Capitolul 3 Elaborarea procesului tehnologic de prelucrare mecanica si control a piesei

3.1 Analiza proceselor tehnologice similare existente

Arborele secundar al schimbatorului de viteze, din punct de vedere al tehnologiei de prelucrare, face parte din categoria arborilor lungi in trepte. In principiu la prelucrarea arborilor secundari se executa urmatoarele grupe de operatii: control defectoscopic nedistructiv, tratament termic de revenire si detensionare, alegerea bazelor de asezare, strunjire de degrosare si de finisare pentru realizarea formei constructive, executarea canelurilor, rectificarea canelurilor, tratament termic, rectificarea exterioara a suprafetelor cilindrice si controlul tehnic de calitate.

Procesul tehnologic similar existent este prezentat, prin aspectele sale principale, in Tab.3.1. In Fig.3.1 este prezentata grafic succesiunea operatiilor la prelucrarea unui arbore planetar cu flanse.

Spre deosebire de procesul tehnologic similar, in cazul arborelui secundar apar o serie de operatii tehnologice diferite, cum ar fi : executarea danturii, prelucrarea canelurilor prin deformare plastica, realizarea gaurilor de ungere,etc. Asadar in succesiunea operatiilor apar noi etape ce necesita implicit si alte masini unelte.

Necesitatea unor masini unelte speciale (de exemplu pentru realizarea danturii) se reflecta in planul economic al productiei, ducand la cresterea costurilor de fabricatie.

Operatiile de stunjire de degrosare si de finisare se regasesc in ambele procese tehnologice, de asemenea si operatiile de rectificare a suprafetelor cilindrice, tratamentele termice, operatia de strunjire-centruire, operatiile de control etc.

Tab.3.1 Principalele operatii ale procesului tehnologic de prelucrare mecanica a arborelui planetar

Nroperatiei

Denumirea operatiei Schitadin Fig. 3.1

Masina unealta

1 Srunjire-centruire a Agregat de strunjit si centruit

2 Strunjirea suprafetei exterioare “E” a fetei “F” si a suprafetei frontale a flansei “G”

b Strung normal

3 Strunjirea fetei “H” a flanse b Strung normal4 Strunjirea de degrosare prin copiere a

partii cilindrice c Strung de copiat

5 Strunjirea de degrosare a suprafetei “R” d Strung normal6 Strunjirea de degrosare a suprafetei “S” e Strung normal7 Strunjire flansa pe suprafata “T” e Strung normal8 Burghiere a 16 gauri f Agregat de gaurit9 Adancire succesiva a 16 gauri si tesirea

acestora pe o parte si pe cealalta f Masina de gaurit

10 Tarodarea succesiva a doua gauri in flansa diametral opuse

- Banc de lucru

11 Controlul intermediar - Banc de lucru12 Tratamentul termic - -13 Strunjirea de finisare pe cele doua fete g Strung normal14 Strunjirea de finisare prin copiere a

axului propiu-zis h Strung de copiat

15 Strunjirea de finisare a suprafetei frontale a flansei si a suprafetei cilindrice de contur

i Strung normal

16 Lunstruirea arborelui pe portiunea cilindrica

j Dispozitiv si instalatie de lustruit

17 Frezarea canelurilor k Masina de frezat caneluri18 Control ferolux - Agregat de control ferolux19 Debavurare - Banc de lucru20 Spalare - Instalatie de spalare21 Control final - Banc de lucru

Fig.3.1 Succesiunea principalelor operatii de prelucrarea a unui arbore planetar cu flansa

3.2. Analiza posibilitatilor de realizare a preciziei dimensionale si a rugozitatii prescrise in desenul de executie

Prelucrarea semifabricatelor in scopul obtinerii unei precizii determinate nu este posibila daca piesa semifinita, asezata direct pe masa masinii-unelte sau in dispozitiv, nu este orientata si fixata intr-o pozitie strict determinata. De asemenea, conditia orientarii pieselor, ca unitati distincte , la asamblare, in vederea asigurarii unei pozitii reciproce precise, ceruta de conditiile functionale, este la fel de importanta.

Obiectivul este stabilirea procedeelor de prelucrare care, fiind ultimele aplicate in succesiunea operatiilor, pentru fiecare suprafata, asigura conditiile tehnice impuse prin desenul de executie. In acest scop trebuiesc definite etapele de lucru:

- enumerarea suprafetelor functionale ale pieselor; - stabilirea procedeelor de prelucrare mecanica posibile; - analiza gradului de respectare a cerintelor tehnice date,aprecieri

calitative si cantitative; - adoptarea variantei optime de procedeu de prelucrare.

