MPT Curs Complet

Metode si procedee tehnologice

Titular disciplină: Sl. dr. ing. Tiberiu Tudorache

Structura disciplinei: 2 ore curs x 14 + 2 ore laborator x 7

Mod de evaluare: Examen partial 25 %

Examen final 25 %

Teme de casă 40 %

Activitate la curs 10 %

Bibliografie: 1) V. Petre, “Tehnologie Electromecanica”, UPB, 1998;

2) V. Petre, “Tehnologie Electromecanica – Indrumar de laborator”, UPB, 2001;

3) F. Anghel, M.O. Popescu, “Tehnologii Electromecanice”, UPB, 2001;

4) F. Anghel, I. Bestea, “Tehnologii Electromecanice – Aplicatii practice”, UPB, 2003;

5) I. Sora, N. Golovanov, “Electrotermie si Electrotehnologii”, Vol. 1 si 2, Ed. Tehnica, 1997 si1999, Bucuresti.

Obiectivul disciplinei

Dobandirea cunostintelor de baza privind metodele si procedeele conventionale si neconventionale de prelucrarea a materialelor, respectiv metodele si procedeele de fabricatie specifice sistemelor electrice

1. Notiuni de baza privind metodele si procedeele

tehnologice

1.1. Procesul de productie

Procesul de productie consta in totalitatea activitatilor care au ca rezultat transformarea materialelor si semifabricatelor in produse. Aceste activitati au in vedere printre altele pregatirea fabricatiei, dotarea tehnico-materiala, executia produselor, intretinerea utilajelor, etc.

Pregatirea tehnica a fabricatiei presupune parcurgerea urmatoarelor faze:

- proiectarea tehnologiei de executie a produsului,

- proiectarea sculelor, dispozitivelor si verificatoarelor (SDV) necesare,

- executia si omologarea SDV - urilor,

- realizarea, experimentarea si omologarea prototipului,

- proiectarea produsului,

- realizarea si omologarea seriei zero.

Pregatirea materiala a fabricatiei se face in conformitate cu consumurile

specifice stabilite in faza de pregatire a fabricatiei

Lansarea in fabricatie constituie ultima etapa a pregatirii fabricatiei si

consta in lansarea comenzilor de fabricatie in sectiile de productie urmata

de defalcarea lucrarilor pe om si masina

1.1.1. Pregatirea fabricatiei cuprinde: pregatirea tehnica,

pregatirea materiala si lansarea in fabricatie.

Produsul este obiectul productiei si este inclus in nomenclatorul productiei

intreprinderii.

Subansamblul reprezinta o legatura separabila sau nu a unor parti

componente ale produsului. Din punct de vedere tehnologic subansamblul

este o parte a produsului, executata independent de celelalte parti ale sale.

Intr-un subansamblu se regasesc piese, alte subansamble mai simple sau

produse componente de la alti producatori.

Piesa denumita deseori reper este o parte a produsului ce se executa

individual, fara utilizarea operatiei de asamblare, adica este un element

primar al asamblarii.

1.1.2. Notiuni generale

Productia de unicate presupune executia unui numar mic de produse

(prototipuri si unicate), de regula complexe, sau chiar a unui singure bucati.

Productivitatea este de regula redusa, iar costurile ridicate.

Productia de serie presupune executia unor loturi de produse. Operatiile

fiind repetate periodic se pot folosi masini specializate si scule adecvate

care determina cresterea productivitatii si reducerea costurilor. Este cel mai

raspandit tip de productie in industrie.

Productia de masa presupune executia unor cantitati mari de produse in

mod continuu, pe o perioada lunga de timp. In acest caz productivitatea

este foarte mare si costurile de productie sunt minime.

1.1.3. Tipurile principale de productie se clasifica functie de

volum dupa cum urmeaza: productie de unicate, productie de serie

si productie de masa.

Procesul tehnologic reprezinta acea parte a procesului de productie in

decursul careia se produc transformari de natura fizico-chimica in scopul

modificarilor proprietatilor, a dimensiunilor si a formei materiei prime si

materialelor in vederea obtinerii produsului finit.

1.2. Procesul tehnologic

1.2.1. Notiuni cu caracter general

Alegerea procesului tehnologic trebuie sa asigure atingerea

urmatoarelor obiective:

- realizarea performantelor impuse asupra produsului

- realizarea volumului de productie stabilit

- un consum minim de materiale

- obtinerea unui produs cu aspect comercial corespunzator etc.

Atingerea acestor obiective presupune:

- organizarea corespunzatoare a procesului de fabricatie

- prevederea unor adaosuri de prelucrare cat mai mici

- folosirea celor mai adecvate SDV-uri

- divizarea operatiilor complexe in operatii elementare care permit

specializarea fortei de munca si folosirea eficienta a utilajelor

-optimizarea ciclului de fabricatie in scopul reducerii timpului global de

productie

- alegerea celor mai eficiente procedee si mijloace de control etc.

Operatia tehnologica reprezinta acea parte a procesului tehnologic care

se executa neintrerupt la un singur loc de munca, asupra unui obiect sau a

mai multor obiecte, de cate un operator uman sau automat, sau de catre o

echipa de lucru (de ex. operatia de stantare a tolelor).

Procese de elaborare pentru obtinerea de metale sau aliaje industriale

Procese de prelucrare pentru obtinerea de semifabricate sau piese prin

modificarea formei si a dimensiunilor

Procese de tratament in decursul carora se modifica proprietatile fizico-

chimice ale materialului

1.2.2. Clasificarea proceselor tehnologice

Tehnologicitatea este principiul pe baza caruia se alege forma piesei si a

materialului asa incat procesul tehnologic sa fie cat mai simplu

Interschimbabilitatea este principiul conform caruia o piese trebuie sa

permita oricand inlocuirea cu alta de acelasi fel; acest principiu presupune

un proces de fabricatie stabil cu incadrarea caracteristicilor pieselor in

limitele de toleranta admise

Optimul tehnico-economic este un principiu potrivit caruia un proces

tehnologic trebuie sa conduca la obtinerea caracteristicilor tehnice impuse

produselor cu cheltuieli minime

1.2.3. Principii tehnologice de baza

Elaborarea procesului tehnologic presupune mai intai analiza

caracteristicilor constructive si dimensionale ale piesei sau

subansamblului, a conditiilor de precizie dimensionala si de forma, cat si a

calitatii suprafetelor prelucrate.

Alegerea variantei tehnologice trebuie sa tina cont de proiectul de executie

al produsului, utilajele disponibile, caracterul productiei, semifabricatele

folosite, organizarea procesului de fabricatie, calificarea fortei de munca,

conditiile de munca etc.

1.2.4. Principii de elaborare ale procesului tehnologic

Documentatia tehnologica reprezinta totalitatea documentelor de uz

intern ale unei intreprinderi prin care se sistematizeaza elementele

procesului tehnologic.

1.2.5. Intocmirea documentatiei tehnologice

Organizarea procesului de executie permite asigurarea unei productii

ritmice cu eficienta ridicata si presupune:

-Stabilirea caracterului productiei;

-Stabilirea numarului de utilaje, gradul de incarcare al acestora, numarul

de muncitori si gradul lor de calificare;

-Calculul productivitatii muncii cu ajutorul relatiei: Q = c/t, unde c este

costul unei anumite cantitati de produse, iar t timpul consumat pentru

prelucrarea lor;

-Calculul costului piesei sau al produsului;

-Estimarea eficientei economice a procesului tehnologic adoptat

1.2.6. Aspectul organizatoric si economic

Fluxul tehnologic reprezinta lista operatiilor in ordine cronologica la care

este supusa o piesa sau subansamblu de la intrare, ca material, pana la

iesire, ca piesa finita.

1.3. Fluxul tehnologic

Impachetare

miez magnetic

Debitare Stantare Debavurare Sortare Tabla

Trasare Debitare Sudare Detensionare Prelucrare Tabla

Ajustare

Carcasa din tabla sudata

Miez magnetic statoric din tole

Controlul tehnic de calitate se compune din totalitatea verificarilor

efectuate asupra pieselor, subansamblelor si produselor finite prin care se

stabileste concordanta parametrilor obtinuti in procesul de fabricatie cu

caracteristicile tehnice impuse prin proiect.

1.4. Controlul tehnic de calitate

Operatiile de control se prevad obligatoriu dupa:

- cele mai importante operatii in procesul de productie pentru a se garanta

respectarea dimensiunilor si parametrilor de baza necesari prelucrarilor

ulterioare;

- operatii la care este posibila aparitia de greseli de fabricatie;

- operatii finale.

Tipuri de operatii de control:

- controlul de receptie;

- controlul operatiilor si al pieselor prelucrate;

- controlul final.

Pe baza cerintelor impuse procesului tehnologic se pot intocmi mai multe

variante de procese tehnologice capabile sa asigure calitatea produselor,

productivitatea necesara, respectarea conditiilor de protectie a muncii etc. Varianta optima a procesului tehnologic trebuie sa fie cea mai economica

cu un minim de cheltuieli pe materii prime, pe materiale auxiliare, pe utilaje

tehnologice, pe retributia fortei de munca etc.

1.5. Alegerea variantei optime a procesului tehnologic

N bucati

C [lei/lot]

0 N critic

C1

C2

C1 – executie pe un strung universal

C2 – executie pe un strung automat

Norma tehnica de timp reprezinta durata de timp necesara pentru

executarea unui produs, aceasta fiind alcatuita din:

- Timpul de pregatire – incheiere Tpi, reprezentand timpul in care

executantul studiaza documentatia de executie, pregateste conditiile

necesare executarii acesteia (reglarea masinii, montarea sculelor si SDV -

urilor etc.) si timpul dupa terminarea lucrarii necesar aducerii locului de

munca in starea initiala; Tpi depinde de organizarea locului de munca, de

constructia masinii-unelte, de complexitatea piesei care se prelucreaza,

cat si a SDV-urilor folosite;

- Timpul operativ Top, reprezentand timpul in care executantul modifica

obiectul muncii din punct de vedere cantitativ si calitativ;

- Timpul de deservire a locului de munca Tdl, reprezentand timpul in

care executantul asigura, intr-un schimb de munca, mentinerea in stare de

functionare a utilajelor si sculelor, organizarea si aprovizionarea, ordinea si

curatenia locului de munca;

- Timpul de intreruperi reglementare Tir, reprezentand timpul in care

procesul muncii este intrerupt pentru odihna si necesitatile firesti ale

executantului, precum si timpul de intreruperi conditionate de tehnologie si

de organizarea muncii.

1.6. Elemente de normare tehnica in procesul tehnologic

1.6.1. Structura normei tehnice de timp

Timpul normat pe operatii Tn, se exprima prin relatia:

Tn = Tpi/z + Tu

unde:

Tn este timpul normat pe operatii;

Tpi este timpul de pregatire – incheiere;

z este numarul de piese din lot;

Tu este norma de timp unitar.

Timpul unitar se exprima prin:

Tu = Top + Tdl + Tir sau Tu = Top(1 + K/100)

unde:

K reprezinta timpul total pentru deservirea locului de munca, odihna si

necesitati, in procente, din timpul operativ.

1.6.2. Determinarea normei tehnice de timp

1.7. Precizia de prelucrare a pieselor si produselor.

Tolerante si ajustaje

1.7.1. Generalitati

Precizia geometrica a pieselor si produselor reprezinta o caracteristica

esentiala a procesului tehnologic de fabricatie. Respectarea parametrilor

geometrici ai reperelor este o conditie determinanta a calitatii acestora.

Datorita in principal imperfectiunii mijloacelor de productie si de control

procesele tehnologice de fabricatie permit respectarea dimensiunilor

prescrise cu o anumita precizie definită prin documentaţia tehnică de

produs.

Practica productiva arata ca respectarea riguroasa a dimensiunilor pieselor

nu este necesara deoarece o piesa poate fi utilizata corespunzator daca

dimensiunea sa nominala variaza intre anumite limite, corelate cu

dimensiunile cotelor pieselor cu care aceasta are legatura functionala

(dimensiunile exprimate prin “cote“ se tolerează.

Corelatia cost - precizie nu este o functie liniara.

O precizie de prelucrare ridicata impune de regula un proces tehnologic

mai laborios, cu utilaje mai scumpe, personal cu calificare mai inalta,

rezultand un cost al prelucrarii mai ridicat. Se poate vorbi de notiunea de

precizie economica de prelucrare.

Cost

1 2 3

Precizie

Pentru a asigura o precizie

economica de prelucrare

proiectantul trebuie sa aiba in

vedere urmatoarele aspecte:

-proiectarea unei constructii

tehnologice rationale;

-stabilirea unei tolerante cat mai

largi a dimensiunilor, a formelor si a

pozitiilor suprafetelor, in conditiile

asigurarii interschimbabilitatii totale

la productia de masa;

-stabilirea rationala a calitatii

suprafetelor;

-stabilirea anumitor procedee si

regimuri capabile sa asigure

precizia si calitatea suprafetelor la

costul cel mai redus

1.7.2. Precizia dimensiunilor

Dimensiunea este caracteristica geometrica liniara care determina

marimea piesei si poate fi:

- dimensiune de montaj daca foloseste la asamblarea cu alte piese;

- dimensiune libera daca nu foloseste la asamblarea cu alte piese;

La asamblarea a doua piese care intra una in alta se deosebesc doua

suprafete conjugate:

a) suprafata cuprinsa, numita arbore pentru cotele careia se folosesc

notatiile cu litere mici;

b) suprafata cuprinzatoare, numita alezaj pentru cotele careia se

folosesc notatiile cu litere mari.

1.7.2.1. Dimensiuni, abateri si tolerante

Dimensiunea nominala N este valoarea de baza in caracterizarea unei

anumite dimensiuni, inscrisa in desenul de executie, valoare

independenta de abaterile permise si conditiile tehnice.

Dimensiunile limita sunt cele doua dimensiuni indicate de proiectant pe

desen sub forma abaterilor si anume:

-Dimensiunea limita maxima Dmax;

-Dimensiunea limita minima Dmin.

Dimensiunea efectiva E este dimensiunea realizata prin executie a

carei valoare se obtine prin masurare.

Dimensiunile pieselor fabricate prezinta abateri care trebuie sa se inscrie

in limitele prevazute, altfel piesa poate deveni rebut.

Abaterea este diferenta dintre o dimensiune (efectiva, maxima etc.) si

dimensiunea nominala corespunzatoare;

Abaterea efectiva A este diferenta dintre dimensiunea efectiva si

dimensiunea nominala: A = E - N

Abaterea superioara As este diferenta dintre dimensiunea maxima si

dimensiunea nominala: As = Dmax – N

Abaterea inferioara Ai este diferenta dintre dimensiunea minima si

dimensiunea nominala: Ai = Dmin – N

dmax dmin N

As Ai

N

As

Dmax

Dmin

Ai

Arbori Alezaje

Abaterile pot fi pozitive, negative sau nule si se noteaza in felul urmator:

NAi As ; NAi

0 ; N0As ; N±A

Toleranta reprezinta valoarea dinainte stabilita a intervalului de variatie

a dimensiunilor limita, fiind totdeauna o marime pozitiva:

T = Dmax – Dmin = As – Ai

Campul de toleranta este zona cuprinsa intre dimensiunea maxima si

dimensiunea minima.

dmax

T

dmin

Camp de toleranta

Linia de zero in reprezentari grafice este linia de referinta fata de care

se masoara abaterile, pozitia ei fiind determinata de dimensiunea

nominala. Prin conventie abaterile pozitive se situeaza deasupra acestei

linii, iar abaterile negative se afla dedesubtul ei.

