Tehnologii_electromecanice

FELICIA SPRÂNCEANA ANGHEL MIHAI OCTAVIAN POPESCU

TEHNOLOGII ELECTROMECANICE

CAPITOLUL 1

NOŢIUNI DE BAZĂ ŞI DEFINIŢII

1.1. Bazele ştiinţifice ale tehnologiei electrotehnice Tehnologia electrotehnică este disciplina care se ocupă cu studiul legilor care acţionează în procesul fabricaţiei produselor electrotehnice, având ca scop asigurarea calităţii satisfăcătoare şi a costului minim al acestora.

Pentru fabricarea produselor electrotehnice este necesar procesul de producţie în decursul căruia se realizează transformarea semifabricatelor în piese şi produse finite. Acest proces de producţie include obţinerea din materii prime şi semifabricate a pieselor prin diferite moduri de prelucrare, controlul, transportul, depozitarea, asamblarea, reglajul, încărcarea şi ambalarea adică necesită activitatea dirijată a unui colectiv de oameni pentru obţinerea unui anumit gen de produse, de calitate dată. Din acest motiv producţia produselor electrotehnice trebuie privită ca un mare sistem care în sine un colectiv de oameni, reuniţi în interacţiunile tehnologice complexe ale proceselor de fabricaţie, care lucrează cu instalaţiile şi utilajele de obţinere a produselor finite.

Relaţiile şi legăturile reciproce ale diferitelor elemente ale unui astfel de sistem de sistem de conducere au un caracter complex şi se bazează pe prelucrarea unui schimb larg de informaţii.

Conducerea şi găsirea soluţiilor optime ale proceselor tehnologice se pot face în condiţii deosebit de bune dacă se aplică metodele matematice ale analizei sistemelor complexe, care fac apel la capitole ca: teoria probabilităţilor, teoria jocurilor şi soluţiilor statistice, programare liniară, teoria deservirii în masă şi modelarea matematică. Rezolvarea problemelor prelucrărilor mecanice, termice, chimice şi de alte genuri (aplicate în tehnologiile moderne) necesită cunoaşterea temeinică a tuturor realizărilor în domeniile respective ale fizicii, electrotehnicii, electronicii, chimiei şi folosirea acestora pentru obţinerea unor anumite proprietăţi determinate ale pieselor prelucrate.

2

Examinarea preciziei tehnologice a produselor electrotehnice pune noi probleme pentru determinarea erorilor de producţie, analiza lor şi corectarea corespunzătoare a proceselor tehnologice, deci necesită aplicarea noilor metode de măsură şi de construcţie a proceselor tehnologice optime. Iată deci, că pentru rezolvarea cu succes a problemelor tehnologice este necesar să se facă apel la multe ramuri ale ştiinţei contemporane. În ceea ce priveşte direcţiile de perspectivă ale dezvoltării tehnologiei trebuie notat în primul rând abstracţia matematică, adică descrierea matematică a tuturor laturilor procesului tehnologic în scopul obţinerii relaţiilor analitice precise care determină legătura lor reciprocă. În al doilea rând trebuie notată utilizarea activă a calculatoarelor electronice în proiectarea şi fabricarea produselor electrotehnice, înţelegând prin aceasta şi conducerea automată activă a proceselor tehnologice. Deosebit de importare este utilizarea maşinilor electronice de calcul la construcţia proceselor tehnologice optime. Bazele acestei direcţii de perspectivă sunt metode ale teoriei programării liniare, neliniare şi teoria deservirii în masă (teoria aşteptării).

Foarte importantă este şi sarcina tipizării proceselor tehnologice pe

baza unificării obiectelor producţiei. De mare importanţă pentru rezolvarea problemelor prelucrărilor şi creşterii duratei de viaţă a materialelor prelucrate în cursul proceselor tehnologice şi montate în produsele electrotehnice este utilizarea celor mai noi teorii ale fizicii solidului şi a teoriei dislocaţiilor. Introducerea teoriei generale a proceselor tehnologice în cursul de „Tehnologia produselor electrotehnice“ este necesară pentru a formula bazele sale ştiinţifice, pentru a putea construi modelele matematice ale proceselor şi pentru a efectua analiza şi sinteza acestora cu optimizarea parametrilor lor.

Toate cele expuse mai sus demonstrează că rezolvarea problemelor tehnologiei produselor electrotehnice se bazează pe un foarte important volum de cunoştinţe ale ştiinţelor exacte şi aplicative care descriu diferitele aspecte ale fabricaţiei acestora, fapt care permite să se socotească tehnologia produselor electrotehnice ca o ştiinţă complexă, de sinteză.

3

1.2 Noţiuni şi definiţii ale procesului tehnologic Procesul de producţie constă în totalitatea acţiunilor care au ca rezultat transformarea materialelor şi a semifabricatelor în producţie finită (în produs). Această noţiune cuprinde nu numai executarea produselor ci şi pregătirea producţiei, înzestrarea tehnologico-materială, întreţinerea utilajelor, transportul în interiorul secţiilor şi uzinei. Procesul tehnologic reprezintă acea parte a procesului de producţie în decursul căreia variază starea calitativă a obiectului producţiei sau a diferitelor părţi componente ale acestuia (piese, subansamble de orice ordin şi ansamblul general – produsul electrotehnic). Produs – se numeşte obiectul producţiei inclus în nomenclatorul producţiei întreprinderii.

Subansamblul – reprezintă o legătură separabilă sau nu a unor părţi componente ale produsului. Sub raport tehnologic subansamblul reprezintă o parte a produsului executată independent de celelalte părţi ale sale. În subansamblu pot intra piese, alte subansamble mai simple sau chiar produse cumpărabile de la altă uzină. Subansamblul ce intră nemijlocit în produs îl vom numi subansamblu de prim ordin. Subansamblul ce intră nemijlocit în subansamblul de ordinul I îl vom numi de ordinul II, şamd. Piesă (denumită deseori detaliu sau reper) este o parte a produsului executată fără operaţiei de asamblare, adică este un element primar al asamblării. La executarea ansamblului general, a subansamblelor de orice ordin şi reperelor se folosesc diferite procedee fizice şi chimice care modifică proprietăţile materialelor, forma piesei brute, dimensiunile, calitatea stratului superficial, poziţia relativă a pieselor sau realizează asamblarea lor. Din acest motiv, procesul tehnologic de realizare a obiectului producţiei sau a părţilor sale componente constă dintr-un complex de procese tehnologice particulare de execuţie a pieselor şi subansamblelor, procese tehnologice de asamblare, reglare şi încercare. Procesele tehnologice particulare constau din operaţii tehnologice separate. Operaţia tehnologică este acea parte a procesului tehnologic care se îndeplineşte neîntrerupt la un singur loc de muncă, asupra unuia sau câtorva obiecte ale muncii, de către unul sau câţiva muncitori (fără trecerea la altă muncă).

Ca exemplu se poate considera ştanţarea tolelor pe piesă, căreia îi este caracteristic faptul că nu se schimbă piesa prelucrată, utilajul, muncitorul şi, de asemenea, neîntreruperea procesului tehnologic. Dar dacă bobinarea unui

4

transformator de forţă se realizează nu pe o maşină ci pe trei maşini diferite, atunci se realizează trei operaţii de bobinare. Operaţia se poate executa dintr-o singură aşezare sau din câteva aşezări ale piesei în dispozitiv sau pe masa maşinii. Această acţiune de prindere a piesei în dispozitiv sau pe masa maşinii în vederea prelucrării sau asamblării face parte din operaţia respectivă şi se numeşte aşezare. Piesa fixată în dispozitiv poate fi prelucrată într-una sau mai multe poziţii faţă de sculele cu care se face prelucrarea ei. Operaţia tehnologică este elementul de bază al planificării industriale. Pe baza însumării timpilor diferitelor operaţii se determină necesarul de forţă de muncă, se planifică încercarea utilajelor etc. O operaţie poate fi constituită din una sau mai multe faze. Faza este acea parte a operaţiei în care se execută complet dintr-o singură aşezare şi poziţionare a piesei o suprafaţă sau mai multe suprafeţe simultan, cu o sculă sau cu un complet de scule cu un anumit regim de aşchiere. Într-o fază de prelucrare mecanică adaosul de prelucrare de pe suprafaţa piesei (sau de pe suprafeţele piesei, dacă se prelucrează simultan mai multe suprafeţe ale piesei) poate fi îndepărtat dintr-o singură trecere sau din mai multe treceri. La fiecare trecere a sculelor pe suprafaţa (sau pe suprafeţele) piesei care se prelucrează, se îndepărtează câte un strat de material. Toate trecerile se execută cu acelaşi regim de aşchiere. dacă o trecere se execută cu alt regim de aşchiere atunci trecerea respectivă devine fază. Faza şi trecerea la rândul lor sunt formate din una sau mai multe mânuiri. Mânuirea reprezintă totalitatea mişcărilor efectuate de muncitor în timpul desfăşurării lucrului. În funcţie de genul procesului tehnologic: de prelucrare dimensională, de asamblare, de protecţia suprafeţei, de impregnare, conţinutul şi noţiunea elementelor operaţiei variază. Ele sunt determinate în modul cel mai clar în prelucrările mecanice. La elaborarea procesului tehnologic se stabilesc, pornind de la echipamentul existent cele mai avantajoase regimuri ale îndeplinirii sale. Aceasta presupune determinarea volumului de muncă atât al procesului în ansamblu cât şi al părţilor sale componente. Volumul de muncă corespunde timpului cheltuit pentru îndeplinirea unui proces tehnologic sau a părţilor sale componente. Prin norma de timp se înţelege timpul minim necesar pentru îndeplinirea operaţiei date, cu echipamentul tehnologic rezistent, calificarea corespunzătoare a muncitorului şi intensitatea normală a muncii sale în condiţii normale de producţie.

5

1.2.1 Posibilităţile de elaborare a procesului tehnologic Procesele tehnologice se pot elabora sub forma proceselor: - individuale - de grup - tipizate. Procesele individuale se elaborează pentru anumită piesă, pentru un anumit subansamblu, sau ansamblu. Nu sunt economice deoarece varietatea obiectelor producţiei fiind mare iar cantitatea lor fiind mică nu se pot utiliza maşini unelte de înaltă productivitate, cu grad ridicat de concentrare a operaţiilor.

Procesele de grup se elaborează pentru o grupă de piese similare în privinţa caracteristicilor constructiv-tehnologice. Acest tip de procese tehnologice au apărut ca urmare a faptului că foarte multe din piesele unicate care se prelucrează individual pe aceleaşi maşini sunt asemănătoare dimensional şi ca formă geometrică, sunt confecţionate din acelaşi material şi se prelucrează după procese tehnologice comune. Din aceste repere s-au format grupe de piese, care să fie prelucrate după principiile producţiei de serie mare şi masă (pe linii tehnologice sau pe maşini unelte de înaltă productivitate). Acesta este şi motivul pentru care astfel de procese tehnologice au primit denumirea de procese tehnologice de grup. Problema principală la aplicarea proceselor tehnologice de grup este constituirea cât mai judicioasă a grupelor de piese. Iniţial constituirea grupelor se făcea în atelier de către maistru sau tehnolog, pe bază de observaţii sau intuiţie. Odată cu creşterea numărului de piese prelucrate şi lărgirea diversificării producţiei s-a impus necesitatea găsirii unei metode ştiinţifice, eficientă. A apărut astfel metoda clasificării pieselor pe bază de coduri.

Procesele tehnologice tip se compun pentru câteva piese sau subansamble asemănătoare din punct de vedere al caracteristicilor constructive şi tehnologice şi care au în condiţiile concrete ale producţiei un plan general al operaţiilor.

6

1.2.2 Tipurile principale de producţie În funcţie de mărimea programului de producţie (cantitatea de produse executate în unitatea de timp: an, trimestru, lună) producţia poate fi împărţită în trei tipuri principale: - producţia individuală sau de unicate, - producţia de serie, - producţia de masă. În producţia individuală sau de unicate se execută, în cantităţi mici (în majoritatea cazurilor unicate), produse foarte variate ca tip. Caracteristica principală a producţiei individuale o constituie executarea la locurile de muncă a unei foarte variate game de operaţii diferite, fără o repetare periodică a lor. Produsele acestui tip de producţie sunt cele care nu au o utilizare largă ci sunt executate câteva bucăţi, conform unor comenzi speciale. În producţia de serie se execută repetat serii de produse sau loturi de piese. Caracteristica principală a producţiei de serie o constituie repetarea periodică a aceloraşi operaţii, la majoritatea locurilor de muncă. Este tipul cel mai răspândit de producţie în industria electrotehnică. În producţia de masă cantităţi relativ mari de produse se execută în mod continuu, pe o perioadă îndelungată de timp (de ordinul anilor). Caracteristica principală a producţiei de masă o constituie nu cantitatea de produse livrate, ci efectuarea la majoritatea locurilor de muncă a aceloraşi operaţii, cu repetare continuă.

1.2.3. Formele organizatorice ale liniilor tehnologice

În funcţie de programul de producţie, procesul tehnologic de prelucrare sau asamblare se poate proiecta pe linii tehnologice (la producţia de masă), sau se lansează în fabricaţie în loturi, după metoda divizării sau concentrării operaţiilor (în producţia de serie), după tehnologia de grup sau bucată cu bucată în producţia individuală.

Liniile tehnologice se organizează pentru volum de producţie suficient de mare, care justifică introducerea lor. Ele reprezintă înşiruirea de maşini unelte, instalaţii şi locuri de muncă în ordinea strictă prevăzută de procesul tehnologic, indiferent de natura operaţiilor respective. De observat că şi unele operaţii mai speciale, ca de exemplu operaţia de vopsire, pot fi introduse în linia tehnologică. Există însă şi operaţii care nu pot fi introduse în linie, cum ar fi de exemplu turnarea unor repere de oţel care se face

7

separat la atelierul de turnătorie, piesele fiind apoi introduse în fluxul tehnologic.

Liniile tehnologice pot fi clasificate după diferite criterii. Din punct de vedere al genului operaţiilor executate, liniile tehnologice pot fi de prelucrare, de montaj, sau pot cuprinde ambele tipuri de operaţii. Există şi linii tehnologice alcătuite numai din maşini unelte.

În atelierele de montaj se organizează benzi de montaj. La liniile tehnologice de montaj banda poate fi chiar locul de muncă (fig. 1.1.), ea oprindu-se un anumit timp, conform unui anumit ritm pentru ca fiecare muncitor să execute operaţia, sau poate fi numai mijloc de transport (fig. 1.2.), muncitorul preluând de pe bandă obiectul muncii, executând operaţia pe bancul său de lucru şi apoi repunând subansamblul sau produsul pe bandă, care-l transportă la muncitorul următor.

Fig. 1.1. Banda de montaj Fig. 1.2. Banda de montaj care constituie şi loc care constituie numai de muncă: 1-banda; mijloc de transport: 2-muncitorul. 1-banda; 2-locul de muncă.

La produsele foarte mari obiectul muncii rămâne fix şi se deplasează muncitorul la diferite locuri de montaj (fig. 1.3.). În acest caz muncitorul are o pregătire mai complexă, el executând mai multe operaţii.

8

Fig. 1.3. Deplasarea muncitorului la diferite locuri de muncă la produsele foarte mari.

Din punct de vedere al formei organizatorice liniile tehnologice pot fi

clasificate după cum urmează: - Linia tehnologică automată complexă este aceea pe care se execută

totalitatea operaţiilor de prelucrare a unor piese date începând cu intrarea materialului în întreprindere şi terminând cu ieşirea pieselor finite din linie.

Liniile tehnologice automate complexe stau la baza construirii uzinelor automate.

- Linia tehnologică automată este aceea pe care se efectuează prelucrarea parţială sau completă a unei piese (sau uneori a mai multor piese ce se aseamănă dimensional şi ca formă geometrică), cu ciclu automat, în ordinea succesiunii operaţiilor.

Ciclul de lucru al liniei tehnologice automate este în strânsă concordanţă cu ritmul de producţie al produsului respectiv. O astfel de linie tehnologică automată poate fi organizată nu numai în atelierele mecanice de prelucrare ci şi în atelierele de asamblare, de vopsire, de tratamente termice, etc.

Aceste linii formează baza construirii atelierelor automate. Pe liniile tehnologice automate se poate prelucra o singură piesă sau se pot prelucra mai multe piese asemănătoare (mai ales pe liniile tehnologice automate din atelierele de vopsitorie, tratamente termice, etc.).

Pe astfel de linii tehnologice automate toate operaţiile de prelucrare, control precum şi transportul, fixarea şi desprinderea pieselor în dispozitive, se face automat. Întreaga linie este deservită de numai câţiva muncitori care în general urmăresc şi asigură buna funcţionare a liniei.

- Linia tehnologică unitară cu flux continuu este aceea pe care se organizează prelucrarea unui singur tip de piese în mod continuu, în ordinea succesiunii operaţiilor procesului tehnologic.

Ritmul liniei este în concordanţă cu ritmul producţiei produsului respectiv. Transportul piesei pe linia tehnologică de la un loc de muncă la altul nu se face automat; de asemenea, nu se efectuează automat nici fixarea piesei pentru prelucrare, cum se întâmplă pe liniile tehnologice automate. Transportul piesei în lungul liniei tehnologice poate fi mecanizat cu ajutorul diferitelor transportoare cu bandă, cu lanţ suspendat sau căi cu role. Astfel

9

de linii tehnologice există într-un număr mai mare sau mai mic aproape în toate uzinele electrotehnice din ţara noastră.

Liniile tehnologice cu flux continuu formează baza de organizare a producţiei în flux tehnologic în producţia de masă şi de serie mare în concordanţă cu ritmul producţiei întregii întreprinderi.

- Linia tehnologică multiplă cu flux continuu este aceea pe care se organizează prelucrarea simultană a unui complet de câteva tipuri de piese diferite, însă asemănătoare din punct de vedere constructiv şi tehnologic. Transportul, fixarea şi desprinderea piesei nu sunt automatizate. La maşinile unelte din linie există o astfel de schemă de reglaj, care permite prelucrarea tuturor pieselor fixate pe maşinile unelte respective, fără a fi nevoie de o reglare a acestora pentru fiecare piesă în parte. De exemplu, la maşina de găurit prevăzută cu un cap multiax pot fi burghiate simultan un număr oarecare de piese fixate în acelaşi dispozitiv sau în dispozitive diferite.

- Linia tehnologică cu flux variabil este aceea pe care se organizează prelucrarea în loturi de piese, pe utilaje dispuse în ordinea succesiunii operaţiilor procesului tehnologic, în concordanţă cu ritmul producţiei de piese.

În cazul când piesele din lotul care urmează a fi lansat pe linia tehnologică sunt diferite din cele din lotul precedent, linia tehnologică trebuie să aibă posibilitatea de reglare rapidă pentru prelucrarea lotului respectiv de piese.

Linia tehnologică trebuie să aibă un domeniu larg de utilizare. Utilajele din linia tehnologică sunt echipate cu dispozitive cu un grad mare de universalitate.

Liniile tehnologice cu flux variabil formează baza de organizare a producţiei pe linii tehnologice în producţia de serie care este foarte des întâlnită în fabricaţia produselor electrotehnice…

1.2.3.1 Calculul ritmului şi al productivităţii liniei tehnologice

Condiţia de bază care trebuie îndeplinită la proiectarea procesului tehnologic pe linii tehnologice cu flux continuu, constă în asigurarea sincronizării operaţiilor, adică în efectuarea fiecărei operaţii într-un timp de lucru egal, sau cu foarte puţin mai mic decât ritmul de lucru al liniei tehnologice.

10

În funcţie de mărimea ritmului de lucru al liniei tehnologice se face divizarea procesului tehnologic în operaţii, se alege utilajul şi se proiectează SDV-urile.

Pentru încărcarea judicioasă a fiecărui loc de muncă se întocmeşte histograma liniei tehnologice (fig. 1.4):

Fig. 1.4. Histograma unei linii tehnologice.

Piesa trece de la un anumit loc de muncă la altul, după un anumit

timp, determinat de durata celei mai lungi operaţii (operaţia 3 – în cazul nostru). Este necesar ca diferenţa dintre duratele operaţiilor să fie cât mai mică. Altfel unii muncitori aşteaptă, în timp ce alţii sunt prea aglomeraţi.

Dacă de exemplu operaţia 4 durează foarte mult (să presupunem de două ori ritmul) se dublează numărul de locuri de muncă la această operaţie, sau numărul de maşini unelte din bandă.

Fig. 1.5. Dublarea locului de muncă la operaţia cu

durata de două ori mai mare. Deci, pentru organizarea producţiei pe linii tehnologice în flux

continuu, conţinutul procesului tehnologic şi alegerea utilajelor sunt derivate ale ritmului de lucru al liniei tehnologice şi nu invers.

Mărimea ritmului de lucru al linie tehnologice se determină ca fiind raportul dintre fondul real de timp disponibil Ftd şi planul de producţie. Pfp (planul de fabricaţie piese) – care trebuie executate pe linia tehnologică respectivă, în intervalul de timp egal cu fondul de timp disponibil:

R= Ftd / Pfp (min/buc) (1.1)

11

Din relaţia (1.1) rezultă că ritmul de lucru rezultă că ritmul de lucru al liniei tehnologice scade cu creşterea planului de producţie de piese, pentru acelaşi fond de timp disponibil. Acest lucru impune inginerului tehnolog să prevadă la proiectarea procesului tehnologic astfel de măsuri tehnico-organizatorice care să asigure un timp de lucru necesar pentru executarea fiecărei operaţii în linia tehnologică, egal cu ritmul de lucru al liniei, sau cu foarte puţin mai mic decât acesta, pentru ca toate utilajele şi posturile de lucru ale liniei tehnologice.

Productivitatea liniei tehnologice se exprimă prin numărul de piese obţinute la capătul liniei în unitatea de timp (de exemplu oră) şi se calculează cu relaţia:

Q= Pfp/Ftd (buc/oră) (1.2.)

Se observă că productivitatea liniei tehnologice este egală cu inversul ritmului de lucru al acesteia.

1.2.4. Tehnologicitatea construcţiei produselor şi pieselor Unul dintre factorii care influenţează substanţial asupra caracterului

proceselor tehnologice este tehnologicitatea construcţiei produselor şi pieselor lor componente.

Tehnologicitatea reprezintă ansamblul de norme şi restricţii pe care trebuie să le îndeplinească o construcţie dată pentru ca ea să poată fi executată în producţie în condiţiile tehnice cele mai raţionale şi mai economice.

1.2.5. Parametrii procesului tehnologic de fabricaţie a

produselor electrotehnice Parametrii de bază ai procesului tehnologic de fabricaţie atât a

produselor electrotehnice în ansamblu cât şi a proceselor tehnologice particulare sunt:

- precizia - siguranţa - economicitatea - productivitatea. 1.2.5.1. Precizia proceselor tehnologice. Prin precizia proceselor

tehnologice înţelegem gradul corespondenţei produsului finit cu cerinţele condiţiilor tehnice. Această corespondenţă poate fi privită în raport cu un şir

12

de caracteristici calitative ale produsului. Cauza necorespondenţei caracteristicilor calitative este constituită de erorile de producţie.

Problema generală a preciziei proceselor tehnologice constă în determinarea preciziei unei caracteristici calitative a unui ansamblu general sau subansamblu de orice ordin în funcţie de erorile posibile ale subansamblelor sau reperelor componente.

1.2.5.1.1. Modelul matematic al produsului electrotehnic din punct de

vedere al precizieiFie parametrul N caracteristica ce ne interesează a ansamblului

general sau subansamblului component. N = f (q1,q2,…,qi, …) (1.3)

unde qi - sunt parametrii elementelor componente ale ansamblului general sau subansamblelor. Pentru a stabili dependenţa între erorile de producţie ale parametrului N şi erorile de producţie ale elementelor componente procedăm în felul următor folosind calculul diferenţial. Pentru N din relaţia (1.3) ce este o funcţie de mai multe variabile, diferenţiala totală va fi: ......21 +

∂+

∂= dqNdqNN

21

+∂∂

+∂∂ i

i

dqqN

qqd (1.4)

Trecând de la diferenţiale la mărimi finite relaţia (1.4) se scrie:

......22

11

+∆∂∂

++∆∂∂

+∆∂∂

=∆ ii

qqNq

qNq

qNN (1.5)

ăutată sub forma enerală care după transformări matematice se poate scrie:

Împărţind relaţia (1.5) la (1.3) obţinem expresia cg

......2

22

1

11 +

∆++

∆+

∆=

∆

i

ii q

qAqqA

qqA

NN (1.6)

sau

∑=

∆∆ n qN=

i i

ii q

AN 1

(1.7)

13

Relaţia (1.7) reprezintă modelul matematic al ansamblului general sau suban

ominale date, coefic terminată care caracterizează gradul

samblului studiat din punct de vedere al preciziei. În relaţiile de mai sus semnificaţiile sunt următoarele: ∆N/N – este eroarea relativă a parametrului N ∆qi/qi – este eroarea relativă a parametrului elementului i al schemei. A1,A2,…,Ai, … - coeficienţii de pe lângă erorile relative de producţie

ale parametrilor elementelor componente au valori a căror mărime depinde atât de mărimile q1, q2, …, qi, … cât şi de caracterul legăturii dintre ele. Pentru un ansamblu sau subansamblu dat concret, la valorile n

ienţii Ai pot avea o expresie numerică de influenţei sau „ponderea“ fiecărui element asupra parametrului N. De

aceea, vom numi aceşti coeficienţi Ai coeficienţi de influenţă. Numim relaţia (1.7) „relaţia erorilor“. În fiecare caz concret, folosind această relaţie a erorilor, se poate

determ ţie a parametrului N al ansamblului general sau subans e elementelor ce compun ansam lul sau subansamblul studiat.

ina eroarea de producamblelor, la erori de producţie date alb 1.2.5.2. Siguranţa proceselor tehnologice Prin siguranţa proceselor tehnologice înţelegem capacitatea proceselor

de-a asigura executarea produselor finite în deplină concordanţă cu documentaţia tehnică, adică produse bune.

Siguranţa este o noţiune probabilistică. Siguranţa proceselor tehnologice este de asemeni o noţiune probabilistică. Ea este probabilitatea ca în rezultatul procesului tehnologic produsul executat să fie bun. deoarece procesul tehnologic constă dint guranţa procesului tehnologic va fi egală cu produsul siguranţelor operaţiilor:

ă p ilitatea

r-un şir de operaţii tehnologice, si

ipt SS Π=1

(1.6)

k

unde Si – siguranţa operaţiei i. k – numărul total al operaţiilor. În practică prezintă interes o alt robabilitate şi anume probabapariţiei pieselor defecte.

λλ −= em

mkPm

!)(...1 (1.7)

Probabilitatea apariţiei, la ieşirea procesului tehnologic, care constă din k operaţii, a m piese defecte, este:

14

u λ - este speranţa matematică sau în cazul dat valoarea medie a numărului defectelor care apar în procesul dat. În mod normal procesul te

nde

hnologic se caracterizează printr-un număr valori

mici a)=λe (1.8)

Descompunând fun umându-ne la imu

(1.9) s tehnologic

ică:

,03 – 0,003).

de asemeni pentru anumite produse z=1,4÷2).

robabilitatea apariţiei defectului la un loc de muncă, adică în cazul lucrului unui anumit mun

nde la acest loc de uncă

itor. Atunci, probabilitatea ex muncă

ximaţie siguranţa procesului tehnologic la fiecaretehnologic conform relaţiei (1.6)

(1.13)

curilor de muncă în procesul tehnologic. tare al

mic de piese defecte. De aceea, prezintă interes analiza relaţiei (1.7) lale lui m, de exemplu m=1:

P1…k(1 -λ

cţia e-λ în serie se poate obţine rezpr l termen al descompunerii:

P(1) ≅ λ Cantitatea medie a defectelor la ieşirea dintr-un proceoarecare λ se poate calcula cu formula empir λ=a.kz (1.10) unde k – este numărul operaţiilor în proces a – este un coeficient ce depinde de ritmul producţiei (de exemplu pentru anumite produse poate lua valori cuprinse între 0 z – este un parametru al procesului determinat experimental (de exemplu

Mărimea λ poate fi de asemenea determinată cu ajutorul controlului statistic.

Pcitor (montator, reglor, etc.) este:

Pm = λ/k (1.11)

u λ - este numărul mediu de defecte lăsate de muncitorm în procesul tehnologic propriu locului dat de muncă. k – este numărul operaţii executate de acest munc

ecutării de piese bune de la acest loc de, adică siguranţa procesului tehnologic dat, este:

Sm=1-Pm (1.12) Considerând în prima apro loc de muncă aproximativ egală, obţinem siguranţa întregului proces

Spt = (1-Pm)n

unde n – este numărul lo Probabilitatea apariţiei defectului după întregul proces de execuunui subansamblu este: PSans=1-(1-Pm)n (1.14)

15

sau în

nologic bine pus la punct numărul defectelor este mic şi binom

PSans= λn/k (1.16)

este: 7)

locuind expresia pentru Pm: PSans=1-(1-λ/k)n (1.15)

Pentru un proces teh de aceea în practică ne mărginim la primul termen al dezvoltăriiului şi considerăm:

şi deci siguranţa procesului tehnologic de realizare a subansamblului

SSans=1 – PSans = 1 - λn/k (1.1 1.2.6. Noţiunea de siguranţă a procesului de producţie Prin siguranţa procesului de producţie înţelegem capacitatea

procesului de producţie de nform e exprimă prin raportul:

(1.18) nde

roduselor executate.

aze: l pieselor în procesul tehnologic (sau de ieşire

lul la ieşirea produselor din procesul tehnologic; producţie constă din trei părţi

guranţa fiecărei faze şi a procesului de producţie în ansamblu bun.

Atunci:

produs bun, ca rezultat al procesului de producţie, umai în cazul în care el va fi bun la trecerea prin fiecare din fazele rocesului productiv.

a asigura executarea pieselor codocumentaţiei tehnice. Numeric, siguranţa s

Spp = Npb/Npt u Npb – este numărul produselor bune. Npt – este numărul total al p Din punct de vedere al asigurării executării unor piese bune procesul de producţie constă din trei f - controlul de intrare ade la operaţiile anterioare); - procesul tehnologic; - contro De aceea, siguranţa procesului de componente: - siguranţa controlului de intrare (Sci) - siguranţa procesului tehnologic (Spt) - siguranţa controlului de ieşire (Scf). Sireprezintă probabilitatea ca la sfârşitul acelei faze produsul să fie

Spp = Sci .Spt

.Scf (1.19)

deoarece se obţine unnp

16

1.2.7. Economicitatea procesului tehnologic Deşi există multiple criterii economice în aprecierea unei variante tehnologice ne vom opri numai asupra criteriului preţului de cost deoarece

ţii procesului hnologic.

)] . (1 + Rg/100) (1.20)

sului tehnologic după criteriul preţului de

ta procesului tehnologic.

C = ax + b (1.21) de

seria (amortizări, regii

.22)

Relaţiile (1.21) şi (1.22) sunt reprezentate în fig. 1.6 a. Relaţia (1.21) poate ajuta la alegerea variantei tehnologice.

ului de cose bucată şi pentru o serie pentru o serie de piese prelu-

de produse. crate în 3 variante tehnologice.

acesta constituie cel mai important indicator al economicităte Expresia generală a preţului de cost al unui produs este: C = [M + S (1 + Rf/100 unde M – este costul materialelor; S – este costul salariilor directe; Rf – este regia de fabricaţie (în procente) Rg – este regia generală (în procente). La alegerea variantei procecost este important să se determine acea parte a preţului de cost care depinde de varia Pentru o serie de produse x, expresia preţului de cost poate fi pusă subforma: un a – sunt costurile identificabile direct pe fiecare produs (manoperă directă, energie, etc.) b – sunt costurile indirecte pentru toată generale, cheltuieli de întreţinere, etc.)

Relaţia ce determină costul unui produs va fi: c = C/x = a + b/x (1

Fig. 1.6. a) b) Diagrama preţ t Diagrama preţului de cost p

17

Fie de exemplu trei variante tehnologice caracterizate de costurile C1,

C2, C3 reprezentate în figura 1.6.b. Este evident că pentru anumite mărimi de serii sunt avantajoase diferite variante tehnologice. Din egalităţile:

a3x” + b3 (1.23)

cterizată de C2 şi pentru

ralel (C1), strunjirea pe strung revolver (C2) şi spectiv automat (C3).

1.2.8 Productivitatea procesului tehnologic

a1x’ + b1 = a2x’ + b2 a2x” + b2 =

se determină valorile x’ şi x”. Se observă că pentru x < x’este avantajoasă varianta caracterizată de C1; pentru x” > x > x’ este avantajoasă varianta carax > x” este avantajoasă varianta caracterizată de C3. Procesul tehnologic ale cărui variante le-am reprezentat poate fi de exemplu un proces de strunjire pentru o serie de piese, iar variantele: strunjirea pe strung pare

Productivitatea procesului tehnologic se determină prin cantitatea de piese, subansamble sau produse executate în unitatea de timp (oră, schimb,

săptămână).

∑=

u

td

TFQ (1.24)

nde ibil

ridicarea productivităţii se poate face prin losirea cât mai deplină a fondului de timp sau prin micşorarea timpului de

xecutare a unităţii de producţie.

u Q – este productivitatea, Ftd – este fondul de timp dispon ΣTu – este timpul cheltuit pentru executarea unităţii producţiei conform normelor tehnice de timp. Evident, conform formulei,foe

18

1.3. întrebări de control şi aplicaţii

1. Cu ce se ocupă disciplina de tehnologie? 2. Ce discipline concură la rezolvarea problemelor tehnologice? 3. Ce este procesul de producţie? Dar procesul tehnologic? 4. Ce înţelegem prin: produs, subansamblu, piesă, operaţie tehnologică? 5. Cum se defineşte norma tehnică de timp? 6. Cum se elaborează procesul tehnologic? 7. Care sunt principalele tipuri de producţie întâlnite în industria electrotehnică? 8. Care sunt formele organizatorice ale liniilor tehnologice? 9. Care este tipul de linie tehnologică cel mai mult utilizat?

10. Cum se construieşte histograma unei linii tehnologice? 11. Care este ritmul unei lin» tehnologice care produce unpiese pe lună? Se ştie că se lucrează în 2 schimburi / zi a câte 8 ore

lot de 10.000 / schimb.

R=2,5 min. / buc. 12. Care este productivitatea liniei tehnologice din problema 11? 13. Ce înţelegem prin tehnologicitatea unei construcţii?

1.4. Bibliografie (capitolul I)

1.1. Anghel F. - Tehnologia fabricaţiei maşinilor electrice. Voi. I, III Lit. IP1. 1974

1.2. Crişan L - Tehnologia ca sistem. Ed. Şt. şi Encicl. Buc 1980 1.3. Karsăkov V. S. - Bazele tehnologiei construcţiei de maşini. Moscova

1974. 1.4 Osmakov A. A. - Tehnologia şi echipamentul fabricaţiei de maşini

electrice. Moscova 1980. 1.5. Figaro V. P. — Bazele proiectării proceselor tehnologice. Moscova.

1973.

14. Exemplificaţi noţiunea de tehnologic itate pentru o piesă. 15. Care sunt parametrii de bază ai procesului tehnologic?

1.6. TruşcăV., Popescu M. - Tehnologia de fabricaţie a aparatelor electrice. Ed.

ICPE, Bucureşti, 1996

19

CAPITOLUL 2

PROIECTAREA PROCESULUI TEHNOLOGIC

2.1. Locul şi organizarea serviciului tehnologic într-o întreprindere de

produse electrotehnice

s

ător.

proiectare, ceea ce corespunde de fapt, cu stabilirea tribuţ în atelierele de

Proiectul unui nou produs electrotehnic se elaborează pe baza standardelor sau a normei interne existente. Conform proiectului care cuprinde desenele de execuţie, se fabrică prototipul. Acesta este supuîncercărilor de omologare prototip, în urma cărora se fac observaţiile cu remedierile ce trebuiesc aduse pentru a se obţine un produs corespunz Se definitivează apoi, documentaţie de proiectare – desenele şi nomenclatoarele produsului – care se transmit serviciului tehnologic. Serviciul tehnolog poate fi organizat distinct de serviciul proiectare, sau are ingineri tehnologi care lucrează împreună cu proiectanţii. Cum atribuţiile tehnologilor sunt oricum bine stabilite şi distincte de ale proiectanţilor vom considera cazul în care serviciul tehnolog este organizat separat de cel dea iilor celor care se ocupă de proiectarea tehnologieiproiectare mixte. Serviciul tehnologic are următoarele compartimente: a) tehnologic; b) de materiale (sau de consumuri specifice); c) de normare tehnice; d) de proiectare SDV (scule, dispozitive, verificatoare). a) Compartimentul tehnologic efectuează proiectarea tehnologiei pe fişe tehnologice (în cazul producţiei de serie) sau pe planuri de operaţii (în

entul de materiale

cadrul producţiei de masă), documente în care sunt trecute toate detaliile legate de efectuarea fiecărei operaţii, la fiecare loc de muncă. b) Compartim calculează consumurile specifice entru materialele prevăzute de proiectant. Aceste consumuri se stabilesc pe

unitatea de produs.

p

20

Se definesc: 1) consum specific net – care este greutatea reperului în stare finită; 2) consum specific brut – care este greutatea materialului în stare neprelucrată, fiind obţinut din consumul specific net prin adăugarea pierderilor tehnologice de material (transformate inerent în deşeuri de prelucrare), de exemplu materialul care cade prin găurire, tăiere cu ferăstrăul, strunjire, decupare, etc. În fig. 2.1. sunt exemplificate (prin haşurare) porţiunile din semifabricat care reprezintă pierderi tehnologice;

Fig. 2.1. Pierderi

tehnologice de material

3) consum de aprovizionare – care este mai mare decât consumul brut cu pierderile ce revin pe unitatea de produs datorită rebuturilor admisibile, pierderilor de depozitare, transport, etc. Tot compartimentul de materiale stabileşte planurile de tăiere la materialele aprovizionate sub formă de tablă sau benzi, respectiv planurile de debitare la cele aprovizionate sub formă de bare. c) Compartimentul de normare tehnică stabileşte norma tehnică de timp, adică timpul necesar efectuării fiecărei faze şi operaţii. Valoarea manoperei se calculează înmulţind norma tehnică de timp cu retribuţia corespunzătoare în lei /oră pentru fiecare categorie de muncă. d) Compartimentul de proiectare SDV – proiectează: - sculele – o construcţie care este utilizată în mod activ în procesul tehnologic, ele dând modificarea formei (ştanţă, cuţit de strung, burghiu, etc.); - dispozitivele – construcţii auxiliare, ajutătoare în procesul de prelucrare (dispozitive de prindere, şabloane de găurit, etc.); - verificatoarele – care servesc pentru controlul pieselor executate. SDV-urile pot fi speciale sau standardizate. Compartimentul proiectare SDV se ocupă de cele speciale, cele standardizate fiind cumpărate ca atare de la întreprinderi specializate. Secţia Matriţerie a întreprinderii va executa sculele nestandardizate, destinate produsului nou proiectat. Cu aceste scule se execută seria zero, având ca scop verificarea concepţiei tehnologice şi omologarea seriei de SDV-uri.

21

După omologarea seriei zero se trece la lansarea în fabricaţie a noului produs.

2.2. Fazele proiectării proceselor tehnologice2.2.1. Principii generale

Procesul tehnologic elaborat corect trebuie să asigure realizarea tuturor condiţiilor indicate în desenele pieselor şi în prescripţiile tehnice, înaltă productivitate şi indicatori economici corespunzători. Proiectul procesului tehnologic se elaborează distinct pentru diferitele tipuri de fabricaţie (de unicate, de serie sau de masă). Proiectarea procesului tehnologic al executării pieselor, subansamblelor şi ansamblelor începe cu studiul documentaţiei tehnice: descrierea tehnică, desenele, condiţiile tehnice, etc. Urmează apoi etapa determinării soluţiei optime a procesului tehnologic, care se face foarte eficient prin metoda modelării. Această metodă este deosebit de utilă în cazul producţiei de serie sau de masă. La analiza proceselor tehnologice care asigură obţinerea construcţiei proiectate trebuie să se examineze următoarele două aspecte: a) nivelul tehnologiei producţiei; b) nivelul mecanizării, automatizării producţiei şi înzestrării tehnologice a muncii. După adoptarea soluţiei socotită optimă pentru procesul tehnologic se elaborează succesiunea finală a operaţiilor, se efectuează alegerea finală a echipamentului, a înzestrării tehnologice, se realizează calculul regimurilor tehnologice şi normarea. La dezmembrarea procesului tehnologic în operaţii sunt posibile două căi: concentrarea, adică unirea câtorva operaţii simple într-una mai complicată şi diferenţierea adică dezmembrarea operaţiilor complexe în altele mai simple. La diferenţierea operaţiilor numărul locurilor de muncă creşte, dar echipamentul necesar pentru producerea detaliilor şi subansamblelor se simplifică. Continuarea operaţiilor necesită, dimpotrivă, complicarea echipamentului. Pentru stabilirea ordinii raţionale a operaţiilor este necesar să se ţină seama şi de tipizarea proceselor tehnologice.

22

2.2.2. Materiale iniţiale necesare pentru proiectarea procesului tehnologic

Pentru elaborarea procesului tehnologic al fabricaţiei produselor electrotehnice sunt necesare următoarele materiale iniţiale de bază: - descrierea tehnică a piesei sau produsului; - condiţiile tehnice; - documentaţia transmisă de către serviciul proiectare; - volumul producţiei; - capacitatea de producţie a întreprinderii; - posibilităţile cooperării cu alte întreprinderi; - termene de plan ale pregătirii şi asimilării producţiei. Să examinăm pe scurt materialele de bază necesare pentru întocmirea procesului tehnologic. Corectitudinea descrierii tehnice, a condiţiilor tehnice şi desenelor este factorul determinant în calitatea elaborării proceselor tehnologice. Cu cât acestea vor fi formulate mai corect şi mai precis, cu atât vai fi mai bine întocmit procesul tehnologic. Volumul producţiei este necesar pentru calculul celei mai economice soluţii a procesului tehnologic, pentru alegerea echipamentelor, SDV-urilor, gradului mecanizării, automatizării şi pentru determinarea optimă a organizării producţiei. Capacitatea de producţie a întreprinderii este necesară pentru aprecierea posibilităţii realizării procesului tehnologic şi pentru alegerea celei mai economice variante. Posibilităţile cooperării cu alte întreprinderi reprezintă o problemă foarte importantă la proiectarea proceselor tehnologice, în condiţiile actuale, când pentru fabricarea produselor electrotehnice sunt necesare procese tehnologice foarte diferite. Numai marile întreprinderi pot fi prevăzute cu secţii pentru procese tehnologice speciale ca: turnare, presare mase plastice, etc. Din acest motiv şi din considerente pur economice cooperarea între întreprinderi este un factor important de care depinde proiectare procesului tehnologic.

Termenele de plan ale pregătirii şi asimilării producţiei sunt, de asemenea, importante la proceselor tehnologice. Cu cât sunt mai mici termenele pregătirii şi asimilării, cu atât trebuie să fie mai calificate cadrele, cu atât mai puţin trebuie detaliate diferitele operaţii, cu atât mai largă şi mai perfectă trebuie să fie baza de producţie.

23

2.2.3. Documentaţia tehnologică

În urma proiectării, procesele tehnologice sunt înscrise în documentele tehnologice. În acestea se notează modul de obţinere al pieselor şi produselor, echipamentele tehnologice necesare (maşinile, utilajele, dispozitivele, sculele, verificatoarele, etc.), gradul de îndemânare necesar executării procesului tehnologic respectiv şi timpul în care este posibil să fie realizat. Pe baza documentelor tehnologice se determină timpul necesar lucrărilor, se înzestrează locurile de muncă, se planifică şi se furnizează materialele şi semifabricatele. Încălcarea prescripţiilor notate în documentaţia tehnologică poate conduce la compromiterea calităţii produselor. De aceea, respectarea cu stricteţe a tuturor prescripţiilor documentaţiei tehnologic este legea de bază a producţiei. Standardul STAS 6269-80 stabileşte conţinutul documentaţiei tehnologice. Forma documentaţiei tehnologice poate diferi pentru diferite ramuri ale industriei electrotehnice, în funcţie de specificul producţiei, dar caracterul documentaţiei este acelaşi. Totalitatea documentelor tehnologice poate fi împărţită în trei grupe: - documentaţia tehnologică ce fixează procesul tehnologic al desfăşurării operaţiilor unor piese (fişa tehnologică în cazul producţiei de serie) sau chiar al unei singure operaţii efectuate asupra piesei (planul de operaţie în cazul producţiei de masă); - documentaţia tehnologică de sinteză care reflectă întregul proces tehnologic al prelucrării unor subansamble sau ansamble (de exemplu planul de succesiune al operaţiilor şi toate datele funcţionării unei benzi tehnologice). Tot în această grupă se încadrează şi documentaţia tehnologică ce conţine datele de sinteză asupra înzestrării tehnologice, gradului de folosire a reperelor normalizate, a SDV-urilor normalizate, etc; - instrucţiuni tehnologice necesare pentru executarea operaţiilor complicate, a operaţiilor care necesită respectarea unui anumit regim sau legate de folosirea unei instalaţii sau a unui utilaj special, precum şi instrucţiuni tehnologice de control. Deoarece în producţia electrotehnică documentul tehnologic de bază este fişa tehnologică pe reper, în formularul 1 este indicat acest document.

24

FORMULARUL 1 + FIG. 2.2

25

2.2.4. Diagrame tehnologice Diagramele tehnologice servesc la organizarea producţiei dar, în acelaşi timp la verificarea justeţei unei tehnologii alese. În principal se folosesc trei tipuri de diagrame. 1.Diagrama compunerii reperelor în produs Produsul se asamblează din subansamble de diferite ordine şi din repere. Din numeroasele scheme de asamblare cea mai răspândită este schema de asamblare tip evantai, care arată din ce piese şi subansamble se face asamblarea. Pentru exemplificare s-a ales schema de asamblare simplificată a unei maşini de curent continuu. (Fig.2.2) O astfel de schemă este simplă şi intuitivă dar ea nu reprezintă succesiunea asamblării. Dacă pe această schemă sunt indicaţii privind operaţiile tehnologice, atunci ea se numeşte schemă tehnologică de asamblare.