Tab.3.2 Organizarea analizei

Nr supraf.

Tipulsuprafetei

Conditii tehniceimpuse

Procedeeposibile de aplicat

Dimensiunea si precizia

Abateriri de forma si pozitie

Rugozi-tate

S1Suprafatacilindrica exerioara

0,2Strunjire de degrosareStrunjire de finisare

S2Suprafatacilindrica exterioara

1,6Strunjire de degrosareStrunjire de finisare

S3Suprafatacanelurilor

3,2Masina de frezat caneluri.Debavurare

S4Suprafetele

laterale3,2

Strunjire de degrosare

Fig.3.2 Principalele suprafete ale piesei

3.3 Stabilirea succesiuni logice a operatiilor de prelucrare mecanica si tratament termic si control

Ordinea operatiilor se stabileste avand in vedere anumite criterii tehnico-economice, se stabileste ordinea tuturor operatiilor, de la preluarea semifabricatului , pana la obtinerea piesei finite. Criteriile economice se refera la asigurarea concordantei procesului tehnologic cu caracterul productiei. Criteriile tehnologice sunt prezentate sub forma de indicatii tehnologice,astfel mentionam cateva criterii tehnice amanuntite:

- in primele operatii se prelucreaza suprafetele ce vor servi ulterior ca baze tehnologice,cele ce reprezinta baze de cotare si cele ce pot duce descoperirea eventualelor defecte de semifabricare;

- toate operatiile de degrosare se executa inaitea celor de finisare; - suprafetele cu precizia cea mai ridicata au care se pot deteriora usor

se prelucreaza ultimele; - prelucrarile ce duc la micsorarea rigiditatii se executa la finalul

procesului tehnologic; - prelucrarile cu scule metalice se executa inaintea tratamentelor

termice, pe suprafetele respective; - dupa etapele mai importante se prevad operatii de control

intermediar. In cazul arborelui secundar al cutiei de viteze, care este obtinut prin matritare, debitarea semifabricatului nu mai este necesara.

Indreptarea semifabricatelor este necesara pentru eliminarea deformatiilor spatiale si se impune mai ales cand raportul dintre lungime si diametru este mare.

Operatia de indreptare se poate executa la cald sau la rece. Mai raspandit este procedeul de indreptare la rece care se face: pe strung cu prinderea piesei intre varfuri; pe prese surub, cu excentric, hidraulice sau pneumatice, manuale sau automate; pe masini speciale care realizeaza pe langa indreptare si calibrarea.

Valoarea curburii admisibile este de 1/4...1/6 din valoarea adaosului de prelucrare dar nu mai mult de 0,5...1,0 mm pe 1000 mm lungime.

Dupa indreptare se trece la bazarea semifabricatului in vederea prelucrarii mecanice.

Prezentarea succesiunii logice a operatiilor de prelucrare mecanica, tratament termic, si control se va face tabelar in cadrul Tab.3.3.

Dupa efectuarea procesului tehnologic urmeaza un proces de tratament termic (termochimic), tratament termic de carbonitrurare pentru diferite zone ale piesei. Calire cu, curenti de inalta frecventa mentionand faptul ca piesa trebuie a fi tinuta in pozitie verticala. Dupa tratamentul termic urmeaza o rectificare de finisare cu ajutorul pietrelor profilate pentru caneluri si o rectificare cilindrica pentru suprafata de etansare. In urma terminarii tuturor operatiilor de mai sus urmeaza un control de conformitate,de verifiare a calitatii operatiunilor tehnologice efectuate dupa care urmeaza o operatie de marcare si conservare.

Tab.3.3 Principalele operatii din cadrul procesului de prelucrare a arborilor secundari ai schimbatorului de viteze

Nr.op.

Denumirea operatiei Utilajul folosit Observatii

1Control defectoscopic nedistructiv si tratament termic

Semifabricatul fiind matritat, se elimina operatia de debitare

2

Prelucrarea suprafetelor de capat si centruirea

Masina speciala de frezat si centruit cu tambur;Masina speciala de centruitMasina speciala de frezat la ambele capete simultan;

Aceasta operatie se poate divide in doua operatii, in functie de utilaj

3

Strunjirea de degrosare la unul din capetele arborelui

Strung semiautomat cu un singur ax si mai multe cutite;Strung semiautomat de capat;Strung semiautomat cu comanda program;

Piesa se prinde in universal si are un singur grad de libertate (rotatia in jurul axei).

