Proiect Pd S.c M [309687]

UNIVERSITATEA “TRANSILVANIA” DIN BRAȘOV

Facultatea de Inginerie Tehnologică și Management Industrial

Departamentul Ingineria Fabricației

PROIECT DE AN LA DISCIPLINA

PROIECTAREA DISPOZITIVELOR

Student: [anonimizat], grupa 2152

Conducător proiect: s.l. BULEA HORATIU

2018 – 2019

CUPRINS

TEMA DE PROIECTARE

CULEGEREA ȘI PRELUCRAREA DATELOR

PROIECTAREA CONCEPTUALĂ A [anonimizat] A SCHEMELOR DE BAZARE

PROIECTAREA CONCEPTUALĂ A SCHEMELOR DE STRÂNGERE

PROIECTAREA CONCEPTUALĂ DISPOZITIVULUI MODULAR

PROIECTAREA CONFIGURATIVĂ A DISPOZITIVELOR MODULARE

ANALIZA MULTIATRIBUT A [anonimizat] A PIESEI

DOCUMENTAREA PROIECTULUI

BIBLIOGRAFIE

TEMA DE PROIECTARE

Să se proiecteze un dispozitiv pe baza setului modular IFBV-M12-v3 pentru semifabricatul Flansa (Fc 200) [anonimizat] a [anonimizat]-1685 în condițiile unei producții de 500 buc/an buc/an, în loturi de 150-200 buc

Desenul de execuție al piesei Flansa este în fișierul desen exec. piesa Flansa.idw, iar modelul 3D Flansa.ipt, ambele compatibile cu orice versiune Autodesk Inventor 2012 și ulterioare.

Piesei din fig. 1 i se așchiază pe centrul de prelucrare vertical Maco Vertical Machining Center LV-1685:

Gaurile cu dimensiunile Ø20×55, STAS 575 (în fig.1);

Gaurile cu dimensiunile Ø17.50×58, STAS 6371-73 (în fig.1);

Proiectul va conține:

memoriul justificativ în format electronic scris în Word 2012 sau ulterior;

fișierele dispozitivului proiectat în Autodesk Inventor 12 [anonimizat]-un folder cu numele piesei pentru care s-a [anonimizat];

desenul de ansamblu al dispozitivului creat tot cu Autodesk Inventor 12 [anonimizat]-[anonimizat], [anonimizat].

opțional vederea explodată a DPM, creată cu Autodesk Inventor 12 [anonimizat]-un format STAS.

Fig.1. Desenul de execuție al piesei Flansa.

CULEGEREA ȘI PRELUCRAREA DATELOR

Caracteristicile semifabricatului: [anonimizat]-200 = Fc 200, Masa piesei: 101,8 kg. Suprafetele functionale ale flansei sunt prezentate în(fig. 4), anterior operației de burghiere a găurilor, piesa a [anonimizat], brosare (fig. 1),cu rugozitățile 1,6 , 3,2 , 6,3 , respectiv 12,5 pe restul suprafețelor la cotele din (fig. 1).

Masa piesei este de 101,8 kg . Determinarea masei în Inventor: Model > Flansa> iProperties… > în fereastra de dialog iProperties > tab-ul Physical este ales materialul etc. sunt afișate: densitatea, masa, volumul, [anonimizat]. (fig.2)

Fig. 2. Fereastra de dialog iProperties

Caracteristicile MU: centrul de prelucrare vertical Maco Vertical Machining Center LV-1685 (fig.3).

Fig. 3. Extras din cartea tehnică a centrului de prelucrare Maco Vertical Machining Center LV-1685

Identificarea suprafetelor

Fig.4 Suprafețele principale

PROIECTAREA CONCEPTUALĂ A [anonimizat] A SCHEMELOR DE BAZARE

3.1.1. [anonimizat] etapă de proiectare sunt determinate gradele de libertate care trebuie anulate piesei pentru a se realiza preciziile stabilite de specificații. Condițiile Geometrice Determinante (CGD) sunt cote, condiții de poziție asociate suprafețelor care se prelucrează la operația unde este utilizat DPM și care sunt influențate de anularea gradelor de libertate ale piesei. CGD pot fi explicite (CGDe trecute pe desenul piesei) sau implicite (CGDi neevidente direct pe desenul respectiv) evidentiate în tabelul 1.

