Proiectarea Unei Matrite de Injectat Material Plastic. Calcule Economice

CUPRINS

CAP.1. PREZENTAREA GENERALĂ A MATERIALELOR PLASTICE…………………..7

1.1. Importanta materialelor plastice……………………………………………………………..8

1.1.1. Avantajele materialelor plastice……………………………………………………11

1.1.2. Inconvenientele materialelor plastice……………………………………………11

1.2. Reciclarea materialelor plastice……………………………………………………………12

1.3. Tehnologia de injectare a materialelor plastice……………………………………….13

1.4. Descrierea procesului tehnologic de injectare a materialelor plastice…………14

1.5. Procesul de curgere al topiturii in matrita……………………………………………….16

1.5.1. Fenomenul de inghetare…………………………………………………………….17

1.5.2. Fenomenul de intre-patrundere……………………………………………………18

1.5.3. Fenomenul de aparitie a liniilor de sudura si a liniilor de curgere……..19

1.5.4. Fenomenul de jet liber………………………………………………………………..19

1.5.5. Fenomenul de ardere prin efectul Diesel……………………………………….20

CAP.2. PROCESUL TEHNOLOGIC DE REALIZARE A REPERULUI………………….21

2.1. Alegerea materialului plastic utilizat la fabricarea piesei…………………………21

2.2. Criterii de proiectare a formei și dimensiunilor piesei…………………………….22

2.3. Sisteme CAE pentru piesa injectata……………………………………………………..25

2.3.1. Obiectivele sistemului…………………………………………………………………25

2.4. Tehnologia reperului…………………………………………………………………………..26

2.4.1. Alimentarea utilajului cu materie prima………………………………………….26

2.4.2. Dozarea materiei prime………………………………………………………………27

2.4.3. Injectarea si comprimarea materialului plastic in matrita………………….27

2.4.4 Solidificarea si racirea piesei………………………………………………………..27

2.4.5. Scoaterea piesei din matrita……………………………………………………….28

2.4.6. Durata totală a ciclului de injectare………………………………………………28

2.5. Alegerea utilajului pentru injectat…………………………………………………………30

CAP 3. PROIECTAREA MATRITEI DE INJECTAT…………………………………………..31

3.1. Introducere……………………………………………………………………………………….31

3.2. Sisteme CAD/CAM la realizarea matritei……………………………………………….33

3.3. Fabricarea matritei cu ajutorul calculatorului………………………………………….34

3.4. Proiectarea sistemului de injectare……………………………………………………….35

3.4.1. Alegerea diametrului duzei de injectare din matrita…………………………35

3.4.2. Alegerea sectiunii si traseului canalului de distributie……………………..36

3.5.Verificarea posibilitatii de realizare a piesei prin injectare………………………….38

3.5.1. Forma si dimensiunile piesei……………………………………………………….40

3.6. Proiectarea sistemelor conexe……………………………………………………………..41

3.6.1. Proiectarea sistemului de aerisire………………………………………………….41

3.6.2. Proiectarea sistemului de racire a matritei……………………………………….42

3.6.2.1. Determinarea ecuatiei generale de bilant termic in matrita………………43

3.6.3. Proiectarea sistemului de aruncare si separare a piesei…………………….44

3.6.4. Proiectarea sistemului de centrare- conducere…………………………………45

CAP.4. MATERIALE UTILIZATE LA CONSTRUCȚIA MATRIȚELOR…………………..47

CAP.5. PROIECTAREA TEHNOLOGIEI DE EXECUTIE A REPERULUI INEL DE CENTRARE………………………………………………………………………………………………….52

5.A. Prezentare tehnologiei de prelucrare clasică…………………………………….52

5.1. Stabilirea itinerarului tehnologic……………………………………………………….52

5.2. Calculul adaosului de prelucrare și a dimensiunilor intermediare………….52

5.3.Calculul regimurilor de aschiere……………………………………………………….57

………..5.4. Calculul normei tehnice de timp………………………………………………………69

5.B. Prezentarea tehnologiei prelucrare asistată de calculator CAD- CAM….74

CAP. 6. PARTEA ECONOMICĂ…………………………………………………………………………….75

6.1. Costul materialelor și gradul de utilizare a lor……………………………………76

6.2. Determinarea loturilor optime de aprovizionare si a costurilor totale……76

6.3. Calculul capacității de producție……………………………………………………..77 6.4 Calculul normei tehnice de timp………………………………………………………79

6.5. Calculul cu salarizarea muncitorilor………………………………………………….85

6.6. Calculul pretului de cost final…………………………………………………………..87

CAP. 7. REGULI PRIVIND SĂNĂTATEA ȘI SECURITATEA IN MUNCĂ……………88

BIBLIOGRAFIE……………………………………………………………………………………………..90

CAP.1. PREZENTAREA GENERALĂ A MATERIALELOR PLASTICE

In ultimele decenii materialele plastice ocupă un loc foarte important în societatea modernă înlocuind tot mai mult materialele metalice, ceramice, lemnoase si alte tipuri de materiale.

Utilitatea materialelor plastice este foarte diversificată: industria de construcții, industria mobilierului, industria ambalajelor, industria textilă, industria de aparate electronice si mecanice, industria aerospațială și aeronautică, artă, optică etc.

Primele tipuri de materiale plastice au fost produse din transformarea materialelor naturale in jurul anului 1859, în 1869 a aparut celuloidul. Primul material sintetic apărut (1908) a fost rășina numita bachelită. Pentru fiecare produs, trebuie ales materialul plastic care are calitățile cele mai potrivite: suplețe, rigidate, rezistență la șoc, elasticitate, transparență, greutate mică etc.

Principalele resurse sunt petrolul și gazele naturale, folosirea altor resurse, de materiale pentru satisfacerea nevoilor actuale ale economiei mondiale ar presupune creșterea de 6 ori a producției de bumbac pentru înlocuirea fibrelor sintetice, de 5 ori producția de cauciuc natural. O asemenea situație ar fi imposibila și chiar in ciuda creșterii prețului la gaze și petrol plasticele sunt indispensabile datorită avantajelor pe care le prezintă în comparație cu celelalte materiale disponibile în lume la ora actuală.

Cea mai utilizată metodă de procesare a materialelor plastice este fără indoială injectarea. Ea este folosită la o gama foarte variată de produse care se regăsesc in toate domeniile de activitate începand cu domeniul auto si terminând cu dimeniul caznic.

Materialul plastic intră sub formă de granule într-o mașină de injectare, prin încălzire, el este transformată într-o pastă la o temperatură bine stabiltă, care este apoi injectată în cavitatea matritei și răcită cu ajutorul unor sisteme de temperare. Această performanță de pătrundere în mai toate sectoarele de activitate se datorează proprietăților lor de neegalat față de celelalte materiale: sunt anticorosive, electroizolante, au greutăți specifice mici, au proprietăți mecanice bune, cost scăzut, aspect exterior plăcut, se pot prelucra atât pe cale mecanică tradițională cât și prin procedee specifice cum ar fi injecția lor, se pot acoperi cu vopsea sau prin galvanizări, permițând în felul acesta să capete aspectul dorit de către proiectant. Există însă și unele proprietăți care fac dezavantajoasă utilizarea maselor plastice, cum ar fi micșorarea rezistenței mecanice cu creșterea temperaturii, coeficientul de dilatare mare, coeficientul de transmiterea căldurii mic, etc.

In ultimii 10-15 ani, sectorul de prelucrare a materialelor plastice s-a dezvoltat foarte rapid. Astfel, consumul de materiale plastice pe cap de locuitor în Europa Centrală a ajuns să fie la un nivel aproximativ egal cu cel din Europa de Vest (60-80 kg/an). în Europa de Est însă, consumul pe cap de locuitor este mai mic (20-50 kg/an), nivelul tehnologic fiind ceva mai scăzut. Cu toate acestea, s-au construit multe fabrici de prelucrare a materialelor plastice, în decursul anului 2007 au fost prelucrate prin extrudere, suflare și injectare, aproximativ 9.600 ktone de materiale plastice, astfel: PE 37%, PP 22%, PVC 17%, PET 11%, PS 10%, și altele 3%, având drept scop utilizarea în industria de ambalaje și industria de construcții, fiind urmate de piața produselor tehnice, a produselor de uz casnic și piața agricolă.

In perioada 2008-2012 toate țările au trecut printr-o criză mondială,în majoritatea țărilor europene economia începe să își revină, înregistrând astfel pentru prima oară, un trend ascendent.

Perspectivele pe parcursul anului 2015 se preconizează că economia va avea o evoluție pozitivă, aceasta datorându-se atât factorilor interni (consum intern, investiții interne) cât și externi (comerț exterior, investiții străine directe, finanțări internaționale). Tendințele economiei vor fi în continuare influențate mai mult de cererea externă.

Atragerea investițiilor străine și crearea de noi locuri de muncă rămân o prioritate pentru a asigura o creștere economică durabilă si pentru a opri exodul forței de muncă peste hotare. Potrivit unui sondaj al INS (Institutul Național de Statistică) „toate domeniile economice au întregistrat o creștere în perioada iunie – august 2014". Pentru sectorul de fabricare a produselor din cauciuc și mase plastice se așteaptă o creștere mult mai accentuată decât pe total (sold conjunctural +15%).

Producția mondială de materiale plastice s-a dezvoltat în ultimele 4 decenii într-un ritm foarte rapid, având o creștere medie de 10% ceea ce înseamnă dublarea producției la un interval de aproximativ 8-9 ani, în ciuda unei relative încetiniri a extracției de petrol și gaze, cele două surse primare de materii prime în fabricarea lor.

In figura de jos se reprezintă grafic evoluția producției de materiale plastice la nivel mondial.

Fig.1.1.Evoluția producției mondiale de materiale plastice.

Utilizarea materialelor plastice la nivel mondial

Potrivit datelor furnizate de Plastics Europe Market Research Group (PEMRG), pe primele locuri în ceea ce privește consumul de materiale plastice în anul 2013 se situează Europa cu 20% și statele NAFTA cu 19,4%. Ponderea Asiei în consumul mondial de plastic a fost de 41%, din care doar China a consumat 24,8% și Japonia 4,4%. America de Sud a avut nevoie de doar 4,8%, statele foste sovietice 2,9% și Orientul Mijlociu și Africa 7,3%. Până în anul 2016 consumul global de materiale plastice va crește cu câte 4% anual.

Fig. 1.2.Consumul de materiale plastice in anul 2013 la nivel mondial.[22]

Pe termen mediu, potrivit unui studiu al PlasticsEurope, este de așteptat o reconfigurare a piețelor în regiunea Asia-Pacific, pentru că statele din regiune au ritmuri de creștere economice considerabile, de exemplu pentru intervalul 2011-2016 acestea fiind estimate la aproximativ 5,5% (cu 2 până la 3% peste media la nivel mondial). Este de așteptat ca și capacitățile de producție să urmeze tiparul de evoluție a piețelor. Consumul de plastic ca materie primă în anul 2011 a totalizat în Europa 47 de milioane de tone, cu 1,1% mai mult decât în 2010. Cele mai solicitate categorii, „Big Six“, au fost în perioada de referință, polietilena PE-LD, PE-LLD și PE-HD cu o pondere de 29%, polipropilena (PP) cu 19%, polivinilcloridul (PVC) cu 11%, polistirolul (PS și PS-E) cu 7,5 %, polietilentereftalatul (PET) cu 6,5% și poliuretanul (PUR) cu 7%. Acești polimeri însumează 80% din consumul total la nivel european.[22]

Fig.1.3. Cerintele de material plastic la nivel European. [22]

In Europa, cererile de ambalare sunt cel mai mare sector el reprezintă 39,6% din cererea totală plastice. Construcțiile este al doilea cel mai mare sector cu 20,3% din cererea totală la nivel european. Automotivele este al treilea sector cu o cota de 8,5% din cererea totală.

Aplicțiile electrice și electronice reprezintă 5,6% din cererea de plastic urmate îndeaproape de agricultură care au o pondere de 4,3%. Alte sectoare de aplicare, precum aparate de uz casnic, produse de larg consum, mobilier, echipamente de sport, sanatate si siguranta etc, cuprind un total de 21,7%.

Fig.1.4.Cerintele de material plastic in Europa pe domenii de activitate in anul 2013. [22]

1.1.1 Avantajele materialelor plastice

Principalele avantaje sunt:

prezintă o mare diversitate a caracteristicilor mecanice și chimice.

materialele de sinteză posedă proprietăți ce nu se întâlnesc la materialele naturale și plasticitatea lor permite realizări altădată imposibile;

materialele plastice se caracterizează prin facilitatea și diversitatea procedeelor de prelucrare la cadențe de fabricare ridicate în raport cu materialele tradiționale. Se pot realiza în serie mare și masă o serie largă de obiecte rigide sau suple, mici sau mari, volumice sau cave, cu pereți subțiri sau groși, colorate sau transparente;

materialele plastice se caracterizează prin cost energetic redus al sintezei și transformării lor în produs;

polimerii reprezintă densități reduse deci sunt considerați ușori în comparație cu celelalte materiale;

reciclarea materialelor este o operație ușoara și rentabilă. Materialul de reciclat se toacă și se amestecă în proporție de 20 – 30% cu material brut.

1.1.2. Inconvenientele materialelor plastice

În comparație cu materialele tradiționale (materiale. metalice, lemn, ceramice)

materialele plastice prezintă următoarele dezavantaje:

cu cateva excepții prezintă proprietăți de rezistență mecanică relativ reduse, deci nu se pot folosi la realizarea pieselor care sunt supuse la solicitări mecanice importante. Trebuie reținut faptul că orice mașină are în componența sa un mare număr de piese ce nu au rol funcțional și care pot fi realizate din materiale plastice;

nu sunt biodegradabile, aceasta find o problemă din punct de vedere a protecției mediului. Soluția este realizarea plasticelor fotodegradabile si hidrodegradabile.

materialele plastice pot degaja produse toxice în timpul arderii lor. Ca și lemnul și hârtia, ce mai mare parte de materiale plastice se aprind foarte ușor. Acesta e un important criteriu de alegere a materialelor pentru anumite utilizări ca: pentru decorațiuni interioare se vor utiliza materiale plastice cu rezistență mare la aprindere și care nu degajă prin ardere gaze toxice. În acest sens cercetările au fost și sunt foarte extinse, iar rezultatele nu întârzie să apară.