2. Diagrama circuitului reperelor şi subansamblelor în procesul de fabricaţieAceastă diagramă indică parcursul subansamblelor şi reperelor în

atelierele prescrise de procesul tehnologic. În figura 2.3. s-a exemplificat o astfel de diagramă pentru un reper k, pentru a cărui prelucrare sunt necesare şapte operaţii notate cu cifre romane în dreptul celor şapte ateliere ale întreprinderii considerate.

Fig. 2.3. Diagrama circuitului

reperelor şi subansamblelor în procesul de fabricaţie.

Studiind această diagramă pentru diferite variante tehnologice, se poate alege aceea variantă care asigură un parcurs cât mai simplu şi mai economic, evitându-se întoarcerile prin ateliere. 3. Diagrama programării calendaristice Acest tip de diagramă se poate face pe loturi de piese şi arată care este ordinea temporală în care trebuiesc efectuate operaţiile în procesul de producţie pentru a reduce la minim ciclul de fabricaţie. În figura 2.4 este reprezentată o astfel de diagramă.

27

Fig. 2.4 Diagrama programării calendaristice.

Subansamblul 1 are de exemplu o durată de fabricaţie de 2 zile. Reperele care-l compun necesită timpi diferiţi. Ele vor trebui să fie gata în ziua în care începe asamblarea acestui subansamblu. Programarea fiecărui reper şi subansamblu se face la data necesară pentru obţinerea în timp util a asamblării şi funcţie de încărcarea utilajului tehnologic. Folosind această diagramă şi corelând-o cu încărcarea utilajelor tehnologice ale întreprinderii se poate obţine un ciclu de fabricaţie minim, în cazul unei programări calendaristice judicioase ale producţiei. Se obţine astfel un proces tehnologic corelat cu posibilităţile atelierelor şi secţiilor întreprinderii, optim din punct de vedere al economicităţii sale şi cu program minim de fabricaţie.

2.3 Controlul tehnic de calitate - parte integrantă a procesului tehnologic

Controlul tehnic de calitate este procesul ce se compune din totalitatea verificărilor şi încercărilor care se efectuează asupra pieselor, subansamblelor şi produselor finite, prin care se stabileşte concordanţa parametrilor cu caracteristicile tehnice impuse prin standarde, norme interne şi condiţii tehnice. Practic, controlul tehnic de calitate constă din ansamblul operaţiilor de control incluse în procesul tehnologic, care trebuie să conţină:

- numărul operaţiilor de control

28

- succesiunea dispunerii operaţiilor de control în procesul tehnologic - metodele şi mijloacele de control. Aceste operaţii de control se execută conform fişelor tehnologice şi

instrucţiunilor de lucru stabilite. Materialele de bază, iniţiale, pentru stabilirea tehnologiei controlului sunt:

- desenele pieselor, subansamblelor şi produselor; - procesele tehnologice ale fabricării pieselor, asamblării şi

reglajului subansamblelor şi subansamblului general; - condiţiile tehnice pentru piese, subansamble şi produse finite. Tehnologul care execută procesul tehnologic trebuie să prevadă

numărul operaţiilor de control, cea mai potrivită combinaţie a operaţiilor de producţie cu cele de control, combinaţie care să asigure calitatea necesară a pieselor, subansamblelor şi ansamblului general şi relevarea la timpul potrivit a defectelor procesului tehnologic. Pentru aceasta trebuie să se ţină seama de particularităţile producţiei: starea şi componenţa echipamentului tehnologic, stabilitatea procesului tehnologic, organizarea producţiei etc. Operaţiile de control se prevăd obligatoriu după:

- cele mai importante operaţii tehnologice intermediare care trebuie să asigure respectarea dimensiunilor şi parametrilor de bază necesari pentru prelucrarea în continuare şi asamblarea;

- operaţiile la care este posibilă apariţia rebutului (condiţii speciale de producţie, complexitatea prelucrării, echipament instabil etc.);

- operaţii finale. Proiectantul tehnolog răspunde, de asemenea de înzestrarea operaţiilor

de control cu instrumentele, aparatele şi dispozitivele necesare. Operaţiile de control se verifică şi se aprobă de către şeful controlului tehnic de calitate al uzinei.

Trebuie observat că necesitatea şi utilitatea introducerii operaţiilor de control se determină prin economicitatea şi eficienţa controlului.

Deoarece costul produsului în procesul fabricării creşte continuu, probabilitatea admisă a rebutului spre sfârşitul procesului tehnologic trebuie să fie minimă.

Din acest motiv, cât şi în scopul minimizării cheltuielilor de control în procesul producţiei, se aplică controlul statistic şi selectiv la stadiile inferioare ale producţiei şi controlul total spre sfârşitul procesului tehnologic.

Controlul tehnic de calitate se clasifică în funcţie de diferite criterii pe care le descriem în continuare.

29

2.3.1 Clasificarea controlului tehnic de calitate din punct de vedere al naturii încercărilor

Din punct de vedere al naturii încercărilor distingem: 1. încercări mecanice; 2. încercări electrice. 1. Încercările de control mecanice sunt în general comune întregii

industrii a construcţiei de maşini şi utilaje. Aceste încercări se efectuează asupra tuturor materialelor,

semifabricatelor, pieselor, subansamblelor şi produselor finite. Încercările de control mecanice se execută prin: verificarea cu ochiul

liber (vizual), cu instrumente de măsură uzuale, cu calibre şi dispozitive de control.

2.Încercările de control electrice se efectuează asupra materialelor, pieselor, subansamblelor şi produselor finite care în funcţionare au rol electric.

Se pot executa vizual, cu instrumente de măsură, dispozitive, instalaţii şi automate de control.

Atât încercările mecanice cât şi cele electrice sunt normalizate, standardizate.

2.3.2. Clasificarea controlului tehnic de calitate din punct de vedere al fazei de producţie în care se efectuează

Din punct de vedere al fazei în care se execută controlul se

deosebeşte: 1.controlul pe operaţie şi piesă; 2.controlul final; 3.controlul de recepţie. 1.Controlul pe operaţie şi piesă se mai numeşte şi control intermediar.

Pentru un proces tehnologic dat numărul şi organizarea punctelor de control este dictată de criterii de economicitate.

2.Controlul final este controlul care se execută pe produsele finite şi are un caracter complex, realizându-se conform standardelor şi normelor interne.

Se prevăd următoarele categorii de încercări: a)încercări de tip; b)încercări de lot. Încercările de tip sunt încercările care se execută la asimilarea în

fabricaţie a produsului, sau după modificări introduse în construcţie, în

30

procesul tehnologic sau la materiale, modificări care pot influenţa caracteristicile produselor.

Încercările de lot cuprind o parte din încercările de tip şi reprezintă numărul minim de încercări în urma efectuării cărora, prin rezultatele pe care le furnizează, se poate stabili modul în care calitatea şi performanţele produsului considerat concordă cu datele normativelor.

3.Controlul de recepţie are loc la primirea în întreprindere a materialelor, materiilor prime şi semifabricatelor. Controlul de recepţie cuprinde probe de control:

- mecanic, - electric, - magnetic, - climatic.

Ca exemple de probe de ale controlului de recepţie putem enumera: - verificarea conductoarelor de bobinaj din punct de vedere al

dimensiunilor (diametrul), rezistivitate, calitatea electrică a izolaţiei, calităţile mecanice ale izolaţiei etc.;

- verificarea materialelor magnetice (ridicarea curbei de magnetizare B=f(H), determinarea pierderilor specifice, etc.).

2.4. Controlul statistic Controlul statistic prevede stabilirea calităţii producţiei prin

verificări sistematice ale pieselor în procesul de fabricaţie. Locul de muncă trebuie să fie asigurat cu fişe de control

statistic în care pentru fiecare dimensiune sunt notate abaterile minime admise.

Controlul statistic se recomandă la fabricarea pieselor în serie mare, pe utilaje speciale, care trebuie să asigure o calitate constantă, timp îndelungat.

Aplicarea controlului statistic al calităţii produselor este condiţionată de cunoaşterea modului de desfăşurare a procesului de fabricaţie. De aceea, este necesar ca înainte de introducerea controlului statistic să se analizeze desfăşurarea procesului de fabricaţie, adică să se cunoască posibilităţile de precizie şi reglaj ale utilajelor şi să se obţină informaţiile necesare privitoare la stabilitatea în timp a procesului tehnologic.

Controlul statistic de calitate necesită parcurgerea următoarelor faze:

31

1. Analiza statistică a procesului tehnologic, premergătoare controlului statistic al calităţii, care are ca scop să determine stabilitatea procesului tehnologic.

2. Întocmirea fişelor de control. Înregistrarea şi interpretarea variaţiilor parametrice statistici ai valorilor caracteristicii de calitate studiate se face cu ajutorul unor fişe speciale numite fişe de control.

3. Efectuarea controlului statistic al calităţii. Controlul statistic constă în prelevarea la intervale anumite de timp a unor probe de mărime determinată, înscrierea rezultatelor măsurătorilor în fişe de control, şi apoi efectuarea interpretării acestor rezultate, luându-se deciziile corespunzătoare, conform metodei utilizate.

2.4 Întrebări de control şi aplicaţii1.Care este componenţa serviciului tehnolog? 2.Care sunt problemele specifice? 3.Ce proiectează compartimentul de proiectare SDV-uri? 4.Ce consumuri specifice de material se definesc? 5.Determinaţi consumul tehnologic net şi brut pentru un arbore. 6.Ce este prototipul? Dar seria zero? 7.Care sunt materialele iniţiale necesare pentru proiectarea

proceselor tehnologice? 8.Ce cuprinde documentaţia tehnologică? 9.Ce diagrame tehnologice cunoaşteţi? 10.Reprezentaţi diagrama compunerii reperelor în produs

pentru un contactor de curent alternativ. 11.Ce este controlul tehnic de calitate? În ce raport se află cu

procesul tehnologic? 12.În ce cazuri se prevăd în procesul operaţii de control în mod

obligatoriu? 13.Cum se clasifică operaţiile de control? 14.Când se face controlul static al calităţii?

2.5.Bibliografie

2.1.Panaite V. – Statistică tehnică şi fiabilitate. Lit. I.P.B.1978 2.2.Anghel F. – Tehnologia fabricaţiei maşinilor electrice. vol. I,III.I.P.B. 1974, 2.3.Voicu M. ş.a. – Tehnologia materialelor. E.D.P. Buc.1981 2.4.Nanu A. – Tehnologia materialelor. E.D.P. Buc.1978 2.5Truşcă V., Popescu M. - Tehnologia de fabricaţie a aparatelor electrice. Ed. ICPE, Bucureşti, 1996.

32

CAPITOLUL 3

PRECIZIA GEOMETRICĂ A PRODUSELOR FINITE TOLERANŢE ŞI AJUSTAJE

3.1. Probleme generale ale preciziei geometrice

Respectarea parametrilor geometrici (liniari şi unghiulari) ai pieselor şi produselor este o condiţie esenţială a calităţii acestora. Realizarea dimensiunilor ce definesc geometria piesei la valoarea lor nominală (teoretică) nu este posibilă deoarece intervin erorile de execuţie şi de măsurare. Procedeele tehnologice de execuţie nu permit realizarea unei dimensiuni decât cu o precizie aproximativă faţă de dimensiunea nominală, prescrisă. De asemenea, metodele de măsurare nu permit măsurarea exactă din cauza erorilor de funcţionare specifice ale instrumentului de măsurat, a erorilor comise la manipularea sau la citirea indicaţiilor acestuia, precum şi din cauza reliefului suprafeţelor prelucrate, sau a altor cauze. Pe de altă parte practica productivă a arătat că realizarea unei dimensiuni a unei piese riguros la valoarea nominală, nici nu este necesară deoarece o piesă poate funcţiona corespunzător, dacă dimensiunea sa nominală variază între anumite limite, corelate cu limitele cotelor pieselor cu care aceasta are legătură funcţională. Din acest punct de vedere putem distinge: a) – precizia macrogeometriei piesei care se referă la: - precizia dimensională; - precizia formei geometrice; - precizia poziţiei diferitelor elemente geometrice; - ondulaţii. b) – precizia microgeometriei piesei care se referă la: - rugozitatea suprafeţei. 3.2. Precizia dimensională Prin precizia dimensională înţelegem realizarea dimensiunilor între anumite limite impuse de condiţia ca mărimea caracterizată de această dimensiune să corespundă scopului funcţional. 3.2.1. Dimensiuni, abateri, toleranţe (Fig. 3.1.) Pentru a înţelege mai bine esenţa şi modul de alegere al acestor limite este necesar să definim anumite noţiuni.

33

Dimensiunea – este una din caracteristicile liniare sau unghiulare care determină mărimea unui element al piesei: diametru, lungime, unghi, etc. Dimensiunea nominală N – este valoarea luată ca bază pentru a caracteriza o anumită dimensiune, independent de abaterile permise de condiţiile tehnice (inerente imperfecţiunii de execuţie şi control). În raport cu dimensiunea nominală se definesc dimensiunile liniare. Dimensiunea efectivă E – este dimensiunea a cărei valoare se realizează prin execuţie (valoarea ei se obţine prin măsurare). Dimensiunile limită – sunt cele două dimensiuni prescrise între care poate varia dimensiunea efectivă şi anume: dimensiunea maximă (Dmax, dmax, Lmax) – este cea mai mare dintre cele două dimensiuni limită; şi dimensiunea minimă (Dmin, dmin, Lmin) – este cea mai mică dintre cele două dimensiuni limită. În acest caz de ex. pentru o cotă D:

Dmin ≤ ED ≤ Dmax. Abaterea – este diferenţa algebrică dintre o dimensiune (efectivă, maximă, etc.) şi dimensiunea nominală corespunzătoare. Abaterea efectivă A – este diferenţa algebrică dintre dimensiunea efectivă şi dimensiunea nominală corespunzătoare: A=E-N (3.1) Abaterile limită – sunt cele două abateri (superioară şi inferioară) obţinute ca diferenţe algebrice între dimensiunile limită şi dimensiunea nominală corespunzătoare. Abaterea superioară (As, as) – este diferenţa algebrică dintre dimensiunea maximă şi dimensiunea nominală corespunzătoare, de exemplu: As=Dmax-N, as=dmax-N; (3.2) Abaterea inferioară (Ai, ai)- este diferenţa algebrică dintre dimensiunea minimă şi dimensiunea nominală corespunzătoare, de exemplu: Ai=Dmin-N, ai=dmin-N; (3.3) De observat că, majusculele D, A, etc., se utilizează în cazul dimensiunilor suprafeţelor cuprinzătoare (de genul alezajelor); minusculele d, a, etc., se întrebuinţează pentru dimensiunile suprafeţelor cuprinse (de genul arbore). Conform prevederilor ISO termenul utilizat convenţional pentru determinarea oricărei dimensiuni exterioare unei piese, chiar dacă nu este cilindrică, este arbore; pentru determinarea oricărei dimensiuni interioare a unei piese, chiar dacă nu este cilindru – alezaj.

34

Linia zero, în reprezentări grafice este linia de referinţă faţă de care se măsoară abaterile; poziţia ei este determinată de dimensiunea nominală. Prin convenţie, în cazul în care linia zero este trasată orizontal, abaterile pozitive se situează deasupra ei, iar cele negative dedesubtul ei. Toleranţa T – este diferenţa dintre dimensiunea maximă şi dimensiunea minimă, sau altfel spus, este valoarea dinainte stabilită a limitelor între care se admite oscilaţia unei mărimi. De exemplu:

TD=Dmax-Dmin; Td=dmax-dmin (3.4) Valoarea toleranţei se poate deduce, de asemenea, considerând diferenţele algebrice: TD=As-Ai; Td=as-ai (3.5) De observat că întotdeauna toleranţa este mărime reală şi nenegativă: T≥0.

Fig. 3.1. Parametrii alezajului,

respectiv arborelui.

Exemplu: Pentru cota 9,80 se obţine: N=9,8 mm; dmax=N+as=9,8+0=9,8 mm; dmin=N+ai=9,8-0,1=9,7 mm; as=0; ai=-0,1mm; T=dmax-dmin=0,1 mm sau T=as-ai=0-(-0,1)=0,1 mm. 3.2.2. Baze. Prin bază se înţelege un element fundamental (punct, linie sau suprafaţă) în raport cu care se determină restul elementelor (punct, linie sau suprafaţă) ale unei piese sau ansamblu de piese. Se deosebesc: - baze funcţionale (bazele în raport cu care se determină univoc produsul finit sau ansamblul în scopul îndeplinirii rolului funcţional al acestora); - baze tehnologice (bazele în raport cu care se determină poziţia unei piese în timpul execuţiei acesteia, în raport cu dispozitivul de poziţionare a piesei pe maşina – unealtă şi în raport cu scula); - baze de măsurare sau de control (elemente ale piesei de la care se măsoară dimensiunea care se realizează în timpul prelucrării).

35

Bazele tehnologice ale unei piese sunt: baza de aşezare, baza de ghidare şi baza de reazem. Baza de aşezare – este suprafaţa cu care piesa se sprijină pe suprafaţa mesei maşinii-unealtă sau a dispozitivului. Pentru ca piesa să aibă o stabilitate cât mai bună, trebuie în primul rând ca această suprafaţă, care serveşte drept bază de aşezare, să fie cât mai mar, iar în al doilea rând, trebuie ca piesa cu suprafaţa respectivă să se sprijine pe trei puncte. Cu cât aceste puncte sunt mai îndepărtate unele de altele, cu atât stabilitatea piesei este mai mare. Cele trei puncte lipsesc piesa de trei din cele şase grade de libertate. Baza de ghidare – este suprafaţa care defineşte poziţia piesei prin două puncte de sprijin, dispuse într-un plan în general vertical, perpendicular pe baza de aşezare şi o ghidează în lungul unei axe de coordonate. Pentru ca ghidarea să se facă cât mai precis, această bază trebuie să fie cât mai îngustă şi cât mai lungă. Cu cât cele două puncte de sprijin sunt mai îndepărtate cu atât precizia de ghidare a piesei este mai mare. Aceste două puncte de sprijin lipsesc piesa de încă două grade de libertate. Baza de reazem – este suprafaţa care defineşte poziţia piesei printr-un singur punct de sprijin, lipsind piesa de ultimul grad de libertate. Acest punct de sprijin împiedică piesa să se deplaseze în direcţia bazei de ghidare, sau să se rotească în jurul unei axe oarecare. Pentru a înţelege mai bine explicaţiile date la bazele tehnologice subliniem că orice piesă, considerată ca un solid rigid, liber, are şase grade de libertate: deplasarea în lungul a trei axe reciproc perpendiculare, alese arbitrar şi rotaţia în jurul acestor axe. Ca urmare pentru determinarea poziţiei unei piese sunt necesare şase coordonate independente faţă de trei planuri reciproc perpendiculare. Aceste şase coordonate vor deveni şase mărimi independente care determină abaterile dimensionale (după cele trei direcţii) şi abaterile de poziţie ale piesei. Cele trei plane ale reperului se vor considera astfel încât să coincidă cu bazele funcţionale (suprafeţe ale piesei sau ansamblului, impuse de funcţionare), respectiv bazele tehnologice, după care se va considera proiectarea produsului finit sau execuţia acestuia. 3.2.3. Jocuri şi strângeri La asamblarea a două piese în cazul în care una are o suprafaţă cuprinzătoare (numită alezaj) şi cealaltă o suprafaţă cuprinsă (numită arbore), intervin următoarele elemente: - jocul J – este diferenţa dintre dimensiunile dinainte de asamblare ale alezajului şi arborelui, în cazul când această diferenţă este pozitivă (fig. 3.2 a): J=ED-Ed, ED>Ed; (3.6)

36

Fig. 3.2. Parametrii unei asamblări a, b – cu joc; c, d – cu strângere.

- jocul maxim Jmax – este diferenţa dintre dimensiunea maximă a alezajului şi dimensiunea minimă a arborelui (fig. 3.2.b): Jmax=Dmax-dmin (3.7) - jocul minim Jmin – este diferenţa dintre dimensiunea minimă a alezajului şi dimensiunea maximă a arborelui (fig. 3.2.b);

Jmin=Dmin-dmax (3.8) - strângerea S – este valoarea absolută a diferenţei dintre dimensiunile dinainte de asamblare ale alezajului şi arborelui în cazul în care această diferenţă este negativă (fig. 3.2.c); S=|ED-Ed|, ED<Ed (3.9) - strângerea maximă Smax – este valoarea absolută a diferenţei (negative) dintre dimensiunea minimă a alezajului şi dimensiunea maximă a arborelui, înainte de asamblare (fig. 3.2.d); Smax=|Dmin-dmax| ; (3.10) - strângerea minimă Smin – care este valoarea absolută a diferenţei (negative) dintre dimensiune maximă a alezajului şi dimensiunea minimă a arborelui, înainte de asamblare (fig. 3.2.d): Smin=|Dmin-dmax| ; (3.11) 3.2.4. Ajustaje, sisteme de ajustaje În cazul fabricaţiei de serie sau masă, dimensiunile efective a două grupe de piese (de ex. alezaje şi arbori) vor fi diferite, a.î., pentru aceeaşi dimensiune nominală, la asamblare vor rezulta jocuri sau strângeri de diferite valori.

37

Ajustajul, caracterizează relaţia care există între două grupe de piese de aceeaşi dimensiune nominală, care urmează să se asambleze, privitor la valoarea jocului sau a strângerii, când piesele sunt asamblate. Din punct de vedere al suprafeţelor ajustajului se deosebesc: - ajustaje cilindrice (cu secţiune circulară), la care fiecare din suprafeţele care se ating sunt suprafeţe cilindrice; - ajustaje plane, la care fiecare dintre suprafeţe sunt plane; - ajustaje conice, la care fiecare dintre suprafeţe sunt conice. Din punct de vedere al câmpului de toleranţă se deosebesc:

- ajustajul cu joc – ajustajul la care dimensiunea oricărui alezaj este mai mare decât dimensiunea oricărui arbore; câmpul de toleranţă al alezajului se află în întregime deasupra câmpului de toleranţă al arborelui, (fig. 3.3.a cu b; fig. 3.4 a cu b);

Fig. 3.3. Sistemul alezaj Fig. 3.4. Sistemul arbore unitar: unitar: a cu b – ajustaj a cu b – ajustaj cu joc; a cu c, d cu joc; a cu c, d sau e - sau e – ajustaj intermediar (de ajustaj intermediar (de trecere); a cu f – ajustaj de trecere); a cu f – ajustaj strângere. cu strângere. - ajustajul cu strângere – ajustajul la care, înainte de asamblare, dimensiunea oricărui alejaz este mai mică decât dimensiunea oricărui arbore; câmpul de toleranţă al alezajului se află în întregime sub câmpurile de toleranţă ale arborelui (fig. 3.3, a cu f; fig. 3.4. a cu f); - ajustajul intermediar (de trecere) – ajustajul la care pot rezulta atât asamblări cu joc, cât şi asamblări cu strângere; câmpul de toleranţă al alezajului se suprapune parţial sau complet pe câmpurile de toleranţă ale arborilor (fig. 3.3. a cu c, d sau e; fig. 3.4., a cu d sau e); Toleranţa ajustajului (Ta) este diferenţa dintre jocurile respectiv strângerile maxime şi minime; ea este egală cu suma toleranţelor alezajului şi arborelui:

38

TJ=Jmax-Jmin=TD+Td, (joc) (3.12)

TS=Smax-Smin=TD+Td (strângere) Sistemul de ajustaje este format dintr-o serie de ajustaje cu diferite jocuri şi strângeri întocmite în mod raţional. Se deosebesc: - sistemul alezaj unitar, la care diferitele feluri de asamblări se obţin asociind arbori cu un alezaj unic (alezaj unitar) (fig. 3.3); acest sistem are o serie de avantaje economice, aşa că se va folosi întotdeauna când este posibil; în sistemul ISO, alezajul unitar este alezajul cu abaterea inferioară nulă; - sistemul arbore unitar, la care diferitele tipuri de asamblări se obţin asociind diverse alezaje cu un arbore unic (arbore unitar) (fig. 3.4); în sistemul ISO arborele unitar este arborele cu abaterea superioară nulă. 3.2.5. Sisteme de toleranţe şi ajustaje naţionale şi internaţionale În scopul asigurării interschimbabilităţii diferitelor piese, subansamble şi ansambluri la nivelul unei ţări, a fost necesar să se elaboreze şi să se oficializeze un sistem de toleranţe şi ajustaje naţional, adică o grupare de câmpuri de toleranţă cu poziţii bine stabilite, întocmite pe baza unor consideraţii teoretice şi practice şi clasificate în mod raţional. Au existat şi există mai multe sisteme de toleranţe şi ajustaje naţionale, standardizate, ca de exemplu: DIN în Germania, VSM în Elveţia, STAS în România, etc. Aceste sisteme naţionale deşi se bazează pe aceleaşi principii, prezintă totuşi deosebiri care împiedică interschimbabilitatea pieselor pe plan internaţional, ceea ce produce dificultăţi în schimbul produselor industriale între ţări. Din decembrie 1962 s-a elaborat sistemul ISO. Sub această formă, sistemul de toleranţe şi ajustaje ISO a fost adoptat şi standardizat din anul 1969 şi în România, înlocuind „Sistemul de toleranţe şi ajustaje STAS“. 3.2.5.1. Sistemul de toleranţe şi ajustaje ISO Sistemul de toleranţe şi ajustaje ISO cuprinde: - un sistem de toleranţe având 18 toleranţe fundamentale; - un sistem de ajustaje pentru dimensiuni peste 1până la 3150 mm; - un sistem de dimensiuni limită pentru calibrele destinate verificării pieselor. Sistemul de toleranţe şi ajustaje ISO se referă la dimensiunile pieselor care formează ajustaje cilindrice sau plane. Dimensiunile pot fi de exemplu: diametre, lungimi, lăţimi, înălţimi.

39

Sistemul ISO este în primul rând un sistem de toleranţe în care câmpurile de toleranţă sunt stabilite univoc după mărime, după poziţia acestora faţă de linia de zero. În sistemul de ajustaje ISO, aceste câmpuri de toleranţă se folosesc pentru formarea de ajustaje. În acest sistem există posibilitatea de liberă alegere în împerecherea câmpurilor de toleranţă ale arborilor şi alezajelor, ceea ce prezintă un mare avantaj. În sistemul de toleranţe şi ajustaje ISO, pentru mărimea toleranţelor s-a adoptat noţiunea de treaptă de precizie sau precizie (denumită înainte în standardele noastre calitate). Treptele de precizie ISO se referă numai la piesa propriu zisă (alezaj sau arbore) nu şi la ajustaj, ele indicând precizia cu care piesa trebuie prelucrată. S-au considerat ca bază 18 trepte de precizie, simbolizate prin cifrele: 01; 0; 1; 2; … ; 15; 16. Treapta 01 este cea mai precisă iar treapta 16 este cea mai puţin precisă. Cele 18 trepte de precizie de bază se pot extinde după anumite reguli stabilite. Pentru simplificare, dimensiunile până la 500 mm s-au grupat în 13 intervale de dimensiuni nominale (tabelul 3.1). Şirurile de toleranţe corespunzătoare fiecărui interval de dimensiuni se numesc toleranţe fundamentale şi pentru fiecare interval s-au prevăzut 18 trepte de precizie, adică 18 şiruri de toleranţe fundamentale, corespunzătoare diferitelor trepte de precizie, se notează simbolic cu IT01; IT0; IT1; … IT15; IT16. Valoarea toleranţelor fundamentale, începând cu precizia 5, se calculează cu formula: T=a.iISO (µm) (3.13) în care: iISO – este unitatea de toleranţă ISO (µm); a – este numărul de unităţi de toleranţă (cifra preciziei – vezi rândul 2 din tabelul 3.1). Unitatea de toleranţă pentru dimensiuni cuprinse între 1 şi 500 mm, începând cu precizia 5, se calculează cu expresia:

)(001,045,0 3 mDD medmedISO µ+⋅= (3.14) i în care Dmed – este media geometrică a intervalului de dimensiuni în care se găseşte dimensiunea considerată D, în mm. Pentru preciziile 01, 0 şi 1, valoarea toleranţelor fundamentale este calculată cu relaţia aproximativă: T = k (0,1 + 0,0025 D), (3.15) în care k – are valoarea 3 pentru IT 01, 5 pentru IT 0 şi 8 pentru IT 1. Toleranţele fundamentale pentru preciziile 2, 3 şi 4 sunt se iau în progresie geometrică între IT 1 şi IT 5.

40

cnt_2bis.bmp cnt_3.bmp Pentru dimensiuni peste 500, până la 3150 de mm, şi precizii de la 7 până la 16, unitatea de toleranţă are valoarea: IISO=0,004 Dmed + 2,1 (µm) (3.16) în care Dmed este media geometrică a intervalului de dimensiuni în care se cuprinde dimensiunea considerată D, în milimetri. La folosirea sistemului de toleranţe ISO se utilizează diferite simboluri în modul următor: a) – poziţia câmpului de toleranţă faţă de linia zero, care este funcţie de intervalul de dimensiuni nominale, se simbolizează printr-una sau două litere şi anume cu majuscule pentru alezaje şi minuscule pentru arbori: - pentru alezaje (dimensiuni interioare): 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, ZC; - pentru arbori (dimensiuni interioare): 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, zc; Observaţie: literele majuscule I, L, O, Q, W şi minusculele i, l, c, q, w nu se folosesc, pentru a evita confuziile. b) – câmpul de toleranţă care este funcţie de intervalul de dimensiuni nominale, se stabileşte univoc prin poziţia şi mărimea sa faţă de linia zero; el se notează prin simboluri formate din litera corespunzătoare poziţiei sale faţă de linia zero şi numărul care reprezintă treapta de precizie, de exemplu H7, m6. c) - dimensiunea tolerată este definită prin valoarea sa nominală, urmată de simbolul câmpului de toleranţă definit la pct. b), de exemplu45 g7. d) – ajustajul este indicat prin dimensiunea nominală comună celor două piese ale ajustajului, urmată de simbolurile câmpului de toleranţă corespunzătoare fiecărei piese, începând cu simbolul alezajului (dimensiunii interioare), scrise sub formă de fracţie, de exemplu: 25 H6/m6. Aşezarea câmpurilor de toleranţă faţă de linia zero se determină prin mărirea toleranţei fundamentale (tabelul 3.1) şi prin una din abateri (abaterea limită cea mai apropiată de zero) numită abatere fundamentală (luată din tabelele 3.2 şi 3.3). Cealaltă abatere se calculează cu ajutorul formulelor: as = ai + Td sau ai = as - Td (3.17) As = Ai + TD sau Ai = As - Td.

42

Exemplu: Fie ajustajul Φ35 H7/k6. Din tabelul 3.1 se iau toleranţele fundamentale: pentru alezaj precizia 7, interval de dimensiuni 30 până la 50, se găseşte TD=0,025 mm; pentru arbore precizia 6 acelaşi interval de dimensiuni se găseşte TD=0,016 mm. Din tabelele 3.2 şi 3.3 se iau abaterile fundamentale: la H se găseşte, pentru dimensiuni cuprinse între 30 şi 50 mm, Ai=0 mm; iar pentru k6, se găseşte pentru acelaşi interval de dimensiuni, ai=+0,002 mm. Rezultă: - alezajul Φ35H7: dimensiunea nominală N=35 mm; - abaterea inferioară Ai=0 mm, toleranţa alezajului TD=0,025 mm, dimensiunea tolerată D=350

+0,025; - arborele Φ35k6: dimensiunea nominală N=35 mm; abaterea inferioară ai=+0,002 mm, toleranţa arborelui Td=0,016 mm, abaterea superioară as = ai + TD = 0,002 + 0,016 = 0,018 mm, dimensiunea tolerată: d=35+0,018

+0,002.

3.2.6. Indicaţii de folosire a ajustajelor

3.2.6.1. Domenii de aplicare a familiilor de simboluri În cele ce urmează sunt arătate cu titlu informativ, principalele domenii de aplicare ale celor 18 trepte de precizie ale sistemului ISO. Preciziile 01; 0; 1; 2; 3 şi 4 fiind de foarte mare fineţe, se utilizează în mecanica fină, la execuţia aparatelor de măsurat, a calibrelor. În prezent, în atelierele dotate obişnuit nu pot fi atinse sau se pot obţine numai unele dintre aceste precizii cu mari dificultăţi. Preciziile 5…11 sunt cele care se folosesc în mod curent la piese care formează ajustaje în construcţiile de maşini. Treptele de precizie 5…7 se mai folosesc uneori la construcţia de calibre mai puţin precise, la prelucrarea la rece a metalelor ca tragerea, ambutisarea, laminarea la rece, etc. Preciziile 12…16 (şi eventual următoarele) se aplică pentru toleranţele procedeelor de lucru mai puţin precise cum sunt laminarea, presarea, forjarea, turnarea, la prelucrarea maselor plastice, la formarea de ajustaje cu piese executate cu toleranţe şi cu jocuri mari şi foarte mari, etc.

43

Tabel 3.3. Toleranţe de formă şi de poziţie 3.3.1. Precizia formei geometrice În legătură cu aceasta, definim: Suprafaţa reală a piesei – suprafaţa care limitează piesa şi o separă de mediul înconjurător. Suprafaţa efectivă – suprafaţa obţinută prin măsurare (apropiată de suprafaţa reală). Suprafaţa adiacentă – suprafaţa de aceeaşi formă cu suprafaţa prescrisă pentru piesă, tangentă la suprafaţa efectivă dinspre partea exterioară materialului piesei şi aşezată astfel încât distanţa maximă dintre suprafaţa reală (efectivă) şi suprafaţa adiacentă să aibă valoarea minimă. Abaterea de formă a suprafeţei - abaterea formei suprafeţei efective faţă de forma suprafeţei adiacente. Cazul general este abaterea de la forma dată a suprafeţei. Cazurile particulare sunt: neplanitatea (abaterea de la planitate) cu formele simple concavitate şi convexitate; necilindricitatea (abaterea de la cilindricitate) cu formele simple: forma conică, forma butoi, forma şa, curbarea. Similar se petrec lucrurile în cazul formei profilului obţinut prin secţionarea suprafeţei reale, respectiv efective, cu un plan de orientare dat. Deosebim: - profil real- intersecţia dintre suprafaţa reală şi un plan cu orientare dată; - profil efectiv – profilul obţinut prin măsurare, apropiat de profilul real; - profil adiacent – profilul de aceeaşi formă cu profilul dat, tangent la profilul real (efectiv) dinspre partea exterioară materialului piesei şi aşezat astfel încât distanţa maximă dintre profilul efectiv şi cel adiacent să aibă valoarea minimă. Abaterea de formă a profilului – abaterea formei profilului efectiv faţă de forma profilului adiacent. Cazul general este abaterea de la forma dată a profilului. Cazurile particulare sunt: nerectilinitatea (abaterea de la rectilinitate) cu formele simple concavitate şi convexitate; necircularitatea (abaterea de la circularitate) cu formele simple ovalitatea şi poligonalitatea. În figura 3.5 şi 3.6 sunt exemplificate abateri de la circularitate şi cilindricitate.

44

Fig. 3.5. Abateri de la circulari- Fig. 3.6. Abateri de la ci- tate: lindricitate: a – necircularitate; a – forma conică; b – ovalitate; b – forma butoi; c – poligonalitate c – forma şa; d – forma curbată. În STAS 7391-66 sunt date toleranţele la rectilinitate, la planitate şi la forma dată a profilului şi a suprafeţei; în STAS 7392-66 sunt date toleranţele la circularitate şi cilindricitate. În privinţa preciziei formei geometrice sunt standardizate 12 clase de precizie notate cu simbolurile I…XII, în ordinea descrescândă a preciziei. STAS 7385/66 stabileşte următoarele simboluri pentru toleranţele de formă: (tabelul 3.4)

Tabelul 3.4

45

În fig. 3.7 sunt indicate exemple de înscriere a toleranţelor de formă.

Fig. 3.7. Exemple de înscriere

a toleranţelor de formă 3.3.2. Precizia poziţiei diferitelor elemente geometrice

Poziţia nominală este poziţia elementelor geometrice determinată prin cote nominale lineare şi unghiulare faţă de banda de referinţă sau faţă de alte elemente geometrice. Abaterea limită de poziţie – este valoarea maximă admisă (pozitivă sau negativă) a abaterii de poziţie. Toleranţa de poziţie – este zona determinată de abaterile limită de poziţie (egală cu abaterea limită de poziţie dacă abaterea inferioară de poziţie este zero şi egală cu dublul abaterii limită de poziţie dacă abaterea inferioară este egală şi de sens contrar cu abaterea superioară). Toleranţa de poziţie independentă este valabilă când mărimea toleranţei se determină numai prin abaterile limită de poziţie prescrise. Se deosebesc: abaterea de la poziţia nominală; abaterea de la coaxialitate (sau în cazul în care lungimea de referinţă este egală cu zero, abaterea de la concentricitate) - cu cazurile simple excentricitatea, necoaxialitate unghiulară, necoaxialitate încrucişată; abaterea de la simetrie; abaterea de la intersectare; abaterea de la paralelism; abaterea de la perpendicularitate; abaterea de la înclinare; bătaia radială şi bătaia frontală. Standardul stabileşte următoarele simboluri pentru toleranţele de poziţie: (tabelul 3.5)

46

Tabelul 3.5

În figura 3.8. sunt indicate exemple de înscriere a toleranţelor de precizie. 3.3.3. Înscrierea toleranţelor de formă şi poziţie Toleranţele de formă sau poziţie se înscriu pe desenul produsului finit într-un cadru dreptunghiular, împărţit în două sau trei căsuţe, în care se trec: - simbolul grafic al toleranţei (conform fig. 3.7 şi 3. 8); - valoarea toleranţei în mm; - litera de identificare a bazei de referinţă (când este necesar).

Fig. 3.8. Exemple de înscriere a toleranţelor de poziţie.

47

3.3.5. Ondulaţiile. Ondulaţiile constau în abateri de la forma geometrică a pieselor având aspectul unor valuri care se succed periodic atât în direcţia principală de aşchiere cât şi în direcţia de avans (fig. 3.9.). Ceea ce caracterizează ondulaţiile este valoarea mare a raportului între lungimea de undă L şi înălţimea acesteia H (de ordinul zecilor sau sutelor). Nu există încă un standard privitor la ondulaţii.

Fig. 3.9. Ondulaţiile suprafeţei. 3.4. Rugozitatea suprafeţelor

3.4.1. Definirea rugozităţii. Noţiuni necesare pentru determinarea ei

Rugozitatea prezintă microneregularităţile rămase pe suprafaţa piesei după prelucrarea cu scule aşchietoare. Ea are o mare însemnătate pentru aprecierea stării suprafeţelor, influenţând asupra unor calităţi foarte importante ale pieselor cum ar fi: rezistenţa la uzură, la oboseală, la coroziune, calitatea ajustajelor realizate, etc. Prin rugozitatea unei suprafeţe se înţelege ansamblul neregularităţilor care formează relieful suprafeţei reale şi sunt definite şi sunt definite convenţional în liniile secţiunii care nu are nici abateri de formă şi nici ondulaţii. Rugozitatea caracterizează netezimea suprafeţei pe porţiuni mici. Mărimea microneregularităţilor depinde de un complex de factori: procedeul de prelucrare folosit, aşchia desprinsă, viteza de aşchiere, frecarea dintre faţa de aşezare a sculei şi suprafaţa prelucrată, forma sculei, lichidul de aşchiere, vibraţiile, etc. În legătură cu rugozitatea suprafeţei este important să definim: - suprafaţa reală – este suprafaţa care limitează piesa finisată şi o separă de mediul înconjurător;

48

- suprafaţa geometrică – (ideală) – este suprafaţa reprezentată în desenul produsului finit sau definită prin procedeul de fabricaţie, considerată fără abateri de formă şi fără rugozitate; - suprafaţa efectivă (măsurată) – este imaginea apropiată a suprafeţei reale, obţinută prin măsurare; - profilul real – este profilul obţinut prin secţionarea suprafeţei reale, cu un plan convenţional definit în raport cu suprafaţa geometrică; - profilul geometric (ideal) – este profilul obţinut prin secţionarea suprafeţei geometrice cu un plan convenţional definit în raport cu această suprafaţă; - profilul efectiv (măsurat) - este profilul obţinut prin secţionarea suprafeţei efective cu un plan convenţional definit în raport cu suprafaţa geometrică; - Linia de referinţă – este linia convenţională care serveşte pentru evaluarea profilului efectiv (fig. 3.10); - Lungimea de bază – este lungimea secţiunii suprafeţei alese pentru definirea rugozităţii, astfel încât să se excludă influenţa altor tipuri de neregularităţi (macrogeometrice). 3.4.2. Determinarea rugozităţii suprafeţelor Standardul STAS 5730/66 stabileşte clasificarea rugozităţii suprafeţelor pieselor folosind linia medie m a profilului efectiv al microneregularităţilor ca linie de referinţă. În acest sistem de referinţă, definim: - linia medie a profilului, m – este linia având forma profilului geometric (ideal) care împarte profilul efectiv astfel ca în limitele lungimii de bază l, suma pătratelor coordonatelor y1, y2, … yn să fie minimă (fig.

3.10).

Fig. 3.10. Profilul efectiv al microneregularităţilor.

49

- linia exterioară, e – este linia echidistantă cu linia medie, care trece prin punctul cel mai înalt al profilului, în limitele lungimii de bază (nu se consideră înălţimile care constituie o excepţie evidentă); - linia interioară, i – este linia echidistantă cu linia medie care trece prin punctul cel mai de jos al profilului, în limitele lungimii de bază (neconsiderând excepţiile evidente). Determinarea cantitativă a rugozităţii se face prin unul din următorii parametrii: - abaterea medie aritmetică a profilului, Ra

∫=l

a dxyl

R0

1 (3.18)

sau aproximativ:

∑=n

y1 (3.19) =

ia nR

- înălţimea neregularităţilor

i 1

(în zece puncte), Rz (fig. 3.19)

5)...()...( 1042931 RRRRRRRz

+++−+++= (3.20)

ularităţilorFig. 3.11. Stabilirea înălţimii neregularităţilor Rz.

- înălţimea maximă a nereg – Rmax – distanţa dintre liniile ă (fig. 3.11).

rugozităţii prin parametrul Rz, prin alt parametru sau prin mai mulţi

exterioară şi interioar Există relaţia: Rmax ≈ 4,5 Ra

0,97 (3.21) Rugozitatea se prescrie de regulă prin parametrul Ra. Prescrierea

50

parametri deodată, se face numai dacă respectarea acestora este funcţional necesară. Valorile preferenţiale ale parametrilor Ra şi Rz şi ale lungimii de bază l sunt arătate în tabelul 3.8. Rugozitatea se va alege pe baza şirului de valori preferenţiale ale parametrilor (Ra şi Rz) de rugozitate, indicându-se valoarea superioară admisă precedată de simbolul criteriului respectiv, de ex. Ra0,20 sau Rz1,0. În cazul când este necesar se poate indica şi valoarea numerică inferioară admisă, de exemplu: max Ra25, min. Ra6,3 (respectiv max Rz100, min. Rz25) sau sub forma Ra63

25 (respectiv Rz25100 )

Tabelul 3.8

Valorile preferenţiale ale parametrilor Ra şi Rz şi ale lungimii de bază l corespunzătoare pentru prescrierea rugozităţii suprafeţei

Ra (µm) Rz (µm)

maximum Lungimea de bază l (mm)

0,012 0,063 0,025 0,125

0,08

0,05 0,25 0,10 0,5 0,20 1 0,40 2

0,25

0,80 4 1,6 8 3,2 12,5

0,8

6,3 25 12,5 50

2,5

25 100 50 200 100 400

8

Observaţii: 1.- Echivalenţa dintre valorile parametrilor Ra şi Rz care rezultă din tabel este informativă. În fig. 3.12. s-au redat dimensiunile simbolului pentru notarea rugozităţii în funcţie de h – dimensiunea nominală a cotelor înscrise pe desenul respectiv.

51

Fig. 3.12. – Notarea rugozităţii pe desene.

a) – loc pentru a scrie rugozitatea, (fără simbol dacă este vorba de

parametrul Ra sau precedată de Rz dacă este vorba de acesta); b) – loc pentru a se scrie lungimea de bază l (dacă nu se respectă lungimea

specificată în STAS); c) – loc pentru a se înscrie simbolul pentru orientarea urmelor de aşchiere

(atunci când condiţiile tehnice o cer); d) - loc pentru a se scrie date privind procedeul tehnologic, duritate,

acoperirea suprafeţei (atunci când este cazul); e) – loc pentru a se scrie adaosul de prelucrare prescris exprimat în mm

(când este cazul).

3.5. Întrebări de control şi aplicaţii

1. Ce tipuri de ajustaje cunoaşteţi ? 2. Câte sisteme de ajustaje se aplică ? 3.Ce este sistemul de toleranţe şi ajustaje ISO ? 4. Ce toleranţe de formă şi de poziţie cunoaşteţi ? 5.Prin ce parametri se poate determina rugozitatea suprafeţelor ?

BIBLIOGRAFIE

1. Lăzărescu LD. - Cotarea funcţională şi cotarea tehnologică. Ed. Tehnică, Bucureşti, 1973.

2. Anghel F. - Tehnologia fabricaţiei maşinilor electrice. IPB, Bucureşti, 1974.

3. Truşcă V., Popescu M. - Tehnologia de fabricaţie a aparatelor electrice. Ed. ICPE, Bucureşti, 1996.

52

CAPITOLUL 4

ERORI CE POT SĂ APARĂ ÎN FABRICAREA PRODUSELOR ELECTROTEHNICE

4.1. Generalităţi

O caracteristică importantă a proceselor de producţie este atingerea preciziei necesare a executării lor care se determină prin mărimile admise ale erorilor primare. Prin precizia de prelucrare (executare) se înţelege gradul corespondenţei caracteristicilor obţinute a pieselor sau subansamblelor maşinilor electrice funcţie de condiţiile tehnice date. Analiza preciziei la proiectarea operaţiilor de bază ale procesului tehnologic constă în studierea cauzelor apariţiei erorilor şi mijloacelor eliminării şi preîntâmpinării lor. Erorile care apar ca urmare a oscilaţiilor proceselor fizico-chimice ale producţiei se pot subîmpărţi în:

- constructive - de producţie. Erorile constructive sunt acele erori care apar în procesul proiectării

maşinilor electrice, proiectării şi elaborării înzestrării tehnologice pentru realizarea lor. Cauzele acestor erori constau în înlocuirea formulelor precise cu unele aproximative, în utilizarea datelor aproximative pentru diferiţi coeficienţi, în rotunjirea valorilor obţinute. Erorile constructive pot apare de asemenea ca rezultat al evidenţierii insuficiente a condiţiilor reale (temperatură, vibraţii, sarcină, şamd) de exploatare şi unei insuficient de atentă verificare preliminară a proiectului constructiv al maşinii electrice înaintea lansării lui în producţie.

