FORMĂ DE ÎNVĂȚĂMÂNT Învățământ cu frecvență PROIECT DE DIPLOMĂ CONDUCĂTOR ȘTIINȚIFIC CONF. UNIV. DR. ING. MIHĂILĂ ȘTEFAN ABSOLVENT PRADA ANDREI-MIHAI… [302805]

UNIVERSITATEA DIN ORADEA

FACULTATEA DE INGINERIE MANAGERIALĂ ȘI TEHNOLOGICĂ

DOMENIUL INGINERIE INDUSTRIALĂ

PROGRAMUL DE STUDIU T.C.M.

FORMĂ DE ÎNVĂȚĂMÂNT Învățământ cu frecvență

PROIECT DE DIPLOMĂ

CONDUCĂTOR ȘTIINȚIFIC

CONF. UNIV. DR. ING. MIHĂILĂ ȘTEFAN

ABSOLVENT: [anonimizat]

2020

UNIVERSITATEA DIN ORADEA

FACULTATEA DE INGINERIE MANAGERIALĂ ȘI TEHNOLOGICĂ

DOMENIUL INGINERIE INDUSTRIALĂ

PROGRAMUL DE STUDIU T.C.M.

FORMĂ DE ÎNVĂȚĂMÂNT Învățământ cu frecvență

UTILIZAREA SISTEMELOR CAD/CAM/CAE PENTRU PROIECTAREA MATRIȚEI DE INJECTAT REPERUL SUPORT SENZOR DESCHIDERE PORTBAGAJ (KICKSENSOR)

CONDUCĂTOR ȘTIINȚIFIC

CONF. UNIV. DR. ING. MIHĂILĂ ȘTEFAN

ABSOLVENT: [anonimizat]

2020

CUPRINS

Capitolul 1.Introducere.Istoricul,stadiul actual al utilizării materialelor plastice la nivel global și european…………………………………………………………………………………………..5

Capitolul 2. Prezentare generală a materialelor plastice………………………………………….7

2.1.Clasificarea polimerilor………………………………………………………………….7

2.2.Proprietățile generale ale materialelor plastice…………………………………………8

Capitolul 3. Tehnologia de injectare a materialelor plastice………………………………………9

Capitolul 4. Proiectarea reperului ,,suport senzor deschidere portbagaj (kicksensor)’’………….12

4.1.Principii generale de proiectare a pieselor din material plastic………………………12

4.2.[anonimizat] a reperului………………………………………………….16

4.2.1.Rolul funcțional……………………………………………………………16

4.2.2.Alegerea materialului………………………………………………………16

4.2.3.Configurarea geometrică a piesei………………………………………….17

4.2.4.Stabilirea punctului de injectare……………………………………………20

4.2.5.Determinarea contracției piesei……………………………………………20

Capitolul 5.Analiză de simulare a curgerii materialului plastic………………………………….21

Capitolul 6.Proiectarea matriței de injectat a reperului ,,kicksensor”…………………….……..27

6.1.Componența matriței de injectat…………………………………………………….28

6.2.Proiectarea detaliată a principalelor componente din matrița 3D…………………..29

6.2.1.Determinarea ciclului de injectare…………………………………………………………29

6.2.2.Stabilirea numărului de cuiburi…………………………………………….33

6.2.3.Stabilirea sistemului de injectare și dimensionarea digului…………………………………………………………………………………………………………..33

6.2.4.Determinarea direcțiilor de demulare………………………………………37

6.2.5.Proiectarea părților active ale matriței……………………………………..38

6.2.6.Calculul cinematic al mecanismelor………………………………………39

6.2.7.Proiectarea răcirii………………………………………………………….42

6.2.8.Determinarea cursei minime de deschidere a matriței……………………43

6.2.9.Stabilirea carcasei………………………………………………………….44

6.2.10.Conectarea matriței la mașina de injectat……………………………….46

6.3.Dispozitiv de verificare a reperului injectat………………………………………….47

Capitolul 7.Proiectarea tehnologiei de execuție a reperului ,,placă aruncătoare”………………50

7.1.Detalii generale despre reperul de prelucrat…………………………………………………50

7.2.Prelucrarea reperului pe tehnologia clasică…………………………………………………….53

7.2.1.Stabilirea itinerariului tehnologic……………………………………………………………….53

7.2.2.Alegerea mașinilor unelte necesare………………………………………………………..53

7.2.3.[anonimizat]……………………………………………58

7.2.4.Determinarea dimensiunilor intermediare și a adaosurilor de prelucrare…………………60

7.2.5.Calculul regimurilor de așchiere…………………………………………………………..61

7.3.Prelucrarea reperului pe mașină cu comandă numerică……………………………………..69

7.3.1.Stabilirea echipamentului necesar fiecărei operații………………………………………..69

7.3.2.Alegerea sculelor, dispozitivelor și verificatoarelor………………………………………70

7.3.3.Generarea programului de prelucrare pe mașină cu comandă numerică………………….70

Capitolul 8.Proiectarea dispozitivului pentru prelucrarea piesei ………………………………76

8.1.Schema și dimensiunile elementelor de legătură a mașinii unelte cu dispozitivul………….76

8.2.Stabilirea sistemului de orientare……………………………………………………………77

8.3.Stabilirea fixării semifabricatului………………………………………………………………83

8.4.Proiectarea ansamblului dispozitivului……………………………………………………..92

8.5.Mecanizarea dispozitivului………………………………………………………………….95

Capitolul 9.Stabilirea mașinilor unelte,sculelor și verificatoarelor……………………………..98

Capitolul 10.Norme de protecția muncii penru procesarea materialelor plastic……………….117

Bibliografie……………………………………………………………………………………..118

CAPITOLUL 1

INTRODUCERE.ISTORICUL, STADIUL ACTUAL AL UTILIZĂRII MATERIALELOR PLASTICE LA NIVEL GLOBAL ȘI EUROPEAN.

Evoluția exploatării maselor plastice începe încă din cele mai vechi timpuri, pornind de la utilizarea rășinilor naturale de origine animală, continuând cu utilizarea materialelor naturale modificate chimic (cauciucul natural, celuloza, colagenul etc.) și ajungându-se în final la utilizarea materialelor sintetice (bachelită, compușii epoxidici, policlorura de vinil etc.). Cele mai vechi materiale plastice reprezintă compuși derivați de origine animală, și anume polimerii organici. În jurul anului 1600 i.Hr., în America Centrală se utiliza cauciucul natural pentru confecționarea a diferite obiecte.

Odată cu evoluția chimiei industriale în secolul al XIX-lea, în timpul Revoluției Industriale din Europa Occidentală s-au descoperit mai multe materiale.Un eveniment marcant pentru evoluția ulterioară a industriei materialelor plastice este constituit de descoperirea procesului de vulcanizare de către Charles Goodyear a materialelor termorigide derivate din cauciuc natural.

În anul 1856, în Birmingham, Alexander Parkes brevetează descoperirea nitrocelulozei.În anul 1869, John Wesley Hyatt descoperă o metodă mai simplă de obținere a celuloidului, ceea ce facilitează producția la nivel industrial.

Chimistul german Eugen Baumann sintetizează accidental policlorura de vinil în anul 1872. Până în secolul XX se vor descoperi cazeina (un produs derivat din proteinele conținute în lapte), polietilena (sintetizată pentru prima dată de Hans von Pechmann) și diazometanul (1898).

Secolul XX debutează cu obținerea bachelitei (primul material termorigid complet sintetic) de către Leo Baekeland, prin combinarea fenolului și a formaldehidei.

După mai mulți ani de cercetare, Jacques Brandenberger brevetează o metodă de obținere a celofanului.În 1930, compania germană BASF produce pentru prima dată polistirenul, urmând ca peste 5 ani DuPont să producă nylon-ul.În 1941 amintim de producerea polietilenului teraftalat (PET). Anii ’50 sunt marcați de descoperirea polipropilenei și dezvoltarea exploatării policarbonaților.10 ani mai târziu, recipientele din polietilenă cu densitate ridicată încep să înlocuiască treptat recipientele din sticlă. Anii ’80 marchează înlocuirea acetatului celulozic cu poliesterul în vederea producerii filmelor fotografice.

[10], [11]

Stadiul actual al utilizării materialelor plastice la nivel global și European

Industria plasticului la nivel european se situează pe locul 7, la nivele asemănătoare industriei chimice și farmaceutice și implică circa 1,5 milioane de angajați în cadrul a 60.000 de companii.Cifra de afaceri este de 355 miliarde de euro în anul 2017. La nivel global, China este cea mai mare producătoare de materiale plastice, urmată fiind de Europa și America de Nord. În Asia se produc 50,1% din totalitatea maselor plastice, lider fiind China cu 29,4%, urmată fiind de Japonia cu 3,9%, în restul Asiei producându-se restul de 16,8%. Europa contribuie cu 18,5%, urmată de America de Nord cu 17,7%. Cele mai mici contribuții le au Africa și Orientul Mijlociu (7,1%), America Latină (4%) și statele ex-sovietice (2,6%).

Ciclul de viață al maselor plastice cuprinde: producerea materiilor brute, cererea de produse, producția, consumul și reciclarea produselor. Materialele plastice se descompun foarte greu, motiv pentru care este necesară reciclarea acestora. Statele care reciclează cel mai mult plastic sunt: Norvegia, Suedia, Danemarca, Germania, Cehia etc. La nivelul Uniunii Europene, majoritatea statelor au o rată de reciclare de peste 35%. Suedia, Germania, Spania sau Olanda reciclează peste 45% din deșeuri. România, Bulgaria, Polonia sau Elveția reciclează undeva între 30 și 40%. Grecia, Franța sau Finlanda reciclează cel mai puțin, sub 30 de procente.

Situația producției raportată la sectoarele de piață se prezintă astfel: 39,7% din produse sunt pentru ambalare, 19,8 % sunt pentru construcții sau clădiri, 10,1% pentru industria autovehiculelor (automotive), 6,2% pentru echipamente electronice, 4,1% pentru electrocasnice și echipamente sportive, 3,4% pentru agricultură și 16,7% pentru restul (echipamente medicale, piese de plastic pentru diferite produse din industria construcțiilor de mașini etc.). Topul companiilor  producătoare de materiale plastice cunprinde: Dow Chemical, Lyondell Basell, Exxon Mobil, SABIC, INEOS, BASF, ENI, LG Chem, Chevron Phillips, Lanxess.

[12]

CAPITOLUL 2

PREZENTAREA GENERALĂ A MATERIALELOR PLASTICE

Din punct de vedere etimologic, termenul “plastic” derivă din grecescul “plastikos”, termen ce face referire la plasticitate, adică proprietatea generală a materialelor de a se deforma ireversibil.Majoritatea maselor plastice sunt compuși sintetici derivăți din industria petrochimică, însă există  și mase plastice confecționate din materiale regenerabile, precum acidul polilactic sau celuloza.Din punct de vedere structural, majoritatea plasticelor conțin polimeri organici, alcătuiți din lanțuri de atomi de carbon în combinație cu oxigen, azot sau sulf.Aceste lanțuri se compun din unități structurale care se repetă și care poartă denumirea de monomeri.Polimerizarea permite producerea materialelor termoplaste ,precum poliacetalii , polietilena, polipropilena, polistirenul, policlorura de vinil etc. [13]

2.1.Clasificarea polimerilor

Fig. 2.1.Clasificarea polimerilor

Materialele termoplastice sunt alcătuite din lanțuri macromoleculare fără legături între ele. Acestea pot fi topite și resolidificate, fără a li se schimba semnificativ proprietățile mecanice și optice.Din acest motiv, materialele termoplastice sunt pretabile spre a fi prelucrate industrial.Se împart în structuri amorfe și semicristaline.În general, materialele amorfe sunt casante, cele mai cunoscute dintre acestea fiind policarbonații, polistirenul sau policlorura de vinil.Materialele semicristaline se compun în general din faze amorfe în care sunt încorporate faze cristaline. Cele mai cunoscute exemple sunt poliamida și polipropilena.

