Lucrarea este structurată pe 7 capitole. [306585]

1. Introducere

Lucrarea de față prezintă proiectarea și simularea fabricației unui reper utilizând pentru procesul CAD softul Creo Parametric 2.0, pentru procesul FEM softul ANSYS 16, iar pentru procesul CAM softul NX8.5.

Lucrarea este structurată pe 7 capitole.

În al doilea capitol al lucrării se prezintă softul CAD Creo Parametric 2.0 [anonimizat].

În capitolul trei se fac analizele cu elemente finite a celor trei variante ale reperului proicetat în primul capitol. În acest capitol se face o scurtă prezentare a softului ANSYS 16, după care se prezintă mersul analizelor. La sfârșitul capitolului se alege varianta optimă.

Capitolul patru prezintă procesul de turnare sub presiune a reperului și proiectarea semimatriței inferioare.

În capitolul cinci se prezintă simularea fabricației asistate de calculator utilizând aplicați CAM NX8.5, se prezintă un fragment din codul generat pentru prelucrarea piesei. [anonimizat].

În capitolul șase se prezintă procesul de fabricație rapidă a [anonimizat].

În capitolul șapte se prezintă referințele bibliografice utilizate la crearea acestei lucrări.

2. Proiectarea piesei

2.1. Descrierea softului

Creo Parametric 2.0 este o [anonimizat], [anonimizat], dezvoltată de firma PTC. Creo este considerat a [anonimizat].

Firma PTC a început dezvoltarea softului Creo în 2009, iar în data de 1Iunie 2011 a fost lansată prima versiune.

Softul Creo Parametric 2.0 folosit în această lucrare a fost lansat în 4 Septembrie 2012.

2.2. Alegerea materialului

Piesa este confecționată din aliaj de aluminiu AlSI10Mg, conform SR EN 1706-2000.

Compoziția chimică este prezentată în tabelul 2.1.

Tabel 2.1.

Caracteristicile mecanice sunt prezentate în tabelul 2.2.

Tabel 2.2.

2.3. Fazele modelării

1. [anonimizat]. (fig.2.1, fig2.2.)

Fig. 2.1.

Fig. 2.2.

2. Cu ajutorul comenzii Extrude se trasează elemntul dentral și marginile piesei după care se setează înălțimea extrudării. (fig.2.3, fig.2.4.)

Fig.2.3.

Fig.2.4.

3. Utilizând comanda Extrude se trasează conturul pe partea inferioară a piesei după care se setează înălțimea extrudării. (fig.2.5, fig.2.6)

Fig.2.5.

Fig.2.6.

4. Utilizând comanda Extrude și funcția Project se definesc dimensiunile elementului central. (fig.2.7, fig. 2.8)

Fig.2.7.

Fig.2.8.

5. Utilizând comanda Rib se definește o nervură.(fig.2.9, fig.2.10)

Fig.2.9.

Fig.2.10.

6. Utilizând comanda Pattern se multiplică nervura în jurul axei centrale la un unghi de 60 de grade.(fig.2.11, fig.2.12)

Fig.2.11.

Fig.2.12.

7. Utilizând comenzile Hole și Pattern se definesc găurile cu diametrul Φ7[mm]. (fig.2.13, fig.2.14)

Fig.2.13

Fig.2.14

8. Utilizând comanda Draft se setează unghiul de înclinație a laturilor pentru a facilita îndepărtarea piesei din matriță. (fig.2.15)

Fig.2.15.

9. Utilizând comanda Hole se definește gaura filetată central. (fig.2.16)

Fig.2.16.

10. Utilizând comanda Round se definesc razele de racordare a piesei. (fig.2.17)

Fig.2.17.

Fig.2.18.

Fig.2.19.

