Post on 13-Dec-2015
description
Universitatea Tehnica din Cluj-Napoca Student: Cotuna Răzvan Facultatea Constructii de masini Indrumator:.Dr.Ing.Păcurar RăzvanSpecializarea T.C.M.
Tema proiectului: mâner de cuţit
Material: ceară
Numar de piese: 10
Fig.1 Forma 3d a piesei Fig.2 Forma 3d a piesei
Fig.3 Forma 2d a piesei Fig.4 Forma 2d a piesei
1
Universitatea Tehnica din Cluj-Napoca Student: Cotuna Răzvan Facultatea Constructii de masini Indrumator:.Dr.Ing.Păcurar RăzvanSpecializarea T.C.M.
Cuprins1.Tehnologia clasică de fabricare…...……………………………………… 3
1.1 Itinerariul tehnologic necesar fabricării matriţelor din poliesteri armaţi cu
fibre de sticlă…………………………………………….....……………… 3
1.2. Dificultati tehnologice de prelucrare / prindere a matritei…………….. 7
2.Tehnologia neconventională de fabricare.................................................... 8
2.1. Posibilităţi tehnologice neconventionale de realizare a manerului de
cutit……………………………………..……………...................................8
2.2 Argumentarea alegerii tehnologiei VC pentru realizarea piesei ............11
2.3 Firme producatoare de echipamente de turnare sub vid si caracteristicile
acestora……………………………………………………………………. 11
2.4. Principiul de lucru la Vacuum casting.................................................. 15
2.5. Parametri tehnologici de baza care influenteaza tehnologia de turnare
sub vid………………………………………………………..……..…… . 17
3. Compararea tehnologiei clasice cu tehnologia neconvenţională..............25
4. Concluzii……………….………...……………………………………...26
5.Bibliografie…………………………………………………………….....27
2
Universitatea Tehnica din Cluj-Napoca Student: Cotuna Răzvan Facultatea Constructii de masini Indrumator:.Dr.Ing.Păcurar RăzvanSpecializarea T.C.M.
1. Tehnologia clasica de fabricare [1]
1.1 Itinerariu tehnologic necesar fabricării matriţei din poliesteri armaţi cu
fibre de sticlă
Am ales să prezint această metodă convenţională de fabricaţie, realizarea matriţei
din poliesteri armaţi cu fibre de sticlă, deoarece, această matriţă, in raport cu matriţele
clasice,din metal brut, are o rezistenţă mai scăzută, ceea ce înseamnă un număr mai mic
de piese care se pot produce cu o singură matriţă. În cadrul proiectului, acest lucru
reprezintă un avantaj, deoarece numarul de piese care îl avem de realizat este de 10
bucăţi. Un alt factor care m-a determinat alegerea acestei tehnologii clasice il reprezintă
faptul că, materialele si costul de fabricaţie al unei asemenea matriţe este mai scăzut in
raport cu alte tehnologii clasice.
În funcţie de procedeul de formare adoptat pentru execuţia unui produs sunt
necesare următoarele dispozitive de formare:
- matriţă deschisă (la formarea manuală şi la formarea cu sac sub vid);
- matriţă exterioară şi matriţă de închidere (la formarea cu poanson şi matriţă şi la
formarea prin injecţie sub vid).
Matriţele destinate fabricaţiei de produse din materiale plastice armate pot fi
confecţionate dintr-o mare diversitate de materiale: metalice, materiale plastice armate cu
fibre de sticlă, ghips, lemn, etc. Durata de exploatare a matriţelor variază în funcţie de
materialul din care sunt confecţionate, de tehnologia de formare aplicată cum şi de
solicitările la care este supusă matriţa.
La proiectarea matriţelor trebuie să se ţină seama ca matriţa să nu prezinte raze de
curbură prea mici, căutându-se raza de curbură cea mai mare care poate fi tolerată.
Trebuie evitate unghiurile ascuţite, pentru că este aproape imposibilă umplerea lor
uniformă cu răşină şi fibră de sticlă, ceea ce dă naştere la apariţia punctelor slabe în piesă.
Matriţa trebuie să aibă un profil şi o conicitate care să permită extragerea cât mai uşoară a
produselor finite.
Pentru fiecare reper în parte se vor proiecta matriţele corespunzător geometriei
piesei ce trebuie realizate şi tehnologiei de execuţie.
3
Universitatea Tehnica din Cluj-Napoca Student: Cotuna Răzvan Facultatea Constructii de masini Indrumator:.Dr.Ing.Păcurar RăzvanSpecializarea T.C.M.