Tabel 1. CGD pentru piesa Flansa

3.1.2. DETERMINAREA GRADELOR DE LIBERTATE ALE PIESEI ANULATE DE SUBSISTEMUL DE BAZARE

Gradele de libertate (GL) anulate de către reazeme (sistemul de bazare) sunt raportate la sistemul de referință triortogonal drept din fig.5.

Fig. 5. Sistemul de referință și suprafețele funcționale ale flansei.

Tabel 2. Gradele de libertate anulate pentru piesa Flansa

Deci trebuie realizată o schemă de bazare completă (piesei i se anulează toate gradele de libertate). Schema de bazare fig. 6 pagina urmatoare.

3.1.3. PARTIȚIONAREA GRADELOR DE LIBERTATE ȘI STABILIREA SUPRAFEȚELOR PIESEI CARE IAU CONTACT CU REAZEMELE.

Partiționarea GL

Avându-se în vedere că schema de bazare necesită anularea a 6 grade de libertate, teoretic, cele 6 GL ar putea fi preluate în mai multe moduri:

Prin utilizarea unei baze de așezare (tz, rx, ry) suprafața , centrare pe o suprafață cilindrică (tx, ty) și anularea rz prin sprijinirea laterală pe suprafața 11.

Prin utilizarea unei baze de așezare (tz, rx, ry), centrare pe o suprafață cilindrică (tx, ty) și anularea rz prin sprijinirea pe una din suprafețele canalelor de pană suprafetele 14, 15.

Principalele criterii folosite în alegerea și ierarhizarea BPO sunt [PAU14]:

C1. Dintre toate BPO sunt preferate BPOP (bază de poziționare și orientare principală) deoarece asigură erori de bazare nule.

C2. I se distribuie maximum de grade de libertate acelei BPOP care are asociate cote cu toleranțe strânse, condiții geometrice cu valori mici și care este implicată într-un număr mai mare de CGD (BPOPc) .

C3. Preferabil ca prin BPOPc să se închidă componentele forțelor, momentelor de așchiere și de strângere cu mărimi mari.

C4. Accesibilitatea la BPO.

C5. Rigiditatea suficientă a BPO.

C6. BPO preferabil prelucrate, dacă sunt disponibile.

C7. BPO cu suprafața suficient de mari, nu muchii.

C8. Zveltețea BPO: o BPO plană mai puțin zveltă poate prelua mai multe grade de libertate decât una în care o dimensiune este mult mai mică decât cealaltă.

Se aleg criteriile relevante funcție de particularitățile piesei pentru care se proiectează DPM.

Deoarece criteriile sunt neomogene, în această etapă de proiectare aprecierea se poate face calitativ printr-un proces de decizie multiatribut. Dacă se operează cu mai multe criterii este necesar a se completa o matrice a consecințelor unde aprecierile se fac cu: + pentru un atribut avantajos; – pentru unul dezavantajos și 0 pentru unul mediu. În cazul acestei aplicații unde sunt puține suprafețe disponibile nu este nevoie de a se utiliza o matrice a consecințelor.

Având în vedere limitările impuse de setul modular IFBv-v3 și că prelucrările se fac pe un centru de prelucrate cu axa verticală ambele variante de anulare GL sunt realizabile.

Se alege primul mod pentru ca BPO să fie mai accesibil în vederea asezării semifabricatului respectiv scoaterea piesei din dispozitiv.

