Programul de studii: Inginerie Economică Industrială [309811]

Student: [anonimizat]: Inginerie Economică Industrială

Departament Inginerie și Management Industrial

Conducător științific: Prof.dr.ing. Cioară Romeo

Brașov,

2020

[anonimizat]: [anonimizat]: Inginerie Economică Industrială

Conducător științific: Prof.dr.ing. Cioară Romeo

Cuprins:

1. Introducere………………………………………………………………………………………………………………………4

1.1. Alegerea temei și justificare…………………………………………………………………………………………4

1.2. Scurt istoric……………………………………………………………………………………………………………….4

1.3. Destinație și rol funcțional…………………………………………………………………………………………..6

1.4. Tehnologii de realizare uzuale……………………………………………………………………………………..7

2. Proiectare reper ………………………………………………………………………………………………………….37

2.2. Rapid prototyping…………………………………………………………………………………………………….37

2.3. Roată dințată cu dantură dreaptă în Autocad………………………………………………………………..40

3. Analiza funcțiilor roții dințate………………………………………………………………………………………42

4.Calculul reperului………………………………………………………………………………………………………..44

4.1.Calculul planului de producție…………………………………………………………………………………….44

4.2. Analiză comparativă a costurilor………………………………………………………………………………..49

5.Concluzii…………………………………………………………………………………………………………………….52

Bibliografie

1. Introducere

1.1. Alegerea temei

Roată dințată cu dantură dreaptă

Justificare:

În elaborarea lucrării am ales ca subiect principal roțile dințate. Roțile dințate poartă un rol foarte important în industria mașinilor. Acest lucru mă ajută la expunerea cunoștințelor mele acumulate în cei 4 ani de facultate. [anonimizat]. Obiectivele tezei au rezultat din analiza critică a [anonimizat]-se, [anonimizat].

[anonimizat], cilindrice, profilate, conice, canelate, filetate-[anonimizat].

Aceste suprafețe sunt răspândite în construcția de mașini foarte mult. Majoritatea mașinilor moderne au roți dințate. Mașinile-[anonimizat], automobilele, [anonimizat], [anonimizat], comparatoarele, [anonimizat], presele mecanice, macaralele și multe alte mașini sunt de neconceput fără angrenaje cu roți dințate.

Destinația principală a roții dințate este de a transmite o mișcare de rotație de la un arbore la altul. Angrenajele cu roți dințate sub formă de roată și cremalieră transformă mișcarea de rotație într-o mișcare rectilinie, sau invers. Angrenajele cu cremalieră se folosesc pe scară largă în mecanismele de comandă ale mașinilor-unelte, ca, de exemplu, pentru deplasarea roților baladoare ale cutiilor de viteze, la mecanismul de avans longitudinal al strungurilor.

Istoria dezvoltării roților dințate se întinde de-a lungul miilor de ani. Despre roți dințate s-a vorbit încă de pe timpul lui Aristotel, care a trăit acum 2000 de ani.

Primele roți dințate erau confecționate din lemn. Și în prezent se întâlnesc roți dințate din lemn, de exemplu, la morile de apă vechi.

Roțile dințate prelucrate au fost utilizate încă la primele mașini-unelte confecționate de cunoscutul mecanic rus Andrei Konstantinovici Nartov în 1709-1712. Dinții prelucrați au ridicat cu mult calitatea roților dințate. A apărut posibilitatea, pentru aceleași scopuri ca și mai înainte, să se folosească roți cu dimensiuni mai mici, care se puteau prelucra dintr-un material mult mai rezistent oțelul. Angrenajele se obțineau mult mai compacte. Prin dezvoltarea industriei construcției de mașini, cerințele impuse angrenajelor cu roți dințate au crescut.

Până spre sfârșitul secolului al XVIII-lea, pe lângă orologeria mecanică, domeniile care au stimulat preocupări de perfecționare ale angrenajelor au fost, în principal, construcțiile de mori de apă și eoliene, de pompe necesare în irigații și în industria miniere, de utilaje pentru extragerea și transportul minereului și de utilaje necesare industriei de prelucrare a metalelor. La sfârșitul secolului al XIX-lea, odată cu perfecționarea motoarelor cu ardere internă, înfăptuită, în principal, de N. Otto și R. Diesel, punerea bazei industriei de automobile a stimulat dezvoltarea teoriei și tehnologiei de prelucrare a roților dințate. Dintre mișcările posibile în tehnică, mișcarea de rotație s-a dovedit a fi mișcarea fundamental în geneza și evoluția mecanismelor.

Roata, una dintre cele mai vechi și importante invenții a omului, a constituit și constituie și astăzi elementul fundamental în structura mecanismelor. În mulțimea de mecanisme destinate transmiterii și transformării mișcării de rotație, cel mai important loc îl ocupă mecanismele cu roți dințate.

Pentru a fi capabilă de angrenare, o roată dințată se poate atașa oricărui dispozitiv care are dinții de angrenare compatibili cu dinții săi. Deși astfel de dispozitive pot fi cremaliere sau alte dispozitive similare nerotative, cea mai obișnuită conectare a unei roți dințate este într-un angrenaj cu una sau mai multe roți dințate. Rotația oricăreia din roțile dințate ale unei astfel de angrenaj cauzează obligatoriu rotația tuturor celorlalte. Astfel, mișcarea de rotație poate fi transferată dintr-un loc într-altul, de la un arbore sau ax la altul. Deși de multe ori, roțile dințate sunt folosite doar pentru a transmite rotația dintr-o parte într-alta a unui mecanism sau ansamblu, ele pot fi folosite și pentru a transmite forțe amplificate sau diminuate.

Destinație și rol funcțional

Roțile dințate sunt piese de revoluție cu dantură, destinate transmiterii mișcării de rotație și a momentelor de torsiune între doi arbori.