Elastomerii sunt materiale plastice care prezintă rețele încrucișate de molecule.În general, nu pot fi topiți fără a li se degrada structura moleculară, deoarece prezintă forțe intermoleculare slabe, modul Young scăzut și rezistență scăzută la solicitări.Creșterea temperaturii determina mărirea elasticității.

Materialele termorigide sunt rășini din plastic cu lanțuri de molecule înguste și încrucișate. Exemple dintre acestea sunt rășina epoxidică, rășina fenolică sau rășina poliesterică .În starea de aplicare, materialele sunt dure și casante. Datorită  rezistenței puternice la deplasarea moleculelor cauzată de încrucișarea rețelelor, rezistența mecanică și elasticitatea nu depind de temperatură, precum în cazul termoplastelor sau elastomerilor. [14]

2.2.Proprietățile generale ale materialelor plastice

În figura de mai jos se prezintă o analiză comparativă a principalelor proprietăți fizice ale familiilor de materiale termoplastice.

Fig. 2.2.Analiză tabelară comparativă a principalelor proprietăți fizice ale familiilor de materiale termoplastice [15], [16]

CAPITOLUL 3

TEHNOLOGIA DE INJECTARE A MATERIALELOR PLASTICE

Procesarea materialelor plastice prin metoda injectării reprezintă o componentă majoră a industriei materialelor plastice.Această metodă presupune injectarea  la presiuni ridicate de material plastic topit în interiorul unei cavități, a unui gol dintr-o matriță care are forma negativă a piesei care se dorește a se obține.Prin această metodă se poate obține o mare varietate de produse de diferite forme și pentru foarte multe aplicații.Este cea mai întâlnită metodă de fabricare a materialelor plastice.Injectarea reprezintă un proces ciclic.Un ciclu variază în medie între 10 și 100 de secunde și depinde foarte mult de timpul de răcire al materialului. Materialul plastic intră în cavitatea matriței prin intermediul unei diuze, fiind antrenat de un melc elicoidal care menține presiunea ridicată.Într-un final matrița se umple,iar plasticul este răcit.După solidificare, cele două părți componente ale matriței, partea active ,respectiv partea fixă se separă, matrița deschizându-se și produsul este evacuat din matriță.Ulterior, matrița se va închide din nou și procesul va fi reluat. [17], [19]

Fig. 3.1.Prelucrarea prin injectare a maselor plastice [18]

Procedeul injecției este utilizat pentru a produce piese din plastic cu pereți subțiri pentru o mare varietate de aplicații, una dintre cele mai frecvente fiind carcasele din plastic. Carcasa din plastic este o incintă cu pereți subțiri, care necesită adesea multe protuberanțe și bosaje pe interior. Aceste carcase sunt utilizate într-o varietate de produse, inclusiv electrocasnice, electronice de larg consum, scule electrice și ca panouri de bord pentru automobile. Alte produse obișnuite cu pereți subțiri includ diferite tipuri de containere deschise, cum ar fi gălețile. Metoda injecției este folosită și pentru producerea mai multor articole de zi cu zi, cum ar fi periuțele de dinți sau jucăriile mici din plastic. Multe dispozitive medicale, inclusiv supape și seringi, sunt fabricate de asemenea prin injecție.

Ciclul procesului de injecție este foarte scurt, de obicei între 2 secunde și 2 minute și constă din următoarele patru etape:

1).Închiderea matriței – Înainte de injectarea materialului în matriță, cele două jumătăți ale matriței trebuie mai întâi să fie închise sigur de unitatea de închidere. Fiecare jumătate din matriță este atașată la mașina de injectat.Matrița se compune din partea fixă și partea mobilă. Unitatea de închidere a matriței, acționată hydraulic, presează cele două componente și exercită o forță suficientă pentru a menține matrița închisa în siguranță în timp ce materialul este injectat. Timpul necesar pentru închiderea matriței depinde de mașină – mașinile mai mari (cele cu forțe de închidere mai mari) vor necesită mai mult timp.

2). Injectarea – Materialul plastic brut, de obicei sub formă de peleți (granule), este introdus în mașina de injectat și avansat spre matriță de către unitatea de injecție. În timpul acestui proces, materialul este topit prin intermediul căldurii și presiunii. Plasticul topit este apoi injectat sub presiune în matriță.

3). Răcirea – Plasticul topit care se află în interiorul matriței începe să se răcească imediat ce intră în contact cu suprafețele interioare ale matriței. Pe măsură ce plasticul se răcește, se va solidifica în forma piesei dorite. Cu toate acestea, în timpul răcirii pot să apară unele contracții ale piesei. Contractarea materialului în timpul injectării permite materialului suplimentar să curgă în matriță și să reducă cantitatea de contracție vizibilă. Matrița nu poate fi deschisă decât după expirarea timpului necesar de răcire. Timpul de răcire poate fi estimat pe baza mai multor proprietăți termodinamice ale plasticului și grosimea maximă a peretelui piesei.

4). Evacuarea piesei – După ce a trecut suficient timp, piesa răcită poate fi evacuată din matriță de către sistemul de evacuare, care este atașat la jumătatea din spate a matriței. Când matrița este deschisă, un mecanism este utilizat pentru a evacua piesă din matriță. Trebuie să se aplice o forță necesară pentru evacuarea piesei, deoarece în timpul răcirii piesa se contractă și aderă la matriță. Pentru a facilita evacuarea piesei, un agent chimic ce facilitează evacuarea piesei poate fi pulverizat pe suprafața cavităților matriței înainte de injectarea materialului. Timpul necesar pentru deschiderea matriței și evacuarea piesei ar trebui să includă un timp necesar pentru ca piesa să cadă din matriță. Odată ce piesa este evacuată, matrița poate fi închisă pentru injectarea următoarei cantități de material. [19]

Fig. 3.2.Fazele procesului de injectare [20]

CAPITOLUL 4

PROIECTAREA REPERULUI ,,SUPORT SENZOR DESCHIDERE PORTBAGAJ (KICKSENSOR)”

4.1.Principii generale de proiectare a pieselor din material plastic

La proiectarea pieselor din material plastic se vor lua în considerare, pe lângă cerințele funcționale ale piesei respective,  constrângeri și recomandări legate de tehnologia prin care aceasta va fi executată, în cazul de față injectarea.Mai jos sunt prezentate principiile de baza ale proiectării pieselor injectate.

Grosimi de pereți:

-menținerea grosimii peretelui sub 5 [mm], deoarece pereții groși, pe lângă proprietățile macanice scăzute, determină creșterea duratei ciclului de fabricație, precum și a consumului inutil de material plastic;

– grosimea minimă a pereților unui reper din masă plastic poate fi considerată S=0,5 mm, cu mici variații în funcție de tipul materialului plastic;

-evitarea variațiilor mari de grosime de perete, în vederea simplificării traiectoriei fluxului de material plastic topit și a minimizării variațiilor de contracție ce generează deformarea piesei;

-evitarea schimbărilor bruște ale grosimii de perete, deoarece acest lucru generează zone care concentrează solicitările și care reduc rezistența la șoc a piesei;

-schimbarea grosimii de perete trebuie să aibă loc treptat, prin intermediul unor zone de tranziție ce reduc posibilitatea apariției zonelor concentratoare de solicitări, goluri, zone vidate sau deformații;

Fig. 4.1.Recomandări în ceea ce privește grosimea pereților [21]

În concluzie,piesa se va proiecta cu o grosime uniformă de perete, ceea ce contribuie atât la creșterea productivității cât și la eliminarea concentratorilor de material sau de temperatură, concentratori ce pot introduce defecte de execuție ale reperului respectiv.

Înclinarea pereților:

În vederea extracției piesei din matriță, aceasta va fi prevăzută cu o înclinație a pereților în funcție de grosimea și înălțimea acestora.Înclinația minimă acceptată este de 0,5O,neavând o limitare superioară.

Raze de racordare:

Fig. 4.2.Raze de racordare [21]

-razele de racordare sunt necesare atât din punct de vedere al rezistenței piesei cât și pentru optimizarea curgerii materialului topit în matriță;

-colțurile ascuțite de la baza bosajelor și nervurilor pot fi concentratori de solicitări;muchia în care bosajul întâlnește peretele nominal ar trebui prevăzută cu rază pentru a diminua problema colțurilor ascuțite fără a crește grosimea peretelui, creștere ce poate determina apariția golurilor în piesă;

-o rază de racordare interioară trebuie să aibă minim jumătate din valoarea nominală a grosimii peretelui; utilizarea unor raze prea mici sau chiar proiectarea pieselor fără racordare la trecerea de la o secțiune la alta conduce la apariția unor retasuri sau goluri în piesă;

Nervuri:

Fig. 4.3.Nervuri [21]

-rolul funcțional al nervurilor prezente pe piesele injectate din material plastic este acela de a asigura rigiditatea necesară, legată de condițiile de utilizare a piesei;acestea sunt elemente geometrice foarte des întâlnite întrucât grosimile de perete sunt limitate superior;

-grosimea nervurii ar trebui să reprezinte jumătate sau maxim trei sferturi din valoarea nominală a grosimii peretelui pentru a evita apariția zonelor cu goluri;

-pentru a evita secțiunile subțiri din oțel în matriță,distanța dintre nervuri trebuie proiectată cu o valoare minimă de 2 ori jumătate mai mare decât grosimea nominală a peretelui;

-nervurile trebuie să prezinte unghi de demulare de cel puțin 0,5 grade pe fiecare parte, în vederea facilitării scoaterii piesei din matriță;

Bosaje:

Fig. 4.4.Bosaje [21]

– bosajele sunt elemente geometrice cu forma unor nervuri circulare (cilindrice);

– rolul funcțional al acestora este în principal de asamblare prin intermediul șuruburilor autofiletante;

-în principiu la dimensionarea lor trebuie luate în considerare recomandările cu privire la nervuri;

4.2.Proiectarea propriu-zisă a reperului

Proiectarea reperului constă într-un process iterativ constituit din: studiul cerințelor și a reglementărilor, analize, calcule, modelare CAD, simulări, machetări.Acest process iterativ  continuat până la validarea reperului, este un process care depășește ca termen realizarea matriței. De multe ori, în urmă testărilor pieselor obținute din matriță se constată elemente de neconformitate care trebuiesc remediate, prin modificarea piesei / matriței.

4.2.1.Analiza rolului funcțional

Rolul funcțional al piesei constă în susținerea unui senzor și asigurarea protecției acestuia la eventuale șocuri la care ar putea fi supus, acesta găsindu-se în partea inferioară a automobilului.

4.2.2.Alegerea materialului plastic

Alegerea materialului este strict legată de rolul funcțional, adică susținerea și protecția senzorului, ceea ce conduce la cerința principală legată de acest material și anume rezistența la impact (vezi extrasul din fișa de material de mai jos).

Fig. 4.5.Extras din fișa de material oferită de producător [22.]

4.2.3.Configurația geometrică a piesei

Proiectarea reperului are ca date de pornire rolurile funcționale ale acestora, precum și principiile tehnologice de proiectare a pieselor din material plastic, enumerate în subcapitolul anterior. Elementele geometrice care se vor regăsi pe reperul nostru sunt:elemente de fixare pe bara spate a automobilului, precum și elemente de fixare a senzorului.În figurile de mai jos se regăsesc elementele geometrice ale piesei și rolul lor funcțional.