2.4. Variante modelate, diferențele dintre variante:

1. Varianta 1:

Înălțime element central: 5[mm]

Grosime nervură: 2[mm]

Raze de racordare: 0.5[mm]

2. Varianta 2:

Înălțime element central: 7.5[mm]

Grosime nervură: 2[mm]

Raze de racordare: 0.5[mm]

3. Varianta 3:

Înălțime element central: 7.5[mm]

Grosime nervură: 4[mm]

Raze de racordare: [2mm]

3.Analiza cu elemente finite

3.1.Generalități, descrierea softului

În general, activitățile de analiză a elementelor sau ansamblurilor mecanice ce utilizează Metoda Elementelor Finite, cuprind trei faze principale:

1. Pre-procesarea – definirea modelului și factorii de mediu care se aplică acestuia (în mod tipic un model cu elemente finite).

2. Analiza (de obicei, efectuate pe calculatoare de puteri ridicate).

3. Post-procesarea rezultatelor (folosind instrumente de vizualizare performante).

Acest ciclu este iterat, fie manual, fie cu ajutorul software-urilor dedicate.

Pre-procesarea presupune construirea unui model matematic al elementului ce urmează a fi analizat. Există câteva moduri de a face această operație, dar cea mai comună metodă este preluarea unui model CAD și împărțirea acestuia în bucăți mici, de formă regulată, procesul numindu-se discretizare. Fiecare parte se numește element, ("element finit") iar punctele aflate în colțurile elementelor sunt numite noduri.

Deoarece nu există nici o formulă matematică directă pentru a calcula tensiunile sau deformațiile dintr-un corp de o formă complexă, pentru a rezolva acest lucru se pot utiliza modele matematice simple ce calculează aceste caracteristici în corpuri simple atunci când sunt aplicate anumite sarcini asupra lor.

Calitatea și precizia rezultatelor depind, în mare măsură, de numărul de elemente finite folosite. Cu creșterea numărului de elemente, crește și timpul de procesare a datelor. Se urmărește identificarea unui echilibru între precizia rezultatelor și timpii de procesare.

Pasul următor în analiza cu elemente finite este rezolvarea modelului matematic creat. Acesta conține un sistem cu număr foarte mare de ecuații matematice care va fi rezolvat de un modul al programului de analiză, numit Solver. Aceste ecuații sunt bazate pe relația F=kx, unde F este forța, k este constanta elastică iar x este deformația.

Solver-ul va rezolva simultan mii de ecuații de acest tip, calculând pe baza datelor introduse de utilizator și va returna diverse tipuri de rezultate.

Post-procesarea reprezintă acea secțiune a analizei cu elemente finite care implică analiza și interpretarea rezultatelor obținute. Momentan, programele performante oferă rezultatele sub forme grafice sugestive, animate, colorate, identificarea problemelor structurii analizate fiind un proces intuitiv și facil.

ANSYS – Workbench este o platformă software care combină capacitatea de rezolvare cu o serie de instrumente de management al produsului. Această platformă conține trei structuri importante:

Cadru de integrare – integrează tehnologii ANSYS existente

Cadru de aplicare – interfața cu utilizatorul, aplicații, comenzi noi.

Instrumente și servicii comune – gestionarea datelor native; gestionarea parametrilor de proiectare, a unităților de măsură, a expresiilor matematice, a istoricului și rapoartelor de activitate.

3.2. Discretizarea

Rețeaua de elemente finite a unui model solid subdivide structura în elemente, interconectate prin noduri. În cadrul fazei de pre-procesare se aleg tipurile de elemente finite care vor fi utilizate și se stabilieste repartiția lor pe domeniul discretizat, rezultând astfel numărul, dimensiunea și forma acestora. Discretizarea se realizează în funcție de tipul domeniului geometric (unidimensional, bidimensional sau tridimensional)

Modelul 3D al capacului este prezentat în figura 3.1. Importarea în ANSYS s-a făcut cu parametrii definiți în tabelul 3.1., acesta conține materialul, dimenisunile, volumul și momentele de inerție al piesei.

Fig.3.1.

Tabel 3.1.

În Tabelul 3.2 sunt definite principalele caracteristici setate în ANSYS pentru calcularea modelului discretizat. Acestea sunt caracteristici fizice, mărimea și precizia elementelor, numărul de noduri și de elemente folosite la discretizare. Rețeaua de elemente calculate după setările definite în Tabelul 3.2, aplicată pe modelul CAD a capacului, este prezentată în Figura 3.2.

Tabel 3.2.