Matriţele sunt prevăzute din proiect cu o margine de 10-15 cm. Pentru
semimatriţele exterioară şi de inchidere, folosite la formarea sub presiune sau prin
injecţia răşinii, marginile se prevăd într-un plan de închidere şi etanşare a celor două
matriţe în timpul formării. Execuţia matriţei se face plecând la modelul realizat în
prealabil din lemn, aluminiu, ipsos, etc. Se varealiza mai întâi matriţa exterioară după
care cea de închidere.
Matriţele se vor executa prin formare manuală din răşină poliesterică armată cu
mat de fibre de sticlă. Pentru realizare unor matriţe corespunzătoare este necesar să se
asigure o atmosferă de lucru la temperatură constantă de 18-25°C şi o umiditate scăzută
sub 70%.
Etapele realizării matriţei:
Pregatirea suprafetelor active ale modelului
↓
↓
Aplicarea gel-coatului
↓
Formarea matritei
↓
Polimerizarea totala
↓
Consolidarea matritei
↓
Extragerea modelului si finisarea matritei
↓
Realizarea matritei de inchidere
4
Demularea suprafetei pentru a asigura
extragerea modelului din matrita
Universitatea Tehnica din Cluj-Napoca Student: Cotuna Răzvan Facultatea Constructii de masini Indrumator:.Dr.Ing.Păcurar RăzvanSpecializarea T.C.M.
↓
Realizarea canalelor pentru garnituri si a
orificiilor pentru injectie si vidare
↓
↓
I. Pregătirea suprafeţelor active ale modelului
Pentru realizarea matriţei se va pregăti o suprafaţă plană pe care se va monta
modelul, în vederea realizării marginilor matriţei. După montarea modelului se va face un
ultim controlul dimensional al acesteia. Suprafaţa modelului care va fi copiată de către
matriţă, trebuie să fie lustruită cu pastă de lustruit, astfel încât să aibă un aspect neted şi
să nu prezinte porozităţi (să fie lucioasă). Calitatea produselor ce se vor produce cu
această matriţă va fi direct influenţată de suprafaţa modelului din matriţă.
II. Demularea suprafeţei pentru a asigura extragerea modelului din matriţă.
Se utilizează un agent de demulare tip ceară care se aplică în
minim patru straturi şi se lasă trei ore între straturi pentru uscare.
După care se aplică un ultim strat de alcool polivinilic care se lasă să
se usuce 15-20 min.
III. Aplicarea gel-coatului.
Pentru realizarea stratului de gel se folosesc gel-coaturi speciale
pentru matriţe şi se activează cu peroxizi de calitate în proporţie de
max 2%. Aplicarea stratului de gel se va realiza prin spreiere în două
straturi. Se vor aplica două straturi de gel-coat de grosimi diferite.
IV. Formarea matriţei.
Se aplică primul strat de mat de fibre de sticlă şi se impregnează manual cu răşină
poliesterică, lăsându-se un timp de 20-24 ore să se polimerizeze Se impregnează în
5
Pregatirea suprafetei active
Tratarea matritei
Universitatea Tehnica din Cluj-Napoca Student: Cotuna Răzvan Facultatea Constructii de masini Indrumator:.Dr.Ing.Păcurar RăzvanSpecializarea T.C.M.acelaşi mod, minim 5 straturi de material de armare din mat de fibre de sticlă, pentru
fiecare strat timpul de polimerizare de 20-24 ore trebuie respectat. La confecţionarea
matriţelor este necesar să se obţină o grosime a peretelui de aproximativ 6 mm. Această
operaţie are o importanţă deosebită, deoarece, in funcţie de cât de omogene sunt straturile
de răşină turnate, cu atât vom avea o rezistenţă mai bună a matriţei.
V. Polimerizarea totală.
După ultimul strat se lasă un timp de două săptămâni matriţa pe
model pentru postpolimerizarea răşinii. Respectarea acestui itinerariu
tehnologic este obligatoriu pentru a asigura matriţei rezistenţă, astfel
ca în timpul utilizării, să nu sufere deformări.
Dezavantajul acestei operaţii ar fi timpul îndelungat pe care îl
necesită pentru polimerizarea răşinii.
VI. Consolidarea matriţei.
După maturarea matriţei se face o consolidare a matriţei cu ranforsări (din lemn,
din PAFS sau din ţeavă rectangulară, funcţie de cât de rezistentă se doreşte a fi matricea),
care se fixează la exteriorul matriţei cu chituri poliesterice. Ultima dată se aplică un strat
de răşină protector şi se lasă să polimerizeze.
VII. Extragerea modelului şi finisarea matriţei
După întărire matriţa este extrasă de pe model (decofrare) cu grijă, folosind pene
de extracţie flexibile din material plastic, astfel încât suprafaţa activă a matriţei să nu
sufere zgârieturi sau defecte de orice natură. Finisarea matriţei constă în operaţii de
decupare a marginilor, de debavurare şi slefuire a lor; prelucrarea găurilor pentru
asamblarea elementelor matriţei.