N

T = Ai

Linia de zero

xmin

Ai

xmax

As

T

As = Ai

T = As

Ai = 0

As = 0 As

Ai

T

Clasificarea asamblarilor

Asamblari cu joc cand diametrul alezajului este mai mare ca diametrul

arborelui;

Asamblari cu strangere cand diametrul alezajului este mai mic ca

diametrul arborelui;

1.7.2.2. Jocuri, strangeri si ajustaje

D

J

d

S

d D

Jocul J este diferenta dintre diametrul efectiv al alezajului si diametrul

efectiv al arborelui cand primul este mai mare decat al doilea.

Jocul maxim Jmax este diferenta dintre diametrul maxim al alejazului si

diametrul minim al arborelui:

Jmax = Dmax - dmin

Jocul minim Jmin este diferenta dintre diametrul minim al alejazului si

diametrul maxim al arborelui:

Jmin = Dmin – dmax

Toleranta jocului este:

Tj = Jmax – Jmin

Strangerea S este diferenta dintre diametrul efectiv al arborelui si

diametrul efectiv al alezajului cand primul este mai mare decat al doilea.

Strangerea maxima Smax este valoarea absoluta a diferentei dintre

diametrul minim al alejazului si diametrul maxim al arborelui:

Smax = |Dmin – dmax|

Strangerea minima Smin este valoarea absoluta a diferentei dintre

diametrul maxim al alejazului si diametrul minim al arborelui:

Smin = |Dmax – dmin|

Toleranta strangerii este:

Ts = Smax – Smin

Ajustajul reprezinta ansamblul arbore - alezaj din punct de vedere al

raportului in care se gasesc cele doua piese, montate una in alta, privitor

la valoarea jocului sau a strangerii.

Clasificarea ajustajelor

Ajustaje cu joc cand diametrul oricarui alezaj este mai mare decât

diametrul oricarui arbore;

Ajustaje cu strangere cand diametrul oricarui alezaj este mai mic decât

diametrul oricarui arbore; Ajustaje intermediare la care pot rezulta atât asamblări cu joc cât si

asamblări cu strângere;

Toleranta ajustajului este diferenta dintre jocurile maxime si minime,

respectiv strangerile maxime si minime.

Tj = Jmax – Jmin

Ts = Smax – Smin

dmax

Dmax

dmin

Jmax

Jmin

Dmin

dmax Dmax

dmin

Smin

Smax

Dmin

Smax Jmax

Ajustaje cu joc

Ajustaje cu strangere

Ajustaje intermediare

1.7.3. Lanturi de dimensiuni

Lantul de dimensiuni reprezinta totalitatea dimensiunilor succesive dintr-

un sir care formeaza un contur inchis. Dimensiunile conturului pot fi liniare

sau unghiulare.

R 10+0.2

22-0.1

a1

a2

a3

A

Dimensiuni liniare Dimensiuni unghiulare

Dimensiunile unui lant pot fi:

Dimensiuni primare (de ex. D si d)

Dimensiuni de inchidere (de ex. J si S)

Lanturile de dimensiuni pot fi:

Lanturi de dimensiuni in paralel (dimensiunile au aceeasi baza de

cotare)

Lanturi de dimensiuni in serie (dimensiunile au baze diferite de cotare)

Lanturi de dimensiuni mixte

A1

A2

A3 A4

B

A1

A2 A3 A4

B

A5

A1 A2 A3 A4

B

A5

Paralel Serie

Mixte

1.7.4. Sistemul de tolerante si ajustaje

In vederea asigurarii interschimbabilitatii diferitelor piese si subansamble,

indiferent de unitatea executanta, s-a intocmit pe baza unor considerente

teoretice si practice un sistem de tolerante si ajustaje ISO (International

Standards Organization) clasificate pe categorii specifice.

Acest sistem contine:

- un sistem de tolerante avand 18 tolerante fundamentale;

- un sistem de ajustaje intre 1 si 3150 mm;

- un sistem de dimensiuni limita pentru calibre, destinat verificarii pieselor.

Unitatea de baza pentru toleranta in sistem ISO este treapta de precizie

existand 18 astfel de trepte simbolizate prin cifrele: 01, 0, 1, 2, …, 15, 16.

Domeniul de utilizare Precizia ISO

Mecanica de precizie 01 – 0

Constructie de SDV 1 – 4

Elemente componente ale aparatelor electrice 5 – 9

Piese ce formeaza ajustaje 5 – 11

Piese cu dimensiuni libere 12 – 16

Intervalele de Toleranta se noteaza cu simbolul IT urmat de treptele de

precizie: IT01, IT0, IT1, … , IT16.

Pozitia campului de toleranta fata de linia de zero se simbolizeaza cu una

sau doua litere (litere mici pentru arbori si litere mari pentru alezaje).

Pentru arbori: a, b, c, cd, d, e, ef, f, fg, g, h, j, js, k, m, n, p, r, s, t, u, v, x, y,

z, za, zb, z;

Pentru alezaje: A, B, C, CD, D, E, EF, F, FG, G, H, J, JS, K, M, N, P, R, S,

T, U, V, X, Y, Z, ZA, ZB, Z.

Alezaj unitar

H J

h j

z

za

zb

zc

TD

Td

Z ZA ZB

ZC

A

T

Dmin

B

a b

0

Dmax

Arbore unitar

Alezaje A B C … H J K M N P R … ZA, ZB, ZC

Arbori a b c … h j k m n p r … za, zb, zc

Ajustaje cu joc intermediar cu strangere

Simbolizare ajustaj: 150 H7

a9

Interpretare:

Ajustaj de diametru 150 mm cu joc

Pozitia H pentru toleranta alezajului si precizie IT7

Pozitia a pentru toleranta arborelui si precizie IT9

1.7.5. Instrumente pentru masurarea lungimilor

Tipul constructiv Denumirea Diviziunea scalei

[mm]

Scara gradata si vernier Subler 0,1

Subler micrometric Micrometru

de interior, exterior

0,01

Comparator mecanic Minimetru (pasametru) 0,001

Cremaliera cu roti dintate Comparator cu cadran

circular

0,01

Comparator opto-mecanic Optimetru

Ultraoptimetru

0,001

0,0002

Comparator electric Cu doua contacte 0,001

Aparate optice Proiector profile 0,001

- Temperatura standard pentru masuratori: 20 °C

- Aparatul de masura trebuie sa poata indica 4 – 10 valori distincte in intervalul

de toleranta

- Pt. a masura dimensiunea 5+0,1 mm se va folosi micrometrul nu sublerul

1.7.6. Abateri de forma si pozitie

Abaterile de forma reprezinta abaterile unui element (forme, suprafete,

profil) fata de cea a elementului adiacent corespunzator.

Suprafata adiacenta este suprafata ideala, de aceeasi forma cu cea data,

tangenta la suprafata reala, inspre partea exterioara.

dreapta adiacenta

paralela la dreapta adiacenta

A

cilindru adiacent

A

profil adiacent A

Abateri de la rectilinitate Abateri de la circularitate Abateri de la profil

Abaterea Simbol Forma Schite

explicative

Notarea

tolerantei

De la

rectilinitate

AFr

Concavitate

Convexitate

Inclinare

0,1

De la

planeitate

AFp

Concavitate

Convexitate

Inclinare

0,1/ 300 x 50

De la

circularitate

AFc

Ovalitate dmax – dmin

Poligonalitate dmax – dmin

Abateri de forma si de pozitie

0,05

dmax

dmin

dmax

dmin

Abaterea Simbol Forma Schite explicative Notarea

tolerantei

De la

cilindricitate

AFl

Curbare

Conicitate

Forma de butoi

Forma de sa


0,08

dmin dmax

dmax dmin

dmax dmin


tolerantei

De la

pozitia

nominala

APp

Punct pe o

dreapta

Dreapta in plan

De la

paralelism

APl

A doua drepte

A doua plane

Neparalelism A – B

0,1 C


0,2

a

Pozitia

nominala

Pozitia

reala

a

Abaterea de la

pozitia nominala

APl

Lungime de masurare

A

B C


tolerantei

De la

perpendicu-

laritate

APd

Intre doua plane

(drepte)

0,1 B


a

90°

B

B

2. Metode si procedee tehnologice de prelucrare

mecanica la rece

In fabricatia sistemelor electrice intra diverse tipuri de piese si organe de

masini construite din materiale metalice si electroizolante care necesita o

prelucrare precisa la rece sau la cald.

Metodele si procedeele de prelucrare mecanica la rece se pot clasifica dupa

cum urmeaza:

-Metode si procedee de prelucrare prin aschiere

-Metode si procedee de prelucrare a materialelor prin taiere si deformare la

rece

-Metode si procedee de finisare a suprafetelor

2.1. Metode si procedee de prelucrare prin aschiere

Prelucrarea prin aschiere presupune indepartarea de pe suprafata

semifabricatului a adaosului de material sub forma de aschii.

Desprinderea aschiei de pe semifabricat presupune o miscare relativa intre

scula si piesa. Miscarea necesara detasarii aschiilor se numeste miscare

principala, iar miscarea care asigura eliberarea continua de aschii se

numeste miscare de avans.

Masinile unelte de prelucrare prin aschiere sunt in general formate din:

-Parte fixa numita batiu, care sustine toate elementele masinii, numita

batiu,

-Una sau mai multe coloane pe care sunt ghidate saniile care au rolul de a

realiza miscarile necesare prelucrarilor; acestea sunt dotate cu dispozitive

pentru prinderea sculelor,

- Mese, care au rolul de a sustine piesele direct sau prin intermediul

dispozitivelor,

- Motorul de actionare, care poate fi electric, hidraulic sau pneumatic,

- Cutia de viteze, care are rolul de a asigura diferitele trepte de viteza

pentru prelucrare,

- Cutia de avansuri, care regleaza viteza miscarii de avans.

2.1.1. Strunjirea

Strunjirea este operatia de prelucrare prin aschiere a suprafetei exterioare

sau interioare a pieselor, ce reprezinta in general corpuri de rotatie, cu

ajutorul cutitelor, pe masini unelte din categoria strungurilor.

Piesa de prelucrat executa o miscare de rotatie (miscarea principala de

aschiere), iar scula (cutitul) executa o miscare de avans. Strunjirea se

poate realiza intr-una sau mai multe treceri, in decursul carora se

realizeaza degrosarea, semifinisarea, finisarea.

Formele cutitelor de strung (sculelor) corespund operatiei avute in vedere.

Fixarea cutitelor respectiv a piesei de prelucrat se realizeaza cu ajutorul

unor dispozitive speciale.

Strungurile sunt de mai multe tipuri, in functie de

destinatie:

•strung normal,

•strung carusel,

•strung revolver,

•strung frontal,

•strung de copiat,

•strung cu mai multe cutite,

•strung automat,

•strung semi-automat.

Tipuri de cutite

Muchie

taietoare

Varf Fata

Piedestal

strung

Tava

Papusa

fixa

Miscare

avans

Piedestal

strung

Miscare

transversala

Ghidaje

filet

Cale rulare

Fixare

papusa

mobila Miscare

avans

papusa

mobila

Blocare

papusa

mobila

Arbore principal

Fixare unelte

Miscare

compusa

Parti componente principale ale unui strung

2.1.2. Frezarea

Frezarea este procedeul de prelucrare prin aschiere a suprafetelor plane,

cilindrice sau profilate, cu ajutorul unor scule cu mai multe taisuri numite

freze, masinile unelte fiind denumite masini de frezat.

Scula (freza) executa o miscare de rotatie (miscarea principala de

aschiere), iar piesa de prelucrat executa o miscare de avans.

Frezele se clasifica dupa forma suprafetelor de prelucrat

putand fi:

•freze cu dinti drepti,

•freze cu dinti inclinati,

•freze disc,

•freze deget,

•freze cilindro-frontale,

•freze profilate etc.

Tipuri de freze

Parti componente principale ale unei masini de frezat

Schimbator de viteze

Reglare pozitie dupa

axa OX

Reglare pozitie dupa

axa OY

Reglare pozitie

dupa axa OZ

Reglare pozitie

verticala freza

Exemple de masini de frezat

2.1.3. Gaurirea

Gaurirea este procedeul de prelucrare prin aschiere care se aplica

pieselor pentru obtinerea unui alezaj in vederea asamblarii prin intermediul

suruburilor, stifturilor, niturilor sau pentru alte scopuri, pe masini unelte

denumite masini de gaurit.

Gaurile se realizeaza cu ajutorul sculelor numite burghie care executa o

miscare de rotatie (miscarea principala de aschiere), combinata cu o

miscare de translatie ce constituie miscarea de avans.

Masinile de gaurit sunt fixe sau portabile, actionarea

fiind de regula manuala, electrica sau pneumatica.

Masinile de gaurit cele mai intalnite in industrie sunt

cele fixe de tip vertical.

Parti componente principale ale unei masini de gaurit fixe

Reglare

pozitie

verticala

burghiu

Buton

pornire/oprire

Sistem fixare

masa

Sistem de

actionare

Ax principal

Mandrina

Masa

Sistem

ridicare

masa

Coloana

Placa de baza

Exemple de masini de gaurit

2.1.4. Rabotarea

Rabotarea este procedeul de prelucrare prin aschiere a suprafetelor plane

pe masini unelte denumite seping sau raboteze.

Miscarea principala de avans este o miscare de translatie si poate fi

executata fie de scula (la seping) fie de piesa (la raboteza). Aceasta

miscare este rectilinie-alternativa si este formata din doua curse: cursa

activa in care cutitul efectueaza prelucrarea materialului si o cursa de gol

in care cutitul revine la pozitia initiala.

Seping Raboteza

2.1.5. Polizarea

Polizarea este operatia tehnologica de prelucrare prin aschiere a pieselor

metalice cu ajutorul unor pietre de polizor.

Pietrele de polizor sunt corpuri abrazive rigide, fixate pe masini unelte

denumite polizoare care imprima corpurilor abrazive o miscare de rotatie.

Miscarea principala este reprezentata de miscarea de rotatie a pietrei de

polizor asigurata de sistemul de actionare al masinii unelte, iar miscarea

de avans este asigurata de utilizator in functie de tipul de polizor, si

anume: la polizoarele fixe prin presarea piesei pe piatra abraziva, iar la

polizoarele portabile prin presarea piatrei abrazive pe piesa de prelucrat.

Polizoarele sunt de doua tipuri, fixe si portabile.

Polizarea se aplica dieritelor piese in vederea:

- curatirii de bavuri si impuritati a suprafetelor si

muchiilor semifabricatelor (piese turnate, forjate etc.)

- prelucrarii de degrosare si ajustare a pieselor

sudate,etc.

- ascutirii sculelor taietoare, etc.

Parti componente principale ale unui polizor fix

Piatra abraziva

Aparatoare

Picior

Ax principal

Exemple de polizoare

2.1.6. Rectificarea

Rectificarea este procedeul tehnologic de prelucrare prin aschiere a

pieselor metalice in vederea asigurarii unei precizii dimensionale

superioare si a unui grad ridicat de netezire a suprafetelor.

Miscarea principala este reprezentata de miscarea de rotatie a pietrei

abrazive. Pietrele abrazive se diferentiaza intre ele prin duritate si

granulatie si se aleg in functie de tipul si calitatea suprafetei de prelucrat.

