Menghine pentru poziţionare [304380]

UNIVERSITATEA ”Politehnică” DIN TIMIȘOARA

Facultatea de Mecanică

Specializarea Tehnologia Construcțiilor de Mașini

PROIECT DE DIPLOMĂ

Menghine pentru poziționare

COORDONATOR STUDENT: [anonimizat].Dr.Ing. Ion Grozav Groza Marius Mihai

Timișoara, 2009

REZUMAT

Aceasta lucrare de diploma este compusa din 4 capitole.

Primul capitol “INTRODUCERE” este un capitol introductiv unde tratam masinile unelte de frezat. Din cercetările intreprinse de specialiști s-a stabilit ca mașinile de frezat reprezintă circa 10% [anonimizat], marea majoritate a acestor mașini de frezat formând-o cele cu consolă de uz general.

Al doilea capitol „MENGHINE” trateaza menghinele de mașină care fac parte din grupa dispozitivelor universale care permit reglare. [anonimizat].

Menghinele fac parte din categoria dispozitivelor caracteristice pentru prelucrearea fără utilizarea timpului de mașină la așezarea și la scoaterea pieselor de prelucrat.

[anonimizat].

Capitolul 3 „DETERMINAREA FORȚELOR ȘI A MOMENTELOR MAXIME CARE POT SĂ SOLICITE MENGHINA” ne arata rolul mecanismelor de fixare si calculul fortelor de strangere necesare fixarii obiectelor in dispozitive.

Mecanismele de fixare au un rol important pentru conservarea poziționării făcută de mecanismul de poziționare. Există o diversitate mare de mecanisme de fixare. Fiecare tip de mecanism de fixare fiind impus de direcția dorită a forțelor de strângere pe care o dezvoltă, precum și de spațiul de lucru al sculelor care nu trebuie să interfereze cu elementele de fixare.

La capitolul 4 s-a elaborat tehnologia de executie a uni reper.

SUMMARY

This diploma work is composed of 4 chapters.

The first chapter "Introduction" is an introductory chapter where treat milling machines tools. From research done by specialists has been established as a milling machine is about 10% [anonimizat], the vast majority of these milling machines form a console with the general use.

The second chapter "clip" deals menghinele car belonging to a group of devices that allow universal adjustment. [anonimizat].

Menghinele are part of the typical devices for prelucrearea time without putting the car out of parts and processing.

[anonimizat].

Chapter 3 "DETERMINATION forces and maximum moments may require clip" shows us the mechanisms of fixation and calculation of forces required to collect objects in fixing devices.

Fixation mechanisms have an important role in conservation by the positioning mechanism for positioning. There is a large diversity of mechanisms of attachment. Each type of fastening mechanism is required by direction of the forces of contraction that develops and the desktop tools that should not interfere with the attachment.

Chapter 4 has developed technology execution join point.

CUPRINS

I.INTRODUCERE……………………………………………………………………….5

1.1.Dispozitive pentru mașini unelte de frezat………………………………………5

1.2.Elemente caracteristice ale dispozitivelor de frezat………………………….5

1.3.Clasificarea dispozitivor de frezat………………………………………………7

II.MENGHINE………………………………………………………………………..8

2.1.Menghine de mașină și reglarea lor……………………………………………..8

2.2.Menghine acționate manual…………………………………………….……..10

2.3.Soluții constructive de menghine…………………………………………….14

III.DETERMINAREA FORȚELOR ȘI A MOMENTELOR MAXIME CARE POT SĂ SOLICITE MENGHINA………………………………………………20

3.1.Mecanisme pentru fixare și aplicații…………………………………..………20

3.2.Calculul forțelor de strângere necesare fixării obiectelor în dispozitive………………………………………………………….………………23

3.3.Determinarea transportului de transmitere al forțelor …………………….….36

IV.ELABORAREA TEHNOLOGIEI DE EXECUȚIE A UNUI REPER…………………………………………………………………….….…..55

4.1.Desenul de definire al piesei………………………………………..…………55

4.2.Caietul de sarcini de producție…………………………………………….….56

4.3.Demersul de concepție al procesului de prelucrare……………………………61

V.Bibliografie……………………………………………………..………………77

I.INTRODUCERE

1.1. Dispozitive pentru mașini-unelte de frezat

Din cercetările intreprinse de specialiști s-a stabilit ca mașinile de frezat reprezintă circa 10% din totalul mașinilor-unelte, marea majoritate a acestor mașini de frezat formând-o cele cu consolă de uz general.Unele institute de cercetări s-au preocupat îndeaproape de stabilirea procentuală a timpului de mașină (la prelucrarea pieselor pe mașinilor de frezat) în raport cu timpul total dint-un schimb și a ajuns la concluzia că acesta reprezintă 37-49% la fel pentru timpul auxiliar; pentru timpul pregătitor se consumă 3-5%, iar pentru deservirea tehnico-organizatorică 8-1%.

Din timpul auxiliar, pentru așezarea si fixarea pieselor la producția de serie se cheltuiește 40-41%, iar pentru comanda mașinii 29-30%.

Este nevoie deci, pentru ridicarea productivității muncii de perfeționarea continuă a dispozitivelor de așezare-strângere și de automatizarea procesului de prelucrare la mașinile de frezat. Efectul maxim în scurtarea timpului auxiliar îl constitue suprapunerea acestuia cu timpul de mașină prin: frezarea continuă pe mașini de frezat cu mese rotunde rotative și cu tambure, prin dispozitive cu multe locașuri, cu casete schimbabile, etc. Este necesar, de asemenea, să se înlocuiască acționarea manuală a dispozitivelor prin acționari pneumatice, pneumohidraulice, care, pe langă că ridică productivitatea, ușurează munca muncitorului.

1.2. Elemente caracteristice ale dispozitivelor de frezat

Dispozitivele de frezat se compun, în general, dintr-un corp și din elementele de așezare, de strângere și de ghidare, așezate pe acesta. Constructiv, elementele de așezare și de strângere sunt aceleași în majoritatea cazurilor ca la dispozitivele de găurit.

La dispozitivele de frezat, rigiditatea trebuie sa fie mai mare, întrucât în timpul frezării se produc vibrații importante. Aceste dispozitive diferă de cele de găurit prin metode de așezare pe mașină, precum și prin constructia elementelor care ghidează scula.

Penele de ghidarea asigură așezarea corectă a dispozitivului fată de axa mesei mașinii; acestea se fixează pe partea inferioară a corpului dispozitivului și se introduce în unul din canalele mesei.

Tot penele măresc stabilitatea dispozitivului în timpul frezării, preluând momentul de răsucire datorat forței de aschiere și descărcând șuruburile de fixare a dispozitivului.

Fig.1.1. Diferite forme de gabarite

Pentru așezarea corectă a sculei, în raport cu masa mașinii și a dispozitivului, se folosesc unele piese în formă de plăcuțe, colțare, prisme, etc. numite gabarite. Gabaritele se așează pe corpul dispozitivului -de obicei la o anumită distanță de nivelul prelucrării- care se verifică la asezare cu ajutorul unui spion gros de 4-5mm(Fig. 1.1).

Gabaritul 1 (pozitia a) servește pentru potrivirea frezei 2 în vederea prelucrării suprafeței plane a piesei 4, utilizând spionul 3. Gabaritul unghiular 1 (pozitia b) se foleseste pentru potrivirea, dupa două suprafețe plane; a frezei 2, cu ajutorul spionului 3, în vederea prelucrării canalului de pană al piesei 4. Gabaritul prismă 1 (pozitia c) ajută la potrivirea piesei profilate 2, cu ajutorul spionului 3, pentru prelucrarea canalului simetric în piesa 4. Gabaritele speciale 1 (pozițiile d și e) se folosesc pentru potrivirea frezelor profilate 2, cu ajutorul spionilor 3. Masa mașinii cu dispozitivul fixat se apropie de sculă cu o distanță -de la sculă la gabarit- egală cu grosimea spionului. Această distanță se verifică obligator, rotind freza. Nu se admite contactul direct intre gabarit și freză, spre a evita deteriorarea frezei. Nu se admite folosirea elementelor de așezare și de strangere a dispozitivelor, drept gabarite. La prelucrarea pieselor cu o grupă de freze montate pe un singur ax, cu gabaritul se vefifică numai o singură freză; dimensiunile frezelor și poziția lor reciprocă se controlează în afara masinii. La prelucrarea piesei cu grupe de freze, fixate pe diferite axe principale, se verifică cu gabaritul numai pozitia unei singure freze de pe fiecare ax principal. Verificarea se face după suprafețele active ale frezelor.

Gabaritele se așează pe dispozitiv astfel incât manuirea spionului și observarea pozitiei lui să fie comode. Verificarea cu spionul se face înainte de așezarea piesei în dispozitiv.

1.3.Clasificarea dispozitivelor de frezat

Clasificarea dispozitivelor de frezat se poate face după mai multe criterii:

1.după caracterul avansului piesei în timpul prelucrării dispozitivele se împart în:

-dispozitive pentru mașini cu avans rectiliniu;

-dispozitive pentru mașini cu avans circular;

-dispozitive pentru mașini cu avans complex;

2.după gradul de utilizare a timpului de mașină pentru așezarea și scoaterea piesei, dispozitivele pot fi:

-dispozitive fără suprapunerea timpului de așezare și de scoatere a piesei de prelucrat cu timpul de mașină;

-dispozitive la care timpul de mașină este utilizat și pentru așezarea și scoaterea piesei.

Dar dispozitivele care fac parte dintr-o grupă de clasificare dupa primul criteriu pot să facă parte din oricare dintre grupele de clasificare după cel de-al doilea criteriu.

II.MENGHINE

2.1. Menghine de mașină și reglarea lor

Menghinele de mașină fac parte din grupa dispozitivelor universale care permit reglare. Corpul cu glisierele și mecanismul de strângere al menghinelor sunt normalizate, iar fălcile schimbabile și unele elemente de așezare se proiectează și se execută în concordantă cu forma și dimensiunile piesei de prelucrat.

Menghinele fac parte din categoria dispozitivelor caracteristice pentru prelucrearea fără utilizarea timpului de mașină la așezarea și la scoaterea pieselor de prelucrat.

Se recomandă acele menghine la care apasarea de așchiere este dirijată înspre falca fixă și care impiedică ridicarea piesei în timpul strângerii, folosind jocuri strânse în ghidaje.

Menghinele se clasifică dupa mai multe criterii:

[1]după construcția generală:

-cu o falcă mobilă;

-cu autocentrare, cu două falci mobile;

-cu fălci libere;

– cu fălci care se deplasează în mod reciproc, perpendicular;

[2]după construcția mecanismului de strângere:

– cu șurub;

-cu excentric;

-cu excentric și cu amplificarea forței cu parghii pneumatice;

– mecanohidraulice

-pneumohidraulice

-hidraulice, cu arcuri, cu strângere, automatizată de la masa deplasabilă a mașinii;

[3]după direcția forței aplicată la falca inferioară:

-cu strângerea piesei prin tragere (sania fălcii mobile lucrează la întindere);

-cu strângerea piesei prin împingere (sania fălcii mobile lucrează la compresiune);

[4]menghine care se pot sau nu se pot roti:

-menghine nerotative;

-menghine rotative într-un plan;

-menghine rotative în două planuri reciproc perpendiculare.