Erori de producţie sunt acele erori care apar în procesul executării elementelor maşinilor electrice şi asamblării lor.

Erorile de producţie la rândul lor, se împart în: - sistematice - întâmplătoare. Erorile sistematice sunt provocate de cauze care acţionează

determinat. Valoarea acestor erori şi semnul deviaţiei lor faţă de valoarea nominală sunt constante în timp.

Erorile întâmplătoare sunt erori care au pentru diferitele elemente ale lotului valori diferite, al căror caracter de variaţie nu poate fi determinat fără metode statistice. Erorile întâmplătoare sunt provocate de: imprecizia fixării

53

piesei, dispozitivelor, de abaterile adausurilor, de neuniformitatea prelucrării, de inconstanţa compoziţiei materialelor utilizate şamd.

Toleranţele de producţie care caracterizează gradul preciziei produsului tehnologic se determină prin două metode: de calcul şi statistică. Metoda de calcul se bazează pe folosirea dependenţei matematice între mărimea erorii şi cauza ce o provoacă, iar metoda statistică pe teoria probabilităţilor şi statistică matematică.

Să examinăm factorii de bază ce provoacă erori de producţie. Erorile sistematice în funcţie de cauzele care le produc se pot împărţi

în grupele: 1.- Erori metodice2.- Erori provocate de devieri conştient admise faţă de schema precisă

a procesului prelucrării 3.- Erori provocate de impreciziile utilajelor, instrumentelor şi SDV-

urilor. 4.-Erori provocate de deformaţiile în sistemul maşină-dispozitiv-

piesă-sculă sub influenţa forţelor ce acţionează asupra acestui sistem. 5.- Erori provocate de deformări datorate temperaturii 1) Erorile cu caracter metodic sunt proprii metodei date de obţinere a

piesei şi sunt condiţionate de imposibilitatea teoretică a asigurării preciziei date.

2) Erorile provocate de deviaţiile conştient admise faţă de schema precisă a decurgerii procesului tehnologic pot să fie admise în acele cazuri când aceste abateri permit să se simplifice şi să se ieftinească procesul prelucrării, iar mărimea lor este aleasă astfel încât ele însumate cu alte toleranţe să nu depăşească toleranţa admisă.

3) În erorile cauzate de imprecizia maşinilor, dispozitivelor şi instrumentelor intră: erorile maşinilor unelte la mersul în gol, erorile SDV-urilor şi şabloanelor de copiat.

Impreciziile admise ale maşinilor noi la mersul în gol (aşa numitele norme de precizie ale maşinilor) şi metodele încercării lor la precizie sunt expuse în normele şi standardele corespunzătoare. Trebuie avute în vedere de asemenea impreciziile care apar ca urmare a uzurii maşinilor. Influenţa uneia sau altei imprecizii a maşinii asupra preciziei prelucrării (executării) se poate elimina într-o serie de cazuri, cu ajutorul compensatoarelor.

Impreciziile dispozitivelor în care sunt fixate piesele pentru prelucrare, provoacă asupra pieselor o eroare sistematică, constantă. Pentru a se exclude influenţa erorilor dispozitivului asupra preciziei de prelucrare a

54

pieselor, dispozitivele se execută cu o precizie mai mare decât precizia impusă pieselor pentru care ele au fost construite.

Eroarea instrumentelor de măsură şi eroarea măsurării se reflectă în mod direct asupra preciziei de prelucrare. În cazul când măsurarea se face cu un instrument uzat, la reglarea la dimensiune a maşinii unelte, sau când reglorul citeşte greşit dimensiunea indicată de instrumentul de măsură, toate piesele din lotul respectiv vor avea în plus sau în minus această eroare sistematică de măsură.

La prelucrarea pe maşini unelte de copiat, erorile profilului şabloanelor se reflectă asupra profilului piesei ce se prelucrează.

Preciziile admise ale dispozitivelor sunt de asemeni reglementate de către norme.

4) Erorile create de deformaţiile sistemului maşină-dispozitiv-piesă-sculă (MDPS), sub acţiunea forţei de tăiere, apar din cauză că acest sistem (MDPS) nu este absolut rigid. Sub acţiunea eforturilor aplicate acestui sistem în el se petrec deformaţii care sunt una din principalele cauze ale erorilor de prelucrare. Toate deformaţiile sistemului se pot împărţi în două categorii: a) - deformaţii ale pieselor prelucrate, deformaţii ale diferitelor piese ale maşinilor şi dispozitivelor;

b) - deformaţii în locurile de cuplare ale pieselor şi subansamblelor maşinilor.

Deformările pieselor prelucrate, sub acţiunea eforturilor de strângere şi a eforturilor de tăiere şi de asemeni deformările pieselor maşinii şi dispozitivelor, se pot calcula în principiu cu metodele obişnuite ale calculului rezistenţei materialelor. Principalele cauze care provoacă deformaţii în locurile de cuplare ale pieselor şi subansamblelor maşinii sunt deplasările elastice la îmbinări. Ele se produc în primul rând din cauza deformării neuniformităţilor pe suprafaţa de îmbinare. Din cauza acestor deformaţii se schimbă dispunerea reciprocă a părţilor maşinii ceea ce are mare influenţă asupra preciziei prelucrării. 5) Erorile provocate de deformările datorate temperaturii se produc sub acţiunea: a - căldurii care se degajă prin frecările între diferitele piese ale maşinii; b - căldurii debitate în procesul tăierii, care produce deformări termice ale sculelor şi pieselor prelucrate; c - oscilaţiilor temperaturii din încăpere.

55

4.2. Deformaţiile piesei datorate tensiunilor interne Tensiunile interne pot influenţa atât de mult asupra preciziei de prelucrare şi aspra formei geometrice a pieselor încât nu trebuiesc neglijate la proiectarea produsului tehnologic. Tensiunile interne pot apare la: a) - operaţii pregătitoare: turnare, sudare, etc.; b) - operaţii de prelucrare mecanică; c) - operaţii de tratamente termice. Datorită influenţei mari ce o pot avea tensiunile interne o problemă importantă a proceselor tehnologice de prelucrare este eliminarea lor. De aceea, detensionarea naturală sau artificială a pieselor înainte de prelucrarea mecanică prin aşchiere şi între operaţii face parte integrantă din procesul tehnologic. Tensiunile interne pot apare în urma prelucrării prin aşchiere din cauza ecruisării suprafeţei prelucrate, mai ales în urma prelucrării de degroşare. Aceste tensiuni interne se redistribuie în timpul desfăşurării procesului tehnologic pe măsură ce prelucrarea se apropie de sfârşit. Pentru eliminarea cât mai completă a tensiunilor interne se impune ca prelucrările de finisare să se facă cu adâncimi mici de aşchiere. La prelucrarea prin rectificare este bine ca ultimele treceri să se facă în „gol“. Tensiuni interne apar în piesa care se prelucrează şi din cauza încălzirii ei în timpul prelucrării. Astfel, dacă la prelucrarea pieselor lungi cu diametrul de câteva ori mai mic decât lungimea este împiedicată alungirea termică liniară de către elementele de fixare şi reazem, în interiorul piesei apar tensiuni interne de compresiune σt, care se pot determina după următoarea relaţie:

σt = E α ( t - to) (4.1)

unde: E - este modulul de elasticitate; α - este coeficientul de alungire liniară; t şi to - sunt temperaturile finală şi iniţială. În tabelul 4.1 sunt date valori pentru σt funcţie de variaţia temperaturii unor axe confecţionate din oţel carbon. Datele din tabelul 4.1 arată că odată cu ridicarea temperaturii piesei care se prelucrează până la 150oC, (temperatură care se întâlneşte des în practică), tensiunile interne ating valori foarte mari (până la 3,75.106 N/m2).

56

Tabelul 4.1.

E (N/m2) α t-to (oC) σt (N/m2) 2.1011 122.10-7 10 2,5.107

20 5,0.107

30 9,5.107

40 10,0.107

50 12,5.107

60 15,0.107

70 17,5.107

80 20,0.107

90 22,5.107

100 25,0.107

150 37,5.107

Cunoscând valoarea tensiunilor interne σt şi suprafaţa secţiunii transversale a piesei S se poate determina reacţiunea din reazeme, respectiv forţa de compresiune Rt:

Rt = σt . S = σt

. π d2/4 (4.2)

Atunci când forţa de compresiune este mare piesa poate să se încovoaie, lucru care are loc cu atât mai uşor cu cât raportul dintre lungimea şi diametrul piesei este mai mare. Se ştie însă că maşinile unelte nu au o rigiditate absolută şi permit compresiuni elastice axiale atât ale axului principal, cât şi ale pinolei păpuşii mobile. Din această cauză atunci când piesa se încălzeşte şi poate să se alungească termic liber, în interiorul ei σt =0. Dacă însă alungirea liniară a piesei este împiedicată într-o măsură oarecare, atunci σt are o valoare care se poate calcula. Din calcule rezultă clar faptul că tensiunile interne în piesă sunt cu atât mai mari şi deci influenţa lor asupra preciziei de prelucrare este cu atât mai mare cu cât rigiditatea reazemelor este mai mare. Un mijloc eficient pentru reducerea sau înlăturarea completă a tensiunilor interne care duc la deformarea piesei este de a micşora rigiditatea reazemelor, mai precis a pinolei păpuşii mobile. Acest lucru se poate realiza prin utilizarea vârfurilor de strung elastice. Dacă în timpul desfăşurării procesului tehnologic nu se reuşeşte să se elimine în întregime tensiunile interne, acestea se redistribuie într-un interval

57

oarecare de timp, fie în timp ce piesa stă în depozit sau chiar în timpul exploatării. În practică s-au întâlnit cazuri când piesa şi-a pierdut forma şi dimensiunile avute după prelucrare datorită variaţiei temperaturii mediului înconjurător, lucru ce nu s-a putut întâmpla decât datorită redistribuirii tensiunilor interne.

4.3. Calculul erorii totale de prelucrare

Determinarea pe cale analitică a erorii totale de prelucrare funcţie de toţi factorii care o influenţează are o mare importanţă pentru proiectarea pe baze ştiinţifice a procesului tehnologic. Eroarea totală a dimensiunii la prelucrarea unui lot de piese, ∆t, se obţine suma:

∆t =∆tîn +∆ts (4.3)

unde: ∆tîn - este eroarea totală datorată factorilor întâmplători. ∆ts - este eroarea totală datorată factorilor sistematici. Pentru calculul erorii totale întâmplătoare se foloseşte formula: 222

mzHBtîn ∆+∆+∆+∆= τ ∆ (4.4) î n care:

∆ - este eroarea datorită variaţiei durităţii materialului; HB

∆ - este eroarea datorită variaţiei adaosului de prelucrare: z

∆ - este eroarea datorită variaţiei tensiunilor interne; τ

∆m - este eroarea datorită măsurării dimensiunilor fiecărei piese în parte din lotul respectiv. Deoarece factorii care influenţează asupra preciziei de prelucrare sunt diferiţi la diferite genuri de prelucrări este necesar să se calculeze ∆t separat pentru fiecare gen de prelucrare. Deoarece strunjirea este cea mai răspândită metodă de prelucrare mecanică prin aşchiere, vom exemplifica principiile generale de calcul a erorii ∆ , pentru acest gen de prelucrare. t

În acest caz, pentru a calcula eroarea totală ∆ts obţinută prin însumarea erorilor sistematice va trebui să calculăm următoarele erori: - valoarea erorii ∆gm la mersul în gol al maşinii sau ale erorilor geometrice ale maşinilor unelte;

58

- valoarea erorii ∆y produsă de deformaţia elastică a sistemului tehnologic MDPS; această eroare are un semn pozitiv, deoarece datorită deformaţiilor respective cuţitul aşchiază cu o adâncime de aşchiere mai mică; - valoarea erorii ∆lp produsă de deformaţiile termice ale piesei, care are semnul minus; - valoarea erorii ∆lc produsă de deformaţiile termice ale cuţitului, eroare care are semnul minus; - valoarea erorii ∆Ur produsă de uzura pe faţa de aşezare a cuţitului (denumită şi uzură radială), eroare care are semnul pozitiv. Cunoscând aceste valori putem calcula:

∆ts=∆gm+∆y-∆lp- 2∆lc +2∆Ur (4.5)

După ce s-a calculat şi ∆tîn cu ajutorul relaţiei (4.4) se află eroarea totală ∆t cu relaţia (4.3). Pentru formulele de calcul ale fiecăreia din erorile sistematice componente (indicate mai sus) se poate consulta cartea Prof. dr. ing. Gherman Drăghici „Bazele teoretice ale proiectării proceselor tehnologice în construcţia de maşini”.

4.4. Metoda statistică de calcul a erorilor întâmplătoare Erorile întâmplătoare se calculează cu metodele statisticii matematice. Mijlocul de bază al metodei statistice de apreciere a erorilor întâmplătoare este construcţia curbelor de distribuţie. Cum au arătat un mare număr de cercetări, valoarea mărimii studiate se supune legii lui Gauss. Ecuaţia curbei legii de distribuţie normală are forma:

2

2

2)(

21 σ

πσ

xx

ey−

−= (4.6)

unde: σ, σ2, x şi x - sunt în mod corespunzător abaterea medie pătratică, dispersia, valoarea medie şi valoarea curentă a mărimii măsurate.

59

Abaterea medie pătratică determinată experimental va fi:

( )∑=

−=

m

j

jje n

xxn

1

2

σ (4.7)

unde:

nxm

∑n

x j= 1 jj

= (4.8)

r eviaţiilor)

n - este cantitatea totală de piese

tehnologic pus la punct trebuie îndeplinită condiţia 6σ≤2δ,

examinată se foloseşte larg pentru analiza proceselor prelucrării

4.5. Metode analitice de calcul al erorilor de producţie

ia j - este numărul intervalului m - este numărul claselor (numărul intervalelor d nj - este frecvenţa în intervalul j (j=1,2,3,…,m). Baza totală de împrăştiere a legii normale de distribuţie va fi egală cu 6σ şi în procesulunde 2δ este câmpul de toleranţă al piesei (sau cum s-a mai notat în anexa matematică Tj). Metoda

mecanice.

pentru procese multioperaţionale

Pentru calculul erorilor de producţie ale unui parametru N, trebuie să unoaştem expresia lui analitică funcţie de parametrii elementelor

componente, expre

)

Din această relaţie se obţin

csie care în cazul general are forma:

N = f( q1,q2, …,qi, …) (4.9

e relaţia erorilor sub forma:

iii q

AN

= ∑1

(4.10)

in qN ∆∆

=

Utilizându-se această expresie s-au pus la punct câteva metode de calcul al erorilor de producţie:

60

- metoda de maxim şi minim - metoda sumei pătratice - metoda de calcul bazată pe teoria probabilităţilor. Metoda de maxim şi minim constă în însumarea aritmetică a tuturor

deviaţiilor limită. Formulele care se aplică sunt:

∑=

⎟⎟⎠

⎞⎛ ∆⎞∆ niqN

⎜⎜⎝

=⎟⎠

⎜⎝⎛

i ii q

AN 1 max

maxmax

(4.11)

∑ ⎟⎟=

⎞⎜⎜⎛ ∆

=⎟⎞

⎜⎛ ∆ n

ii

qANmin

⎠⎝⎠⎝ i iqN 1 minmin

Metoda sumei pătratice determină eroarea parametrului N ca rădăcina ătratăp din suma pătratelor deviaţiilor maxime a parametrilor elementelor

componente. Metoda de calcul utilizează relaţiile de bază ale teoriei probabilităţilor aplicate mărimilor întâmplătoare.

Valoarea medie şi câm pul de toleranţe ale parametrului N se determină după formulele:

∑=

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ∆ n

iiiiA

NNM

1

δα (4.12)

∑ ∑±=n

yyyxxxxyiiiN kAkArkA 222 21 δδδδ =i xyNk 1

(4.13)

unde ie a erorii parametrului N.

prăştiere relativă a legii de distribuţie a

kN - este coeficientul împrăştierii relative al parametrului N care se poate determina pentru legea normală de distribuţie în funcţie de procentul de risc din tabelul 4.2.

M(∆N/N) - este valoare medδN - este jumătatea câmpului de toleranţă al parametrului N. ki - este coeficientul de împarametrului elementului i. σi - este abaterea medie pătratică relativă a legii de distribuţie a parametrului elementului i.

61

αi - este coeficientul de asimetrie relativă a legii de distribuţie parametrului elementului i.

i

ciii =α xx −

−ix este valoarea medie a parametrului elementului i. xci - este mijlocul câmpului de toleranţă a elementului i. δi - este jumătatea câmpului de toleranţă a elementului i. r - este coeficientul cxy orelării parametrilor elementelor ce se

stituie determinarea

influenţează reciproc (xy). Formulele (4.17) şi (4.18) permit calculul valorii δN pentru orice lege

simetrică de distribuţie şi ceea ce este mai interesant şi pentru cazul când parametrii elementelor x şi y se influenţează reciproc. În acest scop au fost introduşi coeficienţii rxy care apreciază gradul corelării parametrilor elementelor x şi y.

Problema de bază la obţinerea modelului matematic al maşinii electrice din punct de vedere al preciziei, o concoeficienţilor de influenţă Ai care au expresia generală:

),...,,( 21

),...,,( 21

n

i

i

qqqfi qqqf

qq

A n ⋅∂

= (4.14)

∂

ori relative. Când avem nevoie de valori absolute, de exemplu la calcului valorii medii, variaţia valorilor medii a para

Nu insistăm asupra metodelor de calcul ale coeficienţilor de influenţă (metoda matricială, experimentală, etc.), dar, în capitolul 4.4. se va da un exemplu practic de calcul al acestor coeficienţi.

n formulele expuse mai sus, toate abaterile sunt date în valÎ

metrilor se calculează după formula:

∑=∆ iiiaNM ')( δα (4.15) =

n

i 1

unde ( )NM ∆ - este valoarea medie a abaterii parametrului N în valori absolute; a - este coeficientul i de măsură a influenţei; - este jumătatea câmpului de toleranţă a parametrului elementului i, în valori absolute.

'iδ

62

Tabelul 4.2 Valoarea coeficientului de împrăştiere relativă

Procentul

de risc 0,27 0,5 1,0 1,5 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 8,0 10,0

kN 1,00 1,06 1,16 1,23 1,29 1,38 1,46 1,52 1,6 1,71 1,82

4.6. Exemplu de calcul al erorilor de producţie ale parametrilor bobinelor În procesul de execuţie a unui lot de bobine, practic, este imposibil să se obţină parametrii lor, identici. Întotdeauna au loc devieri ale valorilor parametrilor, sau erori de producţie. Cauzele erorilor de producţie ale parametrilor bobinelor sunt diferite: împrăştierea dimensiunilor carcasei, diametrul conductorului, forţa de întindere a conductorului la bobinare, care conduce la schimbarea diametrului şi rezistenţei conductorului, împrăştierea proprietăţilor materialului de impregnare, erorile în numărul de spire, etc. 4.6.1. Analiza preciziei tehnologice a parametrilor bobinei Presupunem în exemplul nostru că parametrul ce ne interesează la executarea unei bobine este rezistenţa. Atunci, elaborarea procesului tehnologic de execuţie a bobinei va avea ca obiectiv principal alegerea regimurilor, care vor asigura rezistenţa şi inductivitatea bobinei, în limitele admise de toleranţă. Rezistenţa bobinei se modifică funcţie de un şir de factori printre care: rezistenţa iniţială a conductorului, forţa de tensionare a sa, viteza de bobinare, forma şi dimensiunile carcasei. Rezistenţa conductorului rotund se determină după formula cunoscută:

2

4lρ= (4.16) d

Rπ

nde din care confecţionăm bobina;

d - este diametrul conductorului;

u ρ - este rezistivitatea materialului l - este lungimea conductorului;

63

Diferenţiala totală a relaţiei (1) se poate scrie:

).(844322 dd

dldl

dd

dldR

πρ

πρ

π−+= (4.17)

Trecând la valori finite şi împărţind relaţia (4.17) la (4.16) obţinem pentru mărimea relativă a erorii rezistenţei conductorului relaţia:

∆R/R = ∆ρ/ρ + ∆l/l - 2∆(d)/d (4.18)

unde ∆ρ/ρ, ∆l/l, ∆(d)/d - sunt erorile relative ale mărimilor ρ, l, d. Să examinăm influenţa fiecăreia din aceste erori relative. Conform STAS (sârmă rotundă de cupru pentru conductoare de bobinaj) rezistivitatea cuprului pentru conductoare de bobinaj: ρSTAS=0,01754 Ωmm2/m la 200C (aceasta este valoarea maximă). Datorită faptului că rezistivitatea materialului depinde de o mulţime de factori, ea nu se poate considera întotdeauna la această valoare maximă. Experimental s-a stabilit că cea mai probabilă valoare a rezistivităţii este: ρef=0,01700 Ωmm2/m În acest caz eroarea relativă a rezistenţei bobinei provocată de necorespondenţa mărimii efective a rezistivităţii conductorului ρef cu valoarea ei standardizată ρSTAS va fi egală cu:

R=∆ρ/ρ=(ρSTAS-ρef)/ρSTAS (4.19)

Bobinarea conductorului pe carcasă se face cu o oarecare tensionare a sa. Sub acţiunea acestei forţei de tensionare conductorul se alungeşte şi valoarea rezistenţei lui se măreşte. Eroarea relativă a rezistenţei bobinei ce apare datorită tensionării conductorului la bobinare este egală cu raportul dintre creşterea lungimii conductorului şi lungimea lui totală:

δRT=∆l/l (4.20) Dependenţa rezistenţei conductorului de tensionarea sa se ilustrează prin diagrama din fig. (4.1).

64

Fig. 4.1 - Diagrama tensionării conductorului de cupru de Ø=0,35 mm.

În diagramă este considerat pentru exemplificare un conductor de cupru (CuE) de diametru Ø=0,35 mm. Din această diagramă se vede că rezistenţa se poate mări până la 20% şi chiar mai mult. Creşterea devine importantă pentru forţe mai mari de 1500g. Eroarea rezistenţei conductorului provocată de toleranţele admise ale diametrului său este egală cu:

δRd=-2∆(d)/d (4.21)

Conform STAS abaterile limită la diametrul nominal sunt conform tabelului 4.3.

Tabelul 4.3.

Diametrul conductorului

0,03-0,08 0,09-0,12 0,13-0,15 0,16-0,25

Abateri limită la diametrul nominal în mm

± 0,002 ± 0,003 ± 0,004 ± 0,005

Diametrul conductorului 0,26 – 0,40 0,42 – 0,70 0,75 – 1,00 1,05 – 1,4Abateri limită la

diametrul nominal în mm ± 0,007 ± 0,009 ± 0,012 ± 0,016

Diametrul conductorului 1,45 – 1,7 1,75 – 2,2 2,3 - 3 3,1 – 4 Abateri limită la

diametrul nominal în mm ± 0,02 ± 0,025 ± 0,03 ± 0,04

Diametrul conductorului 4,2 – 5 5,2 - 6 - - Abateri limită la

diametrul nominal în mm ± 0,05 ± 0,06

65

Fig. 4.2 Graficul variaţiei relative a rezistenţei datorită abaterilor diametrului conductorului.

Pentru diametre până la 0,7 mm, se obţine pentru ∆Rd curba din figura

4.2.

4.7. întrebări de control şi aplicaţii 1. Ce tipuri de erori de producţie cunoaşteţi ?

2. Cum se calculează eroarea totală de prelucrare ? 3. Care este principiul metodei analitice de calcul al erorilor de producţie

pentru procese multioperaţionale ? 4. Cum se analizează precizia tehnologică a parametrilor bobinei ?

BIBLIOGRAFIE

1. Lăzărescu I.D. - Cotarea funcţională şi cotarea tehnologică. Ed. Tehnică, Bucureşti, 1973.

2. Anghel F. - Tehnologia fabricaţiei maşinilor electrice. IPB, Bucureşti, 1974.

3. Anghel F. - Tehnologia electrotehnică. EPB, Buc, 1985 4. Truşcă V., Popescu M. - Tehnologia de fabricaţie a aparatelor electrice.

Ed. ICPE, Bucureşti, 1996

66

CAPITOLUL 5LANŢURI DE DIMENSIUNI

5.1 Probleme generale ale lanţurilor de dimensiuni Numim lanţ de dimensiuni un circuit închis de dimensiuni lineare sau unghiulare, reciproc legate, care se referă la una sau mai multe piese şi care coordonează poziţia relativă a suprafeţelor sau axelor acestor piese. Element al unui lanţ de dimensiuni este dimensiunea, care determină distanţa dintre suprafeţe (sau axe) sau dispunerea lor unghiulară. Elementele lanţurilor de dimensiuni se împart în: - elemente componente - elemente de închidere. Fiecare lanţ de dimensiuni constă dintr-un element de închidere şi două sau mai multe elemente componente. Considerarea unui element drept component sau de închidere este în general convenţională. Totuşi, drept element de închidere, se alege o dimensiune ale cărei abateri sunt mai puţin importante pentru buna funcţionare a produsului în care se va monta piesa considerată. Numim raport de transmitere, numărul însoţit de semn care caracterizează gradul şi sensul acţiunii elementului component considerat asupra elementului de închidere. În funcţie de semnul raportului de transmitere elementele se împart în: - crescătoare - scăzătoare. Crescător se numeşte elementul component care prin variaţia sa provoacă variaţia în acelaşi sens a elementului de închidere. Elementele crescătoare au semn pozitiv pentru raportul de transmitere. Scăzător se numeşte elementul component care prin variaţia lui într-un sens determinat provoacă variaţia elementului de închidere în sens invers. Acestea au semnul negativ pentru raportul de transformare. În schemele lanţurilor de dimensiuni elementele se reprezintă ca vectori. Elementele crescătoare sunt afectate de săgeţi îndreptate la dreapta sau în sus, iar cele scăzătoare cu săgeţi îndreptate la stânga şi în jos (vezi fig. 5.7). Toate elementele componente se numerotează succesiv în sensul acelor de ceasornic, începând cu elementul vecin cu cel de închidere (fig. 5.1). Proprietăţile de bază ale oricărui lanţ de dimensiuni sunt capacitatea de închidere şi legarea reciprocă.

67

Fig. 5.1. - Lanţ de dimensiuni liniare.

Circuitul este închis dacă parcurgerea lui într-o direcţie de la un oarecare element conduce din nou spre acelaşi element. Legarea reciprocă constă în aceea că variaţia mărimii oricăruia din elementele lanţului atrage după sine variaţia poziţiei altor elemente şi a mărimii elementului de închidere. 5.1.1. Clasificarea lanţurilor de dimensiuni După poziţia în spaţiu lanţurile de dimensiuni se pot clasifica în:

1 - lanţuri de dimensiuni liniare paralele (fig. 5.2.5) 2 - lanţuri de dimensiuni plane ale căror elemente pot fi: - dimensiuni liniare (paralele cu un plan) - dimensiuni unghiulare aşezate într-un plan sau în plane

paralele. Exemple de lanţuri de dimensiuni plane sunt date în figura 5.3.

Fig. 5.2. - Lanţ de dimensiuni liniare paralele, pentru determinarea jocului în cazul asamblării unei piese cuprinse şi unei piese cuprinzătoare.

a) Lanţ de dimensiu elemente liniare nep

Fig. 5.3 Lanţ de dimensiuni plane ni cu b) Lanţ de dimensiuni unghiularearalele cu vârf comun.

68

3. - Lanţuri de dimensiuni spaţiale, ale căror elemente sunt dimensiuni liniare (paralele sau neparalele) sau unghiulare aşezate în plane neparalele. Reprezentarea lor este exemplificată în figura 5.4. După natura elementelor la care se referă lanţurile de dimensiuni pot fi: 1. ale unei singure piese 2. ale unui ansamblu de două sau mai multe piese. După legătura pe care o pot avea se deosebesc: lanţuri de dimensiuni: 1. – simple 2. – complexe (compuse din mai multe lanţuri de dimensiuni legate între ele în paralel, în serie sau mixt).

În figura 5.5 şi 5.6 sunt reprezentate lanţurile de dimensiuni (liniare şi unghiulare) pentru axele unor maşini electrice atât în stare eboşată cât şi finisată. În aceste figuri este prezentat sistemul complet de cotare pentru a servi şi ca un exemplu de cotare corectă, de stabilire corectă a lanţului de dimensiuni, în cazul arborilor maşinilor electrice. 5.2. Rezolvarea lanţurilor de dimensiuni liniare şi paralele Relaţia de bază a lanţului de dimensiuni liniar raportată faşă de valorile nominale va fi: ∑ ∑−= scR NN

c s

În raport cu c se însumează valorile care se referă la elementele crescătoare, iar în raport cu s cele care se referă la elementele scăzătoare. Mărimea erorii elementului de închidere este o funcţie de erorile elementelor componente. Pentru

N (5.1)

a o determina considerăm: ) (5.2) NR = f (N1, N2, …Nn

unde: NR- este elementul de închidere; N1, N2, … Nn – sunt elementele independente corespondente cu toleranţele: ∆N1, ∆N2, … ∆Nn; n – este numărul elementelor componente ale lanţului de dimensiuni. Găsind diferenţiala totală a expresiei 5.2. şi trecând la creşteri finite, obţinem:

(5.3)

Fig. 5.4. – Lanţ spaţial de dimensiuni

69

Fiecare din derivatele parţiale este egală cu 1, deoarece: (5.4) Deci:

∆NR=∆N1+∆N2+…+∆Nn (5.5) În practică întâlnim erori admise (toleranţe): (5.6) unde δR - este toleranţa elementului de închidere al lanţului dimensional; δi - este eroarea elementului component i. Calculul toleranţelor lanţului de dimensiuni are ca scop: 1) Determinarea valorilor limită maximă şi minimă ale elementului ale elementului de închidere după valorile nominale şi abaterile limită date ale lementelor componente (problema directă sau calculul de verificare); ) Determinarea celor mai raţionale şi abateri ale elementelor componente la leranţă dată a elementului de închidere (problema inversă sau calculul de

roiectare). Pentru rezolva ază:

ia probabilităţilor).

e2top

rea lanţurilor de dimensiuni se utilize - metoda de „maxim şi minim“ (calculul după abaterile limită); - metoda analizei statistice (bazată pe teor 5.2.1. Metoda de maxim şi minim Relaţiile de bază pentru rezolvarea lanţurilor de dimensiuni prin metoda de maxim şi minim sunt:

(5.7)

acă î (5.8) tunci lanţul de dimensiuni este corect rezolvat.

a directă considerăm următoarele exemple: xemplul 1

D n acest caz: a Pentru problem

EFiind dat lanţul

1 2 3

Numeric:

. – de dimensiuni:

R=x +x -x , obţinem:

72

Figura 5.7. – Asamblarea cu pană – a) desenul subansamblului b) lanţ de dimensiuni pentru jocul pe verticală c) lanţ de dimensiuni pentru jocul pe orizontală Exemplul 2. – Pentru subansamblul din figura 5.7 (care arată asamblarea cu pană, stabilind liniile de zero şi sensurile pozitive în schemele

nţurilor de dimensiuni din fig. 5.7 b) şi c) obţinem:

la

Exemplul 3. – Exemplul 4. –

Exemplul 5. –

Pentru rezolvarea problemei inverse (determinarea toleranţelor

elementelor componente când se cunoaşte toleranţa elementului rezultant) se doptăa toleranţe egale pentru toate elementele componente sau se

a calculelor de probă. În al doilea caz problema se rezolvă foloseşte

etod pe calea

jmed e valoarea medie geometrică a intervalului de dimensiuni în care se află dimensiunea xj;

msubstituirii unor valori de probă.

Dacă facem presupunerea că toate elementele componente sunt de aceeaşi treaptă de precizie (număr de unităţi de toleranţă), deci:

aj = a = constant (5.9) pentru dimensiunile de la 1-500 mm se găseşte (vezi relaţia 5.13): (5.10) unde: x – est

73

Cunoscând a, din tabele, se află treapta de precizie ISO, putându-se determina abaterile fiecărui element. Dacă se consideră abaterile egale, rezultă: (5.11) 5.2.2. Metoda analizei statistice Ecuaţiile de bază pentru rezolvarea lanţurilor de dimensiuni prin metoda analizei statistice se pot obţine din regulile însumării mărimilor

eranţă a elementului

(5.12) nde ∆ – este coordonata mijlocului câmpului de toleranţă al elementului i;

e, adică portul dintre abaterea elementului de închidere şi mărimea erorii

trie relativă, care caracterizează

chidere.

nde k – este coeficientul împrăştierii relative care caracterizează deosebirea ţă de distribuţia după legea lui Gauss. Pentru

ţie după legea triunghiului isoscel impson);

istribuţia după legea de distribuţie uniformă, se apropie de o distribuţie

uă sau mai multe mărimi întâmplătoare având fiecare istribuţia după legea triunghiului isoscel (Simpson) se apropie de distribuţia ormală (Gauss).

întâmplătoare reciproc independente. Valoarea coordonatei mijlocului câmpului de tolde închidere al lanţului de dimensiuni ∆R se poate afla cu relaţia: u i

δ – este jumătatea câmpului de toleranţă al dimensiunii elementului i; iAi – este raportul de transmitere al elementelor component

raelementului component ce provoacă această abatere ( ); pentru dimensiunicrescătoare A este pozitiv, iar pentru cele scăzătoare este negativ. i

αi – este coeficientul de asimedeplasarea valorii medii faţă de mijlocul câmpului de toleranţă considerat. Indicele i, se referă la elementele componente, iar R la elementul deîn Abaterea elementului de închidere se determină cu formula: (5.13) u idistribuţiei examinate facalculul lui k , dacă se cunoaşte distribuţia abaterilor mărimilor componente,Rpe baza teoriei probabilităţilor putem considera că: - suma a două mărimi întâmplătoare având fiecare distribuţia după legea distribuţiei uniforme, are o distribu(S - suma a trei sau mai multe mărimi întâmplătoare având fiecaredrezultantă, după legea distribuţiei normale (Gauss); - suma a dodn

74

- suma mărimilor întâmplătoare având fiecare distribuţia după legea e împ după legea normală:

Dacă nu se cunoaşte distribuţia abaterilor elementelor componente se

Pentru problema directă considerăm următoarele exemple:

d răştiere normală, are o distribuţie recomandă să se ia pentru acestea distribuţia uniformă. Exemplul 1.– Considerând lanţul de dimensiuni: (5.14)

ă cu formula:

(5.15) care Nj este valoarea nominală a elementului component xj.

Toleranţa mărimii rezultante va fi:

(5.16)

În cazul existenţei unei erori sistematice, are loc o deplasare a alorilor medii:

(5.17)

i:

ă a mărimilor rezultante, abaterile limită

valoarea nominală a elementului rezultant se calculeaz în v ş (5.18) Putem considera că αR – este nul deoarece la însumarea abaterilor distribuite simetric, sau omogene cu distribuţie asimetrică, putem admite că distribuţia tinde către o distribuţie simetrică, şi deci: (5.19) Cunoscând valoarea centralale acesteia vor fi: (5.20) În acest caz, există inegalitatea:

(5.21)

75

entru simplificarea calculelor în exemplul numeric ce urmează

uând: aflăm:

eci:

etoda de maxim şi minim se observă ă prima este mai indicată din punct de vedere al toleranţelor obţinute la lementul rezultant, deoarece dă toleranţe mai mici ale elementului rezultant

plificarea fabricaţiei). Există însă pericolul că dacă dimensiunile elementelor componente ies

roducându-se greutăţi la montaj.

să la valori extreme şi mpa

(5.22)

roducerea sau a evenimentului D sau a evenimentului D );

Pconsiderăm legea de distribuţie a tuturor elementelor, cea normală. Deci kj = kR =1; αi =αR =0. L

D Comparând metoda probabilistică cu mceşi deci permite mărirea toleranţei elementelor componente (ieftinirea şi sim la maxim sau la minim, să se depăşească abaterile elementului rezultant,p Din acest motiv se apreciază oportunitatea aplicării metodei probabilistice sau de maxim şi minim, calculând probabilitatea ca toate dimensiunile componente ale lanţului să iaco rând-o cu procentul de risc ca interschimbabilitatea la montaj să nu fie asigurată. Dacă această probabilitate P(D) depăşeşte procentul de risc P, deci P(D)>P, se va utiliza metoda de maxim şi minim de rezolvare a lanţului de dimensiuni.

Probabilitatea ca toate dimensiunile componente să iasă la valori extreme se calculează cu formula:

unde: P(D) – este probabilitatea evenimentală D (eveniment ce constă dinp max min

76

Dc – este dimensiunea componentă care caracterizează lanţul de

un instrument de măsură având valoarea

5.23)

iformă), robabilitatea evenimentului Dc va fi:

(5.24)

nţului de dimensiuni trebuie ţinut ont că fiecare metodă are domeniul ei de aplicare care se stabileşte în urma

În general, calculul lanţului de dimensiuni pentru detalii separate se

dimensiuni; Dacă notăm cu Tc - toleranţa dimensiunii componente Dc; t- numărul de valori discrete pe care le ia

dimensiunea Dc, la măsura cucitirii i; Atunci: ( La o împrăştiere după legea probabilităţii egale (distribuţie unp şi (5.25) La alegerea metodei de rezolvare a lacunor calcule suplimentare de natură economică. efectuează prin metoda de maxim şi minim, iar pentru lanţuri de dimensiuni mai mari, (cu număr de elemente mai mare decât 3) se efectuează cu metoda analizei statistice. Pentru problema indirectă (calculul de proiectare) impunând condiţia ca toate elementele componente să fie de aceeaşi precizie găsim pentru

(5.26) Ş cizie ISO din tabele (tabelul 5.1).

dimensiuni între 1 şi 500 mm.

tiind a, se determină dreapta de pre

5.3. Rezolvarea lanţului de dimensiuni prin metoda sortării. Metoda mai poartă numele de metoda asamblării selective şi se aplică

ci care c elementului rezultant foarte mici (de ex. rulmenţi, arbori). Principiul metodei este:

atunci când avem de asamblat elemente puţine dar cu toleranţe mionduc la toleranţe ale

77

la

u d - se montează doar elementele din grupe de acelaşi ordin.

5.4. Rezolvarea lanţurilor de dimensiuni prin metoda ajustării

- se măresc de „n“ ori toleranţele elementelor componente pânăvalori T` =nTj j economice; - se sortează elementele în grupe în cadrul cărora abaterile limită să n

epăşească toleranţa iniţială Tj:

c la toleranţă rezultantă mică, şi anume în fabricaţia de serie mic

Metoda asigură buna asamblare deşi elementele componente sunt prevăzute cu toleranţe mari deoarece unul din aceste elemente – elementul de compensare – se prevede dee e adus prin ajustare la o cotă ce determină pentru elementul rezultant

ateri corespunzătoare bunei funcţionări.

În cazul acestei metode elementul de compensare nu este prelucrat (ajustat) ci reglat – modificat ca valoare dimensională. Se pot întâlni elemente compensatoare: - fixe (compensarea se face introducând în lanţul de dimensiuni o piesă de mărime corespunzătoare); - mobile (compensarea se face prin deplasarea unor piese, prin resoarte, etc.).

4.7. Întrebări de control şt aplicaţii

1 Cum se rezolvă lanţurile de dimensiuni prin metoda de maxim şi minim ? Cum se aplică metoda analizei statistice pentru lanţuri de dimensiuni ? Care este principiul rezolvării lanţului deasamblării selective ?

BIBLIOGRAFIE1 Lăzărescu I.D. - Cotarea funcţională şi cotarea tehnologică. Ed. Tehnică, Bucureşti, 1973.

. 2. Anghel F. - Tehnologia electrotehnică. IPB, Buc, 1985 3. Truşcă V., Popescu M. - Tehnologia de fabricaţie a aparatelor electrice.

Ed. ICPE, Bucureşti, 1996.

Metoda se aplică pentru lanţuri de dimensiuni cu elemente multe care condu ă sau individuală.

către proiectant la dimensiuni mai mari şi st

ab

5.5. Rezolvarea lanţului de dimensiuni prin metoda reglării

2. 3. dimensiuni prin metoda

78

CAPITOLUL 6

MODIFICAREA PROPRIETĂŢILOR MATERIALELOR SUB INFLUENŢA FACTORILOR TEHNOLOGICI

6.1. Modificarea proprietăţilor mecanice ale materialelor metalice sub

fluenţa factorilor tehnologici

6.1.1. Influenţa structurii asupra proprietăţilor mecanice ale materialelor

in

metalice Proprietăţile mecanice ale materialelor metalice sunt puternic influenţate de structura lor. Din punct de vedere structural metalele pot fi: - omogene (materiale metalice alcătuite dintr-o singură fază cum ar fi metale pure, soluţii solide, etc.); - eterogene (materiale metalice alcătuite din mai multe faze: eutectice, eutectoide, amestecuri de diferite cristale, etc.). Rezistenţa la rupere a unui material este determinată în principal de forţele de coeziune. Rezistenţa la deformări plastice caracterizată prin limita de curgere şi duritate este determinată de forţele ce se opun alunecării (forţele de frecare). Principalul mecanism prin care metalele se deformează este alunecarea. Alunecarea constă din deplasarea de pachete de material de-a lungul unor planuri cristaline numite planuri de alunecare. Forţele de coeziune determină şi proprietăţile elastice. Aceste forţe pot fi apreciate după căldura de sublimare. Nu există o relaţie cantitativă între energia de coeziune, modulul de elasticitate şi rezistenţa la rupere, dar cu cât energia de coeziune este mai mare cu atât va fi mai mare şi modulul de elasticitate. Pentru rezistenţa la rupere există aceeaşi legătură dar aceasta este puternic influenţată şi de factorii structurali. Duritatea şi limita de curgere sunt legate de forţele de frecare, aşa cum am văzut anterior. Deoarece aceste forţe sunt puternic influenţate de tipul reţelei cristaline, duritatea şi limita de curgere vor depinde şi ele de tipul de reţea. Metalele care cristalizează în sistemul cubic cu feţe centrate (c.f.c.) vor avea durităţi şi limite de curgere mai mici decât metalele ce cristalizează în reţele cu număr mai mic de sisteme de alunecare sau chiar în reţele cu

79

num că (reţ

Fig. 6.1. Celule elementare ale reţelelor de cristalizare.

ăr mai mare de sisteme de alunecare, dar cu densitate atomică mai miea cubică cu volum centrat – c.v.c.).

80

În figura 6.1 sunt prezentate celulele elementare ale reţelelor cristaline. Reţeaua se obţine prin repetarea spaţială a acestor celule. 6.1.2. Proprietăţile mecanice ale metalelor pure Metalele pure au: σc – limita de curgere, σr – rezistenţa la rupere şi uritatea foarte mici, iar plasticitatea mare. Aceste proprietăţi sunt

b) – mărimea de grăunte;

re.

a) Sutimi sau miimi din materiale de adaos influenţează foarte mult

şi lim

În figura 6.2. se prezintă dependenţa dintre rezistenţa materialului şi alungirea sa.

dinfluenţate de: a) – conţinutul în impurităţi; c) – gradul de deformare la rece; d) – temperatura de încerca

Fig. 6.2. Dependenţa σ=f(δ).

proprietăţile mecanice. Este suficient să amintim de fabricarea oţelurilor lacare procente de adaosuri dau proprietăţi deosebite faţă de fier.

b) Cu cât grăunţii sunt mai mici duritatea, rezistenţa de rupere ita de curgere sunt mai mari.

81

omplicat prin care se deformează un ristal dintr-un policristal în raport cu un monocristal.

ăţilor

d) Un alt factor care influenţează mult proprietăţile mecanice ale etalelor este temperatura. La micşorarea temperaturii, limita de curgere -

c şi rezistenţa la rupere - σr cresc foarte mult, aşa cum se observă din figura .4.

Influenţa mărimii de grăunte asupra proprietăţilor mecanice se explică atât prin acţiunea de frânare a mişcării dislocaţiilor de către limitele dintre grăunţi cât şi prin mecanismul mai cc

Fig. 6.3. Influenţa ecruisării asupra proprietăţilor mecanice pentru fier. mσ6

c) Deformarea la rece produce variaţii importante ale proprietmecanice ale metalelor. Metalele ecruisate au rezistenţă cu atât mai mare cucât gradul de ecruisare este mai mare.

82

Figura 6.4. Variaţia cu temperatura a limitei de curgere pentru aluminiu. 6.1.3. Proprietăţile elastice ale materialelor metalice În exploatare, asupra pieselor metalice acţionează diferite forţe xterioare. Sub acţiunea acestora, corpurile se deformează sau se distrug.

r i

pecifice ci depind de forma şi de mărimea corpurilor se lucrează în calcule

eAcţiunii de deformare a forţelor exterioare i se opune acţiunea forţelointerioare. Deoarece forţele exterioare ce deformează corpul nu sunt mărimsnu cu forţe ci cu tensiuni definite conform relaţiei:

SS ∆F∆

= limσ →∆ 0

(6.1)

în care forţa lucrează perpendicular pe suprafaţă. Deoarece σ nu este onstant în general pe suprafaţa S (din cauza anizotropiei, prezenţei mai ultor faze, etc.) se poate lucra cu o tensiune medie:

cţiunea tensiunilor mecanice orice corp se deformează. eform

cm σ=F/S (6.2) Sub aD aţiile sunt de două feluri:

83

- elastice (pentru valori ale tensiunii mai mici decât limita de

- plastice (pentru valori ale tensiunii mai mari decât limita de ate).

