Programul de studii: Mașini Unelte și Sisteme de Producție [303622]

Programul de studii: Mașini Unelte și Sisteme de Producție

Departament Inginerie și Management Industrial

PROIECT DE DIPLOMĂ

Conducător științific: Dr.Ing.Sarbu Aurelian Flavius

Absolvent: [anonimizat], 2020

STUDIUL PRIVIND POSIBILITĂȚILE DE REALIZARE A SUPRAFEȚELOR COMPLEXE PRIN TEHNOLOGII CLASICE ȘI NECONVENȚIONALE

Conducător științific: Dr.Ing.Sarbu Aurelian Flavius

Absolvent: [anonimizat], 2020

1. Introducere

1.1. Importanța temei alese

Procesul mașinilor unelte și a sistemelor de producție a avut ca rezultat introducerea de noi tehnologii în procesul de prelucrare a materialelor. Dezvoltarea metodelor de prelucrare eficientă și fiabilă a [anonimizat], [anonimizat]. [anonimizat], [anonimizat], [anonimizat], [anonimizat], în fabricarea precisă a materialului dificil de tăiat a crescut considerabil.

După cum se poate observa din informațiile prezentate mai sus tehnologia neconvențională a ajuns în topul proceselor de prelucrare a materialelor, din acest motiv am considerat tema aleasă „Studiul privind posibilitățile de realizare a suprafețelor complexe prin tehnologii clasice și neconvenționale” ca fiind relevantă și de actualitate. Prin această Lucrare de Licență voi încerca să analizez diferențele de proces în cazul unei prelucrări prin metode convenționale respectiv neconvenționale.

[anonimizat], chimică și medicală este strict legată de aplicarea materialelor inginerești avansate. [anonimizat] „greu de tăiat”, deoarece este dificil sau uneori imposibil de prelucrat prin utilizarea proceselor de prelucrare tradiționale. Alternativa în situația dată este aplicarea tehnologiilor de fabricație neconvenționale (UMP). Scopul lucrării este de a prezenta rolul UMP în lanțul de producție modern și diferențele de prelucrare între tehnologiile clasice și cele neconvenționale. Evoluțiile recente în domeniul UMP sunt determinate din două motive principale: [anonimizat], [anonimizat].

[anonimizat](neconvențional). [anonimizat]-am realizat o scurtă descriere sub formă tabelară, a se vedea tabelul cu numărul 1. [anonimizat], altfel spus absența contactului piesei de prelucrat, a sculei sau a [anonimizat].

Tabel 1.1 Caracteristici ale proceselor de fabricație clasice și neconvenționale

1.2. Obiectivul lucrării

Lucrarea de diplomă „Studiul privind posibilitățile de realizare a suprafețelor complexe prin tehnologii clasice și neconvenționale”, are ca obiectiv final compararea proceselor de fabricație prin tehnologii convenționale și neconvenționale, a unei piese cu suprafețe complexe.

Pentru a realiza obiectivul principal al lucrării se vor îndeplini unele obiective intermediare în funcție de fiecare capitol sau subcapitol al lucrării de diplomă. În cele ce urmează voi prezenta obiectivele alegerii fiecărui capitol dar și cum influențează acestea obiectivul final al lucrării „Studiul privind posibilitățile de realizare a suprafețelor complexe prin tehnologii clasice și neconvenționale”.

În prezentul capitol, acesta fiind și primul capitol din lucrarea realizată, sunt prezentate aspecte introductive precum importanța temei dar și metodologia lucrării. Acest capitol are ca obiectiv evidențierea importanței, temei alese, în domeniul Mașini unelte și sisteme de producție. Influența primului capitol, în atingerea obiectivului principal al lucrării, provine din subcapitolul „1.2. Metodologia lucrării” în care sunt prezentații pașii, lucrările și programele prin care s-a realizat studiul comparativ al celor două grupuri de tehnologii de prelucrare.

În capitolul doi am ales să realizez o scurtă descriere și definire a proceselor tehnologice clasice de prelucrare mecanică. Alegerea includerii acestui capitol, în prezenta lucrare, este determinată de varietatea proceselor clasice de prelucrare existente în industrie la momentul actual. În capitolul anterior menționat am amintit doar câteva din numeroasele tipuri de prelucrare a unui semifabricat. Astfel am menționat cele mai utilizate proceduri din fabrici, obiectivul capitolului fiind de a putea înțelege în ce stadiu al fluxului tehnologic, trebuie să utilizăm o anumită tehnologie de deformare prin așchiere.

Capitolul trei al lucrării de diplomă se numește „Procese tehnologice neconvenționale de prelucrare mecanică”. După cum sugerează încă din denumirea capitolului, în acest punct al lucrării se aduc în discuție aspecte teoretice ale tehnologiei neconvenționale de prelucrare mecanică. Precum și în capitolul doi, obiectivul acestui capitol constă din descrierea proceselor tehnologice neconvenționale de prelucrare mecanică.

Al patrulea capitol al lucrării de diplomă se numește „Mașini unelte cu comandă numerică (Convenționale și Neconvenționale)” în studiul privind realizarea suprafețelor complexe. Acest capitol are o influență semnificativă în realizarea lucrării deoarece studiul de caz descris în capitolul cinci a fost realizat pornind de la premisa faptului că piesa va fi realizată pe o mașină cu comandă numerică.

Capitolul cu numărul cinci este reprezentat de studiul de caz, realizat pentru a constata posibilitatea realizării unei piese cu o suprafață semisferică prin tehnologie convențională și neconvențională. Ajungând la acest capitol se pune în discuție obiectivul principal al lucrării. Prin aplicarea informațiilor din capitolele premergătoare s-au ales tehnologiile necesare(convenționale și neconvenționale) pentru realizarea piesei cu suprafețe complexe aleasă și proiectată.

Concluziile obținute în urma realizării lucrării sunt prezentate în capitolul cu numărul șase. Acestea au obiectivul de a enunța rezultatele obținute în urma atingerii obiectivului principal al lucrării de diplomă.

Bibliografia este prezentată în penultimul capitol și are obiectivul de a prezenta referințele aferente fiecărei idei sau elemente preluate și folosite pentru realizarea lucrării.

Ultimul capitol din lucrarea de diplomă „Studiul privind posibilitățile de realizare a suprafețelor complexe prin tehnologii clasice și neconvenționale”, este reprezentat de Anexe care au obiectivul de a informa cu privire la alegerile făcute în studiul de caz, mai exact acest capitol este compus în mare parte din porțiuni dintr-un catalog de scule.

1.3. Metodologia și ipoteza lucrării

Metodologia lucrării face referire la etapele și lucrările folosite pentru a realiza lucrarea de diplomă „Studiul privind posibilitățile de realizare a suprafețelor complexe prin tehnologii clasice și neconvenționale”.

Ipoteza prezentei lucrării este posibilitatea realizării unei piese cu suprafețe complexe prin două tehnologii distincte, respectiv clasice și neconvenționale. Din literatura de specialitate studiată până în prezent reiese faptul că acest tip de studiu nu a fost realizat. Pașii urmați pentru a realiza lucrarea sunt prezentați în acest subcapitol.

Primul pas în realizarea lucrării a fost studierea a următoarelor trei lucrări:

Prelucrări mecanice prin așchiere, Editura Tanaviosoft 2012, Autor: profesor TĂNASE Viorel

Această carte reprezintă un depozit al prelucrărilor mecanice prin așchiere. În cartea mai sus menționată putem regăsi „Prelucrarea prin strunjire”, „Prelucrarea prin frezare”, „Prelucrarea prin găurire și alezare” și multe alte modalități de prelucrare. Astfel am integrat în lucrarea mea de diplomă respectiv în capitolul doi informații relevante și adecvate aplicabile temei alese.

Materiale și tehnologii neconvenționale, Editura Tehnica-info Chișinău, 2012, Autor: Prof.univ.dr.ing. Ioan-Lucian BOLUNDUȚ

Această carte furnizează introducerea fundamentală în știința materialelor și numeroase tehnologii neconvenționale descrise pe larg. Exemple de tehnologii neconvenționale descrise sunt: prelucrarea prin eroziune cu ultrasunete, prelucrare prin eroziune cu radiații, prelucrare prin eroziune chimică etc. Această carte stă la baza întocmirii capitolului trei, respectiv „Procese tehnologice neconvenționale de prelucrare mecanica”, de unde am extras date cu privire la prelucrarea prin electroeroziune și prelucrarea prin eroziune cu plasmă.