Fig.1.2. Menghină de mașină cu șurub

Construcțiile moderne de menghine se execută cu acțiune rapidă; sunt frigide și compacte.

2.2. Menghine acționate manual

La menghinele obișnuite, jocul la imbinarea suportului fălcii mobile cu ghidajul duce la desprinderea suprafeței de bază a piesei de prelucrat de suprafața de așezare.

Menghinele cu șurub construite la Uzinele Kirov au o particularitate: ghidajele sunt cilindrice și nu plane. Se înlătură astfel neajunsul semnalat mai sus.

La menghinele cu șurub este necesar, de mai multe ori, pentru obținerea forței de strângere să se mute cheia de cateva ori.

In fig.2.1.c, se arată o menghină cu șurub, de o bună construcție, întrucat partea mobilă numai că se ridică în timpul strângerii piesei ca în fig .2.1.a,b si c, ci din contră, este apasată pe reazemul ei. Deoarece falca fixă 1 se află de aceași parte cu șurubul de strângere 2, se poate asigura usor frezarea înspre falca fixă.

Pentru micșorarea timpului auxiliar, la lucrări relativ ușoare se folosesc menghine de strangere prin excentric cu maneta care se rotește în plan orizontal. Și aceste menghine pot fi cu element de strângere prin împingere sau prin tragere.

Fig.2.2. Menghină cu excentric rotitoare

În fig.2.2, este reprezentată o menghina cu excentric. În partea dreaptă a fălcii mobile 1, care alunecă în canalul dreptunghiular din corpul 2, este fixat axul 3 al excentricului 4. Excentricul, apăsând asupra fălcii fixe 5, prin bolțul 7, este respins de acesta și cu ajutorul axului 3, trage falca mobila 1, strângând piesa 6.

Prin rotirea în sens invers a excentricului, falca 1 revine în poziția inițială, sub acțiunea arcurilor și eliberează piesa. Menghina se reglează – după dimensiunea piesei – prin schimbarea poziției axului 3, pe suprafața zimțată, cu dinți de ferestrău a fălcii mobile. Menghina dispune de locașuri pentru fixarea în lungul sau în latul mesei mașinii, precum poate să dispună de un suport special gradat 8, care se leagă de menghină prin bucșa 9 și bolțul corespunzător.

În fig.2.2.a se arată vederea de ansamblu a unei menghine rotitoare cu strângerea piesei prin excentric.

Fig.3.2. Exemplu de reglare a menghinei

Prin schimbarea falcilor, menghinele mobile se pot transforma în dispozitive specializate. Când fălcile schimbabile depășesc sensibil în înăltime corpul menghinei, acestea se execută sub formă de colțare se sprijină pe suprafața exterioară a menghinei. Dimensiunile caracteristice ale menghinei sunt: deschiderea A, lungimea fălcilor C si înălțimea acestora.

Sunt uzuale următoarele dimensiuni (tabelul 1).

Dimensiunile menghinelor:

Fig.4.2.Tabelul 1

Fig.5.2. Menghină de masină cu mecanism de amplificare a forței de strângere

În fig.5.2., se arată o menghină de masină cu mecanism de amplificare a fortei de strângere caracteristică producției de serie mare, pentru strângerea unor piese cu abateri mici ale dimensiunilor.

Forța de strângere obținută la surub nu se transmite direct la una dintre fălci, ci prin intermediul unor parghii care marește forța de strângere fără vreun surplus de energie din partea muncitorului.

Menghina constă din corpul 1, falca modilă 2, falca fixă 3 și mecanismul cu parghii 4, 5 și 6. Parghia 4 este legată prin articulație cu partea fixă a dispozitivului; parghia 6, articulată cu parghia 4, se reazămă în brațul 7 fixat rigid pe falca mobilă 2, prin zimți și piulița 8.

Prin rotirea piuliței 9, parghiile 4 si 6 tind să ajungă în pozitie orizontală, apăsând asupra brațului și falcii mobile, creând astfel forța de strangere necesară. Cu cât unghiul dintre pârghii se apropie de 180 de grade, forța de strângere crește în așa măsură încât poate distruge dispozitivul.

De aceea s-a prevazut bucșa de distanțare 10, care nu permite apropierea de valorile unghiurilor periculoase. Reglarea menghinei la o anumită dimensiune se realizează prin deplasarea piesei 11 cu un număr corespunzator de zimți. La curse mari ale fălcii mobile 2 se desface forțat îmbinarea pârghiei 6 cu brațul 7, prin maneta 13 a furcii 14, care acționează asupra fusului 15. Cand pârghia 6 a fost desfăcută de brațul 7, falca 2 este retrasă cu ajutorul manetei 16 la distanța necesară. Prin arcul 17 și cama 18, pârghia 6 revine în poziția inițială. Mecanismele amplificatoare asigură dimensiunile mici de gabarit pentru menghine.

Fig.6.2. Menghina pneumatică cu membrană(diafragmă)

2.3. Solutii constructive de menghine

1.Menghina fără șurub și menghina cu șurub-

Sunt confecționate din oțel de calitate superioară, și cu precizie pe toate părțile. Sistemul are o precizie de 0.005 mm ceea ce convinge specialistul că este cu siguranță echipamentul perfect pentru orice atelier de reparații.

Efectul special al acestor menghine nu permite ca în timpul lucrului piesa de prelucrat sa fie ridicată, chiar și când forța maximă fixată este aplicată.

Fig.7.2. Menghina fără șurub

Fig.8.2. Menghina cu șurub

2.Menghina mecanică/hidraulică

Este confecționată cu precizie din material rigid –fier Ductile FCD60JIS- cu 80,000 psi rezistență la rupere.

Aceste tipuri de menghine:

-sunt rectificate cu precizie,au acționare hidraulică inclusă,

-au mărirea de 10 ori a puterii, dar fără cuplarea ei la tensiune

-au cea mai mare mobilitate;

-au precizia cea mai mare prin placa de oțel special,

-au ghidaje calite și rectificate;

-au 3 domenii de tensiune reglabile rapid = de 3 ori distanța de strângere față de alte menghine

Fig.9.2.Menghina hidraulică

Fig.10.2. Menghina hidraulică, autocentată

În Fig.10.2. se arată o menghină acționată hidraulic, pentru fixarea pieselor la prelucrarea în grup pe mașini de frezat,alezat etc.

Menghina este autocentrată (cele doua fălci se deplasează simultan),ceea ce asigură o orientare precisă a pieselor de prelucrat în raport cu scula așchietoare. Fixarea pieselor se realizează sub presiunea uleiului (50 DaN/), care din conducta principală intră în spațiul de baza 9.

Sub presiunea uleiului, pistonul 8 se deplasează în jos, iar pârghiile 7 si 5, rotindu-se în jurul axelor lor 6, aduc –prin șuruburile 3 si 4- ambele fălci la distanțe egale. Sanțurile T de pe suprațele fălcilor permit fixarea pieselor sau a dispozitivelor reglabile.

Reglarea preliminara a menghinei se face prin șuruburi. Corpul 1 are posibilitatea de a se roti față de placa de bază 9, ceea ce asigură prelucrarea pieselor prin rotirea în jurul axei cu , precizia de rotire .

Caracteristicile menghinelor cu autocentrare :cursa fălcilor mobile de la acționare pneumatică 24 mm; forța de strângere 5500 daN la presiunea uleiului de 50 daN/; deschiderea fălcilor prin șuruburi 0-200 mm; greutatea dispozitivului 78 daN. Piesele de dimensiuni mari și simple se strâng în menghine obișnuite cu fălci normale.Fixarea pieselor complicate sau a câtorva piese simultan se asigură prin fălci schimbabile, care se montează pe suprafețele superioare și frontale ale fălcilor fixe și mobile sau direct pe corpul menghinei.

Completul dispozitivului (fălcii) schimbabil cuprinde de obicei 2-6 piese;deci și costul lor este redus. Proiectarea dispozitivelor(fălcilor) schimbabile trebuie să devină o problemă de bază în construirea dispozitivelor pentru mașini unelte, intrucât 50-70% din operațiile care se efectuează pe mașinile de frezat , în condițiile producției de serie se pot executa în dispozitivele schimbabile ale menghinelor.

Se dau mai jos schița unei menhine universale, pentru operatii de frezare cu unul sau cu mai multe locuri pentru prelucrarea diferitelor piese.

Fig.11.2. Schița unei menghine universale, pneumo-hidraulice

În Fig.11.2., este aratată schița unei menghine universale cu acționare pneumo-hidraulică, cu o forță de strângere de 10MN, cursa fălcii fiind de 7 mm.

Menghina constă din corpul 1 cu o falca mobilă, 10 și una fixă. Motorul pneumo-hidraulic al menghinei se află în interiorul corpului. Cămașa de oțel 2 este presată în interiorul corpului menghinei. Flanșa 3 acoperă suprafața frontală a cilindrului pneumatic.

Cilindrul pneumatic 8 se centrează față de cilindrul pneumatic și se fixează cu șuruburi pe suprafața frontală. Prin tija 13 forța de strângere se transmite pe falca mobilă. (Aerul comprimat intră prin conducta 12 în cilindrul pneumatic și deplasează tija pistonului spre dreapta comprimand uleiul în cilindrul hidraulic. Acesta transmite forța la pistonul de acționare și la tija 13.)

La sfarșitul operatiei, arcul 14 readuce totul în poziția inițială. Fălcile schimbabile 4 și 7 servesc la strângerea unor piese de forme diferite. Poziția fălcii mobile se reglează inițial cu manivela 18.

3. Menghina RIDGID® Rapidorv

Noua menghină cu “Acționare Rapidă” RIDGID® Rapidor 120 caracterizată prin rezistență și eficiență contribuie la economia de timp și bani. Mecanismul inovativ de “Acționare Rapidă” permite utilizatorilor să culiseze fără efort fălcile menghinei în ambele direcții pentru a fixa rapid și usor piese de diferite forme.

Mecanismul de “Acționare Rapidă” economisește timp și efort comparativ cu menghinele tradiționale de banc prevazute doar cu un levier pentru a strânge sau elibera un obiect. Ușurința de utilizare este sporita de baza turnantă opțională din oțel forjat cu o rotire de 360 grade ce permite o adaptabilitate nelimitată.

Rapidor 120 este în acest moment, unica menghină de pe piață fabricată din oțel forjat prevazută cu un mecanism de “Acționare Rapidă”.

