UPG IMEIEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță [600102]
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
CUPRINS
INTRODUCERE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. 6
CAPITOLUL I. PROIECTAREA TEHNOLOGIEI DE FABRICAȚIE A REPERULUI INEL EXTERIOR
DIN COMPONENȚA UNUI RULMENT CONIC ………………………….. ………………………….. …………………. 7
1.1.ANALIZA DATELOR DE BAZA ȘI STABILIREA CARACTERULUI PRODUCȚIEI ………………. 7
1.1.1 Rulmenți. Informații generale ……………………………………………………. ….. 7
1.1.2. Structura și clasificarea rulmenților ………………………….. ………………………….. ………….. 7
1.1.3. Descriere rulment radial axial cu role conice ………………………….. ………………………….. . 9
1.1.4. Analiza tehnologicității piesei ………………………….. ………………………….. ………………. 10
1.1.5. Stabilirea caracterului producției ………………………….. ………………………….. …………… 10
1.2.ANALIZA CARACTERISTICILOR MATERIALULUI PIESEI ȘI ALEGEREA
SEMIFABRICATULUI ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………. 12
1.3. STABILIREA ULTIMEI OPERAȚII DE PRELUCRARE MECANICĂ PENTRU FIECARE
SUPRAFAȚĂ ȘI SUCCESIUNEA OPERAȚIILOR TEHNOLOGICE ………………………….. ………………….. 12
1.4. PROIECTAREA SUCCESIUNII AȘEZĂRILOR ȘI FAYELOR PENTRU TOATE OPERAȚIILE DE
PRELUCRARE MECANICĂ ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 14
1.5. DETERMINAREA PARAMETRILOR OPERAȚIILOR DE PRELUCRARE MECANICĂ A PIESEI ȘI
A NORMELOR TEHNICE DE TIMP ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 19
1.5.1. Determinarea paramterilor operațiilor de prelucrare mecanică a piesei ……………………… 19
1.5.2. Determinarea normelor tehnice de timp ………………………….. ………………………….. …… 21
1.6. CALCULUL PRINCIPALILOR INDICATORI TEHNICO -ECONOMICI AI FABRICAȚIEI ……….. 26
CAPITOL II. ALEGEREA DIN PUNCT DE VEDERE TEHNICO -ECONIMC A MATERIALULUI
PENTRU REPERUL INEL EXTERIOR DIN COMPONENȚA UNUI RULMENT CONIC ……………………. 30
2.1. METODOLOGIA DE SELECTARE A MATERIALELOR FOLOSIND DIAGRAME DE
SELCȚIE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………… 30
2.1.1. Evoluția în timp a materialelor ………………………….. ………………………….. ……………………… 31
2.1.2. Procesul de alegere al materialelor ………………………….. ………………………….. …………………. 32
2.1.3. Rolul selecției materialelor în proiectare ………………………….. ………………………….. …………. 32
2.1.4 Metodologia de alegerea a materialelor folosind diagrame de selecție ………………………….. .. 33
2.2. ALEGEREA MATERIALULUI. STUDI UDE CAZ. ………………………….. ………………………. 47
CAPITOLUL III. STABILIREA METODELOR DE CONTROL NEDISTRUCTIV PENTRU REPERUL
INEL EXTERIOR DIN COMPONENȚA UNUI RULMENT CONIC ………………………….. ……………………. 50
3.1. GENERALITĂȚI ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………….. 50
3.1.1. Metoda de control (defectoscopia) cu ultrasunete ………………………….. ……………………. 51
3.1.3. Metoda de control (defectoscopia) cu pulberi magnetice ………………………….. …………… 55
3.1.4. Metoda de control vizual (macroscopie) ………………………….. ………………………….. ….. 56
3.2.ALEGEREA METODEI OPTIME DE CONTROL NEDISTRUCTIV APLICABILE ÎN CAZUL
RULMENȚILOR. STUDIU DE CAZ. ………………………….. ………………………….. ……………………… 56
CAPITOLUL IV. NORME CU PRIVIRE LA SECURITATEA MUNCII, SĂNĂTATEA MUNCITORILOR
ȘI PROTECȚIA MEDIULUI ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………… 62
4.1. GENERALITĂȚI ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………….. 62
4.1.1. Instruirea personalului ………………………….. ………………………….. ………………………… 62
4.1.2 Echipament individual de protecție …… ………………………….. ……………. ………………. 62
4.1.3. Organizarea locului de muncă ………………………….. ………………………….. ………………. 63
4.1.4. Microclima la locurile de muncă ………………………….. ………………………….. ……………. 63
4.1.5. Instalații electrice ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 63
4.1.6. Depozitarea și transportul materiilor prime ………………………….. ………………………….. .. 64
4.2. NORME DE TEHNICA SECURITĂȚII MUNCII ÎN CAZUL MAȘINILOR -UNELTE ……………… 65
4.2.1. Aspecte generale ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 65
4.2.2. Norme de tehnica securității muncii în cazul mașinilor -unelte de strunjit. …………………… 66
4.2.3. Norme de tehnica securității muncii în cazul mașinilor -unelte de rectificat. ………………… 66
CONCLUZII ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 67
BIBLIOGRAFIE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………… 69
BORDEROU DE DESENE ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………… 70
ANEXE………………………………………………………………………………………………………… ………….. ….71
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
INTRODUCERE
Industria constructoare de mașini – o industrie care produce toate tipurile de utilaje,
echipamente, scule, aparate și bunuri de larg consum, de asemenea și produse militare.
Scurt istoric – primele întreprinderi de prelucrare a metalului apar pe teritoriul Marii
Britanii, î n jurul centrelor siderurgice . Descoperirea mașinilor de filat și de ț esut, apoi a celor cu
aburi au atras dezvoltarea producției de maș ini unelte. Ulterior, aceasta ramură se diversifică și
capată o arie geografică de repartiție foarte largă .
Industria constructoare de mașini cuprinde mai multe grupe: utilaje grele, utilaje de uz
general, inginerie mecanică medie, inginerie de precizie, fabricarea produselor din metal, repararea
mașinilor și a echipamentelor.
Industria constructoare de mașini cuprinde:
utilaje de manipulare a materialelor , ingineria feroviară , a construcțiilor navale, industria
aeronauti că, rachete și industria spațială , precum și industria echipamentelor industriale pentru
generarea și transmiterea de energie electrică.
Cea medie cuprinde:
industria de automobile , construcția de tract oare, de mașini -unelte, robotică , instrumente ,
echipamente pentru industria ușoară , echipamente alimentare, utilaje industriale și aparate de uz
casnic.
Ingineria de precizi e (mecanică fină):
instrumentație , tehnică radio, industria electronică, industria electrotehnică .
O categorie specială de repere folosită în industria constructoare de mașini este reprezentată
de rulmenți.
Un rulment este un dispozitiv care permite mișcarea relativă forțată între două sau mai multe
componente, în gene ral mișcarea de rotație sau lini ară, micșorând rezistența la frecare.
În partea tehnică a lucrării se prezintă proiectarea reperului ˝inel exte rior˝ din componența
unui rulment din industria energiilor regenerabile folosind forța vântului.
În contextul situației economice, în capitolul aferent temei speciale a proiectului se prezintă
două studii tehnico -economice, unul aferent alegerii materialului corespunzător și celălalt cu privire
la alegerea metodei optime de control nedistructiv aplicabile în cazul rulmenților.
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
7
CAPITOLUL I. PROIECTAREA TEHNOLOGI EI DE FABRICAȚIE A
REPERULUI INEL EXTERIOR DIN COMPONENȚA UNUI RULMENT
CONIC
1.1. ANALIZA DATELOR DE BAZA ȘI STABILIREA CARACTERULUI
PRODUCȚIEI
1.1.1. Rulmenți. Informații generale
Un rulment este un dispozitiv care permite mi șcarea relativă for țată între două sau mai
multe componente, în general mi șcarea de rota ție sau lini ară, mic șorând rezisten ța la frecare.
1.1.2. Structura și clasificarea rulmenților
Rulmentul este un organ de mașină alcătuit din:
inelul exterior ce se reazemă în carcasă și are calea de rulare la interior;
inelul interior ce se fixează pe arbore și are calea de rulare la exterior;
corpurile de rostogolire : bile, role, ace;
colivia rulmentului care are rolul de a menține corpurile de rostogolire echidistante pentru
a nu s e bloca.
Rulmenții se execută într -o gamă foarte mare de tipodimensiuni care să acopere necesită țile
diverse din tehnică. Ca atare ace știa se pot clasifica în func ție de mai multe criterii:
după direc ția for ței preluate : radiali, rad ial-axiali, axiali, axial -radiali;
după numărul rândurilor corpurilor de rostogolire : cu un rând sau mai multe rânduri;
după forma corpurilor de rostogolire pot fi rulmen ți cu bile, role cilindrice, conice, butoi
(simetrice sau asimetrice) .
după capacitatea de adaptare a inelului interior la direc ția fusului : oscilan ți sau normali;
după valoarea jocului radial : cu joc radial normal, mărit sau mic șorat; jocul se ob ține
prin sortarea și împerecherea corespunzătoare a pieselor la montaj;
după dimensiunile de gabarit în direc ție radială , rulmen ții se împart în serii de diametre ;
după dimensiunile de gabarit în direc ție axială , rulmen ții se împart în serii de lă țimi adică
în serii de dimensiuni; încărcarea rulmen ților este dependentă de dimensiunile acestora.
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
8
Identificarea, producerea, comercializarea și utilizarea acestora a impus necesitatea
simbolizării rulmen ților. Simbolul rulmentului este format din simbolul principal și simbolul
secundar. Simbolul principal oferă informa ții privind tipul rulmentului, seria de dimensiuni și
dimensiunile alezajului acestuia. Tipul rulmentului este dat de prima cifră, literă sau grup de litere
din simbolul principal, astfel:
1 → rulment radial -oscilant cu bile pe două rânduri;
2 → rulment radial -oscil ant cu role butoi pe două rânduri;
3 → rulment radial -axial cu role conice;
N, NU, NJ, NF → rulment radial cu role cilindrice;
5 → rulment axial cu bile pe un rând;
6 → rulment radial cu bile
7 → rulment radial -axial cu bile
Fig. 1.1. Tipuri de rulmenți
a – radial cu bile pe un rând; b – radial cu role cilindrice tip N; c – radial cu role cilindrice tip
NJ; d – radial cu role cilindrice tip NUP; e – radial oscilant ; f – radial oscilant cu role butoi, pe două
rânduri; g – radial-axial cu bile; h – radial -axial cu patru puncte de contact; i – radial -axial cu role
conice ; j – radial cu ace; k – axial cu bile cu simplu efect.
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
9
Cifra care urmează tipului de rulment se referă la seria de lă țimi (B, T); următoarea cifră se
referă la seria de de diametre (D). Ultimele două cifre înmul țite cu 5 dau diametrul alezajului
rulmentului (d), excep ție fac rulmen ții mici (d<20 mm).
1.1.3. Descriere rulment radial axial cu role conice
Rulmen ții radial-axiali cu role conice au căile de rulare sub formă de suprafe țe conice cu
acela și vârf, iar corpurile de rulare sunt role de forma unor trunchiuri de co n. Rolele sunt ghidate pe
direc ție tangen țială de colivie, iar pe direc ție axială de gulerul mare al inelului interior. Din cauza
contactului liniar dintre role si căile de rulare, rulmen ții radial -axiali cu role conice pot prelua
sarcini mari, iar conicitatea că ilor d e rulare permite acestor rulmen ți să preia ș i încărcări axiale sau
combinate mari, î n funcție de unghiul de contact (unghiul generatoare i căii de rulare exterioare).
În calitate de distribuitor autorizat, Timken oferă o gamă extinsă de rulmen ți radial -axiali cu
role conice de calitate.
a) b)
Fig. 1 .2. Rulment radial -axial cu role conice pe un rând
Rulmen ții radial -axiali cu role conice pe un rând (fig.1.2.) preiau sarcini radiale și axiale,
într-un singur sens, care ac ționează simultan și au valori mai mari decât la rulmen ții radial -axiali cu
bile pe un rând.
Rulmentul permite montarea separată a inelului exterior și a ansamblului inel interior -colivie
cu role. Coliviile sunt executate din tablă presată. Datorită alunecărilor relative între umerii de
ghidare și role, tura țiile sunt sensibil mai mici ca la rulmen ții radiali cu role cilindrice; totu și există
construc ții ce func ționează și la tura ții înalte. Pentru cre șterea capacită ții de încărcare și preluarea
unor sarcini axiale în ambele sensuri se utilizează rulmen ți radiali -axiali cu role conice pe două sau
patru rânduri de role. Se montează perechi, în X sau în O, în acela și lagăr sau în lagăre diferite.
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
10
Acești rulmen ți necesită arbori rigizi și se folosesc la reductoare, cutii de viteze, transmisii
centrale, diferen țiale și roți ale autovehiculelor. Se execută și rulmen ți radial -axiali cu role conice cu
două rând uri sau cu patru rânduri de role, folosi ți cu precădere la utilajele tehnologice.
1.1.4. Analiza tehnologicității piesei
Din punct de vedere constructiv rulmen ții sunt organe de ma șini complexe. Ei sunt utiliza ți
pentru rezemarea pieselor care execută mi șcări de rota ție sau de oscila ție: arbori, mese rotative,
turele de macara, șuruburi cu bile, volan ți, osii (la vagoane) etc.
Principalele elemente constructive ale rulmentului ales, seria E -57067 sunt:
Tabel 1 .1.. Elementele componente ale rulmentului
Nr.
crt. Denumire
reper Simbol
Part -Number Buc./ Rulm. Masă/Rulm.
1 Inel interior simplu NP-531380 1
104.269 Kg 2 Inel exterior simplu NP-205463 1
3 Corpuri de rulare -role TR-701456 64
4 Colivie TC-513548 1
1.1.5. Stabilirea caracterului producției
Lotul de fabrica ție pentru piesa rulment radial axial cu r ole conice pe un rând este de 5
bucăți.
Masa piesei ( 41,604 kg) depă șește 10 kg și de aceea, din tabelul 1.2. deducem caracterul
produc ției și anume produc ție de serie mică.
Tabelul 1.2. Caracterul producției în funcție de masa piesei și numărul pieselor de executat
Tipul producției Volumul producției, buc
pentru piese având masa (m):
<5kg
5…10 kg
10…100 kg
Individuală
Pana la 100
Pana la 10
Pana la 5
Serie mică
100…500
10…200
5…100
Serie mijlocie
500…1000
200…500
100…300
Serie mare
1000…50000
500…5000
300…1000
De masă
peste 50000
peste 5000
peste 1000
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
11
a) b)
Fig. 1.3. Realizare 3D a reperului Inel exterior ( Autodesk Inventor )
a) Masa piesei ; b) Model 3D
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
12
1.2. ANALIZA CARACTERISTICILOR MATERIALULUI PIESEI ȘI
ALEGEREA SEMIFABRICATULUI
Alegerea materialelor cât și a tratamentelor termice este strâns legată de cunoa șterea
condi țiilor de func ționare a piesei.