Daca este necesara obtinerea unei suprafete cu grad ridicat de netezire se

pot aplica procedee precum:

-Honuirea, pentru suprafete interioare,

-Lepuirea, cu granule abrazive in suspensie,

-Rodarea, cu pietre abrazive intre suprafetele prelucrate,

-Lustruirea, cu discuri din pasla si pasta abraziva.

2.1.9. Alte procedee

Alte procedee tehnologice de prelucrare prin aschiere a pieselor metalice

sunt: mortezarea, brosarea, filetarea, etc.

2.2. Metode si procedee de prelucrare a materialelor prin

taiere si deformare plastica la rece

Aceste prelucrari au o pondere insemnata in industria de constructie a

sistemelor electrice intrucat peste 50% din totalul pieselor componente se

fabrica din materiale sub forma de table, bezi sau profile speciale.

Deformarea plastica este procesul tehnologic prin care se schimba forma si

dimensiunile initiale ale materialului de prelucrat sub actiunea fortelor

exterioare aplicate.

Avantajele procedeelor tehnologice de deformare plastica la rece: -Simplitate a executiei

-Durata redusa de prelucrare

-Precizie ridicata a dimensiunilor

-Calitate superioara a suprafetelor stantate

-Productivitate mare si cost scazut

-Pierderi reduse de material prin deseuri

-Interschimbabilitatea pieselor obtinute

-Durata mare de functionare a sculelor

-Posibilitatea mecanizarii si automatizarii proceselor de productie

Dezavantajele procedeelor tehnologice de deformare plastica la rece: -Sculele utilizate sunt foarte complexe si sunt executate din oteluri scumpe

-Matritele au cost ridicat, fiind rentabile doar la productia de serie si de masa

2.2.1. Taierea

Taierea este operatia tehnologica prin care materialul este separat in mai

multe parti distincte, dupa un contur inchis sau deschis, cu ajutorul a doua

taisuri conjugate sau a unui singur tais.

Taierea poate fi executata prin forfecare, stantare sau prin alte procedee.

2.2.1.1. Forfecarea

Forfecarea este operatia tehnologica de taiere prin care se obtine

suprafata de rupere cu ajutorul a doua taisuri asociate.

Forta necesara taierii unui material de grosime g este data de relatia:

Ff = k L g τ

unde:

k este un coeficient ce depinde de neuniformitatea materialului,

L este lungimea conturului,

τ este rezistenta materialului la forfecare.

Jocul intre cutite la operatia de forfecare trebuie sa fie:

J = (0,01 … 0,2) g

Material τ [daN/mm2] Material τ [daN/mm2]

Otel carbon 22 – 34 Duraluminiu 22 – 38

Tabla

silicioasa

45 – 58 Pertinax 7 – 11

Bronz 24 – 56 Textolit 8 – 15

Alama 24 – 48 Micanita 10

Cupru 16 – 24 Cauciuc 0,6 – 1

Aluminiu 5 – 12 Hartie 3 – 4

Valori ale rezistentei de rupere la forfecare

Tipuri de foarfece

p Ff

Ff p

Ff Ff

Daca taierea se executa cu foarfece cu lama inclinata forta de taiere

necesara este mai mica:

Ff = (k g2τ )/(2 tgφ)

unde φ este unghiul de inclinare al lamei (uzual φ = 2 .. 5°)

Utilajul tehnologic folosit pentru aceste operatii este format din:

-Foarfece cu cutite paralele, inclinate sau profilate folosite pentru taierea

tablelor si benzilor

-Foarfece cu discuri pentru debitarea tablelor sub forma de rulouri care

permite taierea mai multor fasii simultan.

2.2.1.2. Ştanţarea

Ştanţarea este operaţia tehnologica de prelucrare mecanica prin care

semifabricatul este taiat in doua sau mai multe parti distincte cu ajutorul

stantelor.

Stantele au doua parti componente principale: placa taietoare si

poansonul. Procesul de stantare este analog procesului de taiere la

foarfece, muchiile taietoare ale poansonului si placile taietoare putand fi

considerate ca niste muchii de cutit.

Principalele operatii de stantare intalnite in industria constructoare de

sisteme electrice sunt: retezarea, decuparea, perforarea, crestarea,

slituirea si tunderea.

1. Retezarea este operatia de detasare a materialului din semifabricat

dupa un contur deschis cu inlaturarea partii detasate.

2. Decuparea este operatia de obtinere de semifabricate sau piese prin

separarea completa a acestora dupa un contur inchis de restul

materialului. Partea desprinsa reprezinta piesa, iar partea cu goluri

reprezinta deseul. Decuparea se foloseste in special la stantarea tolelor

pentru masini electrice din banda de tabla silicioasa.

3. Perforarea este operatia de executare a gaurilor prin detasarea unei

parti de material din interiorul piesei dupa un contur inchis, partea

desprinsa constituind deseul.

4. Crestarea este operatia de detasare partiala a materialului dupa un

contur deschis, fara inlaturarea partii detasate.

5. Slituirea este operatia intermediara intre retezare si decupare fiind

folosita la unele din variantele tehnologice de executie a tolelor pentru

masini electrice, la stantarea crestaturilor deschise.

6. Tunderea este operatia de inlaturare a marginii neuniforme sau a

surplusului de material de la exteriorul piesei.

Procesul de stantare este influentat de anumiti factori tehnologici si

anume:

-Dimensiunile si forma conturului de stantat

-Duritatea materialului

-Jocul dintre poanson si placa de taiere

-Muchiile taietoare ale placii de taiere ale poansonului

-Forma sectiunii transversale a gaurii din placa de taiere

-Forma muchiilor taietoare ale poansonului

-Starea suprafetei materialului

Jocul dintre poanson si placa de taiere este foarte important acesta

afectand calitatea pieselor si durata de viata a stantei.

F

g

1

2

3

Schema procesului de stantare

1 – placa de taiere

2 – poanson

3 – materialul de stantat

Jocul este in general 4-18% din grosimea materialului, iar in cazul tolelor

din tabla silicioasa jocul se reduce la 6-7%.

Daca jocul este prea mic directiile fisurilor care pornesc de la muchiile

taietoare ale poansonului si ale placii taietoare coincid, suprafata de

forfecare nu este neteda impingerea materialului in matrita necesitand

eforturi mari care pot duce la uzura rapida a acesteia.

Daca jocul este prea mare piesa se deformeaza si apar bavuri exagerate.

Forta de taiere se calculeaza in functie de sectiunea materialului ce se

stanteaza si de rezistenta specifica la forfecare a acestuia prin relatia:

Ft = k p g τf

unde:

p este perimetrul conturului de taiere,

τf este rezistenta specifica de rupere a materialului la forfecare,

k este un coeficient ce tine seama de eventuala stirbire a materialului a

muchiei taietoare si de neuniformitatea grosimii materialului,

g este grosimea materialului.

In afara fortei Ft necesare taierii materialului, presa pe care se monteaza

stanta trebuie sa invinga si alte forte rezistente Fr ce reprezinta circa 15%

din forta de taiere, asa incat forta totala se exprima prin:

F = Ft + Fr = 1,15 Ft

Stantele sunt de mai multe feluri:

a) Cu actiune simpla

b) Cu actiune succesiva

c) Cu actiune combinata

a) Stantele cu actiune simpla pot decupa dintr-o data o figura cu contur

inchis (de ex. gaura pentru axul masinii in tola rotorica) sau o crestatura

(stanta cu pas). In timpul stantarii tola ramane pe poanson iar elementul

decupat cade liber prin gaura din placa de taiere. In timpul cursei de

intoarcere tola este scoasa de pe poanson de catre un dispozitiv special

numit aruncator incat la sfarsitul cursei stanta este pregatita pentru o

noua operatie.

b) Stantele cu actiune succesiva pot executa mai multe operatii de

stantare prin deplasarea succesiva a semifabricatului de la o operatie la

alta in sensul avansului. Stanta are doua sau mai multe poansoane care

lucreaza simultan si sunt situate de regula la nivele diferite diferenta de

nivel fiind egala cu grosimea materialului. In acest fel forta ce trebuie

dezvoltata de presa este mai mica si eficienta mai ridicata fata de cazul

in care nivelul poansoanelor ar fi identic. Forta ce trebuie dezvoltata de

presa trebuie sa asigure stantarea conturului maxim.

c) Stantele cu actiune combinata pot executa la o cursa a presei mai

multe operatii: decupare, ambutisare, indoire etc. Stantele cu actiune

combinata au o mare productivitate insa sunt mai scumpe si necesita

benzi lungi sub forma de rulouri, fiind utilizate de regula in cazul

productiei de serie sau de masa. Operatiile de stantare se executa pe

prese, tehnologia de stantare prezentand avantaje precum:

- Viteza sporita de lucru

- Putere si precizie mare

- Mecanisme automatizate

- Siguranta si protectie a muncii asigurate

Planuri de taiere a materialului la stantare.

Debitarea materialului prin stantare se face pe baza

unui plan ce urmareste utilizarea cat mai rationala a

materialului. In cazul cand stantarea se face prin

decupare, intre doua decupari succesive se lasa o

punte p si o margine m. Rolul puntilor si marginilor

este de compensare a erorilor de avans, respectiv

de fixare a materialului in matrita, evitandu-se astfel

rebuturile prin decuparea incompleta a pieselor.

Dimensiunile puntilor si marginilor trebuiesc reduse

la minim, acestea depinzand insa de complexitatea

piesei, de grosimea si calitatea materialului, de

constructia matritei etc.

p

m

2.2.1.3. Debitarea cu panze ascutite sau abrazive

Debitarea cu panze ascutite sau abrazive

este operatia tehnologica de prelucrare

mecanica la rece prin care suprafata de taiere

se obtine cu ajutorul unei scule de tip panza de

fierastrau sau disc abraziv.

Sculele care fac parte din aceasta categorie

sunt: ferastraul manual, ferastraul pendular,

polizorul unghiular, etc.

Scule pentru operatia de debitare

2.2.1.4. Debitarea cu jet de lichid abraziv

Debitarea cu jet de lichid abraziv este operatia tehnologica de taiere prin

care suprafata de taiere se obtine cu ajutorul unui jet de lichid abraziv

injectat sub presiune.

Acest procedeu tehnologic de mare precizie si productivitate permite

taierea eficienta atat a materialelor moi cat si celor dure (otel, cupru,

aluminiu etc.).

Echipametele moderne din aceasta categorie sunt echipate cu sisteme de

pozitionare de mare viteza si precizie controlate in intregime de calculator.

Acest procedeu presupune presurizarea apei sau a lichidului abraziv la

presiuni foarte mari de până la peste 300 MPa şi expulzarea jetului de

lichid la viteze de peste 700 m/s (peste 2 ori viteza sunetului) printr-un

orificiu de secţiune redusă. Granulele abrazive sunt injectate în curentul de

apă de mare viteză şi amestecate în interiorul unui tub ceramic. Jetul

abraziv este ulterior direcţionat către piesa de prelucrat.

Tăierea cu jet abraziv se utilizează eficient în diferite ramuri ale industriei

precum construcţia de automobile, de aeronave, etc. în vederea obţinerii

unor piese de precizie din materiale greu de tăiat prin alte procedee

obişnuite.

Caracterisiticile tehnice principale ale acestui procedeu sunt:

- Viteză de tăiere şi precizie foarte ridicate,

- Calitate superioară a suprafeţei de tăiere,

- Posibilitatea tăierii materialelor de mare duritate,

- Reducerea cantităţii de deşeuri rezultate în urma procesului de tăiere,

respectiv recuperarea mai uşoară a acestora,

- Automatizarea integrală a procesului tehnologic.

Echipamente de taiere cu jet de lichid abraziv

Operatia de taiere cu jet de lichid abraziv

2.2.2. Ambutisarea

Ambutisarea este procedeul de deformare la rece, prin care

semifabricatele plane se transforma in piese cave printr-una sau mai multe

operatii succesive de presare. Construcţia matriţelor utilizate pentru

ambutisare este determinată de forma pieselor ce trebuiesc executate.

Piesele simetrice se execută mai uşor decât cele nesimetrice care

necesită frecvent mai multe operaţii succesive. Ambutisarea se realizează

cu sau fără modificarea grosimii materialului, respectiv cu (piese de

înălţime mare) sau fără (piese de înălţime mică) inel de fixare .

1 – poanson

2 – semifabricat plan

3 – placă de ambutisare

4 – inel de fixare

Forţa de ambutisare maximă F trebuie să fie mai mică decât forţa de

rupere a pereţilor laterali ai piesei în jurul zonei inferioare:

F ≤ p g τrt

p – lungimea perimetrului piesei

g – grosimea materialului

τrt – rezistenţa la distrugere a metalului prin întindere

F 1

4

2

3

F F

Ambutisarea pieselor foarte adânci este mai greu de executat necesitând

în general mai multe operaţii succesive de ambutisare cu micşorarea

treptată a diametrului, respectiv cu creşterea treptată a înălţimii pieselor.

Jocul dintre poanson şi placa de ambutisare are influenţă mare asupra

forţei de ambutisare şi asupra calităţii piesei.

Ambutisarea este un procedeu eficient, de mare productivitate, care poate

fi integral automatizat, utilizat pe scară largă în industrie.

2.2.3. Deformarea continuă

Deformarea continuă este procedeul de prelucrare mecanică la rece prin

care semifabricatele preformate sunt transformate în piese cave cu

simetrie axială în urma unei operaţii de presare pe o matriţă antrenată în

mişcare de rotaţie. Formele matriţelor utilizate precum şi mişcarea rolelor

de presare sunt strict corelate cu forma şi grosimea piesei dorite.

Rolele de presare asigură un efort

radial local de comprimare care

determină deformarea semifabricatului

după conturul dorit, respectiv

modificarea grosimii acestuia.

Role de presare

Piesă

Piese obţinute prin deformare continuă

Deformarea continuă este un procedeu de mare eficienţă ce poate fi

utilizat la obţinerea pieselor din diverse tipuri de metale ce permit

prelucrarea la rece precum oţel, oţel inox, alama, cupru, argint, titan, etc.

Forma pieselor poate fi cilindrică, conică sau profilată în secţiune

transversală fiind întotdeauna circulară.

Acest procedeu permite:

- obţinerea unor piese de forme complicate dintr-o singură bucată de

material (fără sudură sau lipire)

- rezistenţă mecanică şi duritate sporită a pieselor obţinute

- economie de material

- control precis al conturului şi al grosimii pereţilor pieselor

- piese cu pereţi de grosimi variabile în funcţie de nivelul efortului mecanic

- grad sporit de finisare fără costuri suplimentare

2.2.4. Îndoirea

Îndoirea este procedeul de deformare la rece a semifabricatelor plane,

prin încovoiere în jurul unei muchii. În timpul îndoirii straturile din interiorul

materialului îndoit sunt comprimate, iar cele din exterior sunt întinse.

Procedeul de îndoire este influenţat de o serie de factori precum:

- direcţia de laminare a semifabricatului

- raza minimă de îndoire

- razele plăcii de îndoire pe care alunecă semifabricatul în timpul

procesului de îndoire

- jocul dintre placa de îndoire şi poanson

- arcuirea elastică a piesei după îndoire

- prelucrările iniţiale ale piesei sau ale semifabricatului

Forţa necesară pentru executarea operaţiei este:

F = k L g2 σr / l

unde:

k este un coeficient dependent de material şi de raza de curbură a piesei

îndoite,

L este lăţimea benzii,

g este grosimea materialului,

σr este efortul unitar la rupere in daN/mm2,

l este distanţa între reazeme exprimată în mm.

