LA ALEGEREA SI UTILIZAREA MATERIALELOR

tehnica mecanica

 

Analiza functionala, constructiva si tehnologica a produsului, stabilirea itinerarului tehnologic de prelucrare

a) Arborele in trepte pentru care se cere alegerea materialului face parte dintr-o transmisie mecanica (angrenaj, reductor). Pe arbore se afla montate doua roti dintate cu dantura dreapta. Pe fusurile arborelui se gasesc montati doi rulmenti radiali cu bile. Rotile dintate cilindrice cu dantura dreapta sunt montate pe arbore cu ajutorul unor pene paralele drepte. Intre rulmenti si roti dintate sunt montate bucse distantiere. Rulmentii sunt fixati pe arbore cu capace si suruburi.

b) Stabilirea itinerarului:

Debitarea din semifabricat (bara rotunda) la lungimea L + adaos tehnologic de prelucrare (L + cele doua roti de rulment):

- se face atunci cand semifabricatul nu este forjat, matritat sau turnat. Operatia se executa pe piesa-ghilotina (pentru bare cu diametrul < 60mm), cu ferastrau circular, cu disc abraziv, prin frezare, prin strunjire-in functie de tipul productiei si de dimensiunile de gabarit.

Frezarea capetelor la cota L (eliminam adaosul de prelucrare):

- se face in vederea obtinerii suprafetelor de bazare in directie axiala si radiala care sa asigure precizia asezarii in cadrul operatiilor ulterioare.

Executie gaurilor de centrare

- gaurile de centrare sunt, la majoritatea arborilor, bazele tehnologice pentru toate operatiile ulterioare de prelucrare, de aceea operatia de centruire trebuie efectuata in anumite conditii: ambele gaurii de centrare sa aiba o axa comuna de simetrie, sa aiba o conicitate precisa, sa poata prelua greutatea arborelui si fortele de aschiere. Operatia se executa pe masini speciale de centruit sau pe masina speciala de frezare si centruit.

Strunjirea de degrosare si de finisare

se prelucreaza toate treptele cu diametru crescator. In functie de tipul productiei si de gabarit, operatia se poate face prin strunjire pe strunguri normale, pe strunguri cu comanda program, pe strunguri automate.

cea de finisare se realizeaza pe strunguri normale, pe strunguri cu comanda program si strunguri automate.

Efectuarea gaurilor de prindere pentru capace

Rectificarea cotelor de rulmenti si a cotelor de montaj pentru rotile dintate

Prelucrarea canalelor de pana:

se face prin frezare, pe masina universala de frezat, folosind ca scule aschietoare freze de forma corespunzatoare tipului de canal de pana(pana paralela)

- urmareste fie imbunatatirea prelucrabilitatii, fie cresterea caracteristicilor functionale

Control final:

- operatiile de control sunt plasate fie la inceputul procesului tehnologic(se verifica calitatea materialului, se determina duritatea , rezilienta, rezistenta la tractiune, compozitia chimica) fie pe parcursul desfasurarii procesului tehnologic de prelucrare. Operatia se executa cu aparate si instrumente de control universale sau aparate de control speciale.

Stabilirea matricei de proprietati pe care trebuie sa le indeplineasca produsele si ierarhizarea lor conform ponderii de importanta relativa

Principalele domenii de utilizare ale unor oteluri de uz general pentru constructii dar si a unor oteluri carbon de calitate sunt prezentate in tabelul 1.

Marca

de otel

STAS

Principalele domenii de utilizare

OL70

Organe de masini supuse la uzura, ca arbori canelati, pene cuplaje, roti dintate pentru transport, fusuri pentru prese, cuie de centrare.

OL60

Elemente de constructii mecanice supuse unor solicitari mecanice ridicate, ca: arbori drepti si cotiti, suruburi de precizie, scule, roti dintate pentru viteze periferice moderate.

OLC45

Piese tratate termic cu rezistenta ridicata si tenacitate medie, ca: discuri de turbina, arbori drepti, cotiti, biele, coroane dintate, volante, roti cu clichet, pene de ghidaj, melci, pene, flanse oarbe.

