Selectia Materialelor Pentru Un Arbore Cotit

35
PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR TEMA DE PROIECT: Pentru elementul de construcţie ,,arbore cotit, având o limită tehnică de curgere R po,2 = 780-880 N/mm 2 se cer să se stabilească materialul optim care să asigure cerinţele de performanţă rezultate din calculele tehnico-economice şi care e adaptat posibilităţilor firmei constructoare. Cerinte: 1. Analiza funcţională,constructuvă şi tehnologică a podusului. 2. Stabilirea condiţiilor de exploatare alea produsului. 3. Definirea matricii de proprietăţi pe care trebuie sa le îndeplinească materialul. 4. Ierarhizarea proprietăţilor şi stabilirea ponderii de importanţă relativă a fiecăruia. 5. Proiectarea indicelui de performanţă a materialului. 6. Alegerea preliminară a cel puţin două materiale candidate. 7. Determinarea plansei de valori pentru proprietăţile analizate. 8. Selecţia materialului optim prin metoda proprietăţilor ponderate. 9. Caracterizarea materialului. 10. Caracterizarea structurii şi a proprietăţilor tehnologice 11. Evaluarea şi optimizarea proprietăţilor tehnologice. 12. Optimizarea proprietăţilor de întrebuinţare. 13.Stabilirea itinerariului tehnologic principal de fabricaţie. 14.Optimizarea selecţiei materialului prin dezvoltarea unor tehnici de consolidare volumică şi de durificare a stratului de suprafaţă. 1

Transcript of Selectia Materialelor Pentru Un Arbore Cotit

Page 1: Selectia Materialelor Pentru Un Arbore Cotit

PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR

TEMA DE PROIECT:

Pentru elementul de construcţie ,,arbore cotit, având o limită tehnică de curgere Rpo,2= 780-880 N/mm2 se cer să se stabilească materialul optim care să asigure cerinţele de performanţă rezultate din calculele tehnico-economice şi care e adaptat posibilităţilor firmei constructoare.

Cerinte:

1. Analiza funcţională,constructuvă şi tehnologică a podusului.2. Stabilirea condiţiilor de exploatare alea produsului.3. Definirea matricii de proprietăţi pe care trebuie sa le îndeplinească materialul. 4. Ierarhizarea proprietăţilor şi stabilirea ponderii de importanţă relativă a fiecăruia.5. Proiectarea indicelui de performanţă a materialului.6. Alegerea preliminară a cel puţin două materiale candidate.7. Determinarea plansei de valori pentru proprietăţile analizate.8. Selecţia materialului optim prin metoda proprietăţilor ponderate.9. Caracterizarea materialului.10. Caracterizarea structurii şi a proprietăţilor tehnologice11. Evaluarea şi optimizarea proprietăţilor tehnologice.12. Optimizarea proprietăţilor de întrebuinţare.13.Stabilirea itinerariului tehnologic principal de fabricaţie.14.Optimizarea selecţiei materialului prin dezvoltarea unor tehnici de consolidare volumică şi de durificare a stratului de suprafaţă.

1

Page 2: Selectia Materialelor Pentru Un Arbore Cotit

PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR

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 din coturi si fusuri, şi care transforma cu ajutorul bielelor sau a culiselor, o miscare rectilinie alternativă intr-o mişcare de rotaţie, sau invers.O data cu aceste mişcări, se transmite prin arborii cotiti un moment de răsucire, respectiv o 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 pot acţiona simultan în diferitele lui secţiuni.

Analiza constructivă:

Un arbore cotit este format din urmatoarele elemente:-fusuri-braţe de manivela-manetoane-capeteFormele acestor componete, ca şi ale arborelui întreg, trebuie astfel proiectate, încât să permită forjarea sau turnarea, fără rebuturi şi fară producerea unor tensiuni interioare mari, iar prelucrarea mecanică să fie cât mai redusă.Pe capetele arborelui se aşează diferite organe de transmisie, roata pentru cureaua ventilatorului, amortizorul de vibraţii, etc.Formele constructive şi dimensionarea arborilor cotiţi depind de mai multi factori, dupa cum 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

