mai multe pachete de arcuri de disc, obținându-se deplasarea axială de ordinul a minimum 5-8 mm. Conurile HSK folosesc modalități de prindere similară cu cea a conului ISO.

Figura 2.8.1.2. Bară de tracțiune con HSK

In timpul prinderii conului HSK, conul cuprinzător presează segmentele ghearei pentru direcția radială spre interior. Strângerea se realizează pe două suprafețe simultan.

2.8.2 Strângerea și desfacerea portsculei

Figura 2.8.2.1 Tipuri de strângere

Sistemul mecanic de blocare a tijei de tragere are o forră de tragere de valoare mare. Tija de acționare are funcții speciale precum: amplificarea mecnismului de transmitere a forței de tragere și blocarea portsculei în interiorul conului. Tija de acționare folosește arcuri disc pentru tragerea portsculei în con, iar elementele de blocare pot fi elemente de rulare ( bile) sau came.

Când mecnismul de blocare este în poziția de lucru, toate forțele de așchiere sunt direcționate către arborele principal și nu către arcurile disc, asigurând astfel o forță mare de prindere și rigiditate, fiind encesar pentru prelucrarea cu viteze mari. Deblocarea portsculei se face prin acționarea unui piston intern, fie hidraulic, fie pneumatic, asigurând vibrații reduse și un factor ridicat de siguranță.

Arborii principali sunt echipați și cu senzori de proximitate care permite operarea corectă, fără probleme în timpul schimbării sculelor și pentru oprirea orientată a arborelui principal. Există mai multe tipuri de senzori, în funcție de dimensiunea și turația arborelui principal.

Forța centrifugă poate fi calculată, iar mișcarea zonei de prindere a conului poate fi compensată prin sisteme de control activ al poziției. Temperatura în interiorul arborelui principal este dificil de măsurat, însă măsurând diametrul exterior al rulmenților se pot stabili variațiile de temperatură, mișcarea axială putând fi compensată. Această mișcare axială determinată de fluctuațiile de temperatură poate duce la apariția erorilor în timpul frezării. Astfel, se poate pune un senzor în interior, ce poate înregistra mărimea exactă a deplasării axiale.

Figura 2.8.2.3. Sistemul mecanic de blocare

Figura 2.8.2.4 Poziționarea senzorilor pe capătul din spate al arborelui principal

Figura 2.8.2.5 Măsurarea deplasării axiale

2.9 Procesul formării așchiei. Prelucrarea cu viteze înalte

Din punct de vedere al tipului de așchie, există:

Așchii discontinue: materiale fragile ( fonta, bronz);

Achii în trepte: materiale dure și tenace ( Ol60/OL70 sau oțeluri aliate);

Așchii continue ( de curgere): materiale moi și maleabile ( oțeluri oxidabile, alama, cupru, aluminiu, aliaje de aluminiu).

Figura 2.9.1 Așchie material fragil

Figura 2.9.2 Așchie material dur

Figura 2.9.3 Așchie material moale/maleabil

Frezarea cu viteze înalte ( Hish-Speed Milling) este un procedeu din ce în ce mai des folosit. Aceasta presupune înglobarea tuturor procedeelor de frezare (viteze de avans ridicate sau viteze de rotație ridicate a axului principal). In acest caz, turația axului principal este mai mare de 15000 rpm.

Figura 2.9.4 Domenii de frezare

La prelucrarea cu viteze înalte, viteza de prelucrare este superioară vitezei de propagare a căldurii în piesa de prelucrat. In figura de mai jos, sunt prezentate cele 3 domenii de prelucrare: domeniul convențional, zona de tranziție, domeniul de prelucrare cu viteze înalte pentru anumite materiale.

Figura 2.9.5 Domeniile de prelucrare

Față de prelucrarea convențională, prelucrarea cu viteze înalte prezintă avantajele:

Eficiența economică și creșterea producției;

Calitate foarte bună a suprafeței, cu o rugozitate de până la 0.2 ;

Se pot obține pereți subțiri de până la 0.02 mm de grosime;

Temperatura transferată în stratul superficial al piesei de prelucrat este mai mică decât viteza de avans, nelăsând căldurii timpul necesar de a se propaga în piesă;

Obținerea unor precizii dimensionale superioare prelucrărilor convenționale: suprafețe ce nu au nevoie de finisare având un Rz bun;

De asemenea, frezarea rapidă prezintă și unele inconveniențe precum:

necesitatea presonalului calificat;

aceelerarea și deccelerarea sunt procese foarte rapide, numeroase opriri și porniri pot duce la uzura prematură a mașinii;

necesitatea de a lua măsuri de siguranță suplimentare: uși închise în timpul prelucrărilor, verificări frecvente ale sculelor și utilajelor.

Mecanismul și caracteristicile sale. Transmiterea mișcării.

Mecanismul are funcția de a transmite și a transforma o mărime fizică dată , în altă mărime fizică , cu un anumit raport între acestea ( este mărimea de intrare, este mărimea de ieșire). Acest mecanism ( sistem) realizează un transfer, a cărui valoare poate fi adimensională sau dimensională ( ex: [mm] ).

Transferul se definește ca un raport:

.

La mecanismul șurub-piuliță este următorul raport:

[mm].

Sursa de energie pentru o mașină-unealtă este un motor electric. Energia dată de acest motor este energie mecanică, care este caracterizată prin viteza unghiulară și momentul M. Produsul dintre aceste două elemente este puterea P.

Figura 3.1. Alimentarea ME

In sistemul international, puterea electrică este :

P = U x I;

E = P x t;

Puterea mecanică este: – la translație: P = F x V;

la rotație: P = M x ;

Figura 3.2 Elemente rotație

Mecanismul șurub-piuliță

Figura 3.1.1. Mecanism șurub-piuliță

Avantaje:

-obținerea unei mișcări lente concomitant cu o creștere a forței;

-capacitate portantă mare în cazul unor dimensiuni de gabarit mici ;

-simplitatea construcției și a execuției;

– posibilitatea obținerii unei precizii înalte a deplasărilor.

Dezavantaje:

– pierderi prin frecare ;

-randament scăzut la viteze mari.

Există șuruburi cu autoblocare și fără autoblocare. Sensul deplasării este dat de sensul de rotație și tipul șurubului. La o rotație completă, cu randament 100% există relația:

M x 2= F x p.

Din punct de vedere constructiv, piulițele pot fi realizate în două variante:

a) piuliță fixă;

b)piuliță de translație.

Figura 3.1.2. a) Piuliță fixă

b) Piuliță de translație

Stabilirea condițiilor tehnice și a caracteristicilor funcționale. Condiții tehnice de prelucrare

Procesul de așchiere este procesul de tăiere-deformare, desprindere și îndepărtare sub formă de așchii a surplusului de material de pe piesa semifabricat, în scopul generării suprafețelor și obținerii dimensiunilor și a condițiilor tehnice impuse piesei, prin desenul de execuție al acesteia.

Pentru desfășurarea procesului de așchiere este necesară o mașină-unealtă și una sau mai multe scule așchietoare, dispozitive de poziționare-fixare a sculelor și a pieselor de prelucrat, cât și o serie de instrumente, aparate sau instalații pentru controlul de calitate. Ansamblul format din mașina-unealtă, scula așchietoare, dispozitive de poziționare-fixare a sculei și a piesei și a piesei de prelucrat , poartă denumirea de sistem tehnologic MUSDP.

Figura 4.1 Sistemul MUSDP

Suprafețele piesei semifabricat

Forma pieselor ce intră în componența diferitelor mașini, aparate, utilaje etc este determinată de scopul funcțional al acestora, cu toate că asupra formei influențează și dimensiunile, rezistența mecanică necesară, tehnologia de fabricare, economia de material.

Procesul analitic de prelucrare-generare prin așchiere a suprafeței unei piese dată de desenul de execuție( de impune forma, dimensiunile, poziția relativă în raport cu alte suprafețe, calitatea suprafeței) presupune existența unei suprafețe de început, înainte de a înlătura adaosul de prelucrare.

Suprafața inițială este suprafața de generare, iar suprafața obținută în urma generării prin așchiere este suprafața prelucrată sau generată .

Stratul de material cuprins între suprafața inițială și suprafața prelucrată se numește adaos de prelucrare. Acesta trebuie să asigure stabilitatea procesului de prelucrare, calitatea ridicată a producției și costul minim. Există două metode de a determina adaosurilor de prelucrare: metoda experimental-statistică și metoda analitică de calcul.

Metoda experimental-statistică este bazată pe datele obținute ca urmare a generalizării experienței atelierelor de prelucrare mecanică, adaosurile de prelucrare stabilindu-se pe baza standardelor, normativelor sau tabelelor de adaosuri. Utilizarea tabelelor de adaosuri facilitează proiectarea proceselor tehnologice, dar nu prezintă garanția că adaosurile stabilite în acest mod sunt minime pentru condițiile concrete de prelucrare, deoarece adaosurile sunt determinate fără a ține seama de succesiunea concretă a operațiilor (fazelor) de prelucrare mecanică a fiecărei suprafețe, de schemele de bazare și fixare a semifabricatului pentru diferitele operații de prelucrare mecanică și de erorile de prelucrare anterioare. Această metodă permite stabilirea rapidă, pe baza unei soluții unice, a adaosurilor de prelucrare. Adaosurile ce se prevăd corespund cazului cel mai defavorabil și, de aceea, în multe cazuri, adaosurile de prelucrare stabilite prin normative pot fi micșorate.

Metoda analitică de calcul se bazează pe analiza factorilor care determină mărimea adaosului și stabilirea elementelor componente ale acestuia pentru condițiile concrete de prelucrare. Această metodă permite evidențierea posibilităților de reducere a consumului specific de material și de micșorare a volumului de muncă al prelucrărilor mecanice la proiectarea unor procese tehnologice noi, precum și la analiza celor existente.