Caracteristicile constructive principale ale unui angrenaj sunt reprezentate de forma dinților și poziția relativă a axelor. Calitatea unui angrenaj este apreciată din mai multe puncte de vedere: zgomotul și trepidațiile ce pot apărea în funcționare, precizia de transmitere a mișcării, puterea care poate fi transmisă și durabilitatea angrenajului. În ceea ce privește calitatea roților dințate cilindrice cu dinți drepți, înclinați sau în V, standardele prevăd trei criterii de apreciere: precizia cinematică, funcționarea lină și pata de contact dintre flancurile dinților. În cadrul fiecărui criteriu sunt cuprinse 12 clase de precizie, în ordine descrescătoare a preciziei.

Precizia cinematică a unei roți este determinată de eroarea totală a unghiului de rotire, la o rotație completă a acesteia.

Criteriul preciziei cinematice este foarte important când se cere un raport de transmitere riguros constant, cum se întâlnește la diferite aparate, mecanisme și lanțuri cinematice de la mașinile-unelte.

Criteriul petei de contact are prima importanță la roțile care transmit eforturi mari la viteze periferice scăzute.

Deci precizia danturii unei roți dințate are niveluri diferite după cele trei criterii, ceea ce implică măsuri tehnologice adecvate la fabricarea ei.

Roata dințată de prelucrat luată ca referință în lucrarea de față are următoarele suprafețe importante:

Suprafața de centrare: alezajul;

Suprafața de antrenare în mișcare de rotație: canalul de pană;

Dantura: cilindrică dreaptă, cu generatoare evolventă.

Roțile dințate sunt piese de revoluție cu dantură, destinate transmiterii mișcării de rotație și a momentelor între doi arbori.

Piesa de fabricat face parte din mecanismul de antrenare al distribuției. Aceasta are rolul de a participa la transmiterea mișcării de la arborele cotit la arborele cu came.

Tehnologii de realizare uzuale

Intrați în sectorul de prelucrare a roților dințate al unui atelier mare din industria construcției de mașini și veți vedea diferite mașini pentru prelucrarea roților dințate. Caracteristicile principale ale diferitelor mașini-unelte cu greu pot fi stabilite la prima vedere. Construcțiile mașinilor-unelte sunt deosebite, iar sculele nu se aseamănă între ele.

Fig. 1.1. Prelucrarea unei danturi cilindrice prin frezare în contra avansului

1.2. Prelucrarea unei danturi cilindrice prin frezare în contra avansului

Fig. 1.3 Prelucrare cu freză deget-modul

Fig. 1.4 Freză disc-modul

https://encrypted-tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcTU9lyrgGzMkIxliQsJWtKim_hM_8sFY-MkmpiAt7uSDUwQlsXR

O roată dințată se poate prelucra mult mai repede dacă se folosește o sculă cu mai multe tăișuri – o freză, cum se și procedează de altfel. De obicei se folosesc două tipuri de freze: disc-modul și deget-modul. Cu frezele disc-modul se obține o productivitate mult mai mare și se folosesc frecvent. În cazul unor module mari însă, începând de la modulul 10, de exemplu, dimensiunile de gabarit ale frezelor disc-modul sunt foarte mari, în acest caz se folosesc frezele deget-modul. Cu ajutorul frezelor deget-modul se prelucrează, de asemenea, roțile în V fără canal între dinții roții. În acest caz nu se lucrează cu freze disc-modul deoarece la prelucrarea dinților de o parte a roții, freza, în mod inevitabil, va ataca dinții de pe cealaltă parte a roții.

Profilul părții așchietoare a frezelor disc-modul și a frezelor deget-modul este identic cu profilul golului dintre dinții roții. Profilul frezei se copiază pe roată.

Frezele disc-modul și frezele deget-modul se caracterizează printr-un profil identic al părții așchietoare. Pentru confecționarea acestor freze se folosesc aceleași șabloane. La frezele deget-modul însă, axa frezei coincide cu axa profilului, iar la frezele disc-modul această axă este perpendiculară pe axa profilului. Frezele se deosebesc, de asemenea, prin procedeul de fixare în mașină: frezele disc-modul au pentru fixare o gaură netedă, iar frezele deget-modul se fixează în mașină cu ajutorul unei cozi filetate (cu filet interior sau exterior), având o parte de ghidare netedă.

Mai înainte s-a arătat că la roțile dințate cu diferit număr de dinți forma profilului este diferită. În afară de aceasta, pentru module diferite, sunt deosebite și dimensiunile profilului. De aceea, pentru a se putea prelucra dinții în mod precis este necesară câte o freză pentru fiecare modul și pentru fiecare număr de dinți al roții. În cazul când într-o uzină se vor confecționa sute de roți dințate diferite este ușor să ne dăm seama câte freze diferite vor fi necesare.

Reglarea mașinii de frezat în vederea danturării cu freza disc-modul constă în: instalarea și fixarea frezei disc-modul pe dornul de port-freză; instalarea și fixarea semifabricatului pe dornul port-piesă; aducerea frezei disc-modul într-o poziție astfel ca planul ei de simetrie să treacă riguros prin axa de rotație a OP; fixarea parametrilor regimului de așchiere pe mașini de frezat; stabilirea discului de divizare și a numărului de rotații ale manivelei capului divizor necesar divizării cu un dinte a roții N.

Fig. 1.5. Mișcările principale la prelucrarea roților dințate

Mașini de frezat dantura, cu freză melc-modul :

Utilizând mașinile de frezat cu freză melc-modul se pot prelucra prin generare danturi cilindrice și danturi cilindro-conice, exterioare, ambele cu directoare dreaptă sau elicoidală, precum și dantura roților melcate.

Se folosesc freze melc-modul de forme și mărimi diferite, figura 1.6.

Fig. 1.6. Diverse freze melc-modul

Cel mai frecvent întâlnite sunt frezele melc-modul cilindrice, cu alezaj sau cu coadă. Frezele melc-modul cilindrice cu con de atac, mai pregnant puse în evidență în figura 1.7, se utilizează exclusiv la prelucrarea danturii roților melcate, folosind metoda avansului tangențial.

