Masini Unelte Si Sisteme de Productie

Specializarea: Masini Unelte si Sisteme de Productie

Rezumat

Lucrarea de fata prezinta metode de valorificare si punere in practica a procedeelor de transformare a energiei regenerabile, prin exemple practice si concrete, precum procesul de peletare al unei biomase. Descrierea si explicarea detaliata a procesului de peletare, este o reprezentatie concreta a ceea ce se poate realiza prin prelucrarea si valorificarea energiilor regenerabile disponibile in natura.

Lucrarea este structurata pe 3 capitole, fiecare avand mai multe subpuncte, urmate de o serie de descrieri si calcule detaliate precum si o lista cuprinzatoare de referinte bibliografice.

Primul capitol al lucrarii incepe cu o introducere in domeniul energiei regenerabile, prezentand definitia biomasei, cele mai cunoscute forme de energie regenerabila si cele mai folosite metode de prelucrare a acesteia.

In al doilea capitol lucrarea trece de la aspectul general la o exemplificare exacta de prelucre a biomasei prin procesul de peletare. Astfel se prezinta detaliat procesul de obtinere al peletilor, masina utilizata in acest proces, produsul obinut si utilizarea acestuia in viata cotidiana. Asadar sunt prezentate :

caracteristicile peletilor ;

clasificarea masinilor de peletat si sistemul de functionare ;

etapele de urmat in procesul de peletare, metode de pastrare si depozitare a peletilor obinuti.

Al treilea capitol reprezinta proiectarea dispozitivului de peletat si prezentarea calculelor cu valorile necesare de aplicat in procesul de peletare pentru obinerea unui produs optim.

Capitolul 1. Elemente introductive și generalități

1.1.Așchiabilitatea materialelor

Termenul de prelucrabilitate prin așchiere, care va fi numit în continuare așchiabilitate exprimă capacitatea unui material, sau proprietatea tehnologică unui material de a fi așchiat în condiții optime și la calitatea prescrisă cu o anumită sculă și în condiții bine stabilite.

Un material se consideră a fi mai prelucrabil în măsura în care:

• durabilitatea sculei așchietoare este mai mare;

• timpul în care are loc îndepărtarea prin așchiere a unui volum de material este mai mic;

• calitatea suprafeței obținută este mai bună;

• precizia de prelucrare este mai ridicată;

• consumul energetic este mai mic;

• solicitările mașinii unelte sunt minime;

• așchiile au o formă mai convenabilă etc.

Noțiunea de așchiabilitate este o noțiune complexă datorită multitudinii de factori, care uneori au și influențe contradictorii. De așchiabilitatea materialului trebuie să țină seama atât proiectantul de produs cât si proiectantul de tehnologie, amândoi căutând sa se încadreze în parametrii funcționali ai produsului și într-un cost minim de fabricație. Desigur, inginerul tehnolog poate îmbunătăți așchiabilitatea unui material prin tratamente termice primare și stabilirea condițiilor optime ce permite prelucrarea materialului printr-un anumit procedeu de prelucrare prin așchiere.

Așchiabilitatea este apreciată prin prisma unor parametri calitativi ce nu pot fi comparați între ei, cum ar fi:

• uzura sculei după un anumit timp (sau drumul parcurs de sculă așchiind);

• viteza de așchiere care produce, într-un anumit timp (sau drum de așchiere parcurs), o uzură anterior stabilită;

• timpul până la care scula poate să așchieze în condiții stabilite anterior (o anumită stare de uzură);

• puterea de așchiere necesară;

• presiunea specifică de așchiere;

• rugozitatea suprafeței prelucrate;

• precizia suprafeței prelucrate;

• formarea depunerii pe tăiș;

• forma secțiunii așchiei și tipul așchiei (de curgere, în trepte, de rupere);

• cantitatea de căldură produsă, în condiții de lucru prestabilite;

• unghiul de forfecare;

Primele trei criterii sunt în legătură cu uzura sculei și viteza de așchiere și, pentru că influențează timpul de prelucrare, pot servi și la aprecierea economicității procesului de așchiere.

Puterea necesară de așchiere este un parametru legat de forma așchiei, viteza de așchiere, cu ajutorul sau putându-se aprecia cheltuielile și timpul de prelucrare.

Presiunea specifică de așchiere permite determinarea consumului de energie și dimensionarea sculelor

Precizia și calitatea suprafețelor are mare importanță la prelucrări de precizie.

Forma așchiilor este de mare importanță la unele prelucrări, fiind chiar hotărâtoare pentru desfășurarea în continuare a prelucrării. Se preferă așchiile de dimensiuni mici care se pot evacua ușor.

Volumul de așchii îndepărtat este important la operația de degroșare.

Cantitatea de căldură disipată în mediul de așchiere este în funcție de conductivitatea termică a materialului prelucrat. Valori mari ale conductivității termice ale materialului indică posibilitatea așchierii cu viteze mari, fără ca durabilitatea tăișului sculei să scadă.

Unghiul de forfecare (φ) poate fi determinat analitic. Ecuația Merchant permite căutarea valorii φ pentru care lucrul mecanic este minim.

Pentru a determina așchiabilitatea prin așchiere a unui material trebuie să se înregistreze pe rând valorile unor parametri legați de procesul de așchiere (caracteristici de material, geometria sculei, regimul de așchiere etc.) în condiții similare, cu menținerea constantă a parametrilor procesului care nu se studiază.

Materialul așchiat influențează în cea mai mare măsură așchiabilitatea. Printre proprietățile care fac mai așchiabil un material decât altul se pot enumera:

a. proprietățile fizico-mecanice: duritatea, rezistența la rupere, conductibilitatea termică reziliența și gâtuirea la rupere, alungirea specifică, tendința de ecruisare, rezistența la coroziune;

b. procedeul de elaborare primară a oțelului sau materialului respectiv;

c. structura metalografică rezultată în urma tratamentelor termice primare sau secundare;

d. conținutul de incluziuni rămase accidental sau intenționat în structura materialului;

e. elementele de aliere;

f. starea de tratament termic;

g. condițiile de așchiere.

1.2. Scurt istoric al industriei aeronautice

Prelucrabilitatea metalelor și cunoașterea lor în industria aeronautică, aflată în continuă dezvoltare, constituie o importanță majoră pentru realizarea unor piese conforme, cu durabilitate crescută. Complexitatea pieselor si condițiile de eficiență maximă cerute pentru realizarea acestora conduc la apariția unor noi tehnologii de prelucrare, în .

Această industrie a început să prindă formă undeva la începutul secolului XX, după ce frații americani Wright au realizat primul zbor, cu succes, în anul 1903, fiind primii care au realizat un zbor cu motor. Deși enciclopediile și cărțile îi atestă pe aceștia ca inventatori ai avionului, la începutul aceluiași an, Richard Pearse și Traian Vuia au zburat și ei cu succes. Timp de 5 ani, realizarea acestor pionieri ai aviației a rămas la stadiul de experiment, până ce frații Wright au obținut un contract cu U.S. Army pentru realizarea unui avion în Franța, de către compania Astra. Lucrurile au prins amploare, astfel că în anul 1914 erau construite deja peste 2.000 de avioane. Tot în această perioadă, pe lângă construirea avioanelor militare, a început producția destinată transportului de pasageri și marfă.

Fig. 1.1 – Avionul frațiilor Wright și elicea acestuia construită din lemn

În decursul unui secol, avioanele au cunoscut schimbări și îmbunătățiri majore. De la avioanele din lemn și pânză, s-a ajuns la aeronave de 70-80 de metri capabile să zboare ore la altitudini mari. De ani de zile inginerii urmăresc scăderea unuia dintre cei mai importanți factori din industria aeronautică și anume, greutatea. S-a reușit reducerea greutății de exemplu, în cazul componentelor ca ventilatorul motorului, prin folosirea aliajelor de titan în locul oțelului.

