1. PROBLEME GENERALE ALE PROCESULUI DE PRODUCIE N CONSTRUCIA DE MAINI I APARATE1.1 STRUCTURA PROCESULUI DE PRODUCIE A MAINILOR I APARATELOR n procesul de stpnire i transformare a realitii nconjurtoare omul creeaz n permanen noi bunuri materiale i spirituale necesare pentru existena i progresul societii. Bunurile materiale obinute sau create n urma unor procedee de munc se numesc produse. n procesul de munc omul acioneaz cu ajutorul mijloacelor de munc (unelte, maini de lucru etc.) asupra obiectului muncii (materiale, piese etc), obinnd ca rezultat, n urma modificrilor sau transformrilor substanei, produsul sau produsele necesare. Obinerea sau crearea produselor este rezultatul desfurrii unui proces de producie, definit ca un proces tehnico-economic complex, care cuprinde ntreaga activitate desfurat ntr-o ntreprindere pentru realizarea acestora. Procesul de producie se desfoar n mod caracteristic diferitelor tipuri de intreprinderi (industriale, de construcii, agricole) i are ca rezultat fie obinerea de bunuri materiale naturale (minerale, vegetale, animale), fie crearea de bunuri materiale fabricate (mijloace de producie sau obiecte de consum). Trebuie remarcat faptul c revoluia tiinific i tehnica contemporan marcheaz pe lng ridicarea la o treapt calitativ superioar a produciei industriale i extinderea tehnicii celei mai noi a mainilor i aparatelor, n alte ramuri ale produciei materiale (construcii, agricultur etc.) precum i n domeniul activitii intelectuale (tiinifice). Industria tinde s devin n acest fel forma universal a produciei bunurilor materiale. Produsele i procesele de producie sunt concepute, proiectate, respectiv organizate i conduse, din punct de vedere tehnico-economic n principal, de ingineri, specialiti cu nalt calificare tehnic teoretic i practic. n cadrul proceselor de producie industrial, care se desfoar organizat, pe baz de tehnic a mainilor i aparatelor n uzine, fabrici, ateliere ele, realizarea produselor se Tace, in principal, n urina desfurrii proceselor tehnologice de lucru, n decursul crora se efectueaz modificrile i transformrile substanei, necesare pentru obinerea produselor. Dup cum produsul obinut este un produs nou (fabricat sau recondiionat), procesul tehnologic de lucru poate fi de fabricare, respectiv de reparare. n cadrul produciei materiale, rolul cel mai important l are construcia de maini i aparate, adic de sisteme tehnice care n principal permit omului s acioneze dup necesiti asupra energiei, materiei i informaiei. Structura procesului de producie a mainilor i aparatelor, pe grupe de activiti sau procese, se prezint n figura 1.1. 1

Fig.1 Structura procesului de producie.

Dup obiectul asupra cruia se exercit, procesele de producie pot cuprinde: procese de baz, care realizeaz fabricarea sau repararea produselor ntreprinderii, prin procesele tehnologice de lucru (totalitatea operaiilor concomitente sau ordonate n timp executate pentru a obine un produs prin fabricare sau reparare) i control ; procese de pregtire a produciei, care asigur posibilitatea desfurrii n condiii ct mai bune a proceselor de baz i anexe; procese anexe, care reprezint o completare a celor de baz, asigurnd prelucrarea i valorificarea deeurilor; livrarea produselor ctre beneficiar sau reeaua comercial. Desigur c orice proces component, ct i procesul de producie n ansamblu, necesit pentru buna desfurare activiti de conducere corespunztoare. 1.2 STRUCTURA PROCESELOR TEHNOLOGICE DE FABRICARE A MAINILOR I APARATELOR Construcia ele maini si aparate noi presupune parcurgerea unui lung ir de transformri fizico-chimice efectuate asupra substanei (materiei), pornind de la sursele naturale, care n general au proprieti improprii utilizrii directe i ajungnd Ia mainile sau aparatele finite (fabricate), care au proprieti bine definite n vederea ndeplinirii optime, a funciei lor. Transformrile fizico-chimice efectuate se ncadreaz n procesele de extracie, care se exercit asupra resurselor naturale, i au ca rezultat obinerea materialelor hrute (sau naturale) i In procesele tehnologice de fabricare care se exercit Ia nceput asupra materialelor brute i au ca rezultat obinerea produselor fabricate (fig. 1.2). Din punctul de vedere al regsirii n produsul fabricat sau n cadrul unui proces tehnologic, mateiialele pot fi materiale de fabricaie numite i materii prime, care constituie substana produselor i se regsesc total sau parial n produsul fabricat i materiale auxiliare, care ajut la fabricarea produselor, nu constituie substana acestora, 2

deci nu se gsesc n produsul fabricat. Unul i acelai material poate fi materie prim sau material auxiliar, dup rolul pe care l are n procesul tehnologic considerat. De exemplu, n procesul tehnologic de fabricare al unei scule, oelul de scule este materie prim, iar n orice proces tehnologic de prelucrare a unui alt produs cu ajutorul sculei respective, acelai oel de scule este un material auxiliar. Pornind iniial de la materiale naturale, brute (produse naturale neprelucrate, obinute prin extracie), prin procesele tehnologice de fabricare se pot realiza succesiv (fig. 1.3): materiale de fabricaie (produse neprelucrate n piese, n stare de ntrebuinare); materiale semifabricate (corpuri solide n stare de ntrebuinare pentru fabricarea unor piese); piese (corpuri solide cu forme i dimensiuni adecvate asamblrii i funcionrii lor mpreun); ansamblul (totalitatea pieselor montate care alctuiesc un sistem tehnic, adic un sistem fizic constituit, cel puin n parte din corpuri solide produse prin mijloace tehnice i destinat s fie utilizat). Trebuie remarcat faptul c n construcia de maini i aparate procesele tehnologice de fabricare urmresc dou scopuri distincte i anume: modificarea proprietilor fizico-chimice ale materialului, potrivit necesitilor, fr a urmri (dar nu i fr a realiza, n general) modificarea formei obiectelor constituite din materialul respectiv ; modificarea formei, dimensiunilor, poziiei reciproce i calitii suprafeelor la obiecte i sisteme de obiecte, fr a urmri (dar nu i fr a realiza, n general) modificarea proprietilor fizico-chimice de material. Procesul tehnologic de fabricare a mainilor i aparatelor cuprinde (fig. 1.4) : procese tehnologice de prelucrare a materialelor brute, materialelor semifabricate i pieselor; procese tehnologice de asamblare a pieselor i subansamblurilor.

Fig. 1.2 Schema realizrii produselor fabricate.

Fig.1.3 Schema de principiu a proceselor tehnologice de fabricare a mainilor i aparatelor.

Prin prelucrare se modific starea sau compoziia materialului, forma, dimensiunile rugozitatea i poziia reciproc a suprafeelor, iar prin asamblare se reunesc ordonat ntr-un sistem tehnic piesele care l compun. Procesul tehnologic de prelucrare poate fi: de elaborare, care se efectueaz pentru a se extrage metale sau aliaje industriale brute, adic cu impuriti, din minereuri sau din alte aliaje (elaborare primar) sau pentru a se obine materiale metalice cu puine impuriti printr-o gama specific de operaii (elaborare secundara);

3

Fig. 1.4. Structura procesului tehnologic de fabricaie.

de confecionare, care se efectueaz pentru obinerea de materiale semifabricate sau piese, respectiv din materiale sau materiale semifabricate prin modificarea formei, dimensiunilor, poziiei reciproce, i calitii suprafeelor (prelucrare dimensional) sau mimai prin modificarea rugozitii suprafeelor (modificarea netezimii suprafeelor) ; de tratament, care se efectueaz pentru modificarea proprietilor fizico-chimice ale unui material, n ntreaga masa (tratament n volum) sau numai n stratul de suprafa (tratament de suprafa); de suprafaare, care se efectueaz pentru realizarea la un obiect semifabricat sau la o pies a unui strat de suprafa de grosime relativ redus, ale crui proprieti sunt diferite de cele ale straturilor din adncime, prin modificri fizico-chimice n materialul tratat (tratament de suprafaa) sau prin aplicarea unui strat de material de adaos (acoperire). Procesul tehnologic de asamblare poate fi : de asamblare rigid (mbinare) care nu d pieselor posibilitate de, micare relativ reciproc n timpul funcionarii (prelucrare dimensional sau montare cu strngere); de asamblare ne rigid, care se efectueaz asigurnd pieselor posibilitate de 4

micare relativ reciproc n timpul funcionrii (montare cu joc). Procesele tehnologice se realizeaz prin aplicarea diferitelor metode tehnologice. Metoda tehnologic este un mod sistematic i principial de executare a unei operaii, a unei serii de operaii dintr-un proces tehnologic sau a unor procese tehnologice, comun, dintr-un punct de vedere esenial (natur a fenomenelor, natura a rezultatelor etc.) pentru mai multe clase de procedee tehnologice. Procedeul tehnologic privete mijloacele prin care se realizeaz o metod tehnologic, adic difer funcie de utilajul tehnologic, mediul de lucru, materialul de adaos utilizat etc. O metod tehnologic se aplic prin intermediul procedeelor tehnologice. Una i aceeai metod se poate aplica prin mai multe procedee. Metoda arat modul principial de executare i procedeul, modul concret. Procedeele tehnologice ale unei metode se deosebesc ntre ele prin utilajul tehnologic folosit. Spre exemplu, una din metodele tehnologice de prelucrare dimensional este deformarea plastic. Metoda se aplic n industrie prin procedeele cunoscute sub denumirea de laminare, tragere, extrudare, forjare, matriare etc. Fiecare procedeu amintit are la baz transformarea principial" numit deformare plastic, ns procedeele difer ntre ele prin utilajul tehnologic folosit, laminarea utiliznd laminorul cu scule cilindrice rotative, tragerea, maina de tras cu scula numit filier, matriarea, ciocanul sau presa de matriat cu scula numit matri etc. Exemple similare se pot da i la alte metode tehnologice cum ar fi turnarea (ca se poate, realiza n forme temporare, durabile etc), achierea (se poate efectua la strung, main de gurit, frezat etc), eroziunea (electric, chimic, electrochimic, cu plasm, cu fascicul de electroni, cu laser, cu unde ultrasonice etc.) .a.m.d. Fiecare metod tehnologic i are fenomenele, sale fundamentale i legile sale. Procedeele respect fenomenele fundamentale i legile metodei, completndu-le pe acestea cu fenomene i legi proprii corespunztoare utilajului tehnologic specific procedeului. n figura 1.4 se reprezint metodele tehnologice utilizate n construcia de maini i aparate. n cadrul fiecrei metode tehnologice se deosebesc diferite procedee tehnologice (nu sunt prezentate n figur). 1.3. OPERAIA TEHNOLOGICA N CONSTRUCIA DE MAINI I APARATE Procesul tehnologic de fabricare la fel ca i procesul de producie este constituit din operaii efectuate n serie (succesiv) sau n paralel, simultan, n decursul crora au loc transformri fizico-chimice corespunztoare. Operaia tehnologic, ca parte constitutiv a procesului tehnologic de lucruy este o activitate ordonat i limitat n timp, efectuat fr ntrerupere de ctre un operator (muncitor) sau o echip de lucru la un singur loc de munc, asupra unuia sau mai multor materiale sau obiecte supuse lucrrii, n scopul modificrii proprietilor fizico-chimice ale, acestora, corespunztoare prelucrrii sau asamblrii. Desigur c pentru realizarea n cadrul oricrei operaii a transformrilor fizicochimice urmrite, snt necesare mijloace adecvate, prin intermediul crora operatorul s fac posibil aciunea asupra corpurilor i materialelor supuse lucrrii. n figura 1.5 se prezint elementele care pot participa, in general, la realizarea unei operaii tehnologice. Transformrile care privesc operaia se produc n spaiul de lucru, definit ca spaiu n care au loc fenomenele fizico-chimice respective. Spaiul de lucru cuprinde, 5

evident, cel puin poriuni din toate elementele afectate de fenomenele fizico-chimice desfurate, aa cum rezult din figura 1.5. Operaia tehnologica se execut, n general, asupra corpurilor supuse lucrrii i materialelor de adaos i are drept rezultat obinerea corpurilor sau sistemelor, rezultat al lucrrii (care pot fi materiale, obiecte, piese, respectiv, subansambluri sau ansambluri) i a deeurilor (resturi ce nu mai pot fi valorificate n cadrul aceleiai operaii). Att corpurile supuse lucrrii i materialele de adaos, ct i corpurile ajuttoare, cu care se acioneaz direct asupra acestora, se gsesc, de la caz la caz, ntr-un mediu de lucru gazos sau lichid, sau parial n fiecare din acesta.