Fig.1.7. Alte forme de freze melc-modul

Majoritatea frezelor melc-modul sunt realizate din oțel rapid de scule, în structură monobloc. Multe dintre frezele melc-modul de gabarit mare se construiesc cu dinți demontabili. Toate frezele melc sunt freze profilate și detalonate.

Schema cinematică de principiu a mașinii de frezat cu freză melc-modul FD 400, de producție românească, se prezintă în figura 1.8.

Fig.1.8 Schema cinematică de principiu a mașinii de frezat cu freză melc-modul

FD 400

Mișcarea principală, de rotație, este executată de sculă, freza melc-modul. Lanțul cinematic principal este antrenat de motorul M1.

Fig. 1.9. Freză melc-modul

Fig. 1.10. Principiul de prelucrarea a roților cu freza melc-modul

Frezarea danturilor cu freza melc-modul se execută pe mașini de frezat specializate în prelucrarea danturilor cu această sculă și se aplică pentru roți dințate cu dinți drepți sau înclinați cu modul m < 30 mm.

Datorită productivității înalte și a preciziei ridicate, acest procedeu de prelucrare a danturilor se aplică în cazul producției de serie, pentru roți care cer o precizie ridicată a danturii.

Fig. 1.11. Cuțit-pieptene

Fig. 1.12. Diverse tipuri de cuțite-pieptene

Tot prin metoda rulării lucrează și pieptenii de prelucrat roți dințate. Cu ajutorul pieptenilor cu dinți drepți se prelucrează roțile dințate cu dinți drepți și roțile cu dinți înclinați cu modul standardizat în secțiune normal. Pieptenele este construit pe principiul cremalierei dințate. Pieptenii sunt unele dintre cele mai simple scule pentru prelucrarea roților dințate. Rectilinitatea profilului și construcția simplă a acestor scule permite să se execute piepteni cu o mare precizie, fără folosirea unui utilaj special. La piepteni, unghiurile de așezare se formează la rectificarea profilului cu o anumită înclinație.

Fig.1.13. Cuțit-roată de mortezat

Fig. 1.14. Prelucrarea unei danturi în „V” pe o mașină de danturat prin mortezare cu cuțit-roată.

Fig. 1.15. Principiul de lucru a cuțitului-roată

Pentru așchierea metalului se folosește o sculă specială numită cuțit-roată de mortezat, mișcarea de așchiere a acesteia fiind de mortezare (translație rectilinie-alternativă în plan vertical). Cuțitul-roată este o roată dințată de oțel, călită care are pentru așchiere unghiuri de degajare și de așezare. Cuțitele-roată pentru mortezarea roților dințate se împart în patru tipuri după felul prinderii în mașină:disc, oală, în formă de bucșă și cu coadă. Cele mai răspândite sunt cuțitele roată disc, cu care se prelucrează cele mai diverse roți dințate. În aceste cazuri, când este necesară prelucrarea danturii la un bloc de roți dințate se folosesc cuțite-roată de tip oală, la care piulița de fixare se introduce într-o degajare mai adâncă decât la cuțitele-roată disc, sau cuțite în formă de bucșă. Cuțitele-roată cu coadă se folosesc pentru prelucrarea roților cu diametru mic, cu dantură interioară. Partea așhietoare a dintelui cuțitelor-roată, la toate cele patru tipuri, se formează în mod identic.

Prin eroziune electrică

Fig. 1.16. Principiul de lucru prin eroziune electrică cu fir

Prelucrările prin eroziune electrică se diferențiază, din punctul de vedere al principiilor de lucru, prin natura electrodului sculă cu care se efectuează prelucrarea: cu fir. Rezultând astfel și cele două grupe de utilaje prelucrătoare prin intermediul acestui procedeu. Principiile de lucru care stau la baza prelucrării prin eroziune electric permit generarea unor suprafețe oricât de complicate, în material de orice duritate.

Prelucrarea este relativ simplă, deoarece se realizează cu o mașină unealtă a cărei cinematic trebuie să asigure doar o mișcare după o singură direcție, cea de avans, egală ca mărime cu viteza de erodare a materialului. Forma părții active a electrodului sculă se regăsește astfel în forma suprafeței prelucrate.

Mașini unelte:

La mașinile de frezat, sculele caracteristice utilizate sunt frezele (cilindrice, cilindro-frontale, frontale sau disc, profilate sau nu), dar pot fi folosite și alte tipuri de scule – ca de exemplu burghie, alezoare, tarozi, scule abrazive – cu ajutorul cărora se pot efectua și alte operații de așchiere.

La toate mașinile de frezat mișcarea principal de rotație este efectuată de către sculă. Este nerelevant dacă scula sau piesa execută mișcările de avans, acestea fiind de regulă rectilinii și orientate după direcțiile unui sistem de coordinate triortogonal drept. La majoritatea mașinilor de frezat, trei sau doar două dintre mișcările de avans rectilinii sunt executate de piesă. Sunt rare mașinile de frezat la care toate mișcările de avans sunt executate de sculă. La mașinile de frezat de uz general, de regulă doar una dintre mișcările de avans de lucru este activă la un moment dat.

Există mașini de frezat specializate sau speciale la care este prevăzută cel puțin o mișcare de avans circular.

Fig.1.17. Un exemplu caracteristic de mașină de frezat de uz general

Fig.1.18. Mașini de frezat dantura, cu freza melc-modul

Utilizând mașinile de frezat cu freză melc-modul se pot prelucra prin generarea danturii cilindrice și danturii cilindro-conice, exterioare, ambele cu directoare dreaptă sau elicoidală, precum și dantura roților melcate.

Se folosesc freze melc-modul de forme și mărimi diferite.

Mișcarea principală, de rotație, este executată de sculă, freza melc-modul. Lanțul cinematic principal este antrenat de motorul , iar reglarea turației se face prin intermediul variatorului continuu de turație . Pentru uniformizarea mișcării principale, în structura lanțului cinematic principal se integrează un volant.