Alte caracteristici importante sunt sistemul brevetat de aliniere a fălcilor, ce conferă o prindere precisă și o durată de exploatare mai lungă, dar și fălcile forjate de capacitate mare ce prind ferm țevi și tije. Fălcile și nicovala călite și de mari dimensiuni conferă o prindere și o suprafață de lucru de o calitate superioară, iar levierul de oțel prevăzut cu inele oferă o mai mare rezistență. Potrivit lui Brad Crozier, product manager pentru scule și unelte pentru țevi și conducte, “Concepția inovativă a noii menghine cu “Acționare Rapidă” RIDGID®, generează o mai mare eficiență de lucru, economisește timp ți bani și conferă o prestație notabilă în utilizarea zi de zi”

Fig. 12.2.Menghina RIDGID® Rapidorv

4.Menghina cu acționare mecanizată

În Fig.13.2. se arată o menghină cu mecanism de strângere prin tragere, cu amplificator în formă de pârghie 1. Falca 2 este fixă, falca 3 se deplasează împreună cu glisorul 4. Aceasta se poate muta pe glisor în poziție corespunzătoare, apoi se fixează cu șurubul 5. Cand aerul din acționarea pneumatică se evacuează, arcurile 6 deplasează glisorul la dreapta în poziție inițială.

Fig.13.2. Menghina pneumatică cu amplificator

Simultan, prin pârgia 1, tija 7 coboară. Când forța de așchiere este perpendiculară pe planul fălcilor, forța de strângere se poate calcula cu formula: (Fig.11.2.b)

în care: , este componenta orizontală a forței de așchiere;

, este componenta verticală a forței de așchiere;

, greutatea piesei;

și (Fig.11.2.b)

, coeficient de frecare.

III.DETERMINAREA FORȚELOR ȘI A MOMENTELOR MAXIME CARE POT SĂ SOLICITE MENGHINA

3.1.Mecanisme pentru fixare și aplicații

Mecanismele de fixare au un rol important pentru conservarea poziționării făcută de mecanismul de poziționare. Există o diversitate mare de mecanisme de fixare. Fiecare tip de mecanism de fixare fiind impus de direcția dorită a forțelor de strângere pe care o dezvoltă, precum și de spațiul de lucru al sculelor care nu trebuie să interfereze cu elementele de fixare.

[1]Mecanismul de fixare cu carlig – Aceste mecanisme de fixare, prezintă un câarlig rabatabil, prin intermediul căruia se aplică forța de strângere asupra obiectului de lucru instalat în dispozitiv. Variante constructive de fixare cu cârlig sunt prezentate în Figura 1.3. Există variante constrive cu acționare manuală, precum și cu acționare pneumatică sau hidraulică.

Deoarece cârligul în cursa de desfacere se rotește cu , acest lucru permite introducerea, respective evacuarea rapidă a obiectului de lucru din dispozitiv.

Uneori în zona de strângere a cârligului este prevăzut și un șurub, pentru adaptarea cursei de strângere a pistonului la dimensiunile obiectului de fixat.

Fig.1.3. Fixare cu cârlig

[2]Mecanismul de fixare cu excentric – Excentricul este mai rar utilizat cu acțiune directă asupra obiectului de lucru instalat în dispozitiv. Cel mai frecvent este cel utilizat în combinație cu alte elemente de fixare.

În Figura 2.3. se prezintă un mecanism de fixare compus dintr-un excentric circular și o pârghie. Pârghia permite amplificarea cursei excentricului și aplicarea unei forțe de strângere care prezintă două componente, una oriyontală care realizează strângerea și altă verticală, care impiedică ridicarea obiectului de lucru de pe mecanismul de poziționare al dispozitivului, la aplicarea forței de strângere.

Fig.2.3. Execntric și pârghie

O alta variantă de utilizare a excentricului în mecanismele de fixare este prezentată în Figura 3.3. Prin rotirea capului excentric al șurubului acesta va genera forța de strângere necesară.

Fig.3.3.Excentric și element hexagonal

[3]Mecanismul de fixare cu șurub – Șurubul este frecvent utilizat în construcția mecanismelor de fixare ale dispozitivelor, mai ales când acestea sunt actionate manual.Utilizarea frecventă a șurubului se explică prin faptul că, dacă alicea de ridicare a filetului șurubului este mai mică ca unghiul de frecare dintre filet și piulița, atunci șurubul prezintă fenomenul de auto-frânare, deci la încetarea acțiunii forței dezvoltate de operatorul uman, forța de strângere asupra obiectului de lucru instalat în dispozitiv se va pastra.

Șurubul este de fapt o pană înfasurată pe un cilindru și deci, pastrează în bună măsură proprietătile penei.

Fig.4.3. Fixarea cu șurub

Un dezavantaj al șurubului este acela ca necesită un timp mai mare pentru trecerea de la o dimensiune a obiectului de lucru la alta, mult diferită. Timpul se consumă prin numarul multiplu de rotații ale șurubului necesare pentru a realiza o cursă mai mare. Acest dezavantaj este înlaturat prin realizarea de construcții speciale pentru șurub sau piulița. În Figura 5.3. se prezintă o construcție specială tip RAKO a mecanismului șurub-piulită [90]. Acest mecanism permite o apropiere rapidă a tijei T care realizează strângerea, prin simpla deplasare axială a acesteia. La apropierea tijei de obiectul de lucru, prin rotirea unei manete M, care prin intermediul cuplajului dințat CD va roti tija T, iar prin intermediul ei va roti și o bucșa filetată tip șurub BS. Bucșa BS se va înșuruba într-o piuliță solidară cu corpul dispozitivului CD. Prin înșurubare bucșa BS se va deplasa spre stânga, împingând bucșa clopot BC. Bucșa BC prin intermediul unor bile B, care datorită alezajului conic interior al bucșei BC vor deforma elastic pereții bucșei BE, solidarizând astfel mișcarea bucșei tip șurub BS cu tija T. Astfel, acest ansamblu va efectua strangerea obiectului de lucru, beneficiind de raportul de transmitere al forțelor dezvoltate de șurub.

Fig.5.3.Fixarea cu șuruburi speciale

La rotirea manetei în sens invers (de desfacere), bucșele BS și BC se deplasează spre dreapta. Această mișcare va face ca bilele B să nu mai apese pe pereții elastici ai bucșei BE, care ajutată și de arcul elicoidal AE nu va mai fi solidară cu tija T. Astfel, tija poate fi rapid deplasată axial în vederea introducerii în dispozitiv a unui nou obiect de lucru cu un gabarit diferit de cel anterior.

3.2.Calculul forțelor de strângere necesare fixării obiectelor în dispozitive

a)Tipuri de mecanisme de fixare

După ce obictele de lucru au fost poziționate în dispozitiv prin intermediul mecanismelor de poziționare, pentru conservarea poziționării acestora trebuie să intervină mecanismul de fixare al dispozitivelor. Dispozitivele cel mai frecvent utilizeaza forțele de strângere pentru a realiza fixarea obiectelor de lucru. Mărimea acestor forțe de strângere va trebui să fie determinată riguros pentru ca poziționarea obiectelor de lucru să nu fie deteriorată în diferitele faze ale procesului de prelucrare.

Metodologia de stabilire a forțelor de strângere depinde de tipul mecanismului de fixare al dispozitivului. Există două tipuri de mecanisme de fixare:

[1]Tip I-cu proprietăți de autofrânare(AF) când

[2]Tip II- fără proprietăți de autofrânare când .

În concepția dispozitivelor s-a renunțat la considerarea perfect rigidă a alamentelor componente ale dispozitivelor. Pentru a mai simplifica lucrurile, totuși se vor considera obiectele de lucru (semifabricatele sau piesele) care se instalează în dispozitiv ca fiind perfect rigide. De asemenea forțele exterioare (forțele de așchiere, greutatea proprie) care solicită sistemul dispozitiv-obiect de lucru și forțele de strângere vor fi considerate ca fiind coliniare conținând una din axele elastice principale ale sistemului dispozitiv-obiect de lucru. În această ipoteză forța de strângere S, forța de așchiere F, forța de legătură cu mecanismul de poziționare, reacțiunea normală și forța de legătură cu mecanismul de strângere, reacțiunea normală au o excentricitate nulă, toate fiind coliniare. Datorită acestui fapt, obiectul de lucru ca urmare a deformațiilor care pot să apară va suferi doar deplasări exclusiv de translație, fără rotiri ale sale. În această ipoteză dacă rigiditatea mecanismului de poziționare este , iar a celui de strângere , atunci rigiditatea dispozitivului va fi:

(1.3)

În alt caz în care apar și rotiri ale obiectului de lucru, rigiditatea dispozitivului va fi alta în fiecare secțiune a sistemului tehnologic elastic (STE), fiind minimă în centrul de rotire al obiectului de lucru.

Pentru soluționarea strângerii obiectului de lucru este necesar să fie determinate în primul rând reacțiunile principale și ale dispozitivului asupra obiectului de lucru (OL).Astfel, devine posibilă izolarea OL față de sistemul tehnologic. Adăugând apoi forțele și momentele de așchiere la care este supus scesta în timpul procesului de prelucrare, prin intermediul ecuațiilor de echilibru se vor determina condiția de echilibru și de stabilitate.

Un obiect de lucru a dispozitivului este stabil static în următoarele faze ale procesului:

-la așezarea sau amplasarea în dispozitiv, avem o stare stabilă dacă obiectul de lucru sub acțiunea greutății proprii G(singura forță esterioară) păstrează contactul cu toate elementele de poziționare ale dispozitivului. În cazul lipsei stabilității, restabilirea stabilității se face prin reconsiderarea poziției elementelor de poziționare în raport cu greutatea G, sau se vor introduce elemente suplimentare de prestrângere, acționate de elemente elastice, pneumatice sau chiar magnetice. Acestea vor permite păstrarea contactului dispozitiv-OL absolut necesar conservării poziționării anterior făcute.

-fixarea OL este o fază care prin aplicarea unei forțe de strângere S asupra OL se dorește păstrarea poziționării OL și sub acțiunea altor forțe externe. Dacă această forță de strângere nu este aplicată correct se va modifica poziționarea OL fără ca acest lucru să apară evident. Modificarea poziționării însă, induce erori de instalare a OL și va suferi precizia de prelucrare. În această fază asupra OL vor acționa forțele G și S. Dacă la aplicarea forței de strângere S obiectul de lucru pierde contactul cu elementele de poziționare ale dispozitivului în anumite zone, se spune că sistemul este instabil conceput pentru fixare.

Fig.6.3.Tipuri de mecanisme de fixare

-faza de prelucrare face ca asupra OL să acționeze în plus forțele F și momentele M de așchiere. În această fază asupra OL acționază forțele G+S+F și momentele M. Sub acțiunea acestora Ol trebuie de asemenea să păstreze contactul cu elementele de poziționare, respectiv cele de strângere ale dispozitivelor.