VIII. Realizarea matriţei de închidere.
Matriţa de închidere se va executa prin copiere după matriţa
exterioară. Pentru a asigura între cele două matriţe spaţiul de formare
având grosimea proiectată se va folosi ceră calibrată.
IX. Realizarea canalelor pentru garnituri şi a orificiilor pentru injecţie şi
vidare.
6
Universitatea Tehnica din Cluj-Napoca Student: Cotuna Răzvan Facultatea Constructii de masini Indrumator:.Dr.Ing.Păcurar RăzvanSpecializarea T.C.M.Pentru matriţele utilizate la procedeul de formarea prin injecţie sub vid sau la procedeul
de formare cu sac sub vid, se vor realiza orificiile pentru injecţie şi vidare şi se vor
prelucara prin găurire orificiile. Această operaţie este destul de difcilă, dimensiunile
găurilor si orificiilor sunt mici şi au o lungime destul de mare în raport cu diametrul lor.
X . Pregătirea suprafeţei active.
După realizarea matriţelor, suprafaţa activă a matriţei trebuie finisată progresiv, astfel
încât să se asigure în final o suprafaţă lucioasă.
XI. Tratarea matriţei.
După îndepărtarea imperităţilor prin spălare şi uscarea suprafeţelor se aplică pe
suprafeţele active ceară demulantă în 4 straturi succesive astfel:
1.3Concluzii
Din motive de eficienţă economică, realizarea din poliesteri armaţi cu fibre de
sticlă este cea mai avantajoasă pentru realizarea pieselor de serie mijlocie prin
tehnologiile de formare manuală, prin injecţie, sub vid şi prin presare uşoară având o
durată de exploatare de 1000-3000 de buc/ matriţă.
1.2. Dificultati tehnologice de prelucrare / prindere a matritei
Pentru evitarea unor probleme in construcţia matriţelor se recomandă ca să nu
avem raze de curbură prea mici şi nici unghiuri ascuţite. Acest lucru fiind un impediment
în fabricarea pieselor mai complexe. La fabricarea mânerului de cuţit, după cum se poate
vedea in Fig.3.2, avem unghiuri ascuţite care pot fi un impediment în fabricaţia acestuia
prin această metodă clasică de fabricaţie.
7
Universitatea Tehnica din Cluj-Napoca Student: Cotuna Răzvan Facultatea Constructii de masini Indrumator:.Dr.Ing.Păcurar RăzvanSpecializarea T.C.M.
Fig.3.2 Zone ale mânerului de cuţit unde avem unghiuri ascuţite
O altă zonă care ar putea pune prbleme fabricaţiei mânerului de cuţit, este zona
canalului din interiorul mânerului.(Fig.4.2)
Fig.4.2 Canalul din interiorul mânerului
2.Tehnologii neconvenţionale de fabricaţie
2.1. Posibilităţi tehnologice neconventionale de realizare a manerului de
cutit
Dintre tehnologiile neconvenţionale de fabricaţie, se poate fabrica un mîner de
cuţit din ceară cu următoarele tehnologii:
Fabricaţia prin sinterizare selectivă cu laser (SLS)
Această metodă foloseşte materiale aflate sub formă de pulbere fina, din plastic,
pulbere metalică sau ceramică. Sinterizarea are loc in formă solidă.
8
Universitatea Tehnica din Cluj-Napoca Student: Cotuna Răzvan Facultatea Constructii de masini Indrumator:.Dr.Ing.Păcurar RăzvanSpecializarea T.C.M.
Fig.5 Schema de principiu a procedeului SLS [2]
Fig.6 Piese fabricate prin procedeul SLS, din ceară
Această metodă prezintă unele avantaje în comparaţie cu alte metode de fabricaţie
rapidă a pototipurilor cum ar fi:
Se pot crea modele în forma finală, făra ajutorul altor tehnologii.
Se pot fabrica modele complexe.
Are o temperatură joasă de topire.
Se poate obţine piese în serii mici de producţie la costuri scăzute.
Ceara pe care o foloseşte masina de sinterizare selectivă cu laser are o serie de
beneficii in raport cu alte materiale:
Crearea de piese complexe fără suduri sau nituri.
Modelede din ceară se pot asambla si repara usor.
Sunt fabricate rapid si se folosesc in testarea formelor şi produselor noi.
Temperatura de topire este scăzută.
9
Universitatea Tehnica din Cluj-Napoca Student: Cotuna Răzvan Facultatea Constructii de masini Indrumator:.Dr.Ing.Păcurar RăzvanSpecializarea T.C.M.
