Capitolul 2

Capitolul 2Tehnologiile utilizate la fabricarea autovehiculelor

2.1 Structura procesului tehnologic de prelucrare mecanic

Prelucrarea prin ndeprtare de material (achiere) este cel mai rspndit procedeu de prelucrare de degroare i final pieselor.

ndeprtarea stratului de a material se face de ctre sculele achietoare care se deplaseaz prin acionarea manual sau mecanic. Prin acionarea sculei se modific forma geometric, dimensiunile i rugozitatea piesei.

Materialele folosite la fabricarea sculelor achietoare trebuie s ndeplineasc urmtoarele condiii:a) duritate nalt peste cea a materialului de prelucrat, tenacitate i rezisten la uzur ridicat;b) rezisten la solicitri statice i dinamice;c) conductivitate i stabilitate termic pentru a-i pstra proprietile fizico-mecanice iniiale pe toat durata procesului de achiere;d) prelucrabilitate prin rectificare bun, pentru a se realiza achierea la parametri tehnici corespunztori.

Cele mai utilizate materiale achietoare sunt:a) oelurile carbon de scule cu coninut de carbon cuprins ntre 0,6 i 1,4%;b) oelurile rapide mediu i bogat aliate (conin vanadiu, crom, cobalt),carburile metalice, obinute prin sinterizarea pulberilor de carburi de titan (TiC), wolfram (WC), tantal (TaC), nobiu(NbC), molibden(MoC) i un liant din care cel mai uzual este cobaltul. Creterea coninutului de cobalt duce la scderea duritii i rezistenei la compresiune.c) materiale mineralo - ceramice, obinute sub form de plcute realizate prin d) sinterizarea oxidului de aluminiu(Al203) n combinaie cu Mo, Ti, W sau carburi ale acestor elemente;e) diamantul natural sau sintetic,care are o duritate i rezistena la uzur superioar tuturor materialelor folosite la fabricarea sculelor achietoare. Sculele i pstreaz caracteristicile iniiale la temperaturi de 1600...1800C, realiznd viteze de achiere de 200 300 m/min, iar la neferoase de pn la 4500 m/min.

Datorita sensibilitii la ocuri mecanice i termice sculele din acest material se folosesc cu predilecie la achieri de finisare i superfinisare.

Granulaia pulberii influeneaz semnificativ proprietile fizico-mecanice ale sculei. Pulberea fin determin o duritate mare i tenacitate nai mica, iar pulberea grosier o duritate mai mic i tenacitate mare.

Pentru mbuntirea parametrilor fizico-mecanici i tehnologici ai sculelor achietoare, acestea sunt supuse unor tratamente i acoperiri de suprafa.

Dintre tratamentele de suprafa se amintesc:

a) oxidarea sau brunarea n abur, produce un strat de oxid care retine lichidul de rcire i previne formarea tiului de depunere;

b) mitrurarea, contribuie la creterea duritii stratului superficial i implicit la mrirea rezistenei la uzare;

c) cromarea dur, contribuie la mrirea duritii de suprafa pn la 68 HRC;d) acoperirea cu bronz, const n depunerea pe suprafaa sculei a unui strat subire de oxid, n special pentru sculele din oeluri rapide.

Figura. 2.1 Principiul de lucru n

cazul strunjirii unei suprafee exterioare.

Acoperirile de suprafa (placrile ceramice) au scopul de a mri duritatea de suprafa, tenacitatea, rezistena la oxidare i de a reduce fora i coeficientul de frecare in timpul achierii .n acest sens se cunosc acoperirile cu nitrur de aluminiu i titan (TiAIN), nitrur de titan (TiN), carbonitrur de titan (TiCN), nitrur de crom (AlCrN), nitrur de zirconiu (ZrN), strat de diamant policristalin (sintetic), acoperirile multistrat, etc.

2.1.1 Analiza proceselor de prelucrare prin achiere

Strimjirea este operaia prin care se realizeaz combinarea micrii principale de rotaie I a piesei P, cu micrile de avans longitudinal II i transversal III (Figura 2.1) ale sculei achietoare S.