1.3. Structura metalelor

Aproape în totalitate, materialele folosite de om se găsesc undeva în scoarța terestră a Pământului. Elementele chimice reprezintă principala structură a oricărei materii, iar majoritatea elementelor de aici sunt metalele. De multe ori însă, proprietățile unui metal nu sunt îndeajuns pentru a putea fi utilizate în mediul acvatic, terestru, aerian sau în condiții extreme. Să luam spre exemplu aluminiul. Este ușor, are o ductilitate și o maleabilitate bună, este rezistent la coroziune, dar în formă pură este mult prea slab pentru a putea fi utilizat pentru o perioadă îndelungată de timp. Fierul, metalul cu cea mai largă întrebuințare, este foarte dur, dar fragil și predispus la coroziune, ruginind foarte ușor în aerul umed.De aceea, orice element de care avem trebuință, rareori îl folosim in forma și structura sa inițială. Această combinație a cel puțin două elemente, în vederea obținerii unor proprietăți fizice sau chimice mai bune, poartă denumirea de aliaj. I se mai poate spune și „amestec de metale”, însă aceasta denumire nu este corectă deoarece există foarte multe cazuri în care celălalt element nu este unul metalic (ex: Fonta = Fe amestecat cu C). Până la 90% din compoziția unui aliaj poate fi reprezentată de metalul principal sau metalul de bază, restul fiind alcătuit din celelalte substanțe sau elemente componente.

Observate la nivel microscopic, se pot diferenția trei moduri de formare ale acestora:

Primul mod este dizolvarea elementelor într-o soluție solidă substițională. În felul acesta, rețeaua cristalină a unui element conține atomi ai celuilalt element chiar în pozițiile inițial ocupate de atomii primului element. În al doilea mod, elementele sunt dizolvate într-o soluție solidă interstițială. Aici, elementele unui metal ocupă spații între atomii din rețeaua cristalină a primului element. Al treilea mod este reprezentat de formarea unor așa numiți compuși intermetalici. Prin combinarea chimică a celor două metale se formează o structură reticulară a compusului cristalin.

Fig. 1.2 – Moduri de formare ale aliajelor

Principalele tipuri de aliaje sunt:

– Oțelurile aliate

– Bronzuri de plumb, bronzul roșu, bronzul cu aluminiu

– Alama

– Aliaje de Aluminiu

– Aliaje de Titan

– Duraluminiu

Există aliaje precum Nitinolul (Ni+ Ti) cu memoria formei care au capacitatea de a reveni la forma inițială după încetarea aplicării unui proces termic asupra acestuia. Acestea precum și alte aliaje moderne ajung la un număr mult mai mare de proprietăți în comparație cu ce a cunoscut industria în urma cu câteva zeci de ani. În prezent poate fi produsă chiar și sticlă metalică, o inovație revoluționară a industriei metalelor, fiind un compus de cinci elemente. Sticla metalică supusă la eforturi se îndoaie, spre deosebire de sticla în formă simplă care se sparge.

Aliajele pot fi prelucrate printr-o mare varietate de procedee, de la clasicele tehnici până la folosirea unor cuptoare electrice cu încălzire prin inducție. Pot fi supuse atât proceedelor de prelucrare la cald. cât și la rece, în funcție de materialele implicate și de caracteristicile aliajului. Tehnologia avansată din zilele noastre ne permite să simulăm pe calculator comportarea structurilor în diverse condiții și sub acțiunea solicitărilor, astfel încât se economisește timp. Acest timp poate fi alocat verificării mai minuțioase a structurii, în vederea identificării defectelor existente.

Capitolul 2. Aliajele

2.1 Aliajele de Titan

Au fost introduse cu aproximativ 60 de ani în urmă și au devenit materiale de bază în industria aeronautică, energetică sau chimică, datorită comportării lor în situațiile critice. Deși motoarele aeronavelor sunt realizate în principal din titan turnat, datorită temperaturii foarte ridicate, aliaje precum Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo și Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo sunt specificate din ce în ce mai frecvent.

Din punct de vedere al cantității, titanul reprezintă al patrulea metal din compoziția scoarței terestre, constituind aproximativ 0,62%.[1] Se extrage deasemenea și din rutil, singurul oxid de titan stabil la temperaturi înalte.

Doar 5% din producția anuală a mineralelor de titan este destinată folosirii titanului ca metal. Restul de 95% reprezentând dioxidul de titan, utilizat în obținerea pigmenților artificiali, denumiți și alb de titan, . [2]

Aliajele de titan sunt metale constituite din titan în amestec cu alte elemente chimice. Cel mai des întâlnite aliaje ale titanului sunt cele cu fierul și cu aluminiul.

Producția de titan atât în stare pură cât și ca aliaje se grupează în trei mari grupe: alfa, alfa-beta și beta. Deși fiecare dintre aceste grupe necesită metodologii de prelucrare diferite și specifice, fiecare oferă o suită de proprietăți avantajoase pentru aplicarea lor într-un anumit domeniu.

Titanul pur, în zona Alfa este caracterizat de o structură cristalină hexagonal compactă, este stabilă până la temperatura camerei de 882*C. Faza beta, cu o structura cristalină cubică cu volum centrat, este stabilă de la 882*C până la punctul de topire de 1688*C.

2.1.2 Efectele elementelor de aliere

Adăugarea selectivă a elementelor de aliere titanului permit unei arii vaste de proprietăți fizice și mecanice să fie obținute.

Cele mai notabile efecte ale alierii cu aceste elemente sunt:

1. Stabilizarea fazei alpha respectiv, creșterea temperaturii la care aliajul va trece în faza beta.

2. Majoritatea elementelor, crom, cupru, niobiu, fier, mangan, molibden, tantal, vanadiu, stabilizează faza beta scăzând temperatura de transfomare (din alfa in beta).

3. Elemente ca staniul sau zirconiul se comportă ca substanțe neutre în raport cu titanul și afectează temperatua de transformare, consolidând faza alfa.

Un mare avantaj pe care îl are folosirea titanului îl reprezintă greutatea sa. Este dur ca oțelul dar are doar 60% din densitatea acestuia. Raportul duritate-greutate este cel mai bun existent la metale fiind cu 60% mai greu decât aluminiul, dar de două ori mai tare ca aliajul de aluminiu 6061-T6.

Ca și proprietate chimică a titanului remarcăm rezistența bună la coroziune. Din acest punct de vedere putem observa o asemănăre a acestuia cu platina.

Pentru utilizarea comercială a titanului poate fi modificat gradul de puritate cu Paladiu sau Ruteniu. Ti-0.15Pd este cel mai rezistent aliaj la coroziunea datorată acizilor și cel mai rezistent la atacurile agenților de halogenare. Deasemenea prezintă o prelucrabilitate foarte bună.Ti-0.05Pd este variantă mai slabă și mai ieftină a Ti-0.15Pd cu rezistență la coroziune similară acestuia.

Ti-0.1Ru are un cost mai mic și reprezintă varianta alternativă cu ruteniu pentru aliajul cu Paladiu în procent de 0.15%. Acesta are proprietăți fizice și mecanice similare.

2.1.3. Așchierea și prelucrarea titanului

Frezarea este un procedeu des întâlnit, fiind folosite îndeosebi frezele cilindro-frontale.

Pentru a analiza procedeele de așchiere ale titanului, doresc să amintesc două dintre cele mai mari producătoare de scule așchietoare la nivel mondial: Kennametal și Sandvik.

2.2. Oteluri inoxidabile

2.2.1. Caracteristici

 Oțelul inoxidabil este definit ca un aliaj feros cu un minimum de 10% crom. Numele provine de la faptul că acest oțel nu oxidează, este rezistent la coroziune și nu ruginește la fel de ușor ca oțelul. Rezistența ridicată la oxidare în aerul ambiental se obține cu adaos de 13% crom și până la 26% pentru medii dure. Când stratul de suprafață al oțelului se zgârie, se reformează, iar contaminarea suprafeței cu murdărie sau agenți corozivi împiedică acest proces numit pasivare.

