Licenta Final 15.07.2019 [302584]

[anonimizat]: [anonimizat]

2019[anonimizat] A GĂURILOR FILETATE PENTRU ÎMBINAREA STRUCTURILOR DE REZISTENȚĂ A UNITĂȚILOR DE FILTRARE A [anonimizat]: [anonimizat].dr.ing. Nicusor URSA COZAC Anca Marinela

2019

REZUMAT

Lucrarea este stucturata în cinci capitole și are ca temă “Prelucrarea prin frecare cu element rotativ a găurilor filetate pentru îmbinarea structurilor de rezistență a unităților de filtrare a aerului’’.

[anonimizat], clasificarea și componentele acestuia. [anonimizat]-[anonimizat] a acestora.

În al doilea capitol sunt prezentate date inițiale necesare pentru proiectarea asamblărilor filetate în costrucția de mașini.

Al treilea capitol cuprinde informații despre proprietatea materialelor de a se deforma plstic sub acțiunea unor forțe exterioare și date despre procesul de prelucrare prin deformare plastică la cald.

În capitolul patru’’ Studii privind prelucrarea găurilor filetate prin deformare plastică la cald’’ au fost analizate două variante de asamblări : varianta 1, asamblare filetată șurub/[anonimizat] 2, [anonimizat]/bucșă ( obtinută prin deformare plastică la cald). Tot în acest capitol sunt prezentate semifabricatele cu proprietățile mecanice și compoziția chimică a acestora , aparatele și mijloacele de măsurare utilizate în cadrul cercetări.

În capitolul cinci au fost analizate rezultatele obținute pentru cele două variante descrise în capitolul patru: forța maximă la care asamblarea a cedat, calitatea filetelor atât pentru șurub cât și pentru piuliță/[anonimizat], [anonimizat].

În finalul lucrării sunt prezentate o [anonimizat].

SUMMARY

The paper license is structured in five chapters and has as the theme "Friction Machining of Threaded Holes for Joining the Structures of Resistance of Air Filtering Units"

[anonimizat], its classification and its components. [anonimizat], "Studying the hot holes through threaded holes", two assortments of assemblies were analyzed: version 1 screwed / [anonimizat] 2 screwed / bolt assembly (obtained by hot plastic deformation) . Also in this chapter are presented the semi-products with the mechanical properties and their chemical composition, the apparatuses and measuring instruments used in the research.

In chapter five the results obtained for the two variants described in chapter four were analyzed: the maximum force to which the assembly failed , the thread quality for both the bolt and the nut after the tensile stress, the hardness of the semi-finished products and the bushings in the thermally influenced area, the analysis macroscopic, microscopic and beam measurements obtained from the hot plastic deformation process.

At the end of the work are presented a series of conclusions, as well as the essential ideas of practical and theoretical work.

Introducere

Datorita faptului ca in ultima vreme una din problemele majore cu care se confrunta omenirea este poluarea si a faptului ca industria in general este principalul poluant, exista o preocupare tot mai mare in acest sens. În multe zone industriale, filtrarea eficientă este un criteriu decisiv pentru protejarea sănătății, și a mediului. Sunt dezvoltate sisteme inovatoare de filtrare pentru toate tipurile de praf, fum și ceață, ajutând la îmbunătațirea calității aerului și cresterea eficenței producției. In prezenta lucrare cercetarea s-a facut pe un produs a carui rol este de de filtrare a aerului poluat.

Analizand acest proiect s-a constatatt ca una din problemele ingineriei de fabricatie este legata de tehnicile de conectivitate, de asamblare intr-un mod simplu, eficient si rentabil in cazul utilizarii semifabicatelor tubulare a celor cu grosimea peretelui subtire.

In procesul de fabricatie, cand se utilizează materiale cu pereți subțiri, exemplul produsului realizat in societatea COMELF, sunt opțiuni limitate disponibile pentru crearea unei conexiuni filetate, limitări de spațiu în zona îmbinării, de multe ori accesul pe partea opusă a subansamblului fiind practic imposibilă. Există mai multe soluții pentru astfel de asamblări cum ar fi de exemplu: piulițele de sudură, inserțiile filetate, etc, utilizate în scopul de a crește numărul de spire în contact de undevrezultă o rezistenșă mai mare a asamblarii.

Pornind de la conceptul de asamblare filetată, de tehnici de conectivitate, în cazul utilizării semifabricatelor tubulare, a celor cu grosimea peretelui subțire (de la 3-12 mm ) s-a facut o cercetare experimentală. o analiză aprofundată a procesului tehnologic de fabricție a bucselor prin procesul de deformare plastica la cald.

Obiectivului principal al acestei cercetari este de a inlocui in procesul de fabricatie existent din motivele mai sus amintite, metoda traditionala de asamblare surub/piulita cu o asamblare surub/ bucsa, bucsa obtinuta din semifabricatul parinte prin procesul de deformare plastica la cald.

Pentru a putea prezenta o serie de concluzii precum si ideile esentiale ale lucrarii cele doua variante de asamblare au fost supuse solicitarilor de tractiune si analizate din punct de vedere dimensional, macro/microscopic, duritate.

GENERALITĂȚI ALE PROCESULUI DE FABRICAȚIE

1.1 Procesul de fabricație

Procesul de fabricație cuprinde totalitatea acțiunilor și procedeelor folosite pentru transformarea materiei prime și a semifabricatelor în produse finite. Procesul de fabricație al unui produs industrial poate fi impărțit în urmatoarele etape principale:

Obținerea semifabricatelor

Prelucrarea mecanică a semifabricatelor

Controlul tehnic

Asamblarea pieselor prelucrate în produs finit

Vopsirea

Asamblarea , expedierea

1.1.1 Procesul tehnologic este acea parte a procesului de fabricație, care cuprinde operațiile de modificare a formei, dimensiunilor, proprietăților materialelor sau semifabricatului, în vederea obținerii piesei finite, in concordanță cu condițiile tehnice impuse.

Fig. 1.1 Schema de principiu a proceselor tehnologice de fabricație a mașinilor și aparatelorANG 99]

In funcție de natura acțiunilor procesul tehnologic poate fi:

a. Procesul tehnologic de prelucrare mecanică, prin care se întelege partea din procesul de fabricație legată de schimbarea formei geometrice, a dimensiunilor si formei suprafetei, pe care le suferă semifabricatul până la obținerea piesei finite.

Procesul tehnologic de prelucrare poate fi:

Proces de prelucrare prin așchiere

Proces de prelucrare prin deformare plastică

Proces de prelucrare neconvențională

Proces de prelucrare rapidă a prototipurilor

b. Procesul tehnologic de tratament termic, care este parte din procesul tehnologic de fabricație legată de modificarea structurii materialului din care se execută piesa, în scopul îmbunătățirii proprietăților fizico-mecanice ale acesteia.

c. Procesul tehnologic de asamblare, care reprezintă partea procesului de fabricație ce se referă la montarea pieselor în produsul finit, urmărindu-se realizarea condițiilor de funcționare impuse.

d. Procesul tehnologic de control și de încercare trebuie să asigure conformitatea produsului în fiecare etapă succesivă a procesului de fabricație și ca produs final.

Conformitatea produselor aflate în curs de fabricație trebuie verificată prin inspecții sau încercări efectuate în puncte de inspecție (control) adecvate din procesul de fabricație.

Fig. 1.2 Structura procesului tehnologic de control SRI 96]

‚,O organizatie axată pe calitate promovează o cultură având ca rezultat comportamente ,atitudini, activițăți și procese care furnizează valoarea prin satisfacerea necesităților și așteptărilor cliienților și ale altor părți interesante relevante.

Calitatea produselor și serviciilor este determinată de capabilitatea de a satisface clienții și de impactul intenționat și neintenționat asupra părților interesate relevante.

Conformitatea produselor aflate în curs de fabricație trebuie verificată prin inspecții sau încercări efectuate în puncte de inspecție (control) adecvate din procesul de fabricație.’’ SRI 15

1.2 Caracteristicile procesului de producție

În majoritatea cazurilor produsele din industria construcțiilor de mașini sunt formate din mai multe repere, subansambluri, mecanisme complexe, fiind necesară programarea fiecărei mișări. În cazul general produsul este un sistem ierarhic tridimensional. Forma, dimensiunile, caracteristicile funcționale ale produsului sunt date în desenul de definire al acestuia.

De regulă piesa nu este un corp de piesă ideal, suprafețele ei se realizează cu abateri de formă, dimensionale, de poziție cu o anumită rugozitate. Nici o dreaptă sau suprafață reală nu poate fi identică cu una teoretică. Piesa estre considerată bună dacă abaterile dintre suprafețele reale și cele teoretice se încadrează în câmpul de toleranță.

Pentru modelarea pieselor din construcția de mașini s-au elaborat trei modele de modelare:

Modelarea tip rețea de bare

Modelarea corpului – modelul volumic

Modelarea cu suprafețe

2.1.1 Părțile componente și caracteristicile produsului

Produsul este rezultatul procesului de producție. Elementul primar al produsului este piesa sau reperul.