Calculul analitic al adaosurilor de prelucrare permite determinarea unor dimensiuni intermediare optime la toate operațiile succesive de prelucrare și asigură un număr minim de operații și faze de prelucrare, necesare obținerii calității prescrise a piesei prelucrate. În comparație cu valorile adaosurilor determinate experimental-statistic, calculul analitic poate conduce la reduceri de 6… 15% din masa netă a piesei.

Metoda de calcul analitic se recomandă să fie utilizată în cazul producției de masă și de serie mare.

De asemenea, metoda de calcul analitic se recomandă a fi utilizată și în cazul construcției de utilaje grele, chiar în condițiile fabricației individuale a pieselor de dimensiuni mari. Pentru astfel de piese adaosurile prea mari pot conduce la pierderi mari de metal prin așchiere; pe de altă parte, la prelucrarea pieselor de dimensiuni mari este inadmisibil rebutul produs din cauza unor adaosuri insuficiente.

Schemele adaosurilor de prelucrare pe fază și pe operație

Adaosul de prelucrare al fazei Af (sau al operației) este stratul de material ce trebuie îndepărtat prin prelucrarea mecanică la faza (operația) respectivă. Adaosul de prelucrare se măsoară perpendicular pe suprafața prelucrată și pe o singură parte.

Adaosul de prelucrare al fazei k se obține pentru suprafețele exterioare și pentru suprafețele interioare, ca diferență între dimensiunile aflate la faza anterioară și cea considerată.

Suprafața exterioară:

Af, k = dk-1 – dk

Suprafața interioară:

Af, k = Dk – Dk-1

Pentru a se obține piesa finită se înlatură adaosul de prelucrare total At, din diferența dimensiunilor nominale ale semifabricatelor (dn,s sau Dn,s ) și ale pieselor finite (dn,p sau Dn,p).

Pentru suprafețele exterioare:

At = dn,s – dn,p

Pentru suprafețele interioare:

At = Dn,p – Dn,s

Figura 4.1.1. Schema tipică de așezare a adaosurilor de prelucrare pentru suprafețele exterioare

Figura 4.1.2. Adaosurile de prelucrare ale fazei (suprafață exterioară)

Figura 4.1.3. Adaosurile de prelucrare ale fazei (suprafață interioară)

Adaosul de prelucrare total At se obține prin însumarea adaosurilor de prelucrare nominale ale fazelor:

Adaosul minim de prelucrare al fazei Amin, k se determină cu relația:

Amin,k = dmin,k-1 – dmin,k (suprafață exterioară);

Amin,k = Dmax,k – Dmax,k-1(suprafață interioară).

În cursul efectuării procesului tehnologic, adaosurile de prelucrare și toleranțele respective se micșorează de la o fază la alta:

TA, k-1 > TA,

Amin, k < An, k

Mărimea adaosului minim de prelucrare stabilit prin metoda analitică de calcul, pentru faza k de prelucrare, se determină cu relația:

,

unde : c reprezintă coeficientul care ține seama de tipul adaosului de prelucrare:

c = 1 pentru adaosuri de prelucrare asimetrice;

c = 2 pentru adaosuri de prelucrare simetrice.

Rz,k-1 = rugozitatea suprafeței obținute la faza (k – 1) de prelucrare

mk-1 = mărimea stratului de metal defect al suprafeței obținute la faza precedentă;

= abaterile de poziție reciprocă a suprafeței realizate la faza precedentă;

= erorile de așezare la faza considerată.

Din punct de vedere economic, este important ca adaosul de prelucrare să fie mic, deoarece influențează productivitatea procedeului de generare. Când acesta este mic, poate fi îndepărtat printr-o singură trecere; altfel sunt necesare mai multe treceri. Stratul de material îndepărtat la o trecere se numește strat parțial.

Astfel, la prelucrare prin așchiere există următoarele suprafețe:

Suprafața inițială de prelucrat delimitează exterior adaosul de prelucrare

Suprafața generată este cea generată în urma procesului de așchiere, după “n” cicluri de generare.

Suprafața de așchiere este suprafață de legătură între suprafața de prelucrat și cea de prelucrată. Se realizează în urma unui singur ciclu de generare, prin detașarea unui strat de așchiere.

Pentru a putea împarți în straturi parțiale și în straturi de așchiere adaosul de prelucrare și pentru a evidenția modul de îndepărtarea a acestora, prin punerea în evidență a poziției și a mișcărilo relative sculă-piesă se realizează schema de așchiere.

Mișcările simple de executat ale piesei și sculei așchietoare, tipul de scula adoptat, schema de așchiere realizată constituie cinematica de generare a suprafeței, prin urmare realizându-re un procedeu de generare (prelucrare) prin așchiere.

Figura 4.1.4 Frezarea cu freză cilindro-frontală

Cinematica procesului de așchiere

Pentru a realiza procesul de prelucrare prin așchiere se impune efectuarea de către mașina-unealtă a unor mișcări sculă-semifabricat. Aceste mișcări poartă denumirea de mișcări executante, ce constituie cinemtica procesului de așchiere. O parte din aceste mișcări iau parte la procesul de generare al suprafeței, iar o parte au rol auxiliar ( nu au legătură directă cu procesul de generare). Astfel, în funcție de rolul lor, aceste mișcări sunt:

Mișcări de lucru;

Mișcări auxiliare;

Mișcări de comandă;

Mișcări de automatizare.

Având in vedere aceste caracteristici, se observă că în cinematica așchierii intervin numai mișcările de lucru, denumite și mișcări de generare sau mișcări de așchiere.

Dintre mișcările de generare ale procesului de așchiere una este mișcarea principală, iar celelalte, mișcări complementare sau de avans.

Mișcarea principală este componenta mișcării de așchierii datorită căreia se realizează tăierea-deformarea materialului și desprinderea acestuia sub formă de așchii, la fiecare ciclu de prelucrare și fără de care procesul de așchiere nu ar avea loc. Această mișcare are viteza cea mai mare, cu un lucru mecanic cel mai mare în raport cu toate celelalte mișcări ( se consumă cea mai mare parte din energia necesară desfășurării procesului de așchiere).

Mișcarea de avans aduce noi straturi de material în fața tăișului sculei și se asigură continuitatea procesului de așchiere. Aceasta poate fi:

-continuă, fiind suprapusă peste mișcarea principală ( la frezare, strunjire);

– continuă alternativă, când mișcarea este simultană cu cea principală, dar sensul de avans se schimbă în mod alternativ ( la rectificare).

Mișcarea de avans poate fi clasificată și după direcția acesteia astfel:

Longitudinală, când se efectuează paralel cu axa de rotație a piesei;

Transversală, când direcția de avans este transversală față de axa de rotație;

Circulară.

Mișcările auxiliare, conform STAS 6599/3-89:

Mișcările de reglare: stabilește grosimea stratului de material pentru îndepărtare; este mișcarea relativă sculă-piesă;

Mișcările de apropiere: scula se apropie de piesă pentru efectuare operației de așchiere;

Mișcările de retragere: scula se retrage din semifabricat, pentru a relua ciclul de prelucrare.

Mișcările de comandă: se realizează oprirea sau pornirea mișcărilor de lucru, pentru schimbarea frecvențelor de lucru etc…

Mișcările de automatizare apar la mașinile-unelte specializate, automate sau semiautomate, având în vedere comanda mișcărilor de comandă a sistemului tehnologic.

Mișcarea rezultantă sculă-piesă se numește mișcarea de așchiere datorită căreia se realizează generarea suprafeței. Viteza mișcării rezultante reprezintă viteza de așchiere, iar viteza mișcării principale se numește viteza principală de așchiere.

Pentru a putea preciza direcțiile mișcării principale de așchiere și a mișcării de avans se definesc unghiul direcției de avans ( unghiul între direcția avansului și direcția mișcării principale de așchiere) și unghiul direcției de așchiere ( unghiul dintre direcția rezultantă de așchiere și direcția principală de așchiere, apreciându-se valoarea avansului, comparativ cu mărimea vitezei principale de așchiere).

4.2.1Parametrii regimului de așchiere

Procesul de așchiere trebuie sa aibă loc în anumite condiții de lucru, determinându-se astfel, regimul de așchiere. Acest regim este caracterizat de viteza de așchiere, avansul de așchiere și adâncimea de așchiere.

Viteza de așchiere este viteza instantanee pe direcția rezultantă de așchiere a unui punct considerat pe tăișul sculei.

Viteza principală de așchiere este viteza instantanee pe direcția mișcării principale a unui punct considerat pe tăișul sculei. Se exprimă în [m/min] sau [m/s]:

V = .

Mișcarea principală de așchiere este caracterizată prin frecvența n: [rot/min].

Deplasarea relativă sculă-piesă pe direcția mișcării de avans, la un ciclu de prelucrare( o rotație sau cursă dublă) definește avansul de așchiere. Se notează cu s și se măsoară în [mm/rot]. Există situații în care avansul se produce în afara fazei de așchiere (rabotare, mortezare) sau când aceasta nu există (broșare).

Viteza de avans este viteza instantanee relativă sculă-piesă în direcția mișcării de avans. Dacă această mișcare este este simultană cu mișcarea principală de așchiere, ea este continuă, iar viteza de avans este constantă în mărime și sens și se paote exprima în funcție de frecvența n a mișcării principale și în funcție de avansul s:

Vs= n x s.

Pentru sculele așchietoare cu mai multi dinți așchietori ( freze) se definește avansul pe dinte:

sz=

Adâncimea de așchiere este distanța între suprafara generată și suprafața de așchiat, fiind măsurată perpendicular pe direcția avansului.

Figura 4.2.1 Parametrii regim așchiere frezare

Figura 4.2.1.1 Principiul de lucru al frezei cilindro-frontale

Figura 4.2.1.2 Influența paramaetrilor regimului de așchiere asupra durabilității sculei așchietoare

5.Condiții tehnice de prelucrare. Realizarea curbei directoare și generatoare.