2.2.2. Elementele chimice de aliere care se oxidează nesemnificativ

Materialele de aliere care conțin aceste elemente chimice se pot introduce în încărcătura metalică înainte și după topirea ei. Este preferabil ca aceste materiale de aliere să se introducă înainte de subetapa de fierbere liniștită cu scopul eliminării gazelor din ele – în special, hidrogenul. Cantitatea de materiale de aliere se calculează, în principiu, fără pierderi. Pentru corectarea finală ordinea de introducere în baia metalică este Ni, Mo, Cu și Co. Sursa ș1ț recomandă corectarea Ni și Cu în timpul fierberii iar corectarea Mo și Co după ce zgura a fost dezoxidată. Sursa [3] indică pierderi de maximum 4%, prin vaporizare, sub influența arcului electric, în cazul Ni, Cu și Mo, atunci când sunt în proporții mari.

Nichelul se utilizează sub formă de nichel primar (puritatea de 97,6…99,99%) – plăcuțe sau pelete – și oxid de nichel sub formă de praf sau pelete (în stare calcinată la temperaturi de minimum 9000C). Oxidul de nichel se introduce în cuptor după evacuarea zgurii de afinare. Nichelul primar se introduce atât o dată cu încărcătura cât și după topirea acesteia. Dacă nichelul primar se introduce în încărcătura laborarea oțelului în cuptoare electrice cu încălzire prin arc electric, căptușite bazic 53 solidă, trebuie luate în calcul pierderile prin vaporizare.

Molibdenul se utilizează sub formă de feromolibden cu 50…65% Mo, molibdat de calciu, oxid de molibden, molibdenită (conține MoS) etc. În cazul în care conținutul de molibden din încărcătura metalică este de maximum 1%, calculul materialelor de aliere se face fără a lua în considerație pierderi prin oxidare – în cazul în care conținutul este mai mare de 1%, se admit pierderi prin oxidare de 2%, pierderi ce adunate peste pierderile de 1% prin vaporizare, determină luarea în calcul a unor pierderi de până la 3% . În cazul în care se cere un conținut de molibden de 0,3…0,5%, se pot utiliza pentru aliere amestecuri de molibdenită cu fondanți și reducători, cum ar fi, de exemplu, materialul de aliere format din 1 kg molibdenită, 0,50 kg var, 0,17 kg cocs de petrol, 0,17 kg fluorină și 0,66 kg FeSi cu 75% sau materialul de aliere format din 1 kg molibdenită, 0,90 kg var, 0,36 kg cocs de petrol, 0,22 kg fluorină, 0,30 kg FeSi cu 75% Si și 0,22 kg așchii de aluminiu tehnic etc. (asemenea materiale se introduc treptat în zona electrozilor și se pot combina cu adaos de feromolibden dacă se impun conținuturi mai mari de molibden). Molibdenita se introduce în cuptor după dezoxidarea zgurii și în condițiile în care temperatura băii metalice este mare.

Cobaltul se introduce ca atare sau sub formă de ferocobalt, după molibden, neluându-se în calcul pierderi prin oxidare.

Cuprul se introduce ca atare – cu diverse grade de puritate și sub formă de prealiaje pe bază de cupru, cum ar fi CuFe ce conține 90…95% Cu etc. Pierderile de cupru prin vaporizare sub influența arcului electric sunt neglijabile. Calculul materialelor de aliere nu ia în considerații pierderile prin oxidare.

2.2.3. Elemente chimice de aliere care se oxidează parțial

Manganul se introduce sub formă de feromangan (65..80% Mn), silicomangan, fontă brută aliată cu mangan etc. după ce s-a format zgura albă sau după “spargerea” zgurii carbidice. Feromanganul se calcinează la temperaturi de 800…9000C. Adaosul de feromangan se face în porții, după fiecare porție întroducându-se în cuptor și amestec dezoxidant. Ulterior, se lasă baia metalică în repaos laborarea oțelului în cuptoare electrice cu încălzire prin arc electric, căptușite bazic 54 3…5 min, după care se amestecă baia metalică. Conform [1], nu se iau în considerație pierderi prin oxidare deoarece zgura, prelucrată așa cum s-a precizat anterior, se menține albă în permanență și are un caracter reducător bun. Cromul se adaugă sub formă de ferocrom ce se calcinează în prealabil timp de 3 h la temperatura de circa 8500C. Se recomandă ca ferocromul să se introducă preîncălzit la temperatura de circa 6000C. Ferocromul se introduce în baia metalică în timp ce baia metalică este menținută sub zgură albă timp de 30…60 min. În cazul în care se lucrează fără zgură albă, ferocromul se introduce în baia metalică după dezoxidarea zgurii, ferocromul dizolvându-se în circa 40 min (se impune amestecarea băii metalice ulterior – dacă în dotarea cuptorului există inductor pentru agitarea electromagnetică a băii metalice, timpul de dizolvare se reduce la jumătate). Pierderile de crom prin oxidare sunt de 4…6% pentru aliere cu crom până la 2% și cresc sensibil pentru grade de aliere mai mari. Wolframul se adaugă sub formă de ferowolfram sau ca atare. Dacă oțelul este complex aliat, wolframul se introduce în baia metalică după Co și Mo. Alierea cu wolfram trebuie să se termine cu cel puțin 40 min înainte de evacuarea oțelului din cuptor. Dacă oțelul este aliat și cu mangan, wolframul se adaugă după feromangan. Alierea cu wolfram se efectuează numai sub zgură albă, în caz contrar temperatura oțelului lichid micșorându-se iar ferowolframul depunându-se pe vatră din cauza masei specifice mari. Pierderile de wolfram prin oxidare sunt de 4…15%. Conform [3], wolframul nu se regenerează din zgură unde se află sub formă de WO2, WO3 și CaWO4. Vanadiul, [3], se introduce în baia metalică sub formă de ferovanadiu împachetat în cutii de tablă, cu circa 8 min înaintea evacuării oțelului din cuptor. Dacă oțelul este complex aliat, vanadiul este ultimul element chimic de aliere ce se introduce în baia metalică. Calculul ferovanadiului se face luând în considerație pierderi de vanadiu prin oxidare de minimum 5% pentru alieri cu maximum 1% V și de minimum 10% pentru grade de aliere mari (împachetarea vanadiului atrage după sine pierderi prin oxidare de până la 20%).

2.3.Aliajele de Aluminiu

2.3.1.Caracteristici

Deși fierul este metalul cel mai utilizat în industrie, metalele și aliajele neferoase îl înlocuiesc în multe din domeniile tehnice datorită proprietăților avantajoase, cum ar fi: rezistențe ridicate la coroziune, greutăți specifice mici, rezistențe mecanice remarcabile, conductibilități termice și electrice mari.În unele domenii, neferoasele sunt greu de înlocuit. Așa sunt cuprul și plumbul în electrotehnică și aluminiul în aeronautică. Dezvoltarea aeronauticii nu ar fi fost posibilă fără aceste aliaje neferoase.

În comparație cu metalele feroase, metalele neferoase sunt mai scumpe. Acesta este motivul pentru care, în tehnică, este o continuă preocupare în vederea economisirii lor, a extragerii și a prelucrării lor la un cost mai scăzut. De asemenea, este necesară o folosire judicioasă și un consum cât mai rațional, mergând până la înlocuirea lor, acolo unde este cazul, cu oțeluri sau chiar materiale nemetalice(în special mase plastice).

Cu o proporție de 8%, aluminiul este al 3 lea element după oxigen și siliciu din scoarța terestră. În prezent, principala sursă de extragere o reprezintă bauxita.

Aluminiul în formă pură este un metal slab din punct de vedere al caracteristicilor sale, în comparație cu alte metale. Are o rezistență la tracțiune de aproximativ 40N/mm2. Cu toate acestea, aliajele de aluminiu au fost dezvoltate cu proprietăți mecanice mult mai mari în comparație cu aluminiul în sine. Atunci când un metal este tensionat peste limita sa elastică, apar niște deformații plastice permanente. Deoarece aliajele comerciale, privite la nivel macroscopic, au o granulație fină și sunt relativ izotrope, planul de forfecare este înclinat la aproximativ ±45°.

Pentru un inginer ce gândește din perspectiva proprietăților mecanice este ușor să aprecieze că prin îmbunătățirea rezistenței la forfecare, se îmbunătățeste și rezistența generală a metalului.