1.2. Reciclarea materialelor plastice

Rata de reciclare a materialelor plastice a atins în 2011 în Europa 60%, cu 4,8% mai mult decât în 2010. Dacă se ia în considerare doar domeniul ambalajelor din plastic, această valoare este chiar mai mare: 66%. Există însă diferențe mari între valorile acestui indicator între diferitele țări europene: Elveția, Germania, Austria, Belgia, Suedia, Danemarca, Norvegia, Olanda și Luxemburg reciclează peste 90% din deșeurile de plastic, alte șapte țări având randamente sub 30%. Concret, recuperarea de material se situează la 25%, iar cea energetică la 34%. Și aici, în ceea ce privește ambalajele, statisticile sunt ceva mai bune decât rezultatele menționate.

Consumul per capita de materiale plastice în țările vest europene se cifra, în anul 2005, la 100kg. Potrivit statisticilor PlasticsEurope, până în 2015 acesta va ajunge la 136kg. Pentru comparație, în statele NAFTA acesta era de 105kg în 2005, urmând să crească progresiv la 139kg în 2015, pentru America de Sud, fiind considerabil mai redus: de la 21kg în 2005 la 32kg în 2015. O creștere excepțională poate fi de așteptat în regiunile cu economii emergente și mare densitate a populației din Asia, acolo unde consumul per capita se situează în prezent la aproximativ 20kg (cu excepția Japoniei), urmând să se dubleze până în 2015. În Japonia, unde consumul actual este comparabil cu cel din Europa, creșterea va fi mai lentă, consumul individual de materiale plastice urmând să atingă 108kg în anul de referință. În ceea ce privește țările est europene și cele foste sovietice perspectivele sunt foarte bune: aici consumul individual va atinge în 2015 circa 36kg, ceea ce reprezintă un consum aproape dublu față de 2005.

Descompunerea naturală a plasticului în mediul înconjurător necesită peste 500 de ani din cauza materialelor care îl alcătuiesc. Cu toate ca unele mase plastice par a fi identice, in realitate sunt grupe de materiale diferite cu o structura moleculara diferita. Activitatea de reciclare mase plastice depinde de procesul de a le separa pe fiecare in parte. Utilizarea materialelor plastice prezintă probleme de identificare, separare si decontaminare. Spectrometrul este una din tehnicile utilizate pentru a asigura precizia identificării acestor materiale care, dupa procesare, sunt deseori folosite in manufacturarea echipamentelor electronice si electrice noi.

Activitatea de reciclare mase plastice reprezintă cea mai mare provocare in realizarea economica privind colectarea de material suficient segregat pentru a face reciclarea viabila. Costul de colectare a materialelor in cantitati mici de la o multitudine de surse este principalul obstacol in dinamizarea progresului de reciclare a multor polimeri. In unele tari, politicile administrative isi asuma o mare responsabilitate in recuperarea de ambalaje si alte produse. Aceasta "responsabilitate" presupune dezvoltarea procesului de reciclare mase plastice prin acoperirea unor elemente ale costurilor comerciale tradiționale – inițial prin manufacturare si distribuire, si in final de către consumator prin preturile de producție ușor crescute.

Activitatea de reciclare mase plastice a diferitelor tipuri de plastic prezintă o problema in ceea ce privește incompatibilitatea polimerilor. Introducerea asa – numiților " compatibilizatori" care creaza stabilitate polimerica intre legaturile dintre structura diferita a moleculelor, faciliteaza utilizarea de combinații. Compatibilizatorii pot face deja posibila producerea unui tip de aliaje de plastic din materiale de calitate inferioara.

Exista șapte tipuri diferite de materiale plastice. In vederea realizarii unui corect proces de reciclare mase plastice puteti determina tipul plasticului privind aproape in partea de jos a recipientului. Acest număr corespunde gradului materialului din plastic. Gruparea separata pe tip de material este obligatorie inainte de a recicla. Cele mai des intalnite tipuri sunt:

PET( polietilen tereftalat)

HDPE ( polietilena de inalta densitate)

PVC ( policlorura de vinilin)

LDPE (polietilena de joasa densitate)

PP ( polipropilena)

PS (polistiren)

Activitatea de reciclare mase plastice este importanta din punct de vedere al conservării resurselor de titei. în tarile Uniunii Europene circa 60 % din totalul deșeurilor de mase plastice colectate sunt valorificate energetic.

1.3. Descrierea procesului tehnologic de injectare a materialelor plastice

Formarea prin injectare reprezintă procedeul de prelucrare prin care un material macromolecular adus în stare vâscoasă sub acțiunea căldurii, este injectat sub presiune ridicată în cavitatea unei matrițe, unde are loc răcirea și solidificarea lui. Odată cu încetarea forței de presare materialul răcit păstrează forma cavității interioare a matriței în care a fost injectat și din care, după un anumit timp, poate fi îndepărtat.

Matrițarea pe injectare este un procedeu de serie care permite realizarea unei piese din plastic, de la câteva grame la zeci de kilograme. Limita superioară este relativă și este impusă doar de performanțele tehnice de moment a utilajului.

Procedeul reclamă deci necesitatea simultană în funcționalitate a:

materialului plastifiat sub acțiunea temperaturii și presiunii

sculei purtând cavitatea activă pentru răcire și solidificare

utilajului asigurând parametrii procesului în cadrul unui ciclu de lucru

Un ciclu complet de matrițare prin injectare cuprinde mai multe faze. Cele mai importante sunt:

Procesul de injecție în urma căruia se va obține reperul dorit necesită parcurgerea următoarelor etape:

alimentarea mașinii de injectat cu materie primă

dozarea materiei prime

avansul și termoplastifierea materialului în cilindrul de injectare

injectarea materialului plastic în matriță

comprimarea materialului

solidificarea și răcirea piesei în cavitatea matriței

deschiderea matriței

scoaterea piesei din matriță.

In figura 1.5. este prezentată, în poziție “închisă “ pentru lucru și “deschisă” pentru demulare, schema constructivă de bază a unei mașini de injectat piese din material plastic.

Fig.1. 5.. Schema de principiu a injectării

Se observă că granulele din material plastic din pâlnia de alimentare 8, a mașini de injectat ajung în cilindru de plastifiere 5. Melcul 7, rotindu-se, transportă materialul plastic în fața dispozitivului de extrudare, determinând împingerea axială a melcului până ce cantitatea de material necesară matrițării piesei este stocată în fața melcului. Un reglaj al distantei de retragere a melcului permite controlul automat al acestei faze. Rotația melcului este asigurata de motorul electric 9, iar mișcările de translație sunt asigurate de un cilindru cu piston acționat hidraulic 10. Plastifierea materialului plastic este asigurata de mișcarea de rotație a melcului 7, cât și de rezistența electrica 6. Injectarea materialului se face prin presarea de către matriță, prin duza 4.

Următoarele faze sunt:

– răcirea materialului plastic în cavitatea matriței 2

-deschiderea matriței și scoaterea piesei (se face la nivelul planului de separație a cavității 2 și prin deplasarea la stânga a semimatriței 1). Revenirea în poziția inițială închisă permite reluarea secvențelor ce determină durata ciclului.

1.4. Procesul de curgere al topiturii în matriță

Modul de curgere al topiturii de material plastifiat în cuibul matriței are o deosebit de mare importanță asupra calității piesei injectate.

Fig.1.6. Schema fazei de injectare în matriță

Topitura de material plastifiat curge în cuibul matriței datorită presiunii aplicate de către melcul mașinii de injectat care în faza de injectare funcționează ca un piston asupra căruia acționează la rândul lui pistonul cilindrului hidraulic de injectare în interiorul căruia acționează presiunea hidraulică de injectare (Pi).vezi figura de mai jos:Fig.1.3:

În timp ce topitura de material plastic ajunge în contact cu pereții cuibului matriței ea începe să se răcească imediat rezultând un strat de material plastic răcit ce formează un strat termoizolator de material ce îmbracă topitura din interiorul matriței. De aceea temperatura în centrul grosimii de perete al topiturii este mult mai mare decât pe margini și ca urmare fluiditatea topiturii este mult mai mare în centru decât pe margini. Astfel între straturile din exterior și cele din centru apar viteze de curgere diferite care determină un front de curgere asemeni unui balon înfășurat într-o membrană bine întinsă așa cum se vede în figura de mai jos:(efect Fontaine=fântână)

Fig.1.7. Secțiunea frontului la curgerea topiturii în matriță

Granița dintre topitura care avansează în interiorul matriței și porțiunea ne-umplută a cuibului matriței se numește front de curgere al topiturii.

In spatele frontului de curgere topitura de material împinge în sensul de înaintare în matriță determinând tensionarea și întinderea frontului ca un balon. Topitura de material nu se deplasează printr-o simplă înaintare în cuibul matriței ci ea ajunge în contact cu suprafața cuibului matriței prin curgerea dinspre centrul grosimii de perete spre frontul de curgere și apoi spre suprafața matriței obținându-se asfel o mișcare de rostogolire a frontului de curgere (ca șenilele unui buldozer) peste suprafețele cuibului matriței determinând un strat superficial bine orientat (bine întins) care apoi prin contactul cu pereții cuibului matriței se răcește și se solidifică rezultând un strat superficial solidificat.

1.4.1. Fenomenul de înghețare

Dacă viteza de avansare a frontului de curgere este prea mică atunci timpul de contact al topiturii de material plastic cu pereții matriței este prea mare și ca urmare are loc o răcire intensă a topiturii ceea ce duce la creșterea grosimii stratului superficial solidificat până la solidificarea întregii grosimi de perete a piesei injectate (efectul de înghețare) și drept urmare apare defectul piesă incompletă sau piesă cu lipsă. Datorită scăderii secțiunii de curgere la aceeași viteză se injectare are loc o mare scădere a vitezei de avansare a frontului de curgere în această secțiune și ca urmare înghețarea acestuia rezultînd piesa cu lipsă.

Fig.1.8. Fenomenul de înghețare

1.4.2. Fenomenul de între-pătrundere

Un alt fenomen foarte des întâlnit la umplerea cuiburilor matrițelor este fenomenul de între-pătrundere a fronturilor de curgere. Acest fenomen apare în momentul în care două fronturi de curgere se întâlnesc din două direcții opuse și se opresc un interval de timp suficient de mare pentru ca unul dintre fronturi să ajungă să se solidifice , iar celălalt înaintează și curge peste frontul solidificat. Atunci când frontul de curgere se întrepătrunde sau se revarsă peste cel solidificat , retopirea și sudura fronturilor se realizează datorită căldurii generate de frecarea dintre straturile de material .

Această curgere revărsată a unui front de curgere peste altul determină grave probleme de aspect , cât și de rezistența cum ar fi virgulele de sudură ce se pot observa în figura următoare , Fig.1.6.

Strat de material topit solidificat

Fig.1.9. Fenomenul de între-pătrundere

1.4.3. Fenomenul de apariție a liniilor de sudură și a liniilor de curgere

Liniile de sudură se creează atunci când două fronturi de curgere se întâlnesc din direcții și sensuri opuse .Întâlnirea a două fronturi de curgere care nu vin din direcții și sensuri total opuse formează linii de curgere. Dacă topitura trebuie să curgă în jurul unui obstacol din cuibul matriței (poansoane , miezuri,bacuri,alte închideri)după acest obstacol va rezulta o linie de sudură sau o linie de curgere , iar modul de formare al acestora este prezentat în figurile de mai jos.

Fig.1.10. Fenomenele de apariție a liniilor de sudură și de curgere

1.5.4. Fenomenul de jet liber

Un alt fenomen important întâlnit la curgerea topiturii în cuibul matriței este jetul liber. Acesta se referă la tendința topiturii de a intra în cuibul matriței sub forma unui jet fără a atinge suprafețele cuibului matriței din jurul digului și de aceea umplerea cuibului va avea loc prin adunarea jetului din capătul în care ajunge în contact cu suprafața cuibului matriței spre digul matriței ducând astfel la apariția unor fenomene cum ar fi :linii de sudură, de curgere, turbulențe, capcane de aer, goluri,virgule, care dăunează calității piesei injectate. Același fenomen de jet liber poate să apară și în cazul în care se injectează cu viteză mare într-o matriță cu variații mari ale grosimilor de pereți ale piesei injectate (vezi matrițe de clăpari de BDC ) la trecerea bruscă dintr-o zonă cu pereți subțiri la o zonă cu pereți groși. În ambele cazuri pentru diminuarea efectelor negative ale jetului liber se necesită găsirea corectă a palierului de pe cursa de injectare în care apare fenomenul de jet liber și reducerea cât mai mult posibil a vitezei de injectare pe acest palier. Acest lucru se poate observa și din figura de mai jos,

Fig.1.11. Fenomenele de apariție a jetului liber

1.5.6. Fenomenul de ardere prin efectul Diesel

Este fenomenul care apare de cele mai multe ori la capătul drumului de curgere în momentul umplerii volumice ale cuiburilor matrițelor atunci când în aceste zone viteza de avansare a fronturilor de curgere este așa de mare încât aerul existent în cuibul matriței este așa de puternic comprimat de presiunea de avansare a fronturilor de curgere încât determină supra-încălzirea aerului comprimat la o temperatură așa de mare încât determină arderea locală a fronturilor de curgere.

Fig.1.12. Fenomenul de apariție a arderii prin efect Diesel

CAP.2. PROCESUL TEHNOLOGIC DE REALIZARE A REPERULUI DIN MATERIAL PLASTIC

2.1. Alegerea materialului plastic utilizat la fabricarea piesei

Pentru alegerea corecta a materialului termoplastic, în funcție de condițiile tehnice care trebuie îndeplinite de produsul sau piesa prelucrată, specialiști angrenați în activitate de concepție a formarii produsului și proiectarea matrițelor trebuie să cunoască proprietățile fizice, mecanice, tehnologice precum și rezistenta polimerilor termoplastici la acțiunea diferiților agenți chimici. De asemenea la alegerea materialelor termoplastice trebuie să se țină cont și de aspectele economice, prețul diferitelor materiale plastice variind în limite foarte mari. Marea majoritate a materialelor termoplastice poate fi prelucrată în condiții bune prin injectare, deoarece nu suferă transformări chimice importante în cursul procesului de prelucrare, exceptând o mică degradare datorită căldurii.

În general, procesul tehnologic de injectare nu diferă esențial pentru diferite materiale termoplastice. Cu toate acestea injectarea materialelor termoplastice prezintă unele particularități, în funcție de tipul materialului, care trebuie cunoscute de către proiectantul de matrițe.