Suprafețele componente ale unei piese prin forma si scopul lor funcțional au un rol important în construcția de mașini-unelte, dat fiind faptul că o piesă nu poate fi obținută pe același tip de mașină-unealtă, printr-un singur procedeu de generare. Astfel, construcția acestor mașini trebuie să țină cont de suprafețele ce urmează a fi prelucrate și de formele piesei ce sunt delimitate în spațiu de aceste suprafețe.

Având în vedere aceste caracteristici, pentru simplificarea piesei se realizează anumite reprezentări convenționale, care duc la obținerea desenului tehnic.

Desenele tehnice au calitățile proiective ale geometriei descriptive și ale geometriei plane și în spațiu, deoarece majoritatea pieselor au ca suprafețe componente suprafețe geometrice simple: plane, cilindrice, elicoidale,evolventice, conice etc.

Condițiile de formă stabilesc forma geometrică teoretică (nominală), pe care trebuie sa o aibă suprafața și abaterile de formă admise. Precizia formei geometrice este dată de :

Abaterea de la rectilinitate a suprafețelor plane ( concavitate, convexitate);

Abaterea de la circularitate a suprafețelor cilindrice (ovalitate, poligonalitate);

Abaterea de la cilindricitate a suprafețelor cilindrice (conicitate).

Condițiile de precizie relativă au rolul de a stabili distanțele și orientările relative nominale dintre suprafețele componente ale piesei, precum și abaterile admise.

Condițiile dimensionale au rolul de a stabili dimensiunile nominale ale fiecărei suprafețe componente a unei piese, cât și abaterile admise.

Condițiile de calitate a suprafeței au rolul de a stabili rugozitatea impusă suprafețelor piesei, cât și starea de duritate sau tratamentele termice și chimice aplicare în scopul măririi rezistenței la uzură, la coroziune.

Realizarea generatoarei

Curbele generatoare ale suprafețelor pieselor pot avea cele mai variate forme, de la cea mai simplă,până la curbe ce nu pot fi exprimate analitic. Din punct de vedere al complexității formei generatoarei pot fi:

Curbe generatoare analitice, a căror formă este determinată de o singură curbă plană, exprimabilă analitic, dreapta, mai rar elipsa;

Curbe generatoare compuse: la formă intervin un număr oarecare de drepte și de curbe plane analitice: profilul filetului, profilul canelurii, ;

Curbe generatoare neanalitice, exprimate numai prin coordonate.

Din punct de vedere tehnic, curba generatoare poate fi materializată prin muchia așchietoare a sculei, putând fi obținute pe cale cinematică.

Figura 5.1 Curbe generatoare a,b,c,) simple; d,e,f,g)compuse; h)neanalitice

Curba generatoare poate fi materializată prin forma muchiei așchietoare a sculei, dacă unghiul de degajare este nul, sau prin proiecția muchiei așchietoare pe planul generatoarei, când unghiul de degajare are o valoare diferită de zero.

La baza prelucrării suprafețelor prin frezare sunt două variante de generare:

Figura 5.2 Generatoare-suprafață plană/profilată

Figura 5.3 Generatoare suprafață plană în plan director

In prima variantă,suprafața Sp se obține cu generatoarea G, de forma unei drepte sau o curbă plană, materializată prin muchiile aschietoare ale sculei, cuprinsă în suprafața exterioară a sculei (de formă cilindrică, conică, sferică, etc.), aflată in contact cu planul G0. Directoarea D (de formă rectilinie sau curbilinie), se obține cinematic ca înfășurătoare a unei curbe cicloidale C. Traiectoria C este descrisă de un punct M al generatoarei G, ca urmare a mișcării de rotație f (mișcarea de așchiere) în jurul axei sculei și a mișcării de translație 2 (mișcarea de avans), executată de planul generator G0. Pentru reglarea generatoarei G la cota suprafeței Sp este necesară o mișcare 3, executată la începutul fiecărei treceri în scopul pătrunderii în adaosul de prelucrare. Această mișcare aparține lui G0 sau D0. Pentru a obține o generatoare teoretică mai mare decât cea materializată de muchia așchietoare, se fac repoziționări ale generatoarei materializate după mișcarea 4, executată de G0 sau D0. La așchiere iau parte numai tăișurile de pe periferia cilindrică a frezei.

In a doua variantă, suprafața Sp aflată în planul director D0 se obține cu generatoarea G, rectilinie, materializată de muchia așchietoare a sculei (în partea frontală) este normală pe axa sculei. Mișcarea 1 asigură aducerea de noi muchii așchietoare în contact cu materialul. Directoarea D, o dreaptă sau o curbă (caz particular un cerc) se obține ca înfășurătoare a unei curbe cicloidale C, cuprinsă în D0, descrisă de un punct M al generatoarei G, solidar legat de o rulantă care se rotește cu mișcarea 1 în jurul axei sculei OO' și se deplasează pe o bază B, rectilinie sau curbilinie, cu mișcarea 2.

Figura 5.4 Realizarea generatoarei prin frezare

Mișcarea 3, executată de planul G0 sau D0 este necesară pentru repoziționarea curbei G în vederea obținerii dimensiunilor suprafeței Sp. Mișcarea 4 este necesară obținerii generatoarelor mai mari decât cele materializate prin muchia așchietoare a sculei. In acest caz la așchiere participă tăișurile de pe periferia cilindrică a frezei și tăișurile secundare de pe partea frontală, scula fiind denumită freză cilindro-frontală. In figura 5.4 se prezintă o aplicație a acestei variante. Curba generatoare G este materializată și cuprinsă în suprafața inițială a sculei. Pe această suprafață se impun cât mai multe tăișuri așchietoare, ceea ce face ca la o rotație a mișcării 1 și la un avans f pe direcția mișcării 2 să se obțină o cantitate cât mai mare de așchii, respectiv o productivitate cât mai ridicată.

II. Proiectare cinematică și organologică

Proiectarea lanțului cinematic principal

Calcule arbore principal

Pentru a putea alege electrobroșa s-a efectuat un calcul de forțe, ținând cont de capacitatea motorului electric, diametrul ales pentru sculă, forța din procesul de așchiere.

Astfel, diametrul ales pentru scula este D= 63 mm, PME= 18.5 kw, iar turația AP =18 000 rpm ( aceste caracteristici au fost alese în urma analizei comparative dintre 3 mașini-unelte similare).

Forțe de așchiere și momentele ei au o importanță deosebită în inginerie, în general, în tehnologia de tăiere a materialului. Se știe că, în timpul procesul de așchiere, geometria sculei se schimbă datorită caracteristicilor și aceste schimbări pot avea consecințe nedorite asupra performanței procesului. Cea mai importantă variație a formei sculei este creșterea forțelor de așchiere în timpul procesului, care pot conduce la variații a stabilității procesului de așchiere.

Importanța cunoașterii forței de așchiere este foarte mare, putându-se determina energia mașinii-unelte, calculul și dimensionarea elementelor cinematice, calcului și dimensionarea sculelor și a echipamentului auxiliar, optimizarea procesului de așchiere.

Astfel, în urma studiului analitic și experimental (conform figurii de mai jos), am determinat forțele de așchiere pe cele trei direcții ( X, Y, Z).

Puterea utilă motorul electric:

P = F Vaș =>> F = =>>

F = 311.60 N

Se consideră ca forțele Fx și Fy sunt egale, precum figura de mai jos:

Figura 1.1.1 Experiment privind forța de așchiere

Fx = Fy = 311.60 N

Fz = ( 60…70 % ) Fx = =>>

Fz = 218.12 N

Având în vedere viteza de prelucrare a mașinii-unelte, fiind de tip viteză înaltă ( HSC), am ales electrobroșa conform figurii de mai jos:

Figura 1.1.2 Arbore în contur BK

Figura 1.1.3 Dimensiuni

Electrobroșele sunt realizate pentru a opera în game largi de puteri și viteze. Schimbarea sculei se face automat, iar comanda motorului se face prin modificarea frecvenței.

Folosirea electrobroșei presupune următoarele avantaje:

Se folosesc la viteze de prelucrare mai mari de 5 până la 20 de ori față de prelucrările convenționale;

Timpul necesar producție este redus;

Se folosesc viteze mult mai mari de așchiere;

Se observă îmbunătățiri ale calității suprafețelor;

O mai bună precizie dimensională;

Electrobroșa prezintă o vietză de rotație și rigiditate ridicată;

Stabilitate mare.

Figura 1.1.3 Secțiune arbore

Figura 1.1.4 Arbore

Calculul de rezistență al arborelui

Arborii sunt elemente de mașini care au rolul funcțional de a susține elemente de mașini cu mișcare de rotație, față de o parte fixă a unei instalații mecanice. Ei se află în mișcare de rotație continuă sau alternantă, în afară de rolul de susținere, ce transmite momentul de torsiune (mișcarea și puterea ) cu ajutorul organelor de mașini pe care le susțin. Arborii sunt solicitați atât la torsiune, cât și la încovoiere.

Pentru construcția arborilor, materialul care este folosit trebuia sa aibă următoarele calități:

Rezistență mecanică la solicitări atât statice, cât și variabile;

Ușor de prelucrat;

Să fie economic;

Rezistent în condițiile de mediu.

Astfel, pentru alegerea materialului se va ține cont de :

Mărimea și modul de variație în timp a sarcinilor preluate;

Condițiile de mediu în care va funcționa;

Ansamblul din care face parte și importanța sa în cadrul acestuia.

In general, pentru construcția arborilor se folosesc: oțeluri carbon, oțeluri carbon calitate, oțeluri aliate cu nichel, oțeluri turnate, fontă de înaltă rezistență.

