Licenta Mod.07.2019 [302583]

[anonimizat]: [anonimizat], Absolvent: [anonimizat].dr.ing. Nicusor URSA COZAC Anca Marinela

INTRODUCERE

În prezenta lucrare s-a realizat un studiu aprofundat pentru înlocuirea piulițelor sudate cu procesul gaurilor filetate prin deformare plastică la cald în anasamblu ”Unitate de filtrare a aerului” stabilindu-se etapele necesare pe care trebuie să le parcurgă până la obținerea rezultatelor dorite.

[anonimizat] a găurilor filetate pentru îmbinarea structurilor de rezistență a unităților de filtrare a aerului”, s-a [anonimizat].

OS1: Prezentarea generalităților procesului de fabricație

OS2: Prezentarea asamblărilor în construcții de mașini

OS3: [anonimizat] (flowdrill)

OS4: Prezentarea studiului de caz

OS5: [anonimizat]:

Fig. 1 Obiective

GENERALITĂȚI ALE PROCESULUI DE FABRICATIE

1.1 Procesul de fabricație

Procesul de fabricație cuprinde totalitatea actiunilor 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 mecanica a [anonimizat]

1.1.1 Procesul tehnologiceste acea parte a [anonimizat] a formei, dimensiunilor, [anonimizat], in concordanță cu condițiile tehnice impuse.

Fig. 1.1 Schema de principiu a proceselor tehnologice de fabricație a mașinilor și aparatelor

In funcție de natura acțiunilor procesul tehnologic poate fi:

a. [anonimizat], a [anonimizat].

Procesul tehnologic de prelucrare poate fi:

proces de prelucrare prin așchiere

proces de prelucrare prin deformare plastică

proces de prelucrare neconvențională

proces de prelucrare prin așchiere

proces de prelucrare rapidă a prototipurilor

b. [anonimizat], [anonimizat].

c. [anonimizat], urmarindu-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.

Conformitateaproduselor 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

‚,O organizatie axata pe calitate promovează o cultură având ca rezultat comportamente ,atitudini, activițăți și procese care furnizeaza valoare prin satisfacerea necesităților și așteptărilor cliienților și ale altor parți interesante relevante.

Calitatea produselor și serviciilor este determinată de capabilitatea de a satisface clienții și de impactul intenționat și neintenționat asupra parților 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.’’

1.2 Caracteristicile procesului de producție

In majoritatea cazurilor produsele din industria construcțiilor de masin sunt formate din mai multe repere, subansambluri, mecanisme complexe, fiind necesară programarea fiecarei mișări. In cazul general produsul este un sistem ierarhic tridimensional. Formă, dimensiunile, caracteristicile functionale 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 pozitie cu o anumită rugozitate. Nici o dreaptă sau suprafață reală nu poate fi identică cu una teoretică. Piesa estre considerată buna daca abaterile dintre suprafețele reale și cele teoretice se încadreaza in campul 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 Parțile componente si caracteristicile produsului

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

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

posibilitatile de recunoastere și evidență

posibilitatile de repartizare a fabricației

posibilitatile 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 observa ca și subansamblurile relativ simple ale produsului sunt formate din mai multe elemente și la randul lor se pot imparți în subdiviziuni.

Elementele produsului se pot defini dupa 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 masini sunt denumite piese.

1.3 Aspecte economice ale procesului de fabricație

La sfârșitul procesului de fabricație se urmarește obținerea unor produse competitive, care să satisfacă simultan condițiile de recuperare a cheltuielilor investite cat și condițiile de aliniere la 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 masinii -unelte

cheltuieli legate de dispozitivele de lucru folosite

cheltuieli legate de scule, etc.

1.4 Clasificarea generală a proceselor de fabricație

In prezent s-au dezvoltat un numar mare de procese de fabricație. Numarul lor este în crestere datorită cererilor pieței și progreselor în domeniul științei și tehnologiei.

In practică există două tipuri de procese de fabricație:

operații de prelucrare prin care se transforma 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.