Conţinut redus de cenuşă reziduală ( mai puţin de 0,02%)
Descrierea procesului in fabricarea pieselor din ceară:
Crearea modelui cu maşina SLS
↓
Infiltrarea modelului in ceară de
turnatorie
↓
Lustruirea modelului
↓
Finisarea modelului folosind
tehnici clasice de turnătorie
Ceara folosită la fabricarea pieselor prin sinterizare selectivă cu laser are o
temperatură de topire de 63oC, modul de elasticitate: 1604 MPa. Piesele obţinute cu
maşina SLS au o rugozitate de 13 μm, iar dacă piesele se for finisa, rugozitatea poate să
scadă pâna la 3 μm.
Turnarea sub vid în matriţe de cauciuc siliconic (Vacuum casting)
Turnarea sub vid este una dintre cele mai interesante şi spectaculoase aplicaţii de
utilizare a modelelor RP la dezvoltarea de noi produse. Timpul este un factor crucial în
dezvoltarea de noi produse industriale. Competiţia industrială se intensifică odată cu
globalizarea pieţei. Proiectanţii trebuie sa dezvolte mereu idei noi de produse
modernizate, pentru a răspunde cerinţelor tot mai exigente.
Turnarea sub vid este o tehnică modernă care şi-a dovedit oportunitatea şi
eficienţa tocmai în această etapă de dezvoltare a produselor noi, etapă în care trebuie
utilizate prototipurile pieselor complexe, pentru fabricarea seriei mici(30-50 bucăţi),
pentru testarea funcţionalitaţii noului produs şi/sau testarea pieţei privind marketingul
noului produs.
10
Universitatea Tehnica din Cluj-Napoca Student: Cotuna Răzvan Facultatea Constructii de masini Indrumator:.Dr.Ing.Păcurar RăzvanSpecializarea T.C.M.
În aceste condiţii, turnarea sub vid oferă metodă rapidă, precisă si necostisitoare
de fabricare a pieselor complexe in serii de 30-50 bucăţi.(Fig.7)
Fig.7 Piese din ceară fabricate prin Vacuum casting
Piesele executate prin vacuum casting pot avea forme foarte complexe, şi nu mai
necesită prelucrări după extragerea pieselor din matriţă. Pentru fabrica o piesă prin
această metodă, este nevoie de un model master fabricat anterior printr-o altă metodă de
fabricare rapidă a prototipurilor ( FDM, LOM, SLS etc).
Piesele obţinute prin vacuum casting au o rezistenţă mai mare deoarece acestea
sunt executate sub vid. Acest lucru elimină riscul de a avea incluziuni de aer in structura
internă a materialului.
2.2. Argumentarea alegerii tehnologiei VC pentru realizarea piesei
Pentru fabricarea a 10 bucăţi de mânere de cuţit din ceară, am ales metoda
neconvenţională de fabricaţie: turnare sub vid în matriţe din cauciuc siliconic
(Vacuum casting), această metodă având câteva avantaje importante faţă de tehnologia
de sinterizare selectivă cu laser (SLS).
Un prim factor care m-a determinat alegerea acestei tehnologii este fapul că
fabricarea cu ajutorul cauciucului siliconic este o soluţie ieftină pentru producerea de
cantităţi mici de piese funcţionale într-un timp scurt. Al doilea factor fiind piesele
rezultate, care au o calitate foarte bună şi nu mai necesită prelucrări ulterioare.
Un ultim factor care m-a determinat alegerea acestei tehnologii se datorează
varietăţii de materiale din care se poate fabrica piesele.
11
Universitatea Tehnica din Cluj-Napoca Student: Cotuna Răzvan Facultatea Constructii de masini Indrumator:.Dr.Ing.Păcurar RăzvanSpecializarea T.C.M.
2.3. Firme producatoare de echipamente de turnare sub vid si caracteristicile acestora
1.INDUTHERM
Fig.8 Logo Indutherm [3]
Indutherm este o firmă înfinţată în anul 1996, în Germania. Această companie
produce o gamă largă de masini de turnare sub vid, masini care sunt vândute în întreaga
lume. Dintre aceste maşini face parte si masina VC 480 V
VC 480 V este echipat cu sistemul de vibraţii INDUTHERM , acest sistem este
cel mai important dintre toate caracteristicile tehnice ale masinii, deoarece reduce
porozitatea (Fig.9, Fig.10) si ajută la optimizarea formei piesei.
Fig.9 Porozitate cu sistem de vibraţii [3] Fig.10 Porozitate fara sistem de vibraţii [3]
Riscul de apariţie al unor fisuri ale piesei este redus, deoarece dimensiunile
graunţilor sunt cu pâna la 50% mai mici.(Fig.11), (Fig.12)
Fig.11 Grăunţi făra vibraţii [3] Fig.12 Grăunţii cu vibraţii [3]
12
Universitatea Tehnica din Cluj-Napoca Student: Cotuna Răzvan Facultatea Constructii de masini Indrumator:.Dr.Ing.Păcurar RăzvanSpecializarea T.C.M.