Fig. 1.5. Schema realizrii operaiei tehnologice.

Energia care realizeaz direct transformrile fizico-chimice specifice operaiei tehnologice se numete energie de efect, i ca natur fizic poate fi, n general, mecanic, termic sau chimic. Energia necesar desfurrii transformrilor fizicochimice urmrite (energia de efect) rezult din transformarea energiei secundare, care poate avea orice natur fizic. Energia secundar este livrat cu caracteristicile necesare (natur, cantitate, variaie n timp etc.) elementelor spaiului de lucru de ctre maina sau aparatul de fabricare, care transform o form oarecare de energie primar. Energia de efect poate fi n unele cazuri aceeai cu energia secundar. Maina de lucru este un sistem tehnic constituit din corpuri solide, (obiecte) cu micri relative determinate, care transform o form oarecare de energie n energie a unor corpuri rigide n micare (lucru mecanic), utilizat direct pentru operaii mecanice de prelucrare sau asamblare. Spre deosebire de aceasta, aparatul de lucru este un sistem tehnic constituit din elemente, cel puin n parte solide, imobile sau i mobile, care transform o form oarecare de energie: fr mijlocirea energiei unor corpuri rigide n micare (lucrului mecanic); ntr-o alt form de energie utilizat direct sau indirect pentru operaii de prelucrare sau asamblare. Spre exemplu, strungul este o main de lucru, deoarece el transform energia 6

primar de antrenare n lucru mecanic. Un transformator electric de sudur este un aparat de lucru deoarece transform o form de energie (energia electric de alimentare) n alt form de energie (cldur). Arztorul oxiacetilcnic este Ia fel un aparat de lucru deoarece transform energia chimic a gazelor (energia primar) n cldur (energia secundar i de efect n acelai timp). Energia secundar livrat de maina sau aparatul de. lucru poate fi transmis clementelor care constituie spaiul de lucru fie direct, fie prin intermediul unor dispozitive, care snt sisteme tehnice mai puin complexe, ce asigur realizarea unor funcii tehnologice pe care maina sau aparatul de lucru respectiv nu le poate, eventual ndeplini. n unele cazuri maina sau aparatul de lucru sunt utilate cu un echipament de completare a funciilor lips ale acestora, echipament care transform n energie secundar energia primar absorbit independent de cea a mainii sau aparatului de lucru. Corpurile ajuttoare, dispozitivele i echipamentul de completare formeaz echipamentul tehnologic, care n ultim instan livreaz energia direct substanei supuse transformrilor fizico-chimice (corpurile supuse lucrrii i materialelor de adaos), respectiv mediului n care au loc aceste transformri (mediul de lucru), ct i corpurilor sau sistemelor rezultat al lucrrii, respectiv deeurilor. Echipamentul tehnologic mpreun cu mainile sau aparatele de lucru formeaz utilajul tehnologic necesar operaiei, procesului de fabricare etc.

Fig. 1.6. Schema utilajului tehnologic.

Trebuie precizat c fiecare operaie tehnologic realizeaz numai transformri pariale ale corpurilor supuse lucrrii, iar, n general, n practic, spaiul de lucru nu cuprinde simultan toate elementele reprezentate n figura 1.5. Astfel, diferite metode tehnologice se pot realiza fie fr variaia de mas a corpului supus lucrrii, fie cu ndeprtarea de mas (material) de la corpul supus lucrrii, fie cu adugarea de mas (material de adaos). Operatorul, care efectueaz operaia tehnologic, realizeaz n timpul desfurrii acesteia toate aciunile care nu pot fi realizate de utilajul tehnologic destinat operaiei respective. n general, acestea snt aciuni de conducere (comand i reglare) a utilajului tehnologic .i aciuni de deservire (alimentare, fixare, defixare, transport, evacuare etc.) a corpurilor supuse lucrrii, materialelor de adaos, mediului de lucru, echipamentului tehnologic, corpurilor rezultat al lucrrii i deeurilor. Operaia este compus, n general, din mai multe faze, fiecare din acestea fiind o 7

parte din operaie ce realizeaz un singur scop sau obiectiv tehnologic (exemplu : prelucrarea unei singure suprafee sau pri a corpului supus prelucrrii, mbinarea cu acelai material de adaos a dou suprafee ale corpurilor supuse asamblrii etc.) cu ajutorul aceluiai corp (exemplu: scul, electrod etc.) i cu acelai regim de lucru, adic cu aceiai parametri al livrrii energiei secundare de ctre utilajul tehnologic. Faza poate fi compus din mai multe mnuiri. Utilajul tehnologic este astfel construit net s necesite din partea operatorului un minim de efort fizic i psihic. Funcie de tip i destinaie utilajul tehnologic are grade diferite de mecanizare i automatizare. Se deosebesc utilaje neautomate, la care n timpul operaiei operatorul efectueaz manua aciunile de conducere i manual sau mecanizat (cu ajutorul unor mecanisme) unele aciuni de fabricare i de deservire ; utilaje semiautomate, la care operatorul efectueaz manual pornirea i oprirea utilajului, supravegheaz funcionarea acestuia, efectueaz manual sau automat n general doar alimentarea cu corpuri supuse lucrrii i evacuarea corpurilor rezultat al lucrrii : utilaje automate, la care operatorul efectueaz numai pornirea, supravegherea i oprirea utilajului. 1.4. CARACTERISTICILE PROCESELOR TEHNOLOGICE DE FABRICARE A MAINILOR I APARATELOR Procesul tehnologic de fabricare realizeaz, n urma desfurrii transformrilor fizico-chimice, modificri ale proprietilor corpurilor supuse lucrrii^. materialelor de adaos, mediului de lucru i corpurilor ajuttoare. n general, caracteristicile tehnologice snt mrimile utilizate pentru determinarea, aprecierea i diferenierea modificrilor realizate la elementele spaiului de lucru, dup ncetarea fenomenelor din timpul operaiei tehnologice. Valorile caracteristicilor tehnologice definesc, implicit, nivelul calitativ al operaiei, procedeului, metodei sau procesului tehnologic. Fiecare tip de operaie, procedeu sau metod tehnologic are caracteristicile sale tehnologice specifice, care se ncadreaz ns n cele trei categorii de caracteristici tehnologice generale : mrimi care exprim modificrile fizico-chimice rezultate dup terminarea procesului de transformare din timpul operaiei; precizia realizrii operaiei, adic gradul de apropiere a valorilor realizate ale mrimilor ce exprim modificrile, de valorile impuse ale acestor mrimi ; productivitatea realizrii operaiei, definit, n general, de cantitatea de produse realizat n unitatea de timp. Desigur c, din punct de vedere tehnico-economic, nu toate caracteristicile tehnologice snt la fel de importante, importana lor fiind funcie de scopul operaiei i de scopul funcional al produsului. Astfel, n cazul prelucrrii dimensionale, care are cea mai mare pondere n construcia de maini i aparate i care urmrete n principal realizarea suprafeei reale a obiectelor i pieselor caracterizat prin caracteristicile tehnologice: form geometric, dimensiuni; poziie relativ; calitate a suprafeei. 8

1.5 PRINCIPIUL PROIECTRII PROCESELOR TEHNOLOGICE Ca orice activitate uman, n general, procesul de producie, respectiv procesul tehnologic, trebuie s se desfoare cu minim de efort .i maxim de rezultate. Aceasta impune ca orice proces tehnologic s fie proiectat, adic in prealabil s fie stabilit n mod detaliat i aleasa soluia optim dintre mai multe variante posibile. Proiectarea unui produs este compus din proiectarea funcional i proiectarea tehnologic. Prin proiectare funcional se nelege concepia produsului n aa manier incit el s corespund scopului. Proiectarea tehnologic concepe mijloacele prin care produsul se poate realiza ntr-o unitate dat. ntre proiectarea funcional i tehnologic exist o interdependen foarte strns. Pornind de la condiiile impuse procesului de producie i de la cerinele care determin scopul acestuia, se ntocmesc variantele de procese tehnologice care asigur calitatea produselor, productivitatea necesar i cerinele proteciei muncii. Dintre aceste procese tehnologice se alege pentru aplicare cel de economicitate maxim, care comport un minim de cheltuieli cu materiale prime, materiale auxiliare, utilajul tehnologic, retribuia muncitorilor etc. Trebuie remarcat faptul c ntre proiectarea produsului i tehnologia de fabricare exist o determinare reciproc. Nu numai cerinele calitative ale produsului determin ntocmirea procesului tehnologic, ci i tehnologia determin definitivarea construciei optime a produsului. Legat de aceasta se definete noiunea de tehnologicitate a construciei produsului. Un produs este construit tehnologic pentru un anumit proces tehnologic dac n condiiile impuse ale procesului de producie permite fabricarea sa cu minim de consum de materiale i de munc, cu minim de cheltuieli legate de utilajul tehnologic, ceea ce n fond nseamn simplitatea i sigurana prelucrrii, asamblrii i controlului. Din punctul de vedere, al posibilitilor de repartizare n costul pe unitatea de produs, cheltuielile de producie se mpart n cheltuieli directe Cdir care se determin direct pe unitatea de produs, cuprinznd cheltuieli cu materiale directe (corpuri supuse lucrrii, materiale de adaos, mediu de lucru ne recuperabil, ambalaje care nsoesc produsul pn la consumator etc), cu retribuii directe (retribuiile muncitorilor a cror munc se desfoar nemijlocit pentru obinerea produselor) i cheltuieli indirecte Cind, care se determin pe produs prin procedee de calcul indirecte, convenionale, cuprinznd cheltuieli cu utilajul tehnologic (pentru amortizare, fabricare n propria ntreprindere, funcionare, ntreinere, reparare etc), cheltuieli generale ale seciei i ale ntreprinderii (pentru cldiri, inventar al acestora, retribuiile muncitorilor auxiliari i ale personalului tehnic-administrativ i de conducere, protecia muncii ele). Considernd c, cheltuielile indirecte se repartizeaz uniform pe unitile de produs, se pot scrie cheltuielile Cs, pentru ntreaga serie de n produse fabricate : Cs = n*Cdir +Cind i cheltuielile pentru un produs Cp Cp=Cdir+Cind/n Pentru fiecare mrime a seriei de fabricare exist, deci, un singur proces tehnologic de economicitate maxima, care exprim de fapt raportul optim dintre 9