Elemente de bază ale programării mașinilor unelte cu comandă numerică, Editura Academiei Oamenilor de Știință din România 2015, Autori: Miron ZAPCIU, Marius Daniel PARASCHIV

Această carte prezinta caracteristicile mașinilor cu comandă numerică, astfel am utilizat-o la întocmirea capitolului patru. Aceasta poate servi de asemenea la cunoașterea programării unei mașini unelte.

Al doi lea pas îl reprezintă înțelegerea și aplicarea informațiilor, din lucrările menționate, în cadrul lucrării de diplomă. Aceste lucrări servind la partea teoretică a lucrării de diplomă „Studiul privind posibilitățile de realizare a suprafețelor complexe prin tehnologii clasice și neconvenționale”.

În cazul studiului privind posibilitatea realizării unei piese cu suprafețe complexe, am utilizat trei programe , prin care a fost trecută piesa anterior proiectată și cartea Sever-Adrian RADU Tehnologii de fabricație Îndrumător de proiect, UTPRESS Cluj-Napoca, 2020. Am utilizat cartea mai sus menționată pentru a mă ghida corect în alegerea sculelor potrivite/necesare pentru realizarea pasei complexe prin tehnologii convenționale.

Programele utilizate pentru realizarea studiului de caz sunt:

CATIA V5

În acest soft am realizat desenul 3D al piesei cu suprafețe complexe de asemenea tot în acest program am făcut si scula electrodul pentru procesul de electroeroziune. Am ales să utilizez acest program de modelare 3D deoarece l-am studiat pe parcursul facultății, la orele de laborator dedicate.

PowerMILL

Acest program a fost utilizat cu scopul de a realiza succesiunea operațiilor realizate prin metodele convenționale. Software-ul este utilizat într-o gamă de diferite industriile de inginerie pentru a determina căile de scule optime pentru a reduce timpul și costurile de fabricație, precum și pentru a reduce sarcinile sculelor și pentru a produce finisaje de suprafață netede. Peste 15.000 de organizații folosesc PowerMILL la nivel mondial pentru prelucrarea cu 2,3 ​​și 5 axe.

MasterCAM

Programul mai sus menționat a fost utilizat cu scopul de a realiza succesiunea operațiilor realizate prin metode neconvenționale, pentru o ilustrare a proceselor mai clară. Acest soft implică stăpânirea CAM și constă dintr-o tehnologie de control a mașinilor-unelte moderne.

2. Procese tehnologice clasice de prelucrare mecanică

2.1. Procesul tehnologic de strunjire

Strunjirea este operația de prelucrare prin așchiere pe mașini-unelte numite strunguri. La această prelucrare, piesa execută mișcarea principală de așchiere (mișcarea de rotație), iar scula mișcarea de avans (mișcare rectilinie longitudinală, transversală sau combinată). Strungurile au o pondere foarte mare în atelierele de prelucrări mecanice prin așchiere. Aceste mașini-unelte se folosesc la producția individuală, în serie și în masă, precum și in atelierele de întreținere și de reparații.

Figura 2.1. Clasificarea strungurilor

Așa cum se poate observa din figura 2.1. strungurile pot avea diverse destinații, număr de axe etc. Mai departe ne vom îndrepta atenția către strungul normal, respectiv, componentele acestuia, modul de funcționare, dispozitivele de fixare și nu în ultimul rând tipuri de cuțite de strung.

Figura 2.2. Strungul normal

Figura 2.2. prezintă schema și componentele unui strung normal. În cazul acestui tip de strung mișcarea principală de așchiere este produsă de arborele principal. În vederea realizării acestei mișcări de rotație a arborelui este necesară acționarea cutiei de viteze, care ne permite o gama largă de turații. Strungul execută o mișcare de translație pentru scula așchietoare.

Cuțitele de strung care pot fi utilizate pentru realizarea operației sunt cât se poate de diverse acoperind o gama largă de prelucrări. Mai jos este prezentată o clasificare generală a cuțitelor de strung (figura 2.3.).

Figura 2.3. Clasificarea cuțitelor de strung

Elementele geometrice ale unui cuțit de strung conform figurii 2.4. sunt:

– partea funcțională a cuțitului, cu care se produce detașarea așchiilor;

– partea de fixare a cuțitului, pe dispozitivul de prindere;

Tot în figura 2.4. sunt numerotate arabic următoarele componente: 1. Fața pe care alunecă așchiile, 2. Tăișul secundar, 3. Fața de așezare secundară, 4. Vârful cuțitului, 5. Fața de așezare principală, 6. Tăișul principal. Iar in figura alăturată sunt schematizate diferite tipuri de cuțite de strung, descrise în figura 2.3.

Figura 2.4. Elementele cuțitului de strung și diferite cuțite

Sisteme de fixare a semifabricatului, sunt necesare pe tot parcursul procesului de prelucrare. Funcțiile unui sistem de fixare sunt următoarele: nu deformează semifabricatul, menține semifabricatul la punct fix, nu obstrucționează procesul de prelucrare, scade vibrațiile.

Cel mai utilizat dispozitiv de fixare a pieselor în mandrina universal, care este format, de obicei, din trei bacuri, care realizează centrarea și strângerea pieselor, având diametre reglabile. Bacurile, în număr de trei, se deplasează în canalele din corpul universalului, fiind antrenate de filetul plan de pe fața frontală a roții dințate este antrenată de pinionul conic.

Universalul poate realiza centrarea și strângerea piesei cu bacurile așezate în poziție normală pentru piese de diametru mic sau întoarsă pentru piese scurte, cu diametrul mare. Universalul este montat pe capătul arborelui principal prin înșurubare, având un sistem de asigurare. În figura de mai jos este exemplificat sub formă de imagine modul de prindere a semifabricatului în universal și alături sunt înșiruite trei tipuri de universal.

Figura 2.5. Fixarea piesei în universal și tipuri de universal

Așa cum semifabricatul are nevoie de fixare pe strung și sculele au nevoie de un dispozitiv de prindere iar cel mai utilizat este suportul portcuțit care este format din placă sau cu patru poziții. Acest dispozitiv mai sus menționat intră în dotarea strungului normal, permițând fixarea a patru scule. Imaginea 2.6. ilustrează dispozitivul de prindere, iar maneta 1 are rolul de a aduce și fixa scula în poziția de lucru.

Figura 2.6. Dispozitivul portcuțit

Cuțitul se fixează în portcuțitul 3 cu șuruburile 2, astfel încât vârful lui să se găsească la înălțimea axei piesei de prelucrat . Pentru așezarea cuțitului la înalți-mea necesară, de obicei se folosesc plăcuțe de reglare care se așază sub cuțit. Această înălțime la care se fixează vârful cuțitului se verifică după vârful din pi-nola păpușii mobile sau cu ajutorul unor șabloane.

2.2. Procesul tehnologic de frezare

DEFINITIE: 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 (mai rar de sculă). Regimul de așchiere la frezare este caracterizat de: adâncimea de așchiere (t); avansul de așchiere (s); viteza de așchiere (v).

Când vorbim de tipul mașinilor-unelte de frezat, le putem clasifica în funcție de construcția si de destinația lor, astfel putem distinge patru tipuri de mașini de frezat, și anume: universale, verticale, orizontale și speciale(pentru frezat filet, roți dințate etc). Din cele patru tipuri de mașini-unelte voi descrie pe scurt mașina de frezat universală, deoarece poate executa o gamă largă de prelucrări. Mai jos, în figura 2.7. este prezentată mașina de frezat universală.