Contactul cu toate elementele dispozitivului se păstreză dacă:

a)reacțiunile normale () rămân mereu pozitive

(2.3)

b)NU apare o mișcare globala a OL, deci forțele și momentele de frecare echilibrează forțele și momentele exterioare

în care K este un coeficient de siguranță.

În Figura 6.3. se prezintă cazul celor două tipuri de dispozitive. Pentru cazul dispozitivelor de tip I a fost ales mecanismul de fixare cu șurub, iar pentru cazul tipului II mecanismul de fixare este conceput cu un motor pneumatic.

În cazul mecanismului de tip I a fost ales mecanismul de fixare cu șurub, iar pentru cayul tip II mecanismul de fixare este conceput cu un motor pneumatic.

În cazul mecanismului de tip I chiar dacă forța de prelucrare F depăașește forța inițială de strângere S deformațiile sistemului șurub-piuliță permit încă menținerea contactului dintre OL și mecanismul de poziționare. În cazul mecanismului de fixare de tip II acest lucru nu mai este posibil. La depășirea forței de strângere S pistonul se va ridica, iar contactul OL cu elementele de poziționare se va pierde, caz în care apar erori grosolane de prelucrare, iar în cel mai rău caz, OL este smuls din dispozitiv de către forțele de așchiere, când pot sa apara și accidentări ale operatorilor umani.

b)Determinarea reacțiunilor normale și la mecanisme de fixare de fixare de tip II

În acest caz se constată că indiferent de poziția bazelor de fixare, în faza de strângere reacțiunea normală pe elementele de strângere este egală cu forța de strângere S. Dacă mecanismul de strângere este acționat de un motor pneumatic, va fi:

în care, p este presiunea fluidului, iar D diametrul pistonului.

În faza de prelucrare când va apare și forța de așchiere F, ecuația de echilibru pe axa elastică principală pentru cazul prezentat în Figura 6.3. este:

deci

Pentru cazurile în care forța de așchiere F poate să-și schimbe sensul, forța de reacțiune normală va avea valoarea:

Semnul superior (minus) va fi luat în considerare când sensul forței de prelucrare F este cel din Figura 7.3., iar semnul inferior (plus) când forța F va avea un sens opus.

c)Determinarea reacțiunilor normale și la mecanisme de fixare de tip I

Determinarea reacțiunilor normale în acest caz este puțin mai complex, deoarece trebuie să țină cont de rigiditățile elementelor de poziționare și ale elementelor de strângere . Determinarea reacțiunilor normale se va face în conformitate cu schema de calcul prezentată în Figura 7.3. În această figură sunt prezentate 3 faze:

[1]Faza de așezare a obiectului de lucru în dispozitiv fără a se aplica forțele de strângere;

[2]Faza de fixare a obiectului de lucru în dispozitiv prin aplicarea forței de strângere S;

[3]Faza de prelucrare a obiectului de lucru când asupra acestuia mai acționează o forță de așchiere F (în cazul discutat acționând spre elementele de strângere, cu linie întreruptă fiind preyentat cazul complementar).

Fig.7.3.Reacțiunile normale și

Pentru a scoate în evidență faptul că elementele de pozționare EP, de strângere ES sunt considerate elastice, ele sunt prezentate sub forma unor arcuri elicoidale.

Simplificând calculele în acest caz se neglijează greutatea OL, iar caracteristicele elastice statice ale mecanismului de pozițonare , respective ale mecanismului de strângere sunt considerate ca fiind liniare.

În faza b), când se aplică forța de stângere S, pe elementele de poziționare și respectiv de strângere vor lua naștere reacțiuni normale de mărime egală:

La prelucrarea obiectului de lucru, corespunzătoare fazei c),aceste recțiuni diferă între ele, dependent de sensul forței de prelucrare F. Pentru cazul când acestă forță F acționează spre elemente de strângere aceste reacțiuni normale vor fi :

în care, respectiv reprezintă fracțiunea din forța de prelucrare F care se distribuie pe elementele de poziționare, respectiv pe cele de strângere. Deoarece obiectul de lucru OL este considerat rigid, el nu va suferi deformații la aplicarea forțelor, deci în acest caz deformația suferită de elementele de poziționare va fi egală cu cea a elementelor de strângere . Pe baza acestor ipoteze se pot scrie:

Fiind recunoscute rigiditățile , respectiv ale caracteristicelor , respectiv

Din egalitatea deformațiilor elementelor de poziționare și de strângere se determină:

În concordanță cu relația (3.9) se poate deduce:

în care,

Înlocuid aceste valori în relația forțelor normale și , acestea devin:

atunci când se ține cont de greutatea obiectului de lucru, iar ea acționează asupra elementelor de poziționare (cazul normal de acționare a acesteia).

Ținând cont de ambele sensuri de acționare a forței de prelucrare, relațiile anterioare devin:

Semnul superior fiind pentru cazul când forța de prelucrare F acționează conform figurii 7.3. spre elementele de stranger, iar semnul inferior pentru cazul când ea acționează invers spre elementele de poziționare, caz în care ea a fost reprezentată cu linie întreruptă.

Trebuie remarcat că la dispozitivele de tip casetă, care pot fi răsturnate în timpul utilizării lor, greutatea G a obiectului de lucru poate să încarce elementele de strângere, caz în care G dispune din relația lui și apare cu semnul plus în relația lui . La dispunerea înclinată a acestui dispozitiv tip casetă, G va încarca cu componentele ei simultan, atât elementele de poziționare cât și cele de strângere.

Pe graficul din figura 7.3. se observă că la acționarea forței de prelucrare F spre elemente de strângere, reacțiunea normală scade. Se poate ca pentru o anumită valoare a lui F reacțiunea să devină nulă. Aceasta este o situație inadmisibilă în construcția dispozitivelor. Dacă F ar crește în continuare, reacțiunea ar deveni chiar negativă. Din punct de vedere pur theoretic, în acest caz ar trebui ca și deformațiile elementelor de strângere sunt atât de mari încât permit ca obiectul de lucru să se deplaseze astfel încât, el pierde contactul cu elementele de poziționare, caz evident inadmisibil în construcția dispozitivelor.

În concluzie, se aplică o forță de strângere S care să evite pierderea contactului între obiectul de lucru și elementele de poziționare.

Asemănător, se pune problema și atunci când forța de prelucrare F este îndreptată spre elementele de poziționare. În acest caz, există pericolul de a se pierde contactul cu elementele de strângere.

În funcție de mărimea limită admisă pentru reacțiunile normale și se determină mărimea necesară a forțelor de strângere, pentru diferite tipuri de forțe și momente de așchiere care pot să apară asupra obiectului de lucru în timpul fabricației acestuia.

Aplicația 1. Determinarea forțelor de strângere pentru menținerea stabilității poziționării OL făcută în dispozitiv

Determinarea reacțiunilor normale dintre OL și dispozitiv

Se consideră cayul unui OL poziționat în dispozitiv. Prin unirea punctelor teoretice de contact dintre OL și dispozitiv se va obține așa numitul poligin al punctelor de contact PC.

Fig.8.3.Poligonul frecărilor

În punctele extreme de contact între OL și elementele de poziționare ale dispozizivului se duc normale la suprafața OL. Față de aceste normale la suprafață se duc de o parte și de cealaltă drepte înclinate cu unghiul de frecare . Intersecția acestor drepte va genera poligonul frecărilor PF (în cazul acesta al punctelor și acesta va fi , v. Fig.8.3.)

Dacă rezultanta forțelor de strângere aplicată asupra OL trece prin unul din punctele de contact atunci rezulă că . Dacă direcția lui corespunde cu direcția normalei la baza de poziționare, atunci nu vor apare forțe de frecare. În toate celelalte puncte de contact , toate forțele vor fi nule. Ele vor rămâne așa, atâta timp, cât vectorul va trece prin punctual de contact și va fi interior conului de frecare din acel punct.

Condiția necesară și suficientă ca OL să rămână în contact cu toate punctele de contact este ca vectorul resultant să intersecteze simultan atât poligonul punctelor de contact (PC), cât și poligonul frecărilor (PF), respectiv:

Aplicația 2. Forța F acționând paralel cu elementele de poziționare și de strângere

Modul de acționare a forței dein proces F face ca ea să nu influențeze acțiunile normale și . Astfel, condiția a) nu este necesar să se mai pună (respectiv și ).

Fig.9.3. Aplicația 2

În acest caz avem:

Direcția de acționare a forței F face posibilă însă, apariția unei mișcări globale ale OL față de elementele de poziționare ale dispozitivului. În acest caz este oportună aplicarea condiției b), respectiv forța din proces să fie anihilată de forțele de frcare care apar pe elementele de poziționare, respectiv de strângere .

La o privire rapidă se pare că mecanismele de fixare de tip I sau II sunt echivalente, lucru care rezultă și din calcul.

Observațiile referitoare la forțele de strângere necesare pentru cele două tipuri de mecanisme:

1. Suma coeficienților de frecare este o mărime în general subunitară, constituind numitorul unei fracții, fapt ce arată că această soluție de construire a mecanismului de fixare nu este rațională. Ea trebuie evitată dacă este posibil.

2. Deși la prima vedere, în acest caz, cele două tipuri de mecanisme de fixare sunt echivalente, totuși când se ia în considerare geometria reală a OL, ele, de fapt, nu mai sunt echivalente. Astfel, dacă se consideră abaterile de la paralelism a bazei de poziționare față de baza de fixare sau macro și micro geometria bazei de fixare, în acest caz se poate opta cu prioritate pentru un anumit tip de mecanism de fixare.

În figura 10.3.a)semifabricatul are formă de pană și forța F ar avea tendința de a împinge OL spre elementul de fixare. În acest caz, efectul de pană al OL ar crea forțe suplimentare transversale, care ar crește considerabil reacțiunea .

Fig.10.3. Abateri geometrice ale bazei de fixare

În faza de desfacere a OL din dispozitiv există pericolul ca forța dezvoltată de mecanismul de fixare pentru destrângerea OL să nu poată realiza destrângerea. Are loc așa numita înțepenire statică a mecanismului de strângere cu rezultate catastrofale privind îndeplinirea funcțiilor dispozitivului. Se spune că un mecanism de fixare este înțepenit static, dacă forța necesară desfacerii mecanismului este mai mare ca forța care a fost necesară strângerii acestuia.

Evitarea înțepenirii statice se face prin modificarea rațională a schemei de instalare, respectiv prin introducerea unui element de poziționare de rezemare(localizare) care va prelua acțiunea forței F, evitând astfel împanarea OL în dispozitiv.