4Strunjirea de degrosare la celalalt capat al arborelui

Acelasi utilaj ca la operatia precedenta

Piesa se roteste cu 180°

5Strunjirea de finisare la unul din capetele arborelui

Acelasi utilaj ca la operatia precedenta

6 Strunjirea de finisare la celalalt capat al

Acelasi utilaj ca la operatia precedenta

Piesa se roteste cu

arborelui 180°

7

Frezarea canelurilor Semiautomat special pentru executarea canelurlor cu freza melc

Canelurile se mai pot obtine prin deformare plastica urmata de o prelucrare mecanica

8Frezarea degajarilor de la fundul canelurilor

Masina speciala de frezat

9 Control intermediar Masa de control

10Burghierea canalelor de ungere

Masina de gaurit

11Ajustarea tuturor muchiilor

Masina de ajustat

12Spalare Baie de spalare Se foloseste solutie

lesioasa la 60...80 °C

13 Control intermediar Masa de control

14Tratament termic Instalatii pentru

tratament termicCementare si calire la 61-63 HRC,pe adancimea 0,7-1mm

15Rectificarea canelurilor Masina de rectificat

exterior

16Rectificarea de finisare a suprafetelor cilindrice

Masina de rectificat exterior

17Spalarea si uscarea piesei

Instalatie de spalat Solutie lesioasaAer comprimat

18 Controlul final Masa de control

Fig.3.3 Principalele etape ale procesului tehnologic

3.4 Alegerea utilajelor si instalatiilor tehnologice

Pentru fiecare operatie in parte se vor alege masinile-unelte si utilajele necesare in functie de:

- tipul prelucrarii;- dimensiunile de gabarit ale piesei;- caracteristicele functionale ale utilajului prevazute a fi necesare ;- precizia si rigiditatea utilajului ;- tipul de productie si metoda de organizare a fabricatiei, gradul de

incarcare a utilajului;- costul utilajului si productia interna a utilajelor.

In cazul productiei de serie mare se poate analiza si gradul de aplicabilitate a strungurilor semiautomate multicutite, masinilor de copiat, a masinilor-unelte cu comanda program.

Prelucrarea arborilor prin strunjire Prelucrarea arborilor prin strunjirea pot urmari doua scopuri : obtinerea piesei finite in conformitate cu cerintele desenului sau pregatirea piesei in vederea efectuarii unor lucrari de finisare.

Pentru strunjirea arborilor se pot folosi strunguri normale , strunguri revolver, strunguri muticutite, strunguri automate (mono si multiaxe) sau cu comanda dupa program, agregate. In general strunjirea se face in doua etape : degrosare si finisare. In urma acestor prelucrari se pot obtine preciziile economice si rugozitatea suprafetelor indicate in Tab.3.4 Tabelul 3.4 Precizia si calitatea obtinuta la strujirea arborilor Felul prelucrari Treapta de precizie