La eliberarea documentației constructive a unei piese, pe lângă aspectele constructiv- funcționale trebuie ținut cont și de o serie de aspecte tehnico-organizatorice:

Posibilitățile de recunoaștere și evidență

Posibilitățile de repartizare a fabricației

Posibilitățile de asamblare și intreținere

Prețul de cost al fabricației, etc.

Aceste cerințe divizează produsul în subelemente care să se poată realiza simultan și să formeze un șir ierarhic.

Fig.1.3 Structura arborelui genealogic al produsului GYE 04]

Se observă că și subansamblurile relativ simple ale produsului sunt formate din mai multe elemente și la rândul lor se pot împărți în subdiviziuni.

Elementele produsului se pot defini după cum urmează:

Produsul

Subansamblurile principale

Grupa principală

Subgrupe

Piese ( reperul) acea parte a produsului care nu se mai poate diviza în continuare din punct de vedere tehnologic, organele de mașini sunt denumite piese.

1.3 Aspecte economice ale procesului de fabricație

La sfârșitul procesului de fabricație se urmărește obținerea unor produse competitive, care să satisfacă simultan condițiile de recuperare a cheltuielilor investite cât și condițiile de aliniere pe piață.

Deosebim urmatoarele cheltuieli directe din punct de vedere al procesului de fabricație:

Cheltuieli legate de semifabricat

Cheltuieli legate de manoperă

Cheltuieli legate de regie

Cheltuieli legate de exploatarea mașinii -unelte

Cheltuieli legate de dispozitivele de lucru folosite

Cheltuieli legate de scule, etc.

1.4 Clasificarea generală a proceselor de fabricație

În prezent s-au dezvoltat un număr mare de procese de fabricație. Numărul lor este în creștere datorită cererilor pieței și progreselor în domeniul științei și tehnologiei.

În practică există două tipuri de procese de fabricație:

Operații de prelucrare prin care se transformă un semifabricat de la o stare de procesare la o stare mai avansată. Aceste operații adaugă valoare prin schimbarea geometriei, proprietăților, sau a aspectului materiei prime.

Operatții de asmblare prin care se alatură două sau mai multe componente , în scopul de a crea o nouă entitate numită anamblu sau subansamblu, sau alți termeni care se refera la procesul de asamblare.

Fig. 1.4 Clasificarea proceselor de fabricație FRĂ 19]

1.5 Clasificarea proceselor de prelucrare

În procesul de producție etapa de fabricație are o importanță deosebită, scopul; acesteia fiind de a realiza piese cu o goeometrie și proprietăți bine definite. Criteriul care stă la baza clasificării proceselor de prelucrare este transformarea materialului.

Conform DIN 8580 procesele de prelucrare sunt clasificate în șase grupe principale și anume:

Semifabricarea

Deformarea

Separarea

Adaugarea

Acoperirea

1.6 Procese de prelucrare

Procesul de prelucrare cuprinde acele operații prin care se modifică : forma, proprietățile fizice și/sau aspectul semifabricatului, scopul acestuia este de a adauga valoare materialului prelucrat.

Există trei categorii principale de procese de prelucrare.

1.6.1 Procese de modelare (formare), modifică geometria semifabricatului inițial. Aceste operații pot fi la randul lor împărțite în patru categorii:

a) Procese de solidificare. Exemple; turnarea metalelor, injectarea materialelor plastice.

b) Procesarea pulberilor (particulelor) – materialul de pornire este o pulbere metalică sau ceramică care este formată în geometria dorită și apoi sinterizată pentru a se întări.

c) Procese de deformare – în acest caz materia primă este un solid ductil, (de obicei un metal) care este deformat. Semifabricatul inițial este modelat prin aplicarea unor forțe care depășesc limita de curgere a materialului. Exemple: laminare, forjare, extrudare.

d) Procese de separare a materialului – materialul inițial este un solid ( ductil sau fragil) din care este eliminat materialul în exces astfel încât să rezulte o piesă cu geometria dorită. Exemple: ștanțare, găurire, frezare, rectificare, etc

Pentru alegerea și clasificarea procedeelor de prelucrare sunt relevante criterii de clasificare ca:

Gradul de automatizare:

Mecanizat

Automatizat

După tipul geometriei muchiei așchietoare:

Muchie așchietoare definită – sunt cunoscute numărul de muchii așchietoare , geometria taișului și poziția acestuia în raport cu semifabricatul. Exemple: strunjire, găurire, frezare.

Muchie așchietoare nedefinită – nu sunt cunoscute: numărul de muchii așchietoare , geometria tăișului și poziția acestuia in raport cu semifabricatul. Exemple: rectificare, honuire, lepuire.

1.6.2 Procese de schimbare a proprietăților

Sunt operații prin care se modifică proprietățile materialelor fără a le schimba forma. Acestea sunt efectuate pentru a îmbunătății proprietățile mecanice sau fizice ale materialului/ semifabricatului. Exemple: tratamentele termice ale metalelor, sinterizarea pulberilor metalice sau ceramice.

1.6.3. Operațiile de procesare a suprafetelor

Acestea sunt efectuate pentru a curăța, trata, acoperi, sau adauga material pe suprafața exterioară a semifabricatului.

Procese de curățare – sunt procese mecanice sau chimice realizate în scopul de a îndepărta murdăria, uleiul și alte impurități de pe suprafața piesei.

Tratamente de suprafață – sunt acțiuni mecanice cum ar fi sablarea, sau procese fizice cum ar fi difuzia.

Acoperiri și depuneri de filme subtiri – reprezintă acoperirea suprafețelor exterioare ale semifabricatului.

1.7 Operații de asamblare

Al doilea tip de bază de operații de fabricații este constituit de operațiile de asamblare, în care două sau mai multe piese/repere, separate sunt unite pentru a forma o nouă entitate. Componentele noului ansamblu sunt conectate permanent sau semi-permanent. Procesele de asamblare permanentă includ: sudare, brazare, lipire. Ele formeaza un corp comun între componenete care nu pot fi usor deconectate. Tipuri de operații de asamblare:

Procese de contopire – crează o asamblare permanentă. Ex sudare, brazare, lipire.

Asamblare mecanică – fixare prin metode și elemente de montaj. Exemple: folosirea de suruburi, buloane, piulițe, alte organe de asamblare.

Metodele de asamblare mecanică sunt disponibile pentru a fixa două sau mai multe piese împreună într-un montaj care poate fi demontat convenabil. Utilizarea de șuruburi sau a altor elenmente de prindere filetate sunt metodele tradiționale importante de asamblare din această categorie. Alte tehnici mecanice care formează o legatură semipermanentă includ nituri, fitinguri și elemente de expandare.

1.8 Caracteristicile de calitate ale produselor de fabricație

Măsura în care un ansamblu de caracteristici intrinseci ale unui obiect îndeplineste cerintele, nevoia de asteptare care este declarată, în general implicită sau obligatorie de către client se numește calitate.

Aceste caracteristici pot fi cuantificabile sau necuantificabile de calitate.SRI15]

Asteptările clientului se referă nu numai la funcționalitatea produsului ci și în ceea ce priveste alte criterii cum ar fi:

Prețul

Siguranța în exploatare pentru consumator și pentru mediul inconjurător

Utilizare eficientă

Asteptări de natură estetică ( culoare, formă)

Precizie, toleranțe

Indicatorii de calitate definitorii ai unui produs rezultă din efectul combinat al caracteristicilor elementelor sale componenete:

Componente mecanice

Subansambluri optice și electronice

Componente software și hardware

Sarcina producătorului este:

De a defini clar corelația dintre proprietățile tuturor componentelor produsului și funcționalitatea sistemului rezultat

De a corela cerințele de calitate ale clientului în ceea ce privește caracteristicile de calitate ale tuturor componentelor, subansamblurile și reperele produsului.

1.9 Compararea variantelor tehnologice

Compararea variantelor tehnologice ale unui produs are drept scop alegerea, din multitudinea variantelor de prelucrare posibile la prelucrtarea unui produs, a celei care garantează îndeplinirea crințeriilor de eficiență și rentabilitate. Compararea variantelor tehnologice se realizează în urmatoarele situații:

Includerea unor noi produse în programul de producție

Adaptarea proceselor tehnologice la modificările constructive ale pieselor

Extinderea capacității de producție

Înlocuirea proceselor de fabricație existente datorită progresului tehnologic

Fig. 1.5 Selectarea proceselor de fabricație FRA 19]

Evaluarea se realizează cu ajutorul diferitelor metode, pe baza unor criterii de evaluare stabilite anterior.

Fig. 1.6 Criterii de evaluare la alegerea proceselor de fabricație FRĂ 19]

2. ASAMBLĂRI ÎN CONSTRUCȚIA DE MAȘINI

Al doilea tip de bază de operații de fabricații este constituit de operațiile de asamblare, în care două sau mai multe piese/repere separate sunt unite pentru a forma o nouă entitate.

Majoritatea mașinilor, aparatelor dar și a instalaților se compun din serie de piese și subansambluri.