:

tea materialelor metalice sunt

e ordinul 10 -10 mm. Deşi grăunţii sunt anizotropi, numărul r ma

alorile medii ale

emplu s-au fabricat table texturate de oţel-crom

de ine

nuşii, aliaje pe bază de

aliere. Chiar

formările plastice dau de asemenea

ulul de elasticitate, în practică, atunci când ne interesează proprietăţi elastice bune se folosesc

elasticitate); elasticit În domeniul elastic este valabilă legea lui Hooke σ = ε E (6.3) în care E - este modulul de elasticitate; ε - este alungirea specifică (ε = ∆L / Lo). După cum am mai arătat, majoritaagregate policristaline alcătuite dintr-un număr mare de grăunţi cu dimensiuni d -2 -3

lo re şi orientarea absolut întâmplătoare face ca agregatul policristalin să fie izotrop, proprietăţile lui elastice fiind egale cu vproprietăţilor elastice ale unui monocristal. Influenţa limitelor dintre grăunţi asupra proprietăţilor elastice este foarte mică. Modulul de elasticitate E determină capacitatea materialului de a se opune deformaţiilor elastice, proprietate numită rigiditate. Modulul de elasticitate M se poate modifica prin diferite metode metalurgice cum ar fi de exemplu orientarea preferenţială a cristalelor, obţinută prin procedee tehnologice de prelucrare plastică, urmată de tratamente termice. De excare au: Emax = 25160 daN/mm2 şi Emin = 20360 daN/mm2. Pentru materialele care suportă încercări repetate, unde este nevoie obţ rea unui lucru mecanic mare de deformare elastică, prezintă avantaje materialele cu modul de elasticitate mic (fonte cemagneziu, aluminiu, etc.). Valoarea modulului de elasticitate se modifică puţin prinla alamele cu 40% zinc, modulul de elasticitate variază cu maximum 6%. Tratamentele termice, demodificări neglijabile ale modulului de elasticitate. Creşterea rigidităţii unei piese se face prin creşterea secţiunii sau prin înlocuirea metalului cu altul cu modul de elasticitate mai mare. Oţelurile sunt foarte apreciate din punct de vedere al proprietăţilor elastice, având rigiditate ridicată. Deşi modificarea compoziţiei chimice, tratamentele termice, prelucrările mecanice la rece nu influenţează sensibil mod

84

o i cu conţinut ridicat de carbon, aliate, tratate termic, laminate la rece, etc. – nu pentru a mări modulul de elasticitate ci pentru a îmbunătăţi comportarea elastică a materialului prin creşterea limitei lui elastice (putând să suporte sarcini mai mari fără să se deformeze plastic). Când a

ţelur

vem nevoie de valori foarte mari ale modulului de elasticitate, eci de rigidităţi mari este convenabil să se folosească carburi (carbura de

wolfram are modulul de elasticitate de aproximativ 3 ori mai mare ca oţelul). Din acestaşchietoare.

metalice la deformare plastică

d

6.1.4. Rezistenţa materialelor

ab) dependenţă care ţine seamă de gâtuirea materialu În

motiv carburile se folosesc de exemplu la producerea sculelor

Fig. 6.5. Dependenţa σ = f(ε). ) dependenţă pentru S = constant;

lui

figura 6.5 este reprezentată dependenţa σ = f(ε).

85

Se observă: σp – limita de proporţionalitate;

căreia îi corespunde o deformare

σc – limita de curgere (σc = σ0,2%);

rmare la rece limita de curgere a

aţie. Acesta are în domeniul

care cristalizează în reţea hexagonală au coeficient de

icristalin este influenţată de

monocristalele

liniar şi reprezintă linia din planul de lunecare ce separă partea cristalului care a alunecat de partea de cristal care u a suferit alunecarea (fig. 6.6).

σe – limita de elasticitate (tensiuneapermanentă de 0,01%); σr – rezistenţa la rupere. În figura 6.5 ramura b) este curba reală tensiune – deformaţie (se ţine seamă de secţiunea efectivă a probei). Aşa cum s-a arătat anterior principalul mecanism prin care un metal se deformează este alunecarea. O caracteristică importantă a deformării plastice o constituie faptul că deformarea la rece odată începută nu continuă la aceeaşi tensiune, ci pentru a deforma metalul mai departe este necesară creşterea continuă a tensiunii. Deci prin defoσc unui metal creşte. Deformarea plastică la rece influenţează şi alte proprietăţi cum ar fi de exemplu – duritatea. Prin deformare plastică la rece metalul devine mai rezistent, mai dur. Acest fenomen se numeşte ecruisare (durificarea prin deformare). Capacitatea de ecruisare se apreciază după coeficientul de ecruisare, care reprezintă panta curbei reale tensiune – deformplastic rolul pe care îl avea modulul de elasticitate în domeniul elastic. De aceea, se mai numeşte şi modul de plasticitate. Modulul de plasticitate este influenţat de tipul de reţea cristalină. Astfel Zn, Cd ecruisare mic, pe când metalele care cristalizează în sistemul cubic au coeficient mare. Deformarea plastică a unui agregat pollimitele dintre grăunţi, sensul acestei influenţe fiind determinat de temperatura de deformare. La deformări produse la temperaturi normale, limitele dintre grăunţi măresc coeficientul de ecruisare şi limita de curgere. Faptul că materialele policristaline au coeficientul de ecruisare mai mare decât arată că limitele dintre grăunţi constituie obstacole în calea deplasării dislocaţiilor, acestea neputând trece dintr-un grăunte în altul. Dislocaţia este un defect an

86

Figura 6.6. Dislocaţie – defect liniar. Acest fapt se mai datorează şi mecanismului mai complicat de deformare a grăunţilor din care este format policristalul în raport cu mecanismul de deformare a monocristalelor. În teoriile moderne de rezistenţa materialelor se presupune că ruperea materialului la aplicarea forţelor exterioare se produce prin deplasarea dislocaţiilor care există în număr foarte mare în interiorul acestuia.

Figur ndenţa a 6.7. Depe ⎟⎠

⎜⎝

=D

fcσ . ⎞1⎛

87

În figura 6.7 se prezintă dependenţa dintre limita de curgere şi mărimea de grăunte pentru fier (D este un diametru mediu al grăuntelui). Prin dizolvarea unor atomi străini în reţeaua cristalină a unui metal se obţin soluţii solide care întotdeauna sunt mai rezistente decât metalul de bază, având limita de curgere şi coeficientul de ecruisare mai mari.

izolvarea unor atomi străini într-un metal pur produce deci o durificare a Dacestuia. 6.1.5. Principii noi de îmbunătăţire a rezistenţei mecanice a metalelor

Figura 6

Se observă două ramuri: A – conform căreia rezistenţa metalelor la deformare plastică este mult mai mare dacă scade simţitor densitatea dislocaţiilor; B – conform căreia rezistenţei mecanice, deoarece numărul mare de dislocaţii face ca acestea să se deplaseze tot mai greu. Principiul ramurii B stă la baza metodelor clasice de îmbunătăţire a rezistenţei materialelor: ecruisare, durificare, etc. Din principiul ramurii A rezultă că proprietăţmaterialelor se pot îmbunătăţi pe calea micşorării densităţii dislocaţiilor sub o valoare critică Nc (care corespunde metalelor recoapte).

În figura 6.8 este prezentată variaţia limitei de curgere în funcţie de N – densitatea disloca

.8. Variaţia σc = f(N).

creşterea densităţii dislocaţiilor duce la creşterea

ile mecanice ale

ţiilor.

88

Curba este nesimetrică şi efectele micşorării densităţii dislocaţiilor sub Nc sunt mult mai puternice decât efectele obţinute prin metode clasice. Problema obţinerii unor metale cu densitate foarte mică de dislocaţii s-a rez

1-10 µm.

Aceste materiale se obţin prin diferite metode cum ar fi: condensarea vaporilor, depun

6.2. Modificarea proprietăţilor electrice sub

olvat prin obţinerea unor cristale care au forma de fibre foarte subţiri cu diametre

S-au creat astfel fibre de fier cu diametrul de 1,6 µm care au σr = 1340 daN/mm2.

erea electrolitică, etc.

influenţa fac 6.2.1. Consideraţii teoretice Principalul parametru utilizat pentru caracterizarea proprietăţilor

este rezistivitatea acestora. aterialelor metalice depinde de:

i;

e – folosite pentru fabricarea elementelor conductoare ale

ialele conductoare amintim: cuprul, aluminiul, argintul,

e, pe măsură ce temperatura

dinii de vibraţie a ionilor din reţea, deci o interacţiune mai puternică între electroni şi nodurile reţelei, ceea ce determină creşterea rezistenţei electrice.

electrice ale materialelor metalice Rezistivitatea m - natura materialulu - temperatură; - gradul de aliere; - gradul de prelucrare mecanică. În funcţie de valoarea rezistivităţii materialele metalice se pot împărţi în conductoarechipamentelor electrotehnice şi rezistive – folosite pentru fabricarea rezistoarelor. Dintre materbronzurile, alama, etc., iar dintre cele rezistive: constantanul, nichelina, cromnichelul, etc. Rezistivitatea unui metal pur scade cu temperatura tinzând către zero când temperatura tinde către 0K. Cu alte cuvintscade, reţeaua cristalină opune o rezistenţă din ce în ce mai mică electronilor care deplasându-se formează curentul electric. Această comportare arată că acţiunea de frânare a electronilor nu este cauzată de reţeaua propriu zisă ci de vibraţiile ei. La 0K amplitudinea acestor vibraţii este foarte mică (practic nulă) şi reţeaua nu mai opune rezistenţă deplasării electronilor. Creşterea temperaturii provoacă mărirea amplitu

torilor tehnologici

89

Prin urmare apariţia rezistenţei electrice şi creşterea ei cu temperatura este determinată de deformarea reţelei cristaline produsă de oscilaţiile termice ale ionilor reţelei. Rezistivitatea materialului poate fi pusă sub forma:

ρ=ρ0+ρT (6.4) unde: - ρ0 este termenul independent de temperatură (rezistivitatea reziduală) care se conservă şi la zero absolut; - ρT – termenul dependent de temperatură. De observat că în ultimii ani s-au creat materiale la care supraconductibilitatea apare la temperaturi apropiate de 0oC. Prin aliere, deci prin introducerea unor atomi străini în reţeaua unui metal pur are loc o deformare a reţelei cristaline asemănătoare cu cea produsă de agitaţia termică. Ca şi în cazul vibraţiilor termice şi în cazul alierii se produc deplasări ale atomilor din poziţiile lor de echilibru. Deoarece deformarea reţelei cristaline produce creşterea rezistivităţii electrice şi prin aliere rezistivitatea electrică a metalelor creşte. Variaţia rezistivităţii electrice a soluţiilor solide cu concentraţia este exemplificată în figura 6.9. pentru aliajul aur - argint.

Fig. 6.9. Variaţia rezistivităţii pentru aliajul aur – argint.

Dacă prin aliere se formează aliaje eterogene, variaţia conductivităţii electrice este liniară. Prelucrarea mecanică, deformarea plastică la rece a metalelor pure: aluminiu, cupru, argint, fier, etc., duce la creşterea rezistivităţii cu câteva procente, de obicei până la 6%. Există o singură excepţie – Wolframul a cărui rezistivitate electrică creşte prin ecruisare mult mai mult.

90

Creşterea rezistivităţii prin ecruisare se explică tot prin deformarea reţelei cristaline. Pentru reducerea rezistivităţii la valorile pe care le avea materialul neecruisat se fac tratamente termice de recoacere. Prin recoacerea cuprului prelucrat la rece se obţine un cupru moale cu conductibilitate electrică mărită. În figura 6.10 este reprezentată variaţia durităţii, alungirii şi rezistenţei la rupere pentru cuprul tratat termic.

Fig. 6.10. Variaţia durităţii, alungirii şi rezistenţei la rupere pentru cuprul tratat termic.

De observat că scăderea rezistivităţii în timpul recoacerii unui metal ecruisat se produce înaintea fenomenului de recristalizare. Astfel pentru cuprul moale folosit la conductoarele de bobinaj şi la cabluri recoacerea trebuie făcută între 300 – 400 oC, iar pentru fierul ecruisat micşorarea rezistivităţii are loc chiar la o recoacere în jurul temperaturii de 100oC (temperatura de recristalizare este de 520oC).

91

6.3 Modificarea proprietăţilor magnetice ale materialelor sub influenţa factorilor tehnologici

6.3.1. Consideraţii teoretice Proprietăţile magnetice ale materialelor sunt de natură atomică. Materialele magnetice au moment magnetic atomic diferit de zero. Momentul magnetic atomic se obţine însumând contribuţia momentului magnetic de spin şi orbital al electronilor şi cea a momentului magnetic de spin nuclear. Această „însumare“ se face după reguli ce derivă din mecanica cuantică. Corpurile feromagnetice prezintă magnetizaţie spontană, adică pot avea magnetizaţie nenulă chiar în absenţa câmpurilor magnetice exterioare. Aceasta se datorează faptului că momentele magnetice ale atomilor sunt aranjate într-un mod ordonat. Pentru explicarea existenţei magnetizaţiei spontane Weiss a presupus că materialele feromagnetice sunt formate din părţi submacroscopice, având dimensiunile liniare de ordinul sutimilor de milimetru, numite domeniile Weiss (vezi fig. 6.11) şi care sunt fiecare la T=0, magnetizate până la saturaţie. În fiecare domeniu Weiss, atomii (moleculele sau ionii) au momentele magnetice spontane mp, omoparalele (la T=0).

Fig. 6.11. Structura cu domenii Weiss a materialelor feromagnetice.

În stare demagnetizată, vectorii de magnetizaţie ai domeniilor au toate orientările posibile, în aşa fel încât magnetizarea materialului este nulă. Între două domenii învecinate avem o zonă numită perete Bloch, în interiorul căruia se realizează tranziţia treptată de la orientarea vectorului de magnetizaţie dintr-un domeniu la orientarea corespunzătoare domeniului învecinat.

92

După unghiul pe care-l formează vectorii de magnetizaţie din cele două domenii pe care le separă distingem pereţi Bloch de 180o şi 90o (vezi fig. 6.12). Procesul de magnetizare constă în orientarea vectorilor de magnetizare după direcţia unui câmp magnetic exterior şi se poate produce pe două căi: a) prin deplasarea pereţilor Bloch în aşa fel încât să crească volumul domeniilor cu un vector de magnetizare orientat mai favorabil faţă de câmpul magnetic exterior în contul volumului celorlalte domenii (vezi figura

6.13.a).

Fig. 6.12. Pereţi Bloch de 180o şi 90o.

b) prin rotaţia vectorilor de magnetizaţie ai domeniilor în aşa fel, încât

orientarea lor să se apropie cât mai mult de orientarea câmpului magnetic exterior (vezi fig. 6.13.b). Fig. 6.13. Orientarea vectorilor de magnetizaţie: a) prin deplasarea pereţilor Bloch; b) prin rotaţia

vectorilor de magnetizaţie.

Materialele magnetice sunt anizotrope (proprietăţile lor magnetice măsurate după diferite direcţii sunt diferite). Într-un monocristal, momentele magnetice spontane mp ale atomilor ocupă direcţii preferenţiale şi magnetizarea monocristalului se face relativ uşor, cu consum mic de energie, dacă intensitatea câmpului magnetic este

93

orientată după una din aceste direcţii – numite, din această cauză, direcţii de magnetizare uşoară (m.u.). Direcţiile pe care ar trebui să le aibă câmpurile magnetice exterioare pentru ca magnetizarea monocristalului să se facă cel mai greu (cu cel mai mare consum de energie) se numesc direcţii de magnetizare grea (m.g.). Se definesc şi direcţii de medie magnetizare (m.m.). În cazul fierului cristalizat în sistemul cubic cu volum centrat, direcţiile de uşoară magnetizare sunt paralele cu muchiile cubului elementar 100 (vezi fig. 6.14), direcţiile de magnetizare grea sunt paralele cu diagonala principală a cubului 111, iar direcţiile de medie magnetizare sunt paralele cu diagonalele feţelor cubului 110.

Fig. 6.14. Direcţiile de m.u., m.m. şi m.g. pentru fier cristalizat în sistemul cubic cu volum centrat.

În funcţie de proprietăţi, care determină şi lărgimea ciclului de histerezis, materialele magnetice se împart în: - materiale magnetic moi, - materiale magnetic dure. Materialele cu ciclul histerezis îngust, în care pierderile sunt mici dacă sunt parcurse de un flux magnetic alternativ, sunt folosite pentru circuitele magnetice (vezi fig. 6.15a). Materialele cu ciclul histerezis larg – la care energia înmagazinată este foarte mare – se folosesc pentru fabricarea magneţilor permanenţi. Energia înmagazinată într-un magnet permanent este cu atât mai mare cu cât suprafaţa închisă între curba din cadranul II şi axe este mai mare.

94

Fig. 6.15. a) Ciclul histerezis pentru un material magnetic moale; b) Variaţia inducţiei funcţie de câmpul magnetic pentru un magnet permanent (curba 1);

variaţia produsului BH funcţie de câmp (curba 2). Materialele magnetic dure sunt caracterizate de menţinerea timp îndelungat a magnetizării după încetarea acţiunii câmpurilor magnetizante la care au fost supuse. Pentru materialele magnetic dure din curba B = f(H) interesează partea din cadranul al II-lea (vezi fig. 6.15.b curba 1), cu mărimile importante Br şi Hc. Pentru aceste materiale interesează valoarea cât mai mare a produsului BH. Curba BH = f(H) are o variaţie ca în figura 6.15b curba 2, prezentând un maxim. Se obişnuieşte caracterizarea materialelor magnetic dure prin produsul (BH)max. Când magneţii permanenţi construiţi din materiale magnetic dure au un întrefier δ, datorită efectului demagnetizant al acestuia, punctul de funcţionare va avea coordonatele BDHD (fig. 6.16).

Fig. 6.16. Punctul de funcţionare al unui magnet permanent cu întrefier (curbele 1, 1`); variaţia produsului BDHD funcţie de inducţie (curba 2).

95

Energia creată de magnetul permanent în întrefierul δ are expresia:

W = (BDHD)/2. V (6.5)

unde V este volumul magnetului. Variaţia produsului (BDHD)/2 funcţie de inducţie are forma curbei 2 din figura 6.16. Ea prezintă, de asemenea, un maxim. 6.3.2. Influenţa factorilor tehnologici Materialele magnetice moi utilizate în fabricaţia produselor electrotehnice sunt: - fierul tehnic pur - aliajele fier – siliciu. Factorii care influenţează proprietăţile magnetice ale fierului tehnic pur sunt: a) impurităţile b) mărimea de grăunte c) tensiunile interne datorate prelucrărilor mecanice. Impurităţile cel mai frecvent întâlnite sunt: C, O2, S, Ph, H. Dintre acestea cele mai dăunătoare sunt C şi O2. Cu cât mărimea de grăunte a materialului magnetic este mai mare cu atât va fi mai mare permeabilitatea magnetică, iar Hc (câmpul coercitiv) va fi mai mic. Influenţa mărimii de grăunte asupra permeabilităţii se explică prin faptul că la limitele dintre grăunţi reţeaua fiind puternic deformată, proprietăţile magnetice sunt puternic afectate. Deoarece cu creşterea grăunţilor suprafeţele de separare dintre grăunţi şi implicit tensiunile interne se micşorează, permeabilitatea creşte cu creşterea grăunţilor, în timp ce Hc şi pierderile prin histerezis scad. Tensiunile interne micşorează permeabilitatea şi cresc câmpul coercitiv. Ecruisarea cu numai (0,5-1)% produce scăderea permeabilităţii maxime cu (25-30)% şi creşterea câmpului coercitiv cu (15-20)% Aliajele fier-siliciu se obţin prin alierea fierului cu 6-5% siliciu. Astfel rezistivitatea materialului creşte de aproximativ 6 ori, pierderile prin curenţi turbionari micşorându-se foarte mult. Totodată siliciul trece oxigenul din compusul FeO în SiO2 care este mai puţin dăunător din punct de vedere

96

magnetic, permeabilitatea aliajelor fier – siliciu fiind mai mare ca a fierului, iar pierderile histerezis mai mici. Siliciul are influenţă favorabilă şi asupra fenomenului de îmbătrânire magnetică, aliajele fier – siliciu având proprietăţi mai stabile în timp decât fierul moale. Ca şi în cazul fierului, proprietăţile aliajelor fier – siliciu sunt influenţate de: - impurităţi - mărimea de grăunte - tensiuni interne.

6.3.3. Particularităţile tehnologiei de fabricaţie a materialelor magnetice Tablele sau benzile din aliaje fier – siliciu se obţin prin laminare. O îmbunătăţire remarcabilă a proprietăţilor magnetice ale aliajelor fier – siliciu se obţin prin texturarea cristalină care se bazează pe faptul că grăunţii cristalini au o pronunţată anizotropie magnetică. Dacă într-un aliaj policristalin fier – siliciu grăunţii sunt astfel orientaţi încât axele lor de magnetizare uşoară să fie cât mai apropiate de direcţia de laminare, după această direcţie se obţin valori mult mai mari pentru permeabilitate şi mult mai mici pentru Hc şi pentru pierderile histerezis. Un material cu o astfel de orientare a grăunţilor se numeşte texturat. Sunt mai multe scheme de deformare şi tratament termic pentru obţinerea tablei silicioase texturate (vezi fig. 6.17). De exemplu, plecând de la un aliaj fier – siliciu laminat la cald până la aproximativ 2 mm se aplică mai întâi o laminare la rece prin care se realizează o reducere a grosimii de circa 70%. Urmează o recoacere de scurtă durată prin încălzire la 950o. Prin acest tratament se obţine material puternic texturat dar cu grăunţi cristalini mici. Pentru a obţine grăunţi mari, materialul se supune unei noi laminări la rece la gradul critic de ecruisare (o reducere a grosimii se numai 4%) după care se aplică recoacerea finală prin încălzire la 1150oC.

Fig. 6.17. Tablă texturată

97

Această recoacere este bine să se facă în atmosferă controlată, de preferinţă în hidrogen pur, asigurându-se astfel atât creşterea grăunţilor cât şi purificarea materialului. Proprietăţi magnetice foarte bune (pierderi foarte mici) se pot obţine dacă în procesul de fabricaţie se aplică orientarea în câmp magnetic. Tabla silicioasă şi în special cea texturată îşi schimbă caracteristicile magnetice ca urmare a proceselor tehnologice de tăiere sau ştanţare. Pe toată zona de tăiere materialul este puternic ecruisat. Pentru refacerea proprietăţilor magnetice se face recoacerea tolelor. Astfel pierderile în miezurile magnetice scad cu 10 – 15% faţă de cazul în care nu s-ar face recoacerea. Recoacerea constă din încălzirea tablei până la aproximativ 800oC în atmosferă controlată: 90% azot şi 10% hidrogen. Încălzirea şi răcirea trebuie să se facă mai încet dacă pachetul de tole este mai mare, astfel încât diferenţa de temperatură între diferitele porţiuni ale tolelor să nu provoace deformarea şi ondularea tablei. Cuptoarele continue sunt cele mai utilizate. Materialele magnetice dure dintre care cele mai utilizate sunt oţelurile aliate, aliajele Alni, Alnico şi feritele pot fi obţinute prin: - turnare, - sinterizare.

6.4. întrebări de control şi aplicaţii

1. Care sunt factorii tehnologici care influenţează proprietăţile mecanice ? 2. Ce factori tehnologici influenţează proprietăţii electrice ale metalelor ? 3. Cum sunt influenţate proprietăţile electrice de către factorii tehnologici ? 4. Cum se modifică proprietăţile magnetice sub influenţa factorilor

tehnologici ?

BIBLIOGRAFIE1 Nanu I. - Tehnologia materialelor. Ed. Didactică, 1982

2. Anghel F. - Tehnologia electrotehnică. IPB, Buc, 1985 3. Truşcă V., Popescu M - Tehnologia de fabricaţie a aparatelor electrice.

Ed. ICPE, Bucureşti, 1996.

98

CAPITOLUL 7

TEHNOLOGIA PRELUCRĂRILOR PRIN TĂIERE

ŞI DEFORMARE PLASTICĂ LA RECE

7.1 Materialele prelucrate prin tăiere şi deformare plastică

în industria electrotehnicăMaterialele prelucrate prin tăiere şi deformare plastică, pot fi metalice,

ca de exemplu tabla silicioasă, oţelurile carbon, cuprul, alama, sub formă de tablă şi benzi, sau nemetalice, cum ar fi diferite materiale stratificate: preşpan, pertinax, micanită, textolit, etc. Principalul material prelucrat prin tăiere este tabla silicioasă laminată la cald sau la rece. Ea foloseşte pentru fabricarea tolelor din care se împachetează miezurile magnetice.

Principalele proprietăţi care interesează la tabla silicioasă sunt cele magnetice caracterizate de valoarea maximă a pierderilor la magnetizare, exprimată în [w/kg].

Industria noastră a asimilat fabricarea tablei silicioase laminate la rece cu proprietăţi magnetice superioare, iar livrarea sub formă de benzi a permis modernizarea, creşterea productivităţii, automatizarea proceselor tehnologice, precum şi aplicarea planurilor de tăiere optimă a materialelor.

7.2. Principalele procedee de prelucrare prin

tăiere şi prelucrare la rece Tăierea are ca scop separarea unor părţi din materialul ce se

prelucrează. Deformarea plastică este procesul tehnologic prin care se schimbă

forma şi dimensiunile iniţiale ale materialului de prelucrat, sub acţiunea forţelor exterioare aplicate.

7.2.1.Prelucrarea pieselor prin tăiere

Tăierea se poate face prin: - forfecare; - ştanţare. Forfecarea realizează suprafaţa de rupere cu ajutorul a două tăişuri

asociate (cuţitele 1 şi 2 din fig. 7.1. ale maşinilor unelte numite foarfeci).

99

Fig. 7.1. Tipuri de foarfeci cu cuţite: a – paralele; b - înclinate; c – profilate şi cu discuri; d – paralele; e – înclinate.

Tăierea se poate face pe un contur deschis sau închis. Ştanţarea se execută cu ajutorul unor scule speciale, denumite ştanţe,

care au două părţi principale: placa tăietoare (PT) şi poansonul (P). Procesul de tăiere are trei faze caracteristice: faza de deformare

elastică, faza deformaţiilor plastice şi faza de forfecare (fig. 7.2.). În timpul desfăşurării fazei elastice, metalul este solicitat la

compresiune şi încovoiere, iar în zona muchiei tăietoare a părţii fixe, în deschiderea plăcii tăietoare, apare o uşoare deformare plastică, locală.

Faza deformaţiilor plastice apare după ce poansonul pătrunde pe o anumită adâncime pe materialul de ştanţat. În spaţiul dintre poanson şi placa tăietoare, materialul este intens solicitat la tracţiune şi încovoiere.

Spre sfârşitul acestei faze, tensiunile din apropierea muchilor tăietoare ating valorile maxime de rezistenţă la forfecare, iar în metal sunt create condiţii pentru apariţia microfisurilor de forfecare.

100

Fig. 7.2. Fazele procesului de tăiere sau ştanţare: a – deformaţii elastice; b – deformaţii plastice;

c – formarea microfisurilor şi forfecarea materialului.

Faza de forfecare apare ca urmare a creşterii tensiunilor zonale ce rezultă în urma pătrunderii poansonului în metal şi începe din momentul apariţiei microfisurilor şi macrofisurilor în zona învecinată muchiilor tăietoare.

Fisurile se propagă în straturile adânci ale metalului cu viteză mai mare decât cea de pătrundere a poansonului, producând ruperea materialului înainte ca poansonul să străbată întreaga grosime a tablei. Deplasarea poansonului, în continuare are ca scop desprinderea completă a părţii desprinse de restul materialului.

Calitatea suprafeţei obţinute prin tăiere, reprezentată în fig. 7.3. pune în evidenţă cele trei faze ale procesului de tăiere:

- rotunjirea marginilor superioare, zona a şi inferioare, zona d, ale părţii detaşate corespunde fazei deformaţiei elastice;

- zona b corespunde fazei de deformare plastică; - zona c corespunde fazei de rupere având suprafaţa rugoasă.

Fig. 7.3. Suprafaţă obţinută la tăierea unei piese din tablă

101

Deformarea elastică apare la atingerea tablelor de către cuţite,

deformarea plastică atunci când cuţitele pătrund la adâncimea hc=(0,1…0,4)s, în care s este grosimea tablelor şi forfecare când pătrunderea cuţitelor este hf=(0,15…0,7)s.

La forfecare se lasă jocul U care se consideră optim Uopt=(0,01…0,2)s. (Fig. 7.4.).

Fig. 7.4. Procesul tăierii cu foarfecele (a) şi schema forţelor (b).

La tăierea cu foarfecele (fig. 7.4.) apare momentul de răsturnare M=Fd, datorită forţei de forfecare F aflate la distanţa d faţă de planul de forfecare. Acest moment roteşte tabla cu unghiul ω; ia naştere forţa T de distanţare a cuţitelor cu mărirea jocului faţă de Uopt şi înrăutăţirea calităţii suprafeţei tăiate. Pentru a realiza ω = 4…5o se strânge tabla cu forţa P şi se reduce d prin unghiul de degajare γ = 5…20o .

Forţele de tăiere se calculează cu relaţiile: - pentru foarfecele cu cuţite paralele

F=l s τf [daN], unde F este forţa de tăiere, în daN; l – lungimea de tăiere în mm. s – grosimea materialului în mm. τf - rezistenţa la forfecare, în daN/mm2

- pentru foarfecele cu cuţite înclinate

][ 5,0 2

daNtg

sF fτϕ=

unde φ este unghiul dintre muchiile foarfecelor în grade. Forţa totală de tăiere P, va fi: P=1,3 F [daN],

102

majorarea de 30% ţinând seama de uzura cuţitelor, de neuniformitatea

materialelor, de încovoierea materialelor etc.

7.2.1.1 Prelucrarea pieselor prin ştanţare Procesul de tăiere prin ştanţare este analog cu tăierea la

foarfeci, muchiile tăietoare ale poansonului şi plăcii tăietoare putând fi considerate ca nişte muchii de cuţit cu o configuraţie specială. Se taie astfel conturul sau contururile pieselor fabricate. (fig. 7.5).

Fig. 7.5. Schema procesului

de tăiere prin ştanţare

Principalele operaţii de ştanţare folosite în producţia

electrotehnică sunt: retezarea, decuparea, şliţuirea şi perforarea. 1. Retezarea este operaţia de prelucrare prin tăiere prin care se separă

o parte dintr-un material după un contur deschis (drept sau curb). 2. Decuparea este prelucrarea prin tăiere pentru separarea completă a

unor semifabricate sau piese de restul materialului, tăierea făcându-se după un contur închis. Prin decupare se obţine conturul exterior al piesei. Partea desprinsă reprezintă piesa iar partea cu goluri – deşeul. Decuparea poate fi exemplificată prin ştanţarea tolelor pentru maşini electrice din tablă silicioasă.

3. Şliţuirea ocupă un loc intermediar între retezare şi decupare. Această operaţie este folosită la unele din variantele tehnologice de execuţie a tolelor pentru maşini electrice, la ştanţarea crestăturilor deschise.

4. Perforarea este prelucrarea prin tăiere prin care se realizează un gol după un contur închis în interiorul materialului. Se obţine astfel conturul interior al piesei, partea desprinsă constituind deşeul.

103

Procesul de ştanţare este influenţat de factori legaţi de material (proprietăţi mecanice, grosime etc.) şi de factorii legaţi de construcţia matriţei dintre care cel mai important este jocul z dintre muchiile tăietoare ale poansonului şi plăcii tăietoare.

Valoarea jocului z dintre poanson şi placă tăietoare are mare influenţă asupra calităţii pieselor şi durabilităţii ştanţelor.

În general valoarea jocului este de (4-18)% din grosimea materialului, iar pentru tolele ştanţate din tablă silicioasă jocul se reduce la (6-7)%.

Dacă jocul este prea mic direcţiile fisurilor care pornesc de la muchiile tăietoare ale poansonului şi plăcii tăietoare, nu coincid. Suprafaţa de forfecare nu este netedă iar împingerea materialului în matriţă necesită eforturi mari, care pot duce la spargerea acestuia. Forţele de frecare mari care iau naştere conduc la uzura rapidă a matriţei.

În cazul în care jocul este prea mare piesa se deformează şi se observă bavuri exagerate.

Valoarea forţei de ştanţare pentru muchii de tăiere paralele este dată de relaţia: F=Psτ

unde: F este forţa de tăiere în [daN]; P - perimetrul piesei, ţinând seama de toate contururile

exterioare şi interioare ştanţate la operaţia respectivă; s – grosimea metalului; τ – rezistenţa de rupere la forfecare. Valorile rezistenţei de rupere la forfecare pentru câteva

materiale sunt date în tabelul 7.1 Tabelul 7.1

Valorile rezistenţei de rupere la forfecare pentru câteva materiale

Materialul τ[daN/mm2]

Materialul τ[daN/mm2]

oţel carbon 22-34 pertinax 7-11 tablă

silicioasă 45-58 textolit 8-15

Bronz 24-56 hârtie 3-4 Alamă 24-48 micanită 10 Cupru 16-24 cauciuc 0,6-1 aluminiu 5-12 Duraluminiu 22-38

104

Pentru alegerea presei se consideră valoarea

F`≥1,3F care ţine seama de efectul solicitărilor la încovoiere, de uzura cuţitelor

şi de neuniformităţile grosimii tablei. Din cauza forţelor de frecare care iau naştere între material şi

matriţă este necesar să se aplice o forţă suplimentară pentru desprinderea materialului de pe poanson, respectiv pentru eliminarea materialului din matriţă. În primul caz, forţa de tăiere se majorează cu (4-6)% şi cu (6-22)%, în al doilea caz.

Placa tăietoare se construieşte în una din variantele reprezentate în figura 7.6.

Fig. 7.6. Variantele constructive ale plăcii tăietoare

Înălţimea de lucru a plăcii tăietoare este h, care diferă în funcţie de

grosimea materialului care urmează a fi ştanţat. Astfel: pentru grosimi mai mici de 0,5 mm, h=3-5 mm; grosimi cuprinse între 0,5-5mm, h=5-10mm, iar pentru executarea pieselor de grosimi 5-10 mm, h=10-15mm. Unghiul α are valori cuprinse între 3-5o .

Deoarece placa activă conică la reascuţire îşi măreşte dimensiunile, unghiul degajării conice se execută între 45’ şi 1 o 30’.

Pe măsură ce se lucrează cu matriţa, muchiile plăcii tăietoare se rotunjesc pe înălţimea ∆h (fig. 7.5). Pentru a produce piese bune, matriţa se reascute, înlăturând înălţimea ∆h.

Durata de viaţă a matriţei se calculează cu relaţia: D=Nrpb ,

în care Nrp reprezintă numărul de reascuţiri posibile; b este numărul de ştanţări între două reascuţiri.

105

Numărul de reascuţiri posibile se determină din formula

în care h este înălţimea de lucru a matriţei; ∆h – grosimea îndepărtată la ascuţire. 0 Prin urmare, durata de viaţă devine

Elementele active ale matriţelor sunt supuse unor solicitări cu şocuri,

prezentând totodată, o intensă concentrare a tensiunilor pe muchiile sau suprafeţele active. De aceea poansoanele şi plăcile tăietoare se execută din oţel carbon se scule în cazul când au o formă simplă şi din oţeluri de scule aliate cu crom în cazul când au o formă complicată.

Pentru piese de foarte mare serie (ca de exemplu tole din tablă silicioasă) este nevoie de o durată de viaţă foarte mare şi placa tăietoare se echipează în zona de tăiere cu armături din aliaje dure carbură de wolfram).

7.2.1.1.1. Matriţe folosite pentru ştanţare

Matriţele folosite se pot clasifica după diferite criterii:

hhNrp ∆

=

bh

hD ⋅∆

=

a) Din punct de vedere tehnologic: - după felul operaţiei şi modul de combinare al acestora (matriţe de

tăiere: retezare, decupare, şliţuire, perforare); - după numărul operaţiilor executate simultan la o lovitură a

berbecului presei. Din acest punct de vedere distingem: 1. matriţe simple (unioperaţionale): 2. matriţe combinate (multioperaţionale).

Acestea din urmă pot fi la rândul lor: 2a. matriţe cu înaintare sau cu pas; 2b. matriţe bloc. b) Din punct de vedere constructiv matriţele se clasifică în: - matriţe fără ghidare; - matriţe cu ghidare.

106

c) Din punct de vedere al modului de exploatare matriţele se clasifică: - după felul avansului şi aşezării semifabricatului; - după felul de scoatere a pieselor ştanţate; - după procedeul folosit la înlăturarea deşeurilor.

7.2.1.1.1.1. Matriţa unioperaţională

În figura 7.7. este prezentată principial matriţa de decupare simplă.

Fig. 7.7. Principiul construcţiei unei matriţe simple În atelierele de presare mecanică se iau o serie de măsuri de protecţie

a muncii. Dintre acestea amintim de exemplu că presa lucrează numai dacă muncitorul apasă cu ambele mâini butoanele de acţionare, evitând astfel pericolul de a rămâne cu mâna sub poanson.

107

În figura 7.8. este reprezentată construcţia unei matriţe de decupare

prevăzută cu coloane de ghidare şi cu dispozitiv de fixare.

Fig.7.8. Matriţă de decupare cu coloane de ghidaj.

Coloanele de ghidare 7 asigură ghidarea poansonului 1 fixat în placa

superioară 2, prin intermediul bucşelor de ghidare 4. Poziţionarea semifabricatului este asigurată de riglele de ghidare 5,6 şi opritorul fix 7. Placa de apăsare 8 asigură strângerea semifabricatului de placa de tăiere 9 datorită forţei resoartelor 10. Placa de strângere are şi rolul de a desprinde deşeul de pe poanson. Placa de strângere este ghidată cu ajutorul bolţurilor 11 şi a bucşelor de ghidare 12. Părţile active ale matriţei sunt protejate de apărătoarea metalică 13.

108

7.2.1.1.1.2. Matriţă combinată cu înaintare (pas cu pas)

În figura 7.9. este reprezentată principial matriţa cu înaintare sau pas

cu pas.

Fig. 7.9. Principiul

con- strucţiei unei

matriţe cu înaintare sau

pas cu pas.

Piesa este executată în mai mulţi paşi, din mai multe lovituri de berbec, dar la fiecare lovitură a berbecului presei se produce o piesă finită.

Problema principală la acest tip de matriţă este respectarea cu stricteţe a pasului. Acesta se realizează în primul rând prin găurile de centrare care se dau la primul pas şi care vor ghida pe ştifturi cu vârfuri conice din placa tăietoare. Matriţa are şi ghidaje care nu permit jocul lateral al fâşiei de tablă. De observat că poansoanele nu ies în afara aruncătoarelor, deci dispare pericolul accidentării muncitorului.

109

7.2.1.1.1.3. Matriţă bloc

În figura 7.10 este reprezentată o matriţă bloc pe care se taie cele două contururi concentrice ale aceleiaşi piese (rondelă) la o singură cădere a berbecului presei.


construcţiei unei matriţe bloc.

Poansonul de perforare taie cu placa tăietoare de perforare conturul interior. În acelaşi timp exteriorul plăcii tăietoare de perforare constituie poanson de decupare ce va tăia conturul exterior împreună cu placa de decupare.

7.2.1.1.2. Planuri de tăiere a materialului la ştanţare Debitarea materialului şi suprafeţei sale pentru ştanţarea pieselor se face pe baza unui plan de tăiere care asigură utilizarea cât mai raţională a materialului. În cazul în care ştanţarea se face prin decupare, se lasă o punte (fig. 7.11) între două decupări succesive (punte intermediară) şi între fiecare decupare şi marginea fâşiei sau benzii (punte laterală). Rolul punţilor este de

110

a compensa erorile de avans şi de a fixa materialul în matriţă, evitând rebuturile prin decuparea incompletă a pieselor.

Fig. 7.11. Punţi de decupare

Punţile trebuie să fie suficient de rezistente şi rigide. Dimensiunile lor trebuie să fie reduse la minim, fără însă a coborî sub o anumită limită impusă de construcţia matriţei, de complexitatea piesei şi de grosimea materialelor. Dimensiunea minimă a puntiţei pentru piese de oţel este dată în tabelul 7.2, în funcţie de grosimea semifabricatului şi lăţimea piesei. Tabelul 7.2

Dimensiunile puntiţei şi a marginii

111

Valorile mai exacte ale puntiţelor se pot calcula cu relaţiile: - puntiţa laterală m=K1K2K3b; - puntiţa intermediară p= K1K2K3a; coeficienţii K şi valorile a,b sunt date în tabelul 7.3. Tehnologicitatea construcţiei unor piese permite eliminarea completă a punţilor, ştanţarea lor făcându-se fără deşeuri tehnologice (fig. 7.12).

Fig. 7.12. Ştanţarea fără deşeu a tolelor E+I, pentru miezurile magnetice: a – construcţia tolelor; b – planul de tăiere a benzii.

Se pot gândi şi soluţii care menţin numai punţile laterale, ştanţarea făcându-se cu deşeuri tehnologice reduse (fig. 7.13).

Fig. 7.13. Ştanţarea ţesută fără

deşeu a tolelor E, pentru miezurile magnetice.

Pentru a evita deşeurile mari obţinute la piesele în formă de T (ca de exemplu tolele pentru miezurile polare ale maşinilor electrice) se adoptă o aşezare „ţesută“, cu punţi sau fără punţi (fig. 7.14).

Fig. 7.14. Ştanţarea ţesută a tolelor în formă de T

112

Tabelul 7.3

Date necesare calculării puntiţei şi marginii

113

În producţia de maşini electrice prezintă interes ştanţarea alternată a discurilor circulare (fig. 7.15). Lăţimea minimă a benzii este: Bm = D + 2b + (n-1) (D+a) cos α = = D + 2b + (n-1) (D+a) . 0,867 = Din planul de tăiere rezultă lăţimea nominală a benzii şi pasul de ştanţare, care sunt parametrii necesari pentru construcţia matriţei.

Fig. 7.15. Ştanţarea alternată

a discurilor circulare

7.2.1.1.3. Automatizarea ştanţării Aprovizionarea materialului sub formă de rulou a permis aplicarea ştanţării automate, al cărui principiu constă în următoarele. Materialul este derulat de pe ruloul T1 (fig. 7.16). Comanda rotirii tamburului T2 pe care se rulează deşeul (de exemplu) se face sincronizat cu mişcarea poansonului.


automatizării ştanţei

114

Presa care comandă căderea şi revenirea poansonului lucrează cu un anumit ritm, de zeci, sute sau chiar mii de bătăi pe minut. Se corelează deplasarea benzii cu acest tact. Poansonul acţionează şi ştanţează. Când se ridică, sistemul de automatizare comandă rotirea tamburului T2, pentru a deplasa banda cu un pas şi astfel, următoarea bătaie a presei va realiza o nouă ştanţare. Tamburul T1 este frânat pentru ca banda să fie perfect întinsă.

7.2.2 Prelucrarea prin deformare la rece Procesul tehnologic de deformare la rece schimbă forma şi dimensiunile materialului prelucrat fără a produce o modificare importantă a masei acestuia. Deformarea plastică are la bază proprietatea corpurilor de a-şi schimba forma sub acţiunea forţelor exterioare, fără să-şi distrugă integritatea.

7.2.2.1 Procese fizice în material

Prin aplicarea unei forţe exterioare F, asupra unui corp, în acesta apar tensiuni interne, care tind să-i forma şi dimensiunile. Această modificare, numită deformare, trece prin diferite etape, evidenţiate în figura 7.17, care reprezintă dependenţa efortului specific σ = P/Ao (Ao fiind aria secţiunii transversale a corpului asupra căruia acţionează forţa, considerată perpendicular pe direcţia forţei), funcţie de deformaţia relativă ε = ∆l/lo .

Fig. 7.17 Diagrama încercării la tracţiune

a corpurilor elasto-plastice

Alungirea absolută este: ∆l = lf - lo ,

115

lf fiind lungimea finală a piesei deformate, iar lo cea iniţială. Deformarea este la început elastică (până în punctul 1), respectând legea lui Hooke:

σ = ε E ,

E reprezentând modulul de elasticitate. Peste punctul 2, deformarea devine plastică, porţiuni ale cristalului se deplasează în raport cu altele şi nu mai revin la poziţia iniţială după îndepărtarea sarcinii – deformaţia menţinându-se. De remarcat că tensiunile normale nu provoacă deformaţii plastice oricât ar fi de mari, având loc o rupere fragilă. Deformaţiile plastice sunt produse de tensiuni tangenţiale, care dacă depăşesc o anumită limită distrug materialul prin forfecare. Procesul de deformare plastică are loc pe planele cristalografice cu densitate maximă, care constituie plane de alunecare. Deformarea plastică se face prin alunecare (fig. 7.18a) sau prin maclare (fig. 7.18b).

Fig. 7.18 Schema deformării plastice: a – prin alunecare; b – prin maclare

Procesul alunecării şi maclării are loc în salturi, şi datorită deformaţiilor reţelei cristaline şi fărâmiţării cristalelor, materialul devine mai rezistent. Materialele se prelucrează prin deformare plastică pentru valori ale efortului specific între punctele 2 şi 3 de pe fig. 7.17. Plasticitatea materialului este caracterizată de modulul de plasticitate D, care reprezintă panta curbei reale tensiune-deformaţie, adică tangenta unghiului α din fig.7.19 în care s-a prezentat diagrama tensiune reală – alungire reală.

116

Fig. 7.19 – Diagrama reală

tensiune – deformaţie

Procesul de deformare plastică este influenţat de: - structura materialului şi compoziţia sa chimică; - temperatură; - gradul de deformare plastică; - viteza de deformare. Procesul de deformare plastică se supune unor legi dintre care cele

mai importante sunt următoarele: 1. legea volumului constant. În urma procesului de deformare plastică

volumul materialului rămâne practic constant: V0 = V1 = V2 = … = Vn = constant

2. Legea rezistenţei minime. În urma procesului de deformare, elementele de volum se vor deplasa în direcţia în care ele întâlnesc cea mai mică rezistenţă. Conform acestei legi elementare de volum se vor deplasa pe drumurile cele mai scurte. Experimental, se constată că în timpul comprimării unei bare pătrate, elementele de volum se deplasează spre laturile acestuia după direcţia cea mai scurtă. (după perpendicularele a, b, c, d) (fig. 7.20).

Fig. 7.20. Deformarea plastică

a unei bare pătrate.

117

3. Legea similitudinii. În timpul deformării plastice, lucrul mecanic consumat (W) pentru modificarea formei geometrice a corpurilor asemenea (confecţionate din acelaşi material şi în condiţii identice) este proporţional cu volumele sau greutăţile (G) ale corpurilor:

W1/W2=V1/V2=G1/G2= a3 Forţele P necesare deformării plastice sunt proporţionale cu secţiunile A ale corpurilor asemenea. 4. Legea echilibrării tensiunilor suplimentare. În corpul deformat, după comprimarea datorată acţiunii forţelor externe, rămân tensiuni interne. Aceste tensiuni se echilibrează reciproc după încetarea acţiunii forţelor exterioare. Repartizarea acestor tensiuni este neuniformă deoarece straturile deformate mai pronunţat tind să tragă straturile vecine mai puţin deformate, iar ultimele caută să împiedice deplasarea primelor. Tensiunile remanente suplimentare sunt de trei categorii:

- de ordinul întâi, care se echilibrează reciproc între zonele mari ale corpului supus deformării;

- de ordinul doi, care se echilibrează reciproc între doi sau mai mulţi grăunţi;

- de ordinul trei, care se echilibrează în interiorul fiecărui grăunte.