Figura 2.7. Mașina de frezat universală

Numărul 3 din figura de mai sus reprezintă arborele principal, pe care se montează freza, cu ajutorul unui dorn care se susține într-un lagăr în traversa 1, și obține acțiunea de rotație de la motorul 11, prin cutia de viteze 10. De altfel, numărul 4 este reprezentat de masă, unde se fixează piesa, pentru realizarea mișcării de avans, această mișcare fiind transmisă la masă prin cutia de avansuri. Masa utilajului se mișcă împreună cu consola 6 pe ghidajele verticale 14 ale batiului 12. Mișcarea descrisă în rândurile de mai sus reprezintă mișcarea de avans pe verticală (fv). Însă avansul pe orizontală este realizat pe direcția longitudinală și transversală. Masa 4 realizează deplasarea în direcția longitudinală (fl) pe ghidajele din masa inferioară 5. Producerea avansului transversal (ft) se efectuează de către masa inferioară 5, pe ghidajele de pe consola 6. Mișcările mesei mașinii pot fi realizate manual sau automat de la motorul 11.

Viteza de așchiere este reprezentată prin „v” și se poate determina din: schema de lucru, natura și materialul piesei respectiv materialul de prelucrat. Figura de mai jos ilustrează mișcarea necesară în procesul de așchiere (figura 2.8.).

Figura 2.8. Mișcări necesare in procesul de așchiere

O freză este formată din dinți așchietori și corp, respectiv frezele pot fi realizate dintr-o bucată sau asamblabile. Mai departe este prezentată o clasificare a frezelor în funcție de execuția lor, tipul de prelucrare realizat etc.

Din punct de vedere constructiv putem distinge două tipuri de freze, cele monobloc și cele montabile, mai jos, în figura 2.9. sunt ilustrate cele două categorii. Respectiv în stânga este reprezentată freza monobloc iar în dreapta cea cu dinți montați.

Figura 2.9. Freză monobloc și freză cu dinți montați

Din punct de vedere al execuției dinților pe suprafața de așezare, frezele pot fi: cu dinți detalonați și cu dinți frezați. Mai jos, în figura 2.10. se poate observa în partea stângă o freză cu dinți detalonați iar în partea dreaptă o freză cu dinți frezați.

Figura 2.10. Freză cu dinți detalonați si cu dinți frezați

Pentru prelucrarea suprafețelor plane se utilizează frezele cilindrice pe mașini orizontale de frezat. Frezele cilindrice pot avea dinții drepți sau înclinați, fiind mai eficiente cele cu dinții înclinați deoarece așchierea decurge mai lin. Mai jos, în figura 2.11. sunt reprezentate trei tipuri de freze cilindrice, respectiv, cea din stânga este freză cu dinți înclinați, cea din mijloc este freză modul melc iar cea din dreapta o freză cilindru-frontală.

Figura 2.11. Freze cilindrice cu dinți înclinați, modul melc și cilindro-frontală cu dinți înclinați

Realizarea canalelor pe mașinile de frezat se realizează cu frezele disc. În figura de mai jos, si anume figura 2.12. prezintă, două freze disc.

Figura 2.12. Freze disc

Pentru prelucrarea canalelor pe mașini de frezat se utilizează freză deget prezentă în figura de lângă, respectiv figura 2.13.

Figura 2.13. Freză deget

Pentru realizarea suprafețelor înclinate se utilizează frezele unghiulare. În figura 2.14. sunt ilustrate două freze unghiulare.

Figura 2.14. Freze unghiulare

Pentru prelucrarea unor suprafețe complexe se utilizează frezele profilate, din această categorie făcând parte frezele-modul (utilizate pentru perforarea dinților roții dințate). Figura 2.15. prezintă două tipuri de freze utilizate la prelucrarea unor suprafețe complexe.

Figura 2.15. Freză profilată și freză modul disc

Pentru realizarea procesului de frezare pe o mașină-unealtă este necesar utilizarea dispozitivelor de fixare care au aceleași caracteristici ca cele pentru strunjire din subcapitolul 2.1. din prezenta lucrare. Astfel pentru a fixa semifabricatul pe mașină putem utiliza dispozitive de fixare simple, dispozitive universale și speciale. În cele mai multe cazuri, în mod special în producția individuală, semifabricatul poate fi prins direct pe masa mașinii, folosindu-se astfel bride (la studiu de caz, în procesul neconvențional s-a utilizat bride pentru a fixa semifabricatul), menghine simple, șuruburi etc. În figura 2.16. sunt reprezentate diferite tipuri de menghine cu rolul de fixare a semifabricatului pe mașina unealtă.

Fig. 10.. Menghina inclinabila Fig. 11. Menghina rotatova

Sursa: Catalog Shop NQ

Figura 2.16. Menghină înclinată, menghină rotativă și menghină complexă

Pentru buna desfășurare a procesului de frezare, este necesară fixarea frezelor în alezajul conic al arborelui principal. Realizarea fixării freze în alezaj se produce cu un dorn, care este introdus în respectivul alezaj. În figura 2.17. este reprezentat principiul de fixare a frezelor.

Figura 2.17. Fixarea frezelor pe dorn

Freza este introdusă pe dorn la distanța y de capătul arborelui principal și respectiv la distanța x de lagărul de sprijin . Poziția pe dorn a frezei se asigură cu ajutorul unor bucșe distanțiere. Pentru o mai bună rigiditate, distanța y trebuie să fie cât mai mică. În figura de mai jos, respectiv figura 2.18. este reprezentată în partea stângă fixarea pe dorn și în partea dreaptă fixare cu bucșe elastice deoarece poziția pe dorn a frezei se realizează cu ajutorul unei bucșe.

Figura 2.18.. Fixare pe dorn și fixare cu bucșe elastice

Pentru a calcula turația necesară prelucrării cunoaștem faptul că viteza de așchiere este corelată cu muchiile așchietoare aflate pe circumferința frezei de diametru D.

Adâncimea de așchiere notată cu „t”, care reprezintă distanța dintre suprafața inițială a piesei și suprafața prelucrată a acesteia. Lățimea de așchiere „w” nu poate fi mai mare decât lungimea activă a frezei la o singură trecere. Avansul „s”, corespunde unei rotații complete a frezei ținând cont de numărul de dinți ai frezei și de valoarea avansului pe dinte calculând avansul frezei.

Viteza de avans a piesei este:

Timpul de baza al operației de frezare cilindrica este dat de expresia:

O, frezare cilindrică are următoarea relație.

2.3. Procesul tehnologic de burghiere

Burghierea este operația tehnologică de prelucrare prin așchiere, realizată cu ajutorul unor scule așchietoare numite burghie, pe o mașină-unealtă de găurit

În construcția de mașini peste 70% din totalul pieselor prelucrate au unul sau mai multe alezaje, care pot fi înfundate sau pătrunse, cu praguri sau drepte, cilindrice sau conice etc.

Alezajele se pot clasifica în funcție de construcția acestora, diametru, greutate și adâncime în următoarele categorii: alezaje scurte, atunci când 1/d ≤ 0,5; alezaje normale, atunci când 0,5 ≤ 1/d ≤ 3; alezajele lungi atunci când 3 ≤ 1/d ≤ 10; alezajele foarte lungi, dacă 1/ d ≥ 10.

Principala mișcare este cea de rotație, care este realizată, de scula așchietoare, sau de piesă, respectiv și avansul de așchiere este realizat fie de scula așchietoare fie de piesă.

Principalele pârți componente ale mașinii de găurit verticale sânt: placa de bază 6, prin intermediul căreia mașina se fixează de fundație, coloana sau montantul 4 pe care este montată masa 5. Pe masa mașinii de găurit se așază piesele de prelucrat, fie direct, fie într-un dispozitiv în cazul pieselor mai complicate. Pentru prindere se folosesc menghinele de mașină. Poziția mesei 5 poate fi modificată după necesitate prin deplasarea pe verticală cu ajutorul unui mecanism șurub-piuliță. Blocarea mesei în poziția necesară se face cu ajutorul unei manete. La par-tea superioară a mașinii se găsește carcasa 2, în care se află cutia de viteze și avan-suri. Acționarea mașinii se face de la motorul 1. Arborele principal 7, în care se fixează scula așchietoare, execută mișcarea principală de asediere n, care este o mișcare de rotație, precum și mișcarea de avans axial notată cu sa. În figura de mai jos, respectiv figura 2.19. este reprezentată mașina de găurit, cu componentele sale principale.