cheltuielile indirecte i cele directe necesare pentru fabricarea produsului. n principal, acest raport este determinat de cheltuielile indirecte, n special de cele pentru realizarea gradului de utilare tehnologic i a gradului de automatizare a operaiilor, ct i de modul de organizare a produciei. Gradul redus de utilare tehnologic i de automatizare a operaiilor implic productivitate relativ sczut, manoper mult i de calificare nalt, deci cheltuieli directe relativ ridicate. Gradul ridicat de utilare tehnologic i de automatizare a operaiilor .implica productivitate ridicat, manoper puin i de calificare relativ redus, deci cheltuieli directe relativ sczute, cu att mai sczute, cu ct seria de fabricare este mai mare. Deci cerinele de economicitate maxim a procesului de producie determin ca gradul de utilare tehnologic, gradul de automatizare a operaiilor, construcia tehnologic a produsului ct i organizarea i desfurarea produciei s se fac n mod difereniat, funcie de mrimea seriei de fabricare. Astfel : la producia individual (de unicate), cnd produsul se fabric ntr-un singur exemplar sau ntr-un numr redus de exemplare, la locurile de munc se execut o varietate mare de operaii, fr ca ele s se repete sau se repet la intervale neregulate. n aceast categorie intr producia mainilor i aparatelor mari, a prototipurilor etc.; la producia de serie, cnd produsul se fabric n oturi (cantitatea de produse de acelai fel care intr odat n lucru la un Ioc de munc), la majoritatea locurilor de munc se execut, dup anumite perioade de timp, aceleai operaii asupra loturilor de piese i ansambluri. Producia de serie se ntlnete la fabricarea mainilor-unelte, a pompelor, a mainilor agricole, a aparatelor electrice etc. Dup cum seria este format dintr-un numr mai mare sau mai mic de produse, producia se poate clasifica n producie de serie mic, mijlocie i mare. Producia de serie mica prezint caracteristici apropiate de producia individual, nomenclatorul produselor fiind variat i repetndu-se anumite intervale de timp, iar producia de serie mare se apropie de producia de mas, nomenclatorul produselor fiind redus i repetndu-se des ; la producia de mas, cnd produsul se execut n mod continuu la acelai loc de munc se execut permanent una i aceeai operaie, producia fiind organizat dup principiul fluxului i fiind caracterizat printr-un ritm de producie dat fie de raportul dintre mrimea produciei (n buci, uniti de mas etc.) i timpul efectiv dintr-un an (in ore, minute etc), fie de intervalul de timp ntre realizarea a dou produse identice. Producia de mas se ntlnete la fabricarea autoturismelor, a unor motoare electrice, televizoarelor, a rulmenilor, a cuielor etc. Dac Ia producia individual i de serie mic se utilizeaz maini i aparate de fabricare universale de, productivitate relativ redus, dac gradul de echipare tehnologic (cu corpuri ajuttoare, dispozitive de lucru i aparate speciale, de control) i gradul de automatizare a operaiilor snt reduse, iar o serie de operaii se execut manual, la producia de mas operaiile se execut pe maini i aparate de fabricare de nalt productivitate, specializate, speciale i automate (inclusiv linii automate), iar gradul de echipare tehnologic i gradul de automatizare a operaiilor snt deosebit de ridicate. Proiectarea proceselor tehnologice optime, la nivelul deosebit de ridicat atins de tehnologia contemporan, necesit din partea inginerului constructor de maini i aparate cunotine vaste i temeinice, documentare permanent i mult spirit creator.

10

2. OBIECTUL I IMPORTANA TEHNOLOGIEI MATERIALELOR2.1. TEHNOLOGIA CA TIINA Tehnologia este tiina care, studiaz transformrile la care este supus substana n procesele tehnologice de lucru i le aplic n vederea obinerii produselor necesare societii n condiii tehnico-economice optime. aplicativ, deoarece urmrete un scop practic nemijlocit. Tehnologia este o tiin tehnic aplicativ, deoarece urmrete un scop practic nemijlocit. Pe parcursul evoluiei sale s-a transformat treptat din empiric i descriptiv n tiinific. Tehnologia utilizeaz legile fizicii i chimiei, legile unui numr mare de tiine tehnice, ct i legile proprii. Din punctul de vedere al ramurii industriale, se deosebesc tehnologiile corespunztoare industriei mijloacelor de producie (tehnologia elaborrii materialelor metalice, tehnologia chimic, tehnologia construciei de maini etc.) i cele corespunztoare industriei bunurilor de consuni (tehnologic alimentar, tehnologia textil etc). n progresul forelor de producie material, tehnologia a jucat i joac un rol activ, influennd tot mai puternic perfecionarea mijloacelor de producie, adic a mijloacelor de munc i a obiectelor muncii, ct i perfecionarea bunurilor de consum. 2.2. OBIECTUL I SCOPUL CURSULUI DE METODE I PROCEDE TEHNOLOGICE Cursul este destinai studenilor facultilor de inginerie. Programa analitic a cursului este corelat cu celelalte discipline cu caracter tehnologic care sunt studiate la facultile de inginerie, n cadrul cursului, tehnologia se reprezint n principal pe metode tehnologice (dup natura fenomenelor sau dup rezultate), iar n cadru acestora se prezint procedeele metodei, respectiv aspecte ale proceselor tehnologice tipice, funcie de mrimea seriei de fabricare. Rolul cursului este de a da viitorului inginer principalele cunotine teoretice i practice de tehnologie, necesare att pentru aprofundarea n continuare a studiului n acest domeniu, ct i pentru o bun orientare, la alegerea materialului a formei unei piese, a metodei, procedeului de prelucrare, mbinare i control nedistructiv, pentru condiii date de solicitare i funcionare a piesei sau ansamblului. Realizarea acestui obiectiv face necesar completarea cunotinelor cu cele teoretice i practice de la lucrrile de laborator i n timpu practicii. Specializarea unui inginer necesit pe lnga dobndirea de cunotine temeinice i integrate din toate disciplinele folosirea judicioas a capacitii de gndire proprie i a informaiilor din literatura de specialitate, desfurarea une permanente activiti de 11

creaie n specialitate, pentru a putea rezolva n condiii tot mai bune multiplele probleme teoretice i practice.

12

3. PROPRIETILE MATERIALELOR METALICE3.1 INTERDEPENDENA STRUCTUR PROPRIETI Proprietile materialelor metalice (metale i aliaje) sunt condiionate de tipul legturii ce se formeaz ntre atomii individuali n cadrul agregatului de atomi. Atomii unui agregat metalic prezint o repartizare reciproc stabil, ordonat in spaiu sub form de reea cristalin cu o valoare minim a energiei libere interne a sistemului, n condiiile date (energia intern a agregatului reprezint diferena dintre energia atomilor care compun colectivitatea n lipsa oricrei interaciuni dintre ei i energia atomilor n agregat). Organizarea atomilor metalici n edificiu cristalin se datorete legturii homopolare metalice, ca un rezultat al colectivizrii electronilor de valen ntre toi atomii corpului metalic. Electronii colectivizai pot circula liber n interiorul metalului ca urmare a lirii i ntreptrunderii nivelelor energetice de valen ale atomilor de metal plasai reciproc la distane mici (de ordinul 10-10 m). Astfel, corpul metalic poate fi considerat ca un schelet de ioni pozitivi care cuprinde un gaz electronic n micare liber, dezordonat. Din punct de vedere electric sarcinile de semn contrar fiind egale ca numr, metalul n exteriorul volumului su apare neutru (fig. 3.1). ntre sarcinile electrice de acelai semn acioneaz fora de respingere i ntre cele de semn contrar de atracie. Efectul cumulat al acestor fore de interaciune reprezint legtura metalica. Separarea complet a celor doi atomi este posibil la fore exterioare mai mari dect Fmin, for numit de coeziune, iar energia corespunztoare energia de coeziune. Principala consecina aexistenei forelor de interaciune este repartizarea reciproc stabil a atomilor metalului n strile de agregare condensate. n reeaua cristalin, caracteristic strii solide, distanei rn (fig. 3.2) i corespunde distana mijlocie ntre atomi p, numit parametru de reea. Metalele industriale sunt corpuri policrisialine, n care diferii gruni (cristalite) sunt separai prin straturi de legtur. Existena acestor straiuri intergranulare face ca n afara sistemului de cristalizare proprietile s fie condiionate i de mrimea grunilor, structura limitelor dintre gruni, orientarea axelor de cristalizare ele. O simpl modificare a unghiului axelor de cristalizare dintre grunii vecini, poate produce schimbri n proprietile i comportarea materialului metalic. O mare parte din proprietatile metalelor sunt puternic influenate de defectele structurale (punctiforme, dizlocaii, de suprafa) care exist n orice material metalic industrial. Apare deci evident interdependena dintre structur i proprieti. 13

Fig. 3.1 Schema structurii unui metal.

Fig. 3.2 Variaia forei de legtur

3.2 PROPRIETILE MATERIALELOR METALICE 3.2.1. Clasificare Clasificarea proprietilor materialelor metalice se face obinuit dup natura proprietilor i uneori dup sensibilitatea lor fat de defectele structurale. Dup primul criteriu clasificarea se prezint ca n figura 3.3. Prin proprieti intrinseci se neleg cele legate de material independent de locul i modul de folosire, iar prin proprieti de utilizare, cele ce sunt dependente de metoda de prelucrare tehnologic i de domeniul i condiiile n care piesele confecionate din acest material sunt exploatate (de exploatare). Clasificarea proprietilor dup sensibilitatea fa de defectele structurale este foarte, greu de prezentat deoarece principial orice defect influeneaz proprietile de baz ale materialului metalic; unele defecte moi puin i altele mai mult. Prin proprieti insensibile la defecte se neleg proprietile a cror natur se poate explica pe reeaua cristalin ideal, ca i cnd materialul nu ar avea defecte, iar cele sensibile la defecte numai prin intermediul defectelor care modific mecanismul fenomenelor ce stau la baza proprietailor respective.

Fig. 3.3 Clasificarea proprietilor materialelor metalice dup natura proprietii.

14

3.2.2. Proprieti mecanice Fore exterioare, eforturi, deformaii Proprietile mecanice ale materialelor metalice sunt cele corespunztoare comportrii lor la solicitrile mecanice. Un material solid poate fi solicitat mecanic la ntindere (traciune), compresiune, ncovoiere, forfecare, rsucire (torsiune) i mixt. Solicitrile mecanice se aplic prin intermediul forelor exterioare ce acioneaz asupra materialului. Sub aciunea acestora corpurile metalice se deformeaz. Deformarea se manifest prin modificarea distanei dintre atomi i scoaterea lor din poziia de echilibru reciproc. Dac distana se mrete (fig. 3.2.r>r0) vor aprea fore de atracie, dac ea se micoreaz (rp, iar pe direcie perpendicular de la y = p la y E . Pentru ca prelucrrile plastice s fie posibile este obligatoriu ca solicitrile s se plaseze cu ntre limita de curgere i cea de rupere. Ca mecanism, deformarea plastic se poate produce fie prin lunecare de straturi de-a lungul planelor cu densitate maxim de atomi, plane numite de lunecare, fie prin maclare n urma creia o parte din reea devine imaginea celeilalte, fie prin combinarea lunecrii cu maclarea. Cel mai frecvent mecanism de deformare plastic este ns lunecarea. Prin mecanismele amintite se produc deplasri relative de atomi n reeaua cristalin, fr ca integritatea reelei s fie distrus. Fragilitatea este proprietatea unor materiale de a nu permite practic deformaii plastice pn la rupere. Este proprietatea opus plasticitii. La rupere materialele fragile prezint o deformaie plastic redus (fig. 3.11, a) sau se rup nainte ca deformaia plastic s nceap (complet fragile sau casante fig. 3.11, b).

Fig. 3.11 Curbe de deformatie pentru materiale fragile

Fluajal se numete proprietatea unor materiale de a se deforma n timp lent i continuu, sub aciunea unor sarcini constante. Sub aciunea unei sarcini continue i de lung durat (zile, luni, ani) chiar cnd < E componenta permanent a deformaiei elastice PE crete n timp i P > E , deformaia total rezult permanent. Dac la temperatura mediului ambiant deformarea plastic la fluaj a materialului este mic, la temperaturi mai ridicate ea devine mare. Reprezentarea grafic a variaiei deformrii specifice funcie de timpul t n care acioneaz sarcina constant a se numete curb de fluaj (fig. 3.12).

Fig. 3.12 Curbe de fluaj.