Astfel, având în vedere aceste noțiuni, am ales pentru arbore materialul OLC60, care are următoarele caracteristici:

Tratament termic: normalizare

e = 320 Mpa; t = 600 Mpa

Caracteristici mecanice la oboseală pentru încovoiere: 1-i= 36 Mpa; 0r=52 Mpa

Caracteristici mecanice la oboseală pentru răsucire: 1-i = 20 Mpa; 0r= 28 Mpa;

Coeficientul de siguranță admisibil : ca= 2

= 1.65…1.75; =0.8; =0.92;

Tensiunile admisibile la încovoiere: a= 160 Mpa;

Tensiunile admisibile la răsucire: a = 15…30 Mpa.

Predimensionarea arborilor presupune răsucirea, solicitări compuse.

Predimensionarea la răsucire se efectuează la arborii solicitați la torsiune și la încovoiere.

=>>

d = =>> d= 6.96 mm

P1 = P n =>>

P1= 18.5 = 18.31 kw

Mt= 955103 =>>

Mt = 955 * 103 * 18.31/18000 = 971.44 daN/mm

Deoarece dimensiunile rezultate sunt foarte mici, urmează ca proiectarea să se facă constructiv. După aceea se vor face verificările necesare, în special verificările de dinamică.

Figura 1.2.1 Schema de încărcare a arborelui

Calculul reacțiunilor din lagăre:

În plan vertical: =>>=>>

Ecuația de verificare: ( Adevărat)

În plan orizontal: =>> =>>

Ecuația de verificare: ( Adevărată)

Calculul momentelor încovoietoare:

În plan vertical:

În plan orizontal:

Calculul momentelor încovoietoare totale în secțiunile cele mai solicitate:

= 76.94 Nm

=>> Mitotal= 146.8 Nm

Calcul moment echivalent:

Conform teoriei a III-a de rezistență rezultă:

Mech=

Mech= 12.35 Nm

i = =>>

i =

Alegerea motorului electric

Având în vedere caracteristicile mașinii-unelte de proiectat, prin analiza comparativa a 3 mașini-unelte similare, s- a ales din catalog, următorul tip de motor electric:

Figura 1.3.1 Dimensiuni motor electric

Figura 1.3.2 Asamblare motor pe arbore

Figura 1.3.3 Secțiune motor

Avantajele folosirii acestui tip de motor direct-drive:

Calitate foarte bună a suprafeței;

Concentricitate maximă;

Rigiditate ridicată;

Timp de accelerare scurt și viteze maxime;

Instalare ușoară.

Figura 1.3.4 Motor 1FE105

Figura 1.3.5 Diagrame putere-moment motor direct-drive

Alegerea rulmenților

Pentru a putea prelua sarcinile atât axiale, cât și cele radiale, pentru arbore am ales rulmenți radiali-axiali cu bile dispuse pe un rând.

Rulmenții radial-axiali cu bile pe un rând pot susține sarcini axiale care acționează numai într-o singură direcție, motiv pentru care aceștia se utilizează imperecheați pentru a prelua sarcinile în ambele direcții. In mod tradițional, rulmenții radial-axiali cu bile pe un rând SKF au un umăr ridicat, iar celălalt coborât (fig I), dar există și modele ce au inelul interior cu ambele umere ridicate (fig II), precum în cazul rulmenților radiali cu bile.

Figura 1.4.1 Rulmenții SKF

Figura 1.4.2 Rulment radial-axial SKF

Avantaje:

Au o capacitate foarte mare de încărcare;

Funcționare cu mai puțin zgomot;

Produc mai puțină căldură și mai puține vibrații;

Pot funcționa la o temperatură mare fără pierdere semnificativă a stabilității dimensionale;

Viteze de rotație mari;

Reduc încărcările radiale și axiale;

Grad mare de rigiditate;

Durată de viață mult mai mare.

Figura 1.4.3 Schimbările încărcărilor/descărcărilor în timpul operației

Rulmenții radiali-axiali SKF sunt alcătuiți din un oțel de înaltă calitate cu un conținut scăzut de oxigen și un număr minim de impurități. Toate inele sunt tratate termic pentru a asigura stabilitate dimensională până la 150. Aceștia sunt mai puțini sensibili la o potențială supraîncărcare axială.

Durata de viață este reprezentată în figura de mai jos:

Figura 1.4.4 Durata de viață a rulmentului radial-axial SKF

Se poate calcula astfel:

3,

unde = durata de viață în ore;

a1= factorul de viață pentru siguranță, conform figurii 1.4.4;

aSKF= modificarea duratei de viață din figura 1.4.3;

C= încărcarea dinamică, kN;

P= încărcarea dinamică echivalentăm kN;

n= viteza de rotație.

Figura 1.4.5 Factorul de viață pentru siguranță

Figura 1.4.6 Condiții de funcționare

Lnmh = 1*3*= 35957.93 =>> Lnmh = 35957 ore de funcționare

Figura 1.4.7 Cote

Figura 1.4.8 Dimensiuni

Figura 1.4.9 Desen tehnic

Figura 1.4.10 Dimensiuni specifice

Figura 1.4.11 Dimensiuni rulment D=100 mm

Figura 1.4.12 Dimensiuni specifice D=100mm

Figura 1.4.13 Rulmenți radiali-axiali

Figura 1.4.14 Rulmenți radiali axiali secțiune

Figura 1.4.15 Arbore cu rulmenții radiali-axiali

1.5 Alegerea ghidajelor

Pentru transmiterea mișcarii rectilinii, se folosesc ghidajele liniare. Acestea au următoarele avantaje:

– Când o încărcare este condusă de un ghidaj liniar, fricțiunea dintre încărcare și batiu are un coeficient de doar 1/50 din contactul convențional și diferența dintre coeficientul dinamic și static este mic. Astfel, nu vor exista alunacări în timpul mișcării;

– Durata de viață este mare;

– Cu un sistem tradițional, ungerea poate fi ușor aprovizionată.

Pentru procesul de frezare s-a ales din seria HG, clasa 65/55.

Figura 1.5.1 Momentul static permisibil

Momentul static se referă la un moment într-o direcție dată când cea mai mare tensiune ale elementelor de rulare într-un sistem aplicat egalizează tensiunea indusă de SLR ( încarcarea statică).

Durata de viață:

Există o duritate specifica, care dacă nu este atinsă, încărcarea este redusă și viața nominală este în descreștere;

Figura 1.5.2 Duritate specifică

Temperatura afectează materialul ghidajului, astfel încărcarea va fi redusă și durata de viață va fi în descreștere când temperatura depășește 100. Astfel, încărcarea dinamică și statică inițială trebuie să fie multiplicată de factorul de temperatură. Cum unele accesorii sunt din plastic, se recomandă ca în mediul înconjurător să fie mai puțin de 100.

Figura 1.5.3 Factorul de temperatură

Figura 1.5.4 Ghidaj seria HG

Figura 1.5.5 Calcul alegere ghidaj

Figura 1.5.6 Cod ghidaj

Figura 1.5.7 Ghidaj HGH CA/HA

Astfel, pentru mașina-unealtă studiată am ales următorul tip de ghidaj:

Figura 1.5.8 Ghidaj HGH 65

Figura 1.5.9 Dimensiuni

Montarea sistemului de ungere :

Figura 1.5.10 Montare

Figura 1.5.11 Dimensiuni

Figura 1.5.12 Dimensiuni filet (montare)

Figura 1.5.13 Lungimi ghidaj

Figura 1.5.14 Ghidaj HGH 65 CA

Figura 1.5.15 Ghidaj HIWIN HG65

Studiul rigidității asupra arborelui studiat

Pentru a putea studia rigiditatea arborelui, ce are viteza de rotație de n= 18000 rpm, am folosit programul de analiză Ansys, determinând astfel capacitatea lui de a se opune unor forțe exterioare.

Rigiditatea mașinii-unelte reprezintă capacitatea de a se opune unor forțe exterioare care tind să îl deformeze. Comportarea statică a unei mașini-unelte, a unui ansamblu sau a unei piese individuale este caracterizată de deformațiile elastice, care apar la sarcini constante în timp (forțe de așchiere, greutatea pieselor, forțe de strângere). Acesta este unul din factorii importanți care influențează precizia dimensională, precizia de formă, precizia pozițională și calitatea suprafețelor prelucrate.

Factorii principali care influențează rigiditatea statică:

-deformațiile elastice proprii elementelor de structură;

– deformațiile de contact din cuplurile cinematice.

Deformațiile elastice de contact sunt generate ca urmare a elasticității îmbinarilor fixe sau mobile dintre elementele de structură fiind specifice sarcinilor reduse. Aceste deformații produc erori mari îndeosebi în cazul prelucrărilor de finisare. Deformații elastice proprii- sunt preponderente la sarcini mari reprezentând obiectivul esențial în aprecierea comportării statice a structurii mașinii-unelte.

Rigiditatea totală a mașinii-unelte se schimbă în timpul exploatării. In prima perioadă de uzură de rodaj, rigiditatea poate să crească datorită îmbunătățirii contactului dintre piese, urmând ca ulterior ea să scadă în timpul exploatării.

Rigiditatea termică reprezintă rezistența opusă de un element de structură al mașinii-unelte la o deformație provocată de potențialul termic. Este greu de evaluat din cauza dificultăților de identificare în spațiu a cauzelor și efectelor de natură termică. Astfel s-a definit o altă relație pentru rigiditatea termică relativă, ca raport între puterea disipată și deformația termică maximă la o turație constantă a arborelui principal:

;

Analiza arborelui

Figura 1.5.1 Arborele lăgăruit

Figura 1.5.1.2 Realizarea discretizării pentru un rezultat cât mai precis

Figura 1.5.1.3 Fixarea se face in cei 4 rulmenți, iar forța se pune la capătul de prindere al portsculei HSK

Figura 1.5.1.4 Deformațiile totale rezultate

Figura 1.5.1.5 Tensiunile echivalente von-Mises

Figura 1.5.1.6 Secțiune arbore ( tensiunile echivalente von-Mises)

Concluzii

Pentru diminuarea deformațiilor se iau măsuri constructive precum: răcirea forțată a elementelor constructive (cea mai eficientă metodă este răcirea forțată a lagărelor arborelui principal), utilizarea materialelor cu coeficient redus de dilatare, materiale care au rezistență la solicitări statice și dinamice, forma și mărimea structurii care asigură nu numai protecția mașinii-unelte, ci și menținerea tensiunilor și deformațiilor într-o limita a bunei funcționări, crearea la baza mașinii-unelte a unor puncte suport. Aceste metode sunt în curs de dezvoltare, deoarece rigiditatea mașinii-unelte influențează procesul de așchiere, în final piesa finită putând fi declarată rebut.