Fig.13 Parametrii tehnologigi si funcţionali ai maşinii VC 480 V [6]
Temperatura maximă pe care o poate atinge maşina VC 480 V este 1600oC si presiunea
maximă de 1,5 bari.(Fig.13)
2. RENISHAW
Fig.14 Logo Renishaw [4]
Un echipament produs de către cei de la Renishaw este 5/01 PLC
5/01 PLC este cel mai mic echipament de turnare sub vid fabricat de Renishaw si
beneficiază de controlul proceselor de fabricaţie la fel ca şi masinile mai mari si de
13
Universitatea Tehnica din Cluj-Napoca Student: Cotuna Răzvan Facultatea Constructii de masini Indrumator:.Dr.Ing.Păcurar RăzvanSpecializarea T.C.M.aceeaşi interfaţă. Acest echipament poate utiliza o gamă largă de materiale, de la răşini,
pană la materiale extrem de vâscoase.
5/01 PLC are urmatoarele caracteristici si beneficii:
Se poate utiliza in ateliere, datorită dimensiunilor mici.
Asigură turnarea in mod continuu, datorita sistemului automat.
Dispune de o cupă încălzită, adecvată pentru turnarea modelelor master de
înaltă calitate din ceară.
Fig.15 Date tehnice ale echipamentului 5/01 PLC [4]
Din punctul meu de vedere, echipamentul firmei Indutherm, VC 480 V, are unele
avantaje in raport cu maşina produsă de cei de la Renishaw, 5/01 PLC. Cel mai important
factor care influenţează performanţele maşinii VC 480 V, este sistemul de vibraţii
Indutherm. Acest sistem determină obţinerea unor piese cu suprafeţe mai fine şi
rezistenţe mai mari, deoarece prin această tehnologie graunţii de material sunt cu pâna la
50 % mai mici, materialul devenind automat mai omogen. Un alt factor care determină ca
performanţele maşinii VC 480 V, să fie mai bune, este capacitatea de turnare, aceasta
fiind de 2,5 l la VC 480 V, comparativ cu 0,8 l la 5/01 PLC de la Renishaw.
2.4. Principiul de lucru la Vacuum casting (Fig.16)
14
Universitatea Tehnica din Cluj-Napoca Student: Cotuna Răzvan Facultatea Constructii de masini Indrumator:.Dr.Ing.Păcurar RăzvanSpecializarea T.C.M.
Fig. 16 Etapele de lucru la Vacuum casting
La începutul operaţiei vom avea nevoie de un model master, fabricat printr-o
tehnologie 3d printing.(Fig.17)
Fig.17 Model master pentru Vacuum casting, fabricat prin FDM
După ce avem modelul master, acesta se va încorpora în cauciuc siliconic. După
extragerea modelului master din cauciucul siliconic vor rezulta 2 semimatriţe, care se vor
putea utiliza pentru fabricare mai multor piese prin vacuum casting.(Fig.18)
15
Universitatea Tehnica din Cluj-Napoca Student: Cotuna Răzvan Facultatea Constructii de masini Indrumator:.Dr.Ing.Păcurar RăzvanSpecializarea T.C.M.
Fig.18 Semimatriţe din cauciuc siliconic
După ce avem cele două matriţe se va putea injecta material topit in ele, pentru a
obţine piesele dorite. Odată injectat, materialul se va lăsa o perioadă pentru polimerizare,
după care piesele se for putea extrage din matriţă.(Fig.19)
Fig.19 piese extrase din matriţă de cauciuc siliconic
Utilizarea matriţelor la turnarea sub vid a pieselor [7]
1. Curăţarea cavităţii şi acoperirea suprafeţei cu o substanţă ce previne lipirea piesei.
(Fig.25)
2. Asamblarea matriţelor si fixarea pâlniei de fixare.
16
Universitatea Tehnica din Cluj-Napoca Student: Cotuna Răzvan Facultatea Constructii de masini Indrumator:.Dr.Ing.Păcurar RăzvanSpecializarea T.C.M.
3. Pregatirea materialului care se utilizează la turnarea pieselor.
4. Programarea maşinii pentru a executa automat următoarele operaţii:
Turnarea întăritorului peste componentul de bază.
Realizarea vidului programat în incintă.
Amestecarea automată.
Turnarea amestecului în matriţă (până iese materialul prin găurile de
aerisire).
Eliberarea treptată a vidului.
