Selectia Materialelor

Universitatea “Politehnica” din Timisoara Facultatea de Mecanica Sectia Inginerie Industriala

Proiect

Coordonator proiect : As.Dr.Ing. : Dragos BuzduganTitular curs : Conf.Dr.Ing. : Radu BogdanStudent : Suleapa Ovidiu Ionut

Etapele necesare in alegerea eficienta a materialului dorit pentru un Arbore Cotit• 1.Analiza functionala si tehnologica a reperului• 2.Stabilirea caracteristicilor de exploatare• 3.Definirea matricei de proprietati• 4.Stabilirea unui material optim prin metoda proprietati

ponderate• 5.Caracterizarea materialului ales• 6.Itinerariul tehnologic

1. Analiza funcţională,constructuvă şi tehnologică a podusului

• .Produsul ,,arbore cotit". • Analiza funcţională• : Arborii cotiţi sunt organe de maşini care se rotesc in jurul axei lor longitudinale, formati dincoturi si fusuri, şi care transforma cu ajutorul bielelor sau a

culiselor, o miscare rectiliniealternativă intr-o mişcare de rotaţie, sau invers.O data cu aceste mişcări, se transmite prin arborii cotiti un moment de răsucire, respectivo putere, altor organe de maşini, cu care aceştia sunt asamblati. Arborele cotit este supus, deci, la presiuni şi frecari pe suprafeţele fisurilor, la solicitări de încovoiere, compresiune, respectiv întindere, precum si la torsiune si vibraţii, care potacţiona simultan în diferitele lui secţiuni.

• Analiza constructivă• :Un arbore cotit este format din urmatoarele elemente• :-fusuri• -braţe de manivela• -manetoane• -capete• Formele acestor componete, ca şi ale arborelui întreg, trebuie astfel proiectate, încât săpermită forjarea sau turnarea, fără rebuturi şi fară producerea unor

tensiuni interioaremari, iar prelucrarea mecanică să fie cât mai redusă.Pe capetele arborelui se aşează diferite organe de transmisie, roata pentru cureauaventilatorului, amortizorul de vibraţii, etc.Formele constructive şi dimensionarea arborilor cotiţi depind de mai multi factori, dupacum urmează:

• •Factorul gemoetric• •Siguranţa în funcţionare• •Reducerea greutăţii• •Factorul tehnologic• •Preţul de cost• Analiza tehnologică• -Se porneşte de la profile laminate,care apoi se strujesc pe toată lungimea• -Zona de sprijin pe lagar se prelucrează foarte îngrijit prin rectificare, şlefuiri cromate.• -Se mai poate executa şi prin forjare pornind tot de la semifabricatul laminat• -Operaţia de forjare pregăteşte semifabricatul în vederea prelucrării tot prin aşchiere.• -Se mai poate executa si prin turnare in funcţie de condiţiile locale

Acesta este un model creat dupa arborele motoruli W16 ce propulseaza cea mai rapida masina in productie de serie din lume.

2.Stabilirea caracteristicilor de exploatare

• Arborele cotit se confecționează prin două procedee: prin turnare sau forjare. Arborele cotit turnat, se confecționează din fontă aliată, modificată prin operația de turnare, sau oțel de calitate cu conținut mediu de carbon. La arbori mai solicitați, se utilizează oțeluri aliate cu Cr, Ni, etc. care au o rezistență la rupere superioară. Arborele cotit este confecționat din aceste materiale pentru a rezista la solicitările de încovoiere, răsucire și uzură. Arborii cotiți de mărime mai mică sânt forjați din oțel.

• După turnare sau forjare, arborele cotit este prelucrat mecanic, urmat de tratarea suprafețelori de frecare. Arborele cotit poate fi dintr-o singură bucată sau asamblat din mai multe bucți după care este echilibrat. În interior, majoritatea arborilori cotiți sânt prevăzuți cu canale de ungere, prin care circulă ulei sub presiune între fusurile paliere și fusurile manetoane. La capete este prevăzut cu găuri de centrare, cu ajutorul cărora poete fi montat între vârfuri pentru prelucrare.

• Arborele cotit este prevăzut cu fusuri manetoane coaxiale, și cu fusuri paliere prin intermediul cărora arborele se sprijină pe lagărele paliere în blocul motor sau carcasă. La cel puțin unul dintre aceste lagăre paliere, arborele cotit este prevăzut perpendicular pe axa lui cu o suprafață prelucrată pentru cuzineți axial. Legătura dintre fusuri paliere și fusuri manetoane este făcută de brațele manetoane în prelungirea cărora se găsesc contragreutățile (turnate sau aplicate) care folosesc la echilibrarea și la rotirea lină, a arborelui cotit.

• Pentru ca arborele cotit să se învârtească cît mai uniform și lin, deci pentru ca motorul să funcționeze cît mai silențios, se efectuează echilibrarea arborelui cotit. Partea arborelui cotit prin care se transmite mișcarea la utilizator (la motoarele cu ardere internă) se numește partea posterioară, și este prevazută cu posibilitatea de fixare a unui pinion (pentru distribuție sau angrenaj pentruanexe) și volantă, sau numai volantă, în funcție de construcția motorului. La celălalt capăt, numit partea frontală, la fel sânt prevăzute posibilități de fixare a unui pinion (pentru distribuție sau angrenaj pentru anexe) și amortizorul de torsiune, sau numai amortizorul în funcție de constructia motorului.

