Concepția și realizarea unui echipament și a tehnologiei de fabricație pentru obținerea unui prototip [305755]

Universitatea din Pitești

Facultatea de Mecanică și Tehnologie

Domeniul Inginerie INDUSTRIALĂ

Master Ingineria și Managementul

Fabricației Produselor

LUCRARE DE DISERTAȚIE

Îndrumător: Ș.l. dr. ing. Daniel-Constantin ANGHEL

Absolvent: [anonimizat]

2017-2018

Universitatea din Pitești

Facultatea de Mecanică și Tehnologie

Domeniul Inginerie INDUSTRIALĂ

Master Ingineria și Managementul

Fabricației Produselor

Concepția și realizarea unui echipament și a tehnologiei de fabricație pentru obținerea unui prototip

deformat plastic la rece utilizând

Solidworks 2016

Îndrumător: Ș.l. dr. ing. Daniel-Constantin ANGHEL

Absolvent: [anonimizat]

2017-2018

[anonimizat] a unei piese din tablă cât și a tehnologiei de fabricație a acestora.

Integrarea softurilor CAD în procesul de fabricație a [anonimizat], a modului de lucru al matrițelor și a comportamentului piesei in timpul îndoirii.

[anonimizat], a [anonimizat]. Modul de obținere a [anonimizat]. Pentru acest lucru avem nevoie de un sistem CAD puternic și inovativ.

[anonimizat], la industria aerospațiala. Cu ajutorul modulului Solid CAM, s-a [anonimizat] s-au executat matrițele.

Softul Solidworks a [anonimizat].

Aceasta lucrare este structurata in 4 capitole:

În capitolul 1 am încercat să construiesc o imagine de ansamblu asupra procedeului de obținere a [anonimizat] a softurilor folosite pentru proiectarea și prelucrarea produselor.

Capitolul 2 [anonimizat] a materialului. [anonimizat]. [anonimizat]. [anonimizat]-[anonimizat]-un buget redus.

Capitolul 3 expune pașii de urmat pentru a [anonimizat] o [anonimizat], cu ajutorul unui centru de prelucrare vertical in 3 axe și un soft de programare.

În capitolul 4 am expus modul deformării si pașii urmați pentru a se ajunge de la semifabricatul plan la piesa finită. [anonimizat].

CAPITOLUL 1 – [anonimizat], cuprinde o [anonimizat]. Acesta este un domeniu complex divizat în stanțare și matrițare.

[anonimizat], acționate de prese. Semifabricatul este o tabla subțire care poate fi fâșie, bandă sau deja debitată după forma semifabricatului plan.

Deformarea plastică la rece este acel proces în care toate operațiile se executa la o temperatura inferioara temperaturii de recristalizare a metalului sau aliajului semifabricatului, prin deformare plastică și prin ștanțare.

Procedeele de deformare plastică la rece asigură cel mai bun grad de utilizare a materialului, cea mai mare productivitate a prelucrării și o precizie ridicată.

Deformarea plastică la rece

Dezvoltarea continuă a tehnicii determină tendințe noi în prelucrarea metalelor afirmându-se din ce în ce mai mult în extinderea procedeelor tehnologice de deformare plastică.

Procedeul de prelucrare a materialelor metalice prin deformare plastică la rece se bazează pe proprietatea de plasticitate a metalelor, adică pe posibilitatea acestora de a lua forme noi permanente sub acțiunea unor forțe exterioare.

Prelucrarea metalelor prin deformare plastică este cunoscută de omenire cu peste 3000 – 3500 ani îHr., adică înainte de a se cunoaște metodele de obținere a metalelor și aliajelor.

Prelucrarea prin deformare plastică la rece a metalelor a început sa se dezvolte și să se perfecționeze continuu fiind în pas cu progresul tehnic. Acest lucru s-a văzut in evoluția acestei ramuri de la primele sisteme de presare acționate de forța hidraulică a apei, la cele cu comandă numerică și a preselor hidraulice cu puteri de peste 100 000MN.

Aplicarea pe scară din ce în ce mai largă a deformării plastice ca procedeu de obținere a pieselor este și rezultatul avantajelor pe care acesta le prezintă comparativ cu celelalte metode de prelucrare, astfel:

realizează economii de material ajungând până la 95%, deoarece prin această metodă se obține geometria piesei funcționale prin redistribuirea volumelor de material.

permite realizarea unor piese cu configurație complexă, cu greutate de la câteva grame la greutăți de ordinul tonelor.

permite obținerea unor piese cu proprietăți funcționale diferite și îmbunătățite, în funcție de deplasarea volumului de material, proprietăți ce conferă o comportare în exploatare mult mai bună decât a pieselor obținute prin alte metode de prelucrare (turnare, așchiere, sudare etc.);

productivitatea ridicată ;

realizează la un preț foarte scăzut față de toată gama de produse obținute prin celelalte metode de prelucrare (turnare, sudare, așchiere etc);

precizia dimensională a pieselor prelucrate poate fi, după necesitate, foarte ridicată, piesele obținute fiind interschimbabile și adesea rezultând cu dimensiunile finale;

realizează însemnate economii de manoperă, deoarece în majoritatea cazurilor se folosește utilaje complet mecanizate și automatizate.

Toate aceste avantaje de obținere a unor piese finite cât mai rapid, din materiale cu proprietăți diferite și fără prelucrări suplimentare care sa ducă la risipă de material sub formă de deșeuri, fac din prelucrarea prin deformare plastică la rece una din tendințele actuale ale industriei .

Există indicatori economici ce arată dezvoltarea economiei unei țări direct legată de această metodă de prelucrare:

raportul dintre producția de piese obținute prin turnare și piese obținute prin deformare;

producția de piese realizate prin deformare raportată la număr de locuitori;

Ca orice metodă de prelucrare această metodă are și o serie de dezavantaje cauzate de:

necesitatea unor forțe de prelucrare mari

investiții inițiale mari, deoarece necesită utilaje complexe și scumpe;

sculele utilizate sunt în general scumpe, fiecare piesă având scula conceputa special.

Având în vedere avantajele si dezavantajele enumerate mai sus, prelucrarea prin deformare plastică trebuie aplicată atunci când în urma studiilor tehnico-economice procesul se dovedește superior în comparație cu alte variante tehnologice .

1.1.2. Comportarea la deformare a materialelor

Materialele existente în natură și utilizate în tehnică se deosebesc între ele prin compoziția chimică, structuri diferite și prin proprietățile tehnologice și funcționale diferite. Analizând comportarea materialului la deformare se constată că o importantă influență o au proprietățile elastice, plastice, și de rezistență. Aceste pot fi determinate cunoscând curba tensiune- deformare specifică materialului din care se realizează produsul, curbă ce poate fi obținută în urma încercării la tracțiune a unei epruvete.

Experimental s-a constatat că deformarea plastică a materialelor metalice este însoțită în permanență de o deformare elastică, iar deformarea plastică începe după depășirea forței limită a deformării elastice. Această lege se poate explica foarte bine pe diagrama tensiune-deformare unde se vede ca deformarea totală εt se compune dintr-o deformare elastică εe și o deformare plastică εp fiind data de ecuația: εt= εe+ εp.

După încetarea acțiunii forței ce a efectuat deformarea, rămâne o deformare permanentă și o revenire elastică.

1.1.3. Clasificarea materialelor funcție de comportarea lor la deformare

În funcție de mărimea acestor deformări și comportarea la deformare a materialelor se pot clasifica în următoarele categorii:

– materiale elastice – suportă deformări elastice mari (Ɛe > 0,6) care dispar în totalitate după înlăturarea forțelor exterioare care le-au provocat.

– materiale plastice – admit deformări permanente mari (Ɛpp > 0,2…0,3Ɛp).

Deformarea plastică se realizează prin deplasarea relativă a materialului în alte poziții de echilibru atomic.

Din acest punct de vedere, materialele se împart in:

materiale vâscoase – admit deformări permanente mari (Ɛpp > 0,2…0,3Ɛp), în timpul deformării nu au loc deformări structurale, din această cauză rezistența la deformare nu depinde de gradul de deformare, dar influențează viteza și forța de deformare.

materiale rigide (fragile) – se rup la valori mici ale deformării (Ɛt < 0,01), au structură cristalină și nu permit deformări elastice.

Fig.1.1.- Variația tensiunii σ cu deformația ε (alungirea ∆l) la:
a – materiale vâsco-plastice; b – la materialele rigide

Rp(σr) – tensiunea de proporționalitate; Rp 0,2(σe) – tensiunea de elasticitate; Rp 0,2(σc) – tensiunea de curgere; Rm(σr) – rezistența la rupere; Ɛe – deformația elastică; Ɛp- deformația plastică; εt – deformația totală; ƐR – deformația la rupere; At – alungirea totală.