Pentru rulmentul folosit proiectantul indică în desenul de execu ție folosirea o țelului pentru
rulmen ți 102 Cr6, conform EN ISO 10132 -4:2000 , care prezintă următoarele caracteristici:
Tabelul 1.3. Compozi ția chimică a o țelului pentru rulmen ți 102 Cr6
C% Si% Mn% P%
max S%
max Cr% Mo%
max Ni%
0,95-1,1 0,15-0,35 0,2-0,4 0,025 0,025 1,35-1,6 0,1 max 0,4
Tabelul 1.4 . Caracteristici mecanice ale o țelului pentru rulmen ți 102Cr6
Rp02
N/mm2 Rm
N/mm2 A5
% Rezilienț a ISO -V
J HB
590 1300 -2100 11 32,5 223
În conformitate cu rolul func țional al reperului studiat, numărul de piese ce se execută și
marca materialului, se adoptă un semifabricat forjat.
Se alege inel forjat cu dimensiuni le prezentate în figura 1.4.
Fig. 1.4. Inel forjat
1.3. STABILIREA ULTIMEI OPERAȚII DE PRELUCRARE MECANICĂ
PENTRU FIECARE SUPRAFAȚĂ ȘI SUCCESIUNEA OPERAȚIILOR
TEHNOLOGICE
Stabilirea succesiunii opera țiilor se face cu ajutorul unei metodologii prezentată în
continuare. Un prim pas este determinarea procedeului final de prelucrare care asigură precizia
prescrisă suprafe ței respective.
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
13
Determinarea succesiunii opera țiilor se face ținând u-se seama de dimensiunile și
configura ția piesei, de suprafa ța de prelucrat și de volumul produc ției.
Prelucrările suprafe țelor piesei trebuie să se desfă șoare în ordinea:
prelucrări de degro șare;
prelucrări de finisare;
prelucrări de mare fine țe.
Etape le de degroșare au drept scop apropierea formei și dimensiunilor semifabricatului de
forma și dimensiunile piesei (reducerea și uniformizarea adaos urilor de prelucrare) și eviden țierea
eventualelor defec te ascunse ale semifabricatului.
Etapele de finisare (cu scule așchietoare metalice sau cu abrazivi) au drept scop asigurarea
preciziei dimensionale, a poziției reciproce și a rugozității suprafețelor .
Etapele de superfinisare (prelucrări de mare fine țe) au drept scop ob ținerea rugozită ții în
cazul când se prevăd prescrip ții deosebite în acest sens; abaterile dimensionale p ot fi corectate
numai în mică măsura, iar abaterile de formă și pozi ție nu pot fi înlăturate prin aceste etape de
prelucrare. Deoarece costurile acestor etape sunt ridicate (de aproximativ 4 ori mai mari decât la
finisare), prescrierea la proiectare a unor condi ții speciale pentru rugozitatea și calitatea stra tului
superficial trebuie făcută cu discernământ pe baza analizei condi țiilor de exploatare a piesei.
Tabelul 1.5. Succesiunea opera țiilor tehnologice
Nr.
crt. Cod opera ție
tehnologică Denumirea opera ției
1 I Strunjire de degro șare
2 II Tratament termic de îmbunătățire (călire + revenire)
3 III Strunjire de finisare
4 IV Rectificare
5 V Control tehnic final
Fiecare etapă de prelucrare mecanică este caracterizată de precizia economică și rugozitatea
economică, definite ca fiind valorile ce se obțin în condiții normale de fabricație ( mașini -unelte cu
precizie uzuală , forța de muncă calificată, mediu etc).
În funcție de rugozit atea și precizia prescrisă s -au stabilit ultimele operații de prelucrare
mecanică pentr u fiecare suprafață (tabelul 1.6 ).
Tabelul 1.6. Ultima opera ție de prelucrare mecanică
Nr.
crt. Suprafața Precizia Rugozitatea
Ra (m) Ultima operație de prelucrare
mecanică Abat. sup.
(mm) Abat. inf.
(mm)
1 S1 – -0,35 1,6 Rectificare frontală
2 S2 – -0,35 1,6 Rectificare frontală
3 S3 -0,125 0,8 Rectificare cilindrica exterioar ă
4 S4 – – 0,4 Rectificare CR
5 S5 +0,3 -0,3 1,6 Strunjire de finisare
6 S6 +0,3 -0,3 1,6 Strunjire de finisare
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
14
1.4. PROIECTAR EA SUCCESIUNII AȘEZĂRILOR ȘI FAZ ELOR PENTRU
TOATE OPERAȚIILE DE PRELUCRARE MECANICĂ
Una din problemele fundamentale în construc ția de ma șini și utilaje este problema bazării,
adică orientarea pieselor, determinarea, realizarea și verificarea dimensiunilor acestora în timpul
succesiunii opera țiilor pe care le suferă piesele în decursul procesului tehnologic de prelucrare și
montare.
Bazele sunt d e mai multe feluri și anume: constructive, de măsurare, de montare și
tehnologice.
Bazele constructive sau tehnologice sunt suprafe țele, liniile, punctele fa ță de care se
orientează, după calculele constructive, celelalte elemente ale piesei.
Bazele de măs urare sunt suprafe țele de la care se face măsurarea dimensiunilor pieselor.
Bazele de montare sunt suprafe țele pieselor fa ță de care se orientează la montaj celelalte
piese componente.
Bazele tehnologice sunt suprafe țe ale pieselor în raport cu care acest ea se orientează în
timpul prelucrării pentru asigurarea preciziei cerute.
Succesiunea fazelor de prelucrare este cen tralizată în tabelul 1.7.
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
16
Tabelul 1.7. Filmul tehnologic pentru piesa ˝INEL EXTERIOR ˝ Opera ția
Așezarea
Faza
Denumirea fazei Schița așezării
Utilajul
tehnologic
Mijloc de
măsurare
/verificare
0 1 2 3 5 6 7
I
a
A 1 Strunjire frontală de
degro șare
Strung carusel
UMARO
T036 Șubler,
Indentor cu laser 2 Strunjire cilindrică
exterioară de
degro șare
3 Strunjire conică
interioară (CR)
4 Teșire 3,34 x 45 ˚
B
B
5 Strunjire frontală de
degroșare
Strung carusel
UMARO
T036 Șubler,
Indentor cu laser 6 Strunjire cilindrică
exterioară de
degro șare
7 Teșire 2 x 45˚
II – 8 Tratament termic de
îmbunătățire (călire +
revenire)
Cuptor Pirometru
bimetalic
III
A 9 Strunjire frontală de
finisare
Strung carusel
BLANCHAR
T
YOU JI Micrometu
Indentor cu laser 10 Strunjire cilindrică
exterioară de finisare
11 Strunjire conică de
finisare (CR)
12 Teșire 0,8 x 45 ˚
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
17
Opera ția
Așezarea
Faza
Denumirea fazei Schița așezării
Utilajul
tehnologic
Mijloc de
măsurare
/verificare
0 1 2 3 5 6 7
III
I B 13 Strunjire frontală de
finisare
Strung carusel
BLANCHAR
T
YOU JI Micrometu
Indentor cu laser 14 Strunjire cilindrică
exterioară de finisare
15 Teșire 1 x 45 ˚
IV
A
16 Rectificare frontală
Mașina de
rectificat
FAVRET TO Micrometu
Indentor cu laser 17 Rectificare cilindrică
exterioară
18 Rectificare CR
B 19 Rectificare frontală
Mașina de
rectificat
FAVRET TO Micrometu
Indentor cu laser 20 Rectificare cilindrică
exterioară
V – 21 Control tehnic final WENZEL
LNF 3020 60 Șubler,
Indentor cu laser,
Pirometru
bimetalic,
Micrometu
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
19
1.5. DETERMINAREA PARAMETRILOR OPERAȚIILOR DE
PRELUCRARE MECANICĂ A PIESEI ȘI A NORMELOR TEHNICE DE
TIMP
1.5.1. Determinarea param etrilor operațiilor de prelucrare mecanică a piesei
În construc ția de ma șini, pentru ob ținerea pieselor cu precizia necesară și calitatea
suprafe țelor impusă de condi țiile func ționale este necesar ca de pe semifabricat să se îndepărteze
prin a șchiere straturi de material care constituie adaosuri de prelucrare.
Pentru a se reduce la minimum c ostul opera țiilor de prelucrare, este necesar ca ma șina
unealtă să fie încărcată integral și să se ob țină o cantitate maximă de a șchii în unitatea de timp cu
ajutorul unei scule având cea mai lungă durată de tăiere continuă .
Suprafa ța dată se realizează în trei opera ții diferite de a șchiere și o opera ție de tratament
termic. De men ționat că pentru îmbunătă țirea caracteristicilor mecanice ale materialului, după
opera ția de strunjire de degro șare se va executa un tratament termic de îmbunătă țire.
Adaosurile d e prelucrare pentru suprafa țele S1-S5 sunt prezentate în tabelele următoare:
Tabelul 1.8. Adaosurile de prelucrare pentru suprafața S1
Succesiunea
opera țiilor Clasa
de
preciz ie Toler. Adaosul
normat Lmax Lmin Adaosul
calculat
(real) Dimensiune si
abateri
Semifab. – – – – – – 70
Degro șare IT11 660 6 64 63,34 6
Finisare IT8 165 0,5 63,5 63,33 0,5
Rectificare IT7 35 0,5 63 62,65 0,5
Tabelul 1.9. Adaosurile de prelucrare pentru suprafața S2
Succesiunea
operațiilor Clasa
de
precizie Toler. Adaosul
normat Lmax Lmin Adaosul
calculat
(real) Dimensiune si
abateri
Semifab. – – – – – – 63
Degro șare IT11 660 6 57 56,34 6
Finisare IT8 165 0,5 56,5 56,43 0,5
Rectificare IT7 35 0,5 56 55,65 0,5
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
20
Tabelul 1.10. Adaosurile de prelucrare pentru suprafața S3
Succesiunea
opera țiilor Clasa
de
preciz ie Toler. Adaosul
normat dmax dmin Adaosul
calculat
(real) Dimensiune si
abateri
Semifab. – – – – – – 1065
Degro șare IT11 660 6,5 1052 1051,3 6,5
Finisare IT8 165 0,5 1051 1050,6 0,5
Rectificare IT7 125 0,5 1050 1049,8 0,5
Tabelul 1.11. Adaosurile de prelucrare pentru suprafața S4
Succesiunea
opera țiilor Clasa
de
preciz ie Toler. Adaosul
normat Dmax Dmin Adaosul
calculat
(real) Dimensiune si
abateri
Semifab. – – – – – – 960
Degro șare IT11 660 7 974,6 973,3 7
Finisare IT8 165 0,5 975,1 974,8 0,5
Rectificare IT7 200 0,5 976,2 975,2 0,5
Tabelul 1.12. Adaosurile de prelucrare pentru suprafața S5
Succesiunea
operațiilor Clasa
de
precizie Toler. Adaosul
normat Dmax Dmin Adaosul
calculat
(real) Dimensiune si
abateri
Semifab. – – 988
Degro șare IT11 660 7 1002,6 1001,3 7
Finisare IT8 165 0,5 1003,1 1002,8 0,5
Rectificare IT7 35 0,5 1004,2 1003,8 0,5
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
21
1.5.2. Determinarea normelor tehnice de timp
Principalii param etrii de prelucr are mecanică ș i comp onentele normei tehnice de timp p entru supraf ața repreului studiat sunt prezentaț i/e
sintetizat in tabelul 1.13, calculați cu ajutorul Walter GPS 5.0.
Etapele de determinare a paramet rilor se regăsesc în anexe .
Tabel 1.13. Parametrii regimului de a șchiere și norma tehnică de timp Operația
Așezarea
Faza
Dimensiunea
suprafeței
Lungimea
suprafeței Parametrii regimului de așchiere Componentele normei tehnice de timp
Norma
de timp
NT Tb Timp auxiliar, Ta
Tdt Tdo Ton Tpi/n i ap (t)
mm f (s)
mm/rot n
rot/min v
m/min Ta1 Ta2 Ta3 Ta4 Total
I A 1 13 6,5 2 3 0,337 66,8 221 0,583 11 3,05 0,7 0,72 15,47 0,401 0,192 1,123
9,6
58,23
2 12 6 2 3 0,405 1260 221 0,033 – 1,05 0,8 0,72 2,57 0,065 0,031 0,182
3 14 86 3 2,33 0,294 78,2 244 0,921 – 1,3 0,8 0,72 2,82 0,093 0,044 0,261
4 Teșire3,34×45˚ – 1,05 – 0,72 1,77 0,067 0,032 0,188
B 5 13 6,5 2 3 0,337 66,8 221 0,677 9,9 1,3 0,7 0,72 12,62 0,332 0,159 0,930
6 14 6 2 3 0,405 1260 221 0,033 – 1,05 0,8 0,72 2,57 0,065 0,031 0,182
7 Teșire 2,87x 45˚ 3 2,33 0,294 78,2 244 0,921 – 2,15 – 0,72 2,87 0,094 0,044 0,265
Total componente si norma de timp pentru operația I 3,168 – – – – 40,69 1,117 0,533 3,131
II – 8 – – – – – – – – – – – – – – – – – –
Total componente si norma de timp pentru operația II – – – – – – – – – – –
III A 9 14 0,5 1 0,5 0,202 79,5 263 0,439 11 3,05 0,7 0,56 15,31 0,393 0,188 1,102
9,6 55,33 10 14 0,5 1 0,5 0,202 1490 263 0,027 – 1,05 0,8 0,56 2,41 0,0609 0,029 0,170
11 15 86 1 0,5 0,202 82,1 259 0,422 – 1,3 0,8 0,54 2,64 0,076 0,036 0,214
12 Teșire 0,8 x 45 ˚ – 1,05 – 0,54 1,59 0,0503 0,024 0,140
B 13 14 0,5 1 0,5 0,202 79,5 263 0,439 9,9 1,3 0,7 0,56 12,46 0,322 0,154 0,902
14 14 0,5 1 0,5 0,202 1490 263 0,027 – 1,05 0,8 0,56 2,41 0,0609 0,029 0,170
15 Teșire 1 x 45 ˚ 1 0,5 0,202 82,1 259 0,422 – 2,15 – 0,54 2,69 0,078 0,037 0,217
Total componente si norma de timp pentru operația III 1,776 – – – – 39,51 1,041 0,497 2,915
IV A 16 15 0,4 2 0,4 0,005 9,09 30 0,019 8,98 0,33 0,85 – 10,16 0,002 0,234 0,305
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
22
Operația
Așezarea
Faza
Dimensiunea
suprafeței
Lungimea
suprafeței Parametrii regimului de așchiere Componentele normei tehnice de timp
Norma
de timp
NT Tb Timp auxiliar, Ta
Tdt Tdo Ton Tpi/n i ap (t)
mm f (s)
mm/rot n
rot/min v
m/min Ta1 Ta2 Ta3 Ta4 Total
17 15 0,1 1 0,1 0,0025 9,09 30 0,193 – 0,33 0,85 – 1,18 0,021 0,031 0,041 7
7 59,44
59,44 18 14 0,4 2 0,4 0,005 9,09 30 3,391 – 0,33 0,85 – 1,18 0,3704 0,105 0,137
19 14 0,1 1 0,1 0,0025 9,09 30 2,088 – 0,33 0,85 – 1,18 0,228 0,075 0,098
20 16 0,4 2 0,4 0,005 9,09 30 3,632 – 0,33 0,85 – 1,18 0,396 0,1106 0,144
21 16 0,1 1 0,1 0,0025 9,09 30 3,116 – 0,33 0,85 – 1,18 0,3404 0,139 0,128
B 22 15 0,4 2 0,4 0,005 9,09 30 0,019 8,98 0,33 0,85 – 10,16 0,002 0,234 0,305
23 15 0,1 1 0,1 0.0025 9,09 30 0,193 – 0,33 0,85 – 1,18 0,021 0,031 0,041
24 14 0,4 2 0,4 0,005 9,09 30 3,391 – 0,33 0,85 – 1,18 0,3704 0,105 0,137
25 14 0,1 1 0,1 0,0025 9,09 30 2,088 – 0,33 0,85 – 1,18 0,228 0,075 0,098
Total componente si norma de timp pentru operația IV 18,13 – – – – 29,76 1,979 1,139 1,434
Pentru desfăș urarea procesului tehnologic de pr elucrare mecanică sunt necesare urmatoarele elemente:
existența unui semifabricat asupra căruia se acționează pentru obținerea piesei finite;
existența unei scule așchietoare care îndepărtează materialul în exces sub formă de așchii ;
existența unei mașini – unelte;
existe nța unei mișcări relative între scula aș chietoare și semifabricat în scopul generării suprafeței piesei finite.