Pentru alegerea corespunzătoare a materialului plastic, în concepția unei piese injectate trebuie să se țină seama de următorii factori: durata de viață a piesei injectate, configurația piesei injectate, calitățile optice și de transparență impuse piesei, solicitările termice în exploatare, solicitările mecanice, solicitări de natură electrică, solicitări de natură chimică, costul materialului plastic.

După cum îi spune și denumirea piesa studiată are rolul de a închide o cutie destinată instalării și adăpostirii releelor și sau siguranțelor electrice. Având în vedere locul folosirii, durata de viață și costurile necesare cât mai scăzute, am ales din lista de materiale folosite la injectarea formelor plastice, polipropilena (PP), regăsită și sub denumirea comercială de MEDILENA P (tabelul 2.1 și anexa), la care se adaugă 20% talc.

POLIPROPILENA (PP) Tabelul 2.1

2.2. Criterii de proiectare a formei și dimensiunilor piesei

Fig. 2.1. Fluxul informațional al proiectării unei piese din material plastic[17]

În figura 2.1 se prezintă fluxul informațional al proiectării unei piese din material plastic în care se observă cele mai importante pachete de software dedicate procesului de injectare.

Forma și caracteristicile finale ale piesei sunt în corelație cu natura materialului injectat, caracteristicile matriței și chiar tipul utilajului de injectare folosit.

De asemenea, geometria, dimensiunile și masa piesei sunt determinate de condițiile de utilizare.

Există o serie de reguli generale ce se impun a fi respectate în legătură cu forma pieselor injectate și anume:

– dimensiunile și masa piesei injectate trebuie să fie cât mai mici

piesa trebuie să aibă o formă cât mai simplă

se vor evita proeminențele și muchiile ascuțite

se va ține cont de contracția piesei.

Pentru realizarea acestor deziderate se vor lua în considerare aspecte legate de:

Punctul de injectare

Fig. 2.2. Reprezentarea punctului de injectare

La alegerea punctului de injectare se vor avea în vedere următorii factori:

– deoarece punctul de injectare lasă o urmă pe suprafața piesei la desprinderea de rețea se recomandă ca el să fie amplasat într-un loc mai puțin vizibil.

– rezistența mecanică este diminuată în locul punctului de injectare și se cere plasarea lui în zonele mai puțin solicitate.

– curgerea materialului impune plasarea punctului de injectare astfel încât umplerea cuiburilor să se facă în toate zonele.

– natura funcțională impune ca punctul de injectare să fie amplasat preferențial pe axele de simetrie ale pieselor. Având în vedere cele enunțate mai sus, capătul liber al reperului mâner va avea o formă semisferică iar punctul de injectare va fi amplasat pe această suprafață și totodată pe axa de simetrie a piesei.

Planul de separație

Așezarea în matriță a cuiburilor și implicit a piesei trebuie să permită o scoatere simplă prin alegerea planului de separație, planele de separație sunt deschise în general în mod forțat cu ajutorul unor elemente mecanice, înaintea planului de separație principal adică planul de deschidere al matriței pentru eliminarea piesei injectate.

Fig. 2.3. Reperezentarea palnului de separatie

2.3. Sisteme CAE pentru piesa injectată

In cazul pieselor injectate se impune problema integrării soluțiilor propuse de sistemele CAD, CAE și CAM. Acest sistem integrat presupune o accesibilitate bună la sistemele CAD precum și realizarea pieselor injectate și a matrițelor, tratate din punct de vedere termic, mecanic și reologic [3]. Analiza aprofundată a piesei injectate face obiectul a diferite sisteme de calcul care determină soluții cu rezultate foarte bune în practică.

2.3.1.Obiectivele sistemului

Din punct de vedere al evoluției pieselor injectate din material termoplastic se pun următoarele probleme: scurtarea timpilor de desfășurare, scăderea costurilor, creșterea calității produselor.

Scurtarea timpilor de desfășurare. Timpul necesar pentru realizarea unei matrițe-prototip întârzie producția de serie, însă se remarcă reducerea numărului modificărilor necesare pentru matrița de serie. Se creează astfel timp pentru modificări care nu erau până acum posibile, micșorându-se pericolul rebuturilor calitative.

Scăderea costurilor. Proprietățile pieselor din material termoplastic sunt influențate în mare măsură de procesul de fabricație, încă din faza de prototip se impun cerințe deosebite din punct de vedere al matriței. Acest lucru este valabil în special pentru procedeul de injectare, unde încă din această fază trebuie realizate matrițe apropiate de serie. Costurile unor asemenea matrițe-prototip sunt cu mult mai mari decât a modelelor pentru piesele din tablă.

Experiențele din domeniul matrițelor de injectat au arătat că în special la piesele mari și piesele critice din punct de vedere al curgerii utilizarea programelor reologice, termice și mecanice duce la reducerea costurilor.

Creșterea calității produselor. Cu ajutorul unor software se pot obține, referitor la piesa injectată, nu numai indicații privind comportamentul global, ci și antecalculații ale diferitelor caracteristici cum ar fi distribuția de tensiuni sau temperaturi în fiecare punct. Abaterile de la cerințe, spre exemplu de la distribuția omogenă a temperaturii în piesă în timpul răcirii în matriță, pot fi recunoscute la interpretarea rezultatelor de calcul. Prin schimbarea condițiilor limită, pe baza simulării numerice, pot fi împiedicate sau cel puțin minimalizate efectele care la piesa reală ar putea conduce la locuri slabe, ireversibile.

Un concept CAE pentru realizarea pe bază de calcul a unei piese injectate presupune luarea în considerare, conform figurii 2.1, a unor informații exterioare. Prin pregătirea secțiunilor software și hardware trebuie să fie posibilă prelucrarea datelor geometrice provenite din sistemul CAD și din coordonatele modelului. Dacă nu se pot obține aceste informații în timpul desfășurării procesului trebuie generate informații geometrice noi. Este necesară pregătirea unor module de calcul precum și date pentru generarea unor programe de calcul. Prin returnarea rezultatului de calcul sistemului CAD se poate realiza optimizarea construcției piesei prin buclă teoretică .

Fig. 2.4. Obiectivele unui concept CAE la realizarea unei piese

2.4. Tehnologia reperului

2.4.1. Alimentarea utilajului cu materie primă

Materia primă poate fi sub formă de pulbere sau granule. Granulația materiei prime are o mare importanță, deoarece influențează direct calitatea piesei obținute, de uniformitatea granulației depinzând omogenitatea topiturii, vâscozitatea și timpul de plastifiere.

Este necesar ca materia primă să nu conțină apă deoarece aceasta generează puncte de rezistență mecanică slabă.

2.4.2. Dozarea materiei prime

Prin dozare se urmărește asigurarea cantității corespunzătoare de granule de PP pentru umplerea cavității matriței. Materia primă (granulele de PP) este introdusă în buncărul de alimentare și este dozată prin reglajul cursei melcului – piston. Acesta este acționat de un motor.

În general se va admite în dozarea cantității de material care rămâne în cilindru la sfârșitul ciclului de injectare. În acest mod se evită injectarea incompletă respectiv atingerea frontală a cilindrului de către melc.

2.4.3. Injectarea și comprimarea materialului plastic în matriță

Prin deplasarea pistonului sau melcului acesta preia materialul plastic fluidizat introducându-l prin orificiul de umplere al matriței (duză) în locașurile de formare ale produsului.

În timpul umplerii cuiburilor matriței melcul întâmpină rezistența din ce în ce mai mare a materialului. După umplerea matriței este necesar ca melcul sau pistonul de injectare să mai exercite asupra materialului fluidizat o acțiune de presare (vezi figura de mai jos, ) pentru a anula tendința de revenire a polimerului în cilindrul de injecție.

Fig. 2.5. Poziția pistonului în diferite faze

t 1 – timp de umplere

t 2 – timp de menținere

t 3 – timp de răcire

În contact cu pereții reci ai matriței materialul începe să se răcească. În faza următoare îndesării urmează răcirea în masă și presiunea va scădea.

În faza de răcire există un moment în care la nivelul duzei de injectare se produce fenomenul de sigilare.

2.4.4. Solidificarea și răcirea piesei

În urma procesului de sigilare, solidificarea și răcirea piesei se accentuează. Are loc o creștere a densității și atingerea unei temperaturi care să permită scoaterea obiectului din matriță fără ca acesta să fie deteriorat. La durate de răcire prea scurte putem avea deformări ale piesei injectate, de aceea alegerea duratei de răcire este foarte importantă. Un timp de răcire prea mare poate influența negativ prețul de cost al piesei.

2.4.5. Scoaterea piesei din matriță

Scoaterea piesei injectate se realizează la nivelul planului de separație al matriței după ce a fost efectuată deschiderea acesteia.

Evacuarea piesei se va face prin intermediul unui sistem de aruncare acționat de un cilindru.

2.4.6. Durata totală a ciclului de injectare

Se va utiliza relația:

t T = t p + t i + t r + t men [ s ] [14.pg.120]

unde: t T – durata completă a ciclului de injectare

t p – timpul pentru ciclul în gol

t i – timpul de injecție

t r – timpul de răcire

t men – timpul de menținere a presiunii în matriță

t p – se ia funcție de caracteristicile mașinii de injectat

t p = 5 s

t i – se calculează cu relația următoare :

[ s ] unde

q – cantitatea de polimer deplasat într-o secundă, este o caracteristică a mașinii

q = 132 cm³/s

V – volumul piesei injectate

– volumul piesei injectate este format din volumul piesei propriu – zise la care se adaugă volumul culeei și cel al canalelor de distribuție.

V = Vpiesă + Vculee + Vcanalelor

Vpiesă ≈

Vculee =

Vcanalelor =

înălțimea canalului fiind h = iar raza canalului fiind

r = 2,5 mm

=> V = 9700 + 2998 + 1900 = 14.600 mm³ = 14,6 cm³

=> t i =

– timpul de menținere t men = 1,5 s prin comparația cu injectarea unor piese asemănătoare

– timpul de răcire se va determina cu relația :

[14.pg.121]

unde: q – este căldura latentă de solidificare

– greutatea specifică a materialului injectat [ g/cm³ ]

– grosimea peretelui piesei [ cm ]

– conductibilitatea termică a materialului

tp – temperatura piesei [ ºC ]

tm – temperatura matriței [ ºC ]

q se determină cu relația:

unde Q – căldura de modificare

m – masa piesei

– se cunoaște că Q = ( 1 )

c – căldura specifică a materialului

Δ T = t p – t s [14.pg.122]

ts – temperatura de solidificare,

pentru materialul PP, t s = 90º C, t p = 200º C

din relația ( 1 ) =>

c = 0,30 =>

pentru PP,

t m = 70º C

ρ = 1,09 g/cm³

=> t r =

2.5. Alegerea utilajului pentru injectat

Pentru realizarea pieselor injectate în condiții tehnico-economice optime, o importanță deosebită o are alegerea de către proiectantul de matrițe a celei mai adecvate mașini din parcul de mașini pe care îl are la dispoziție. Pentru aceasta este necesară cunoașterea caracteristicilor tehnice principale ale mașinilor de injectat din dotare, ca de exemplu: volumul maxim de injectare, presiunea de injectare, forța de închidere, dimensiunile maxime și minime ale matrițelor care se pot monta pe platourile de prindere a mașinii.

Criteriul de bază în alegerea mașinii de injectat trebuie să o constituie concordanța cât mai bună a performanțelor mașinii, cu caracteristicile piesei care urmează a fi obținută. În același timp injectarea piesei trebuie să se facă cu un consum de energie minim, respectiv cu ajutorul unei mașini de injectat cu putere instalată minimă.

CAP.3. PROIECTAREA MATRIȚEI DE INJECTAT

3.1. Introducere

Fazele de construcție ale unei matrițe sunt prezentate în figura 3.1 Matrițele sunt concepute după criteriul parametrilor ideali de prelucrare în faza de umplere și în cea a procesului de injectare. Din punct de vedere al dimensionării, concepția matriței se împarte în trei grupe: concepția reologică, termică și concepția mecanică.

Concepția reologică. Pornind de la imaginea umplerii, o simulare a comportamentului frontului de umplere, se pot calcula necesarul de presiune de injectare, evoluția temperaturii materialului pe parcursul de curgere, viteza de forfecare și tensiunile care iau naștere cu aceasta ocazie. Valorile sunt calculate și funcție de timp și de loc. Modificări ale temperaturii și ale tensiunilor de forfecare se pot recunoaște clar și pot fi modificate prin variația condițiilor de prelucrare: timp de umplere, temperatura materialului și temperatura peretelui matriței. Prin aceasta comportamentul în producție a unei matrițe poate fi recunoscut încă din faza de prelucrare. Cele mai renumite firme de programe de calcul reologic sunt (Moldflow, Cadmould etc.)

Programul de calcul reologic (Moldflow, Cadmould, Moldex 3D) presupune următoarele:

– calculul drumurilor maxime de curgere;

– calculul diametrelor optime ale canalelor de curgere (matrițe cu cuiburi multiple combinate cu sisteme cu canale încălzite);

– calculul complet prin sistem FEM – 3D al sistemului de injectare.

Procesul de umplere complet al matriței este tratat de catre calculator prin metoda elementelor finite.

Pentru introducerea geometriei și reprezentarea rezultatelor se necesită un program de intrare-ieșire (CATIA).

Concepția termică. Următorul pas important în concepția matriței de injectare este calculul proceselor termice din matriță.

Sistemul de temperare al matriței are o influență determinantă asupra duratei ciclului de injectare și implicit a costurilor piesei injectate.

Fig. 3.1. Fazele construcției unei matrițe de injectat.[14]

Programele de calcul pentru concepția termică a matriței calculează schimbul de căldură a matriței cu mediul, influența izolațiilor matriței, debitul mediului de răcire, poziția și diametrul canalelor de temperare, pierderea de presiune în sistemul de temperare precum și timpul necesar de răcire.

La concepția termică a matriței se respectă următorii pași de calcul:

– calculul timpului de răcire;

– bilanțul termic al matriței;

– debitul mediu de temperare;

– diametrele canalelor de temperare;

Concepția mecanică. A treia componentă de baza a unei proiectări de succes a matriței cu ajutorul calculatorului este dimensionarea mecanică.

Matrițele de injectat sunt supuse forțelor exercitate de materialul plastic din cuib și forței de închidere a mașinii. Sub acțiunea acestor forțe, matrița se deformează. Calculele făcute matriței de injectat se ivesc la optimizarea dimensională. Dimensionarea mecanică are la bază mai multe programe de calcul cu elemente finite (Antras, Ansys etc.)