Legile după care procedeele de prelucrare prin deformare plastică la rece sunt posibile, au fost deduse experimental și sunt legi valabile și aplicabile în proiectarea oricărui proces tehnologic de realizare prin deformare plastică a pieselor

Legea volumului constant

În încercarea unor pierderi minime de material prin îndesarea materialului cu goluri interioare, se consideră că volumul materialului rămâne constant în orice etapă a procesului de deformare, deci:

V0=V1=V2=…=Vi=…Vn

Unde i=1,2,3,…,n sunt etapele procesului de deformare plastică.

Această lege este considerată practică deoarece permite calculul dimensiunilor semifabricatului plan pe baza dimensiunilor produsului finit

Legea rezistenței minime

Deplasarea oricărui punct de material al corpului deformat, situat pe o suprafață perpendiculară pe direcția forțelor de deformare, se face după distanța cea mai mică la perimetrul secțiunii. Cum distanța cea mai mică este perpendiculară pe perimetrul secțiunii, reiese că punctele respective vor alege direcția pe care rezistența întâmpinată este mai mică.

În majoritatea cazurilor , din considerente de rezistența materialului, deformarea plastică trebuie făcută în mai multe etape. Determinarea numărului de treceri n se face pornind de la definirea gradului de reducere γi, dat de relația:

γi=Si/Si-1; γt=γ1*γ2* γ3*… γn=Sn/S0.

Legea similitudinii

Spune ca pentru condiții similare de deformare, la două corpuri asemenea, cu aceleași proprietăți chimice, aceeași structură și aceleași caracteristici mecanice, forțele specifice de deformare sunt egale între ele.

1.2. Clasificarea dispozitivelor de deformare la rece și a elementelor componente ale acestora

Pentru prelucrarea prin deformare plastică la rece, echipamentele tehnologice care au fost construite pentru operații de tăiere se numesc ștanțe, iar acele echipamente care cuprind și alte operații (ambutisare, îndoire) se numesc matrițe. Matițele sunt compuse, în general, din două parți. Partea fixa, montată pe masa presei, și partea mobilă montată pe mecanismul de culisare al presei.

Constructiv, matrițele sunt alcătuite din două grupe de elemente:

elementele active – părțile din ansamblul matriței care vin in contact cu materialul piesei de prelucrat, aducând modificări asupra formei acestuia.

restul elementelor – care asigură fixarea elementelor active, poziționarea lor și ghidarea semifabricatului.

După gradul de asociere al proceselor de deformare, ștanțele si matrițele se împart în:

simple – dacă scula folosită execută o singură operație

complexe – dacă pe aceiași scula sunt montate mai multe sisteme care execută mai multe operații;

combinată – dacă sculele folosite execută operații din categorii diferite.

Ștanțarea este procedeul prin care o parte din materialul de prelucrat se separă total parțial, după un contur închis sau deschis. Operațiile de ștanțare se mai numesc și operații de tăiere.

Ștanțele, sau dispozitivele de ștanțat se folosesc pentru executarea diverselor operații de ștanțare. Ca și în cazul matrițelor avem două categorii de dispozitive:

ștanța simplă este destinată executării unei singure operații de ștanțare cum ar fi: decuparea, perforarea, retezarea, crestarea etc.

combinată – se execută simultan, succesiv sau simultan-succesiv o operație combinată de acest gen pe același post de lucru sau pe posturi diferite.

1.2.1 Analiza procesului de deformare

Sub acțiunea forțelor, în interiorul materialului se creează o stare de tensiune

neuniformă. În procesul de îndoire, materialul aflat în interiorul unghiului, este supus procesului de comprimare, iar cel aflat în exteriorul unghiului este supus la întindere. Stratul care separă cele două zone se numește strat neutru. Stratul neutru, nu coincide cu stratul median. El este dispus între raza minimă de îndoire a unghiului și raza stratului median.

În funcție de gradul de solicitare a materialului putem avea mai multe tipuri de îndoiri:

îndoire elastică- când semifabricatul este solicitat la o forță de deformare care, in cazuri extreme, aduce doar stratul superior la limita de curgere.

Îndoire elasto-plastică – când forța de deformare propagă tensiuni și în interiorul materialului, dar fără sa depășească o anumită adâncime.

Îndoire total plastică – forța de îndoire solicită materialul in domeniul total plastic.

În toate domeniile de prelucrare prin deformare plastică la rece, materialul este solicitat elasto-plastic. Deformările plastice tind să mențină materialul în noua formă după înlăturarea forței de deformare, iar deformațiile plastice au tendința de a aduce semifabricatul la forma inițială. Fenomenul este cunoscut sub numele de revenire elastică și are efect negativ asupra preciziei dimensionale a piesei.

1.2.2 Procedee de ambutisare

Diversitatea de forme, materiale și dimensiuni a pieselor ambutisate presupune o varietate de forme si dimensiuni pentru matrițe. Caracteristic tuturor matrițelor de ambutisat este raza de racordare a părților active.

După criteriul tehnologic, matrițele se împart în:

Simple- utilizate pentru o singură operație asupra piesei;

Complexe- care execută mai multe faze de ambutisare.

Din punct de vedere constructiv, mațele se împart în:

Fără ghidare – nu au în componentă elemente care să asigure ghidarea pachetelor, unul față de celălalt;

Matrițe cu ghidare – caracterizate de existența bocșilor și coloanelor de ghidare, care asigură o precizie de poziție ridicată.

Având în vedere forma si dimensiunile piesei de realizat și cunoscând majoritatea procedeelor de ambutisare și îndoire, putem spune ca piesa prezentată este o piesă complexă, atât ca formă cât si ca dimensiuni si toleranțe (anexa1). Timpul de realizare foarte scurt, trecând prin toți pașii de obținere ai piesei face acest proces unul complex. Verificarea tehnologicitații piesei, calculul semifabricatului plan (desfășurata) face din această piesă o performanță pentru întreprinderea mea. Pentru proiectarea matrițelor de ambutisare, realizarea programelor CN și programarea mașinilor CN, un mare ajutor îl oferă SolidWorks. Softul este conceput ca un pachet de programe de modelare geometrica tridimensionala (3D).

1.3. Softul Solidworks în construcția matrițelor

SolidWorks este un pachet de programe de modelare geometrica 3D produs în Statele Unite și este destinat modelării, simulării și automatizarii proiectarii din toate domeniile.

Este conceput și dezvoltat pe o interfață extrem de simplă și prietenoasă, cuprinzând toate facilitățile pentru proiectarea asistată. Modul de modelare este bazat pe caracteristicile geometrice și funcționale ale pieselor, cotarea inteligentă, generarea desenelor de execuție și cotarea semiautomată. Principalele caracteristici ale softului sunt urmatoarele:

Posibilitatea de a modifica și identifica erori de proiectare în timpul procesului de construcție, indiferent dacă piesa se află intr-un ansambu;

Permite stabilirea de suprafețe de referință pentru montaj, introducerea constrângerilor geometrice intuitivă, detectarea zonelor de interferență între componente.

generarea rapida, direct din modelul tridimensional, a documentatiei 2D formata din Documentatia este întodeauna reanalizat automat ca să fie in concordanță cu modelul geometric, astfel încât orice modificare a modelului se face automat și în desenul 2D.;

realizeaza importul si exportul pentru fisiere de tip IGES, STEP, DXF, DWG, si alte tipuri de fișiere recunoscute de alte softuri de proiectare asistată.

SolidWorks utilizeaza metoda generarii corpurilor solide prin caracteristici, una dintre cele mai utilizate tehnici de modelare a corpurilor 3D.

Fig 1.7.1 – interfața SolidWorks

Dimensiunile și relațiile geometrice folosite pentru a crea o operție, sunt reținute și stocate în model. Acest lucru va permite modificarea rapidă cu usurință a modelului. Un model solid este un model geometric complet folosit în sistemele CAD. El conține toată geometria suprafețelor si relațiile dintre acestea.

1.3.1 Definirea unei piese

O piesă este construita dintr-o forma de baza desenată 2D, careia i se aplică o serie de procedee constructiv-tehnologice. Pentru a construi o piesă, ave nevoie de mai multe date:

volumul, suprafața, muchiile, cotele si vertecsi;

secventa etapelor de construire a piesei (istoria) cuprinzând si operatiile aplicate si ordinea lor;

atributele piesei: culoarea, materialul, lumina, proprietatile de masa, comentarii.

Pentru fiecare piesa creata se pastreaza înregistrarile tuturor evenimentelor de modelare care s-au produs pe parcursul construirii ei pâna la salvarea intr-un alt tip de fișier. Istoricul piesei prezintă o structura arborescenta cuprinzând totalitatea operațiilor facute de-a lungul construirii ei.