19

Fluajul se consider de la timpul cnd sub aciunea solicitrii deformatia specific a ajuns la valoarea iniial 0 . Se deosebesc trei zone de fluaj (fig. 3.12, a): zona fluajului primar (nestabilizat) caracterizat prin scderea vitezei de fluaj; zona fluajului secundar (stabilizat) AB caracterizat de vitez minim de fluaj; zona fluajului teriar (accelerat) cu vitez de fuaj rapid cresctoare, pn n punctul R unde se produce ruperea. Fluajul este influenat de valorile temperaturii i tensiunii sub care el se produce (fig. 3.12, curbele a, b, c). Dac materialul este fragil zona fluajului teriar (accelerai) poate s nu apar, ruperea produendu-se n punctul B (fig. 3.12, curba a). La temperaturi i solicitri amari (fig. 3.12, curba b) poate s dispar zona fluajului secundar, iar la temperaturi mici i solicitri reduse curba de variaie poate deveni orizontal (fig. 3.12, curba c), ceea ce corespunde unei viteze de fluaj ce tinde spre zero. Tenacitatea este proprietatea materialelor solide de a acumula (nmagazina) o energie mare de deformaie plastic pn Ia rupere. Materialele tenace se rup deci numai dup deformaii plastice specifice mari. Tenacitatea materialelor depinde de natura lor i felul solicitrii. Cum solicitrile pot fi statice sau dinamice i tenacitatea poate fi static sau dinamic. L Ca msur a tenacitii dinamice s-a introdus mrimea numit rezilien K = , A (raportul dintre lucrul mecanic L de rupere la incovoierea prin oc i aria A a seciunii de rupere a unei epruvete standardizate). Tenacitatea mai este influenat de temperatura la care se gsete materialul, viteza de realizare a lucrului mecanic. Materialele care prezint o rezilien mare se numesc tenace i cele cu rezilien mic fragile. Duritatea este proprietatea unui material de a opune rezisten la ptrunderea din exterior n stratul su de suprafa a unui obiect din material mai dur, sau de a se uza greu prin frecare. Factorii determinani ai duritii sunt natura materialului metalic (compoziia chimic, forele de legtur metalic etc.), structura sa (reticular, microscopic, macroscopic), temperatura, felul solicitrii (static, dinamic) etc. Deoarece materialele metalice sunt anizotrope, neomogene i practic discontinue, duritatea este o proprietate statistic medie. Duritatea este factorul determinant al rezistenei la uzur, n special la uzur abraziv (prin deformare plastic, achiere i zgriere exercitate de particule dure) i de aderen (sudarea suprafeelor n frecare, n momentul cnd suprafeele reale de contact ajung la distana cnd intr n aciune forele de interaciune). Se consider macroduritate cea determinat pe diferitele straturi ale materialului i microduritate determinat pe un grunte cristalin sau strat intergranular. Dup felul aplicrii forei la determinarea duritii ea poate fi static sau dinamic. Duritatea se msoar n grade de duritate specifice metodei de msurare (Brinell, Vickers, Rockwel etc).

20

3.3 PROPRIETI TEHNOLOGICE 3.3.1. Interdependena metoda tehnologic, proprieti tehnologice Proprietile tehnologice ale materialelor metalice sunt cele corespunztoare prelucrabilitii prin metode i procedee tehnologice. Dup proprietile lor tehnologice materialele se pot prelucra prin unul sau mai multe metode i procedee. Astfel, fonta se prelucreaz mai uor prin turnare i nu se poate prelucra prin deformare plastic (n afara unor fonte speciale), oelul, cuprul, aluminiul se preteaz mai bine la prelucrarea prin deformare plastic sau aschiere, aliajele dure prin agregare de pulberi sau eroziune etc. Exist deci o interdependen strns ntre metoda tehnologic, aplicat la prelucrare, natural innd seama i de proprietile mecanice ale materialelor i categoriile de proprieti specifice prelucrabilitii, numite proprieti tehnologice. 3.3.2. Clasificarea i definirea proprietilor tehnologice Clasificarea proprietilor tehnologice ale materialelor metalice: Turnabilitatea reprezint proprietatea unor materiale de a lua dimensiuni impuse n urma solidificrii materialului topit introdus ntr-o cavitate numit form de turnare. Defarmabilitatea este proprietatea unor materiale de a obine deformri permanente mari sub aciunea solicitrilor. Uzinabilitatea reprezint proprietatea unor materiale de a se lsa prelucrate prin detaare de particule mai mari sau mai mici sub aciunea unei energii. n cazul cnd energia de efect este mecanic i particulele detaate snt relativ mari, uzinabilitatea se numete achiere i cnd particulele detaate snt foarte mici, eroziune, indiferent de natura energiei de efect. Sudabilitatea este proprietatea unor materiale de a se asambla nedemontabil prin intermediul forelor de legtur intermetalice. Clibilitalea reprezint proprietatea unor materiale de a deveni mai dure n urma rcirii lor brute de la o anumit temperatur.

21

4. ELABORAREA MATERIALELOR METALICE4.1 ELABORAREA PRIMAR 4.1.1. DEFINIREA l SCOPUL ELABORRII PRIMARE Metalele se gsesc n natur, n majoritatea cazurilor, sub form de compui chimici (oxizi, sulfuri, carbonai etc.) i mai rar n stare liber. Un conglomerat de substane minerale n care unul sau mai multe metale se gsesc n cantitatea suficient unei extrageri economice se numete minereu. Prin elaborare primar a metalelor se nelege totalitatea operaiilor necesare extragerii lor din minereuri i obinerii metalului brut. Metalul brut obinut prin elaborare primar prezint o cantitate mare de impuriti, neomogenitate structural i deci proprieti nesatisfctoare. Pentru ca metalul brut s poat fi utilizat n industrie i s prezinte proprieti superioare, n majoritatea cazurilor el se prelucreaz printr-o gam specific de operaii ce formeaz obiectul elaborrii secundare. Prin intermediul acesteia se obine metalul fabricat, utilizabil la obinerea pieselor i ansamblurilor. Metalul fabricat poate fi industrial (cu o concentraie admisibil n impuriti) i pur (practic fr impuriti). Partea tehnologiei care se ocup cu elaborarea primar i secundar a materialelor metalice se numete metalurgie. Dup metalele care se elaboreaz metalurgia poate fi a fierului (siderurgie) sau a metalelor neferoase. 4.1.2 MINEREURI Minereul M este format din dou pri constitutive, utilul adic minereul care conine metalul sau metalele ce urmeaz a fi extrase i celelalte elemente existente, nefolositoare, numite steril sau gang. Clasificarea minereurilor se poate face dup mai multe criterii dintre care cele mai importante sunt: Forma sub care se gsete metalul n minereu: o pur; o compus chimic. Numrul de metale care se extrag: o monometalice; o polimetalice. Concentraia metalului n minereu: o bogate; o medii; o srace. 22

Natura sterilului: o acid; o bazic; o neutru. Deoarece la elaborarea primar se urmrete extragerea metalului din minereu, deci separarea sa din minereul care l conine i din steril, minereurile se supun unor operaii de preparare, ce au ca scop ndeprtarea unei pari din sterilul existent: Minereul brut se sparge n buci mai mici, operaie numit concasare, realizat cu concasoare. Minereul concasat se trece printr-un grup de site unde se realizeaz ciuruirea pentru a se obine cantiti suficiente de minereu de aceeai dimensiune. Minereurile de compoziii diferite (extrase din aceeai min sau din mine diferite) se amestec n anumite proporii pentru a se obine un amestec omogen calitativ, operaie numit omogenizare. Deoarece minereul omogenizat calitativ nu are dimensiuni omogene ale bulgrilor, el se supune unei operaii de mcinare n mori speciale. Produsul sortat pe granulaii la mcinare se supune operaiei de concentrare, prin care se mrete concentraia relativ a utilului prin ndeprtarea forat a unei cote din steril (inclusiv apa). Concentrarea se poate realiza prin mai multe procedee i aume: splare n curent de ap pentru ndeprtarea argilei, nisipului i prilor pmntoase; zeare, adic splarea cu aciune pulsatorie alternativ a apei ntr-un recipient din care sterilul mai uor se evacueaz prin preaplin, iar minereul rmas se colecteaz la fundul recipientului ; separare n medii dense, adic concentrarea ntr-un mediu lichid n care particulele cu densitate mai mic se ridic la suprafaa bii i cele cu densitate mai mare dect a mediului dens lichid, se las la fund ; flolarea introducerea unui minereu mcinat ntr-o suspensie cu colectoare (substane care produc unei pri din minereu util sau steril afinitate preferenial pentru bula de aer ce se insufl n suspensia lichid), spumani (care sLabilizeaz bulele de aer) i modificatori (rare imprim anumite proprieti fizico-ehimiee suspensiei). Prin insuflarea aerului n suspensie partea ninereului cu afinitate pentru bule se va ridica la suprafaa suspensiei ca produs flotat ce se poate colecta; separarea magnetic acionare cu fore n cmp magnetic asupra prii magnetice a minereului etc. Minereul concentrat se poate supune operaiei de calcinare (prjire) n cuptoare specializate unde sub aciunea cldurii se evapor apa, materiile volatile, se degaj la co i se produc reacii chimice care uureaz elaborarea metalului. Dup calcinate o parte din minereu rmne sub form de granule mici sau praf. Recuperarea acestui minereu i prepararea, n general, a minereurilor prfoase se realizeaz prin aglomerare. Aceasta se poate realiza prin mai multe procedee: sinterizare aglomerare prin cldur cu sau fr prezena unui liant; peletizare, aglomerare de pelete (sfere obinuite din minereu praf, combustibil i fondani) prin cldur i liant; brichetare, presarea minereului praf n forme; nodulizare, aglomerare de praf la cald ntr-un cuptor rotativ. 23

Minereul preparat, se transport la intreprinderile metalurgice. Pentru viitor se preconizeaz transportul pneumatic sau hidraulic (nglobarea minereului praf ntr-un lichid) prin conduci a minereurilor preparate, urmnd ca operaia de aglomerare s fie realizat la punctul terminus al conductei (porturi, staii de cale ferat, intreprinderi metalurgice etc). 4.1.3 NOIUNI UE TEORIA PROCESELOR METALURGICE Procesele metalurgice de elaborare (primar i secundar) au ca scop separarea metalului din minereu i obinerea n final a metalului brut (elaborare primar) i metalului industrial sau pur (elaborare secundar), figura 4.1.

Fig. 4.1. Schemn fabricrii metalului brut, industrial i pur.

Prin afinare, forma a elaborrii secundare, se nelege totalitatea operaiilor de eliminare parial a impuritilor n scopul obinerii metalului industrial. Rafinare nseamn totalitatea operaiilor necesare eliminrii impuritilor metalului brut (sau industrial) nscopul obinerii metalului pur. Extragerea metalului din minereu se poate realiza prin trei metode de elaborare (fig. 4.2), numite metode metalurgice astfel: metodele pirometalurgice utilizeaz n procesul de elaborare cldura produsa prin arderea unui combustibil; metodele hidrometalurgice utilizeaz dizolvarea metalului sub form de compus chimic n ap sau lichide speciale; metodele ectrometalurgice utilizeaz aciunile termice i chimice ale energiei electrice. Fiecare metod metalurgica se poate aplica prin mai multe procedee metalurgice, caracterizate prin procese metalurgice specifice, formate la rndul lor din operaii metalurgice. Metalurgia utilizeaz toate metodele specificate funcie de parametrii tehnici i economici impui. Cea mai larg utilizare o are pn n prezent piromelalurgia. 4.1.4 Metalurgia fontei Fonta este un aliaj al fierului cu carbonul, concentraia n carbon variind ntre 2,06-6,67%. Pe lng Fe i C fonta mai conine i alte elemente (Si, Mn, S, P etc.) limitate procentual, numite impuriti normale. Principial, elaborarea fontei se bazeaz pe carburarea fierului i transformarea parial a acestuia n cementit (Fe3C). Cum ns n natur majoritatea absolut a 24

fierului se gsete n minereul de fier sub form de compui chimici, fonta se poate elabora carburnd fierul redus din acesta. O alt cale posibil de elaborare a fontei (practic foarte puin utilizat) este cea, prin carburarea fierului din oel (fig. 4.2).

Fig. 4.2 Schema de principiu a elaborrii fontei.