Fig. 4.6.Principalele elemente funcționale de pe reper

Fig. 4.7.Vedere de sus a reperului de injectat

Pe lângă elementele funcționale, pornind de la impunerea standardelor de reciclabilitate și pentru asigurarea trasabilității execuției reperului respectiv, se regăsesc elementele de marcare.Acestea cuprind:

-elemente de identificare a mărcii producătorului;

-țara de proveniență;

-elemente de marcare a datei de fabricație (în general an/lună,dar există și posibilitatea de identificare a săptămânii, zilei și chiar a schimbului);

-materialul din care se execută piesa, în vederea asigurării condițiilor de reciclabilitate;

-numărul desenului (M1TB-17H760-A) și revizia (A);

Fig. 4.8.Elemente de marcare pe reperul din material plastic

Ca elemente de dimensionare a piesei, în cazul de față, s-au utilizat constrângerile geometrice legate de asamblarea piesei pe bara spate, precum și de asamblare a senzorului.Grosimea de perete a fost stabilită pe baza unor tabele cu grosimi recomandate pentru diverse materiale plastice, furnizate de literatura de specialitate.Nu a fost necesar un calcul de rezistență întrucât încărcarea la care este supusă este neglijabilă, fiind reprezentată de masa relativ mică a senzorului.

Tabelul 4.1.Grosimi de perete recomandate pentru diverse materiale termoplastice [23]

Grosimea maximă de perete a reperului este g=3,8 mm.Dimensiunile de gabarit sunt determinate de configurația geometrică a piesei conjugate, și în special de pozițiile elementelor de fixare dintre acestea.

4.2.4.Stabilirea punctului de injectare

Criteriile de stabilire a punctului de injectare:

1).Criteriul estetic:în cazul de față este irelevant întrucât piesa nu este expusă vederii.

2).Criteriul tehnologic:presupune umplerea simultan-uniformă a tuturor extremităților piesei,în măsură în care este posibil.

3).Criteriul care ține cont de construcția matriței de injectat, în vederea evitării poziționării punctului de injecție în proximitatea unor mecanisme sau sisteme funcționale ale matriței.

Umplerea neuniformă determina riscul apariției bavurilor în zonele care vor fi umplute la începutul procesului,întrucât este exercitată o presiune continuă până la umplerea ultimei extremități.Umplerea neuniformă determina presiuni de umplere inegal distribuite,ceea ce conduce la generarea unor zone cu proprietăți mecanice diferite.

Pornind de la criteriile enumerate mai sus, s-a ajuns la o poziție a punctelor de injectare conform imaginii de mai jos.

Poziția ideală a punctului de injectare poate fi determinată și prin simularea utilizând un program de analiză a curgerii materialului plastic injectat, de tip CAE Moldflow, CAE CADMOLD.

4.2.5.Determinarea contracției piesei

Determinarea contracției piesei se poate face:

-pe baza recomandării furnizorului de materie prima;

-pe baza unor experiențe anterioare legate de același material și o configurație asemănătoare de piesă;

-utilizând un soft de simulare a injectării;

În cazul de față producătorul a indicat intervalul 0,4…0,6%.Pornind de la acest interval, s-a luat în considerare valoarea medie de 0,5%.

CAPITOLUL 5

ANALIZĂ DE SIMULARE A CURGERII MATERIALULUI PLASTIC

Analiza de simulare a curgerii de material plastic reprezintă o etapă intermediară cu ajutorul căreia se validează proiectarea piesei și se demarează proiectarea matriței de injectare.Prin aceste analize se urmărește determinarea urmatoarelor aspecte tehnice, referitoare la curgerea polimerului in matrita, si anume:parametrii viitorului proces de injectare (presiuni, forțe de închidere, timpi de injectare, timpi de răcire etc.) si impactul procesului de injectare asupra formei piesei;

Mai jos se vor regăși câteva elemente de baza din rezultatul simulării injectării.

Fig. 5.1. Sinteză a parametrilor de baza

Fig. 5.2.Analiza uniformității grosimii de perete

Fig. 5.3.Umplerea cavității matriței (inclusiv timpul de umplere)

Fig. 5.4.Liniile de sudură.

Acestea reprezintă liniile de unire ale frontului de material, după depășirea unor obstacole (în general orificii din piesă).Acestea pot genera defecte de aspect pe suprafețe vizibile.Nu este cazul de față, piesă neavând un rol funcțional estetic.

Fig. 5.5.Zonele de acumulare a aerului.

În momentul umplerii mătriței, aerul care ocupă cavitatea mătriței este forțat să iasă în exteriorul cavitații.În acest proces de evacuare a aerului sunt zone de acumulare datorate etanșeității închiderii mătriței și care pot determina probleme de proces.În aceste zone de acumulare a aerului vor trebui prevăzute elemente de ventilare a mătriței.

Fig. 5.6.Contracția la aruncare

După cum se observă mai jos, contracția determinată prin analiză curgerii fluctuează între valorile 0,019 și 1,089%, având că valoare medie aproximativ 0,5%, valoare indicată că medie și de către furnizorul de material.

Fig. 5.7.Distribuția temperaturii în momentul finalizării umplerii cavitații

Fig. 5.8.Distribuția temperaturii la finalizarea răcirii

Deformațiile piesei post-injectare pe cele 3 direcții:

Această componentă a rezultatului analizei de simulare a umplerii este foarte importantă întrucât afectează formă finală a piesei.Această poate afecta cerințele dimensionale și de formă, exprimate în desenul reperului.

Fig. 5.9.Deformațiile pe direcția X

Fig. 5.10.Deformațiile pe direcția Y

Fig. 5.11.Deformațiile pe direcția Z

CAPITOLUL 6

PROIECTAREA MATRIȚEI DE INJECTAT PENTRU REPERUL SUPORT

Matrița de injectat este un ansamblu mecanic complex constituit dintr-o multitudine de componente, fiecare având un rol funcțional bine determinat.

Chiar dacă la prima vedere, activitatea de proiectare a matriței, pare o activitate individuală, această este o activitate complexă, care presupune munca într-o echipă proiect. Fiecare membru al echipei de proiect are rolul și sarcinile bine definite. Responsabilitățile fiecărui membru din echipa de proiect sunt bine delimitate și sunt statutate într-o matrice de responsabilități.

Acest mod de lucru a rezultat din necesitatea de a apela toate centrele de expertiză dintr-o organizație. Astfel:

–          Ingineria și Producția vor formula tema tehnică de execuție a mătriței; aceasta se constituie dint-ro serie de cerințe cu privire la viitoarea matriță, exprimate într-o matrice de cerințe.

–          Proiectantul matriței, sigur va duce greul muncii, însă va fi verificat și consiliat de către echipa de proiect , cu scopul de a se asigura că rezultatul obținut va fi optim.

-Un rol essential în verificarea și validarea proiectului îl are executantul matriței, fiind direct interest de soluțiile constructive cât mai ușor / iefin de executat.

Rezultatul procesului de proiectare se va constitui în:

– un set de informații virtuale utilizate în cadrul procesului automatizat de execuție, bazat pe prelucrări pe mașini cu comandă numerică (frezare și eroziune);

– un set de informații tipărite, utilizate în procesul de execuție pe mașini clasice (frezare, rectificare, strunjire, etc.), precum și în procesul de asamblare a matriței;

– tabelul de componente în format excel; acest format se transmite către departamentul “Achiziții” în vederea procurarilor componentelor mătriței, în stare brută sau finită;

6.1.Componența matriței de injectat

Grupurile principale de componente care alcătuiesc matrița de injectat sunt:

-părțile active inclusiv mecanismele de demulare;

-carcasa matriței împreună cu elemente de asamblare și centrare a plăcilor carcasei;

-sisteme de ridicare, manipulare și asigurare împotriva deschiderii accidentale;

-elemente de conectare cu mașina de injectat;

În imaginea de mai jos se regăsesc toate aceste elemente descrise mai sus.

Fig. 6.1.Componența matriței de injectat

6.2.Proiectarea detaliată a principalelor componente ale matriței

6.2.1.Determinarea ciclului de injectare [47]

Ciclul de injetare este esențial în procesul de injectare având legătură directă cu costul reperului și calitatea acestuia. Costul și calitatea sunt influențate antagonic de către timpul ciclului de injectare, din acest motiv trebuie găsit echilibrul optim cu privire la cele două obiective.

Pentru determinarea timpului de ciclu, se va utiliza relația:

t T = t p + t i + t men + t r [ s ]

Unde:

t T – durata totală a ciclului de injectare;

t p – timp deschidere-închidere matriță;

t i  – timpul de injecție;

t men – timpul de menținere a presiunii în matriță;

t r  – timpul de răcire;

–          timpul de deschidere – închidere a matriței, t p –  face parte din categoria timpilor auxiliari,fără legătură directă cu procesul de injectare propriu-zisă,aceștia fiind stabiliți pe baza de experiență, ținând cont de caracteristicile mașinii de injectat și de complexitatea matriței și piesei;

tp=tinchidere matriță+tdeschidere matriță+taruncare

tinchidere matriță ≈ 2s

tdeschidere matriță ≈ 2s

taruncare ≈ 3s

tp=2+2+3=7 s

timpul de injectie, t i – se calculează cu relația următoare :

[ s ]

Unde:

q – cantitatea de polimer deplasat într-o secundă, este o caracteristică a mașinii;

q = 523 cm³/s

Viteza de injectare se stabilește pe baza de experiență ținând cont de caracteristicile mașinii și de viteza maximă admisibilă de curgere (pentru evitarea degradării materialului la trecerea prin digul de injectare).

V – volumul piesei injectate;

Volumul piesei injectate este format din volumul piesei propriu – zise la care se adaugă volumul culeei și cel al canalelor de distribuție.

V = Vpiesă + Vculee + Vcanalelor

Volumul piesei se va calcula utilizând softuri de proiectare sau analiză, în cazul de față AutoVue Electro-Mechanical Professional.

Fig. 6.2.Calculul volumului reperului

Rezultă:

Vpiesă ≈ 61.315,41 mm3

Se folosește un sistem de injectare directă în matriță, prin intermediul unei duze calde, fără culee și fără canale de distribuție.Așadar:

Vculee = 0;

Vcanalelor = 0;

=>V=Vpiesa+0+0=61.315,41 mm3=61,32 cm3

=> = = 0,12 s

Pe bază de experiență, ținând cont de volumul piesei injectate și de secțiunea digului, am stabilit un timp de injectare de 1,5 s.Timpul de injectare nu poate fi mai mic decât timpul calculat pe baza capacităților maxime ale mașinii.

– timpul de menținere, t men = 15 s prin comparație cu injectarea unor piese asemănătoare;

– timpul de răcire, tr se va determina cu relația :

Unde:

q – este căldura latentă de solidificare;

– greutatea specifică a materialului injectat  [ g/cm³ ];

– grosimea peretelui piesei [ cm ];

– conductibilitatea termică a materialului  ;

tp – temperatura piesei la aruncare [ șC ] ;

tm – temperatura matriței [șC ];

q se determină cu relația:

Unde:

Q – căldura de modificare;

m – masa piesei;

Se cunoaște că: Q = ( 1 )

c – căldura specifică a materialului;

Δ T = t pi – t s;

tpi=temperatura materialului piesei la injectare;

ts – temperatura de solidificare;

Pentru materialul piesei: t s = 75ș C, t pi = 205ș C ;

Din relația ( 1 ) =>

c = 0,40 => q = 0,4 (205-75) = 52

Pentru polipropilenă:   λ=410-4

tpe=60ș C (temperatura piesei la evacuarea din matriță)

t m = 16

ρ = 0,95

=>tr = 52 s

Suprapus peste timpul de răcire,are loc dozarea (acumularea topiturii în fața melcului),pentru următorul ciclu de injectare,după cum se poate observa în figura de mai jos.