2

Page 3: Selectia Materialelor Pentru Un Arbore Cotit

PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR

Fig.1 Arbore cotit

3

Page 4: Selectia Materialelor Pentru Un Arbore Cotit

PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR

Fig.2.Secţiuni ale arborelui cotit

4

Page 5: Selectia Materialelor Pentru Un Arbore Cotit

PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR

2. Stabilirea condiţiilor de exploatare alea produsului Diametrul arborilor în secţiune unde se formează ajustajele, trebuie să

aibe mărimi corespunzătoare şirului normal de numere. Se vor evita pe cât posibil, filetele tăiate în arbore pentru fixarea axiala a

pieselor montate cu piuliţe; se vor prefera inele de distanţare. Arborii de turaţii ridicate impun utilizarea de lagăre rigide şi o echilibrare

foarte bună. Principala solicitare la care sunt supuşi arborii cotiţi este torsiunea. Arborii se fixează axial numai într-un lagăr pentru a evita solicitările

termice. Construcţia şi forma arborilor depinde în mare măsură de felul îmbinării

pieselor pe arbore, cât şi de montarea arborelui în lagăre. Sarcinile au valoare variabilă in timp. Mijloacele de exploatare constau în evitarea coroziunii şi în special a celei

de contact care reduce foarte mult rezistenţa la oboseală. Se vor evita loviturile, zgârieturile pe suprafaţa pisei, strângerile excesive sau insuficiente.

Ţinându-se seama de conditiile de lucru, arborele cotit trebuie să satisfacă următoarele cerinţe:

Să asigure o rezistenţă şi rigiditate mare. Suprafeţele de frecare să prezinte o bună rezistenă la uzură. Să evite rezonanţa oscilaţiilor de răsucire. Să fie echilibrate static si dinamic.

3. Definirea matricii de proprietăţi pe care trebuie sa le îndeplinească materialul

Produsul arbore cotit trebuie să îndeplinească următoarele proprietăţi: * 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;

5

Page 6: Selectia Materialelor Pentru Un Arbore Cotit

PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR

-Rezistenţă la solicitari mecanice; -Amortizarea şocurilor şi/sau a vibraţiilor; -Realizarea anumitor condiţii cinematice speciale,dinamice;

MATRICEA DE PROPRIETĂŢI.

unde:

l – este numarul total de decizii care trebuie luate;n – numarul de proprietăţi de care vrem sa ţinem cont în selecţia materialelor;

l = 28

Σ = 1.

6

Page 7: Selectia Materialelor Pentru Un Arbore Cotit

PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR

Proprietăţi1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 α

Rezistenta mecanică .

Rm1 0 1 1 0 1 1 0,17

Modul de elasticitate

EN0 0 1 0 0 1 1 0,10

Tenacitatea KV

1 1 1 1 1 1 0 0,21

Aschiabilitatea

0 0 0 0 0 1 0 0,035

Duritatea HRC

0 1 0 1 1 1 0 0,14

Calibilitatea J mm

1 1 0 1 0 1 0 0,14

Conditii termice

0 0 0 0 0 0 0 0

Densitatea 0 0 1 1 1 1 1 0,17

Σ=1

Tab.Nr.1

7

Page 8: Selectia Materialelor Pentru Un Arbore Cotit

PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR

4. Ierarhizarea proprietăţilor şi stabilirea ponderii de importanţă relativă a fiecăruia.

5.Proiectarea indicelui de performanţă a materialului.

Pentru ierarhizarea proprietăţilor şi stabilirea ponderii de importanţă relativă a fiecărui material în parte s-a întocmit tabelul nr.2,luându-se spre selecţie materialele din tabel.

Material. Proprietăţi

C.45. 40Cr10. 42MoCr11. C60.

Tenacitate.KV.[J/cm2

40 40 60 35

Rezistenta mecanica.Rm [N/mm2]

540 780 740 690

Duritate.HRC.