Schema procesului de îndoire

Razele minime de îndoire sunt în general r g pentru grosimi mici şi r >2g

pentru grosimi mari (g >2mm). Îndoirea se execută pe maşini de îndoit

universale, maşini de îndoit în muchie şi prese de îndoit.

Operaţia de îndoire

2.2.5. Trefilarea

Trefilarea este procedeul de prelucrare prin deformare plastică la rece ce

constă în trecerea forţată a materialului sub acţiunea unei forţe de

tracţiune prin deschiderea unei matriţe sau filiere de secţiune transversală

mai mică decât cea a semifabricatului iniţial.

5 – semifabricat supus trefilării

6 – filieră

7 – sârmă rezultată din trefilare

1

2

3

4

1

2

4

matriţă

filieră

1 – con de deformare

2 – cilindru de calibrare

3 – con de degajare

4 – con de ieşire

5

6

7

F

Procesul de trefilare

Trefilarea este procedeul industrial de fabricare a sârmelor de secţiune

redusă (d < 5mm), a barelor calibrate şi profilate cu precizie dimensională

ridicată, respectiv a ţevilor de diametru redus. Trefilarea se aplică oţelurilor

şi altor metale şi aliaje neferoase, precizia dimensională a produselor fiind

condiţionată de calitatea şi dimensiunile filierei sau matriţei (sculele

principale).

Datorită forţei de trefilare F materialul este supus la tensiuni interne mai

mari decât în cazul laminării. Acţiunea de avans şi subţiere este produsă

prin tracţiune. Prelucrarea are loc la rece aşa încât materialul se

ecruisează după fiecare trecere. Pentru restabilirea proprietăţilor de

plasticitate se aplică tratamentul de recoacere de recristalizare.

Coeficientul de trefilare este dat de raportul între diametrul produsului

trefilat d şi cel al semifabricatului iniţial D:

K = d/D

Cu cât coeficientul K creşte cu atât prelucrarea este mai uşoară (ex. pt.

oţel moale K = 0,86, pt. oţel semidur K = 0,95).

Tehnologia trefilării cuprinde: una sau mai multe trefilări, recoaceri

intermediare, decapări chimice pentru curăţirea superficială de oxizi şi

impurităţi, fosfatări şi lubrefieri pentru reducerea frecării de contact în

timpul prelucrării materialelor.

3. Metode si procedee tehnologice de prelucrare

mecanica la cald

In fabricatia sistemelor electrice intra diverse tipuri de piese si organe de

masini construite din materiale metalice si electroizolante care necesita o

prelucrare mecanică la cald.

Metodele si procedeele de prelucrare mecanica la cald se pot clasifica dupa

cum urmeaza:

-Metode si procedee de deformare plastică la cald

-Metode si procedee de turnare

3.1. Metode şi procedee de deformare plastică la cald

Deformarea plastica la cald este procesul tehnologic prin care se schimba

forma si dimensiunile initiale ale materialului de prelucrat sub actiunea

fortelor exterioare aplicate, materialul fiind în prealabil încălzit.

În categoria acestor metode şi procedee tehnologice se pot menţiona:

laminarea, forjarea, extrudarea, etc.

3.1.1. Laminarea

Laminarea este procedeul de prelucrare la cald sau la rece a

semifabricatelor cu ajutorul unor utilaje numite laminoare.

Principial prelucrarea prin laminare constă în presarea semifabricatului la

trecerea printre doi cilindri de laminare (sculele propriu-zise) care se rotesc

în sens invers. În procesul laminării materialul este prins şi antrenat între

cilindrii laminorului datorită forţelor de frecare care iau naştere între

suprafaţa metalului şi suprafaţa cilindrului. În zona de material cuprinsă

între cei doi cilindri are loc o reducere a secţiunii materialului iniţial şi

creşterea lungimii şi lăţimii acestuia.

1 – semifabricat iniţial

2 – cilindru de laminare

3 – semifabricat laminat

G g

1 2 3

O caracteristică importantă a procedeului

de laminare este reprezentat de gradul de

ecruisare al materialului dat de relaţia:

K = S0/S1 = G/g

unde:

S0 şi S1 - secţiunile exprimate în mm2

înainte, respectiv după trecere printre

cilindrii laminorului,

G şi g - grosimea exprimată în mm a

semifabricatului înainte, respectiv după

laminare.

Cilindrii de laminor se execută din: oţeluri carbon, oţeluri aliate, fonte

cenuşii, fonte dure, fonte aliate etc.

După numărul de cilindri laminoarele pot fi duo, trio, dublu duo, etc.

După construcţia laminoarelor acestea pot fi cu cilindrii drepţi (pt. produse

plate) sau cu cilindri calibraţi (pt. produse profilate).

Produse obţinute prin laminare: semifabricate (blumuri, brame, etc.) şi

produse finite (profile, table, benzi, sârmă, ţevi, discuri, roţi etc.).

Operaţia de laminare

3.1.2. Forjarea

Forjarea este procedeul de prelucrare prin deformare plastică la cald sau

la rece a materialelor metalice prin lovituri repetate sau prin presare, cu

ajutorul unor utilaje acţionate mecanic sau manual.

Prin forjare se prelucrează lingourile şi semifabricatele laminate. Produse

obţinute prin forjare sunt numeroase: axe pentru turbine, pârghii, bare de

legătură etc. Piesele obţinute au o formă geometrică apropiată de cea

cerută, urmând ca prin aşchiere să se ajungă la dimensiunile prescrise.

Caracteristicile pieselor forjate sunt superioare celor laminate sau turnate

piesele forjate având o structură omogenă şi densă. Calitatea pieselor

forjate depinde de gradul de forjare numit şi caroiaj, adică de raportul

dintre secţiunea piesei perpendiculară pe direcţia deformării, măsurată

înainte şi după prelucrare:

K = S0/S1

unde:

S0 şi S1 sunt secţiunile transversale ale semifabricatului exprimate în mm2

înainte, respectiv după forjare.

Gradul de caroiaj depinde de rezistenţa materialului la deformare, de forţa

de acţionare care realizează o anumită presiune specifică şi de viteza de

deformare (de ex. K = 2,5 – 4 pt. oţeluri de construcţii, K = 10 – 12 pt.

oţeluri înalt aliate).

Pe durata forjării materialul este supus la în principal la eforturi de

compresiune. Datorită rotaţiei semifabricatului în jurul axei sale, structura

internă rezultantă este mai uniformă şi cu granulaţie mai fină, fapt explică

utilizarea acestui procedeu la obţinerea pieselor de rezistenţă mecanică

sporită.

Etapele forjării unui arbore de maşină electrică

Etapele forjării unei piese de formă inelară

Operaţia de forjare

Machine No FO737.67

Serial Number 26952

Manufactured 1970

Rebuilt 1988

Shut Height 16"

Die Seat 61" LR x 63" FB

Ram Area 56" LR x 52" FB

SPM 46

Approx. Weight 600,000 Lbs

Floor Space 17' 6" LR x 14' 3" FB

Motor 250 HP

Not Currently Under Power

Price $1,470,000

Date nominale ale unei maşini de forjat

3.1.3. Extrudarea

Extrudarea este operaţia de deformare plastică la cald prin care materialul

este obligat sub acţiunea presiunii să curgă printr-o matriţă, astfel încât

secţiunea lui transversală să fie micşorată. Se deosebeşte de matriţare

prin condiţiile de lucru specifice: viteză mare de deformare, (peste10 m/s)

şi presiune specifică mare (200 – 4000 daN/mm2).

Extrudarea este un proces de deformare intensivă în care intevin tensiuni

de comprimare şi de frecare foarte ridicate ceea ce impune folosirea unor

utilaje de mare putere.

Extrudarea este caracterizată prin:

- Precizie dimensională sporită a pieselor obţinute,

- Calitate superioară a suprafeţelor,

- Productivitate ridicată,

- Piesele se obţin dintr-o singură operaţie, cu un consum specific de

material scăzut şi cu grade mari de deformare.

Prin acest procedeu se pot obţine produse profilate diverse: bare, ţevi,

profile etc.

Exemple de profile obţinute prin extrudare

Extrudarea se aplică atât pieselor din metale feroase cât şi neferoase şi

se poate executa la rece sau la cald. Prelucrarea la cald se foloseşte

pentru obţinerea de semifabricate sau produse finite, iar prelucrarea la

rece doar pentru fabricarea produselor finite.

P

4 2 1 3 5

1 – semifabricat iniţial

2 – camera de presare

3 – matriţă

4 – piston (poanson)

5 – piesă obţinută prin

extrudare directă

Schemă de principiu a extrudării directe

La extrudarea directă materialul curge în sensul acţiunii cursei active a

poansonului. Pentru obţinerea pieselor tubulare poansonul este prevăzut

cu un dorn care pătrunde în materialul iniţial până în matriţă. Vitezele

uzuale de lucru la extrudare sunt cuprinse între 400 – 700 m/min.

Pentru diminuarea frecării de contact extrudarea se execută în prezenţa

lubrifianţilor care permit reducerea uzurii sculelor şi împiedică lipirea.

Echipamente utilizate la extrudare

Piese obţinute prin extrudare

Utilizări ale profilelor obţinute prin extrudare

3.2. Metode şi procedee de turnare

Turnarea reprezintă metoda tehnologică de fabricaţie a pieselor prin

solidificarea materialului topit într-o formă adecvată configuraţiei şi

dimensiunilor pieselor. Peste 50 % din totalul pieselor utilizate în construcţia

de maşini sunt obţinute prin turnare.

Avantajele acestui procedeu tehnologic sunt:

- Posibilitatea obţinerii unor piese de formă complexă,

- Folosirea deşeurilor de metal prin retopire şi turnare,

- Utilizarea unor aliaje greu de prelucrat precum fontele,

- Obţinerea unor piese cu proprietăţi izotropice,

- Cost de fabricaţie redus.

Dezavantajul principal al acestui

procedeu tehnologic constă în

dificultatea obţinerii pieselor turnate cu

proprietăţi mecanice comparabile cu

cele ale pieselor obţinute prin deformare

plastică.

Principalele operaţii asociate executării pieselor prin turnare sunt:

- executarea modelelor, formelor şi miezurilor,

- topirea şi elaborarea metalului,

- turnarea metalului pentru umplerea cavităţii formei,

- solidificarea metalului în formă.

Criteriul principal de clasificare a procedeelor de turnare îl constituie

durabilitatea formei de turnare. Astfel turnarea poate fi executată în forme

temporare sau în forme permanente.

În funcţie de destinaţie turnarea poate fi în lingouri sau în piese.

Lingourile sunt semifabricate de forme simple destinate prelucrării prin

deformare plastică sau retopirii pentru elaborarea de aliaje.

Piesele turnate au forma şi dimensiunile apropiate de cele ale produsului

finit, prelucrările ulterioare fiind de regulă prin aşchiere.

3.2.1. Turnarea in forme permanente

Turnarea in forme metalice permanente este un procedeu ce prezinta

avantajul ca formele utilizate rezista la un numar foarte mare de turnari

(zeci de mii). Formele metalice se numesc cochilii sau matrite. Acestea se

confectioneaza in scularii, au un pret ridicat deoarece impun precizie

dimensionala si calificare ridicata. Turnarea in forme metalice permanente

este rentabila doar la productia de serie sau de masa.

Din aceasta categorie de procedee fac parte: turnarea in cochila, turnarea

sub presiune, turnarea in vid, turnarea centrifugala, turnarea continua.

La turnarea in cochila statica forma este metalica si se numeste cochila.

Aceasta se confectioneaza din fonta sau otel. Umplerea cochilei se face

sub actiunea greutatii proprii a metalului. Metoda se foloseste de regula la

aliaje neferoase, dar se pot turna si fonte sau oteluri.

Configuratiile pieselor ce pot fi turnate prin acest procedeu se recomanda

a fi simple, fara proeminente, cu pereti relativ grosi, de grosime uniforma.

Pentru a micsora socul termic la care sunt supuse cochilele la fiecare

turnare, acestea se preincalzesc.

3.2.1.1. Turnarea in cochila

Daca piesele au goluri interioare

acestea se obtin folosind miezuri pe

baza de nisip si lianti organici.

Piesele obtinute prin acest procedeu

de turnare au aspect placut, pereti

drepti, precizie dimensionala sporita,

rata redusa de rebuturi si structura

fina datorita vitezei de racire ridicate.

Datorita pretului ridicat al cochilei

acest procedeu se preteaza doar la

productia de serie.

1 – miez metalic

2 – semicochile

3 – piesa turnată

4 – plan de separaţie

1

2

3

4

Turnarea in cochila

La turnarea sub presiune umplerea matritei se face atat sub actiunea

greutatii proprii a metalului lichid cat şi sub acţiunea unei presiuni

exterioare suplimentare aplicate asupra metalului. Formele metalice se

numesc matriţe şi sunt foarte precise.

Metoda asigură obţinerea unor piese turnate de mare precizie. Metoda se

aplica pieselor cu pereţi subţiri, din aliaje cu fluiditate foarte bună.

Procedeul poate fi automatizat şi nu necesită operatori cu calificare înaltă.

Maşinile de turnat funcţionează pe principiul pompei. Metalul lichid este

presat în matriţă sub acţiunea unui piston sau a unui gaz sub presiune.

Dpdv al temperaturii camerei de presare a metalului, masinile de turnat pot

fi cu cameră caldă sau cu cameră rece.

La maşinile cu cameră caldă se sufla aer comprimat asupra metalului

lichid din creuzet, care la rândul său împinge metalul în matriţă.

Metoda se pretează doar la aliaje care nu oxidează în contact cu aerul.

Pentru celelalte aliaje se recomandă folosirea unui gaz inert, ceea ce

scumpeşte procedeul.

În cazul maşinilor cu camera rece şi piston, aliajul se aduce in stare topita

intr-un cuptor în vecinatatea masinii de turnat fiind apoi dozat şi injectat

sub presiune în matriţă.

3.2.1.2. Turnarea sub presiune

Maşini de turnat sub presiune cu cameră caldă

1 2

3 4

Maşini de turnat sub presiune cu cameră rece

1 2

3 4

La turnarea centrifugală forma nu mai este statică ci în mişcare continuă

de rotaţie în jurul unui ax orizontal sau vertical. În forma metalică se toarnă

metalul care datorită forţei centrifuge este proiectat pe pereţii formei.

Calitatea şi precizia pieselor depind de turaţia sistemului de antrenare.

Aceasta metoda asigură obţinerea unor piese turnate cu pereţi subţiri, cu

structură densă şi bună rezistenţă mecanică, cu goluri interioare, fără

utilizarea miezurilor sau a pieselor bimetalice.

3.2.1.3. Turnarea centrifugală

Instalaţie de turnare centrifugală cu ax orizontal

Instalaţii de turnare centrifugală cu ax vertical

Piese obţinute prin turnare centrifugală

Turnarea continuă este procedeul care permite obţinerea unor produse de

tip bară, mai lungi decât forma în care se obţin. Principiul metodei constă

în turnarea metalului lichid într-un cristalizor care este de fapt o cochilă cu

pereţi dubli prin care circulă apa de răcire. Sub acţiunea transferului de

căldură spre exterior, metalul ce se solidifică este tras dintre pereţii

cristalizorului. Pentru a accelera răcirea după ieşirea din cristalizor se

aplică o răcire cu duşuri de apă. Procesul este automatizat, viteza de

tragere a semifabricatului fiind corelată cu viteza de turnare şi solidificare.