Fonta se elaboreaz n prezent pornind de la minereu, n cuptoare nclzite prin arderea unui combustibil, numite furnale (cuptoare nalte). Furnalele la care nclzirea se face cu ajutorul energiei electrice se numesc furnale electrice. n furnal utilul din minereul de fier, n prezena fondanilor, cocsului i comburantului, sub aciunea cldurii produs prin arderea combustibilului sau prin efect termic al energiei electrice la furnalul electric, este redus la fierul pur. Acesta carburat (Fe3C). transformnduu-se n font ca produs principal i zgura respectiv gazul de furnal ca produi secundari (fig. 4.3). Minereul poate fi foarte bogat (Fe > 55%). bogat (35% < Fe < 55%), srac (20% < Fe 0.3%, Ti> 0,04%, B> 0,005%, Cu > 0,4%, Pb > 0,4%. n cadrul grupei oelurilor aliate se consider oel nalt aliat cel care are suma concentraiilor n diferitele elemente de aliere mai mare dect 10%. sau una dintre aceste concentraii mai mare dect urmtoarele limite : Si 6%, Mo 6%, Cr 6%, Ni 4,5%; Mo 1 %, W 4%, Co 1 %, V 1 %. Influenta fiecrui element de aliere se traduce prin imprimarea unor proprieti fizico-chimice, mecanice i tehnologice specifice. Dintre acestea cele mai caracteristice sunt urmtoarele: Siliciul mrete rezistena la coroziune, are efect dezoxidant, diminueaz pierderile prin histerezis i cureni turbionari la magnetizare n curent alternativ; Manganul mrete clibilitatea. duritatea, rezistena la rupere, rezistena la 37

uzur abraziv, reduce influena sulfului i accelereaz difuzia carburilor la cementare; Cromul mrete rezistena mecanic i stabilitatea termic, mrete rezistena la coroziune, la uzur abraziv i mrete clibilitatea; Nichelul mrete tenacitatea static i dinamic (n special la temperaturi joase), mrete rezistena la coroziune i refractaritatea austenitizeaz oelul cu coninut ridicat de crom ; Molibdenul mbuntete clibilitatea. duritatea, rezistena mecanica, stabilitatea la temperatur, reziliena dinamic, rezistena la coroziune i la fluaj, micoreaz fragilitatea la clire ; Vanadiul mrete rezistenta mecanic, deformabilitatea plastic, formeaz carburi. nitruri, oxizi, duri favorizeaz generarea unei structuri fine, mrete clibilitatea mbuntete rezilien i duritatea Ia temperaturi nalte; Wolframul mrete duritatea, refractaritatea, rezistena mecanic i clibilitatea, genereaz carburi dure i rezistente Ia uzur abraziv ; Cobaltul mrete duritatea, micoreaz aderena la achierea rapida; Aluminiul dezoxideaz i uureaz durificarea gruntelui la nitrurare; Titanul dezoxideaz, reduce sulfurile i formeaz carburi dure i refractare; Borul mrete clibilitatea cu precdere la concentraii mici de carbon; Cuprul mrete rezistena la coroziune i rezistena mecanic; Plumbul mrete prelucrabilitatea prin achiere; Pentru uurarea alegerii mrcile de oel snt grupate i standardizate dup destinaie, n figura 5.4 se prezint principalele categorii de oeluri clasificate dup destinaie. Oelurile se folosesc fie sub form de oeluri turnate n piese (STAS 000-74), fie sub form de laminate (STAS 5948-73): blumuri, sleburi (brame), agle (ptrate, rotunde sau plate), platine, srme. oel rotund, semi-rotund, ptrat, hexagonal, plat, profite (I, U, H, cornier cu aripi egale sau inegale, ine), table subiri, mijlocii i groase, platbande. Simbolizarea oelurilor se face n Romnia dup cum urmeaz : oelul carbon obinuit se noteaz cu literele OT pentru oel turnat; OL pentru oel laminat, urmat de dou cifre care reprezint rezistena la rupere minim, n daN/mm2, de la negarantat 00 pn la 700 N/mm2; oel carbon de calitate se noteaz cu simbolul OLC urmat (de dou cifre care reprezint coninutul mediu n carbon n sutimi de procent; oelul carbon de scule se noteaz cu OSC urmat de dou cifre care reprezint coninutul n carbon n zecimi de procent. Exemplu OSC 12 oel de scule cu 1,2% C. Mrcile de oel aliat se noteaz printr-un simbol format din cifre i litere. Cifrele din faa literelor reprezint coninutul mediu de carbon n sutimi de procent, literele reprezint elementele de aliere nscrise n ordinea crescnd a procentajului, iar cifrele de la sfrit coninutul mediu n zecimi de procent n elementul de aliere principal (ultima liter din simbol). Elementele de aliere se scriu cu simbolul lor chimic: Cr - crom; Si siliciu, Mn mangan, Ni nichel, Mo molibden, W wolfram, R - bor, Ti = titan, V vanadiu, Al - aluminiu. n cazul oelurilor superioare, carbon sau aliate, la simbolul mrcii se adaug, la sfrit litera X.

38

Fig. 5.4. Clasificarea oelurilor dup destinaie.

39

Exemplu de notare OLC 50X otel carbon superior cu 0,5% carbon sau 18 MoCrNi 13 oel aliat cu Ni-Cr-Mo cu 0,18% C i 1,3% Ni. Pentru oeluri cu destinaii speciale, clasificate dup caracteristicile lor, n simbol se trece numai prescurtarea destinaiei i numrul de ordine din clasificare. Exemplu : ARC 9 oel pentru arcuri, al 9-lea din clasificare sau Rp 3 oel rapid, al 3-lea din clasificare. 5.3. ALIAJELE METALELOB NEFEROASE 7.3.1. Aliajele aluminiului Pe lng avantajele cunoscute ale aluminiului, acesta prezint i dezavantaje din punct de vedere mecanic, fizico-chimic i tehnologic. Astfel rezistena mecanic a aluminiului este mic, temperatura de topire sczut, coeficient de contracie Ia solidificare mare etc. Prin aliere se pot elimina aceste deficiene, se pot obine proprieti noi i deci lrgi domeniul de utilizare al aluminiului i aliajelor sale. n cele ce urmeaz se prezint principalele grupe de aliaje ale aluminiului clasificate dup proprietatea fundamental : Aliaje de aluminiu cu propricti mecanice superioare (AI-Cu-Mg cunoscute sub denumirea de duraluminiu, Al-Zn-Mg i Al-Zn-Mg-Cu). Grupa de aliaje prezentate are r > 400 N/mm2 (500 < r < 600 N/mm2); Aliaje de aluminiu anticorozive (Al-Mn, Al-Mg i Al-Mg-Si). Aliaje antifriciune din aluminiu (Al-Sb-Pb, Al-Sn, Al-Cu-Si-Fe). Aliaje de aluminiu rezistente la temperaturi ridicate (Al-Cu-Mg, Al-Cu-Mn AlCu-Li). Aliaje de aluminiu rezistente la temperaturi sczute (Al-Cu-Mg-Si, AI-Zn-MgCu, Al-Mg). 7.3.2. Aliajele cuprului Principalele deficiene ale cuprului, parial sau total nlturate prin aliere snt turnabilitatea redus, anticorozivitate slab, proprieti mecanice relaliv mici ( r - 250. . .350 N/mm2). Cuprul are dou categorii mari de aliaje: Alama (Am aliaj al cuprului cu Zn i alte elemente); bronzul (Bz aliaj al cuprului cu Sn i alte elemente). Clasificarea alamelor i bronzurilor se prezint in figura 5.5. Alama normal se caracterizeaz prin turnabilitate, plasticitate, anticorozivitate i aspecte superioare cuprului. Alama special prezint pe ling proprietile alamei normale i nsuiri imprimate de componenta ternar X. Astfel: Pb micoreaz coeficientul de frecare; Fe i Mn mresc rezistena la rupere; Al duritatea, Si fluiditatea; 40

Sn anticorozjvitatea i coeficientul de frecare, Ni mbuntete aspectul i structura Bronzul normal se toarn mai uor dect Cu, are, rezisten mecanic i anticorozivitate superioar. Bronzurile speciale snt influenate de componenta ternar X n felul urmtor: Al mbuntete turnabilitatea i plasticitatea; Si fluiditatea, Mn elasticitatea i rezistena electric; Pb plasticitatea i coeficientul de frecare, Ni rezistena mecanic i electric; Be i Ti n special rezistena mecanic (BzBe 3 are r =650.. .1250 N/.mm2, BzTi 4, are r =1500. N/mm2 etc).

Fig. 5.5 Aliajele cuprului

5.3.3. Aliajele magneziului Datorit anticorozivizii, plasticitii i nsuirilor mecanice reduse Mg se aliaz obinuit cu elemente de aliere X care mbuntesc deficienele amintite: Al mrete proprietile mecanice; Mn anticorozivitatea i sud abilitatea, Zn plasticitatea, Si stabilitatea chimic. Principalele aliaje ale magneziului sunt: Mg-Al-Mn-Zn, Mg-Al-Mn-Cu-Zn (electron). 5.3.4. Aliaje antifriciune Pentru a corespunde, un aliaj antifriciune trebuie s fie rezistent la uzura prin frecare, s prezinte un coeficient, de frecare, mic, o bun conductibilitate termic, temperatur de topire sczut, turnabilitatea uoar, cost de producie redus. El se compune din doi constitueni ; plastic (Sn-Pb) i dur (Sb). Denumirea se d dup constituentul plastic majoritar (pe baz de Pb ; YPb i pe baz de Sn : YSn, (Y fiind simbolul aliajelor antifriciune). 41

6 GENERARE A SUPRAFEELOR6.1 CONSIDERAII GENERALE n construcia de maini i aparate prelucrarea dimensional are ponderea cea mai nsemnat, deoarece obiectul produciei l constituie fabricarea pieselor componente ale sistemelor tehnice i asamblarea acestora n ansambluri funcionale, adic n maini i aparate (v. fig. 1.4). Obiectele semifabricate i piesele se obin prin prelucrarea dimensional a materialelor elaborate, adic n urma realizrii suprafeei reale (tehnice) a obiectului sau piesei printr-o metod tehnologic: turnare, deformare plastic, achiere etc. Ansamblurile se obin de asemenea n mare parte prin prelucrarea dimensional suplimentar a pieselor componente. Suprafaa reala a unei piese este suprafaa, n general compus, care limiteaz piesa de mediul nconjurtor i care este caracterizat prin forma geometric, dimensiunile, poziia relativ i rugozitatea suprafeelor componente. O seciune a suprafeei reale determin profilul real al acesteia. Indiferent de metoda tehnologic utilizat pentru realizarea suprafeei reale, aceasta se apropie de suprafaa geometric (teoretica, ideal), reprezentat convenional prin desen tehnic i considerat fr abateri de form. dimensionale, de poziie i fr rugozitate. Suprafaa (profilul) real difer de suprafaa (profilul) geometric prin abateri de la forma geometric, abateri dimensionale, abateri de poziie i prin rugozitate, datorate unor factori ce intervin n decursul procesului de prelucrare dimensional. O imagine apropiat a suprafeei (profilului) reale o constituie suprafaa (profilul) efectiv, obinut prin msurare. Aceasta este cu att mai apropiat de suprafaa (profilul) real, cu ct mijloacele de msurare snt mai precise. Abaterile de la forma geometric i de poziie se msoar ntre suprafaa (profilul) efectiv i suprafaa (profilul) de referin. Suprafaa de referin este o suprafa geometric, tangent la suprafaa real n afara materialului i identic cu suprafaa geometric (teoretic) dat (fig. 6.1).