3.2. PROIECTAREA CONCEPTUALĂ A SUBSISTEMULUI DE STRÂNGERE

Pentru selecția suprafețelor de strângere se utilizează frecvent următoarele criterii [PAU14]:

C1. Sunt preferate suprafețele cu rugozitate mai mare, altfel este minimizat riscul deteriorării lor la aplicarea forțelor de strângere.

C2. Alegerea acestor suprafețe trebuie făcută astfel încât prin modulele de strângere, care au în general o rigiditate mai mică decât modulele de reazem, să se închidă forțe de așchiere mai mici.

C3. Este necesară o rigiditatea locală suficientă a piesei pe suprafața de strângere, de asemenea este nevoie de o rigiditate suficientă a întregului semifabricat pe direcția aplicării forțelor.

C4. Ca și în cazul suprafețelor de bazare și cele de fixare trebuie să fie accesibile.

C5. Din considerente simplificare a construcției DPM și de minimizarea timpilor auxiliari necesari acționării manuale a modulelor de strângere, numărul suprafețelor destinate fixării trebuie să fie minim.

C6. Trebuie evitată utilizarea suprafețelor de strângere care complică traiectoria sculei așchietoare nevoită să ocolească modulele de fixare.

C7. Sunt preferate suprafețele cu arie mare prin libertatea care o conferă în alegerea poziției forței de fixare.

Criterii de alegere a punctelor aproximative de aplicare a forțelor de strângere, a direcțiilor și sensurilor:

C1. Forța de strângere principală este preferabil să se închidă prin baza de poziționare și orientare care preia numărul maxim de grade de libertate, pentru a o materializa cât mai corect în dispozitiv.

C2. Se urmărește realizarea unei căi minime de închidere a forțelor generate de elementele de strângere (reazeme plasate pe direcțiile de acțiune a forțelor de strângere).

C3. Sistemul de forțe de strângere trebuie să conserve toate legăturile unilaterale ale semifabricatului în orice stare de funcționare programată a sistemului MUSPD.

Pentru așchierea găurilor dispuse echidistant suprafața: 20 se utilizează un burghiu de diametru 17,5mm (fig. 7) iar pentru al doilea tip de găuri dispuse echidistant suprafața: 19 se utilizează un burghiu de diametru 20mm (fig. 7). Solicitările generate la burghierea celor două tipuri de găuri sunt foarte apropiate, cu un grad de intensitate relativ scăzut și în consecință nu se iau în considerare la proiectarea subsistemului de strângere.

Fig. 7. Solicitările piesei în timpul așchierii celor două canale.

În fig. 7a, au fost reprezentate momentele de așchiere M1a, M2a, iar în fig.7b au fost reprezentate componentele axiale F1a și F2a care acționează pe direcția axei Z, precum și momentele de așchiere M1a, M2a, care solicită piesa funcție de deplasarea burghiului față de piesă: – pe traiectoriile 1 și 2 componentele(F1a, F2a) au tendința de a apăsa piesa pe direcția -Z spre placa de bază, iar momentele de așchiere (M1a, M2a) au tendința de a roti piesa în jurul axei Z;

Alegerea suprafețelor de strângere: pentru materializarea bazelor de așezare (24 și 26) piesa trebuie strânsă pe direcția –Z. Suprafețele posibile sunt suprafețele plane: 1, 6, 7.

Se conturează două scheme de strângere schițate în fig. 8:

schema de strângere 1 (SS1) care aplică două forțe S1, S2 pe suprafața 7 (fig. 8a);

schema de strângere 2 (SS2) care aplică trei forțe S1,S2,S3 pe suprafața 7 (fig.8b);

Fig. 8. Scheme de strângere aplicate piesei Flansa.