Utiliznd dispozitive sau maini unelte corespunztoare se pot realiza i micri de avans nclinat, circular, perpendicular, pentru piese poligonale, etc. Un cuit simplu are feele active formate din suprafeele plane i muchiile, linii drepte. innd cont de sistemul de referin se definesc planele (suprafeele) ce caracterizeaz geometria constructiv a cuitului sub urmtoarele denumiri:a) suprafaa de degajare a sculei;b) suprafaa de aezare a sculei;c) suprafaa de aezare secundar, avnd rolul de a evita frecarea dintre suprafaa piesei prelucrate i scul;d) muchia principal a sculei ce realizeaz desprinderea achieide pe suprafaa piesei;e) tiul secundar al sculei;f) vrful cuitului.

Gurirea.

Gurile se mpart n funcie de precizia impus n clase de precizie: a) guri cu precizie sczut, caracterizate prin dimensiuni libere sau tolerane mari.b) guri precise, la care precizia corespunde treptelorPentru acest tip de guri se impun urmtoarele condiii:

a. dimensiunile s se realizeze in limitele toleranelor impuse;b. rugozitatea suprafeei s fie Ra = 1,6...3,2 pim;c. abaterile de la forma geometric (conicitate, ovalitate, etc.) s fie n limitele cmpului de tolerane;d. abaterea maxim de la perpendicularitatea suprafeelor frontale prelucrate fa de axa gurii s nu depeasc 0.03... 0,1 mm/lungimea razei de 100 mm.

n urma procesului de gurire achiile se formeaz prin deformarea plastic a materialului. Cldura degajat n urma procesului de achiere are un caracter benefic prin mrirea plasticitii materialului i unul negativ legat de accelerarea uzurii sculei.

Forma i caracterul achiilor depinde de:

a) caracteristicile operaiei;b) condiiile de achiere (vitez, avans, adncime);c) geometria sculei;d) compatibilitatea fizico-chimic dintre cele dou materiale;e) coeficientul de frecare;f) ungere.

Alegerea tipului de burghiu se face n funcie de urmtorii factori:

a) materialul de prelucrat;b) lungimea gurii;c) capabilitatea mainii unelte;d) lichidul de rcire utilizat;e) productivitatea;f) tipul de port-scul ales;g) rigiditatea portsculei;h) tipul de gurire: orizontal sau vertical;i) controlul evacurii achiilor;j) precizia prescris pentru alezaj.

Filetarea este operaia care se realizeaz:a) cu scule monobloc denumite tarozi pentru guri de filetat cu diametru de 40...50 mm;b) prin deformare plastic la rece pentru filetele exterioare ale uruburilor;c) prin frezare pentru piese de dimensiuni mari;d) prin filetarea cu filier.

Frezarea este operaia care se realizeaz cu ajutorul unor scule cu iuri multiple n scopul ndeprtrii succesive a adaosului de prelucrare de ctre fiecare dinte sub forma unor achii individuale.

n funcie de poziia axei fa de suprafaa de prelucrat se cunosc trei tipuri de operaii de frezare:

a) frezarea cilindric sau periferic, la care axa frezei este paralel cu suprafaa de prelucrat, iar frezele au dini drepi sau curbai;b) frezarea plan la care axul frezei este perpendicular pe suprafaa de prelucrat, iar dinii frezei sunt amplasai att pe partea frontal ct i pe partea periferic;frezarea frontal la care axa de rotaie a frezei este n poziie vertical fa de suprafaa de prelucrat, iar dinii frezei sunt amplasai att pe partea frontal ct i pe partea cilindric.

innd seama de cele trei grupe de operaii de frezare n practic se utilizeaz mai multe tipuri de freze dintre care se amintesc:a) freze cilindrice;

b) freze cilindro-frontale;c) freze cilindro-frontale tip deget pentru executarea canalelor de pan pe suprafaa exterioar a semifabricatului;d) freze disc cu coad;e) freze disc nguste utilizate pentru debitri rapide;f) freze sferice;g) freze conice, pentru prelucrarea suprafeelor plan-nclinate;h) freze profilate;i) freze pentru danturat.