III. Lanțul cinematic de avans

Proiectare

Alegerea motorului electric

Pentru alegerea motorului electric al lantului cinematic de avans se ține cont de forța de axială, care acționează pe direcția mișcării de avans. Această forță axială se determină în funcție de regimul de funcționare astfel:

Static:

, unde = coeficient de frecare = 0.05

Gtot = greutatea totala a ansamblului (capul de frezat, traversa mobilă, sania orizontală).

Masa capului de frezat este de aproximativ 11000 kg. Greutatea totală va fi:

Gtot= m * g = 11000 * 9.8 = 107800 N;

Forța ce acționează în ghidaje: Fghidaje = 200 N;

Fa = 0.05 * (107800 + 200) = 5400 N

Dinamic:

,

unde Ftaș = forța de așchiere tangențială = 1000 N

Fa = 1000 + 0.05 (107800 + 200)

= 6400 N

Calculul momentului la arborele motorului:

MME = Fa *L/n

Static: MME = 5400 * 10 /2 * 0.8= 10,8 Nm

Dinamic: MME = 6400 *10/ 2 * 0.8= 12,8 Nm

L = lungimea parcursă de un element mobil la o rotație completă a arborelui motorului electric =>> L= psc= 10 mm.

n= randamentul mecanismului șurub-piuliță = 0.8

In urma acestor calcule, am ales motor Siemens, de tip synchronous motor 1FK7 S120.

Motoarele 1FK7 sunt motoare asincrone cu excitație magnetică permanentă, având dimensiuni compacte. Aceste motoare corespund sistemului de antrenare Sinamics 120. Sistemul digital de comandă îndeplinesc cele mai înalte cerințe cu privință la perfomanțele dinamice, domeniul de turație, precizia arborelui și a flanșei.

Motoarele 1FK7 pot fi cu răcire naturală, cu ventilație forțată sau răcire cu apă. Prin răcire naturală căldura este disipată prin suprafața motorului; în cazul ventilării forțate căldura este forțată să iasa din motor prin ventilatoare incluse în construcție. Astfel, motorul este de tip răcire naturală.

Figura 1.1.1 Motoare Siemens

Figura 1.1.2 Motor 1FK7

Figura 1.1.3 Cuplul

Figura 1.1.4 Date tehnice

Figura 1.1.5 Diagrama viteză rotație-cuplu

Figura 1.1.6 Vederi motor

Avantajele folosirii acestui tip de motor:

Calitate optimă a suprafeței fabricatului, datorită preciziei ridicate de rotație;

Timpi morți de scurtă durată, datorită performanțelor dinamice ridicate;

Pot prelua forțe în consolă mari;

Randament ridicat;

Răspuns dinamic foarte bun al motorului datorită forțelor de inerție scăzute;

Variație scăzută a momentului de torsiune (1%);

Nivel ridicat de protecție la scurtcircuit și suprasarcină.

Figura 1.1.7 Lanțul cinematic de avans

Cuplajul de legătură

Cuplajele realizează legătura permanentă sau intermitentă între două elemente consecutive ale unei transmisii, în scopul transmiterii mișcării de rotație și a momentului de torsiune, fără a modifica legea de mișcare.
Alte funcții:

compensarea abaterilor de poziție;

protecția împotriva șocurilor și vibrațiilor;

întreruperea legăturii dintre cele două elemente;

limitarea sarcinii transmise;

limitarea turației;

limitarea sensului de transmitere a sarcinii.

Cuplajele trebuie să îndeplinească anumite funcții precum: siguranță în funcționare, dimensiuni de gabarit reduse, asigurarea durabilității, echilibrarea statică și dinamică, montare și demontare ușoare.

Figura 1.2.1 Tipuri de cuplaje

Asupra cuplajelor mai acționează următoarele sarcini suplimentare:

sarcinile de inerție, care apar în regimul nestaționar de funcționare a transmisiei echipată cu cuplaj;

sarcinile de șoc și vibratorii;

sarcinile datorate deformării forțate a elementelor componente ale cuplajelor și a

elementelor sistemului de acționare, ca urmare a necoaxialității arborilor;

sarcinile datorate frecării reciproce a elementelor mobile ale cuplajelor.

Mtc = Ks * Mtn;

Mtn = 9.55 * 106 * P/n

= 9.55 * 106 * 3.77/3000

= 12 Nm

Ks = coeficient de siguranță = 1.5 =>> Mtc= 18 Nm.

Cuplajele permanente fixe realizează legătura permanentă rigidă a arborilor coaxiali, la care abaterile maxime de la coaxialitate nu trebuie să depășească 0,002 … 0,05 mm, pentru a nu crea suprasolicitări în arbori și lagăre.

Cuplajele cu manșon monobloc – formate dintr-o bucșă (manșon), montată pe capetele

arborilor de asamblat – transmit momentul de torsiune prin intermediul unor organe de asamblare. Fixarea axială a bucșei se realizează cu ajutorul unor știfturi filetate. Momentul de torsiune se transmite de la arborele conducător la manșon și de la acesta la arborele condus, manșonul fiind solicitat la torsiune. De regulă, dimensiunile manșonului se adoptă constructiv:

D=(1,4 … 1,8) d; L=(2 … 4)d

, unde d reprezintă diametrul capătului de arbore; valorile superioare ale diametrului D se recomandă pentru manșoane executate din fontă, iar valorile inferioare pentru manșoane executate din oțel.

Figura 1.2.1 Cuplaj manșon

D = 1.4 * 108 mm =>> D = 151.2 mm

L = 2 * 108 mm =>> L = 216 mm

Mecanismul surub-piuliță

Mecanismul șurub-piuliță transformă mișcarea de translație în mișcare de rotație și este folosit frecvent în lanțurile cinematice de avans, de filetare, de rulare etc.

Acest mecanism poate fi:

Șurub-piuliță cu frecare mixtă;

Cu elemente intermediare ( bile sau role)

Hidrostatice .

Figura 1.3.1 Tipuri de frecări

Figura 1.3.2 Schema simplificată a unui LCA

In practica industrială, șuruburile cu bile determină direct performanțele unui echipament sau a unei mașini-unelte și nu numai. Este un factor foarte important în costul produsului final, fiind în cele mai multe cazuri unul din cele mai scumpe ansambluri montate pe o mașină-unealtă.

Acest ansamblu are un profil special ( ax filetat), proiectat din condiții de respectare a fenomenelor de conformitate de la rulmenți și bilele prin care se transmite mișcarea ( forța necesară piuliței, ce are u profil conjugat cu cel al filetului).

Avantajele mecanismului șurub-piuliță:

Durată de viață mare;

Viteză sporită de funcționare;

Spațiu util mic;

Uzură aproape neglijabilă;

Nivel redus de zgomot la funcționare;

Mișcare de mare precizie;

Randament superior valorii de 90%

Raport de transfer constant cu valori în limite largi.

Inre piuliță-bile-șurub se realizează un contact punctiform, ceea ce face ca acest ansablu să fie atât de folosit în aplicațiile cu forțe mari, dar forțe de frecare mici. Pentru a putea transmite mișcarea, bilele se deplasează în zona de contact piuliță-bile-șurub din interiorul piuliței, având o traiectorie circulară sau combinată circular-liniară-circulară spre a reveni apoi în zona contactului respectiv. Acest fenomen se numește recircularea bilelor, iar tot sistemul se numește sistem de recirculare a bilelor.

Pretensionarea mecanismelor șurub-piuliță

La un mecanism șurub-piuliță cu elemente intermediare se disting șurubul de precizie SC și piulițele P1 și P2, între care rulează bilele B, care revin la capătul piuliței prin canalul C. Astfel, frecarea dintre corpurile și căile de rulare este mult redusă, randamentul crește, iar încălzirea se menține redusă, chiar la solicitări mari.

Pentru a putea obține precizia de funcționare a mecanismului șurub-piuliță cu elemente intermediare se face pretensionarea piulițelor, preîntinderea șurubului și pretensionarea lagărelor cu rulmenți ale șurubului. Aceste sisteme de pretensionare au avantaje și dezavantaje. Piulița care nu este pretensionată se folosește la aplicații simple, fără precizie, cu grad ridicat de fiabilitate, cu mișcări numeroase, cu o repetabilitate deosebită. Piulița pretensionată este pentru precizii mai ridicate. Pretensionarea obținută prin secționarea piuliței duce în timp la o rigiditate scăzută a ansamblului, comportamanent ușor instabil al piuliței, dar, ca un mare avantaj, este că se poate regla pretensionarea șurubului extrem de ușor: mișcare ușoară la pretensionare scăzută, mișcare cu precizie și repetabilitate medie: pretensionare mai ridicată.

Pentru a se elimina jocul la inversarea sensului de deplasare al saniei, se folosesc piulițe cu bile și se pretensionează la montaj.

Figura 1.3.1.1 Reglarea jocului cu 2 piulițe

La variantele constructive cu 2 piulițe există 3 variante :

Se indepărtează cele 2 piulițe una față de cealaltă, rezultând o mișcare fără joc și fără creșterea frecării datorată încălzirii;

Apropierea celor 2 piulițe, cu ajutorul arcurilor, ce scade astfel rigiditatea;

Răsucirea piulirelor una față de cealaltă, supânând șurubul la torsiune în zona dintre ele.