Părțișe componente:

Motor electric

Cutia de viteze și avansuri

Pârghie de acționare

Coloană

Masa mașinii

Placa de bază

Arborele principal

Tablout de comandă

Figura 2.19. Mașina de găurit verticală

Când vorbim de dispozitive de găurit ne referim la burghie, care pot fi confecționate din oțel cu o duritate ridicată, cu excepția celor care sunt utilizate pentru prelucrarea lemnului. În figura 2.20. este reprezentată o clasificare succintă a burghielor.

Figura 2.21. Clasificarea burghielor

Burghiele sunt formate din două parți componente distincte, mai exact, partea activă și partea pasivă. Partea activă a burghiului care realizează și procedeul de găurire este alcătuit din tăișurile principale, tăișul transversal, canale de evacuare a așchiilor și fațetele. Ce-a de-a doua componentă principală a burghiului, și anume partea pasivă, este la rândul ei alcătuită din coadă și antrenor. În figura 2.22, este reprezentat burghiul cu componentele sale.

a-partea activă (așchietoare)

b-partea pasivă (fixare)

1-tăișuri principale

2-tăiș transversal

3-canale de evacuare a așchiilor

4-Fațete

5-Coadă

Figura 2.22. Părțile componente ale unui burghiu

Pentru prinderea și fixarea sculelor așchietoare sunt utilizate mandrinele

Bucșa elastică permite fixarea burghielor cu coadă cilindrică. Bucșa de reducție (con Morse) permite fixarea burghielor cu coadă conică. Pentru fixarea pieselor în vederea prelucrării se utilizează menghina paralelă, menghina rotativă, sisteme de fixare cu bride. Figura 2.23. ilustrează câteva accesorii pentru găurire.

Fig. 2.23. Dispozitive folosite la burghiere

Mișcarea principală de rotație și viteza de avans sunt executate de burghiu. În această situație sub acțiunea forței de avans burghiul flambează iar alezajul obținut deviază de la direcția vertical ă Această eroare este în funcție de diametrul burghiului dar și de mărimea forțelor. Această eroare mai poate apărea și datorită inegalității unghiurilor de la vârful sculei și lungimilor neuniforme ale muchiilor așchietoare.

Fig. 36..Realizarea alezajului din plin cu rotirea sculei

3. Procese tehnologice neconvenționale de prelucrare mecanica

Procesele tehnologice de prelucrare prin așchiere descrise în capitolul 2 pot fi ineficiente din punct de vedere economic sau pot deveni imposibil de realizat în anumite situații cum ar fi în situația în care suprafețele prelucrate au geometrie complexă sau materialul este de o duritate ridicată. Un alt dezavantaj al prelucrării clasice, ar fi precizia realizării piesei, care reprezintă un impediment în anumite industrii, cum ar fi în cea a aviației.

Aceste limitări au determinat apariția și dezvoltarea unor metode de prelucrare noi care se numesc tehnologii neconvenționale, la care îndepărtarea adaosului de prelucrare se face sub formă de microparticule ca urmare a interacțiunii dintre piesă și semifabricat și un agent eroziv. Agentul eroziv este un sistem fizico-chimic sau fizico-mecanic complex care cedează piesei energie de natură electrică, electromagnetică, electrochimică, termică, chimică, mecanică sau de radiație. Energia agentului eroziv distruge stratul superficial al piesei de prelucrat prin topire, vaporizare, sublimare, ruperi de material sub formă de microparticule sau prin coroziune. În toate cazurile, pentru erodarea stratului superficial al piesei de prelucrat, energia agentului eroziv trebuie să depășească energia de legătură a particulelor de material. De asemenea, particulele erodate trebuie îndepărtate de spațiul de lucru deoarece ele pot frâna sau chiar opri continuarea eroziunii.

Dezavantajul prelucrării cu ajutorul tehnologiilor neconvenționale, îl reprezintă costul ridicat, datorat prețului ridicat al utilajului. Altfel spus tehnologia neconvențională este fiabilă atunci când complexitatea piesei este ridicată și astfel greu de realiza pe dispozitivele convenționale.

În figura 3.1. este reprezentată o clasificare a procedeelor neconvenționale de prelucrare prin eroziune. Clasificarea este realizată în funcție de natura agentului eroziv.

Figura 3.1. Clasificare proceselor de prelucrare neconvențională

3.1. Prelucrarea cu laser

Printre cele mai dese procedee utilizate în domeniile: aviație, mașini, comunicații etc este procesul de prelucrare prin fascicul de fotoni, respectiv prelucrarea prin LASER (Amplificarea luminii prin stimularea emisiei de radiații). Teoria mecanicii cuantice a lui Max Planck (1858 – 1947) stă la baza fenomenului de emitere laser, și anume, punerea în libertate și absorbția de energie radiantă se produc în mod discontinuu în anumite cantități numite cuante de energie.

Principiu de funcționare a laserului dezvoltat din teoria mecanicii cuantice a lui Max Planck este: un atom primește fotoni, astfel electronii atomului absorb fotonii mărindu-și astfel cantitatea de energie, datorită creșterii energiei împinge electronul să treacă de pe orbita staționară pe altă orbită, această stare nouă se numește stare de excitată. Starea excitată reprezintă instabilitate, electronii întorcându-se pe orbita anterioară, cedând energia, sub formă de fotoni. Toți fotonii emiși trebuie să aibă aceeași culoare sau frecvență pentru obținerea emisiilor laser.

Fenomenul laser se produce în mod eficient dacă are loc într-un spațiu nu-mit rezonator optic (Figura 3.2). Instalația este formată din camera cu mediu activ 1, mărginită de oglinda cu reflexie totală 2 și oglinda semitransparentă 3. Sub acțiunea pompajului optic, mediul activ (solid, lichid sau gazos) va produce o emisie de fotoni care se va amplifica prin oscilarea între cele două oglinzi reflectorizante. Datorită timpului scurt în care se produce emisiunea stimulată și amplificarea (10-6 s) și posibilității de a fi condus, concentrat și focalizat, fasciculul laser poate ajunge la densități de putere de 1010 W/cm2 și la temperaturi de 18.000 °C care topesc și vaporizează orice material existent.

Figura 3.2. Schema generării fasciculului laser

Pentru a genera fascicul laser este nevoie de o oglindă semitransparentă, aceasta fiind și ultimul element din schemă. Aceasta poate fi de diferite forme sferică, prismatică și plană. Mediul poate fi solid lichid sau gazos.

Prelucrarea cu laser poate fi utilizată la procedee de sudare, tăiere și găurire. Mai departe vor fi descrise procedeele de tăiere și sudare cu laser deoarece utilajele folosite pentru cele două prelucrări sunt concepute diferit.

Sudarea cu laser (Figura 3.3.) se realizează cu o instalație formată din sursa de alimentare cu energie electrică 1 care poate fi o baterie de condensatoare, un redresor sau un generator de curent continuu sau alternativ, sursa de excitație optică 2 care este, de obicei, o lampă cu descărcări în gaze și camera de rezonanță 3 care conține mediul activ solid. Lampa de excitație și camera de rezonanță sunt montate în carcasa reflectorizantă 4. Din camera de rezonanță, fasciculul laser 5 trece prin obturatorul de siguranță 6 și lentila de focalizare 7, ajungând la piesele de sudat 8. Pentru protecția băii metalice, prin duza 9 se insuflă un gaz inert care produce atmosfera protectoare 10.

Figura 3.3. Sudarea cu laser

Tăierea cu laser (Figura. 3.4) este o aplicație foarte răspândită în industrie, datorită realizării unor tăieturi foarte fine în materiale dure și fragile. Pentru îndepărtarea produselor tăierii cu mai multă ușurință, tăierea se face cu jet de oxigen, în cazul materialelor metalice sau cu jet de gaz inert, în cazul materialelor fragile (sticlă, ceramică) sau inflamabile (hârtie, țesături, materiale plastice, piele). Sursa de curent 1 alimentează o lampă cu descărcări în gaze, aflată în rezonatorul optic 2, mărginit de oglinda de reflexie totală 3 și oglinda semitransparentă 4. Fasciculul laser 5 trece prin obturatorul de siguranță 6, este deviat de oglinda de reflexei 7 răcită cu apă și este focalizat cu lentila 8 pe suprafața piesei de tăiat 9, așezată pe masa de uzinaj fotonic 10. Prin duza 11 se insuflă oxigen sau un gaz inert. Temperatura în punctul de focalizare este de până la 20.000 0C.