Fig.3.2.

3.3. Constrângeri aplicate

Capacul este fixat de șuruburi prin găurile de diametrul Φ7[mm].

Astfel pe modelul discretizat se aplică constrângeri de tipul Fixed Support pe suprafețele de contact a șuruburilor, conform figurii 3.3.

Fig.3.3.

3.4. Introducerea încărcării

Pe suprafața inferioară a piesei se aplică o presiune de 0,1[MPa] conform fig.3.4. Principalele setări ale presiunii sun definite în tabelul 3.3.

Fig.3.4.

Tabel 3.3.

3.5. Analiza rezultatelor

În timp ce fazele de pre-procesare și de post-procesare a modelului cu elemente finite sunt interactive și consumatoare de timp, faza de procesare este un proces care consumă resursele calculatorului. Ecuațiile derivate din faza de pre-procesare sunt asamblate în formă de matrice și sunt rezolvate numeric. Procesul de asamblare în matrice nu depinde doar de tipul de analiză (de ex. Static sau dinamic), dar și de tipuri de elemente finite folosite la crearea modelului discretizat și proprietățile acestora.

După elaborarea și verificarea modelului cu elemente finite, respectiva aplicarea condițiilor la limită și rezolvarea calculului numeric, se investighează rezultatele. Post-procesarea se utilizează pentru a crea o reprezentare grafică a rezultatelor primite de la solver, ce arată distribuția de tensiuni, deformații, temperaturi și alte aspecte ale modelului. Interpretarea rezultatelor este cheia identificării zonelor de interes, zonelor cu material rezidual și altor informații cu privire la caracteristicile de performanță a modelului. După verificarea soluției, datele de interes pot fi examinate. Sunt disponibile mai multe opțiuni de afișare, alegerea depinde de forma matematică a problemei, precum și de semnificația fizică. Opțiunile de vizualizare dinamică cu animații și imagini ajută în mod considerabil înțelegerea modului de deformare al modelului.

Figura 3.5. prezintă deformația totală a piesei.

Fig.3.5.

Tensiunea datorată încărcării se prezintă în figura 3.6. Legenda de culori indică tensiunile maxime și minime. Se poate observa că avem tensiuni maxime în zonele de racordare a nervurilor cu bazele găurilor.

Fig.3.6.

În figura 3.7. se poate observa o detaliere a zonei de tensiuni maxime.

Fig.3.7.

3.6. Alegerea variantei optime

Cele 3 variante modelate au fost supuse la aceleași condiții de simulare pentru a putea observa diferențele de comportament a pieselor în fucție de carateristicile geometrice a modelelor. Rezultatele și diferențele dintre cele trei piese sunt:

Varianta 1:

Deformarea maximă: 0,01[mm] (fig.3.8)

Fig.3.8.

Tensiunea maximă echivalentă: 140,65[MPa] (fig.3.9, fig.3.10)

Fig.3.9.

Fig.3.10

Varianta 2:

Deformarea maximă: 0,0082[mm] (fig.3.11)

Fig.3.11

Tensiunea maximă echivalentă: 120,33[MPa] (fig.3.12, fig.3.13)

Fig.3.12

Fig.3.13.

Varianta 3:

Deformarea maximă: 0,0062[mm] (fig.3.14)

Fig.3.14.

Tensiunea maximă echivalentă: 100,47[MPa] (fig.3.15, fig.3.16)

Fig.3.15.

Fig.3.16.

Analizând rezultatele obținute în urma procesării, respectiv valorile de deformare maximă și de tensiuni echivalente maxime se ajunge la conlcuzia că Varianta 3 are proprietățile geometrice constructive cele mai bune.

4. Procesul de turnare

4.1. Considerații generale

Turnarea reprezintă metoda tehnologică de fabricație a unei piese prin solidificarea unei cantități determinate de metal lichid introdus într-o cavitate de configurație și dimensiuni corespunzătoare unei forme de turnare.

La baza proceselor de turnare stă principiul fizic în virtutea căruia orice lichid ia forma vasului care îl conține.