50 52 54 55

Calibilitate.J[mm]

4 10 23 4,2

Densitate.ρ[Kg/m3]

7845 7820 7820 7820

Modul de elasticitate N/mm 2,1*105 2,1*105 2,1*105 2,1*105

Aschiabilitatea F.bună bună bună F.buna

Tab.Nr.2

8

Page 9: Selectia Materialelor Pentru Un Arbore Cotit

PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR

Nr crt

Proprietăţi

U.MFactori de pondere

Material

C45 42MoCr11

Val Scal Cifra merit

Val Scal Cifra merit

1. Tenacitatea KV.[J/cm2 0,2140 66,67 14,00 60

100.00100.00 21

2. Rezistenţa mecanică

N/mm2 0,17 540 72,97 12,40 740 100.00 17

3 Densitatea ρ[Kg/m3] 0,17 7845 99,68 16,94 7820 100.00 17

4. Călibilitatea J[mm] 0,14 4 20.00 2,8 20 100.00 14

5. Duritatea HRC 0,14 50 92,59 12,96 54 100.00 14

6. Modulul de elasticitate

N/mm2 0,10 210.000 100.00 10 210.000 100.00 10

7. Aşchiabilitatea - 0,035 f. bună 100.00 3,5 Bună 75.00 2,628. Condiţii

termicet 0 50,66 100.00 0 44,18 87,21 0

Tab.Nr.3 72,6 95,62

9

Page 10: Selectia Materialelor Pentru Un Arbore Cotit

PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR

Nr crt

Proprietăţi

U.MFactori de pondere

Material

C60 40Cr10

Val Scal Cifra merit

Val Scal Cifra merit

1. Tenacitatea KV.[J/cm2 0,21 35 87.5 18.37 40 100,00 21

2. Rezistenţa mecanică

N/mm2 0,17 690 88.46 15.03 780 100,00 17

3 Densitatea ρ[Kg/m3] 0,17 7820 100.00 17 7820 100,00 17

4. Călibilitatea J[mm] 0,14 4.2 42 5.88 10 100,00 14

5. Duritatea HRC 0,14 55 100.00 14 52 94,54 13,23

6. Modulul de elasticitate

N/mm2 0,10 210.000 100.00 10 210,000 100,00 10

7. Aşchiabilitatea - 0,035 F buna 100.00 3.5 Bună 75,00 2,628. Condiţii

termicet 0 44.05 90.21 0 48.83 100,00 0

Tab.Nr.4 83,78 94,85

6 .Alegerea preliminară a cel puţin doua materiale candidate.

10

Page 11: Selectia Materialelor Pentru Un Arbore Cotit

PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR

7. Determinarea plansei de valori pentru proprietăţile analizate.

Nr crt

Proprietăţi

U.MFactori de pondere

Material

42MoCr11 40Cr10

Val Scal Cifra merit

Val Scal Cifra merit

1. Tenacitatea KV.[J/cm2 0,21 60 100.00 18.37 40 100.00 21

2. Rezistenţa mecanică

N/mm2 0,17 740 94,87 15.03 780 100.00 17

3 Densitatea ρ[Kg/m3] 0,17 7820 100.00 17 7820 100.00 17

4. Călibilitatea J[mm] 0,14 20 100.00 5.88 10 100.00 14

5. Duritatea HRC 0,14 54 100.00 14 52 94,54 13,23

6. Modulul de elasticitate

N/mm2 0,10 210.000 100.00 10 210,000 100.00 10

7. Aşchiabilitatea - 0,035 buna 100.00 3.5 Bună 75,00 2,62

11

Page 12: Selectia Materialelor Pentru Un Arbore Cotit

PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR

8. Condiţii termice

t 0 44.15 90,47 0 48.83 100.00 0

Tab.Nr.5 95,62 81,97

12

Page 13: Selectia Materialelor Pentru Un Arbore Cotit

PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR

8. Selecţia materialului optim prin metoda proprietăţilor ponderate.

Această metodă poate fi utilizată la optimizarea selecţiei materialului atunci când trebuie luate în considerare mai multe proprietăţi.Fiecărei cerinţe de material,sau proprietăţi îi este conferită o anumită pondere,dependentă de importanţa ei.Valoarea proprietăţilor ponderate se obţine prin multiplicarea valorii numerice a proprietăţii cu factorul de pondere,α.Pentru fiecare material se vor însuma valorile individuale ale proprietăţilor ponderate şi se va obţine aşa numitul index de performanţă,γ.Materialul cu indexul de performanţă cel mai ridicat va fi considerat ca optim pentru aplicaţia respectivă.