1.3.2. Etapele generarii modelului

Proiectarea începe cu generarea modelului geometric si funcțional al produsului. Pe tot parcursul acestei activitați trebuie avută în vedere si posibilitatea realizării produsului respectiv (fig 1.7.1). Înainte de a se începe proiectarea unei piese trebuie luate în considerare urmatoarele:

caracteristicile functionale;

procedeul de fabricatie;

caracteristicile suprafetelor – functionale sau secundare;

Dacă piesa face parte dintr-o familie de repere, alegerea formei de bază trebuie sa tina seama de geometria generala. Forma de bază se poate genera din conturul 2D prin operatia de extrudare, prin revolutie, prin extrudarea față de o curbă (sweep) sau extrudarea unui contur baza unor secțiuni aflate în planuri diferite (loft).

Se stabilește ordinea în care se realizează fiecare caracteristică, strategia de constructie luând în considerare realizarea fiecarei caracteristici : prin adăugare de material sau prin înlaturare de material. Dacă caracteristicile sunt simetrice se poate utiliza operatița ”mirror” (oglindire) fata de un plan sau de o axa.

Pentru a se stabili cea mai buna metoda de modelare a unei piese, trebuie dezvoltata o strategie. O strategie eficienta trebuie sa ia în considerare utilizarea finala a piesei, modificarile necesare, tipul proiectului; crearea unei piesei noi, modificarea uneia existente, actualizarea cataloagelor.

Indiferent de tipul proiectului este necesar sa se ia în considerare urmatoarele aspecte:

condițiile reale la care piesa proiectată este supusă

fețele și suprafețele să fie tehnologice;

Funcțiile principale ale proiectării ansamblelor realizeaza urmatoarele:

generarea ansamblurilor într-un mod productiv;

proiectarea în contextul asamblarii;

modalități avansate de poziționare a reperelor în cadrul ansamblului cu sau fară constrângeri;

prezinta un editor pentru structura ansamblului;

analiza dinamică a modului de asamblare, inclusiv detectarea coliziunii reperelor ;

permite vizualizarea automată a ansamblului descompus în repere;

accesul direct la catalogul de repere si ansamble standard.

Pentru utilizarea SolidWorks, utilizatorii au nevoie de cunostiinte de baza despre modul de lucru sub mediul Windows si despre strategia generala de modelare a corpurilor solide si a proiectării asistate. Interfața prietenoasă și intuitivă face din acesta un mediu de lucru plăcut și de ajutor.

Pentru proiectarea matrițelor, Solidworks, vine cu un pachet inovativ de programe. Funcțiile ” combine” (combină) și ”mold” ( matriță), pentru piesele complexe de ambutisare, sunt un ajutor, deoarece construind un corp in jurul piesei, acestea extrag piesa din corpul respectiv. După folosirea acestora, se crează negativul piesei. Plecând de la această formă se pot optimiza mai ușor funcția și modul de lucru al matrițelor folosind alte funcții integrate softului.

1.3.3 Crearea semifabricatului plan cu ajutorul SolidWorks

Reperele din tablă, sunt construite, în general, deja îndoite. Ele sunt folosite ca suporți pentru alte piese, carcase sau piese pentru mascare. Particularitatea lor este că una dintre dimensiuni este mult mai mică decât celelalte. Solidworks are o funcție specifică lucrului cu table – Sheet-metal – care incorporează o mulțime de alte opțiuni printre care și calculul semifabricatului plan (desfășurata). Atunci când construcția modelului este făcută să suporte transformarea in sheet-metal, nu rămane decat introducerea parametrilor.

Pentru ca o piesă sa suporte această funcție trebuie sa aiba mai multe caracteristici:

sa fie construită sau compatibilă cu această funcție;

sa aibă toți pereții cu grosime egală;

sa contină raze de racordare între pereții piesei. Aceasta nu este obligatorie, razele putând fi adăugate ulterior, la calculul semifabricatului cu opțiunea ”insert bends” – introducere îndoiri.

În cazul în care piesa nu este construită pentru a fi desfăsurată, acest modul are opțiunea ”convert to sheet metal” (convertire pentru piese îndoite), care transformă piesa într-una care ar fi fost construită in acest modul. În cadrul acestei opțiuni introducem parametrii piesei, sau să modificăm pe cei existenți. Putem modifica grosimea materialului, razele de îndoire, raportul fibrei neutre. Sheet-metal dispune de tabele cu parametrii pentru o mulțime de tipuri de material, care pot fi selectate, sau putem introduce alți parametrii.

Dacă forma razelor este una complexă, acesta generează un mesaj de eroare, iar piesa nu poate fi convertită. Convertirea la sheet-metal o să fie disponibilă pentru razele de îndoire constante sau aflate sub un anumit unghi de îndoire. În cazul în care piesa nu poate fi convertită in totalitate, softul ne pune la dispoziție alte opțiuni cum ar fi ”lofted bend” (rază neregulată), ”edge flange” – creaza o structură suprapusă peste piesa de bază , identică cu aceasta, dar cu proprietatea de a putea fi desfășurată.

Tot în acest soft, după introducerea tuturor parametrilor și convertirea piesei, avem opțiuni care desfăsoră piesa total (flatten) sau parțial (unfold). Părțile din piesă care nu au fost convertite, la aplicarea acestor comenzi, vor dispare, necesitând ca restul desfășuratei să fie calculată în modul sketch plecând tot de la lungimea liniilor drepte si a fibrei neutre a razelor.

1.3.4 Crearea matrițelor

Pot fi create matrițe utilizând secvența integrată in meniul ”tools”. Pot fi create aceste matrițe dacă modelul 3D nu are erori sau dacă se poate crea o matrița pornind de la modelul respectiv. Analiza inițială pleacă de la crearea planului sau curbei de separație între cele două sau mai multe matrițe. Rezultatul e un ansamblu de corpuri format din modelul piesei, matrițele realizate de această opțiune și alte corpuri auxiliare, care ulterior pot fi îmbinate sau eliminate din ansamblu. Dacă se fac modificări in modelul piesei, acestea se vor reflecta și în modelele matrițelor într-un mod automat.

Pentru a obține matrițele cu această opțiune, trebuie urmăriți câțiva pași:

draft analysis (examinare inclinații) – presupune examinarea modelului piesei în vederea conicității acestuia. Acest prim pas se face pentru verificarea ușurinței de extragere a acestuia din matriță.

Undercut analysis – identifică suprafețele de separație, în care posibilitatea de eliminare a piesei este posibilă;

Parting line analysis – analizează tranziția între pozitiv si negativ pentru a analiza și optimiza posibilele îmbinări sau întrepătrunderi pe care nu le dorim.

Parting lines – o linie care se întinde de-a lungul modelului și separă cele doua parți ale matriței. această opțiune, are două funcții:

Verifică posibilitatea proiectării unor linii ajutătoare, sub unghiul specificat;

Creează o linie despărțitoare pornind de la suprafața de separație.

Shutt-of surfaces – detectează găurile care nu dă voie matriței să se separe in două corpuri.

Parting surface – extrudează pornind de la linia de separație cele două suprafețe, creând două sau mai multe corpuri cu cavități negative după modelul piesei.

Tooling spit – creează matrițele calculând toate opțiunile de mai sus. În acest moment putem sa desenăm viitoarele corpuri ale matriței.

Se pot salva ca ansamblu de corpuri, sau fiecare fișier având corp separat. Acest modul, cuprinde opțiunea ”heal edges”, care permite unirea tuturor liniilor mai mici într-o linie mai lungă de aceeași formă. Această opțiune poate fi folosită pentru simplificarea geometriei pieselor importate.

Plecând de la modelul generat cu această opțiune, putem optimiza aceste matrițe după parametrii și modul de lucru. Pentru o lucrare, nu foarte complexa se pot folosi și alte opțiuni ale softului.

După realizarea modelelor 3D, și analiza de comportament in exploatare, putem trece la executarea lor pe mașini de prelucrare prin așchiere. Din cauza complexității și a timpului de realizare foarte mare, s-a hotărât prelucrarea sculelor pe mașini cu comandă numerică.

Pentru programarea mașinilor cu comandă numerică (CN) avem nevoie de un soft de programare care să poată realiza programe pentru mașini-unelte cu 3 axe și programe de așchiere 3D. În acest caz s-a folosit softul SolidCAM.

1.4. Softul SolidCAM

SolidCAM, este un software complex dezvoltat de SolidWorks, pentru generarea și optimizarea codurilor G, folosite la prelucrarea cu mașini-unelte cu programe pentru 2.5, 3 si 5 axe.

Dispune de tipuri separate de cicluri de frezare, permițând realizarea programelor sigure și într-un timp scurt.