Principiul de bază pentru durificarea aliajului este acesta că orice imperfecțiune din structura cristalină a acestuia îmbunătățeste rezistența la forfecare.

În practică, doar puține elemente s-au dovedit a fi potrivite pentru alierea cu aluminiul.

Acestea sunt: Magneziul(Mg), Siliciu(Si), Mangan(Mn), Cupru(Cu), Zinc-ul(Zn).

Pot fi folosite independent sau în combinație. Pentru a putea lucra cu aceste aliaje, este necesar să le cunoaștem nomenclatura. Se împart în 6 clase:

– 2xxx – se mai numesc si duraluminiu, reprezintă aluminiul aliat cu Cupru

– 3xxx – aluminiul aliat cu Mangan și Cupru

– 5xxx – aluminiul aliat cu Magneziu

– 6xxx – aluminiul aliat cu Magneziu și Siliciu

– 7xxx – aluminiul aliat cu Zinc și Magneziu

Tablele din Al și aliajele acestuia au plasticitate relativ bună și se presează la rece. Plasticitatea Al variază direct proporțional cu gradul de puritate al Al (Al 99,98% are plasticitate mai mare decât Al 99,5%). Plasticitatea lor este foarte diferită și depinde de natura și de cantitatea elementelor de aliere. O importanță foarte mare o reprezintă magneziul. Creșterea conținutui de magneziu până la 12% determină sporirea durității, a rezistenței la rupere și micșorarea alungirii relative. Dacă acest procent este mai mare de 12, intervine o creștere puternică a durității, alungirea relativă rămânând aproximativ constantă.

2.3.2 Așchierea și prelucrarea aluminiului

Prelucrarea prin așchiere a aluminiului și a aliajelor acestuia este mult mai ușoară decât cea a titanului.

Aliajele de aluminiu deformabile prin presare se clasifică, la rândul lor, în:

– aliaje anticorozive;

– aliaje durificabile prin tratamente termice.

Aliajele anticorozive

În aliajele anticorozive aluminiul este aliat cu mici cantități de magneziu sau de mangan. Un astfel de aliaj este anticordodalul care se utilizează la fabricarea pieselor cărora li se cere rezistență ridicată la coroziune în medii chimice, fără să li se revendice o rezistență mecanică prea mare.

Aliajele durificabile prin tratamente termice

În aliajele durificabilre prin tratamente termice, aluminiul este aliat cu elemente care au proprietatea de a forma compuși definiți, fie cu aluminiul, fie între ele. Compușii definiți fiind duri, conferă aliajului duritate mai mare și deci, o rezistență mecanică mai mare. Pentru a se obține o asociație optimă între rezistență-plasticitate-tenacitate, aliajele se supun unui tratament de durificare, ce constă din două tratamente succesive de călire și revenire(îmbătrânire). Aliajele durificabile cu cele mai importante aplicații în construcțiile de mașini sunt așa numitele duraluminiuri. Ele conțin cupru 4%, magneziu 0,5%, mangan 0,5% și siliciu și se supun tratamentului termic în urma căruia ajung la rezistențe apropiate de cele ale oțelurilor nealiate. Se folosesc mult în industria aviației, sub formă de semifabricate(table, bare) din care se execută diferite piese. Duraluminiul se deformează plastic, în general la temperatura de 450…480*C. Este un aliaj cu proprietăți mecanice bune: rezistența la tracțiune Rm=420…500 N/mm2 și duritatea HB=150, în schimb prezintă rezistență la coroziune mai mică decât aluminiul, de aceea piesele din duraluminiu se plachează cu aluminiu pur. Pe măsura creșterii conținutului de Cu și Mn, posibiltatea durificării prin precipitare(călire și îmbătrânire) crește, însp se micșorează plasticitatea și deci prelucrabilitatea prin deformare plastică.

2.4 Superaliajele

Un superaliaj reprezintă un aliaj pe bază de metale din grupa VIII A, dezvoltat pentru funcționarea la temperature înalte, în condițiile unor tensiuni mecanice ridicate și a unei înalte stabilități sperficiale. Termenul de superaliaj a fost utilizat imediat după cel de-al doilea Război Mondial, pentru a descrie un grup de aliaje utilizate la turbocompresoare și motoare de tip turbină, cărora li se impunea o performanță ridicată la temperaturi înalte. Aceste materiale constau din aliaje pe bază de Fe, Ni, Co și Cr, cu diverse cantități de W, V, Ta, Nb, Ti, Al, la care se pot adăuga mici cantități de B, Zr și Hf care măresc rezistența la fluaj și ductilitatea prin finisarea granulației. În superaliaje, carbonul este prezent în cantități relativ mici: · sub 0,03 % la superaliajele pe bază de Ni și Fe · puțin mai mari la superaliajele pe bază de cobalt care se durifică prin formarea de carburi Cele mai importante proprietăți ale superaliajelor sunt: (i) rezistența la expunere îndelungată la temperaturi mai mari de 6500C și (ii) rezistența la coroziune și eroziune la cald. Principalele clase de superaliaje sunt: 1. Superaliaje pe bază de Fe care conțin Cr și Ni 2. Superaliaje complexe de tip Fe-Ni-Cr-Co 3. Superaliaje pe bază de Co, durificate prin carburi 4. Superaliaje pe bază de Ni durificate prin călire punere în soluție 5. Superaliaje pe bază de Ni durificate prin precipitare sau dispersie

Superaliajele pe bază de nichel au acest element în proporție maximă (30-75 %), în compoziția chimică unde se mai găsesc cantități semnificative de Cr (până la 30 %), însoțit de Fe (până la max. 35 %), Mo, W și Ta. Durificarea acestor superaliaje se face prin alierea soluției solide sau prin precipitarea secundară de compuși intermetalici. Elementele care formează compuși intermetalici sunt Al, Ti și Nb. Pentru îmbunătățirea rezistenței mecanice și la coroziune se adaugă mici cantități de Al, Ti, Nb, Mo și W. Combinația de Ni și Cr conferă acestor aliaje o remarcabilă rezistență la oxidare, superioară oțelurilor inoxidabile, în special la temperaturi mai mari de 6500C. a – Superaliajele durificate prin alierea soluției solide sunt utilizate după recoacere: · joasă, între 870 și 9800C, pentru obținerea celor mai mari valori ale rezistenței la tracțiune și la oboseală; · înaltă, între 1120 și 12000C, pentru obținerea unor valori optime ale rezistenței la oboseală și la fluaj,peste 6000C b – Superaliajele durificate prin precipitare conțin Al, Ti sau Nb. Compușii intermetalici care precipită pot fi γ’ [Ni3(Al, Ti)] sau γ” (Ni3Nb). Călirea de precipitare constă din punerea în soluție între 970 și 11750C urmată de una sau mai multe reveniri între 600 și 8150C.

3.1. Prelucrabilitatea Ti6Al4V și scule necesare prelucrării acestuia

Unul dintre factorii cei mai important în prelucrarea acestui aliaj este viteza. Cu cât viteza este mai mare, cu atât crește și uzura sculei.

Faptul că acest aliaj are o conductivitate termică redusă, face ca lucrurile să devină și mai complicate. Viteza de așchiere este limitată undeva la 60 m/min din cauza acesteia.

Ti6Al4V este un aliaj ușor, capabil să reziste și la temperaturi foarte ridicate, dovedind o foarte bună rezistență la coroziune.

Compoziția chimică a Ti6Al4V

Proprietățile fizice ale Ti6Al4V sunt prezentate în tabelul T.2.6. :

Proprietățile mecanice ale Ti6Al4V sunt prezentate în T.2.7. :

În următorul tabel ne sunt prezentate valorile procentuale ale prelucrabilității titanului:

Se poate observa că nivelul de prelucrabilitate marchează o productivitate scăzută. Motivul este uzura accelerată a sculelor așchietoare.

După EZUGWUs.a, 1997 materialele de scule foarte dure (nitrura cubică de bor CBN și diamantul policristalin PCD) prezintă o foarte bună performanță la prelucrarea aliajelor de titan. Într-un studiu ulterior Ezugwu și alții prezintă CBN și PCD ca fiind superioare altor materiale comerciale de scule la prelucrarea cu viteze înalte a Ti6Al4V.