Fig. 6.3.Fazele procesului de injectare [24]

– deci, durata totală a ciclului de injectare, tT, în cazul de față este:

=>tT=tp+ti+tmen+tr=7+1,5+15+52=75,5 s

6.2.2.Stabilirea numărului de cuiburi

Stabilirea numărului de cuiburi ale matriței are la baza un calcul tehnico-economic, centrat în special pe partea economică. Se pornește de la cantitatea anuală de produse necesar a fi realizate.În cazul nostru, N=12.000 de piese/an.Capacitatea medie a unei mașini de injecție/an este:

Cm = 24

Nr. zile lucrătoare=200 (se ia standard);

Cm = 24 = 228.000 piese

Gradul de încărcare al mașinii este reprezentat de raportul dintre numărul pieselor din lot și capacitatea medie a unei mașini de injecție.

Gi = [%]

Gi = =5,24%

Luând în considerare valorile de mai sus, nu se justifică din punct de vedere tehnico-economic realizarea a mai mult de 1 cuib pentru această matriță.O matriță cu mai multe cuiburi are un cost de execuție mult mai ridicat, prețul procesului de injecție a piesei fiind puțin mai mic, amortizarea costurilor matriței făcându-se pe același număr de piese, va rezulta un cost de reper mai mare.

6.2.3.Stabilirea sistemului de injectare și dimensionarea digului

Stabilirea sistemului de injectare se face de asemenea din rațiuni tehnico-economice. La serii foarte mari de injecție se folosesc sisteme calde în vederea evitării costurilor pe care le presupune reprocesarea culeei.Tot către un sistem cald de injectare poate să conducă uneori, structura matriței.Ca și în cazul de față de exemplu, având un mecanism pe partea fixă, aceasta ar fi condus la o culee de lungime foarte mare, ceea ce este nefezabil.Din acest motiv am preferat utilizarea unei duze calde,cu injectare direct pe piesă, fără culee.

Fig. 6.4.Sistemul de injectare

Fig. 6.5.Secțiune prin sistemul de injectare

În cazul de față, alegerea secțiunii digului s-a realizat pe baza nomogramelor furnizorilor de sisteme calde. Bazat pe aceste nomograme, se determină secțiunea minimă a digului. Se alege o valoare superioară apropiată, aceasta putând fi mărită la nevoie, în urma primelor testări ale matriței.

Din nomogramă se alege secțiunea digului în funcție de grupa materialului plastic procesat și masa injectată.

Grupa este determinată utilizând tabelul de mai jos:

Fig. 6.6.Clasificarea materialelor termoplastice pe grupe [25]

Așadar, polipropilena face parte din Grupa 1 în cadrul clasificării materialelor termoplastice.

Masa piesei se calculează înmulțind volumul reperului cu densitatea materialului din care se execută reperul.

V=61,32 cm3

ρ = 0,95 g/cm³

=>m=61,32 0,95=58,25 g

Din nomograma de mai jos, se alege diametrului secțiunii digului funcție de grupa materialului (în cazul de față Grupa 1) și masa reperului injectat (în cazul de față  m=58,25 g).

Fig. 6.7.Alegerea diametrului secțiunii digului [25]

Așadar dimensiunea minimă a diametrului secțiunii digului poate lua valori între 1,60 și 1,80 mm. Am ales pentru diametrul digului valoarea, d’=2 mm.

Lungimea digului, o fixăm la,  l’ =0,2 mm; Aceasta din rațiuni de a avea o urmă cât mai discretă, lăsată de punctul de injecție pe piesă.

Alegerea diametrului duzei de injectare din matriță

Alegerea diametrului duzei matriței se va face în funcție de:

–          masa piesei de injectat ;

–          tipul materialului plastic utilizat ;

=> d 0 = f (masa piesei, material)

Calculul diametrului de intrare al duzei de injecție,în cazul nostru, cade în sarcina producătorului duzei calde.În cazul nostru acesta este de 6 mm.

Determinarea relației dintre rază duzei mașinii de injectat și raza duzei matriței:

Dacă notăm raza duzei mașinii cu R și cu d diametrul duzei mașinii de injectat, atunci :

d 0 = d + 2 ;

R = r + 1 ;

Raza duzei mașinii este 19 mm, raza duzei matriței=20 mm.

Fig. 6.8.Raza duzei matriței

6.2.4.Determinarea direcțiilor de demulare

Softurile specializate în proiectarea matrițelor conțin funcții de separare automată a suprafețelor piesei, luând în considerare o direcție de demulare principala indicată (verde). Astfel, rezultă automat suprafețele care vor fi atribuite cavitătii, miezului și eventualelor mecanisme cu direcții de demulare diferite de cea principală.(albastru)

Fig. 6.9.Determinarea curbelor și a suprafețelor de separație

Fig. 6.10.Direcțiile de demulare

6.2.5.Proiectarea părților active ale matriței

Proiectarea părților active este etapa principală a proiectării matriței.  Aceasta se realizează în următoarele etape:

–          se aplică asupra geometriei reperului injectat contracția materialului plastic; în cazul nostru 0,5%, rezultând o scalare a geometrie cu factorul 1,005.

–          se asociază suprafețele piesei injectate, în mod automat sau prin selectare manuală, cu cuibul, poansonul sau eventuale mecanismele laterale de demulare

–          pornind de la aceste suprafețe asociate diverselor părți active se finalizează geometria brută a fiecăreia dintre acestea

–          urmează finalizarea proiectării părților active concomitent cu finalizarea carcasei matriței și integrarea părților active în carcasă.

–          după această etapă, la sfârșitul căreia au fost definite toate elementele funcționale, din cadrul părților active (găuri de asamblare, de aruncare etc.), în spațial rămas se introduce circuitele de răcire.

Fig. 6.11.Proiectarea părților active

6.2.6.Proiectarea mecanismelor de demulare laterală

Mecanismele de demulare laterală (bacuri, cale înclinate etc.), sunt necesare în cazul în care există direcții secundare de demulare, în cazul de față, bosajul înclinat față de direcția principală, identificat în capitolul anterior.

Demularea acestuia se va realiza cu o inserție montată pe o patină condusă de un ghidaj înclinat.

Fig. 6.12.

Extragerea pinului din piesă trebuie realizată înainte de deschiderea planului principal al matriței (în care se găsește reperul injectat).

Deschiderea planului principal înainte de retragerea acestui pin, determină ruperea lui și deci o deteriorare gravă a matriței și a reperului injectat.

Funcționarea acestui tip de mecanism presupune deschiderea în avans a unui plan secundar de deschidere, după cum este descris în figura următoare. Distanța de deschidere necesară este determinată geometric, pornind de la lungimea bosajului înclinat și unghiul dintre axa acestuia și direcția principală de demulare.

Fig. 6.13. [26]

Fig. 6.14.Funcționarea mecanismului de demulare laterală

Prima deschidere a matriței are loc în planul de deschidere secundar, care separă în două partea fixă a matriței.Deschizându-se planul II de deschidere principal, prisma cu canale T înclinate rămâne pe loc, determinând retragerea înclinată a mecanismului.

Cursa de deschidere a planului secundar este de 35 mm (vezi limitatorul 59), determinând o deplasare axială a mecanismului de demulare.

Cursa minimă necesară pentru deplasarea axială a mecanismului înclinat este de 9,5 mm.

Cursa reală a mecanismului este de 12,6 mm, conform calculului de mai jos:

x=cursa reală a mecanismului;

α=20o;

tg α = => x=35 tg α

x=35 tg 20o => x=35 0,36=> x=12,6 mm

6.2.7.Proiectarea răcirii

Proiectarea sistemului de răcire al matriței este o etapă deosebit de importantă, întrucât are impact direct asupra ciclului de injectare și deci asupra costului procesului.

Din păcate sunt numeroase constrângeri care trebuiesc luate în considerare la proiectarea răcirii și anume, restul prelucrărilor cu diverse roluri funcționale, aplicate părților active, cum ar fi: găuri pentru asamblare, pentru elementele de ghidare, pentru aruncătoare, degajări necesare mecanismelor de demulare laterală.

Sunt situații, în care datorită dificultății de a concepe un sistem de răcire optim, se apelează la placarea unor zone ale părților active cu material cu indice de conducție foarte mare, în vederea îmbunătățirii transferului tehnic și a reducerii la minim a timpului de răcire.

În cazul de față, s-a reușit realizarea unor circuite de răcire suficient de dese și de uniform amplasate, sistem care se regăsește în figura de mai jos.

Fig. 6.15.Sistemul de răcire

6.2.8.Determinarea cursei minime de deschidere a matriței

Cursa de deschidere a matriței trebuie să fie suficient de mare pentru a asigura preluarea de către un robot a piesei de injectat  și a rețelei de injectare, în cazul de față, sau căderea liberă a acestora sub mașina de injectat.

Aceasta se va calcula utilizând următoarea formulă:

Dm=A+D+S

Unde:

-Dm = cursa de deschidere a matriței;

-A = cursa de aruncare a reperului din matrița de injectat;

-D = dimensiunea de gabarit a elementului de preluare a reperului din matriță;

-S = cursa de siguranță;

Fig. 6.16.Cursa de deschidere a matriței

În cazul nostru:A= 45 mm; D=80 mm; S=70 mm:

=>Dm=A+D+S=45+80+70=195 mm.Se va alege Dm=200 mm.

În cazul de față, la cursa de deschidere a matriței necesară pentru preluarea reperului injectat se mai adaugă cursa de deschidere a planului secundar, necesară funcționării mecanismului de demulare laterală, mașinii de injectare este diferită de cursa de deschidere a matriței, întrucât avem nevoie de o deschidere suplimentară a matriței (d), într-un plan secundar, în vederea asigurării condițiilor de funcționare a mecanismului de demulare laterală.

Fig. 6.17.Cursa de deschidere

Deci D= Dm+d

d=35 mm, conform rezultatului determinării din cap. 6.2.6.

D= 200+32 = 235 mm.

6.2.9.Determinarea carcasei

Carcasa matriței este un ansamblu de plăci care asigură fixarea părților active ale matriței, precum și ghidarea și centrarea aceastora în timpul închiderii și deschiderii matriței, în timpul procesului de injectare.

Gabaritul carcasei se stabilește în corelare cu gabaritul părților active ale matriței.

Carcasa este alcătuită din 2 subansamble, care se vor constitui în final în partea fixă și partea mobilă a matriței de injecție.

Kitul furnizat împreună cu carcasa cuprinde și șuruburile de fixare relative a plăcilor, precum și elementele de ghidare între plăcile unei semicarcase și a semicarcaselor între ele.

În cazul de față carcasa a fost achiziționată de la furnizorul de tipizate de matrițe, Meusburger.

Pe site-ul acestuia se găsește aplicația de configurare a carcasei. Detalii în figura de mai jos.

În prima etapă se definește gabaritul generic al carcasei, după care se alege, placă cu placă, fiecare componentă în parte.

Fig. 6.18.Interfețe de selecție a componentelor carcasei.

La final, carcasa, cu toate elemente constituve, este exportată în formatul CAD dorit, pentru a putea fi integrată în proiectul matriței.

Fig. 6.19.Carcasa matriței în format CAD

6.2.10.Stabilirea mașinii de injectat și conectarea matriței la mașină

Stabilirea mașinii de injectat se face având la baza 2 criterii și anume:

–          Forță de închidere necesară ( > xxx tone )

–          Volumul materialului plastic injectat ( > 61 cm3)

–          Forța de închidere necesară a fost evaluată în cadrul analizei de simulare a procesului de injectare.

Pentru această aplicație a fost vizată mașina de injecție Krauss Maffei 200/1000 CX, care sigură 200 tone ca forță de închidere și este capabilă să injecteze un volum de 523 gr.

Fig. 6.20.Caracteristicile mașinii de injecție, Krauss Maffei 200/1000 CX.

După alegerea mașinii pe baza celor 2 criterii de mai sus, se verifică:

–           posibilitatea de a monta matrița pe mașina de injectare respectiv trecerea matriței printre coloanele mașinii de injecție (446 este mai mic decât 560 mm)

–          asigurarea de către mașină a cursei de deschidere minime necesare matriței ( > 235 mm)

Fig. 6.21.Gabaritul matriței în comparație cu cel al unității de închidere a mașinii de injecție

6.3.Dispozitivul de verificare al reperului de injectat

Dispozitivul de control asigură verificarea reperului injectat, într-un mod foarte operartiv, în condiții de flux de producție.