7.2.2.2. Operaţii de prelucrare a pieselor prin deformarea la rece

Deformarea plastică la rece se produce în matriţe care au tot două

părţi, dar fără muchii tăietoare. Forma lor permite deformarea materialului. După forma pe care o capătă materialul după deformarea la rece distingem mai multe operaţii:

- îndoirea – obţinerea unei piese curbate dintr-un semifabricat plan; - ambutisarea – transformarea semifabricatelor plane în piese cave

de diferite forme; - fasonarea – schimbarea formei semifabricatului sau a piesei prin

deformări locale de diferite forme; - formarea – modificarea profilului, a configuraţiei sau a grosimii

semifabricatului printr-o redistribuire a volumului şi printr-o anumită deplasare a masei de material.

118

7.2.2.2.1 Îndoirea

Schema procesului de îndoire este prezentată în figura 7.21. În urma

îndoirii, straturile de metal din interiorul tablei se deformează în mod diferit: stratul de metal din interiorul unghiului de îndoire se comprimă şi se scurtează pe direcţia longitudinală şi se întinde în direcţie transversală. Straturile exterioare (din partea plăcii de îndoire) se întind în direcţie longitudinală, comprimându-se în direcţie transversală. Între aceste două straturi, notate cu a şi b în figură, se află stratul neutru, a cărui lungime rămâne neschimbată, fiind egală cu lungimea iniţială a semifabricatului.

Fig. 7.21. Schema procesului de îndoire

Când banda îndoită este îngustă, se produce o deformare puternică a acesteia în secţiune transversală: grosimea tablei pe porţiunea îndoită se micşorează mult, iar lăţimea în interiorul îndoiturii 2 creşte cu formarea unei curburi, partea exterioară 1 îngustându-se, după cum se observă în secţiunea din figura 7.21. Fazele procesului de îndoire pot fi urmărite în figura 7.22.

Fig.7.22 Fazele procesului de îndoire

119

În cursul îndoirii are loc o micşorare treptată a razei de curbură şi a distanţelor dintre punctele de sprijin l1, l2, lk . La sfârşitul îndoirii, piesa capătă forma poansonului şi a plăcii de formare pe care se suprapune complet. Raza de îndoire are o valoare minimă admisibilă, determinată de plasticitatea materialului, până la care în stratul exterior, cel mai solicitat, nu se produc fisuri sau rupturi. Deformarea plastică la îndoire este însoţită şi de o deformare elastică. După terminarea operaţiei de îndoire, deformaţia elastică a piesei dispare şi dimensiunile ei se modifică faţă de cele ce au fost determinate de forma poansonului. La dimensionarea poansonului se ţine seama de acest fenomen de arcuire. Forţa necesară pentru desfăşurarea procesului tehnologic, în cazul îndoirii libere, se poate determina cu relaţia:

Unde: B este lăţimea benzii, în mm; s – grosimea materialului, în mm; σr – rezistenţa de rupere, în da/mm2, conform tabelului 3,4; l – distanţa între reazeme, în mm. În tabelul 7.5 sunt date valorile aproximative ale razelor de îndoire minim admisibile, pentru diferite materiale. Distanţa între reazeme se poate determina cu relaţia: l = (6…8) ri min . 7.2.2.2.2 Ambutisarea Ambutisarea este prelucrarea prin deformare la rece, prin care un semifabricat plat se transformă într-o piesă de formă cavă, printr-una sau mai multe operaţii succesive. Principiul procesului de ambutisare este prezentat în fig. 7.23. Ambutisarea se poate face fără inel de fixare (fig.7.23a), sau cu inel de fixare (fig.7.23b).

lrsB

Fσ⋅⋅⋅

=275,0

120

Fig. 7.23 Schema procesului de ambutisare

Se ambutisează fără inel de fixare piese cu înălţimea relativă h/d mică. La înălţimi relativ mari, ambutisarea fără inel conduce la formarea de cute pe suprafaţa laterală sau pe flanşa piesei şi eventual la rupturi.

Tabelul 7.4

Caracteristicile mecanice ale principalelor materiale folosite pentru ştanţare şi presare la rece

Materialul

Denumire STAS (NID)

Calitatea

Rezistenţa la tracţiune σrdaN/mm2

Alungirea la rupere

%

Oţel carbon de calitate destinat construcţiei de maşini

880-80 OLC 10 OLC 25 OLC 45

Min. 35 Min. 46 Min. 62

31 24 18

Oţel cu conţinut redus de carbon pentru table de ambutisare

9485-80 A 1 A 2 A 3

28-42 28-40 28-35

26 30 34

Oţel carbon pen-tru table şi benzi

9724-80 OL 34 33-46 -

Table din aliaje CuZn

289-80 Am 63 m 1/2t t

Min. 35 Min. 42 Min. 48

28 20 9

Table din aluminiu

428-80 A1 99”0” 8 25

121

Tabelul 3.5

Raze de curbură minime

Forţa de ambutisare se poate determina considerând că tensiunile admisibile în secţiunea periculoasă trebuie să fie mai mici decât cele de rupere. Ca urmare, forţa de ambutisare maximă trebuie să fie ceva mai mică decât forţa necesară pentru ruperea pereţilor laterali ai piesei în jurul zonei inferioare (în secţiunea periculoasă). Relaţia de calcul este:

unde: P este lungimea perimetrului piesei (după diametrul mediu); s – grosimea materialului; σrt – rezistenţa la distrugere a metalului datorită întinderii. Forţa de strângere a semifabricatului cu inel de fixare este dată de relaţia:

Fs = pS [daN]

unde Fs este forţa de strângere în daN: S – aria semifabricatului aflată sub inelul de fixare, în [mm2]; p – presiunea specifică de strângere, în [daN/mm2]. Pentru materialele uzuale p = (0,1 – 0,4) [daN/mm2].

Recoapte sau normalizate

Ecruisate

Poziţia liniei de îndoire

Materialul

Transversal pe fibre

În lungul fibrelor

Transversal pe fibre

În lungul fibrelor

Aluminiu, cupru recopt OL 32, OL 34 OLC 25 OLC 45 Duraluminiu moale Duraluminiu dur Aliaje de magneziu

0 0 0,2 s 0,5 s 1,0 s 2,0 s -

0,3 s 0,4 s 0,6 s 1,0 s 1,5 s 3,0 s -

1 s 0,4 s 0,6 s 1,0 s 1,5 s 3,0 s 6,0 s

2 s 0,8 s 1,2 s 1,7 s 2,5 s 4,0 s 8,0 s

][daNPsF rtσ≤

122

Forţa pe care trebuie să o dezvolte presa pentru a executa ambutisarea piesei se determină însumând forţa de ambutisare cu forţa de strângere. Forma discului, în cazul când piesa de ambutisat este un corp de revoluţie, este circulară. Diametrul discului (semifabricatului) se determină din egalitatea volumelor discului şi a piesei de ambutisat. La ambutisarea fără subţiere se egalează aria discului cu aria totală a piesei. O problemă importantă la procesul tehnologic de ambutisare este cea a ambutisărilor succesive. Ea apare datorită faptului că, în general, nu se poate trece dintr-o singură ambutisare de la diametrul semifabricatului la diametrul piesei. Se defineşte coeficientul de ambutisare: m = d/D, unde d este diametrul piesei; D – diametrul semifabricatului. În general m = 0,55. Cunoscând m se poate face calculul numărului de ambutisări succesive necesare. Cu notaţiile din fig. 7.24, putem scrie: m1=d1/D m2=d2/d1 … mn=dn/dn-1

Fig. 7.24 Ambutisări succesive

Dacă între ambutisările succesive facem tratamentele termice necesare care să înlăture durificarea (ecruisarea) materialului putem considera: m1= m2=…= mn , deci dn= mnD. Cunoscând D, dn şi m se poate determina numărul de ambutisări succesive necesar pentru realizarea unei anumite piese.

123

Înălţimea rezultată la piesa finală trebuie să includă adaosul necesar pentru tunderea marginilor. Diametrul semifabricatului se va dimensiona ţinând seama de acest adaos.

7.3 ÎNTREBĂRI DE CONTROL ŞI APLICAŢII 1) Ce materiale se prelucrează prin tăiere şi deformare la rece? 2) Care sunt principalele procedee de prelucrare prin tăiere şi deformare la rece? 3) Cu ce utilaje tehnologice se face forfecarea? 4) Dar ştanţarea? 5) Ce faze caracteristice are procesul de tăiere? 6) Care este forţa F, necesară pentru tăierea cu foarfeci cu cuţite paralele, a unei table de 1m lăţime şi 1mm grosime? Tabla este de alamă, care are τf = 35 [daN/mm2]. 7) Care este forţa totală de tăiere P, necesară pentru procesul tehnologic din problema 6 ? 8) Care sunt principalele operaţii de ştanţare? 9) Care este valoarea jocului recomandat pentru o ştanţă? 10) Calculaţi forţa de ştanţare, pentru o rondelă de diametru interior 20mm, diametru exterior 40mm şi grosime 1mm, dacă ştanţarea se face cu o matriţă bloc. Piesa se decupează din tablă de cupru, care are τf = 20 [daN/mm2]. 11) ce forţă trebuie să dezvolte presa pe care se va monta matriţa pentru decuparea piesei din problema 10. 12) care sunt variantele constructive ale plăcii tăietoare? 13) care este durata de viaţă a unei matriţe care poate executa 200.000 de bătăi între două reascuţiri, care are înălţimea de lucru de lucru h = 10mm, iar la o reascuţire se prelucrează ∆h = 0,5mm. 14) Schiţaţi principial o matriţă simplă, una pas cu pas, precum şi una bloc. 15) Ce planuri de tăiere fără deşeu cunoaşteţi? 16) Care este principiul automatizării ştanţării? 17) Care este diagrama încercării la tracţiune a corpurilor elasto-plastice? 18) Căror legi se supune prelucrarea prin deformare plastică? 19) Ce operaţii prin deformare plastică la rece cunoaşteţi? 20) Să se determine numărul de ambutisări succesive necesare pentru o piesă cilindrică de diametru exterior 92mm, înălţime 202mm, şi grosime 2mm. Se cunoaşte diametrul semifabricatului D = 290mm.

124

21) Să se calculeze forţa necesară îndoirii libere într-o ştanţă cu distanţa l=20mm, a unei piese din tablă de aluminiu Al 99, de grosime 3mm şi lăţime 50mm. Materialul are rezistenţa la rupere σr = 8 [daN/mm2]. 22) Să se calculeze forţa necesară îndoirii libere a unei piese din tablă de ambutisare A2, de grosime 2mm şi lăţime 30mm cu o rază de 8mm. Materialul are σr=8[daN/mm2], iar distanţa dintre reazeme este l=40mm. 23) Să se determine forţa pe care trebuie să o dezvolte presa pe care se va monta matriţa pas cu pas pentru ştanţarea tolelor E+I, care au dimensiunea a=10mm (vezi fig.7.12). Se va întocmi planul de tăiere, determinându-se lăţimea necesară a benzii. Se mai cunosc a=0,5 şi τf = 40 [daN/mm2]. 24) Pentru piesa de la problema 23 să se gândească un proces tehnologic cu un alt tip de matriţă şi un alt plan de tăiere.

BIBLIOGRAFIE

N. Gem - Metalurgie fizică, Bucureşti, Ed. didactică şi pedagogică, 1981.

M. Mehedinţeanu, - Tehnologie mecanică şi maşini unelte, D.Hollanda, I. Sporea Bucureşti, Ed. didactică şi pedagogică, 1982. C. Iliescu, I. -Tehnologia debitării, decupării şi perforării de Tureac, L. Gaspar precizie, Bucureşti, Ed. Tehnică, 1980. A. Borovic, G. -Îndrumător pentru tehnologia ştanţării şi matriţării Nicolaescu la rece, vol. 1,11, Bucureşti, Ed. Tehnică, 1980.

Gh. Hecht, I. -Îndrumător pentru tehnologia ştanţării şi matriţării Irimie la rece, vol. 1,11, Bucureşti, Ed. Tehnică, 1980.

M. Teodorescu, ş.a. - Tehnologia presării la rece, Bucureşti, Ed. didactică şi pedagogică, 1980.

F. Anghel, Popescu M. - Tehnologii electromecanice, Ed. Printech, 1998

125

CAPITOLUL 8

TEHNOLOGIA CIRCUITELOR MAGNETICE

8.1.Materialele magnetice – proprietăţi – implicaţii tehnologice

Materialele magnetice sunt cele care concentrează un număr mare de

linii de câmp magnetic în spaţiul ocupat de ele; din astfel de materiale se construiesc deci circuitele magnetice ale maşinilor şi aparatelor electrice. Aceste materiale sunt neliniare, starea lor magnetică fiind caracterizată prin vectorul inducţiei magnetice:

B=µ0[H+M(H)] (8.1.)

unde B este inducţia magnetică, H – câmpul magnetic, iar M – magnetizaţia /8.1/. Curbele care reprezintă grafic dependenţa B=B(H) se numesc curbe (caracteristici) de magnetizare. După forma acestei caracteristici materialele feromagnetice, aşa cum am văzut în capitolul 4, se clasifică în două mari categorii: a) materiale magnetice moi, a căror curbă de magnetizare este reprezentată în fig. 8.1.; b) materiale magnetice dure, a căror curbă de magnetizare este reprezentată în fig. 8.2. Materialele magnetice moi, supuse prima oară unui câmp magnetic, evoluează după curba punctată, prezentând fenomenul de saturaţie (la creşteri mari ale câmpului au loc creşteri neînsemnate ale inducţiei); la scăderea câmpului cu inversare de sens, evoluţia decurge conform săgeţilor, apărând fenomenul numit histeresis. La materialele magnetice moi lăţimea ciclului de histeresis este redusă. Aria acestui ciclu este proporţională cu pierderile de energie ce apar datorită histerezisului, numite pierderi prin histeresis.

126

Fig. 8.1. Caracteristica B-H Fig.8.2. Caracteristica B-H la la materialele magnetice moi. materialele magnetice dure. La materialele magnetice dure, conform ciclului din fig. 8.2, o dată cu reducerea câmpului magnetic la valoarea zero, apare o inducţie remanentă Br de valoare mare şi respectiv la anularea inducţiei, un câmp coercitiv Hc, de valoare mare. Din cauza inducţiei remanente mari, materialele magnetice dure sunt folosite la fabricarea magneţilor permanenţi şi memoriilor magnetice. Materialele magnetice moi se folosesc la fabricarea circuitelor magnetice de curent continuu şi alternativ. Se împart în trei categorii: a) materiale pentru circuite magnetice cu flux magnetic constant – ca de exemplu fierul tehnic, oţelul slab aliat, fonta, etc. Aceste materiale se folosesc la construcţia circuitelor magnetice pentru maşini de curent continuu şi electromagneţi de curent continuu. Materialele se prezintă de obicei sub formă de semifabricate laminate iar obţinerea circuitelor magnetice implică operaţii din tehnologia mecanică curentă – debitare, tăiere, ştanţare, prelucrări prin aşchiere, etc., care au fost studiate anterior. În fig. 8.3. s-a prezentat miezul magnetic al unui releu de curent continuu, care evidenţiază utilizarea procedeelor de prelucrări mecanice la rece.

127

Fig. 8.3. Circuitul magnetic al unui releu de curent continuu.

b) materiale pentru circuite magnetice cu flux magnetic variabil – ca de exemplu tabla de oţel aliată cu siliciu. Prezenţa fluxului magnetic variabil face ca să existe curenţi turbionari în miezul feromagnetic şi deci pierderi de energie. În scopul reducerii acestor pierderi fierul se aliază cu siliciul (ceea ce face ca să-i crească rezistivitatea) şi se folosesc numai miezuri lamelate (din tole de grosime 0,35- 0,5 mm) /8.3,8.4/. Procentul de siliciu variază între 1-4%, la valori mai mari tabla devenind casantă. Obţinerea tablei, se poate face prin:

- laminare la cald, rezultând tablă cu proprietăţi magnetice bune; - laminare la rece, rezultând tablă cu proprietăţi magnetice foarte bune

(pierderi prin curenţi turbionari reduse). În ambele cazuri este necesară izolarea electrică a tolelor între ele, izolare care se poate realiza cu o peliculă de lac sau prin oxidarea superficială a tablei. Tehnologia fabricării miezurilor magnetice din tole implică pe lângă operaţii mecanice – debitare, ştanţare şi tehnologii speciale de izolare a tolelor, împachetare, lăcuire, etc. Un exemplu reprezentativ va fi prezentat la paragraful 8.2. Tehnologia realizării miezurilor magnetice are o importanţă deosebită în realizarea unor produse de calitate. Trebuie asigurate simultan următoarele deziderate: - izolaţia tolelor să fie cât mai subţire şi uniformă pentru ca aria aparentă a secţiunii să fie cât mai apropiată de aria de fier; - presiunea de împachetare să fie mare din acelaşi motiv, totuşi nu prea mare pentru a nu deteriora izolaţia tolelor;

128

- refacerea calităţilor magnetice, după ştanţare, prin recoacere; - executarea unei operaţii de ştanţare fără bavuri mari; realizarea de

operaţii de debavurare, în scopul evitării scurtcircuitării tolelor între ele; - realizarea unei împachetări cu jocuri mici pentru a nu micşora secţiunea crestăturilor şi a nu ajusta ulterior crestăturile (ceea ce poate provoca scurtcircuitarea tolelor). Prezentarea succintă a acestor câteva aspecte ale corelaţiei tehnologice – calitate evidenţiază importanţa hotărâtoare a respectării tehnologiei prescrise la executarea miezurilor magnetice din tole. c) materiale magnetice pentru circuite magnetice de înaltă frecvenţă – exemplu tipic – feritele moi (compuşi bazaţi pe oxizi de Fe, Mn, Zn, Ni). Variaţia rapidă a fluxului magnetic nu permite folosirea materialelor metalice la frecvenţe de depăşesc câţiva kHz, peste această limită folosindu-se exclusiv feritele. Miezurile magnetice realizate din ferite se obţin din pulberi de oxizi metalici prin metodele metalurgiei pulberilor – procedeul numit sinterizare. Aceasta este o tehnologie specială, de mare productivitate, ce permite obţinerea directă de piese finite. Elementele de bază ale procesului tehnologic de sinterizare sunt prezentate în paragraful 8.3. În ţara noastră, ferite moi (şi dure) se produc la Întreprinderea de Ferite Urziceni.

Materialele magnetice dure se folosesc la fabricarea magneţilor

permanenţi, păstrându-şi starea de magnetizare timp îndelungat. Sunt folosite curent două categorii de materiale: - aliaje metalice de tip Al.Ni, Al.Ni.Co; - ferite realizate din oxizi de Fier şi Bariu. Materialele metalice de tip Al.Ni, Al.Ni.Co se toarnă în forme. Întrucât după turnare sunt dure şi casante, se folosesc metode de

turnare de precizie (de exemplu turnare cu modele uşor fuzibile). După obţinerea pieselor turnate ele pot fi cel mult şlefuite prin rectificare pe suprafeţele de aşezare.

Feritele dure se realizează prin sinterizare, la fel ca şi cele moi. În acest fel feritele magnetice dure se obţin în formă finală, singura prelucrare ulterioară fiind eventual rectificarea suprafeţelor de aşezare.

Prezentarea sintetică a materialelor magnetice şi principalelor categorii de produse la care se utilizează acestea este dată în fig. 8.4.

129

M A T E R I A L E M A G N E T I C E MOI DURE

Circuite magnetice Circuite magnetice Magneţi permanenţi cu flux constant cu flux variabil

Electromagneţi Electromagneţi Metalici de curent continuu de curent alternativ Maşini electrice Maşini electrice Ferite dure de curent continuu de curent alternativ Relee de curent Relee de curent continuu alternativ Transformatoare Ferită de înaltă frecvenţă

Fig. 8.4. Materialele magnetice şi utilizarea lor.

8.2. Tehnologia miezului magnetic al electromagnetului de curent alternativ

Miezul magnetic al electromagnetului de curent alternativ poate avea diferite forme constructive. Un exemplu caracteristic este miezul E dublu prezentat în fig. 8.5.

Fig. 8.5. Miezul magnetic al unui electromagnet de curent alternativ. 1 – spiră în scurtcircuit; 2 – tolă de capăt; 3 – nituri ; 4 – pachet de tole din tablă silicioasă.

130

Miezul magnetic este realizat din tole de tablă silicioasă 4 de 1 mm grosime, consolidate la capete cu 2 tole mai groase, 2, de 2 mm. Tolele sunt solidarizate prin nituire 3. Feţele polare laterale se suprapun. Pentru a se realiza un întrefier mic, acestea sunt rectificate. Feţele polare ale coloanelor centrale sunt la o distanţă de 0,2-0,4 mm, pentru a se micşora tendinţa de „lipire“ în exploatare (din cauza tasării feţelor laterale de pe coloanele laterale). Pe coloanele laterale sunt practicate două şanţuri în care este introdusă o spiră de cupru sau aluminiu, 1, denumită spiră în scurtcircuit. Rolul acesteia este de a diminua vibraţiile în funcţionare. Etapele procesului tehnologic sunt prezentate mai jos: a) debitarea materialului constă în tăierea fâşiilor (în cazul foilor de tablă) sau tăierea ruloului de tablă în lungime şi obţinerea materialului roluit cu lăţimea l necesară ştanţării. În fig. 8.6. sunt prezentate două variante de croire a materialului, din care rezultă lăţimile l1 şi l2 necesare pentru fâşia de tablă astfel: l1 = a + 2p l2 = p + b + p + c + p = b + c + 3p

Fig. 8.6. Variante ale planului de croire pentru electromagnet.

131

În cazul concret al electromagnetului din fig. 8.5. factorii de eficienţă pentru cele două variante ale planului de croire sunt:

67,0)(

)(2

11 ≅

+−−

==pbl

cbdabAA

t

η

706,0

)()22()(2)(2

22 ≅

+−−−−+++−

=pdcal

dcabdcccbcη

Cea de-a doua variantă are un factor de eficienţă mai ridicat cu cca. 5%, dar solicită un sistem de ghidare mai precis, întrucât fâşia de tablă trece de două ori prin ştanţă: prima dată se ştanţează piesele de la o extremă, a doua oară cele din extrema cealaltă (haşurate).

b) ştanţarea se execută cu ştanţe bloc, obţinându-se o tolă la fiecare bătaie a presei. În unele cazuri se foloseşte o ştanţă cu acţiune succesivă, în 2 paşi. La prima bătaie se ştanţează orificiile pentru nituri. La a doua bătaie a

se ştanţează conturul exterior, obţinându-se tola E. presei mai mare. În mod similar se obţin tolele de capăt, care au o grosime

c) sortarea tolelor se face pentru constitui

două moduri de realizare a operaţiei: rea pachetului.

Există

rii, cu bavurile în acel

- prin cântărire, cu ajutorul unei balanţe; - prin numărare, de către un dispozitiv mecanic ataşat presei, care

formează în mod automat pachetele cu numărul necesar de tole. La constituirea pachetelor de tole, acestea se aşează în ordinea

ştanţă aşi sens, pentru a păstra izolaţia electrică între ele.

Observaţie – tabla folosită este tablă silicioasă laminată la rece şi izolată din fabricaţie, cu un strat de oxid. În acest , caz nu se face izolarea tolelor cu ajutorul unei pelicule de lac electroizolant.

d) împachetarea se face manual, ataşându-se pachetului tolele

marginale şi niturile. În locul niturilor se pot folosi şi bolţuri – vezi fig. 8.7, rmând a se forma ambele capete prin bercluire.

u

132

Fig. 8.7. Nit şi bolţ pentru rigidizare

e) presarea pachetului de tole se face cu prese hidraulice, la presiuni mari – p=10-20 daN/cm2. Este necesară o presiune mare pentru a se asigura strângerea şi planeitatea pachetului; în acelaşi timp o presiune prea mare poate distruge pelicula de oxid izolant. De obicei nituirea se face în acelaşi dispozitiv în care se face presarea. De obicei nituirea se face în acelaşi dispozitiv în care se face presarea. f) fixarea spirei în scurtcircuit f) fixarea spirei în scurtcircuit se face în mai multe feluri – exemplificate în fig. 8.8. În ultima vreme se preferă lipirea cu adezivi care asigură o fixare elastică, fără deformări mecanice. g) vopsirea se face pentru a se asigura protecţia anticorozivă; după vopsire se face uscarea în cuptor. h) rectificarea suprafeţelor polare se realizează pentru a se asigura acestora o rugozitate mică.

Fig. 8.8. Modalităţi de fixarea a spirei în scurtcircuit pe miezul feromagnetic.

133

Fig. 8.9. Relativ la rectificarea feţelor polare.

Rectificarea se face pe maşini de rectificat plane, cu mişcare

alternativă a mesei pe care sunt fixate piesele. Întrucât coloana centrală este ceva mai scurtă (pentru realizarea întrefierului suplimentar), piatra de polizor are un diametru mai mare în zona centrală, aşa cum se observă în figura 8.9. Pe parcursul procesului tehnologic, după fiecare operaţie, se execută operaţii de control (autocontrol) observându-se conformitatea cu documentaţia tehnologică. Spre exemplu, după operaţia de rectificare a feţelor polare, se controlează planeitatea acestora şi dimensiunile electromagnetului, prin măsurare cu ajutorul comparatorului cu cadran. Aceste operaţii de autocontrol fac parte din procesul tehnologic, fiind înscrise în documentaţie.

Fig. 8.10. Dispozitivul folosit pentru împerecherea miezurilor.

i) împerecherea miezurilor se face cu ajutorul unui dispozitiv care permite măsurarea curentului absorbit (fig. 8.10). Perechile de nu trebuie să vibreze, iar curentul absorbit de ansamblu trebuie să fie inferior limitei admise. Miezurile se depozitează perechi în vederea montajului final.

134

8.3. Tehnologia feritelor

Feritele se obţin din pulberi de oxizi metalici prin procedeul tehnologic de sinterizare, comun ambelor tipuri de ferite – moi şi dure. În figura 8.11. se prezintă schema principală a procesului de fabricare a feritelor. Materia primă (oxizii), sub formă de pulbere, se amestecă într-o moară cu bile în prezenţa unui mediu de amestec (de obicei apa), timp de 4-20 ore, pentru o perfectă omogenizare. Urmează o uscare rapidă. Întreg materialul, sau numai o parte, se supune operaţiei de presinterizare prin încălzirea la o temperatură de 900-1100oC, formându-se ferita.

Fig. 8.11. Schema procesului tehnologic de fabricaţie a feritelor.

În decursul acestui proces, culoarea roşie-castanie a amestecului de oxizi (dată de oxidul de Fe2O3) se modifică în culoare cenuşiu închis, specifică feritei. Prin presinterizare se micşorează contracţia produsului final şi se îmbunătăţeşte omogenitatea. Urmează o nouă măcinare şi amestecarea cu fracţiunea A, neprelucrată. Proporţia componentelor A şi B se stabileşte experimental. Se adaugă un liant organic (trimetil-celuloza) care îmbunătăţeşte proprietăţile amestecului la presare sau extrudere.

135

Presarea în matriţă se face pentru piese de diverse forme iar extruderea pentru piese profilate cu lungime mare. Presiunea este mare: 0,15-1,5 . 103daN/cm2. Sinterizarea (arderea) se face în cuptoare speciale la temperaturi între 1100-1450oC, cu durate 2-24 ore. Temperatura creşte lent în prima etapă pentru că astfel, din cauza volatilizării adausului organic, piesele crapă. De asemenea în zona la care se produce sinterizarea, viteaza de variaţie a temperaturii este redusă întrucât au loc contracţii mari, putând apare tensiuni interne şi fisuri. În fig. 8.12. se prezintă o diagramă tipică a contracţiei şi temperaturii în funcţie de timp pentru o ferită moale, punându-se în evidenţă aspectele menţionate mai sus.

Fig. 8.12. Variaţia dimesională a feritelor la sinterizare.

Fenomenele fizico-chimice care se produc în procesul de sinterizare pot fi rezumate astfel: - difuziunea atomilor – la suprafaţă şi în volum – conduce la mărirea şi consolidarea suprafeţelor de contact şi realizarea de punţi de legătură între granule; - recristalizarea şi creşterea granulelor – prin tendinţa spre echilibru a sistemului; - curgerea plastică a materialului, ceea ce conduce la majorarea suprafeţelor de contact şi micşorarea porozităţii; se elimină tensiunile interne.

136

În urma procesului de sinterizare se obţin piese cu densitate şi duritate mare. Contracţia totală mare (de până la 20%) nu permite obţinerea de dimensiuni foarte precise. În fig. 8.13. este prezentat un miez magnetic U+I pentru un transformator de înaltă frecvenţă realizat din ferită moale. Se observă toleranţele mari ale dimensiunilor de montaj.

Fig. 8.13. Miez magnetic din ferită

moale.

Ultima operaţie tehnologică este şlefuirea suprafeţelor de contact, pentru asigurarea dimensiunilor de montaj.

Particularităţi ale procesului tehnologic al feritelor dure anizotrope. Feritele dure anizotrope au proprietăţi superioare în ceea ce priveşte inducţia remanentă. Se utilizează pulbere obţinută prin presinterizare şi măcinare fină (1-5 µm), în suspensie apoasă. Presarea se face într-o matriţă din material nemagnetic aplicându-se un câmp magnetic exterior. Prezenţa acestui câmp face ca particulele să capete o orientare preferenţială, după direcţia câmpului. Materialul rezultat are proprietăţi superioare pe această direcţie (pe direcţia perpendiculară inducţia remanentă este de 2-10 ori mai mică) anizotropia fiind cu atât mai pronunţată cu cât temperatura de sinterizare este mai ridicată. Tratamentul termic la sinterizare se alege astfel încât să se obţină un material cu o energie magnetică maximă. În fig. 8.14. s-a prezentat

137

caracteristica B-H pentru ferită dură după sinterizarea la diverse temperaturi. Varianta optimă este sinterizarea la 1100oC.

Fig. 8.14. Caracteristici B-H pentru ferite dure după sinterizarea la diferite temperaturi.

Procesul tehnologic de sinterizare este foarte productiv, putându-se aplica în producţia de serie mare. În acelaşi timp trebuie relevat faptul că regimurile de temperatură şi duratele precum şi compoziţia chimică trebuie respectate cu stricteţe, în caz contrar obţinându-se procente foarte ridicate de rebuturi. Un alt aspect demn de relevat este acela că feritele se obţin din materii prime ieftine, în timp ce unele materiale magnetice dure, metalice (de tip AlNiCo) se obţin din materiale scumpe, motiv pentru care utilizarea feritelor dure se face pe scară din ce în ce mai largă.

138

8.4. Întrebări de control şi aplicaţii 1. Care sunt utilizările materialelor magnetice moi? 2. Care sunt utilizările materialelor magnetice dure? 3. Care sunt condiţiile speciale impuse tehnologiei miezurilor magnetice din

tole? 4. Se consideră miezul magnetic din fig. 8.5. (scara 1/1). 5. Elaboraţi fişele tehnologice pentru executarea pieselor1,213 din figura

8.3. Se va considera desenul la scara ½, materialul fiind 01 00. 6. Care sunt operaţiile principale ale procesului de obţinere al feritelor? 7. Ce particularităţi prezintă feritele dure anizotrope? 8. Se consideră miezul magnetic din figura 8.13. Să se stabilească lungimea

totală a ansamblului (limitele inferioară şi superioară). 9. Se realizează o ferită pentru o antenă având diametrul d=8mm şi

lungimea 200mm. Să se stabilească: - procedeul de formare şi forţa necesară; - dimensiunile semifabricatului ţinând cont de contracţie.

Bibliografie

8.1.MocanuC.I. - Teoria câmpului electromagnetic. E.D.P. Bucureşti, 1981

8.2.Hortopan G. - Aparate electrice. E.D.P. Bucureşti, 1984 8.3. Bălă C. - Maşini electrice. E.D.P. Bucureşti, 1983 8.4.IfrimA., Noţingher P. - Materiale electrotehnice. E.D.P. Bucureşti, 1981 8.5. Truşcă V., PopescuM. - Tehnologia de fabricaţie a aparatelor electrice. Ed.

ICPE, Bucureşti, 1996.

139

CAPITOLUL 9

TEHNOLOGIA BOBINELOR

9.1. Tipuri constructive Bobinele sau înfăşurările reprezintă subansamble formate din conductoare electrice izolate, dispuse, după anume criterii pe un miez magnetic, cu scopul de a produce un flux magnetic în acest miez. Există o mare varietate a tipurilor constructive; în cele ce urmează se prezintă câteva dintre cele mai utilizate. Bobine concentrate realizate din conductor izolat, bobinat de obicei pe o carcasă izolată. În figura 9.1 se prezintă o astfel de bobină. Acest tip de bobine se utilizează la electromagneţi, transformatoare de putere mică, polii de excitaţie la maşini de c.c.

Bobinele concentrate se folosesc atunci când conductorul de bobinaj este subţire (sub 1 mm diametru). În situaţiile realizării bobinelor cu conductor de secţiune mare, acesta este suficient de rigid pentru a nu mai fi nevoie de carcasă. În figura 9.2 se prezintă două tipuri caracteristice de bobine realizate din bandă de secţiune dreptunghiulară înfăşurată pe lat (9.2.a) şi respectiv pe muche (cant) (9.2.b).

Fig. 9.1.Bobină concentrată 1- caracsă; 2 – conductor; 3- izolaţie; 4 – papuc;5 – bobinaj; 6 – izolaţie exterioare

Fig. 9.2. Bobine realizate din conductor bandă.

140

La aceste tipuri de bobine izolaţiile între spire se realizează din materiale izolante subţiri, sub formă de fâşie cu puţin mai lată decât conductorul. În multe cazuri, la exterior, bobina se înfăşoară în bandă izolantă, asigurându-se şi o rigiditate mecanică bună. Bobinele pentru transformatoarele de putere se aseamănă cu cele concentrate, dar au anumite particularităţi şi anume: - au o izolaţie deosebită întrucât funcţionează la tensiuni mari; - au o construcţie robustă din punct de vedere mecanic, trebuind să reziste la eforturile electrodinamice care apar la producerea de scurtcircuit în reţea; - sunt realizate astfel încât să poată fi răcite de către uleiul de transformator./9.4./ Dintre variantele constructive menţionăm: - bobinele cilindrice care au lungimea mare şi de regulă un singur strat; - bobinele în galeţi – realizate den secţiuni care se fabrică independent (galeţii) şi se interconectează în final. Detalii suplimentare privind aceste bobine se găsesc în literatura de specialitate. Bobinele maşinilor electrice constituie o categorie aparte de bobine. Astfel, bobinele polare ale maşinilor de curent continuu şi maşinilor sincrone se realizează de multe ori sub forma bobinelor concentrate. Cu totul diferit se realizează bobinajul distribuit la periferia rotorului şi statorului, la maşinile asincrone şi sincrone. În figura 9.3. se prezintă o secţiune printr-o crestătură bobinată pentru a observa particularităţile acestor bobine. Constructiv ele se realizează din sârmă rotundă sau conductor profilat, introdus în crestăturile miezului magnetic. Capetele acestor bobine rămân în afara crestăturilor. Tehnologia realizării bobinelor este relativ complicată şi depăşeşte cadrul lucrării de faţă./9.2./

Fig. 9.3. Bobină în crestătură. 1 – miez feromagnetic 2 – pană izolantă 3 – bobinaj 4 – izolaţie de crestătură

141

In figura 9.4.a., este prezentată o înfăşurare rotorică buclată pentru maşina de curent continuu, iar în figura 9.4.b. este prezentată o înfăşurare ondulată. În figura 9.4.c. este reprezentată o înfăşurare trifazată de curent altenativ.

Fig. 9.4.a. Înfăşurare buclată simplă cu Z=K=18 crestături, p=2.

Fig. 9.4.b. Înfăşurare ondulată simplă cu Z=19 crestături, p=2.

Fig, 9.4.c. Înfăşurare trifazată în trei etaje cu Z=24, m=3, p=l,

q=4 crestături pe pol şi fază

142

9.2. Elemente componenteSubansamblul bobină cuprinde următoarele elemente componente:

- a) carcasa - b) bobinajul realizat din sârmă sau bandă de material conductor

ât tensiunea de lucru a bobinei este mai ridicată;

ementele de legătură în circuitul electric;

izolat; - c) izolaţii interne – între spire şi între straturi, izolaţii cu atât mai

dezvoltate cu c

l subansamblului la bobinele concentrate sau cilindrice, asigurând şi izolaţia faţă de miezul magnetic. Pentru bobinele concen e de la electromagneţi, relee, transformatoare de mică putere carcasele se realizează din materiale plastice termoplaste sau termorigide (vezi fig. 9.1.). Această variantă este folosită în

fiind necesară o matriţă. În p izolante stratificate, prin decu lu reprezentativ este prezentat în figura

9.4.a. Carcasă de bobină din materiale stratificate.

trat

producţia de serie,roducţia unicat carcasa se realizează din materiale

pare şi îmbinare. Un exemp9.4.

a. Fig.

1,2,3 – elemente componente. b.Variante constructive de borne.

Bobinele cilindrice se pot realiza folosind un tub de material izolant (pertinax de obicei) drept carcasă. Bobinajul sau înfăşurarea este realizată din conductor izolat cu lacuri, bumbac, hârtie. Pentru bobinele concentrate ale electromagneţilor şi transformatoarelor de mică putere se foloseşte sârma de cupru izolată cu diferite izolaţii ca de exemplu (vezi STAS 8516/1-73):

b.

- d) izolaţii externe; - e) bornele sau el- f) materiale auxiliare.

Carcasa constituie suportu

143

- EM – conductor emailat (de exemplu email polivinil acetat) cu proprietăţi meca onice ridicate, cu stabilitate termică 105 C. termoade rmică ridicată –155oC.

ă bobinare. În acest caz nu mai este ne

nea de lucru.

- EMA - conductor emailat, cu proprietăţi mecanice ridicate, cu strat rent;

- ET – conductor emailat cu stabilitate teStratul termoaderent depus deasupra izolaţiei asigură aderenţa spirelor

una la alta prin încălzire la circa 100oC – dupcesară o operaţie de impregnare. Utilizarea unui anumit tip de izolaţia

este impusă de temperatura la care urmează a lucra bobina precum şi de tensiu

Legăturile bobinajului la borne se fac direct dacă conductorul este mai gros de 0,6 mm. La conductoarele mai subţiri se execută legături flexibile, mai ales pentru bobinele care urmează a suferi demontarea frecventă din circuit. Legăturile flexibile se realizează cu conductor de cupru multifilar, foarte

ţie;

.

flexibil: - neizolat (notate C ff P), introdus într-un tub de masă plastică de

protec- izolat cu cauciuc siliconic – tip F ff. În ambele cazuri conectarea conductorului de bobinaj la cel de

legătură se face prin lipire cu cositorFirele terminale se racordează la bornele fixe (dacă există) sau se

montează în papuci sau cleme de racord (aşa cum e cazul bobinei din fig. 9.1).

Izolaţia interioară are o mare importanţă, executându-se la bobinele de tensiune mare pentru a izola straturile între ele şi deasemenea de a permite (mai ales la bobinele cu conductoare subţiri) o bună aşezare a straturilor, împiedicând căderea spirelor dintr-un strat superior pe unul inferior.

Materialele folosite sunt hârtie pergaminată (STAS 9169/73) sau hârtia pelur (STAS 1346/69) sau bandă izolatoare cu diverşi adezivi (Scotch).

Izolaţia externă a bobinei se realizează din bandă sintetică izolatoare cu ade

ior se impregnează. zivi; uneori la exterior se utilizează bandă textilă (bumbac sau fibră de

sticlă) care ulterBornele sau elementele de legătură (clame, papuci) trebuie să asigure

contactul electric cu circuitul exterior. Există o mare varietate de borne; în figura 9.5 se prezintă câteva variante des utilizate.

Materiale auxiliare servesc la executarea bobinajului. Se pot executa

şi aliajului de lipit.

consolidări mecanice cu bandă izolantă (prin matisare). Altă categorie de materiale sunt cele folosite la executarea lipiturilor – este cazul substanţelor decapante

144

Marea majoritate a bobinelor se impregnează cu lacuri electroizolante, o altă categorie de materiale auxiliare. Această operaţie va fi prezentată în

. Procesul tehnologic de execuţie a unei bobine concentrateamănunţime la paragraful 9.4.

9.3Se consideră cazul bobinei din figura 9.1 care este o sit

reprezentativă. Ordinea operaţiilor este următoarea: - Dezizolarea conductorului de bobinaj şi înfăşurarea pe firul terminal

I; această operaţie se face manual. Dezizolarea se face prin curăţire

rea şi lipireamecanică (cu hârtie abrazivă) sau dispozitive speciale de dezizolat. - Decapade regulă cu aliaj de lipit Sn-Pb iar pentru decapare se folosesc fluxuri adecvate. - Acoperirea lipiturii cu un tub izolant şi fixarea de carcasă cu bandă adezivă. - Fixarea lipiturii terminale, executând 4-10 spire; operaţia se execută manual. - Introducerea carcasei pe dornul maşinii de bobinat şi fixarea ei. - Montarea şi fixarea cu bandă adezivă pe carcasă a legăturii terminale II. În unele situaţii această operaţie se face după bobinare. - Bobinarea propriu-zisă la numărul de spire prescris, introducând, acolo unde e cazul, izolaţie între straturi. Executarea bobinării se face de regulă pe maşini automate sau

entru a executa o operaţie de bună

tirea carcasei bobinei şi desfăşurarea continuă a firului de pe osor

nductorului cu un pas egal cu

de spire preselectat.

e de elasticitate. Este necesar deasemenea ca izolaţia să

i sunt cele semiautomate, la care fixarea

creşterea productivităţii se pot bobina mai multe carcase simultan.

semiautomate. Cerinţele care trebuie îndeplinite pcalitate sunt: - rom . - deplasarea laterală uniformă a codiametrul izolat al sârmei. Este necesar ca la capătul unui rând, maşina să inverseze automat sensul avansului lateral. - înregistrarea şi afişarea permanentă a numărului de spire precum şi oprirea automată la atingerea numărului - întinderea uniformă şi continuă a conductorului de bobinaj, fără depăşirea limitei salnu se deterioreze pe parcursul bobinării. Cele mai folosite maşincarcasei şi terminalelor se face automat. Pentru

. uaţie

conductorului de firul terminal; lipirea se face

145

Derularea firului de pe mosor se face cu viteză mare (cca 5 m/s); mosoarele sunt stabile, în poziţie verticală. Dispozitivul de frânare al conductorului pentru dimensiuni mici ale acestuia (maximum 0,08 mm) este cu role metalice, având un canal în formă de V la periferie; la dimensiuni mai mari frânarea se face prin trecerea firului peste o suprafaţă cilindrică cauciucată. Tensiunea maximă în fir depinde de diametrul acestuia şi de viteza de

forţa specifică este de cca (22-25)N/m

ste de cca (32-

sorului maşina se opreşte automat. cu comandă numerică

ntarea legăturii terminale

derulare; astfel: - pentru diametre de (0,07-0,28)mm

m2 la o viteză de 5 m/s; - pentru diametre de (0,02-0,06)mm forţa specifică e38)N/mm2. Elementele de întindere asigură şi controlul continuităţii firului. La ruperea conductorului sau terminarea mo Maşinile de bobinat automate pot fi prevăzute şi pot asigura bobinarea simultană a unui număr de până la 12 bobine, putându-se eventual introduce automat şi izolaţia între straturi. - Molipire cu bandă adezivă şi apoi consolidare cu 50-100 de spire. - Dezizolarea şi lipirea legăturii terminale II se face similar cu legătura terminală I.

- Izolarea la exterior cu bandă izolantă, de obicei adezivă, şi fixarea

ecanică a bobinei este încheiat; se

gia impregnării bobinelor

etichetei (dacă datele bobinei nu sunt imprimate pe carcasă). Procesul tehnologic de executare mface apoi operaţia de impregnare cu lacuri sau răşini electroizolante sau înglobarea bobinei în răşină de turnare. 9.4. Tehnolo Impregnarea bobinelor constă în umplerea cu lac electroizolaporilor izolaţiei şi a golurilor ocupate de aer în bobinaj. Prin această operaţie se obţine: - mde aer cu compoziţia de impregnare care se solidifică. - mărirea stabilităţii la umezeală, în speciizolaţi cu fibre vegetale (bumbac, mătase) prin umplerea porilor izolaţiei; - mărirea rigiditău re a golurilor existente între spire; - mărirea rezistenţei mecanice a bobinei eliminând posibilitatea deplasării spirelor şi straturilor, ca u

II (dacă nu a fost fixată anterior) prin

./9.3,9.5/ nt a

ărirea conductibilităţii şi stabilităţii termice prin umplerea golurilor

al la bobinele cu conductori

ţii dielectrice a ansamblului prin acelaşi efect de mple

rmare a vibraţiilor sau eforturilor electromagnetice. Procesul tehnologic de impregnare cuprinde trei etape principale:

146

- uscarea preliminară pentru îndepărtarea umidităţii, a cărei existenţă împiedică pătrund

Fig. 9.6. Instalaţia de impregnare a bobinelor. Instalaţia cuprinde rezervorul de lac 1 şi autoclava 2, ambele prevăzute cu pereţi dubli între p rea constantă a temperaturii. În autoclavă, care constituie atât vasul de uscare preliminară cât şi vasul de impregnare a bobinelor, se poate face vid (600 mm Hg) cu ajutorul pompei de vid 3 sau se poate creea o presiune de 3-6 bari de către compresorul 4. Legătura rezervor de lac – autoclavă se face prin conducta 5. Pentru asigurareacoloana de condensare 6 reţine vaporii de apă şi Circulaţia substanţelor se face prin acţiona

erea completă a compoziţiei de impregnare în porii izolaţiei; - impregnarea – operaţie care se efectuează la bobinele aparatelor electrice – prin scufundare în lac electroizolant; - uscarea finală în timpul căreia se realizează polimerizarea răşevaporarea solventului.