Sculele aș chietoare u tilizate la prelucrarea mecanică a reperului analiza t sunt detaliate în tabelul 1.14.
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
23
Tabel 1.14. Alegerea cu țitelor și plăcu țelor folosite
Nr
crt. Faza Denumirea sculei
așchietoare Schița sculei a șchietoare Caracteristici tehnice
0 1 2 3 4
1
1,2,4,5,6,7 Cuțit pentru degro șare exterior
Corp –
DCKNR2525M12
Unghi de atac 75
Dimensiunea placuței 12
Înălțime funcțională h = h1 25 mm
Lățimea cozii b 25 mm
Lățime funcțională f 32 mm
Lungime funcțională 150 mm
Lungime max. în consolă 21,1 mm
Unghi de degajare -6
Unghi de înclinare -6
Plăcu ță –
CNMG120412 -RV5
WPV20
Cerc înscris d 12,7 mm
Margine de tăiere l 12,9 mm
Grosime plăcuță s 4,76 mm
Raza r 1,2 mm
Avans min. pe revoluție 0,25 mm
Avans max. pe revoluție 0,55 mm
Adâncimea min. de tăiere 1 mm
Adâncimea max. de tăiere 5 mm
2
3
Cuțit pentru degroșare interior
Corp –
E25T -STFCR16 -R
Unghi de atac longitudinal 91
Dimensiunea plăcuței 16
Diametrul min. al arborelui 32 mm
Diamterul corpului 25 mm
Lățime funcționala f 17 mm
Lungime funcțională 270 mm
Unghi de degajare 0
Unghi de înclinare -3
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
24
Nr
crt. Faza Denumirea sculei
așchietoare Schița sculei a șchietoare Caracteristici tehnice
0 1 2 3 4
2
3 Plăcuță –
TCMT16T312 -RP4
WPP20S
Cerc înscris d 9,525 mm
Margine de tăiere l 16,5 mm
Grosime plăcuță s 3,97 mm
Unghi de degajare 7
Raza r 1,2 mm
Avans min. pe revoluție 0,2 mm
Avans max. pe revoluție 0,4 mm
Adâncimea min. de tăiere 0,8 mm
Adâncimea max. de tăiere 4 mm
3 9,10,12,13,
14,15 Cuțit pentru finisare exterior
Corp –
PCLNR1616H12
Unghi de atac longitudinal 95
Unghi de atac 95
Dimensiunea plăcuței 12
Înălțime func
ională h = h1 16 mm
Lățimea cozii b 16 mm
Lățime funcțională f 20 mm
Lungime funcțională 100 mm
Lungime max. în consolă 27,2 mm
Unghi de degajare -6
Unghi de înclinare -6
Plăcuță –
CNMG120408 -NF
WPP20S
Cerc înscris d 12,7 mm
Margine de tăiere l 12,9 mm
Grosime plăcuță s 4,76 mm
Raza r 0,8 mm
Avans min. pe revoluție 0,15 mm
Avans max. pe revoluție 0,55 mm
Adâncimea min. de tăiere 0,5 mm
Adâncimea max. de tăiere 3 mm
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
25
Nr
crt. Faza Denumirea sculei
așchietoare Schița sculei a șchietoare Caracteristici tehnice
0 1 2 3 4
4
11
Cuțit pentru finisare interior
Corp –
A20S -SWLCR06 -R
Unghi de atac longitudinal 95
Dimensiunea plăcuței 06
Diametrul min. al arborelui 25 mm
Lățime funcționala f 13 mm
Lungime funcțională 250 mm
Unghi de degajare 0
Unghi de înclinare 6
Plăcuță –
WCMT06T308 -PF
WPP20S
Cerc înscris d 9,525 mm
Margine de tăiere l 6,52 mm
Unghi de degajare 7
Grosime plăcuță s 3,97 mm
Raza r 0,8 mm
Avans min. pe revoluție 0,07 mm
Avans max. pe revoluție 0,35 mm
Adâncimea min. de tăiere 0,3 mm
Adâncimea max. de tăiere 2 mm
5
16,17,18,1 9,
20
Piatră rectificare
Corp degro șare –
89A 46 I8 AV217
D = 400
T = 80
H = 127
Corp finisare –
89A 80 J8 AV217
D = 400
T = 80
H = 127
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
26
1.6. CALCULUL PRINCIPALILOR INDICATORI TEHNICO -ECONOMICI
AI FABRICAȚIEI
Unul din indicatorii de bază ce caracterizează calitatea activită ții unei întreprinderi este
costul de produc ție pe unitatea de produs.
Costul de produc ție reprezintă valoarea bănească a materialelor, manoperei și a tuturor
celorlalte cheltuieli pe care le necesită realizarea unui produs.
Determinarea costului de produc ție se realizează prin calculul succesiv al valorii
componentelor sale:
1. Indicatorul de utilizare a materialului se folosește pentru aprecierea econom isirii
metalului si se calculează cu relația [10]:
Km Mp
Msf (1.1)
unde:
masa pieseI [ kg ];
41,604 [ kg ];
masa semifabricatului [ kg ];
64,789 [ kg ]
Km Mp
Msf 41,604
64,789
Indicatorul de utilizare al materi alului are o valoare avantajoasă încadrându -se într-un
interval recomandat pentru acest tip de prelucrare conform cu valorile din tabelul 1.15.
Tabelul 1.15 . Indicatorul de utilizare al materialului
Tipul semifabricatului si al piesei Km
Semifabricat turnat pentru:
carcase și roți
bucșe
0,80 … 0,90
0,50 … 0,60
Semifabricat laminat sau forjat liber pentru:
arbori î n trepte
piese tip alezaj
0,60 … 0,80
0,45.. 0,65
Semifabrica t matri țat pentru:
pârghii și furci
arbori coti ți și arbori î n trepte
roți dințate
0,80.. 0, 95
0,70.. 0,85
0,35 … 0,55
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
27
2. Indicatorul timpului de bază , se calculează cu rela ția [10]:
KTb Tb
NT , (1.2)
unde:
timpul de bază;
[ min ];
norma de timp;
[ min];
KTb Tb
NT 23,073
173 0,133
3. Determinarea costului de produc ție se realizează prin calculul succesiv al valorii
componentelor sale:
a) Costul materialelor , Cm se determină cu rela ția [6]:
Cm [Msf Pm-(Msf-Mp) Pdes (1+Papr
100)[ lei/buc ,
(1.3)
unde:
masa semifabricatului [ kg ] ;
64,789 [ kg ];
masa piesei [ kg ];
41,604 [ kg ];
prețul unitar al materialului [ lei/kg ];
4,00 [ lei/kg ];
prețul de vânzare al de șeurilor [ lei/kg ];
1 [ lei/kg ];
cota cheltuielilor de aprovizionare [ % ];
10 %
Cm [64,789 4,00 -(64,789 -41,604) 1] (1+10
100) 260 [ lei/buc ]
b) Cheltuieli cu manopera directă (salarii); se calculează cheltuielile și cu salarizarea
operatorului pentru fiecare opera ție i [6]:
Si Nti Shi
60 (1+CAS+CASS+CAM
100)
1
60 (Ntsd Shsd+Ntsf Shsf+Ntr Shr) (1+CAS+CASS+CAM
100) [lei/operație ,
(1.4)
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
28
unde ;
norma de timp la opera ția i [ min/buc ];
norma de timp la opera ția strunjire de degro șare;
[ min/buc];
norma de timp la operatia strunjire de fi nisare;
[ min/buc];
norma de timp la operatia rectificare;
[ min/buc];
salariul tarifar orar al operatorului [lei/oră ;
salariul tarifar orar la operatorului pentru operatia de strunjire de degrosare;
[lei/oră ;
salariul tarifar orar la operatorului pentru operatia de strunjire de finisare;
[lei/oră ;
salariul tarifar orar la operatorului pentru operatia de rectificare;
[lei/oră ;
CAS – contribu ția angajatorului la Asigurările Sociale; CAS 2 5 %
CASS – contribu ția angajatorului la Asigurările Sociale de Sănătate; CAS S = 10 %;
CAM – contributia asiguratorie de munca; CAM = 2,25%
Si 1
60 (58,23 15+55,33 20+59,44 30 ) (1+25+10+2,25
100) 86,08 lei /operație
c) Costul de sec ție CSj se calculează pentru toate opera țiile i care se realizează în sec ția
respectivă j [6]:
CSj ∑Si (1+RSj
100)[ lei/buc ,
(1.5)
unde:
RSj reprezintă regia sec ției prin care se iau în considera ție toate cheltuielile care se fac în
secție pentru ob ținerea produsului; se determină de serviciul contabilitate, iar valori le uzuale pentru
secțiile de prelucrări mecanice sunt R Sj = 300 … 500%, în func ție de complexitatea dotărilor și de
mărimea sec ției, iar pentru sec țiile de tratamente termice, deformări plasti ce, turnătorie R Sj =
400…600%.
Se adoptă: R Sj = 500%.
CSj 86,08 (1+500
100) 516.48 [ lei/buc ]
d) Costul total de sec ție C S (pentru toate sec țiile care contribuie la realizarea produsului)
[10]:
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
29
Cs Cm+∑CSj [ lei ];
(1.6)
Cs 260+516,48 776,68 [ lei ]
e) Costul de produc ție, C p [6]:
Cp CS (1+Rint
100)[ lei/buc ,
(1.7)
unde:
Rint-reprezintă regia întreprinderii, și ține seama de toate cheltuielile realizate la nivelul
societă ții comerciale pentru ob ținerea produsului; se determina de serviciul contabilitate, iar valorile
uzuale sunt R int = 10…40%.
Se adoptă: R int = 40%.
Cp 776,68 (1+40
100) 1087,352 [ lei/buc ].
Prezentul capitol reprez intă contribuț ia la partea de tehnologie a proiectului, sintetizând
noțiunile acumulate la di sciplinele tehnice/tehnologice ș i cuprinde etapele parcurse pentru
proiect area repereului inel exterior de la rulmentul cu seria E -57067.
Etapele parcurse, analiza datelor de baze și stabilirea caracterului producției , analiza
carcateristicilor materialului și alegerea semifabricatului, s tabilirea ultimei operații de prelucrare
mecanică pentru fiecare suprafață și succesiunea operațiilor tehnologice, proiectarea succesiunii
așezărilor și fazelor pentru toate operațiile de prelucrare mecanică, determinarea parametrilor
operațiilor de preluc rare mecanică a piesei și a normelor tehnice de timp, calculul principalilor
indicatori tehnico -economici ai fabricației , au ca rezultat final întocmirea documentației tehnologice
care se regăsește pe planș ele cu desenul de execuție și fișele pe așeză ri pe ntru realizarea reperului
analizat .
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
30
CAPITOL II. ALEGEREA DIN PUNCT DE VEDERE TEHNICO -ECONIMC
A MATERIALULUI PENTRU REPERUL INEL EXTERIOR DIN
COMPONEN ȚA UNUI RULMENT CONIC
Ținând cont de specificul societății comerciale unde s -a efectuat practica pentru proiectul de
diplomă , după realizarea capitolului ce cuprinde tehnologia de fabricaț ie a reper ului inel exterior ,
s-a identif icat oportunitatea unui studiu cu p rivire la al egerea metrialului î n co ndiții teh nico-
economice optime.
2.1. METODOLOGIA DE SELECTARE A MATERIALELOR FOLOSIND
DIAGRAME DE SEL ECȚIE
Proiectarea este procesul de traducere a unei idei noi sau o nevoie de pia ță în informa ții
detaliate de la care un produs poate fi fabricat. In mod normal, alegerea materialului este dictată de
proiectare.
Alegerea materialului nu se poate face independent de alegerea procesului prin care se
obține semifabricatul și succesiunea opera țiilor de prelucrare până la ob ținerea prod usului finit.
Costul intră , atât în alegerea materialului, cât și în modul prin care materialul este prelucrat. Trebuie
să recunoa ștem că o proiectare buna în sine nu este suficientă pentru a vinde produsele. În aproape
toate cazurile, de la aparate de uz casnic, la automobile, avioane, forma, textura, modul în care
funcționează, culoarea, sunt aspecte importante și dau satisfac ție persoa nelor care le folosesc.
Metode de alegere a materialelor :
în funcț ie de proprietă țile lor fizice, termice, reologice (def ormarea și curgerea unor
materiale sub ac țiunea for țelor exterioare) și tribologice (frecarea dintre două suprafe țe în contact
aflate în mi șcare relativă);
după destina ție (utiliză ri specifice).