42MoCr11

Rotoare de turbina, arbori pentru motoare cu ardere interna, organe de asamblare.

40CrNi12

Arbori drepti, cotiti, roti dintate, biele.

In tabelul 2, vor fi prezentate caracteristicile mecanice ale materialelor din tabelul 1.

Tabel 2

Caracteristicile mecanice se determina pe epruvete conform indicatiilor din standardele de produs (STAS 6300-64).

C₁= Rezilienta (KCU);

C₂ = Limita de curgere (R_p02);

C₃ = Rezistenta la rupere (R_m);

C₄ = Alungirea la rupere;

C₅ = Pretul (costul).

Tabel 3

Caracteristici

NOTA: 0 - mai putin important

1 - important

2 - mai important.

P_i =

P₁ = 3/20 = 0,15

P₂ = 6/20 = 0,3

P₃ = 8/20 = 0,4

P₄ = 3/20 = 0,15

P₅ = 0/20 = 0

C₁

C₂

C₃

C₄

C₅

C₁

C₂

C₃

C₄

C₅

Total

Pondere

. =

unde:

X₁ = 0 + 0 + 0 + 2* 0,15 + 0 =0,3

X₂ = 0 + 0 + 0 + 2 * 0,15 + 0 =0,3

X₃ = 1*0,15+1*0,3+1*0,4+1*0,15+0 =1

X₄ = 2*0,15+2*0,3+2*0,4+0+0=1,7

X₅ = 2*0,15+2*0,3+2*0,4+1*0,15+0=1,85

matricea

Valoarea maxima este 1,85. Materialul ales este 40CrNi12.

Analiza si verificarea materialului selectat

Calculul reactiunilor din lagare

V₁=100+120-112,5=107,5

Pe tronsoane avem:

M_1-2 = V₁ * x => pt. x=0, M₁ = 0

pt. x=a, M₂ = V₁ * a =>M₂ = 8062,5

M_2-3 = V₁ * x - F₁(x-a) => pt. x = a, M₂ = V₁ .* a = 8062,5

pt. x = a+b, M₃ = V₁(a+b) - F₁ * b=11250

M_3-4 = V₂ . x^' => pt. x^' = 0

T_1-2 = V₁ = 107,5

T_2-3 = V₁- F₁ = 107,5-100= 7,5

T_3-4 = V₁- F₁-F₂ = 107,5-100-120= -112,5

sau

T_4-3 = -V₂ = -112,5

Momentul de torsiune este dat de relatia:

M_t = 95500 daN.cm]

M_t = 95500 . 303,86 daN . cm

Verificarea arborelui la solicitarea compusa

Sectiunea periculoasa este sectiunea unde eforturile unitare sunt maxime:

‏

Alegerea tratamentului termic

Tratamentele chimice si termodinamice se aplica metalelor si aliajelor in vederea ridicarii potentialului lor din punct de vedere al rezistentei. Se imbunatatesc dupa caz rezistenta mecanica, limita de curgere, duritatea, rezistenta la uzura, rezistenta la oboseala, rezistenta la socuri, etc. De asemenea, prin acestea se reduce consumul de metal, productivitatea si consumul de energie, pastrandu-se echilibrul ecologic.

O importanta deosebita in modernizarea si rationalizarea incalzirii pentru tratamente termice o are coeficientul de transmitere a caldurii, viteza de incalzire si echivalentul w/cm².

Tratamentul termic preliminar consta intr-o recoacere completa (oteluri aliate), o normalizare (oteluri nealiate) sau o normalizare urmata de o revenire inalta. In urma prelucrarilor mecanice de degrosare, se realizeaza tratamentul termic secundar de imbunatatire in vederea obtinerii structurii sorbitice de revenire.

Cele mai folosite oteluri pentru durificare superficiala sunt otelurile carbon de calitate: OLC45, OLC55 si otelurile aliate: 40Cr10, 40BrCr10, 33MoCr11, 42MoCr11.