Pentru bobinele ce urmează a lucra în condiţii grele impregnarea se şi sub presiune, prin această alternanţă se micşorează

iei şi deci creşte productivitatea. Schema de principiu a unei instalaţii de impregnare de acest tip este

în figura 9.6.

inii şi

face în vid perioada operaţ dată

care circulă agentul de încălzire pentru ăstra

funcţionalităţii normale a pompei de vid, de solvenţi. rea robinetelor 7,8,9.

147 147

Procesul tehnologic de impregnare se desfăşoară astfel:

g, durata 10 minute);

vidul. - se închide robinetul de vidare şi se deschide cel de la compresor,

alizându-se o suprapresiune de 4-6 at timp de 15-30 minute. În acest timp lacul umple golurile bobinajului. lui – în cuptor timp de 10h,

e presiunii şi temperaturii în timpul procesului tehnologic de impregnare.

Controlul procesului de uscare se face prin măsurarea rezistenţei de izolaţie. În figura 9.8 s-a prezentat variaţia rezistenţei de izolaţie şi a temperaturii în funcţie de timp. Se observă că pe măsură ce se produce uscarea (şi polimerizarea) lacului, rezistenţa de izolaţie creşte, atingând o valoare de stabilizare.

- se introduc bobinele, aşezate în site, în autoclavă şi se usucă sub vid (600 mm H - se introduce lacul (prin aspiraţie) preâncălzit la 60o până ce acoperă complet bobinele. În această fază se menţine re

le

Fig. 9.7. Caracteristicile procesului de impregnare în vid şi sub presiune.

- se evacuează lacul în rezervorul de lac; - se scurge surplusul de lac de pe bobine; - se scot bobinele din autoclavă; - se usucă şi se produce polimerizarea lacu

la 120oC. În figura 9.7 s-au prezentat diagram

148

Fig. 9.8. Rezistenţa de izolaţie şi temperatura. Impregnarea prin picurare Odată cu folosirea lacurilor de impregnare fără solvent, s-a dezvoltat un proces tehnologic modern „impregnarea prin picurare“. Lacurile de impregnare fără solvent se solidifică practic fără

impul mic de întărire al materialului a permis automatizarea stala

al, metoda de impregnare prin picurare constă în următoarele:

răşinii.

contracţie volumetrică. Prin adăugarea unui întăritor, lacul de impregnare pe bază de răşini epoxidice sau poliesterice se solidifică în urma unor reacţii chimice. Reacţiile de formare ale macromoleculelor se petrec fără degajarea de produşi lichizi sau gazoşi astfel încât nu se produc goluri şi deci nu este necesară aplicarea suprapresiunii. Tin ţiei de impregnare şi integrarea procedeului în ritmul de fabricaţie al benzilor tehnologice. Principiamestecul de răşină – întăritor se aplică sub formă de picături sau jet pe bobinajul în rotaţie, preîncălzit. Răşina ajunge imediat la temperatura bobinajului, devine mai fluidă şi este dispersată din cauza mişcării de rotaţie peste întreg bobinajul. Energia calorică a bobinajului facilitează întărirea

149

Amestecul de răşină – întăritor este picurat cu ajutorul unor duze pe înfăşurarea menţinută (odată cu miezul) înclinată şi rotită cu circa 30

taţii

dezvoltându-se prin

rece înc

, în acest caz, este de aproximativ 15 A/mm2. fel ca bobinajul să poată primi

că numai atâta răşină, câtă

- faza I – a – preîncălzirea bobinajului; - faza a II – a – impregnarea prin picurare; - faza a III – a – uscarea lacului de impregnare. Impregnarea prin picurare poate fi făcută într-un singur tact (simplă)

au în mai multe (multiplă). În figura 9.9 este reprezentat principial rocedeul de picurare într-un tact pentru stator, iar în figura 9.10. este xemplificat pentru un rotor.

Fig. 9.9 Principiul procedeului de picurare într-un tact.

ro /minut. Încălzirea se realizează fie cu radiaţii infraroşii, fie prin racordarea directă a bobinajului la o sursă de tensiune – călduraefect Joule. Cel de-al doilea procedeu este superior, deoarece permite un reglaj mai fin al încălzirii şi o economie considerabilă de energie, deoase ălzeşte numai bobinajul şi nu întreaga masă a pachetului de tole. Densitatea de curent Viteza de picurare a răşinii se alege astîntreaga cantitate picurată. Se dozează şi se amesteeste necesară pentru umplerea completă a bobinajului. După picurare, subansamblul este adus în poziţie orizontală, rotit în continuare şi încălzit atâta timp până când întreg amestecul se întăreşte. Deci, în procesul tehnologic de impregnare prin picurare se pot distinge trei cazuri: spe

150

Picurarea multiplă se aplică pentru înfăşurările mai mari sau pentru onstrucţii mai complicate de bobinaje, care cer o repartiţie mai bună a

inii (de exemplu, la motoare monofazate cu bobinaje separate, principale i auxiliare, sau la statoare cu mai multe bobinaje, ca de exemplu, la otoarele pentru maşinile de spălat). În fig. 9.11 este reprezentat principial

rocedeul de picurare în trei timpi.

crăşşmp

Procedeul de impregnare prin picurare este puternic influenţat de: natura materialelor utilizate pentru izolaţia maşinii, pe

trucţia bobinajelor, de gabaritul acestora, de durata de picurare, debitul răşină-întăritor, şi de temperatura înfăşurărilor.

Durata de picurare, debitul de răşină-întăritor, temperatura înfăşurărilor depind de tipul răşinii şi al întăritorului, corelate cu

Fig.9.10 Exemplificarea procedeului de picîntr-un tact pentru un rotor.

Fig.9.11 Principiul procedeului de picurare în trei timpi.

urare

9.4.1.1. Factori ce influenţează procedeul de impregnare prin picurare

ntru picurare, de cons

151

caracteristicile pachetului bobinat (diametrul şi lungimea acestuia, factorul de umplere al crestăturii, tipul de înfăşurare şi de izolaţie).

La folosirea materialelor uzuale ca izolaţie de crestătură şi pentru capetele de bobină trebuie avut în vedere că nu se poate obţine o uscare completă a materialelor higroscopice în timpul scurt de preîncălzire. Se vor alege deci, materiale puţin higroscopice, sau se vor depozita în încăperi uscate.

Pentru clasa de izolaţie B, ca lac pentru emailarea ceşte combinaţia poliester-tereftal, iar ca izolaţie de crestătură şi pentru

capetele de bobină: hostafan, macrofol şi poliesteri care au mare flexibilitate şi bună absorbţie. Se mai pot utiliza ca izolaţii de crestătură, materiale combinate în trei straturi: preşpan-hostafan-preşpan, iar pentru capetele de

ă hârtie, cu un strat de nylon, care are bună absorbţie. Pentru clasa de izolaţie F, ca lac de emailare a conductoarelor se

foloseşte un esterimid, iar ca izolaţie de crestătură Nomex (pe bază de poliamide aromate) cu proprietăţi mecanice superioare şi bună rezistenţă la îmbătrânire. Pentr

n ceea ce priveşte construcţia bobinajului, este de preferat bobinajul în două straturi din cauza uniformităţii capetelor bobinelor. în princi

Fig. 9.12. Variaţia temperaturii la impregnarea prin

onductoarelor se folos

bobin

u capetele de bobină se folosesc benzi şi ţesătură de sticlă. î

piu, pot fi însă impregnate prin picurare orice fel de bobinaje, printr-o dispoziţie adecvată a duzelor, printr-o înclinare optimă în timpul picurării şi o alegere optimă a turaţiei.

în figura 9.12 este reprezentată curba de temperatură la impregnarea prin picurare a rotoarelor cu răşini epoxidice (l) sau poliesterice (2).

picurare a rotoarelor cu răşină epoxidică (1) sau

152

9.4.2. Materiale utilizate pentru impregnarea prin picurare

Materialele folosite pentru impregnarea prin picurare sunt amestecuri complexe de răşină, întăritor şi accelerator, care se livrează de obicei separat. Proporţia prescrisă de producător va fi respectată cu stricteţe în limita toleranţelor indicate. Numai astfel se vor obţine calităţile optime.

Răşinile poliesterice sunt, de obicei, formate din două componente, A şi B care au fost amestecate de fabricant cu acceleratorul, în final rezultând o proporţie de amestec 1:1. Componentele sunt livrate separat. Componenta A este de obicei sensibilă la temperatură şi razele solare şi trebuie deci păstrată în bune condiţii: la rece şi întuneric.

Răşinile epoxidice au o proporţie de amestec -de circa 100:30. Se va evita un surplus de întăritor, care rămânând în exces, ar produce dizolvarea izolaţiei sârmei bobinajului.

Multe defecte apărute în exploatare au ca motiv

de preferinţă, la limita inferioară a întăritorului.

Instalaţii folosite pentru impregnarea prin picurare

Există mai multe firme producătoare de instalaţii de impregnare prin picurare, dintre care cele mai importante sunt: AXIS - Franţa, MICAFIL -Elveţia.

Încălzirea bobinajului se face prin efect Joule sau prin radiaţii infraroşii. Cea mai cunoscută firmă producătoare de instalaţii folosite la impregnarea prin picurare este totuşi MICAFIL, care produce o gamă largă de maşini utilizate atât pentru rotoare cât şi pentru statoare.

dizolvarea izolaţiei prin surplusul de întăritor (producându-se scurtcircuit între faze). Se va doza,

9.4.3.

153

9.5. Tehnologia înglobării bobinelor în răşini de turnare. Pentru a se mări rezistenţa bobinelor faţă de agresivitatea mediului mbia

liesterice. milar cu cel prezentat la paragraful privind

i de turnare şi anume deshidratarea şi măcinarea

amestecului;

xemplu 3h la 110oC) pentru tărir

cu aceste operaţii pot apare mici modificări în funcţie de talaţiei utilizate şi de caracteristicile constructive, funcţionale

le produsului.

a nt, uneori se realizează înglobarea acestora în răşini de turnare. Se folosesc răşini epoxidice sau po Procesul tehnologic este sitehnologia răşinilor de turnare. Operaţiile principale sunt: - uscarea în vid (în autoclavă) a bobinelor de înglobat; - preâncălzirea formelor de turnare; - prepararea şarjematerialului de umplutură, amestecul acestuia cu răşina şi întăritorul, degazarea - turnarea răşinii în formele în care sunt introduse bobinele de înglobat; - tratamentul termic în cuptor (de eîn ea răşinii; - desfacerea formelor şi răcirea liberă. În raport specificul insa

Observaţie importantă

Pe parcursul procesului tehnologic de fabricaţie al bobinelor se execută operaţii de control, mai ales sub forma autocontrolului, la fiecare loc de muncă. Se verifică corectitudinea executării operaţiei respective precum şi unii parametrii dimensionali sau electrici. În final se verifică prin măsurători rezistenţa electrică a bobinei, rezistenţa de izolaţie şi existenţa spirelor în scurtcircuit (folosindu-se detectoare speciale). Operaţiile de ontrol sunt prevăzute în fişele tehnologice şi respectiv în instrucţiunile hnologice de control specifice produsului./9.3/

cte

154

9.6. Întrebări de control şi aplicaţii. 1. Care sunt tipurile constructive de bobine? 2. Care sunt elementele componente ale subansamblului bobină?

esc la bobine?

. Care este rolul impregnării? 6. Se define rin relaţia:

= aria totală a secţiunii conductoarelor

3. Câte tipuri de izolaţii se folos4. Cum se realizează bobinarea conductorului pe carcasă? 5

şte factorul de umplere a bobinei fu p

fu aria totală a secţiunii carcasei bobinei

Valorile practice ale factorului de umplere depind de modul de realizare a bobinajului, de izolaţiile interne precum şi de diametrul conductorului. Pentru conductoarele de cupru emailat (EM, EMA, ET) utilizate în mod curent, valorile factorului de umplere sunt: fu= 0,4-0,5

=0,45-,2 mm.

ra ½). Să se determine:

ecţiunii transversale a bobinei;

e determine rezistenţa electrică a bobinei cunoscându-se rezistivitatea cuprului ρCuΩ=1,7

pentru diametrul conductorului dc=0,05-0,4 mm; fu=0,5-0,6 pentru dc1 Se consideră carcasa din figura 9.4 (sca - aria s - numărul de spire al bobinei considerând diametrul conductorului dc=0,5 mm. - să s

5.10-8Ωm.

Bibliografie. - Aparate electrice. E9.1. Hortopan G. .D.P.Buc.1984

.

.3. Vasilievici A., Moldovan L. – Elemente de tehnologie a aparatelor de 1981

.4. F. Anghel, Popescu M. – Tehnologii electromecanice, Ed. 1998

9.2. Huhulescu M. - Bobinarea aparatelor electrice de joasă tensiune. EdTehnică Buc. 1978.

9 joasă tensiune. Ed. Facla Timişoara 9 Printech,

155

CAPITOLUL 10

TEHNOLOGIA FA DIN MATERIALE

BRICAŢIEI PIESELOR

Materialele izolante au rezistivitatea cuprinsă între 1014-1019[Ωcm]. Această rezistivitate deosebit de mare rezultă din structura de benzi a materialelor electroizolante. Privitor la această structură, reprezentată în figura 10.1, trebuie observat că materialul este izolant dacă nivelul limită Fermi wi trece prin interiorul unei benzi interzise care separă banda de valenţă de banda de conducţ

Fig. 10.1. Structura de benzi

La temperaturi suficient de înalte, electronii din banda de valenţă pot escalada banda interzisă Fermi, absorbind o energie w=wi de agitaţie termică, şi pot trece în banda de conducţie. Numărul acestor electroni este însă mic, deoarece wi este mare, şi din această cauză curentul electric – la care contribuie atât electronii promovaţi în banda de conducţie cât şi aceea situaţi pe nivelurile superioao tă) – este slab. În câmpuri electrice foarte intense numărul electronilor care ajung în banda de conducţie este important şi cristalul se distruge prin străpungere electrică, dacm

ELECTROIZOLANTE

10.1 Noţiuni generale de structură a materialelor izolante

ie şi dacă lărgimea benzii interzise wi este, în general, mai mare de 3 [eV].

la materialele electroizolante.

re ale benzii de valenţă (rămasă incomplet cupa

ă este depăşită valoarea numită rigiditate dielectrică a aterialului.

156

10.1.1. Macromolecule Majoritatea materialelor izolante sunt produse macromoleculare. Prezintă importanţă deosebită în tehnică moleculele uriaşe, conţinând cel puţin 1000 de atomi, care se formează prin reunirea unor micromolecule; acest proces este realizabil datorită, în principal, calităţii atomilor de carbon de a forma între ei legături chimice covalente simple, duble sau triple. Să considerăm, ca exemplu, o moleculă de etilenă (fig. 10.2) ai cărei atomi de carbon prezintă o legătură chimică dublă. Prin tehnologii adecvate, această legătură dublă poate fi „desfăcută“ parţial şi transformată în una simplă, cu consecinţa că ambii atomi de carbon rămân cu câte o valenţă liberă care poate conduce la realizarea unei noi legături chimice; două molecule astfel activate, din punct de vedere chimic, - numite monomeri – se pot uni, prin stabilirea unor legături chimice între atomii lor de carbon activi (ca valenţe

bere), pentru a forma un dimerli

a b

Prin uniri ample de acest fel, se pot forma molecul

1

Macromoleculele se pot forma pe cale naturală ca, de exemplu, cauciucul natural, celuloza, sau pe cale sintetică, csintetice care stau la baza fabricării maselor plastice. Reacţiile de formare a materialelor macromoleculare sintetice

.

H H H H H H

C = C … - C - C - C - C - …

H H H H H H

Fig. 10.2. a) Monomerul etilenă; b) Polimerul polietilenă.

e uriaşe,

macromolecule, numite polimeri, care conţin numeroşi monomeri.

0.1.2. Reacţiile de formare ale macromoleculelor

a de exemplu, răşinile

numite şi răşi s se plastice când conţin unele adausuri, sunt:

sarea;

ni intetice, sau ma- polimerizarea; - policonden- poliadiţie. Polimerizarea constă în formarea polimerilor sub acţiunea căldurii, a

presiunii şi a unui catalizator, prin reacţii chimice în lanţ şi fără eliminare de produse secundare de reacţie (apă, clorură de sodiu, etc.). Reacţia chimică în

157

lanţ este caracteristică de faptul că odată iniţiată, continuă până la formarea completă a macromoleculei.

Energia necesară iniţierii polimerizării este mai mare decât cea absorbită la formarea lanţului molecular şi, de aceea, creşterea acestuia se face repede, uneori exploziv. Dintre materialele de polimerizare fac parte: polistirenul, polietilena, policlorura de vinil (PCV), politetrafloretilena (teflonul), răşinile acrilice, cauciucurile sintetice. Policondesarea este caracterizată de faptul că formarea polimerului rezultă dintr-o reacţie chimică în trepte – în care se poate ceda lanţului energie în etape pentru a-l constitui treptat (cu posibilitatea de a-i opri creşterea într-o etapă dorită) – şi de faptul că, la formarea polimerului, se elimină produse secundare de reacţie (cel mai frecvent, apă). Din cauza acestui ultim proces, materialele de policondensare sunt relativ poroase şi, deci, higroscopice. Dintre materialele realizate prin reacţii de policondensare menţionăm: fenoplastele (bachelitele), aminoplastele, poliamidele, poliesterii. Poliadiţia este caracterizată de o reacţie chimică în trepte (ca şi policondensarea) dar neînsoţită de eliminări de produs secundare de reacţie (ca şi polimerizarea). Materialele de poliadiţie folosite frecvent în industria electrotehnică sunt: poliuretanii şi răşinile cooxidice. 10.1.3 Forma moleculelor Macromoleculele pot avea o formă:

- liniară (fig. 10.3.a); - ramificată (fig. 10.3.b); - reticulată (fig. 10.3.c).

Fig. 10.3. Forma macromoleculelor

a. macromolecule liniare; b. macromolecule ramificate; c. macromolecule reticulate.

158

Polimerii liniari se formează în cazul în care monomerii constituenţi conţin câte o legătură dublă. Polimerii ramificaţi sau reticulaţi se obţin din monomeri cu legături multiple. Forma reticulată se poate obţine şi prin legarea unor polimeri liniari ai unei substanţe cu ajutorul unor punţi constituite din atomi ai altei substanţe. Astfel, prin vulcanizare moleculele liniare ale cauciucului se leagă prin atomi de sulf, obţinându-se o structură reticulată care conferă cauciucului calităţi mecanice şi fizice superioare.

10.2 Clasificare materialelor electroizolante Materialele electroizolante se pot clasifica după diferite criterii, dintre

care principalele sunt: starea de agregare, compoziţia chimică, stabilitatea termică, proprietăţile termomecanice.

10.2.1 Clasificarea materialelor electroizolante după starea de agregare După starea de agregare, materialele izolante se împart în:

- solide, - lichide, - gazoase.

Cele mai numeroase materiale izolante sunt solide. Dintre acestea grupă importantă este cea a materialelor stratificate.

10.2.2 Clasificarea materialelor electroizolante solide după compoziţia chimică.

Materialele electroizolante solide se împart după compoziţia chimică în trei mari grupe:

1. Materiale izolante organice. 2. Materiale izolante anorganice. 3. Materiale izolante siliconice (siliconii). Principalele materiale izolante solide organice sunt următoarele: a. răşini naturale; b. răşini sintetice c. lacuri şi compounduri; d. celuloza şi materialele pe bază de celuloză; e. cauciucuri naturale şi sintetice; f. ceruri şi substanţe ceroase. Principalele materiale izolante solide anorganice sunt: a. sticla; b. b. ceramica; c. mica şi produsele pe bază de mică; d. azbest şi produse pe bază de azbest;

159

e. diverse roci. Siliconii sunt materiale de trecere între cele organice şi cele anorganice.

10.2.3. Clasificarea materialelor electroizolante după stabilitatea termică

Prin stabilitatea termică înţelegem proprietatea materialului de a rezista timp îndelungat (durata de viaţă) fără a se degrada sensibil. După stabilitatea termică materialele se împart în clase de izolaţie notate în tabelul 10.1. Tabelul 10.1.CLASELE DE IZOLAŢIE Clasa de izolaţie

Temperatura max. admisibilă M a t e r i a l e l e

Y

90

Majoritatea materialelor solide organice neîmpregnate: celuloza, bumbac, hârtie, polietilena, polistiren etc.

A

105

Aceleaşi materiale ca la clasa Y impregnate cu lacuri oleogliptalice, bachelite, melaminice etc.

E

120

Pelicule organice sintetice – emailuri, mase plastice cu umplutură organică, stratificate pe bază de hârtie şi ţesături etc.

B

130

Materiale anorganice pe bază de mică, azbest, sticlă, impregnate cu lacuri oleobituminoase, oleogliptalice, pe bază de răşini naturale etc; mase plastice cu umplutură anorganică etc.

F

155

Materialele din clasa B dar cu lianţi din răşini cu proprietăţi mai bune: de exemplu sticlotextolit şi micalită pe bază de epoxi şi poliesteri.

H

180

Materiale pe bază de sticlă, mică dar cu lianţi din răşini siliconice; elastomeri siliconici etc.

C

180

Materiale anorganice fără lianţi: mica, sticla, ceramica, porţelanul etc. Materiale organice: politetraflaretilena etc.

160

Criteriul de împărţire în clase de izolaţie este temperatura maximă admisibilă până la care materialele electroizolante nu-şi pierd proprietăţile dielectrice şi mecanice.

10.2.4. Clasificarea materialelor organice macromoleculare din punct de vedere al proprietăţilor termo-mecanice

Din punct de vedere al proprietăţilor termomecanice, materialele macromoleculare se împart în:

a. materialele termoplaste, care se înmoaie sub acţiunea temperaturii;

b. materiale termorigide, care sub acţiunea temperaturii ridicate se carbonizează, se distrug, fără înmuiere, deoarece energia corespunzătoare forţelor intermoleculare este mult mai mare decât energia de agitaţie termică şi moleculele nu se pot depărta între ele, fenomen care ar corespunde înmuierii şi topirii materialului. Aceste materiale au molecule sferoide sau cu o structură reticulară.

Materialele termoplaste se obţin în general, prin reacţii de polimerizare. Ele sunt mai puţin hidroscopice decât cele termorigide. Materialele termorigide fiind în general obţinute prin reacţia de policondensare, pot prezenta pori microscopici care favorizează pătrunderea umidităţii. De reţinut că proprietăţile electrice ale substanţelor obţinute prin polimerizare sunt superioare proprietăţilor electrice ale celor obţinute prin policondensare. 10.3 Mase plastice Masele plastice sunt materiale produse în majoritatea cazurilor pe bază de răşini sintetice, care în anumite condiţii de presiune şi temperatură pot fi plastifiate, aduse la o anumită formă, pe care apoi întărindu-se şi-o menţin. Masele plastice prezintă mari avantaje tehnico-economice, ţinând seama de uşurinţa cu care se pot obţine din acestea piese de formă foarte complicată şi de posibilitatea aplicării proceselor tehnologice de înaltă productivitate, semiautomate sau automate.

Masele plastice sunt în general amestecuri din răşini, materiale de umplutură, adaosuri, plastifianţi, coloranţi etc.

161

Caracteristicile electroizolante, stabilitatea termică, higroscopicitatea etc., ale maselor plastice sunt determinate în principal de natura răşinii utilizate.

Materialul de umplutură se prezintă sub formă de pulberi, fibre sau material mărunţit şi poate fi de natură organică sau anorganică.

materialul de umplutură, în special cel fibros, reduce preţul de cost şi conferă anumite proprietăţi masei plastice. Dintre materialele de umplutură organice amintim: făină de lemn, fulgii de bumbac, de hârtie, de fibre tocate, iar dintre cele anorganice: fibre de sticlă tocate, fulgi de azbest, nisip de cuarţ, mică, oxid de magneziu, oxid de aluminiu etc.

Materialele de umplutură organice măresc stabilitatea termică, conductibilitatea termică şi rezistenţa mecanică a maselor plastice.

Materialele de umplutură anorganice măresc rezistenţa la temperatură şi la acţiunea arcului electric.

Deseori materialele de umplutură măresc higroscopicitatea maselor plastice şi înrăutăţesc caracteristicile lor electroizolante. Din această cauză se folosesc răşini sintetice pure (polistiren, polietilenă etc.) ca materiale electroizolante de înaltă frecvenţă.

Plastifiantul, de obicei, un ester uleios (care în general este polar şi înrăutăţeşte proprietăţile electrice ale piesei) – permite ca masa de presare să ocupe în întregime matriţa, la temperatura şi presiunea necesară.

Coloranţii se introduc din motive estetice. Alte ingrediente servesc la uşurarea fabricaţiei pieselor. De exemplu, introducerea unui mic procent de acid stearic împiedică lipirea pieselor de matriţă.

Se mai adaugă agenţi de întărire, de absorbţie, de lubrifiere. 10.4 Răşini termoplasteSe utilizează următoarele materiale termoplaste. 1. Polietilena, care este o răşină de polimerizare. Structura chimică a

polietilenei este reprezentată în figura 10.4. CH2 = CH2 → – CH2 – CH – CH2 – CH2 – |

CH3

Se fabrică în variantele:

Fig. 10.4. Structura chimică a polietilenei.

- polietilena de densitate joasă; - polietilena de densitate înaltă.

162

2. Polistirenul. Se obţine prin polimerizarea stirenului (fig. 10.5).

Fig. 10.5. Formula chimică a polistirenului.

3. Răşini vinilice. Răşinile vinilice conţin gruparea vinil – CH=CH2 . reprezentantul mai important al acestei grupe este policlorura de vinil obţinută prin polimerizarea clorurii de vinil (fig. 10.6.). H H H H H H C = C - C -- C -- C -- C --

H C1 H C1 H C1 Se folosesc două calităţi de PVC care diferă esenţial din punct de vedere al proprietăţilor mecanice:

Fig. 10.6. Formula chimică a policlorurii de vinil.

- PVC moale; - PVC dur. 4. Polimetilmetacrilul (sticla organică). Este o răşină de polimerizare. 5. Răşini poliamidice (nailon). Răşinile poliamidice sunt răşini de

policondensare care se folosesc sub forma de: - folii, - benzi, - fire, - piese presate. Din răşinile poliamidice se fabrică lacuri de emailare a

conductoarelor. 6. Policarbonaţii. Formează o grupă de poliesteri cu formula generală

reprezentată în figura 10.7. Fig. 10.7. Formula

generală a policarbonaţilor.

163

Policarbonaţii sunt răşini de policondensare. 7. Răşini derivate de la celuloză.celuloza este o substanţă macromoleculară naturală. Cele mai

importante dintre răşini derivate de la celuloză sunt: acetatul de celuloză, propionatul de celuloză, nitratul de celuloză şi etilceluloza.

8. Răşini fluoropolimere.Răşinile fluoropolimere sunt răşini de polimerizare, dintre care cele

mai importante sunt polietraflouretilena şi politriflourmonocloretilena. Dintre acestea ultima este termoplastă.

Polietraflouretilena se obţine prin polimerizarea teraflouretilenei la presiuni de 150atm. (fig. 10.8.).

F F F F F F | | | | | | – C – C – C – C – C – C – Fig. 10.8 Structura chimică a | | | | | | polietraflouretilenei (PTFE). F F F F F F

Are proprietăţi dielectrice foarte bune ce se menţin aproape constante până la 250oC. Piesele din PTFE se presează la rece şi apoi se supun unor coaceri în cuptoare speciale la temperaturi de 360-370 grade C. Piesele de formă complicată se aşchiază din pastile executate în acest mod. Se utilizează şi sub formă de folii sau benzi din fire de sticlă impregnate cu o dispersie de PTFE la fabricarea unor piese izolante. Politrifluormonocloretilena. Este un material asemănător cu PTFE. În formula ei chimică un atom de F este înlocuit cu un atom de Cl (fig. 10.9). F F F F F | | | | | – C – C – C – C – C – Fig. 10.9 Structura chimică a | | | | | politrifluormonocloretilenei F C1 F C1 F (PCTFE).

Temperatura sa de utilizare este mai scăzută (circa 150oC). Spre deosebire de PTFE este uşor de prelucrat, fiind un material termoplast.

164

9. Poliesteri cu molecule liniare Sunt răşini de policondensare. Cea mai importantă este tereftalatul de polietilenă obţinut din acid tereftalic cu etilenglicol (fig. 10.10).

acid tereftalic + etilglicol

Fig. 10.10. Obţinerea tereftalatului de polietilenă.

Este un material termoplast ce se poate trage în folii: hostafan de 0,006 - 0,2 [mm] sau fire: terilenă, etc.

10.5. Răşini termorigide1. Fenoplastele (bachelitele) Fenoplastele sunt răşini obţinute din policondensarea fenolilor sau

crezolilor cu aldehida formică. Proprietăţile pieselor obţinute fin fenoplaste variază în funcţie de

răşina şi adausurile folosite. Dacă se folosesc ca materiale de umplutură ţesături textile, se obţin izolaţii din clasa A. Dacă se folosesc fibre de sticlă se obţin izolaţii din clasele E sau B.

2. Aminoplastele Sunt răşini de policondensare. Cele mai utilizate se obţin din

policondensarea aldehidei formice cu ureea şi melamina. Răşinile ureoformaldehidice formează prin presare piese greu

inflamabile, rezistente la acţiunea arcului electric şi care prezintă proprietatea de autostingere, dezvoltând gaze care sting gazul electric. Sunt însă mai higroscopice decât cele presate din mase fenolice. Răşinile melaminofomaldehidice se obţin prin policondensarea melaminei. Cu adaosuri adecvate ele aparţin celor mai rezistente materiale termorigide la căldură. Practic nu ard (în special cele cu umplutură anorganică).

165

3. Răşini poliesterice nesaturate cu molecule spaţiale Se obţin din policondensarea esterilor produşi din alcooli polihidroxilici şi acizi policarboxilici. Adaosurile pentru presarea pieselor sunt în general pulberi minerale, fibre de sticlă, etc. Anumite tipuri sunt adecvate pentru încapsularea de elemente electrice sensibile: rezistenţe, condensatoare sau bobine. Răşinile poliesterice nesaturate sunt larg utilizate ca răşini de turnare şi impregnare. Agenţii de reticulare servesc şi ca solvenţi, caracteristica acestor răşini fiind tocmai lipsa solvenţilor, ceea ce permite folosirea lor în condiţii optime. Ele constituie aşa zisele lacuri fără solvent folosite la impregnare prin picurare. 4. Răşini epoxidice Răşinile epoxidice se obţin din polifenoli şi epiclorhidrină. Proprietăţile tipice ale acestor răşini se obţin prin reticularea moleculelor epoxidice cu durificatori. Prin poliadiţia moleculelor răşinii şi durificatorului se formează răşina termorigidă. Întărirea se poate face la cald sau chiar la temperatura ambiantă. Şi masele de presare epoxidice sunt adecvate la încapsularea reperelor sensibile ca: rezistenţe, condensatoare, bobine şi eventual a pachetelor de stator şi rotor. Răşinile epoxidice pot servi cu sau fără adaosuri ca răşini de turnare şi impregnare. De subliniat utilizarea răşinilor epoxidice pentru fabricarea lacurilor fără solvent folosite, de asemenea, la impregnarea prin picurare. 5. Răşinile siliconice. La baza siliconilor stă lanţul siloxanic (fig. 10.11).

| | | | – Si – O – Si – O – Fig. 10.11. Lanţul siloxanic. | | | |

Datorită stabilităţii acestui lanţ, materialele prezintă o foarte bună stabilitate termică şi chimică. Răşinile siliconice sunt siliconi cu molecule spaţiale. Ele se folosesc la prepararea maselor de presare şi a lacurilor.

166

Masele de presare, în special cu umpluturi anorganice se utilizează pentru piese destinate a funcţiona la temperaturi înalte. Lacurile siliconice se obţin prin dizolvarea răşinii în xilen sau toluen. Ele rezistă la temperaturi de 200oC, sunt foarte nehigroscopice şi ard greu. Cu ajutorul lacurilor siliconice se fabrică stratificatele din fibre se sticlă (sticlotextolit) şi produsele pe bază de mică. Se utilizează şi ca lacuri de impregnare şi acoperire pentru temperaturi mari de funcţionare.

10.6. Tehnologia fabricaţiei pieselor izolante şi a izolaţiilor din materiale stratificate

10.6.1. Materiale stratificate utilizate în industria electrotehnică

Materialele stratificate au o structură neomogenă. Ele sunt formate din straturi de hârtie, pânză (din fire de bumbac sau de striclă), furnir de lemn sau azbest impregnate cu o răşină şi presate împreună la temperatura de polimerizare a răşinii. Pot avea formă de plăci, bare, tuburi sau profile speciale. Un număr mare de piese electroizolante (cilindri, tuburi, teci de secţiune pătrată, dreptunghiulară sau hexagonală, piese fasonate) se execută chiar în fabricile electrotehnice (fig. 10.12). Se fabrică mai multe tipuri de stratificate. Stratificatele pe bază de hârtie (PERTINAX) La fabricarea stratificatului pe bază de hârtie, pentru utilizări electrotehnice se foloseşte în general hârtie de celuloză sulfat cu absorbţie capilară ridicată. Ca lianţi, cele mai utilizate răşini sintetice sunt cele de bachelită, dintre care sunt preferate în special răşinile fenolformaldehidice şi crezolformaldehidice.

Fig. 10.12. Piese metalice cu izolaţie din material stratificat.

167

Stratificatele pe bază de hârtie se fabrică în formă de plăci şi foi, tuburi şi cilindri rulaţi sau bare presate la diferite secţiuni.

Stratificatele pe bază de ţesătură de bumbac (TEXTOLIT) Stratificatele pe bază de ţesătură de bumbac au rezistenţă mecanică

ridicată, rezistenţă la şoc, comportare bună la uzură şi de aceea se folosesc la construcţia roţilor dinţate, a bucşelor izolante, etc.

Ţesăturile folosite drept material de armate sunt cele de bumbac. Liantul este o răşină fenolică, siliconică, melaminică sau poliesterică.

Stratificatele pe bază de sticlă (STICLOTEXTOLIT) Stratificatele pe bază de sticlă au o largă utilizare în industria

electrotehnică datorită proprietăţilor pe care le prezintă: rezistenţă mecanică foarte bună, higroscopicitate slabă, mare stabilitate a formei, sensibilitate scăzută la condiţiile atmosferice, rezistenţă mare la căldură, proprietăţi dielectrice bune sau chiar foarte bune în funcţie de liantul utilizat.

La fabricarea lui se foloseşte drept suport ţesătura din fibre de sticlă şi ca liant răşini bachelitice, melaminice, siliconice, epoxidice, teflon, etc.

Stratificate pe bază de furnir de lemn Stratificatele pe bază de furnir de lemn şi răşini bachelitice au utilizări

mai restrânse în industria electrotehnică. Se fabrică, în general, sub formă de plăci.

Stratificatele pe bază de azbest

Stratificatele pe bază de azbest sunt utilizate în industria electrotehnică datorită în special rezistenţei termice înalte. Se folosesc ca pereţi separatori supuşi la temperaturi ridicate. Aceste stratificate se fabrică dintr-un suport de azbest (carbon, hârtie sau ţesătură de azbest), utilizând ca lianţi răşini fenolice, melaminice şi siliconice. Stratificatele pe bază de ţesătură din fire poliamidice Aceste stratificate se obţin din fire poliamidice şi răşini bachelitice. Au proprietăţi dielectrice şi mecanice bune în condiţii de umiditate ridicată.

168

Produse pe bază de fibre vulcan Fibra vulcan este obţinută prin tratarea celulozei cu clorură de zinc sau alţi compuşi chimici.

10.6.3 Fabricarea materialelor stratificate sub formă de

foi sau plăci Obţinerea materialelor stratificate sub formă de plăci sau foi comportă următoarele operaţii:

- decuparea materialului suport; - formarea pachetelor de material lăcuit sau impregnat; - presarea la regimul prescris de temperatură şi presiune. În tabelul 10.2. sunt notaţi parametrii procesului tehnologic pentru

fabricarea câtorva stratificate.

Tabelul 10.2.

Regimurile de presare a materialelor stratificate

Presarea se face pe prese hidraulice cu etaj deoarece au o suprafaţă

mare de lucru. Pe masa presei se aşează plăci de oţel încălzite, de exemplu, prin ţevi străbătute cu abur. Între două plăci se pun pachetele de material lăcuit sau impregnat. Se folosesc mai multe plăci suprapuse pentru a creşte productivitatea muncii.

Denumirea materialului

Grosimea plăcii [mm]

Timpul de menţinere pe 1 [mm] grosime [min].

Presiunea specifică [daN/cm2]

Temperatura plăcilor încălzitoare [oC]

Textolit 0,5-100 3-5 90-125 150-165 Azbotextolit 6-100 4-6 90-110 150-160 Sticlotextolit 0,5-35 7-10 45-55 140-150 Pertinax 0,3-50 4-5 100-150 150-160

169

Fig. 10.13. Presarea plăcilor din materiale

stratificate.

10.6.3. Tehnologia fabricării tuburilor şi cilindrilor din material stratificat şi aplicarea izolaţiei

stratificate pe piese metalice Procesul tehnologic în acest caz comportă următoarele operaţii: 1. Lăcuirea sau impregnarea materialului de armare în cazul în care se

folosesc hârtii şi ţesături netratate cu liant; 2. Debitarea materialului de armare; 3. Pregătirea dornului sau a piesei metalice pentru înfăşurare (curăţire,

ungere, încălzire, lăcuire); 4. Înfăşurarea materialului izolant de bază; 5. Înfăşurarea materialului izolant de acoperire şi a straturilor de

izolaţie provizorie; 6. Presarea individuală în matriţă. Piesa, caldă încă în urma

înfăşurării, sau încălzită până la 100…110 oC se aşează în matriţa încălzită până la aceiaşi temperatură (fig. 10.14). Matriţa este formată din două jumătăţi 1. a căror secţiune diferă după forma piesei. Bridele 2 şi penele 3 servesc pentru strângerea celor două jumătăţi ale matriţei. La matriţele mici, în loc de perie se pot folosi şuruburi 4.

Fig. 10.14. Matriţe pentru presarea tecilor sau a izolaţilor înfăşurate de secţiune dreptunghiulară sau hexagonală: a-matriţă pentru presarea pieselor de secţiune pătrată; b-secţiunile matriţelor pentru presarea pieselor de diferite forme; c-matriţă strânsă în şuruburi.

170

7. Tratament termic cu pieselor strânse în matriţă; 8. Răcire şi depresare. Piesele scoase din cuptor se răcesc până la 50-

80 oC. Se demontează bridele şi se scot piesele din matriţă; 9. Scoaterea tecii din dorn (operaţia nu are loc la piesele metalice

izolate); 10. Îndepărtarea izolaţiei provizorii; 11. Debitarea cilindrilor şi tuburilor la lungimile indicate pe desene,

respectiv tunderea marginilor la izolaţia pieselor metalice (cu fierăstrău circular sau cu bandă);

12. Prelucrarea mecanică de finisare (polizare şi şlefuire); 13. Lăcuire şi uscare, eventual lustruire. 10.7 Tehnologia fabricării produselor pe bază de mică Mica este un silicat mineral foarte răspândit în natură. În funcţie de

natura biologică, se clasifică în două grupe orientate; - granitică, cu varietatea reprezentativă – muscovitul; - piroxenică, cu tipul cel mai utilizat în aplicaţiile tehnice –

flogopitul. Compoziţia de bază a acestor tipuri este: - pentru muscovit KH2Al3(SiO4)3; - pentru flogopit KH (MgF)3MgAl(SiO4)3. Mica muscovit se poate utiliza până la 600 oC. Este mai dură şi mai

puţin flexibilă ca mica flogopit. Mica flogopit se poate utiliza până la 800 oC.

10.7.1. Materiale electroizolante pe bază de mică Materialele electroizolante pe bază de mică se pot clasifica în mai

multe categorii după cum urmează: - micanite, - micafolii, - micabenzi, - produse fasonate, - hârtie de mică. Micanitele sunt formate din foiţe de mică încleiate cu răşini. Se

cunosc următoarele tipuri de micanită: - Micanita de colector, care are conţinut relativ redus de liant, complet

întărit pentru a rezista la temperatură sub presiune cu alunecare şi o scurgere de liant minimă. Este o micanită foarte dură. liantul tradiţional este şellacul.

171

Pentru proprietăţi superioare se folosesc răşini alchidice, epoxidice sau siliconice. Este folosită ca izolaţie între lamelele de colector.

- Micanita de formare, are procent mai mare de lianţi (15-18 %) care pot fi: răşini epoxidice, gliptalice sau siliconice, care sunt numai parţial întăriţi pentru a da posibilitatea, ca prin încălzire, micanita să se poată forma uşor. Încălzită, se înmoaie la aproximativ 100 oC, când se poate forma după necesităţi.

- Micanita de garnituri. Are liant în proporţie destul de mare, întărit sub presiune şi la temperatură ridicată, fiind astfel un material cu proprietăţi mecanice bune.

- Termomecanita. Are un conţinut redus de liant, cât mai neutru posibil, pentru a nu ataca rezistenţa încălzitoare. Ca lianţi se folosesc: răşini epoxi sau compuşi anorganici. Se interpune între plăci, să nu exfolieze.

- Micanita flexibilă se formează din mică şi un liant cât mai flexibil: lacuri uleioase, lianţi pe bază de cauciuc, răşini siliconice etc.

Micafoliile constau dintr-un suport de hârtie pe care sunt lipite foiţe de mică într-unul sau mai multe straturi.

Ca suport, se poate utiliza hârtie sulfat, hârtie japoneză şi ţesătură de sticlă. Drept lianţi se folosesc şellacul, răşinile cristaline, răşinile gliptalice, răşinile epoxidice şi siliconice.

Micabenzile constau, în general, dintr-un singur strat de mică încleiat cu un liant flexibil şi având pe una sau ambele feţe un suport adecvat. Uneori se folosesc două sau trei straturi de mică.

Produse fasonate. Din micanita de formare sau micafolii se obţin o serie de produse formate dintre care cele mai importante au forme de conuri sau tuburi.

Hârtia de mică este singurul produs care a reuşit să înlocuiască parţial mica naturală. Este obţinută din deşeuri de mică sau din mică brută de mărimi inferioare. Există două procedee principale pentru fabricarea hârtiei de mică:

a) procedeul de dezintegrare termo-chimică (procedeul “SAMICA”); b) procedeul de dezintegrare mecano-hidraulică (procedeul

“COGEMICA”); 10.8. Indicaţii privind prelucrarea mecanică a materialelor stratificate

Materialele stratificate se pot prelucra corespunzător dacă se ţine

seama de următoarele particularităţi: 1. În timpul prelucrării se degajă o mare cantitate de căldură.

Acumularea de căldură datorită conductibilităţii termice scăzute a

172

materialelor stratificate, se poate micşora aplicând viteze de tăiere mari, un avans mic şi o răcire cu aer în timpul prelucrării.

2. Efectul abraziv al răşinilor sintetice şi al unor suporturi utilizate (ţesături de sticlă) provoacă o puternică uzură a sculelor. Se recomandă scule din oţel rapid sau metal dur, bine ascuţite.

3. Materialele stratificate au tendinţa să se despice, sau să se exfolieze în locurile de ieşire a sculelor. Este indicat să se monteze contraplăci în zonele de ieşire a sculelor din material.

4. La aşchierea materialelor izolante se produce mult praf şi se degajă vapori şi gaze nocive (fenoli, anilină, acid carbonic), care degradează utilajul. Pentru a se preîntâmpina aceste efecte dăunătoare se iau măsuri de ventilaţie generală şi de aspiraţie puternică locală a prafului şi gazelor.

Materialele stratificate se pot prelucra prin: strunjire, tăiere, ştanţare, găurire, filetare, frezare, rabotare etc.

Ştanţarea se poate face la rece sau la cald. Preîncălzirea se face la 120-140 oC, trecând materialul prin instalaţia de încălzire cu aburi, cu raze infraroşii etc. În figura 10.15. este reprezentat un dispozitiv de încălzire cu aer comprimat a fâşiilor din material stratificat înainte de intrarea în matriţă.

Fig. 10.15. Dispozitiv de încălzire cu aer comprimat

a fâşiilor din material stratificat înainte de intrarea în matriţă 10.9. Tehnologia fabricării pieselor din mase plastice Piesele din mase plastice pot fi fabricate prin următoarele procedee: 1. Turnarea

- liberă (pentru răşini epoxidice); - sub presiune în matriţă

- la cald (pentru mase plastice termoreactive); - la rece (pentru azbociment şi azboplast).

2. Injecţie3. Extrudere.

173

10.9.1. Presarea în matriţe la cald a pieselor din mase plastice termoreactive

Prelucrarea pieselor din mase plastice termoreactive se face în

matriţe, sub presiune, la cald. Presiunile utilizate variază, în general, între 140-500 [daN/cm2] (limita inferioară fiind pentru mase plastice fără umplutură), iar temperatura variază între 120 – 180 oC.

Timpul de menţinere la această temperatură este de 1- 2 minute pentru fiecare milimetru grosime a peretelui piesei (se ia în consideraţie grosimea maximă a piesei).

Matriţele se execută din oţeluri speciale cu crom sau vanadiu, care nu prezintă deformări importante la căldură.

Suprafaţa pieselor obţinute trebuie să fie foarte fină, pentru: - aspect corespunzător, - rezistivitatea bună de suprafaţă, - higroscopicitate redusă, - extragerea uşoară din matriţă. De acea, pereţii cuibului matriţei se polizează foarte fin (cu rugozităţi

de zecimi sau chiar sutimi de µ) şi se acoperă prin cromare dură. Presarea se poate face prin metoda: - directă, - indirectă.

10.9.1.1. Presarea directă în matriţe la caldPrincipiul presării directe în matriţe la cald este reprezentat în figura

10.16.

Fig. 10.16. Principiul presării

directe la cald

În figura 10.17 este reprezentată o matriţă de presare directă. De observat că poansonul este ghidat în matriţă prin coloane de ghidaj. Încălzirea matriţei se realizează cu rezistenţe electrice tubulare şi cu coliere laterale care sunt în legătură cu dispozitivul de menţinere constantă a temperaturii.

174

Fig. 10.17. Matriţă pentru presarea directă: 1. Poanson; 2. Cuibul matriţei (umplut cu material); 3. Matriţa; 4. Aruncătorul; 5. Cameră de încercare.

