UNIVERSITATEA “DUNĂREA DE JOS” DIN GALAŢI

FACULTATEA DE INGINERIE DIN BRĂILA

Sesiunea de Comunicări ale Cercurilor Ştiinţifice Studenţeşti, mai 2012

OPTIMIZAREA PROCESULUI TEHNOLOGIC DE PRELUCRARE A UNEI VALVE PE MASINI UNELTE CNC

Autori: Andra-Simona CRISTEA1, Anul: IV I.S.B.E.Îndrumător ştiinţific: Conf. dr. ing. Dorin EFTIMIE

Facultatea de Inginerie din Brăila, Universitatea „Dunărea de Jos din Galaţi” 1cristea_andra21@yahoo.com, 2deftimie@ugal.ro

Rezumat : Lucrarea de fata prezinta optimizarea procesului tehnologic a unei valve ce constituie un subansamblu al unui robinet din industria petroliera, parcurgand etapele de proiectare asistata de calculator,de analiza cu elemente finite, realizarea fabricatiei digitale (CAM), precum si implementarea pe masinile unelte de tip C.N.C.

Cuvinte cheie: Optimizare CAM, fabricatie , prelucrare, analiza, valva.

1. GENERALITATI

Inca din cele mai vechi timpuri oamenii stiau sa regleze debitele de apa , fie cu pietre , ramuri sau trunchiuri de copaci.

O supapă este dispozitivul care regleaza, conduce sau controlează fluxul de lichid (gaze, lichide, solide fluidizate, sau reziduuri) prin deschiderea, închiderea parţiala a pasajelor. Valvele sunt din punct de vedere tehnic fitinguri, dar fac parte dintr-o categorie separată.

Printr-o supapă deschisă, fluxul de lichid circula de la presiunea mai mare la o presiune mai mica.

Supapele joacă un rol vital în aplicaţiile industriale, de la transportul apei potabile pana la posibilitatea controlului aprinderii într-un motor de rachetă.

2.PROCESUL TEHNOLOGIC DE FABRICATIE DIGITALA A PRODUSULUI

Fabricatia este o parte a procesului de productie in care se realizeaza fizic produsul proiectat .Termenul este echivalent in lumea anglo-saxona ca “manufacturing execution” . Fabricatia in sine este un proces repetitiv , care documenteaza fiecare pas al procesului tehnologic . In functie de complexitatea sau nivelul de siguranta al produsului (aero,auto,elemente sub presiune etc.) poate fi necesar a se asigura trasabilitatea /urmarirea materialelor folosite pentru fiecare piesa in parte.

Scopul procesului de fabricatie este acela de a crea un produs .Produsul poate fi o piesa singulara,precum un surub sau o roata dintata, sau un asamblu complex precum un avion sau autoturism .Indiferent de complexitate ,toate produsele trec printr-o activitate comuna – aceea de “dezvoltare a produsului “ .Aceasta activitate se numeste pregatire “tehnica de fabricatie”

Procesul de pregatire tehnica a produsului incepe cu definirea specificatiei produsului (caiet de sarcini pentru produs). Informatia din acest document este obtinuta –direct sau indirect –de la client, sau de la tendintele pietii. Procesul de sinteza a proiectului este al doilea pas si reprezinta convertirea specificatiei in conceptul de produs. Fabricatia digitala nu poate exista fara suportul calculatoarelor ,puterea acestora avand un mare impact asupra timpului ,deci al costului, procesului de fabricatie.

3.1. SIMULAREA SI ANALIZA REPERULUI

Dupa realizarea reperelui cu ajutorul proiectarii asistate de calculator de tip CAD s-a trecut la o alta etapa de optimizare si anume etapa analizei cu elemente finite de tip CAE. Aceasta a fost realizata cu softul Femap versiunea 10 de la SIEMENS.

Femap este un program de preprocesare si postprocesor de analiza cu elemente finite,in sensul ca in acest soft putem importa geometria asamblului care a fost modelata cu NX 7.5 sau cu orice soft de modelare apoi se pregateste pentru mediul de analiza cu elemente finite:

1. Se declara materialul piesei.In cazul de fata avem ca material otel imbunatit care are caracterisiticile: constanta de elasticitate longitudinala E=2.1 *105 N/mm2, constanta de elasticitate transversal G=8.1*104 N/mm2, densitatea ρ=7850 kg/m3, tensiunea admisibila la tractiune σ t=150 N/mm2, tensiunea admisibila la compresiune σ c=200 N/mm2.

2. Dupa decalararea materialului se discretizeaza modelul in elemente finite (fig. 2.1) 3. Pentru conditile de solicitare s-a incastrat valva pe gaurile frontale de pe flansa, iar in

interiorul valvei s-a aplicat o presiune de 200 bar.4. Introducandu-se toate datele de intrare in programul Femap se analizeaza modeluldin punct

de vedere al analizei statice din cadrul procesorului de analiza cu elemente finite NX NASTRAN, Dupa analiza executata ,rezulatele sunt raportate inapoi in programul feemap pentru a fi citite si interpretate.