Există și înțepenirea dinamică a mecanismului de fixare, care apare datorită forțelor de inerție generate de mecanismul de fixare în mișcare. În cazul unor mase mari antrenate în mișcare de mecanismul de fixare în faza de strângere, prin oprirea bruscă a acetuia la contactul cu OL, forțele de inerție vor adăuga o forță suplimentară la forța de strângere dorită a fi realizată, crescând astfel reacțiunea normală . Atunci când s-a ținut cont de posibilitatea înțepenirii dinamice, la desfacere, forța dezvoltată de mecanismul de fixare nu are capacitatea de a realiza destrângerea. Pentru a evita înțepenirea dinamică este necesar ca parțile în mișcare a mecanismului de fixare să nu fie cu mase mari. Dar când acest lucru nu poate fi evitat, trebuie ca mecanismul de fixare, în faza de desfacere, la începutul acesteia , să fie prevăzut cu o cursă în gol, pentru accelelarea mesei mecanismului. La acțiunea cu șoc asupra elementului de destrângere, forțele de inerție create vor suplimenta forța de destrângere a mecanismului, fiind posibilă astfel destrângerea OL din dispozitiv.

Cazul din figura 8.5.b) face ca, în cazul unei deplasări globale a OL în direcția forței F, sub acțiunea forței din proces S, elemental de fixare să piardă contactul cu OL în cazul mecanismului de fixare de tip I, deci atunci se preferă mecanism de fixare de tip II, care ține mereu în contact elementul de fixare cu OL.

Forma convexa a bazei de fixare (v. fig.8.5.c) face ca în cazul mecanismului de tip I, la apariția unei tasări locale a materialului în zona elementului de strângere, OL să piardă contactul cu elementul de strângere, fapt ce ar face ca OL să fie smuls din dispozitiv de forța F. Acest fapt ar genera atât accidente de muncă, dar și deteriorarea piesei fabricate. Dacă baza de fixare ar fi concavă acțiunea forței F ar provoca împănarea OL în dispozitiv (similar cazului a ). În aceste cazuri se va prefera mecanism de fixare de tip II.

Observație.Când nu se poate conta pe rigiditatea transversală a elementelor de strângere, atunci în relația (3.17) se va face , caz în care se va obține o altă forță de strângere necesară, dată de relația următoare:

Aplicația 3. Forța F acționează înclinat cu componentă normală asupra elementelor de strângere

Acest caz de aplicare a forței din procesul de fabricație este o combinație între aplicațiile 1 și 3. La acest caz este necesar să fie puse atât condiția a) cât și condiția b).

Fig.11.3.Aplicația 3

Se analizează cazul mecanismului de tip I(cu autofrânare ). Se vor particulariza relațiile (3.19) pentru mecanismul de tipul I.

În cazul în care nu se poate conta pe rigiditatea transversală a elementelor de strângere, atunci se va face , caz în care se obține următoarea expresie a lui :

Pentru mecanismul de tip II(fără autofrânare ) forța necesară de strângere se determină, astfel:

Se observă existența inegalității .

Pentru cazul în care nu se poate conta pe rigiditatea transversală a elementelor de strângere, se obține forța de strângere necesară , făcând .

care satisfac condiția .

Considerând relațiile (3.22) și (3.23) se poate observa că, în acest caz, se preferă alegerea mecanismului de fixare di tip I. Această alegere este ușor de justificat deoarece componenta a forței F din proces este îndreptată spre elementele de strângere.

Aplicația 4. Forța F acționează înclinat cu componentă normală asupra elementelor de poziționare

Acest caz este asemănător cu aplicația 3, dar sensul forței F este invers. De această dată componenta verticală a forței F este normală pe elementele de poziționare.

Cazul mecanismului de tip I().

Fig.12.3. Aplicația 4

Condițiile a) și b) puse în acest caz conduc la următoarele relații:

Pentru cazul în care nu se poate conta pe rigiditatea transversală a elementelor de strângere, se obține forța de strângere necesară , făcând .

Cazul mecanismului de tip II()

Când nu se poate conta pe rigiditatea transversală a elementelor de strângere, se obține forța de strângere necesară , făcând .

Comparând forțele necesare de strângere pentru cele două tipuri de mecanisme de fixare, se observă că este rațional să se aleagă mecanismul de fixare de tip II. Acest lucru este justificat și de faptul că există o componentă a forței F din proces, care este îndreptată spre elementele de poziționare.

3.3.Determinarea raportului de transmitere al forțelor

a)Raportul de transmitere al forțelor

Mecanismul de fixare al dispozitivelor trebuie privit sub forma unei scheme bloc. În acest caz, el se prezintă astfel:

Fig.13.3.Mecanismul de fixare

La ieșirea mecanismului de fixare se gasește forța de strângere S, care se aplică asupra obiectului de lucru. La intrarea în mecanismul de fixare se aplică forța Q de către elementul de acționare care poate fi un motor (pneumatic, hidraulic, electric, etc. ) sau chiar operatorul uman, care deservește dispozitivul.

În vederea alegerii motorului de acționare a mecanismului de fixare, respectiv pentru a se verifica dacă forța de acționare a operatorului este suficientă pentru realizarea forței S de strângere necesară, se pune problema determinării raportului de transmitere a forțelor, care se numește și funcția de transfer a forțelor.

Raportul de transmitere al forțelor (funcția de transfer) este definită astfel:

Se poate observa că în cazul în care se cunoaște acest raport de transmitere al forțelor “i” și de asemenea se cunoaște și forța necesară de strângere S, atunci devine posibilă cunoașterea forței Q, necesară acționării mecanismului de fixare.

În acțiunea de concepere a dispozitivului trebuie cunoscute aceste rapoarte de transmitere a forțelor în toate situațiile posibile de funcționare a dispozitivelor.

Mecanismul de fixare poate fi în acțiune de strângere sau acțiune de desfacere a OL. Aceste situații distincte apar ca urmare a modificării sensului forțelor transmise ca urmare a modificării sensului de acționare al mecanismului de fixare. Astfel, apar mai multe rapoarte de transmitere ale forțelor. Au fost definite următoarele rapoarte de transsmitere ale forțelor.

– raportul ideal de transmitere al forțelor

– raportul de transmitere al forțelor de strângere

– raportul de transmitere al forțelor de desfacere (destrângere)

Raportul ideal de transmitere al forțelor neglijează forțele de frecare care pot să apară. Determinarea raportului de transmitere al forțelor se poate face grafic, analitic sau prin metoda combinată grafo-analitică.

Deoarece în majoritatea cazurilor forțele care acționează asupra mecanismului de fixare sunt dispuse în plan (forțe coplanare), pentru determinarea acestor forțe este utilizată metoda separării forțelor.

b)Metoda separării forțelor(MSF)

Orice corp care este element component al unui ansamblu sau subansamblu mecanic, poate fi, fie un element pasiv, caz în care este un support pentru alte elemente componente sau un element activ, caz în care scopul său este de a transmite fie forță, fie mișcare (respectiv deplasare). Pentru cazul elementelor active se pune problema de a cunoaște raportul de transmitere al forșelor sau, respectiv al deplasărilor.

Fig.14.3.Raportul de transmitere al forțelor

Cel mai frecvent, elementele componente ale unui ansamblu mecanic execută mișcări în plan, respectiv în spațiul 2D, caz care va fi luat în considerare în continuare.

Dacă elementul activ este destinat transmiterii forțelor, atunci pentru proiectarea sa este important a se cunoaște funcția de transfer a forțelor, numită mai frecvent în mecanică, raportul de transmitere a forțelor . Această funcție de transfer, respective raportul de transmitere al forțelor este definit astfel:

unde este forța de intrare, iar este forța la ieșire, numite și forțe principale. Deoarece prin compunerea celor două forțe principale rezultă o forță activă, notată aceasta trebuie să fie echilibrată de o forță de reacțiune secundară, notată . Forța de reacțiune va fi creată în punctele de contact ale elementului activ cu elementele pasive ale ansamblului.

În Figura 14.3. se consideră cazul unui element activ, care va fi denumit Element de Transmitere (ET). Acesta are două puncte teoretice de contact cu alte elemente pasive învecinate, punctele și . În aceste puncte sunt plasate reacțiunile normale și forțele de frecare corespunzătoare, care prin compunere generează forțele rezultante și respectiv , considerate forțe secundare.

Intersecția normalelor duse în punctele de contact și generează Centrul Instantaneu de Rotație (CIR). Sub acțiunea forței principale de intrare în punctul acesta are tendința de a roti ET în jurul CIR, fapt care implică transmiterea unei forțe (de ieșire) la elementul activ învecinat (în aval de ET). Reacțiunea acestui element activ învecinat se notează cu , fiind considerată drept forță de ieșire pentru ET.

Se cunosc pozițiile punctelor de contact și . De asemenea, se cunoaște mărimea, direcția și sensul forței principale , precum și direcția și sensul forței , respectiv ale forțelor secundare , și .

Intersecția forțelor principale și generează punctul principal P, iar intersecția forțelor secundare și generează punctul secundar S. Punctele P și S se pot determina atât pentru cazul când ET efectuează strângerea, cât și pentru cazul desfacerii. În figura 11.3. este considerat sensul de strângere.

Pentru ca elementul ET să fie în echilibru static trebuie ca rezultanta forțelor principale să fie pe aceeași direcție cu rezultanta forțelor secundare . Ele trebuie să fie egale în modul și să fie de sensuri contrare. Acest lucru este posibil doar dacă forțele și sunt pe direcția determinată de segmentul , numită și direcție principală DP. Astfel, dacă este posibilă determinarea punctelor P și respectiv S, prin stabilirea direcției principale DP, care ar trebui să fie cuprinsă în interiorul forțelor și , respectiv și devine posibilă stabilirea raportului de transmitere al forțelor. Direcția DP față de forțele principale și pune în evidență unghiurile și , iar față de forțele secundare și stabilește unghiurile și .

Pot fi definite următoarele rapoarte de transmitere al forțelor:

•Raportul de transmitere al forțelor principale

•Raportul de transmitere al forșelor secundare

Direcția și sensul de acțiune al forțelor sunt definite prin unghiul . Unghiul se obține din unghiurile care definesc direcțiile și sensurile forțelor normale în punctele de contact , la care se adună sau se scade unghiul de frecare , dependent de sensul forțelor de frecare în punctul .

Unghiul dintre forțele principale și este:

Fig.15.3.Determinarea unghiurilor și

Similar unghiul dintre forțele secundare și este:

Determinarea unghiurilor și se face în conformitate cu figura 15.3. Sunt cunoscute coordonatele punctelor de contact ale corpului dispozitivului cu elemental de fixare analizat. De asemenea, se cunoaște poziția dreptei de-a lungul căreia acționează forțele rezultante . Aceste drepte sunt redate în figura 15.3. ca fiind dreptele . Ele sunt caracterizate de unghiurile pe care le fac cu direcția pozitivă a axei x, unghiurile fiind notate cu .

