Universitatea POLITEHNICA din BucureștiFacultatea de Știința Și Ingineria Materialelor

Departamentul de Elaborarea Materialelor Metalice

Nume Student,Mincovici Daniel Stefan

Proiectarea și analiza pedalei de frână

Numele indrumătorului de proiect,Costache Marius

Scurtă descriere a companiei: S.C. SERACO Engineering S.R.L este o companie nou creată pe piața de prestare servicii inginerești de proiectare și optimizare de produs . Numărul actual de angajați este de 3 cu o previziune de creștere la 10 in următoarele 12 luni. Domeniul principal de activitate este:Activități de inginerie si consultanță tehnică legate de acestea. In acest moment sunt prestate servicii de proiectare asistată de calculator, analiza statică și optimizare produse și analiză de curgere a materialului in cazul injecției de mase plastice.

Ca și colaboratori se pot mentiona CAD Konstruktion Medek Gmbh, precum și alte companii din domeniu.

CONȚINUTUL PREZENTĂRII:

1. Introducere2. Obiectivele lucrării3. Piesa4. Simularea curgerii în procesul injectării utilizând mediul CAE5. Concluzii

1. INTRODUCERE

In medie autoturismele moderne cântăresc 1500kg, conținând aproximativ 12-15% materiale plastice. Reducând greutatea unei mașini cu 100kg se reduce consumul de carburant cu circa 0,2 litri pe kilometru iar emisiile de dioxid de carbon se reduc cu aproximativ 10 grame pe kilometru.

Reglementările UE în ceea ce privește autovehiculele și emisiile de dioxid de carbon impun constructorilor o limită de 130 grame pe kilometru în medie pentru întreaga flotă de autovehicule.

Ca avantaje ale plasticului în raport cu metalul amintesc: greutate redusă(în medie 40%), costuri de realizare a produsului final mici(în medie cu 40-45%), rezistență la coroziune, se pot realiza piese complexe.

Scopurile urmărite în cadrul acestei lucrări sunt următoarele:

- studierea posibilității confecționării din material plastic a unui reper de metal - proiectarea asistată de calculator a unui reper din material plastic;- prezentarea şi utilizarea instrumentelor CAD de analiza a validităţii reperelor injectate.- efectuarea de studii privind curgerea fluidului de răcire în sistemul de răcire;- optimizarea formei reperului precum și a procesului de injecție a acestuia

2. OBIECTIVELE LUCRĂRII

3. PIESA

Piesa studiată reprezintă pedala de frână.Primul factor de influenţă îl reprezintă studiul preliminar al piesei de injectat ce se

realizează în legătură cu forma, dimensiunile, materialul, greutatea, grosimea, cerinţele funcţionale impuse, precum şi alte caracteristici ale acesteia.

Forma pieselor injectate din materiale plastice se concepe în corelare cu o serie de reguli tehnologice rezultate din restricţiile impuse de natura materialului, caracteristicile matriţei şi tipul de maşină utilizată.

Condiţiile de utilizare a piesei determină geometria, dimensiunile, masa ei etc. Experienţa şi cunoaşterea caracteristicilor tehnice generale ale diferitelor materiale au determinat fundamentarea unor reguli generale, folosite la obţinerea unei geometrii corecte a pieselor obţinute prin procedeul de injectare: piesa injectată trebuie să aibă forma cea mai simplă posibil; dimensiunile şi masa piesei trebuie să fie cât mai mici; este necesar ca prin configuraţia piesei să fie îndeplinite condiţiile de scoatere a acesteia

din matriţă; se evită pe cât posibil configuraţiile complicate şi proeminenţele pentru a nu complica

construcţia matriţei; se evită pe cât posibil muchiile ascuţite.

Analiza de demulaj

Piesa demulează la 0.5 grade de draft

Caracteristicile piesei

Dimensiuni

Demonstraţia de ansamblare a sistemului pedalier

4.Simularea curgerii în procesul injectării utilizând mediul CAE

Mediul CAE poate efectua urmatoarele analize:1. Analiza structurală pentru a determina rezistenţa materialului2. Calculul analizei termice al materialului3. Analiza fluxului de material printr-o regiune4. Analiza mecanică

Metoda elementului finit se bazează pe regula că nodurile sunt aranjate astfel incat să formeze forme geometrice numite elemente combinate, pentru a forma o rețea (zonă / track). Dacă se lucrează în plansă 2D obţinem elemente triunghiulare sau patru laturi (dreptunghiular) și în cazul în care se lucrează in 3D sunt în formă de tetraedre sau hexaedre.