Frezare în 2.5 axe – 2.5 Axis Milling – presupune generarea de cicluri de așchiere în care două dintre axe se deplasează, iar una este staționară. Acest mod de generare, realizează programe simple pentru trasee de frezare, cicluri de găurire și alezare.

Degroșare 3D – HSS ( High Speed Surface milling) – un ciclu de programare care efectuează degroșare pe o piesă complexa cu suprafețe curbate, înclinate sau plane. Această operație se face prin trecerea sculei așchietoare la o anumită adâncime specificată, dar nu pe un traseu similar cu cel anterior. Se execută de regula, înainte operației de finiție 3D (HSM)

Finiție 3D – HSM (3D High Speed Machining) –. Acest mod presupune realizarea ciclurilor de finiție a unor piese cu geometrice complexa, totodată, oferind control 100% asupra modului de deplasare a sculei.

Frezare in 5 axe simultane – Simultaneos 5 axis milling – un tip de generare a codurilor G, într-un mod de programare a prelucrărilor în 5 axe simultan. Dispune de diverse strategii, simulator performant care are posibilitatea de a verifica virtual întreaga mașină, coliziuni între dispozitivele de prindere si scule sau între mașină si dispozitivele de prindere.

Dispune de o multitudine de sisteme de prindere virtuale, pentru o simulare cat mai precisă, și un timp mai scurt pentru pregătirea modelului în vederea generării ciclurilor de programare.

CAPITOLUL 2 – CONCEPȚIA SEMIFABRICATULUI ȘI PROIECTAREA SCULELOR

In acest capitol se prezintă analiza structurală a piesei ce urmează să fie realizată. Pentru realizarea acestui capitol a fost utilizat softul Solidworks 2016, cu modulele SheetMetal si Drawing.

Pentru informațiile necesare la calculul tuturor parametrilor de realizare, au fost utilizate si noțiuni si formule de calcul de la disciplinele: Desen Tehnic, Rezistenta Materialelor, Proiectarea Produselor si alte surse din literatura de specialitate.

2.1. Analiza nevoii pentru produsul studiat

Analizând produsul, se constată că nevoia pe care trebuie sa o satisfacă produsul este de a asigura fixarea motorului care ridică si coboară geamul de la ușa fată a autovehiculului, respectiv a subansamblelor mecanismului.

Înțelegerea rolului funcțional al piesei, structura si materialul din care se realizează acesta, duce la un ciclu de viată mărit al produsului. Tot acest tip de analiză ne oferă si detalii despre numărul de produse ce vor fi realizate in volumul de serie.

Produsul este necesar pentru verificarea montabilității si a uzurii acestuia in testele realizate înaintea demarării producției de serie. Solicitarea vine din partea unui client al companiei la care îmi desfășor activitatea, iar volumul cerut de aceștia e de 80 de piese.

2.2. Analiza funcțională

Analiza funcțională este cuprinsă in Analiza valorii, si este făcută de beneficiarul acestui produs.

Valoarea produsului, se face prin identificarea funcțiilor produsului la utilizare (fig 2.1) și este direct proporțională cu prețul plătit pentru realizarea produsului , incluzând proiectarea si execuția matrițelor, costul pentru executarea si debitarea desfășuratei produsului (semifabricatul) si costul pentru matrițare și stanțare. Astfel, cu cat crește gradul de complexitate si de satisfacere a nevoilor, cu atât creste prețul produsului.

Fig 2.1 Identificarea funcțiilor produsului la utilizare

Identificarea funcțiilor pentru cazul fabricării produsului (fig 2.2), este făcută de executantul produsului, si cuprinde totalitatea cheltuielilor, de la primirea proiectului, la livrarea produsului final :

Fig 2.2 Identificarea funcțiilor pentru cazul fabricării produsului

2.3. Propunerea schemei funcționale a piesei

Schema funcțională cuprinde un motor electric 12V, găuri de trecere cablul de alimentare al motorului, găuri si ambutisări pentru orientarea si fixarea piesei, ambutisări pentru creșterea gradului de rezistența, alveole îndoiri si perforații pentru fixarea subansamblului.

Fig. 2.3 – Schema funcțională

2.4. Primirea documentației si analiza posibilității de fabricare a produsului

Documentația este furnizata de client, si cuprinde desenul de execuție si modelul CAD, care este sursa tuturor cotelor si formelor care nu sunt date in desenul de execuție.

Modelul CAD, reprezintă sursa de bază pentru orice modificări apărute, dar care nu se regăsesc in desenul de execuție, din cauză că nu a fost actualizat.

Analiza posibilității de realizare a produsului cuprinde mai multe etape:

Analiza desenului de execuție;

Existenta unui utilaj care sa asigure forța de deformare;

Posibilitatea de execuție a formelor in raport cu materialul dat;

Tehnologicitatea condițiilor impuse;

Stabilirea formei si dimensiunilor fabricatului plan.

2.4.1. Proiectarea procesului tehnologic de prelucrare.

Această parte a proiectului are ca scop stabilirea, pe baza unor metode tehnice și economice, a modului și ordinea de execuție a operațiilor.

Analiza piesei.

Proiectarea tehnologiei de prelucrare precum si a echipamentului necesar se face pe baza datelor inițiale obținute din analiza piesei. Analiza piesei presupune analiza formei constructive, identificarea caracteristicilor geometrice, precizia dimensională, tehnolgicitatea piesei, tipul de material.

Rolul funcțional al piesei.

Proiectarea formei piesei, stabilirea materialului din care aceasta este executată, stabilirea dimensiunilor acesteia se face având in vedere rolul funcțional al piesei. Acest aspect este furnizat de către client.

Verificarea desenului de execuție.

Aceasta etapă a procesului se realizează cu scopul corectării eventualelor greșeli de proiectare, înțelegerii formei constructive a piesei, pentru evitarea unor erori în execuția pieselor..

Din studiul efectuat asupra desenului piesei , se observa ca:

-forma constructiva a piesei este simpla, si este determinata prin vederile prezentate;

-forma piesei este determinata prin dimensiunile indicate pe desen, in vederile si secțiunile prezentate;

-desenul respecta scara indicata (2:1);

-sunt indicate pe desen toate razele de îndoire si de racordare a contururilor;

-grosimea materialului este de 2,5 mm;

-toate prelucrările se pot realiza cu ajutorul stanțelor și/sau matrițelor;

Pentru obținerea pieselor ambutisate, in conformitate cu desenul de execuție, o condiție se referă la materialul din care este confecționată piesa. Dacă acest material poate asigura obținerea tuturor cerințelor date, se poate trece la următoarea etapă.

A doua cerință, este posibilitatea de a realiza cotele impuse pe desenul de execuție.

O alta cerință, este existența unui utilaj care să asigure forța necesară pentru prelucrarea semifabricatului in condițiile date.

Calitatea pieselor ambutisate, e in strânsa legătură cu:

caracteristicile elementelor active;

caracteristica geometrică a produsului;

caracteristicile materialului;

caracteristicile procesului.

Materialul piesei.

Având in vedere că materialul este specificat pe desenul de execuție, acesta trebuie respectat. Proiectantului îi revine sarcina de a analiza comportamentul acestuia la solicitări mecanice, sau să se informeze despre comportamentul acestuia.

Duritatea materialului este mai ridicată decât a altor tipuri de material folosit in industria auto, din acest motiv trebuie ținut cont de comportamentul acestuia la ambutisare. În timpul acestei operații, un volum mare de material poziționat în vecinătatea laturilor se deplasează către interiorul piesei, mai precis către zona ambutisării.

Conceperea desfășuratei produsului (semifabricatului plan)

In cadrul analizei tehnologicității piesei, este necesara și determinarea formei și dimensiunile semifabricatului plan. Piesa ambutisată se obține din semifabricat, fără îndepărtare de material, urmărind legea constantei volumului. Materialul folosit la execuția piesei este S550

( tab. 2.1 si tab. 2.2.).

Cum în procesul de ambutisare intervin anumite forțe, iar duritatea materialului este mai ridicată decât a altor tipuri de material folosit in industria auto, am aplicat procedeul de ambutisare fără subțierea intenționata a grosimii, respectând legea constantei ariilor.

Unde – aria semifabricatului plan, -aria piesei.

Tab 2.1. compoziția materialului

Fig. 2.5 -modelul CAD al produsului final

Tab 2.2 comportamentul materialului la solicitări mecanice

Fig. 2.6. – execuția semifabricatului plan

Pe baza modelului CAD, primit, in modulul Sheetmetal, al softului Solidworks, se realizează semifabricatul plan (Fig. 2.6), plecând de la cea mai mare suprafața plana, si selectând razele, pentru a indica unde a fost impusă generarea unor raze de îndoire similare produsului . În caseta specifică factorului K, am introdus valoarea 0,38. Aceasta valoare a fost furnizata de producătorul tablei.