Asamblările se folosesc pentru legarea ansamblelor și subansamblelor mașinilor și utilajelor, pentru legarea elementelor componente ale ansamblelor și subansamblelor, a pieselor componente ale organelor de mașini compuse sau ale construcțiilor metalice.Porocesul de asamblare reprezintă etapa finală a uni process tehnologic și este executată în general în aceeași intreprindere în care au fost executate și piesele.[web

2.1 Organe de asamblare – Generalități

În practică se întâlnesc două mari tipuri de asamblări

2.1.1. Asamblări demontabile – care în urma desfacerii pieselor asamblate nu are loc nici-o deteriorare a vreuneia dintre piese. Din această categorie amintim:

Asamblări filetate (șurub – piuliță)

Asamblări prin formă (pene, caneluri, profile poligonale)

Asamblări prin frecare (pe con, cu strângere)

Asamblări elastice.

2.1.2 Asamblări nedemontabile – care în urma desfacerii pieselor asamblate are loc deteriorarea a cel puțin uneia dintre ele.OMT]

Asamblări sudate

Asamblări prin lipire

Asamblari prin încleiere

Asamblări nituite

2.2 Asamblări filetate. Caracterizare, rol funcțional, domenii de aplicare.

Asamblările filetate sunt asamblări demontabile, realizate prin intermediul a două piese filetate,

conjugate, una filetată la exterior (șurub), iar piesa conjugată, filetată la interior, poate fi o piuliță sau o altă piesă cu rol funcțional de piuliță.web

Aceste asamblări sunt folosite pe scară largă în construcția de mașini, datorită avantajelor pe

care le prezintă:

Realizează forțe de strângere mari

Sunt sigure în exploatare

Sunt ieftine, deoarece se execută de firme specializate, în producție de masă

Sunt interschimbabile

Asigură condiția de autofixare.

Dezavantajele acestor tipuri de asamblări se referă, în principal, la:

Filetul, prin forma sa, este un puternic concentrator de tensiuni

Nu se pot stabili cu precizie mărimile forțelor de strângere realizate

Necesită asigurări suplimentare împotriva autodesfacerii.

Asamblările filetate dintre doua sau mai multe piese se pot realiza în urmatoarele variante:

Cu surub, montat cu joc, și piuliță ( fig. 2.1)

Cu surub, montat făra joc, și piuliță (fig. 2.2 )

Cu surub însurubat în una din piese (fig. 2.3)

Cu prezon și piuliță (fig.2.4) SCR]

Fig. 2.1 Fig. 2.2 Fig. 2.3

Fig. 2.4 Fig. 2.5

Transmisiile șurub-piuliță sunt transmisii mecanice care transformă mișcarea de rotație în

miscare de translație, concomitent cu transmiterea unei sarcini. Acestea se folosesc în construcția mașinilor unelte și la mecanismele de ridicat, datorită avantajelor pe care le prezintă:WEB]

Transmit sarcini mari;

Au funcționare silențioasă;

Îndeplinesc condiția de autofrânare.

Cele mai importante dezavantaje se referă la:

Randament redus;

Construcție complicată a piulițelor cu autoreglare, care preiau jocul dintre spire.

Elementul determinant al transmisiilor șurub-piuliță este cupla elicoidală, care poate fi cu frecare de alunecare sau cu frecare de rostogolire (transmisii prin șuruburi cu bile).

Transformarea mișcării de rotație în miscare de translație poate fi realizată prin:

Șurubul executa mișcarea de rotație, iar piulița mișcarea de translație (mașini unelte; cricuri cu pârghii etc.);

Șurubul execută ambele mișcări, de rotație și de translație (cricul simplu; cricul telescopic; șurubul secundar al cricului cu dublă acțiune; presele cu șurub acționate manual etc.);

Piulița execută miscarea de rotație, iar șurubul miscarea de translație (cricul cu piuliță rotitoare; șurubul principal al cricului cu dublă acțiune etc.);

Piulița execută ambele mișcări, de rotație și de translație (la construcții care necesită rigiditate mărită, obtinută prin încastrarea șurubului).

2.3 Elementele asamblării prin șuruburi

Filetul reprezintă partea principală și definitorie a șurubului și piuliței, este urma (suprafața) lasată de un profil oarecare ( triunghiular, pătrat, trapezoidal;, circular) pe un cilindru sau con în deplasarea axială a acelui profil. OMT]

Fig. 2.6 Elice directoareSCR] Fig. 2.7 Spira filetuluiSCR]

2.3.1 Filete. Mod de generare, elemente geometrice, clasificare

Filetul reprezintă partea principală și definitorie a șurubului și piuliței, este urma (suprafața) lăsată de un profil oarecare (triunghiular, pătrat, trapezoidal, circular) pe un cilindru sau con în deplasarea axială a acelui profil ).

După forma și rolul funcțional filetele pot fi:

De fixare, respectiv de strângere de obicei filetul triunghiular

De strângere și etanșare, pentru țevi (filetul triunghiular fără joc la vârfuri, filetul conic)

De mișcare (filetul dreptunghiular, trapezoidal în formă de ferăstrău, rotund)

După sensul de înfășurare

Spre dreapta

Spre stânga (pentru reglarea coincidenței sensului strângerii piuliței și cel al rotației unui arbore spre a nu se slăbi în timpul exploatării, filetul de la buteliile de aragaz, etc.)

După numărul de începuturi

Cu un singur început

Cu mai multe începuturi (la șuruburile de mișcare pentru îmbunățirea randamentului)

După forma lui : OMT]

Triunghiular

Pătrat sau dreptunghiular

Trapezoidal

Fierăstrău

Rotund

Rolul funcțional al șurubului este:

De strângere – cu rol de a crea tensiuni între piese și deci de a etanșa diferite medii, de a transmite diferite forțe sau momente.

Exemple:

Asamblări demontabile (șuruburi de fixare)

Creare de tensiune (asamblarea capetelor de tiranți)

Închidere etanșă (dopuri filetate)

De reglaj – pentru fixarea poziției relative sau strângerea ulterioară în scopul eliminării jocurilor după uzură.

Exemple:

Cuzineți

Șuruburile de reglare ale penelor săniilor mici

Transformarea mișcării rotative în mișcare axială sau inversOMT]

Exemple:

Șurubul central la strunguri

Deplasarea mesei la strungurile normale, paralele

Transformare de forțe periferice mici în forțe axiale mari

Exemple:

Prese

Organe de închidere

Menghine

Măsurare

Exemple:

Micrometrul

2.4 Materiale si tehnologie

Materialele pentru organele de asamblare se aleg, în principal, în functie de condițiile funcționale. Șuruburile uzuale, la care nu se cunoaște anticipat domeniul de folosire, se execută din oțel de constrcții nealiat, pentru șuruburile la care este necesară o rezistență mai mare, se recomandă utilizarea oțelurilor pentru călire și revenire etc.

Șuruburile puternic solicitate, precum și cele de importanță deosebită, se execută din oțeluri de călire și revenire aliate, tratate termic.

În afară de oțeluri, șuruburile și piulițele se mai execută și din metale usoare, aliaje neferoase sau materiale plastice.

Oțelurile folosite în construcția șuruburilor și piulițelor de fixare sunt împărțite, în funcție de caracteristicile mecanice ale acestora, în mai multe grupe, fiecare grupă conținând materiale cu caracteristici apropiate.

Conform standardelor, fiecare grupă de oțeluri pentru șuruburi este simbolizată prin două cifre, despărțite de un punct (de ex.: 4.8; 6.6; 8.8 etc), iar pentru piulițe printr-o cifră (de ex.: 4; 6; 8 etc). De fapt, cifrele indică caracteristicile mecanice ale materialelor din grupa respectivă; astfel, prima cifră a grupei pentru șuruburi și cifra grupei pentru piulițe, înmulțite cu 100, dau rezistența limită de rupere a materialelor din grupa respectivă, iar înmulțind cu 10 produsul celor doua cifre ale grupei pentru șuruburi, rezultă limita de curgere a oțelurilor din respectiva grupa (de ex., pentru grupa 6.8: Rm min=6·100=600 MPa; Rp0.2=6·8·10=480 MPa).

Tehnologia de execuție a fileelor se alege, în primul rand de seria de fabricație. Pentru serii mici se recomandă filetarea cu filiera pentru șurub și cu tarodul pentru piuliță sau filetarea ambelor piese prin strunjire, cu cuțit de filetat. Pentru serii mari de fabricație filetarea se poate face cu strung, pe mașini automate sau prin rulare. [web

2.5 Calculul asamblărilor filetate

2.5.1 Forme și cauze de deteriorare

Cercetările experimentale și analiza asamblărilor filetate distruse au condus la concluzia că

formele de deterioare a organelor de asamblare filetate sunt: ruperea tijei șurubului și distrugerea filetului piuliței sau șurubului. Cauza principală care conduce la ruperi este oboseala materialului, datorită acțiunii unor sarcini variabile și este favorizat de existența unor puternici concentratori de tensiuni. În cazul unor sarcini statice, ruperile se produc mai rar și apar, de regulă, ca urmare a prelucrării mecanice necorespunzătoare a pieselor filetate sau a montării și demontării incorecte a acestora.