În cazul utilizării unei mașini de frezat pentru realizarea acestei operațiuni, mișcarea principală de așchiere este executată de sculă, iar mișcarea de avans este executată de piesa de prelucrat (mai rar de sculă).

Mișcarea de așchiere se realizează cu viteza de așchiere v. Mărimea vitezei de așchiere se poate determina cu ajutorul unei formule experimentale sau se alege din normative, în funcție de schema de lucru adoptată, de natura și materialul din care este realizată scula așchietoare, de materialul de prelucrat, etc.

Mișcarea de avans presupune o deplasare între sculă și piesă, notată cu s, care este exprimată în mm/rotație a frezei.

Pentru fiecare dinte al frezei revine un avans pe dinte egal cu sz, care poate fi exprimat în funcție de avansul rotației și de numărul de dinți al frezei Z:

Fig. 1.19. Mașină de frezat cu freză deget-modul

Fig.1.20. Mașină de frezat cu freză disc-modul

Mașină de mortezat . Mașină-unealtă așchietoare la care mișcarea principală, executată de sculă

(cuțit de mortezat), este rectilinie alternativă pe direcție vertical, cursa de coborâre fiind cea activă.

La aceste mașini, sculele caracteristice utilizate sunt cuțitele de mortezat. Acestea pot simple sau profilate. Cu puține excepții, la mașinile de mortezat mișcarea principală, de translație în plan vertical, este efectuată de către sculă. Mașinile de mortezat au două sau mai multe mișcări de avans de lucru.

Fig.1.21. Mașină de danturat prin mortezare cu (un) cuțit-pieptene

Fig.1.22. Mașină de danturat prin mortezare cuțit-pieptene, cu două posturi de lucru

Fig.1.23. Schema cinematică, în reprezentare spațială, a mașinii de danturat prin mortezare cu cuțit-pieptene Maag SH 100

La mașinile de mortezat de uz general se identifică mișcarea principală, de translație rectilinie-alternativă în plan vertical, mișcarea de avans transversal, mișcarea de avans longitudinal și dacă mașina este dotată cu masă circulară, mișcarea de avans circular. Toate mișcările de avans pot avea și rol de mișcări de poziționare.

Fig. 1.24. Schema de principiu și mișcările de lucru ale unei mașini de mortezat de uz general

Fig.1.25. Schema cinematică de principiu a unei mașini de danturat cu cuțit-pieptene

Cuțitul-pieptene, este cea mai simplă sculă pentru danturat. Se întâlnesc două tipuri cuțitele Maag la care unghiul de degajare constructiv este nul, unghiul de degajare cinematic necesar fiind obținut în urma modului de prindere pe mașină, și cuțite Parkinson la care unghiul de degajare constructiv este pozitiv. Mașinile de danturat prin mortezare cu cuțit-pieptene lucrează după principiul rulării, cu cremalieră fixă. Extrem de rar se întâmplă ca lungimea cuțitului-pieptene să fie egală sau mai mare decât lungimea cercului de rostogolire a danturii de prelucrat. Din acest motiv, la mașinile de danturat prin mortezare cu cuțit-pieptene se impune periodic, după prelucrarea uneia sau a câtorva dinți ai danturii piesei, piesa să se repoziționeze față de sculă pentru ca procesul de prelucrare să poată continua.

Fig.1.26. Mașină de danturat prin mortezare cuțit-pieptene, cu două posturi de lucru

Mașini de danturat prin mortezare cu cuțit-roată :

Mașinile de danturat prin mortezare cu cuțit-roată sunt frecvent întâlnite în industria constructoare de mașini. Au o structură cinematică de complexitate medie, sunt ușor de reglat și de utilizat, asigură o productivitate acceptabilă și, ceea ce este foarte important, pot prelucra orice profil cilindric rulat (danturi, caneluri, profile, poligonale, etc.) exterior sau interior, precum și cremaliere.

Sculele caracteristice sunt cuțitele-roată de mortezat. Acestea sunt scule profilate adecvat, în strictă concordanță cu suprafețele de prelucrat. Cel mai frecvent se întâlnesc cuțite-roată pentru danturare, cu coadă sau cu alezaj, în figura 1.27.

Fig.1.27. Cuțite-roată pentru mortezat dantură

Acestea sunt roți dințate cu dantură cilindro-conică exterioară (caracteristică ce le asigură unghi de așezare constructiv pozitiv), cu directoare dreaptă sau înclinată. cuțitele-roată de mortezat se ascut exclusiv pe fața de degajare. Cuțitele-roată de danturat cu dinți înclinați pot fi de tip Fellows – la care toate elementele danturii sunt calculate în secțiunea normală, dinții cuțitului fiind ascuțiți într-un plan normal pe elicea dinților, sau de tip Sykes – la care toate elementele danturii sunt calculate în secțiunea frontală, dinții cuțitului fiind ascuțiți în așa fel încât muchiile tăietoare să fie cuprinse într-un plan frontal.

Principiul de lucru al mașinilor de danturat prin mortezare cu cuțit-roată este prin rulare, cu cremalieră mobilă. Poziția relativă sculă-piesă și mișcările de lucru la mortezarea cu cuțit-roată a danturilor cilindrice drepte sunt prezentate în figura 1.28.

Mișcarea principală I, de translație rectilinie-alternativă executată exclusiv pe direcție verticală (mișcarea de mortezare) este executată de scula 2. Mișcările de rotație II, executată de piesa 1, având și rol de mișcare de avans circular, și III, executată de sculă, simulează angrenarea dintre cuțitul-roată și piesa supusă prelucrării. Legătura riguroasă dintre cele două mișcări este asigurată de lanțul cinematic de rulare. Prin 3 este notată cremaliera mobilă, imaginară, care „angrenează” simultan atât cu cuțitul-roată, cât și cu piesa de prelucrat.