De cele mai multe ori, piesele ambutisate nu rezulta cu margini uniforme. din aceasta cauza, după câteva teste, și în urma analizei deplasării materialului în procesul de ambutisare am adăugat material in zona ambutisării pentru a compensa retragerea materialului din zona de margine.

.In paralel a fost calculat semifabricatul plana și cu relația:

In care:

ϕ1 – unghiul de îndoire;

r1 – raza de îndoire interioara;

x – coeficientul care ține seama de deplasarea stratului neutru.

Materialul folosit la construcția matrițelor

Materialul din care au fost făcute matrițele W-Nr 1.2312 AISI pre-tratat (Tab 2.2.1.), un otel cu conținut de crom, magneziu si molibden, incluzând și alte tipuri de elemente chimice. Are o aplicare largă în industrie, mai mult pentru piese care se călesc sau au diverse tipuri de tratament termic(Tab 2.2.2.).

Tab 2.2.1.

.

Tab 2.2.2.

Duritatea obținuta, după procesul de călire, este aproximativ 54 HRC.

Propunere schemei constructive a matriței

Schema funcțională a matriței, permite realizarea cat mai multor operații, dintr-o singura deformare. Analizând faptul ca numărul de piese pentru care se face matriță este unul mic, iar timpul de execuție al acestora, este de asemenea redus, matrița va fi conceputa pentru asigurarea execuției cotelor, fără a fi nevoie de realizarea unui ansamblu complex de strănute si matrițe.

Plecând de la modelul CAD (Fig.2. si fig 2.1), furnizat de client si analizând gradul de revenire al materialului, proiectarea matrițelor, cu ajutorul Solidworks este una relativ simpla.

In modulul sketch (fig 2.8.1.), pe un plan nou creat se trasează forma primara a piesei, de la care va porni construcția modelului virtual al matriței folosind in principal comenzile ” extrude-boss și extrude-cut”( fig 2.8.2).

Fig 2..8.1 -Modulul sketch

Fig 2.8.2 Comanda ”extrude-boss”

Prima matriță care a fost realizată, urmărește realizarea ambutisării si a celor doua îndoiri laterale. Aceasta orientează semifabricatul prin 2 știfturi, iar poansonul este ghidat fata de aceasta prin două coloane de ghidare. S-a creat o zonă de evitare in jurul unui element constructiv al piesei, acesta fiind folosit si pentru ghidarea poansonului față de matriță

Matrița (fig. 3)a fost construită având o porțiune detașabilă. S-a ajuns la aceasta modificare pentru a se folosi aceeași matriță și pentru următoarea operație de îndoire, poziționată la 90° fata de prima așezare. Aceasta parte a matriței va fi asamblata cu ajutorul a 2 știfturi și șuruburi M10.

Având în vedere complexitatea produsului, nu se putea face extragerea lui din matriță din cauza îndoirii aproape închisa a piesei.

Reținerea semifabricatului plan se face cu ajutorul unor știfturi mai lungi (fig 2.8.3), deformarea găurilor fiind nesemnificativa din cauza durității materialului. Nu s-a adoptat tehnologia prin care semifabricatul este reținut cu o placa de reținere din cauza complexității reduse a matriței. Desenele de execuție al ansamblului de îndoire sunt prezentate in anexa. 2 ,anexa 3.și anexa 4 .

Fig. 2.8.3 – ansamblul primului post de îndoire

– Cepi de ghidare,

– poanson ‘1’,

– matrița ‘1’,

– porțiune detașabilă,

– știfturi de orientare.

Deoarece forma complexa a matriței, nu permite obținerea ei întrun timp scurt, aceasta a fost prelucrata cu o freza cu comanda numerica, direct de pe modelul 3D . din aceasta cauza, desenele de execuție nu conțin toate cotele.

Următorul post ( fig. 2.8.4) care realizează îndoirea este compus din “matrița 1”, rotita la 90° si “poansonul 2” . In aceasta etapa se detașează piesa care a ajutat la prima îndoire, si se realizează îndoirile laterale si 2 ambutisări. Pachetul de matrițe este constrâns cu 2 cepi de orientare și doua știfturi de reținere al semifabricatului.

Pentru executarea următoarei operații, in “poansonul 1”, a fost proiectată și executata o forma, care, cu ajutorul “poansonului3”, se va face si ultima operație de îndoire (fig. 9). Aceasta îndoire este făcută la 85° față de zona de așezare si rotita la 32° față de ambutisarea de întărire a piesei. Nici in aceasta operație nu s-a folosit plăci de tinere, orientarea piesei făcând-se tot pe știfturi, dar de data aceasta, reținerea piesei se face cu un dispozitiv prevăzut cu cep retractabil manual.

Fig. 2.8.4- îndoire asupra porțiunii laterale

“Matrita1”, 2- știfturi de orientare, 3- cepi de orientare, 4- poansonul 2.

Dispozitivul a fost conceput din cauza ca, in procesul de îndoire, semifabricatul era ridicat de pe fata de așezare, a matriței, ducând la ruperea celor doua știfturi de orientare. Acesta a fost asamblat cu matrița cu 2 șurubului M8.

CAPITOLUL 3 – CONCEPTIA PROCESULUI TEHNOLOGIC DE AȘCHIERE

Prelucrarea prin așchiere a metalelor este un proces mecanic care presupune îndepărtarea de material din semifabricat cu o sculă așchietoare. Materialul îndepărtat este sub formă de așchii.

Prelucrabilitatea, este modul prin care așchierea se face eficient si la costuri reduse, fiind strâns legată de economia producției. Ea este strâns legată de forța de așchiere, temperatura zonei de așchiere și durata de viață a sculelor. Găsirea soluțiilor prin care așchierea să se facă la costuri mici și cu forțe de așchiere mici este un obiectiv pentru tehnologia prelucrărilor prin așchiere.

3.1.Stabilirea datelor despre resurse în SolidCAM

După proiectarea și analiza teoretic funcțională a matrițelor, se poate trecea la realizarea lor fizică. Tot în Solidworks, utilizând modulul CAM, se face programarea unei mașini automate în 3 axe.

Fig 3.1. – logica unui sistem de programare CN.

Pentru realizarea unei operații de prelucrare în Solid CAM trebuie parcurși o serie de pași (fig.3.1.) și îndeplinite anumite condiții.

Prelucrabilitatea prin așchiere

Înainte de execuția unei piese, se face consultarea desenului de execuție și al modelului 3D al unei piese și trebuie avut in vedere posibilitatea de prelucrare in condițiile normale de lucru ( utilaje disponibile, posibilitatea efectuării anumitor operații).

Tehnologicitatea unei piese prelucrate prin așchiere presupune obținere tuturor condițiilor impuse cu costuri minime.

Softul folosit pentru programarea mașinii-unelte, este Solid CAM 2016, cu postprocesor specific centrului de prelucrare verticală.

Solid CAM este un software CAM, pentru toate tipurile de aplicații CNC. Având implementat si modulul pentru programarea CNC, cu 5 axe, îl face un soft complet. Interfața prietenoasa si intuitiva (fig. 3.1a), îl face, unul dintre cele mai folosite softuri CAM.

Fig 3.1a -interfața generală

De asemenea, acest soft are implementat o serie de cicluri presetate, scurtând timpul de programare, doar la accesarea lor. După efectuarea unuia sau mai multor cicluri de prelucrare, se poate trece la simularea programului, depistând astfel eventualele coliziuni sau erori de programare.

3.2. Crearea sistemului de coordonate

Crearea sistemului de coordinate( fig 3.2.1), al procesului se face in caseta CoordSys, unde găsim mai multe opțiuni de adăugare:

Select face – adaugă un sistem de coordinate pe fata selectata. Fata care se selectează poate fi plana sau circulara. Pentru fata plana, originea se adaugă intr-un colt al acesteia. Pentru fata plana, originea se adaugă automat pe axa care generează aceasta fata;

Define – adaugă un sistem de coordinate liber ales, plecând de la un punct situate pe modelul CAD;

Select Coordinate Sistem – selectează coordonatele sistemului comun cu modelul CAD;

Normal to current view – adaugă o origine in modul curent de vizualizare, pornind de la un punct.

By 3 points – generează un sistem de coordinate la intersecția a 3 drepte care intersectează 3 puncte diferite.

Fig 3.2.1 – crearea unui sistem de coordonate

3.3. Crearea semifabricatului (stock)

Stocul de material reprezintă volumul de material, lăsat adaos pentru prelucrarea piesei. In caseta “stock” se pot alge, de asemenea mai multe opțiuni (fig 3.3.1):

Box- creează o “cutie „ in jurul modelului 3D;

Extruded boundary- creează stock-ul după nevoile prelucrării optime, sau după forma materialului prefabricat;

3d model – creează stock-ul după modelul 3d adaogându-i un ofset;

Cylinder -creează stock-ul generând un cilindru in jurul piesei.