3.3. PROIECTAREA CONCEPTUALĂ A DISPOZITIVULUI MODULAR

Ca urmare a proiectării conceptuale a subsistemelor de bazare și strângere a rezultat o schemă de bazare SB1 și două de strângere SSi, i=1-2. Combinându-le rezultă două concepte ale DP: CDM1:SB1-SS1; CDM2:SB1-SS2;

PROIECTAREA CONFIGURATIVĂ A DISPOZITIVELOR MODULARE

În etapa de proiectare configurativă sunt dezvoltate conceptele stabilite anterior prin luarea în considerare a modulelor de reazem și de strângere, eventual completarea acestora cu componente speciale, care trebuie proiectate. Pe BPO și pe suprafețele de strângere se atașează modulele specifice pe baza unor criterii. Dacă pe suprafețele respective sunt prevăzute mai multe variante de module, prin combinarea lor sunt generate variante de DPM.

Pentru alegerea corectă a modulelor de reazem trebuie luate în considerare următoarele criterii generale [PAU14]:

1. Numărul de grade de libertate preluate de un reazem depinde de raportul dintre dimensiunile piesei și cele ale reazemului. De exemplu un modul reazem cu prag poate prelua cu suprafața îngustă verticală două grade de libertate pe baza de ghidare a unei piese care are dimensiuni apropiate de cele ale modulului.

2. Mărimea zonei de contact a piesei cu reazemele individuale este invers proporțională cu mărimea abaterilor microgeometrice și de formă ale bazei de PO. Deci pentru suprafețe rugoase, cu abateri relativ mari de formă se vor utiliza reazeme care au o suprafață mică de contact; pentru baze prelucrate, cu abateri mici de formă se recomandă reazeme cu suprafețe mai mari de contact.

3. Varianta constructivă a unui reazem se alege funcție de rigiditatea acestuia raportată la forțele de strângere și de așchiere care se închid prin el.

4. Plasarea reazemelor pe module distanțier le diminuează precizia de poziționare și orientare.

4.1. ALEGEREA MODULELOR DE REAZEM PENTRU SUPRAFEȚELE CILINDRICE INTERIOARE

Baza de așezare materializată de suprafețele 7, 26 (fig.6) este prelucrată anterior prin strunjire plană respectiv strunjire cilindrică interioară, este rigidă și în consecință pot fi utilizate elemente de bazare tip reazem cilindric pentru înălțimi mici.

În figura 9 se bazeaza pe suprafața 7 cilindrică interioară și pe suprafața plană 26, două module de reazem 6363-12-003-3 dispuse simetric față de axa Y

Fig. 9. Variante de module de reazem utilizabile pentru baza de așezare.

4.2. ALEGEREA MODULELOR DE REAZEM PENTRU SPRIJINIRE

Pentru SS1 și SS2 modulul 6363-12-003-3 poate fi folosit pentru capabilitatea de a asigura rezemarea pe suprafata cilindrică exterioară a modulului de reazem. (fig.10)

Suprafata 26 este sprijinită prin cele 2 module de reazem folosite anterior si un reazem 6363-12-003-3 pentru a se asigura așezarea în trei puncte.

Fig. 10. Modul de sprijin lateral

4.4. ALEGEREA MODULELOR DE STRÂNGERE

În subcapitolul 3.2 s-au propus două concepte ale subsistemului de strângere (fig. 8), toate au în comun aplicarea unor forțe verticale pe suprafetele plane 1 sau 6 sau 7. Se alege a se strânge asupra suprafetei 7 pentru că este avantajoasă pozitionarea modulelor de bride în exterior.

Fig. 11. Sistemul de destrângere cu bridă

Sunt posibile două soluții: a-strângerea prin intermediul a două bride acționate de un mecanism șurub-piuliță (7110N-12-1), b-strângerea cu trei bride (2x 7110N-12-1 + 7110M-12-1) (fig. 10), soluție care necesită un timp de acționare mai mare deoarece forțele aplicate trebuie să fie aproximativ egale. Prima soluție este mai productivă și mai simplă decât a doua.

Pentru SS1 se utilizează două blocuri de bride 2x 7110N-12-1 iar pentru SS2 trei blocuri de bride modul 2x 7110N-12-1 + 7110M-12-1 după cum s-a argumentat mai sus.