3.2.1.4. Turnarea continuă

Prin turnare continuă se pot obţine semifabricate şi piese lungi de diferite

profile. Acest procedeu se aplică pe scară largă la oţeluri şi pe scară mai

redusă la neferoase, caz în care se folosesc instalaţiile orizontale.

Produsele obţinute sunt de tip brame, destinate prelucrării ulterioare prin

deformare plastică. Datorită răcirii forţate pot apare tensiuni în material şi

fisuri.

Turnarea continuă prezintă avantaje precum:

-obţinerea semifabricatelor cu structură internă şi cu aspect plăcut al

suprafeţelor superioare procedeelor clasice,

-reducerea consumului de metal cu 10-15%,

-reducerea costurilor cu circa 15%,

-reducerea cheltuielilor de investiţie cu circa 15%.

Turnarea continuă

Turnarea in forme temporare este cel mai ieftin procedeu de turnare.

Aceste forme se utilizeaza la o singura turnare dupa care se distrug.

Forma se confectioneaza din amestec de formare pe baza de nisip, cu

ajutorul modelelor si ramelor de formare. Operatia de formare propriu-zisa

a cavitatii care reproduce configuratia exterioara a piesei necesita multa

manopera, utilaje, energie, etc.

Din această categorie de procedee de turnare se pot menţiona: turnarea in

forme temporare realizate din amestec de formare obişnuit, turnarea in

forme temporare realizate din amestecuri de formare speciale; din ultima

categorie fac parte turnarea în forme coji cu modele uşor fuzibile, turnarea

în forme cu modele din polistiren etc.

3.2.2. Turnarea in forme temporare

Turnarea in forme cu modele din polistiren este un procedeu de turnare

ieftin şi eficient, ce permite obţinerea unor piese de forme geometrice

complexe şi cu aspect plăcut, cu nivel ridicat de precizie.

Polistirenul este o masă plastică ieftină, obţinută prin polimerizarea

stirenului care, la un volum dat, conţine circa 95% aer. Modelul din

polistiren poate fi realizat în forme sau matriţe, fiind ulterior înglobat în

nisip, amestec de formare sau alice metalice. Metalul topit se toarnă peste

modelul din polistiren care se vaporizează cu degajarea unei mici cantităţi

de gaze, metalul căpătând forma modelului.

3.2.2.1. Turnarea in forme cu modele din polistiren

Model din

polistiren

Nisip sau

amestec de

formare sau

alice metalice Model

Metal

topit

Polistiren ars

cu degajare de

gaze

Turnarea in forme

Formarea termoplastelor

Formarea termoplastelor

/wiki/Image:Inside_the_mold.jpg

4. Metode si procedee utlizand tehnologii electrice

speciale

Prin tehnologii electrice speciale se înţeleg acele tehnologii care au la bază

un fenomen preponderent electric, fiind utilizate in vederea schimbarii formei,

conţinutului sau structurii semifabricatului sau piesei procesate.

Tehnologiile electrice speciale au la bază efectele fizico-chimice ale curentului

electric precum:

- Efecte termice (ex. efect Joule),

- Chimice (ex. ionilor în soluţii de electrolit)

- Dielectrice (ex. descărcări electrice)

- Mecanice (ex. forţe în câmp electric sau magnetic)

- Magnetice (ex. producerea de câmpuri magnetice intense)

- Luminoase (ex. descărcări în gaze) etc,

Din categoria metodelor şi procedeelor ce utilizează tehnologii electrice

speciale fac parte: prelucrarea prin electroeroziune, prelucrarea

electrochimică, prelucrarea cu fascicol de electroni, prelucrarea cu fascicol de

fotoni (laser), prelucrarea cu ultrasunete, prelucrarea cu plasmă termică,

magnetoformarea, procedeele de sudare electrică, etc.

Caracteristici ale tehnologiilor electrice speciale:

- Echipamentele utilizând electrotehnologii pot fi informatizate, fiind uşor de

integrat în sisteme flexibile de prelucrare,

- Tehnologiile electrice speciale permit dezvoltarea de echipamente de

prelucrare eficiente, de înaltă calitate şi productivitate, cu facilităţi deosebite, la

costuri competitive,

- Permit prelucrarea eficientă a unor materiale speciale (ex. materiale dure şi

foarte dure) dificil de prelucrat prin alte procedee existente.

4.1. Prelucrarea prin electroeroziune

Prelucrarea prin electroeroziune a metalelor este un procedeu bazat pe

fenomene erozive complexe, discontinue şi localizate, ale unor descărcări

electrice prin impuls, amorsate în mod repetat, într-un spaţiu limitat, între

electrodul sculă şi piesă, separate între ele de un mediu dielectric lichid.

Avantaje:

- Permite prelucrarea materialelor bune conducătoare de electricitate,

indiferent de proprietăţile fizico-chimice ale acestora

- Oferă condiţii economice la prelucrarea pieselor de formă complexă

- Asigură precizie ridicată a pieselor prelucrate

- Piesele pot fi atât de dimensiuni mari, cât şi de dimensiuni mici

- Se exercită o acţiune mecanică minimă asupra piesei de prelucrat

1) Iniţierea unei descărcări între electrodul sculă şi

piesă cu purtători de sarcină ioni şi electroni

+

-

E

2) Etapa descărcării luminiscente

3) Accentuarea efectelor ionizante, între cei doi

electrozi se formează un canal de plasma cu

conductivitate electrică mare şi temperatură ridicată,

descărcarea evoluând spre descărcarea în arc

electric.

Etapele prelucrării prin electroeroziune

+

-

E

+

-

E

Piesă

Sculă

Etapele prelucrării prin electroeroziune

4) Formarea unei bule de gaze în jurul canalului de

descărcare, cu presiuni şi temperaturi mari în interior,

ceea ce provoacă fenomene de piroliză

(descompunere termică) a lichidului de lucru.

5) Prin întreruperea curentului, bula de gaze dispare,

iar particulele de metal din zonele topite sunt

antrenate de fenomenele hidrodinamice, formându-se

mici cratere.

+

-

-

+

Termice, determinate de cedarea bruscă a energiei cinetice a sarcinilor

electrice în mişcare; aceste efecte produc topire sau vaporizare, lentă sau

rapidă, topirea fiind preferabilă; metalul evacuat se solidifică apoi în lichidul

de lucru, acesta evacuându-l din intersţitiul de lucru.

Mecanice şi hidrodinamice, generate de formarea bulelor de gaz,

expasiunea şi apoi spargerea lor la întreruperea curentului.

Fenomene de bază

- Energia electrică este transmisă direct la nivelul suprafeţei obiectului

prelucrat

- Impulsurile au o durată stabilită pentru a permite preluarea materialului pe

toată zona interstiţiului de lucru

- Regimul de lucru asigură o productivitate mare cu uzură minimă a

electrodului sculă

- Starea iniţială trebuie restabilită continuu pentru ca procesul să se

reproducă fidel, ceea ce impune circulaţia, eventual forţată, a lichidului de

lucru

Particularităţi ale procesului

Caracteristicile electrodului sculă

Să prezinte uzură minimă în cursul procesului

Să aibă rezistivitate electrică relativ mică

Să fie stabil la coroziune

Să fie uşor de prelucrat

Să aibă cost redus

Materiale: cupru, aluminiu, grafit, pseudoaliaje W-Cu, W-Ag, etc.

Lichidul de uzinare asigură mediul electroizolant între piesă şi sculă,

respectiv asigură vehicularea particulelor de metal prelevate.

Lichidul de uzinare trebuie:

- Să aibă o rigiditate dielectrică mare şi bună capacitate de răcire

- Să nu producă prin descompunere gaze nocive sau compuşi corozivi

- Să aibă vâscozitate mică pentru a pătrunde în interstiţii

- Să fie stabil şi neutru chimic

- Să aibă temperatură ridicată de inflamare, peste 40° C

- Să aibă preţ accesibil.

Lichide de uzinare folosite: apă distilată, alcool etilic sau metilic, petrol

lampant, ulei de transformator etc.

Caracteristicile lichidului de uzinare

Electrod profilat

Piesa

Electrod filiform

Piesa

Tipuri de electrozi sculă

Electrod profilat (ex. prismatic, tronconic, disc, etc.)

Electrod filiform

Operaţii realizate

Prelucrarea şi finisarea unor orificii şi cavităţi (ex. matriţe, filiere, cochile),

găurire, gravare, debitare (ex. plăci, poansoane de ştanţe, cuţitelor

profilate), decupare după contur, rectificare, filetare interioara etc.

Schemă electrică de generator de impulsuri de tensiune

R Ld

C U

+

–

ES

PP DL

ES - electrod sculă

DL - dielectric lichid

PP - piesă de prelucrat

Echipamente de prelucrare prin electroeroziune

Cu electrod profilat Cu electrod fir

Echipamente de prelucrare prin electroeroziune

Electrozi sculă şi piese prelucrate

4.2. Prelucrarea prin eroziune electrochimică

Prelucrarea prin eroziune electrochimică reprezintă un proces complex

având la bază acţiunea combinată electrochimică, electroerozivă şi

mecanică, exercitată de către agentul chimic, curentul electric şi electrodul-

sculă asupra materialului piesei de prelucrat.

Fenomenul de bază este cel de electroliză provocat de trecerea curentului

electric printr-o baie ce conţine o soluţie apoasă de săruri, ce determină

trecerea în soluţie a materialului anodului (dizolvare anodică) şi

depunerea sa la catod.

Avantaje:

- Permite realizarea de piese de forme complicate, cu o precizie

dimensională ridicată (până la ±1mm)

- Procedeul este foarte eficient şi economic faţă de altele existente

- Fenomenul de eroziune electrochimică nu este influenţat de duritatea

materialului,

- Se poate utiliza la prelucrarea unor piese din materiale dure şi foarte dure,

piese din oţeluri refractare, oţeluri de scule, inoxidabile, carburi metalice,

etc.

Etapele prelucrării prin eroziune electrochimică

1) Aplicarea unei tensiuni continue între

cei doi electrozi (electrodul sculă

catod - şi piesă anod +) între care se

află o soluţie apoasă de săruri Piesă

-

+

– +

Sculă

2) Disocierea sărurilor în ioni negativi şi

ioni pozitivi -

+

– +

3) Ionii se deplasează spre electrozii de

semn contrar -

+

– +

Etapele prelucrării prin eroziune electrochimică

-

+

– +

4) La catod (-) se degajă hidrogen

şi are loc depunere de metal; la anod (+)

se degajă oxigen şi are loc trecerea

metalului în soluţie

H2 O2


Procesul poate fi automatizat asingurând astfel eficienţă şi precizie

ridicată

Procesul are loc cu degajare de hidrogen şi vapori de săruri, care sunt

substanţe nocive ce trebuiesc evacuate forţat,

Formarea unui strat de compuşi neutri (peliculă pasivă), la anod, care

face dificil contactul metalului cu soluţia; stratul trebuie îndepărtat printr-un

procedeu denumit depasivare.

Acest procedeu de prelucrare se poate combina cu cel de electroeroziune

căpătând denumirea de prelucrare prin eroziune complexă electrică şi

electrochimică (anodo - mecanic).

Caracteristicile electrodului sculă

Electrodul sculă şi piesa de prelucrat nu intră în contact direct pe durata

prelucrării, deci nu există frecare, nu există scântei, scula nu se erodează,

şi nu se impun condiţii de duritate sculei sau alte proprietăţi mecanice

speciale;

Materialele utilizate trebuie să fie bune conducătoare de electricitate,

anticorozive, iar profilul sculei să reproducă fidel profilul piesei de prelucrat;

Electrozii sculă se execută din cupru electrolitic, aluminiu, grafit, alamă,

oţel, combinaţii cupru-grafit etc.

Electroliţii trebuie să asigure:

- Închiderea circuitului electric,

- Înlăturarea din zona de prelucrare a produselor rezultate în urma reacţiei,

- Înlăturarea căldurii rezultate în urma reacţiei.

Electroliţii utilizaţi trebuie să aibă:

- O bună conductibilitate electrică,

- Toxicitate redusă,

- Coroziune cît mai mică,

- Stabilitate chimică şi electrochimică,

- Efecte de pasivare reduse.

Electroliţi folosiţi: acizi, baze sau neutri funcţie de materialul prelucrat.

Caracteristicile electroliţilor

Operaţii realizate

Finisarea şi lustruirea suprafeţelor pieselor metalice, gravare, frezare,

tăiere, strunjire, rectificare, debavurare, executarea şi prelucrarea găurilor

de diferite dimensiuni, forme şi profile, etc.

Exemple: ascuţirea sculelor, realizarea ştanţelor, matriţelor, fabricarea

paletelor pentru turbine etc.

Schema unei instalaţii de prelucrare electrochimică

Sursă de

alimentare de c.c.

Pompă pentru

injectarea electrolitului

Sculă

Piesă Electrolit

Cuvă

Echipamente de prelucrare electrochimică

Alezare Copiere

Piese obţinute prin prelucrare electrochimică


Inainte de prelucrare După prelucrare

Prelucrarea găurilor

-prin metode convenţionale: 480 min.

-prin eroziune electrochimică: 55 min.

4.3. Prelucrarea cu fascicol de electroni

Prelucrarea cu fascicol de electroni reprezintă un proces complex având

la bază fenomenul de emitere a unei cantităţi de căldură la impactul dintre

un fascicol de electroni şi suprafaţa materialului prelucrat.

Fascicolul de electroni este emis (emisie termo-electronică) de către un

filament incandescent (catod) aflat într-o incintă vidată şi ulterior accelerat

prin aplicarea unui câmp electric sau magnetic în interiorul unui tun

electronic. Energia cinetică obţinută (viteze de circa ¾ din viteza luminii)

este cedată în cea mai mare parte sub formă de căldură atunci când

electronii lovesc suprafaţa piesei de prelucrat (anod).

Avantaje:

- Energia este puternic concentrată având un grad ridicat de focalizare şi

rezoluţie, putând determina încălzirea, topirea sau vaporizarea materialului

prelucrat,

- Permite reglarea şi reproducerea cu mare precizie a parametrilor

funcţionali,

- Permite o poziţionare precisă şi rapidă,

- Randament ridicat al utilizării energiei injectate,

- Permite procesarea oricarui tip de material,

- Viteză mare de procesare (20 mm3/minut).

Schema unei instalaţii de prelucrare cu fascicol de electroni

Filament generator de electroni

Catod

Anod

Diafragmă pentru concentrarea fascicolului

Sistem electromagnetic de focalizare

Dispozitiv de deflexie

Piesa de prelucrat


Echipamentele de prelucrare cu fascicol de electroni combină tehnica

vidului şi a tensiunilor înalte, opto-electronica, comanda numerică şi

mecanica fină,

Accelerarea electronilor se execută în vid altfel electronii s-ar ciocni de

moleculele de aer, s-ar dispersa şi energia s-ar pierde,

Piesa este prelucrată într-o incintă vidată,

Procedeul poate fi automatizat, necesitând atât controlul fascicolului de

electroni cât şi al poziţiei piesei.