Operatii de asmblare prin care se alatură doua sau mai multe componente , în scopul de a crea o noua entitate numita anamblu sau subansamblu, sau alți termeni care se refera la procesul de asamblare.

Fig. 1.4 Clasificarea proceselor de fabricație FRA 19]

1.5 Clasificarea proceselor de prelucrare

In 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 operaii prin care se modifica : 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 initial. 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 forte care depasesc limita de curgere a materialului. Exemple: laminare, forjare, extrudare.

d) procese de separare a materialului – materialul initial este un solid ( ductil sau fragil) din care este eliminat materialul în exces astfel încat sa rezulte o piesa cu geometria dorită. Exemple: stamtare, 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 aschietoare:

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

Muchie așchietoare nedefinită – nu sunt cunoscute: numarul 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 fara a le schimba forma. Acestea sunt efectuate pentru a imbunătății 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 curatare – 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 baza de operații de fabricații este constituit de operațiile de asamblare, în care doua sau mai multe piese/repere separate sunt unite pentru a forma o noua 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 – creaza o asamblare permanenta. 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 îmreună într-un montaj care poate fi demontat convenabil. Utilizarea de suruburi sau a altor elenmente de prindere filetate sunt metodele tradiționale importante de asamblare din această categorie. Alte tehnici mecanice care formează o legatură semipermanente includ nituri, fitinguri și elemente de expandare.

1.8 Caracteristicile de calitate ale produselor de fabricație

Masura în care un ansamblu de caracteristici intrinseci ale unui obiect indeplineste cerintele, nevoia de asteptare care este declarata, în general implicită sau obligatorie de către client se numeste 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 eficiență

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 functionalitatea 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 garanteaza îndeplinirea crințeriilor de eficiență și rentabilitate.Compararea variantelor tehnologice se realizeaza în urmatoarele situații:

Includerea unor noi produse în programul de producție

Adaptarea proceselor tehnologice la modificarile constructive ale pieselor

Extinderea capacității de producție

Inlocuirea proceselor de fabricație existentă 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. 1.6Criterii de evaluare la alegerea proceselor de fabricațieFRA 19]

2. ASAMBLĂRI ÎN CONSTRUCȚIA DE MAȘINI

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

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

Asamblarile 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 executata în general în aceiași 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 încheiere

asamblări nituite

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

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

conjugate, una filetată la exterior (surub), iar piesa conjugata, filetată la interior, poate fi o piulițăsau 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)

Fig.2.1 Fig. 2.2 Fig. 2.3

Fig. 2.4 Fig. 2.5

Transmisiile surub-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 surub-piuliță este cuplă elicoidală, care poate fi cu frecare de alunecare sau cu frecare de rostogolire (transmisii prin suruburi cu bile).

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

surubul executa miscarea de rotație, iar piulița miscarea de translație (masini unelte; cricuri cu pârghii etc.);

surubul execută ambele miscări, de rotație și de translație (cricul simplu; cricul telescopic;surubul secundar al cricului cu dubla actiune; presele cu surub acționate manual etc.);

piulița execută miscarea de rotație, iar surubul miscarea de translație (cricul cu piuliță rotitoare; surubul 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 surubului).

2.3 Elementele asamblării prin șuruburi

Filetul reprezintă partea principală și definitorie a surubului și piuliței, este urma (suprafața) lasată de un profil oarecare ( triunghiular, pătrat, trapezoidal;, circular) pe un cilindru sau con în deplasarea axiala 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) lăsatăde un profil oarecare (triunghiular, pătrat, trapezoidal, circular) pe un cilindru sau con în deplasarea axialăa 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 cu unghiul la vârf 600 (filete metrice) sau de 550 (la șuruburile în țoli – Whitworrh)

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 conditiile functionale. Șuruburile uzuale, la care nu se cunoaște anticipat domeniul de folosire, se execută din otel de constrcții nealiat, pentru suruburile la care este necesară o rezistențămai mare, se recomandăutilizarea oțelurilor pentru calire si revenire etc.