Figura 1.3.1.2 Variante constructive pentru piulițe

Lăgăruirea șuruburilor

La șuruburile cu bile există următoarele posibilități de lăgăruire:

Lăgăruire radial-axială: pentru curse mici ale elementului mobil și fără precizie ridicată;

Lăgăruire radial-axială la un capăt și radială la celălalt capăt;

Figura 1.3.2.1 Lăgăruire radial axială la un capăt / Lăgăruire radial axială la un capăt și radială la celălalt capăt

Lăgăruire radial-axială la ambele capete, fiind cel mai utilizat sistem, cu trei variante constructive: a)- ambele reazeme ale șurubului sunt constituite din lagăre radiale și axiale cu efect simplu, obținându-se o precizie bună cu condiția prentinderii șurubului la valoarea corespunzătoare forței axiale care îl solicită. Această forță axială este cauzată de creștera temperaturii , la care se adaugă forța de avans, rezultănd forța totala axială. Pretensionarea rulmenților este determinată de forța de preîntindere a șurubului.

b) – lăgăruirea radial-axială cu dublu efect la un capăt și radial-axial cu simplu efect la celălalt capăt al șurubului: precizie foarte bună când forța de avans are sensul spre lagărul A ( cu efect dublu).

Figura 1.3.2.2 Lăgăruiri

Dacă forța de avans este orientată spre lagărul B, șurubul tinde să se deplaseze spre lagăr. Astfel, pentru a evita acest lucru, este necesară preîntinderea șurubului cu o forță egală cu aceea provocată de creșterea de temperatură dintre șurub și mașina-unealtă, adăugându-se și forța de avans. Aceasta se face pentru mașina-unealtă la care sensul mișcării de avans este unic.

Lăgăruirea radial-axială cu dublu efect la ambele capete ale șurubului: utilizare frecventă, asigurându-se precizia de poziționare în ambele sensuri de deplasare ale elementului mobil.

Lagărul combinat cu dublu efect se constituie din rulmenți radiali-axiali cu role cilindrice sau radiali-axiali cu bile. Cei cu bile au un unghi de contact mare ( ), fiind capabili de a prelua eforturi axiale mari. In funcție de această forță, rulmenții se montează în “O”, în “X” sau în tandem. Se utilizează montarea în “X”, pentru a preveni abaterea de la paralelism sau pentru a o compensa mai ușor, fiind suprafețe mici de contact.

La lagărul simplu se folosește un rulment radial cu ace, un rulment radial cu bile pe un singur rând sau doi rulmenți radial-axiali cu bile, montați în tandem.

Figura 1.3.2.3 Rulmenți radial-axiali cu role pt dublu efect

Figura 1.3.2.4 Rulmenți radial-axiali cu bile pentru dublu efect

Pentru mașina-unealtă studiată am ales ca variantă de lăgăruire în ambele capete, rulmenți radial-axiali cu bile.

Proiectarea mecanismului șurub-piuliță

Predimensionarea șurubului conducător:

d2= ;

d2= diametrul interior al filetului;

Fa= sarcina axială dezvoltată în șurubul conducător;

lf= lungimea de flambaj;

caf= coeficient de siguranță admisibil la flambaj= 3.5…4’

E= modul de elasticitate.

Lf = l0 *kf( coeficient specific lăgăruirii cu dublu efect= 0.5)= 520 * 0.5= 260

d2= =>> d2=11.42 mm

Din catalog, din motive constructive, am ales ca diametrul interior al filetului sa fie de 57 mm, pentru o oferi rigiditatea întregului sistem.

Alte calcule necesare:

Diametrul bilei: db = (0.55…0.65)*p = 6.5 mm

Diametrul arcului de cerc al căilor de rulare: dc = (1.03…1.05) *db = 1.05 * 6.5= 6.825

Unghiul de contact dintre bilă și căile de rulare: = 45

Jocul axial în mecanismul șurub-piuliță:cu pretensionare= 0

Unghiul de înclinare al elicei filetului: = 26

Unghiul de frecare redus: ;

Raza bilei: rb= db/2 =>> rb= 3.25 mm

Randamentul cuplei șurub-piuliță = 28

Diametrul de circulație al bilelor: d0=dcb= d2 + 2*rb= 63.5 mm

Verificări finale ale mecanismului șurub-piuliță

Verificarea la solicitări compuse a tijei șurubului:

=>> = 2.13

Mf= momentul de frecare din cupla șurub-piuliță :

Mf= = 10742 Nmm

= tensiunea admisibila la încovoiere = 75 N/mm2

Verificarea la presiunea de contact:

2

Fn= forța normală în cupla șurub-piuliță = = 168.6 N

zc= (0.7…0.9) * zb;

zb= = 68 =>> zc= 0.9* 68= 61

Calculul celorlalte forțe din mecanismul șurub-piuliță:

Fa= componenta axială a forței Fn ce ține seama de șurub:

Fax== 5400/61 = 55.52 N

Fr= componenta radială a forrei Fn ce ține seama de șurub:

Fr= = 150 N

Ft= componenta tangențială a forței Fn ce ține seama de șurub:

Ft= = 77 N

Figura 1.3.4.1 Recirculare bile

Figura 1.3.4.2 Dimensiuni

Figura 1.3.4.3 Surub cu bile SN SKF

Figura 1.3.4.4. Dimensiuni piuliță

Figura 1.2.4.5 2 piulițe cu distanțier în carcasă

Schema cinematică a mașinii-unelte

Lanțul cinematic principal al centrului de prelucrare prin frezare

Lanțul cinematic principal este alcatuit din motor direct drive de tipul 1FE105, amplasat direct pe arborele principal de frezare. Prin folosirea acestui tip de motor se obține o suprafață cu o calitate ridicată, oferă capabilitatea unei accelerări mari, rigiditate mare datorită design-ului compact, eficiență sporită.

Figura 2.1.1 Arborele principal cu motorul Direct Drive

Lanțul cinematic de avans cu șurub conducător cu bile și piuliță cu elemente intermediare, are un motor electric asincron de tip 1FK7, care antrenează sistemul ( fiind cuplat cu șurubul conducător , iar piulița cu bile deplasează sania).

Eliminarea jocului mecanic dintre șurubul conducător și piulița cu bile se face prin punerea de piuliței într-o carcasă comună, solidară cu masa mașinii-unelte. In această carcasă se pun două piulițe simetrice P1 și P2, având un inel distanțier între ele.

Figura 2.1.2 Carcasa cu piulițe

Suruburile conducătoare au ca elemente intermediare bile, ce micșorează frecarea dintre șurub și piuliță, măresc durabilitatea mecanismul și crește randamentul acestuia.

Figura 2.1.3 Mecanism șurub conducător cu piulițe

Figura 2.1.4 Schema cinematică

Arcuri disc

Prin forma pe care o au arcurile și prin materialul din care sunt executate, arcurile ajung la deformații relativ mari datorită forțelor exterioare, putând reveni la forma anterioară, dupa înlăturarea acestor forțe. Ele au ca scop amortizarea energiei de șoc și a vibrațiilor, acumularea unei energii ce trebuie cedată treptat sau în timp scurt (arcurile ceasurilor, supapelor motoarelor cu ardere internă), exercitarea unor forțe elastice permanente (arcurile unor ambreiaje), limitarea forțelor, reglare (la prese, ambreiaje automate, robinete de

reglare), măsurarea forțelor și momentelor prin utilizarea dependenței dintre

sarcină și deformație – (dinamometrice), schimbarea frecvențelor proprii ale unor organe de mașini.

Figura 2.1.5 Tipuri de arcuri

Figura 2.1.6 Arcuri taler

Figura 2.1.6 Arcul disc

Arcul disc trebuie sa aibă rezistență la rupere, o limită ridicată de elasticitate, rezistență la oboseală, la coroziune, dilatare termică redusă.

Materiale folosite pentru costrucția arcurilor disc: oțeluri carbon de calitate și oțeluri aliate :oțel călit și revenit pentru arcuri; materiale neferoase : bronz, alamă, aliaje Cu – Ni; materiale nemetalice : cauciuc, mase plastice, plută.
Arcurile-disc STAS 8215 sunt formate dintr-unul sau mai multe discuri

elastice tronconice. Caracteristic pentru aceste arcuri este faptul că

prin variația raportului h/s și diferite combinații de așezare a discurilor, se obțin caracteristici elastice diferite.

Exemplu: pachet de arcuri disc (suprapuse în același sens)

Figura 2.1.7 Arcuri disc

Figura 2.1.8 Dimensiunile arcului disc STAS

III. Tehnologia de fabricație a unei piese

Corp pompă

Figura 1.1 Corp pompă

Principiii privind conținutul și succesiunea operațiilor unui process tehnologic:

Forma și poziția găurilor să fie astfel încât să conducă la un număr minim de poziții ale piesei/sculei în timpul operației, acces ușor al sculelor în zona de lucru;

Suprafețele frontale ale găurilor să fie plane și perpendicular pe axele găurilor (pentru prelucrarea economică a găurilor);

Trecerilor dintre suprafețe să fie astfel încât să se evite deterioararea acestora în timpul manevrării semifabricatului;

Forma și poziția suprafețelor să fie astfel încât să permită prinderi simple și sigure în cadrul operațiilor;

Formă de gabarit să prezinte axe sau plane de simetrie care,după caz să fie utile pentru definirea planelor de separate.

Caracteristicile funcționale ale suprafețelor:

Caracteristicile de material:

– Fonta cenușie perlitică are stuctura alcătuită din constituenții: perlită, grafit sub formă de filamente, iar ca faze: grafit, ferită și cementită.