Cu ajutorul acestuia se vor verifica coordonatele punctelor de control indicate pe desenul piesei.

Piese este fixată în poziție fermă și bine definită, după care este palpată cu tijele unor comparatoare.

Ceasurile comparatoarelor vor indica abaterea pe o direcție, de la poziția teoretică, a punctelor palpate.

Fig. 6.22.Punctele de control prezente pe desenul piesei

Fig. 6.23.Dispozitivul de verificare

CAPITOLUL 7

PROIECTAREA TEHNOLOGIEI DE EXECUȚIE A REPERULUI ,,PLACĂ ARUNCĂTOARE”

7.1.Detalii generale despre reperul de prelucrat

Se va proiecta procesul de execuție al reperului ,,placă aruncătoare” din ansamblul matriței de injectat proiectată la capitolul anterior, în condițiile unui reper unicat.

Se prezintă desenul de execuție al reperului:

Fig. 7.1.Extras din desenul de execuție al plăcii aruncătoare

Fig. 7.2.Modelul tridimensional al plăcii aruncătoare și elementele de pe reper

Elementele funcționale care se regăsesc pe reper sunt:

1.Suprafață de așezare a tălpilor aruncătoarelor (grosime placă=27 mm).

2.Tesituri (30x45o, adâncime 5 mm (x4)) pentru introducerea levierului în scopul dezasamblării pachetului de aruncare.

3.Găuri de trecere a șuruburilor de asamblare (Ø11 străpuns, Ø16 pe adâncime de 11 mm (x4)).

4.Găuri de trecere a tampoanelor de sprijin (Ø34×8).

5.Găuri de poziționare a bucșelor de centrare a pachetului și de ghidare a aruncării (Ø42H7x4).

6.Găuri filetate de fixare a camei senzorului de proximitate (M5x2).

7.Degajare pentru locașul tălpii bucșei de acționare a pachetului de aruncare (46×34, R10).

8.Gaură de trecere pentru bucșa de acționare a pachetului de aruncare (Ø30).

9.Gaură filetată, pentru fixarea distantierelor de sprijin a pachetului de aruncare (M5x10).

10.Tesituri pentru protecția operatorului, la manipulare, asamblare/dezasamblare (3x45o).

Reperul este executat din C45 STAS 880 – 80 cu următoarele caracteristici:

–         limita de curgere: σc = 480 N/mm2

–         rezistența la rupere: σc = 690 ÷ 840 N/mm2

–         alungirea: A = 14%

–         reziliența: KCU/2 = 60 J/cm2

–         duritate maximă: – normalizat – 230 HB

– recopt – 207 HB

Compoziția chimică a materialului

Conform STAS 880 – 80, compoziția chimică a oțelului C 45 este indicată în tabelul următor

Tabelul 7.1.Compoziția chimică a C 45

Caracteristici mecanice și tehnologice (conform STAS 880 – 80)

Tabelul 7.2.Caracteristici mecanice și tehnologice a C 45

Având în vedere că producția este individuală și că piesă finală nu prezintă diametre mari între diametrele secțiunilor transversale, alegem un semifabricat laminat la cald, normalizat, sub formă de secțiune circulară, conform STAS 333 – 87, din șirul de valori: 22; 25; 26; 28; 30; 32.

Acest semifabricat prezintă o structură de ferită în proporție de 30 ÷ 60%, iar restul perlită. O asemenea structură este favorabilă prelucrării prin așchiere.

Condiții de formă (conform STAS 333 – 87)

–         abaterea de la rectilinitate: 0,3 mm/m

–         ovalitatea, exprimată prin diferența dintre două diametre perpendiculare măsurate în aceeași secțiune: 0,75 din abaterile limită la diametru;

–         barele trebuie tăiate fără îndoirea capetelor și fără deformarea sensibilă a secțiunii transversale.

7.2.Prelucrarea reperului pe tehnologia clasică

7.2.1.Stabilirea itinerariului tehnologic

Itinerariul tehnologic de execuție al reperului presupune următoarele etape:

1.Debitare

2.Frezare de conturare

3.Frezare plană

4.Frezarea degajărilor pentru demontare

5.Teșire 3x45O

6.Prelucrare Ø38H7X4

7. Prelucrare Ø34X8

8. Prelucrare Ø30H7

9. Prelucrare Ø11X4

10. Prelucrare Ø42X4

11. Frezare canal 34X36

12. Frezare Ø18X4

13. Filetare M5X10

14. Filetare M5X2

15. Tratament termic

16.Rectificare

17.Operații control final

7.2.2.Alegerea mașinilor unelte necesare

Într-o prima etapă se vor alege mașinile unelte necesare:

a).Mașină de debitat

Fig. 7.3.Mașină de tăiat cu plasmă tip portal pentru operații grele LP2-HD1520 [27]

Fig. 7.4.Specificațiile mașinii [27]

b).Mașină de frezat

Fig. 7.5.Mașină de frezat cu batiu masiv și cap universal [28]

Fig. 7.6.Specificațiile mașinii de frezat [28]

c).Cuptor termic

Fig. 7.7.Cuptor termic prin inducție [29]

Fig. 7.8.Specificațiile cuptorului termic [29]

d).Mașină de rectificat

Fig. 7.9.Mașină de rectificat plan [30]

Fig. 7.10.Specificațiile mașinii de rectificat plan [30]

7.2.3.Alegerea sculelor, dispozitivelor și verificatoarelor

Alegerea sculelor este detaliată în capitolul 9.

Pietre de rectificat plan,marca Kinik:

Fig. 7.11.Pietre de rectificat plan, marca Kinik [31]

Șubler mecanic:

Fig. 7.12.Șubler mecanic [32]

Șubler digital:

Fig. 7.13.Șubler digital [33]

Micrometru:

Fig. 7.14.Micrometru [34]

Calibre pentru găuri H7:

Fig. 7.15. Calibre pentru găuri H7 [35]

Rugozimetru PS10:

Fig. 7.16.Rugozimetru PS10 [36]

Tester digital pentru testarea durității Brinell, Rockwell, Vickers NOVOTEST TB-BRV-D:

Fig. 7.17.Tester digital pentru testarea durității [37]

Ceas comparator analog:

Fig. 7.18.Ceas comparator [38]

7.2.4.Determinarea dimensiunilor intermediare și a adaosurilor de prelucrare

La debitare, se va lăsa un adaos de 2 mm pentru operația de frezare de conturare, rezultând astfel un semifabricat de 270×448.

Tot la debitare, se va lasă un adaos de 5 mm pentru operația de frezare a suprafeței plane.

at=adaos total de prelucrare [mm];

af=adaos total frezare [mm];

ar=adaos pentru rectificare [mm];

at=af+ar

at=32-(27+0,02)=4,98 mm;

ar=0,3 mm;

af=at-ar=4,98-0,3=4,68 mm

Adaosul pentru frezare pe o parte:

af = = 2,34 mm

Rectificarea suprafeței plane se va efectua pe o mașînă de rectificat plan,cu o piatră abrazivă D=300 mm și l=40 mm.

ar=0,3-0,02=0,298 mm;

Adaos pentru rectificare pe o parte:

ar = = 0,149 mm

La degroșare:

Adâncimea de așchiere t=0,033 mm.

Numărul de treceri i=3 => 0,149-3 0,033=0,05 mm.

La semifinisare:

Adâncimea de așchiere t=0,02 mm.

Numărul de treceri i=2 => 0,05-2 0,02=0,01 mm.

La finisare:

Adâncimea de așchiere t=0,005 mm.

Numărul de treceri i=2 => 0,01-20,005=0 mm.

7.2.5.Calculul regimurilor de așchiere

1.Frezare de contur:

După debitare se va lasă un adaos=2 mm și astfel se va obține un semifabricat cu următoarele dimensiuni:L=448 mm și l=270 mm.

Se va folosi o freză cilindro-frontală de Ø40.

Nr. de dinți=5

n=250

t=1 mm

s=12,5

vas= []

vas= =31,4

În cazul în care se va folosi o freza Ø40 prevăzută cu plăcute din carburi metalice:

t=1 mm

n=630

s=63

vas= []

vas= =79,12

2.Frezarea suprafeței plane:

Ra=1,6 μm

Se va lăsa un adaos după debitare de 5 mm și astfel se va obține un semifabricat cu grosimea g=32 mm.

32 mm => 27+0,02+0,01 mm

Adaos total de prelucrare=at=adaos total frezare+adaos pentru rectificare

at=32-(27+0,02)=4,98 mm

adaos rectificare=0,3 mm

adaos total frezare=at-adaos rectificare=4,98-0,3=4,68 mm

Se va alege o freză cilindro-frontală Ø40 cu 5 pastile (dinți).

Calculul regimului de așchiere:

-pentru degroșare:

Adaos==2,34 mm

t=1,5 mm

n=400

s=0,2

vas= []

vas= =50,24

Se va obține rugozitatea Ra=12,5 μm.

-pentru semifinisare:

t=0,5 mm

n=500

s=0,15

vas= []

vas= =62,8

Se va obține rugozitatea Ra=6,3 μm.

-pentru finisare:

t=2,34-1,5(la degroșare)-0,5(la semifinisare)=0,34 mm

s=0,1

n=800

vas= []

vas= =100,48

Se va obține rugozitatea Ra=3,2 μm.

Pentru realizarea adaosului de prelucrare prin frezare,se va efectua un număr de 6 treceri.

i=2 (degroșare)+2 (semifinisare)+2(finisare)=6 treceri;

3.Frezarea degajarilor pentru demontare:

Se va folosi o freza cilindro-frontală de Ø10.

Nr. de dinți=2.

n=400

t = = 5 mm

s=0,3

vas= []

vas= =12,56

4.Teșire 3X45o:

-se va utiliza un tesitor;

5.Prelucrarea orificiilor Ø38H7X4:

Operații:centruire cu burghiu de centrat,găurire cu burghiu de Ø37,5 și alezare (la H7) cu alezor de Ø38

Centruire:

n=600

t=adâncimea de așchiere(=valoare neglijabilă)

Găurire:

n=1000

s=0,3

t = = 18,75 mm

vas= []

vas= =117,75

Alezare (pe mașină):

n=60

t = = 0,25 mm

s=0,4

vas= []

vas= =7,16

6. Găurire Ø34X8 (gaură străpunsă):

Operații:centruire cu burghiu de centrat și găurire cu burghiu de Ø34

Centruire:

n=600

t=adâncimea de așchiere(=valoare neglijabilă)

Găurire:

n=800

t = =17 mm

s=0,4

vas= []

vas= =85,4

7.Prelucrarea orificiului Ø30H7:

Operații:centruire cu burghiu de centrat,găurire cu burghiu de Ø29,75 și alezare (la H7) cu alezor de Ø30.

Centruire:

n=600

t=adâncimea de așchiere(=valoare neglijabilă)

Găurire:

n=1000

s=0,3

t = = 14,875 mm

vas= []

vas= =93,415

Alezare (pe mașină):

n=60

t = = 0,125 mm

s=0,4

vas= []

vas= =5,65

8. Găurirea orificiilor Ø11X4:

Operații:centruire cu burghiu de centrat și găurire cu burghiu de Ø11

Centruire:

n=600

t=adâncimea de așchiere(=valoare neglijabilă)

Găurire:

n=800

t = = 5,5 mm

s=0,4

vas= []

vas= =27,63

9. Frezare Ø42X4 (pe adâncime de 6mm):

Se va folosi o freză cilindro-frontală de Ø42.

Nr. de dinți=5

n=100

t = = 21 mm

s=0,3

vas= []

vas= =13,19

10. Frezare Ø20 (pe adâncime de 6mm):

Se va folosi o freză cilindro-frontală de Ø20.