Piesa studiată reprezintă pedala de frână.Primul factor de influenţă îl reprezintă studiul preliminar al piesei de injectat ce se

realizează în legătură cu forma, dimensiunile, materialul, greutatea, grosimea, cerinţele funcţionale impuse, precum şi alte caracteristici ale acesteia.

Forma pieselor injectate din materiale plastice se concepe în corelare cu o serie de reguli tehnologice rezultate din restricţiile impuse de natura materialului, caracteristicile matriţei şi tipul de maşină utilizată.

Condiţiile de utilizare a piesei determină geometria, dimensiunile, masa ei etc. Experienţa şi cunoaşterea caracteristicilor tehnice generale ale diferitelor materiale au determinat fundamentarea unor reguli generale, folosite la obţinerea unei geometrii corecte a pieselor obţinute prin procedeul de injectare: piesa injectată trebuie să aibă forma cea mai simplă posibil; dimensiunile şi masa piesei trebuie să fie cât mai mici; este necesar ca prin configuraţia piesei să fie îndeplinite condiţiile de scoatere a acesteia

din matriţă; se evită pe cât posibil configuraţiile complicate şi proeminenţele pentru a nu complica

construcţia matriţei; se evită pe cât posibil muchiile ascuţite.

Simularea curgerii

Am ales punctul de injecție în centrul camerei.

In aceste imagini putem vedea etapele procesului de umplere cu material in matriță după primele 0,5 secunde și apoi după 1,26 secunde

Mai jos se poate vedea că umplerea completă a cavității după 3.027 secunde şi procesul de injectare este echilibrat.

Distribuția temperaturii într-o secțiune a piesei in procesul de injectare. După 0,67 secunde şi 2,5 secunde.

În imaginea de mai jos puteți vedea piesa sub presiune la sfârșitul injecției(14,10MPa).

Presiunea la locul de injectare, arată când presiunea atinge 18 MPa în timpul primelor cinci secunde după injectare, urmată de o etapă de compactare de 14 MPa (circa 80% din presiunea înaltă) și se reduce la 60% în etapa finală de compactare a materialului, apoi se apropie de zero.

Valoarea maximă a presiunii este folosită pentru a selecta aparatul de turnare prin injecție.

Presiunea crește după începerea injectării care străpunge materialul, urmat de răcirea procesului de injectare și vâscozitatea materialului este variabilă în diferite regiuni, în momente diferite.

Analiza schimbării de presiune la diferite puncte în cavitatea

Un alt factor important în alegerea mașinii de turnare prin injecție este forța de strângere necesară pentru a ține cele două cavități ale matriței de injecție. În acest caz, forța este de aproximativ 25 tone.

Durata timpului de răcire până la temperatura la care piesa poate fi extrasă în condiții optime este 188,6 secunde. Piesa se solidifică în 45 de secunde și punctul de injecție în 188,6 secunde.

Defecte care pot avea loc sunt liniile de lipire şi pungi de aer. Ele sunt importante, deoarece ele pot afecta o parte a rezistenței.

După răcire, piesa va prezenta o contracție fata de piesa proiectată, puteți vedea mai jos, piesa a suferit o deformatie in urma contractarii la o scara de 10.

5.Concluzii

Principalele motive pentru că materiale plastice au intrat în sectorul auto sunt: libertate stilistică ușorară. Prin înlocuirea multor elemente metalice, de la panouri aeratoare și alte sisteme, piesele din material plastic aduc o greutate mai redusă și o performanță in creștere a vehiculului. Ulterior, în timpul crizei petrolului, prețurile combustibililor au crescut, avantajul unui vehicul mai ușor care consumă mai puțin combustibil a crescut semnificativ. Consumul redus de combustibil înseamnă mai puțină poluare, care, în orașele aglomerate de trafic, este mai mult decât o necesitate.

După analiza statică putem concluziona că:- Piesa se comportă foarte bine la solicitările care au fost depuse;- Putem face optimizarea acesteia pentru a reduce greutatea, dar poate fi o piesă importantăși în forma actuală.

In concluzie este posibil să se utilizeze un material plastic pentru a inlocui metalul pentru construirea unor piese auto. Cu CAD și software-ul CAE pot fi optimizate chiar înainte de prima punere în aplicare a prototipului și reduce costurile și timpul de funcționare a piesei finale.