Pentru calculul deformării matriței de injectare (soluția statică) a problemei există următoarele variante:

– programul de calcul 2D;

– programul de calcul 3D;

– măsurători în matrița. Se urmărește pe de o parte evitarea unor costuri prea ridicate prin supradimensionare, iar pe de altă parte evitarea unor costuri ulterioare datorate unor zone slabe.

3.2. Sisteme CAD-CAM pentru realizarea matriței

Sistemul de proiectare asistată de calculator și fabricația asistată de calculator CAD / CAM în domeniul matrițelor de injectat s-a dezvoltat foarte mult în ultimii ani de mai multe firme (, ProEnineer, Catia, Simatron, Moldflow C-mold, Delcam etc.

folosirea sistemului CAD / CAM asigura următoarele avantajele:

– la dezvoltarea piesei de la idee la construcție trebuie să se economisească timp;

– prin sistemul CAE se obțin piese injectate și matrițe optime, astfel încât, calitatea produsului crește.

Sistemele CAD / CAM au evoluat ajungându-se astăzi la sisteme integrate (fig.3.2.). Un astfel de sistem integrat este multimodular, care se bazează pe sisteme numerice de calcul NC, legătura între construcția matriței, programarea fabricației și fabricația cu NC pe mașini moderne de prelucrat matrițe.

Fig.3.2. Sistemele integrate CAD – CAM pentru realizarea unei matrițe[14].

Utilizarea elementelor normalizate în construcția unor matrițe prin sistem CAD a fost posibilă ca urmare a preocupării firmelor producătoare de a prezenta norme cât mai complete de elemente de matrițe.

Firmele Hasco, DME și Strack sunt printre putinii fabricanți a căror cataloage propun norme de matriță sub forma de programe compatibile cu o serie de sisteme CAD diferite.

Programul logic al firmei Strack este caracterizat printr-un timp de acces scurt deși baza de date conține aproximativ 20.000 matrițe complete și aproximativ 30.000 de piese distincte [14]. O caracteristică, specifică a acestui program este faptul că permite accesul la ansamble complete de matrițe. De exemplu, dacă utilizatorul schimbă grosimea plăcii, programul schimbă automat piesele si accesoriile care se utilizează. Aceasta se aplică de asemenea când diferite grosimi de plăci cuprinse în catalog, sunt specificate de operator

Norma Hasco folosește deja a patra versiune de programe catal de norme. Cu acest sistem funcționarea desenului este simplificată și prezentată interactiv direct, plecând de la sistemul CAD folosit.

Alte norme produse de diferite firme sunt astăzi compatibile numai parțial cu diferite sisteme de proiectare (CATIA, Procad etc.).

3.3. Fabricarea matriței cu ajutorul calculatorului

Sistemul CAM include toate activitățile legate de executarea și supravegherea procesului de fabricație a matriței de injectat.

Sistemul CAM în fabricația de matrițe se referă la:

-automatizarea fabricației;

– controlul fabricației;

-manevrarea și deplasarea sculelor și materialelor;

– supravegherea fabricației.

Construcția cu ajutorul calculatorului. Dorința mare de simplificare și flexibilitate în domeniul construcției de matrițe necesită prelucrarea de proceduri standard și rutine automate în sistemul CAD [14] .

Proiectarea și prelucrarea suprafețelor neregulate de matriță sunt greu de realizat fără intervenția calculatorului. Prin folosirea unor software moderne construcția tridimensională a devenit accesibilă. Produse speciale complexe pot fi privite din unghiul dorit, rotite, reflectate și secționate în plus apar numeroase facilități de construcție, de exemplu: legarea suprafețelor prin punți tangențiale, obținerea suprafețelor prin funcții matematice, rotunjiri cu rază constantă sau variabilă. Printr-o definire geometrică exactă proiectantul își face o imagine clară asupra construcției matriței încă din faza de început.

Programatorul NC trebuie să definească fiecare pas de lucru și să stabilească prelucrarea eficientă a geometriei, făcând legătura dintre tehnica de fabricație practica și programarea NC.

Pentru a nu se renunța la valorile practicate proprii, majoritatea modulelor CAM permit înființarea unui fișier propriu de date tehnologice. Unele sisteme oferă facilități pentru cicluri automate, de exemplu: strunjirea de degroșare sau optimizarea sculei și a cursei sculei. Simulările grafice oferă posibilitatea controlului drumurilor parcurse și a coliziunilor .

Sisteme de programare NC. Alături de sistemele integrate CAD-CAM există o serie de sisteme de programare NC de sine stătătoare. Ele permit atât obținerea noilor geometrii de piese, cât și prelucrarea datelor geometrice din sistemele CAD, pentru utilizări simple, aceste sisteme pot genera, în dialog sprijinit grafic, un program de prelucrare NC.

3.4. Proiectarea sistemului de injectare

Se vor face dimensionări care să permită definirea soluției constructive a sistemului de injectare. Proiectarea sistemului de injectare cuprinde mai multe etape.

3.4.1. Alegerea diametrului duzei de injectare din matriță

Alegerea diametrului duzei matriței se va face în funcție de:

masa piesei de injectat

tipul materialului plastic utilizat.

=> d 0 = f (masa piesei, material)

Dacă notăm raza duzei mașinii cu R și cu d diametrul duzei mașinii de injectat, atunci : d 0 = d + 1

R = r + 1

m = 20 si 24 g.

Fig. 3.3. Duză de injectat

Matrița având un cuib=> m = 44×1= 44g și materialul piesei : PP => conform tabelului => d 0 = 4,8 mm.

Conicitatea orificiului duzei nu trebuie să depășească 4º. S-a ales conicitatea = 4º.

Lungimea culeei de injectare este dependentă în general de grosimea plăcilor în care se montează duza. În cazul matriței proiectate, lungimea culeei este : l = 60 mm.

– se impune însă respectarea raportului : = 5…9.

= = 10

În acest caz se admite o mărire a diametrului duzei la 1,1…1,2 d0

=> d0 = 1,1 · d0 = 4,95 => se alege d0 = 5 mm

.

Dimensionarea cuiburilor în funcție de contracția materialului

In cazul proiectării matrițelor de injectat, dimensiunile părților active (ale cuiburilor) trebuie să asigure dimensiunile prescrise ale piesei injectate, după răcirea ei completă.

Deci, este necesară dimensionarea cuibului matriței în concordanță cu toleranțele prescrise dimensiunilor piesei și ținând cont de contracția piesei.

Fig. 3.4 [15]

Notând o dimensiunea nominală cu h și toleranța ei cu , dimensiunea efectivă a piesei va fi h . Similar, dacă notăm dimensiunea nominală a cuibului cu H și toleranța ei cu , dimensiunea efectivă a cuibului va fi H .

Dimensiunea maximă a piesei ( h +) se va realiza cu dimensiunea maximă a cuibului matriței ( H + ∆ ) atunci când contracția este minimă ( Cmin ) respectiv dimensiunea minimă a piesei ( h – ) va rezulta cu dimensiunea minimă a cuibului când contracția este maximă ( Cmax ).

Se poate scrie :

(H +∆) – (H + ∆) Cmin = h + și

(H – ∆) – (H – ∆) Cmax = h –

Considerând ca și necunoscute dimensiunea nominală a cuibului H și toleranța acestei dimensiuni ∆ se rezolvă sistemul neglijând termeni foarte mici și introducând termenul :

=> și

pentru materialul PP, contracția C = 0,3…0,8 %

Avându-se în vedere rolul funcțional al piesei , toleranța dimensiunilor se stabilește la valoarea = 0,5 mm

dimensiunea nominală h1 – diametrul

h1 = 16 mm ; = 0,5 mm

C med = = 0,55%

H1 = = 16,088 ≈ 16,1 mm

∆1 = 0,5 – 16,1 = 0,459 ≈ 0,46 mm

– înălțimea reperului h2 = 95 mm ; = 0,5 mm

H2 = = 55,44 mm

∆2 = 0,5 – 45,25 = 0,39 mm

3.5. Verificarea posibilității de realizare a piesei prin injectare

Designul produselor din materiale termoplastice injectate este, în principal, confruntat cu criterii tehnologice, estetice și economice. Ca atare, cunoașterea proprietăților materialului, a tehnologiei și a mijloacelor tehnologice utilizate pentru prelucrarea lui sunt deosebit de importante și acționează posibilitatea obținerii unor forme estetice raționale, funcționale.

Factorii semnificativi care permit evaluarea capacității unui material pentru a fi folosit pentru diverse aplicații sunt: rezistența la tracțiune, alungirea la rupere prin tracțiune, modulul de elasticitate, rezistența la șoc și duritatea. Acești factori sunt determinați nu numai de natura materialului respectiv, ci și de acțiunea chimică a unor substanțe, radiații.

În cazul produselor din polipropilenă, formate prin injectare, trebuie să se țină seama, în principal, de următoarele aspecte:

– umplerea corectă a cavitații matriței

– extragerea produsului, după injectare, din matriță

– calitatea produsului injectat

– performanțele fizice ale produsului

– toleranțele necesare

Umplerea cavității matriței, presiunea maximă de injectare realizată de mașinile de injectat, viteza de injectare și vâscozitatea relativă înaltă a polimerului limitează forma și mărimea cavității care poate fi umplută în timpul procesului de injectare, respectiv în care se formează produsul. Și mărimea culeei de injectare are o mare importanță asupra ușurinței de umplere a unei anumite cavități și trebuie să fie suficient de mare și pentru cuiburile care prezintă zone critice pe parcursul curgerii topirii de polimer.

Extragerea produsului din matriță se face ținând cont de faptul că polipropilena are o contracție după răcire relativ mare, intre 2 – 3 % și care depinde și de grosimea pereților piesei. Această proprietate cauzează dificultăți de extragere și din această cauză se practica de obicei o conicitate de minim 1,5o. [17].

Calitatea suprafeței are în vedere formarea inevitabila a bavurilor în zona de separație. Ca atare se iau măsura constructive de deplasare a zonei de separație în locuri permise de piesa. Un defect major din punct de vedere al esteticii și al rezistenței piesei îl prezintă așa zisele “linii de sudura”, provenite din întâlnirea a două sau mai multe fluxuri de material topit, sau semnele de curgere, ca rezultat al pulverizării topiturii în zona culeei și a umplerii prea încete a cavității matriței. Semnele de curgere, liniile de sudură și blocările aerului depind foarte mult de forma, mărimea și poziția rețelei de injectare.

Distorsiunile sunt rezultatul contracției diferențiate a materialului și a orientării macromoleculelor. Mărimea culeei afectează mult distorsiunea piesei. Culeele mici cauzează o umplere lentă, orientarea macromoleculelor și deci distorsiuni. Adesea distorsiunile greu controlabile sunt evitate prin placarea produsului cu armături de

rigidizare. Un alt mijloc de diminuare a distorsiunilor îl reprezintă proiectarea adecvată a sistemului de răcire a matriței.

Toleranțele necesare matriței se asigură cu o relativă dificultate, având în vedere că polietilena prezintă o contracție mare. Ca atare și precizia dimensională a produsului se realizează mai greu și deseori se recurge la finisarea matriței la dimensiunile finale ale cavităților, după câteva injectări de probă.

3.5.1. Forma și dimensiunile piesei

Condițiile de utilizare a piesei determină și dimensiunile ei, reguli ce se impun a fi respectate în legătură cu forma piesei injectate:

– piesa injectată trebuie să aibă forma geometrică cea mai simplă posibil

– dimensiunile și masa piesei injectate trebuie să fie cât mai mici

– configurația piesei trebuie să permită scoaterea cât mai ușoară din matriță

– se vor evita pe cât posibil proeminențele și muchiile ascuțite

– se ține cont de contracția piesei în legătură cu precizia dimensională

Fig. 3.5. Prezentarea piesei din material plastic (PP)

Alegerea punctului de injectare are în vedere o serie de factori restrictivi. Estetica piesei impune alegerea punctului de injectare într-un loc mai puțin vizibil, deoarece punctul de injectare lasă o urmă pe suprafața piesei, la desprinderea de rețea. Rezistența mecanică este diminuată în locul punctului de injectare și se cere plasarea lui în locurile mai puțin sau deloc solicitate.

Natura funcțională impune ca punctul de injectare să nu se formeze pe suprafețe funcționale, recomandându-se plasarea lui pe axele de simetrie ale pieselor. Curgerea materialului impune plasarea punctului de injectare astfel încât umplerea cuiburilor să se facă în toate zonele, limitând riscul deformărilor și a bulelor de aer.

Matrița care va realiza piesa noastră atrre un singur plan de separatie datorita formei piesei .

Planul de separație se alege astfel încât piesele să fie scoase cât mai simplu și ușor din matriță.

Stabilirea grosimii pereților piesei injectate se face pentru o valoare minimă neceară, ce depinde de: destinația și sarcinile la care este supusă piesa, forma piesei si caracteristicile reologice ale materialului termoplastic

În principiu se urmărește ca grosimea pereților piesei să fie uniformă, pentru a se evita formarea turbulențelor în timpul curgerii materialului termoplastic topit în matriță, cu consecință în formarea golurilor, retasurilor și apariția tensiunilor interne în piesă. Cum menținerea unei grosimi uniforme nu se poate respecta întotdeauna, trecerea de la o grosime la alta se va face progresiv.

Piesele injectate se contractă pe miezul matriței, în timpul procesului de răcire. Acest fenomen implica înclinarea pereților cuiburilor în vederea aruncării din matriță. Contracțiile pieselor injectate depind în mare măsură de tipul materialului plastic și de aceea conicitățile pieselor injectate sunt tratate diferit pentru fiecare material în parte.

Fenomenul contracției trebuie bine cunoscut de la proiectarea piesei și a tehnologiei de injectare. În cazul pieselor cilindrice sau tronconice din materiale termoplastice cristaline, deformațiile fiind mari datorită diferențelor de contracție longitudinală și transversală, se practică curbări, îngroșări și nervuri.

3.6. Proiectarea sistemelor conexe

3.6.1. Proiectarea sistemului de aerisire

La umplerea matriței de injectat cu materialul termoplastic plastifiat, aerul existent în cuib este forțat să se refugieze la extremitatea matriței. În cazul în care nu are nici o posibilitate de ieșire din matriță, aerul este comprimat și supraîncălzit, determinând arderea materialului plastic injectat.

La proiectarea matriței pentru injectarea piesei s-au luat măsuri speciale pentru asigurarea aerisirii corespunzătoare a cuiburilor.