La sfârșitul anilor 80 au fost testate freze monobloc din carbură pentru frezarea cilindro – frontală a aliajului Ti6Al4V, iar în cazul strunjirii, pentru același tip de material au fost realizate teste.

Totuși, așa cum am specificat și mai sus, prelucrarea acestui aliaj de Ti reprezintă o problemă majoră în producție datorită vitezelor mici de așchiere.

În unele cazuri, prelucrarea « uscată » (fără lichide de răcire) poate fi implementată cu succes în mediul industrial. Totuși, acest tip de prelucrare afectează într-un mod covârșitor apariția și dezvoltarea uzurii și implicit durata de viața a șculei așchietoare. Așadar, prelucrarea fără lichide de răcire, în cazul frezării reprezintă o mare provocare datorită temperaturilor generate în timpul prelucrării mai ales în cazul mașinării unui aliaj cu un scăzut coeficient termic cum este Ti6Al4V.

Din punct de vedere economic, Ti6Al4V și alte aliaje folosite cu precădere în industria aerospațială ridică probleme serioase în ceea ce privește prelucrarea prin așchiere.

Aliajele de Ti pot fi prelucrate cu o viteză de așchiere de 30 m/min în cazul sculelor așchietoare din oțel rapid și 60 m/min în cazul sculelor așchietoare din carbură metalică. Totuși se urmărește creșterea acestor viteze de așchiere (mai ales în cazul sculelor așchietoare din carbură metalică), scopul final fiind creșterea productivității. Această limită de 60 m/min este impusă de reactivitatea chimică ridicată a aliajelor de Ti în raport cu marea majoritate a materialelor de scule, reactivitate ce se regăsește într-o creștere rapidă a uzurii.

Alegerea sculei potrivite este condiționată de două caracteristici:

– să poată fi utilizată la capacitatea ei maximă pe mașina-unealtă deservită

– să compenseze orice limitare pe care mașina-unealtă o are din punct de vedere al rigidității

Atunci când vorbim de aeronautică, sculele convenționale au o performanță scăzută. Materialele fiind foarte dure, menite să reziste condițiilor extreme, fac ca durabilitatea sculelor să fie redusă în prelucrăriile prin așchiere. De aceea s-a introdus nitrura cubică de bor fără liant la prelucrarea celui mai răspândit aliaj al titanului, Ti-6Al-4V. Aliajele titanului sunt greu de prelucrat, la viteze de așchiere de peste 30m/min cu scule din oțel rapid și peste 60m/min cu scule având plăcuțe din carburi ceramice din wolfram.

Prelucrarea cu ajutorul acestui material este foarte scumpă, la fel ca și în cazul folosirii diamantului. Duritatea NCB are valoarea 9, fiind întrecută doar de diamant cu 10. Din punct de vedere chimic și termic, NCB este mai stabilă decât diamantul.

3.2.1 Tipuri de freze

Frezarea, prelucrarea prin așchiere cu ajutorul unor scule cu mai multe tăișuri, este unul dintre cele mai întâlnite procedee de prelucrare în aeronautică.

Frezarea suprafetelor plane se poate face in doua moduri:

-cu freza cilindrica;

-cu freza frontala sau cilindro-frontala

Frezarea cu freza cilindrica este mai putin productiva decat frezarea cu freza frontala,fapt pentru care ea nu poate fi utilizata decat în producția de serie mică sau cel mult mijlocie.

      Indiferent de tipul frezei folosite,pentru aschiere sunt necesare doua miscari:

-miscarea principala de aschiere de rotatie apartinand sculei aschietoare;

-miscarea de avans rectilinie sau circulara apartinand piesei;

    In functie de sensul de rotatie al frezei si de sensul avansurilor,suprafetele plane se pot prelucra prin doua metode:

-frezarea in sens contrar avansului;

-frezarea in sensul avansului;

   Frezarea in sens contrar avansului este cea mai folosita,dintii frezei fiind solicitati in timpul aschierii la eforturi progresive;de asemenea,calitatea suprafetei prelucrate este buna.

  Frezarea in sensul avansului se foloseste la degrosarea si la frezarea rapida.In ceea ce priveste forta cu care scula actioneaza asupra piesei,trebuie mentionat ca este mai avantajoasa deoarece,in acest caz,forta ajuta la fixarea piesei pe masa masinii.

Freză cilindro-frontală

3.2.2. Uzura frezelor cilindro frontale.

Tipuri de uzura.

Principalele fenomene de uzura aparute in cadrul procesului de aschiere, sunt:

Uzura prin abraziune,

Uzura prin adeziune,

Uzura prin difuziune,

Uzura prin oxidare,

Uzura datorata termocurentului de aschiere,

Uzura prin oboseala.

Conform [DITU2008] aparitia uzurii sculei aschietoare in procesul de aschiere are urmatoarele consecinte negative asupra procesului in sine:

Modificarea geometriei sculei aschietoare prin micsorarea unghiului de asezare, marirea unghiului de degajare si a razei de la varf a placutei, ceea ce conduce implicit la cresterea temperaturii in zona de aschiere,

Dilatarea termica a sculei aschietoare,

Dilatarea termica a piesei si a dispozitivului de prindere a piesei de masina, 46

Modificarea proprietatilor fizico-mecanice ale stratului de prelucrat in zona de aschiere,
Modificarea duritatii taisului aschietor,

Modificarea coeficientilor de frecare intre piesa, aschie si scula aschietoare,

Modificarea modului de formare al aschiilor,

Modificarea calitatii/rugozitatii/tolerantelor/abaterilor geometrice a suprafetelor prelucrate,

Modificarea prin amplificare a regimului vibratoriu,

Cauza aparitiei uzurii in procesul de aschiere este datorata: incarcarii mecanice (neuniformitatea eforturilor de aschiere), variatiei de temperatura (apare fenomenul de deformare plastica), reactiilor chimice care exista intre scula aschietoare si semifabricat), datorita fenomenului de abraziune si a fenomenului de adeziune (particole din semifabricat adera la muchia aschietoare sudandu-se de aceasta si formand o muchie aschietoare “falsa”, denumita Build Up Edge).

Fig.2.37 Participarea uzurilor partiale la uzura totala a sculei aschietoare [DITU2008]

In figura de mai jos sunt reliefate cele 3 etape distincte ale formarii uzurii :

Etapa de uzura de rodaj,

Etapa de uzura normala, care evolueaza pina la pragul de uzura admisibila,

Etapa uzurii catastrofale ( portiunea BC ) in care este depasit pragul de uzura admsibila, caz in care freza monobloc/freza cu placute se distruge, nemaifiind posibila reconditionarea ei.

3.2.3. High Speed Milling (Frezarea cu viteze ridicate)

Frezarea cu viteze ridicate (High Speed Milling) este un procedeu de prelucrare nou dar frecvent întâlnit în atelierele de prelucrare conducând la o productivitate ridicată, obținerea unei rugozități foarte bune cât și a unor precizii dimensionale superioare prelucrărilor convenționale.

Ceea ce unește toți acești termeni « ținta » sunt parametrii de așchiere, care pot să optimizeze operația de frezare (reducerea uzurii, diminuarea aspectelor dinamice) și implicit reducerea costurilor de fabricație prin plasarea operației într-o zonă stabilă si intermediară de prelucrare, conform unui algoritm de stabilitate original ce va fi definit ulterior de către autor în acest capitol. Pentru aceasta sunt luați în considerare următorii parametrii:

Viteza de așchiere : V [m/min] – (Vc),

Adâncimea de așchiere : t [mm] – (ap),

Avansul pe dinte: sz [mm/rot] – ( fz ).

Așadar, pentru acest caz particular de prelucrare cilindro-frontală a Ti6Al4V se urmărește determinarea influenței pe care o au parametrii mai sus enumerați în cazul cuantificării uzurii pe fața de așezare. Bineînțeles, este cunoscut fenomenul prin care odată cu creșterea vitezei de așchiere, în general, scade durabilitatea, implicit crește uzura sculei așchietoare conform Taylor.