5. Solidificarea piesei în cuptor.
7. Extragerea piesei din matriţă
8. Se taie piesele din plastic rămase datorită găurilor de aerisire si pâlniei de turnare.
9. Se verifică precizia piesei obţinute prin turnarea sub vid
2.5. Parametri tehnologici de baza care influenteaza tehnologia de turnare
sub vid.
Cu ajutorul tehnologiei de vacuum casting s-au facut mai multe cercetări, pe
materialul ceară, pentru determinarea anumitor parametrii.
Departamentul de inginerie mecanică de la Universitatea Tehnică Sharif, din
Tehran, Iran, au făcut o cercetare care vizează investigarea posibilităţilor de aplicare a
tehnologiilor de fabricare rapidă a prototipurilor şi pregătirea rapidă a fabricaţiei pe
modelele din ceară şi determinarea contracţiilor după solidificarea piesei.
Cei de la Universitatea Tehnică din Tehran au facut cercetarea pe furca de la cutia
de viteze de la motoarele Peugeot.(Fig.20)
Fig.20 Furca de la cutia de viteze de la motoarele Peugeot [8]
17
Universitatea Tehnica din Cluj-Napoca Student: Cotuna Răzvan Facultatea Constructii de masini Indrumator:.Dr.Ing.Păcurar RăzvanSpecializarea T.C.M.
S-a pornit de la un model 3d făcut in softul Catia si analizat cu ajutorul soft-ului
MoldFlow, pentru a vede care sunt condiţiile ideale si cele optime pentru în timpul
procesului de injectare cu material. Cu ajutorul unei masini de vacuum casting(MCP 006)
s-a creat un model din ceară. Experimentul a fost concentrat pe optimizarea parametrilor
de turnare, temperatură si presiune, pentru a obţine o precizie dimensională cât mai buna
a modelului din ceară.
Fig.21 Parametrii modelului din ceară [8]
În matriţarea tradiţională, contracţiile materialelor ce vor fi turnate, metal sau
ceară, trebuie luate în considerare in momentul când vom face cavitatea interioară a
matriţei. Dimensiunile cavitaţii matriţei vor fi mai mari decât dimensiunile nominale ale
piesei, pentru a compensa contracţiile modelului din ceară. Contracţiile pieselor din ceară
depind de conductivitatea termică a matriţei şi de rata de solidificare a modelului din
ceară.
Cu ajutorul softului CAE s-au realizat mai multe simulări pentru a putea vedea
eventualele probleme de proiectare, parametri de injectare şi alte dificultaţi care pot să
apară în timpul operaţiilor de fabricare.
Simularea procesului de injectarea cu ceară s-a realizat cu ajutorul softului
MoldFlow, pentru a vedea diferite scenarii şi pentru a găsi soluţia optimă a designului si a
parametrilor de injectare a piesei. În cadrul soft-ului s-au setat urmatorii parametri:
timpul de injectare de 10 s si timpul de solidificare de 30 s. După mai multe simulări s-a
ajuns la concluzia că in cel mai favorabile condiţii se pot produce 100 de bucaţi într-o
oră, in timp ce printr-o tehnologie clasică, s-ar produce până la 300 de bucaţi pe oră.
18
Universitatea Tehnica din Cluj-Napoca Student: Cotuna Răzvan Facultatea Constructii de masini Indrumator:.Dr.Ing.Păcurar RăzvanSpecializarea T.C.M.
După efectuarea mai multor simulări au putuu fi identificate şi unele probleme în
procesul de injectare cu ceară, după cum se poate vedea şi în figura 22.
Fig.22 zone sensibile ale piesei [8]
Procesul de umplere s-a dovedit a fi un proces complicat. Figura 23 indică faptul
că timpul de umplere a cavităţii matriţei a fost de 10,21 s, iar figura 24 indică temperatura
care o are piesa după ce injectarea de material s-a oprit.
Fig.23 Timpul de turnare [8]
19
Universitatea Tehnica din Cluj-Napoca Student: Cotuna Răzvan Facultatea Constructii de masini Indrumator:.Dr.Ing.Păcurar RăzvanSpecializarea T.C.M.
Fig.24 Distribuţia temperaturii modelului din ceară [8]
Pentru fabricarea pieselor, simulările făcute in laborator au fost duse la o firma
pentru a face şi experimental operaţiile de injectare a materialului in matriţă, înainte de a
produce forma finală a piesei. Astfel s-au fabricat 5 piese la temperatura de 80oC si la
presiunea de 2 bari.