Aerisirea matriței se face cu ajutorul poansonului de aerisire, montat cu joc în pastila . Aerul evacuat este evacuat spre exterior, datorită canalelor cu care este prevăzut poansonul de aerisire.

3.6.2. Proiectarea sistemului de răcire a matriței

Calitatea pieselor injectate din materiale termoplastice depinde de o serie de parametrii tehnologici, temperatura matriței la injectare este unul dintre cei mai importanți.

Răcirea corespunzătoare a matrițelor de injectat trebuie asigurată în toate cazurile, pentru obținerea unor piese injectate cu contracții minime și pentru scurtarea duratei ciclului de injectare. Răcirea pieselor injectate se realizează prin răcirea matriței de injectat cu ajutorul unui sistem de canale de răcire folosind ca mediu de răcire apa.

Fig. 3.6. Reperezentarea sistemului de răcire

Reglarea temperaturii de răcire a matriței se realizează prin modificarea corespunzătoare a debitului apei de răcire.

La proiectarea sistemelor de răcire a matrițelor se impune respectarea următoarelor reguli:

Secțiunea canalelor de circulație a mediului de răcire trebuie să fie proporțională cu grosimea pereților piesei injectate;

Canalele de circulație trebuie plasate cât mai aproape de piesă;

În cazul pieselor cu grosimea pereților constantă, canalele de circulație trebuie amplasate la distanțe egale față de suprafețele piesei injectate, iar în cazul pieselor cu grosimea de perete variabilă, distanțele dintre canalele de circulație și suprafețele respective ale piesei trebuie să fie în raport invers cu grosimile pereților piesei;

Distanța dintre canalele de circulație trebuie stabilită în așa fel încât să realizeze o temperatură uniformă pe toate suprafețele active ale matriței;

Lungimea circuitului de răcire a matriței trebuie să fie cât mai mică, pentru ca diferența între temperatura de intrare și cea de ieșire a apei de răcire să nu depășească 3…5o;

Numărul schimbărilor de direcție a circuitului de răcire trebuie să fie cât mai mic posibil, pentru a asigura curgerea cât mai ușoara a apei de răcire;

Soluțiile constructive adoptate la proiectarea sistemelor de răcire ale matrițelor de injectare trebuie să asigure etanșarea perfecta a circuitului de răcire.

3.6.2.1 Determinarea ecuației generale de bilanț termic în matriță

Temperatura matriței este factorul hotărâtor pentru viteza de răcire si proprietățile reperului injectat, ea se stabilește în funcție de schimbul de căldură care are loc în matriță:

Fig. 3.7. Schimbul de căldură ce are loc în cazul unei matrițe de injectat [14].

– între materialul termoplastic injectat în matrițǎ și materialul matriței Q;

– între matrița și mediul de temperare QT;

– între matrița și mediul înconjurător (platourile mașinii de aer) QE.

Dacă considerăm fluxurile termice care pătrund în matrițǎ ca pozitive, iar fluxurile termice care ies din matriță ca negative, atunci putem scrie ecuația de bilanț termic:

Q= -QT – QE ,

rezultând ecuația : Q+ QE + QT = 0 ,

Ecuația exprimă faptul că volumul de căldură care este preluat de matriță este identic cu de volumul de căldură cedat de matriță, în momentul în care temperatura matriței este constantă în timp.

Un rol foarte important la transferul termic conductiv din matriță îl are conductibilitatea termică a materialului matriței. In tabelul 3.3 se prezintă conductivitatea termică pentru câteva materiale.

Tab.3.1. Călduri specifice și cantități de căldură eliberate pentru materialele plastice[17].

3.6.3. Proiectarea sistemului de aruncare a piesei

După răcire, respectiv solidificarea piesei injectate, aceasta trebuie eliminată din matriță, o dată cu deschiderea acesteia. Faza de scoatere, respectiv de aruncare a piesei din matrița de injectat, face parte din ciclul de injectat. Modul de rezolvare constructivă, precum și durata în timp a acestei operații au o mare influență asupra calității procesului de injectare.

in principal, sistemele de aruncare utilizate pentru scoaterea piesei din matriță se regăsesc in trei variante :

cu aruncare mecanică

cu aruncare pneumatică

cu aruncare hidraulică

În cazul nostru, am optat pentru un sistem de aruncare mecanică. Acest tip de

aruncare este cel mai utilizat sistem de aruncare. Mecanismul de aruncare mecanică este acționat de către mașina de injectat, în timpul deschiderii matriței.

Sistemele de aruncare mecanică au o construcție ce ține cont de forma construcției și de cerințele estetice ale piesei de injectat, uneori fiind construcții mai complexe.

3.6.4. Proiectarea sistemului de centrare – conducere

Matrița de injectat se va monta pe platourile de prindere ale mașinii, prin intermediul unor bride de fixare. Asigurarea poziției corecte a celor două jumătăți de matriță, fixate pe platourile de prindere a mașinii de injectat, în raport cu capul de injectare al mașinii, precum și centrarea perfectă a celor două jumătăți ale matriței, au o importanță deosebită.

În vederea asigurării poziției corecte a celor două jumătăți, în așa fel încât la montarea lor pe platourile de prindere a mașinii de injectat, duza matriței să fie perfect centrică cu duza capului de injectare a mașinii, matrița se prevede cu inele de centrare, fixate în plăcile ei de prindere. Inelul de centrare din placa de prindere a părții mobile formează un ajustaj cu joc cu platoul de prindere al mașinii de injectat, întrucât centrarea matriței este asigurata de inelul de centrare montat în placa de prindere din partea duzei.

Pe parcursul desfășurării ciclului de injectare, conducerea matriței de injectat centrată, se asigură de către coloanele de ghidare ale mașinii pe care se deplasează, prin intermediul bucșelor de ghidare, platoul de prindere mobil.

Centrarea și conducerea interioară a matriței de injectat asigură obținerea pieselor cu o precizie corespunzătoare, realizându-se cu ajutorul coloanelor de ghidare, montate în partea mobilă a matriței și a bucșelor de ghidare, fixate în partea fixă a matriței.

Două dintre coloanele de ghidare sunt execute cu un diametru diferit de a celorlalte două, astfel încât cele doua părți ale matriței să poată fi montate numai într-o singură poziție, evitându-se deteriorarea lor din cauza montării greșite pe platourile de prindere ale mașinii de injectat.

Pentru menținerea timp cât mai îndelungat a preciziei centrării și conducerii

interioare a matrițelor de injectat și pentru micșorarea uzurii coloanelor și bucșelor de ghidare, acestea se prevăd cu canale de ungere.

Ungerea periodică a coloanelor de ghidare trebuie să se facă cu unsoare

consistentă, având adaos de bisulfură de molibden.

Conducerea interioară a celor două jumătăți de matriță, trebuie să fie în perfectă concordanță cu centrarea tuturor plăcilor matriței. Centrarea în poziția corectă, a plăcilor matriței, se realizează cu știfturi cilindrice de centrare. Fixarea plăcilor în poziția centrată se face cu ajutorul șuruburilor. Găurile pentru montarea știfturilor, respectiv a bucșelor de centrare, se realizează cu ajutorul unei mașini de găurit în coordonate, într-o singură prindere pentru toate plăcile.

CAP.4. MATERIALE UTILIZATE LA FABRICAREA MATRIȚEILOR

DE INJECTAT

Matrițele de injectat materiale termoplastice pot fi confecționate din mai multe tipuri de materiale, cele mai de utilizate sunt: oțelurile, aliajele neferoase și materialele nemetalice. La serii de fabricație mari, de la 4000 până la câteva milioane de bucăți, se utilizează în general oțelul.

4.1. Oțeluri

Oțelurile pentru costrucția matrițelor de injectat trebuie să îndeplinească, din punct de vedere al fabricației, următoarele condiții: prelucrabilitate bună, calitate bună a suprafeței, tratamente termice simple, deformații cât mai reduse, posibilități de deformare la rece ( în cazuri speciale ). Oțelurile folosite la fabricarea matrițelor pot fi împărțite în următoarele grupe:

oțeluri de uz general;

oțeluri de cemenatre;

oțeluri de nitrurare;

oțeluri pentru călire

oțeluri de îmbunătățire;

oțeluri anticorozive

4.1.1. Oțeluri de uz general

Oțelurile de uz general pentru construcții, conform STAS, sunt ușor prelucrabile prin așchiere, se sudează bine, au rezistență și tenacitate corespunzătoare. Ele pot fi utilizate în condiții bune pentru confecționarea diferitelor plăci ale matrițelor care nu vin în contact cu materialul plastic, cum ar fi: placa de prindere, placa intermediară, placa distanțieră. Pentru a asigura rezistența necesară la solicitarea prin compresiune de regulă se utilizează marca de oțel OL 60.

Pentru matrițele mai mici, cu solicitări mai reduse, pot fi utilizate și mărcile OL 42 și OL 50. Din aceste oțeluri se mai pot confecționa și alte piese ca: șuruburi de fixare, dopuri filetate, prelungitoare, suporți si alte elemente care nu sunt supuse unr uzuri intense sau nu sunt solicitate puternic in timpul exploatarii matritei.

4.1.2. Oțeluri pentru cementare

Aceste oțeluri au conținut redus de carbon ( 0,07-0,18% ). Prin carburarea suprafeței exterioare, conținutul de carbon crește la 0,8-0,9%, adâncimea stratului carburat fiind cuprinsă între 0,5-1,2 mm. După călire stratul exterior devine foarte dur (58-62 HRC), având rezistența mare la uzură, păstrându-și în același timp tenacitatea miezului.

La utilizarea oțelurilor de cementare se ține seama de două procedee de prelucrare: prelucrarea prin așchiere și presare la rece.

Oțeluri pentru cementare folosite la prelucrarea prin așchiere. Pentru prelucrarea prin așchiere se pt utiliza toate oțelurile de cementare. Datorită faptului că matrițele de injectat lucrează în condiții grele de exploatare vor fi alese acele oțeluri de cementare care pe lângă o suprafață dură și o rezistență corespunzătoare a miezului chiar și pentru matrițe de dimensiuni mari.

În această categorie se utilizeazp atât oțelurile carbon de calitate pentru cementare cât și oțelurile aliate pentru cementare. Pentru confecționarea coloanelor de ghidare, a bucșelor de ghidare, a coloanelor înclinate, se recomandă oțelul carbon de calitate OLC 15 (C15).

Pentru cuiburile matriței, poansoane și alte piese ale matriței supuse la solicitări mari se recomandă oțeluri aliate pentru cementare. Datorită solicitărilor locale mari la compresiune și încovoiere la serii mari de piese injectate este necesar ca piesele matriței să aibă pe lângă o duritate superficială ridicată pentru a rezista la uzură și maximum de tenacitate în miez. Pentru aceasta se execută un tratament termic de îmbunătățire, a structurii miezului, respectiv o dublă călire.

Oțelurile recomandate pentru acest lucru sunt: 18MgCr10, 15CrNi15, 21MoMgCr12, 20MoNi35, 18MoCrNi13, 13CrNi30. Toleranțele mici indicate pentru reperele injectate impun în unele cazuri oțeluri care în urma tratamentului termic au o deformare minimă, cum ar fi: 21MgCr12,

28TiMgCr12, 16CrNiW10. Aceste oțeluri fiind cu granulație fină, pot fi supuse tratamentelor termice simple după cementare și sunt indicate pentru piese greu solicitate.

Oțeluri pentru cementare care se prelucrează prin deformare la rece.

Aceste oțeluri se recomandă atunci când se construiesc matrițe cu mai multe cuiburi și când suprafețele cuiburilor sunt greu de realizat prin așchiere.

Posibilitatea prelucrării prin presare la rece a diferitelor oțeluri va fi stabilită prin rezistența

obținută după recoacerea de înmuiere și prin existența unei granulații feritice fine. Structura de recoacere trebuie să fie lipsită de perlită lamelară.

Ca regulă se menționează că un oțel poate fi bine prelucrat pe adâncime când produsul

1,25 HB 5<300 . Cu cât diferența ântre 1,25 HB și 300 este mai mare, cu atât se pot prelucra cuiburi mai adânci și nuu este necesară o recoacere intermediară. La diferențe mai mici a valorilor de mai sus cuiburile prelucrate prin presare la rece trebuie să fie mai mici.

Pentru presare la rece sunt recomandate următoarele mărci de oțeluri: OLC 10, OLC 15.

Oțelurile OLC 10 și OLC 15 în stare normalizată au o duritate de 120-140 HB, pretându-se ușor presării la rece pentru cuiburi mici, fără recoacere intermediară.

După cementare, călire și revenire, se obține în miez o rezistență de 42-50 , duritatea în miez de 110-140 HB și în stratul cementat o duritate de minim 56 HRC.

Din analiza acestor date, rezultă că aceste oțeluri se pot utiliza pentru piese cemenate prelucrate prin deformare la rece, care nu necesită proprietăți de mare rezistență la miez.

Se execută în general cuiburi în pastile montate în plăci cu locașuri multiple, plăcile călite preluând eforturile de compresiune la închiderea matriței, iar cuiburile preluând efectul de uzură și presiunea materialului plastic.

4.1.3. Oțeluri pentru călire

Oțelurile pentru călire se recomandă în cazul matrițelor de injectat cu cuiburi plate. Datorită deformațiilor care apar în urma tratamentului termic de călire, în cazul cuiburilor cu configurație complicată, se folosește prelucrarea prin electroeroziune după tratament termic. Solicitările mari

la care sunt supuse aceste piese necesită obținerea unei structuri foarte fine care se realizează prin alegerea unei temperaturi minime de călire și menținerea scurtă la aceste temperaturi.

În construcția matrițelor de injectat, ca oțeluri pentru călire, se folosesc oțelurile de carbon de scule: OSC 6, OSC 9, OSC 10, OSC 11, OSC 12. Aceste oțeluri au călibilitate mică.

La diametre mai mari de 5 mm duritatea scade brusc sub 60 HRC la 2-4 mm distanță de suprafață. Aceste oțeluri nefiind recomandate pentru execuția sculelor cu grosimi mai mari de

20-25 mm, vor fi folosite la piese ca: bucșe de ghidare, bucșe de conducere, bucșă centrală, aruncătoare tubulare, poansoane de dimensiuni mici. Piesele de forme complicate executate din aceste oțeluri se călesc în două medii ( răcire întreruptă ), sau li se aplică o călire în trepte

( izotermă ). Aceste procedee reduc riscul deformărilor și al apariției fisurilor.