În forma ei simplă,metoda proprietăţilor ponderate are dezavantajul că trebuie combinate unităţi de măsură diferite care vor putea duce la rezultate neraţionale.

Acest lucru este valabil îndeosebi la combinarea valorilor numerice foarte diferite ale proprietăţilor mecanice,fizice şi chimice.Proprietatea cu valoarea numerică cea mai ridicată va avea o influenţă mai mare decât cea conferită prin factorul ei de pondere.Acest dezavantaj este înlăturat prin introducerea factorilor de scalare

Fiecare prroprietate este astfel scalată încât valoarea sa numerică maximă să nu depăşească 100.Ori de câte ori se evaluează o listă de materiale candidate,se va lua în considerare câte o singură proprietate de-o dată.Cea mai bună valoare din listă se apreciază ca fiind 100,iar celelalte vor fi scalate proporţional.Introducerea factorului de scalare facilitează conversia valorilor normale ale fiecărei proprietăţi a materialului în valori scalate adimensionale .

Pentru o proprietate dată,valoarea scalată B,la un material candidat va fi:

Pentru proprietăţi cum ar fi costul,coroziunea sau pierderea prin uzare,cerşterea în greutate prin oxidare,etc.ar fi de dorit valori cat mai scazute.În asemenea cazuri valoarea cea mai scăzută este apreciată ca fiind 100 şi B este calculată astfel:

Aplicarea procedurii de mai sus este foarte simplă pentru proprietăţile materialului care pot fi reprezentate prin valori numerice.Totuşi în cazul proprietăţilor ca rezistenţa la coroziune şi la uzare,prelucrabilitatea prin aşchiere,sudabiliatea etc.valorile numerice sunt date foarte rar şi aprecierea materialelor se face prin calificativele foarte bine,satisfăcător,slab,etc.

13

Page 14: Selectia Materialelor Pentru Un Arbore Cotit

PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR

În astfel de cazuri,calificativul se poate converti în valori numerice utilizând o scară arbitrară.De exemplu calificativele rezistenţei la coroziune: excelent,foarte bine,bine,satisfăcător şi slab pot primi valorile numerice 5,4,3,2 şi respectiv 1.

Indexul de performanţă a materialului va fi:

În care i este însumat din toate cele n proprietăţi relevante.În cazurile în care numeroase proprietăţi ale materialului sunt specificate şi importanţa

relativă a fiecăreia dintre ele nu este clară,determinarea factorilor de pondere α poate fi în mare măsură intuitivă,fapt care reduce gradul de încredere în activitatea de selecţie.Aceasta problemă poate fi rezolvată printr-o abordare sistemică a determinării lui α folosind logica deciziei.Conform acesteia numarul total de decizii este:

Prin împărţirea numarului de decizii pozitive în cadrul fiecărei proprietăţi la numărul total de decizii se obţin factorii de pondere. Costul(material,prelucrări)poate fi considerat ca fiind una din proprietăţi şi I se poate da un factor de pondere adecvat.

Cu toate acestea,dacă există un număr mare de proprietăţi care trebui luate în considerare,importanţa costului poate fi subliniată prin considerarea separată a acestuia,ca un modificator al indicelui de performanţă al materialului γ.În cazurile în care materialul este utilizat ca umplutură,costul poate fi introdus în baza unităţii de volum.

9. Caracterizarea materialului.

Din selecţia materialelor pe baza ponderii de importantă relativă a proprietaţilor a rezultat că materialul optim pentru realizarea arborelui cotit este un oţel aliat cu 0,42%C oţelul este 42MoCr11.

Caracteristici mecanice ale oţelului 42MoCr11.

14

Page 15: Selectia Materialelor Pentru Un Arbore Cotit

PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR

Tratam.termic.

Grosimea sau diam piesei.

[mm]

Rm

[N/mm²]

Rp02

[N/mm²]

A5

[min]

KCU300/2

J/cm²(min)

HB.În

starerecoaptă.

Călire martensitică + revenire înaltă.