Forţa de presare se determină cu relaţia: F = pS [daN] unde p este presiunea de formare în [daN/cm2]; S – aria proiecţiei orizontale a piesei în [cm2].

10.9.1.2 Operaţiile tehnologice la presarea în matriţă la cald a pieselor din materiale termoreactive

Procesul tehnologic de formare a pieselor din materiale termoreactive comportă următoarele operaţii: a. pastilarea materialului; b. preîncălzirea materialului de presare; c. dozarea materialului de presare; d. închiderea matriţei şi fixarea armăturilor; e. închiderea matriţei şi presarea la regimul stabilit (temperatură, presiune, durată de menţinere); f. deschiderea matriţei şi extragerea piesei; g. curăţirea matriţei. Primele două operaţii nu sunt absolut necesare, dar introducerea lor aduce importante avantaje tehnico-economice. a. Pastilarea materialului de presare. materialul de presare ocupă un volum de 2-10 ori mai mare decât piesa presată. Prin pastilare se reduce volumul materialului. Pastilarea reprezintă o presare preliminară, în matriţe speciale, a materialului în stare rece sau puţin preîncălzită, fără polimerizare şi se face, în general, la maşini de pastilat automate. Presiunea necesară este de 600-1200 [daN/cm2].

175

b. Preâncălzirea materialului de presare este un procedeu avansat care măreşte productivitatea, reduce uzura matriţelor şi îmbunătăţeşte calitatea pieselor, prezentând şi următoarele avantaje importante:

- îndepărtarea din material a gazelor şi umidităţii; - încălzirea materialului până aproape de temperatura matriţei, ceea

ce reduce timpul de menţinere în matriţă cu 10-20 s, pentru un mm grosime de material;

- reducerea timpului de polimerizare de 2-4 ori; - reducerea până la 50% a presiunii necesare pentru polimerizare şi

formarea materialului. Dintre metodele de preîncălzire a materialelor de presare, cea mai

avantajoasă este metoda de încălzire prin curenţi de înaltă frecvenţă. c. Dozarea materialului se poate face prin cântărire, volumetric sau

prin numărarea pastilelor. d. Încărcarea materialului în matriţă se face manual. Armăturile se

fixează înainte de încărcarea materialului. e. Presarea. Stabilirea corectă şi respectarea regimului de presare

(presiune, temperatură, durată de menţinere) sunt hotărâtoarea pentru realizarea unor piese de calitate.

Presiunea pe care o exercită presa trebuie să se opună la presiunea vaporilor şi gazelor pe care le degajă materialul în timpul menţinerii în matriţă.

Temperatura. Pentru plastifierea, iar apoi pentru polimerizarea liantului este necesară încălzirea materialului până la o anumită temperatură şi menţinerea lui la această temperatură. În tabelul 10.3 este indicată temperatura şi presiunea de formare pentru diferite mase plastice termoreactive.

Durata de menţinere în matriţă trebuie să fie suficientă pentru ca materialul să se întărească. Ea depinde de natura materialului şi de grosimea pereţilor. Astfel, la fenoplaste cu material de umplutură lemnos, durata de menţinere este cuprinsă între 0,5-1 [min/mm] grosime a materialului, iar pentru aminoplaste între 1-1,5 [min/mm].

f. Deschiderea matriţei şi extragerea piesei. Extragerea piesei trebuie să fie executată cât mai repede, scurtându-se ciclul de presare şi evitându-se răcirea matriţei.

De observat că pentru piese de dimensiuni mari, de forme mai complicate este necesară răcirea pe dispozitiv.

176

Tabelul 10.3.

Temperatura şi presiunea de formare pentru diferite mase plastice termoreactive

g. Curăţirea matriţei de bavuri şi aderenţe. Trebuie să se facă cu multă grijă după fiecare presare, folosind suflarea cu aer comprimat sau răzuitoare de alamă. După presare, piesele prezintă bavuri care trebuie îndepărtate. Operaţia se numeşte debavurare. În practică se face prin următoarele metode:

Materialul Materialul de umplutură

Temperatura de presare [oC]

Presiunea de formare [daN/cm2]

Răşini fenolformaldehidice

Fără umpluturăFăină de lemn Azbest Mică

130-160 150-170 150-170 130-175

140-350 260-400 300-500 110-120

Răşini ureoformaldehidice

Celuloză 145-160 105-420

- manual, prin tăiere cu cuţitul; - prin polizare; - prin rostogolire în tobe; - prin sablare cu alice din masă plastică mai dură; - prin desprindere automată pe prese, în matriţe de debavurat. 10.9.1.3. Presarea indirectă (prin transfer)La presarea prin transfer, materialul nu se încarcă direct în matriţă, ci

într-o cameră cilindrică, de asemenea încălzită, care comunică cu matriţa prin canale, prin care matriţa închisă sub presiune primeşte materialul în stare topită, din camera de încărcare.

Matriţele pot fi cu un cuib sau cu mai multe cuiburi. În figura 10.18 este prezentată o matriţă de presare prin transfer cu un cuib.

Fig. 10.18. Matriţă pentru presarea

indirectă (cu transfer): 1. –Poanson; 2-Cameră de încărcare; 3-Matriţă; 4-Canal de transfer; 5-Cuibul matriţei (umplut cu material); 6 – Aruncătorul.

177

O secţiune transversală printr-o matriţă de presare prin transfer, cu două cuiburi este reprezentată în figura 10.19.

Fig. 10.19. Secţiune transversală printr-o matriţă de presare prin transfer cu două cuiburi.

Presiunea şi căldura îşi exercită acţiunea numai asupra materialului din camera de plastificare, de unde materialul plastificat trece sub presiune prin canalul de transfer în cavitatea de formare (cuibul matriţei). Presiunea de formare pe care trebuie să o dezvolte presa la presarea cu matriţe care au mai multe cuiburi este:

),(1000

tfF = nSp

nde: în [cm2];

n – numărul de cuiburi ale matriţei.

10.9.2. Presar elor din mase

u p - este o presiune de formare în [daN/cm2]; S – aria protecţiei orizontale a piesei

ea prin injecţie a piesplastice termoplaste

Formarea prin injecţie se face pe maşini speciale speciale de diferite construcţii. În figura 10.20. este reprezentată principial o maşină de presare

operaţii:

siune printr-un orificiu de

; i evacuarea piesei.

formării prin injecţie.

prin injecţie. Procesul tehnologic comportă următoarele 1. Plastifierea materialului prin încălzire; 2. Injectarea materialului în matriţă sub presecţiune foarte mică, deci cu o viteză foarte mare; 3. Întărirea materialului în matriţă prin răcire


4. Deschiderea matriţei ş

178

Materialul, de obicei sub formă de granule, se încarcă în alimentatorul 1, de unde se scurge cantitatea necesară pentru fiecare injecţie, dozarea făcându-se prin mişcare reglabilă a pistonului de dozare 2, care transmite

plastificarea materialelor prin încălzire până la

jumătăţi ale matriţei – fixă 9 şi mobilă 10 –

aterialului, acesta se răceşte brusc la temperatura matriţei

e răceşte în ser de la temperatura matriţei t3 până la

pieselor din matriţele de injecţie se face

ă; 12 - placa obilă a maşinii.

materialul în camera de recepţie 3. Pistonul de injecţie 4 împinge materialul (aflat la temperatura ambiantă t1), în cilindrul de injecţie 5, prevăzut cu o cămaşă încălzitoare 6. În cilindrul de injecţie are loc temperatura de plastificare t2. Sub acţiunea pistonului de injecţie, care dezvoltă o presiune de 800-2500[daN/cm2], materialul plastifiat este injectat prin duza 5a de la capătul cilindrului de injecţie şi canalul de injecţie 7 din matriţă, în cavitatea de formare 8 a acesteia. Cele douăsunt strânse, închizând matriţa. Matriţa este răcită de obicei cu apă, care circulă prin canalele 11. Temperatura matriţei (100-160)oC fiind în general cu mult sub temperatura de plastifiere a mt3, întărindu-se. Urmează retragerea pistonului de injecţie şi deschiderea automată a matriţei. Piesa evacuată stemperatura ambiantă t1. În figura 10.21. este reprezentată o matriţă de formare prin injecţie. De observat că evacuarea

Fig. 10.21. Matriţă de injecţie. a-sub presiune; b-după evacuarea piesei. 1 şi 2 - plăci ale sistemului de evacuare; 3 - placa poansonului; 4 - poanson; 5 - bazin; 6 - placa bazinului; 7 - aruncător; 8 - duza matriţei; 9 - despicător; 10 - reazem; 11- tija acţionată de maşinm

automat la deschiderea matriţei.

179

10.9.3. Tehnologia fabricării pieselor prin extrudere Procedeul continuu de extrudere cu melc este mult mai aplicat în fabricarea unor piese din mase plastice termoplaste. Principalele tipuri de produs c dere sunt:

e şi flexibile; le;

roteşte un melc (şurub fără fine) care conduce materialul plastic în cilindr

ea de rotaţie a melcului este dată de un mecanism de acţionare cu red

udere, căpătând profilul cu care iese în mod continuu, sub formă produs.

termocuple; 17 - filieră; 18 - istem de încălzire; 19 - pâlnie de alimentare.

e are se fabrică prin extru- ţevi rigid- profi- foi; - folii; - monofilamente; - conductoare şi cabluri izolate. Principial, maşina de extrudere este compusă dintr-un cilindru încălzit

în care seu. Mişcaructor. Pe măsură ce materialul înaintează în cilindru, el se înmoaie prin

încălzire şi în stare plastică este împins printr-o filieră montată la capătul cilindrului de extr

de

Fig. 10.22. Maşină de extrudere cu un melc. 1 - cuplaj electric; 2 - cutie de viteză; 3 - angrenaj; 4 - batiu; 5 - pompă pentru ungere; 6 - baie de ulei; 7 - şurub pentru fixarea melcului; 8 - melc; 9 - torpilă; 10 - racord pentru apă de răcire; 11 - ieşirea apei de la melc; 12 - corpul cilindrului; 13 - cămaşa cilindrului; 14 - conducte pentru mediul de răcire; 15 - răcirea zonei de alimentare; 16 -s

180

igura 10.22 este reprezentată schematic o maşină de extrudere cu

un melc.

0.9.4. Tehnologia fabricaţiei pieselor din azbociment

În f

1 Azbocimentul este un material pentru presarea la rece, în care liantul

este cim Un material similar - azboplastul - se obţine prin înlocuirea parţială cu

argilă de formare a talcului şi a cimentului în compoziţia azbocimentului. Azboplastul are o capacitate de curgere şi dă o suprafaţă mai netedă d

mentul. Azboplastul şi azbocimentul sunt materiale foarte ieftine. Tehnologia de preparare a azbocimentului şi a azboplastului sunt

similare şi comportă următoarele operaţii: uscarea elementelor componente, destrămarea fibrelor de azbest, măcinarea arg

tului, dozarea şi omogenizarea amestecului. Masa chis. Măcina

Fig. 10.23. Instalaţie pe ru măcinarea azbestului: 1-disc din fontă, fix, crenelat; 2-disc din fontă,mobil, crenelat; 3-buncăr pentru firele de azbest; 4-container pentru colectarea

Tehnologia de formare a pieselor din azbociment şi azboplartă umezirea, dozarea şi presarea în matriţă la 400…600[daN/cm2]. Piesele extrase se menţin în aer 16…24 de ore şi apoi în apă fierbinte

pentru accelerarea prizei cimennarea (dacă este cazul).

Pentru impregnare se foloseşte parafină, ulei de in

entul portland, materialul de umplere - azbestul, iar plastifiantul este talcul.

ecât azboci

ilei, cernerea argilei şi cimen

obţinută trebuie să fie păstrată într-o încăpere uscată, în ambalaj bine în

rea azbestului se face cu o instalaţie reprezentată principial în

nt

azbestului măcinat.

st compo

tului. Urmează răcirea în are, debavurarea şi impreg

sau bitum. Înainte de impregnare piesele se usucă la aproximativ 150[oC].

figura 10.23.

181

Azbocimentul şi azboplastul se folosesc pentru producerea camerelor de stingere sau a plăcilor suport solicitate termic.

10.9.5. Tehnologicitatea construcţiei pieselor executate din mase plastice

Tehnologicitatea construcţiei pieselor executate din mase plastice se

realizează respectând, în special, următoarele indicaţii: - se prevăd conicităţi (0,2-6%) pentru a uşura extragerea pieselor din

matriţă (fig. 10.24.a); - se prevăd racordări pentru a se micşora tensiunile interne şi a se

uşura extragerea piesei (fig. 10.24.a); - se prevăd grosimi uniforme pentru a se evita tensiunile interne,

deformarea piesei, etc. (fig. 10.24.b); - rezistenţa mecanică trebuie sporită prin nervuri şi nu prin

acumulare de material (fig. 10.24.b); - găurile şi degajările orizontale trebuie să fie evitate, pentru a nu

complica construcţia matriţei cu miezurile respective (fig. 10.24.c); - găurile adânci şi înguste trebuie să fie evacuate în trepte sau

întrerupte cu un perete subţire care se va debavura (fig. 10.24.d); să se evite găurile mai adânci decât dublul diametrului lor; să nu se aşeze găurile prea aproape de margine

Fig. 10.24. Tehnologicitatea construcţiei pieselor din mase plastice: a-e - diferite construcţii proiectate greşit şi corect.

182

- trebuie să se evite filetele aşchiate; se vor presa eventual filete cu pas mare; filetele cu pas mic se vor realiza introducând în construcţia piesei o armătură metalică (fig. 10.24.e);

- trebuie să se evite totuşi înglobarea armăturilor prin presare, preferându-se asamblarea lor ulterioară. În acest fel se măreşte productivitatea şi se reduc posibilităţile de rebuturi;

- trebuie să se ia măsuri pentru asigurarea fixării armăturilor şi înglobarea corectă a acestora (fig. 10.24.e);

- cifrele şi literele de pe piese trebuie să fie suficient de proeminente pentru a putea fi executate prin gravare pe matriţă;

- nu trebuie să se prevadă margini ascuţite la piesele matriţei, pentru a se evita uzura rapidă a acesteia.

10.9.6. Particularităţile tehnologiei de fabricare a pieselor izolante din ceramică electrotehnică

10.9.6.1. Materiale ceramice electrotehnice

Materialele ceramice sunt utilizate în electrotehnică sub formă de piese sau pulberi. Ele sunt produse din diverse minerale sau oxizi metalici, amestecate în anumite proporţii şi sinterizate. Materiile prime principale, folosite în fabricarea ceramicelor electrotehnice sunt: caolinul, nisipul, feldspaltul, talcul, etc. Oxizii minerali cei mai utilizaţi sunt: oxid de aluminiu, oxid de magneziu, oxid de titan, oxid de zirconiu, oxid de beriliu, etc. După domeniile de utilizare materialele ceramice electrotehnice se împart în:

- Porţelanuri electrotehnice. Se produc compoziţii de porţelan pentru:

- joasă tensiune, - înaltă tensiune, - foarte înaltă tensiune.

- Ceramică tip steatit. Are în compoziţia sa talc în procent de 70-80%. Faţă de porţelan, prezintă proprietăţi mecanice şi termice mai bune. Este utilizată pentru piese ce funcţionează în instalaţii de joasă tensiune, solicitate mecanic şi termic.

- Ceramică rezistentă la temperatură. Pentru fabricarea ceramicelor rezistente la temperatură se foloseşte o compoziţie cu conţinut de caolin, nisip, talc, felspalt. Se utilizează pentru camere de stingere,

183

suporţi pentru rezistenţe, suport pentru fuzibil la siguranţele de înaltă tensiune şi bujii. Pentru camere de stingere folosite în aparatele de înaltă tensiune, solicitate la arcuri puternice se utilizează materiale cu rezistenţă mecanică foarte mare. Aceste materiale au conţinut mare de oxid de zirconiu.

- Ceramică radiotehnică. În general se utilizează la frecvenţe înalte şi la curenţi slabi. Pentru această grupă de materiale există o clasificare mai concludentă:

- cu permitivitate sub 12, - cu permitivitate peste 12.

10.9.6.2. Ceramice pentru izolatoare Este o soluţie solidă de silicaţi şi oxizi, mai precis de alumino-silicaţi, având formula generală MeO.SiO2.Al2O3, în care metalul poate să fie sodiu, potasiu, bariu, calciu, etc. Porţelanurile superioare se obţin prin adăugarea oxidului de titan (TiO2). Ele rezistă mai bine la temperaturi şi frecvenţe ridicate. Piesele de porţelan se obţin după cum urmează. Pulberile de materiale componente şi cu adaus de apă dau o masă vâscoasă, care se modelează cu şabloane (după principiul roţii olarului), sau se presează în matriţe. Se pot obţine forme foarte diferite care se taie la lungime, se usucă, se ard în cuptoare. După eliminarea apei procesul este practic de sinterizare (se creează o întrepătrundere între cristale). Piesele obţinute prezintă dezavantajul unei rezistenţe mecanice scăzute şi a unei mici precizii de execuţie (toleranţe de 3-5%). Datorită faptului că piesele din porţelan sunt dure, casante, ele nu se pot prelucra mecanic. Izolatoarele de dimensiuni mici se prelucrează la maşini de rectificat obişnuite. Feţele frontale ale izolatoarelor de gabarite mari se rectifică cu ajutorul unui disc de fontă canelat şi nisip de cuarţ. Izolatorul se suspendă în poziţie verticală, deasupra discului, sprijinindu-se pe un suport. În interiorul izolatorului curge un jet continuu de apă şi nisip de cuarţ. Rectificarea poate îndepărta adausuri mici de material. Se lucrează cu debit foarte mic de pulbere.

184

La izolatoarele mari, când adaosul necesar a fi prelucrat este de zeci de milimetri, se taie excesul de material cu un disc de oţel de mare turaţie, înainte de rectificare. Pentru a evita pierderile prin rebutare a izolatoarelor prezentând diferite defecte (fisuri, rupturi, etc.) se practică repararea lor cu răşini epoxidice sau cu un amestec pe bază de răşini epoxidice. Din porţelan se fac izolatoare şi diferite piese izolante.

10.9.6.2.1. Armarea izolatoarelor Prin armarea unui izolator se înţelege fixarea pe acesta a pieselor metalice (capace, flanşe, etc.), denumite armături, cu ajutorul cărora devine posibilă asamblarea izolatorului armat cu restul construcţiei produsului. Fixarea armăturii pe izolator se face folosind diferite mase de armare. Izolatoarele, armătura şi masa de armare trebuie să satisfacă anumite cerinţe pentru a asigura o armare de bună calitate şi anume:

- suprafaţa de armat a izolatorului trebuie să fie cât mai rugoasă; - suprafaţa interioară a armăturii, în porţiunile de contact cu masa de

armare, trebuie să fie canelată şi neprelucrată, fiind doar sablată; - armăturile trebuie să fie executate din materiale nemagnetice (fontă

nemagnetică, bronz, alamă) pentru a se evita încălzirea lor în cazul unor curenţi mari în conductoarele de trecere;

- coeficienţii de dilatare termică a porţelanului, masei de armare şi armăturii trebuie să aibă valori cât mai apropiate; pentru a reduce diferenţa dintre coeficienţii de dilatare termică a porţelanului şi masei de armare se adaugă în aceasta din urmă făină de porţelan;

- masa de armare trebuie să aibă o aderenţă bună cu porţelanul şi metalul; să se întărească repede, mărindu-şi volumul uşor, odată cu acesta; să nu atace piesele de armat; să reziste la acţiunea agenţilor atmosferici şi la variaţiile de temperatură; să reziste la acţiunea uleiului de transformator; să fie cât mai etanş pentru apă şi ulei; să nu fie nociv pentru muncitorii care execută armarea; să aibă o durată de serviciu mare.

Masele de armare cele mai utilizate sunt: - masa de armare pe bază de ciment portland (P 400 dau 500).

Compoziţia masei exprimată în părţi de greutate, pentru izolatoare de gabarit mic este următoarea: 3 părţi ciment şi 1 parte nisip de cuarţ sau fărâmituri de porţelan, la care se adaugă 37-30% din greutatea amestecului-apă.

185

- chit cu litargă şi glicerină, care are o durată de utilizare, din momentul preparării, de 10 minute. Chitul are o priză rapidă şi o rezistenţă mecanică suficient de mare, dar prezintă pericolul intoxicării cu plumb a muncitorilor; din această cauză se evită utilizarea lui.

Fazele procesului tehnologic de armare a izolatoarelor sunt: 1. Pregătirea armării. 2. Aplicarea masei de armare. 3. Întărirea masei de armare. 4. Etanşarea şi protejarea suprafeţei masei de armare întărite. 1. Pregătirea armării. Izolatoarele şi armăturile trebuie să aibă

temperatura atelierului, pentru a evita formarea condensului pe suprafaţa lor. De aceea se aduc în atelier cu câteva ore înainte de începerea armării.

Pentru a compensa tensiunile interne din izolator trebuie să se acopere suprafeţele de porţelan şi metal care vin în contact cu masa de armare cu un strat de material elastic sau cu garnituri elastice.

Toate masele de armare sunt mai mult sau mai puţin permeabile pentru ulei, cel mai puţin permeabil fiind chitul de litargă. Chiar şi la masele nepermeabile pentru ulei rezultă după armare fisuri capilare pe suprafaţa de contact a masei cu porţelanul cu izolatoarele încep să „curgă“. Îmbibarea cimentului cu ulei micşorează rezistenţa sa mecanică. Pentru a preîntâmpina aceste neajunsuri se împiedică contactul dintre masa de armare şi ulei, folosind o garnitură din cauciuc rezistent la ulei sau din plută. 2. Aplicarea masei de armare. Înainte de aplicarea masei de armare trebuie să se asigure o poziţie relativ corectă a izolatorului şi armăturilor. În acest scop se folosesc dispozitive de armare care trebuie să asigure şi o bună strângere a garniturii, împiedicând contactul dintre masa de armare şi ulei. În cazul în care jocul dintre izolator şi armătură este mare, masa de armare se face mai consistentă. Îndesarea ei se face în acest caz prin vibrare, aşezând dispozitivele pe o masă de vibrare. Izolatoarele de trecere se armează în dispozitive speciale (fig. 10.25). Pe partea mijlocie se montează strâns un inel de preşpan pentru a împiedica scurgerea masei de armare, care se introduce în spaţiul dintre izolatori şi armături. Izolatorul se menţine strâns în dispozitiv până la întărirea completă a masei. Pentru creşterea productivităţii se folosesc dispozitive care asigură armarea simultană a mai multor izolatoare.

186

Fig. 10.25. Dispozitiv pentru armarea izolatoarelor de trecere: 1-placă cu orificiu pentru izolatori; 2-scoabă de strângere; 3-flanşa izolatorului; 4-izolator de porţelan; 5-garnitură; 6-conductor; 7-rondelă provizorie; 8-piuliţă de strângere;9-spaţiul umplut cu masă de armare;

3. Întărirea masei de armare. Izolatoarele armate se menţin strânse în dispozitivul de armare până la întărirea completă a masei de armare. Durata de menţinere depinde de natura masei de armare. 4. Etanşarea şi protejarea suprafeţei masei de armare întărite. Datorită higroscopicităţii mai mari sau mai mici a maselor de armare pe bază de ciment, ele îşi mai măresc volumul şi, apăsând asupra porţelanului, pot să ducă la spargere lui. Pentru a împiedica contactul dintre masa de armare şi umiditatea atmosferică se aplică peste aceasta un lac rezistent la apă sau la ulei.

10.9.6.2.2. Acoperirea izolatoarelor cu peliculă conductoare

Pentru egalizarea potenţialelor electrice, suprafaţa unor izolatoare se acoperă cu o peliculă conductoare. Pregătirea suprafeţei de acoperit constă în: curăţire, degresare, uscare. Pelicula conductoare se poare realiza prin diferite procedee, dintre care cele mai utilizate sunt: - acoperirea cu vopsea de ulei pe bază de grafit, cu pensula sau prin pulverizare, urmată de uscare în aer şi apoi în cuptor;

- metalizarea cu zinc (prin metalizare); suprafeţele care nu trebuie să fie metalizate se protejează cu ecrane; grosimea stratului de metal este de aproximativ 0,1 mm.

187

10.10. Tehnologia fabricaţiei pieselor turnate din răşini

Unul din domeniile electrotehnicii în care progresele ştiinţifice şi

tehnice au fost deosebit de rapide este cel al materialelor electroizolante de turnare şi impregnare.

Răşinile epoxidice au căpătat largi aplicaţii în această direcţie datorită proprietăţilor lor:

- din punct de vedere electric au proprietăţi foarte bune, având rigiditatea dielectrică şi rezistivitatea de volum şi de suprafaţă foarte ridicate;

- rezistenţa mecanică bună; - duritatea mai mare decât cea a răşinilor fenolice (datorită structurii

spaţiale); - trecerea răşinilor în stare întărită se face fără degajare de substanţe

volatile; - datorită faptului că întărirea răşinii se face prin simpla adiţie,

contracţia este foarte mică (0,5-2%); - prelucrabilitate uşoară; - proprietăţi adezive deosebite; - rezistenţă mare faţă de agenţii chimici, nefiind atacate de acizi,

baze, umiditate, mediu salin, etc. În aplicaţiile electrotehnice proprietăţile răşinilor epoxidice pot fi

modificate în mod important prin alegerea unui anumit agent de întărire sau a unui anumit regim termic precum şi prin adăugarea de diferite substanţe cu rol de diluanţi, plastifianţi, acceleratori, umpluturi, etc.

Dintre diluanţii utilizaţi, cei mai cunoscuţi sunt: fenil-glicidil-eter, butil-glicidil-eter, xilen, oxid de stiren, epiclor-hidrină şi oxipropilen.

În aplicaţiile electrotehnice se recomandă utilizarea anhidrilelor ca întăritori. Pentru răşinile de turnare la rece se utilizează întăritori pe bază de amine. La răşinile cu întărire la cald se utilizează metilen-dianilină sau metafenilendiamină.

Materialele cel mai des utilizate ca umpluturi sunt: cuarţul, porţelanul, mica, azbest, caolin, argilă, etc. Pentru izolaţiile de înaltă tensiune se utilizează în mod curent făina de cuarţ şi de porţelan.

Adăugarea de plastifianţi şi flexibilizatori dă produsului finit o elasticitate mărită, scăzând mult tensiunile interne şi deci pericolul de fisurare.

188

Cele mai cunoscute materiale utilizate ca flexibilizatori pentru răşinile epoxidice sunt: răşinile polisulfidice, răşinile poliamidice, diaminele acizilor graşi.

Răşinile epoxidice sunt utilizate în mod deosebit la înglobarea unor produse electrotehnice, la turnarea pieselor masive cu diferite profile şi la impregnarea bobinajelor de maşini şi transformatoare electrice.

10.10.1. Tehnologia turnării pieselor din răşini epoxidice

Operaţia de turnare a răşinilor epoxidice comportă o succesiune de

faze tehnologice necesare pentru a întări răşina, precum şi o serie de utilaje şi instalaţii adecvate.

Pentru industria electrotehnică, unde răşinilor li se cer proprietăţi electrice şi mecanice superioare, sunt preferate răşinile cu întărire la cald (120-140oC).

10.10.1.1. Pregătirea masei de turnare

Răşinile cu întărire la rece se amestecă cu întăritorul la temperatura camerei, iar întărirea se face, de asemenea, la temperatura mediului ambiant.

Spre deosebire de răşinile cu întărire la rece, răşinile cu întărire la cald (în general răşini solide sau foarte vâscoase), necesită o încălzire prealabilă pentru a putea fi amestecate cu agentul de întărire.

Amestecarea răşinii epoxidice cu materialul de umplutură se face în autoclave speciale. Introducerea răşinii şi a materialului de umplutură, de exemplu praf de cuarţ, se face în cantităţi determinate de dozatoarele intercalate între autoclavă şi vasul de topit răşină.

10.10.1.2. Pregătirea formelor şi a matriţelor

Pentru turnarea răşinilor epoxidice se pot folosi forme din diferite

metale, din răşină epoxidică, polipropilenă, policlorură de vinil, etc. Forma este compusă din mai multe segmente, concepute astfel încât

să poată fi scoase separat după întărire. Dată fiind masa mică a formei, pentru păstrarea temperaturii ei (înainte de turnare forma se preîncălzeşte), forma se montează în interiorul unor cilindri izolaţi termic.

În exemplul din figura 10.26., în care s-a reprezentat o secţiune printr-o formă de turnare pentru un izolator de înaltă tensiune, turnarea se face în jurul unui tub din material ceramic care rămâne înglobat în răşină.

189

Fig. 10.26. Secţiune printr-o formă de turnare pentru un izolator de înaltă tensiune: 1-armătură superioară; 2- armătură inferioară; 3-cilindru de porţelan;4-segment de formă 5-flanşă superioară; 6-flanşă inferioară; 7-dop conic; 8-inel divizat inferior; 9,10-cilindrii de centrare; 12-inel divizat superior; 13-şuruburi de strângere; 14-suporturi; 15,16- cilindrii pentru izolare termică; 17-izolaţie termică.

În vederea umplerii matriţelor cu amestecul de răşină, trebuie luate

unele măsuri pentru a preveni lipirea răşinii de matriţă, scurgerea răşinii prin locurile de asamblare a matriţei, precum şi răcirea prea bruscă a răşinii în momentul contactului cu matriţa.

10.10.1.3. Turnarea şi scoaterea din forme

În mod curent, se folosesc trei metode de turnare: - turnarea în aer liber fără vid, - turnarea sub vid scăzut (30 mm col Hg), - turnarea sub vid înaintat (0,1-1mm col Hg). Cu toate că sistemul de turnare în aer liber favorizează posibilitatea

înglobării de bule de aer în timpul operaţiei de turnare, din punct de vedere tehnologic această metodă este mult mai avantajoasă decât turnarea sub vid, necesitând utilaje mai puţine şi având o productivitate mai ridicată.

Se aplică două metode de turnare sub vid: - matriţele şi răşina sunt ţinute sub vid în timpul turnării; - materialul, degazat în prealabil, se toarnă în matriţe în aer liber şi

apoi se vacuumează matriţele. În cazul răşinilor cu întărire la rece, desfacerea matriţelor se face prin

introducerea în apă încălzită la 90oC. Dacă răşina se toarnă în jurul unui miez metalic, se desfac în primul

rând părţile exterioare, apoi se scoate miezul metalic. Pentru a uşura

190

scoaterea miezului, se recomandă ca piesei să i se facă o încălzire de scurtă durată la aproximativ 190oC.

Pentru piesele turnate în forme de policlorură de vinil, scoaterea se face, în general, prin tăierea formei.

10.10.2. Aplicaţii ale turnării răşinilor epoxidice

Cele mai importante aplicaţii ale turnării pieselor din răşini epoxidice

sunt următoarele: 1. Transformarea de măsurăRealizarea transformatoarelor de măsură cu izolaţie din răşini

epoxidice prezintă multiple avantaje, printre care: evitarea pericolului de incendiu, rezistenţă termică şi dinamică ridicată, reducerea importantă a greutăţii şi gabaritelor, tehnologie relativ simplă, etc.

2. Izolatoare În domeniul izolatoarelor de medie şi înaltă tensiune pentru instalaţii

de interior, răşinile epoxidice tind să înlocuiască porţelanul şi sticla, datorită superiorităţii lor nu atât în privinţa proprietăţilor electrice, cât mai ales a celor metalice şi în privinţa tehnologiei de fabricaţie.

3. Întreruptoare de înaltă tensiune Pentru turnarea izolatoarelor şi camerelor de stingere ale

întrerupătoarelor de înaltă tensiune se folosesc răşini cu întărire la cald, iar ca material de umplutură, praful de cuarţ sau talcul, materiale cu o bună rezistenţă la acţiunea arcului electric.

Fig. 10.27. Comparaţia între dimensiunile izolatoarelor pentru întreruptorul de 110 kV: 1-din răşina epoxidică; 2-din porţelan.

În fig. 10.27 se prezintă comparaţia între dimensiunile izolatoarelor pentru întrerupătorul de 110 kV, demonstrând astfel că folosirea răşinilor epoxidice duce la reducerea dimensiunilor şi a greutăţii.

191

4. Celule de înaltă tensiuneUn exemplu pentru această aplicaţie îl constituie celulele capsulate

din staţiile de conexiune de înaltă tensiune. 5. Izolaţii în maşini electricePentru motoarele electrice care lucrează în medii umede sau agresive

(vapori de acizi, baze sau alte substanţe), este uneori util să se prevadă construcţii deschise cu bobinajele înglobate complet în răşini, faţă de soluţia etanşării complete sau a ermetizării.

În general, se înglobează în răşină mai ales bobinajele motoarelor asincrone.

Procedeul înglobării bobinajelor se aplică în cazul condiţiilor deosebit de grele de lucru, de exemplu în cazul izolării motoarelor de acţionare a pompelor submersibile.

O altă aplicaţie în domeniul maşinilor electrice este cea a colectoarelor turnate în răşini epoxidice. În fig. 10.28. este reprezentat un colector turnat în răşină epoxidică.

Fig. 10.28. Colector turnat

în răşină epoxidică: 1-bucşe de oţel; 2-răşină epoxidică; 3-inele de întărire;4-lamele izolante; 5-lamele de cupru.

6. Siguranţe fuzibile La siguranţele de joasă tensiune cu mare putere de rupere, folosirea răşinilor epoxidice a permis şi importante simplificări constructive. Puterea de rupere a unei siguranţe cu carcasa din răşină epoxidică este mai mare decât a siguranţei echivalente din porţelan. 7. Manşoane şi cutii terminale pentru cabluri O largă aplicaţie au căpătat răşinile epoxidice cu întărire la rece, la etanşarea şi izolarea electrică a conexiunilor şi cutiilor terminale de cablu de medie tensiune (1-10 kV). 8. Circuite electronice înglobate în răşină epoxidică Procedeul de înglobare a circuitelor electronice în răşină epoxidică de turnare este foarte răspândit, mai ales în cazul pieselor folosite în instalaţii

192

unde solicitările mecanice (vibraţii) sau acţiunea corozivă a mediului impun aceasta. În marea majoritate a cazurilor se utilizează o răşină cu întărire la rece. Înglobarea circuitelor electronice în răşină epoxidică prezintă multiple avantaje, dintre care amintim: o bună protecţie mecanică, interschimbabilitate uşoară a blocurilor funcţionale, protecţie împotriva agenţilor atmosferici, etc. De observat că atunci când se înglobează piese care disipă căldură, evacuarea căldurii este mai dificilă. 10.11. Bibliografie10.1. Ifrim A., Anghel F. - Materiale electrotehnice. vol. I,II IPB 1976 10.2. Anghel F. - Tehnologia fabricaţiei maşinilor electrice. vol.III Lit. I.P.B. 1974 10.3. Pik I.S., Azerskii S.A. – Tehnologia maselor plastice. Moscova 1975. 10.4. Wijin H.P.J., Dullenkopf P. - Werkstoffe der Elektritechnik. Springer Verlag. Berlin,Heidelberg,NewYork 1967 10.5. Kittel C. - Introducere în fizica corpului solid. Ed. Tehn.1972 10.7. Feynmann R. - Fizica modernă. vol. I,II,III - Bucureşti Ed. tehnologic. 1970 10.8. F. Anghel, Popescu M. – Tehnologii electromecanice, Ed. Printech, 1998

10.12. Întrebări de control şi aplicaţii 1) Ce sunt materialele electroizolante? 2) Dar macromoleculele? 3) Care sunt reacţiile de formare ale macromoleculelor? 4) Ce sunt clasele de izolaţie? 5) Ce clase de izolaţie cunoaşteţi? Ce materiale se încadrează în fiecare? 6) Care este clasificarea materialelor organice macromoleculare din punct de vedere al proprietăţilor termomecanice? 7) Ce materiale termoplaste cunoaşteţi? 8) Dar termoreactive? 9) Ce sunt masele plastice? 10) Ce stratificate cunoaşteţi? Care este tehnologia lor de fabricaţie? 11) Care sunt principalele materiale izolante pe bază de mică? 12) Care sunt procedeele de obţinere a pieselor din mase plastice?

193

13) Care sunt operaţiile tehnologice la presarea în matriţă la cald a pieselor din materiale termoreactive? 14) Schiţaţi o matriţă de presare directă a pieselor din mase plastice termoreactive. 15) Care este principiul presării indirecte (prin transfer)? 16) Desenaţi o secţiune transversală printr-o matriţă de presare indirectă, cu două cuiburi. 17) Ce operaţii comportă procesul tehnologic de formare prin injecţie? 18) Care este principiul fabricării pieselor prin extrudere? 19) Care este tehnologia fabricării pieselor din azbociment? 20) Ce reguli de tehnologicitate privind construcţia pieselor din mase plastice cunoaşteţi? 21) Cum se fabrică piesele din ceramică electrotehnică? 22) Cum se armează izolatoarele? 23) De ce sunt utilizate răşinile epoxidice pentru fabricarea pieselor turnate? 24) Care este tehnologia turnării pieselor din răşini epoxidice? 25) Ce aplicaţii ale turnării răşinilor epoxidice cunoaşteţi? 26) Să se determine forţa pe care trebuie să o dezvolte presa la obţinerea piesei din figura 10.29, ştiind că matriţa are două cuiburi. Piesa se fabrică din răşini fenolformaldehidice cu umplutură organică. Să se stabilească şi timpul de menţinere în matriţă, precum şi temperatura de presare. 27) Să se rezolve problema 26 în cazul în care matriţa ar avea un singur cuib şi piesa ar fi presată din răşini ureoformaldehidice cu umplutură din celuloză.

Fig. 10.29. Dimensiunile piesei

pentru care sunt propuse calculele din problema 26.

194

CAPITOLUL 11

TEHNOLOGIA DISPOZITIVELOR SEMICONDUCTOARE ŞI A PIESELOR ELECTRONICE

11.1. Tehnologia dispozitivelor semiconductoare 11.1.1. Materiale semiconductoare - proprietăţi Din punctul de vedere al proprietăţii de a conduce curentul electric, corpurile se împart în trei categorii, ale căror proprietăţi importante sunt sintetizate în tabelul 11.1.

Tabelul 11.1.

Conducţia electrică în metale este asigurată de către electronii liberi. Conducţia electrică în semiconductoare este asigurată de două feluri de purtători de sarcină: electronii (negativi) şi golurile (pozitivi). Rezistivitatea semiconductoarelor este puternic influenţată de lumină, temperatură şi de impurităţi (chiar şi în concentraţii reduse). Semiconductorul în care concentraţia de electroni este egală cu cea de goluri se numeşte semiconductor intrinsec. Prin impurificare cu elemente din grupa a V-a a tabelului lui Mendeleev (arseniu, fosfor) se obţine un semiconductor extrinsec de tip n, în care purtătorii majoritari de sarcină sunt electronii. Elemente din grupa a V-a se numesc donoare. Impurificarea cu elemente din grupa a III-a a tabelului lui Mendeleev (bor, galiu, indiu) conduce la obţinerea de semiconductori extrinseci de tip p, în care purtătorii majoritari de sarcină sunt goluri. Elementele din grupa a III-a se numesc acceptoare. Procesul tehnologic de impurificare controlată se numeşte dopare (sau dotare) şi se realizează asupra materialului semiconductor ultrapur (monocristal). Gradul de impurificare este evidenţiat de rezistivitatea

Denumirea Corpurilor

conductoare semiconductoare izolatoare

Rezistivitate 10-8 - 10-6 10-4 - 108 1012 - 1020

Exemple Metalele Siliciul Germaniul Arseniura de Galiu

Mica Porţelanul Mase plastice

195

materialului; fără adausuri rezistivitatea este de ordinul 100-200 Ωcm. Semiconductorul impurificat se prezintă în două moduri:

- dopare normală - ρ = 2 - 5 Ωcm - ceea ce corespunde unui atom impurificator la 106- 107 atomi de semiconductor.

- dopare puternică - ρ = 0,03 - 0,05 Ωcm - ceea ce corespunde unui atom de impuritate la 104 atomi de semiconductor.

Mecanismul conducţiei electrice în semiconductoare a fost studiat anterior, (11.1), şi de aceea în această prezentare s-au sintetizat doar concluziile necesare abordării elementelor tehnologice specifice.

11.1.2. Obţinerea monocristalului semiconductor Pentru realizarea dispozitivelor electronice este necesar ca să se obţină materialul semiconductor sub formă de monocristal, chimic pur. Utilizarea materialului sub formă cristalină nu este posibil datorită structurii imperfecte a reţelei cristaline şi distribuţiei neomogene a impurităţilor. În prima fază, materialul semiconductor se obţine prin reacţii chimice de reducere, din oxizi. Siliciul se obţine din bioxid de siliciu:

SiO2 + 2C=Si + 2Co cu o puritate de 98 - 99 %. Germaniul se obţine din minereuri sărace (cel mai folosit Germanitul) prin oxidarea acestora (cu formare de GeO2) urmată de o purificare chimică şi reducere. În faza următoare se face o purificare fizică a materialului în scopul obţinerii monocristalului, prin metodele:

- tragere din topitură, - topire zonară. Purificarea fizică a cristalului semiconductor se bazează pe

neuniformitatea repartiţiei impurităţilor în imediata apropiere a unui front de cristalizare (limita solid-lichid).

Se defineşte coeficientul de răspândire ko = cS/cL = concentraţia impurităţilor în solid / concentraţia

impurităţilor în lichid. Pentru cazul ko < 1, concentraţia impurităţilor are o repartiţie conform

figurii 11.1. Este evident faptul că la frontul de cristalizare avem o creştere a impurităţilor în faza lichidă.

196

Fig. 11.1 Concentraţia impurităţilor în cazul ko < 1.

În cazul siliciului cele mai multe impurităţi au ko < 1 (Cu, Fe, Al, Ga, Li) unele au însă ko > 1 (P). În acest din urmă caz fenomenele se petrec invers.

În aplicarea metodelor de purificare fizică, frontul de cristalizare se mişcă lent. Drept rezultat, în lungul baghetei de semiconductor solid concentraţia impurităţilor, după o trecere capătă alura din figura 11.2. În raport cu o concentraţie admisă a impurităţilor, o bună parte din baghetă este corespunzătoare, restul separându-se.

Fig. 11.2. Concentraţia impurităţilor în baghetă.

Creşterea monocristalelor prin tragere din topitură este prezentată

schematic în fig.11.3

Fig. 11.3. Instalaţia pentru tragerea din topitură.

Într-un creuzet din cuarţ 1, încălzit, se află materialul semiconductor în stare topită 2. Temperatura este menţinută constantă, la câteva grade deasupra punctului de solidificare. În topitură se introduce un germene de cristalizare 3. Acesta este de forma unei mici bare cilindrice şi de

197

perfecţiunea reţelei lui cristaline depinde calitatea monocristalului ce se va obţine. Pentru omogenizarea câmpului de temperatură, precum şi a impurităţilor, întregul ansamblu germene-creuzet execută o mişcare de rotaţie axială. În plus, germenele execută o mişcare de retragere cu o viteză v = 5-6 mm/min. Germenele constituie singurul centru de cristalizare pentru materialul semiconductor, obţinându-se astfel creşterea monocristalului. În plus, impurităţile rămân, în bună parte în topitură, ceea ce permite obţinerea unui monocristal de înaltă puritate. (în cazul ko < 1). Funcţionarea instalaţiei este automată. Dacă prin tubul 4 se introduce în topitură un gaz cu impurităţi donoare sau acceptoare, se poate obţine încă din această etapă, monocristalul gata dopat. Această tehnologie se foloseşte în special pentru purificarea germaniului. Siliciul este extrem de reactiv la temperatură înaltă şi de aceea se purifică de multe ori prin topire zonară, evitându-se astfel contactul cu creuzetul. Topirea zonară se execută într-o instalaţie prezentată schematic în fig. 11.4., în varianta verticală, specificată siliciul.

Fig. 11.4. Schema instalaţiei pentru topirea zonară.

Lingoul din material policristalin 1 este fixat la un capăt iar la celălalt se află un germene monocristalin 2. În jurul lingoului se menţine o atmosferă reducătoare sau vid. Bobina 4 parcursă de un curent de înaltă frecvenţă, creează topirea locală a unei zone 3 din lingou. Această zonă topită se mişcă lent de jos în sus, începând de la germenele monocristalin. Concentraţia impurităţilor este mai mare în faza topită decât în zona de cristalizare (ko < 1) astfel încât monocristalul din partea inferioară este mai pur decât zona topită. Prin mişcarea frontului de cristalizare, odată cu deplasarea zonei topite în sus (cu o viteză de 1-3 mm/min.), impurităţile se deplasează şi ele. În acest fel, monocristalul care se obţine după repetarea de 4-5 ori a procesului, este purificat, ajungând la o

198

rezistivitate de ordinul 50-100 Ωcm. Pentru cazul ko > 1 mişcarea se face în sens invers. Lingourile de monocristal semiconductor sunt de regulă cilindrice, cu diametrul de 50-100 mm. Ele se taie, obţinându-se discuri numite plachete. Pe o astfel de plachetă se realizează simultan sute sau mii de componente identice. În final se separă fiecare pastilă (chip) corespunzătoare unei componente. Dimensiunile unei pastile sunt de ordinul milimetrilor, depinzând de componente. Spre exemplu, dintr-o plachetă de 60 mm diametru se obţin 2500 pastile de 1mm2 sau 1200 pastile de 2 mm2. Tăierea lingoului în plachete se face cu benzi de oţel dispuse la egală distanţă una de alta. Structura cristalină la suprafaţa plachetelor se perturbă (distruge) pe o adâncime de 50 - 75 µm ceea ce impune executarea unor operaţii de şlefuire mecanică. Această operaţie se execută cu abrazivi de granulaţie fină (25 µm până la 1 µm). Se face apoi o operaţie de lustruire mecano-chimică cu abrazivi mai fini şi o soluţie de corodare (de obicei NaOH), urmată de o curăţinie cu detergenţi şi solvenţi organici. Corodarea chimică se face în scopul îndepărtării stratului perturbat mecanic şi obţinerii unor plachete cu grosimi determinate. Se folosesc soluţii de corodare care conţin: - agenţi oxidanţi, care oxidează semiconductorul precum HNO3 sau H2O2;

- agenţi compensatori, care trec oxidul în soluţie precum HF, NaOH sau KOH;

- agenţi acceleratori (iodul) şi stabilizatori (apa) cu rol de a controla viteza de reacţie.