De asemenea, în construcția matrițelor de injectat, ca oțeluri pentru călire, se folosesc cele aliate pentru scule cu adâncime de călire mare: 200CrC1220, 97MnCrW14, VMn18. Aceste oțeluri oferă pieselor o suprafață foarte dură și în același timp o mare rezistență în miez. See recomandă pentru matrițe cu adâncimea cuibului mare și cu precizie ridicată, prezentând deformații foarte mici în urma tratamentului termic. Oțelul 200Cr120 este ledeburitic și are caracteristici și tratament termic deosebit fașă de alte oțeluri. La acest oțel, pentru ca dimensiunile pieselor după călire și revenire să nu difere de cele inițiale ( în stare recoaptă ) se recomandă aplicarea unei căliri de la 1050-1060 urmată de o revenire la 475-500. După o primă revenire la 475 se măsoară dimensiunile și numai dacă mai este necesară o creștere a acestora, se repetă revenirea descompunând o nouă porție de austenită reziduală.

4.1.4. Oțeluri de îmbunătățire

Datorită unor motive ca: imposibilitatea eliminării, lipsa utilajelor de rectificare a profilelor complicate și de corectare a găurilor, necesitatea executării cuiburilor direct în placă de de formare a matriței, au dus la folosirea oțelurilor de îmbunătățire. După degroșarea prin așchiere, piesele se călesc și se revin înalt obținându-se o duritate 250-350 HB, alegerea durității făcându-se după posibilitățile de finisare. Atunci când toleranțele pieselor fabricate o permit se pot face după călire reveniri joase, duritățile obținute fiind mai ridicate, după care urmează operația de lustruire. Avantajele utilizării acestor materiale sunt: rapiditate în executarea matriței, eliminarea

riscului apariției deformărilor după tratamentului termic, posibilitatea executării de remedieri la matriță în cazul în care nu s-au obținut dimensiunile dorite de la prima încercare.

Oțelurile de îmbunătățire recomandate pot fi oțelurile carbon de calitate: OLC 45, OLC 55, OLC 60.

Oțelurile aliate pentru îmbunătățire pot fi: 41MoCr1A, 50VCr11 etc. Oțelurile 41MoCr11 se ztilizează pentru piesele puternic solicitate, cu secțiune mare de îmbunătățire. Prin călire și revenire se obțin 270-320 HB. Oțelul 50VCr11 se recomandă pentru secțiuni medii sub 50 mm. După îmbunătățire se obțin 300-400 HB.

Tabelul 4.1

Oțeluri recomandate pentru execuția elementelor constructive ale matrițelor

CAP. 5. PROIECTAREA TEHNOLOGIEI DE EXECUTIE A REPERULUI PLACĂ DE CENTRARE

5 A. PREZENTAREA TEHNOLOGIEI DE PRELUCRARE CLASICĂ

5.1. Stabilirea itinerarului tehnologic

1. Debitare ;

2. Strunjire frontala ;

3. Stunjire exterioara ;

4. Stunjire interioara ;

5. Gaurire ;

6. Alezare;

7. Frezare;

8. Tesire interioara;

9. Tesire exterioara;

10. Tratament termic;

11. Rectificare interioara ;

12. Rectificare exterioara ;

13. Rectificare plana ;

14. Control final.

5.2. Calculul adaosului de prelucrare si a dimensiunilor intermediare

Adaosul de prelucrare se calculează pentru una din suprafețele frontale și pentru una din suprafețele cilindrice exterioare, urmând ca pentru celelalte suprafețe să se adopte aceleași valori.

Adaosul de material este stratul care se îndepărtează prin așchiere de pe suprafața semifabricatului în scopul obținerii preciziei suprafeței prelucrate.

Adaosul de prelucrare intermediar este stratul de material care se îndepărtează la fiecare operație (fază) de pe suprafața semifabricatului. Dimensiunile intermediare sunt dimensiunile succesive care se obțin la operațiile sau fazele de prelucrare prin așchiere ale suprafețelor considerate.

Determinarea mărimii optime a adaosului de prelucrare și calculul dimensiunii intermediare are o deosebită importanță tehnico – economică la proiectarea proceselor tehnologice deoarece valoarea lor influențează direct asupra productivității muncii și asupra prețului de cost al piesei.

Dacă adaosul de prelucrare este mare necesită multă energie, timp de prelucrare mai lung, deci productivitatea scade. Dacă adaosul de prelucrare este mic nu asigură îndepărtarea stratului defect al semifabricatului ca urmare crește numărul pieselor rebutate.

Adaosul de prelucrare se poate determina prin două metode:

metoda experimentală statistică – constă în stabilirea adaosului de prelucrare

cu ajutorul unor standarde sau tabele normative alcătuite pe baza experienței sau a datelor statistice din intreprinderi. Dezavantajul acestei metode constă în faptul că adaosurile sunt determinate a ține seama de procesul tehnologic concret de aceea adaosurile determinate prin aceasta sunt orientative.

metoda prin calcul analitic – se bazează pe analiza factorilor care determină mărimea adaosurilor de prelucrare și stabilirea elementelor componente ale acestora.

Calculul analitic se bazează pe premisa că mărimea adaosului intermediar pentru operație sau fază curentă trebuie să fie suficientă pentru a înlătura toate erorile de prelucrare apărute în faza precedentă, la care se adaugă erorile de așezare în faza curentă.

Relația generală pentru calculul adaosului de prelucrare este:

pentru suprafețe simetrice prelucrate simultan și pentru suprafețe de revoluție:

2 Ac min= 2(Rzp + Sp) + [11, pag. 108, rel. 6.11]

pentru piese nesimetrice sau suprafețe simetrice prelucrate succesiv:

Ac min= Rzp + Sp + ρp + εc [11 pag. 108, rel. 6.13]

Rzp – adâncimea medie a rugozității

Sp – adâncimea stratului superficial

ρp – abaterea de la poziția reciprocă corectă a suprafeței prelucrate față de

suprafața de bazare a piesei

εc – erorile de orientare și fixare la operația curentă.

1. Pentru suprafața

a) pentru rectificare (operația precedentă este strunjirea)

, [11, pag. 191, rel. 3.3.]

în care: adaosul de prelucrare minim pentru operația (faza) i, considerat pe o

parte (pe rază sau pe o singură față plană)

înălțimea neregularităților profilului rezultate la faza precedentă i-1

adâncimea statului superficial defect format la faza precedentă i=1

abaterile spațiale ale suprafeței de prelucrat rămase după efectuarea

fazei precedente i

eroarea de așezare la faza de prelucrare considerată i

[11, pag. 220, tab. 4.9]

[11, pag. 220, tab. 4.9]

[11, pag. 213, tab. 4.2]

[11, tab. 4.6]

15 mm= lungimea semifabricatului

Din 10, pag. 170, cap. 2, tab. 2.15, obținem toleranța pentru operația de strunjire conform treptei 10 de precizie

Deci adaosul nominal pentru rectificare (după strunjire) este:

Diametrul maxim înainte de rectificare (după strunjire) este:

Se rotunjește la:

Diametrul minim rezultă:

Deci operația de strunjire se va executa la cota:

b) pentru strunjire la (anterior strunjirii materialului este o bară sub formă de laminat)

în care: mărimea curburii totale

erorea de centrare

[11, pag. 218, tab. 4.6]

Adaosul minim pentru strunjire este:

Din 10, pag. 214, tab. 4.1 se obține abaterea inferioară a diametrului barei laminate:

Adaosul nominal de calcul:

Diametrul nominal de calcul al barei laminate se determină cu formula 10, pag. 212, 4.1:

Se alege o bară laminată având diametrul standardizat ,

Pentru suprafață

pentru rectificare (operația precedentă este strunjire)

[11, pag. 218, tab. 4.6]

Din 10, pag. 170, tab. 2.15, obținem toleranța pentru operațiade strunjire

conform treptei 10 de precizie.

Adaosul nominal pentru rectificare este:

Diametrul maxim înainte de rectificare (după strunjire) este:

Se rotunjește la:

Diametrul minim rezultă:

Deci operația de strunjirese va executa la cota:

b) Pentru strunjirea de la diametrul la nu se mai fac calcule deoarece

diametrul s-a obținut la strunjirea diametrului pentru dimensiunea .

Adaosul de prelucrare fiind diferența între cele două diametre .

Pentru degajarea

Adaosul de prelucrare se determină din diferența diametrelor, înainte de rectificare și diametrul final de degajare.

Diametrul înainte de rectificare:

deci adaosul de prelucrare este:

pentru prelucrarea frontală a piesei

pentru rectificare (operația precedentă fiind strunjirea de finisare):

Toleranța de strunjire în treapta 10 de precizie la lungimea de 10mm este . [11, pag. 170, tab. 2.15].

Abaterea limită la lungimea de strunjire va fi .

Adaosul nominal calculat pentru suprafața frontală este:

Deci lungimea piesei înainte de rectificarea suprafețelor frontale va fi:

pentru operația de strunjire frontală (operația precedentă: debitarea)

[11, pag. 221, tab. 4.11]

[11, pag. 221, tab. 4.11]

Toleranța la lungimea de debitare în treapta a 14-a de precizie este de .

Abaterea la lungimea de debitare va fi:

Prin urmare adaosul nominal calculate pentru strunjirea frontală este:

Deci piesa va avea lungimea de:

rotunjit

cu toleranța

Pentru suprafața

pentru rectificare (operația precedentă este găurirea):

[11, pag. 256, tab.6.1]

[11, pag. 256, tab.6.1]

Abaterea spațială pentru găuri executate cu burghiul:

Din 10, pag. 260, tab. 6.3 avem:

lungimea găurii din piesa de prelucrat

Toleranța pentru operația precedentă – găurire conform treptei 12 de precizie este:

Dimensiunea minimă după găurirea găurii (înainte de rectificarea interioară) este:

Se rotunjește:

Diametrul burghiului va fi de (STAS 575/80 Rp5).

5.3. Calculul regimului de așchiere

Strunjirea frontală la un capăt al barei:

Mașina unealtă este strung CNC iar cuțitul utilizat este un cuțit lateral pentru strunjire frontală (STAS 6381-80), având

=0,5,

[17, pag. 174, tab.9.25]

Regimul de așchiere : ;

Din [17, pag. 174, tab.9.25 și tab. 9.40], alegem:

;

Găurire la

Se va folosi un burghiu elicoidal cu coadă conică STAS 575-80:

Elementele caracteristice ale burghiului:

STAS 1370-74: ; ; ;

Avansul se determină cu relația:

[17, rel. 12.3, pag. 226]

când C< 3D: în acest caz deci condiția este satisfăcută.

coeficient de avans; [17, pag. 226, tab. 12.9]

(Mașină: Strung CNC)

Calculul vitezei de așchiere:

[17, pag. 233, rel. 12.7]

Valorile coeficientului și a exponenților sunt date în ; ; T=25 [min].

[17, pag. 233, rel. 12.9]

Din 17, pag. 234, tab. 12.23. avem:

; ; ; ; ;

Turația:

; .

Strunjirea cilindrică exterioară la

Adâncimea de așchiere:

Calculul forței principale de așchiere:

[11, pag. 347, rel. 10.7]

Din 10,pag. 338, tab10.7, se allege avansul pentru strunjire:

coeficient funcție material de prelucrat

[11, pag. 347, tab. 10.15]

exponentul durității; [11, pag. 353, tab. 10.22]

exponenții adâncimii și avansului de așchiere

, [11, pag. 353, tab. 10.21]

Verificarea avansului ales:

Am ales un strung CNC.

Am ales un cuțit pentru degroșare:

STAS 6376-80; ; ; ; ; .

Verificarea dublului moment de torsiune admis de mecanismul mișcării principale a mașinii unelte:

[11, pag. 355, rel. 10.26]

Dublul moment de torsiune calculat cu formula 10.26 trebuie să nu depășească valoarea dublulului moment de torsiune care poate fi realizat la mașina unealtă respectivă, care se determină cu relația 10.27,10, pag. 355.

în care: n= turația mașinii unelte

puterea motorului = 3 [kW]

randamentul mașinii = 0,85

Pentru a găsi turația trebuie să calculăm viteza de așchiere:

în care: coeficient care depinde de caracteristicile materialului care se prelucrează și ale materialului sculei așchietoare,

T= durabilitatea cuțitului, [11, pag. 355, tab. 10.3]

m= exponentul durabilității, [11, pag. 359, tab. 10.29]

exponenții adâncimii de așchiere, [11, pag. 361]

coeficient care ține seama de influența secțiunii transversale a cuțitului,

[11, pag. 361, tab. 10.30]

coeficient care ține seama de influența secțiunii unghiului de atac principal, [11, pag. 361, tab. 10.30]

coeficient care ține seama de influența unghiului tăișului secundar,

[11, pag. 162, rel. 10.32]

coeficient care ține seama de influența razei de racordare a vârfului cuțitului, [11, pag. 362, rel. 10.33]

coeficient care ține seama de influența materialului din care este confecționată partea așchietoare a sculei, [11, pag. 362, tab. 10.31]

coeficient care ține seama dematerialul de prelucrat,

[11, pag. 363, tab. 10.32]

coeficient care ține seama de influența secțiunii transversale a cuțitului,

[11, pag. 361, tab. 10.30]

coeficient care ține seama de starea stratului superficial al semifabricatului [11, pag. 363]

coeficient care ține seama deforma suprafeței de degajar [11, pag. 364]

, în care: q= suprafața secțiunii transversale a cuțitului

0,08 pentru oțel.

;

Cum 49,87<397.8, condiția este satisfăcută.

Strunjirea interioara la (operatia precedenta: gaurirea )

Strunjirea va fi efectuată din patru treceri, fiecare cu o adâncime de 1,0 mm. Deci

t= 2,0 mm.

Prelucrarea se va realiza pe SN 320, cu un cuțit , STAS 6376-80,

Avansul se alege din gama .Se ia s=0,8 [mm/rot]

[11, pag. 338, tab. 10.7]

Coeficienții și exponenții de mai sus sunt luați ca la cei de la operația 5.

Verificarea avansului

Verificarea dublului moment de torsiune

Calculul vitezei

,

Toate elementele au fost luate conform tabelelor ca la operația 5.

Deci la îi corespunde

Cum 41,8< 208.92, condiția este satisfăcută.

Strunjirea degajării: lățimea de 2,5 mm, adâncimea de 1 mm. Deci t= 1 mm.

Mașina unealtă este strung CNC iar cuțitul utilizat este un cuțit lateral pentru strunjire frontală STAS 6381-80, având

.