Fig. 1.28. Principiul generării danturii cilindrice prin mortezare cu cuțit-roată

Mișcarea IV este mișcare de avans radial, ea fiind activă doar în prima parte a procesului de prelucrare, până când se ajunge la distanța dorită dintre axa sculei și axa piesei. La mașinile clasice de mortezat cu cuțit-roată, mișcarea IV se realizează prin mecanism cu camă, figura 3.13. Profilul acestor came este determinat în funcție de numărul de treceri. Prelucrarea danturilor cu modul mare presupune prelucrarea cu două sau trei treceri. Prelucrarea cu precizie ridicată se poate face prin două treceri, una de degroșare, iar cealaltă de finisare.

Mișcarea V este mișcarea de apropiere-depărtare relativă dintre sculă și piesă, necesară pentru a se evita contactul dintre piesă și sculă în timpul cursei de retragere a acesteia din urmă. Această mișcare poate fi de translație sau de oscilație. La diversele mașini de danturat prin mortezare cu cuțit-roată mișcarea V este executată fie de piesă, fie de sculă.

Fig. 1.29. Came pentru avans radial utilizate la mașini de danturat prin mortezare cu cuțit-roat

Unul din producătorii de mașini de danturat foarte cunoscuți la nivel mondial este firma Lorenz AG. Aceasta produce atât mașini la care scula execută mișcarea de avans radial, cum este de exemplu mașina SN5, cât și mașini la care această mișcare este executată de către piesă.

Două scheme cinematice de principiu ale unor mașini de danturat prin mortezare cu cuțit-roată se prezintă în figura 1.30.

Fig. 1.30. Scheme cinematice de principiu ale unor mașini de danturat prin mortezare cu cuțit-roată

Mașinile de danturat prin mortezare cu cuțit-roată sunt frecvent întâlnite în industria constructoare de mașini. Au o structură cinematică de complexitate medie, sunt ușor de reglat și de utilizat, asigură o productivitate acceptabilă și, ceea ce este foarte important, pot prelucra orice profil cilindric rulat exterior sau interior, precum și cremaliere.

Sculele caracteristice sunt cuțite-roată de mortezat. Acestea sunt scule profilate adecvat, în strictă concordanță cu suprafețele de prelucrat. Cel mai frecvent se întâlnesc cuțite-roată pentru danturare, cu coadă sau cu alezaj.

Fig.1.31. Mașina Fellows No. 10, un complex de mașini de mortezat cu cuțit-roată

Fig. 1.32. Mașina de danturat prin mortezare cu cuțit-roată SN

Mașini de broșat exterior discontinuu danturi cilindrice:

Danturile cilindrice exterioare se pot obține prin broșare utilizând mașini de broșat exterior discontinuu cu sau fără rulare. Mișcarea de divizare a roții semifabricat este obligatorie, aspect particular care le diferențiază de mașinile de broșat exterior discontinuu „normale”. Danturile cilindrice drepte pot fi prelucrate prin broșare fără rulare, utilizând broșe profilate corespunzător.

Danturile cilindrice înclinate, neavând directoare liniară, nu pot fi generate fără rulare. Profilul broșei utilizate este identic cu cel al unui dinte al cremalierei de referință. Cu o astfel de sculă pot fi generate danturi drepte sau înclinate, având orice unghi al elicei danturii și orice număr de dinți.

În afară de mișcarea principală de broșare, de translație, în cazul de față pe direcție verticală, sunt prezente două mișcări de avans de lucru corelate între ele, executate de piesă: mișcare de translație a piesei în plan vertical paralel cu planul de broșare, pe o direcție perpendiculară pe axa piesei, și o mișcare de avans circular (mișcare de rostogolire peste planul cremalierei de referință, plan materializat prin broșă). Cele două mișcări asigură împreună mișcarea de rulare impusă la generarea cinematică a danturilor.

Piesa este fixată pe un ansamblu de sănii. Cea de bază execută mișcare de rotație în jurul unei axe orizontale perpendiculară pe planul broșei. Este o mișcare de orientare a axei piesei prin care se asigură suprapunerea tangentei la elicea danturii de prelucrat, dusă în planul vertical tangent la cilindrul de rostogolire al danturii piesei și care conține planul de divizare al cremalierei profilului broșei, cu direcția mișcării principală executată de broșă. Peste această sanie de bază este o sanie ce realizează mișcare transversală, având cel puțin rolul de a asigura distanța necesară dintre axa piesei de prelucrat și planul de divizare al cremalierei profilului broșei. Cea de-a treia sanie, cea care susține efectiv piesa de prelucrat, execută mișcarea de translație componentă a mișcării de rulare, mișcare care determină de altfel și pe cea de rostogolire a piesei semifabricat peste planul de divizare al cremalierei de referință. Procedeul de generare este deci cu cremalieră fixă.

Cele mai cunoscute sunt mașinile de broșat discontinuu, cu mișcare principală de translație, destinate prelucrării alezajelor. Aceste mașini, cunoscute drept mașini de broșat interior, pot fi orizontale sau verticale și sunt exclusiv cu acționare hidraulică. Motorul hidraulic liniar este cel care trebuie să asigure atât forța și viteza necesare desfășurării procesului, cât și o lungime a cursei mai mare decât lungimea broșei utilizate.

Este preferată broșarea prin tragere, care evită flambarea sculei. Broșarea prin împingere este posibilă dacă se utilizează broșe scurte sau foarte rigide. Având o productivitate de circa 3…10 ori mai mare decat cea obținută pe mașini de frezat, rabotat și mortezat, mașinile de broșat și prelucrarea prin broșare se impun tot mai mult în fabricația de serie mare și masă.

Broșarea este operația de prelucrare prin așchiere executată cu scule numite broșe (scule cu mai multi dinți), care pot efectua prelucrarea la o singură trecere, executând de regulă o mișcare principală rectilinie, dar și de rotație sau elicoidală în funcție de forma suprafeței prelucrate, semifabricatul rămânând în general imobil.