Fig. 6.1 Suprafeele pieselor

42

Profilul de referin rezult ntr-o seciune a acestei suprafee. Piesele mainilor i aparatelor snt limitate de una sau mai multe suprafee. Acestea reprezint o mare varietate de forme geometrice ( tabelul 6.1). Din punct de vedere matematic suprafeele componente ale suprafeei unei piese pot fi: analitice, care pot fi exprimate analitic prin: o ecuaii algebrice de ordinul nti (plan), de ordinul doi (cilindru, sfer, con, hiperbolod, paraboloid etc), de ordin superior (cvasihiperboloid etc); o ecuaii transcendente, care conin funcii trigonometrice sau speciale (suprafee elieoidale, evolventice etc); neanalitice, care pot fi exprimate numai prin coordonate (suprafee active ale elicei de avion sau vapor, ale paletelor de turbin etc). Formele suprafeelor componente ale suprafeelor reale ale pieselor se ncadreaz n majoritatea cazurilor n formele geometrice plane, cilindrice, conice, sferice, elicoidale, evolventice etc Trebuie ns remarcat utilizarea tot mai important a suprafeelor complexe oarecare (neanalitice). Metodele tehnologice de fenomen prin care se realizeaz suprafeele reale ale obiectelor semifabricate, pieselor i ansamblurilor pot fi clasificate n mai multe categorii funcie de scopul urmrit la fabricare i de modificrile principale ce se desfoar n timpul prelucrrii dimensionale(fig. 6.2). Trebuie remarcat faptul c n funcie de natura fenomenologic a metodei de prelucrare dimensional, de caracteristicile elementelor spaiului de lucru i de regimul de lucru utilizat, caracteristicile tehnologice ale prelucrrii (productivitate, precizie, calitate a suprafeei) snt mult diferite, chiar n cadrul aceleiai metode sau procedeu. ndeosebi la prelucrarea dimensional cu prelevare de material de la obiectul prelucrrii apare un aspect important, determinat de existena adaosului de prelucrare (stratul de material n surplus, cuprins ntre suprafaa iniial a obiectului prelucrrii i suprafaa final, de realizat a piesei). Dac pentru ndeprtarea adaosului de prelucrare este necesar ndeprtarea succesiv a k straiuri de material, deci realizarea a k suprafee intermediare, este optim din punct de vedere tehnico-economic ca operaiile (fazele): 1.....(k 1), de degroare i semifinisare s se realizere cu productivitate maxim, fr realizarea unei precizii i caliti a suprafeei prea ridicate; k, de finisare (netezire), s se realizeze cu productivitatea maxim posibil, n condiiile asigurrii preciziei i calitii impuse a suprafeei. 8.2. METODE DE GENERAREA SUPRAFEELOR Dintr-un alt punct de vedere, suprafaa geometric (teoretic) poate fi considerat ca urma lsat de o linie geometric numit generatoare, prin deplasarea ei pe o alt linie geometric numit directoare. Prin urmase nelege suprafaa format ca o mulime continu de poziii geometrice succesive ale generatoarei care se deplaseaz sprijinindu-se pe directoare. Prin urmare pentru generarea oricrei suprafee geometrice snt necesare dou linii geometrice i deplasarea lor relativ (fig. 6.3). Suprafeele reale ale obiectelor semifabricate, pieselor, ansamblurilor se genereaz la obiectul prelucrrii dimensionale cu ajutorul obiectului ajuttor, care are 43

44Fig. 6.2 Clasificarea metodelor de prelucrare dimensional

Tabelul 6.1 Clasificarea topologic a pieselor de maini i aparate Nr. 1 2 Denumirea grupei de piese piese Prismatice Cilindrice Caracteristica suprafeei piesei Suprafaa piesei este format din suprafee Cilindru circular Piesa

3

Conice

Con circular

4

Sferice

Sfer

5

Cu suprafee, de ordinul doi, cu directoare necirculare

0 suprafa de ordinul doi

6

Cu suprafee de ordinul doi, cu directoare

Diferite suprafee de ordinul doi Orice suprafee de ordinul doi Hiperboloid

7

Cu combinaie de supraprafee de ordin ti! doi

8

Cvasi hiperbolotdale

9

Cu suprafee transcendente

Suprafee evolvente elicoidale etc. Suprafee sferice etc.

10

Cu suprafee de ordin superior

11

Cu suprafee nedeterminate

Suprafee oarecare nedeterminate geometric Combinaie de suprafee primare

12

Cu combinaie de suprafee de orice tip

suprafee, linii .i puncte active ajuttoare reale, denumite convenional elemente materiale ajuttoare, spre deosebire de elementele imaginare, inexistente n realitate i 45

Fig. 6.3 Principii de generare a suprafeelor

denumite, tot convenional, elemente geometrice. Aceste elemente materiale ajuttoare realizeaz prin micarea lor (respectiv a obiectului ajuttor) liniile geometrice generatoare i directoare i prin urmare, suprafaa real a obiectelor semifabricate, pieselor ansamblurilor, ca rezultate ale prelucrrii dimensionale. n general (fig. 6.2), suprafeele reale se genereaz att cu ajutorul obiectului ajuttor ct i cu ajutorul materialului de adaos. Micrile relative ale liniilor geometrice generatoare i directoare care se efectueaz la generarea suprafeelor se numesc micri de generare a suprafeelor. Deci, generarea suprafeelor reale const n realizarea liniilor geometrice generatoare i directoare i a micrii lor relative de generare a suprafeelor. Aceasta se realizeaz n urma micrii relative dintre obiectul prelucrrii i corpul ajuttor (materialul de adaos) cu caracteristici adecvate, micare, desfurat simultan cu procesele fizico-chimice din spaiul de lucru, caracteristice fiecrei metode tehnologice. Dintr-un alt punct de vedere, al fenomenelor ce se desfoar pentru realizarea suprafeei la obiectul prelucrrii, se deosebesc n general dou categorii de micri (aciuni) relative ntre obiectul prelucrrii i corpul ajuttor: micri (aciuni) principale, n timpul crora are loc desfurarea mai mult sau mai puin localizat a fenomenelor fizico-chimice caracteristice metodei tehnologice de prelucrare dimensional (modificarea strii de agregare, deformare plastic, ruperea n stare solid etc.); micri de avans, care determin, n afara micrii (aciunii) principale, parcurgerea de ctre fenomenele fizico-chimice caracteristice metodei tehnologice, a volumului necesar din obiectul prelucrrii n vederea generrii complete a suprafeei reale. Suprafaa real se realizeaz n urma desfurrii n ansamblu a acestor micri (aciuni). Se deosebesc patru metode de generare a unei linii geometrice generatoare sau directoare: Metoda copierii (fig. 6.4), cnd forma i dimensiunile elementului material 46

ajuttor (linie real) al obiectului ajuttor coincid cu forma i dimensiunile liniei reale generale. Aceasta se obine ca o copie a elementului material ajuttor. n consecin, pentru realizarea unei linii geometrice generatoare (sau, mult mai rar, directoare) nu snt necesare micri de generare, ci doar o instalare a elementului material ajuttor n poziia iniial fa de obiectul prelucrrii. n cazul cnd att generatoarea ct i directoarea snt generate prin copiere (fig. 6.4, b), apare metoda de generare a suprafeei reale a piesei prin copierea formei suprafeei active a obiectului ajuttor (Ia turnare, la matriare, la prelucrarea prin eroziune electric, electrochimic etc.). Suprafaa real a piesei se obine n acest caz ca o imagine conjugat a suprafeei active a obiectului ajuttor. Metoda rulrii (fig. 6.4, e) cu o micare de generare, micarea de rulare cnd linia generat se obine ca nfurtoare a poziiilor succesive ocupate de elementul material ajuttor (linie real) la rularea (rostogolirea fr alunecare) pe linia generat.

Fig. 6.4 Metode de generare a liniilor geometrice.

Metoda urmei (Fig. 6.4, d) de asemenea ca o singur micare de generare cnd elementul material ajuttor (punct material) genereaz o linie ca urm rmas (integrat) la deplasarea punctului material. Prin punct material ajuttor se nelege o poriune foarte mic asimilabil practic cu un punct din linia (suprafaa), real ajuttoare a corpului ajuttor. Metoda tangenei cu dou sau mai multe micri de generare cnd linia generat este tangent la o serie de linii suplimentare ajuttoare generate de elementul material ajuttor (punct material) prin metoda urmei (fig. 6.4, e) sau prin metoda tangenei (fig. 6.4, f). Pentru a realiza o suprafa dat snt necesare linii generatoare i directoare de form corespunztoare, care pot fi generate prin cele patru metode artate. Rezult c metodele de generare a suprafeelor constau din metodele de generare ale liniilor geometrice (generatoare i directoare), metode ce pot fi combinate n multiple feluri. Metoda de generare a suprafeei reale depinde nu numai de forma elementului ajuttor al corpului ajuttor ci i de metoda de generare a fiecrei linii geometrice (generatoare sau directoare), precum i de combinarea metodelor de generare a liniilor, adic de modul realizrii micrii relative ntre generatoare i directoare. n general numrul de micri de generare este determinat de relaia: 47

Nmg = Ng +Nd 0.5Nc

(8.1)

n care: Ng -- este numrul de micri de generare necesar pentru realizarea liniei geometrice generatoare; Nd numrul de micri de generare necesar pentru realizarea liniei geometrice directoare; Nc numrul de micri combinate la generare. Pornind de Ia metodele de generare a liniilor geometrice, se poate determina teoretic numrul maxim posibil de micri de generare, care este egal cu ase. n practic, datorit combinrii (compunerii) micrilor de generare, la prelucrarea dimensional nu apar mai mult dect trei micri de generare a suprafeelor. Aceast reducere a numrului micrilor de generare a suprafeelor se realizeaz i datorit posibilitilor de transmitere i repartizare a energiei de efect la obiectul prelucrrii dimensionale. n afar de caracter punctiform i liniar, transmiterea i repartizarea energiei de efect Ia obiectul prelucrrii dimensionale mai poate avea caracter de suprafa, volumic, punctiform-liniar, punctiform-de suprafa, punctiform-volumic. Mai trebuie remarcat faptul c dac la toate metodele de prelucrare dimensional are loc transmiterea energiei de efect prin contact direct ntre corpul ajuttor (materialul de adaos) i obiectul prelucrrii, Ia prelucrarea dimensional prin eroziune aceasta se face n general prin intermediul agentului eroziv interpus ntre obiectul ajuttor i obiectul prelucrrii. Acest mod de transmitere a energiei de efect creeaz posibiliti deosebit de largi metodelor de prelucrare dimensional prin eroziune att din punctul de vedere al caracteristicilor suprafeei reale, al metodelor de generare a suprafeelor ct i din punctul de vedere al caracteristicilor de material ale obiectului prelucrrii. Desigur c Ia fiecare metod tehnologic generarea suprafeelor reale la prelucrarea dimensional se face dup metode determinate, caracteristice. n tabelul 6.2 sunt prezentate caracteristici ale metodelor de generare a suprafeelor pentru cteva metode tehnologice i pentru cteva procedee tehnologice de prelucrare dimensional.Tabelul 6.2Metoda sau procedeul de prelucrare dimensional Tipul elementului material ajuttor suprafa suprafa linie linie linie linie sau punct linie sau puncte punct linie suprafa Metoda de generare a liniilor geometrice Generatoare copiere copiere copiere copiere copiere copiere sau tangen copiere sau tangen tangen copiere copiere Nr. de micri de generare a supraDirectoare feelor copiere copiere rulare urm urma rulare, urm sau tangen rulare, urm sau tangent rulare, urm sau tangen urm copiere 0 0 1 1

Obiectul ajuttor Partea activ a formei fixe de turnare Partea activ a matriei Cilindri, role Partea activ a matriei Partea activ a stanei Partea activ a scule! achietoare Disc de rectificat Disc de lefuit Electrod ajuttor filiform sui obiectul prelucrrii

Turnare Matriare, agregare de pulberi Laminare, rulare Tragere, extrudare Stanare Achiere Rectificare lefuire Eroziune electric ncrcare electrochimic sau prin pulverizare

1 ...3 2.. .3 3 1 0

48

49

5. PRINCIPALELE MATERIALE METALICE UTILIZATE N INDUSTRIA CONSTRUCTOAREDE MAINI I APARATE5.1. FONTE Clasificarea general a fontelor utilizate n construcia de maini se prezint n figura 5.1. 5.1.1 Fonte cenuii cu grafit lamelar Simbolizarea acestor fonte n Romnia se face prin grupa de litere Fc = fonta cenuie i un numr care reprezint rezistena minim la traciune, n daN/mm2, a unui perete de grosime medie (exemplu : Fc 30 are r = 300 N/mm2 - STAS 7945-67).

