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 (