Figura 3.4. Tăierea cu laser

3.2.Prelucrarea prin electroeroziune

În 1942, cuplul Lazarenko a descoperit procesul prelucrării prin electroeroziune(EDM). La început a fost folosit doar în industria militară. EDM a realizat un drum lung până la performanțele sale actuale. EDM a apărut ca o necesitate pentru fabricarea materialelor cu caracteristici mecanice și termice mai bune. Avantajul major al EDM în comparație cu alte procese de fabricație este reprezentat de faptul că duritatea materialului nu este importantă, singura condiție fiind că materialul prelucrat trebuie să fie electroconductor.

Principiul de prelucrare prin electroeroziune este unul simplist, bazându-se pe efectele erozive ale unor descărcări electrice prin impuls, transmise repetat prin intermediul electrodului sculă către semifabricat, acestea fiind bineînțeles conectate la o sursă de putere U. Tot procesul de prelucrare este realizat într-un lichid numit dielectric. În timpul procesului piesa se tocește treptat ceea ce este de așteptat însă și electrodul sculă se tocește la rândul său.

În timpul procesului de electroeroziune au loc trei faze și anume, prima fază este formată din inițierea descărcării urmată de topirea și vaporizarea materialului piesei și în final înlăturarea microparticulelor erodate.

Dielectricul utilizat în procesul de electroeroziune, trebuie să îndeplinească o serie de condiții pentru a realiza o productivitate crescută, și anume: rezistență chimică mare, conductivitate termică, temperatură de aprindere peste 40 °C, să fie rentabil, stabil chimic la descărcări electrice. În mod uzual drept dielectric se utilizează apa, uleiurile industriale și petrolul.

Sculele utilizate pentru prelucrarea prin electroeroziune trebuie să fie bune conductoare de electricitate. Astfel alegerea materialului se face în funcție de costuri, de producția numărului de piese. Scula electrod este formată din partea activă, cea care participă la procedeul de prelucrare și parte pasivă (auxiliară) care se fixează pe mașina de prelucrat.

Schema de principiu a mașinii universale de prelucrat prin electroeroziune este prezentată în Figura 3.5.: 1 – generator de impulsuri; 2 – regulator de avans; 3 – electrod-sculă; 4 – piesă de prelucrat; 5 – cuvă cu dielectric de lucru; 6 – rezervor cu dielectric; PH – pompă hidraulică; F – filtru; 7 – radiator de răcire; 8 – ghidaje; I,II – mișcările electrodului-sculă.

Regulatorul de avans asigură un interstițiu optim și este alcătuit dintr-un motor electric de curent continuu și un mecanism care transformă mișcarea de rotație a motorului într-o mișcare rectilinie-alternativă II. Servomecanismul are o construcție simplă, dar nu se poate utiliza decât pentru mașini de dimensiuni mici și mijlocii. Pentru mașini grele, regulatorul de avans este electrohidraulic, având o construcție mai complicată. De asemenea, comanda servomecanismului de avans se poate realiza prin motoare pas cu pas, în acest caz deplasările fiind foarte precise, putând atinge câțiva microni.

Figura 3.5 Schema de principiu a mașinii universale de prelucrat prin electroeroziune

Materialele foarte dure se pot debita prin electroeroziune cu un electrod-sârmă-sculă, această modalitate de tăiere oferă o precizie ridicată și reduce pierderile de material. Prelucrarea prin electroeroziune cu fir este exemplificată în figura de mai jos numerotată 3.6.

Semnificația notațiilor este următoarea: 1 – dispozitiv portelectrod și de avans; 2, 3 – tamburi pentru înfășurarea desfășurarea sârmei-electrod; 4, 5 – role pentru conducerea sârmei-electrod; 6 – sârmă-electrod; 7 – piesă. Sârma-electrod are diametre de 0,05…0,5 mm dacă este din cupru sau alamă și mai mici de 0,1 mm dacă este confecționată din wolfram. Ea execută mișcarea rectilinie I, iar dispozitivul portelectrod, mișcarea de avans II.

Figura 3.6. Schema pentru tăierea materialelor prin electroeroziune

4.Mașini unelte cu comandă numerică (Convenționale și Neconvenționale)

După apariția microprocesorului mașinile cu comandă numerică au înregistrat o răspândire largă, în mod special în țările dezvoltate industrial(anii 80). După anii 90 au început să fie utilizate și în celelalte țări. Prescurtarea CNC provine de la Computer Numerical Control.

Datorită automatizării complete a mașinii unealtă CNC sunt utilizate, în prezent, la nivel mondial. Beneficiile utilizării unui astfel de utilaj sunt nenumărate, printre care realizează piesele cu o precizie ridicată la forme și dimensiuni variate.

Mașina CNC este formată din două componente, respectiv, mașina propriu-zisă și echipamentul de comandă numerică. Programarea utilajului se face prin intermediul unui program, ca de exemplu, PowerMILL sau MasterCAM (utilizate în prezenta lucrare), cu informații sub formă numerică. Operațiile care pot fi efectuate pe mașinile-unelte sunt detaliate în tabelul 4.1.

Tabel 4.1. Principalele operații în cadrul proceselor de fabricație pe mașini-unelte

Funcțiile de bază ale echipamentelor de comandă numerică sunt : realizarea traiectoriei Sculă-piesă, cu precizie ridicată; obținerea parametrilor optimi ai regimului de așchiere; posibilitate introducerii manuale a datelor.

Figura 4.1. Schema bloc a unui echipament de comandă numerică.

4.1. Date despre utilajele CNC

După cum este notat la începutul capitolului, o mașină unealtă te tip CNC presupune atașarea unui dispozitiv cu comandă numerică, la mașina convențională. Însă nu este îndeajuns, astfel fiind necesar dezvoltarea soluțiilor constructive, pentru a spori eficiența.

Datorită vitezelor foarte mari produse de către o mașină-unealtă CNC, apar temperaturi ridicate, și astfel deformații termice, creând astfel erori de prelucrare nedorite. Un alt inconvenient, care apare în timpul procesului este vibrația, care la rândul său este de dorit a fi eliminată. Pentru o bună funcționare a mașinii cu comandă numerică s-au introdus o serie de elemente pentru, a diminua inconvenientele menționate mai sus. Astfel se utilizează arbori cu lagăre pentru rostogolire, ghidaje de rostogolire, motoare cu turație reglabilă pentru reducerea vibrațiilor, temperaturilor ridicate etc.

Aceste mașini-unelte cu comandă numerică sunt utilizate la scară largă deoarece prezintă o serie de avantaje față de mașinile-unelte simple. Cel mai mare avantaj obținut la prelucrarea cu o mașină CNC este faptul că oferă o precizie mult ridicată, urmat de timp scăzut pentru realizarea unei piese și deci posibilitatea realizării seriilor mari . Datorită automatizării ridicate, apariția erorii este cu mult diminuată, astfel optimizând întregul proces de prelucrare.

Deplasarea, pentru realizarea mișcării de poziționare/generare sunt în număr de trei categorii:

De poziționare – apropiere și retragere;

De prelucrare liniară – de executate;

De conturare – sunt necesare două axe, fiind mișcări complexe.

Comenzile de poziționare și de prelucrare liniară se execută succesiv după direcția axelor de coordonate iar cele de conturare se execută simultan pe axe.

Alegerea sculelor se efectuează, în funcție de operație, tipul materialului semifabricatului, viteza de așchiere etc, în capitolul 5 se poate observa cum s-a ales scula necesară din catalogul producătorului. În tabelul de mai jos, respectiv 4.2., sunt menționate materialele necesare în cazul vitezelor mari de prelucrare, cu ajutorul tehnologiilor convenționale. Iar mai departe tabelul 4.3. prezintă concomitent materialele sculelor, a pieselor și respectiv operațiile care pot fi efectuate.