Fig. 1.33. Mașină de broșat

Fig. 1.34. Mașină verticală de broșat exterior discontinuu, cu două posturi de lucru identice

Fig. 1.35. Mașină orizontală de broșat exterior discontinuu dantură cilindrică înclinată

Fig. 1.36. Mașina Neopark 30 de prelucrare prin eroziune electric cu fir

Fig. 1.37. Prelucrarea simultană a două suprafețe diferite pe o mașină de danturat combinată, prin frezare și prin mortezare

Mașini de danturat prin mortezare cu capete multicuțite :

La prelucrarea danturilor în producție de masă, așa cum sunt cele din industria auto, se caută procedee și mașini care reduc cât mai mult posibil timpul de realizare a unei piese.

O soluție este prelucrarea prin mortezare utilizând capete de mortezat multicuțite, figura 1.38. Sistemul este dezvoltat în special de Machine Tool Company, dar și de alte firme.

Fig. 1.38. Cap multicuțite pentru mortezat danturi cilindrice

Mașini de rulat danturi (cilindrice) :

Generarea prin așchiere a danturilor este un proces cel mai adesea lent, scump și dificil. Pentru danturile realizate în serie mare se preferă, ori de câte ori este posibil, realizarea lor prin deformare plastică, procedeul fiind ieftin, foarte productiv, asigură reducerea consumului de metal și creșterea caracteristicilor mecanice ale pieselor obținute.

Realizarea danturilor cilindrice prin rulare la rece are tradiție și a devenit o practică industrială curentă. Se utilizează în principal procedeul RotoFlo sau rularea între două sau trei role danturate.

Procedeu RotoFlo, figura 1.39, destinat (exclusiv) obținerii prin rulare de danturi cilindrice drepte, utilizează fie două bacuri drepte, fie două bacuri curbilinii. La procedeul cu bacuri drepte (figura 1.39a) unul este fix, iar celălalt aflat în mișcare de translație rectilinie-alternativă (similar ca la filetarea cu două bacuri). Profilul activ al bacurilor este asemănător unei cremaliere, cu observația că înălțimea danturii acesteia este variabilă, figura 1.39b, pentru a asigura deformarea progresivă a materialului piesei și ieșirea acesteia dintre bacuri. La procedeul cu bacuri curbe, figura 1.39c, acestea execută o mișcare de oscilație în arc de cerc.

Fig. 1. 39. Rularea danturilor cilindrice prin procedeul RotoFlo„Filiere” de prelucrat prin deformare, prin rulare cu trei role dispuse înclinat

Mașini de rulat caneluri (cilindrice drepte) :

Generarea prin deformare plastică a canelurilor se realizează prin rulare longitudinală. Cele mai cunoscute scheme de prelucrare se prezintă în figura 1.40.

Fig. 1.40. Scheme de prelucrare prin rulare longitudinală a canelurilor cilindrice

La procedeul Grob clasic, două role (având axele paralele și perpendiculare pe axa piesei de prelucrat) se rotesc în jurul unor axe paralele cu axele lor și lovesc în mod repetat semifabricatul deformându-l gradual. Există mișcare relativă de translație, cu viteză mică, între semifabricat și ansamblul port-role, executat fie de semifabricat, fie de ansamblul port-role. Semifabricatul execută o mișcare de rotație discretă în jurul axei sale, în răstimpul dintre două lovituri ale rolelor asupra sa, pentru ca fiecare lovitură a unei role să se realizeze în canalul imediat următor al piesei. Exemple de profiluri generabile prin procedeul Grob și de role utilizate . Este de remarcat faptul că se generează caneluri sau profiluri similare și asupra țevilor, obținându-se piese ușoare și foarte rezistente la torsiune.

Fig. 1. 41. Profiluri de piese realizabile prin procedeul Grob și role specifice acestui procedeu

Obținerea profilului se obține prin redistribuire de material, ceea ce are ca efect continuitatea liniilor de curgere ale acestuia, figura 1.42.

Mașini de forjat rotativ :

Sintagma „mașină de forjat rotativ” (în engleză rotary swaging machine) poate genera imediat ideea de prelucrare la cald, ceea ce pentru mașinile ce fac obiectul acestui subcapitol constituie un caz particular.

Principiul de lucru al mașinilor de forjat rotativ este sugestiv ilustrat în figura 1.43. Matrițele 2 sunt antrenate în mișcare de translație radială spre semifabricat de către „săniile” radiale 4 ghidate de către corpurile 1. Săniile 4 au spre exterior suprafață bombată astfel încât sub acțiunea rolelor 7 plasate în colivia 6 sunt deplasate radial spre interior. Revenirea spre exterior a săniilor 4 se face sub efectul forței centrifuge. Rolele 7 se află permanent în contact cu inelul exterior 8, care poate fi fix sau poate fi antrenat în mișcare de rotație. În mișcare de rotație poate fi doar inelul exterior 8, doar corpurile 1 (care antrenează în mod implicit în mișcare de rotație corpurile 1 și matrițele 2) sau și inelul 8 și corpurile 1, de regulă în sensuri contrare (pentru a amplifica frecvența de lovire asupra semifabricatului a matrițelor 2).

Fig. 1.43. Principiul de lucru al mașinilor de forjat rotativ

Prese pentru ștanțare fină

Din ce în ce mai frecvent se impune obținerea de piese având precizii dimensionale și calitate a suprafețelor cât mai bune. Cum piesele din tablă obținute prin decupare și perforare sunt larg utilizate, este justificat interesul pentru construcția și utilizarea de mașini capabile să realizeze prin ștanțare piese de calitatea cerută. Astfel de mașini sunt cunoscute sub denumirea de „prese pentru ștanțare fină” și sunt capabile să genereze prin forfecare suprafețe cu grad de netezime Ra = 0,3 … 1,5 μm și cu precizie dimensională ridicată, cu abateri de ± 0,02 … 0,03 mm.