3.Definirea matricei de proprietati• 1 Oteluri• 1.1 Oteluri aliate cu Mn(35Mn16) sunt susceptibile la supraincalzire si la fragilitate se racesc rapid la revenire inalta (ulei sau apa)• 1.2 Oteluri aliate cu Ni, Cr• 17 Cr Ni 16 (otel de cementare)• 42 Cr Ni 12 (otel de imbunatatire)• 1.3 Oteluri aliate cu Cr , Mo ( 14MoCr11, 42MoCr11)• 1.4 Oteluri aliate cu Ni-Cr-Mo (30MoCrNi20 ; 34MoCrNi16)• 1.5 Oteluri aliate cu Cupru (1.35 – 1,6% C ; 0,4 – 0,6% Mn ; 0,85 – 1,1% Si ; 0,4 -0,5%Cr ; 1,5 – 2% Cu) ( acest otel se toarna si se aschieaza bine )• 2. Fonte - cu grafit nodular : • -Fgn 450-5 • - Rm=450 N/mm2 - 700N/mm2• A=5% - 2%• Aceasta fonta are o structura perlitica , se toarna bine , se aschiaza bine , amortizeaza bine vibratile .

• Produsul arbore cotit trebuie să îndeplinească următoareleproprietăţi:• * Să aibe o durată de exploatare ridicată;• *Să fie rezistent în medii corozive,adică să aibe rezistenţă la coroziune;• *Să fie rezistent la şocuri şi vibraţii;• *Să se prelucreze uşor prin aşchiere/forjare în matriţă;• *Să aibe densitate mică;• *Să aibe sudabilitate bună;• Din punct de vedere al rolului funcţional:• -Preluarea de sarcini statice sau dinamice;• -Rezistenţă la solicitari mecanice;• -Amortizarea şocurilor şi/sau a vibraţiilor• Arbori cotiti sunt solicitati complex la :torsiune , incovoiere , uzare pe fisuri/paliere,oboseala.• Prin urmare materialele trebuie sa raspunda la aceste solicitari si sa aiba o structura

omogena , dura in suprafata , tenace in miez.• Semifabricatele se obtin prin forjare libera sau in matrite se mai pot obtine si prin turnare.

4.Stabilirea unui material optim prin metoda proprietati ponderateponderi logici decizionaleProprietate 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tenacitate.KV.[J/cm2] 1 1 1 0

Rezistenta mecanica [N/mm2]

0 1 0 1

Duritate.HRC 0 0 1 0

Calibilitate.J[mm] 0 0 1 0

Densitate.ρ[Kg/m3] 1 1 0 1

N- nr de proprietatiNd-numarul decizilorNd=

Factorul de pondere αProprietate Decizi pozitive Factorul de pondere α

Tenacitate 3 0,3

Rezistenta mecanica 2 0,2

Duritate 1 0,1

Calibilitate 1 0,1

Densitate. 3 0,3

α=𝑁𝑑𝑝𝑜𝑧𝑖𝑡𝑖𝑣𝑒𝑁𝑡𝑜𝑡 ∑ ¿1

Valoarea proprietati materialelor

Material Tenacitate.KV.[J/cm2]

Rezistenta mecanica [N/mm2]

Duritate.HRC Calibilitate.J[mm]

Densitate.ρ [Kg/m3]

C45 40 540 50 4 7845

40Cr10 40 780 52 10 7820

42MoCr11 60 740 54 23 7820

Proprietatea scalaraMaterial Tenacitate

KV.[J/cm2]Rezistenta mecanica [N/mm2]

Duritate HRC

CalibilitateJ[mm]

Densitate ρ [Kg/m3]

Index γ

C45 66.6β 69.23β 92.54β 17.39β 99.69β 747.19

40Cr10 66.6β 100 96.29β 43.37β 100 838.46

42MoCr11 100 94.87 100 100 100 989.74

βΓ1= β1 x α1 =747.19

5.Caracterizarea materialului ales• Din selecţia materialelor pe baza ponderii de importantă relativă a proprietaţilor a rezultatcă

materialul optim pentru realizarea arborelui cotit este un oţel aliat cu 0,42%C oţelul este42MoCr11.

• Caracteristici mecanice ale oţelului 42MoCr11

Structura oţelului aliat 42MoCr11 este formata din martensitita şi austenită reziduală.

Tensiunile interne existente în semifabricat sau piesa finită pot provocadeformarea piesei sau pot declanşa, prin apariţia crăpăturilor, distrugerea totală a ei.Deformarea pieselor afectează deci precizia de prelucrare.Se disting, în general, trei grupe de tensiuni interne şi anume:- cele legate de dimensiunile pieselor, formate în volume mari (macroscopice)- tensiuni formate la nivelul structurilor cristaline superficiale (microscopice)- tensiuni interne legate de volume ultramicroscopice.Primele două grupe prezintă interes din punctul tehnologic de vedere, al precizieide prelucrare (mai ales prima categorie)

6.Itinerariul tehnologic

• Debitare• Recoacerea de înmuiere şi detensionare 700°C-730°C• Strunjire• Frezare• Găurire • Îmbunătăţire 820°C-850°Cşi revenire înaltă• Filetare• Rectificare• C.I.F.şi Revenire joasă• Control calitate

Bibliografie

• 1 www.Google.com• 2 http://ro.wikipedia.org• 3 curs Tratatmente Termice