Operaţii realizate

Tratamente termice, sudare şi aliere superficială, perforări, tăieri;

Prelucrarea oţelurilor speciale şi a metalelor greu prelucrabile prin alte

procedee clasice, acoperirea suprafeţelor cu pelicule subţiri, scriere,

marcare, trasare, gravare, etc.

Exemple de prelucrări: suduri între materiale refractare şi greu fuzibile

(titan, wolfram, tantal, zirconiu) şi de dimensiuni mici, realizarea de găuri

adânci, execuţia de reţele de găuri de mici dimensiuni (0,05 mm) şi tăieri

profilate ale foliilor din materiale greu fuzibile, ale filierelor pentru fibre de

sticlă, microprelucrări de tip găuri, canale, fante de precizie ridicată,

doparea semiconductorilor, uscarea vopselelor, etc.

Echipamente de prelucrare cu fascicol de electroni

Piese obţinute prin prelucrare cu fascicol de electroni

4.4. Prelucrarea cu fascicol de fotoni – LASER

Prelucrarea cu fascicol de fotoni - LASER (Light Amplification by

Stimulated Emission of Radiation) reprezintă un procedeu modern având

la bază utilizarea razei luminoase continue sau în impulsuri, emisă de un

generator optic cuantic.

În funcţie de natura mediului activ laserii sunt de trei tipuri: cu mediu solid,

cu mediu lichid sau cu mediu gazos. În funcţie de modul de lucru laserii pot

fi cu funcţionare continuă sau în impulsuri.

Avantaje:

- Energia este puternic concentrată având un grad ridicat de focalizare,

intensitate şi rezoluţie,

- Permite reglarea, automatizarea şi reproducerea cu mare precizie a

parametrilor funcţionali,

- Procedeul poate fi utilizat la prelucrarea oricărui material existent în

natură,

- Permite o poziţionare precisă şi rapidă,

- Prezintă randament ridicat al utilizării energiei injectate,

- Deformaţiile termice şi tensiunile interne sunt reduse,

- Prelucrarea are loc fără contact mecanic sculă – piesă,

- Nu necesită atmosferă de lucru controlată şi nici măsuri de protecţie şi

securitate deosebite,

- Viteză mare de procesare.

Operaţii realizate şi aplicaţii ale laserilor

Tratamente termice de suprafaţă sau de volum, sudarea, tăierea,

găurirea, marcarea, gravarea, topirea, depunerea straturilor subţiri,

vaporizarea, etc.

Alte utilizări ale laserilor: metrologie, fizica nucleară, stocarea

informaţiilor, sisteme de poziţionare, sisteme de scanare şi înregistrare

(citire coduri de bare), holografie, medicină, aplicaţii militare, etc.


Explicaţia fenomenologică a proceselor specifice prelucrării cu fascicol

laser au la bază teoria mecanicii cuantice elaborată de Planck,

Fascicolul laser poate străbate distanţe lungi fără a se amortiza şi poate fi

focalizat utilizând lentile speciale, obţinându-se densităţi mari de energie,

La densităţi reduse de putere se produce încălzirea piesei pe o adâncime

ce depinde de constantele termofizice de material şi de durata impulsului,

La creşterea densităţii de putere apare topirea materialului la suprafaţă şi

încălzirea înspre interior,

Pentru densităţi mai mari de putere se produc vaporizarea la suprafaţa

materialului, respectiv topirea şi încălzirea spre interior,

La valori foarte mari ale densitatii de putere au loc vaporizarea, topirea şi

încălzirea materialului, iar vaporii sunt ionizaţi formându-se plasmă.

Schema de principiu a unei instalaţii de prelucrare cu laser

Generator

laser

Modulare,

diagramare si

conducerea

fasciculului

Focalizarea

fasciculului

Piesa de

prelucrat

Masa pentru fixare si

pozitionare Comanda

pozitionare Bloc de

comanda

Sursa de

alimentare Monitorizare

Schema de principiu a unei instalaţii de prelucrare cu laser

Lumini de diverse culori răspândite Lumină monocromatică concentrată

Echipamente de prelucrare cu fascicol laser

Piese obţinute prin prelucrare cu fascicol laser

Alte aplicaţii ce utilizează fascicolul laser

4.6. Prelucrarea în plasmă termică

Plasma reprezintă starea de agregare a materiei cea mai răspânditâ în

univers. Creşterea energiei specifice a materiei determină trecerea

succesivă a acesteia prin stările de agregare solidă, lichidă, gazoasă,

repectiv plasmă.

La scară microscopică plasma reprezintă un sistem de particule pozitive,

negative, neutre, cuante de radiaţie şi câmpuri electromagnetice aflate în

continuă interacţiune (ex. fulgerul, arcul electric de joasă tensiune). La

scară macroscopică plasma poate fi considerată ca un fluid neutru sau

cvasineutru compus dintr-un număr aproximativ egal de ioni pozitivi şi

negativi.

Plasma se produce uzual prin descărcări electrice în gaze şi este

caracterizată prin conductivitate electrică mare, temperaturi ridicate,

capacitate de interacţiune cu câmpurile electrice şi magnetice, etc.

Avantaje:

- Permite prelucrarea materialelor greu fuzibile,

- Eficienţă economică ridicată în cazul anumitor prelucrări specifice,

- Permite injectarea unor densităţi mari de putere la nivelul pieselor de

prelucrat.

În cazul prelucrărilor uzuale se folosesc plasme termice obţinute în urma

unor descărcări electrice în gaze prin arc, prin scântei etc. obţinându-se

temperaturi între 6000 şi 30000 °K.

Plasma se obţine în generatoare de plasmă, numite şi plasmatroane, în

care coloana arcului electric este forţată sub acţiunea unui jet de gaz să

treacă printr-un spaţiu limitat reprezentat de orificiul unei duze.

Generatoarele de plasmă pot funcţiona în funcţie de tipul de descărcare

în două variante:

- cu arc de plasmă (arcul arde între electrodul catod şi piesa anod trecând

ărin duză)

- cu jet de plasmă (arcul arde între electrodul catod şi duza anod, plasma

fiind suflată sub formă de jet de către presiunea gazului plasmagen,

Gazele plasmagene sunt livrate în butelii de înaltă presiune, cele mai

utilizate fiind: argon, hidrogen, azot, heliu, kripton, sau amestecuri.


Operaţii realizate

Tăiere termică, topire-retopire, tratamente termice, sudare, vaporizare,

pulverizare, metalizare, etc.

Procedeul se utilizează la prelucrarea oţelurilor inox, oţelurilor refractare,

aliajelor de titan, cupru, magneziu, aluminiu, fontă, deşeuri toxice ale

industriei chimice, etc.

Schema unui generator de plasmă

Electrod de wolfram

Jet de gaz plasmagen

Sistem de răcire

Jet de plasmă

Piesă de prelucrat

Sursă de c.c.

-

+

Echipamente de prelucrare în plasmă termică

4.7. Prelucrarea cu ultrasunete

Ultrasunetele sunt vibraţii acustice de frecvenţe ridicate (de regulă în

gama 20 kHz ... 30 MHz), caracterizate printr-o lungime de undă mică,

acceleraţii foarte mari aplicate particulelor de material, energii locale foarte

ridicate, cu posibilitatea dirijării acestora.

Prelucrarea prin eroziune ultrasonică are la bază transmiterea energiei

cinetice de vibraţie a sculei materialului supus prelucrării, prin intermediul

granulelor abrazive libere prezente în suspensie lichidă în interstiţiul de

lucru.

Avantaje:

- Permite prelucrarea materialelor dure şi casante, metalice sau nemetalice,

- Productivitate ridicată,

- Se pot obţine piese de forme geometrice complexe,

- Utilajele au în general dimensiuni reduse şi grad ridicat de automatizare,

- Energia poate fi dirijată cu precizie către regiunea prelucrată,

- Procedeul asigură o prelucrare de mare precizie (0,01 mm), calitatea

suprafeţelor fiind dependentă de mărimea granulelor abrazive, de

concentraţia lichidului de lucru etc.

Efecte ale ultrasunetelor

Efecte mecanice, apărute datorită aportului de energie mecanică

determinat de propagarea undelor ultrasonice, care poate conduce în

mediul de lucru a obţinerea unor eforturi unitare importante,

Efecte termice, datorită absorbţiei preferenţiale a energiei ultrasonore în

mediul prin care se propagă undele acustice,

Cavitaţia acustică, apărută datorită faptului că în mediul lichid parcurs de

ultrasunete suficient de intense se formează “bule” sau “cavităţi” gazoase

ca rezultat al ruperii lichidului sub incidenţa compresiilor şi destinderilor

rapide cauzate de propagarea undelor staţionare,

Efecte chimice, determinate de faptul că energia asociată propagării

undelor ultraacustice în medii lichide favorizează intensificarea unor reacţii

chimice,

Efecte biologice, ce pot apărea la propagarea ultrasunetelor prin

sisteme biologice, dacă se depăşesc valorile de prag ale parametrilor de

expunere (frecvenţă, intensitate acustică, durată etc.); efectele pot fi

pozitive sau negative.

Obţinerea ultrasunetelor

Prin efect magnetostrictiv şi piezoelectric, pe cale electrodinamică, pe

cale aero şi hidrodinamică, şi pe cale ionică, datorită absorbţiei

preferenţiale a energiei ultrasonore în mediul prin care se propagă undele

acustice.

Ultrasunetele transportă energii mult mai mari decât sunetele; intensitatea

ultrasunetelor poate atinge valori până la 105W/m2 şi presiuni până la circa

10 atmosfere,

Absorbţia şi difuzia ultrasunetelor este mai mare faţă de cea a sunetelor;

ultrasunetele sunt absorbite puternic în gaze şi slab în lichide şi solide,

Transmisia ultrasunetelor creşte cu densitatea materialului,

Acceleraţia particulelor este mare, ajungând până la 105.g,

Ultrasunetele pot fi amplificate, focalizate şi dirijate în direcţia dorită,

La intensităţi mari ale undei ultrasonore apare fenomenul de cavitaţie, ce

constă în “ruperea” lichidului în anumite zone particulare.


Operaţii realizate şi aplicaţii ale ultrasunetelor

Prelucrarea dimensională precum executarea de piese, de găuri sau

cavităţi de forme complexe, sudarea ultrasonică, eroziunea, deformarea

plastică, trefilare, curăţarea suprafeţelor, etc.

Procedeul se utilizează la prelucrarea materialelor fragile, casante, cu

duritate ridicată, greu prelucrabile prin alte procedee, cum ar fi materiale

ceramice, corindon, ferite, diamante tehnice, materiale semiconductoare,

produse din sticlă, compozite, oţeluri aliate, carburi de wolfram, etc.

Ultrasunetele se folosesc deasemenea în defectoscopie, medicină,

metrologie, chimie (activarea ultrasonică a proceselor fizico-chimice),

tehnica depunerilor, etc.

Schema unui sistem de prelucrare ultrasonoră

Transductor electroacustic

Sursă de energie electrică de c.a. 230 V

50 Hz

Fixare mecanică

Adaptare acustică (ghid de undă)

Scula tehnologică (sonotrodă)

Piesa prelucrată

Mediu de lucru (suspensie abrazivă)

Generator de ultrasunete

Echipamente de prelucrare ultrasonoră

Aplicaţii ale ultrasunetelor

4.8. Procesarea prin inducţie electromagnetică

Procesarea prin inducţie electromagnetică are la bază legea inducţiei

electromagnetice şi efectul Joule al curenţilor induşi. O bobină inductoare

alimentată de la o sursă de curent alternativ generează în vecinătate un

câmp magnetic la rândul său variabil în timp. Conform legii inducţiei

electromagnetice, în orice piesă conductoare care se află într-un astfel de

câmp magnetic, numit câmp inductor, apar curenţi induşi, care prin efect

Joule determină încălzirea piesei.

Avantaje:

-Absenţa contactului direct între inductor şi piesa de încălzit;

-Nivelul ridicat de putere injectată în piesa de încălzit, rezultând o viteză

mare de încălzire faţă de alte tehnici, deci o reducere a pierderii de material

prin oxidare;

-Bun randament electric, deci bun randament global al instalaţiei (60-85%);

-Mentenanţă uşoară;

-Posibilitatea automatizării proceselor tehnologice;

-Posibilitatea controlului puterii induse prin variaţia frecvenţei de alimentare;

-Spaţiul redus ocupat de echipamentele aferente;

-Punere rapidă în funcţiune;

-Protecţia mediului înconjurător procedeul fiind ecologic fără emisie de

gaze nocive;

-Durată lungă de viaţă a echipamentelor.

Principiul procesării prin inducţie electromagnetică

Bobine inductoare

Curenţi induşi

Principiul procesării prin inducţie electromagnetică

δ

x

0 eδ

2HxJ )(

δ

2x

2

2

0 eδ

Hρpj(x) 2

Adâncimea de pătrundere:

r0 μωσμ

2δ

Controlul distribuţiei puterii induse

δ

2x

2

2

0 eδ

Hρpj(x) 2

r0 μωσμ

2δ Adâncimea de pătrundere:

Aplicaţii industriale ale procesării prin inducţie

electromagnetică

Procesarea prin inducţie electromagnetică are multiple aplicaţii în diverse

ramuri ale industriei precum industria metalurgică, mecanică, electronică,

chimică, alimentară etc.

Exemple de aplicaţii ale procesării prin inducţie electromagnetică :

-Topirea, menţinerea în stare caldă şi supraîncălzirea metalelor (oţel, fontă,

aluminiu, aliaje de cupru etc.), în cuptoare cu creuzet sau cu canal;

-Încălzirea în volum în vederea prelucrării la cald prin forjare, matriţare,

presare, laminare, etc., a semifabricatelor din oţel, cupru, aluminiu, etc.,

sub formă de blocuri, bare, table, sârme, profile, etc.;

-Tratamente termice de călire sau recoacere ale pieselor din oţel, fontă,

aluminiu, cupru, în vederea îmbunătăţirii proprietăţilor mecanice.

-Lipirea şi sudarea pieselor metalice;

-Topirea metalelor în cuptoare fără căptuşeală refractară (cuptoare cu

creuzet rece);

-Încălzirea sau topirea indirectă a materialelor nemetalice (apă, sticlă, oxizi

refractari, produse alimentare);

-Fabricarea materialelor semiconductoare;

-Încălzirea pieselor în vederea uscării sau îndepărtării lacurilor, vopselelor

etc.;

-Procesarea materialelor cu grad înalt de puritate utilizând plasma

inductivă.

Tipuri de inductoare

Ţeavă de cupru

Apa de răcire

a) b)

Inductoare convenţionale

a) inductor cilindric;

b) inductor rectangular.

Curent inductor Curent inductor

Apa de răcire


a) b)

Încălzirea prin inducţie a pieselor tubulare

a) dinspre interior; b) dinspre exterior.

Inductor

Ţeavă cilindrică

Distribuţia

puterii induse

Ţeavă cilindrică

Inductor

Distribuţia

puterii induse


a) b)

Controlul distribuţiei de temperatură prin intermediul miezurilor magnetice;

a) inductor fără miez magnetic; b) inductor cu miez magnetic.

Piesa de încălzit

Profil de temperatură

Piesa de încălzit

Inductor

Miez magnetic

Profil de temperatură

Inductor


a) b)

Influenţa repartizării solenaţiei inductoare; a) inductor dublu-strat; b) inductor

combinat, simplu şi dublu strat.