Figura 2.2 Schema componentelor unui echipament periferic pentru, comanda numeric a MU: 1-director de comand a procesului;

2-interfa reea sau calculator; 3-tastatur; 4-ecran.

Procedeul nu se recomand la prelucrarea pieselor turnate sau forjate liber deoarece rugozitatea semifabricatului sau defectele de suprafa pot duce la deteriorarea sculei n contra avansului, atunci cnd micarea de rotaie este n opoziie cu micarea de avans. La acest tip de frezare calitatea suprafeei nu influeneaz hotrtor asupra durabilitii sculei i se obine o suprafa de bun calitate numai cnd dinii sunt ascuii.

Procedeul n schimb are multe dezavantaje:

a) forele de frecare sunt mai mari i solicit putere crescut la maina-unealt;b) viteza de uzare a sculei este ridicat;c) forele de achiere tind s ridice semifabricatul, iar scula are tendina s vibreze;d) suprafaa prelucrat poate fi deteriorat datorit transportului achiilor de ctre dini.

2.1.2 Principii ale prelucrrii cu maini cu comand numeric

Sistemul de comand numeric a mainilor-unelte de prelucrare mecanic a aprut prin anul 1951 la Institutul de Tehnologie din Massachusetts. Un echipament este cu comand numeric atunci cnd instruciunile necesare pornirii mainii-unelte sunt transmise ctre ea n form numeric (codificat), indiferent de dispozitivul de intrare sau cel de docare a datelor. Numerele se introduc pentru a descrie geometria piesei i specificaiile tehnologice (tipul de scul, viteza de lucru, etc.)Un echipament periferic pentru comanda numeric a mainii-unelte (Fig. 2.2) cuprinde: directorul de comand 1 prevzut cu automat programabil i cititor de axe, interfaa de reea sau calculatorul 2 pentru ncrcarea - descrcarea programelor, tastatura 3 pentru introducerea programelor i ecranul 4 pentru vizualizarea datelor pentru comanda sternului de control.

n funcie de capacitatea calculatorului se cunosc dou sisteme de comand numeric:a) sistem CNC (Computerized Numerical Control), care utilizeaz calculator de mic capacitate pentru comanda unei singure maini-unelte;b) sistem DNC (Direct Numerical Control), care utilizeaz pentru comanda centralizat a unui grup de maini-unelte (MU) calculatoare de mare capacitate.

n sistemul CNC, calculatorul de mic capacitate preia o parte din funciile echipamentului de comand numeric (CN). Prin urmare, n sistemul CN funciile echipamentului se realizeaz ntr-o logic cablat (hardware), iar n sistem CNC numai o parte din funciile echipamentului se realizeaz prin logic cablat, cealalt parte realizndu-se prin programele ie calculator (software).

Un sistem CNC se poate completa cu unele blocuri care s-i confere funcii noi i anume:a) bloc de cuplare la un calculator ierarhic superior, pentru a putea fi integrat ntr-un sistem DNC;b) bloc de msurare automat i compensare a erorilor cinematice a mainii-unelte;c) bloc pentru diagnosticarea i localizarea defeciunilor mainii-unelte.

n sistemul DNC, calculatorul de mare capacitate preia funciile blocurilor echipamentului de comand numeric a MUCN. Calculatorul execut interpolarea comenzii de deplasare la toate MU din grup, de asemenea nchide buclele de reglare de poziie pentru toate mainile-unelte din grup i execut calcule de comparaii ntre deplasrile precise i cele msurate(reale).

n funcie de prelucrrile ce le execut mainile-unelte cu comand numeric cuprind:

a) strunguri;

b) maini de rectificat;

c) maini de frezat;

d) maini de gurit;

e) centre de tanat cu comand numeric;

f) maini de prelucrat prin electroeroziune cu fir.