economica Rugozitatea suprafetei Ra

Strunjire Degrosare

14 - 15 12,5 – 25

Strunjire Semifinisare

12 - 13 6,3 – 12,5

Strunjire Finisare

9 - 10 3,2 – 6,3

Diferitele procedee de prelucrare a arborilor prin strunjire se arata in Fig.3.4

a - strunjirea frontala cu avans longitudinal

b - strunjirea frontala cu avans transversal

Fig. 3.4 Scheme privind procedee de prelucrare prin strunjire

Prelucrarea canelurilor pe arbori

Arborii canelati sunt utilizati pentru a indeplini rolul de a transmite prin asamblari fixe sau mobile, miscari de rotatie si cupluri. Conditii pentru executia canelurilor. Calitatea imbinarilor canelate se apreciaza dupa urmatorii indici: precizia dimensiunilor diametrale ale suprafetelor de centrare; precizia latimilor canelurilor, precizia pasului canelurilor; paralelismul suprafetelor laterale ale canelurilor fata de axa gaurii; coaxialitatea suprafetelor fusurilor de reazam cu cele cilindrice de centrare; rugozitatea si duritatea suprafetelor de imbinare. In cazul imbinarilor canelate cu profil in evolventa se mai iau in considerare modulul si unghiul profilului de baza al cremalierei de referinta iar la cele cu profil triunghiular , unghiul flancurilor. Tolerantele si ajustajele asamblarilor canelate se stabilesc pentru elementul dupa care se face centrarea , iar pentru celelalte elemente sunt prevazute abateri care sa asigure centrarea numai pe elementul prevazut. Operatii de prelucrare a canelurilor . Pentru prelucrarea canelurilor sunt necesare executarea unor operatii premergatoare (strunjirea de degrosare si finisare) adecvate formei cilindrice impuse de conditiile tehnice. Canelurile se executa prin rulare sau prin copiere. Dupa operatiile de degrosare se executa un tratament termic corespunzator materialului din care este confectionat arborele canelat. Pentru a asigura precizia necesara a canelurilor si in special a suprafetelor dupa care se face centrarea, prelucrarea de finisare sa executa prin rectificare dupa tratamentul termic . Se obtine astfel precizia dimensionala in treapta 6-a si a 7-a si rugozitatea la Ra=3,2..0,2 µm. O metoda care conduce la reducerea manoperei si economisirea materialului o constituie executarea canelurilor prin rulare la rece (pentru module pana la 4 mm) si la cald. Rolele sunt confectionate din oteluri inalt aliate avand profilul identic cu canelurile ce trebuie realizate. O metoda productiva o constituie rularea cu role in forma de melc. Rolele se rostogolesc pe arborele in timp ce arborele executa o miscare ( asemanator frezarii prin rostogolire) in timp ce arborele executa o miscare de rotatie np.

Arborii canelati obtinuti prin rulare avand fibra continua sunt foarte rezistenti la oboseala.Unul din dezavantajele acestei metode consta in faptul ca masinile sunt costisitoare, fiind rentabile numai in productia de serie si de masa.

Racordarile, tesiturile si degajarile indeplinesc fie un rol functional, fie de montare a arborilor.

3.5 Adoptarea schemelor de orientare si fixare a piesei

In cadrul acestui capitol se foloseste notiunea de “baza de referinta” in sensul de element geometric component al unui produs . Prin bazarea piesei se intelege orientarea acesteia pe masina-unealta sau in dispozitiv, adica a suprafetei de prelucrat in raport cu traiectoria muchiei aschietoare, tinand seama de conditiile impuse prelucrarii si de sistemul de referinta al celor trei axe la care se raporteaza gradele de libertate ale piesei ce se prelucreaza .

Semifabricatul de prelucrat, fiind un corp rigid in spatiu, poseda sase grade de libertate in raport cu cele trei axe de coordonate perpendiculare intre ele. Stabilirea pozitiei static determinate a piesei se realizeaza prin eliminarea tuturor celor sase grade de libertate cu ajutorul a sase puncte de reazem .

Fig.3.5 Determinarea pozitiei spatiale a pieselor cilindrice tip arbore

Piesele cilindrice lungi se caracterizeaza printr-o suprafata de dubla ghidare (1,2,3 si 4 grade rapite piesei) si doua suprafete de reazam ( 5- rapeste un grad de libertate in translatie si 6 – un grad de libertate in rotatie). El se bazeaza in mandrine, bucse elastice si intre varfuri.

In vederea prelucrarii mecanice semifabricate trebuiesc bazate (orientate) si fixate. Bazarea (orientarea) piesei asigura realizarea dimensiunilor suprafetelor care se prelucreaza si a cotelor ce coreleaza suprafetele prelucrate, in lanturi de dimensiuni formate .

Pentru prelucrarea arborilor asezarea si fixarea pe masina unealta se face folosindu-se suprafata exterioara cand prinderea are loc in universal si varful papusii mobil sau folosindu-se gaurile de centrare cand prinderea se face intre varfurile masinii. Baza de referinta in aceste cazuri de prelucrare este axa de rotatie a semifabricatului.

Fig.3.6 Schema de bazare si fixare a arborilor: a- pe suprafata exterioara ; b-intre varfuri.

In cazul productiei de serie mare si de masa pentru ridicarea preciziei si marirea productivitatii, prelucrarea suprafetelor de capat si centruirea se face dintr-o singura prindere pe o masina specializata in acest scop.

In cazul prelucrarii arborilor tubulari se pot folosi dopuri in care se prelucreaza gaurile de centrare sau se pot folosi varfuri speciale rotitoare. Varfurile rotitoare se mai folosesc la strunjirea fina si la rectificarea pentru a evita frecarea si griparea suprafetelor de instalare.