40-100 880-1080

690 12 70 241

Tab.Nr.6

Compoziţia chimică ale oţelului 42MoCr11

Calitatea Compoziţia chimică %C Mn Si P S Cr Mo

-0,38-0,45

0,40-0,80

0,17-0,37

max.0,035 max.0,0350,9-1,3

0,15-0,30

s 0,02-0,04x max.0,025 max.0,025xs 0,02-0,035

Tab.Nr.7

Unele caracteristici fizice ale oţelului 42MoCr11.

Tab.Nr.8

15

Page 16: Selectia Materialelor Pentru Un Arbore Cotit

PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR

10.Caracterizarea structurii şi a proprietăţilor tehnologice.

Fig.3.Structura oţelului 42MoCr11

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

Tensiunile interne existente în semifabricat sau piesa finită pot provoca

deformarea 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 preciziei

de prelucrare (mai ales prima categorie).Cauzele care determină apariţia tensiunilor interne pot fi:

16

Page 17: Selectia Materialelor Pentru Un Arbore Cotit

PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR

- constructive- tehnologice

Cauzele constructive: se datorează formelor constructive ale pieselor (s-au tratat la disciplinele rezistenţa materialelor şi organe de maşini).

Cauzele tehnologice: se datorează tehnologiei de obţinere a piesei, mai ales tehnologiei de elaborare a semifabricatului sau a tratamentului termic aplicat, etc.

Aici sunt semnificative:- modificarea volumului semifabricatului sub acţiunea temperaturii la încălzire sau

răcire (neuniformă)- modificarea de volum ca urmare a deformaţiilor elastico-plastice neuniforme- modificarea volumică determinată de transformările de fază ale materialului.Este de la sine înţeles că în timpul elaborării semifabricatelor prin diverse

procedee ca: turnare, forjare, laminare, matriţare, etc.; precum şi în timpul tratamentelor termice, iar anterior în timpul însăşi aşchierii, temperatura şi presiunile care se dezvoltă generează apariţia tensiunilor interne.

Frecvent, în urma aşchierii, întâlnim fenomenul de ecruisare care introduce tensiuni interne în material. Adâncimea stratului ecruisat şi implicit eforturile unitare, în cazul aşchierii, depind de calitatea materialului precum şi de caracteristicile procesului de aşchiere.

Putem trage concluzia că regimul de aşchiere are o mare influenţă asupra tensiunilor interne. Fiindcă tendinţa de mărire a volumului stratului superficial deformat este frânată de straturile interioare de metal nedeformat, stratul exterior este supus unor tensiuni de compresie iar straturile interioare unor tensiuni de întindere.

Efectul căldurii degajate în timpul procesului de aşchiere este următorul:- la o strunjire cu viteze cuprinse în domeniul 80-170 m/min, temperatura stratului

superficial se ridică la 600-800C, iar în cazul rectificărilor rapide chiar în jurul a 800-1200C. Această încălzire produce o mărire volumică a straturilor exterioare, împiedicată de straturile interioare reci. Astfel rezultă şi aici tensiuni de compresiune în straturile superficiale.

Dacă nu aplicăm obişnuitul tratament de detensionare, s-ar produce microfisuri sau chiar deteriorarea piesei. Acest fenomen apare mai ales după prelucrările de degroşare, prelucrare care strică echilibrul tensiunilor interne ale semifabricatului.

Este cunoscut faptul că tensiunile interne ale pieselor forjate, matriţate, laminate, trefilate şi aşchiate pot fi detensionate printr-un tratament de recoacere (ex. la piesele din fontă detensionarea se poate face prin îmbătrânire naturală sau artificială).

De reţinut este şi faptul că tratamentele termice provoacă tensiuni interne nu numai prin modificările volumice datorită temperaturii, ci şi datorită transformărilor de fază (ex.: descompunerea austenitei reziduale; transformarea martensitei tetragonale în martensită cubică; formarea amestecurilor mecanice de ferită şi carburi-troostită sau sorbită). Disciplinele anterior studiate, tehnologia materialelor de exemplu, tratează o serie de cazuri ale tensiunilor interne intervenite în situaţia semifabricatelor turnate, matriţate, forjate, laminate, etc., nefiind cazul să revenim aici cu amănunte.