La alegerea materialelor pentru o aplica ție tehnică trebuie avute în vedere două principii:
materiale le selectate trebuie să posede proprietă țile fizico -chimice, mecanice și
tehnologice corespunzătoare cerin țelor impuse de aplica ția în care sunt utilizate;
materialele alese trebuie să conducă la solu ții tehnice de rezolvare a aplica ției care să fie
convenabile economic, adică să poată fi transpuse în practică cu cheltuieli acceptabile privind
elaborarea materialelor, ob ținerea semifabricatelor și realizarea produselor impuse de aplica ție.
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
31
În scopul facilitării alege rii lor pentru diverse aplica ții tehnice, se recurge la împăr țirea
materialelor în doua mari clase:
materialele structurale (materialele de construc ție) → sunt cele la care caracteristicile de
rezisten ță mecanică sunt cele mai importante, ele fiind destina te confec ționarii elementelor
(pieselor, componentelor) supuse la solicitări mecanice, materialele metalice (o țeluri, fonte,aliaje
neferoase), materialele pe bază de substan țe macromoleculare, materiale le ceramice și sticlele,
lemnul și materialele compozite;
materialele func ționale → sunt cele la care caracteristicile cele mai importante sunt de
natură electrică, magnetică, optică, chimică etc., ele trebuind să asigure îndeplinirea rolului
funcțional al unor elemente (piese, componente) pentru elect rotehnică, electronică, automatică și
informatică, tehnica masurării, detec ția și înregistrarea semnalelor de diverse naturi fizice etc.
Materialele din această clasă sunt materialele semiconductoare, materialele magnetice,
materialele ceramice cu proprie tăți piezoelectrice, polimerii pentru cristale lichide, ceramicele
electrooptice, materialele conductoare și superconducoare etc.
2.1.1. Evolu ția în timp a materialelor
Evolu ția materialelor și ritmul lor de cre ștere sunt ilustrate în figura 2.1. Materi alele din pre –
istorie (> 10.000 I.H., e poca de piatră) au fost ceramica și sticla , polimeri naturali, și compozite.
Armele, întotdeauna vârf de tehnologie, s -au făcut din lemn și cremene, iar clădirile și podurile din
piatră și lemn.
Fig. 2.1. Evoluția în timp a materialelor
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
32
Aurul și argintul au fost disponibile la nivel local și, prin raritatea lor, au asumat o mare
influen ță în calitate de monedă, dar rolul lor în tehnologie a fost mic.
Problema alegerii materialelor presupune una din următ oarele situații diferite:
alegerea materialelor pentru un produs nou sau o proiectare nouă;
reevaluarea unui produs sau proiect nou pentru a reduce prețul de cost, a crește
fiabilitatea, a îmbunătăți performanțele etc.
Alegerea materialului convenabil est e o etapă cheie într -un proces de proiectare deoarece
reprezintă decizia crucială care leagă calculele dintr -un proiect ingineresc de re alizarea efectivă a
unui produs.
2.1.2. Procesul de alegere al materialelor
Proprietă țile materialelor se exprimă prin două tipuri de specifica ții:
de performan ță → stabilesc condi țiile func ționale de bază ale produsului și precizează
parametrii de la care trebuie începută proiectarea;
de produs → definesc condi țiile în care componentele proiectului sunt procurate sau
fabricate. Specifica țiilor de produs sunt reprezentate de proprietă țile materialului.
2.1.3. Rolul selec ției materialelor în proiectare
Alegerea materialelor la proiectarea și realizarea unui produs finit este foarte importantă și
este exemplificată în figura 2.2.
Fig. 2.2. Exemplificarea necesită ții unei bune corelări între proprietă țile unui material
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
33
2.1.4 Metodologia de alegere a materialelor folosind diagrame de selec ție
A. Clasificarea mate rialelor în 6 clase principal e – figura. 2.3
Fig. 2.3 Clasificarea generală a materialelor
Metale au modulul de elasticitate relativ ridicat. Cele mai multe, atunci când sunt pure, sunt
moi și ușor de deformat. Ele pot fi îmbunătă țite prin aliere și tratament termic, dar rămân ductile,
permi țându -le să fie prelucrate prin procese de deformare. Anumite aliaje de mare rezisten ță (oțel
pentru arcuri, de exemplu) au ductilită ți mici, dar chiar și acest lucru este suficient pentru a asigura
faptul că materialul se deformează elastic înainte de rupere și că ru perea, atunci cand apare, este de
tip ductil. Par țial din cauza ductilită ții, metalele sunt susceptibile oboselii și coroziunii.
Ceramicele de asemenea, au un modul de elasticitate ridicat, dar, spre deosebire de metale,
acestea sunt fragile. Aceste mater iale au o valoare mare a rezilien ței ceea ce înseamnă o rezisten ță
bună la rupere fragilă; tot în acest caz rezisten ța la compresiune este de aproximativ 15 ori mai
mare. Deoarece ceramicele nu au ductilitate, au o toleran ță scăzută pentru concentra țiile d e stres
(cum ar fi găuri sau fisuri) sau pentru zone de contact puternic (la punctele de prindere, de
exemplu).
Sticlele solide sunt non -cristalin e (amorfe). Mai frecvent sunt cele realizate din silica ți,
familiare ca sticle și veselă, dar sunt mult mai multe.
Polimerii sunt la celălalt capăt al spectrului. Ei au module de elasticitate mici, de
aproximativ 50 de ori mai mici decât cele ale metalelor și rezisten ță ridicată, aproape la fel de mare
ca și metalele. O consecin ță a acestui fapt este că pot avea deforma ții elastice ridicate. Suferă
fenomenul de fluaj, chiar și la temperatura camerei, ceea ce înseamnă că un component polimer sub
sarcină poate, cu timpul, să dobândească o deforma ție permanentă.
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
34
Elastomeri sunt polimeri cu lan ț lung de molecule, car e polimerizează la nivel mai mare de
temperatură decât cea de tranzi ție. Acest lucru oferă elastomerilor proprietă ți fizico -mecanice unice:
module de elasticitate mici 3GPa care cresc odată cu cre șterea temperaturii (la toate celelalte
materiale solide se înregistrează, în acest caz, o scădere) și o alungire specifică foarte mare 600%.
Hibrizii sunt combina ții de două sau mai multe materiale într -o configura ție și propor ție
prestabilită. Ținând seama de acest aspect se poate concluziona că hibrizii combină cele mai bune
proprietă ți fizico -mecanice de la categoriile de materiale componente evitând în acela și timp o
parte din dezavantajele specifice acestora.
B. Proprietă țile generale ale material elor, succesiune de figuri 2.4 – 2.11
În tabelul 2 .1 se prezintă o listă cât se poate de completă a caracteristicilor de performan ță a
materialelor.
Tabelul 2.1 – Caracteristicile de performanță ale materialelor
Proprietăți fizice Proprietăți mecanice Proprietăți termice
Structura cristalină
Densitate
Punct de topire
Viscozitate
Porozitate
Permeabilitate
Reflectivitate
Transparență
Proprietăți optice
Stabilitate dimensională
Presiune de vapori
Duritate
Modul de elasticitate
Întindere
Compresie
Raportul lui Poisson
Curba efort -deformație
Rezistența limită
Forfecare
Rezistența la rupere
Întindere
Forfecare
Portanță
Proprietăți de oboseală Conductivitate
Căldură specifică
Coeficient de expansiune
Capacitate de absorbție
Capacitate de emisie
Viteză de ablațiune
Rezistență la foc
Proprietăți electrice Proprietăți chimice Proprietăți de fabricație
Conductivitate
Constantă dielectrică
Forță coercitivă
Histerezis Poziția în seria potențialelor
electrice
Coroziune și degradare Fluiditate (capacitate de
turnare)
Tratament termic
Capacitate de călire
Formabilitate
Prelucrabilitate
Sudabilitate
a. b. c.
Fig. 2.4. Rezistența la tracțiune pentru:
a. Metale; b. Polimeri; c. Ceramice .
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
35
Fig. 2.5. Rezistența la oboseală Fig. 2.6. Rezistența la duritate Fig. 2.7. Tenacitatea la rupere
Fig. 2.8. Conductivitate termică Fig. 2.9. Dilatație termică
Fig. 2.10. Rezistivate electrică Fig. 2.11. Uzarea
C. Principalele diagrame de selec ție
Diagramele de selec ție au fost realizate în func ție de proprietă țile materialelor prezentate în
figurile 2.4 – 2.11. În continuare sunt prezentate diagrame le de selec ție în care se regăsesc
principalele categorii de materiale utilizate la ora actuală în proiectarea unui produs finit: Lemn,
Compozit, Spumă, Cauciuc, Polimeri, Metale și aliaje, Ceramice .
1. Selecț ia materialelor în funcție de modulul de elasticitate și densitate (figura. 2.12 .)
Informații generale :
˝rigiditatea ˝ măsoară cât de mult ˝se întinde˝ un material atunci când se aplică o forță.
Modulul lui Young măsoară rigiditatea și este o constantă de material, cu alte cuvinte este același
indiferent de dimensiunea epruvetei;
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
36
multe aplicații necesită materiale rigide, de exemplu grinzi de acoperiș, cadre de bicicletă,
aceste materiale se af lă în partea de sus a diagramei;
multe aplicații necesită mater iale cu densitate scăzută, de exemplu spume de ambalare,
aceste materiale se află în pa rtea stângă a diagramei;
materialele ușor rigide sunt greu de găsit, compozitele par să ofere un compromis bun,
dar acestea sunt de obicei destul de scumpe.
Fig. 2.12. Selec ția materialelor în func ție de modulul de elasticitate și densitate
Interpretări fizice :
atât hârtia cât și MDF sunt realizate din pastă de lemn și au densită ți similare și direc ția
de varia ție mică în modulul lui Young ;
bulele de metal sunt destul de mici, acest lucru se datorează faptului ca alierea nu are un
efect semnificativ asupra densită ții sau modulului lui Young;
lemnul are rigidită ți diferite în func ție de gradul de încărcare a produselor realizate din
acest material. Acest lucru se datorează rigidită ții micro -fibrelor din celuloz ă.
a se observa ca aproximativ toate mater ialele se află pe o diagonală, modulul lui Young
este puternic corelat cu densitatea;
spuma are cea mai mică densitate deoarec e aceasta are pori plini de aer.
Exempl e de utilizări :
polimerii nu par o alegere bună pentru produsele rigide, u șoare, dar ele pot fi consolidate
prin încorporarea rigidizării în proiectare (de exemplu interiorul unei prize);
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
37
celuloza cu fibre de lemn pare a fi o alegere rezonabilă pentru lumi nă, dar problemele cu
produc ția în masă eviden țiază faptul că est e rar folosit în zilele noastre;
atât lemnul cât și materialele compozit e sunt utilizate pentru vâsle, ambele oferă rigiditate
la greutate relativ scăzută. Compozitele sunt utilizate numai de profesioni ști deoarece sunt scumpe.
2. Selecția materialelor în funcție de modulul de elasticitate și cost (figura. 2.13.)
Informații generale:
˝rigiditatea ˝ măsoară cât de mult ˝se întinde˝ un material atunci când se aplică o forță.
Modulul lui Young măsoară rigiditatea și este o constantă de material, cu alte cuvinte este același
indiferent de dimensiunea epruvetei;
multe aplicații necesită materiale rigide, de exemplu grinzi de acoperiș, aceste materi ale
se află în partea de sus a diagramei;
multe aplicații necesită materiale cu densitate scăzută, de exemplu spume de ambalare,
aceste materiale se află în partea stângă a diagramei;
materialele cel mai puțin rigide se află spre partea din stânga sus a diagramei fiind în cea
mai mare parte metale și ceramică.
Fig. 2.13. Selec ția materialelor în func ție de modulul de elasticitate și cost
Exemple de utilizări :
polimerii nu par a fi o alegere bună pentru materialele rigide ;
diamantul este cel mai rigid material din cauza lipirilor complete co valente dar datorită
prețului său, acesta nu este folosit în aplica țiile de inginerie;
polietilena are o gamă largă în modulul lui Young deoarece bulele con țin atât LDPE cât
și HDPE;
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
38
betonul este ieftin și rigi d, ideal pentru structuri;
fonta este ideală pentru un pat de ma șini-unelte deoarece oferă rigiditate mare la pre ț
scăzut.
3. Selecția materialelor în funcție de rezistență și densitate (figura. 2.14.)
Informații generale:
forța măsoară rezistența unui material la ce dare dată de tensiunea aplicată;
graficul arată curgerea la tensiune pentru toate materialele, cu excepție pentru
ceramică, pentru care este prezentată rezistența la compresiune (rezistența lor la rupere fiind mult
mai mică);
această diagramă este utilă pentru identificarea materialelor pentru componentele ce
necesită înaltă rezistență, combinate cu greutatea redusă (stânga sus);
cei mai mulți polimeri au o densitate puțin mai mare de 1, cele mai multe tipuri de
lemn mai puț in de 1.
Fig. 2.14. Selec ția materialelor în func ție de rezisten ță și densitate
Interpretări fizice :
bulele sunt alungite de -a lungul axei de rezisten ță, nu de densitate. Acest lucru se
datorează faptului că tratamentele termice și de aliere au un efect puternic asupra rezisten ței dar
puțin asupra densită ții;
puterea este corelată cu densitatea, astfel încât cele mai multe materialele se află pe
diagonală ;
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
39
compozitele oferă un mijloc de realizare de rezisten ță înaltă la greutate mică, deoarece
exploatează fibre foarte puternice în matrice de lumină;
lemnul este oarecum ca spuma polimerică cu pori plini de aer și astfel plutesc în apă;
lemnul atinge rezisten ță înaltă la densitate scăzută prin m icrostructura celular eficientă.
4. Selecția materialelor în funcție de rezistență și tenacitate (figura. 2.15.)
Informații generale:
forța măsoară rezistența unui material la cedare dată de tensiunea aplicată;
graficul arată curgerea la tensiune pentru toate materialele, cu excepție pentru ceramică,
pentru care este prezentată rezistența la compresiune (rezistența lor la rupere fiind mult mai mică);
tenacitatea măsoară energia necesară pentru a sparge un material; este important pentru
lucruri care suferă un impact;
există multe cazuri în c are puterea nu este bună fără tenacitate, de exemplu un motor de
mașină;
creșterea puterii duce de obicei la scăderea durității;
oțelul călit este mai dur dar mai puțin puternic după stingere.