Din 11, pag. 164, tab. 9.15, se alege v= 200 [m/min]. Această viteză trebuie corectată conform 12, tab. 9.15 și tab. 9.40:

;

Alegând

Strunjirea teșirii

Mașina unealtă este strung CNC, iar cuțitul utilizat este având geometria:

Din gama , alegem s=0,4 [mm/rot], t= 1,5 [mm].

Din 11, pag. 164, tab. 9.15, alegem: v=,195 [m/min], atunci:

Alegând

Găurire

Se folosește un burghiu elicoidal scurt cu coada cilindrică conform STAS 573-80 cu următoarele elemente constructive: .

Avansul de burghiere se determină cu relația:

[17, pag. 226, rel. 12.3]

, în cazul de față

[17, pag. 226, tab. 12.9 ]

(Mașini de găurit G 40 – găurirea în dispozitiv)

Calculul vitezei de așchiere

[17, pag. 233, rel. 12.7]

Valoarea coeficientului Cv și a exponenților sunt date în [17, pag. 234, tab. 12.22]:

Cv =3,7 , Zv=0,4 , m=0,2 , Yv=0,7 , T=7 min

[17, pag. 233, rel. 12.9]

Valoarile sunt luate din [17, pag. 234, tab. 12.23]:

Deci

Turația:

Alezarea găurii la Ø8.5

Se alege un alezor conform STAS 9846 – 74:

Avansul lărgitor se determină cu relația:

[17, pag. 236, rel. 12.3]

=1 , lungimea găurii fiind de 4,6 [mm] conform desenului anexat.

Viteza de prelucrare

coeficienții se iau din tabele ca la operația de găurire.

Cv =11,6 , Zv=0,4 , m=0,2 , Xv=0,2, Yv=0,5 , T=12 [min]

Rectificarea plană a suprafețelor frontale la cota 8-0,02

Avansul de trecere la o cursă dublă:

St = βrּB , [mm/cd] [17, pag. 421 rel. 18.19]

βr=0,50 , [17, pag. 421 rel. 18.23]

Prelucrarea de rectificare se va realiza cu un disc abraziv E 40 KC,

[17, pag. 399, tab. 18.2]

având dimensiunile: D= 320 [mm] ; B=40 [mm].

T=32 min, [17, pag. 420, tab. 18.22]

Determinarea avansului de pătrundere:

Avansul de pătrundere se stabilește din [17, tab. 18.24] în funcșie de viteza

avansului principal . Pentru oțel călit se recomandă = (12÷35) [m/min]. Vom lua = 16 [m/min]. În continuare din același tabel:

Avansul de pătrundere: t = 0,09 mm , care se caracterizează cu coeficienții de corecție, în funcție de precizia prelucrării, natura materialului prelucrat și gradul de acoperire al mesei.

Determinare vitezei de avans a piesei (a mesei):

pentru oțel călit

T= durabilitatea medie a discului abraziv care se recomandă

T= 15 [min]

β= 0,5

Determinarea puterii efective:

Rectificarea cilindrică interioară la Ø36+0,05

Alegerea diametrului discului abraziv:

D= 0,95 Dg, [17, pag. 409, tab. 18.10]

Dg= diametrul găurii de rectificat

Dg= 36 [mm]

D = 32 [mm]

Alegerea lățimii discului abraziv:

Lățime discului este în funcție de lungimea găurii.

Din [17, pag. 409, tab. 18.11] avem:

pentru

Determinarea avansului:

Avansul de trecere longitudinal se determină cu relația 18.1 din 8, pag. 400.

β din 17, pag. 410, tab. 18.12 → β=0,3

Avansul de pătrundere se determină din 17, pag. 410, tab. 18.12; t = 0,0015 mm/cd.

Determinare vitezei de așchiere și a vitezei periferice a piesei:

Viteza maximă admisă a discului abraziv cu liant ceramic este de: v =35 m/s.

Viteza periferică a piesei de determină cu relația 18.09, pag. 410 din 8

În care: = coeficient depinzând de natura materialului

d = diametrul găurii de rectificat

T = durabilitatea discului abraziv

t = avans de pătrundere [mm/cd]

β = avans de trecere în funcție de lățimea discului

= exponenți

În 17, pag. 411, tab. 8.13, se dau valorile coeficientului și exponenților astfel:

=0,058 ; =0,5 ; m = 0,6 ; x = 0,9 ; y = 0,9 ; T = 2,5 min.

Determinarea puterii:

În care: = coeficient dependent de natura materialul [17, pag. 413, tab. 18.15]

= viteza periferică a pietrei

= avansul de trecere la o rotație

t = avansul de pătrundere [mm/cd]

d = diametrul găurii de prelucrat

= exponenți [17, pag. 413, tab. 18.15]

= 0,36 ; x = 0,5 ; y = 0,4 ; z = 0,4 ; =0,3

Operația 15: Rectificarea cilindrică exterioară la Ø88+0,05

Rectificarea se execută pe o mașină de rectifcat universal cu piatră de rectificat calitatea E 50 KC.

Determinarea avansului:

Avansul de trecere în [mm/rot] se determină în funcție de lățimea

discului abraziv cu relația [18.1 din 17, pag. 400]

, în care este avansul în funcție de lățimea discului abraziv, iar B lățimea discului.

Alegem discul: D = 400 [mm]

La finisare se ia în funcție de rugozitatea suprafeței: . Adoptăm = 0,50.

Avansul de pătrundere și avansul transversal se iau din [17, pag. 403],

în funcție de viteza avansului principal care se ia din [17, pag. 404, tab. 18.5] :

, considerată în funcție de diametrul piesei de rectificat.

Avansul de trecere (logitudinal): 10 [mm/rot]

Avansul de pătrundere (transversal): t =0,015 [mm/cursă]

Determinarea vitezei de așchiere și a vitezei periferice a piesei:

Ca și viteză de așchiere se consideră viteză periferică a discului de rectificat. În [17, pag. 405, tab. 18.7] se dau vitezele de așchiere v [m/sec] ale discului de rectificat.

Viteza periferică a piesei la rectificare cu periferia discului abraziv, se calculează cu relațiile:

rectificare cu avans de trecere longitudinal;

În care: d = diametrul piesei care se prelucrează

T = durabilitatea discului abraziv

= avans logitudinal în funcție de lățimea pietrei

t = avans de pătrundere

= coeficient dependent de natura materialului pentru oțel călit = 0,95

coeficient dependent de dimensiunile discului abraziv; la diametrul

D =400 mm, 0,82.

d = 90 [mm] ; T = 5 [min]. [17, pag. 406, tab. 18.8]

La rectficarea prin pătrundere:

Determinarea forței de așchiere:

În care: = coeficient dependent de natura materialului; la oțel călit =2,2

= avansul de trecere al piesei determinat confor [17, pag. 400, tab. 18.1]

= 10 [mm/rot] [17, tab. 18.4]

t = avans de pătrundere

= viteza periferică a piesei

5. B. PREZENTAREA TEHNOLOGIEI DE PRELUCRARE ASISTATĂ DE CALCULATOR CAD-CAM

In acest capitol se prezintă realizarea programului CAM a reperului inel de centrare.

Tehnologia de fabricație se realizează cu ajutorul softului NX 7.5, un soft bine cunoscut pe piața mondială , fiind considerat un dintre cele mai utilizate softuri pentru modulele CAD și CAM .

Prezentare generală a programului utilizat NX7

NX este un soft complet integrat CAD/CAM/CAE, produs de compania Siemens PLM. Funcțiile CAD se adresează proiectării 3D a produselor, funcțiile CAM se adresează programării mașinilor unelte cu comandă numerică (CNC) pe baza modelului 3D generat în modulul CAD. Funcțiile CAE furnizează instrumente pentru simularea comportării produsului virtual în diverse condiții de mediu și de funcționare.

Toate aceste module sunt integrate în aceeași interfață, nu avem nevoie de alte aplicații sau module exterioare pentru definitivarea ciclului de viață al produsului. Avantajul deosebit care il reperzinta este păstrarea unității datelor, orice modificare a acestora se va reflecta imediat la toate nivelurile proiectului.

Dacă efectuăm o modificare în modelul 3D aceasta se va regăsi imediat și în modulul CAM, rezultând noi traiectorii pentru mașina de prelucrat, sau în modulul de simulare, unde vom avea o analiză corespunzătoare noului produs, fără a fi nevoie de intervenția utilizatorului. Este încurajată și ingineria concurentă, astfel, imediat după etapa de modelare, specialiștii CAM sau CAE pot începe simultan propriile activități, orice modificare a modelului de bază ducând imediat la actualizarea acestora. Programul NX7 beneficiază de o interfață ușor de utilizat, această interfață permite folosirea unor funcții avansate, atunci când este nevoie, prin modularizare și personalizare.

De asemenea, NX poate coopera cu alte programe de proiectare, el putând deschide și salva fișiere create în alte sisteme CAD, precum și fișiere de transfer neutre (iges, step, parasolid, dxf/dwg etc.), de asemenea legăturile cu aceste fișiere pot rămâne asociative, dacă fișierele importate se vor fi modificat în softurile native, NX va observa acest lucru și își va actualiza propriile fișiere importate.

Partea CAM

Interfața Manufacturing poate fi accesată în două moduri:

prin accesarea aplicației Manufacturing (Start – Manufacturing). Prin această metodă toate informațiile cu privire la procesul CAM (operații etc.) vor fi reținute în același fișier cu modelul 3D.

prin accesarea șabloanelor (Templates). Prin această metodă informațiile referitoare la procesul CAM vor fi reținute într-un fișier separat de cel al modelului 3D. Astfel se va crea un fișier de ansamblu (conceptul Master Model) ce va conține ca și componentă modelul 3D pe care dorim să efectuăm operațiile CAM.. Are avantajul separării în fișiere distincte a informațiilor 3D și a informațiilor CAM, un alt avantaj ar fi posibilitatea de înlocuire a modelului 3D fără a fi nevoie de refacerea tuturor operațiilor. Această metodă se poate realiza alegând din fereastra New tabul Manufacturing unul din setup-urile corespunzătoare aplicației dorite.

Prezentarea etapelor de lucru

Se prezinta desenul de execuție al reperului pentru care se va realiza tehnologia de execuție executat in programul CAD.

Fig.5.1. Desenul de execuție pentru reperul „inel de centrare” 2D

Din modulul de proiectare asistată de calculator, CAD, se va face trecerea la modulul de fabricație asistată de calculator, CAM, prin trecerea la modulul „Manufacturing”, modul în care se vor stabili parametri tehnologici, operațiile care se vor executa asupra piesei cât și simularea în vederea verificării prelucrarilor care au loc asupra reperului “inel centrare”.

In continuare se vor defini sculele necesare pentru toate operatiile.

Se selectează comanda Tools sau apăsăm butonul Create Tool din toolbarul Insert Întrucât avem de-a face cu modulul de strunjire, din fereastra Create Tool, zona Type, va trebui să ne asigurăm că avem selectat template-ul Turning. În zona Tool Subtype avem toate tipurile de scule pe care le putem folosi în aplicația Turning.

In final vom avea o structură arboricolă care poate fi văzută selectând Machine Tool View în care sunt prezentate sculele necesare.

După alegerea subtipului corespunzător se apasă butonul OK și se intră în fereastra de definire a parametrilor sculei.

Fig.5.1. Definirea parametrilor la unul dintre cutitele de strunjit utilizate .

Fereastra de definire a sculei conține mai multe zone, dintre care cele mai importante sunt:

Insert – permite definirea formei plăcuței. Astfel putem alege din lista ISO Insert Shape una din opțiunile dorite. Acestea sunt formele standard agreate de către toți producătorii de scule. Opțiunile din lista Insert Position orientează partea așchietoare a plăcuței producând o rotație corespunzătoare a arborelui principal.

zonele Legend și Dimensions permit vizualizarea, respectiv introducerea parametrilor plăcuței. De asemenea, ca și în cazul frezării, scula poate fi vizualizată și manevrată în fereastra grafică.

zonele Insert Size și More permit definirea altor parametri standard ai plăcuțelor. În general, toți acești parametri se regăsesc în catalogul producătorului de scule.

tabul Holder permite definirea portsculei, prin bifarea opțiunii Use Turn Holder activăm mai multe regiuni prin care putem defini mărimea și forma ei.

tabul Tracking permite definirea originii plăcuței, origine care va fi aceeași cu cea din controllerul mașinii.

In figurile de mai jos se prezintă etapele de prelucrare a reprului stabilit inel de centrare.

Fig.5.2. Definirea cotelor pentru strunjirea frontală.

Fig.5.3. Definirea cotelor pentru strunjirea exterioară la ø 125mm

Fig.5.4. Simularea prelucrarii pe suparfata A

Fig.5.5. Simularea prelucrarii pe suparfata B

Fig.5.6. Simularea prelucrarii pe suparfata C

Fig.5.7. Simularea prelucrarii suprafetei conice interioare

Fig.5.8. Simularea prelucrarii celor două gauri in trepte

Fig.5.9. Reprezentarea produsului finit

PARTEA ECONOMICĂ

CAPITOLUL 6

6.1. Costul materialelor si gradul de utilizare a lor

6.1.1. Costul materialelor

Referitor la consumul de materiale, economiile pot fi obținute pe două cai: fie se pot utiliza materiale mai ieftine, fie să se reducă consumul de material pe unitatea de produs.

unde:

– preț material [lei/kg]

– taxe cu transportul

– preț deșeu [lei/kg]

– masa brută [kg]

– masa netă [kg]

=6,46 lei/buc.

6.1.2. Gradul de utilizare:

Gradul de utilizare al materialului arată cât la sută din semifabricat se regăsește în produsul finit și este bine să fie cât mai apropiat de 100%. Cu cât semifabricatul este executat mai precis, mai aproape de dimensiunile piesei finite, cu atât Gum este mai mare.

Gu = [%], unde:

-Mn este masa neta = 0.74/kg

-Mb este masa bruta =1,19/kg

[%]

6.2. Determinarea loturilor optime de aprovizionare si a costurilor totale.

Marimea lotului – Q

Unde:

Q-lot optim

a-cost lansare comanda

a=100 lei

N-necesarul anual

N=80 buc

c- costul unitar de achizitie

c=150

-rata stocarii

=3

Q = 224 buc.

Pentru reperul semipastila se fac 4 aprovizionari/an a cite 20 bucati semifabricat.