Avantaje:

posibilitatea realizării unor piese geometrice complexe, cu cavități interioare și pereți relativ subțiri

costul mai redus al pieselor turnate în raport cu costul pieselor obținute prin alte metode de prelucrare, în special în producția de serie și de masă

piesele obținute prin turnare au proprietăți izotrope

Dezavantaje:

compactitatea, structura și rezistența mecanică a pieselor turnate sunt inferioare celor obținute prin metoda de deformare plastică.

Turnarea este procedeul tehnologic de realizare a pieselor prin solidificarea materialului topit într-o formă adecvată scopului urmărit.

Procesul tehnologic pentru obținerea unei piesei prin turnare constă din următoarele operații:

pregătirea amestecurilor de formare

confecționarea formei miezurilor

elaborarea metalului sau aliajului pentru turnare

turnarea metalului topit în cavitatea formei

solidificarea piesei

extragerea piesei turnate

îndepărtarea rețelei de turnare

remedierea defectelor

tratamente termice de detensionare

Executarea pieselor prin turnare constă din:

executarea unui model cu configurația piesei de turnat

executarea cu ajutorul modelului a unei forme de turnare

executarea unor miezuri cu configurația golurilor interioare din piesa de turnat

introducerea miezurilor în lăcașurile prevăzute în cavitatea formei

topirea aliajului

turnarea aliajului topit în formă

dezbaterea, curățirea, controlul pieselor turnate

Avantajele procedeului de turnare a pieselor:

prin turnare se obțin piese de configurație complexă

folosirea deșeurilor prin retopire

utilaj ieftin de turnătorie

proprietăți izotrope ale pieselor turnate

Dezavantaje:

proprietăți de rezistență mai reduse

vehicularea unor cantități foarte mari de material

4.2. Turnarea sub presiune

Procedeul constă în presarea metalului în stare topită într-o formă metalică din oțel. Umplerea formei se face la o mașină de turnat sub presiune.

Din punct de vedere al presiunii utilizate se deosebesc două tipuri de mașini:

mașini de turnat sub presiune joasă între 10-100 [daN/cm2]. Au camera de presiune cu piston sau cu compresor și se folosesc pentru aliaje neferoase;

mașini de turnat sub presiune mare 100-2000 [daN/cm2]. Se folosesc pentru materiale greu fuzibile, alamă, bronz din aluminiu.

Mașinile de turnat cu piston (fig. 4.1) sunt alcătuite din: 1 – vas de fontă în care se menține metalul lichid la temperatură constantă; 2 – camera de presiune; 3 – piston; 4 – supapa de acces a metalului în camera pistonului; 5 – cilindru; 6 – canal de alimentare; 7 – forma de turnare.

Fig. 4.1 – Turnarea sub presiune

4.3. Proiectarea semimatriței inferioare

Proiectarea semimatriței inferioare se pornește de la modelul 3D al piesei de realizat, urmând pașii:

Piesa se mărește (se scalează) cu 1,2[%] pentru a compensa contracția piesei în urma turnării. (fig.4.2.).

Fig.4.2.

Se îndepărtează găurile de pe piesă, acestea urmând să fie realizate într-un operație ulterioară procesului turnării. (fig.4.2)

Fig. 4.2.

Se creează un ansamblu cu modelul scalat și modelul de bază al semimatriței, conform figurii 4.3.

Fig.4.3.

Cu ajutorul operației Booleen de sustragere se îndepărtează volumul piesei din modelul semimatriței. (fig.4.4)

Fig.4.4.

Astfel se obține suprafața interioară a semimatriței conform figurii 4.5.

Fig.4.5.

5. Procesul de fabricație a semimatriței

5.1.Optimizarea tehnologiei de execuție a semimatriței utilizând aplicațiaCAM Siemens NX

Prin așchiere se realizează doar degroșarea semimatriței, finisarea acesteia se face prin eroziune electrica cu electrod masiv.

Siemens NX, cunoscut anterior ca NX Unigraphics, sau doar UG, este un pachet software avansat CAD/CAM/CAE dezvoltat inițial de Unigraphics, dar din 2007 preluat de către Siemens PLM Software.