Fig. 2.15 Selec ția materialelor în func ție de rezisten ță și tenacitate
Interpretări fizice :
pune un ac într-un balon și aruncă -l în aer, se va sparge atunci când energia elastică n u
poate fi absorbită de fisura î n cre ștere;
punctele de rezisten ță la trac țiune a materialelor fragile sunt foarte sensibile în prezen ța
defectelor;
oțelul carbon călit este în con tinuare greu, dar foarte fragil;
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
40
materialele dure absorb foarte multă energie, ca o fisură ce cre ște în ele;
metalele sunt dure deoarece acestea se deformează plastic în timp ce se sparg, absorbind
energi e;
fonta este de cele mai multe ori fragilă deoarece con ține fulgi de grafit care se c omportă
ca fisuri mici în metal;
oțelul este adesea folosit pentru a absorbi energia în impactul de automobile deoarece este
greu și dur;
pânzele de f ierăstrău și capetel e de ciocan sunt din o țel călit apoi răcit pentru a ob ține o
rezisten ță moderată ridicată cu o tenacitate bună.
5. Selecția materialelor în funcție de rezistență și deformație (figura. 2.16.)
Informații generale:
forța măsoară rezistența unui material la cedare dată de tensiunea aplicată;
graficul arată curgerea la tensiune pentru toate materialele, cu excepție pentru ceramică,
pentru care este prezentată rezistența la compresiune (rezistența lor la rupere fiind mult mai mică);
alungirea măsoară modificare a procentuală în lungime, înainte de fractură;
alungirea la eșec este o măsură a ductilității.
Fig. 2.16. Selecția materialelor în funcție de rezistență și deformație
Interpretări fizice:
ceramica are alungiri foarte mici (<1%) deoarece aceasta nu se poate deforma plastic;
metalele au alungire moderată până la eșec (1 -50%) cu deformație apărută în urma
fluxului plastic;
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
41
termoplastele au alungiri mari (>100%) deoarece moleculele se pot întinde și glisa una
peste alta;
cauciucurile au alungiri elastice m ari deoarece lanțurile se pot derula/bobina elastic;
termorigidele au alungiri mici (<5%) deoarece toate moleculele sunt legate intr -o rețea,
astfel încât să nu poată aluneca unele peste altele.
6. Selecția materialelor în funcție de rezistență și cost (figura. 2.17.)
Informații generale:
forța măsoară rezistența unui material la ced are, dată de tensiunea aplicată;
graficul arată curgerea la tensiune pent ru toate materialele, cu excepți e pentru ceramică,
pentru care este prezentată rezistența la compresiu ne (rezistența lor la rupere fiind mult mai mică).
multe aplicații necesită materiale rezistente, de exemplu, șurubelnițe, centuri de siguranță,
acestea se află în partea de sus a diagramei;
din păcate există puține materiale de înaltă rezistență, ieftine (stânga sus).
Fig. 2.17. Selec ția materialelor în func ție de rezisten ță și cost
Interpretări fizice :
ceramica și sticla au legături covalente direc ționale. Ele sunt casante deoarece sunt
sensi bile la mici fisuri sau defecte .
metalele nu au legături de direc ție și au trac țiuni similare și proprietă ți de
compresiune;
microfibrele de tensiune fac lemnul puternic în tensiune;
aliajele sunt mult ma i puternice decât metalele pure;
metalele pot fi consolidate prin tratare termică pentru a schimba microstructura.
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
42
Exemple de utilizări :
teflonul, ca o suprafa ță antiaderentă pentru aplicații în gospodărie ;
ceramica, pentru cărămizi de incendiu și pentru acoperirea lamelor motorului cu reac ție;
wolfram, pentru filamentul becurilor.
7. Selecția materialelor în funcție de rezistență și cost (figura. 2.18.)
Informații generale:
forța măsoară rezistența unui material la ced are, dată de tensiunea aplicată;
graficul arată curgerea la tensiune pentru toate materialele, cu excepție pentru ceramică,
pentru care este prezentată rezistența la compresiune (rezistența lor la rupere fiind mult mai mică);
temperatura maximă de serviciu indică temperatura maximă la care un material poate fi
utilizat în inginerie;
această diagramă este utilă pentru identificarea materialelor care funcționează la
temperaturi mai mari de temperatura camerei, de exemplu ustensile de gătit, mo toare de mașini și
de eșapament;
polimerii sunt limitați la temperaturi scăzute și numai ceramica poate rezista la
temperaturi foarte ridicate.
Fig. 2.18. Selec ția materialelor în func ție de rezisten ță și temperatura de operare
Interpretări fizice :
polimerii termoplastici funcționează la temperaturi mai mici decât materialele
termorigide;
ceramica poate opera la temperaturi mari deoarece legăturile covalente sunt foarte stabile;
polistirenul are o temperatură maximă de utilizare sub 100 , ceea ce explică de ce ceștile
de cafea din polistiren își modifică forma.
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
43
Exemple de utilizări :
teflonul, ca o suprafa ță anitaderentă pentru tigaie;
ceramica, pentru cărămizi de incendiu și pentru acoperirea lamelor motorului cu reac ție.
8. Selecția materialelor în funcție de rezistivitate și cost (figura. 2.19.)
Informații generale :
acest grafic este important pentru proiectarea componentelor care necesită o izolare
electrică bună (de exemplu carcasă de priză) sau bună conductivitate electrică (de exemplu cablu de
energie), la un preț bun;
conductorii electrici buni sunt de obicei con ductori termici buni, iar izolatorii electrici
buni sunt izolatori termici buni;
asemănarea dintre proprietățile electrice și termice conduce la ideea că graficul poate fi
utilizat și în aplicaț ii de identificare a materialelor care necesită o izolare term ică bună sau
dimpotrivă o conductivitate termică bună.
Exemple de utilizări :
aurul și argintul au cea mai bună conductivitate, dar sunt foarte scumpe pentru a fi
utilizate pe scară largă, cu excepția acelor c onectori folosiți în aplicații electronice;
în general cele mai bune materiale folosite sunt cuprul și aluminiul (de exemplu în
fabricarea cablurilor electrice );
polimerii, cum ar fi ureea formaldehidă, sunt izolatoare și sunt folosite în componentele
electrice pentru a proteja utilizatorul (de exemplu carcasa comutatorului de lumină).
Fig. 2.19. Selec ția materialelor în func ție de rezistivitate și cost
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
44
Interpretări fizice :
materialele metalice în compara ție cu alte categorii de materiale sunt foarte bune
conductoare deoarece acestea au caracteristice legături metalice în care sunt grupa ți electronii de
valen ță. Ace ști electroni de valen ță, ce formează a șa numitul ˝nor electronic˝, sunt liberi să se mi ște
și să transporte curent.
metalele pure sunt conductoare mult mai bune decât aliajele , acest lucru se datorează
faptului că electronii care se deplasează prin material sunt bloca ți de nere guli, cum ar fi atomi de
aliere;
polimerii și ceramica sunt izolatoare bune deoarece sunt lega ți covalent și electronii lor
sunt strâns lega ți;
semicondu ctorii sunt dopa ți cu elemente care furnizează electroni suplimentari sau oferă
goluri pozitive care se pot deplasa liber.
9. Selecția materialelor în funcție de modul de reciclare și cost (figra. 2.20.)
Informații generale:
procentul de reutilizare este acea cantitate din totalul de materie pr imă care poate fi
reciclată eficient;
în perioada actuală procen tul de reciclare nu este foarte mare, în prezent reciclarea
implică revenirea materialului la forma lui brută, dar reutilizarea este mai eficientă din punct de
vedere energetic;
această diagramă este utilă pentru identificarea materialelor care sunt puternic reciclate și
de a explora pe cele care nu sunt;
se fac eforturi mari în mod natural de a recicla materialele scumpe.
Fig. 2.20. Selec ția materialelor în func ție de modul de reciclare și cost
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
45
Interpretări fizice :
în ciuda costurilor ridicate, materialele compozite s -au dovedit a fi dificil de reciclat,
acestea fiind bazate pe materiale plastice termo rigide, care nu pot fi retopite ;
materialele termoplastice sunt adesea folosite alternativ (făcând dificilă separarea) sau
sunt utilizate la densitate joasă, obiectele de volum mare (de exemplu sticle) făcând reciclarea
costisitoare;
metalele sunt deosebit de potrivite pentru reciclare, de oarece acestea pot fi u șor sortate,
retopite și profilate; ele sunt folosite adesea pentru a se realiza obiecte mari sau
necomplicate/complicate (de exem plu nave, automobile, conducte);
materialele termorigide nu pot fi remodelate ceea ce duce la un nivel scăzut de reciclare .
Exemple de utilizări :
în cazul în care un produs de unică folosin ță nu poate fi realizat din materiale durabile,
atunci ar trebui să fie luată în considerare op țiunea de reciclare;
ambalajul poate fi utilizat numai odată, designul poa te fi reutilizat prin reciclare;
în prezent, o mare parte dintr -o ma șină este recilată .
10. Selecția materialelor în funcție de energia necesară și cost (figura. 2.21.)
Informații generale :
în general, energia necesară pentru a produce un material este un factor foarte important
în costul materiilor prime. Ca urmare cele mai multe materiale se află pe linia din stânga jos (preț
scăzut/ conținut redus de energie), iar alte materiale se află în dreapta sus (cost ridicat/ conț inut
mare de energie);
este dificil de a evalua impactul mediilor atunci când două materiale sunt folosite în
paralel, deoarece există mulți factori de eliminare la producț ie;
conținutul de energie utilizată pentru a produce un material oferă o indicație aproximativă
a costului mediu de producț ie;
pentru materialele la care consumul de energie este mare pentru a le produce, există mari
economii de costuri și de energie prin reciclar e, de exemplu cutii de aluminiu;
aurul este u n metal prețios, care poate fi vândut la un preț foarte ridicat; de aici rezultă că
pentru a fi extras din pietre miniere care conțin doar o mică parte din aur este consumată foarte
multă energie.
Interpretări fizice:
măsurarea conținutului de energie a unui material este dificilă; aceasta include:
energia necesară pentru a colecta materialul;
energia necesară pentru a rafina, extrage sau a sintetiza;
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
46
polimerii sunt realizați prin rafinarea și prelucrarea hidrocarburilor din petrol, energia
utilizată pe kilogram este aceeași cu energia necesară pentru a produce metale;
materialele de construcție, cum ar fi betonul, cărămida și lemnul, cer relativ puțină
energie pentru a fi produse și sunt prin urmare ieftine;
metalele sunt de obicei extrase din oxidul lo r, acesta are foarte multă energie, de exemplu
a douăzecea parte din consumul total de energie din Statele Unite este folosit pentru a produce
aluminiu.
Fig. 2.21. Selec ția materialelor în func ție de energia necesară și cost
Exemple de utilizări :
pentru a selecta materialele care a u un impact mai mic asupra mediului și care contribuie
mai pu țin la încălzirea globală;
pentru a lua în considerare impactul folosirii produselor de unică folosin ță asupra
mediului;
pentru a lua în considerare impactul produ selor mari consumatoare de energie asupra
mediului, de exemple autoturismele.
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
47
2.2. ALEGE REA MATERIALULUI. STUDIU DE CAZ.
Pe baza celor prezentate anterior, se va întocmi un studiu de caz cu privire la alegerea
optimă din punct de vedere tehnico -economic a materialului pentru realizarea reperului studiat,
folosind drept funcții principale carcateristicile fizico -mecanice (rezistență, duritate, densitate,
reziliență) și costul.
În urma datelor obținute din cadrul societății comerciale Timken S.A., s-a stabilit nivelul de
importanță pentru cele cinci funcții principale [17].
A. Costul mat erialului , cea mai importantă comp onentă în cadrul societății comerciale
importanță acordată 5;
B. Rezistența materialului , com ponentă rezultată î n urma proiectarii reperului importanță
acordată 4;
C. Duritate a mat erialului, impusă de aplicația considerată importanță acordata 3;
D. Densitate a mater ialului, impusă de masa reperului importanță acordata 2;
E. Reziliența mater ialului , impusă de aplicaț ia consider ată import anță acordata 1.
Pentru cele considerate anterior se vor parcurge etapele pentru rezolvarea studiului de caz
considerat, astfel:
Etapa 1. Stabilirea principalelor funcț ii ale materialului și costurile aferente acestora [17].
Tabelul 2.2. Funcțiile m aterialelor ș i costurile aferente acestora.
Nr.
crt. Denumire material Funcții material Cost material
1 ASTM -52100 A,B C,D,E 800
2 ASTM -485-2 A,B,D 1100
3 ASTM -485-B6 A,B,C 900
4 ASTM -485-1 A,B,C,E 1000
Total 3800
Etapa 2. Calcula rea costurilor ținând cont de nivelul de importan ță al funcțiilor [17].
Tabelul 2.3. Costurile materialelor în funcție de nivelul de importanță.
Nr
crt Denumire material Cost
material Nivel importanță
( ) ∑ Cost
1 ASTM -52100 800 5,4,3,2,1 15 53,33
2 ASTM -485-2 1100 5,4,2 11 100
3 ASTM -485-B6 900 5,4,3 12 75
4 ASTM -485-1 1000 5,4,3,1 13 76,92
În cazul în care se repectă principiul conform căruia costul funcției unui produs este
proporțional cu nivelul de importanță al produsului se va utiliza formula dreptei y = ax+b. Pentru
funcția cu nivelul de importanță 0, costul va fi 0 și ca atare dreapta trece prin origine. O funcție de
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
48
nivelul de importanță ˝n˝ va avea un cost de ˝n˝ ori mai mare decât o funcție cu nivelul de
importanță 1 ( vezi tabelul 2.3. ). Astfel, forumla dr eptei ce trece prin origine va fi y = ax, unde:
y – costul f uncției;
x – nivelul de importanță.
Ținând cont de cele precizate mai sus, p entru o funcție cu nivelul de importanță 1, ec uația
dreptei este y = a..
Valoarea lui a trebuie determinată ceea ce p resupune rezolvarea ec uației y – ax = 0. De
regulă, proporț ionalitatea dintre nivelul de importanță ș i costul f uncției nu se resp ectă și se
urmăreș te ca suma abaterilor sa fie min imă [17].
min(s) ∑(yi-axi)2 ∑(yi2-2 axi yi+a x2)n
i 1n
i 1 (2.1)
Pentru minimizarea pă tratului abaterilor, se va rezolva derivata de ordinul 1, ceea ce d in
punct de vedere al relației de calcul î nseamna [17]:
S
a ∑(2 axi2-2 xi yi) 0n
i 1 (2.2)
a ∑xi2-∑xi yin
i 1 0n
i 1 (2.3)
de unde: a ∑ xi yin
i 1
∑ xi2 n
i 1, (2.4)
unde: n = n umărul funcțiilor unui produs;
x nivelul de importanță al unei funcții;
y costul funcției;
a = coeficientul dreptei .
Etapa 3. Repartizarea costului pe funcții [17].
Tabelul 2.3. Costurile materialelor în funcție de nivelul de importanță.