Capitolul 4. Proiectarea tehnologiei de fabricație și a S.D.V.-urilor pentru reperul ,,pală turbină”

Fig. Turbina motorului PW1000G

.

Pală motor turboventilator – Pratt & Whitney 1000G

Pratt & Whitney alături de General Electric și de Rolls Royce reprezintă companiile care domină industria aeronautică. Motorul

Ponderea superaliajelor, în componența motoarelor cu reacție, a crescut de la 10 % în 1950, la 50 % în 1985 atingând 60 % în 1993. Odată cu evoluția tehnicilor de prelucrare, s-a remarcat o tendință de eliminare a tehnicilor clasice de turnare, cum ar fi topirea în aer și chiar topirea în vid, optându-se pentru utilizarea metalurgiei pulberilor pentru producerea pieselor din superaliaje utilizate în aplicații aerospațiale. Această tendință este ilustrată în Fig.4.6. Fig.4.6 Tendința de evoluție a tehnologiilor de prelucrare a pieselor din superaliaje pentru aplicații spațiale În ciuda avantajelor oferite de metalurgia pulberilor, există mai multe probleme legate de acest tip de prelucrare care îi limitează utilizarea. Printre acestea se numără: – reducerea rezistenței la oboseală din cauza prezenței incluziunilor melalice șți nemetalice; – inexistența unui model de simulare a atomizării metalului topit, în cadrul prcesului de obținere a pulberilor, face foarte dificil controlul mărimii, formei și distribuției acestora; – inexistența unui model adecvat de evaluare a rolului crăpăturilor asupra rezistenței la oboseală – lipsa unor metode eficace de determinare a mărimii și numărului de pori; Principalele piese, din cadrul aplicațiilor spațiale, care se confecționează din superaliaje, sunt: 1. discuri; 2. bolțuri; 3. arbori; 4. carcase; 5. lame; 6. supape; 7. camere de ardere.

Cererea de îmbunătățire a eficienței și performanței motoarelor cu reacție a dus la îmbunătățirea continuă a superaliajelor. Această evoluție este însoțită de o scădere semnificativă a prelucrabilității la cald. În aceste condiții, singura soluție rămâne metalurgia pulberilor, care este capabilă să asigure o microstructură omogenă și uniformă. Compozițiile superaliajelor care se prelucrează prin metalurgia pulberilor, pentru aplicații de tip motoare cu reacție, sunt prezentate în Tab.4.3. Pentru îmbunătățirea perfomanțelor discurilor de turbine din componența motoarelor cu reacție, s-au utilizat aliaje duplex. Prin intermediul acestei tehnologii, s-a putut asigura proprietăți diferite în diferite zone ale discului de turbină. Astfel: · prin metalurgia pulberilor s-a obținut o granulație redusă în miezul discului, care asigură păstrarea unei rezistențe ridicate la tracțiune, concomitent cu o bună rezistență la oboseala la număr redus de cicluri; 35 · prin solidificare direcțională, obținerea de monocristale, ranforsarea cu fibre sau alierea mecanică s-a asigurat, pentru pentru palele discului o rezistență ridicată la fluaj și la oboseala termică.

Motor Turboventilator

1- ventilator

2- arbore

5- camera de ardere

6- turbină de înaltă presiune

3- compresor de joasă presiune

4- carcasa ventilatorului

7- carcasa camerei de ardere

8-

4.1. Studiul tehnic

4.1.1. Studiul piesei pe baza desenului de execuție a reperului

Palele turbinei sunt situate în spatele camerei de ardere fiind supuse unor solicitărit termice și mecanice extreme.

Fluxul de gaze arse din camera de ardere intră în turbină, având ca efect rotirea palelor turbinei. Turbina este conectată la un ax care învârte compresorul și ventilatorul principal care absoarbe aerul. Această rotație ia din puterea gazelor arse.

1- talpă

2- alezaj pentru montare

3- butuc

4- filet butuc

5- aerodinamicul

suprafata complexa in spatiu se poate prelucra prin copiere de mai multe feluir:

– mecanica

– hidraulica

– electrica

-pneumatica

– programata (soft- cnc)

5.1.2. Date asupra materialului semifabricatului

Asa cum am prezentat si mai sus pe langa multiplele avantaje ale turbinelor , acestea au si unele dezavantaje cum ar fi fabricație dificilă care necesită tehnologii înalte si folosirea de materiale speciale care sa fie rezistente la temperaturi înalte si care bineinteles ca sunt foarte scumpe.

In continuare voi prezenta cateva materiale folosite in fabricarea acestor pale de motor turboreactor .

a) Nimonic este o marcă înregistrată a Special Metals Corporation si se referă la o familie de superaliaje pe bază de nichel. Aliajele Nimonic constau de obicei din nichel mai mult de 50% și 20% crom cu aditivi, cum ar fi titan și de aluminiu. Principala utilizare este în componente turbină cu gaz și extrem de înaltă performanță cu piston motoarele cu ardere internă. Familia Nimonic a aliajelor a fost dezvoltat pentru prima oară în 1940 de către echipe de cercetare la Works Wiggin în Hereford, Anglia, în sprijinul dezvoltării motor cu reacție Whittle .

Lucrand la Inco's Wiggin Facility , LB Pfeil este creditat cu dezvoltarea din aliaj Nimonic 80 in 1941. Patru ani mai târziu Nimonic 80A din aliaj de urmat, un aliaj utilizate pe scară largă în supape de motor de astăzi. Aliaje progresiv mai tari au fost dezvoltate ulterior: Nimonic aliaj 90 (1945), Nimonic aliaj 100 (1955), și aliaje Nimonic 105 (1960) și 115 (1964)

Compozitie Nimonic 90:

-Ni 54% min

-Cr 18-21%

-Co 15-21%

-Ti 2-3%

-Al 1-2%

b) Inconel este de asemenea o marca inregistrata a Special Metals Corporation care se referă la o familie de superaliajelor austenitic pe baza de nichel-crom . Aliajele Inconel sunt de obicei folosite in aplicatii la temperaturi ridicate. Acesta este adesea menționată în limba engleză ca "Inco" (sau, ocazional, "Iconel"). Denumiri comerciale comune pentru Inconel sunt Inconel 625, Chronin 625, Altemp 625, Haynes 625, Nickelvac 625 and Nicrofer 6020.

Aliajele Inconel sunt oxidare și materiale rezistente la coroziune bine adaptate pentru serviciu în medii extreme. Când este încălzit, Inconel formeaza un gros, strat stabil, oxid de pasivare proteja suprafața de atac în continuare. Inconel își păstrează puterea într-un interval larg de temperaturi, atractiv pentru aplicații la temperaturi ridicate în cazul în care din aluminiu și oțel ar ceda să se strecoare ca un rezultat de posturi vacante termic induse de cristal (a se vedea ecuația Arrhenius). Inconel puterea lui de temperatură înaltă este dezvoltat prin consolidarea soluție solidă sau consolidarea precipitații, în funcție de aliaj. În întărirea vârstă sau soiuri consolidarea precipitații, cantități mici de niobiu combina cu nichel pentru a forma compus Ni3Nb intermetalici sau prim gamma (γ '). Gamma forme prim cristale mici cubi care inhibă alunecare și fluaj eficient la temperaturi ridicate.

Inconel este adesea întâlnite în medii extreme. Este comună în palete de turbine cu gaz, sigilii, și de combustie, precum și rotoare turbocompresor și sigilii, electrice submersibile pompa bine arbori motor, elemente de fixare la temperaturi ridicate, prelucrarea chimică și vasele sub presiune, schimbatoare de tuburi de caldura, generatoare de abur în reactoarele nucleare de apă sub presiune, de procesare a gazelor naturale, cu contaminanți, cum ar fi H2S și CO2, arme de foc sunet deflectoare supresoare explozie, și Formula One și NASCAR sisteme de evacuare. Inconel este tot mai utilizat în cazanele de incineratoare de deșeuri . Joint European Torus navă se face în Inconel.