Pentru piesa prezenta a fost selectat modelul “box”.

Semifabricatul virtual poate conține mai multe piese asamblate, de aceea la simularea programului acesta apare ca un singur corp. Din această cauză putem avea coliziuni între sculă si piesa, sau în deplasările rapide de care să nu fim anunțați.

Pentru modelele 2D nu se poate realiza stock-ul de material din cauză ca modelul nu este ”corp solid”. În timpul programării după modele (desene 2D) toate cotele de adâncime, ridicare și intrare a sculei trebuie introduse manual.

În cazul de față, semifabricatul are forma prismatica. Se pot crea o multitudine de forme, plecând de la piesa finite, se pot face off-set (adăugare) de suprafețe la o distanță fața de cele existente, off-set de volum.

Fig 3.3.1 – creare stock-ului de material

De asemenea semifabricatul poate fi construit după forma piesei reale, cum se întâmpla in cadrul matrițelor turnate. Acest lucru ajuta la depistarea coliziunilor dintre scula si semifabricat, la calculul deplasărilor rapide pe traseul cel mai scurt, și la crearea regimurilor de prelucrare optime.

3.4. Crearea piesei – țintă (Target)

Modulul “Target” reprezintă posibilitatea de a alege piesa de prelucrat chiar daca se afla într-un ansamblu. Aceasta opțiune ajuta softul sa nu interacționeze in timpul calculării si generării codului G cu alte modele din ansamblul din care face parte modelul CAD.

Din cauza interacțiunilor pe care le poate avea piesa în cadrul ansamblului, pot apărea coliziuni intre sculă si piesă sau între sculă și resturile de material, pe care softul să nu le detecteze.

Împreuna cu selecția semifabricatului (stock), softul Solid CAM , știe unde se afla piesa, față de origine. De regulă, semifabricatul virtual trebuie sa cuprindă piesa-țintă.

3.5. Crearea ciclurilor de prelucrare

Softul Solid CAM, vine cu o multitudine de cicluri de prelucrare, de la profile simple si cicluri diferite de găurire, la profile 3D complexe. Adăugarea unui ciclu de prelucrare se face din arborele “operations”. Click dreapta deschide o fereastra, unde sunt enumerate, pentru selecție toate tipurile de prelucrări, disponibile pentru utilajul pentru care se face programarea.

Putem avea prelucrări care se execută pe utilaje cu 5 axe, și prelucrări care se execută pe utilaje cu 3 axe. Pentru ambele tipuri de utilaje avem prelucrări 2D (profile simple si găurire) și profile 3D (degroșare și finiție).

Fig 3.4.1- piesa țintă (target)

Fig 3.5.1- cicluri de prelucrare

Câteva din ciclurile utilizate destul de des sunt:

Face – execută planarea semifabricatului sau o frezare pe suprafețe mari, cu o freză cu plăcuțe amovibile;

Profil – executa o formă constantă pe toata adâncimea piesei;

Drill – ciclu de găurire;

3D HSR – ciclu de degroșare pentru piese cu geometrie complexă;

3D HSM- ciclu de finiție pentru piese cu geometrie 3D complexă

T-slot – este folosit pentru prelucrarea canalelor T.

Pocket – folosit pentru prelucrarea spatiilor interioare mai mari decât dublul diametrului frezei

3.6. Ciclul de prelucrare “Profil”

După îndeplinirea tuturor pașilor de mai sus, putem trece la crearea ciclurilor de prelucrare. Ciclul “profil” (fig 3.6.1)creează o serie de “etaje” îndepărtând material in jurul aceluiași profil, închis sau deschis, de orice forma (fig 3.6.2). Acest ciclu, poate crea etaje de prelucrat constant sau cu Z variabil. In cadrul aceleiași operații, se pot face cicluri de degroșare sau finiție. Degroșarea se poate face prin pătrundere frontală sau laterală, a sculei așchietoare in material.

Definirea sculei se face in sub-meniul “tool”. Aici se definesc, atât geometria sculei, cat si parametrii de așchiere. Sculele așchietoare pentru frezare se numesc freze. Frezele pot fi cu mai multe geometrii (deget, cu rază, cu cap semisferic, cu pastile amovibile).

Meniul “levels” include definirea punctelor pe axa Z, de la care încep ciclurile si cel mai de jos punct al ciclului respective.

Fig 3.6.1- crearea unui ciclu de program

3.7.1. Meniul “Tool”. În fiecare tip de ciclu (fie ca e 3D, profil, de găurire, sau alt tip), scula poate fi definita in caseta “tools” a arborelui din stânga ferestrei. In sub meniul deschis e pot alege o multitudine de geometrii, începând de la freze deget (end mill), la burghie sau ambori (fig 3.6.3.,fig 3.6.4.)

De regulă regimurile de așchiere se pot calcula, dar din cauza diversității foarte mare a tipurilor de scule așchietoare, regimurile sunt date de furnizor pentru majoritatea tipurilor de materiale.

3.7.2. Meniul “levels”, ne oferă posibilitatea definirii punctelor de placare, pentru diferite cicluri. Tot aici se definesc si adâncimea totala de așchiere, cat si distanta de siguranța pentru deplasarea rapida sculei (fig 3.6.5) .

3.7.3. Meniul “Technology” ne oferă posibilitatea sa definim adâncimea de așchiere la o singura trecere, adaosul pe care-l lasă freza pentru ciclul de finiție, sensul de avans al sculei, modul de așchiere si tipul de adâncime, constant sau cu pas variabil (fig 3.6.6).

3.7.4. Meniul “Link”, (fig 3.6.7) avem posibilitatea sa alegem strategia de retragere si intrare a sculei in modul de așchiere. In acest meniu putem sa alegem si distanta de deplasare a sculei fata de piesa in modul rapid, in timpul deplasării intre pașii ciclului de așchiere.

Fig 3.6.2 – creare traseului de așchiere

Legendă:

sistemul de coordonate activ;

numele operației;

crearea unui profil/ ciclu nou;

editarea unui ciclu deja creat.

Fig. 3.6.3- meniul ”tool”

Legenda

Tipul sculei

Numărul sculei;

Diametrul;

Raza dintelui;

Lungimea lateralului care așchiază;

Lungimea totala pana la portscula;

Tipul de prindere;

Poziția in magazia utilajului.

Fig 3.6.4- parametrii de așchiere

Legenda

Tipul de răcire ;

Viteza de avans – mm/min

Viteza de rotație – rot /min

Viteza de avans pentru finiție (in cazul in care finiția se face cu scula folosita la degroșare);

Viteza de avans la pătrundere.

Fig 3.6.5 – meniul ”levels”

Legenda

distanta de siguranță in deplasările rapide;

Z de început de ciclu;

Z de sfârșit de ciclu.

3.7. Simularea programului

De simulare a programului, avem posibilitatea, de a observa erorile de tehnologie de așchiere, posibilele coliziuni ale sculei cu stocul de material si de asemenea timpul de execuție total sau pe operație (fig 3.7.1). Avem posibilitatea sa verificam unde avem rest de material, să verificam cote realizate virtual și rugozitatea realizată de procesul de așchiere cu parametrii selectați. In cazul în care avem erori de programare, simulatorul, ne indică și scula și procesul la care se afla coliziune. În acest mod se pot realiza programe fără erori. Singurul lucru care ar putea induce erori in programul de execuție, este generarea codului G. Acest lucru se poate verifica în sistemul de simulare al mașinii automate, cu opțiunea ”dry run” sau simulare virtuală.

fig 3.6.6 – meniul ”tehnology”

Legenda

adaos finiție;

modul de deplasare al sculei fata de profil (stânga / dreapta);

adâncimea de așchiere;

pașii modului de așchiere.

Legenda

Tipul de intrare al sculei, pana la Z de așchiere;

Z de ridicare intre pașii de așchiere;

Z de ridicare intre doua profele separate;

Tipul de intrare, al sculei in așchiere;

Parametrii, pentru tipul de intrare;

Buton pentru generarea codului G;

Buton pentru simularea virtuala a programului

Fig 3.7.1 -simularea operațiilor in Solid CAM

3.8. Generarea codului G

După realizarea tuturor pașilor de mai sus, si completarea parametrilor si a geometriei sculei, putem trece la generarea “codului G”. Codul G, se generează prin apăsarea butonului

Programul CN este compus din linii de bloc si sunt echivalente cu o fraza din limbajul nostru. Blocurile , la rândul lor, sunt compuse din coduri specifice (tab 3.8.1) limbajului CN. Fiecare cod (tab. 4) din textul programului CN este interpretat de mașina cu comanda numerica, ca fiind o adresa sau un mod de lucru, si va fi transpusa in execuția fizica. Șirul de cifre si litere poate conține un semn și un punct zecimal, semnul este totdeauna adresă, . Semnul (+) nu se trece niciodată pentru a nu încărca programul.