Nr.
crt. Denumire material Cost material Funcție
A B C D E
1 ASTM -52100 800 266,5 213,32 159,99 106,66 53,33
2 ASTM -485-2 1100 500 400 – 200 –
3 ASTM -485-B6 900 375 300 225 – –
4 ASTM -485-1 1000 384,6 307,68 230,76 – 76,92
5 Total 1526,1 + 1221 + 615,75 + 306 + 130,25 =
3799,1
Pentru a putea sintetiza grafic rezultatele se calculează coeficientul dreptei reale, folosindu –
se relația 2.4 [17].:
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
49
a ∑xiyin
i 1
∑xi2 n
i 1 5 1526,1+4 1221+3 615,75+2 306+1 130,25
52+42+32+ 22+12 274,61
Etapa 4. Se calculează dreapta virtuală ce trece prin origine și se identifică punctele
corespunzătoare proporționalității dintre cost si nivelul de importanță .
F y1 a x1 274,61 1 274,61
G y2 a x2 274,61 2 549,22
H y3 a x3 274,61 3 823,83
I y4 a x4 274,61 4 1098,44
J y5 a x5 274,61 5 1373,05
Dupa identificarea pantei dreptei virtuale și a punctelor corespunzătoare se trasează graficul
ce indică corelarea nivelului de importanță cu costurile aferente tipurilor de materiale.
Fig. 2.22. Corelarea nivelului de importanță cu costurile aferente tipurilor de materiale
În urma rezolvarii studiului de caz, se poate concluziona că materialul ASTM 52100
(102Cr6) este alegerea optimă din punct de vedere tehnico -economic, deoarece îndeplinește toate
condițiile alocate funcțiilor.
Ca urmare a condițiilor teoretice de corelare a avantaj elor tehnico -economice cu diversele
carcateristici fizico -mecanice și a standardelor de cost (a se vedea cele 10 cazuri de dependență
prezentate în partea teoretic a ) s -a soluționat un studiu de caz care a pus în evidență utilitatea
folosiri metodei numerice la rez olvarea problemelor inginerești .
Aceast ă concluzie este întărită și de faptul c ă materialul respectiv este cel din care se
execut ă reperul analizat la ca pitolul I.
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
50
CAPITOLUL III. STABILIREA METODELOR DE CONTROL
NEDISTRUCTIV PENTRU REPERUL INEL EXTERIOR DIN
COMPONEN ȚA UNUI RULMENT CONIC
Pe langă studiul realizat în cadrul capitolului II, s-a identific at și oportunitatea pentru
realizarea unui alt studiu de caz privind a legerea metodei de control nedistructiv , optimă din punct
de vedere tehnico -economic, care se utilizează în cadrul laboratorului pentru asigurarea calității de
la societatea comercială Timken S.A. Ploiești.
3.1. GENERALITĂȚI
Controlul ned istructiv reprezintă modalitatea de control a rezistenței unei structuri, piese,
fără a fi necesară demontarea, ori distrugerea acestora. Este un ansamblu de metode ce permite
caracterizarea stării de integritate a pieselor, structurilor industriale, fără a le degrada, fie în
decursul producți ei, fie pe parcursul utilizării, prin efectuarea de teste nedistructive în mod regulat
pentru a detecta defecte ce prin alte metode este fie mai dificil, fie mai costisitor.
Alegerea metodei de control nedistructiv utilizată se face în funcție de diferite criterii legate
de utilitatea piesei de controlat, materialul din care este fabricată piesa, amplasament, tipul de
structură, costuri etc.
Cele mai utilizate metode de contr ol nedistructiv sunt:
radiații penetrante;
examinare cu raze X ;
examinare cu raze gamma (gammagrafie);
magnetoscopie;
ultrasunete;
lichide penetrante;
controlul vizual ;
În cadrul societății comerciale Timken S.A., pentru controlul reperelor din componența u nui
rulment, ca principale metode de control nedistructiv se utilizează:
metoda de control cu ultrasunete;
metoda de control cu lichide pentrante;
metoda de control cu particule magnetice;
controlul vizual .
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
51
3.1.1 . Metoda de control (defectoscopia) cu ultrasunete
Defectoscopia cu ultrasunete se bazează pe o serie de proprietăți ale undelor ultrasonice
(ultrasunete) în timpul propagării prin medii solide, la întâlnirea unei discontinuități sau la
schimbarea mediului de propagare.
Ultrasunetele (unde de înaltă frecvență) sunt vibrații mecanice cu frecvențe cuprinse între 16
kHz și 104 MHz.
Metodele de determinare a defec telor cu ajutorul defectoscopiei cu ultrasunete utilizează, în
principal, două tipuri de unde ultrasonice:
unde longitudinale, cu o traiectorie liniară și o deplasare a particulelor în direcția
propagării undelor (se propagă în orice tip de mediu) – figura 3.1. – a;
unde transversale, cu o traiectorie liniară și o deplasare a particulelor într -o direcție
perpendiculară pe direcția propagării undelor (se pot propaga numai în medii solide sau în lichide
foarte vâscoase) – figura 3.1. – b.
a) b)
Fig.3.1. Tipuri de unde:
a) cu propagare longitudinală ; b) cu propagare transversală.
Proprietățile principale ale ultrasunetelor utilizate în cadrul defectoscopiei sunt:
reflexia și refracția – apar la întâlnirea unei suprafețe de separație a două medii;
viteza de propagare – este diferită în funcție de natura mediului în care se propagă (de
exemplu, viteza de propagare a undelor longitudinale în oțel este 5870 m/s, în cupru 4700 m/s, în
fontă 5500 m/s, în aluminiu 6260 m/s, plexiglas 2640 m/s, apă 1400 m/s, aer 350 m/s).
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
52
Vitezele de propagare a ultrasunetelor în funcție de proprietățile mediului solid se pot
calcula cu relațiile:
pentru unde longitudinale:
EvL
(3.1)
pentru unde transversale:
GvT
, (3.2)
în care:
E → modulul lui Young;
G → modulul de elasticitate transversal;
→ densitatea materialului.
difracția – se produce în cazul în care mediul de propagare are o discontinuitate de
dimensiuni apropiate de mărimea lungimii de undă a ultrasunetelor, , cauzând o reducere a
domeniului de umbră din spate;
atenuarea – la propagarea ultrasunetelor într -un mediu oarecare, intensitatea undelor
ultrasonice, I, scade cu distanța străbătută, după o lege exponențială de forma:
xII2
0e , (3.3)
în care:
I0 → intensitatea inițială a undei;
→ coeficientul de atenuare;
x → distanța străbătută de undă.
Tehnici utilizate în defectoscopia cu ultrasunete .
Controlul cu ultrasunete al materialelor metalice se realizează cu un aparat numit
defectoscop. Acesta e ste alcătuit din aparatul propriu -zis (care generează undele ultrasonice și pune
în evidență defectul pe un ecran) și unul sau două palpatoare (emit ultrasunetele în interiorul piesei
de examinat și/sau le recepționează).
În funcție de modul de punere în evidență a defectului pe ecranul defectoscopului, se
deosebesc trei moduri de prezentare:
modul de prezentare ˝A˝, ce reproduce adâncimea de penetrare sau distanța parcursă de
undă (pe orizontală se redă distanța parcursă, iar pe verticală amplitudinea se mnalului emis,
respectiv recepționat);
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
53
modul de prezentare ˝B˝, redă secțiunea transversală a piesei cu reproducerea simultană a
defectelor și extinderii acestora în secțiune (pe axa orizontală se redă distanța parcursă de palpator,
iar pe verticală adânc imea defectului);
modul de prezentare ˝C˝, afișează proiecția plană a piesei.
Echipamentul folosit pentru controlul nedistructiv cu ultrasunete se compune din:
defectoscop, trusă de blocuri pentru calibrare și trusă de palpatori .
3.1.2 Metoda de control (defectoscopia) cu lichide penetrante
Defectoscopia cu lichide penetrante este o metodă de control nedistructiv folosită pentru
punerea în evidență a defectelor interioare care comunică cu suprafața sau a defectelor de suprafață.
Metoda se aplică pieselor care în timpul funcționării sunt solicitate la oboseală, ansamblelor sudate,
semifabricatelor matrițate sau turnate, pieselor din materiale nemetalice, pieselor din materiale
metalice nemagnetice etc. Defectele care pot fi puse în evidență prin acest proc edeu au
dimensiunile minime cuprinse între 0,03…0,05 mm adâncime și 0,01 mm lățime.
Metoda se bazează pe capilaritatea, absorbția și difuzia lichidelor în pori, fisuri și în alte
defecte de suprafață sau din interior care comunică cu suprafața. Principiu l de lucru în
defectoscopia cu lichide penetrante constă în parcurgerea eta pelor prezentate în tabelul 3.1
Tabe lul. 3.1 Etapele defectoscopiei cu lichide penetrante
Schița de principiu Etape
0 1
a) aplicarea lichidului penetrant pe suprafața
piesei supusă examinării.
b) îndepărtarea excesului de lichid penetrant.
c) acoperirea suprafeței cu developant.
d) identificarea defecte lor prin examinarea
suprafeței.
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
54
Materialele folosite la controlul cu lichide penetrante trebuie să îndeplinească următoarele
condiții:
să nu interacționeze chimic cu materialul piesei ce urmează a fi examinată;
să aparțină aceluiași set de lichide pentru a împiedica reacțiile chimice d intre acestea.
Lichidele penetrante utilizate în defectoscopie sunt substanțe care au o capacitate mare de
umectare a suprafețelor. Acestea pot fi colorate sau fluorescente, solubile în apă sau în solvenți
organici. Developantul este o substanță care are o culoare contrastantă cu lichidul penetrant și o
putere mare de absorbție capabilă să extragă lichidul penetrant rămas în defectele de pe suprafața
piesei controlate.
Developanții se clasifică după forma de prezentare în: pulberi sau suspensii în lichide ușor
volatile (caolina în alcool, derivați ai petrolului, acetona).
În vederea controlului nedistructiv cu lichide penetrante sunt necesare următoarele
echipamente: instalație cu jet de aer cald (pentru uscarea suprafețelor), instalație de apă caldă
(pentr u spălarea și degresarea pieselor ), lampă cu emisie în infraroșu.
Tabelul. 3.2. Indicații privind tipurile de defec te și timpii de penetrare în funcție de materialul piesei
Material Produsul controlat Tipul defectului Timpul de penetrare, min
Penetranți
solubili în
apă Penetranți solubili în
solvenți organici
Oțel Piese turnate Cute, pori 30 10
Piese forjate sau extrudate Suprapuneri 60 10
Îmbinări sudate Pori, nepătrunderi 60 20
Toate produsele Fisuri 30 20
Aluminiu Piese turnate Cute, pori 5…15 5
Piese forjate sau extrudate Suprapuneri 30 10
Îmbinări sudate Pori, nepătrunderi 30 5
Toate produsele Fisuri 30 10
Magneziu Piese turnate Cute, pori 15 5
Piese forjate sau extrudate Suprapuneri 30 10
Îmbinări sudate Pori, nepătrunderi 30 10
Toate produsele Fisuri 30 10
Aliaje
Cu-Zn
Cu-Sn Piese turnate Cute, pori 10 5
Piese forjate sau extrudate Suprapuneri 30 10
Îmbinări sudate Pori, nepătrunderi 15 10
Toate produsele Fisuri 30 10
Titan Toate produsele Fisuri 5…30 20…30
Mase
plastice Toate produsele Fisuri 5…30 5
Sticlă Toate produsele Fisuri 5…30 5
Materiale
ceramice Toate produsele Fisuri 5 5
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
55
3.1.3 . Metoda de control (def ectoscopia) cu pulberi magnetice
Defectoscopia cu pulberi magnetice se bazează pe proprietatea liniilor de flux magnetic ca la
întâlnirea unei diferențe de permeabilitate între materialul continuu și locul cu defect, să ocolească
discontinuitatea cu permeabilitate magnetică redusă, concentrându -se în jurul ei. Astfel, în dreptul
defectu lui se formează un câmp magnetic de dispersie (câmp de scăpări). În figura 3.2 se prezintă
formarea câmpului magnetic de dispersie într -o piesă ce prezintă o fisură deschisă.
Fig. 3.2. Formarea câmpului magnetic de dispersie (câmp de scăpări).
Pentru punerea în evidență a defectelor pe suprafața magnetizată a piesei se aplică un strat
de pulberi magnetice. Acestea se aglomerează în zonele în care câmpul de scăpări este minim
(figura 3.3).
Fig. 3.3. Dispunerea pulberilor magnetice în câmpul de scăpări.
Defectoscopia cu pulberi magnetice se aplică numai pentru piese confecționate din materiale
feromagnetice. Prin această metodă se pot determina defecte cu deschidere la suprafața piesei și
acele defecte aflate în imediata apropiere a suprafeței care pot genera câmpuri de scăpări.
Aplicarea procedeului de control nedistructiv cu pulberi magnetice presupune, în general,
parcurgerea următoarelor etape:
magnetizarea piesei;
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
56
aplicarea pulberilor magnetice;
examinarea piesei;
demagnetizarea piesei.
3.1.4 . Metoda de control vizual (macroscopie)
Orice tip de investigare trebuie să fie precedată de o examinare vizuală a supafeței.
Procedeul este simplu dar indispensa bil, examinarea vizuală presupune respectarea condițiilor de
claritate satisfăcătoare a suprafețelor materialelor, echipamentelor și sudurilor luând în considerare
caracteristicile și proprietățile acestora.
Pentru control vizual se folosesc diferite ustensile optice cum ar fi endoscop , lupe, lămpi etc.
Prin control vizual sunt furnizate o serie de ind icii legate de aspectul suprafeței metalului precum și
estimarea unor defecte interne (recipiente metalice, butelii de gaze, conducte, tuburi etc).
Odată cu controlul vizual se pot determina și dimensiuile defectelor de îmbinare, grosimile
recipientului su dat, dimensiunile cordonului sudat etc .
3.2. ALEGEREA METODEI OPTIME DE CONTROL NEDISTRUCTIV
APLICABILE ÎN CAZUL RULMENȚILOR . STUDIU DE CAZ.
Procedeele tehnologice de examinare nedistructivă (NDT – Non Distructive Testing), ale
căror particularități au fost prezentate anterior ( P1-Metoda de control cu ultrasunete, P2-Metoda de
control cu lichide penetrante, P3-Metoda de control cu pulberi magnetice, P4-Metoda de control
vizual) , trebuie analizate prin prisma aplicabilității, folosind un set consistent de criterii tehnico –
economice, aspectele evidențiate de această analiză constituind informațiile pe baza cărora se pot
lua în practică decizii pertinente privind selectarea și folo sirea acestor procedee în diferite situații de
realizare a unor operații de NDT a calității lucrărilor de sudare.