Organele de mașini filetate se pot deteriora și datorită unor sarcini suplimentare, cauzate de

impreciziile de execuție și montaj. Pentru a se preîntâmpina deterioarea organelor de asamblare filetate, trebuie să se calculeze, conform regimului de solicitare, atât tija șurubului cât și spirele filetului; în plus, trebuie luate măsuri tehnologice și constructive pentru diminuarea concentratorilor de tensiuni. [web

2.6 Solicitările principale din șurub și piuliță (sub acțiunea unei forțe axiale cocentrice)

2.6.1Solicitările șurubului și piuliței

Forța F transmisă de la șurub la piuliță și invers are următoarele efecte:

a) Șurubul este solicitat în ansamblu la întindere sau compresiune în funcție de sensul forței F

b) Piulița este solicitată în ansamblu la compresiune sau tracțiune (invers ca la șurub).

Solicitarea șurubului la tracțiune sau compresiune se raportează la secțiunea plină a șurubului de diametru d1. [web

(2.1)

(2.2)

c-coeficient de siguranță

c=1,2…….2(2,5)

Fig. 2.8 Secțiune șurub

Solicitarea piuliței la compresiune/tracțiune (Fig. 2.9)[web

(2.3)

(2.4)

Fig. 2.9 Secțiune piuliță

Solicitările filetului

Pornind de la ipoteze că:

Se consideră că în contactul dintre surub și piuliță se găsesc z spire

Se consideră că sarcina se repartizeaza uniformă pe cele z spire F1= (2.5)

Fluxul de fortă se transmite prin suprafața de contact dintre spira șurubului și piuliței

Se considseră că presiunea de contact este uniformă

Forta F1 care acționează asupra spirei filetului solicită filetul la:

încovoiere

forfecare

strivire

2.6.2Solicitări suplimentare în șuruburi OMT]

Solicitarea suplimentară de torsiune ca urmare a strangerii piuliței

La montarea piuliței în surub sunt de învins:

momentul necesar pentru deplasarea piuliței pe elice, cu considerarea frecării dintre spirele în contact

momentul dat de frecarea piuliței pe suprafața ei de reazem

tg()

Solicitarea suplimentară de încovoiere a șurubului. Această solicitare apare atunci când suprafața de reazem a capului șurubului și/sau piuliței nu este perpendiculară pe axa șurubului.OMT]

Fig. 2.10 Solicitarea de încovoiere a șurubului

(2.9)

Lipsa de uniformitate a repartiției sarcinilor asupra spirelor în contact.

Cercetările experimentale au arătat că sarcina nu se repartizează uniform pe cele z spire din contact, ca urmare a deformării inegale a șurubului și piuliței. OMT]

Fig. 2.11 Piulița cu guler de reazemOMT]

3. DEFORMABILITATEA MATERIALELOR – GĂURIREA PRIN DEFORMARE PLASTICĂ LA CALD (FLOWDRILL)

3.1 Plasticitatea materialelor

Piesele confecționate din materiale metalice (metale sau aliaje), folosite cu cea mai mare pondere în construcția de mașini și utilaje, sunt supuse în timpul utilizării (exploatării) la acțiunea unor încărcări mecanice (forțe exterioare). Ca efect al acțiunii forțelor exterioare, în aceste piese se crează așa-numitele forțe interioare sau eforturi și piesele se deformează.

Plasticitatea este proprietatea unui material de a se deforma sub acțiunea solicitărilor mecanice și de a nu reveni la forma inițială (de a-și menține configurația obținută prin deformare) când solicitările și-au încetat acțiunea. S-a stabilit pe cale experimentală că, în cazul în care solicitările mecanice aplicate asupra unei piese crează stări de tensiuni capabile să producă deformații plastice ale materialului acesteia, legea lui Hooke își pierde valabilitatea (dependența dintre tensiunile generate de solicitările mecanice și deformațiile specifice produse nu mai este liniară).

În fizică și știința materialelor, plasticitatea descrie deformarea unui material (solid) care trece prin schimbări de formă nereversibile ca răspuns la forțele aplicate. De exemplu, o piesă solidă metalică fiind îndoită sau lovită într-o nouă formă, afișează plasticitatea, deoarece schimbările permanente apar în interiorul materialului însuși. În inginerie, tranziția de la comportamentul elastic la comportamentul plastic se numește randament.

Plasticitatea perfectă este o proprietate a materialelor care urmează să fie supuse deformării ireversibile fără nici o creștere a tensiunilor sau încărcărilor. ZEC 01]

Deformarea plastică se observă la majoritatea materialelor, în special la metale, soluri, roci, beton, spume, etc. Cu toate acestea, mecanismele fizice care cauzează deformarea plastică variază mult. La o scară cristalină, plasticitatea în metale este de obicei o consecință a dislocărilor. Astfel de defecte sunt relativ rare în cele mai multe materiale cristaline, dar ele sunt numeroase în unele și o parte din structura lor cristalină; în astfel de cazuri, poate rezulta cristalinitatea plastică. În materialele fragile, cum ar fi piatra, betonul și osul, plasticitatea este cauzată predominant de alunecarea la micro-fisuri. În materialele celulare, cum ar fi spumele lichide sau țesuturile biologice, plasticitatea se datorează, în principal, rearanjamentelor cu bule sau celule, în special a proceselor.

Fig. 3.1 Curba tensiune-deformație pentru aliaje neferoase WIK]

Fig. 3.2 Curba de tensiune – deformație pentru oțeluriBrâ]

Prin reperezentarea grafică a variației tensiunii în raport cu alungirea, rezultă curba caracteristică a materialului.

Domeniul elastic

Prima parte a curbei caracteristice este o linie dreaptă. Tensiunile normale sunt proporționale cu deformațiile, ceea ce se exprimă prin legea lui Hooke. Brâ]

(4.1)

– tensiunea normală [MPa]

E- modul de elasticitate longitudinală [MPa]- este o constantă de material

– alungire [%]

Limita de proporționalitate până la care materialul prezintă o comportare elastică proporțională.

Limita elastică reprezintă tensiunea la care alungirea specifică premanentă atinge o valoare prescrisă.

Domeniul plastic

Dincolo de limita elastică, deformațiile cresc mai repede decât tensiunile. La o anumită valoare a forței de întindere, deformația epruvetei creste fară ca forța de întindere să crească sensibil, materialul curge.

Limita de curegere reprezintă raportul dintre sarcina corespunzătoare alungiri la curgere și aria secțiunii transversal inițiale a epruvetei masurata în [MPa].

Tensiunea se determină cu relația: [MPa] (4.2)

tensiunea

F- forța max. [N]

S0- secțiunea[mm2]

Plasticitatea perfectă este o proprietate a materialelor care urmează să fie supuse deformării ireversibile fără nici o creștere a tensiunilor sau încărcărilor. Brâ]

Factorii de influență ai deformabilității.

Deformabilitatea nu este o caracteristică intrisecă a unui material.

Deformabilitatea:

gradul de deformare

viteza de deformare

temperatura de deformare

condițiile de frecare, sarea de tensiuni

Deformabilitate = fmaterial xfproces

Factorii de material:

Compoziție

Structură

Puritate

Evoluție metalurgică

Localizarea deformației

Factori de proces:

Temperatura deformării

Viteza de deformare

Starea de tensiuni și deformații

Presiunea hidrostatică

Frecarea scula/semifabricat

Geometria scula /semifabricatMAR]

3.2 Prelucrarea găurilor prin deformare plastică la cald (Flowdrill)

3.2.1 Scurt istoric

În anul 1923, francezul Jean Claude de Valière a încercat să gasească o alternativă la metoda tradițională a procesului de prelucrare a găurilor într-un semifabricat de oțel utilizând procesul de frecare. Ideea era să realizeze un instrument (unealtă) care să exercite o presiune axială relativ mare combinată cu o viteză de rotație mare.Căldura generată în urma procesului de frecare dintre sculă și semifabricat face materialul mai moale și maleabil suficient pentru a fi format și perforat. A fost doar un succes moderat deoarece la acel moment nu erau disponibile materiale care să aibă o rezistență mare la caldură, nu se cunoștea geometria corecta a sculelor, nu erau disponibile mașini care să genereze un profil complicat. Vor trece aproape 60 de ani până când aceste probleme să fie rezolvate iar metoda să-si poata găsi calea spre comercializare.WIK]

Industria auto a fost cea care a dezvoltat această tehnologie. Pentru a reduce emisiile de CO2 și pentru a crește performanțele la impact, producătorii de autovehicule au fost nevoiți să găsească soluții. Astfel design-ul caroseriei de autovehicule devine din ce în ce mai sofisticat. Sunt necesare materiale cu proprietăți diferite de rezistență, cum ar fi oțelurile de înaltă rezistență, aluminiu, piese turnate, magneziu, carbon sau materiale plastice. În același timp, accesibilitatea limitată și duratele scurte de cicluri în cadrul procesului de fabricație reprezintă o provocare. Acest lucru a dus la procese de fabricație mai complexe. Tehnologia de realizare a găurilor prin deformare plastică la cald este un răspuns la aceste provocări.