Piesa de încălzit

Profil de

temperatură

Inductor

Piesa de încălzit

Inductor

Profil de

temperatură


Sistem de călire cu deplasare.

Inductor

Duş de răcire

Distribuţia puterii induse

Piesa de încălzit

Direcţia de deplasare


Inductor tip “tunel”.

Apa de răcire

Inductor de formă specială.


Inductor cu flux magnetic transversal.

Miez magnetic

Bandă metalică Bobine inductore

Liniile câmpului magnetic


Bobină inductor Piese magnetice

Miezuri auxiliare

Bandă metalică Piese magnetice

Bobină inductor

Miezuri auxiliare

Inductor cu miez de lăţime reglabilă (Davy McKee).


Apă de

răcire

Înfăşurare din ţeavă

de cupru

Curenţi

inductori

Inductor plat spiralat.


Container

Placă din

ceramică

Bobine inductoare

Plită inductivă.

Generator

Redresor

Filtru

Alimentare de

joasă tensiune

Control al

generatorului Display tastatură

Reţea 220 V

Tipuri de inductoare (sudare ţevi metalice)

1) bandă metalică; 2) tambur de formare; 3) inductor; 4) curent util; 5) miez magnetic

Piese procesate prin inducţie electromagnetică

Aeronautică


Automobile


Medicină

Procesare prin inducţie electromagnetică

4.9. Prelucrarea prin deformare electromagnetică

Prelucrarea prin deformare electromagnetică denumită şi

magnetoformare, formare în câmp magnetic sau deformarea prin impulsuri

magnetice, face parte din categoria prelucrărilor de mare viteză şi putere.

Magnetoformarea constă în deformarea plastică a semifabricatelor (ţevi,

table) sau a pieselor metalice cu pereţi relativ subţiri, sub acţiunea forţelor

electromagnetice foarte intense şi de scurtă durată (impulsuri), care se

dezvoltă ca urmare a interacţiunii dintre un câmp magnetic intens şi foarte

rapid variabil în timp şi curenţii induşi în obiectul supus prelucrării.

Avantaje:

- Transmiterea eforturilor ponderomotoare asupra piesei de prelucrat se

efectuează prin intermediul câmpului electromagnetic, fără contact

mecanic, suprafaţa piesei prelucrate nefiind astfel afectată,

- Deoarece câmpul electromagnetic penetrează materialele electroizolante

se pot deforma metale prin învelişuri nemetalice, prin vid, atmosferă

controlată, medii sub presiune, lărgind astfel aria de aplicabilitate şi la

aplicaţii din domeniul medical, nuclear, etc.

- Procedeul poate fi aplicat şi materialelor plastice prin metalizarea acestora

în zona de deformare, prin depunere sau acoperire cu folii din cupru sau

aluminiu,

- Valoarea presiunii magnetice aplicate poate fi controlată pe cale electrică,

cu precizie ridicată;

Avantaje:

- Instalaţia nu are piese în mişcare, deci nu există uzură şi nu este

necesară întreţinerea mecanică a instalaţiei,

- Posibilitatea prelucrării unor materiale greu de prelucrat prin alte

procedee,

- Viteză mare de prelucrare,

- Posibilitatea automatizării proceselor tehnologice,

- Spaţiul redus ocupat de echipamentele tehonologice.

Aplicaţii industriale ale deformării electromagnetice

Magnetoformarea este larg utilizată în industrie pentru prelucrarea

pieselor din materiale cu conductivitate electrică ridicată, precum aluminiu,

cupru, etc.

Exemple de operaţii având la bază deformarea electromagnetică :

asamblarea, expandarea, gâtuirea, lărgirea, ambutisarea, tăierea,

îndreptarea, calibrarea, ştanţarea, îmbinarea pieselor tubulare, metalice

sau metalice cu nemetalice etc.

Principiul deformării electromagnetice – schema de principiu

Echipamente de magnetoformare

Piese obţinute prin magnetoformare

4.10. Procesarea în câmpuri electromagnetice de

frecvenţe înalte şi ultraînalte

Încălzirea materialelor dielectrice supuse unor câmpuri electro-

magnetice de frecvenţe înalte (radiofrecvenţă) şi ultraînalte

(microunde) este rezultatul conversiei energiei, ca urmare a efectului de

frânare exercitat de reţeaua cristalină asupra particulelor elementare

supuse acţiunii câmpului electric. Efectul de frânare al reţelei se exercită

asupra ionilor sau moleculelor neutre polare. În primul caz conversia

electrotermică a energiei este rezultatul fenomenului de conducţie electrică,

în timp ce în al doilea caz este urmarea fenomenului de polarizare electrică.

Avantaje:

- Permite procesarea selectivă a materialelor dielectrice, în funcţie de

valoarea factorului de pierderi,

- Încălzirea nu necesită contact direct între sursă şi materialul de procesat,

- Încălzirea este mai uniformă decât prin alte procedee, deoarece undele

electromagnetice pătrund în tot volumul materialului de procesat,

- Puterea este injectată direct în interiorul materialului de prelucrat, spre

deosebire de tehnicile convenţionale care presupun o încălzire prin transfer

de energie prin conducţie, convecţie şi radiaţie,

- Permite uscarea eficientă a materialelor dielectrice, puterea injectată fiind

mai ridicată în zonele umede şi mai redusă în zonele uscate, etc.

- Spaţiu redus ocupat de echipamentele aferente,

- Precizie şi viteză ridicată de procesare,

- Posibilităţi de automatizare a proceselor tehnologice;

-Protecţia mediului înconjurător procedeul fiind ecologic fără emisie de

gaze nocive.

Pierderi în dielectrici

Într-un dielectric real caracterizat de conductivitatea electrică s nenulă,

situat într-un câmp electric armonic, densitatea curentului electric total

compus din componenta de conducţie şi cea de deplasare are expresia:

unde:

ε = ε’ - j ε” reprezintă permitivitatea electrică complexă,

E intensitatea câmpului electric complex,

D inducţia electrică complexă,

pulsaţia câmpului electromagnetic.

Densitatea de volum a puterii aparente complexe are expresia:

Componenta activă denumită densitatea de volum a pierderilor în

dielectric ce determină încălzirea unui dielectric este compusă din pierderi

prin conducţie şi din pierderi prin histerezis având expresia:

unde tgd = e”/e’ reprezintă tangenta unghiului de pierderi dielectrice prin

histerezis.

EωωEjjωEEjωJDjωJJ t '""' eeseese j

jqpEjωEωJEs 22 '"*

eest

2222 E tgδ ωE tgδ ωE ωEp reeees 0"

Se consideră apte pentru încălzirea în înaltă şi ultraînaltă frecvenţă

materialele caracterizate de:

Se defineşte adâncimea de pătrundere a câmpului electric ca fiind

distanţa la care densitatea de putere scade de e2 ori faţă de valoarea de la

suprafaţa materialului:

unde:

l0 reprezintă lungimea de undă în vid asociată frecvenţei câmpului,

er reprezintă permitivitatea electrică relativă a materialului,

mr reprezintă permeabilitatea magnetică relativă a materialului,

tgd reprezintă tangenta unghiului de pierderi a materialului.

Frecvenţe alocate pentru aplicaţii industriale, ştiinţifice şi medicale de

procesare în câmpuri electromagnetice de frecvenţă înaltă şi ultraînaltă

sunt următoarele:

- în radiofrecvenţă, 13,56 MHz şi 27,12 MHz (895 MHz în Marea Britanie),

- în microunde, 2,45 GHz.

O caracteristică a încălzirii în frecvenţă înaltă şi ultraînaltă o reprezintă

creşterea necontrolată a temperaturii în anumite cazuri datorită creşterii

abrupte a factorului de pierderi, cum ar fi de pildă situaţia decongelării

anumitor alimente.

tgδμεπ

λδ

rr

0

1tgδε 0,01 r

Aplicaţii ale procesării în radiofrecvenţă

Aplicaţii de uscare: uscarea produselor textile, uscarea finală a hârtiei,

uscarea cleiurilor pe bază de apă în industria hârtiei şi cartoanelor,

deshidratarea finală a biscuiţilor, uscarea lemnului şi rumeguşului, uscarea

nisipului, uscarea produselor farmaceutice, uscarea structurilor ceramice,

uscarea produselor pulverulente, uscarea cernelurilor, uscarea materialelor

refractare;

Aplicaţii de încălzire: sudarea materialelor plastice şi preîncălzirea în

vederea formării, polimerizarea panourilor din fibre, încleierea lemnului,

tipărirea şi etichetarea produselor textile şi de pielărie, polimerizarea

acoperirilor latex pe textile, vulcanizarea cauciucurilor, pasteurizarea

laptelui, sterilizarea pastelor şi conservelor, deshidratarea fructelor,

dezgheţarea şi prepararea alimentelor etc.

4.10.1. Caracteristici ale procesării în radiofrecvenţă

Încălzirea dielectricilor în radiofrecvenţă denumită şi încălzire capacitivă

presupune ca materialul de procesat să fie plasat între armăturile unui

condensator denumit aplicator;

Adâncimea de pătrundere în câmpuri electromagnetice de radiofrecvenţă

este de ordinul zecilor şi sutelor de centimetri, încălzirea materialelor fiind

prin urmare suficient de uniformă;

Densitatea de volum a puterii dezvoltate este cuprinsă uzual în gama

0,5 … 5 W/cm3.

Tipuri de aplicatoare de radiofrecvenţă


50 Hz

Generator de înaltă frecvenţă

Electrod superior

Material de procesat 1

Aplicator cu electrozi plaţi fără spaţii de aer

Material de procesat 2

Electrod inferior

Aplicator cu electrozi plaţi cu spaţiu de aer


50 Hz


Electrod inferior

Material de procesat

Electrod superior

Aplicator cu electrozi “strayfield”


50 Hz


Electrozi

Material de procesat

Aplicator cu electrozi ghirlandă


50 Hz


Electrozi

Material de

procesat

4.10.2. Caracteristici ale procesării în microunde

Adâncimea de pătrundere în câmpuri electromagnetice de microunde

este de ordinul centimetrilor şi zecilor de cemtrimetri;

Densitatea de volum a puterii dezvoltate în microunde este de până la 50

de ori mai mare decât în radiofrecvenţă, până la 250 W/cm3;

Deşi costul investiţiei este superior altor procedee de încălzire electrică,

câştigul în consumul de energie este între 25% şi 50%, datorită vitezei mari

de încălzire şi repartizării selective a energiei;

Echipamentele de încălzire în microunde au trei părţi componente

principale: generatorul de microunde, un ghid de unde pentru transferul

eficient al energiei de la sursă către materialul de procesat, respectiv un

aplicator în care energia microundelor interacţionează cu sarcina;

Energia emisă de generatorul de microunde şi în particular de electrodul

antenă este radiată liber în spaţiu fiind necesare soluţii de ghidare a

acesteia către sarcină;

În funcţie de proprietăţile materialelor în raport cu câmpurile de

microunde, materialele se împart în trei categorii:

- metale care se comportă ca nişte reflectoare (receptor şi re-emiţător);

pierderile de energie sunt mai mici în metalele cu bună conductivitate

electrică şi nemagnetice precum aluminiul, alama, oţelul inox;

- dielectrici cu pierderi mici prin care undele trec fără o atenuare

semnificativă, deci cu pierderi mici de energie;

- dielectrici cu valori mari ale factorului de pierderi, în care o bună parte a

energiei incidente se transformă în căldură;

ATENŢIE corpul uman intră în ultima categorie, nivelul maxim admis de

expunere la microunde fiind de circa 1mW/cm2;

Expunerea la câmpuri puternice de microunde a corpului uman poate

provoca arsuri, cataracte, afecţiuni ale sistemului nervos, sterilitate, cancer

etc.

Surse de microunde

Există două tipuri de generatoare de microunde care produc o putere

suficientă la un preţ acceptabil şi anume magnetronul şi klystronul.

Magnetronul este un generator de microunde utilizat iniţial în sistemele

radar aeriene, adaptat ulterior pentru aplicaţii de încălzire. Este un

dispozitiv în vid, conţinând un catod cilindric înconjurat de un anod de

asemenea cilindric crestat la interior. Electronii emişii de catodul încălzit

sunt acceleraţi în spaţiul dintre electrozi între care sunt aplicate două

câmpuri, unul electric radial şi altul magnetic longitudinal.

Aplicaţii ale procesării în microunde

Decongelarea, sterilizarea şi uscarea alimentelor în cuptoare casnice sau

industriale,

Vulcanizarea cauciucului,

Polimerizarea răşinilor sintetice,

Uscarea şi sterilizarea produselor farmaceutice etc.

Alte aplicaţii ale microundelor: aplicaţii militare, radio şi televiziune,

sisteme radar şi senzori de mişcare, meteorologie, comunicaţii prin satelit,

măsurarea distanţelor, etc.

Generatoare de microunde - magnetronul

Surse de microunde

Klystronul este un generator de microunde având spre deosebire de

magnetron o structură liniară.

Generatoare de microunde - klystronul

Echipamente de procesare în microunde

Alte aplicaţii ale microundelor

5. Procedee de îmbinare

Realizarea sistemelor electrice presupune îmbinări ale reperelor executate

individual ce intră în componenţa acestora. Îmbinările pot avea rol de

asamblări mecanice sau de contacte electrice în vederea asigurării

continuităţii unui circuit electric.

Procedeele de îmbinare a pieselor sunt numeroase şi se clasifică funcţie de

rolul pe care îl are îmbinarea obţinută, în funcţie de solicitările mecanice la

care este supusă sau de alte criterii precum etanşeitate, posibilitate de

demontare etc. Cele mai utilizate procedee de îmbinare sunt: îmbinarea

prin lipire, îmbinarea prin sudare, îmbinarea cu adezivi, îmbinarea prin

şuruburi, îmbinarea prin nituire, îmbinarea cu ajutorul penelor etc.

5.1. Procedee de îmbinare a metalelor prin lipire

Lipirea metalelor reprezintă îmbinarea nedemontabilă a două piese

metalice de aceeaşi compoziţie sau de compoziţii diferite, utilizând un metal

sau aliaj de lipire special, caracterizat de o temperatură de topire inferioară

faţă de cea a pieselor de îmbinat. Aliajul de lipire adus în stare lichidă aderă

la suprafeţele de lipit care sunt protejate cu ajutorul unor substanţe

decapante, numite fluxuri de lipit sau fondanţi.

Îmbinarea obţinută prin lipire se realizează prin difuzia aliajului în materialul

pieselor de lipit. Difuzia aliajului este cu atât mai mare cu cât metalele de

lipit au temperaturi de topire mai ridicate şi un grad de solubilitate mai

mare. Prin difuzie se produce interacţiunea prin pătrunderea atomilor

metalelor de lipire în metalele de lipit, iar după răcire se formează lipitura.

Suprafeţele de lipit trebuiesc pregătite aşa încât să aibă un grad mare de

rugozitate şi să nu fie acoperite de grăsimi sau oxizi. Pentru îndepărtarea

oxizilor de pe suprafeţele de lipit acestea fie se ajustează, fie se curăţă cu

perii, fie se decapează în soluţii acide.

Lipiturile pot fi moi (temperatura de topire a aliajului de lipit < 500 °C) sau

tari (temperatura de topire a aliajului de lipit > 500 °C).