Fig. 5.1. Clasificarea general a fontelor.

50

Proprietile mecanice ale pieselor turnate din fonta cenuie cu grafit lamelar depind de cantitatea, forma i repartiia lamelelor de. grafit, de structura masei metalice de baz i de forma piesei. n figura 5.2 se prezint variaia rezistenei la rupere prin traciune r i a duritii HB n Funcie de grosimea piesei i de raportul ntre suprafeele S i volumul V al acesteia. Dup rezistena mecanica se disting 3 categorii de fonte cenuii cu grafit; lamelar. Fonte cu rezistent mecanica mic (Fc 10, Fc 15). Au masa metalic de baz ferito-perlitic, grafitul lamelar i neomogen repartizat. Sunt folosite pentru turnarea pieselor mecanice de configuraie simpl solicitate Ia eforturi mici urmrindu-se o uzinabilitate bun la costuri ct mai sczute. Fonte cu rezisten mecanic medie (Fc 20, Fc 25). Au mas metalic de baz perlitic sau sorbitic i grafit lamelar mijlociu sau fin. Sunt destinate cu predilecie turnrii pieselor pentru construcia de maini uoare, mijlocii i grele care lucreaz la solicitri statice medii. Unele compoziii ale acestor fonte pot avea proprieti speciale: o bun rezisten la uzur prin frecare, rezisten la coroziune, proprieti de antifriciune sau proprieti magnetice.

Fig. 5.2. Variaia proprietilor fontelor cenuii.

Fonte cu rezistena mecanic ridicat (Fc 30 ; Fc 35 ; Fc 40). Au masa metalic de baz sorbitic i grafit lamelar fin, uniform repartizat. Se fabric un numr mare de compoziii, toate avnd o rezisten la rupere i Ia uzur bune, uzinabilitate bun, unele putnd avea proprieti suplimentare: compaci-ta te, calitate superioar a suprafeei, tenacitate, refractaritate, rezisten la coroziune etc. n categoria acestor fonte intr i fontele modificate cu fero-siliciu, silico-calciu 51

sau silico-aluminiu, care pot fi tratate termic (clire-revenire) pentru obinerea unei structuri a masei metalice de baz troostito-sorbitic. 5.1.2 Fonte cenuii cu grafit nodular Exemplu de simbolizare, Fgn 60-2 (font cu grafit nodular cu rezistena la rupere r =600 N/mm2 i alungire =2%). Proprietile acestor fonte variaz n limite largi. n stare normalizat sau recoapt, cele nealiate avnd ar =400... 700 N/mm2, iar cele aliate .i tratate termic putnd ajunge la 1500 N/mm2. Se utilizeaz la confecionarea unor piese pentru construcia de maini cu o bun rezisten la uzur (arbori, segmeni, roi dinate, saboi de frn, cilindri de laminor), rezisten la coroziune (piese pentru pompe navalizate, instalaii de canalizare, irigaii etc.), refractare (lingotiere, piese pentru cuptoare, creuzei. matrie etc), 5.1.3 Fonte albe Se utilizeaz rar turnate, numai pentru piese dure, rezistente la abrazivi i la uzur (piese pentru maini de sfrmat, jgheaburi, rame, grtare, alice pentru sablare etc). Fontele albe obinuite conin carburi de Fe, i de Mn iar cele aliate carburi de Cr, Mo, V, W. O categorie aparte, o formeaz piesele cu crust dur (n special cilindri de laminor) care au n exterior font alb, o zona de tranziie de font pestri i miez de font cenuie. 5.1.4 Fonte maleabile Se obin prin tratamente termice de maleabilizare din fonte albe. Dup aspectul n ruptur i structura masei metalice de baz ele se mpart n trei categorii: fonta maleabil neagr cu masa metalic de baz feritic ; font maleabil perlitic cu masa metalic de baz perii tic ; font maleabil alb cu masa metalic de baz ferito-perlitic. Simbolizarea acestor fonte n Romnia se face prin grapul Fm, urmat; de dou cifre care dau rezistena la traciune, n daN/mm2 (variaz ntre:30 i 70) una din literele n, p sau a care indic din ce categorie este fonta (de exemplu Fm 50 p = font maleabil perlitic, avnd 400 N/mm2 rezisten la rupere). Proprietile de rezisten ale fontelor maleabile precum i cele tehnologice sunt mult influenate de grosimea peretelui piesei. 5.1.5. Fonte cu proprieti speciale Sunt fonte cenuii, albe sau maleabile la care, prin aliere, prin forma i repartiia constituenilor se urmrete mbuntirea unor anumite proprieti mecanice sau fizicochimice speciale. Un rol important n obinerea unor proprieti l au i tratamentele termice. S-au individualizat urmtoarele categorii de fonte cu proprieti speciale : fonte anti friciune, care nlocuiesc metalele neferoase pentru lagre de alunecare obinuite n domenii de presiuni specifice pn la 200 N/cm3 i 52

viteze periferice sub 2 m/s, putnd ajunge, n mod excepional, pn la 450 N/cm2 i 12 m/s ; fonte rezistente la uzur, destinate pieselor care funcioneaz n regim de uzur abraziv (matrie, roi dinate, cilindri auto, tamburi de fran etc.). Se obin din fonte cenuii sau cu crust dur i n general se caut ca n masa metalic de baz s existe structuri de tranziie n urma tratamentelor termice de clire i revenire; fonte de nalt rezisten mecanic, care se realizeaz prin aliere cu nichel. Cr, V, Mo etc. Au proprieti mecanice asemntoare oelurilor : rezisten la rupere 800 N/mm2 i duritate 60 HRC; fonte refractare cu un coninut mare de Cr sau Ni. Sunt termostabile puind fi folosite la confecionarea pieselor ce lucreaz la temperaturi nalte (800... 1 000K) ; fonte anticorosive, aliate cu Si, Cr, Ni sau Cu. Se folosesc n industria chimic, cele mai bune rezultate obinndu-se de la fontele cu structur grafitoaustenitic; fonte cu proprieti magnetice la care se poate obine o gam larg de proprieti magnetice n funcie de structura masei metalice de baz ; ferita i alierea cu Ni favorizeaz feromagnetismul iar austenita paramagnetismul. 5.2. OELURI

Oelurile reprezint materialul metalic cel mai utilizat n tehnic. Acest fapt este datorat pe de o parte varietii mai mari de proprieti ce. pot fi obinute la concentraii diferite n carbon, pe baza transformrilor n stare solid a fierului, i pe de alt parte posibilitii alierii lui cu cele mai diferite elemente. Se elaboreaz n prezent oeluri cu rezistena la rupere pn la 3000 N/mm2 cu proprieti de utilizare ntre 100...1500K. O clasificare dup compoziia chimic se prezint n figura 5.3.

Fig. 5.3 Clasificarea oelurilor dup compoziie. 53

5.2.1. Oeluri carbon Sunt oeluri care nu conin n afar de Fe i C alte elemente introduse n, mod voit. Elementele nsoitoare al cror coninut maxim este limitat n funcie de calitatea i domeniul de utilizare al oelului sunt considerate impuriti. Excepie de la aceast regul fac numai unele elemente impuse de procesul tehnologic de elaborare i turnare (Mn, Si, Al) sau cele introduse pentru mrirea stabilitii n timp (Al, Ti), pentru coborrea pragului de fragilitate la rece (Al) sau mrirea achiabilitii (S, P, Pb). Otelul carbon obinuit necalmat, semicalmat sau calmat este produs n mod curent i utilizat fr tratament termic la construcii civile (oel beton), construcii metalice sau construcii de maini. El este livrat cu sau fr garantarea proprietilor mecanice i a compoziiei chimice. Oelul carbon de calitate este considerat oelul carbon utilizat n construcia de maini, de obicei tratat termic i care are compoziia chimic i proprietile mecanice garantate, precum i coninutul n sulf i fosfor limitat la maxim 0,045% fiecare. Oelul carbon superior este un oel carbon de calitate la care se limiteaz coninutul de sulf i fosfor sub 0,035% fiecare i se impun condiii referitoare la structur (mrimea gruntelui austenitic, adncimea de clire) i coninutul maxim n incluziuni nemetalice. 5.2.2. Oeluri slab aliate Sunt oeluri care conin elemente de aliere introduse n mod voit n cantiti minime i care influeneaz proprietile fizico-chimice i caracteristicile mecanice. Sunt folosite n producia de mas la construcii metalice i construcii de maini. Concentraia n cel puin unul dintre principalele elemente de aliere n care oelul este considerat slab aliat, este ntre urmtoarele limite:Si 0,5.. .1,1%; Mn 0.8. ..1,8%; Cr 0,3...0,5%, Ni 0,3.. .0,5%; Mo 0,05.. .0,1%; V 0,05. . .0,1 %, W 0,2. . .0,3%, Co 0.2. ..0,3%. 5.2.3. Oeluri aliate Cuprind oelurile medii i nalt aliate i sunt folosite numai tratate termic. n aceast categorie intr toate oelurile care au cel puin unul dintre elementele de aliere ntr-o concentraie mai mare dect limita superioar admis la otelurile slab aliate, concentraiile mai mici dect limita inferioar fiind acceptate drept impuriti n oelul carbon. Tot oel aliat este considerat oelul care are o concentraie mai mare dect una din limitele indicate mai jos: Al > 0.3%, Ti> 0,04%, B> 0,005%, Cu > 0,4%, Pb > 0,4%. n cadrul grupei oelurilor aliate se consider oel nalt aliat cel care are suma concentraiilor n diferitele elemente de aliere mai mare dect 10%. sau una dintre aceste concentraii mai mare dect urmtoarele limite : Si 6%, Mo 6%, Cr 6%, Ni 4,5%; Mo 1 %, W 4%, Co 1 %, V 1 %. Influenta fiecrui element de aliere se traduce prin imprimarea unor proprieti fizico-chimice, mecanice i tehnologice specifice. Dintre acestea cele mai caracteristice sunt urmtoarele: Siliciul mrete rezistena la coroziune, are efect dezoxidant, diminueaz pierderile prin histerezis i cureni turbionari la magnetizare n curent alternativ; Manganul mrete clibilitatea. duritatea, rezistena la rupere, rezistena la 54

uzur abraziv, reduce influena sulfului i accelereaz difuzia carburilor la cementare; Cromul mrete rezistena mecanic i stabilitatea termic, mrete rezistena la coroziune, la uzur abraziv i mrete clibilitatea; Nichelul mrete tenacitatea static i dinamic (n special la temperaturi joase), mrete rezistena la coroziune i refractaritatea austenitizeaz oelul cu coninut ridicat de crom ; Molibdenul mbuntete clibilitatea. duritatea, rezistena mecanica, stabilitatea la temperatur, reziliena dinamic, rezistena la coroziune i la fluaj, micoreaz fragilitatea la clire ; Vanadiul mrete rezistenta mecanic, deformabilitatea plastic, formeaz carburi. nitruri, oxizi, duri favorizeaz generarea unei structuri fine, mrete clibilitatea mbuntete rezilien i duritatea Ia temperaturi nalte; Wolframul mrete duritatea, refractaritatea, rezistena mecanic i clibilitatea, genereaz carburi dure i rezistente Ia uzur abraziv ; Cobaltul mrete duritatea, micoreaz aderena la achierea rapida; Aluminiul dezoxideaz i uureaz durificarea gruntelui la nitrurare; Titanul dezoxideaz, reduce sulfurile i formeaz carburi dure i refractare; Borul mrete clibilitatea cu precdere la concentraii mici de carbon; Cuprul mrete rezistena la coroziune i rezistena mecanic; Plumbul mrete prelucrabilitatea prin achiere; Pentru uurarea alegerii mrcile de oel snt grupate i standardizate dup destinaie, n figura 5.4 se prezint principalele categorii de oeluri clasificate dup destinaie. Oelurile se folosesc fie sub form de oeluri turnate n piese (STAS 000-74), fie sub form de laminate (STAS 5948-73): blumuri, sleburi (brame), agle (ptrate, rotunde sau plate), platine, srme. oel rotund, semi-rotund, ptrat, hexagonal, plat, profite (I, U, H, cornier cu aripi egale sau inegale, ine), table subiri, mijlocii i groase, platbande. Simbolizarea oelurilor se face n Romnia dup cum urmeaz : oelul carbon obinuit se noteaz cu literele OT pentru oel turnat; OL pentru oel laminat, urmat de dou cifre care reprezint rezistena la rupere minim, n daN/mm2, de la negarantat 00 pn la 700 N/mm2; oel carbon de calitate se noteaz cu simbolul OLC urmat (de dou cifre care reprezint coninutul mediu n carbon n sutimi de procent; oelul carbon de scule se noteaz cu OSC urmat de dou cifre care reprezint coninutul n carbon n zecimi de procent. Exemplu OSC 12 oel de scule cu 1,2% C. Mrcile de oel aliat se noteaz printr-un simbol format din cifre i litere. Cifrele din faa literelor reprezint coninutul mediu de carbon n sutimi de procent, literele reprezint elementele de aliere nscrise n ordinea crescnd a procentajului, iar cifrele de la sfrit coninutul mediu n zecimi de procent n elementul de aliere principal (ultima liter din simbol). Elementele de aliere se scriu cu simbolul lor chimic: Cr - crom; Si siliciu, Mn mangan, Ni nichel, Mo molibden, W wolfram, R - bor, Ti = titan, V vanadiu, Al - aluminiu. n cazul oelurilor superioare, carbon sau aliate, la simbolul mrcii se adaug, la sfrit litera X.