Aceste unghiuri definesc coeficienții unghiulari ai dreptelor support ale forțelor care acționează asupra elementului de fixare studiat. Acești coeficienți unghiulari sunt:

Ecuațiile dreptelor suport ale forțelor , care trec prin vor fi:

Coordonatele punctului principal rezultă din intersecția dreptelor și , respectiv din rezolvarea sistemului de ecuații :

În mod similar se găsesc coordonatele punctului secundar

Segnentul de dreaptă constitue așa numita direcție principală DP. Unghiul format de DP cu direcția axei Ox se determină cu relația:

Dacă atunci se consideră . Pentru buna funcționare a elementului de transmitere trebuie respectată condiția:

Acest lucru conduce la un raport de transmitere al forțelor principale:

în care,

Aceste unghiuri pot fi determinate prin acțiunea de strângere, caz în care se obține raportul de transmitere principal la strângere respective la desfacere (destrângere) când se obține raportul de transmitere principal la desfacere .

c)Condiția de autoblocare și cea de autofrânare

Pentru acțiunea de strângere a mecanismului de fixare se va stabili care dintre unghiurile sau sunt cuprinse între unghiurile și . În cazul când nici unul nu este cuprins între și , atunci va apare fenomenul de AUTO-BLOCARE, respective chiar la aplicarea forței de intrare , la ieșire nu va rezulta forța . Pentru ca sau să fie cuprinsă între direcțiile lui sau , trebuie ca forța de la ieșire sa-și schimbe sensul. Condiția de auto-blocare poate fi exprimată astfel:

Condiția de auto-blocare generează valori positive pentru raportul de transmitere al forțelor principale (ecuația 30.3.)

Fig.16.3.Condiția de auto-blocare

În cazul unei funcționări normale (fără auto-blocare), ca in figura 15.3., în funcție de cazul concret de amplasare al punctelor de contact se vor determina unghiurile și . În acest caz, ecuația 30.3., care exprimă raportul de transmitere al forțelor principale va avea valoare negativă.

Dacă (sau ) , (caz în care nu este auto-blocare), atunci unghiurile delimitate de sau față de dreptele support ale forțelor principale vor fi:

Este necesar ca aceste unghiuri să respecte inegalitatea:

Similar, se pot determina unghiurile delimitate de sau față de dreptele support ale forțelor secundare și , caz în care .

Aceste unghiuri trebuie să satisfacă relația:

Raportul de transmitere al forțelor este dependent de sensul forțelor de frecare. Acesta este motivul pentru care apar rapoarte diferite de transmitere al forțelor pentru sensul strângerii, respectiv pentru sensul desfacerii. Dacă se analizează raportul de transmitere al forțelor la desfacere, modul de stabilire al punctelor P și S precum și al unghiurilor este asemănător cu cel de la strângere, dar se vor obține valori diferite.

Fig.17.3.Condiția de auto-frânare

În cazul desfacerii în locul auto-blocării apare fenomenul de auto-frânare. În acest caz, sub acțiunea forței de la ieșire , chiar fără ca forța de la intrare să acționeze, elemental de fixare nu se desface. Desfacerea are loc doar dacă acționează forța în sensul desfacerii elementului de fixare. După cum se poate observa fenomenul de auto-frânare este de dorit, în cazul unor mecanisme de strângere. În figura 17.3. se poate observa că unghiul este mai mare decât , dar și decât . Pentru ca să fie cuprins între și este necesar ca sensul forței să se inverseze, deci să acționeze în sensul desfacerii elementului de fixare. Condiția de auto-frânare este:

Acest lucru conduce la un raport de transmitere al forțelor principale la desfacere:

în care,

unghiurile au același semn (sunt cazuri când aceste două unghiuri sunt negative).

Dacă raportul de transmitere al forțelor principalela desfacere este pozitiv, rezultă că există auto-frânare, iar dacă este negativ atunci nu există auto-frânare.

d)Determinarea raportului de transmitere al forțelor la șurub

Șurubul este un element frecvent utilizat în construcția mecanismelor de fixare, care au o acțiune manuală.

Fig.18.3.Raportul de transmitere al forțelor la șurub

Șurubul poate fi considerat ca o pană înfășurată pe un cilindru. Asupra ei acționează forța de antrenare Q la o distanță L față de axa șurubului, creând momentul de acționare de mărire QL. La distanța corespunzătoare razei medii a filetului față de axa șurubului, forța de acționare Q este redusă la forța principală , care acționează asupra penei, echivalente șurubului. Această forță principală va avea mărimea:

În cazul șurubului asimilat ca o pană se disting următoarele unghiuri:; ; . Unghiul direcției principale este: .

Asemănător penei se poate defini raportul de transmitere al penei echivalente a șurubului sub forma:

Raportul mai poate fi exprimat și astfel:

Din relațiile (52.3.) și (53.3.) va rezulta:

Din relația (54.3.) se poate obține:

În cazul șurubului, spre deosebire de pană, nu acționează pe suprafața inferioară a penei, respectiv pe raza medie a șurubului , ci pe suprafața de contact a șurubului cu obiectul de lucru (OL), la o distanță corespunzătoare razei echivalente de frecare dintre șurub și OL. Din acest motiv termenul care inmulțește pe va fi , respectiv raportul de transmitere al forțelor, în cazul strângerii, pentru șurubul cu filet dreptunghiular va fi:

La desfacerea șurubului, raportul de transmitere al forțelor se determină din cel de la strângere, făcând modificările sau respective , obținând expresia lui :

Condiția de auto-frânare a șurubului se obține din relația (57.3.) pentru cazul când . Condiția este îndeplinită dacă:

Acest lucru se întâmplă atunci când direcția forței principale intersectează suprafața delimitată de cercul de frecare, de rază .

e)Determinarea raportului de transmitere al forțelor la pârghie

Pârghia este cel mai vechi element de amplificare al forțelor. În majoritatea cazurilor se folosește o expresie aproximativă a raportului de amplificare al forțelor, în care nu se ține cont de forțele de frecare care apar.

Pârghia este un element care vine în contact cu alte trei elemente, unul aparținând obiectului de lucru, iar celelalte aparținând dispozitivului. Ea prezintă o singură forță secundară , care apare în articulația (fusul) pârghiei. Datorită existenței frecărilor în fus, rezultanta secundară nu trece prin centrul fusului, ci este tangentă la centrul de frecare corespunzător fusului, de rază .

În anumite condiții bine precizate și pentru un domeniu redus, pârghia poate prezenta proprietatea de auto-frânare.

Există diverse construcții ale pârghiei. În momentul în care se cere o precizie cinematică mare se caută eliminarea jocurilor inerente din fus, realizând astfel o construcție a pârghiei de forma celei existente în figura 19.3.

Fig.19.3. Pârghie cinematică

Pârghia cinematică are legată parghia propriu-zisă de batiu, prin intermediul a două lamele elastice, decalate în spațiu și fixate de parghie, respectiv batiu. Deformarea elastică a lamelelor permite pârghiei să transmită deplasarea la instrumentele de măsură, din construcția dispozitivelor de măsurare și control. În acest caz, pârghia este utiluzată ca un amplificator al deplasărilor.

Construcția pârghiei, când este utilizată pentru transmiterea forțelor, este prezentată în figura 20.3.

În acest caz, pârghia are în construcția ei un fus al articulației. În fus este reprezentat, la o scară mărită cercul frcărilor. Raza acstuia este fiind raza fusului.

Pârghia mai prezintă două brațe, unul corespunzător punctului de contact cu elementul de strângere anterior, iar al doilea punctului de contact cu obiectul de lucru. În aceste puncte principale de contact apar forțele de reacțiune normală și , caracterizate de unghiurile și pe care le fac cu direcția axei Ox. Dependent de sensul forțelor de frecare, forțele principale și vor fi înclinate cu unghiurile și , față de normalele și și vor fi definite de unghiurile și . Intersecția forțelor principale se va face în punctul principal P. În fusul parghiei, apare forța secundară , tangentă la cercul de frecare de rază . Pentru că pârghia să fie în echilibru, este necesar ca și direcția acestei forțe să treacă prin punctul principal P.

Fig.20.3.Raportul de transmitere al forțelor

Din punctul P pot fi duse tangente la cercul de frecare din fus. Selectarea direcției corecte a forței se va face de așa natură încât momentul creat de față de axa fusului să se opună acțiunii de strângere a pârghiei (efectul forței de frecare de a se opune tendinței de deplasare). Pentru aceasta, este necesar să fie cunoscut sensul forței . În acest scop trebuie construit poligonul forțelor, plecând de la un punct arbitrar. Având condiția de echilibru satisfacută, poligonul forțelor trebuie să se închidă. Din acest poligon se determină sensul forței secundare . Având sensul acestei forțe se selectează acea direcție a lui care este tangentă la cercul de frecare și generează un moment de sens contrar acțiunii de strângere a pârghiei.

Direcția principală (DP) este considerată chiar direcția forței fiind cuprinsă între unghiurile și și este definită de unghiul . În acest caz, conform figurii 20.3., unghiul direcției principale suplimentare va fi . Deoarece este mai mare ca se va considera .

Raportul de transmitere al forțelor în acest caz va fi:

f)Determinarea raportului de transmitere al forțelor la excentric

Excentricul este un element component al mecanismului de fixare al dispozitivelor. El este utilizat ca urmare al avantajelor care le are:

•Dezvoltarea unor forțe de fixare similare acționărilor hidrostatice;

•Rapiditatea de realizare a forțelor de strângere.

Din punct de vedere constructiv excentricul este o camă, cel mai frecvent în construcția plană, care are o suprafată activă și o articulație în jurul căreia poate fi rotit. În funcție de forma suprafeței active, excentricii în construcție plană pot fi:

-circulari,

-spirali,

-după alte curbe plane.

Excentricul circular

Deoarece cel mai raspandit este excentricul circular, acesta va fi analizat în continuare. Din punct de vedere constructiv excentricul circular, prezentat în figura 20.3., se compune din:

Parametri constructivi:

-suprafața activă, care este o suprafață cilindrică;

-R, raza suprafeței active;

-articulația excentricului, dispusă excentric față de suprafata activă;

-r, raza articulației;

-e, excentricitatea;

-L, lungimea pârghiei de acționare;

-B, lațimea suprafeței active de acționare.

Parametri funcționali(excentricul în funcțiune):

– unghiul de contact al excentricului cu obiectul de lucru (OL);

– unghiul de frecare între excetric și OL;

– raza cercului de frecare a suprafeței active, corespunzătoare unghiului de frecare

– raza cercului de frecare a articulației cilindrice a excentricului, corespunzătoare unghiului de frecare

-, locul geometric al punctelor de contact excentric –OL, care este un cerc de rază egală cu excentricitatea e;

-, cursa pe orizontală a punctului de contact al excentrcului,

-, cursa pe verticală a punctului de contact al excentricului,

Cursa pe orizontală a punctului de contact al excentricului nu este necesară, este chiar dezavantajoasă, dar ea este inerentă funcționării excentricului.