Tabelul 4.2. Viteze de așchiere

Tabelul 4.3. Scule-piese-operații (PARASCHIV, 2015)

4.2. Tipuri de mașini-unelte cu comandă numerică

Elementele principale necesare pentru realizarea prelucrării ale unei mașini-unelte cu comandă numerică elementare sunt cele două dispozitive de prindere a sculei și respectiv semifabricatului împreună cu lanțurile cinematice care asigură deplasarea sculei sau a semifabricatului.

Producătorii de mașini CNC au lansat pe piață numeroase variante cu configurații diferite, structuri cinematice și caracteristici funcționale. Aceste utilaje s-au dezvoltat atât de mult încât, au apărut pe piață strunguri cu două fusuri principale coaxiale, simetrice, în construcție integrată care permit prelucrarea la ambele capete prin transfer între ele.

Principalele mișcări ale elementelor mobile din CNC sunt translația (T) și rotația (R), iar aceste elemente de regulă sunt fixate pe batiu (B). În tabelul de mai jos, respectiv tabelul 4.4 sunt ilustrate mai multe variante de construcție a unei mașini-unelte. Noțiunea de axă, în comanda numerică reprezintă deplasare sau rotație, acestea fiind realizate de către componentele mobile.

Tabel 4.4. Configurații structurale CNC

În figura 4.2. este ilustrată configurația TTBT, mai exact o mașină-unealtă cu trei axe comandate numeric, iar imediat lângă, în partea dreaptă apare schema unei axe comandate numeric.

Figura 4.2. Mașina unealtă în configurație TTBT și schema de CN a unei axe

Așa cum apare în figura de mai sus, comanda numerică a unei axe se realizează prin cele trei blocuri și anume Echipamentul de comandă numerică (ECN), variatorul și lanțul cinematic MUCN. Deplasarea impulsului se realizează prin Blocul de calcul (BC), convertorul numeric analog (CNA) din echipamentul de comandă numerică (pentru reglarea poziției), ulterior trecând prin blocul comparator (C) și blocul de amplificare (A) din variator, de asemenea și motorul electric de acționare (ME), acestea trei fiind necesare pentru reglarea vitezei.

Fiecărei axe din CNC care este comandată numeric i se asigură un lanț de acționare. Pentru realizarea unei mișcări circulare prin îmbinarea a două mișcări de translație este necesar ca utilajul să aibă un bloc interpolator. Mișcarea de coordonare rectilinie este realizată de interpolatoare liniare iar mișcarea de traiectorie circulară este realizată de interpolatoare circulare. Cel mai rar întâlnite sunt interpolatoarele care realizează curbe plane oarecare, acestea având ca bază curbe Polinomiale.

4.3. Axele și mișcările mașinilor cu comandă numerică

În scopul interschimbabilității valorilor din program sunt utilizate axele controlate. Baza stabilită pentru definirea axelor controlate numeric este valabilă pentru toate CNC-urile și este reprezentată de STAS 8902-83.

Principiul de determinare a axelor cu comandă numerică este, impunerea unui ansamblu de coordonare a semifabricatului și de ilustrare a mișcării mașinii, în așa fel încât sa fie descrise operațiile de prelucrare, fără a se ține cont de distanțele dintre sculă și semifabricat. Să presupunem că semifabricatul este fix și că scula se mișcă în raport cu sistemul de coordonate asociat cu semifabricat. Sensul negativ al mișcării unui element al mașinii, corespunde cu direcția de apropiere față de semifabricat, iar cel pozitiv este invers. Axele sunt notate cu X, Y, Z și reprezintă coordonarea sculei, iar cele care semnifică coordonarea semifabricatului sunt notate cu litere și semn prim (´) .

Axa Z este prima axă definită, este axă de translație și este paralelă cu axa arborelui principal sau se confundă cu aceasta. La mașinile de frezat, de găurit, de filetat, de alezat, de rectificat, arborele principal antrenează scula. În cazul strungurilor, mașinilor de copiat, precum și la alte mașini care generează suprafețe de revoluție, arborele principal antrenează piesa. Dacă mașina nu are arbore principal, axa Z este perpendiculară pe suprafața de așezare a piesei. În situațiile în care mașina are mai mulți arbori principali, pentru definirea axei Z, se alege un singur arbore principal, de preferință arborele principal cu axa perpendiculară pe suprafața de așezare a piesei .

Sensul negativ al axei Z este acela de apropierea a piesei de semifabricat.

Axa X este a doua axă definită. În majoritatea cazurilor este o axă orizontală și paralelă cu suprafața de așezare a piesei. Această axă reprezintă axa principală de mișcare în planul în care se realizează prinderea piesei sau a sculei. Pentru mașinile de rabotat, caz în care nu se rotesc nici piesa nici scula, axa X de mișcare este paralelă cu direcția principală de așchiere, iar sensul pozitiv corespunde cu sensul de așchiere. În cazul strungurilor, mașinilor de rectificat rotund, la care se rotește piesa, axa X este radială și paralelă cu ghidajele saniei transversale. Sensul pozitiv al mișcării X corespunde retragerii unei scule montate în capul revolver sau în suportul portscule montat pe sania transversală.

Axa Y este perpendiculară pe axele X și Z și formează cu acestea un triedru de sens direct.

Mișcările de rotație A, B și C sunt primele axe de rotație în apropierea unor axe paralele cu Z, X și Y. Sensul axelor A, B și C corespunde cu sensul unui șurub . În figurile de mai jos sunt reprezentate câteva tipuri de CNC-uri și axele acestora (figura 4.3- 4.5)

Figura 4.3. Strung normal cu comandă numeric și strungul revolver

Figura 4.4. . Strung frontal și strungul carusel

Figura 4.5. Mașină-unealtă (centru de prelucrare) Mori Seiki cu 5 axe CNC (Z, X, Y, A, B)

5. Studiu de caz

Pentru realizarea studiul de caz, s-a ales o piesă semisferică cu suprafețe complexe, confecționată din aluminiu având ca utilitate suportul unui dispozitiv de luminat. Mai jos, în figura 5.1. se pot observa vederile piesei alese și modelul 3D în figura 5.2.

Figura. 5.1. Vederile piesei (CATIA)

Figura. 5.2. Modelul 3D al piesei (CATIA)

5.1. Date despre materialul utilizat

Materialul ales este aluminiu deoarece doresc să ilustrez fluxul tehnologic prin metoda convențională și cea neconvențională, de exemplu daca aș fi ales un material mai dur sau poate chiar casant piesa se putea fabrica prin tehnologii neconvenționale însă cu ajutorul celor convenționale era imposibil. Astfel aluminiu este un material ușor, cu o putere mecanică foarte mare, fiind utilizat des în industria aviației sau a mașinilor. Datorită rezistenței lui la coroziune, acesta nu necesită costuri ridicate pentru întreținere. Acest material nu numai ca este utilizat pe scară largă dar este și des întâlnit în scoarța terestră. Acest element poate fi reciclat, nemodificându-și caracteristicile în timpul reutilizării.

Caracteristicile acestui element sunt: greutate ușoară, duritate ridicată , elasticitate crescută, ușor de format, acest material poate fi turnat , extras sau frezat. Un alt motiv pentru care am ales acest material este deoarece poate fi ușor îmbinat prin sudare, lipire. Rezistența aluminiului la coroziune se datorează stratului subțire de oxid care se formează în contact cu aerul.

Conductibilitatea electrica si termica ale aluminiului sunt bune. Mai mult decât atât, un conductor din aluminiu cântărește jumătate din echivalentul sau din cupru. Extinderea liniară a aluminiului trebuie luată în calcul încă din stadiul proiectării , acesta având un coeficient ridicat de extindere.

Aliajele din aluminiu sunt aliaje în care materialul dominant este aluminiul (Al). Materiale ce pot fi găsite în aliaje sunt siliciu, mangan, cupru, zinc etc. Când discutăm de aliajele de aluminiu putem să le clasificăm în două grupuri principale, și anume cele care pot fi turnate și cele forjate, ambele categorii le putem subdiviza în tratabile și non-tratabile termic.

Aluminiu poate fi tratat necorespunzător termic, cauzând separarea elementelor interioare din aliaj, astfel producându-se coroziunea din interior spre exterior. După cum reiese din rândurile de mai sus aliajele din aluminiu nenumărate proprietăți, acestea fiind utilizate des în industrie, în mod special în cea constructoare de avioane.