Esenţial este faptul că efectul tensiunilor interne asupra preciziei de prelucrare este deloc neglijabil. Prin alegerea diferitelor tipuri sau procedee de prelucrare putem influenţa în mod deosebit efectul acestora, contracarându-le.

17

Page 18: Selectia Materialelor Pentru Un Arbore Cotit

PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR

11. Evaluarea şi optimizarea proprietăţilor tehnologice.

Proces tehnologic, aspectul proiectare-optimizare

În orice situaţie reală, pentru prelucrarea unui anumit reper pot fi utilizate mai multe variante tehnologice. Chiar dacă toate aceste variante ar fi valabile, numai una din acestea este optimă. Se preconizează în tehnologia modernă căutarea pe bază ştiinţifică a soluţiei sau soluţiilor care duc la desemnarea variaţiei optime.

Orice tendinţă de optimizare trebuie să plece de la anumite cerinţe numite în cazul de faţă criterii. Acestea pot fi de natură diferită, în funcţie de specificul procesului de fabricaţie. Astfel de criterii ca: precizia dimensională şi calitativă, costul de prelucrare, productivitatea, recuperarea investiţiilor s.a. sunt cele mai des întâlnite.

Fig.4. Sistem de proiectare-optimizare

Pentru optimizare reală a proceselor tehnologice trebuie să pornească de la elaborarea pe baze ştiinţifice a unui sistem de proiectare –optimizare, care pornind de la informaţiile de intrare (cunoscute), trecând prin stabilirea succesiunii operaţiilor şi fazelor şi a regimurilor de aşchiere, dau mărimi prelucrate (noi) care constituie informaţiile necesare documentaţiei tehnologice.

Un asemenea sistem de proiectare-optimizare este dat în schema din fig. 4.Una din căile prin care se poate asigura optimizarea proceselor tehnologice este

tipizarea acestora.

12.Optimizarea proprietăţilor de întrebuinţare.

Pentru ca materialul şi piesa să aibe o calitate satisfăcătoare trebuie să corespundă condiţiilor de exploatare o perioadă dată şi unor parametri stabiliţi,trebuie să îndeplinească o serie de cerinţe:

18

Page 19: Selectia Materialelor Pentru Un Arbore Cotit

PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR

Cerinţe funcţionale : Cea mai importantă condiţie este DURABILITATEA ,ea reprezintă durata maximă de

funcţionare a unui produs. După călire se determină duritatea la un aparat Rockwell ,de asemenea deformaţia,

utilizându-se un dispozitiv cu prisme de susţinere şi un comparator. După tratamentul termic de revenire se vor determina din nou duritatea şi deformaţia. Pe lângă durabilitate ,o altă cerinţă funcţională impusă materialelor este

FIABILITATEA. Fiabilitatea este determinată de probabilitatea ca un material să funcţioneze la

parametri optimi fară deteriorarea lui pe durata de funcţionare prevazută. Deteriorarea unui produs se poate realiza prin deformare ,uzură sau rupere.Acestea

conduc la reducerea duratei de funcţionare a produsului. Fiabilitatea este un criteriu esenţial în industrie,deoarece orice avarie poate fi

catastrofală. Întrucât majoritatea pieselor fac parte dintr-un sistem trebuie ţinut cont şi de

compatibilitatea materialelor componente. Pot exista situaţii când fie datorită unor coeficienţi de dilataţie diferiţi,fie frecării pieselor

conjugate,fie formării unor microcelule galvanice,vor apare tensiuni neprevăzute,deformaţii şi uzuri.

Cerinţe tehnologice. Condiţiile tehnologice exercită o influenţă directă asupra comportarii în serviciu a

produsului. Fiecărei metode de fabricaţie îi sunt asociate o serie de cerinţe tehnologice particulare

astfel :-la turnare se necesită ca materialele să prezinte o anumită fluiditate şi contracţie la

răcire -la operaţiile de strunjire şi frezare criteriile tehnologice principale sunt compoziţia

elementelor de aliere în special P si S ( P = 0,025 si S = 0,025 % max.) care îmbunatăţesc proprietaţile prelucrabilităţii prin aşchiere.

-pentru obţinerea unor performanţe superioare prin tratament termic,condiţia esentială este călibilitatea.