La ștanțare fină starea de solicitare a materialului corespunde curgerii plastice, mașinile și sculele utilizate fiind special concepute pentru a asigura această stare de solicitare.

Aspectul suprafețelor obținute prin ștanțare fină este sugestiv ilustrat în figura 1.44, comparativ cu suprafețe obținute prin ștanțare obișnuită.

Fig.1.44. Exemple de suprafețe obținute prin ștanțare fină

2.Proiectare reper

2.1. Rapid prototyping

Fig.1 .1. Printarea 3D a roții dințate cu dantură dreaptă

Fig.1 .2. Printarea 3D a roții dințate cu dantură dreaptă

Fig.1 .3. Printarea 3D a roții dințate cu dantură dreaptă

Fig.1 .4. Printarea 3D a roții dințate cu dantură dreaptă

Fig.1 .5. Printarea 3D a roții dințate cu dantură dreaptă

Fig. 1.6. Șablon roată dințată 3D

Costul unei imprimante pentru proictare 3D, este în valoare de 10.000 de Euro. Această imprimantă pote fi folosită doar pentru proiectare, mai exact pentru folosirea șablonului în proiectarea piesei finite ca și un îndrumător.

2.2. Roată dințată proiectată in Autocad

AutoCAD este cel mai cunoscut și mai folosit program în domeniul desenului, proiectării și al altor tipuri de aplicații pe calculator în design, arhitectură, construcție, inginerie mecanică, electrotehnică și alte profesii tehnice. Tot ce se desena manual până ieri se poate genera acum cu ajutorul programului AutoCAD, iar viteza și ușurința cu care se creează desenele sau se modifică cu ajutorul calculatorului reprezintă avantaje substanțiale comparativ cu munca clasică.

Caracteristici tehnice :

Z=20, m=2, De=m(z+2)=44, Di=m(z-2,5)=35, Db=m(z-2)=36, Sd=p/2=3,14

3.Analiza funcțiilor roții dințate

Tabel 1.1. Identificarea si definirea funcțiilor roții dințate

Tabel 1.2. Realizarea nomenclatorului de funcții și dimensionarea tehnică a funcțiilor

Nivelul de importanță:

niA= 4 (19,04%) = 19,04

niB= 4 (19,04%) = 19,04

niC= 3 (14,28%) = 14,28

niD= 6 (28,57%) = 28,57

niE= 2 ( 9,52%) = 9,52

niG= 2 ( 9,52%) = 9,52

Funcția D este cea mai importantă, având o pondere de 28,57 %.

4.Calculul costurilor

4.1. Calculul planului de producție

Calculul necesarului de forță de muncă și utilaje

Unde:- numărul zilelor calendaristice dintr-un an; ;

– numărul zilelor de duminică dintr-un an;

– numărul zilelor de sâmbătă dintr-un an;

– numărul zilelor de sărbători legale; ;

– numărul de zile de concediu dintr-un an;

– durata unui schimb; ;

– coeficient care ține seama de pierderile de timp de lucru datorită reparațiilor executate în timpul normal de lucru al schimbului respectiv. Pentru avem

Astfel se calculează:

Fondul de timp anual al utilajului

Unde: – numărul zilelor calendaristice dintr-un an; ;

– numărul zilelor de duminică dintr-un an;

– numărul zilelor de sâmbătă dintr-un an;

– numărul zilelor de sărbători legale; ;

– numărul de zile pentru reparații

Se alege

– durata unui schimb; ;

;

– coeficient cu valori în intervalul (0,8…0,9). Se alege

Astfel se calculează:

Salariu muncitor:

Sbh==9,52 lei/oră

Calculul planului productiei de piese

[piese/an] 1.2

unde:

este planul de productie pentru produsul respectiv; din tema de proiect ;

n este numarul de piese de acelasi tip pe produs; ;

este numarul de piese de rezerva, livrate odata cu produsul; ;

este numarul de piese de rezerva livrate la cerere; se adopta ;

este numarul de piese rebutate la prelucrarea din cause inevitabile; se adopta .

Calculul ritmului si productivitatii liniei tehnologice

Ritmul liniei tehnologice are implicatii majore asupra asigurarii sincronizarii operatiilor (pentru liniile cu flux continuu), prin divizarea procesului tehnologic in operatii si faze, alegerea utilajelor, SDV-urilor si a structurii fortei de munca.

[min/piesa]

Alegerea materialului pentru execuția roții dințate

Materialul din care va fi confectionata roata dintata se recomanda a fi un oțel aliat și anume 18MoCrNi13. Materialul este folosit pentru fabricarea roții și face parte din categoria oțelurilor carbon de cementare avand un procent de 0,18% C si un continut de 1,3% Ni. Elementele de aliere folosite ii confera durabilitate, siguranta in functionare, rezistenta la uzura chumica si termica. Compozitia chimica a materialului este conform STAS SR EN 10027 – 2006 si este prezentata in tabelul 1.1.

Calculul necesarului de material

Materialul din care este fabricată roata dințată este un oțel aliat (18MoCrNi13) cu densitatea

Pentru calculul volumului s-a folosit funcția Inquiry Area din Autocad. Astfel s-a obținut:

Masa unei bucăți de semifabricat va fi:

La aceasta se adaugă un procent de 3% pentru fiecare bucată, adaos reprezentat de masa de material inclus în rețeaua de turnare. Atunci:

Pentru un plan de producție anual de necesarul de material va fi:

m=(8.5884+0.2576)·10110

m=868.289kg

Stabilirea normelor tehnice de timp

Calculul normelor tehnice de timp se face pe baza aceluiasi algoritm de calcul ca la stabilirea regimurilor de așchiere. Se calculează normele de timp pentru o singură operație de același timp. Pentru celelalte operașii normele tehnice de timp se adoptă fără justificare, în limitele acceptabile.