Pentru modelul de piesă efectuat voi folosi aliajul, EN AW-6082-ISO : AlSiMGMN, cu o compoziție de 0.9 Al, 1.0 Mg, 0.7 Si și Mn deoarece acest aliaj oferă o rezistență foarte bună împotriva coroziunii, are o sudabilitate bună, formabilitate la temperatură rece.

5.2. Tehnologii clasice de realizare a piesei semisferice

In capitolele ce urmează voi descrie fluxul tehnologic cu etapele prelucrării piesei, având ca scop înțelegerea și compararea procedeelor clasice și neconvenționale. Semifabricatul va fi de dimensiunile: h= 90mm, L= l= 215 mm cu găuri filetate de 5mm pentru prinderea lui de placa suport. În figura 5.3 se poate observa desenul semifabricatului.

Figura. 5.3. Semifabricat cotat (CATIA)

Figura. 5.4. Piesă Cotată (CATIA)

Pentru realizarea piesei in regim clasic, s-au utilizat diferite tipuri de freze, respectiv 2 tipuri de burghie. În cele ce urmează voi enunța fiecare pas și sculele folosite pentru realizarea operațiunilor.

În primă fază bucata de aliaj de Al a fost bine poziționată pe o placa de prindere cu 2 știfturi si 9 șuruburi pentru siguranța realizării operațiilor.

Figura. 5.5. Prinderea 1 a semifabricatului (CATIA)

Figura 5.6.. Semifabricatul și Placa de prindere (CATIA)

În figura 5.5. este reprezentată prinderea 1 a semifabricatului pentru realizarea operațiilor efectuate pe partea superioară, iar în figura 5.6 se poate observa semifabricatul și placa de prindere realizată pentru a fixa semifabricatul pe utilaj. Figura 5.4 ilustrează piesa în forma sa finală.

După prinderea semifabricatului, s-a ales o freză de 32mm pentru degroșare. Plăcuțele pentru freză sunt acoperite cu strat diamant pentru viteze mari de așchiere și de durabilitate.

Figura 5.7. Freza 32

Structura suprafețelor este foarte fina, iar suprafața de degajare a frezei este lustruita reducând la maxim tendința de aderenta.

În figura 5.7 este ilustrată freza folosită, extrasă di catalogul Hoffman Group, aceasta fiind utilizată pentru operația de degroșare. Rezultatul etapei de frezat se poate observa în figura 7.8.

Execuție:

Rigiditate crescută a sculelor datorită protecției împotriva deplasării plasate între plăcută amovibilă și locașul plăcuțelor. Datorită posibilității de adăugare a fileturilor poate fi prelungit după plac.

Aplicație:

Pentru evitarea blocajelor așchiilor, în special la frezarea buzunarelor adânci

Forma semifabricatului după frezarea de degroșare:

Figura 5.8. Modelul 3D al semifabricatului (PowerMILL)

În cea de-a doua etapă tehnologică, semifabricatului i se vor finisa suprafețele plane cu o freză de 10 cu raza de 0 .

Figura 5.9. Freza din carbură de 10 cu raza 0

Execuție- Ascuțire cu detalonare excentrică și lustruire suplimentară în canalele pentru așchii pentru evacuarea excelentă a așchiilor la materiale pe bază de aluminiu ce produc așchii lungi. Lungimi constructive similar lungimilor DIN 6527.

Forma semifabricatului după operația de finisare a suprafețelor plane cu freza de 10 cu raza 0.

Figura 5.10. Forma 3D a semifabricatului (PowerMILL)

În cea de-a treia etapă se va utiliza o freză de 10 cu rază de 0,5 pentru finisarea suprafețelor perpendiculare pe suportul de prindere.

Figura 5.11. Freza din carbura de 10 cu raza 0,5

Freza utilizata pentru degroțare si finisare, avand o raza la colt similara cu frezele toroidale, ascutire cu detalonare excentrica, cu spatii mari pentru aschii.

Execuție:

Raze la colț conform indicației DIN pentru canale de pană. Pentru degroșare și finisare.

Cu rază la colț similară frezelor toroidale. Până la 1×D în material solid la cele mai mari viteze de avans și funcționare silențioasă.

După procesul de finisare a suprafețelor perpendiculare cu freză de 10 si raza de 0,5 semifabricatul va arăta ca in figura de mai jos (Figura 5.11.)

Figura 5.11. Forma 3D a semifabricatului (PowerMILL)

Cea de-a patra procedură este finisarea semisferei cu o freză din carbură cu cap sferic de dimensiune 10 cu raza de 5.

Figura 5.12.. Freză din carbură de 10 cu raza de 5

Execuție: Cu strat de acoperire DLC sp2 de ultimă generație. Toleranțe: Contur radial = ±0,01 mm.

După operația de finisare a semisferei, cu o freză de 10 cu rază de 5, semifabricatul va arăta ca in figura 5.13.

Figura 5.13. Forma 3D a semifabricatului (PowerMILL)

Următoarele 2 operații vor fi executate cu burghiu de 7,6 diametru respectiv 8,2 pentru a forma găurile din placa finală.

Figura 5.14. Burghiul

Execuție:

Stratul de acoperire DLC sp2 de cea mai nouă generație cu coeficienți reduși de frecare asigură o evacuare excelentă a așchiilor. Pentru prelucrarea de înaltă performanta a materialelor din aluminiu. Precizie ridicată de aliniere și rotunjime a găurii cu 6 fațete de ghidare.

Forma semifabricatului după operația de găurire cu 8,2 respectiv 7,6 este cea din figura 5.15.

Figura 5.15. Forma 3D a semifabricatului (PowerMILL)

Până in momentul de față am realizat toate operațiile posibile din prinderea 1 a materialului, astfel vom poziționa invers semifabricatul urmând a-l fixa pe menghină.

Figura 5.16. Prinderea 2 a semifabricatului (CATIA)

Prima operație după schimbarea poziției semifabricatului este cea de degroșare cu freză de 32 aceeași care a fost utilizată în cazul primei prinderi (vezi Figura 5.17), in urma operației semifabricatul va arăta ca in Figura 5.18.

Figura 5.18. Forma 3D a semifabricatului (PowerMILL)

Cea de-a-2-a operație efectuată pe piesa poziționată în prinderea nr 2 , este aceea de finisare, efectuată cu o freză de 10 cu raza de 5 in urma procedeului va rezulta semifabricatul din imaginea de mai jos.

Figura 5.19. Forma 3D a semifabricatului (PowerMILL)

Ultima operație efectuată pe semifabricat este cea de finisare a suprafețelor plane cu freză de 10 si raza de 0 (vezi Fig.62), după efectuarea ultimei operații piesa v-a arăta ca in figura de mai jos.

Figura 5.20. Figura 3D a semifabricatului (PowerMILL)

Ultima operație este efectuata cu o freza T de 32,5 pentru a intra in spațiul lateral.

Figura 5.21 Freza „T”

Execuție:

Frezare periferică, cu dispunere alternantă a dinților. Suprafețele laterale sunt rectificate pentru a conferi acuratețe și a împiedica blocarea în piesă. Suprafață supusă unui tratament special.

Figura 5.22. Figura 3D a semifabricatului (PowerMILL)

In capitolul de mai sus s-au descris sculele folosite si etapele parcurse de semifabricat pana la forma piesei complexe semisferice. Pentru realizarea piesei s-au utilizat 4 freze de geometrii si dimensiuni diferite si respectiv 2 burghie de diametre diferite.

5.4Tehnologii neconvenționale de realizare a piesei semisferice

Pentru realizarea piesei semisferice cu suprafețe complexe se vor utiliza 2 procedee neconvenționale (electroeroziunea cu fir respectiv electroeroziunea cu electrod format drept negativul piesei finite), respectiv o serie de procedee convenționale (frezare și îndoire ).

Figura 5.23. Desenul cotat (CATIA)

Semifabricatul folosit are dimensiunea de 300 mm lungime 270 mm lățime si 25 mm înălțime, bucata de metal a fost dimensionată așa deoarece avem nevoie de un adaos de material pentru a fixa piesa pe utilaj fără a strica geometria ei in timpul operării.