Cursa pe verticală a punctului de contact al excentricului este necesară. Este de remarcat că, pentru a avea o cursă verticală cât mai mare trebuie ca excentricitatea e să fie cât mai mare. Ea trebuie să satisfacă condiția:

în care: T este câmpul de toleranță al OL, care urmează să fie fixat cu excentricul;

j –jocul între excentric și OL, necesar introducerii acestuia înainte de a fi fixat;

– deformația elastică a tuturor componentelor mecanismului de fixare.

Se poate observa rapiditatea cu care poate fi realizată forța de strângere de către excentric, lucru care face ca acesta să fie foarte utiluzat în construcția mecanismelor de fixare a dispozitivelor.

Excentricul este un element component al mecanismelor de strângere care are n=3 puncte de contact cu alte elemente adiacente. Ca urmare a acestui fapt, asupra excentricului vor acționa doar 3 forțe, dintre care două principale respectiv și una secundară .

Fig.21.3. Forțele în cazul strângerii

Forța la intrare este care acționează perpendicular pe maneta de acționare a excentricului. Cel mai frecvent această forță este aplicată manual de catre operatorul uman. Datorită modulului de aplicare a forței la ea nu apare forța de frecare.

Obiectul de lucru va reacționa asupra excntricului cu o componentă normală, dar va apare o forță de frecare. Rezultanta celor două va forma forța principală care va acționa tangent la cercul de frecare de rază dar în așa fel încât față de centrul O a suprafeței active să creeze un moment, care se opune sensului de rotire la strângerea excentricului.

Intersecția forțelor principale și dă naștere punctului principal P. În articulația excentricului acționează o forță secundară, care datorită frecării existente, va trebui să fie tangentă la cercul de frecare. Pentru ca cele trei forțe care acționează asupra excentricului să fie în echilibru, trebuie ca ele să se intersecteze în acelasi punct.

Așadar, este necesar ca și forța să treacă prin punctul P. Din punctul P se pot duce însă două tangete la cercul de frecare din articulație, de rază . Pentru a determina care din cele două tangente va fi dreapta suport pentru forța , va trebui să fie cunoscut sensul de acționare al forței. In vederea determinării acestuia se va construi, alăturat schemei de calcul, poligonul forțelor. Pentru construirea lui se duc paralele la forțele și din schema de calcul. Pentru direcția forței se va lua arbitrar una din tangentele la cercul de frecare din articulație de rază . Din motive de echilibru al forțelor, poligonul se va închide. Din poligon va rezulta sensul forței secundare . Cu sensul determinat se va selecta direcția corectă a forței , ea fiind acea tangentă la cercul de frecare care va da un moment contrar tendinței de rotire a excentricului în faza de strângere. Pentru că există numai o forță secundară, se poate lua punctul secundar S oriunde pe direcția forței secundare. Punctul de tangență a forței secundare cu cercul de frecare va fi considerat ca punct secundar S. În punctul principal P se observă unghiurile care permit calculul raportului de transmitere al forțelor.

Raportul de transmitere al forțelor va fi:

Este necesară determinarea mărimii unghiurilor și . Aceste unghiuri sunt definite între direcția principală DP și direcțiile forțelor principale și .

Din schema de calcul se deduce:

în care, unghiul .

Pentru determinarea unghiurilor și este necesar să se determine coordonatele punctului principal P. Se stabilește un sistem de referință Oxy, având originea în centrul articulației. Se cunosc coordonatele puntului , unde se aplică forța și punctul de contact pe care-l are excentricul cu obiectul de lucru .

Coordonatele punctului P se determină ca intersecția dreptelor suport al vectorilor și .

Mărimea unghiului va fi:

Unghiul va fi:

În acest caz, raportul de transmitere al forțelor devine:

Acest raport de transmitere al forțelor este variabil, el fiind dependent de unghiul de rotire al excentricului, respective de unghiul de aplicare a forței principale .

Fig.22.3.Variația raportului de transmitere al forțelor

Se poate observa că valoarea minimă a raportului de transmitere al forțelor la excentric este pentru unghiul , respectiv pentru . Din păcate domeniul cel mai frecvent de lucru al excentricului este , deci în zona cu valorile mai mici ale raportului de transmitere al forțelor.

Raportul de transmitere al forțelor la desfacere se poate determina din raportul de transmitere al forțelor la strângere prin efectuarea unor astfel de modificări: și . Cu acestea, raportul de transmitere al forțelor devine:

Unghiul pentru cazul desfacerii se determină asemănător ca și unghiul pentru cazul strângerii.

Se pune problema existenței auto-frânării la excentric. Pentru a determina existența acesteia se consideră forța , respectiv operatorul a încetat să acționeze cu forță , la intrare, asupra excentricului. În acest caz mai acționează asupra excentricului doar două forțe și , așa cum este prezentat în figura 23.3.

Fig.23.3.Raportul de transmitere al forțelor la desfacere

Pentru a fi echilibru ar trebui ca forțele în modul, dar și suma momentelor lor în raport cu centrul articulației să fie nulă. Forța nu poate exista ca poziție decât secantă sau cel mult tangentă la cercul de frecare de rază . Deci, mărimea brațului forței poate să fie maxim . În cazul figurii 23.3., brațul forței este . În aceste condiții nu există echilibru de desfacere, deci nu este auto-frânare în această zonă a suprafeței active a excentricului.

Dacă se duc tangentele commune ale cercurilor de frecare, care sunt și respectiv , acestea vor delimit ape suprafața activă a excentricului, zonele ZAF (zone fără auto-frânare). Pentru ca să nu existe zone fără auto-frânare pe suprafața activă ar trebui îndeplinită condiția . Acest lucru determină o cursă utilă de valori relativ mici ale excentricului.

Excentricul prezintă un caz particular, care apare atunci când toate forțele care acționează asupra lui sunt paralele. Acest caz este prezentat în figura 24.3.

Fig.24.3.Caz particular de acționare

În acest caz poligonul forțelor a degenerate dintr-un triunghi într-o dreaptă deoarece cele trei forțe sunt toate paralele. Punctul principal P de intersecție a celor 3 forțe este acum la infinit(). Unghiurile forțelor principale au devenit , iar . Cu aceste valori de calcul a raportului de transmitere a forțelor arată o nedeterminare (). În acest caz particular, determinarea raportului de transmitere a forțelor se face mai simplu aplicând principiul compunerii forțelor paralele. Acest principiu spune că forța rezultantă (este considerată ) are punctual de aplicație plasat pe normală pe cele 3 forțe la o distanță invers proporțională cu mărimea brațelor celorlalte forțe paralele. În acest caz raportul de transmitere al forțelor este:

Acesta este valoarea minimă a raportului de transmitere a forțelor la excentric, cea corespunzătoare unghiului , așa cum se poate observa în figura 24.3.

IV.ELABORAREA TEHNOLOGIEI DE EXECUȚIE A UNUI REPER

4.1.Desenul de definire al piesei

4.2.Caietul de sarcini de producție

Programul de fabricție

Volumul producției-500 piese

Termenul de lansare în fabricație:

Ritmul de fabricație(cadență):50 de produse/lună/1 ani

Costul de fabricație maxim:

Mijloace de productie disponibile ale UMP

Mașinile unelte care sunt utilizate în procesul de fabricare al carcasei sunt:

-mașina frezat orizontal;

-mașina de alezat și frezat orizontal;

-mașina de găurit radial;

-mașina de filetat;

-masa de control;

Mașini orizontale de alezat și frezat

Tabelul 2.1

Mașini de frezat orizontale

Tabelul 2.2

Viteza de așchiere optimă exprimată în mm/min. pentru scule din oțel special se alege orientativ, în funcție de materialul piesei de prelucrat:

-fontă – 15 … 30 [mm/min.]

Mașini de găurit radial

Valorile orientative ale mașinilor de găurit radial sunt următoarele:

– numărul treptelor de turații 12 … 36

– gama turațiilor axului principal 20 … 2800 rot./min.

– rația geometrică a turațiilor φ=1,25 … 1,65

– raportul dintre turația minimă și maximă 20 … 100

– numărul treptelor în avans 4 … 24

– gama avansurilor 0,03 … 3 mm/rot

– raportul dintre avansul minim și maxim 5 … 30

– rația geometrică a treptelor în avans φ=1,25 … 1,65

Tabelul 2.3

Mașini de filetat

Ciclul mașinii este cel prezentat în cele ce urmează :

– apropiere rapidă a sculei de piesă fără rotirea sculei;

– deplasarea de lucru cu rotirea sculei în sensul elicei filetului;

– reversarea mișcărilor de rotație și translație a sculei;

– retragerea rapidă a sculei de la piesă;

– oprirea.

Tabelul 2.4

Aparatele de masura si control:

– subler obisnuit pentru masuri interioare (10 – 10000 ) si masuri exterioare (0 – 1000 ) cu valoarea diviziunii de 0,1 mm STAS 1373/2-73;

-calibre potcoava cu valoarea diviziunii de 0,005 mm STAS 6519 – 80 ;

-pentru controlul final se utilizeaza instrumente adecvate.

Scule:-freze cilindrico – frontală;

-burghie elicoidale;

-tarozi.

4.3.Demersul de concepție a procesului de prelucrare

4.3.1.Analizarea desenului de definire a piesei:

a)Analizarea materialului:

Materialul din care se confectioneaza semifabricatul este fonta cenusie Fc 200.Fontele cenușii conțin cea mai mare parte din carbon (circa 80%) sub forma de grafit, din care cauza ele au in spartura (casura) un aspect cenușiu. Fonta cenușie se obtine printr-o racire lenta si la un conținut ridicat de siliciu (element grafitizant), respectiv la un conținut scăzut de mangan (element grafitizant).

Tabelul 3.1.1

Caracteristicile mecanice ale fontelor cenușii sunt influențate de masa metalica de baza și de cantitatea, dimensiunea și forma grafitului. Influența grafitului asupra rezistenței la rupere a fontelor cenușii se manifesta atât prin reducerea secțiunii , cât și prin influența crestaturilor (concentratori de tensiune). Astfel, se micșorează in special rezistența la tracțiune, care la aceste fonte, este de circa 4 ori mai mica decât cea de compresiune.

Fontele cenușii nealiate, cu grafit lamelar pentru turnătorie sunt standardizate in STAS 568-82, având simbolul Fc urmat de valoarea rezistenței minime de rupere la tracțiune in Rm, in N/mm. Fc 200 este folosită la turnarea pieselor de rezistență mecanică medie și mare.

Fc200

Rezistența minimă la tracțiune Rm [N/mm2] 160 – 270

Rezistența minimă la încovoiere Ri [N/mm2] 320 – 400

Săgeata la încovoiere f [mm] 6,5 – 2,0

Duritatea Brinell [HB] 170 – 210

Prelucrabilitatea fontelor cenusii se face in conditii avantajoase deoarece au proprietati tehnologice foarte bune (prelucrabilitate prin aschiere).

Analiza suprafețelor

4.3.2.Alegerea semifabricatului:

a)Alegerea metodei si a procedeului de elaborare.