Un exemplu: firma AUDI utilizează pentru construcția caroseriei șuruburi Flow Drill (FDS). Aceste șuruburi autofiletante sunt însurubate automat prin intermediul unui robot. Tehnologia face astfel posibilă o îmbinare puternică. Șurubul se autoinfiletează prin intermediul filetului său, obținandu-se astfel economie de timp și bani.ATL]

În procesul de găurire prin deformare plastică (denumit si Găurire prin frecare –Friction drilling), scula (Flowdrill – FD) vine în contact cu piesa la o presiune axială relativ ridicată și o viteză mare de rotație. Căldura generată face materialul mai moale și maleabil suficient pentru a fi format și perforat. Pe masură ce scula apasă pe material, o parte din materialul dislocat formează un inel pe partea superioară a suprafeței piesei, restul materialului dislocat formând o bucșă pe partea inferioara a semifabricatului( piesei). Toate acestea se întâmplă în câteva secunde. Inelul și bucșa ce au rezultat pot fi de până de 3 ori grosimea inițială a peretelui piesei. Diametrul bucșei este precis determinat de partea cilindrică a sculei utilizată acesta poate varia între 1,8 – 32 mm, iar grosimea peretelui piesei poate ajunge până la 12 mm.

3.2.2 Fazele procesului de deformare plastică la cald

Contactul inițial: Presiunea axială relativ mare combinată cu o viteză de rotație mare generează caldură între sculă și piesă. Temperatura sculei ajunge rapid la 650-7000C iar temperatura piesei la 6000C. Sunt necesare forțe axiale mari până când vârful sculei străpunge materialul piesei.

Curgerea materialului: Materialul dislocat se deplasează inițial către sculă, când vârful sculei(FD) pătrunde în piesă materialul curge în direcția în care materialul se plastifiază (se înmoaie), forța axială se reduce și creste avansul. Marimeă finală și forma găurii bucșei formate sunt determinate de diametrul și forma conului sculei. Materialul care s-a deplasat înapoi spre sculă poate forma un inel exterior sau poate fi retezat de pe suprafața piesei.

Realizarea gaurii/ bucșei poate fi apoi filetată folosind o sculă de filetare prin deformare plastică la rece

( Flowtap).

Procesul nu influențează structura internă a materialului semifabricatului, bucșa astfel realizată este mult mai rezistentă și poate fi utilizată ca un lagăr, sau când este filetată poate crește mult rezistența la tendința de scoatere a piesei filetate.

Pasul 1 Pasul 2 Pasul 3 Pasul 4 Pasul 5 Pasul 6

Fig 3.3 Procesul de prelucrareCEN]

Pasul 1

Vâful părții conice a sculei Flowdrill ( FD) este poziționat astfel încât să atingă materialul.

Pasul 2

FD este presat pe material cu o forță axială mare combinată cu o viteză mare de rotație. Apar forțele de frecare între FD și material. Temperatura sculei (FD) crește rapid la 650˚C- 750˚ C iar cea a materialului la aproximativ 600˚C .

Pasul 3

FD străpunge materialul, îl dislocă orizontal și vertical, materialul este deplasat în direcția perforatorului (sculă), realizând o bucșă. Forța axială mare este necesară pâna când vârful FD străpunge materialul. Pe masură ce materialul se înmoaie forța axială se reduce.

Pasul 4

Bucșa este realizată, scula FD se retrage. Mărimea și forma finală a găurii și a bucșei sunt determinate de diametrul și forma conului sculei FD.

Pasul 5

Cu un tarod special, prin procesul de deformare plastică la rece (FLOWTAP) se formează filetul.

Pasul 6

Asamblare finală

3.2.3 Sistemul de gaurire Flowdrill este alcătuit din:

Suport sculă cu bucșă

Brațări

Scula FD ( burghiu)

Tarozi

Lubrifianți

Scula FD (burghiul) : este o sculă cu o proeminență conică confecționată din carbură de Wolfram(un metal dur). La rotații cu viteză mare și presare cu forța axială mare în material (semifabricat), căldura generată înmoaie metalul și permite burghiului să înainteze, realizând o gaură și în același timp o bucșă din materialul dizlocat.

Geometria sculei FD ( burghiului): porțiunea de lucru a sculei FD este alcatuită din
o parte conică, una cilindrică si un vârf ascuțit. Atât partea conică și partea cilindrică sunt de formă poligonală cu patru fețe. Această fromă specială joacă un rol esențial în procesul de execuție a găurii. Scula Flowdrill este executată din carbură de wolfram care este foarte rezistentă la uzură. Fațetele părții conice și cilindrice produc frecarea cu suprafața piesei în timp ce se rotesc cu mare viteză și produc încalzirea locală a materialului. Partea cilindrică a sculei determină diametrul găurii realizate.

Fig. 3.4 Burghiu

3.2.4 Tipuri de scule FD (burghiu)

Burgiu lung- acest tip de burghiu realizaează o gaură cilindică pe întreaga lungime a bucșei.

Fig.3.5

Fig 3.6

Fig.3.7

Fig 3.8

Fig 3.9

Bucșe elastice – servesc la prinderea sculei utilizate în procedeul Flowdrill și au rolul de a asigura o bună centrare și o fixare sigură în timpul prelucrării.

Parametrii de proces

Turația (n)

Unul din cele mai importanta elemente în procesul Flowdrill este turația sculei, care trebuie să fie mai mare decât la operația de găurire convențională. Turația este influențată de diametrul găurii, grosimea peretelui, și tipul de material al piesei.

Oțelurile inoxidabile de grosimi mari și oțelurile înalt aliate necesită turații mai mici ceea ce duce la o durabilitate mai mică a sculei. Materialele neferoase necesită turații mari, cu cât este mai moale materialul piesei cu atat crește turația sculei. În mod uzual turația sculei este cuprinsă între 1000 și 3500 rpm

Avansul și puterea

Avansul este marimeă cu care scula avansează în interiorul materialului piesei. Pot fi aplicate

avansuri manuale, mecanice sau variabile în funcție de capabilitatea mașinii. În general mărimea avansului sculei se află din tabele în funcție de mai mulți factori.

Forța axială (Fax)

Forța axială este forța exercitată pe materialul piesei pe măsură ce scula avansează. Piesele subțiri pot să se îndoaie sau să se turtească la o presiune mare. În acest caz trebuie prevăzut un suport adecvat care să prevină deformațiile piesei. O mică gaură inițială (gaura pilot) sau o sculă cu caneluri poate fi folosită pentru a reduce forța axială.

Forța axială este proporțională cu diametrul găurii.Pe măsură ce temperatura crește, forța axială scade și avansul crește.

Grosimea materialului piesei:

Grosimea maximă de material (h max) ce poate fi prelucrat este proporțională cu diametrul sculei. Diametrul minim urmează în general urmatoarea regulă:

hmin≈0,2 x d la 2 mm (unde d este diametrul sculei).

Durabilitatea sculei scade cu creșterea rezistenței materialului piesei.

Procedeul Flowdrilling poate fi executat:

Pe mașini normale de găurit

Pe mașini de găurit cu cap revolver

Pe mașini de frezat, sau pe strunguri procesul poate fi automatizat sau robotizat.

Mărimea avansului este determinată de presiunea sculei pe suprafața piesei. La început presiunea este mare pentru a crea caldură în urma frecării, iar pe măsura ce materialul se înmoaie permite sculei să avanseze. Rata avansului crește cu gradientul de caldură și pe măsură ce vârful sculei pătrunde în material. Avansul sculei poate fi realizat manual sau mecanic, iar valoarea optimă se stabilește în funcție de:

Materialul piesei

Diametrul sculei

Grosimea peretelui

Se stabilește de cele mai multe ori prin teste.

Scopul este să se mențină o culoare incandescentă la roșu închis a materialului în timpul prelucrării.

Rezultatele Flowdrill depind de proprietățile materialului, cum ar fi: tensiunea de întindere, duritatea, compoziția chimică și conductivitatea. În general toate materialele maleabile pot fi prelucrate prin acest procedeu.

Ungerea în timpul procesului Flowdrill

Pentru a optimiza calitatea și precizia găurii obținute este necesar să se aplice un lubrefiant înainte de a începe perforarea. Se poate aplica manual sau cu un sistem de pulverizare automat. Prin lubrifiere se evită încălzirea, dar aceasta trebuie facută în cantități mici pentru a preveni aderarea pe suprafața dură în special când se gaurește aluminiu. Lubrifianții pentru Flowdrill sunt special creați pentru a respecta aceste criterii.

Utilizarea pastei de lubrefiant asigură urmatoarele avantaje:

Crește durabilitatea sculei

Îmbunătățește calitatea suprafeței bucsei formate;

Asigură o suprafață curată și bine determinată a marginilor găurii

Găurirea inițială se utilizează pentru a reduce forța axială sau lungimea totală a bucșei formate în partea inferioara a peretelui piesei Este recomandată mai ales la materiale cu pereți mai subțiri de 1,5 mm, conducând și la obținerea unei suprafețe mai fine a părții inferioarea bucșei formate.