Nr. de dinți=4

n=200

t = mm

s=0,3

vas= []

vas= =12,56

11. Frezare Ø18X4 (pe adâncime de 6mm):

Se va folosi o freză cilindro-frontală de Ø18.

Nr. de dinți=4

n=200

t = 9 mm

s=0,3

vas= []

vas= =11,304

12. Filetare M5X12:

La filet M5, pasul=0,8 mm,conform DIN336

Operații:centruire cu burghiu de centrat,găurire cu burghiu de Ø4,2 și filetare (pe mașină) cu tarod M5 sau filetare manuală cu set de 3 tarozi M5

Centruire:

n=600

t = adâncimea de așchiere (=valoare neglijabilă)

Găurire:

Diametru burghiu=5-pasul filetului=5-0,8=4,2 mm

t = 2,1 mm

n=1400

s=0,4

vas= []

vas= =18,46

Filetare:

Pentru filetul metric, adâncimea filetului se calculează cu relația h=0,86p,unde p=pasul filetului.Pentru filet în țoli,adancimea filetului se calculează cu relația h=0,96p.

Rezultă pentru filet M5=> h=0,860,8=0,688 mm

Prelucrarea filetului se poate execută pe mașină sau manual.

Dacă se execută manual,se ia n=12

Dacă se execută pe mașină,se ia n=50 . Se va executa pe mașină.

t0,4 mm

vas= []

vas= =0,785

s=0,2

13. Rectificarea suprafeței plane:

-se va efectua pe o mașină de rectificat plan, cu o piatră abrazivă D=300 mm și l=40 mm.

Adaos rectificare=0,3-0,02=0,298 mm.

= 0,149 mm

Calculul regimului de așchiere la rectificare:

-pentru degroșare:

t=0,033 mm:3 treceri;=>0,149-3 0,033=0,05 mm

n=1400

vas= []

vas= =21,98

-pentru semifinisare:

t=0,02 mm:2 treceri=>0,05-2 0,02=0,01 mm

n=1400

vas= []

vas= =21,98

-pentru finisare:

t=0,005 mm:2 treceri;=>0,01-2 0,005=0 mm

n=1400

vas= []

vas= =21,98

7.3.Tehnologia de prelucrare asista de calculator CAD/CAM pentru reperul placa aruncatoare

7.3.1.Stabilirea echipamentului necesar fiecărei operații

La prelucrarea pe mașini cu comandă numerică se vor utiliza aceleași mașini unelte alese la subcapitolul 7.2.2., în afară de mașina de frezat convențională, care în cazul de față va fi înlocuită cu o mașină de frezat cu comandă numerică, ale cărei specificații vor fi detaliate mai jos.

Fig. 7.19. Mașină de frezat verticală DMC1150V

Specificațiile mașinii:

Tabelul 7.1.Specificațiile mașinii de frezat DMC1150V

7.3.2.Alegerea sculelor, dispozitivelor și verificatoarelor

Cu excepția sculelor, dispozitivele și verificatoarele sunt identice cu cele utilizate la prelucrările pe mașini clasice.

7.3.3.Generarea programului de prelucrare pe mașini cu comandă numerică

În cadrul softului CAM Creo 2 s-au definit 3 operații pentru prelucrarea plăcii aruncătoare.

Într-o prima etapă, în cadrul softului s-a importat modelul 3D CAD al reperului.

Fig. 7.20.Importarea modelului 3D al piesei

A două etapă presupune alegerea sistemului de coordonate pentru fiecare dintre cele 3 operații (prinderi ale plăcii).

Fig. 7.21.Stabilirea sistemului de coordonate (cel colorat cu verde)

A treia etapă presupune alegerea centrului de prelucrare.

Fig. 7.22.Definirea centrului de prelucrare

Operația 1:

Se alege scula, parametrii de așchiere, precum și strategia de frezare pentru prima operație.

Fig. 7.23.Definirea sculei pentru operația 1

Fig. 7.24.Stabilirea parametrilor la operația 1

În etapa următoare, softul determină traiectoria sculei, rezultatul fiind în linii de program.

Fig. 7.25.Simularea traseului sculei în cadrul operației 1

Rezultatul calculului traiectoriei este programul de mai jos:

%

N0005(FADAL VMC 6030 – VH65)

N0010G90G40G80

N0015( / TOOL_TYPE : END MILL)

N0020( / CUTTER_DIAM : 40.000000)

N0025( / LENGTH : 50.000000)

N0030T1M6

N0035S1500M3

N0040G0X-155.3Y0.

N0045G43Z102.5H1

N0050Z12.5

N0055G1Z2.F1500.

N0060X-5.

N0065Y-93.7

N0070X4.7

N0075Y93.7

N0080X-5.

…

N2300Y-234.735

N2305Z-22.

N2310Y240.678

N2315Z-22.5

N2320Y-234.735

N2325Z-23.

N2330Y240.678

N2335Z-23.5

N2340Y-234.735

N2345Z-24.

N2350Y240.678

N2355Z-24.5

N2360Y-234.735

N2365Z-25.

N2370Y240.678

N2375Z-25.5

N2380Y-234.735

N2385Z-26.

N2390Y240.678

N2395Z-26.5

N2400Y-234.735

N2405Z-27.

N2410Y240.678

N2415Z-27.5

N2420Y-234.735

N2425Z-28.

N2430Y240.678

N2435Z-28.5

N2440Y-234.735

N2445Z-29.

N2450Y240.678

N2455Z-29.5

N2460Y-234.735

N2465Z102.5

N2470M5

N2475M2

%

Pentru operațiile 2 și 3, primele 3 etape parcurse sunt identice, următoarele fiind similare, mai jos regăsindu-se traseele de scula.

Fig. 7.26.Simularea traseului sculei în cadrul operației 2

Fig. 7.27.Simularea traseului sculei în cadrul operației 3

Programele complete pentru executarea celor 3 operații se regăsesc în anexă.

Efectuarea normei de timp pentru cele doua tehnologii:

[min/buc] [7]

unde:

– timpul de pregătire pentru studierea lucrării, adunarea materialului de la locul de

N- mărimea lotului, N=1 buc.

timp de deservire tehnică

timpul de bază

timp de deservire loc de muncă

a).Frezarea suprafeței plane

tb = = [min]

l1 = + (0,5…2) [mm]

l2 =7…20 [mm] => l2=10 mm;

min (degroșare)

min (semifinisare)

min (finisare)

min

Pe tehnologia cu comanda numerica:

39,86 min (conform simularii)

15+39,86=54,86 min

b).Frezare contur

tb = = [min]

l1 = + (0,5…2) [mm]

l2 =7…20 [mm] => l2=10 mm;

min

min

min

Pe tehnologia cu comanda numerica:

33,52 min (conform simularii)

15+33,52=48,52 min

c).Tesire 3x45o:

tb = = [min]

l1 = + (0,5…2) [mm]

l2 =7…20 [mm] => l2=10 mm;

min

min

min

Pe tehnologia cu comanda numerica:

16,32 min (conform simularii)

15+16,32=31,32 min

d).Filetare M5X10:

tb = = [min]

l1 = + (0,5…2) [mm]

l2 =7…20 [mm] => l2=10 mm;

min

min

min

Pe tehnologia cu comanda numerica:

53,14 min (conform simularii)

15+53,14=68,14 min

e).Prelucrare Ø38H7X4:

tb = = [min]

l1 = + (0,5…2) [mm]

l2 =7…20 [mm] => l2=10 mm;

min

min

min

Pe tehnologia cu comanda numerica:

34,46 min (conform simularii)

15+34,46=49,46 min

Fig. 7.28.Analiză grafică comparativă a timpilor de prelucrare pe tehnologia clasică și CNC

CAPITOLUL 8

DISPOZITIV DE FIXARE A REPERULUI PLACĂ ARUNCĂTOARE PENTRU OPERAȚIA DE FREZARE PLANĂ

8.1. Schema și dimensiunile elementelor de legătură a mașinii unelte cu dispozitivul

Fig. 8.1.Masa mașinii și dimensiunile sale

A=20.00’’ (508 mm)

B=49.00’’ (1244,6 mm)

C=43.50’’ (1104,9 mm)

D=2.05’’ (63,5 mm)

E=3.75’’ (95,25 mm)

Fig. 8.2.Profilul și dimensiunile canalelor T ale mesei

E=.7085-.7100’’ (17,996-18,034 mm)

F=1.19-1.25’’ (30,23-31,75 mm)

G=.787’’ (19,99 mm)

H=.482-.542’’ (12,24-13,77 mm)

J=1.299’’ (32,995 mm)

8.2.Stabilirea sistemului de orientare

a).Schița operației pentru care se proiectează dispozitivul, cuprinzând toate cotele, abaterile și condițiile tehnice impuse

Fig. 8.3.Dimensiunile semifabricatului după operația de finisare din cadrul frezării plane

b).Stabilirea cotelor de realizat la prelucrare și a sistemului bazelor de cotare pentru suprafețe de prelucrat

Fig. 8.4.Stabilirea bazelor de orientare [39] pagina 28

Fig. 8.5.Materializarea bazelor de orientare [39] pagina 29

c).Stabilirea sistemului bazelor de orientare pentru 3 variante

Prima variantă de orientare:

Fig. 8.6.Stabilirea sistemului bazelor de orientare pentru prima variantă

Baza de cotare/măsurare:BS (baza de sprijin)

Baze de orientare:BA (baza de așezare);BG (baza de ghidare);BS (baza de sprijin)

Suprafață de prelucrat:S

a=distanța de la baza de orientare A la suprafață de prelucrat S

a=27

Ta=toleranța cotei a

Ta=0,32

Tabel 8.1.Stabilirea bazelor de orientare pentru prima variantă

În total se anulează 6 grade de libertate.

A doua variantă de orientare:

Fig. 8.7.Stabilirea sistemului bazelor de orientare pentru a doua variantă

Baza de cotare/măsurare:BS (baza de sprijin)

Baze de orientare:BA (baza de așezare);BG (baza de ghidare);BS (baza de sprijin)

Suprafață de prelucrat:S

a=distanța de la baza de orientare A la suprafața de prelucrat S

a=27

Ta=toleranța cotei a

Ta=0,32

Tabel 8.2.Stabilirea bazelor de orientare pentru a două varianta

In total se anulează 6 grade de libertate.

A treia variantă de orientare:

Fig. 8.8.Stabilirea sistemului bazelor de orientare pentru a treia variantă

Baza de cotare/măsurare:BS (baza de sprijin)

Baze de orientare:BA (baza de așezare);BG (baza de ghidare);BS (baza de sprijin)

Suprafață de prelucrat:S

a=distanța de la baza de orientare A la suprafața de prelucrat S

a=27

Ta=toleranța cotei a

Ta=0,32

Tabel 8.3.Stabilirea bazelor de orientare pentru a treia variantă

În total se anulează 6 grade de libertate.

d).Alegerea variantei optime de orientare din punct de vedere al preciziei și economicității

[40], pag. 21-23

In care: dimensiunea de calcul, respectiv distanța de la BO la BC, pe direcția cotei de prelucrat

elementele lanțului de dimensiuni

In care: câmpul de dispersie al dimensiunii L

ε= (εD2+ εP2+ εF2+ εN2)1/2

În care:

εD=eroarea dimensională;

εP=eroarea de poziție;

εF=eroare de formă;

εN=eroarea de netezime;

Pentru varianta I:

εD=0

εP=0,08

εF=0,08

εN=0,0016

ε= (εD2+ εP2+ εF2+ εN2)1/2=(02+0,082+0,082+0,00162)1/2=0,01281/2=0,11313

Pentru varianta ÎI:

εD=0

εP=0,08

εF=0,08

εN=0,0016

ε= (εD2+ εP2+ εF2+ εN2)1/2=(02+0,082+0,082+0,00162)1/2=0,01281/2=0,11313

Pentru varianta III:

εD=0

εP=0,08

εF=0,08

εN=0,0016

ε= (εD2+ εP2+ εF2+ εN2)1/2=(02+0,082+0,082+0,00162)1/2=0,01281/2=0,11313

Se va alege varianta I de orientare și cotare deoarece este cea mai corectă din punct de vedere tehnologic.