Oricare din aceste maini-unelte execut micri n raport cu nite

axe de coordonate specifice, care corespund unor deplasri liniare.

Standardizarea axelor de coordonate i a micrilor MUCN este prevzut n sistemul ISO-R 841.

2.2 Procesele tehnologice de fabricare a pieselor de autovehicule prin

turnare i deformare la receAlturi de multe procese tehnologice de turnare a pieselor n industria de fabricare a autovehiculelor se utilizeaz metode noi i eficiente n turnare cum ar fi: turnarea sub presiune, turnarea centrifugal, turnarea n forme, turnarea cu modele gazeificabile, turnarea n forme ntrite cu bioxid de carbon, formarea n vid, etc.

2.2.1 Turnarea pieselor

Turnarea sub presiune.

Procesul tehnologic utilizeaz o cochil format din dou pri cu goluri de forma piesei care urmeaz a fi obinut i n care se introduce materialul sub presiune. Turnarea sub presiune se utilizeaz pentru obinerea unor repere compuse care fac parte din structura autovehiculului, dintre care se amintesc: blocul motor, chiulasa, pistoanele, carterul ambreiajului, etc.(Fig. 2.3).

Figura 2.3 Semifabricate din materiale turnate sub presiune:

a-piston; b-chiulas; I-canal de rcire.

Principalele caracteristici ce se pot obine la turnarea sub presiune sunt:a) grosimea pereilor: 0,5...3.0 0,03...0.15 mm;b) diametrul minim la guri: 1,0...2,5 mm;c) rugozitate: 0,8...6,3 m;d) concentricitate: 0,02...0,05 mm;e) abateri de la perpendicularitate: 0,05...0.12 mm;f) abateri de la paralelism: 0,02...0,10 mm;g) viteza de injectare: 20...60 m/s la piesele cu perei mai groi i 100 m/s la piesele cu perei subiri.

Metoda de turnare sub presiune se limiteaz la turnarea unor aliaje pe baz de Zn, Mg, Al, i Cu, care au punctul de topire sub 1300 K. Instalaiile de turnare sub presiune se clasific astfel:a) din punct de vedere al strii camerei de presiune:a. cucamer de presiune rece;b. cucamer de presiune cald;b) dup presiunea de injectare a materialului:a. cu presiune joas(1...100 MPa);b. cu presiune nalt (100...200 MPa).

n figura 2.4 se prezint schema unei maini de turnare sub joas presiune cu cilindru i piston.

Cuptorul cu metal lichid 2 trebuie s asigure permanent meninerea n stare cald a metalului lichid. n cilindrul 4 funcioneaz pistonul 7 n legtur cu contrapistonul 9, care se deplaseaz n camera de presiune 3, aflat n comunicare cu forma 6 prin intermediul canalului 5.

La aciunea aerului comprimat A prin intermediul unei supape dublu comandat, pistonul 7 se ridic, iar metalul lichid este aspirat prin orificiile din camera de presiune 3.

Figura 2.4 Schema unei maini de turnare sub joas presiune cu cilindri i pistoane.

Schimbnd sensul de aciune al aerului pistonul 7 coboar, iar prin intermediul pistonului 9, preseaz metalul topit n forma 6. Dup umplerea formei 6 pistonul mai acioneaz cteva secunde pentru comprimarea metalului lichid n matri. Orificiul 5 i canalul 5 sunt prevzute cu supape unisens. La ridicarea pistonului 9 restul de metal solidificat este adus la suprafaa cilindrului. Dup solidificare se deschide matria 6 i cu ajutorul unor extractoare piesa i o parte din materialul solidificat din canalul 5 sunt eliminate din form.

Aa cum rezult din funcionare, maina este pretabil la automatizare cu circuite de comand pneumatice, iar n cadrul instalaiei sunt prevzute dou cuptoare, unul pentru topire, iar altul pentru meninerea metalului n stare topit.