Figura 1 Discretizarea valvei

3.2.INTERPRETAREA REZULTATELOR (fig.2.2 si fig.2.3) In cazul modelului analizat rezultatele obtinute sunt tensiuni normale de intindere maxime de

0.8 N/mm2 .Concluzia finala este ca valva rezista la presiuni de 200 bar. Deformatiile in urma solicitarilor

de intindere sunt mici cu valori cuprinse intre 0.05 ÷ 0.2 mm

Figura 2.1 Analiza tensiunilor normale Figura 2.2. Analiza deformatiilor

Figura. 3.1 Modelarea valvei cu ajutorul softului NX (CAD)

Figura. 3.2 Semifabricatul real

4.OPTIMIZAREA TEHNOLOGICA A FABRICATIEI REPERULUI TIP VALVA

Elaborarea tehnologiei virtuale a reperului valva consta in:- modelarea valvei cu ajutorul programului NX 7.5 (CAD)(fig.3.1)- alegerea semifabricatului si a piesei finite figura.3.2 reprezinta semifabricatul real pregatit in

vederea inceperii procesului tehnologic de prelucrare mecanica.- alegerea sculelor necesare operatiilor de prelucrare (CREATE TOOLS )- alegerea directiei de orientare (CREATE GEOMETRY-AVOIDANCE in cazul operatiei de

strunjire) cat si operatia de prelucrare(CREATE OPERATION).- operatiile de prelucrare impuse sunt:- operatia de strunjire frontala (fig.3.3 si fig.3.4)- operatia de strunjire interioara de finisare (fig.3.5)- operatia de gaurire (fig.3.6 si fig.3.8)- operatia de frezare lamaj (fig 3.7)- operatia de filetare (fig 3.9

Figura 3.3 Strunjire frontala degrosare virtuala Figura. 3.4 Strunjire frontal degrosare reala

Figura.3.5 Strunjire interioara.finisare

Figura. 3.7 Lamaj

Figura 3.6 Gaurire 20 mm

Figura. 3.8. Gaurire 30 mm

Figura.3.9 Strunjire filet

Imaginile din figurile 3.3-3.9 reprezinta faze si operatii din timpul prelucrarii mecanice a reperului tip « valva ».

Deoarece piesa de prelucrat prezinta din punct de vedere al prelucrarii mecanice complexitate si precizie foarte mare ea se realizeaza din 3 prinderi.

Prima etapa a fost realizata pe un strung CNC Quick Time Nexus ca cel din figura 4.1

Capacitati tehnice :Diam. Max. al piesei : φ675 mm (φ26.5")Diam. Max. de prelucrare : φ380 mm (φ14.75")Diametrul barei : φ65 (φ2.56")※1Lungimea max. de prelucrare : 538 mm

Figura 4.1 CNC QTN 200N

Cea de-a doua parte a prelucrarii mecanice a fost realizata pe un centru de prelucrare Mazak Integrex 410 H aceasta masina multifunctionala se poate observa in fiurile 4.2 si 4.3.

Figura 3.10. Centru de prelucrare Mazak Integrex H-410

Figura 3.11 Centrul de prelucrare Integrex H-410

Diam. Max. de prelucrare : φ610mm (24.01") Lungimea max. de prelucrare : 3060 mm (120.47") [e-410H]3060 mm (120.47") [e-410H-S]DeplasareaDeplasarea pe axa X : 741 mm (29.17")Deplasarea pe axa Y : 410mm(16.14")Deplasarea pe axa Z : 3113mm (122.55") [e-410H]Deplasarea pe axa B : 240°(-30 to+210°) Deplasarea pe axa C : 360°

Frigura 3.12 Centru de prelucrare

Lansand comanda “Show thickness by color” se poate observa sub forma unui cod de culori (legenda din dreapta ferestrei grafice) valoarea preciziei de prelucrare mecanica.

Culoarea verde din diagrama de culori poate fi interpretata ca un adaos pe prelucrare de 0,03 mm care se poate corecta din compensare sculei a masinilor unelte.

In figura 3.12 este redata imaginea piesei finite detaliata in culori cu precizia de prelucrare obtinuta in urma prelucrilor mecanice.

Figura 4. Piesa finita cu precizia de prelucrare obtinuta

Figura 5. Piesa reala

5. CONCLUZII

Softul NX permite modelarea diverselor piese, ansambluri de piese cu grad mare de dificultate într-un timp scurt cu un volum de muncă şi costuri minime. Modelarea geometrică parametrizată permite proiectarea pieselor la anumite dimensiuni, dar şi modificarea cu uşurinţă a acestora.

Piesele obţinute pot fi exportate, de exemplu, într-un mediu de analiză cu elemente finite şi supus unor solicitări asemănătoare cu cele reale. De asemenea piesa obtinuta se poate supune operatiilor tehnologice in softul NX pentru a facilita productia in serie si unicate.

Introducerea unui astfel de soft pe un centru de prelucrare poate aduce numeroase beneficii: - timp de programare redus, -erori minime, -numar scazut de rebuturi, -realizarea piselor cu grad de complexitate ridicat precum - prelucrarea cotelor la piesele de precizie foarte mare.

BIBLIOGRAFIE:

[1] http: // www . scritube .com / tehnica – mecanica / Optimizarea-proceselor-tehnolo2437142422.php -Optimization of technological processes

[2] PLM ADAPTOR (2011) - Simulation and analysis using virtual prototype, module III, ,,Dunarea de Jos’’ University of Galati, Engineering

Faculty of Braila. [3] en.wikipedia.org/wiki/Valve

UNIVERSITATEA “DUNĂREA DE JOS” DIN GALAŢI

FACULTATEA DE INGINERIE DIN BRĂILA

Sesiunea de Comunicări ale Cercurilor Ştiinţifice Studenţeşti, mai 2012

UNIVERSITATEA “DUNĂREA DE JOS” DIN GALAŢI

FACULTATEA DE INGINERIE DIN BRĂILA