4.5. PROIECTAREA CONFIGURATIVĂ A DPM

În subcapitolul s-au stabilit 2 concepte ale DP: CDM1:SB1-SS1; CDM2:SB1-SS2; Tabelul de mai jos conține structura configurativă a celor 2 DPM.

Tabel 3. Structura configurativă DPM.

Componentele SB:

Componentele SS:

ANALIZA MULTIATRIBUT A VARIANTELOR DISPOZITIVELOR DE PRINDERE MODULARE

Principalele criterii pentru analiza multiatribut a variantelor rezultate din proiectarea configurativă a DPM sunt [PAU14]:

C1. Precizia poziționării și orientării piesei în DPM care depinde de:

Numărul de baze de poziționare și orientare principale (BPOP) materializate în DPM, în principal asociate cotelor și condițiilor de poziție critice (care trebuie executate în clase de precizii mici).

Numărul și precizia de execuție a modulelor distanțier sau a corpurilor intermediare pe care sunt montate modulele de reazem. Acestea scad atât rigiditatea cât și precizia de preluare a gradelor de libertate ale piesei.

Rigiditatea modulelor de reazem, cedarea elastică a acestora influențează negativ precizia de poziționare și orientare a piesei.

C2. În aprecierea rigidității componentelor DPM trebuie avut în vedere că:

Modulele de reazem monobloc sunt mai rigide decât cele reglabile.

Module de reazem monobloc fixate cu două sau patru șuruburi sunt mai rigide decât modulele de strângere

Rigiditatea modulelor de strângere bridă tip turn este invers proporțională cu numărul de module distanțier conținute.

C3. Stabilitatea piesei în DPM, în sensul că ansamblul forțelor și momentelor de așchiere și a celor de strângere trebuie să asigure conservarea schemei de bazare și de strângere în toate stările de solicitare a piesei în dispozitiv (piesa să rămână în contact cu toate modulele de reazem și de strângere).

C4. Posibilitățile de a modifica subsistemul de strângere modular. Din cauza termenelor scurte impuse proiectării și asamblării DPM în producția flexibilă, este dificil să de calculeze cu precizie suficientă forțele și momentele care solicită piesa ca și forțele pe care trebuie să le exercite subsistemul de fixare.

În consecință, în etapa de testare, un DPM la care este posibil să se schimbe poziția și/sau orientarea unuia sau mai multor module de strângere, sau să se înlocuiască/adauge elemente de strângere, este preferabil unuia mai puțin adaptabil.

C5. Complexitatea DPM depinde de:

Numărul de module utilizate.

Diversitatea modulelor.

Numărul și complexitatea elementelor de dispozitiv nemodulare (inexistente în setul modular avut la dispoziție).

C6. Ușurința cu care se instalează, dezinstalează piesa în DPM, incluzând și eventualele reglaje care trebuie făcute pentru fiecare piesă.

C7. Lungimea traiectorie sculei așchietoare: sunt preferate DPM la care traiectoria sculei/sculelor nu trebuie să ocolească anumite elemente din dispozitiv.

În cazul DPM rezultate în urma proiectării configurative câteva criterii sunt nerelevante:

C1 nu este luat în considerare deoarece cele două DPM au aceeași schemă de bazare.

C2 deoarece o decizie asupra rigidității modulelor de sprijin a fost luată în capitolul anterior.

C4 deoarece nu se folosesc elemente de dispozitiv speciale care nu aparțin setului IFBv-M12-v3.

C5 nerelevant deoarece setul modular are suficiente module relativ la câte DPM sunt la un moment dat în exploatare, deci nu există pericolul de a nu putea asambla un nou DPM.

C7 fiindcă traiectoriile sculelor nu sunt incomodate de modulele DPM.

Aprecieri calitative asupra variantelor de DPM pe baza C3- Stabilitatea piesei în DPM.

Din punct de vedere a stabilității piesei cel mai sigur este DPM1.