8.3.Stabilirea fixării semifabricatului

a).Stabilirea forțelor de așchiere.Stabilirea forțelor de fixare la punctele de aplicație, direcția, sensul, modulul [41]

1).Frezare de degroșare:

Se va alege pentru degroșare o freza cilindro-frontală cu 6 dinți.

Diametrul frezei:D=Ø40 mm

Adaosul de prelucrare:=2,34 mm, i=2 treceri

Viteza de așchiere: v=50,24

Turația:n=400

Avansul pe dinte:sd=0,2

Avansul pe o rotație:sr = sd 6=0,2 6 = 1,2

Avansul de lucru:s=n sr=400 1,2= 480

Forța de așchiere la degroșare:

Fa = forță de așchiere axială;

Mt = momentul de torsiune;

CF = coeficient al forței axiale;

xF, yF, LF, qF = exponenți ai forței axiale;

u = adâncimea de așchiere (t), în [mm];

= avansul pe dinte, în [;

D = diametrul frezei;

B = lățimea suprafateței de prelucrat;

z = numărul de dinți ai sculei;

Calculul puterii efective de așchiere:

Pe = = = 0,91 kW

Momentul forței de frecare:

MFf=Ffb [Nmm]

în care: Ff = forța de frecare [N];

b = brațul forței [mm];

446 mm

Ff=μFN [N]

în care: μ = coeficient de frecare;

FN = forța normală [N];

μ=0,20

FN=Fa+G [N]

în care: Fa = forța axială calculată [N];

G = forța de greutate [N];

FN=1087,22+222=1309,22 N

Ff=0,201309,22=261,844 N

MFf=261,844446=11.678,242 daNmm

Mt=2.174,44 daNmm < MFf=11.678,242 daNmm

2).Frezare de semifinisare:

Se va alege pentru semifinisare o freză cilindro-frontală cu 6 dinți.

Diametrul frezei:D=Ø40 mm

Adaosul de prelucrare: 2,34-1,5=0,84 mm, i=2 treceri

Viteza de așchiere: v=62,8

Turația:n=500

Avansul pe dinte:sd=0,15

Avansul pe o rotație:sr = sd6=0,156 = 0,9

Avansul de lucru:s=nsr=500 0,9 = 450

Forța de așchiere la semifinisare:

Fa = forță de așchiere axială;

Mt = momentul de torsiune;

CF = coeficient al forței axiale;

xF, yF, LF, qF = exponenți ai forței axiale;

u = adâncimea de așchiere (t), în [mm];

= avansul pe dinte, în [;

D = diametrul frezei;

B = lățimea suprafatetei de prelucrat;

z = numărul de dinți ai sculei;

Calculul puterii efective de așchiere:

Pe = = = 0,27 kW

Momentul forței de frecare:

MFf=Ffb [Nmm]

în care: Ff = forța de frecare [N];

b = brațul forței [mm];

446 mm

Ff=μFN [N]

în care: μ = coeficient de frecare;

FN = forța normală [N];

μ=0,20

FN=Fa+G [N]

în care: Fa = forța axială calculată [N];

G = forța de greutate [N];

FN=257,95+222=479,95 N

Ff=0,20479,95=95,99 N

MFf=95,99446=4.281,15 daNmm

Mt=515,90 daNmm < MFf=4.281,15 daNmm

3).Frezare de finisare:

Se va alege pentru finisare o freză cilindro-frontală cu 6 dinți.

Diametrul frezei:D=Ø40 mm

Adaosul de prelucrare: 0,84-0,5=0,34 mm, i=2 treceri

Viteza de așchiere: v =100,48

Turația:n=800

Avansul pe dinte:sd=0,1

Avansul pe o rotație:sr = sd 6=0,1 6=0,6

Avansul de lucru:s=n sr=800 0,6=480

Forța de așchiere la finisare:

Fa = forță de așchiere axială;

Mt = momentul de torsiune;

CF = coeficient al forței axiale;

xF, yF, LF, qF = exponenți ai forței axiale;

u = adâncimea de așchiere (t), în [mm];

= avansul pe dinte, în [mm/rot];

D = diametrul frezei;

B = lățimea suprafatetei de prelucrat;

z = numărul de dinți ai sculei;

Calculul puterii efective de așchiere:

Pe = = = 0,20 kW

Momentul forței de frecare:

MFf=Ffb [Nmm]

în care: Ff = forța de frecare [N];

b = brațul forței [mm];

446 mm

Ff=μFN [N]

în care: μ = coeficient de frecare;

FN = forța normală [N];

μ=0,20

FN=Fa+G [N]

în care: Fa = forța axială calculată [N];

G = forța de greutate [N];

FN=122,01+222=344,01 N

Ff=0,20344,01=68,802 N

MFf=68,802446=3.068,57 daNmm

Mt=244,02 daNmm < MFf=3.068,57 daNmm

Cum momentul de torsiune maxim (la degroșare) Mt=2.174,44 daNmm < MFf=11.678,242 daNmm (momentul rezistent maxim), rezultă că este necesară o forță minimă pentru fixarea semifabricatului, orientată conform schiței din figura de mai jos.

Fig. 8.9.Schiță de principiu pentru fixarea piesei

b).Stabilirea mecanismului de fixare în 3 variante

I.Varianta de fixare cu filet [39], pag. 116-119

Fig. 8.10.Fixare cu filet

Am ales ca o primă variantă de fixare a semifabricatului o metodă de fixare cu filet cu contact punctiform.

Forța de acționare:Q=15 daN;

Diametrul tijei filetate:D=30 mm;

Brațul cheii de acționare:L=220 mm;

Pasul filetului:p=2 mm

Unghiul filetului:=60o;

Înălțimea filetului:h=0,86 p=0,86 2=1,72 mm

Raza medie a filetului:= = 14 mm

Coeficientul de frecare:;

5,72o=0,1 rad

=60o=1,047 rad

= 2,17

= = 217,25 daN

Cea mai mare forță de așchiere este forța de așchiere la degroșare:Fa max=108,722 daN

217,25 daN > 108,722 daN => S > Fa max

II.Varianta de fixare cu pene, acționat cu o tijă filetata [39], pag. 103-105

Fig. 8.11.Fixare cu pene

Calculul forței șurubului cu contact punctiform:

Forța de acționare:Q=15 daN;

Diametrul tijei filetate:D=20 mm;

Brațul cheii de acționare:L=170 mm;

Pasul filetului:p=2,5 mm

Unghiul filetului:=60o;

Înălțimea filetului:h=0,86 p=0,86 2,5=2,15 mm

Raza medie a filetului:= = 8,925 mm

Coeficientul de frecare:;

5,72o=0,1 rad

=60o=1,047 rad

= 2,17

==131,67 daN

Calculul forței de fixare:

Am ales o pană cu o singură înclinație.

Unghiul de înclinație al penei:α=11o;

Coeficientul de frecare:;

Forța de fixare:

5,72o=0,1 rad

α=11o=0,19 rad

= 337,62 daN

Cea mai mare forță de așchiere este forța de așchiere la degroșare:Fa max=108,722 daN

337,62 daN > 108,722 daN => S > Fa max

III.Varianta de fixare cu excentric [39], pag. 107-116

Fig. 8.12.Fixare cu excentric

Date inițiale:

Forța de acționare:Q=15 daN;

Lungimea manetei excentricului:L=100 mm;

Excentricitatea:e=6 mm;

Pentru D=120:

=> ()

Pentru D=80:

=> ()

Deci 13 < < 20.Respectând aceste caracteristici, excentricii îndeplinesc condiția de autofrânare.

K=4…5 (se alege K=5);

R = = = 40 mm;

β=90o;

Forța de fixare S:

= =83,33 daN

Cea mai mare forță de așchiere este forța de așchiere la degroșare:Fa max=108,722 daN

83,33 daN < 108,722 daN => S < Fa max

c).Determinarea variantei economice de fixare corespunzător producției

Dintre cele 3 variante de fixare, a treia variantâ, cea de fixare cu excentric circular, prezintă o forță de fixare a semifabricatului mai mică decât cea minimă admisibilă.Dintre primele 2 variante, ambele respectă condiția S>Fa max, forța de fixare fiind mai mare în cazul variantei de fixare cu pene și tijă filetată.Se va alege totuși prima varianta de fixare, cea cu filet, deoarece este cel mai simplu de executat dintre cele 3 variante de dispozitive, prezintă o forță de fixare suficient de mare la o forță de acționare Q=15 daN.

8.4.Proiectarea ansamblului dispozitivului

Fig. 8.13.Trei variante de dispozitive

Dintre cele trei variante, se va opta pentru cea din mijloc și pentru cea din dreapta, ca variantă mecanizată, din considerente de gabarit.

Fig. 8.14.Dispozitiv, varianta acționată manual

În cadrul variantei mecanizate a dispozitivului, șurubul de acționare a fost înlocuit cu un cilindru hidraulic.

Fig. 8.15.Dispozitiv, varianta mecanizată cu cilindru hidraulic

b).Stabilirea cotelor funcționale ale dispozitivului și a abaterilor acestora

Cotele funcționale ale dispozitivului se regăsesc în cadrul desenului de execuție a reperului placă de bază.

Fig. 8.16.Extras din desenul de execuție a reperului placă de bază

c).Stabilirea metodelor de realizare a lanțului de dimensiuni a ansamblului și calculul acestora

Cotele funcționale ale ansamblului unui dispozitiv sunt acele cote care determină precizia necesară a fi obtinută pe piesă de prelucrat, în dispozitivul respectiv și cele care asigură funcționarea corectă a subansamblurilor din care este compus dispozitivul.

Cotele  dispozitivului  care  determină  pe  cele  de   realizat   pe  piesa  de prelucrat  sunt  cotele de închidere a unor lanțuri de dimensiuni ale ansamblului.

Cotele funcționale ale dispozitivului sunt:

– dimensiunile elementelor de orientare;

– dimensiunile gabaritului;

– cotele de poziție reciprocă și dimensiunile elementelor care fac legătura dispozitivului cu

mașina– unealtă ;

– dimensiunile de ansamblu ale dispozitivului;

d).Stabilirea materialului elementar, componente și tratamente termice corespunzătoare

Tabelul 8.4.Prezentarea materialelor principalelor componente

Reperelor bac fix, bac mobil, șurub special, capăt șurub special, precum și bolțului pentru sprijinirea semifabricatului, al căror material de bază este OLC45, li se va aplica tratament termic de călire-revenire până la 38-42 HRC.

e).Descrierea dispozitivului, părți componente, funcționare, întreținere și reparații, norme de tehnica securității muncii (exploatării dispozitivului)

Dispozitivul este format dintr-o placă de bază (placă suport) pe care sunt montate bacul fix, bacul mobil, riglele de ghidare precum și un bolț pentru sprijinirea semifabricatului.Funcționarea constă în acționarea unui șurub special (prin intermediul unei tije care trece prin capul șurubului, aplicând o forță de acționare Q=15 daN), la capătul căruia se asamblează un element care se va monta într-un locaș special practicat la baza bacului fix.Bacul fix și bacul mobil asigură baza de așezare (BA) a semifabricatului, constituind în același timp o bază dublă de ghidare (BDG).Bolțul pentru sprijinul semifabricatului constituie baza de sprijin (BS).Dispozitivul conceput este unul universal.Între bacul fix și bacul mobil pot fi montate piese prismatice, pentru operații de frezare plană, frezare de conturare, teșire, găurire, alezare, filetare, rectificare plană etc.De asemenea bacurile sunt prevăzute cu niște locase în care se pot monta piese cilindrice de diferite diametre, pentru operații precum  găurire axială, alezare, filetare, frezare la capete etc.