Tab 3.8.1 -caractere specifice limbajului de programare

Pentru prelucrarea materialului, in vederea realizării matrițelor, s-a folosit Centrul de prelucrare cu comanda numerica NCT EmL 1020B(fig 3.8.1) (tab. 3.8.2). Acesta, este un centru de prelucrare in 3 axe, opțional 3+2 axe. Poate executa cicluri de frezare, găurire/alezare și mortezare. Având panouri cu deschidere laterală, se pot prelucra și piese cu lungimi care depășesc lungimea mesei.

Fig 3.8.1 -NCT EmL1020B

Tab. 3.8.2 – specificații tehnice ale centrului de prelucrat NCT EmL 1020B

Codul G pentru mașina NCT E-mL 1020B

%O0001 început program

N15 T1 numărul sculei care trebuie sa fie cuplata in arbore

N20 M6 cod schimbare automata a sculei

N25 G54 G90 G54- coordonate piesa, G90 – tipul de coordonate

N30 S2500 M3 S2500 -turație arbore principal M3 sensul de rotație

N35 M8 M8 pornire răcire exterioară

N40 G0 X161.704 Y-63.032 G0 deplasare liniara

N45 G43 H1 Z25. G43 H1- adresare ofset Z pentru scula nr 1

N50 G0 Z2.

N55 G1 Z-12.5 F100 G1 deplasare liniară

N60 G1 X161.954 F4000

N65 G3 X146.965 Y-48.021 I-15. J0.011 G3 deplasare circulară spre dreapta

N70 G1 X-147.035 Y-47.809 F4000

N75 G2 X-160.025 Y-34.799 I0.009 J13. G2 deplasare circulară spre stânga

N80 G1 X-159.975 Y35.027 F4000

N85 G2 X-146.975 Y48.018 I13. J-0.009

N90 G1 X93.025 F4000

N95 G2 X93.035 Y48.018 I0. J-13.

N100 G1 X147.035 Y47.979 F4000

N105 G2 X160.025 Y34.97 I-0.009 J-13.

N110 G1 X159.975 Y-35.03 F4000

N115 G2 X146.965 Y-48.021 I-13. J0.009

N120 G3 X131.954 Y-63.01 I-0.011 J-15.

N125 G1 X132.204 F4000

N130 G0 Z25. G0 deplasare liniară rapidă pe drumul cel mai scurt

N135 G0 X161.704 Y-63.032

N140 G0 Z-10.5

N145 G1 Z-25. F100

N150 G1 X161.954 F4000

N155 G3 X146.965 Y-48.021 I-15. J0.011

N160 G1 X-147.035 Y-47.809 F4000

N165 G2 X-160.025 Y-34.799 I0.009 J13.

N170 G1 X-159.975 Y35.027 F4000

N175 G2 X-146.975 Y48.018 I13. J-0.009

N180 G1 X93.025 F4000

N185 G2 X93.035 Y48.018 I0. J-13.

N190 G1 X147.035 Y47.979 F4000

N195 G2 X160.025 Y34.97 I-0.009 J-13.

N200 G1 X159.975 Y-35.03 F4000

N205 G2 X146.965 Y-48.021 I-13. J0.009

N210 G3 X131.954 Y-63.01 I-0.011 J-15.

N215 G1 X132.204 F4000

N220 G0 Z25.

N225 G0 X161.704 Y-63.032

N230 G0 Z-23.

N235 G1 Z-37.5 F100

N240 G1 X161.954 F4000

N245 G3 X146.965 Y-48.021 I-15. J0.011

N250 G1 X-147.035 Y-47.809 F4000

N255 G2 X-160.025 Y-34.799 I0.009 J13.

N260 G1 X-159.975 Y35.027 F4000

N265 G2 X-146.975 Y48.018 I13. J-0.009

N270 G1 X93.025 F4000

N275 G2 X93.035 Y48.018 I0. J-13.

N280 G1 X147.035 Y47.979 F4000

N285 G2 X160.025 Y34.97 I-0.009 J-13.

N290 G1 X159.975 Y-35.03 F4000

N295 G2 X146.965 Y-48.021 I-13. J0.009

N300 G3 X131.954 Y-63.01 I-0.011 J-15.

N305 G1 X132.204 F4000

N310 G0 Z25.

N315 G0 X161.704 Y-63.032

N320 G0 Z-35.5

N325 G1 Z-50. F100

N330 G1 X161.954 F4000

N335 G3 X146.965 Y-48.021 I-15. J0.011

N340 G1 X-147.035 Y-47.809 F4000

N345 G2 X-160.025 Y-34.799 I0.009 J13.

N350 G1 X-159.975 Y35.027 F4000

N355 G2 X-146.975 Y48.018 I13. J-0.009

N360 G1 X93.025 F4000

N365 G2 X93.035 Y48.018 I0. J-13.

N370 G1 X147.035 Y47.979 F4000

N375 G2 X160.025 Y34.97 I-0.009 J-13.

N380 G1 X159.975 Y-35.03 F4000

N385 G2 X146.965 Y-48.021 I-13. J0.009

N390 G3 X131.954 Y-63.01 I-0.011 J-15.

N395 G1 X132.204 F4000

N400 G0 Z25.

N405 G0 X161.704 Y-63.032

N410 G0 Z-48.

N415 G1 Z-51.048 F100

N420 G1 X161.954 F4000

N425 G3 X146.965 Y-48.021 I-15. J0.011

N430 G1 X-147.035 Y-47.809 F4000

N435 G2 X-160.025 Y-34.799 I0.009 J13.

N440 G1 X-159.975 Y35.027 F4000

N445 G2 X-146.975 Y48.018 I13. J-0.009

N450 G1 X93.025 F4000

N455 G2 X93.035 Y48.018 I0. J-13.

N460 G1 X147.035 Y47.979 F4000

N465 G2 X160.025 Y34.97 I-0.009 J-13.

N470 G1 X159.975 Y-35.03 F4000

N475 G2 X146.965 Y-48.021 I-13. J0.009

N480 G3 X131.954 Y-63.01 I-0.011 J-15.

N485 G1 X132.204 F4000

N490 G0 Z25.

N495 M9 M9 – oprire răcire

N505 T20 T20 – chemare scula din magazie

N510 M6 M6 – schimbare scula

N515 G54 G90 G54 – coord. piesa

N520 S500 M3 S500 M3 – turație arbore principal

N525 M8 M8 – pornire răcire exterioara

N530 G0 X128.28 Y-0.007 CICLU GAURIRE

N535 G43 H20 Z25.

N540 G83 Z-50. R2. Q5. F100 G83 – ciclu găurire cu retragere

N545 G80 completă

N560 M30 M30 – sfârșit de program

%

CAPITOLUL 4 – ANALIZA MODULUI DE LUCRU A MATRIȚELORIN VEDEREA OPTIMIZĂRII PROCESULUI DE AMBUTISARE

După execuția elementelor active și tratamentul termic, aplicat acestora se poate trece la efectuarea câtorva teste preliminarii ( fig 4.1), urmând ca sa se stabilească forma și dimensiunile semifabricatului plan. Acesta va fi trimis la operația de debitare cu ajutorul unei mașini de debitat cu laser. După primirea semifabricatului putem trece la operația de deformare la rece.

Deformarea plastică la rece cuprinde operații de prelucrare mecanica, executate sub temperatura de cristalizarea al materialului. Acest tip de prelucrare se face fără îndepărtare de așchii. Deformarea plastică la rece este un procedeu in continua dezvoltare, cunoscut din cele mai vechi timpuri.

Operațiile de deformare la rece se executa cu dispozitive acționate de prese, iar semifabricatul este confecționat din tabla. Forma si dimensiunile pieselor, corespund de cele mai multe ori cu forma poansoanelor si a matrițelor.

Fig 4.1 – schema lucrului cu matrițele

4.1. Calculul forței in procesul de ambutisare

În cadrul procesului de ambutisare, este necesar să cunoaștem si forța de apăsare care asigură desfășurarea procesului de ambutisare. Forța de ambutisare, este forța care asigură deformarea materialului după forma plăcii active, în momentul în care poansonul atinge suprafața semifabricatului.

În cazurile practice, forța de ambutisare se determină cu relația:

în care : Rm – rezistența la rupere;

d – diametrul stratului median al piesei;

g – grosimea materialului;

k – coeficient de ambutisare.