Matriţele au fost duse la o alta firmă, Poladir, pentru a produce piesele în forma
lor finită. Cu ajutorul maşinii MV 30 şi folosind parametrii folosiţi la simulările realizate
de către cei de la Universitatea Tehnică Sharif, s-a fabricat 100 de furci de la cutia de
viteze a motoarelor Peugeot. Pe parcursul procesului de injectare, presiunea şi
temperatura din matriţă au fost monitorizate folosind diferite tehnologii. Temperatura de
topire la ceară a fost de 65oC şi presiunea a fost de 5 bari.(Fig 25)
20
Universitatea Tehnica din Cluj-Napoca Student: Cotuna Răzvan Facultatea Constructii de masini Indrumator:.Dr.Ing.Păcurar RăzvanSpecializarea T.C.M.
Fig.25 Forma finală a piesei [8]
Din calcule a rezultat că nivelul contracţiilor in lungime ar trebui să fie în jur de
1.5% şi de 2.5% în grosime, aceste estimări au fost confirmate după cum se poate observa
şi in figura 26.
Fig.26 Contracţiile piesei [8]
După efectuarea studiului s-a ajuns la concluzia că, folosind metode de fabricare
rapidă a prototipurilor si de pregătire rapidă a fabricaţiei, costurile de producţie au scăzut
cu 60%, iar procesul da fabricaţie a durat cu pâna la 50% mai puţin.
O altă universitate din Melbourne, Australia, a studiat comportamentul modelelor
din ceară la turnare.
Pentru modelarea piesei din ceară aceştia au luat în calcul temperatura la care se
injectează material, temperatura camerei de turnare, mărimea si geometria piesei, regimul
21
Universitatea Tehnica din Cluj-Napoca Student: Cotuna Răzvan Facultatea Constructii de masini Indrumator:.Dr.Ing.Păcurar RăzvanSpecializarea T.C.M.de racire, etc. Pentru determinarea acestor factori au folosit diverse teorii, cum ar fi:
Teoria dilatării şi contracţiilor materialelor solide, teoria transferului de căldură, după
care au simulat transferul de căldură folosind sinstemul Pro/Thermal pentru a găsi cel mai
nefericit mod al transferului de căldură. (Fig.27)
Fig.27 Distribuţia căldurii in cel mai rău caz [9]
După ce au terminat această simulare, au ma făcut şi o simulare a transferului de
căldura în mod numeric.(fig.28)
Fig.28 Distribuţia temperaturii după simulatea numerică [9]
După analiza experimentală, folosind acelaşi material ca şi la simulări, a rezultat
că folosind o temperatură de injectare a materialului de 61oC, contracţiile finale ale piesei
sunt de 1,4%.
22
Universitatea Tehnica din Cluj-Napoca Student: Cotuna Răzvan Facultatea Constructii de masini Indrumator:.Dr.Ing.Păcurar RăzvanSpecializarea T.C.M.
Datorită grosimii componentelor si al timpului relativ scurt al ciclului de
fabricaţie, s-a observat că o mare parte din suprafaţa piesei fabricate, la momentul de
scoatere din matriţă, aceasta avea temperatura apropiată cu temperatura de injectare a
materialului. Acest lucru se poate sesiza in Fig. 29 , care arată un model din ceară, exact
dupa ce a fost scos din matriţă. Aceasta, arata deasemenea şi dimensiunea stratului real
solidificat, de ampoximativ 4 mm. După ce materialul moale a fost îndepărtat, grosimea
peretelui de 4-5 mm a fost evidentă.
Fig.29 Piesă extrasă din matriţă [9]
Mai multe modele au fost deschise în timpul experimentelor, şi în fiecare caz, s-a
observat că cea mai mare parte a interiorului modelului a fost încă moale.
În figura 30 se prezintă un grafic care prezinta lungimea contracţiilor dupa ce
piesa a fost extrasă din matriţă. Pentru a obţine aceste date, fiecare model a fost măsurat
imediat după extragere cu ajutorul unui şubler cu vernier cu o precizie de 0.03 mm. Acest
grafic arată ca 30% din contracţia piesei se produce în momentul când piesa este extrasă
din matriţă.
În figura 31 se arată curba contracţiilor materialului în raport cu timpul care s-a
scurs după extragerea piesei.
23
Universitatea Tehnica din Cluj-Napoca Student: Cotuna Răzvan Facultatea Constructii de masini Indrumator:.Dr.Ing.Păcurar RăzvanSpecializarea T.C.M.
Fig.30 Contracţia piesei după extragerea din matriţă [9]
Fig.31 Curba contracţiilor [9]
Pe baza observaţiilor de la experimentul efectuat, s-a constatat că pentru tipul de
ceară utilizată, grosimea constantă a modelului din ceară la extragerea din matriţă, a fost
de 5 mm.
Specialiştii de la Universitatea din Melbourne au ajuns la concluzia că, rezultatele
de la piesa pe care au făcut experimentul nu sunt rezultate ce se pot aplica pe toate piesele
din ceară, materialul având un comportament diferit de la piesă la piesă, depinzând de
nivelul de complexitate al acesteia.