Normele de tehnică securitătii muncii sunt cele în vigoare, norme ce trebuie respectate în cazul lucrului pe mașini unelte.Intervenția pentru schimbarea semifabricatului sau curățarea dispozitivului se va face doar când utilajul este oprit. Pornirea mașinii se face doar cu ușile de protecție în poziție închisă.Reparațiile se fac doar de către personalul instruit și autorizat în acest sens.Mai jos sunt detaliate câteva precizări referitoare la normele de tehnica securității muncii:

-Piesa trebuie să fie bine strânsă în dispozitivele de prindere și asigurată împotriva rotirii accidentale;

-Se va verifica prinderea (orintarea-poziționarea și strângerea) corectă a piesei în dispozitiv;

-Se vor utiliza ecrane de protecție împotriva lichidului de ungere precum și a așchiilor care pot proveni din cadrul procesului de prelucrare;

-Se va curăța bine dispozitivul de așchii;

– Nu se va porni dispozitivul dacă nu este cunoscut;

– Muncitorii trebuie să fie instruiți în probleme de tehnica securității muncii;

– Maistrul trebuie să facă muncitorilor instructajul individual referitor la utilajul la care se va lucra;

– Instructajul de protecție a muncii se va repeta la intervalele indicate de instrucțiuni, completându-se, de fiecare dată, fișa de instructaj ;

– Să fie afișate la locuri vizibile, dispozițiile legale și instruciunile de tehnica securității muncii

-Îmbrăcămintea va fi bine strânsă pe corp, iar părul va fi bine acoperit;

-Este interzisă strângerea manșetelor la salopetă cu ajutorul ațelor sau sforilor, întrucât capetele acestora pot fi prinse de burghiul sau axul mașinii, producând accidentarea gravă a muncitorului;

-Se interzice măsurarea adâncimii găurii cu ajutorul instrumentelor de măsură sau curățarea de așchii, înainte de oprirea mașinii. Pentru măsurarea adâncimii găurilor, în timpul lucrului se vor folosi numai rigla divizată și reperul, adoptate de fabrică pe mașină;

-La găurirea prin așchiere, apăsarea de avans se va reduce treptat în apropierea momentului de străpungere, pentru a se evita autoangajarea burghiului în avans, deoarece în acest caz se poate produce ruperea burghiului sau smulgerea semifabricatului din dispozitivul de prindere, care de cele mai multe ori se soldează cu accidentarea muncitorului;

8.5.Mecanizarea dispozitivului

a).Stabilirea schemei de acționare

Fig. 8.17.Schemă de acționare [42]

Fig. 8.18.Sistem de alimentare a cilindrului hidraulic [43]

b).Calculul elementelor de acționare [44]

S=FP K [N];

S=forță de strângere [N];

FP=forță de presiune [N];

K=coeficient de siguranță [N];

K=1,2…1,3;

Fp = [N]

Presiunea P=4…5 bari;

D= [mm]

S=200 daN=2000 N (vezi capitolul 3);

S=FP K => FP= [N]=>FP= => FP=1600 N

D= =>D= =20,19=21 mm

Dmotor>Dcalculat=>Dmotor>21 mm

Se alege D=50 mm.

c).Descrierea,funcționarea,întreținerea și reparația.Norme de tehnică securității muncii

Componential principale sunt aceleași ca în cazul variantei de dispozitiv prezentate în capitolul IV.Diferența consta în faptul că în cazul variantei mecanizate, șurubul de acționare va fi înlocuit cu un cilindru hidraulic.Cilindrul se va monta pe bacul mobil.La capătul tijei pistonului va fi asamblat un șurub Tenon, care se va monta în locașul special prevăzut la baza bacului fix. În placa de bază va fi practicat un locaș care va ghida suportul cilindrului hidraulic.Pentru alimentarea acestuia se va utiliza un sistem a cărui schemă de acționare și configurație este detaliată în cadrul subpunctului a). al acestui capitol.

Normele de tehnica securității muncii sunt aceleași, precum în cazul variantei manuale de dispozitiv.

CAPITOLUL 9

ALEGEREA SCULELOR

[45]

Freză cilindro-frontală Ø40 cu 5 pastile pentru conturare

2). Freză cilindro-frontală Ø40 cu 5 pastile pentru frezarea suprafeței plane

3). Freză Ø12R1 pentru frezarea  degajărilor pentru demontare

4). Freză Ø12R1 pentru teșire 3x45o

Burghiu Ø37,5

Alezor Ø38H7

BIBLIOGRAFIE

[1).Fetecău C., ,,Tehnologii de injectare a materialelor plastic”, Ed. Univ. Dunărea de Jos, Galați, 1998]

[2).Hule Voichița, ,,Geometrie escriptive și desen tehnic, vol ÎI”, Ed. Universității din Oradea, 2003]

[3).Mihăilă Ștefan, Tehnologia fabricării materialelor plastic.Note de curs., 2011]

[4).Nouras B., s.a., ,,Proiectarea informatizată a sculelor pentru frezarea metalelor”, Ed. Libris, Brașov, 2000]

[5).Seres I., ,,Matrițe de injectat”, Ed. Imprimeriei de Vest, Oradea, 1999]

[6).Tripe V. A., ,,Dispozitive.Proiectare.Construcție.Exploatare”, Ed. Universității din Oradea, 2000]

[7).Picos C., s.a., ,,Normarea tehnică pentru prelucrări prin așchiere, vol ÎI”,Ed. Tehnică, București, 1982]

[8).Stanasel I., Bazele proiectării tehnologice asistate de calculator.Note de curs]

[9).Vlase A., s.a., ,,Regimuri de așchiere, adaosuri de prelucrare și norme tehnice de timp, vol. I-ÎI”,Ed.Tehnică, București, 1985]

[10).https://en.wikipedia.org/wiki/Plastic#History], accesat in 5.10.2019

[11).https://en.wikipedia.org/wiki/Timeline_of_plastic_development], accesat in 5.10.2019

[12).https://www.plasticseurope.org/application/files/6315/4510/9658/Plastics_the_facts_2018_AF_web.pdf], accesat in 6.10.2019

[13). https://en.wikipedia.org/wiki/Plastic], accesat in 10.10.2019

[14). https://application.wiley-vch.de/books/sample/3527409726_c01.pdf], accesat in 12.10.2019

[15).https://www.researchgate.net/figure/Typical-physical-and-mechanical-properties-of-representative-unreinforced-thermoplastic_tbl2_233632968], accesat in 15.10.2019

[16).https://plastics.com/wp-content/uploads/2016/09/plastic-material-properties-764×743.png], accesat in 15.10.2019

[17).https://en.wikipedia.org/wiki/Injection_moulding], accessat in 20.10.2019

[18). [https://www.youtube.com/watch?v=b1U9W4iNDiQ]], accesat in 20.10.2019

[19). http://www.custompartnet.com/wu/InjectionMolding], accesat in 20.10.2019

[20).https://www.researchgate.net/figure/1-Processing-cycle-of-conventional-injection-molding-process-Source-Veltkamp_fig1_221913235], accesat in 25.10.2019

[21). https://www.semanticscholar.org/paper/A-Checklist-for-Plastic-Product-Design%3A-Preventing-Kaartinen/aeca492ae91ec091c0e9cec2b675309531940988/figure/4], accesat in 25.10.2019

[22).Fisa materialului plastic], se regaseste in anexa

[23).https://medium.com/jaycon-systems/what-is-the-minimum-wall-thickness-for-my-injection-molded-parts-3622d6ad3608], accesat in 26.10.2019

[24). https://www.researchgate.net/figure/Stages-in-plastic-injection-molding-reducing-the-mold-cycle-time-Reduction-in-mold-cycle_fig1_313797006], accesat in 1.11.2019

[25).https://ecom.meusburger.com/files/pdf/e/e4000_info.pdf], accesat in 2.11.2019

[26).https://www.strack.de/_files/media_gross/shop/2/ba/z4.pdf], accesat in 3.11.2019

[27).http://www.alfamm.ro/select_by_technology/cutting/CNC%20plasma%20Oxy%20Cutting/LaserMach/LP2-HD%20Series/584/2000/], accesat 5.11.2019

[28).http://www.alfamm.ro/select_by_technology/milling/conventional%20milling%20machines/profimach/MIGHTY%20Series/292/#174], accesat in 5.11.2019

[29).http://www.alfamm.ro/select_by_technology/inductionfurnace/Induction%20Melting%20Furnace/profimach/budget%20eco/602/25/], accesat in 5.11.2019

[30).http://www.alfamm.ro/select_by_technology/grinding/Grinder%20Surface%20Conventional%20-%20NC%20Series/profimach/PGS-O%20Series/431/600/], accesat in 6.11.2019

[31).https://www.crystec.com/kinsfgr.htm], accesat in 7.11.2019

[32). https://www.germanelectronics.ro/unelte-atelier/instrumente-de-masurat/sublere/subler-digital-150-mm-burg-wachter-precise-ps-7215-1492840.html], accesat in 7.11.2019

[33). https://subler.compari.ro/burg-wachter/subler-digital-150-mm-burg-wachter-precise-ps-7215-p479976321/], accesat in 7.11.2019

[34). https://gebotools.ro/instrumente-de-masura/sublere-micrometre-comparator/micrometru-25-50-mm.html], accesat in 8.11.2019

[35).https://www.foerch.ro/scule-de-man%c4%83/instrumente-de-m%c4%83sur%c4%83-%c5%9fi-control/%c8%99ublere-rigle-lere-reglaj-supape/calibru-pentru-g%c4%83uri-h7], accesat in 8.11.2019

[36). https://www.hoffmann-group.com/RO/ro/horo/Tehnic%C4%83-de-m%C4%83surare-%C5%9Fi-control/Microscoape%2C-rugozimetre/Rugozimetru/p/498835-PS10], accesat in 9.11.2019

[37). http://topmetrology.ro/ro/echipamente-pentru-verificarea-duritatii/695-tester-digital-pentru-testarea-duritatii-brinell-rockwell-vickers-novotest-tb-brv-d.html], accesat in 9.11.2019

[38). https://gebotools.ro/instrumente-de-masura/sublere-micrometre-comparator/ceas-comparator-analog.html], accesat in 9.11.2019

[39).Suport de curs la disciplina ,,Proiectarea si constructia dispozitivelor”]

[40).Tripe Vidican Aron, Radu Tarca, Pavel Tocut-Proiectarea dispozitivelor.Indrumator de laborator, Univ. Oradea, 1996]

[41). https://pdfslide.net/documents/87637080-picos-volumul-ii-proiectarea-tehnologiilor-de-prelucrare-mecanica.html], accesat in 20.03.2020

[42).https://www.target-hydraulics.com/hydraulic-power-pack-ebook/], accesat in 10.05.2020

[43).https://www.traceparts.com/en/product/hps-international-hydraulic-cylinder-double-acting-hvb-serie-basic-cylinder-information-rod-bore-o-100-mm-stroke-10-mm-end-with-tenon-glycol-water-90degc-max?CatalogPath=HP_SYSTEMS%3AHPS.030.010&Product=22-18102002-081019&PartNumber=HVB%20D%2010%20B%205%20G], accesat in 10.05.2020

[44). https://modulul5.files.wordpress.com/2011/02/curs-actionari-hidraulice1.pdf], accesat in 1.05.2020

[45). http://www.perfecttools.ro/ro/], accesat in 2.05.2020

[46).http://www.anc.edu.ro/standarde_app/SO/Operator-mase-plastice.pdf], accesat in 3.05.2020

[47). https://pdfs.semanticscholar.org/f671/cf85090b5031540f5d2e5df3855b05e68735.pdf], accesat in 15.04.2020