Materiale

Procedeul Flowdrilling poate fii utilizat la aproape toate piesele cu pereți subțiri incluzând:

Oțel,

Oțel inoxidabil

Aluminiu

Cupru, alama, bronz,

Aliaje speciale, cu excepția cositorului și zincului.

Avantajele procesului Flowdrill sunt:

Reducerea timpului de prelucrare;

Scăderea greutății piesei prin utilizarea pieselor cu pereți mai subțiri;

Creșterea rezistenței filetului și a rezistenței la uzură la înfiletări multiple;

Elimină adaosurile, niturile, clemele sudate și alte asemena piese folosite în mod uzual la creșterea rezistenței legăturilor între piese subțiri sudate;

Utilizarea numai a unui material, îndepărtează riscul coroziunii electrochimice;

Capacitate mare de încărcare a bucșei rezultate

Aplicații ale procedeului de găurire Flowdrilling

Procedeul de găurire Flowdrill are multiple aplicații în industria de autovehicule, aparatura

elctrocasnică, echipamente medicale, etc. Se recomandă aplicarea acestui procedeu acolo unde grosimea materialelor, pieselor este mică și nu oferă suport suficient pentru filetare, sau în construcția de lagăre și mecanisme de direcție evitând sudurile sau nituirile.

Filetarea prin deformare plastică – fară așchii (Flowtapping)

Filetarea prin deformare plastică este asemanătoare celei clasice, cu deosebirea că nu se produc așchii și temperatura de lucru este mai mica. Diametrul găurii realizate prin Flowdrill determină forma finală a filetului, adâncimea și rezistența lui. Prin găurirea inițială prin flowdrill se obține o lungime filetată mai mare de 2-3 ori, lucru foarte util la piese cu pereți subțiri.

Procedeul Flowtap asigură:

Toleranțe strânse la material cu pereți subțiri.

Filetele obținute prin tehnologia Flowtapping sunt mai rezistente comparate cu cele obținute prin așchiere.

Flowtapping înlocuiește tăierea materialului (metoda traditionala cu formare de aschii).Prin aceasta metoda filetul este format la rece, materialul piesei este deplasat și nu înlăturăt sub forma de aschii, obținându-se un filet cu o suprafață mai fină și mai rezistentă.

Utilizarea lubrifiantului pentru Flowtap (filetare prin deformare plastică) are urmatoarele

beneficii:

Reduce efortul de torsiune la filetare

Îmbunătățeste calitatea filetului

De neânlocuit la filetarea oțelurilor înalt aliate.

Avantaje:

Procedeu fără așchii –mediu curat

Viteza de formare a filetului mai mare decât la metoda clasică

Se creează o suprafață mai bună

Crește durabilitatea sculei deoarece este mai robustă

Potrivită pentru mașinile clasice de filetat

Se poate utiliza la toate materialele care au găuri obținute prin acest proces.doc]

4. STUDII PRIVIND PRELUCRAREA GĂURILOR FILETATE PRIN DEFORMARE PLASTICĂ LA CALD

4.1 Prezentarea firmei COMELF S.A.

4.1.1 Scurt istoric:COM]

1991 – COMELF S.A. a luat ființă pe structura Inteprinderii de Utilaj Tehnologic Bistrița, fondată în 1971, prin transformarea acesteia în societate pe acțiuni. Inițial a fost abordată dezvoltarea echipamentelor pentru protecția mediului, eforturile fiind focalizate pe două domenii de interes major: Deprăfuirea gazelor industriale; Tratarea apelor; Epurarea apelor.

1992 – Din acest an profilul de fabricație s-a diversificat, prin realizarea de componente pentru mașini terasiere iar apoi componente pentru centrale cogenerative cu turbine pe gaz. Unul dintre obictivele principale a fost realizarea în COMELF de mașini complet echipate: au fost realizate astfel mașina de turnat asfalt, freza de asfalt, macaraua telescopică, concasorul și presele pentru compactat deșeuri metalice.

1995 – Certificarea sistemului de management al calității conform ISO 9001 de către TUV Management Service, certificare menținută până astazi.

1999 – Societatea a fost privatizată integral cu capital românesc, acționar majoritar fiind UZINSIDER S.A. București.

2006 – S-a implementat un sistem de management al mediului, care a fost integrat cu cel de management al calitații implementat anterior.

2008 – COMELF a intrat într-o nouă etapă de dezvoltare, prin reorganizarea internă a sectoarelor de fabricație. A început producția de structuri din inox și componente sudate pentru vagoane și trenuri de mare viteză.

Activitatea firmei este organizată în trei fabrici care funcționează ca centre de profit: Fabrica de componente și mașini terasiere FCT; Fabrica de utilaje și echipamente terasiere FUET; Fabrica de produse din inox FPI.

Fig. 4.1 Amplasarea halelor de producțieCOM]

Table 4.1 Dotarea tehnică

Dotarea tehnică a firmei COMELF S.ACOM]

4.2 Prezentarea a produsului “ UNITATE DE FILTRARE A AERULUI”

În multe zone industriale, filtrarea eficientă este un criteriu decisiv pentru protejarea sănătății, și a mediului. Sunt dezvoltate sisteme inovatoare de filtrare pentru toate tipurile de praf, fum și ceață, ajutând la îmbunătațirea calității aerului și creșterea eficenței producției. Firma COMELF execută un astfel de filtru pentru filtrarea aerului, beneficiarul fiind firma DOMALDSON. SOM]

Fig. 4.2 Unitate de filtrare a aerului

4.3 Proiectarea experimentelor

Una dintre problemele ingineriei de fabricație este legată de tehnicile de conectivitate (asamblare) într-un mod simplu, eficient și rentabil în cazul utilizării materialelor tubulare, a celor cu grosimea peretelui subțire, în special cazul în care un pas de filet este mai mare decât grosimea peretelui.

Când se utilizează materiale cu pereți subțiri, sunt opțiuni limitate disponibile pentru crearea unei conexiuni filetate, limitări de spațiu în zona îmbinării, de multe ori accesul pe partea opusă a subansamblului fiind uneori practic imposibilă. Există mai multe soluții pentru astfel de asamblări cum ar fi de exemplu: piulițele de sudură, inserțiile filetate, etc, utilizate în scopul de a crește numărul de spire în contact de unde vrezultă o rezistență mai mare a asamblării.

Pornind de la conceptul de asamblare filetată, de tehnici de conectivitate, în cazul utilizării semifabricatelor tubulare, a celor cu grosimea peretelui subțire (de la 3-12 mm ) s-a facut o cercetare experimentală. Cercetarea are ca sccop analiza /comparerea a daua variante de îmbinari filetate:

Asamblare cu șurub/piuliță sudată

Asamblare filetată, șurub/bucșa (bucșa a fost realizată prin deformare plastică la cald)

Pentru a putea realiza un studiu comparativ au fost analizate următoarele variante:

4.3.1 Asamblare șurub/piuliță sudată- Varianta 1

La executarea produsului: UNITATE DE FILTRARE A AERULUI, asamblarea Tv. 80×5 mm- S235J2 cu tablă g=5 mm S235J2 (fig. 4.3) se realizează conform tehnologiei existente, prin sudarea unei piulițe de sudură M10 pe, Tv.  80x5mm, asigurându-se astfel numărul de spire necesar asamblării acestor componente.

Fig.4.3 Piuliță sudată

Piulițe de sudură -Piulițele reprezintă o soluție versatilă de fixare (prin sudare) pentru asamblări filetate șurub/piuliță, supuse la sarcini, pe componente cu pereți subțiri, acolo unde filetarea nu este o opțiune. În funcție de dimensiunea și calitatea materialului din care sunt realizate piulițele, acestea pot fi sudate pe semifabricat (subansamblu) prin urmatoarele procedee de sudare:

WIG

MIG/MAG

MMA – electric, cu electrozi

Cu energie înmagazinată- pistolet

Sudarea piuliței pe Tv. 80x5mm- S235J2 s-a realizat prin procedeul de sudare WIG cu următorii parametrii:

Intensitate [I]- 80 [A ]

Tensiune [U]- 19-20[ V]

Debit gaz- 6-9 [l/min]

4.3.1.1Dimensiuni piuliță hexagonală:

Fig.4.4 Piuliță SR 13]

4.3.1.2 Pentru realizarea ansamblului șurub/piuliță s-au utilizat șuruburi M10, gr 8.8

Fig 4.5 Șurub cap hexagonal SR 14]

4.3.1.3 Procedeul de sudare WIG

Sudarea WIG este un procedreu de sudare cu arcul electric în mediul de gaz protector inert cu elctrod nefuzibil. Simbolizarea procedeului rezultă din inițialele denumirii din engleză (Wol-fram- Inert-Gas). Sudarea WIG are un grad înalt de universalitate putând fi apilcată pentru îmbinarea(sudarea) practic a orcăror materiale metalice. Este posibilă efectuarea sudării în orce poziție, grosimea minimă sudabilă fiind de 0.5mm. Electrozii nefuzibili utilizați se realizaează din volfram. ASR 15-16]

4.3.2 Asamblarea filetată, șurub/bucșă (bucșa a fost realizată prin deformare plastică la cald) – Varianta 2

S-a optat pentru această variantă deoarece la realizarea îmbinării (fig.4.6) avem acces limitat pe una din fețele subansamblului cea ce îngreunează asamblarea. Bucșele au fost realizate prin deformare plastică la cald. S-a urmărit:

Obținerea unei grosimi suplimentare de material

Obținerea unui număr mai mare de spire

Realizarea unei îmbinări filetate de înaltă rezistență

Realizarea bucșelor și cercetarea s-a făcut în cadrul societății Comelf SA – Bistrița, secția F.P.I ( Fabrica de produse din inox ) și în laboratorul de încercari mecanice al Comelf sub îndrumarea d-nului ing. Stoian Dorin.