În urma acestor operaţii plachetele au suprafaţa curată şi pregătită pentru operaţiile ulterioare.

11.1.3 Impurificarea controlată (doparea) Pentru realizarea impurificării controlate (dopării) a plachetelor semiconductoare cele mai folosite metode sunt difuzia şi implantarea ionică. DIFUZIA este o metodă de impurificare prin răspândirea de atomi impurificatori în structura semiconductorului, la temperatură ridicată (1000-1200oC). Pentru aceasta mediul înconjurător semiconductorului are o concentraţie mare de atomi impurificatori. Procesul se poate realiza în două moduri:

199

a) difuzia din sursă constantă – situaţie în care la suprafaţa semiconductorului, concentraţia atomilor impurificatori este menţinută constantă în timp. În interiorul semiconductorului concentraţia atomilor de impuritate are valoarea:

( ) ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

DterfcCC Stx 2,

π

unde Cs – concentraţia la suprafaţă; D – o constantă ce depinde de temperatură; iar funcţia erfc(z) se numeşte funcţia complementară a erorilor şi are expresia:

∫∫ −− −=−== a

z

daezerfdezerfc0

221)(1)(π

ϑϑ

Distribuţia spaţială a concentraţiei este dată în figura 11.5. Se observă că pentru o durată mai mare de t

∞ z

2>t1, concentraţia creşte adâncimea microcristalului. Prin controlul temperaturii şi duratei se poate obţine deci o valoare dorită a concentraţiei la o anumită adâncime. b) difuzia din sursă limitată – situaţie în care la momentul t=0, la suprafaţă concentraţia este Q; apoi se suprimă sursa de ioni impurificatori. Cantitatea iniţială de ioni difuzează în adâncime, concentraţia fiind dată de relaţia:

( ) ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

Dtx

DtQC tx 4

exp, π

Variaţia concentra

Fig. 11.5. Difuzia din sursă constantă

Fig.11.6. Difuzia din sursă limitată

2

iei în adâncime p este dată în figura 11.6.

, la diferite momente de timţ

200

Prin difuzii repetate, cu impurităţi acceptoare şi respectiv donoare, se pot obţine joncţiuni p-n la diferite adâncimi în grosimea pastilei de siliciu, într-o structură plan-paralelă. Difuzia selectivă are la bază faptul că impurităţile difuzează mult mai puţin în oxidul de siliciu (aşa cum rezultă şi din figura 11.7) În acest ,mod se poate face difuzia impurităţilor în anumite zone bine definite ale plachetei de Si, celelalte fiind acoperite de un strat de oxid de siliciu. Instalaţiile în care se realizează difuzia au o mare varietate constructivă. În figurile 11.8, 11.9 se prezintă schematic două variante în care difuzia se realizează în tub deschis (sistemul cel mai folosit). Sursa de ioni impurificatori este solidă. (2-fig.11.8) pentaoxidul de fosfor P2O5, oxidul de

bor B2O3 sau acidul boric H3BO3 , sau lichidă (7-fig.11.9) ura de bor BBr3. Ionii sunt

tre un gaz – de obicei azot ultrapur – care circulă printre

Fig.11.7 Difuzia în oxid de siliciu

Cuptorul în care se încălzesc plachetele de Si poate avea una, trei sau două trepte (3,4) de temperatură.

Fig. 11.8. Difuzia din sursă solidă – 1-tub deschis; 2-sursa de ioni; 3,4-cuptor; 5-plachete; 6-suport; 7-suport; 8- robineţi acces gaz.

oxiclorura de fosfor POCl3 sau tribromtransportaţi de căplachete.

201

Fig. 11.9. Difuzia cu sursă lichidă – 1-tub deschis; 2-filtru; 3-cuptor; 4-plachete siliciu; 5-suport; 6-robinet; 7-sursa de ioni impurificatori.

Durata procesului şi temperaturile sunt reglate automat, toleranţele fiind extrem de strânse. IMPLANTAREA IONICĂ este un procedeu prin care ionii de

pur i, sunt introduşi plachete de Si prin bombardarea acestora.

Dispozitivul este prezentat schematic în figura 11.10.

ţi de tem

ctronic. tratament termic, încălzindu-se placheta de Si la o temperatură între 450-900oC.

im ităţi, acceleraţi în câmpul electric la energii foarte marîn

Fig. 11.10 Schema instalaţiei de implantare ionică.

Sursa de ioni este o incintă în care se introduce un gaz ce se ionizează prin încălzirea unui filament. Ionii sunt acceleraţi de electrozii 2, trec prin fanta 3 şi analizorul magnetic 4. După ieşirea prin fanta 5 sunt deviasis ul de deflexie 6 şi bombardează plachetele de Si 7. Aceasta poate fi încălzită de filamentul 8. Instalaţia reprezintă de fapt un tun ele

Uneori, pentru activarea procesului, se face un

202

Adâncimea de pătrundere este dependentă de energia ionilor (de ex. 0,4 µm la 100 KeV); relaţia fiind liniară; putându-se astfel controla exact procesul aşa cum rezultă din figura 11.11.

Fig.11.11. Corelaţia energie-adâncime.

Avantajele importante ale acestei metode sunt: - desfăşurarea procesului la o temperatură joasă, (la temperatura camerei,

chiar dacă se face şi tratament termic) putându-se folosi măşti de metal sau fotolac;

- dozarea concentraţiilor este simplă şi exactă; - consumul de energie şi de substanţă dopată este redus.

Ambele metode de impurificare prezentate conduc la obţinerea aceleaşi valori a concentraţiei atomilor impurificatori în toate punctele egal depărtate de suprafaţă – se obţine deci o structură planară. Tehnologiile care folosesc aceste metode se numesc tehnologii planare.

REALIZAREA UNEI JONCŢIUNI p-n se face în varianta planară prin două operaţii de dopare succesive, cu atomi impurificatori de ambele feluri.

Caracterul conducţiei într-o anumită zonă (n sau p) este dat de purtătorii majoritari, deci: N = Nd-Na unde:

Nd – numărul de atomi donori în unitatea de volum Na – numărul de atomi acceptori în unitatea de volum. Să considerăm o plachetă de siliciu cu o impurificare uniformă în tot

volumul Nv, de atomi donori. Se realizează o difuzie cu impurităţi acceptoare cu o concentraţie Na.

În figura 11.12. se prezintă diagrama concentraţiei N rezultante a purtătorilor de sarcină. În zona în care se trece de la conducţie de tip n la cea de tip p s-a format o joncţiune p-n.

Repetarea procedeului conduce la obţinerea de structuri npn sau pnp specifice tranzistoarelor.

203

Fig. 11.12. realizarea joncţiunilor prin difuzii repetate a - joncţiune p-n. b – structură planară multistrat npn.

204

11.1.4. Tehnologia tranzistoarelor bipolare.

Tranzistoarele bipolare sunt realizate în cele mai multe cazuri prin tehnologie planară. În figura 11.13. este prezentată o secţiune printr-un tranzistor bipolar de tip n-p-n.

Fig. 11.13. Tranzistor n-p-n.

Se observă cele două joncţiuni realizate în stratul superficial de siliciu (depus epitaxial) prin impurificare controlată. Pastila de siliciu de bază, cu grosimea de circa 100 µm este dopată puternic n, având o rezistivitate redusă. Ea nu are rol funcţional, constituind un suport pentru tranzistor şi un contact între zona colector şi partea metalică la care este conectat terminalul exterior C. Emitorul E şi baza B sunt conectate la doi electrozi ce fac contact cu zonele respective din tranzistor. Izolarea superficială şi între elemente (E,B,C) este realizată cu un strat de bioxid de siliciu, foarte bun izolant. Cele două joncţiuni ale tranzistorului sunt realizate în stratul superficial, care este depus printr-un procedeu tehnologic denumit epitaxie. EPITAXIA este un termen de origine grecească însemnând “aranjare pe” , cu înţelesul de procedeu tehnologic de depunere de atomi pe un substrat cristalin. Există mai multe variante ale procedeului; dintre acestea se prezintă una dintre cele mai răspândite – metoda camerei de reacţie deschise. Plachetele de siliciu 5 sunt aşezate pe un suport de grafit 6 încălzite de inductorul de înaltă frecvenţă 11.

205

Fig. 11.14. Schema instalaţiei pentru creşterea epitexială 1-recipienţi 2-robinete 3-tub admisie 4-camera de reacţie

5-plachete siliciu 6-inductor de înaltă frecvenţă

Datorită încălzirii locale, depunerea siliciului are loc numai pe plachete. Robineţii 2 permit circulaţia hidrogenului direct în camera de reacţie sau prin vasele cu SiCl4, SiCl4 + BBr3 sau SiCl4 + PCl3. Înainte de realizarea creşterii epitaxiale suprafaţa plachetelor este curăţată în flux de acid clorhidric la 1200 0C pentru îndepărtarea straturilor reziduale de SiO2. Hidrogenul are rol de gaz de transport cât şi de reducător . după curăţire, se dă drumul la hidrogen prin vasul cu SiCl4 şi în camera de reacţie are loc depunerea siliciului.

SiCl H Si HCl4 22 4+ → ↓ +

Viteza de depunere este de ordinul 0,1 - 0,2 µm/s. Grosimea stratului depus este controlată prin intermediul temperaturii şi duratei procesului.

Dacă dorim realizarea unui strat epitaxial dopat atunci hidrogenul trece prin vasele care conţin compuşi de B sau P, aceştia din urmă asigurând ionii impurificatori.

ETAPELE PROCESULUI TEHNOLOGIC de realizare a

tranzistoarelor sunt reprezentate succint în cele ce urmează şi în figura 11.15, cu referire directă la o singură componentă.

Suprafaţa ocupată pe o plachetă de un tranzistor este de cca. 1 x 1 m2; în funcţie de diametrul plachetei se realizează simultan 1000 - 2500 bucăţi care se separă în final. a) Procesul tehnologic începe cu o curăţire a plachetelor de siliciu puternic dopat n, având o grosime de cca. 0,1 - 0,25 mm;

206

b) Se realizează, prin creştere epitaxială, un strat de siliciu slab dopat n, cu o grosime de cca. 10 µm; c) Se oxidează placheta la suprafaţă, formându-se un strat de SiO2 de cca. 1 - 2 µm grosime. Aceasta se realizează prin oxidarea plachetei în atmosferă de vapori de apă supraîncălziţi (eventual oxigen) sau prin evaporarea în vid a monoxidului de siliciu. Oxidul de siliciu va servi pe parcursul procesului tehnologic drept ecran întrucât, aşa cum s-a arătat, el nu permite impurificarea siliciului pe care îl acoperă. În zonele unde vor fi realizate joncţiuni trebuie înlăturat oxidul de siliciu şi pentru aceasta se foloseşte procedeul fotografului (fotolitografiei). d) Se realizează depunerea unui strat de fotorezist. Aceasta este o substanţă organică, în care sub influenţa luminii cu o anume compoziţie spectrală se produc anumite modificări fizice sau chimice. Dacă solubilitatea fotorezistului creşte în urma expunerii la lumină, acesta este numit pozitiv. În caz contrar este numit negativ. În desen s-a considerat cazul fotorezistului pozitiv. După depunere fotorezistul se usucă.

Se face apoi expunerea fotorezistului la lumină (bogată în radiaţie ultravioletă) prin intermediul unui fotoşablon (fotomască).

În zonele luminate fotorezistul poate fi apoi dizolvat chimic, iar în zonele opace ale fotoşablonului fotorezistul rămâne. e) Urmează corodarea oxidului de siliciu cu acid fluorhidric, realizându-se ferestre în stratul de oxid. Se înlătură apoi fotorezistul rămas, prin dizolvare. f) Se realizează impurificarea cu atomi acceptori. În dreptul ferestrelor se obţin zone cu conducţia de tip p; în acest fel se obţin joncţiunile p-n ce corespund joncţiunilor bază - colector. g) Se oxidează din nou şi prin tehnica fotogravurii se execută noi ferestre în stratul de oxid cu dimensiuni mai mici, corespunzătoare zonelor în care se realizează emitorii. h) Se execută o nouă dopare realizându-se emitorul (dopare puternică tip n). Adâncimea de pătrundere este redusă; se formează cu această ocazie joncţiunile emitor - bază. i) Se oxidează din nou siliciul şi prin tehnica fotogravului se execută ferestrele corespunzătoare pentru baze şi emitor. j) Se acoperă cu un strat de aluminiu peste toată placheta, de regulă prin depunere în vid. Folosind procedeul de fotogravură se îndepărtează aluminiul din zonele de prisos, rămânând numai contactele pentru bază şi emitor. Pe faţa cealaltă a pastilei aceasta se subţiază (corodare) până la o grosime de 100 µm. k) Se execută operaţii de control a parametrilor electrici, astfel încât pastilele (cipurile) necorespunzătoare să fie eliminate înaintea încapsulării.

207

Fig. 7.15. Tehnologia tranzistorului planar epitaxial.

208

Placheta de siliciu este apoi zgâriată cu un vârf de diamant şi prin presare pe un suport elastic se fisurează, separându-se aşchiile (chipurile) care conţin fiecare câte un tranzistor. l) Se fixează conexiunile la terminale - realizate cu fir de aluminiu sau aur foarte subţire.

Ultimele operaţii sunt încapsularea şi marcarea. Observaţie - Procesul tehnologic cuprinde, în concluzie, două difuzii

şi trei operaţii de fotogravură. 11.1.5. Tehnologia tranzistoarelor cu efect de câmp

Tranzistoarele cu efect de câmp (FET - Field Effect Tranzistor) au o structură mai simplă decât cele bipolare. Ele se realizează în două variante: – tranzistoare cu grilă - joncţiune (J-FET); – tranzistoare cu grilă (poartă) izolată cu un strat de oxid de siliciu

(MOS-FET) care sunt cu mult mai utilizate. În figura 11.16. s-a prezentat structura unui tranzistor MOS-FET. Se

observă faptul că grila, oxidul izolant şi semiconductorul sunt o structură plan paralelă, de unde şi denumirea MOS (Metal Oxid Semiconductor). Funcţionarea tranzistorului se bazează pe efectul câmpului electric stabilit de potenţialul grilei. Dacă grila este nealimentată între sursă şi drenă nu circulă curent. La polarizarea negativă a grilei, electronii din zona ei sunt respinşi şi golurile din zona sursei atrase, ceea ce face ca între grilă şi drenă să apară un canal conductor.

Fig. 7.16. Tranzistor cu efect de câmp cu structură MOS.

Potenţialul grilei controlează deci conductivitatea cristalului semiconductor - funcţionarea este asemănătoare cu acea a unei triode.

Din punctul de vedere al procesului tehnologic se observă că pentru realizare este suficientă o singură dopare (de tip p puternic), de aceea aceste tranzistoare sunt mai simple.

209

Tehnologia cuprinde aceleaşi operaţii ca şi la tranzistoarele bipolare, fiind însă necesare doar o difuzie (sau implantare ionică) şi două operaţii de fotogravură (una pentru realizarea joncţiunilor şi una pentru asigurarea contactelor la sursă, drenă şi realizarea grilei). 11.1.5. Tehnologia circuitelor integrate monolitice 11.1.6.1. Circuite integrate – clasificări

Circuitul integrat reprezintă un ansamblu de elemente pasive şi active de circuit, interconectate între ele, realizate într-o pastilă de semiconductor (chip), având o funcţionalitate distinctă.

O primă clasificare a circuitelor integrate se face după modul de funcţionare în: – circuite integrate analogice, care primesc şi livrează cu o gamă continuă

de valori. Se folosesc în special la amplificarea semnalelor precum şi la prelucrarea lor;

– circuite integrate digitale, care primesc şi livrează semnale cu numai două valori (0 şi 5 V) notate convenţional 0 şi 1. Se folosesc la prelucrarea semnalelor ce au fost codificate binar. O altă clasificare se face după gradul de integrare, reprezentat de numărul

de componente integrate într-un singur chip; clasificare prezentată în tabelul 11.2.

Procedeele tehnologice folosite în fabricarea circuitelor integrate au cunoscut o continuă perfecţionare. Actualmente există mai multe familii tehnologice de circuite integrate. O familie tehnologică este reprezentată de un grup de produse, cu funcţionalităţi diferite, realizate prin aceleaşi procedee tehnologice.

Cele mai importante familii tehnologice sunt: – Circuitele integrate bipolare , realizate în tehnologia planară,

tranzistoarele fiind bipolare. Se execută circuite integrate logice şi analogice. Această familie tehnologică, care foloseşte aceleaşi tehnologii cu tranzistoarele bipolare, a fost istoric prima dezvoltată, având la ora actuală un cost relativ redus şi viteze de comutaţie, respectiv frecvenţe de lucru ridicate. Ca dezavantaje se menţionează gradul redus de integrare şi consumul relativ mare de energie în funcţiune.

– Circuitele integrate MOS (Metal Oxid Semiconductor) sunt realizate în tehnologia planară şi au drept constituent de bază tranzistoarele cu efect de câmp. Aceste circuite integrate sunt digitale şi permit un grad ridicat de integrare, au o fabricaţie simplă, un cost redus şi un consum de energie în funcţiune foarte mic. Ca dezavantaje se pot menţiona o viteză

210

medie de comutaţie, putere mică la ieşire şi faptul că nu sunt potrivite pentru utilizări analogice.

Categoria Nr. el./chip Exemple

digitale analogice Circuite integrate standard (S.S.I.)

1 - 100

Circuite logice basculante

Amplificatoare operaţionale, stabilizatoare multiplicatoare

Circuite integrate pe scară medie (M.S.I.)

100 - 1000

Numărătoare memorii 256 bit

Convertoare analog /numerice numeric/analogice

Circuite integrate pe scară largă (L.S.I.)

1000 - 10 000

Memorii; microprocesoare 8 bit

Interfeţe

Circuite integrate pe scară foarte largă (VL.S.I.)

10 000 - 100 000

Microprocesoare 16 bit calculatoare

/

Circuite integrate pe scară f.f. largă (U.L.S.I.)

> 100 000

Calculatoare /

Există mai multe variante, care depind de tipul tranzistoarelor folosite anume P-MOS, N-MOS (conducţie de tip p,n) şi C-MOS (folosind în acelaşi circuit tranzistoare complementare p şi n). – Circuitele integrate MOS pe substrat izolant sunt realizate de asemenea în

tehnologia planară. Drept suport este folosit un material izolant (de exemplu safirul denumirea fiind în acest caz MOS - SOS “Silicon On Sapphire”), circuitul integrat fiind realizat într-un strat subţire de siliciu depus epitaxial pe suport. Acest tip de circuite integrate permit un grad foarte mare de integrare,

consumă o putere foarte mică şi au un timp de comutaţie foarte mic; dar au un cost ridicat şi o tehnologie mai pretenţioasă.

– Izolarea prin joncţiuni polarizate invers;

11.1.6.2. Metode de izolare a componentelor Fiecare component (tranzistor, rezistor, etc.) este realizat într-o zonă

distinctă (insulă) care este izolată de substratul comun. Există două metode de izolare a insulelor:

211

– Izolarea cu un strat de oxid de siliciu. Izolarea prin joncţiune se realizează prin faptul că insula are alt tip de conducţie faţă de substrat; această joncţiune p-n se polarizează invers. În acest fel rezistenţa de izolaţie a insulei faţă de substrat este foarte mare. Procesul tehnologic de realizare a insulelor comportă următoarele operaţii - fig. 11.17.

a) pe un substrat p (placheta) se realizează prin creştere epitaxială un substrat de siliciu dopat n cu o grosime de cca. 10 µm;

b) se oxidează placheta la suprafaţă; c) prin tehnica fotogravurii se realizează ferestre în stratul de oxid,

în dreptul spaţiilor ce delimitează insulele; d) se realizează o difuzie adâncă de tip p obţinându-se “turnurile de

izolare” - zone de aceeaşi conducţie u substratul adânci până la acesta. În acest fel s-au creat insulele de tip n şi joncţiunile p-n care le separă de substrat.

Izolarea cu un strat de oxid de siliciu

Fig. 7.17. Izolarea prin joncţiuni – realizarea insulelor.

este mai puţin folosită. În fig. 11.18. s-a prezentat o astfel de structură. Realizarea ei se face cu aceleaşi procedee tehnologice (oxidare, fotogravură, corodare, creştere epitaxială), dar în altă succesiune.

11.1.6.3. Realizarea componentelor de circuit

În circuitele integrate se realizează tranzistoare, diode, condensatoare, rezistoare. Nu se pot realiza inductivităţi fiindcă nu se pot realiza bobine şi

Fig. 7.18. Izolarea cu oxid de siliciu

212

nu avem la dispoziţie miezuri feromagnetice. La proiectarea schemei electrice se evită folosirea de inductivităţi; dacă totuşi este absolut necesar, anumite scheme cu tranzistoare au un caracter inductiv.

de tip n-p-n.

Realizarea tranzistoarelor

Fig. 7.19. Tranzistor integrat

în insulele circuitului integrat se face prin procedeele descrise la paragrafele 11.1.4, 11.1.5. Este de observat însă că tranzistorul bipolar integrat are toţi trei electrozii pe aceeaşi faţă a chipului, aşa cum reiese din fig. 11.19. Conducţia în acest tranzistor are loc paralel cu suprafaţa - este un tranzistor numit lateral. Realizarea rezistoarelor se face prin difuzie locală în insulele respective. Rezistoarele ce se pot obţine au valori în gama 10 Ω - 50 kΩ şi pot fi utilizate la frecvenţe până la cca. 10 MHz, din cauza capacităţilor parazite mari faţă de substrat. Pentru frecvenţe mai mari rezistoarele se realizează în insule oxidate cu oxid. În fig. 11.20 se prezintă structura unui rezistor.

Considerăm relaţia de calcul a rezistenţei: Rl

a b= ρ

Se observă, cu referire la rezistenţa unei porţiuni cu suprafaţa un pătrat (l=b), fig. 11.21,

Fig. 11.20. Rezistor integrat Fig. 11.21. Relativ la rezistenţa

pe pătrat.

213

214

[ ]Ω== 'ρρa

R

că aceasta este proporţională cu mărimea ρ’ numită “rezistenţă pe pătrat”, considerând adâncimea a constantă. Rezistenţa pe pătrat are următoarele valori: – Ω−= 52'ρ în zonele dopate odată cu emitorii tranzistoarelor (dopare

puternică); – Ω=100'ρ în zonele dopate la difuzia bazelor (dopare normală). Obţinerea unei valori dorite a rezistenţei se face prin înscrierea unui număr de 5 - 50 pătrate. În acest fel suprafaţa ocupată de rezistoare este destul de mare; la unele circuite analogice depăşind suprafaţa ocupată de componentele active. Realizarea condensatoarelor se face în două moduri: – prin folosirea capacităţii joncţiunilor p-n polarizate invers; – prin realizarea unui condensator tip MOS. Folosind capacitatea unei joncţiuni polarizate invers este nevoie de suprafeţe

2 ult de

iu. Acest tip de condensatoare este mai stabil

Fig. 11.22. Condensator integrat

1.1.6.4. Etapele procesului tehnologic

În fig. 11.23 se prezintă un fragment dintr-un circuit integrat, evidenţiindu-se modul de realizare al componentelor precum şi legătura dintre ele.

relativ mari - se obţin cca. 1500 pF/mm . Aceste capacităţi depind mtensiunea de polarizare, de aceea sunt mai puţin utilizate. Structura unui condensator de tip MOS este prezentată în fig. 11.22. dielectricul este stratul de oxid de siliciu, o armătură este metalică iar cealaltă este zona n din pastila de silic

şi necesită suprafeţe mai mici.

1

Fig. 7.23. Fragment dintr-un circuit integrat bipolar.

Trebuie menţionat faptul că elementele se interconectează la suprafaţa cipului prin depunerea unui strat conductor (aluminiu). Se realizează traseele dorite, au

va ori, până la realizarea elementelor. De asemenea se fac inspecţii şi verificări intermediare pentru a observa corectitudinea etapelor anterioare.

În final, chipurile se verifică pe plachetă, cele necorespunzătoare fiind însemnate pentru a nu mai fi încapsulate. Datorită complexităţii circuitelor integrate această verificare se face în mod automat, utilizând calculatoare specializate în acest sens.

evitându-se încrucişarea legăturilor. Etapele procesului tehnologic fost prezentate în fig. 11.24.

Se observă vă procesul tehnologic cuprinde o serie de etape care se reiau de câte

11.2. Tehnologia dispozitivelor semiconductoare de putere 11.2.1. Dioda redresoare de putere

Principiul de funcţionare al diodei semiconductoare a fost studiatliceu. Din punct de vedere constructiv dioda reprezintă o joncţiune p-n realizată într-un disc de siliciu. La diodele semiconductoare de putere, regiunea dopată p are două zone - slab dopată (care formează jon

în

cţiunea) şi alta puternic dopată (cu rezistenţă mică) servind drept contact pentru anod. Structura obţinută, de tip p-p-n, rezistă la tensiuni inverse mari. La periferia pastilei se realizează o teşire care conduce la o mărire a regiunii superficiale corespunzătoare zonei de sarcină spaţială. Acest efect

ersă; tensiunea de străpungere fiind mult mai mare. Construcţia diodei este prezentată în figura 11.25. Discul de siliciu este fixat prin aliere pe un disc de molibden, care constituie anodul.

îmbunătăţeşte comportarea diodei la polarizare inv

215

Fig. 7.24. Desfăşurarea procesului tehnologic de fabricaţie

a circuitelor integrate.

216

Realizarea discului de siliciu care conţine structura diodei se face prin difuzie, pentru diodele semiconductoare de putere; pentru diodele de mică putere există şi alte metode. Încapsularea se face prin fixarea discului de siliciu în capsulă asigurându-se un contact electric şi termic prin: – lipirea terminalelor la curenţi mici; – presiune, la curenţi mari.

11.25. Dioda redresoare de putere. 1 – disc de molibden; 2 – strat p; 2’ – strat p; 3 – strat p;

Întrucât, la curenţi mari apar încălziri puternice şi dilatări diferite ale

diverselor componente, se preferă fixarea prin presare cu ajutorul unor inele elastice, care pot prelua variaţiile dimensionale termice. Zona teşită se acoperă cu oxid de siliciu şi cu lac izolant. În interiorul capsulei se introduce un gaz inert (N2) evitându-se fenomenele nedorite datorate contactului cu agenţii corozivi ai mediului ambiant. Întrucât structura discului semiconductor se obţine prin aceleaşi tehnologii ca şi la tranzistoare (difuzie, oxidare, etc.) nu se prezintă în detaliu procesul tehnologic de realizare al diodelor.

4 – metalizare contact; 5 – lac izolant; 6 – capsulă metalică; 7 – conductor flexibil izolat; 8 – papuc; 9 – plachetă semiconductor;

10 – bucşă izolantă.

217

11.2.2. Tehnologia de fabricaţie a tiristoarelor Tiristorul este un dispozitiv semiconductor cu patru straturi p-n-p-n,

realizat într-o pastilă de siliciu. În figura 11.26 se prezintă o secţiune printr-un tiristor de putere, observându-se dispunerea geometrică a joncţiunilor precum şi discul de molibden care asigură contactele la catod şi grilă (poartă).

Fig. 7.26. Structura tiristorului. A – anod; K – catod; G – grilă;

J1, J2 – joncţiuni centrale.

La periferia discului este realizată teşirea sub un unghi α, care asigură, ca şi la diode, o tensiune inversă admisibilă de valori ridicate. Zona teşită este acoperită de un strat de cauciuc siliconic care o protejează de agenţii atmosferici corozivi, asigurând de asemenea o izolaţie superficială bună. La aplicarea unei tensiuni cu polarizare directă sau inversă, una sau alta din joncţiunile centrale (J1, J2) blochează circulaţia purtătorilor de sarcină, fiind polarizată invers. În situaţia aplicării unei tensiuni directe (+ pe anod) şi un semnal de comandă pe electrodul grilă (impuls pozitiv grilă-catod), tiristorul intră în conducţie. Trecerea în stare blocată nu se poate face decât dacă curentul anod-catod scade la zero. Elemente suplimentare privind funcţionarea tiristorului se găsesc în literatura de specialitate. Din punct de vedere constructiv, tiristoarele folosesc aceleaşi capsule ca şi diodele semiconductoare, apărând ca element specific electrodul de comandă (grilă). În figura 11.27 se prezintă construcţia unui tiristor de curent intens (400 - 700 A).

218

La aceste valori mari ale curentului pierderile în conducţie sunt de ordinul sutelor de waţi ceea ce implică folosirea acestei capsule plate, care permite transmisia căldurii (deci răcirea) pe ambele părţi. Procesul tehnologic

Fig. 7.27. Construcţia tiristorului de curent intens. 1 – anod, 2 – anod, 3 – plachetă semiconductor,

4 – electrod comandă, 5 – capsulă izolantă.

Procesul tehnologic de fabricaţie a tiristoarelor cuprinde următoarele operaţiuni: - fig. 11.28.

Fig. 11.28. Tehnologia de fabricaţie a tiristoarelor – etape principale.

219

a) Se taie plachetele de siliciu dintr-o baghetă dopată n normal. Diametrul plachetei este proporţional cu curentul nominal - de exemplu d=30 mm la I=450 A şi respectiv d=40 mm la I=700 A, iar grosimea este de 0,3 - 0,5 mm; b) Se realizează, prin difuzie pe ambele feţe, stratul dopat p folosindu-se ca dopanţi atomi de Al sau Ga; c) Se oxidează placheta pe ambele feţe, formându-se un strat de bioxid de siliciu de 1-2 µm. d) Prin procedeul de fotolitografie (fotogravură) se creează ferestre în stratul de oxid corespunzătoare zonei n (catod); e) Se realizează stratul n (catodul) prin difuzia fosforului; f) Se înlătură complet bioxidul de siliciu rămas; g) Se realizează difuzie cu atomi de aur, pentru îmbunătăţirea performanţelor dinamice ale tiristorului; h) Plachete de siliciu se aliază cu aluminiu pe un disc suport de molibden cu grosimea de 1,5-2 mm; i) Se polizează marginea teşită obţinându-se marginea teşită; j) Se depune un strat subţire de metal pentru realizarea contactului la catod; k) Se corodează chimic marginea teşită (asigurându-se înlăturarea stratului perturbat de polizare) şi se acoperă cu cauciuc siliconic; l) Se controlează parametrii electrici ai tiristorului încadrându-se în clasa de tensiuni inverse admise şi eliminându-se rebuturile; m) Se realizează încapsularea. Subansamblul capsulă este premontat separat şi introducerea plachetei se face în atmosferă neutră (N2). Închiderea se face prin lipire sau sertizare. n) Se face controlul final şi marcarea tipului şi performanţelor (codificat).

Se observă că procesul tehnologic cuprinde aceleaşi procedee întâlnite la producerea dispozitivelor semiconductoare de mică putere, diferenţe apărând numai la încapsulare unde curenţii intenşi impun piese masive şi tehnologii mecanice.

220

11.3. Întrebări de control 1.Ce elemente influenţează rezistivitatea semiconductoarelor? 2.Cum se obţine monocristalul semiconductor? 3.Cum se realizează purificarea fiică a monocristalului? 4.Cum se realizează impurificarea controlată? 5.Descrieţi procesul tehnologic de fabricaţie a tranzistorului. 6.Ce este epitaxia? 7.Cum se clasifică circuitele integrate? 8.Care sunt metodele de izolare a componentelor circuitelor integrate

monolitice? 9.Cum se realizează componentele circuitului integrat? 10.Descrieţi tehnologia tiristoarelor de putere.

Bibliografie

microelectronics. Doc. Siemens A. G. 1980

Electrotechnik - Electronik. Veb Verlag

11.1. . . . Siemens - Electronic semiconductor components. 1976. 11.2. Gray P. E. Searle C. L. - Bazele electronicii moderne. E. T. 1973 11.3. Cătuneanu V. ş.a. - Tehnologie electronică. E. D. P. Buc. 1982 11.4. Hohan I. - Tehnologia şi fiabilitatea sistemelor. E. D. P. Buc 1982 11.5. Dima I. , Munteanu I, - Materiale şi dispozitive semiconductoare. E. D. P. Buc. 1980 11.6. . . Siemens - Integrated circuits - components of

11.7.Eigler H., Beyer W. - Einfuhrung în die Technologie der

Technik Berlin 1981 11.8 F. Anghel, Popescu M. – Tehnologii electromecanice, Ed. Printech, 1998

221

CAPITOLUL 12

UTILAJE MODERNE FOLOSITE ÎN FABRICAŢIA PRODUSELOR ELECTROTEHNICE

12.1 Clasificarea maşinilor unelte utilizate în fabricaţia produselor

electrotehnice După natura operaţiilor, maşinile – unelte se pot clasifica în:

12.2. Maşini - unelte agregat

- maşini - unelte universale care realizează o gamă largă de operaţii de acelaşi tip (exemple: strungul universal, freza universală de sculărie, etc.); - maşini - unelte speciale (specializate) destinate unei game restrânse de prelucrări (exemple: maşini de frezat roţi dinţate, maşini de filetat, etc.); - maşini - unelte agregat care realizează mai multe tipuri de prelucrări simultan asupra unor piese de mare complexitate; - maşini unelte cu comandă numerică care asigură operaţii multiple în regim automat de prelucrare (exemple caracteristice sunt agregatele numite centre de prelucrare). Maşinile - unelte universale sunt larg răspândite şi cunoscute, spre exemplu: strungul universal, freza universală de sculărie, etc. Maşinile - unelte speciale au ca destinaţie mai ales producerea de organe de maşini: roţi dinţate, şuruburi, etc.

Din punct de vedere constructiv o maşină – unealtă agregat este

realizată dintr-un batiu comun prevăzut cu mai multe posturi de lucru. Fiecare post de lucru este echipat cu un cap de forţă prevăzut cu una sau mai multe scule ce acţionează simultan sau succesiv.

Piesele prelucrate (de dimensiuni medii sau mari) sunt fixe în timpul prelucrării.

Avansurile de lucru sunt realizate de către capetele de forţă (deci de către scule).

În fig. 12.1. sunt prezentate construcţiile tipice ale unor maşini-unelte agregat. Variantele a şi b au câte două capete de forţă dispuse paralel sau oblic, iar în varianta c sunt trei capete de forţă dispuse radial.

222

- motorul electric de acţionare;

12.3. Maşini - unelte cu comandă numerică Maşinile - unelte moderne funcţionează în regim automat, executând

comenzile după un anumit program. În fig. 12.2 sunt prezentate modalităţile de comandă ale maşinilor unelte cu exemplificare la o maşină de frezat. Motorul de acţionare M1 este conectat cu mecanismul de pornire oprire OP1 la cutia de viteze CV prin intermediul inversorului de sens I1, producându-se astfel mişcarea sculei SC.

Piesa P este fixată pe masa de lucru ML, aceasta din urmă putând fi

deplasată de către mecanismele de avans longitudinal ML şi transversal MT, conectate de către sistemul de comandă al avansului C. Motorul de avansuri

Fig. 12.1. Construcţii tipice ale maşinilor-unelte agregat.

Capul de forţă reprezintă modulul funcţional esenţial şi cuprinde:

- cutia de viteze sau variatorul de viteze; - dispozitivele port – scule şi sculele. Transferul de la un post la altul este automat (liniar sau circular), iar

alimentarea şi evacuarea manuală. Prin realizarea automată şi a operaţiilor de alimentare şi evacuare, o maşină unealtă agregat poate fi integrată într-o linie automată.

223

M2 este conectat prin mecanismul de pornire-oprire OP2 şi inversorul de sens I2 la cutia de avansuri CA care asigură reglajul vitezei de avans.

- Manete, butoane, etc., la maşinile unelte normale; - Came, şabloane, la maşinile unelte automate MUA, cu

automatizare mecanică, de tip strung de copiat, strung automat, strung revolver, etc.;

- Bandă magnetică sau perforată şi aparatură de comandă numerică la maşinile automate cu comenzi numerice MUCN.

Comenzile tuturor acestor elemente se pot face cu:

Fig. 12.2. Comanda maşinilor unelte

Fig. 12.3. Schema bloc a unei maşini cu comandă numerică.

224

Structura maşinilor - unelte cu comandă numerică este reprezentată în schema bloc din figura 12.3. Echipamentul de comandă numerică poate memora programul de pe o bandă magnetică (sau de hârtie) sau poate fi comandat manual cu butoane, manete sau potenţiometre. La echipamentele actuale, dotate cu microcalculatoare, se folosesc perifericele standard-display, tastatură, floppy-disc, etc.

Echipamentul de comandă numerică transmite comenzi la echipamentul de forţă constituit din motoare de curent continuu (cel mai des) şi variatoare de turaţie. Se asigură mişcările de aşchiere şi avansurile de lucru la vitezele programate. Ansamblul mecanic al maşinii-unelte execută operaţiile de aşchiere sub comanda echipamentului electric. Poziţia sculei pe cele trei axe este sesizată cu ajutorul unor traductoare de poziţie care transmit informaţia la echipamentul de comandă numerică.

Sistemul de comandă pentru deplasarea pe una din axe funcţionează de regulă în buclă închisă, având schema bloc din figura 12.4. Cititorul de bandă înregistrează programul; procesorul C impune comparatorului un semnal ui care reprezintă comanda din program. Comparatorul detectează eroarea dintre comanda impusă ui şi semnalul primit de la traductoarele de poziţie TP şi asigură acţionarea motorului ME prin intermediul amplificatorului A. Motorul deplasează masa M (piesa sau scula) până când ui = up adică comanda a fost executată, iar poziţia (reflectată prin semnalul de traductoare de poziţie) este identică cu aceea impusă.

nsiderând zero

tive, constituite din maşini SELSIN.

Fig. 12.4. Schema bloc a comenzilor. Traductoarele de poziţie pot fi: - absolute, detectând poziţia faţă de zero; - incrementale, detectând doar deplasarea, adică copoziţia cu care începe mişcarea. Un exemplu tipic este traductorul numit INDUCTOSIN [36]; Deseori sunt utilizate traductoarele inductive rotaelectrice speciale, ca de exemplu traductorul numit

225

Trebuie menţionat faptul că folosirea unor tehnici speciale, ca de exemplu interferometrie cu laser, permite detectarea unor deplasări foarte mici, cum ar fi 0,3 µm pentru laserul He-Ne [6].

cop

de prelucrare liniară, cu avans de lucru pe o singură axă,

de prelucrare (strunjire, găurire, filetare, dispozitiv de înmagazinare a unui

umăr gazin de scule) şi un mecanism de him

rborelui principal există:

Magazinul de scule poate fi cu disc (de tip carusel) sau cu transportor u lanţ.

Un exemplu tipic este prezentat în fig.12.5 reprezentând centrul de relucrare cu ax vertical de tip CPFV 500.

Comenzile ce se transmit sunt de trei feluri: - comenzi de poziţionare care se execută cu viteză mare şi au ca saducerea sculei în apropierea piesei în poziţia dorită pentru începerea prelucrării; - comenziviteza de deplasare fiind redusă, conform regimului tehnologic prescris; - comenzi de prelucrare pentru execuţia unui contur, situaţie în care se execută deplasări pe două axe corelate între ele, încât să rezulte un contur prescris. CENTRELE DE PRELUCRARE sunt maşini - unelte cu comandă numerică cu multiple posibilităţifrezare, alezare, etc.) care dispun de unn oarecare de scule (numit masc bare şi transfer al sculei la arborele principal al maşinii - unelte. După poziţia a

- centre de prelucrare orizontale; - centre de prelucrare verticale. c

p

Fig. 12.5. centrul de prelucrare CPFV 500

226

12.4. Celule flexibile de fabricaţie şi linii automate O linie tehnologică automată este un complex funcţional cu multiple

aceea prezentarea sa trebuie făcută într-o abordare globală, acţiuni şi deutilizând conceptele teoriei sistemelor. 12.4.1. Aspectul global Considerând o linie tehnologică ca un sistem de fabricaţie se pot pune în evidenţă subsistemele interne şi relaţiile dintre ele.

ncţională care realizează una

e identifică următoarele

ansport, depozitare;

ntreţinere şi reparare SI.

r. Este constituit din totalitatea utilajelor, instalaţiilor tehnologice i spaţiilor productive.

Sistemul logistic are drept funcţiune transferul în spaţiu al precum şi depozitarea acestora (transferul

în timp El este

r MP care asigură alimentarea, epozitarea

- sistemul de alimentare cu materiale auxiliare MA; - sistemul de evacuare al deşeurilor ED.

Un subsistem reprezintă o grupare fudin funcţiile parţiale. În cadrul unui sistem de fabricaţie ssubsisteme (sisteme parţiale de rang R-1): - subsistemul de lucru SL (prelucrare); - subsistemul logistic sau de manipulare, tr - subsistemul de asigurare cu energie SAE; - subsistemul de comandă (conducere) SC; - subsistemul de control al pieselor SCP; - subsistemul de î Sistemul de lucru (prelucrare) este un sistem parţial care are funcţia de a modifica proprietăţile materialelor în scopul obţinerii pieselor finite şi a produseloş materialelor, pieselor şi sculelor,

).

compus la rândul său din: - sistemul logistic al pieselopoziţionarea, fixarea şi transferul pieselor, precum şi dacestora. - sistemul logistic al sculelor MS care asigură aducerea, fixarea, schimbarea şi depozitarea acestora.

227

Sistemul logistic este constituit din totalitatea instalaţiilor de alimentare, evacuare, utilajelor de ridicat şi transport intern, dispozitivelor şi magaziilor.

Sistemul de control al pieselor are funcţia de a verifica parametrii calitativi ai produselor prin măsurători, realizând ceea ce se numeşte „contr

ice propuse.

tre subsistemele enumerate trebuie să funcţioneze

se numeşte rigidă dacă este concepută pentru realizarea unei singure sarcini de fabricaţie, respectiv flexibilă dacă este astfel concepută încât să se poată transforma în vederea realizării mai

ultor sarcini diferite de fabricaţie.

ol de calitate“. Acest sistem funcţionează de cele mai multe ori integrat cu sistemul

de prelucrare, controlul acestuia realizându-se pe întregul flux tehnologic. Sistemul de comandă are funcţia de a asigura conducerea întregului

sistem de fabricaţie, buna funcţionare a sistemelor parţiale şi corelarea între ele, astfel încât să se îndeplinească obiectivele tehnico-econom

Sistemul de întreţinere şi reparaţii are drept funcţiuni controlul funcţionării sistemului de lucru şi realizarea operaţiilor de întreţinere preventivă şi corectivă (reparaţii). Realizarea de linii tehnologice automate este o acţiune complexă, întrucât fiecare dinautomat, corelat cu celelalte în cadrul ansamblului. În acest context trebuie precizată noţiunea de flexibilitate a unui sistem de fabricaţie. O linie automată de fabricaţie

m 12.4.2. Celule şi linii de fabricaţie Celula de fabricaţie este un sistem de fabricaţie constituit dintr-un singur subsistem de prelucrare şi un singur subsistem de manipulare (Fig. 12.6). Subsistemul de prelucrare conţine maşina de lucru, sculele,

pot com

ţia de operaţii humanoide IOH. Cuplarea mai multor celule de fabricaţie CF între ele prin subsisteme

e manipulare SSM constituie o linie de fabricaţie conform schemei din fig. 12.6.

dispozitivele, verificatoarele (S.D.V.), instalaţiile tehnologice de prelucrare. Comenzile şi acţionarea pot fi făcută de către un operator uman OU saufi plet automate. Subsistemul de manipulare conţine instalaţia aducătoare – de evacuare IAE şi un operator uman OU sau instala d

228

Fig. 12.6. Celule şi linii de fabricaţie

Variantele de compunere a unei celule de fabricaţie sunt prezentate în figura 12.7. Varianta A reprezintă celula de fabricaţie tradiţională în care un operator uman deserveşte o maşină. Flexibilitatea este asigurată de prezenţa operatorului uman şi de o maşină universală. Toate funcţiile de manipulare sunt asigurate de operator. Acest tip de celulă este foarte frecvent întâlnit în atelierele de producţie organizate pe tipuri de prelucrări (atelier de strungărie, de prelucrări mecanice, etc). Varianta B reprezintă celula de fabricaţie mecanizată, în care funcţiile de alimentare evacuare se realizează cu ajutorul IAE de către operator. Este o variantă tradiţională, aplicată atunci când piesele sunt relativ mari sau la montajul pe bandă. Celula este flexibilă numai în măsura în care IAE este uşor adaptabilă la schimbări. Varianta C reprezintă celula de fabricaţie mecanizată în care operatorul uman deserveşte maşina cu ajutorul unui manipulator sincron IOH. Acesta se aplică acolo unde sunt semifabricate grele sau calde. Celula este flexibilă în măsura în care manipulatorul este adaptabil, iar maşina universală.

229

Varianta D reprezintă o linie automată rigidă în care instalaţia de alimentare-evacuare alimentează pe rând diversele maşini Mi . IAE şi maşinile sunt automate, cu automatizare rigidă. Linia este strict specializată şi are o productivitate deosebită, dar este neflexibilă.

Fig. 12.4. Variante de compunere a celulelor de fabricaţie.

nizată în care există o instalaţie aducătoare – de evacuare şi un manipulator sincron comandat de operator.

xibilă, a reprezi cazul F

ia de alimentare – evacuar ţii humanoide ustrial) deservesc una sau mai multe maşini - unelte. Sistemul prin aşini -

unelte cu comand nu există maşini de prelucrare.

Varianta E reprezintă o celulă meca

Este o variantă puţin fle plicată - de asemenea - la piese mari.Variantele F şi G e fabricaţie. În ntă celule flexibile d

instala e şi instalaţia de operaţ(robotul indeste flexibil i IOH şi prin utilizarea de m reprogramarea IAE ş

ă numerică. În cazul G

230

Robotul industrial IOH efectuează operaţiile cu ajutorul unor scule şi dispozitive. Varianta este flexibilă prin reprogramare. Varianta H reprezintă o celulă flexibilă de fabricaţie cu IAE şi robot, asistată de operatorul uman. Acesta din urmă are rol de supraveghere.

BIBLIOGRAFIE

F. Anghel, Popescu M. – Tehnologii electromecanice, Ed. Printech, 1998

TruşcăV., Popescu M. - Tehnologia de fabricaţie a aparatelor electrice. Ed.

ICPE, Bucureşti, 1996

Crişan I., ş.a. –Sisteme flexibile de mon aj cu roboţi şi manipulatoare. t Ed. Tehnică, 1988.

231

Tehnologii_electromecanice

Documents

Transcript of Tehnologii_electromecanice