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

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

Oțelurile folosite în construcția șuruburilor și piulițelor de fixare sunt împarțite, în funcție decaracteristicile mecanice ale acestora, în mai multe grupe, fiecare grupă conținând materiale cucaracteristici apropiate

Conform standardelor, fiecare grupa de oțeluri pentru suruburi este simbolizataprin doua cifre, desparțite 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 gruparespectivă; 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 surub 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 regula, 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 sa se calculeze, conform regimului de solicitare, atât tija șurubului cât și spirele filetului; în plus, trebuie luate masuri tehnologice și constructive pentru diminuarea concentratorilor de tensiuni. [web

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

2.6.1Solicitările șurubului si 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 funcțiede sensul forței F

b) piulița este solicitată în ansamblu la compresiune sau tracțiune (invers cala 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. 2.8Secțiune șurub

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

(2.3)

(2.4)

Fig. 2.9 Secțiune piuliță

Solicitarile filetului

Pornind de la ipoteze ca:

se consideră că în contactul dintre surub și piulițăse găsesc z spire

se consideră că sarcina se repartizeaza uniform 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 uniform

Forta F1 care acționeazăasupra spirei filetului solicită filetul la:

încovoiere

forfecare

strivire

2.6.2Solicitări suplimentare în șuruburiOMT]

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

(2.6)

(2.7)

(2.8)

Solicitarea suplimentară de incovoiere a șurubului. Această solicitare apare atunci când suprafață de reazem a capului șurubului iș/sau piuliței nu este perpendiculară pe axa șurubuluiOMT]

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 (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. 3.1Curba 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 initiale 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 intriseca 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

structura

puritate

evoluție metalurgică

localizarea deformației

Factorii de proces:

temperatura deformării

viteza de deformare

starea de tensiuni și deformații

presiunea hidrostatică

frecarea scula/semifabricat

geometria scula /semifabricatMAR]

3.2Gaurirea prin deformare plastică (Flowdrill)

3.2.1 Scurt istoric

In anul 1923, francezul Jean Claude de Valière a incercat sa gaseasca o alternativa la metoda traditionala a procesului de prelucrare a gaurilor intr-un semifabricat de otel utilizand procesul frecarii la cald. Ideea era sa realizeze un instrument (unealta) care sa exercite o presiune axiala relativ mare combinata cu o viteza de rotatie mare..Caldura generata in urma procesului de frecare dintre scula si semifabricat face materialul mai moale si maleabil suficient pentru a fi format si perforat. A fost doar un succes moderat deoarece la acel moment nu erau disponibile materiale care sa aiba o rezistenta mare la caldura, nu se cunostea geometria corecta a sculelor, nu erau disponibile masini care sa genereze un profil complicat. Vor trece aproape 60 de ani pana cand aceste probleme sa fie rezolvate iar metoda sa-si poata gasi calea spre comercializare.WIK]

Industria auto a fost cea care a dezvoltat aceasta tehnologie. Pentru a reduce emisiile de CO2 și pentru a crește performanțele la impact, producatorii de autovehicule au fost nevoiti sa gaseasca solutii. 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 gaurilor prin foraj termic este un răspuns la aceste provocări.

Un exemplu: firma AUDI utilizeaza pentru constructia caroseriei suruburi Flow Drill (FDS). Aceste suruburi autofiletante sunt insurubate automat prin intermediul unui robot. Tehnologia face astfel posibila o imbinare puternica. Surubul se autoinfileteaza prin intermediul filetului sau, obtinandu-se astfel economie de timp si bani.ATL]

In procesul de gaurire prin deformare plastica (denumit si Gaurire prin frecare –Friction drilling), scula (Flowdrill – FD) vine in contact cu piesa la o presiune axiala relativ ridicata si o viteza mare de rotatie. Caldura generata face materialul mai moale simaleabil suficient pentru a fi format si perforat. Pe masura ce scula apasa pe material, o parte din materialul dislocat formeaza un inel pe partea superioara a suprafetei piesei, restul materialului dislocat formand o bucsa pe partea inferioara a semifabricatului (piesei). Toate acestea se intampla in cateva secunde. Inelul si bucsa ce au rezultat pot fi de pana de 3 ori grosimea initiala a peretelui piesei. Diametrul bucsei este precis determinat de partea cilindrica a sculei utilizata, acesta poate varia intre 1,8 – 32 mm, iar grosimea peretelui piesei poate ajunge pana la 12 mm.