Acesta este utilizat, printre alte sarcini, pentru:

Proiectare (modelare parametrică, solidă, sau de suprafață)

Analiză tehnica (statică, dinamică, electro-magnetică, termică, folosind metoda elementelor finite și fluide, folosind metoda volumelor finite)

Fabricație Asistată de Calculator prin utilizarea modulelor de prelucrare incluse

NX este un competitor direct pentru TopSolid, CATIA, Creo, Autodesk Inventor și SolidWorks.

În continuare se prezintă procesul optmizării tehnologiei de execuție a semimatriței:

In prima etapă in modulul „Modelling” se realizează semifabricatul din care se va realiza semimatrița (fig. 5.1)

Fig.5.1.

Urmează realizarea modelului 3D al semifabricatului din care se va obține piesa.

In prima etapă se selectează planul pe care se va dispune schița, care va fi fața inferioară a semimatriței (fig. 5.2)

Fig. 5.2.

Schița obținută este prezentată în fig. 5.3

Fig. 5.3.

Modelul 3D al semifabricatului rezultă in urmă utilizării comenzii „Extrude” (fig. 5.4)

Fig. 5.4.

Fabricația digitală a semimatriței se realizează cu ajutorul modului „Manufacturing.

La pornirea acestui modul trebuie indicat tipul de prelucrare. In cazul de față se selectează opțiunea pentru frezare volumică (fig. 5.5)

Fig. 5.5.

Se stabilește originea și orientarea sistemului de coordonate de la care începe prelucrarea. Pentru cazul piesei luate în studiu se alege centrul feței superioare a semifabricatului(fig. 5.6).

Fig. 5.6.

Se definește geometria piesei (fig. 5.7) și cea a asemifabricatului (fig. 5.8)

Fig. 5.7.

Fig. 5.8.

După definirea sistemului de coordonate, geometria piesei și semifabricatului se definesc sculele așchietoare. Dimensiunile acestora trebuie să țină cont de dimensiunile zonei în care se realizează așchierea. Din analiza piesei se observă ca sunt necesare freze deget cu diametrele: Ø10; Ø4; Ø3 și Ø2 [mm].

Principiu definirii sculelor în aplicația Simens NX se prezintă în fig. 5.9 pentru freza cu diametrul Ø10 mm

Se definește tipul frezei (cilindro-frontala fig, 5.9, a) și apoi se introduc parametrii geometrici ai acesteia (fig. 5.9, b)

b)

Fig. 5.9.

Având în vedere forma piesei, operațiile de prelucrare sunt operații de tip „frezare volumică” (fig 5.10).

Fig. 5.10.

În fereastra operației, se indică scula așchietoare (fig. 5.11), se alege strategia de prelucrare (fig. 5.12), se stabilește pasul dintre două treceri și adâncimea pe o trecere (fig.5.13) și se indică parametrii regimului de așchiere (fig. 5.14), precum și adaosul lăsat pentru operația de prelucrare prin eroziune electrică (fig. 5.15)

Fig. 5.11.

Fig. 5.12.

Fig. 5.13.

Fig. 5.14.

Fig. 5.15.

Acești pași sunt parcurși pentru fiecare din operațiile pentru prelucrarea prin așchiere a semimatriței. Operațiile de prelucrare prin așchiere sunt prezentate in fig. 5.16.

Fig. 5.16.

Traseul sculei pentru operația „Degrosare 1” este prezentat in fig. 5.17.

Fig.5.17.

Traseul sculei pentru operația „Degrosare 2” este prezentat in fig. 5.18.

Fig.5.18.

Traseul sculei pentru operația „Frezare radială” este prezentat in fig. 5.19.

Fig. 5.19.

Traseul sculei pentru operația „Frezare circulară” este prezentat in fig. 5.20.

Fig. 5.20.

Traseul sculei pentru operația „Semifinisare racordări” este prezentat in fig. 5.21.

Fig. 5.21.

După realizarea traseelor fiecărei scule se simulează pentru a cerceta corectitudinea prelucrării și pentru a elimina posibilitatea apariției coliziunilor.

Simularea traseului sculei pentru operația „Degrosare 1” este prezentat in fig. 5.22.