Datorită formei piesei, in a cărei configurație predomină suprafețele plane dar racordate, piesa se execută din semifabricate obținute prin turnare, procedeul din cadrul metodei fiind turnarea in forme coji.

Forma de turnare rezultă din asamblarea a două coji cu pereți subțiri din amestec refractar (nisip cuarțos spălat, in amestec cu răsină termoreactivă), având o cavitate de configurație a piesei. Rețeaua de turnare se obține odată cu cojile, iar golurile interioare se obțin cu ajutorul miezurilor coajă.

Metoda se recomanda la turnarea in serie a pieselor cu greutatea intre 0,1 si 100 kg.

Caracteristicile operației de turnare sunt prezentate in tabelul de mai jos

Tabelul 3.2.1.

Adaosurile de prelucrare minime pot fi 0,25 … 0,5.

Defectele pieselor turnate specificate in STAS 782-79 pot fi : goluri, incluziuni, crăpături, abateri de formă, abateri de la compoziția chimică prescrisă etc. Defectele pot fi admisibile (cu și fără remanieri) sau neadmisibile (piesă rebut).

Remanierea defectelor se poate realiza prin : sudare, chituire, impregnarea piesei poroase cu soluții apoase, metalizare și supraturnare.

Avantajele tehnico – economice ale turnării in forme coji:

– se obțin piese cu precizie dimensională ridicată și cu suprafață netedă, curată;

– pot fi reduse și chiar înlăturate adaosurile de prelucrare, obținându-se mari economii de metal;

– productivitate mare și se pretează la automatizare.

Pentru eliminarea tensiunilor interne și deci a deformațiilor carcasei (în timpul prelucrărilor prin așchiere), provocate de aceste tensiuni , după turnare, semifabricatele sunt supuse următoarelor operații termice de recoacere, care sunt prezentate sub forma tabelara in tabelul de mai jos.

Tabelul 3.2.2

Tensiunile rămase după turnare pot avea valori de până la 70% din rezisțența la încovoiere a materialului. Pentru a preveni și elimina efectele provocate de aceste tensiuni, după turnare se aplică detensionarea.

Tabelul 3.2.3

Rezultate spectaculoase se obțin folosind detensionarea prin vibrare folosind unul sau mai mulți vibratori, care asigură o forță a vibrațiilor în jur de 3,5 … 4 daN/mm2 și o frecvență de cel puțin 3000 vibrații/minut. După numai două ore (funcție de mărimea piesei), tensiunile se reduc considerabil și în plus rezistența materialului a crescut față de cazul determinării clasice prin încălzire.

Recoacerea de omogenizare se aplică deoarece materialul nu se prezintă într-un echilibru perfect, cel puțin din punct de vedere chimic datorită condițiilor specifice în care are loc solidificarea și răcirea ulterioară. Întrucât difuzia elementelor din aliaj nu se realizează decât in parte, apar neomogenițăți (segregații), care de cele mai multe ori au forme dendritice (arborescente).

Aducerea structurii în echilibru chimic presupune asigurarea condițiilor care să ducă la desăvârșirea difuziunii în toată masa piesei. Influențarea din exterior se poate face acționând asupra temperaturii și duratei de încălzire. În dorința accelerării difuziunii, încălzirea se face până aproape de temperatura limită, respectiv cu cca. 50○C sub linia solidus, durata fiind de ordinul orelor.

b)Conceptia semifabricatului

Concepția semifabricatelor turnate trebuie să prevină apariția defectelor interne ale materialului provocate de procesul de turnare.

Prin concepția semifabricatului se urmăresc următoarele : evacuarea gazelor (suprafețe înclinate), umplerea completă a formei de turnare (pereți subțiri), contracția liberă a materialului (raze de racordare), solidificarea uniformă (evitarea concentratorilor mari de metal), simplificarea procesului de turnare și reducerea costului semifabricatului turnat (forme constructive simple).

4.3.3. Concepția procesului de prelucrare

4.3.3.1 Stabilirea proceselor elementare de prelucrare a entităților piesei

Frezare ;

Găurire ;

Tratament termic;

Debitare.

4.3.3.2 Soluționarea prinderii piesei

Pentru realizarea operațiilor tehnologice prinderea piesei este schematizata.

Prinderea 1.

frezare plană

Prinderea 2.

– frezare plana

Prinderea 3.

frezare

gaurire la 4

filetare M6

Prinderea 4.

– frezare plana

– gaurire la 4

– tarodare M6

Prinderea 5.

Frezare plana

Frezare cilidro-frontala

Burghiere Prinderea 6.

Frezare plana

4.3.3.3 Structura și ordonarea procesului de prelucrare

Operatiile care compun procesul de prelucrare sunt urmatoarele :

1 – frezare

2 – tratament termic

3 – găurire

4 – filetare

5 – turnare

Constrângerile de prelucrare impun următoarea cronologie:

1 – 3 – 4

2 – 1 – 3 – 4

3 – 4

4

5– 2– 1 – 3 – 4

Graful asociat procesului de prelucrare

Matricea arcelor A conține un număr de linii și un număr de coloane egal cu numărul operațiilor de prelucrare.

A = D =

Matricea drumurilor D se obține prin adunarea liniilor din matrice:

Triangulizând matricea D rezultă matricea D’care ne va indica ordinea operațiilor de prelucrare din proces.

D’ =

Ordinea operațiilor în procesul de prelucrare este următoarea:

operația 1 = turnare (5)

operația 2 = tratament termic (2)

operația 3 = frezare (1)

operația 4 = gaurire(3)

operația 5 = filetare (4)

4.3.4. Simularea procesului de prelucrare

4.3.4.1 Stabilirea adaosurilor de prelucrare

Calculul adaosurilor de prelucrare și dimensiunilor intermediare pentru prelucrarea găurilor M6.

Fazele succesive de prelucrare a celor 4 gauri M6 sunt :

gaurire 4 gauri ;

filetare 4 gauri.

Pentru faza de filetare ( faza precedentă – gaurire )

Rz = 32 m ; S = 0 ; = 0 ; I = 50 m

2AP min.= 2 (32 + 50 ) = 164 m .

Toleranța fazei precedente de lărgire în treapta 12 de precizie : T = 180 m.

Diametrul minim înainte de filetare este :

dmin = 6 – 0,164 – 0,07 =4,2 mm

Diametrul maxim are valoarea :dmax. = 4,27

4.3.5. Pregatirea operatiilor de prelucrare

4.3.5.1.Stabilirea regimurilor de așchiere

Determinarea regimului de așchiere se face în următoarea ordine : alegerea sculei așchietoare ; adâncimea de așchiere t ; avansul s ; viteza de așchiere v ; puterea necesară P .

Regimul de așchiere la frezarea pe masina de frezat

a) alegerea sculei: freza cilindro – frontala cu coada (freze din otel rapid)

elementele frezei: – diametrul D=40 mm;

– numarul de dinti z=6 dinti.

b) adancimea de aschiere si lungimea de contact

t=3,5 mm ; t1=40 mm

c) avansul

sd=0,25 …0,16 mm/dinte

d) viteza de aschiere

=18,90 m/min.

kv=kmvks1=0,90 0,85=0,77

kmv=(190/HB)nv ;HB=170 … 210, nv=0,95 kmv=0,90;ks1=0,8 …0,85

150,47 rot./min.

225,70 mm./min.

e) puterea efectiva

Ne=

3492,72 daN

KmF=(HB/190)n; HB=170 … 210, n=0,55 kmF=1,05

Ne==11,002 Kw

Verificarea regimului de aschiere:

Ne<Nm.u 11,002<0,87,5 10,30 m./min.

B) Regimul de așchiere la găurire

pentru Φ4,2

a)alegerea sculei: burghiu elicoidal armat cu plăcuțe dure (plăcuțe din carburi metalice).

Parametrii sculei:

-unghiul la vârf 2χ=118○

-unghiul de așezare α=10○

-unghiul de inclinare al canalului ω=20○

-unghiul de inclinare al plăcuței ω1=6○

Uzura admisibilă a plăcuțelor burghiului este 0,4mm.

Durabilitatea economică este T=25mm

b) adâncimea de așchiere

t=

c) avansul

S=KSCSCSD0,6=1∙0,058∙10,20,6=0,23 mm/rot

d) viteza de așchiere

v=m/min

e) forțele și momentele la găurire :

1,12∙10,20,75∙0,230,85∙1900,6 =41,63 [N]

= 0,0263∙10,22,4∙0,231,0∙1900,6=37,11 [Nmm]

=0,10∙5,1∙0,231∙1900,6=2,73 [N]

– coeficienți de corecție pentru forțe și momentele la găurire:

KF=KaF∙KSaF∙KχF∙KηF= 0,75∙0,97∙0,97∙1,06=0,74

KM=KηF = 1,04

puterea efectivă la găurire :

P = = 0,002 kw

4.3.5.2. Stabilirea timpului de prelucrare

Normarea la frezarea pe masina de frezat orizontala

timpul de pregătire-încheiere : Tpî = 16,5 + 9+2 + 10+7 = 44,5min ;

timpul de bază :

tb = = 0,9 min

timpul ajutător : ta = ta1 + ta2 + ta3 + ta4 + ta5= 30 + 2,24 + 0,65 + 0,24 +0,48 = 33,61 min

timpul de deservire tehnică : tdt = 5,5% tb 0,049 min

timpul pentru deservire organizatorică : tdo =1,2% tb 0,01 min

timpul de odihnă și necesități fiziologice : ton =0

Norma de timp pe bucată va fi :

Nt = + ta + tb + tdt + tdo + ton = + 0,9 + 33,61 + 0,049 + 0,01 = 35,45 min

Normarea la găurire

timpul de bază : tb = = = 2,31 min

timpul de pregătire-încheiere : Tpî = 4 min

timpul ajutător : ta = ta1 + ta2 + ta3 = 0,43 +0,21 + 0,04 = 0,68 min

timpul de deservire tehnică : tdt = 5,5 2,31/ 100 =0,13 min

timpul de deservire organizatorică : tdo = 0,03 min

timpul operativ : top = tb + ta = 2,31 + 0,68 = 2,99 min

timpul de odihnă : ton = 0,035 min

Norma de timp pe bucată este :

Nt = + 2,31 + 0,68 +0,13 +0,03 +0,035 =3,31 min

BIBLIOGRAFIE

[1]Ion Grozav –Dispozitive în construcția de mașini, Ed. Politehnica, Timișoara, 2007

[2]Colecția STAS – Scule așchietoare și port scule pentru prelucrarea metalelor, Editura Tehnică, București, 1987

[3]Ion Pop – Proiectarea sculelor aschietoare, Editura Timișoara, 1984

[4]Constantin Picoș – Normarea Tehnică pentru prelucrarea prin așchiere, Editura Tehnică București, 1982

[5]Drăghici G., – Concepția proceselor de fabricare, Editura Politehnica, 2005.

[6] www.work.holdingvice.com