Prima operație efectuată pe semifabricat este cea de planare cu o freza de L1=32 cu rază de D1= 4.

Figura 5.24. Freza de 34 cu raza de 4

Figura 5. 25. Semifabricat și traseul sculei (MasterCAM)

Următoarele operații sunt amborarea (pentru poziționarea burghiului) si burghierea cu burghiu de 5 mm pentru start fir (eroziune electrica cu fir).

Figura 5.26 Schema de găurire și burghiul de 5 (MasterCAM)

După burghiere vom degroșa cu o freză de 32 mm cu diametru de 4 mm, lăsând un adaos de 0,5 cu pas de 1mm pe direcția Z.

Figura 5.27 Traseul frezei și Semifabricatul (MasterCAM)

În timpul procedeului de planare se ferește bila cu 1mm ..Liniile de ghidare de culoare fucsia reprezentate in desen ne arată traseul frezei.

Figura 5.27 Traseul frezei și semifabricatul (MasterCAM)

Finisarea

Figura 5.28. Semifabricatul (MasterCAM)

După finisarea semifabricatului, il vom trece pe mașinăria de electroeroziune cu fir pentru a da găurile. Prelucrarea prin eroziune electrică se bazează pe efectul eroziv polarizat al unor descărcări electrice prin impuls, amorsate în mod succesiv între un electrod și obiectul prelucrării. Semifabricatul se poziționează pe mașinăria de electroeroziune cu ajutorul a 2 bride care sunt poziționate acolo unde ne permite piesa.

Figura 5.29. Prinderea semifabricatului (MasterCAM)

Firul folosit pentru găurire este de 0,25 mm, firul trebuie verificat să taie pe interiorul găurii. Poziționarea firului se face in afara semifabricatului apoi se taie găurile, după ce termină de găurit, firul este tăiat de către mașină automat și se trece la următoarea gaură.

Figura 5.30. Semifabricatul și cursa firului (MasterCAM)

Tăierea conturului piesei.

Figura 5.31.Taierea semifabricatului (MasterCAM)

Observații: Mașina unealtă va poziționa firul astfel încât să înceapă decuparea la o distanță de jumătate din diametrul acestuia.

Pentru a putea trece pe electroeroziunea cu electrod, vom fi nevoiți să realizăm un electrod asemănător cu negativul piesei, mai exact suprafața semisferică.

Figura 5.32. Electrodul sculă pentru formarea semisferei (CATIA)

Figura 5.33.. Cotele electrodului (CATIA)

Electrodul sculă va fi prins de mașinăria de electroeroziune cu ajutorul unui suport in forma de mai jos (figura 5.34) și cu dimensiunile de : b2 = 90, b= 90, t= 30, h=80 și 4 șuruburi de M8.

Figura 5.34. Suportul de prins electrodul

Electrodul sculă este din grafit deoarece se presupune că piesa pe care o realizăm este unicat și atunci nu rentează utilizarea unui material mai dur, totodată mai costisitor.

Dielectricul folosit este compus din 80% petrol, 18% păcura si 2% pulbere de sulf, deoarece are calitatea cea mai buna.

Figura 5.35. Prezentare procedeu (CATIA)

Forma prelucrată prin eroziune este determinată de forma electrodului.

După formarea semisfere, piesa va fi îndoită , având un număr de 10 operații de îndoire. Îndoirea este operația de deformare plastică prin care se schimbă orientarea axei semifabricatului fără afectarea lungimii acestuia. Procesul de îndoire are loc cu ajutorul unui poanson care deformează semifabricatul prin apăsarea acestuia pe un suport cu profil adecvat.

Cele 10 operații de îndoire se realizează cu o forță de 1.40 tone si viteză de 10 mm/s dat fiind materialul și grosimea acestuia, respectiv 5 mm. Un alt factor este lungimea indoirii dată pe desen drept b care este max 95mm si min 25mm.

Figura 5.36. Schema îndoirii

Figura 5.37 Piesa Finită (CATIA)

6.Concluzii

În ziua de astăzi, materialele metalice sunt utilizate la scară largă. Odată cu apariția materialelor compozite sau aliajelor metalice s-au dezvoltat și noi tehnici de prelucrare. Prelucrarea în sine, este o metodă de eliminare a materialului surplus de pe semifabricat. Pentru a se îndepărta materialul, până la forma dorită se pot utiliza diferite scule fizice, cum este în cazul prelucrării convenționale capitolul 5, de regulă sculele utilizate sunt mai dure decât materialul prelucrat, acest lucru ne poate limita, în realizarea piesei dorite. Pe de altă parte, în cazul prelucrărilor neconvenționale, scula care îndepărtează excesul de material, nu este neapărat fizic prezentă, cm este în cazul prelucrării laser, subcapitolul 3.1.

Din studiul realizat, în capitolul 5, al prezentei lucrări de diplomă „Studiul privind posibilitățile de realizare a suprafețelor complexe prin tehnologii clasice și neconvenționale” se poate observa, necesitatea îmbinării celor două tehnologii de prelucrare. Dacă în cazul prelucrării cu ajutorul tehnologiilor convenționale, piesa a putut fi realizată complet, în cazul prelucrării neconvenționale a fost necesară burghierea și frezarea acesteia. Altfel spus, tehnologiile de fabricație, trebuie îmbinate, în așa fel încât să fie rentabil, fiabil, cu un consum redus de timp și material, iar piesa produsă să îndeplinească caracteristicile cerute. De exemplu, fabricarea prin electroeroziune, prezentată în subcapitolul 3.2. și utilizată în studiu de caz subcapitolul 5.4 , prezintă numeroase avantaje, și anume, rentabilitate crescută de fabricare, precizie de fabricare, realizarea suprafețelor complexe, timp scăzut în desfășurarea procesului și totodată reducerea numărului de faze tehnologice. De subliniat că, în cazul prelucrărilor neconvenționale nu este necesar ca materialul sculei sa fie mai dur decât cel al semifabricatului, fapt care conduce la prelucrarea numeroaselor materiale dure.

Concluzionând, pe baza studiului realizat, pentru a obține o piesă cu caracteristicile dorite, utilitatea și viață de serviciu a piesei ridicată trebuie alese tehnologiile aferente scopului. Altfel spus, produsul realizat, în urma fluxului tehnologic, trebuie să îndeplinească cerințele, respectiv rolul funcțional al cesteia.

7.Bibliografie:

[1] AUTODESK. (fără an). PowerMill. Preluat de pe https://www.autodesk.com/products/powermill/overview.

[2] BOLUNDUȚ, I.-L. (2012). Materiale și tehnologii neconvenționale . Chișinău: Tehnica-info.

[3] Hoffmann Group. (2020). Catalog Hoffmann Group . Preluat de pe CjwKCAiAxeX_BRASEiwAc1QdkRki4tnRgjRbcNXlYjfP8aJkGHPMeD95XJgAvJ6uv11nmhfFRFg_.

[4] M, P. (2008, Aprilie 21-25). Unconventional Technologies and Competitive Engineering in the 21st Century. New technologies and applications of EDM process. Kusadasi, Turcia.

[5] Meusburger. (2020). Cataloage Meusburger. Preluat de pe https://www.meusburger.com/RO/RO/actual/cataloage.

[6] Mexico Documents. (2015, 12 27). Preluat de pe https://vdocuments.mx/proiect-tpa-etapa-3.html.

[7] PARASCHIV, M. Z. (2015). Elemente de bază ale programării mașinilor unelte cu comandă numerică. Academiei Oamenilor de Știință din România.

[8] RADU, S. A. (2014). Tehnologia de fabricație. Suport de curs.

[9] TĂNASE, V. (2012). Prelucrări mecanice prin așchiere. Tanaviosoft.

8.Anexe:

Sursa: Catalog Hoffmann Group

Date privind freza de 32/4

Recomandarile vitezelor pentru freza 10 cu raza 0

Date privind freza de 10 cu raza 0

Caracteristicile frezei

Date despre freza

https://docuri.com/download/tn_59c1d4b8f581710b2865d151_pdf

http://docplayer.ro/189598300-Tehnologii-de-fabrica%C8%9Bie.html