Aprecieri calitative asupra variantelor de DPM pe baza C6- Ușurința cu care se instalează, dezinstalează piesa în DPM.

Piesa are o masă MARE 101,8kg și poate fi plasată și scoasă cu ajutorul unui aparat de manipulat din DPM. DPM2 este mai aerisite și permite o ușoară instalare a piesei.

Se consideră că C3 și C6 sunt la fel de importante, deci nu li se alocă ponderi.

Se fac verificările ale DPM1 (fig.12)

Fig. 12. DPM1

VERIFICAREA PRECIZIEI DE POZIȚIONARE, ORIENTARE A PIESEI

Verificarea preciziei de poziționare și orientare a piesei se face considerând că pe centrul de prelucrare setarea nulului se face față de placa de bază a DPM. În consecință erorile sunt calculate ca un cumul între erorile de bazare și cele datorită impreciziei de poziționare și orientare a modulelor de reazem față de placa de bază și a impreciziei de execuție a reazemelor. Precizia realizată prin simulare statistică (Monte Carlo) a numeroase scheme de poziționare și orientare a pieselor în DPM poate fi calculată cu programele din pachetul PG-DPM-SS (Precizia Geometrică a Dispozitivelor de Prindere Modulare prin Simulare Statistică). În cazurile în care programele respective nu au capacitatea de a calcula erorile de poziționare și orientare se apelează la relațiile de calcul al erorilor de bazare din literatura de specialitate [TAC95, VAS82, PĂU97].

Pentru calculul erorilor de poziționare si orientare la cotele de Ø170±0,1mm, se utilizează programul SB CU 2 REAZEME CILINDRICE PT SEMIFABR CILINDRIC.exe pentru DPM1. Setările și rezultatele sunt în figura 13 pentru DPM1. Erorile sunt raportate la erorile admisibile care se calculează cu relația: 𝜀𝑏𝑎𝑥=𝑇𝑥/2…3 (2)

Fig. 13. Capturi din programul PIESE CILINDRICE – SB CU 2 REAZEME CILINDRICE PT SEMIFABR CILINDRIC.exe pentru DPM1

În tabelul 5 erorile de bazare ale cotelor calculate cu modelul geometric prin simulare statistică sunt comparate cu erorile admisibile obținute prin împărțirea toleranței cotei curente (Tx) la 2. Pentru cota de Ø170±0,1mm eroarea de bazare εbaØ170 nu se poate determina cu modelul geometric prin simulare statistică ea fiind dată de toleranța cotei Ø170±0,1 => T170=0,2 mm și este: εa=εaØ170=T170/2=0,2/2=0,1 mm.

Tabel 5. Erorile de poziționare și orientare

Deoarece toate erorile de poziționare și orientare a piesei sunt mai mici decât cele admisibile, varianta de DPM1 luată în studiu asigură precizia necesară realizării cotelor la operația de găurire.

DOCUMENTAREA PROIECTULUI

Documentarea proiectului constă în desenul de ansamblu (fig. 14) și opțional o vedere explodată, ambele create din modelul 3D al ansamblului. Dacă sunt condiții speciale cum ar fi cele legate de asamblarea și reglarea elementelor dispozitivului, acestea se trec pe desenul de ansamblu și în cazurile mai complicate într-o anexă.

Fig. 14. Desenul de ansamblu al DPM pentru Flansa.

Bibliografie

[BUZ70]. Buzdugan Gh. (1970) Rezistența materialelor. Ed. Tehnică, București.

[PIC92] Picoș C. șa. (1992) Proiectarea tehnologiilor de prelucrare mecanică prin așchiere. Vol.1. Ed.

Universitas, Chișinău.

[PAU14] Păunescu T ș.a. (2014). Proiectarea asistată a dispozitivelor modulare. Ed. Universității

Transilvania din Brașov. ISSN-978-606-19-0415-0.

[PUG91] Pugh, S. (1991) Total design: integrated methods for successful product engineering. Addison-

Wesley Pub.