Pentru piesele de orice formă, relația care determină forța de ambutisare este:

Unde:

p – perimetrul piesei ambutisate;

g -grosimea materialului;

Rm – rezistenta la rupere al materialului.

Din a doua relație :

F=p*g*Rm= (70+70+50+50)*3*65=46800 daN= 468 kN = 46.8 tf

Se constată că pentru această operație se va folosi o presă de 50 tf (tab 4.1.1, fig 4.2). Acest tip de utilaj este cel mai mic, din punct de vedere al forței, de care dispune compania la care lucrez.

Tab 4.1.1- caracteristici presa 50tf

Fig. 4.2 – presă 50tF

In procesul de ambutisare, din cauza frecărilor foarte mari este necesară si lubrifierea matrițelor și semifabricatului. Pentru această operație s-a folosit ulei special – ALNUS SSC 608. Acesta este un ulei folosit pentru operații de stanțare si ambutisare. Este recomandat pentru tablele din oțel-carbon.

4.2. Modul de lucru cu primul post

După calculul tuturor parametrilor, și alegerea presei care să asigure forța necesară execuției produsului, putem să trecem la execuția primelor îndoiri si ambutisări.

Primul post este compus din ”matrița 1” și ”poansonul 1”, constrânse prin cepi de ghidare de diametrul 20 (fig 4.2.1). Semifabricatul plan este ghidat pe matriță, cu știfturi de 8 si 6 mm, dispuse in găuri funcționale ale semifabricatului.

Fig 4.2.1 – ansamblul postului 1 de ambutisare

Legendă:

Știft diametru 8

Știft diametru 6

Cepi ghidare ansamblu

Matriță

Direcții de deplasare ale materialului.

Ansamblul de ambutisare, a fost montat pe plăci de bază cu șuruburi M12.

La coborârea poansonului, părțile laterale ale semifabricatului plan sunt îndoite la 90°.

Tot în timpul acestui proces, are loc si execuția ambutisării, pe adâncime de 5 mm. din cauza deformării necontrolate a găurilor de pe suprafața plană, a ambutisării, s-a hotărât ca acestea să se execute după procesul de ambutisare.

4.3. Modul de lucru cu postul 2

După realizarea tuturor produselor cu primul post, matrița a fost demontată, pentru ca pe lateralul ei a fost realizată si matrița postului 2 (fig 4.3.1). Ca și la postul 1, poansonul a fost orientat față de matriță cu cepi de diametrul 20 mm, dar semifabricatul a fost orientat de doi cepi dispuși pe lateralul metritei actuale. Aceștia erau retrași manual, după fiecare semifabricat.

Fig 4.2.1 – ansamblul postului 2

Legendă:

Cepi ghidare

Cepi ghidare semifabricat

Matriță detașabilă

Matrița postului 1, rotită

După executarea îndoirilor pe postul 1, a fost nevoie ca o porțiune din matriță sa fie detașabilă, din cauză că porțiuni ale produsului, după a doua îndoire, ar fi rămas blocate in matriță.

4.4. Modul de lucru cu postul 3

Pentru postul 3, principiul a rămas același. De data aceasta, am folosit ”poansonul 1”, drept matriță, iar ca poanson am folosit un poanson separat denumit ”poansonul 3” (fig 4.3.1).

Ghidarea s-a făcut cu cepi diametrul 10, iar ghidarea semifabricatului, a fost făcută cu cepi de la primul post.

Din cauza forței de apăsare pe o singura latura a semifabricatului, acesta se ridica, ducând la ruperea cepilor de ghidare. S-a dispus crearea unui dispozitiv lateral format dintr-o piesă in formă de ”L” cu o gaura în care se introduce un cep. Acesta era retras manual, după efectuarea operației. Pentru evitarea deformării piesei in zona respectivă din cauza forțelor de presare, s-a optat pentru un cep cu diametrul de 10 mm.

După executarea tuturor pașilor de ambutisare și îndoire, s-a făcut găurirea si frezarea elementelor care nu puteau fi executate in semifabricat.

Fig 4.3.1 ansamblul postului 3

Legenda:

Forța de apăsare

Cepi ghidare poanson

Matriță

Cep ghidare semifabricat

Concluzii și contribuții

Probleme legate de concepția și fabricarea unui produs, incluzând proiectarea și programarea unei mașini cu comandă numerică sunt de actualitate. Aceste lucruri dezvoltă capacitatea de producție a unei întreprinderi.

Studiul de caz, a constat in proiectarea și realizarea unui ansamblu de matrițe, cu ajutorul cărora, sa realizez o piesă complexă prin deformare plastică la rece. Această piesă este un prototip de încercări, urmând ca designul lui să sufere modificări.

Timpul scurt de realizare a tuturor pașilor în procesul de proiectare si execuție, a făcut din aceasta o încercare de luat in seamă pentru întreprinderea la care sunt angajat. În ajutorul realizării acestei lucrări complexe și-au spus cuvântul experiența mea în proiectarea matrițelor de ambutisare, experiența operatorului care s-a ocupat de lucrare, dar si softurile folosite in procesul de proiectare si obținere a sculelor de ambutisare.

Implementarea noii versiuni de SolidWorks, în cadrul companiei a fost benefică pentru realizarea mult mai ușoară a matrițelor, dezvoltarea modulului de realizare a semifabricatului plan și adăugarea unor noi opțiuni la alte module de proiectare, la noua versiune. Toate aceste lucruri au fost de un real folos in desfășurarea activității in cadrul întreprinderii.

Soluțiile de proiectare Solidworks te ajută să realizezi un design intuitiv într-un timp scurt. Acest soft combină ușurința de utilizare cu o gamă larga de instrumente care fac lucrul mai ușor.

Am folosit softul SolidWorks, deoarece are o interfața prietenoasă și intuitivă, acest lucru făcându-l un soft ușor de utilizat. In componența sa există diferite module care ne oferă ajutor de la calculul semifabricatului plan, proiectarea matrițelor și simularea virtuală a comportamentului acestora la deformarea plastica la rece.

Programarea mașinilor cu comanda numerică am făcut-o cu softul SolidCAM, deoarece fiind un soft dezvoltat de SolidWorks, dispune de avantaje asemănătoare cu acesta. Interfața intuitivă și recunoașterea ciclurilor de prelucrare au dus la un mod simplu în crearea programelor pentru centrele de prelucrare cu comandă numerică.

În timpul desfășurării lucrării de presare la rece, au mai fost necesare mici modificări propuse de mine, care au dus la obținerea produselor cu geometrie corectă și in cotele specificate pe desen. Aceste modificări au fost necesare, din cauza elasticității reduse a materialului și pentru realizarea geometriei piesei.

De-a lungul proiectului, am modificat sisteme de reținere a semifabricatului, siteme de ghidare și constrângere, geometria matriței și unghiuri pentru unele deformări.

Modificarea matrițelor a fost făcuta prima dată in modelul CAD, urmat de prelucrarea prin așchiere. Din cauza durității matrițelor după tratamentul termic, a fost necesar sa folosesc scule speciale de așchiere și să modific parametrii de așchiere.

Modul de calculul al forței de apăsare, și proiectarea unor plăci de bază, pe care să le folosesc și la alte proiecte l-am dobândit din cadrul unui curs organizat de compania la care îmi desfășor activitatea.

Din realizarea acestui proiect am avut unele beneficii cum ar fi: dobândirea experienței în proiectarea sculelor de deformare plastică la rece, realizarea de produse de valoare mare, într-un timp scurt, dar și crearea de noi produse care să ajute la proiectele viitoare.

Bibliografie

Picoș, C., Pruteanu O., Bohosievici C. ș.a., (1992). Proiectarea tehnologiilor de prelucrare mecanică prin așchiere, vol I, Editura Universitas, Chișinău.

Anghel D-C, Rizea A.D. (2008). Proiectarea produselor. Editura Universității din Pitești.

Sindilă G. (2014). Sisteme tehnologice de deformare plastică la rece vol I, II, editura Bern

www.solidworkstutorials.com

www.solidworks.com

www.camworks.ro

Teodorescu A. Al., Zgura Gh, s.a., (1987) – Prelucrări prin deformare plastică la rece, Editura Tehnică

Teodorescu M., s.a., (1983) – Elemente de proiectare a ștanțelor și matrițelor, Editura Didactică și Pedagogică, București

Dassault Systemes, SolidWorks 2012 – Solidworks Drawings, manual tradus de CadWorks

Dassault Systemes, (2012), Students Guide to Learning Solidworks Software, Concord USA.

my.solidworks.com/guide/solidworkstutorial

Cristel Știrbu (2007), Prietenul SolidWorks al Proiectantului, editura Tehnopress, Iași.

ANEXA1 1

Anexa 2

Anexa 3

Anexa 4