3.2.2 Fazele procesului Flowdrill

Contactul initial: Presiunea axiala relativ mare combinata cu o viteza de rotatie mare genereaza caldura intre scula si piesa. Temperatura sculei ajunge rapid la 650-7000C iar temperatura piesei la aproximativ 6000C. Sunt necesare forte axiale mari pana cand varful sculei strapunge materialul piesei.

Curgerea materialului: Materialul dislocat se deplaseaza initial catre scula, cand varful sculei (FD) patrunde in piesa (materialul curge in directia in care materialul se plastifiaza (se înmoaie), forta axiala se reduce si creste avansul. Marimea finala si forma gaurii bucsei formate sunt determinate de diametrul si forma conului sculei. Materialul care s-a deplasat inapoi spre scula poate forma un inel exterior sau poate fi retezat de pe suprafata piesei.

Gaura realizata poate fi apoi filetata folosind o scula de filetare prin deformare plastica la rece ( Flowtap).

Procesul nu influenteaza structura interna a materialului piesei, bucsa astfel realizata este mult mai rezistenta si poate fi utilizata ca un lagar, sau cand este filetata poate creste mult rezistenta la tendinta 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

Vaful partii conice a sculei Flowdrill ( FD) este pozitionat astfel incat sa atinga materialul.

Pasul 2

FD este presat pe material cu o forta axiala mare, combinata cu o viteza de rotatie mare. Apar fortele de frecare intre FD si material. Temperatura FD creste rapid la 650˚- 750˚C iar cea a materialului la aproximativ 600˚ .

Pasul 3

FD strapunge materialul, il disloca orizontal si vertical, materialul este deplasat in directia sculei (FD) realizand o bucsa. Forta axiala mare este necesara pana cand varful FD strapunge materialul. Pe masura ce materialul se inmoaie forta axiala se reduce.

Pasul 4

Bucsa este realizata, scula FD se retrage. Marimea si forma finala a gaurii si a bucsei sunt determinate de diametrul si forma conului sculei FD.

Pasul 5

Cu un tarod special prin procesul de deformare plastica la rece ( Flowtap).se formeaza filetul.

Pasul 6

Asamblare finală

3.2.3 Sistemul de gaurire Flowdrill este alcatuit din:

Suport scula cu bucsa

Bratari

Scula FD (burghiu)

Tarozi

Lubrifianti

FD (burghiul) este o scula cu o proeminenta conica, confectionata din metal dur,carbura de Wolfram. La rotații cu viteza mare și presare cu o forța axială mare în material (semifabricat) caldura generată înmoaie materialul și permite burghiului să înainteze, realizand o gaura și în același timp o bucsă din materialul dizlocat.

Geometria sculei FD ( burghiului): portiunea de lucru a FD este alcatuita din : o parte conică, una cilindrică si un varf ascutit. Atât partea conică cat 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 uzura. Fațetele părții conice și cilindrice produc frecarea cu suprafața piesei în timp ce se rotesc cu viteză mare și produc încalzirea locală a materialului. Partea cilindrică a sculei determină diametrul găurii realizate.

Fig. 3.4 Burghiu

3.2.4 Tipuri de scula FD ( burghie)

Burgiu lung

Burghiul lung are un corp lung paralel a cărui formă produce o gaura cilindrică pe întreaga lungime a bucșei. Materialul care este împins în parte opusă , este rulat ca o buză de către colier.

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 si au roul de a asigură 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 gaurire convenționala. Turația este influențată de diametrul găurii, grosimea peretelui, și tipul de material al piesei.

Oțelurile inoxidabile groase și oțelurile înalt aliate necesită turații mai mici ceea ceduce la o durabilitate mai mica a sculei. Materialele neferoase necesită turații mari, cu cât estemai 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 marimea 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 axialăeste 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 caztrebuie prevăzut un suport adecvat care să prevină deformațiile piesei. O mică gaură inițială (gaura pilot) sau osculă cu caneluri poate fi folosită pentru a reduce forțaaxială.