Cerinţe economice şi sociale. Fiecare produs prezintă ,în condiţii economice de piaţă un preţ de cost limită care

depăşit îl face necompetitiv. În aceste situaţii este necesară schimbarea concepţiei pentru a încerca modificarea

unor condiţii funcţionale sau tehnologice care să conducă în final la înlocuirea materialelor, a tehnologiei de fabricaţie şi implicit la scăderea costurilor.

În stabilirea deciziei finale de a alege un material nu trebuie neglijat nici faptul că societatea impune restricţii de ordin social.

Utilizarea unor materiale ce pot afecta sănătatea şi securitatea oamenilor,calitatea mediului înconjurator,este limitată de norme şi reglementări coercitive în majoritatea ţărilor dezvoltate.

Se condiţionează astfel alegerea şi utilizarea unor materiale noi şi mai bine adaptate situaţiilor noi create.

19

Page 20: Selectia Materialelor Pentru Un Arbore Cotit

PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR

13.Stabilirea itinerariului tehnologic principal de fabricaţie.

20

Debitare

Recoacerea de înmuiere şi detensionare 700°C-730°C

Strunjire

Frezare

Rectificare

C.I.F.şi Revenire joasă

Găurire

Îmbunătăţire 820°C-850°C şi revenire înaltă

Filetare

Page 21: Selectia Materialelor Pentru Un Arbore Cotit

PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR

14.Optimizarea selecţiei materialului prin dezvoltarea unor tehnici de consolidare volumică şi de durificare a stratului de suprafaţă.

Consolidarea volumică a acestui material se face aplicând tratamentul termic de îmbunătăţire la 820°C-850°C ,deoarece carbura de molibden se dizolvă mai încet în austenită se va ţine seama de aceasta la durata de încălzire.Dacă nu se va dizolvă,creşte viteza critică de călire.Răcirea se va face în ulei sau apă.Revenirea se aplică la 570°C-650°C timp mai îndelungat,deoarece viteza de descompunere a soluţiei solide la revenire este mai scăzută.Răcirea după revenire,se poate realize în orice mediu fără precauţii speciale.

În funcţie de mărimea lotului de arbori,de dimensiunile acestora şi de dotarea tehnică operaţia de călire superficială se poate realiza prin mai multe moduri :

Călire prin curenţi de inducţie ; Călire prin flacără ; Călire prin contact electric ; Călire superficială prin încalzire în băi de aliaje sau săruri ; Călire superficială în electrolit.

Metoda de durificare stabilită este C.I.F. (călire cu curenţi de înaltă frecvenţă) prin care se asigură anumitor suprafeţe straturi durificate de grosimi mici capabile să reziste la uzură şi oboseală.

Prin călire superficială se asigură anumitor suprafeţe straturi durificate (călite) de grosimi mici capabile să reziste la uzură şi la oboseală.

La arborii prevazuţi cu canale de pană sau caneluri,forma inductoarelor şi parametri tehnologici de tratament termic se vor stabili astfel încât stratul călit sa aibă o adancime de 2-3 mm şi o dispunere ca in fig.5.

21

Control calitate

Page 22: Selectia Materialelor Pentru Un Arbore Cotit

PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR

Fig.5 Dispunerea pentru canale de pană

În urma călirii de suprafaţă arborii se supun unei reveniri joase la 160-220°C.Obiectivul revenirii constă în reducerea tensiunilor interne apărute la călire şi realizarea proprietăţilor de exploatare impuse produsului.

Grosimea de călire prestabilită se obţine prin alegerea adecvată a frecvenţei curentului şi prin corelarea acesteia cu puterea specifică, în primul rând şi cu timpul de încalzire,în al doilea rând.

Banda de călibilitate şi variaţia unor caracteristici mecanice cu temperatura de

revenire a oţelului 42MoCr11.

Fig.6.Bnda de călibilitate a oţelului 42MoCr11

Călirea cu C.I.F. a arborilor se poate realiza prin două metode : -prin metoda simultană (pentru suprafeţe de lungime mică); -prin metoda succesivă (pentru lungimi mari ); -poziţia de răcire va fi obligatoriu verticală;

22

Page 23: Selectia Materialelor Pentru Un Arbore Cotit

PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR

Stabilirea parametrilor tehnologici pentru durificarea suprafeţelor.