În acest context se vor calcula normele tehnice de timp în limitele acceptabile doar pentru operațiile pentru care s-au calculate regimurile de așchiere.

Regimul optim de așchiere la frezarea danturii

Unde: S – avansul de așchiere;

T – durabilitatea sculei așchietoare. T=360min

Atunci:

Iar turația sculei va fi:

Se alege , iar viteza de așchiere recalculată va fi:

Calculul costurilor de fabricatie

Costul materialului

Unde: – costul unitar al semifabricatului;

– masa semifabricatului;

– costul desenului recuperabil;

– masa desenului recuperabil.

În conformitate cu site-urile producătorilor de specialitate se consider prețul unui kg de oțel aliat de 20lei iar costul unui kg de deșeu recuperabil de 3,3 lei. Astfel:

Determinarea volumului anual de lucrări

În cadrul acestui subcapitol se va determina volumul anual de lucrări pentru fiecare operație în parte, dintre cele menționate.

Unde: – norma de timp de operație;

– planul de producție de piese de același tip. Npp=10110piese/an

4.2. Analiza comparativă a costurilor.

Calculul mașinilor si sculelor celor mai utilizate în fabrici

Tabel 1.2. Prețuri mașină-unealtă

Tabel 1.3. Prețuri sculă

Amortizarea

Timp amortizare mașină frezare-5ani=60 luni;

Mașină de frezat==679,03amortizare/lună;

Timp amortizare mașină de mortezat-6 ani=72;

Mașină de mortezat==119,84amortizare/lună;

Timp amortizare mașină cu fir-7 ani=84;

Mașina cu fir==1824,39amortizare/lună.

După cum putea vedea în graficele de mai sus cea mai eficientă metodă de realizare a danturii din punct de vedere ca și preț al sculei și a mașinii-unealtă este scula melc-modul și mașina de frezat, față de mașina de eroziune electrică cu fir, fiind cea cu prețul cel mai ridicat.

Concluzii

Procedeele de executare a danturii roților cilindrice prin diverse metode.

În lucrarea de diplomă sunt trecute prelucrările, sunt formă de analize comparative, informațiile din literatură, evidentiindu-se avantajele procedeelor de prelucrare. Astfel, fiecare procedeu este analizat din punct de vedere al principiului ce stă la baza prelucrării. Al tipurilor de profile realizabile, al materialelor din care pot fi executate roțile dințate și sculele și al productivității.

Dimensionare și proiectarea în Autocad.

Proiectarea și realizarea pe imprimanta 3D a reperului.

Calculația procedurii de realizare a unei roți dințate cilindrice cu dantură dreapta.

Analiza eficientizării proceselor.

Contribuții originale

În cadrul lucrării se desprind următoarele contribuții originale:

-Sistematizarea informațiilor bibliografice legate de prelucrarea prin diferite metode cu evidențierea fiecărui procedeu, asupra materialului, sculelor și a metodologiei.

Bibliografie

1. Artobolevski I.I.: Les mécanismes dans la technique moderne. Edițions de Moscou 1976

2. Bean, A.I.: Gear shaper driving means. Brevet US 3382767

3. Bloomfield, S.: Design guide when You need non-circular gears. Product Engineering, nr. 11, 1960

5. Botez, E.: Mașini-unelte. Vol. I-II. Ediția a II-a. Editura Tehnică, București, 1977-1978

8. Cioară, R.: Mașină de danturat roți dințate cilindrice circulare și necirculare prin mortezare cu cuțit-roată. Brevet RO nr. 119002 B1, Int.Cl. B 23 F 5/16

9. Cioară, R.: Mașină de danturat roți dințate cilindrice circulare și necirculare prin mortezare cu cuțit-roată. Cerere de brevet de invenție C/1606 din 26.08.1997 (DNR 97-01606)

11. Cioară, R., Pisarciuc, C.: Danturi necirculare și mașini de danturat pe contur necircular. Editura Universității Transilvania, Brașov, 2001, ISBN 973-8124-29-8

12. Cioară, R., Mărăscu-Klein, Vl.: Cinematica unei mașini de mortezat, cu cuțit-roată, destinată prelucrării de roți dințate necirculare. În vol. TCMM nr. 8, Editura Tehnică, București, 1994, pg. 233-237

13. Constantin, A.N.: Mașină-unealtă pentru danturarea roților dințate cu profil necircular. Brevet RO nr. 87614

14. Csulak, A.: Contribuții la teoria, calculul și executarea roților dințate necirculare. Teză de doctorat. Institutul Politehnic București, 1971

16. Diaconescu, I. ș.a.: Mașini-unelte. Vol. I-VI. Editura Transporturilor și Telecomunicațiilor, București, 1959-1962

23. Hine, C.H.: Machine Tools for Engineers. McGraw-Hill Company, Inc., New York, Toronto, London, 1959, Second Edition

26. Litvin, F.L.: Nekruglîe zubceatîe kolesa. Editura Mașghiz, 1950

27. Litvin. F.L., Varsimașvili, R.Ș.: Narezanie nekruglîh koniceskih koles po metodu prepîvistoi obkatki. Stanki i instrument, nr. 5, 1970, pg. 20-22

29. Manolea, D.: Contribuții la teoria și construcția angrenajelor cu raport de transmitere variabil. Teză de doctorat. Universitatea “Transilvania” din Brașov, 1997

32. Moraru, V., Panait, Gh., Stroescu, Al.: Dispozitiv pentru prelucrarea danturii pe contururi necilindrice. Brevet RO 72766

33. Neagu, Al.: Dispozitiv pentru prelucrarea danturii pe contururi necirculare. Brevet RO 86170

38. Simionescu, I.E. ș.a.: Dispozitiv pentru prelucrarea roților dințate cilindrice necirculare. Brevet RO 95167

34. Klimov-Prelucrarea roților dințate

35. C. Picoș, O. Pruteanu, C. Bohosievici-PROIECTAREA tehnologiilor de prelucrare mecanica prin aschiere : manual de proiectare