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

Grosimea materialului piesei:

Grosimea maximă de material (hmax) ce poate fi prelucrat este proporțională cudiametrul 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

Grosimea maximă hmaxa materialului ce poate fi gaurită în funcțiede diametrul sculei.

Procedeul Flowdrilling poate fi executat:

pe mașini normale de găurit

pe mașini de găurit cu cap revolver

pe mașini defrezat, sau pe strunguri, procesul poate fi automatizat, robotizt.

Marimea avansului este determinată de presiunea sculei pe suprafața piesei. La începutpresiunea este mare pentru a crea caldură în urma frecării, iar pe măsura ce materialul se înmoaie permite sculei să avanseze. Rata avansului crește cu gardientul de caldură și pe măsură ce varful sculei patrunde 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 Flowdill depind de proprietățile materialului cum ar fi: tensiunea de intindere, 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 evita incalzirea, dar aceasta trebuie facută în cantități mici pentru a preveni aderarea pe suprafața dură a sculei în special când se gaurește aluminiu. Lubrifianții pentru Flowdrill sunt special creați pentru a respecta aceste criterii.

Utilizarea pastei de lubrefiant asigură urmatoarele avantaje:

Creste 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 bucsei formate înpartea 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 inferioare a bucsei formate.

Materiale

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

oțel,

oțel inoxidabil

aluminiu

cupru, alama, bronz,

aliaje speciale, cuexcepția cositorului și zincului.

Avantajele procesului Flowdrill sunt:

reducerea timpului de prelucrare

scăderea greutății piesei prin utilizarea pieselor cu pereți mai subțiri;

cresterea rezistentei filetului și a rezistenței la uzura la înfiletări multiple;

elimină adaosurile, niturile, clemele sudate, și alte asemena piese folosite în mod uzual la cresterea 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 mica și nu oferă suport suficient pentru filetare sau în construcția de lagăre și mecanisme de direcție evitând sudurile sau nituirile.

Flowtapping (Filetarea prin deformare plastică – fară așchii)

Filetarea prin deformare plastică este asemanătoare celei clasice, cu deosebirea că nu seproduc 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, lucrufoarte 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, obtinandu-se un filet cu o suprafața 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 crează 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 gauri obținute prin Flowdrill.doc]

4. STUDII PRIVIND PRELUCRAREA GAURILOR FILETATE PRIN METODA FORAJULUI TERMIC (DEFORMARE LA CALD)

4.1 Prezentarea firmei COMELF S.A.

4.1.1Scurt 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 organizata in trei fabrici care functioneaza 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 proiectului 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 cresterea 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 asamblari cum ar fi de exempu: piulițele de sudură, inserțiile filetate, etc, utilizate în scopul de a crește numărul de spire in contact si deci o rezistența 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. Cercetarea are ca sccop analiza /comparerea a daua variante de îmbinari filetate:

asamblare cu piuliță sudată

asamblare filetată, unde bucșa a fost realizată prin deformare plastică

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

4.3.1 Varianta 1 – Îmbinare cu piuliță sudată-

La executareaprodusului: UNITATE DE FILTRARE A AERULUI, asamblarea Tv. 80×5 mm- S235J2 cu tablă g=5 mmS235J2 (fig. 4.3)se realizează conform tehnologiei existente, prin sudarea unei piulțe de sudura 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 surub/ piulita, 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 inmagazinata- pistolet

Sudarea piuliței pe Tv. 80×5 mm- 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 PiulițăSR 13]

4.3.1.2 Pentru realizarea asamblului surub/piulita s-au utilizat șuruburi M10, gr 8.8

Fig 4.5 Șurub cap hexagonalSR 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 engleza (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 sudări în orce poziție, grosimea minima sudabilă fiind de 0.5mm. Electrozii nefuzibili utilizați se realizaează din volfram. ASR 15-16]