Fig. 5.22.

Simularea traseului sculei pentru operația „Degroșare 2” este prezentat in fig. 5.23.

Fig. 5.23.

Simularea traseului sculei pentru operația „Frezare radială ” este prezentat in fig. 5.24.

Fig. 5.24.

Simularea traseului sculei pentru operația „Frezare circulară” este prezentat in fig. 5.25.

Fig. 5.25.

Simularea traseului sculei pentru operația „Semifinisare racordări” este prezentat in fig.5.26.

Fig. 5.26.

Semifabricatul piesei, obținut după prelucrarea prin așchiere este prezentat in fig. 5.27, în care sunt evidențiate colorat prelucrările realizate cu fiecare sculă.

Fig. 5.27.

Programul CNC se obține în urma operației de postprocesare. Acest proces are scopul de a transpune codul APT obținut in urma generării traseelor sculelor așchietoare în codul G recunoscut de echipamentul mașinii-unelte pe care se va realiza prelucrarea. Alegerea postprocesorului pentru un echipament de frezare Siemens 840D este prezentată in fig. 5.28.

Fig. 5.28.

Un fragment din programul CNC obtinut este prezentat în continuare…

N10 ;Start of Program

N20 ;

N30 ;PART NAME :F:\college\MSC\sem4\CAD\semimatrita_stp.prt

N40 ;DATE TIME :Mon Jan 30 21:44:22 2017

N50 ;

N60 DEF REAL _camtolerance

N70 DEF REAL _X_HOME, _Y_HOME, _Z_HOME

N80 DEF REAL _F_CUTTING, _F_ENGAGE, _F_RETRACT

N90 ;

N100 G40 G17 G710 G90 G60 G601 FNORM

N110 ;Start of Path

N120 ;

N130 ;TECHNOLOGY: METHOD

N140 ;TOOL NAME : FREZA_D10

N150 ;TOOL TYPE : Milling Tool-5 Parameters

N160 ;TOOL DIAMETER : 10.000000

N170 ;TOOL LENGTH : 75.000000

N180 ;TOOL CORNER RADIUS: 0.000000

N190 ;

N200 ;Intol : 0.030000

N210 ;Outtol : 0.030000

N220 ;Stock : 0.300000

N230 _camtolerance=0.060000

N240 _X_HOME=0.0 _Y_HOME=0.0 _Z_HOME=0.0

N250 ;

N260 ;

N270 ;Operation : DEGROSARE_1

N280 ;

N290 TRAFOOF

N300 SUPA G0 Z=_Z_HOME D0

N310 SUPA G0 X=_X_HOME Y=_Y_HOME D1

N320 ;First Tool

N330 T="FREZA_D10"

N340 M6

N350 MSG("METHOD")

N360 TRAFOOF

N370 SUPA G0 Z=_Z_HOME D0

N380 SUPA G0 X=_X_HOME Y=_Y_HOME D1

N390 ;

N400 ;Initial Move

N410 CYCLE832(_camtolerance,0,1)

N420 TRAFOOF

N430 G54

N440 G0 X.19 Y5.792 S3000 D1 M3

N450 Z10.

N460 ;Approach Move

N470 Z3.

N480 ;Engage Move

N490 G1 X-1.074 Y5.497 Z2.652 M8 F400.