Fig. 4.6 Asamblare filetată șurub bucșă( bucșă obținută prin deformare plstica la cald)

4.3.2.1 Semifabricate utilizate:

Oțeluri de construcții nealiate

S355J2 – SR EN 10025-2 (1.0577 conform EN 10027-2)

S690Q – SR EN 10025-6 (108931 conform EN 10027-2)

DD11 – SR EN ISO 10111(1.0577 conform EN 10027-2) sursă

S355J2 -Date de identificare pentru oțelul conform SR EN 10025-2

Simbolizare conform SR EN 10025-1. Simbolizarea este reprezentată prin:

Simbolul S- pentru oțeluri de construcții metalice

355 – valoarea minimă specifică a limitei de curgere exprimată în Mpa (1 N/m2)

J2 – temperatura de încercare (-200C) pentru determinarea enegiei de rupere KV la încovoierea prin soc.

Simboluri suplimentare:

+N- normalizare sau laminare normalizantă

+AR – stare de livrare făra condiții speciale de laminare și/ sau de tratament termic

Tabel 4.2 Compoziția chimică la analiza pe oțel lichid conform SR EN 10025-2SR 04]

Carbon echivalent

CEV – valoarea carbonului echivalent conform IIW (Internațional Institute for Weldig)

Caracteristicile mecanice și comportarea la sudare a oțelurilor nealiate sunt determinate în primul rand de conținutul de carbon. Ele sunt influențate însă și de celelalte elemente de aliere.

Pentru determinarea valorii carbonului echivalent trebuie folosite următoarea formulă:

CEV = (4.1)

Table 4.3 Caracteristici mecanice la temperatura ambiantă conform SR EN 10025-2 . SR 04]

S690Q- Date de identificare pentru oțelul conform SR EN 10025-5.

Simbolizare conform SR EN 10025-1. Simbolizarea este reprezentata prin:

Simbolul S- pentru oțeluri de construcții metalice

690 – valoarea minima specifică a limitei de curgere pentru grosimi ≤ 150 mm exprimate în Mpa (1 N/m2.)

Q – starea de livrare ( calit +revenit)

Simboluri suplimentare:

L sau L1 pentru calitatile care au o valoare minima specificată a energiei de rupere la incercarea de încovoiere prin șoc la temperaturi superioare sau egale cu -400C sau -600C

Table 4.4Compoziția chimică la analiza pe oțel lichid conform SR EN 10025-6SR 09]

Pentru determinarea valorii carbonului echivalent trebuie folosită urmatoarea formulă:

CEV = (4.2)

Table 4.5 Caracteristici mecanice la temperatura ambiantă conform SR EN 10025- . SR 09]

DD11- produse plate pentru formarea la rece

Date de identificare pentru otelul DD11 conform SR EN ISO 10111

Simbolizare conform SR EN 10027-1.

Simbolizarea este reprezentata prin:

D- produse plate pentru formare la rece

Table 4.6 Compoziția chimică la analiza pe oțel lichid conform SR EN 10111.SR 08]

Table 4.7 Caracteristici mecanice la temperatura ambiantă conform SR EN 10111. SR 08]

4.3.2.2 Prelucrarea bucșelor

Bucșele au fost relizate în societatea Comelf , secșia F.P.I prin porcedeul de deformare plastică la cald pe mașina de găurit radial, echipată cu un sistem de găurire Flowdrill.

1). Mașina

Fig 4.7 Mașina de găurit radial

2).Echipamentul de găurire flowdrill are în componență :

a). Scula FD (Burghiu) b).Tarod

Atât scula (FD) cât și tarodul sunt standardizate.

4.4 Mijloace de măsurare utilizate, concepția dispozitivului de prindere a probelor in bacuri

4.4.1 Mașina pentru încercarea statică a metalelor, la tracțiune, compresiune, îndoire tip WEW – 600D

Mașina asistată de calculator, precizie de lucru conform SR EN ISO 6892-1, clasa 1, este o mașină a cărui control, măsurătorile și procesarea datelor sunt efectuate de calculator.

Caracteristici tehnice: limite de măsurare : 0 – 600KN, div. 0.01 KN.

Fig. 4.10 Mașina pentru încercarea staică a metalelor la tracțiune WEV600

4.4.2 Concepția și proiectarea dipozitivului pentru încercarea la tracțiune

Pentru o prindere corectă în bacuri, epruvetele trebuie prinse prin mijloace adecvate cum ar fi: pene, conuri de strângere, bacuri profilate sau cilindrii hidrauluici. A se asigura ca epruvetele sunt fixate astfel încat forța de tracțiune să fie apilicată axial în timpul încercarii și pentru a se limita încovoierea, a fost conceput, proiectat și executat un dispozitiv (fig. 4.13).

Fig. 4.11 Bacuri mașina de tracțiune

Fig. 4.12 Prinderea dispozitivului în bacuri

Fig.4.13 Componente dispozitiv

Dispozitivul este compus din:

Suport

Piesa de tamponare

Rigidizare ( pentru a se evita încovoierea în timpul încercari)

Bridă

Bucșă

Semifabricat

Șaiba M10

Șurub Hexagonal M10x65

Șurub Hexagonal M10x60

4.4.3 Aparat pentru încercarea durității “tip NEXUS 7801

Pentru fiecare tablă s-au facut încercări la duritate BRINELL- HBW 2.5/187.5.

Fig.4.14 Aparat pentru încercare durității-NEXUS

4.4.4 Microscop optic

Fig. 4.15 Microscop metalografic MC

4.4.5 Termometru digital

Fig. 4.16 Termometru

4.4.6 Șubler electronic

Fig. 4.17 Șubler

4.4.7 Calibru tampon M10 T-NT

5. REZULTATE

5.1 Încercarea la tracțiune

Principala solicitare la care este supusă ansamblarea șurub/piuliță, șurub/bucșă este cea de întindere. Pentru a observa comportamentul asamblarilor la aceasta solicitare, acestea au fost supuse unei forțe axiale de tracțiune. S-au realizat mai multe încercari pe aceleași tipuri de materiale și a fost citita forța maxima la care a cedat asamblarea.

5.1.1 Piulița sudată

Tabel 5.1Test 1

Fig.5.1 Curba tensiune deformație, forța maximă la care a cedat asamblarea șurub/piuliță este FMAX=53,35 KN

Fig. 5.1 Șurub/piuliță dupa solicitarea la tracțiune

Tabel 5.2 Test 2

Fig. 5.2 Curba tensiune-deformație, forța maximă la care a cedat asamblarea șurub/piuliță este FMAX=56,19 KN

Fig. 5.2 Șurub/piuliță dupa solicitarea la tracțiune

5.1.2 Bucșa obținută prin deformare plastică la cald

Tabel 5.3 Test 1

Fig.

5.3Curba tensiune-deformație, forța maximă la care a cedat asamblarea șurub/piuliță este FMAX=29,84 KN

Fig. 5.3 Șurub/piuliță dupa solicitarea la tracțiune

Tabel 5.4 Test 1

Fig. 5.4 Curba tensiune-deformație, forța maximă la care a cedat asamblarea șurub/piuliță este FMAX=33,17 KN

Fig. 5.4 Șurub/piuliță dupa solicitarea la tracțiune

Table 5.5 Test 1

Fig 5.5 Curba tensiune-deformație, forța maximă la care a cedat asamblarea șurub/piuliță este FMAX=55.15 KN

Fig. 5.5 Șurub/piuliță dupa solicitarea la tracțiune

Tabel 5.6 Test 2

Fig 5.6 Curba tensiune-deformație, forța maximă la care a cedat asamblarea șurub/piuliță este FMAX=24.67 KN

Fig. 5.6 Șurub/piuliță dupa solicitarea la tracțiune

Tabel 5.7 Test 2

Fig 5.7 Curba tensiune-deformație, forța maximă la care a cedat asamblarea șurub/piuliță este FMAX=47,3 KN

Fig. 5.7 Șurub/piuliță dupa solicitarea la tracțiune

Tabel 5.8 Test 2

Fig 5.8 Curba tensiune-deformație, forța maximă la care a cedat asamblarea șurub /piuliță este FMAX=47,10 KN

Fig. 5.8 Șurub/piuliță dupa solicitarea la tracțiune

Tabel 5.9 Test 2

Fig 5.9 Curba tensiune-deformație, forța maximă la care a cedat asamblarea șurub/piuliță este FMAX=56,36 KN