Principalele criterii pe baza cărora se pot defini domeniul și condițiile de utilizare ale
procedelor tehnologice de NDT a calității lucrări lor de sudare și se poate aprecia (estima)
aplicabilitatea acestora sunt [18]:
C1. Categoria, configurația, amplasarea și dimensiunile echipamentelor verificate;
C2. Amploarea și gradul de dificultate ale lucrărilor de pregătire a operațiilor de NDT;
C3. Necesitatea realizării unor lucrări suplimentare în cursul operațiilor de NDT;
C4. Necesitatea și dificultatea utilizării unor mijloace de transport pentru materiale, la
efectuarea lucrărilor de NDT;
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
57
C5. Necesitatea utilizării unor aparate sau dispozitive la realizarea lucrărilor de NDT;
C6. Amploarea și dificultatea operațiilor tehnologice care se realizează în cursul lucrărilor
de NDT și riscurile aferente realizării acestora;
C7. Nivelul pregătirii profesionale a personalului implicat în realizarea lucră rilor de NDT;
C8. Mărimea echipei care realizează operațiile tehnologice esențiale ale lucrărilor de NDT;
C9. Durata realizării operațiilor tehnologice esențiale ale lucrărilor de NDT (productivitatea
procedeului);
C10. Implicațiile aplicării lucrărilor de NDT asupra securității și sănătății personalului care
le realizează și asupra mediului înconjurător;
C11. Mărimea costurilor (cheltuielilor) implicate de efectuarea lucrărilor de NDT.
Aplicarea criteriilor formulate mai înainte la fiecare dintre procedee le tehnologice de NDT
prezentate anterior conduce la evidențierea aspectelor necesare comparării procedeelor cu domenii
de utilizare similare, ierarhizării lor pe baza eficacității tehnice și eficienței economice și selectării
procedeului adecvat fiecărei aplicații.
La selectarea procedeului de realizare a lucrărilor de NDT pentru o aplicație dată se parcurg
următoarele etape:
Se aleg acele procedee pentru care domeniul și condițiile generale de utilizare corespund
aplicației la care trebuie folosit unul dintre procedeele NDT; în acest scop se utilizează criteriile C1
(care caracterizează procedeele de NDT în funcție de categori a, configurația, amplasarea și
dimensiunile echipamentelor verificate) și C2 (care caracterizează procedeele de NDT în funcție de
amploarea și gradul de dificultate ale lucrărilor de pregătire a operațiilor de NDT). Pe această bază
se selectează un grup de procedee adecvate P1, P2, …, Pk, …, Pm.
Se aleg criteriile tehnico -economice care se iau în considerare la ierarhizarea procedeelor
Pk, k = 1 … m, selectate anterior și se stabilesc coeficienții de importanță sau ponderile
corespunzătoare fiecăruia dintre aceste criterii. Criteriile alese pentru ierarhizarea procedelor
tehnologice de control care se pot utiliza în aplicația analizată se notează K1, K2, …, Ki, …, Kj, …, Kn,
iar coeficienții de importanță ai acestora se notează a1, a2, …, ai, …, aj, …, an și se pot stabili,
utilizând metoda descrisă sintetic în figura 3.4, la aplicarea căreia se procedează astfel:
pentru criteriile K1,K2, …,Ki, Kj, …, Kn se apreciază (estimează) valorile ponderilor parțiale
aij, i j și aij +aji 1 și se întocmește tabloul numit matricea preferințelor ; pentru stabilirea
valorilor ponderilor aij se consideră pe rând perechile de criterii ( Ki, Kj), i j și, presupunând că
numai criteriile Ki și Kj intervin în alegerea procedeului NDT, se estimează coeficientul de
importanță al fiecărui criteriu (de exemplu, a31 0,7 și a13 0,3 rezultă consider ând perechea de
criterii ( K1, K3) și apreciind că, în cazul când numai aceste două criterii se iau în considerare,
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
58
respectarea criteriului K1 asigură în proporție de 70 % luarea unei decizii bune la alegera
procedeului tehnologic de NDT, acesta fiind mai i mportant decât criteriul K3);
se calculează suma ponderilor parțiale corespunzătoare fiecărui criteriu (suma ponderilor
înscrise pe fiecare coloană a matricei preferințelor)
n
iij pj a S
1 și suma tuturor ponderilor parțiale
înscrise în matrice
2)1(nnSp ;
se calculează ponderea cu care trebuie considerat fiecare criteriu la alegerea
procedeului tehnologic de mentenanță
ppj
jSSa , j = 1… n (
n
jja
11 ) și pe această baza se poate face
ierarhizare a după importanță a criteriilor.
DEFINIREA CRITERIILOR
K1, … Ki, … Kj, … Kn
ÎNTOCMIREA MATRICEI
PREFERINȚELOR
CRITERIUL K1 … Ki … Kj … Kn
K1 … a1i … a1j … a1n
… … … … … … … …
Ki ai1 … … aij … ain
… … … … … … … …
Kj aj1 … aji … … ajn
… … … … … … … …
Kn an1 … ani … anj …
DETERMINAREA SUMEI
PONDERILOR PARTIALE ALE
CRITERIILOR
n
iij pj a S
1 Sp1 … Spi … Spj … Spn
DETERMINAREA SUMEI TOTALE
A PONDERILOR
n
jpj p S S
1
DETERMINAREA
COEFICIENTILOR DE
IMPORTANTA AI CRITERIILOR
ppj
jSSa a1 … ai … aj … an
Fig. 3.4. Etapele metodei de stabilire a coeficienților de importanță ai criteriilor privind selectarea procedeelor
tehnologice pentru efectuarea lucrărilor de NDT
Analiz ând nivelurile de importanță carcteristice fiecă rei met ode de cont rol nedistru ctiv
folosite î n cadrul societății comerciale Timken S.A. s -a realizat matricea criterială (figura. 3.5.) pe
baza căreia s -a făcut alegerea optimă din punct de vedere tehnico-economic .
Importanța fiecă rui crit eriu a fost cuantificată , iar totalitatea p rocentaj elor a influențat
alegerea corectă a proce deului de control nedistructiv.
Se acordă note, pe o scară de la 1 la 10 pentru gradul în care fiecare dintre procedeele Pk,
k = 1 … m, îndeplinește fiecare din criteriile Kj, j = 1 … n. Pentru acordarea notelor Nkj, k = 1 … m și
j = 1 … n (nota Nkj este o măsură a gradului în care procedeul tehnologic de verificare Pk
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
59
îndeplinește cerințele criteriului de ierarhizare Kj, pentru aplicația avută în vedere), se ține seama de
prescripți ile sintetizate în tabelul 3.3.
CRITERIUL
K1 C2
K2 C3
K3 C4
K4 C5
K5 C6
K6 C7
K7 C8
K8 C9
K9 C10
K10 C11
K1 C2 – 60 60 60 70 80 50 70 70 80
K2 C3 70 – 60 60 70 80 60 70 70 80
K3 C4 40 40 – 50 60 60 40 40 50 70
K4 C5 40 40 50 – 60 70 60 60 50 70
K5 C6 50 50 60 70 – 80 60 50 70 80
K6 C7 60 70 50 60 60 – 50 70 60 70
K7 C8 30 40 50 60 70 60 – 60 50 70
K8 C9 50 60 60 60 70 70 70 – 60 60
K9 C10 50 50 40 50 60 50 50 40 – 60
K10 C11 60 60 50 50 70 70 60 70 70 –
Suma ponderilor parțiale
450 470 480 520 580 620 500 530 540 630
Suma ponderilor totale
n
jpj p S S
1
n
jpj p S S
1
= 5320
Coeficienții de importanță
0,0845
0,0883
0,0902
0,0977
0,1090
0,1165
0,0939
0,0996
0,1015
0,1184
Fig.3.5. Matricea preferințelor și coeficienții de importanță ai criteriilor
privind selectarea procedeelor NDT
Tabelul. 3.3. Prescripții privind acordarea notelor pentru ierarhizarea procedelor de NDT
Criteriul Prescripții privind acordarea notei
minime (1) maxime (10)
K1 C2 Operațiile de pregătire a NDT sunt foarte ample și cu
grad de dificultate extrem de ridicat Operațiile de pregătire a NDT în vederea aplicării
lucrărilor de NDT au amploare foarte redusă și sunt
foarte ușor de executat
K2 C3 Realizarea lucrărilor suplimentare de NDT sunt foarte
ample și cu grad de dificultate extrem de ridicat Realizarea lucrărilor suplimentare de NDT au
amploare foarte redusă și sunt foarte ușor de executat
K3 C4 Realizarea lucrărilor de NDT necesită utilizarea unor
mijloace de transport, inexistente în dotarea celui care
efectuează lucrările Lucrările de NDT se pot realiza cu utilizarea unor
mijloace de transport, existente în dotarea celui care
efectuează lucrările
K4 C5 Realizarea lucrărilor de NDT impune utilizarea unor
aparate și dispozitive speciale Realizarea lucrărilor de NDT impune utilizarea unor
aparate și dispozitive uzuale
K5 C6 Operațiile NDT au amploare mare și sunt foarte dificil
de executat, implicând riscuri majore pentru executant NDT are un număr foarte redus de operații, foarte
simple și ușor de realizat
K6 C7 Realizarea lucrărilor de NDT presupune utilizarea unui
personal de execuție și supraveghere cu foarte înaltă
calificare, foarte bine specializat și antrenat Lucrările de NDT pot fi efectuate de personal de
execuție necalificat, supravegheat de personal cu
calificare redusă
K7 C8 Executarea lucrărilor de NDT se execută de către o
singură echipă cu un număr mare de membri Lucrările de NDT se realizează de către o singură
echipă, cu un număr minim de personal (1 … 2
persoane)
K8 C9 Lucrările de NDT au durată foarte mare de realizare Lucrările de NDT au durate foarte scurte
K9 C10 Lucrările de NDT impun măsuri multiple și severe
privind securitatea și sănătatea muncii și pot avea
implicații negative majore asupra mediului ambiant Procedeul tehnologic de NDT este ecologic și
impune respectarea unui număr redus de prescripții
foarte simple privind securitatea și sănătatea muncii
K10 C11 Costurile implicate de realizarea lucrărilor de NDT
sunt foarte mari și foarte greu de amortizat Costurile realizării lucrărilor de NDT sunt foarte
reduse și foarte ușor de amortizat
n
iij pj a S
1
ppj
jSSa
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
60
Pentru fiecare din procedeele Pk, k 1… m, se calculează indicatorul global al
performanțelor tehnico -economice IPTE,k, folosind relația: IPTE,k = a1Nk1 + a2Nk2 + … + anNkn, k
= 1 … m și se poate face ierarhizarea procedeelor de verificare în ordinea descrescătoare a valorilor
indicatorului IPTE,k, k 1… m, procedeul cu cea mai mare valoare a acestui indicator fiind cel
mai recomandat (cel mai avantajos din punct de vedere tehnico -economic) pentru a fi utilizat la
realizarea lucrărilor de NDT.
În figura 3.6 ., s-au determinat indicatorii globali ai performanțelor tehnico -economice IPTE,k,
k 1… m, pentru toate procedeele a decvate Pk, k = 1 … m și s-au ierarhizat aceste procedee în
funcție de avantajele tehnico -economice pe care le prezintă, exprimate global prin valoarea
indicatorilor IPTE,k.
CRITERIUL COEFICIENTUL
DE IMPORTAN ȚĂ NOTELE Nkj ACORDATE
PENTRU PROCEDEUL
P1 P2 P3 P4
K1 C2 0,0845 8 7 5 4
K2 C3 0,0883 8 8 8 3
K3 C4 0,0902 9 5 4 6
K4 C5 0,0977 6 7 6 2
K5 C6 0,1090 9 6 4 7
K6 C7 0,1165 6 6 8 5
K7 C8 0,0930 5 9 2 3
K8 C9 0,0996 8 8 3 6
K9 C10 0,1015 7 9 2 7
K10 C11 0,1184 8 8 4 4
INDICATORUL GLOBAL AL
PERFORMANTELOR TEHNICO –
ECONOMICE IPTE,k 7,3799 7,2803 4,6053 4,7457
LOCUL PROCEDEULUI IN
IERARHIZAREA DUPA IPTE,k 1 2 4 3
Fig. 3.6. Matricea performanțelor și indicatorii globali ai performanțelor tehnico -economice pentru procedeele
tehnologice aplicabile la efectuarea lucrărilor de NDT
Deși cu caracter de exemplificare, aplicația considerată corespunde cazului cel mai întâlnit
în practică, conform realizării lucrărilor de NDT de la societatea comercială Timken S.A . Ca
urmare, rezultatele obținute la analiza procedeelor tehnologice care pot fi utilizate în această
aplicație au caracter de generalitate și permit a se formula următoare le recomandări generale privind
strategia de selectare a procedeelor de realizare a lucrărilor de NDT:
Procedeele care asigură cele mai multe avantaje tehnico economice la lucrările de NDT
sunt procedeele P1 – Metoda de control cu ultrasunete, P2 – Metoda de control cu lichide penetrante .
Ierarhizarea rezultată în urma aplică rii acestei metode corespunde cu ceea ce se folosește în mod
curent î n cadrul la boratorului de control al calităț ii de la societatea comercială Timken S.A.
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
61
Pentru intervențiile de NDT s e recomandă pregătirea și dotarea tehnică a unor echipe care
să aplice pocedeele P4 – Metoda de control cu lichide penetrante, P3 – Metoda de control cu pulberi
magnetice, utilizând toate că ile de reducere a influenței criteriilor considerate asupra performanței
tehnico -economice.
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
62
CAPITOLUL IV . NORME CU PRIVIRE LA SECURITATEA MUNCII,
SĂNĂTATEA MUNCITORILOR ȘI PROTEC ȚIA MEDIULUI
4.1. GENERALITĂ ȚI
Art. 6. Lucrătorii care efectuează activită ți de muncă legate de producerea materialelor
plastice trebuie să aibă pregătirea profesională corespunzătoare locului de muncă respectiv.
Art. 7. Selec ția și repartizarea personalului pe locuri de muncă, din punctul de vedere al
stării de sănătate și al aptitud inilor, se realizează prin examen medical și psihologic conform
prevederilor el aborate de Ministerul Sănătă ții [5].
4.1.1. Instruirea personalului
Art. 8. Organizarea și desfă șurarea activită ții de instruire a lucrătorilor în domeniul
securită ții muncii se realizează în conformitate cu prevederile n ormelor generale de protec ție a
muncii.
Art. 9. Conducerea agen ților economici va asigura că lucrătorii să fie informa ți
corespunzător asupra riscurilor existente în procesele de muncă și asupra măsur ilor tehnice,
organizatorice și de autoprotec ție pentru prevenirea acestora.
Art. 10.