Costul total anual pentru reper

CT =costul anual total aferent gestionării stocului, [lei/an];

a – costul de lansare al unei comenzi, [lei/comandă];

a=100 lei

N – cererea anuală, [unităti/an];

N=80

Q – mărimea lotului, [unităti/lot];

Q=224

c – costul unitar al articolului de stoc, [lei/unitate];

c=200

ε – rata stocării, [lei/an] .

ε=10

=22450 [lei/an]

CT= 22450 [lei/an]

6.3. Calculul capacităților de producție.

Capacitatea de productie (Cp) a unei societati productive reprezintă productia maximă de o anumită structură si calitate pe care o poate realiza unitatea respectivă, într-un anumit interval de timp stabilit , în conditii tehnico-organizatorice normale.

Unde:

Ftef = fond de timp efectiv

nt = norma de timp

unde:

Trep = timp reparații;

z- zile lucratoare ;

s- numar schimburi;

d-durata schimbului.

= 3780 ore/an

Calculul capacității de producție pentru operatia de debitare:

33845buc /an

Calculul capacității de producție pentru operatia de strunjire :

53987 buc /an

Calculul capacității de producție pentru operatia de gaurire:

70852 buc /an

Calculul capacității de producție pentru operatia de alezare:

107948 buc /an

Calculul capacității de producție pentru operatia de frezare :

70852 buc /an

Calculul capacității de producție pentru operatia de tratament termic:

31495 buc /an

Calculul capacității de producție pentru operatia de rectificare cilindrică:

31495 buc /an

Calculul capacității de producție pentru operatia de rectificare plană:

31495 buc /an

6.4. Calculul normei tehnice de timp

Normarea se va face în producție de unicat.

Strunjirea frontală la un capăt al piesei

Alegem timpul unitar incomplet: [12, pag.279, tab. 11.1]

Acesta se corectează cu următorii coeficienți de corecție: Deci:

Se ia timpul ajutător pentru prinderea și desprinderea piesei:

[12, pag.292, tab.11.19]

Pentru prindere vom lua , iar pentru desprindere .

Luăm timpul de pregătire-încheiere:

pentru primirea și studierea documentației si pentru pregătirea modului de prindere, rezultând:

; [12, pag. 288, tab. 11.18]

Găurirea la

Se alege timpul operativ incomplet, în funcție de diametrul sculei așchietoare și de lungimea de prelucrat.

[12, pag. 309, tab. 11.43]

din 12, pag.336, tab.11.77;

Alegem timpul ajutător pentru prinderea și desprinderea piesei:

[12, pag.340, tab.11.78]

Strunjirea cilindrică exterioară la

Alegem timpul unitar incomplet:

[12, pag.279, tab. 11.1]

Acesta se caracterizează cu următorii coeficienți:

Luăm timpul ajutător pentru prinderea și desprinderea piesei:

[12, pag.292, tab. 11.19]

Pentru prindere vom lua și pentru desprindere

Timpul de pregătire-încheiere nu se mai calculează, deoarece s-a calculat la operația 2

Strunjire frontală la lungimea de 11.3mm.

Valorile sunt identice cu cele de la operația 2, anume:

Strunjire exterioară la:

Alegem timpul unitar incomplet:

[12, pag.279, tab. 11.1]

Având 4 treceri

Luăm timpi ajutători pentru prinderea și desprinderea piesei:

[12, pag.292, tab.11.19]

Strunjirea teșirii la

Alegem timpul unitar incomplet:

[12, pag.279, tab. 11.1]

Luăm timpii ajutători pentru prinderea și desprinderea piesei.

[12, pag.292, tab. 11.19]

Strunjirea interioara la Φ 35.8.

Norma tehnică de timp pentru operațiile care se execută pe strung

Găurit 2 găuri

Se alege timpul operativ incomplet în funcție de diametrul sculei așchietoare și de lungimea de prelucrare:

[12, pag.309, tab.11.43]

Alegem timpul ajutător pentru prinderea și desprinderea piesei.

[12, pag.340, tab. 11.78]

Alegem următorii timpi:

-timp de pregătire-încheiere [12, pag.343, tab. 11.81]

timp de deservire: [12, pag.343, tab. 11.81]

timp de odihnă și necesități firești:

[12, pag.343, tab. 11.81]

[12, pag.343, tab. 11.81]

Lărgirea găurii la

Se alege timpul operativ incomplet în funcție de diametrul sculei așchietoare și de lungimea de prelucrat.

[12, pag.317, tab. 11.51]

in care:

Se alege timpul ajutător pentru prinderea și desprinderea piesei:

[12, pag. 840, tab. 11.78]

Se aleg următorii timpi:

– timp de pregătire-încheiere:

[12, pag. 343, tab. 11.81]

– timp de deservire:

[12, pag. 343, tab. 11.81]

timp de odihnă și necesități firești:

[12, pag. 343, tab. 11.81]

[12, pag. 343, tab. 11.81]

Timpul normat pe operație va fi:

[12, pag. 343, tab. 11.81]

Rectificarea plană a suprafețelor frontale la cota

Timpul de pregătire-încheiere:

[12, pag. 108, tab. 12.25]

Timpul de bază:

[12, pag. 110, tab. 12.27]

Se folosește un disc abraziv E40KC – 400*50*205.

Se prelucrează o singură piesă. Adaosul de prelucrare pe o parte a piesei.

, deoarece se prelucrează o singură piesă

– timpul ajutător pentru prinderea și desprinderea piesei:

[12, pag. 117, tab.12.36]

– timpul ajutător pentru comanda mașinii:

[12, pag. 118, tab.12.37]

– timpul pentru măsurători de control:

[12, pag. 94, tab. 12.10]

– timpul pentru deservire tehnică se determină cu relația:

[12, pag. 95, 12.6]

[12, pag. 96, tab. 12.11]

– timpul pentru deservire organizatorică:

[12, pag. 119, tab. 12.39]

– timp de odihnă și necesități firești:

[12, pag. 106, tab. 12.24]

Norma tehnică de timp/bucată:

S-a înmulțit cu 2, deoarece se rectifică pe două fețe.

Rectificarea cilindrică interioară la cota

Vom folosi un disc abraziv En 24 JC cu diametrul: și lățimea de 20 mm.

Adaosul de prelucrare: 2AC = 0.323

Norma de timp se calculează cu:

<min> [12, pag.85, 12.1]

Timpul de pregătire-încheiere:

[12, pag.99, tab. 12.14]

6.5. Calculul cu salarizarea muncitorilor.

operator debitare 2300 lei / lună

operator strunjire 2500 lei/ lună

operator gaurire 2500 lei/ lună

operator alezare 2500 lei/ lună

operator tratament termic 2700 lei/ lună

operator frezare, 2700 lei/ lună

operator rectificare 2700 lei / lună

unde:

= norma de timp

= retribuția tarifară orară (lei/ oră)

k – taxe = 33,5%

Calculul cu salarizarea muncitorilor

= 13.69 lei/ oră/ debitare

= 14.88 lei/ oră/ strunjire

= 14.88 lei/ oră/ gaurire

= 14.88 lei/ oră/ alezare

= 16.07 lei/ oră/ tratament termic

=16.07 lei/ oră/ frezare

= 16.07 lei/ oră/ rectificare

= 2.041 lei/ buc/ debitare

= 2.39 lei/ buc/ strunjire

= 2.39 lei/ buc/ gauririre

= 2.39 lei/ buc/ alezare

= 2.57 lei/ buc/ tratament termic

= 2.57 lei/ buc/ frezare

= 2.57 lei/ buc/ rectificare

= + + + + + + R7= 16,92 lei/ buc

7.6. Calculul prețului de cost final

Regia secțiilor:

Secția de prelucrări pe mașini universale

Rs1 = 250%

Secția de tratamente termice

Rs2 = 400%

5. Regia întreprinderii

Ri = 10%

unde:

=cost total intreprindere ;

=regia intreprinderii.

unde:

Csectie = costul pe secție

= retribuia directă pe operație[lei/operatie]

M = costul materialului[lei.bucata]

= 21.18 + (7.143 + 4.865 + 3.706 + 2.432 +4.004 + 12.87)= 58.04 lei/buc

58.04 lei/buc

CAP. 7. NORME DE SĂNĂTATE ȘI SECURITATE IN MUNCĂ

Pentru atelierele de procesare material plastic

In exploatarea matriței vor fi respectate toate normele de protecția muncii prevăzute pentru atelierele sau secțiile de injectat mase plastice.

Cele mai importante norme sunt :

Muncitori care lucrează la prese, mașini de injecție, de debavurat, de șlefuit, care manipulează, reglează sau exploatează matrițe vor folosi unelte și mijloace adecvate de protecție.

Se va evita contactul materialului plastic fierbinte cu pielea, materialul având temperaturi peste 55ºC.

Este interzisă acumularea de material plastic sub cilindrul mașinii de injecție și lângă acesta.

Presele și matrițele de injecție vor fi prevăzute cu sisteme de comandă, blocare și protecție, astfel concepute încât să evite orice accident în timpul exploatării. În acest scop se vor aplica măsuri de protecție ca :

folosirea butoanelor de comandă de execuție îngropată

protejarea prin carcase metalice a manetelor și pedalelor de comandă, contra atingerilor accidentale nedorite.

echiparea cu apărători ce permit funcționarea utilajului numai când apărătoarea se află în poziția de protecție (închisă).

comenzi bimanuale automate

Montarea, reglarea, curățirea, ungerea matrițelor precum și accesul la mecanismele de acționare a mașinilor se vor face numai când mașinile sunt oprite și numai de către un personal calificat.

Înainte de pornirea mașinilor se va controla dacă cuiburile matriței nu conțin corpuri străine.

Curățirea dispozitivelor de injecție și a matrițelor de bravuri și materiale prinse pe ele se va face cu aer comprimat și unelte adecvate din cupru sau aluminiu.

La inroducerea, așezarea și scoaterea normală a pieselor din matriță se vor folosi scule ajutătoare ( cârlige, clești, pensete ) și mijloace de protecție corespunzătoare ( mănuși, palmere, degetare ) astfel încât mâna muncitorului să nu ajungă în zona fierbinte a matriței.

Montarea și demontarea matriței se va face mecanizat și numai de către un personal calificat în acest scop.

În timpul cursei de închidere a matriței se interzice introducerea în zona periculoasă a mâinii sau a diferitelor obiecte pentru curățirea sau scoaterea pieselor.

La mașinile de injecție se interzice injectarea materialului în gol, fără a se lua măsurile corespunzătoare de protecție contra stropirii cu masă plastică fierbinte.

Demontarea și transportul pieselor care au o temperatură peste 55 ºC se va face folosind mănuși termoizolante pentru a se evita arsurile.

Se interzice operatorilor de la mașinile de injectat mase plastice să facă vreo intervenție sau reparație la mașinile respective. Acestea se vor face numai de personal calificat în acest scop.

Pentru atelierele de prelucrări metalice prin așchiere

In conformitate cu legile in vigoare, se vor respecta urmatoarele norme de tehnica securitatii muncii specifice prelucrarii prin aschiere:

lucrul la masinile-unelte e permis numai personalului califcat, pregatit in acest scop

inainte de inceperea lucrului se va verifica starea tehnica a masinii, si se va porni masina in gol

se va verifica existenta impamantarii la reteaua electrica

in timpul lucrului se vor folosi ecrane de protectie sau ochelari de protectie impotriva aschiilor

imbracamintea sa fie bine stransa pe corp, iar parul acoperit

nu se admite folosirea sculelor si a uneltelor defecte

controlul suprafetelor prelucrate se face obligatoriu dupa ce a fost decuplata piesa de la mecanismul de miscare

la ivirea unei defectiuni se va intrerupe lucrul si se va anunta reglorul sau electricianul din cadrul atelierului intretinere al sectiei

nu se admite parasirea locului de munca fara avizul maistrului si lasand masina in functiune

la inchiderea lucrului se vor curata masinile si se ung organele in miscare, ghidajele

se va respecta ciclul de intretinere si reparatii utilaj.

BIBLIOGRAFIE

1. Abrudan, I.,Candea D., Bungău, C.,s.a., – Manual de inginerie economica. ingineria si managementul sistemelor de productie, Ed. Dacia, Cluj-Napoca, 2002.

2. Bungău Constantin -Ingineria sistemelor de producție”, Editura Universității din Oradea, 2005.

3. Fetecău C .- Injectarea materialelor plastice. Editura Didactică și Pedagogică București. 2005.

4. Hancu L., Iancău H.- Tehnologia materialelor nemetalice. Editura Alma Mater. Cluj Napoca. 2003.

5. Iclănzan T. – Plasturgie. Tehnologia prelucrării materialelor plastice. Editura Politehnica Timișoara. 2003.

6. Iosip, M., Oprea, E., Boricean, D., Realizarea fabricației digitale a produselor folosind prototipul virtual, Qual Media, Cluj-Napoca, 2010.

7. Manea Gh. – Prelucrarea prin injecție a materialelor plastice. Editura tehnică Bucuresti,1986.

8. Mihăilă Șt. – Tehnologia fabricarii maselor plastice. Note de curs 2011

9. Mudura, P.-Tratamente termice-suport de curs ,Editura Universității din Oradea, 2010.

10. Picoș C.– Proiectarea tehnologiilor de prelucrare prin așchiere, vol. II, Editura Universitas, Chișinău, 1992;

11. Picoș, C. ș.a. – Calculul adaosurilor de prelucrare și a regimurilor de așchiere, Editura Tehnică, București, 1974,

12. Picos, C.,ș.a – Normarea tehnică pentru prelucrări prin așchiere, Vol.II. Editura Tehnică București, 1982.

13. Pop,M.T., – Proiectare asistată de calculator-suport de curs, Editura Universității din Oradea, 2012.

14. Prichici M. – Rezistența materialelor I. Suport pentru studiu individual. Universitatea Oradea 2011- 2012.

15. Șereș I. – Matrite de injectat, Oradea, Editura Imprimeriei de Vest 1999.

16. Șereș I. – Materiale termoplastice pentru injectare, tehnologie incercari, Editura Imprimeriei de Vest 2002. Oradea

17. Vlase, A. ș.a .- Regimuri de așchiere, Adaosuri de prelucrare și norme tehnice de timp, Editura Tehnică, București, 1990

18. ***Legea sanatatii si sercuritatii in munca 319/2006.

19. ***Siemens PLM, NX 7.5

20. *** www.matplastindustry.ro

21. ***www.reciclaredeseuriplastic.ro

22. ***Plastics Europe (PEMRG) / Consultic

***http://www.statista.com/statistics/282732/global-production-of-plastics-since