America de Nord Aviație construite pielea Avionul-rachetă X-15 dintr-un aliaj Inconel cunoscut sub numele de "Inconel X".

Laminate Inconel a fost frecvent utilizat ca suport de înregistrare de gravură în recordere cutie neagră la bordul aeronavelor

Alternative la utilizarea în aplicații de Inconel chimice cum ar fi scruber, coloane, reactoare, și țevi este Hastelloy, perfluoroalkoxy (PFA), căptușite din otel carbon sau fibre de material plastic armat.

Inconel 718 este o precipitare-călibilă de nichel-crom aliaj conținând cantități semnificative de fier, niobiu, molibden și împreună cu cantități mai mici de aluminiu și titan. Acesta combina rezistenta la coroziune și cu rezistență înaltă sudabilitate restante, inclusiv rezistență la fisurare dupa sudare. Aliajul are excelente rezistența la fluaj-rupere la temperaturi de până la 700 ° C (1300). Folosit în turbine cu gaz, motoarelor de rachetă, nave spațiale, reactoare nucleare, pompe, și scule.

Procesul tehnologic de obtinere a semifabricatului

Turnare in vid sub presiune

Dispozitivul de turnare in vid va avea urmatoarele functii:

– Topirea aliajului de turnare;

– Incalzirea controlata a matritelor de turnare;

– Extragerea aerului din incinta de vidare;

– Injectarea sub presiune a aliajului topit in matrita cu ajutorul unui gaz inert;

– Controlul temperaturii de topire, a temperaturii de incalzire a matritei si a

presiunii de injectie cu ajutorul unui soft specializat.

Dispozitivul de turnare este un produs complex la proiectarea si executia lui fiind necesara colaborarea specialistilor din mai multe domenii de activitate. Din punct de vedere functional acesta contine urmatoarele blocuri functionale:

– subansamblu incalzire aliaj;

– subansamblu incinta vidare;

– subansamblu matrita cu dispozitiv de incalzire incorporat;

– subansamblu modul de automatizare si afisare a parametrilor functionali

– senzori de temperatura;

– senzor de presiune;

– mecanism hidraulic de inchidere-deschidere a incintei de vidare.

Caracteristici functionale:

– Temperatura de topire a aliajului: (790 5) C

– Timpul de topire a aliajului: (20 4) minute

– Timpul de racire matrita: (6 2) minute

– Timpul de turnare reper: (50 10) minute

– Puterea consumata: (3,8 0,5) kW

– Cantitatea de apa consumata: (50 10) litri

– Lungimea reperului: (117 0,2) mm

– Inaltimea reperului: (21 0,2) mm

Proiectul propus are caracter inovativ, tehnologia si dispozitivul rezultat deosebindu-se de produsele existente in prezent pe piata, prin doua caracteristici: multifunctionalitate si simplitatea realizarii matritelor.

Din analiza produselor similare aflate pe piata interna si pe cea externa, s-a constatat ca urmatoarele solutii sunt originale.

– realizarea matritelor cu dispozitive de incalzire si control al acesteia incorporate;

– tehnologia de injectare a aliajelor cu ajutorul gazelor inerte sub presiune;

– dispozitivul de inchidere-deschidere pentru accesul aliajului topit in matrita.

5.1.3. Proiectarea structurii și a succesiunii operațiilor procesului tehnologic.

Operația 1: Frezare de degroșare

Fazele operației:

1. Prindere semifabricat;

2. Frezare de degroșare 32mm

3. Desprindere semifabricat;

4. Control.

Schita operatiei cu semifabricatul in pozitie de lucru.

Deff – keeps lead angle low

Large radii/round insert cutter

keep Deff low relative to D3

keep lead angle (cusp height) as low as possible

increase rpm (for same vc, D3)

low entry angle – high feed per tooth capability.

zn – maximum number of teeth to increase feed speed

Operația 2: Frezare de semifinisare

Fazele operației:

1. Prindere semifabricat;

2. Frezare de degroșare 32mm

3. Desprindere semifabricat;

4. Control.

Operația 3: Frezare de finisare

Fazele operației:

1.

2.

3.

4.

5.

Operația 4: Finisare Talpă pală

După degroșare majoritatea adaosului de prelucrare este înlăturat. Dacă freza folosită la prima degroșare nu poate prelucra toate zonele și adaosul rămas este prea mare pentru finisare se pot adăuga noi degroșări, cu freze de diametru mai mic.

Frezarea în punct și pe flancuri

Indexable Conical Ball Nose R10

CoroMill® Ball Nose R5

Point milling with ball nose end mill

prelucrări ușoare datorate rezistenței scăzute determinată de folosirea plăcuțelor indexabile

productivitate scăzută

Sculă: R216-10A16-050

Plăcuță: R216-10 02 A-M 2040

Diametrul sculei: 10 mm

Degroșare

Blade length: 210 mm

Material: CMC 05.11 (X22CrMoV12-1)

Cutting data:

zn = 5

vc = 250 m/min (820 ft/min)

n = 1533 rpm

fz = 0.35 mm (.0137 inch)

vf = 2683 mm/min (105 inch/min)

AP = average 2.5 mm (.100 inch)

ae = 30 mm (1.181 inch)

Q = 201 cm3/min (12.3 inch3/min)

Semifinisare

Blade length: 210 mm

Material: CMC 05.11 (X22CrMoV12-1)

Cutting data:

zn = 4

vc = 300 m/min (984 ft/min)

n = 3819 rpm

fz = 0.15 mm (.006 inch)

vf = 2292 mm/min (90 inch/min)

AP = 3 mm (.118 inch)

ae = 7 mm (.276 inch)

Q = 48 cm3/min (2.9 inch3/min)

Finisare

Blade length: 270 mm

Material: CMC 05.11 (X22CrMoV12-1)

Cutting data:

zn = 4 pcs

vc = 242 m/min (794 ft/min)

n = 10527 rpm

fz = 0.12 mm (.0047 inch)

vf = 5053 mm/min (199 inch/min)

ap = 0.5 mm (.020 inch)

ae = 2.0 mm (.079 inch)

Q = 5.0 cm3/min (.31 inch3/min)

Finisarea ,,aerodinamicului reprezintă operația cea mai complexă în realizarea unei pale.

CoroMill 300 și CoroMill 316

Norme de tehnica securitatii muncii

Strunguri

Înainte de începerea lucrului, strungarul va verifica starea strungului și în cazul în care constată unele defecțiuni, va anunța imediat maistrul. Începerea este permisă numai după remedierea defecțiunilor constatate; Strungurile trebuie să funcționeze cu sistemul de frânare în perfectă stare. Se interzice frânarea mandrinei cu mână; Înainte de începerea lucrului, muncitorul trebuie să verifice modul în care este ascuțit cuțitul și dacă profilul acestuia corespunde prelucrării pe care trebuie să o execute, precum și materialul din care este confecționată piesa. Se vor folosi cuțite de strung cu prag special pentru sfărâmarea așchiilor,

La cuțitele de strung prevăzute cu plăcuțe din carburi metalice, se va controla cu atenție fixarea plăcuței pe cuțit, precum și starea acesteia. Nu se permite folosirea cuțitelor de strung care prezintă fisuri, arsuri sau deformații. Cuțitele cu plăcuțe din cabruri metalice sau ceramice vor fi ferite de șocuri mecanice;

Fixarea cuțitelor de strung în suport trebuie făcută astfel încât înălțimea cuțitelor să corespundă procesului de așchiere;

Lungimea cuțitului care iese din suport nu trebuie să depășească 1,5 ori înălțimea corpului cuțitului,ptr.strunjirea normală.