Fig. 5.9 Șurub/piuliță dupa solicitarea la tracțiune

Table 5.10 Test 3

Fig 5.10 Curba tensiune-deformație, forța maximă la care a cedat asamblarea șurub/piuliță este FMAX=46,27 KN

Fig. 5.10 Șurub/piuliță dupa solicitarea la tracțiune

Table 5.11 Test 3

Fig 5.11 Curba tensiune-deformație, forța maximă la care a cedat asamblarea șurub/piuliță este FMAX=52,57 KN

Fig. 5.11 Șurub/piuliță dupa solicitarea la tracțiune

Table 5.12 Test 3

Fig 5.12 Curba tensiune-deformație, forța maximă la care a cedat asamblarea surub/piuliță este FMAX=49,42KN

Fig. 5.12 Șurub/piuliță dupa solicitarea la tracțiune

Tabel 5.13 Test 3

Fig 5.13 Curba tensiune-deformație, forța maximă la care a cedat asamblarea surub piuliță este FMAX=23,53 KN

Fig. 5.13 Șurub/piuliță dupa solicitarea la tracțiune

5.2 Duritate

S-a efectuat duritatea BRINELL-HB2.5/187.5 (bila de 2,5mm forta 187,5 kgf) pentru fiecare semifabricat înaite de a fi prelucrat prin deformarea plastică la cald. Scopul a fost de a compara aceste valori cu valorile obtinute dupa prelucrare și a pune în evidenta existența unei eventuale zone influientate termic.

Fig.5.14 S355J2-Tabla 3mm:158.99HBW2.5/187. Fig.5.15 S355J2 Tabla 4mm:170.45HBW2.5/187.5.

Fig.5.16 S355J2 tabla 5mm:177.27HBW2.5/187.5. Fig.5.17 DD11/235 tabla 3mm:124.77HBW2.5/187.5.

Fig.5.18 S690Q tabla 4mm:280.93HBW2.5/187.5.

5.3 Analiza macroscopica și duritatea VICKERS HV5 în zona influientata termic

Pentru analiza metalografică bucșele au fost secționate diametral cu un disc abraziv în prezența unui jet de apa rece pentru a nu influiența termic structura piesei. Șlefuirea probelor s-a facut cu ajutorul hartiilor metalografice (cu granulația de: 100; 250; 360; 600) pe mașina de șlefuit orizontală.

Temperatura măsurată în timpul procesului de gaurire în zona pereților găurii a fost de aprox. 650 °C, sub limita de transformare critică a materialului(727˚C- diagrama Fr-C), neafectând metalurgic materialul de bază, totuși evidențiindu-se o zonă influiențată termic.

Pentru a pune în evidența această zonă influiențată termic ( ZIT) probele au fost atacate cu reactivul NITAL, concentrație 5% .

Material:S355J2

Fig. 5.19 Analiza macroscopică cu zona influiențată termic

Material: S690Q

Fig. 5.20 Analiza macroscopică cu zona influiențată termic

S-au efectuat durității atât în materialul de baza cât și în zona influiențată termic, după ce proba a fost atacată cu nital si examinată macroscopic.

Valori obținute în zona influiențată termic:

Tabel 5.14 Durității efectuate în materialul de bază și în zona influiențată termic

Tabel 5.15 Durității efectuate în material de bază și în zona influiențată termic

5.4 Analiza microscopica

Este o metoda de cercetare a structurii materialelor. Pentru a pune în evidență structura microscopică probele au fost lustruite pe masina de lustruit, atacate chimic și examinate la microscopul optic, utilizând diferite mărimi. În urma examinării se observă în zona influiențată termic o granulație mai fină față de cea din materialul de bază, deci mai rezistentă astfel explicandu-se duritățile obținute în ZIT.

S355J2- TABLĂ 5mm, 50X

S355J2 TABLĂ 5mm- 200X

S690Q TABLĂ 4mm – 50X

S690Q- TABLĂ 4mm, 100X

S690Q- TABLĂ 4mm, 200X

S690Q- tabla 4mm, 500X

5.5 Masurători effectuate

Dupa prelucrare bucșele au fost măsurate dimensional cu șublerul electronic. Cotele măsurate sunt:

Lungimea bucșei –L

Diametrul bucșei – d

Grosimea peretelui –b

Numarul de spire – z

Verificarea filetelor a fost efectuată cu un calbru tampon M10 clasa H6.

Fig. 5.17 Reprezentare bucșă

Table 4.8 Măsuratori

CONCLUZII ȘI CONTRIBUȚII

In urma încercărilor și a masurătorilor efectuate se pot emite urmatoarele concluzii:

Tabel 4.9 Rezultate încercari la tracțiune

CONCLUZII:

Prin metoda de găurire flowdrill (deformare plastică la cald) se obțin bucșe cu o înalțime aproximativ înca odată grosimea tablei astfel numărul spirelor este mai mare comparativ cu cel al piuliței de sudare.

În cazul utilizării suruburilor grupa 8,8 forța maxima la care a cedat șurubul este de 56,36 KN ( s-a rupt)

Structura în zona peretelui bucșei are o granulație mai fină comparativ cu cea din materialul de bază.

Duritatea măsurată în zona influiențată termic este mai mare decât cea a materialului de bază.

Rezultatele obținute pot fi utilizate ca bază de informații pentru alte proiecte în care se utilizează (aceleași materiale, grosimi de materiale și parametrii de proces)

Pentru proiectele în care se cunoaște forța maximă (solicitarea axială) la care este supus ansamblul tabelul de mai sus (tab.4.9) oferă informații despre calitatea și grosimea materialelor ce pot fi utilizate.

Contribuții

Studiu bibliografic

Documentarea în cadrul firmei, în ceea ce privește tehnologia existentă de asamblare șurub/piuliță sudată și posibilitățile tehnologice de prelucrare pe mașinile aflate în dotarea Comelf a bucselor prin deformare plastică (Flowdrill).

Concepția și proiectarea în Solidworks a dispozitivului utilizat pentru prinderea ansamblului șurub/piuliță în bacuri.

Alegerea sculelor necesare și compatibile cu mașinile-unelte pe care s-au executat bucșele (catalog flowdrill)

Studiu privind stabilirea parametrilor de prelucrare.

Documentarea în cadrul firmei, în ceea ce privește calitatea și caracteristicile mecanice ale materialelor utilizate în cercetare (standarde de material)

Masurarea dimensională a bucșelor

Masurarea temperaturii în timpul procesului de prelucrarea bucșelor

Slefuirea și pregatirea probelor pentru analiza macro/microscopică, interpretarea structurilor obținute.

Atacul chimic pentru analiza macro/ microscopică

Citirea și arhivarea de pe display-ul mașinii de tracțiune a forțelor rezultate

Citirea și arhivarea de pe display-ul mașinii de duritate a rezultatelor

Interpretarea și prelucrarea rezultatelor

Proiectarea 3D în SOLIDWORKS a prosusului ’’Unitate de filtrare a aerului’’

BIBLIOGRAFIE

[ANG 99] Angelescu A., Ponorau I., Ciobotaru V., “Tehnologii industriale și de construcții”, Ed. ASE, București, 1999.

GYE 04] Gyenge Cs., Fratila D. Ingineria Fabricatiei. Editura Alma Mater. Cluj-Napoca, 2004.

FRA 19] Fratila D., Tehnologii de frabricatie. Editura UTPRESS. Cluj-Napoca, 2019.

[ZEC 01] Zecheru Gh., Drăghici Gh., Elemente de științe și ingineria materialelor, vol. 1 și 2, Editura ILEX și Editura Universității din Ploiești, 2001

[Brâ] Brândușan L., Curs-Deformabilitatea proprietaților mecanice ale materialelor

[MAR] Conf Dr Ing. Mariana POP., curs – dedformabilitatea materialelor si aliajelor

SRI 15]SR EN ISO 9000- Sisteme de management al calitatii. Principii fundamentale si vocabulare-2015.

SRI 15]SR EN ISO 9000- Sisteme de management al calitatii. Principii fundamentale si vocabulare-2015.

[SRI 96]] SR ISO 3534-2:1996. Statistică.Vocabular și simboluri. Partea 2. Controlul statistic al calității.

[OMT] http://www.omtr.pub.ro/didactic/om_isb/om1/OM3_1.pdf – cap 3.

web] http://webbut.unitbv.ro/Carti%20on-line/OM/Jula_Lates_2004/Cap2.pdf.

[SCR] https://www.scribd.com/doc/37805712/Asamblari-filetate.

[WIK] https://en.wikipedia.org/wiki/Plasticity_(physics)

ATL]https://www.atlascopco.com/ro-ro/itba/industry-solutions/automotive/flow-drill-fastening/technology

[CEN] https://www.centredrill.de/english/products/centerdrill.html

[doc]https://docslide.net/documents/formarea-prin-deformare-plastica-ifi.html?h=docslide.com.br

[COM] http://www.comelf.ro/home

[SOM] http://somi-tek.com/engsomitek/donaldson-industrial-air-filtration/

ANEXE

ANEXA 1 – CATALOG SCULE – FIRMA CENTREDRILL

ANEXA 2- CATALOG TAROD- FIRMA CENTREDRILL