N500 X-2.19 Y4.828 Z2.305

N510 X-3.07 Y3.869 Z1.957

N520 X-3.641 Y2.699 Z1.609

N530 X-3.855 Y1.415 Z1.262

N540 X-3.696 Y.123 Z.914

N550 X-3.175 Y-1.07 Z.566

N560 X-2.338 Y-2.066 Z.219

N570 X-1.251 Y-2.783 Z-.129

N580 X-.001 Y-3.131 Z-.477

N590 ;Cutting

N600 X0.0

N610 X.447 Y-3.063

N620 X1.213 Y-2.881

N630 X1.896 Y-2.485

N640 X2.435 Y-1.911

N650 X2.712 Y-1.566

N660 X2.876 Y-1.145

N670 X3.101 Y-.394

N680 Y.392

N690 X2.877 Y1.143

N700 X2.712 Y1.566

N710 X2.435 Y1.911

N720 X2.433 Y1.914

N730 X1.895 Y2.486

N740 X1.213 Y2.881

N750 X.449 Y3.063

N760 X0.0 Y3.131

N770 X-.447 Y3.063

N780 X-1.209 Y2.882

5.2. Finisarea prin eroziune electrică

Prelucrarea prin eroziune electrică este metoda de prelucrare dimensională a materialelor metalice, prin care îndepărtarea surplusului de material se face cu ajutorul efectelor erozive ale descărcărilor electrice în impuls, amorsate în mod repetat între obiectul de prelucrat și un electrod denumit obiect de transfer.

Cuplul 'scula – semifabricat' este format din electrodul-catod, numit electrod și electrodul-anod, numit semifabricat.

Prelevarea de material reprezintă, în sens tehnic, mijlocul de separare a unor particule de dimensiuni submilimetrice din materialul de bază al semifabricatului prin fenomene nemecanice.

Eroziunea electrică este procesul de prelucrare, în care particulele de material de pe suprafața semifabricatului sunt îndepărtate prin efect termo-eroziv, asociat descărcărilor electrice în mediu lichid, de tip dielectric. Descărcările electrice se amorsează succesiv și se localizează selectiv în zone diferite ale spațiului dintre electrod și semifabricat, numit interstițiu, fiind în funcție de realizarea locală a condițiilor de formare a arcului electric.

Acționând discontinuu, fiecare arc electric constituie un proces elementar de eroziune, desfășurat într-un spatiu restrâns, limitat de coloana descărcării și de petele electrodice, de contact cu stratul de material.

Transformarea energiei primare (electrică) în energie de efect (termică) se realizează la nivelul petelor electrodice și duce la formarea unui crater de eroziune (prelevare) pe suprafața de prelucrat a semifabricatului, respectiv a unui crater de eroziune (uzare) pe suprafața activă a electrodului (figura 5.29).

Fig.5.29.

Materialele pentru electrozii-sculă pot fi clasificate în trei categorii:

materiale feroase și neferoase și aliajele lor

materiale nemetalice

combinații de materiale metalice și nemetalice

Alegerea materialului se face ținându-se seama de productivitatea prelucrării, de uzura relativă a electrozilor, de rugozitatea suprafeței care trebuie obținută, costul materialului etc.

Utilizarea largă a prelucrării prin eroziune electrică cu generatoare de impulsuri a permis folosirea pe scară largă a grafitului, pentru confecționarea electrozilor-sculă. Principalele caracteristici ale grafitului folosit pentru scule sunt:

greutate specifică 1,6…1,85 [g/cm3]

rezistivitatea electrică [8…15 mm2/m]

rezistența la rupere [200…700 daN/cm2]

granulația, care poate fi de 0,01…0,045 [mm]

Grafitul cu granulație fină se folosește în special la confecționarea electrozilor pentru fazele de prefinisare și finisare.

Avantajele utilizării electrozilor din grafit:

insensibilitatea la șocuri termice

păstrează proprietățile mecanice la temperaturi ridicate

deformațiile în timpul prelucrării sunt foarte mici

greutatea electrozilor-sculă este mică

posibilitatea fixării în dispozitive interschimbabile pentru prelucrare și exploatare

posibilitatea obținerii unor electrozi cu profile complexe și grosimi foarte mici

cost scăzut și ușor de prelucrat

Modelul electrodului de grafit se obține urmând următorii pași:

Conform figurii 5.30 se copiază suprafața interioară a cuibului semimatriței pentru a putea genera negativul ei.

Fig.5.30.

Odată obținut negativul, ea se redimensionează (scalare) în așa fel încât să obținem un interstițiu de 0.09[mm] între partea anodică și catodică conform figurilor 5.31 și 5.32.

Fig.5.31.

Fig.5.32.

Modelului astfel obținut i se construiește o interfață de prindere, conform figurilor 5.33. și 5.34.

Fig.5.33

Fig.5.34.