4.3.2 Varianta 2 – Îmbinare filetată surub- bucșa ( bucsa obținută prin deformare plastică la cald

S-a optat pentru această variantă deoarece la realizarea asamblarii (fig.4.4) avem acces limitat pe una din fețele subansamblului, cea ce ingreuneaza asamblarea. Bucșele au fost realizate prin deformare plastică la cald (foraj termic). S-a urmărit:

obținerea unei grosimi suplimentare de material

un numar mai mare de spire

realizarea unei asamblarii filetate de înaltă rezistență

Cercetarea s-a facut 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 (bucsa realizata prin deformare plastică la cald)

4.3.2.1 Semifabricate utilizate:

Oțel 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 (conform EN 10027-2)

S355J2 – Date de identificare 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 chimicăla analiza pe oțel lichid conform SR EN 10025-2

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 .

S690Q – Date de identificare conformSR 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 mmexprimate 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 chimicăla analiza pe oțel lichid conform SR EN 10025-6

Pentru determinarea valorii carbonului echivalent trebuie folosită urmatoarea formulă:

CEV = (4.2)

Table 4.5 Caracteristici mecanice la temperatura ambiantă conform SR EN 10025-6 .

DD11- produse plate pentru formarea la rece

Date de identificare pentru otelul DD11 conformSR EN ISO 10111

Simbolizare conform SR EN 10027-1.

Simbolizarea este reprezentata prin:

D- produse plate pentru formare la rece

Table 4.6 Compozitia chimica la analiza pe otel lichid conform SR EN 10111.

Table 4.7 Caracteristici mecanice la temperatura ambianta conform SR EN 10111.

4.3.2.2 Prelucrarea bucșelor

Bucsele au fost relizate in Comelf , sectia F.P.I prin porcedeul de deformare plastica la cald pe masina de gaurit radiala, echipata cu un sistem de gaurire Flowdrill.

1). Mașina

Fig 4.7Masina de gaurit radial

2).Echipamentul de găurire flowdrill are în componență :

Atat scula (FD) cât și tarodul sunt standardizate.

a). Burghiu ( scula FD)

Fig. 4.8Burghiu

b).Tarod

Fig 4.9 Tarod metric

4.4 Mijloace de măsurare, utilizate pentru cercetare concepția dispozitivului de prindere a probelor

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 mașinăa cărui control, măsurătorile și procesarea datelor sunt efectuate de un 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 uniu dipozitiv 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 pentru a se limita încovoierea, a fost conceput, proiectat și executat dispozitivul din (fig. 4.7).

Fig. 4.11 Bacuri mașina de tracțiune

Fig. 4.12Prinderea dispozitivului în bacuri

Fig.4.13 Dispozitiv pentru realizarea încercarilor la tracțiune desen 3D SOLIDWORKS

Componenetele dispozitivului:

Suport

Piesa de tamponare

Rigidizare ( pentru a se evita incovoierea in timpul incercari)

Brida

Bucsa

Semifabricat

Saiba M10

Surub hexagonal M10x65

Surub hexagonal M10x60

4.4.3Aparat pentru încercarea durității “tip NEXUS 7801

Pentru fiecare tablăs-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 Subler electronic

Fig. 4.17 Șubler

4.4.7 Calibru tampon M10 T-NT

5. REZULTATE

5.1 Incercarea la tracțiune

Principala solicitare la care este supus ansamblulșurub/piuliță, șurub/bucșă este cea de întindere. Pentru a observa comportamentul asamblarilor la aceasta solicitare, acestea au fost supuse unei forțeaxiale de tractiune. S-au realizat mai multe încercari pe aceleași tipuri de materiale.