Având in vedere caracteristicile sale geometrice, se precizează clasa în care se încadrează reperul considerat (carcase dintr-o singura bucata, arbori drepti, etc. ). Astfel, piesa se încadrează în clasa carcaselor, având în vedere caracteristicile sale geometrice.

Pe bază de considerente tehnico-economice, se stabilesc diferite variante tehnico-acceptabile de semifabricate si pentru fiecare dintre acestea: metoda si procedeul de semifabricare; elemente privind tehnologia de semifabricare ( pozitia de elaborare, planul de separate, etc.); adaosurile totale de prelucrare si adaosurile tehnologice – in conformitate cu normele in vigoare; schita/desenul semifabricatului, pe care adaosurile totale se delimitează cu linie-două puncte subțire și hașură dublă.

În funcție de indiciile și condițiile de tehnologicitate se analizează și se precizează concordanța între caracteristicile constructive ale piesei și cele impuse de rolul funcțional.

Tehnologicitatea este însușirea construcției piesei prin care aceasta, fiind eficientă și sigură în exploatare, se poate executa la volumul de producție stabilit cu consumuri de muncă și materiale minime, deci și cu costuri scăzute.

Minimizarea importanței tehnologicității, ignorarea rolului ei de însușire de bază a construcției piesei poate duce la mărirea substanțială a volumului de muncă și a consumului de material necesar fabricării ei și ,în consecință, la creșterea cheltuielilor pentru fabricarea acesteia.

Aprecierea tehnologicității construcției piesei se face cu ajutorul unor indici tehnico-economici absoluți sau relativi cum sunt :

masa piesei m[kg]. Aceasta se identifică în desenul de execuție al piesei : m=1,494 kg

gradul de utilizare al materialului, definit cu relația :

unde : mc – masa materialului consumat pentru fabricarea piesei ;

m – masa piesei ;

3. volumul de munca necesar pentru fabricarea piesei definit cu relatia :

,

unde : n-numarul de operatii ale procesului tehnologic de fabricatie a piesei

Tni-norma tehnică de timp corespunzatoare operației.

costul piesei C(lei/buc).

gradul de unificare a diferitelor elemente constructive ale piesei , definit cu relația :

,

unde : lt,d-numărul de tipodimensiuni unificate ale unui anumit element constructiv

lt –numărul total de elemente constructive din tipul respectiv.

Factorii care determină alegerea metodei și procedeului de elaborare a semifabricatului sunt:-materialul impus piesei, forma și dimensiunile piesei, tipul producției, precizia necesară, volumul de muncă necesar, costul prelucrărilor mecanice, utilajele existente sau posibil de procurat.

Având în vedere materialul impus piesei, se va adopta ca metodă de elaborare a semifabricatului, turnarea. În cadrul acestei metode există mai multe procedee ale căror caracteristici principale sunt prezentate în tabelul următor :

Figura 1.2 Schema adaosurilor de prelucrare

Pentru stabilirea succesiunii optime a operațiilor într-un process tehnologic , se au în vedere următoarele principii:

– Suprapunerea bazelor tehnologice cu bazele de cotare;

– Numărul de schimbări ale bazelor tehnologice să fie minim;

– Descoperirea defectelor ascunse ale semifabricatelor să se facă în prima sau în primele operații;

– Crearea bazelor tehnologice să se facă în prima sau în primele operații;

– Numărul operațiilor procesului tehnologic proiectat să fie minim;

– Stabilirea corectă a tratamentelor termice pe durata procesului de prelucrare;

– Prelucrarea în ultimele operații a suprafețelor care reduce rigiditatea piesei;

-Prelucrarea în operații sau faze distincte de degroșare, semifinisare și finisare a suprafețelor care au prescripti de precizie ridicată;

– Lungimea curselor active și ale celor de mers în gol să fie minime;

– Prelucrarea suplimentară a unor suprafețe de orientare în vederea executări operației finale;

– Efectuarea operațiilor de control tehnic intermediar după etapele importante de prelucrare: degroșare, semifinisare, finisare și rectificare;

Un aspect important care trebuie avut în vedere este gradul de detaliere al proceselor tehnologice în operați și treceri de prelucrare.

Principiile care stau la baza prelucrărilor prin așchiere sunt principiul concentrări prelucrărilor și cel al detalierilor.

Principiul diferențierii: constă în executarea unor operații formate dintr-o singură fază sau un nr redus de faze în care se prelucrează o suprafață sau un nr mic de suprafețe cu o singură sculă.

Principiul concentrării: constă în executarea unor operații formate dintr-un nr. mare succesiv de faze care pot fi executate succesiv, simultan sau succesiv- simultan cu una sau mai multe scule așchietoare, menținând de regulă, aceeași orientare și fixare a piesei.

Figura 1.3 Prelucrările pentru suprafețele corespunzătoare

După caz, pe grupe de operații sau faze, se stabilesc utilajele și SDV-urile, prezentându-se caracteristicile principale. Astfel, se prezintă: tipul, marca, gamele de turații și avansuri, puterea motorului electric principal, forma și dimensiunile elementelor de legătură cu diferitele dispozitive sau scule; la fiecare dispozitiv, tipul, gradul de universalitate, materialul și parametrii geometrici ai părții active, etc.l la fiecare verificator, tipul, valoarea diviziunii, etc.

Strung normal SN250

Au fost folosite prisme scurte, menghina cu vârf fix, vârf ascuțit, dispozitiv de găurit.

Centrul de prelucrare prin frezare cu 3 axe cu comandă numerică:

-conul axului principal: HSK A63;

– puterea motorului de 18.5 kw;

-cuplu: 10..37 Nm;

– turația arborelui principal: 18 000 rpm;

Sculele de prelucrare

La strunjirea de degroșare și finisare: corp cuțit: Sandvik Coromant PCLNR 3225P 12, plăcuță cuțit: Sandvik Coromant CNMG 12 04 08-WF 1515.

Figura 1.4 Scule de prelucrare

Figura 1.5 Dimensiuni specifice

Pentru strunjirea de finisare: corp cuțit: Sandvik Coromant DCRNR 85 4D, plăcuță cutit: Sandvik Coromant CNMG 12 04 04-LC 1515.

Figura 1.6 Scule prelucrare strunjire inferioară

Pentru găurirea de diverse dimensiuni, se folosește burghiu cu coadă conică.

Figura 1.7 Găurire 9 și M6

Figura 1.8 Freză frontală

Figura 1.9 Freză cilindro-frontală

Figura 1.9 Freză cilindro-frontală

IV Analiza economică calitativă

Analiză calitativă

Pentru a putea întelege evoluția unei mașini-unelte în cadrul economiei și a calității, trebuie să întelegem ce înseamnă o mașină-unealtă.

Figura 1.1 Structura de bază a unei mașini-unelte

După această structură se definesc mai multe tipuri de mașini-unelte în funcție de axele lor:

Figura 1.2 Structuri mașini-unelte

Pentru a vedea evolutia mașinilor-unelte în funcție de capacitatea de utilizare de către companii, capacitate ce reprezintă indicatorul în vânzări. Schimbările date de gradul de utilizare al mașinilor-unelte influențează vânzările lor.

Figura 1.3 Creșterea indicatorului de utilizare al mașinilor-unelte

Figura 1.4 Creșterea indicatorului

Factori importanți în evoluția mașinilor-unelte: costul energiei, fabricarea și calitatea rezultată.

Figura 1.5 Motive pentru cumpărarea unei mașini-unelte

Figura 1.6 Consum vs. Producție

In anul 2013 top-ul 5 cu țările care cumpără mașini-unelte este:

China;

Statele Unite ale Americe;

Germania;

Korea de sud;

Japonia.

Figura 1.7 Top 5

Figura 1.8 Raport pe baza consumului

In legătură cu producția, China rămâne pe prima poziție, iar Germania rămâne cel mai mare producător de mașini-unelte, rămând pe același loc încă din 2009 ( producția lor au crescut cu 5% din anul 2012 în 2013).

Figura 1.9 Producție mașini-unelte

Modernizarea și dezvoltarea mașinilor-unelte sunt în proces de continuă inovație și avansare a echipamentelor tehnologice. O tendință generală este bazată pe modernizare și aplicarea sistemelor tehnologice moderne și noi tehnologii, automatizare flexibilă, producție rapidă și ieftină, toate acestea pentru a atinge o calitate superioară și o productivitate ridicată. O mașină-unealtă modernă este este caracterizată de dezvoltarea modulelor, sistemelor integrate inteligente de mare viteză. Prima mașină-unealtă din anul 1717 ( strung) și mașina de găurit din 1774 au fost concepute cu aproape același principiu ca cel din zilele noastre.

Principalele tendințe în dezvoltarea mașinilor-unelte sunt:

Viteză ridicată;

Materiale îmbunătățite;

Rigiditate ridicată;

Productivitate mărita;

Calitate superioara;

Preț redus.

Figura 1.10 Grafic privind utilizarea mașinilor

Figura 1.11 Echipamente

Figura 1.12 Utilizarea echipamentelor

Figura 1.13 Mașini și echipamente

Calitatea este un concept care se utilizează în toate domeniile vieții economice și sociale, însă care prezintă caracter subiectiv și care are semnificații particulare pentru domenii sectoare, funcțiuni sau obiecte specifice. Este un termen general, aplicabil la cele mai diferite trăsături sau caracteristici, fie individuale, fie generice și a fost definită în diferite moduri de către diverși experți sau consultanți în calitate, care îi atribuie deci acestui termen semnificații diferite.

Managementul calității reprezintă ansamblul activităților funcției generale de management care determină politica în domeniul calității, obiectivele și responsabilitățile și care le implementează în cadrul sistemului calității prin mijloace cum ar fi planificarea calității,controlul calității, asigurarea calității și îmbunătățirea calității. Pe scurt, managementul calității include toate activitățile pe care organizațiile le implementează pentru a conduce, a controla și a coordona calitatea.