3.6 Alegerea S.D.V. – urilor

Din cataloage de scule standardizate sau speciale se adopta si se prezinta sumar sculele utilizate la fiecare operatie, definite prin :

- materialul propus pentru scula ;- destinatia sculei ;- forma, dimensiunile si alte caracteristici specifice fiecarei scule, prin

simbolizarea STAS; Pentru discurile abrazive se vor mentiona , pe langa dimensiuni, si caracteristicele: de material, granulatie, duritate, liant. Alegerea caracteristicilor sculelor se face in concordanta cu materialul, forma,dimensiunile si conditiile tehnice de precizie si calitate ale suprafetei impuse piesei de prelucrat, avand in vedere criteriul economic. Pe langa dispozitivele de bazare si fixare mentionate se adopta celelalte dipozitive si verificatoare, recomandabil, dintre cele standardizate. Dispozitivele speciale se proiecteaza odata cu proiectarea tehnologiei de fabricatie. La alegerea S.D.V. - urilor trebuie avuta in vedere diferentierea , in aceasta privinta , adiferitelor tipuri de productie:

- in productia de masa - grad de utilizare cu S.D.V. - uri ridicat, dispozitive de control automat si activ, verificatoare speciale;

- in productia de serie - grad mediu de utilizare cu S.D.V.-uri , cu tendinta de utilizare a S.D.V. -urilor compuse din elemente demontabile si utilizarea verificatoarelor speciale;

- in productia individuala - grad redus de utilizare cu S.D.V. - uri si utilizarea instrumentelor de masura universale.

Tab.3.5 Prezentarea S.D.V. – urilor adoptateNr. de ordine si

denumirea opreratiei

Scule Dispozitive Verificatoare

Strunjire de degrosare

Placute C.M.S tip P

Dispozitiv port-scula OSC 10

Subler

Prelucrarea gaurilor

Scule de gaurit Rp3

Masina de gaurit Calibre dimensionale

Frezarea canelurilor

Freza tip melc Frezare cu role tip melc

3.7 Calculul analitic al adaosurilor de prelucrare al dimensiunilor intermediare

Dupa cum s-a mentionat in capitolele precedente adaosurile de prelucrare stabilite prin metoda experimental-statistica , au valori neeconomice. Din acest, motiv la productia de serie mare si masa se recomanda calculul analitic, pentru determinarea adaosurilor intermediare A i

si apoi a celui total:

,

unde m este numarul total de operatii de prelucrare mecanica aplicate suprafetei respective. Calculul se bazeaza pe premisa ca marimea adaosului intermediar trebuie sa acopere erorile de prelucrare la faza precedenta si cele de asezare, la faza curenta, componentele acestuia fiind, deci: adancimea medie a rugozitatii, Rzp, adancimea stratului superficial defect , Sp si abaterile spatiale , ρp ; eroarea de bazare si fixare la operatia curenta, εc . La stabilirea adaosurilor de prelucrare si a tolerantelor dimensiunilor intermediare, se mai recomanda: - adaosurile trebuie sa fie cat mai mic atat pentru obtinerea unui coeficient ridicat de utilizare a materialului, cat si pentru reducerea duratei prelucrarii; - adaosurile pentru operatiile ce se executa dupa tratamente termicetrebuiesa fie marite cu valoarea deformarii piesei in timpul tratamentului; - in cazul pieselor mai putin rigide, se va tine seama de deformarea piesei datorita fortelor de fixare si de aschiere; - tolerantele la adaosul de prelucrare pentru fiecare operatie un trebuie sa treaca de limitele preciziei economice a prelucrarii respective , au valori de 25-40 % din dimensiunea medie a adaosului si se considera, pentru arbori si suprafete plane, in minus, iar pentru alezaje , in plus , adica “ in corpul piesei”, de la dimensiunea intermediara respectiva. Semifabricatele pentru piese auto necesita adosuri de prelucrare doar de 0,5…3 mm. Tinand seama de dimensiunile piesei finite, de adaosurile de prelucrare adoptate, de clasa de precizie a semifabricarii, de celelalte

recomandari privind razele de racordare si inclinarile suprafetelor, se stabilesc adaosurile de prelucrare de 2,25 mm.

BIBLIOGRAFIE

1. Bejan, N. , Iozsa, D. Fabricarea si repararea industriala a autovehiculelor – Indrumar de proiect, 1995

2. Marincas, D. , Abaitancei, D. Fabricarea si repararea autovehiculelor rutiere, Ed. Didactică şi Pedagogică, Bucuresti, 1982

3. Tehnologia constructiei de masini, Ed. Didactică şi Pedagogică, Bucuresti, 1974