Avantaje:

- Lipiturile prezintă o rezistenţă mecanică deseori suficientă,

- Se pot îmbina piese din metale şi aliaje de naturi diferite, respectiv de

grosimi diferite,

- Lipsa tensiunilor interne şi a deformaţiilor,

- Structura şi caracteristicile fizico-chimice ale metalelor de bază nu se

schimbă după lipire,

- Îmbinările lipite sunt ieftine,

- Operaţia poate fi mecanizată şi automatizată, ceea ce conduce la

productivitate sporită.

Procedee de topire ale aliajului de lipire

Topire prin încălzire rezistivă

Topire prin inducţie electromagnetică

Topire cu laser

Topire cu plasmă

Topire cu jet de electroni

Topire cu flacără

etc.

Caracteristicile aliajelor de lipire

Trebuie să prezinte o temperatură de topire inferioară temperaturii

metalelor de lipit,

Trebuie să aibă o fluiditate corespunzătoare în stare topită,

Să adere foarte bine la suprafeţele de lipit,

În cazul circuitelor electrice să prezinte o rezistivitate electrică cât mai

mică,

Să aibă o rezistenţă mecanică suficientă pentru a rezista la solicitările la

care este supusă îmbinarea în timpul exploatării,

Să reziste la acţiunea agenţilor chimici.

Aliajele pentru lipituri moi au la bază staniu (cositor) şi plumb şi se

notează cu Lp 60 (60% staniu); foarte utilizat este fludorul (staniu +

decapant) sub formă de sârme şi bare 1 – 5 mm diametru.

Aliajele pentru lipituri tari (brazări) au la bază cupru şi argint având bune

proprietăţi electrice, mecanice, fluiditate şi aderenţă, respectiv cupru şi zinc

(alamă cu conţinut de 40 – 60 % Cu) etc.

5.2. Procedee de îmbinare a metalelor prin sudare

Sudarea este procedeul prin care se îmbină nedemontabil două sau mai

multe piese de aceeaşi compoziţie chimică, prin topirea lor în zona de

îmbinare, cu sau fără adaos de material şi în anumite condiţii de presiune şi

temperatură. În cazul sudării, materialul de adaos este identic sau foarte

apropiat de cel al pieselor de sudat.

Metalul sau aliajul supus operaţiei de sudare se numeşte metal de bază, iar

metalul sau aliajul sub formă de sârme sau granule, care se topeşte în

procesul de sudare se numeşte metal de adaos.

Procedeele de sudare se pot clasifica după mai multe criterii:

a) După scopul urmărit:

- sudare de îmbinare

- sudare de încărcare;

b) După modul de desfăşurare:

- sudare prin topire

- sudare prin presiune;

c) După modul de obţinere a îmbinării sudate şi a energiei utilizate:

- sudare electrică, la care marginile sunt topite prin efectul caloric al arcului

electric, fără exercitarea unei solicitări mecanice (procedee de sudare cu

arc electric);

- sudare electromecanică, la care încălzirea maginilor se realizează

electric, iar îmbinarea se obţine printr-o solicitare mecanică (procedee de

sudare prin rezistenţă electrică şi presiune, prin puncte, cap la cap, în linie,

prin inducţie);

- sudare chimică, la care marginile sunt încălzite şi topite local prin căldura

dezvoltată de o reacţie chimică exotermică sau prin turnarea unui metal

(procedee de topire cu flacără de gaze etc.);

- sudare mecanică prin presiune la rece sau prin frecare, la care îmbinarea

se obţine prin acţiunea unei forţe de presare, frecare sau şoc, etc.

- sudare prin alte procedee moderne (procedee de sudare cu fascicol laser,

cu fascicol de electroni, cu plasmă, cu ultrasunete, prin explozie etc.)

Avantaje:

- Permite realizarea unor construcţii etanşe, economice, uşoare,

- Permite simplificarea procesului tehnologic,

- Se poate aplica unei game largi de materiale,

- Oferă posibilitatea automatizării,

- Operaţia poate fi automatizată, ceea ce conduce la productivitate sporită.

Caracteristici ale sudării

Sudabilitatea reprezintă proprietatea tehnologică a unui material care

reflectă capacitatea acestuia de a se îmbina prin sudare, deci de a se

comporta sub acţiunea ciclului termic de sudare în aşa fel încât să nu-şi

modifice sensibil proprietăţile, iar în imbinare să nu apară defecte.

Sudabilitatea depinde de compoziţia chimică, de structura şi de calitatea

materialelor.

Sudabilitatea aliajelor fier-carbon depinde de conţinutul de carbon;

sudabilitatea este mai bună la conţinut redus de carbon şi mai slabă la

conţinut ridicat;

Aluminul, cuprul şi aliajele lor se sudează dificil în condiţiile obişnuite de

lucru; pentru o sudare de calitate sunt necesare: folosirea fluxurilor de

dezoxidare, preîncălzirea materialului, surse puternice de sudare, mediu de

gaz inert etc.

Zonele unei îmbinări sudate Tipuri de asamblări sudate

1) Zona de sudură

2) Rostul cusăturii

3) Metal de bază topit

4) Zonă de trecere

5) Zonă influenţată termic

1) Îmbinare cap la cap

2) Îmbinare în V

3) Îmbinare suprapusă

4) Îmbinare în T

5.2.1. Sudarea cu arc electric

Sudarea cu arc electric este cel mai răspândit procedeu de sudare în

industrie şi prezintă o multitudine de variante

Sudarea cu arc electric este un procedeu de sudare prin topire şi permite

obţinerea unor îmbinări nedemontabile, cu rezistenţe mecanice foarte mari;

dacă îmbinarea este destinată asigurării continuităţii unui circuit electric

rezistenţa de contact are valoare foarte redusă

Arcul electric pentru sudare este o descărcare electrică stabilă între doi

electrozi, funcţionând cu densitate mare de curent, într-un mediu de gaze

inonizante

Ca sursă de tensiune pentru alimentarea arcului de sudură se folosesc

generatorul de curent continuu (la sudare în c.c.) sau transformatorul

pentru sudare (la sudare în c.a.)

Componentele principale ale unui sistem de sudare cu arc electric sunt

următoarele: sursa de tensiune pentru sudare, cablurile de alimentare,

portelectrodul, cleştele de masă, echipamentul de protecţie al sudorului

Condiţiile sudării cu arc electric sunt în general următoarele:

tensiune relativ mică de zeci până la sute de volţi, densităţi mari de curent

de zeci de amperi pe mm2, lungime mică de până la 1,2 cm şi puteri de

200...300 kW.

Tipuri de procedee de sudare cu arc electric

Sudarea cu arc electric este de mai multe feluri şi anume:

- sudarea cu arc electric descoperit,

- sudarea cu arc electric sub strat de flux,

- sudarea cu arc electric în mediu gazos inert (MIG – Metal Inert Gas) cu

electrod fuzibil sau nefuzibil,

- sudarea cu arc electric în mediu de dioxid de carbon (MAG – Metal Active

Gas) cu electrod fuzibil,

- sudarea în baie de zgură,

- etc.

Caracteristicile sursei de tensiune pentru sudare

Sursa de tensiune pentru sudarea cu arc electric trebuie să poată

funcţiona timp îndelungat în regim de scurtcircuit

Să asigure trecerea rapidă din regim de scurtcircuit în regim de sarcină şi

invers

Să permită reglarea curentului în limite largi şi în trepte fine

Să aibă tensiunea de mers în gol suficient de mare pentru amorsarea

arcului electric

Să aibă randament ridicat şi consum minim la mers în gol

Să aibă durată mare de viaţă, să fie uşor de manipulat şi întreţinut.

Caracteristicile electrozilor pentru sudare

Electrozii fuzibili folosiţi la sudarea manuală cu arc electric sunt formaţi

dintr-o vergea metalică peste care se aplică de regulă un înveliş prin

presare sau imersie.

Rolul învelişului este acela de a asigura stabilitatea arcului electric,

topirea uniformă a electrodului, de a forma în jurul arcului şi al metalului

topit un strat protector compus din gaze şi zgură, de a introduce în metalul

topit elemente de aliaj şi de a asigura o productivitate sporită la sudare etc.

Materialele care alcătuiesc învelişurile sunt foarte diverse: feldspat, bioxid

de titan, amidon, celuloză, ferotitan, feromolibden, etc.

Poziţie corectă a electrodului Poziţie incorectă a electrodului

Electrod

Înveliş

Arc electric

Material topit

de adaos

Piese de

asamblat

90°

Echipamente de sudare cu arc electric descoperit

Echipamente de sudare cu arc electric cu electrod de wolfram

şi gaz inert

5.2.2. Sudarea electrică prin puncte

Sudarea electrică prin puncte se foloseşte pentru asamblarea tablelor şi

profilelor din oţel sau din metale neferoase, de regulă de aceeaşi grosime

sau de grosime apropiată

Sudarea prin puncte se bazează pe încălzirea locală a pieselor aflate în

contact mecanic produsă la trecerea curentului electric; contactul mecanic

este obţinut prin presiunea exercitată de electrozi

Conectarea la sursa de tensiune este realizată după exercitarea presiunii

electrozilor, curentul ce ia naştere având o densitate maximă în zona

coloanei de metal dintre electrozi; astfel zona de contact dintre piese se va

încălzi, rezistenţa de contact se va micşora, căldura degajată determinând

sudarea celor două piese aflate în contact

După înteruperea curentului şi a forţei de presare, piesele se răcesc în

atmosferă liberă obţinându-se astfel punctul sudat

Densitatea curentului are valori în gama 80-200 A/mm2, iar presiunea

între electrozi este cuprinsă între 20 şi 100 N/mm2 în funcţie de grosimea

tablelor; timpul de trecere al curentului nu depăşeşte câteva secunde

Electrozii sunt realizaţi din cupru sau din aliaje ale sale

Procedeul are o eficienţă ridicată, nu necesită materiale de adaos,

prezintă un grad redus de poluare, o deformare redusă a pieselor sudate,

posibilităţi de automatizare, dar nivelul de aplicabilitate este totuşi restrâns.

Electrod

superior

Piese de

asamblat

F

F Electrod

inferior

Punct de

material topit

Principiul sudării electrice prin puncte

Echipamente de sudare electrică prin puncte

5.2.3. Sudarea cu gaze

La sudarea cu gaze prin topire materialul de bază şi cel de adaos sunt

aduse local în stare topită cu ajutorul unei flăcări, rezultată din arderea unui

gaz combustibil în amestec cu oxigenul

Dintre gazele combustibile acetilena se foloseşte pe scară largă în

industrie, aceasta fiind obţinută prin reacţia dintre carbura de calciu şi apă,

având o puterea calorică ridicată

Acetilena se produce în generatoare speciale sau se foloseşte îmbuteliată

Alte gaze utilizate, la sudarea sunt: vaporii de benzină, gazul metan,

gazele petroliere lichefiate livrate în butelii tip aragaz, hidrogenul etc.

Oxigenul necesar arderii gazelor combustibile este îmbuteliat sub

presiune de până la 150 atmosfere

Componentele principale ale unui sistem de sudare cu gaze sunt

următoarele: recipientele pentru oxigen şi gaze combustibile, materialul de

adaos, reductoarele de presiune, arzătorul, furtunele de presiune.

1) Becul arzătorul

2) Difuzor

3) Injector

4) Corpul arzătorului

5) Robinet pentru oxigen

6) Robinet pentru acetilenă

Arzătorul la sudarea cu gaze

1) Corpul generatorului

2) Clopot

3) Coş cu carbid

4) Supapă hidraulică

5) Furtun pentru acetilenă

Generatorul la sudarea cu gaze

Echipamente de sudare cu flacără oxiacetilenică

6. Nanotehnologii

Nanotehnologiile reprezintă tehnologiile de fabricare şi utilizare a

materialelor şi dispozitivelor de dimensiuni extrem de reduse, cuprinse în

intervalul 1 … 100 nanometri (nm).

1 nm = 10-9 m, adică o lungime de circa 50000 de ori mai mică decât

diametrul firului de păr.

Materialele şi structurile la această scară se numesc nanomateriale,

nanoparticule, nanostructuri etc.

De pildă atomul de hidrogen are diametrul de 0,1 nm; celulele umane au

dimensiuni cuprinse în gama 5000 nm ... 200000 nm, iar viruşii în gama

10 nm ... 100 nm etc.

Printr-o gravare la nivel nanometric tot materialul tipărit al umanităţii ar

încăpea în câteva zeci de pagini normale de carte.

O importanţă mare în cadrul dezvoltării nanotehnologiilor o au

microscoapele; acestea pot fi de pildă: Microscoape cu Transmisie

Electronică (TEM), Microscoape având la bază Forţele Atomice (AFM), etc.

6.1. Nanotehnologii de fabricaţie de tip mare - mic

In procedeele de fabricaţie de tip de mare - mic denumite şi procedee de

micro sau nanofabricaţie se pleacă de la nişte materiale existente şi se

obţin structuri de dimensiuni mai mici.

Acest procedeu este utilizat de pildă la fabricaţia cipurilor de computer, caz

în care se utilizează folii subţiri de material depuse pe o structură de siliciu

de tip multistrat, porţiunile nedorite fiind dizolvate.

Aproape toate computerele de astăzi au cipuri de dimensiuni de peste

100 nm dar tendinţa de creştere a vitezei şi de scădere a dimensiunilor a

împins deja tehnologia sub această limită.

Procedeele de micro sau nanofabricaţie utilizează tehnici avansate de

litografiere pentru a creea structuri de dimensiuni nanometrice.

Tehnologiile litografice includ litografia optică (structuri de dimensiuni de

până la 100 nm) şi litografia cu fascicoli de electroni (structuri de dimensiuni

de până la 20 nm).

Preţurile acestor tehnologii avansate sunt foarte ridicate făcând această

abordare foarte dificilă; de pildă liniile tehnologice de producere a cipurilor

de computer utilizând tehnologii de litografie optică costă miliarde de dolari.

Tehnologiile de litografie cu fascicoli de electroni sunt chiar mai scumpe.

6.2. Nanotehnologii de fabricaţie de tip de mic - mare

Procedeele de fabricaţie de tip mic - mare presupun combinarea şi

manipularea corespunzătoare a atomilor şi moleculelor în vederea obţinerii

nanostructurilor dorite.

Aplicaţii ale nanotehnologiilor

Ştiinţa materialelor în vederea obţinerii de noi materiale mai performante

(materiale mai rezistente dpdv mecanic, materiale superioare dpdv fizico-

chimic, nanodielectrici superiori, materiale semiconductoare superioare,

nanocompozite),

Nanoelectronică,

Sisteme de calcul,

Tehnica depunerilor,

Aplicaţii medicale,

Aplicaţii militare,

Protecţia mediului etc.

Nanotehnologii

Fire metalice de grosime de 8...10 atomi, produse de către

Hewlett - Packard Company în Palo Alto, California, USA

Nanotehnologii

Fire din molecule de carbon de grosime de 5...10 atomi,

utilizate la construcţia celui mai mic laser ultraviolet

Nanotehnologii

Un nanocristal de Germaniu de 1 nm, vizualizat la microscop

Nanotehnologii

Nanotehnologii

http://nano.cancer.gov/resource_center/nanotech_nanoshells.asp

Nanotehnologii

Nanoroboţi ce repară retina

Nanotehnologii

Nanotehnologii

SiO2

Au Source

Drain

Nanotube 1.4 nm

Nanoelectronică

MPT Curs Complet

Documents

Transcript of MPT Curs Complet