Fixarea cuțitului în suport se va face cu cel puțin 2 șuruburi. În cazul în care se fixează mai multe cuțite în suport, se vor lua măsuri pentru prevenirea contactului cu muchiile ascuțite ale cuțitelor;

Pentu susținerea pieselor lungi se vor utiliza linete:

Piesa de prelucrat trebuie fixată bine în mandrina sau întrevârfuri și perfect centrată,ptr a nu fi smulsă ;

La prelucrarea între vârfuri se vor folosi numai antrenoare(inimi de andtrenare) de tip protejat sau șaibe de antrenare protejate;

Se interzice urcarea pe platoul strungului Carusei în timp ce mașina este conectată la rețeaua electrică:

La prelucrarea pieselor prinse cu bucșe elastice, strângerea, respectiv desfacerea bucșei se va face numai după oprirea completă a mașinii;

Angajarea cuțitului în material trebuie făcută lin, după punerea în mișcare a axului principal. În cazul contrar există pericolul ungerii piesei din universal sau a ruperii cuțitului. La oprire se va îndepărta mai întâi cuțitul și apoi se va opri mașina;

Dacă în timpul prelucrăriise produc vibrații puternice,strungul trebuie oprit imediat, procedându-se la constatarea și înălțarea cauzelor;

Atingerea pieselor cu mâna, respectiv măsurarea lor în timpul rotirii este interzisă;

Îndepărtarea așchiilor trebuie făcută numai după oprirea completă a mașinii, cu ajutorul unor dispozitive adecvate(cârlige,cocomplită,perii). Se interzice curățarea strungului cu jet de aer estimat.

Mașini de găurit și alezat

Înainte de fixarea piesei pe masa mașinii, se vor curăța masa și canalele de așchii;

Curățarea se face numai după oprirea mașinii;

Prinderea și desprinderea piesei pe masa mașinii se va face numai după oprirea completă a axului principal;

Piesa de găurit sau alezat trebuie să fie fixată rigid pe masa mașinii ,cu dispozitive speciale sau menghină, nicidecum nu se va fixa sau ține cu mâna;

Mandrinele de prindere se vor strânge și desface numai cu chei adecvate;

Este interzisă frânarea cu mâna a mandrinei în timpul funcționării ;

Burghiul sau alezorul din axul principal /mandrină trebuie să fie bine centrat și fixat;

Scoaterea burghiului sau alezorului se va face numai cu scule speciale;

Se interzice frânarea burghiului cu mâna ;

Mașini de frezat

Pe mașina de frezat se vor executa numai operațiile pentru care a fost destinată mașina de întreprinderea constructoare.

Mașinile de frezat la care se execută frezarea rapidă trebuie să fie prevăzute cu ecrane de protecție înainte de montarea frezei se va verifica ascuțirea acesteia, verificându-se dacă aceasta corespunde materialului ce urmează să se prelucreze, precum și modelul de lucru indicat în fișa de operație.

Montarea și demontarea frezei se va face cu mâinile protejate după fixarea și reglarea frezei, se va regla și dispozitivul de protecție, astfel încât dinții frezei să nu poată prindă mâinile sau hainele muncitorului.

Fixarea pieselor pe masa mașinii de frezat trebuie să se execute cu dispozitive speciale de fixare sau în menghină. Se interzice orice improvizație la fixarea pieselor.

La fixarea pieselor cu suprafețe neprelucrate și cu încălcări în menghine sau direct pe masa mașinii, se vor folosi menghine cu fălci zimțate sau plăci de reazem și destrângere cu zimți.

Verificarea cotelor pieselor fixate pe masa mașinii, precum și a calității suprafeței prelucrate se vor face numai după oprirea mașinii. În timpul funcționării mașinii de frezat nu se permite ca pe masa ei să se găsească scule sau alte piese nefixate.

La operația de frezare, cuplarea avansului se va face numai după pornirea prealabilă a axului frezei. La oprirea mașinii de frezat se va decupla inițial avansul iar apoi se va opri axul frezei.

Mașini de rectificat, polizoare și corpuri abrazive.

Mașinile care lucrează cu corpuri abrazive și la care în timpul lucrului se degajă noxe

trebuie să fie prevăzute cu o instalație de absorbție.

La fiecare mașină care lucrează cu corpuri abrazive trebuie să fie indicate în mod vizibil turația arborelui în rotații / minut, diametru exterior și viteza periferică maximă corpului abraziv.

Mesele mașinilor de rectificat plan trebuie să fie prevăzute cu ingrǎdiere pentru reținerea pieselor în cazul în crare se produce desprinderea lor.

La mașinile de rectificat plan cu platou magnetic și avans mecanic, cuplarea avansului

trebuie să fie posibilă numai după conectarea platoului magnetic. Poziția la conectare trebuie să fie semnalizată de o lampă de semnalizare în cazul platourilor electromagnetice și cu marcaj deosebit în cazul platourilor permanent magnetice.

Polizoarele fixe trebuie să fie prevăzute cu un suport de sprijin reglabil în plan orizontal și vertical care să permită reglarea lui astfel încât distanța dintre corpul abraziv și suport să fie mai mare de 3 mm.

Carcasele de protecție ale mașinilor de rectificat trebuie să protejeze pe muncitor împotriva așchiilor, prafului precum și a stropirii cu lichid de răcire.

În timpul exploatării corpurilor abrazive, acestea trebuie să fie protejate cu carcase care vor acoperi întreaga porțiune nelucrătoare a corpului abraziv, precum și capătul arborelui.

Alegerea corpului abraziv se va face în funcție de materialul de prelucrat, forma piesei,

calitatea suprafeței prelucrate, precum și tipul și caracteristicile mașinii.

Corpurile abrazive se vor feri de lovituri și trepidații.

Fixarea corpulu abraziv trebuie executată astfel încât să adigure o centrare corectă a

acestuia în raport cu axa de rotație.

Corpul abraziv trebuie să intre cu joc pe arborele mașinii sau pe butucul flanșei de fixare. Jocul dintre alejazul corpul abraziv și arborele mașinii sau butucul flanșei va fi cuprins intre următoarele limite:

0,1….0,5 mm la diametrul alejazului pană la 100 mm

0,2….1 mm la diametrul alejazului între 250 și 101 mm

0,2…..1,2 mm la diametrul alejazului peste 250 mm.

Se permite numai utilizarea corpurilor abrazive verificate la sunet, încercate la rotire și

echilibrate și la care bătaia nu depășește valoarea admisă.

Se interzice utilizarea corpurilor abrazive care s-au folosit în prealabil pentru prelucrarea metalelor feroase, pentru prelucrarea uscată a aliajelor de magneziu.

Pentru prelucrarea prin așchiere a acestei pale putem folosi următoarele scule așchietoare proiectate de către firma Sandvik:

CoroMill 300

Diametrul efectiv:

Viteza efectivă de așchiere:

CoroMill 390

CoroMill 316

Această freză este folosită pentru degroșare, semifinisare și finisare.

Poate fi folosită în locul frezelor cu plăcuțe indexabile mici. Numărul mai mare de dinți face ca productivitatea să crească și deasemenea are o precizie mai bună.

CoroMill 490

Adâncimea maximă de așchiere este de 10mm.

Freză cu plăcuțe amovibile de mărime 8, respectiv 14.

Plăcuța de 14 este proiectată pentru adâncimi mai mari de așchiere.

CoroMill 600

Uzura pe fata de asezare poate fi cuantificata prin mai multe metode printre care utilizarea microscopului cu gradatii cat si metode mai noi asa cum este metoda dezvoltata de Ryabov, care are avantajul masurarii uzurii in timp real, in timpul prelucrarii. Este prezentat un dispozitiv special construit pentru cuantificarea uzurii, asa cum reiese din figura urmatoare :

Dispozitiv de măsurare și control al uzurii frezei, prin utilizarea captorilor de deplasare fără contact

– frezele sunt prereglate – 0,3 pe fata de asezare (recomandat de ISO)

-durabilitatea restanta – la corectiile de scula

OPIS

Prezenta lucrare de diplomă conține:

Nr. pagini:

Tabele:

Figuri în text:

Declar pe propria răspundere că am elaborat personal proiectul de diplomă, nu am

folosit alte materiale documentare în afara celor prezentate în proiect la capitolul Bibliografie.

Semnătura autorului,

Sunt de acord cu prezentarea Lucrării de Diplomă în sesiunea Iulie 2015 a candidatului

Fabian GÂNDILĂ cu tema rezolvată în prezentul proiect.

Data predării: Iulie 2015 Semnătura conducătorului,