Pentru a putea spune că o mașină-unealtă este calitativă trebuie să se parcurgă 3 etape principale ale acestui concept:

Planificarea calității;

Controlul calității;

Îmbunătățirea calității.

Asigurarea calității asistată de calculator este un program ingineresc care poate defini și inspecta calitatea produselor. Acesta include analiza toleranțelor dimensionale ( informații despre produse și fabricație), compararea datelor obținute, controlul statistic al proceselor etc. De asemenea, pentru a putea menține calitatea sub control, se realizează anumite activități pentru mașina-unealtă. Aceste activități sunt de două tipuri, sub denumirea mentenanței:

Mentenanță preventivă;

Mentenanță corectivă.

Mentenanța preventivă se bazează pe activitățile desfășurate înaintea apariției unei defecțiuni, determinându-se momentul când trebuie să efectuată aceasta. Se realizează un plan de mentenanță sau în funcție de gradul de uzură al unei piese sau al defectării întregii mașini. Aceste prognoze se bazează pe rezultatele probelor la care a fost supusă mașina (precizie de prelucrare, precizia deplasărilor subansamblurilor mobile, vibrații, zgomot, încălziri, etc). Poate produce erori în planificarea începerii mentenanței, întrucât nu ține seama de orele de funcționare efectivă a mașinii, existând riscul ca mentenanța să înceapă prea devreme (în cazul în care mașina a funcționat puțin timp) sau să se defecteze înainte de momentul planificat pentru începerea mentenanței (pentru că a fost foarte intens folosită).

Mentenanța corectivă constă în operațiile de reparare sau înlocuire de piese componente, după apariția unei defecțiuni accidentale. Datorită faptului că această defecțiune nu a fost prevăzută, ea poate produce daune importante, din cauza unor mari stricăciuni fizice ale mașinii sau a timpilor îndelungați de stagnare a acesteia din lipsa pieselor de schimb.

Avantajele folosirii acestui tip de mentenanță:

– mărirea fiabilității întregului sistem

– micșorarea costului de înlocuire a pieselor de schimb

– micșorarea timpilor de stagnare a utilajelor.

Pentru a menține calitatea pieselor prelucrate este important ca mașina utilizată să fie tot timpul într-o stare similară cu cea a mașinii noi. Pentru aceasta, mașina trebuie în mod periodic să fie servisată, controlată și supusă mentenanței planificate. Aceasta presupune o legătură strânsă între planificarea producției și cea a mentenanței preventive, astfel că timpii de stagnare a mașinii să fie cât mai reduși. ână în anii 1950-1970 în fabricile constructoare de mașini din țările industrializate se utilizau servicii auxiliare integrate, cum erau și cele de mentenanță a utilajelor. Astfel mentenanța mașinilor-unelte se făcea de către personal specializat, în cadrul întreprinderii, utilizându-se instrumente și dispozitive specifice. Personalul trebuia să fie de înaltă calificare, iar instrumentele de control precise și din păcate, foarte scumpe. Treptat întreprinderile au renunțat la sistemul integrat, externalizând activitatea de mentenanță. Au luat naștere societăți specializate dotate cu personal calificat și instrumente de control de mare precizie. S-a trecut la un sistem similar cu cel de mentenanță a mijloacelor de transport, mult mai eficace decât cel integrat. Din păcate, acest transfer de activități a avut loc cu o întârziere de peste o sută de ani, față de cel de mentenanță a autovehiculelor. În prezent, aproape toate întreprinderile ce folosesc mașini-unelte, au adoptat sistemul de mentenanță externalizat. Pe măsură ce întreprinderile ce utilizează mașini-unelte au fost computerizate, s-a creat posibilitatea elaborării unor programe de calculator utilizabile pentru obținerea de date necesare mentenanței previzionale și de gestionare a acestei activități.

Aceste programe permit urmărirea și înregistrarea timpilor de utilizare a mașinilor-unelte, date necesare mentenanței previzionale. Utilizatorii de mașini-unelte definesc codurile de mentenanță (categoriile) și urmăresc frecvența de efectuare a operațiunilor de mentenanță. Sistemul de software urmărește timpul de funcționare a mașinii și previzionează atât momentul începerii mentenanței, cât și categoriile de activități ce trebuie efectuate.

Figura 1.14 Comparație ulei natural/sinteti

In concluzie, mașinile-unelte sunt într-o continuă dezvoltare, pentru a atinge scopul de a produce mai multe piese în mai puțin timp, cu o precizie și calitate ridicată. Charles Handy, mare specialist în management și comportamentul organizational, spune că , calitatea este ca adevărul. Nimeni și nici o întreprindere nu poate trăi prea mult în minciuni.

Bibliografie

http://www.arcasi.ro/arcasipoze/oteluri/OTELURI%20CARBON%20DE%20CALITATE.pdf

http://ro.scribd.com/doc/100904112/9/TIPURI-DE-FREZE

http://aluminium.matter.org.uk/content/html/eng/default.asp?catid=126&pageid=2144416189

http://www.hsmworks.com/docs/cncbook/en/#Ch07_2DMillingToolpaths

http://www2.coromant.sandvik.com/coromant/pdf/metalworking_products_061/tech_d_13.pdf

http://www.hurco.com/en-gb/machine-tools/machining-CENTRES/vertical/Pages/High-Speed.aspx#.UdWLttji9co

http://www.haascnc.com/mt_spec1.asp?id=VF-2SS&webID=super_speed_vmc#gsc.tab=0

http://www.hermle.de/index.php?140

http://ro.scribd.com/doc/100904112/Prelucrari-Mecanice-Prin-Aschiere

http://biblioteca.regielive.ro/download-150233.html

http://www.mec.ugal.ro/Resurse/MENUS/Facultate/IFR/Scule_aschietoare.pdf

http://www.rasfoiesc.com/inginerie/tehnica-mecanica/FREZE82.php

http://ro.scribd.com/doc/36576254/Lanturi-cinematice

http://webbut.unitbv.ro/teze/rezumate/2011/rom/IvanRaduAlexandru.pdf

http://www.scrigroup.com/tehnologie/tehnica-mecanica/GENERAREA-PRIN-FREZARE12243.php

http://ro.scribd.com/doc/151413223/Cap-3

http://www.industrial-gp.ro/ro/produse/rulmenti-si-carcase/rulmenti-radial-axiali-cu-bile.aspx

http://www.automation.siemens.com/doconweb/pdf/SINUMERIK_SIMODRIVE_04_2010_E/PFK7.pdf?p=1

http://webbut.unitbv.ro/Carti%20on-line/OM/Jula_Lates_2004/Cap5.pdf

http://www.ttonline.ro/sectiuni/masini-unelte/articole/469-mentenanta-masinilor-unelte-romania

http://www.univ-st-lupascu.ro/resurse/Tematica_licenta_2010/Analiza_economico-financiara.pdf

http://ro.scribd.com/doc/29015387/Analiza-Economica

Miron Zapciu, Note de curs

Tănase I, Scule așchietoare (2009)

Miron Zapciu (2013-2014) : note de curs

Dan Prodan , (Mașini-unelte grele): note de curs

Claudiu Bîșu: note de curs

Emilia Bălan: note de curs.

http://www.omtr.pub.ro/didactic/om_isb/om1/OM5.pdf

Bibliografie

http://www.arcasi.ro/arcasipoze/oteluri/OTELURI%20CARBON%20DE%20CALITATE.pdf

http://ro.scribd.com/doc/100904112/9/TIPURI-DE-FREZE

http://aluminium.matter.org.uk/content/html/eng/default.asp?catid=126&pageid=2144416189

http://www.hsmworks.com/docs/cncbook/en/#Ch07_2DMillingToolpaths

http://www2.coromant.sandvik.com/coromant/pdf/metalworking_products_061/tech_d_13.pdf

http://www.hurco.com/en-gb/machine-tools/machining-CENTRES/vertical/Pages/High-Speed.aspx#.UdWLttji9co

http://www.haascnc.com/mt_spec1.asp?id=VF-2SS&webID=super_speed_vmc#gsc.tab=0

http://www.hermle.de/index.php?140

http://ro.scribd.com/doc/100904112/Prelucrari-Mecanice-Prin-Aschiere

http://biblioteca.regielive.ro/download-150233.html

http://www.mec.ugal.ro/Resurse/MENUS/Facultate/IFR/Scule_aschietoare.pdf

http://www.rasfoiesc.com/inginerie/tehnica-mecanica/FREZE82.php

http://ro.scribd.com/doc/36576254/Lanturi-cinematice

http://webbut.unitbv.ro/teze/rezumate/2011/rom/IvanRaduAlexandru.pdf

http://www.scrigroup.com/tehnologie/tehnica-mecanica/GENERAREA-PRIN-FREZARE12243.php

http://ro.scribd.com/doc/151413223/Cap-3

http://www.industrial-gp.ro/ro/produse/rulmenti-si-carcase/rulmenti-radial-axiali-cu-bile.aspx

http://www.automation.siemens.com/doconweb/pdf/SINUMERIK_SIMODRIVE_04_2010_E/PFK7.pdf?p=1

http://webbut.unitbv.ro/Carti%20on-line/OM/Jula_Lates_2004/Cap5.pdf

http://www.ttonline.ro/sectiuni/masini-unelte/articole/469-mentenanta-masinilor-unelte-romania

http://www.univ-st-lupascu.ro/resurse/Tematica_licenta_2010/Analiza_economico-financiara.pdf

http://ro.scribd.com/doc/29015387/Analiza-Economica

Miron Zapciu, Note de curs

Tănase I, Scule așchietoare (2009)

Miron Zapciu (2013-2014) : note de curs

Dan Prodan , (Mașini-unelte grele): note de curs

Claudiu Bîșu: note de curs

Emilia Bălan: note de curs.

http://www.omtr.pub.ro/didactic/om_isb/om1/OM5.pdf