5.1.1 Piulița sudată

Tabel 5.1Test 1

Fig.5.1 Curba tensiune deformatie, forta maxima la care a cedat asamblarea surub piulita este FMAX=53,35 KN

Fig. 5.1 Șurub/piuliță dupa solicitarea la tractiune

Tabel 5.2 Test 2

Fig. 5.2 Curba tensiune deformatie, forta maxima la care a cedat asamblarea surub piulita este FMAX=56,19 KN

Fig. 5.2 Șurub/piuliță dupa solicitarea la tractiune

5.1.2 Bucșa obținută prin deformare plastică la cald

Tabel 5.3Test 1

Fig. 5.3Curba tensiune deformatie, forta maxima la care a cedat asamblarea surub piulita este FMAX=29,84 KN

Fig. 5.3 Șurub/piuliță,dupa solicitarea la tractiune

Tabel 5.4 Test 1

Fig. 5.4 Curba tensiune deformatie, forta maxima la care a cedat asamblarea surub piulita este FMAX=33,17 KN

Fig. 5.4 Șurub/piuliță, dupa solicitarea la tractiune

Table 5.5 Test 1

Fig 5.5 Curba tensiune deformatie, forta maxima la care a cedat asamblarea surub piulita este FMAX=55.15 KN

Fig. 5.5 Șurub/piuliță dupa solicitarea la tractiune

Tabel 5.6Test 2

Fig 5.6 Curba tensiune deformatie, forta maxima la care a cedat asamblarea surub piulita este FMAX=24.67 KN

Fig. 5.6 Șurub/piuliță dupa solicitarea la tractiune

Tabel 5.7 Test 2

Fig 5.7 Curba tensiune deformatie, forta maxima la care a cedat asamblarea surub piulita este FMAX=47,3 KN

Fig. 5.7 Șurub/piuliță dupa solicitarea la tractiune

Tabel 5.8 Test 2

Fig 5.8 Curba tensiune deformatie, forta maxima la care a cedat asamblarea surub piulita este FMAX=47,10 KN

Fig. 5.8 Șurub/piuliță dupa solicitarea la tractiune

Tabel5.9 Test 2

Fig 5.9 Curba tensiune deformatie, forta maxima la care a cedat asamblarea surub piulita este FMAX=56,36 KN

Fig. 5.9 Șurub/piuliță dupa solicitarea la tractiune

Table 5.10 Test 3

Fig 5.10 Curba tensiune deformatie, forta maxima la care a cedat asamblarea surub piulita este FMAX=46,27 KN

Fig. 5.10 Șurub/piuliță dupa solicitarea la tractiune

Table 5.11 Test 3

Fig 5.11 Curba tensiune deformatie, forta maxima la care a cedat asamblarea surub piulita este FMAX=52,57 KN

Fig. 5.11 Șurub/piuliță dupa solicitarea la tractiune

Table 5.12 Test 3

Fig 5.12 Curba tensiune deformatie, forta maxima la care a cedat asamblarea surub piulita este FMAX=49,42KN

Fig. 5.12 Șurub/piuliță dupa solicitarea la tractiune

Tabel 5.13 Test 3

Fig 5.13 Curba tensiune deformatie, forta maxima la care a cedat asamblarea surub piulita este FMAX=23,53 KN

Fig. 5.13 Șurub/piuliță dupa solicitarea la tractiune

5.2 Duritatea

S-au efectuat duritatea BRINELL-HB2.5/187.5 (bila de 2,5mm forta 187,5 kgf) pentru fiecare semifabricat inaite de a fi prelucrat prin deformare plastica la cald,in scopul compararii acestora cu valorile duritatilor obtinute dupa prelucraresi eventual a pune in evidenta existenta unei zone influenta 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 in zona influientata termic

Pentru analiza metalografica bucsele au fost sectionate diametral cu un disc abraziv in prezenta unui jet de apa rece pentru a nu influienta structura piesei. Șlefuirea probelor s-a facut cu ajutorul hartiilor metalografice (cu granulatia de: 100; 250; 360; 600) pe masina de slefuit din orizontala.

Temperatura masurata in timpul procesului de gaurire in zona peretilor gaurii a fost de aprox. 650 °C, sub limita de transformare critica a materialului(727˚C), neafectand metalurgic materialul de baza, totusi evidentiindu-se o zona influientata termic.

Pentru a pune in evidenta aceasta zona influientata termic ( ZIT) probele au fost atacate cu reactivul NITAL 5% .