55

Fig. 5.4. Clasificarea oelurilor dup destinaie.

56

Exemplu de notare OLC 50X otel carbon superior cu 0,5% carbon sau 18 MoCrNi 13 oel aliat cu Ni-Cr-Mo cu 0,18% C i 1,3% Ni. Pentru oeluri cu destinaii speciale, clasificate dup caracteristicile lor, n simbol se trece numai prescurtarea destinaiei i numrul de ordine din clasificare. Exemplu : ARC 9 oel pentru arcuri, al 9-lea din clasificare sau Rp 3 oel rapid, al 3-lea din clasificare. 5.3. ALIAJELE METALELOB NEFEROASE 5.3.1. Aliajele aluminiului Pe lng avantajele cunoscute ale aluminiului, acesta prezint i dezavantaje din punct de vedere mecanic, fizico-chimic i tehnologic. Astfel rezistena mecanic a aluminiului este mic, temperatura de topire sczut, coeficient de contracie Ia solidificare mare etc. Prin aliere se pot elimina aceste deficiene, se pot obine proprieti noi i deci lrgi domeniul de utilizare al aluminiului i aliajelor sale. n cele ce urmeaz se prezint principalele grupe de aliaje ale aluminiului clasificate dup proprietatea fundamental : Aliaje de aluminiu cu propricti mecanice superioare (AI-Cu-Mg cunoscute sub denumirea de duraluminiu, Al-Zn-Mg i Al-Zn-Mg-Cu). Grupa de aliaje prezentate are r > 400 N/mm2 (500 < r < 600 N/mm2); Aliaje de aluminiu anticorozive (Al-Mn, Al-Mg i Al-Mg-Si). Aliaje antifriciune din aluminiu (Al-Sb-Pb, Al-Sn, Al-Cu-Si-Fe). Aliaje de aluminiu rezistente la temperaturi ridicate (Al-Cu-Mg, Al-Cu-Mn AlCu-Li). Aliaje de aluminiu rezistente la temperaturi sczute (Al-Cu-Mg-Si, AI-Zn-MgCu, Al-Mg). 5.3.2. Aliajele cuprului Principalele deficiene ale cuprului, parial sau total nlturate prin aliere snt turnabilitatea redus, anticorozivitate slab, proprieti mecanice relaliv mici ( r - 250. . .350 N/mm2). Cuprul are dou categorii mari de aliaje: Alama (Am aliaj al cuprului cu Zn i alte elemente); bronzul (Bz aliaj al cuprului cu Sn i alte elemente). Clasificarea alamelor i bronzurilor se prezint in figura 5.5. Alama normal se caracterizeaz prin turnabilitate, plasticitate, anticorozivitate i aspecte superioare cuprului. Alama special prezint pe ling proprietile alamei normale i nsuiri imprimate de componenta ternar X. Astfel: Pb micoreaz coeficientul de frecare; Fe i Mn mresc rezistena la rupere; Al duritatea, Si fluiditatea; 57

Sn anticorozjvitatea i coeficientul de frecare, Ni mbuntete aspectul i structura Bronzul normal se toarn mai uor dect Cu, are, rezisten mecanic i anticorozivitate superioar. Bronzurile speciale snt influenate de componenta ternar X n felul urmtor: Al mbuntete turnabilitatea i plasticitatea; Si fluiditatea, Mn elasticitatea i rezistena electric; Pb plasticitatea i coeficientul de frecare, Ni rezistena mecanic i electric; Be i Ti n special rezistena mecanic (BzBe 3 are r =650.. .1250 N/.mm2, BzTi 4, are r =1500. N/mm2 etc).

Fig. 5.5 Aliajele cuprului

5.3.3. Aliajele magneziului Datorit anticorozivizii, plasticitii i nsuirilor mecanice reduse Mg se aliaz obinuit cu elemente de aliere X care mbuntesc deficienele amintite: Al mrete proprietile mecanice; Mn anticorozivitatea i sud abilitatea, Zn plasticitatea, Si stabilitatea chimic. Principalele aliaje ale magneziului sunt: Mg-Al-Mn-Zn, Mg-Al-Mn-Cu-Zn (electron). 5.3.4. Aliaje antifriciune Pentru a corespunde, un aliaj antifriciune trebuie s fie rezistent la uzura prin frecare, s prezinte un coeficient, de frecare, mic, o bun conductibilitate termic, temperatur de topire sczut, turnabilitatea uoar, cost de producie redus. El se compune din doi constitueni ; plastic (Sn-Pb) i dur (Sb). Denumirea se d dup constituentul plastic majoritar (pe baz de Pb ; YPb i pe baz de Sn : YSn, (Y fiind simbolul aliajelor antifriciune). 58

6 GENERARE A SUPRAFEELOR6.1 CONSIDERAII GENERALE n construcia de maini i aparate prelucrarea dimensional are ponderea cea mai nsemnat, deoarece obiectul produciei l constituie fabricarea pieselor componente ale sistemelor tehnice i asamblarea acestora n ansambluri funcionale, adic n maini i aparate (v. fig. 1.4). Obiectele semifabricate i piesele se obin prin prelucrarea dimensional a materialelor elaborate, adic n urma realizrii suprafeei reale (tehnice) a obiectului sau piesei printr-o metod tehnologic: turnare, deformare plastic, achiere etc. Ansamblurile se obin de asemenea n mare parte prin prelucrarea dimensional suplimentar a pieselor componente. Suprafaa reala a unei piese este suprafaa, n general compus, care limiteaz piesa de mediul nconjurtor i care este caracterizat prin forma geometric, dimensiunile, poziia relativ i rugozitatea suprafeelor componente. O seciune a suprafeei reale determin profilul real al acesteia. Indiferent de metoda tehnologic utilizat pentru realizarea suprafeei reale, aceasta se apropie de suprafaa geometric (teoretica, ideal), reprezentat convenional prin desen tehnic i considerat fr abateri de form. dimensionale, de poziie i fr rugozitate. Suprafaa (profilul) real difer de suprafaa (profilul) geometric prin abateri de la forma geometric, abateri dimensionale, abateri de poziie i prin rugozitate, datorate unor factori ce intervin n decursul procesului de prelucrare dimensional. O imagine apropiat a suprafeei (profilului) reale o constituie suprafaa (profilul) efectiv, obinut prin msurare. Aceasta este cu att mai apropiat de suprafaa (profilul) real, cu ct mijloacele de msurare snt mai precise. Abaterile de la forma geometric i de poziie se msoar ntre suprafaa (profilul) efectiv i suprafaa (profilul) de referin. Suprafaa de referin este o suprafa geometric, tangent la suprafaa real n afara materialului i identic cu suprafaa geometric (teoretic) dat (fig. 6.1).

Fig. 6.1 Suprafeele pieselor

59

Profilul de referin rezult ntr-o seciune a acestei suprafee. Piesele mainilor i aparatelor snt limitate de una sau mai multe suprafee. Acestea reprezint o mare varietate de forme geometrice ( tabelul 6.1). Din punct de vedere matematic suprafeele componente ale suprafeei unei piese pot fi: analitice, care pot fi exprimate analitic prin: o ecuaii algebrice de ordinul nti (plan), de ordinul doi (cilindru, sfer, con, hiperbolod, paraboloid etc), de ordin superior (cvasihiperboloid etc); o ecuaii transcendente, care conin funcii trigonometrice sau speciale (suprafee elieoidale, evolventice etc); neanalitice, care pot fi exprimate numai prin coordonate (suprafee active ale elicei de avion sau vapor, ale paletelor de turbin etc). Formele suprafeelor componente ale suprafeelor reale ale pieselor se ncadreaz n majoritatea cazurilor n formele geometrice plane, cilindrice, conice, sferice, elicoidale, evolventice etc Trebuie ns remarcat utilizarea tot mai important a suprafeelor complexe oarecare (neanalitice). Metodele tehnologice de fenomen prin care se realizeaz suprafeele reale ale obiectelor semifabricate, pieselor i ansamblurilor pot fi clasificate n mai multe categorii funcie de scopul urmrit la fabricare i de modificrile principale ce se desfoar n timpul prelucrrii dimensionale(fig. 6.2). Trebuie remarcat faptul c n funcie de natura fenomenologic a metodei de prelucrare dimensional, de caracteristicile elementelor spaiului de lucru i de regimul de lucru utilizat, caracteristicile tehnologice ale prelucrrii (productivitate, precizie, calitate a suprafeei) snt mult diferite, chiar n cadrul aceleiai metode sau procedeu. ndeosebi la prelucrarea dimensional cu prelevare de material de la obiectul prelucrrii apare un aspect important, determinat de existena adaosului de prelucrare (stratul de material n surplus, cuprins ntre suprafaa iniial a obiectului prelucrrii i suprafaa final, de realizat a piesei). Dac pentru ndeprtarea adaosului de prelucrare este necesar ndeprtarea succesiv a k straiuri de material, deci realizarea a k suprafee intermediare, este optim din punct de vedere tehnico-economic ca operaiile (fazele): 1.....(k 1), de degroare i semifinisare s se realizere cu productivitate maxim, fr realizarea unei precizii i caliti a suprafeei prea ridicate; k, de finisare (netezire), s se realizeze cu productivitatea maxim posibil, n condiiile asigurrii preciziei i calitii impuse a suprafeei. 6.2. METODE DE GENERAREA SUPRAFEELOR Dintr-un alt punct de vedere, suprafaa geometric (teoretic) poate fi considerat ca urma lsat de o linie geometric numit generatoare, prin deplasarea ei pe o alt linie geometric numit directoare. Prin urmase nelege suprafaa format ca o mulime continu de poziii geometrice succesive ale generatoarei care se deplaseaz sprijinindu-se pe directoare. Prin urmare pentru generarea oricrei suprafee geometrice snt necesare dou linii geometrice i deplasarea lor relativ (fig. 6.3). Suprafeele reale ale obiectelor semifabricate, pieselor, ansamblurilor se genereaz la obiectul prelucrrii dimensionale cu ajutorul obiectului ajuttor, care are 60

61Fig. 6.2 Clasificarea metodelor de prelucrare dimensional

Tabelul 6.1 Clasificarea topologic a pieselor de maini i aparate Nr. 1 2 Denumirea grupei de piese piese Prismatice Cilindrice Caracteristica suprafeei piesei Suprafaa piesei este format din suprafee Cilindru circular Piesa

3

Conice

Con circular

4

Sferice

Sfer

5