6. Fabricația rapidă a prototipului

6.1. Descrierea tehnologiei

Procedeul FDM (Fused Deposition Modeling) a apărut în SUA și apoi s-a extins în Germania după 1985. Este folosit pentru obținerea unor produse în domeniile:

construcțiile de mașini;

aparatură medicală;

industria bunurilor de consum.

Procedeul are la bază folosirea unui fir din mase plastice de diametru d acționat prin duza fierbinte a unui cap scaner pentru a obține:

depunerea prin topire a unor straturi suprapuse;

întărirea instantanee a topiturii, sub formă de strat, în momentul ieșirii din câmpul termic al duzei de încălzire.

Pentru realizarea unor piese sunt necesare mișcările prezentare în fig.6.1:

masa de lucru 1 aflată la o înălțime fixă are platforma mobilă 2 acționată pe verticală de la sursa de mișcare 3 iar pe ghidajele laterale 3a se găsește spațiul de lucru 4 în care se execută obiectul 5;

capul scaner 7 comandat de la calculator, pentru realizarea mișcărilor de configurare a contururilor noului strat de grosime ΔZ, în planul XY, conține duza de încălzire 8;

prin duza fierbinte trece firul de material plastic 9a antrenat de perechea de role 10 prin derulare de pe tamburul 11;

pentru încălzirea uniformă a firului el se centrează în prealabil prin ghidajul12;

prin coborârea platformei mobile pe axa Z în pași convenționali ΔZ se asigură generarea suprafețelor.

Datele geometrice și tehnologice se pot oferi în variantele:

proiectarea modelului geometric al viitorului produs în cazul unui sistem CAD;

prelucrarea imaginilor holografice pe calculator;

digitalizarea unei piese prin metode optice sau de contact cu palpatoare adecvate.

Procedeul se folosește pentru:

modele de design în scopul determinării formei viitoare a unui obiect sau piesă;

modele funcționale;

aparatură medicală;

industria bunurilor de consum;

construcții de mașini;

Fig.6.1. Principiul procedeului FDM.

Pentru îmbunătățirea calității suprafețelor pieselor, se aplică diferite procedee mecanice de finisare și uneori, rugozitatea suprafeței exterioare se poate îmbunătății și prin acoperirea cu un strat subțire de vopsea. Piesele realizate prin procedeul FDM au o precizie de circa 0,125 [mm].

6.2. Prezentarea prototipului

Din modelul 3D creat al piesei se generează un fișier de format neutr .stp care este apoi transferat pe calculatorul mașinii care va crea piesa prin procedeul FDM. Se generează traseul depunerii de material, se încarcă materialul de bază în mașină și se începe lucrarea.

În figura 6.2 se vede piesa fabricată într-un stadiu rudimentar. Figura 6.3 și 6.4 pezintă piesa finalizată.

Fig.6.2.

Fig.6.3

Fig.6.4.

7. Bibliografie

Buidoș T., Echipamente și tehnologii neconvenționale avansate, Editura Universității din Oradea 2009

Stănășel I., – Tehnologia construcțiilor de mașini, vol. 1, Editura Universității din Oradea 2011

Petru Ungur, Victor Carp, Adrian P. Pop, Flavius Ardelean – Tehnologia Materialelor, Elemente de prelucrare dimensională, Editura Didactică și Pedagogică R.A., București, 2008

Felicia Sprânceană Anghel, Dragoș Anghel – Metode și Procedee Tehnologice, vol.II Tehnologii Moderne, Editura Printech, București 2006

Silviu Butnariu, Gheorghe Mogan – Analiza cu elemente finite în mecanică, Editura Universității Transilvania din Brașov 2014

Military Handbook – Metallic Materials and Elements for Aerospace Vehicle Structures, MIL-HDBK-5H

SR EN 1706:2000

ISO 1302-2002

ISO 2768-1

ISO 2768-2

http://www.cadventure.ro/produse/ptc-creo/

https://en.wikipedia.org/wiki/PTC_Creo

https://en.wikipedia.org/wiki/Siemens_NX

http://www.creeaza.com/tehnologie/electronica-electricitate/Procesul-de-eroziune-electrica941.php

http://www.academia.edu/7059086/Curs_PN_-_Prelucrari_neconventionale