Material:S355J2

Fig. 5.19 Analiza macroscopica cu evidentiere zona influientata termic

Material: S690Q

Fig. 5.20 Analiza macroscopica cu evidentiere zona influientata

S-au efectuat duritatii atat in materialul de baza cat si in zona influientata termic, dup ace proba a fost atacata cu nital si examinata macroscopic.

Valori obtinute in zona influientata termic:

Tabel 5.14 Duritatii efectuate in material de baza și în zona influiențată termic

Tabel 5.15 Duritatii efectuate in material de baza și în zona influiențată termic

5.4Analiza microscopica

Este o metoda de cercetare a structurii materialelor. Pentru a pune in evidenta structura microscopica probele au fost lustruite pe masina de lustruit. Dupa analiza macroscopica probele au fost lustruite, atacate chimic si examinate la microscopul optic, utilizand un obiectiv de x si marire x .În urma examinari se observa in zona influientata termic o granulatie mai fina, deci mai rezistenta astfel expicandu-se duritatile obtinute in ZIT.

S355J2- TABLA 5mm, x50

S355J2 tabla 5mm- x200

S690Q tabla 4mm – x50

S690Q- tabla 4mm, x100

S690Q- tabla 4mm, x200

S690Q- tabla 4mm, x500

5.5Masuratori effectuate

Dupa prelucrare bucsele au fost masurate dimensional cu sublerul electronic. Cotele de interes au fost:

Lungimea bucsei –L

Diametrul bucsei – d

Grosimea peretelui –b

Numarul de spire – z

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

Fig. 5.17 Reprezentare bucșă

Table 4.8 Măsuratori

CONCLUZII SI CONTRIBUTII

In urma incercarilor si a masuratorilor efectuate se pot emite urmatoarele concluzii:

Tabel 4.9

CONCLUZII:

Prin metoda de gaurire flowdrill (deformare plastica la cald) se obtin bucse cu o inaltime aproximativ inca odata grosimea tablei astfel numarul spirelor este mai mare comparativ cu cel al piulitei de sudare.

Structurain zona peretelui bucsei are o granulatie mai fina comparativ cu cea din materialul de baza, rezultand astfel o rezistenta mecanica mai mare in aceasta zona.

Duritatea masurata in zona influientata termic este mai mare decat cea a materialului de baza.

Rezultatele obinutepot fi utilizate ca baza de informatii pentru alte proiecte in care se utilizeaza (aceleasi materiale, grosimi de materiale si parametrii de proces)

Pentu proiectele in care se cunoaste forta maxima (solicitare axiala) la care este supus ansamblul tabelul de mai sus (tab.4.9) ofera informatii despre calitatea si grosimea materiualului ce pot fi utilizate.

Contributii

Studiu bibliografic

Documentarea în cadrul firmei, în ceea ce privește tehnologia existentă de asamblare surub/piulita sudata 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 surub/piulita in bacuri

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

Studiu privind stabilirea parametrilor de prelucrare.

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

Masurarea dimensionala a bucselor

Masurarea temperaturii in timpul procesului de prelucrarea bucselor

Slefuirea si pregatirea probelor pentru analiza macro/microscopica, interpretarea structurilor obtinute

Atacul chimic pentru analiza macro/ microscopica

Citirea si arhivarea de pe display-ul masinii de tractiune a fortelor rezultate

Citirea si arhivarea de pe display-ul masinii de duritate a rezultatelor

Interpretarea si prelucrarea rezultatelor

Proiectarea 3D in 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/

OPIS

Lucrarea de diplomă cu titlul ” PRELUCRAREA PRIN FRECARE CU ELEMENT ROtATIV A GĂURILOR FILETATE PENTRU ÎMBINAREA STRUCTURILOR DE REZISTENȚĂ A UNITĂȚILOR DE FILTRARE A AERULUI” cuprinde 71 de pagini scrise.

În cuprinsul paginilor se găsesc 24 tabele și 70 de figuri.

La aceste pagini se adaugă un număr de 2 anexe (nenumerotate).

ANEXE

ANEXA 1 – Desen de execuție – Dispozitiv

ANEXA 2- DESEN DE ANSAMBLU – PRODUS UNITATE DE FILTRARE A AERULUI