Rezultatele indică faptul că modelarea asistată de calculator poate fi folosită
pentru a preconiza problemele care pot apărea în timpul fabricării unei piese din ceară,
pentru a vedea care sunt eventualele contracţii ale piesei după turnare şi pentru a alege
parametrii optimi astfel incât să obţinem contracţii cât mai mici.
24
Universitatea Tehnica din Cluj-Napoca Student: Cotuna Răzvan Facultatea Constructii de masini Indrumator:.Dr.Ing.Păcurar RăzvanSpecializarea T.C.M.
3. Compararea tehnologiei clasice cu tehnologia
neconvenţională Tehnologia neconvenţională de Vacuum casting prezintă o serie de avantaje in
raport cu tehnologia clasică de fabricare, turnare in matriţă din poliesteri armaţi cu fibre
de sticlă. Aceste avantaje sunt:
Se poate controla temperatura la care are loc injectarea materialului.
Este o metodă mai prietenoasă cu mediul decât cea convenţională.
Calitatea suprafeţelor este foarte bună, după extragerea din matriţă, şi nu
mai necesită prelucrări ulterioare.
Fiind un material flexibil, cauciucul siliconic permite obţinerea pieselor cu
subtăieri, fără a fi necesare miezuri laterale suplimentare care ar complica
matriţa.
Se pot turna piese care înglobează inserţii metalice direct din faza de
turnare.
La tehnologiile convenţionale, timpul in care se fabrică o piesă poate
depăşi 2,3 zile, în timp ce la tehnologia prin vacuum casting se pot obţine
mai multe piese intr-o oră.
Costurile pentru producerea unei piese prin Vacuum casting pot ajunge şi
cu 50% mai mici decât la tehnologia clasică, la seriile mici de fabricaţie.
Un avantaj pe care îl are tehnologia clasică asupra tehnologiei
neconvenţionale, este faptul că matriţa din poliesteri armati cu fibre de sticlă este
mai rezistentă, ceea ce înseamnă un număr mai mare de piese cu o singură
matriţă, dar în cazul de faţă acest lucru nu constituie un avantaj, deoarece numărul
de piese care este prevazut este mic, 10 bucăţi.
Un dezavantaj al folosirii tehnologiei clasice in acest caz, este faptul ca nu se
recomanda folosirea razlor şi unghiurilor ascuţite la formarea matriţei.
25
Universitatea Tehnica din Cluj-Napoca Student: Cotuna Răzvan Facultatea Constructii de masini Indrumator:.Dr.Ing.Păcurar RăzvanSpecializarea T.C.M.
4. ConcluziiSculele din silicon pot fi cu precădere folosite pentru matriţarea câtorva piese
înainte de a deveni necesară înlocuirea lor.Numărul depinde de cerinţele de precizie şi
calitate şi de geometria specifică produsului.Este posibilă realizarea mai multor piese
simple dintr-o singură matriţă din cauciuc siliconic, dar 10-12 piese sunt reprezentative
dacă acestea au o formă mai complexă.
În general apare necesitatea unor modificări in proiect pe parcursul dezvoltării
unui produs nou, până la trecerea testelor funcţionale şi la omologarea produsului
respectiv. Costul schimbărilor necesare este cu atât mai mare cu cât necesitatea
schimbărilor respective apar mai târziu într-un ciclu de dezvoltare al produsului (dupa
fabricarea matriţelor necesare).
Atât costurile cât şi timpul de dezvoltare al produselor noi sunt mai mici în
varianta utilizării tehnologiilor neconvenţionale.
26
Universitatea Tehnica din Cluj-Napoca Student: Cotuna Răzvan Facultatea Constructii de masini Indrumator:.Dr.Ing.Păcurar RăzvanSpecializarea T.C.M.
5. Bibliografie[1] http://www.utgjiu.ro/conf/8th/S3/32.pdf
[2] http://rapidprototypingservicescanada.com/selective-laser-sintering-sls.php
[3] http://www.indutherm.de/en/products/VC480V.php?thisID=6850[4] http://www.renishaw.com/en/5-01-plc-vacuum-casting-machine--15270[5] Nicolae Bâlc, Tehnologii NeconvenŃionale - 2001, Editura Dacia
[6] http://www.indutherm.de/share/PDFengl_de/Tab_VC%20480%20V_engl.pdf
[7] Balc N., Csaba G., Berce P., Proiectare pentru fabricatia competitiva, Editura
AlmaMater.Cluj-Napoca, 2006
[8] http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1007021409700768
[9] http://www.springerlink.com/content/pf52r9fmv12g1093/
27