Otelurile aliate fata de otelurile nealiate asigura o adancime mai mare de calire. La otelurile pentru durificare superficiala se are in vedere duritatea piesei inainte de tratament, care influenteaza nivelul calitatii la carese poate ajunge dupa calire. Prin acest tratament, duritatea superficiala creste si astfel se imbunatateste rezistenta la oboseala, mentinand totodata o tenacitate buna in miez. Tratamentele pentru durificare superficiala, se fac pornind fie de la oteluri de carburare calite, fie de la oteluri de imbunatatire calite superficial.

Tratamentele termice dupa prelucrarea prin aschiere urmaresc obtinerea unor proprietati mecanice pentru solicitari moderate.

Denumirea Piesei	Marca Otelului	Masa [kg]	Tratamentul termic
			Denumire	Temperatura [ 0C]	Mediul de racire
Arbore	40CrNi12		Normalizare		Aer
			Calire		Ulei
			Revenire inalta		Aer

Tratamentul termic final se aplica diferentiat:

normalizare pentru piesele cu nivel modest de solicitare;

calire masica urmata de revenire joasa pentru piesele solicitate mai ales la uzare si oboseala, cu soc moderat;

calire masica urmata de revenire inalta pentru piesele solicitate mai ales la soc, solicitarile la uzura fiind mai moderate;

calire superficiala urmata uneori de revenire joasa pentru piesele solicitate la uzura si oboseala.

Continutul de carbon in stratul durificat variaza de la 0,7 - 1,2 %. Valorile mai mici sunt favorabile unei ductibilitati mai bune, in timp ce valorile mai mari asigura o rezistenta la uzura si oboseala, abraziune.

Continutul de carbon in stratul superficial este determinat de potentialul de carbon, care se dezvolta dar si de elementele de aliere, unele determinand o crestere a difuziei carbonului ca: Mn, Cr, Mo, iar altele o micsorare a acesteia , ca: Ni, Si.

La rotile dintate se va tine cont, de asemenea de faptul ca difuzia din zona varfurilor este mult mai buna decat cea din zona golului dintre dinti, unde aceasta este mai greoaie.

In general conditiile de calitate ale unui strat de durificare au in vedere: asigurarea rezistentei necesare la incovoiere, torsiune si intindere, calitatea de adeziune a stratului pentru evitarea desprinderii lui, continutul de martensita in strat.

6. Stabilirea metodelor de verificare a caracteristicilor si a calitatii materialelor

Verificarile si proportia verificarilor, metode de verificare si interpretarea rezultatelor se face conform tabelului de mai jos:

Verificarea	Proportia verificarilor	Metode de verificare	Interpretarea rezultatelor
Verificarea aspectului	Toate elementele lotului	Cu ochiul liber	Se verifica toate elementele lotului, se accepta cele corespunzatoare
Verificarea dimensiunilor	Pe 10% din elementele lotului	Cu mijloace obisnuite de verificare
Verificarea compozitiei chimice pe produs	O proba pe lot	Conf. STAS 2015 Si STAS 11546-82
Incercarea de Duritate BRINELL	Doua probe pe lot	Conf. STAS	Incercari care ne dau rezultate necorespunzatoare se repeta pe un numar dublu de epruvete. Daca o singura proba sau epruveta nu ne da rezultate corespunzatoare lotul se respinge
Verificarea Macro-structurala	Pe 5% din elementele lotului	Cu ochiul liber Pe produse taiate dupa pregatirea Conform STAS 4203-73 si STAS
Verificarea adancimii stratului decarburat	Pe doua probe de lot din elemente diferite	Conform STAS
Control defectoscopic nedistuctiv	Conform standardelor de produs	Conform precizarilor din contract	Produsele necorespunzatoare se resping

Bibliografie

Tarata Daniela, Gheorghe Stefan, Alegerea si utilizarea materialelor, Reprografia Universitatii din Craiova, 1996

Gheorghe Amza, Prelucrarea prin aschiere si microaschiere, curs pentru uzul studentilor, volumul 2

Nicolae Dumitru, Alexandru Margine, Organe de Masini (Asamblari-Elemente Elastice Proiectare Asistata), Editura Universitaria, Craiova 2002