Fig.7.Călirea simultană

De obicei piesa este prinsă între vârfuri şi execută o mişcare de rotaţie în jurul axei proprii (200…500 rot/min ) iar cuplul inductor-răcitor se deplasează în direcţie axială cu o viteză de 2…30 mm/s.

Se cunosc :-diametrul :

d=40-100[ mm ] am ales d=45 [mm.]

-în funcţie de diametru rezultă adâncimea de strat călit :

δ=1…5 [ mm. ] δ=2,5 [mm.]

-viteza minimă de deplasare relativă între inductor şi arbore ;

vmin = 5/2,5 = 2 [ mm/s.]

-frecventa = 8000-10000 [Hz] (frecventa medie).

23

Frecventa.[Hz]

Adancimea de calire

(mm)

Puterea specifica,Ps [KW/cm²].

minim. optim. maxim.

8000-100002,2-3,0 0,8 1.6 2,4

Page 24: Selectia Materialelor Pentru Un Arbore Cotit

PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR

Tab.Nr. 9

Tab.Nr.9 -energia specifică :

esg =2 [KW/cm²].-durata t de încălzire :

t = 1,25 [ s ].-durata de încălzire maximă :

t max = 2,5 [ s ].

În cazul călirii simultane se va folosi un inductor monospiral cu diametrul interior Di = da +2 j ,

jocul radial fiind de 2…4 [mm]

j =3 [mm] . Di = 51 [mm].

Pentru o grosime de strat călit în jur de 2,5 [mm] se va determina puterea specifică şi pe baza acesteia şi a suprafeţei de tratat,se stabilesc puterea la inductor şi respectiv regimul de lucru.

Instalaţii şi metode de călire superficială prin inducţie.

O instalatie este formată din :-Staţie de producere a curentului alternativ ;-Frecvenţa necesară ;-Maşina de călire a cărei construcţie depinde de geometria pieselor supuse călirii

superficiale.

Staţia de producere a curentului alternativ este compusă din : 1-generator de medie sau înaltă frecvenţă ; 2-bateria de condensatori pentru compensarea reacţiei inductive a circuitului de sarcină ; 3.transformator de adaptare care coboară tensiunea ridicată a generatorului la o valoare mai mică în inductor ; 4-inductorul format din una sau mai multe spire în care se intro- duce piesa ; 5-piesa ;

24

Page 25: Selectia Materialelor Pentru Un Arbore Cotit

PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR

Fig.8Instalaţie de C.I.F.

În funcţie de frecvenţă rezultă tipul de generator care este generator rotativ.Răcirea stratului austenitizat în vederea călirii martensitice se face cu ajutorul unui duş

de apă sau emulsie care este trimis sub presiune prin inductor sub un unghi de 30-40° faţă de axa piesei.

Răcitorul poate fi situat în urma inductorului sau poate face corp comun cu acesta.

Fig.9.Răcitor

25

Page 26: Selectia Materialelor Pentru Un Arbore Cotit

PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR

În urma călirii de suprafaţă arborii se supun unei reveniri joase la 160-220°C.Obiectivul revenirii constă în reducerea tensiunilor interne apărute la călire şi realizarea proprietăţilor de exploatare impuse produsului.

Bibliografie.

1.Prof.univ.dr.ing. ION MITELEA.Sef lucr.ing.BOGDAN RADU. Selectia si utilizarea materialelor ingineresti.E.D.P.Timisoara 1998; 2.T.DULAMITA si E.FLORIAN. Tratamente termice si termochimice.E.D.P.Bucuresti 1982; 3.Dr.ing. VIOREL-AUREL SERBAN. Elemente de stiinta si ingineria materialelor.E.D.P. Timisoara 1998; 4.Indrumator pentru lucrari de laborator pentru uzul studentilor Institutul Politehnic ,,TRAIAN VUIA “ Timisoara; 5.Prof.Ing.POPA BAZIL ŞOMCUTEANU ADRIAN Arbori cotiţi E.T.Bucureşti 1960;

26

Page 27: Selectia Materialelor Pentru Un Arbore Cotit

PROIECT LA SELECŢIA MATERIALELOR

27