Cochilele se execut din oel, carbon sau oeluri de scule aliate. Pentru ntrirea rezistenei piesei n anumite zone, forma se execut cu posibilitatea ca nainte de turnare s se poat fixa elemente de rigidizare din alam sau oel. Pentru evacuarea aerului i pentru obinerea unor piese de calitate, n forme se prevd canale de aerare cu adncimea de 0.1...0,2 mm i limea de 10...20 mm. Suprafaa seciunii canalelor nu va depi 50% din suprafaa seciunii canalului de alimentare a formei cu metalul topit. De asemenea pentru controlul temperaturii n cochil(form) se prevd canale pentru circulaia forat a aerului. Miezurile fixe se recomand a fi prevzute in partea mobil a formei.

Figura 2.5 Schema de turnare centrifugal n form cu ax orizontal: 1-form,2- strat termoizolator;3-capac; 4-jgheab de turnare; 5-semifabricat.

Pentru pistoanele moderne prevzute la partea superioar a capacului pistonului cu canale toroidale pentru rcire, miezurile se pot executa din metasilicat i bisilicat de sodiu pentru turnarea sub presiune la 1300 K, sau din sruri topite, sare cristalin i silicat de sodiu ca element de legtur, pentru turnarea la temperaturi de 350 K n cochil nclzit la 300...330 K. Miezurile nainte de turnare se prenclzesc la 820 K, iar dup turnare se dizolv cu ap timp de 30...40 de minute.

Turnarea centrifugal.

Este un procedeu care se execut cu succes la turnarea cmilor de cilindru, a jantelor din aliaj de Al, a unor buce i semifabricate tip corpuri de revoluie. n figura 2.5 se prezint schema de turnare centrifugal a unei cmi de cilindru.

Turnarea centrifugal se realizeaz n forme cu axa orizontal (Fig. 2.5) sau vertical. n cazul turnrii orizontale forma 1 este din material metalic fabricat din dou pri, din care cea interioar de forma piesei i se trateaz ca un strat termoizolator 2. Forma 1 este prins ntre capacele laterale 3 i fixat n rndul lor ntr-un mecanism de antrenare la o turaie n=1000... 1200 rot/min.

Turnarea cu modele gazeificabile.

Acest procedeu presupune turnarea metalului lichid ntr-un model gazeificabil (volatil) fabricat din polistiren, fenopolistiren sau polimetilmetacrilat (PMMA), mpachetat n prealabil ntr-o forma din nisip uscat, fr liant.

Procedeul este utilizat cu precdere n industria autovehiculelor moderne deoarece fa de cele clasice prezint unele avantaje:

a) elimin miezul i lemnele din modele;b) elimin bavurile i suprafeele de separaie;c) permite aezarea modelelor n orice configuraie,d) elimin operaiile de demolare;e) diminueaz substanial rebuturile;f) reduce numrul operaiilor de curire;g) reduce cu 75% costul cu formele.

Formele (modelele) se pot realiza n dou variante tehnologice:

a) pentru serie mic, prin decuparea din blocul de polistiren cu fierstru panglic sau cu fir de nichelin ( 0,5...1,5 mm) incandescent, a componentelor necesare modelului i apoi asamblarea lor prin lipire;b) pentru serie mare, prin expandarea n matri din granule de polistiren cu densitatea 600... 700 g/dm3.

Procedeul are 2 etape: preexpandare n camera cu vapori de ap la 330 ...390 K pn la densitatea de 15....30 g/dm3, uscare i injectare n matri la 430...490 K, urmate de rcire pn la 310...320 K cnd pot fi extrase.

n timpul injectrii vaporii de ap aflai la 380 ...390 K i presiunea de 30 ...175 Pa, ptrund prin orificiile formei i contribuie la sudarea granulelor de polistiren. Pentru a obine o calitate superioar a suprafeelor debitul la injecie trebuie s fie 200...25010-6 m3/s i viteza de 3010-6 m/s.

Dup detensionare timp de 190...450 ore prin stivuire n spaii uscate i dup eliminarea umiditii rmase (