(1) Este obligatoriu ca persoanele juridice și fizice, pe lângă prevederile prezentelor norme,
să elaboreze instruc țiuni proprii de securitate a muncii care cuprind măsuri valabile pentru condi țiile
concrete de desfă șurare a activită ților.
(2) Este obligatoriu că instruc țiunile proprii de securitate a muncii să fie aduse la cuno ștință
lucrătorilor.
Art. 11. Este obligatorie amplasarea indicatoarelor de securitate în t oate zonele în care
persistă riscuri de accidente de mun că sau îmbolnăvire profesională [5 ].
4.1.2 Echipament individual de protec ție
Art. 12. Dotarea lucrătorilor cu echipament individual de protec ție și alegerea sortimentelor
se face în conformitate cu prevederile "Normativului -cadru de acordare și utilizare a echipamentului
individual de protec ție" aprobat prin Ordinul Ministrului Muncii și Protec ției Sociale
nr.225/21.07.1995, publicat în Moni torul Of icial nr.189/21.08.1995 [5 ].
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
63
4.1.3. Organizarea locului de muncă
Art. 13. Este obligatorie organizarea locului de muncă conform tehnologiei de lucru și
instruc țiunilor proprii de securitate a muncii.
Art. 14. Este obligatorie men ținerea cură țeniei la locul de muncă și transportarea
permanentă a de șeurilor de fabrica ție la locurile special amenajate.
Art. 15. Organizarea și desfă șurarea activită ții de prevenire și stingere a incendiilor se
realizează conform prevederilor normelor PSI în vigoare.
Art. 16. Este interzisă păstrarea alimentelor și a hainelor sau servirea mesei în halele de
depozitare și fabricare a materialelor plastice.
Art. 17. Este obligatoriu că lucrătorii să mănânce numai în încăperi special amenajate în
acest scop [5 ].
4.1.4. Microclima la locurile de muncă
Art. 18. Este obligatoriu ca microclima la locurile de muncă să satisfacă parametrii
proiecta ți, respectând limitele admise prevăzute prin normele generale de protec ție a muncii.
Art. 19. Conducerea agen ților economici are responsabilitatea supravegherii și controlului
expunerii la noxele din mediul de muncă și adaptării măsurilor de prevenir e eficiente sub limitele
admise [5 ].
4.1.5. Instala ții electric e
Art. 25. Pentru evitarea electrocutării prin atin gere directă, utilajele vor fi în construc ție
închisă cu gradul de protec ție de cel pu țin IP 55, iar atunci când acestea sunt în construc ție deschisă
se vor lua măsuri ca toate piesele aflate sub tensiune să fie inaccesibile unei atingeri neinten ționate.
Art. 26. La executarea opera țiilor la care există pericolul de electrocutare prin atingere
directă se utilizează mijloace de protec ție verificate conform normelor energetice.
Art. 27. La executarea opera țiilor la care există pericolul de electrocutare prin atingere
indirectă toate echipamentele și instala țiile electrice trebuie să fie legate la pământ.
Art. 28. Toate păr țile conducătoare ale instala țiilor electrice care nu fac parte din circuitele
curen ților de lucru, dar care accidental pot ajunge sub tens iune, trebuie conectate la instala țiile de
protec ție prin legare la pământ [5 ].
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
64
4.1.6. Depozitarea și transportul materiilor prime
Art. 29. Este obligatoriu ca în activitatea de depozitare a materiilor prime care se folosesc în
fabricarea materialelor termo și hidroizolante să se respecte prevederile următoarelor acte
normative:
a) Norme generale de protec ție a muncii.
b) Norme specifice de securitate a muncii pentru fabricarea, depozitarea și transportul
produselor anorganice
c) Norme specifice de securitate a muncii pentru fabricarea, depozitarea și transportul
produselor organice (exclusiv petrochimice)
d) Norme specifice de s ecuritate a muncii pentru manipularea, transportul prin purtare și cu
mijloace nemecanizate și depozitarea materialelor.
e) Norme specifice de securitate a muncii pentru transportul intern.
f)Norme specifice de securitate a muncii pentru exploatarea și între ținerea transportoarelor
cu bandă.
g) Prescrip ții tehnice ISCIR privind siguranta în func ționare a instala țiilor mecanice sub
presiune și instala țiile de ridicat.
Art. 30. Este interzisă depozitarea în acela și buncăr/rezervor a altor materii prime decât cea
etichetată.
Art. 31. Este obligatorie marcarea prin semne conven ționale pentru pericol a tuturor
rezervoarelor, conductelor sau ambalajelor care con țin substan țe toxice, inflamabile sau explozive.
Art. 32. Este interzis accesul la locul de descărcare și de depozitare a materiilor prime
necesare fabricării materialelor plastice al persoanelor care nu au nici o atribu ție legată de aceste
activită ți.
Normele specifice de securitate a muncii sunt reglementari cu aplicabilitate na țională care
cuprind prevederi m inimal obligatorii pentru desfă șurarea principalelor activită ți din economia
națională, în condi ții de securitate a muncii.
Respectarea con ținutului acestor prevederi nu absolvă agen ții economici de răspundere
pentru prevederea și asigurarea oricăror altor măsuri de securitate a muncii, adecvate condi țiilor
concrete de desfă șurare a activită ții respective [5 ].
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
65
4.2. NORME DE TEHNICA SECURITĂ ȚII MUNCII ÎN CAZUL
MAȘINILOR -UNELTE
4.2.1. Aspecte generale
Norme le de tehnica securită ții muncii au în vedere atât protec ția contra accidentelor cât și
reducerea efortului fizic depus de operator.
Mașinile-unelte sunt prevăzute din construc ție cu dispozitive care realizează protec ția
operatorului contra accidentelor, cât și cu elemente care realizează p rotec ția contra suprasarcinilor.
Principalele surse de accidente a operatorilor ma șinilor -unelte sunt: a șchiile, particulele
abrazive, desprinderea unor piese în mi șcare de rota ție, electrocutarea.
Mașinile-unelte moderne lucrează cu viteze mari de a șchier e și produc mari cantită ți de
așchii la temperaturi ridicate. Vitezele mari de a șchiere, la tura ții ridicate ale semifabricatului
trebuie să conducă la utilizarea dispozitivelor de prindere și fixare sigure, rigide.
Pentru protec ția operatorului se recomandă folosirea ecranelor transparente de protec ție
confec ționate din celuloid sau material plastic. Aceste ecrane permit supravegherea comodă a
spațiului de lucru. De asemenea, construc țiile moderne ale ma șinilor -unelte prevăd pornirea
procesului de a șchiere numai după ce ecranul de protec ție se află în pozi ția închis.
Ecranele de protec ție se aduc în pozi ția de lucru prin rabatare sau prin glisare pe sine sau
role.
Protec ția operatorului împotriva prafului abraziv la ma șini-unelte de rectificat, ascu țit și
polizoare se realizează cu instala țiile de absor ție a particulelor abrazive extrem de fine.
Desprinderea pieselor din dispozitivele de prindere și fixare pot provoca accidente extrem de
grave. Acestea se pot produce în special la strunguri, unde se p ot de șuruba universalele sau
platourile la schimbarea rapidă a sensului de rota ție. La sistemele moderne se utilizează sisteme de
fixare care elimină de șurubarea acestor dispozitive.
Prevenirea desfacerii dispozitivului de strângere, pneumatic sau hidrauli c, se ob ține prin
dotarea sistemului de strângere cu aparataj care func ționează automat la scăderea presiunii,
nepermi țând desfacerea bacurilor sau frânarea automată a ma șinii-unelte.
În scopul evitării accidentelor prin electrocutare, ma șinile-unelte tr ebuie să fie legate la
pământ. Pentru iluminatul loca l se utilizează tensiune redusă [5 ].
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
66
4.2.2. Norme de tehnica securită ții muncii în cazul ma șinilor -unelte de strunjit .
În cazul mașinilor -unelte de strunjit se prevăd următoarele măsuri de protec ție a muncii:
îndepărtarea a șchiilor se va realiza numai cu ajutorul cârligelor de îndepărtare a a șchiilor;
operatorul va fi echipat în timpul procesului de a șchiere cu ochelari de protec ție, cu
mănu și de protec ție;
în cazul în care ma șina-unealtă este dotată cu ecran de protec ție, aceasta se va utiliza
pentru protec ție în timpul procesului de a șchiere;
măsurarea pieselor prelucrate se va efectua numai după oprirea completă a mi șcării de
rotație;
operatorul va fi echipat cu o ținută adecvată de lucru;
mașina-unealtă trebuie să fie prevăzută cu legarea la pământ;
îndepărtarea a șchiilor acumulate la terminarea schimbului de lucru se va efectua cu
instrumente speciale;
se va evita formarea a șchiilor lungi (de curgere) prin utilizarea sculelor a șchietoare cu o
geometrie adecvată [5 ].
4.2.3. Norme de tehnica securității muncii în cazul mașinilor -unelte de rectificat.
În cazul ma șinilor -unelte de rectificat se prevăd:
fixarea sigură a discului abraziv prin utilizarea unor șaibe de protec ție;
se va verifica echilibrarea discului abraziv;
se va utiliza ecranul de protec ție în timpul procesului de a șchiere;
instala ția de evacuare a microa șchiilor trebuie să func ționeze la parametrii proiecta ți.
În cazul ma șinilor -unelte de mortezat se prevăd următoarele măsuri de protec ție a muncii:
fixarea sigură a semifabricatului pe masa ma șinii-unelte pentru utilizarea dispozitivelor de
prindere și fixare adecvate;
fixarea corespunzătoare a sculelor a șchietoare pentru a evita desprinderea lor în timpul
așchierii;
utilizarea echipamentului de protec ție de către operator (îmbrăcăminte adecvată, utilizarea
dispozitivelor de îndepărtare a a șchiilor etc.);
opera ția de măsurare a piesei se va efectua numai după oprirea completă a mi șcărilor
principale și de avans ale ma șinii-unelte.
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
67
CONCLUZII
Obiectivele temei proiectului sunt evidențierea tehnologiei de fabricație a inelului exterior
din componența unui rulment conic și aspectele economice cu privire la alegerea tehnico -economică
a materialului și stabilirea metodei optime de control nedistructiv a reperului .
Prima parte a t emei acestui proiect a constituit -o elaborarea tehnologiei de fabricație a piesei
inel e xterior din c omponența unui rulment radial -axial cu role conice.
În cadrul tehnologiei de fabricație s-au prezentat caracteristicile materialului, caracteristicile
și dimensiunile semifabricatului, precum și structura pe operații, așezări și faze a procesului de
fabricație pentru piesa inel exterior. Rezultatul acestui capitol s -a materializat în elaborar ea fișelor
tehnologice pe așezări.
Pentru realizarea cerințelor tehnologice impuse de procesul de fabricație s -au ales scule cu
durabilitate ridicată, iar regimurile optime de așchiere s -au determinat utilizând metode actuale
folosite în industrie (software Walter GPS v . 6.0).
Folosirea tabelelor de adaosuri realizate în concordanță cu Walter GPS accelerează procesul
de proiectare tehnologică și prezintă garanția că adaosurile astfel stabilite sunt cele optime pentru
condițiile concrete de prelucrar e la realiz area piesei re spective în funcție de modul în care se face
așezarea semifab ricatelor, la diferite operații, ținând cont și de erorile tehnologice rezultate la
prelucrăril e anterioare.
Valorile adaosurilor de prelucrare sunt cele optime , deoarece ele corespund unor condiții de
prelucrare la care adaosurile trebuie s ă fie acoperitoare pentru evitarea rebuturilor fiind îndeplinită
caracteristica tehnologică de așchiabilitate .
În ceea ce privește aspectele economice ale proiectării tehnologiei de fabricație a inelului
exterior s-au calculat principalii indicatori tehnico -economici (costuri de material, manoperă,
energie ș i ca rezultat costul de producție ).
Partea de temă specială constă în elaborarea a două studii de caz cu privire la alegerea
optimă din punct de vedere tehnico -economic a :
materialului, pentru reperul analizat, dintr -o gamă de materiale disponibile în cadrul
societății unde s -a efectuat practica pentru proiectul de diplomă ;
metodei de control nedistructiv aplicată la verificarea calită ții suprafețelor reperului ˝Inel
exterior˝.
Rezolvarea studiilor de caz a condus în ambele situații la identificarea corectă a soluțiilor:
alegerea materialului, 102 Cr6, fiind chiar materialul din care se realizează reperul
analizat și în producția real ă;
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
68
alegerea metodei de control nedistructiv , P1 – control cu ultrasunete, utilizată în cadrul
laboratorului de asigurare a calității din cadrul societății comerciale Timken S.A. Ploiești.
Pe baza celor prezenta te în cadrul proiectului rezultă că pentru fa bricarea reperului ˝Inelului
exterior ˝ trebuie să se acorde o atenție deosebită proiect ării tehnologiei de fabricație, cu valorile
parametrilor regimului de așchiere determinați similar ca în cadrul societăților comerciale , precum
și urmăririi aspectelor economice și manageriale pentru realizarea unui produs competitiv la un preț
scăzut, acest lucru ducând la creșterea rentabilității firmei producatoare.
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
69
BIBLIOGRAFIE
1. Picos s.a., Proiectarea tehnologiilor de prelucrare mecanica prin aschiere, vol. I si vol. II,
Chisinau 1992;
2. A. Vlase s.a., Regimuri de aschiere, adaosuri de prelucrare si norme tehnice de timp, vol. I si
vol. II, Editura Tehnica, Bucuresti 1985;
3. C. Picos s.a., Normarea tehnica pentru prelucrari prin aschiere, vol. I si vol. II, Editura
Tehnica, Bucuresti 1979;
4. Catalog scule C OROKEY 2010;
5. https://www.iprotectiamunci i.ro/norme/norme -generale -protectia -muncii ;
6. V. Ispas, A . Neac șa, Tehnologia fabricării produselor mecanice, Editura Universită ții Petrol –
Gaze Ploie ști 2015 ;
7. http://www.steelnumber.com ;
8. Documentatie Inventor ;
9. Docum entatie AutoCad ;
10. Elemente îndrumar proiectare FUPP ;
11. https://ro.wikipedia.org ;
12. www.rasfoiesc.com ;
13. http://www.urb -s.ro;
14. Fundamentals of Materials Science and Engineering;
15. www.researchgate.net;
16. http://www -g.eng.cam.ac.uk ;
17. Documentație (seminarii) Ingineria Valorii;
18. H.B.Maynard, Manual de Inginerie Industrială, Vol. I;
19. Documentație Timken.
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
70
BORDEROU DE DESENE
Inel exterior – format A1
Ansamblu Rulment – format A1
Tema specială – format A1
UPG/ IME/IEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță
71
ANEXE
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: UPG IMEIEDM – Proiect de diplomă Georgiana -Valentina F. Băluță [600102] (ID: 600102)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.