Proiect FRA Biela

Capitolul 1 Analiza conditiilor tehnico-functionale si a tehnologicitatii piesei si stabilirea tipului sistemului de productie 1.1 Analiza rolului functional, a conditiilor tehnice impuse piesei finite si a tehnologicitatii acesteia 1.1.1 Rolul functional si solicitarile piesei Biela este organul intermediar care face legătura între două piese cu mişcări diferite: pistonul care are o mişcare rectilinie şi manetonul de pe arborele cotit care are o mişcare circulară. Mişcările pe care le execută biela în timpul funcţionării sunt destul de complicate şi nu sunt aceleaşi pentru toate punctele ei. Centrul lagărului bielei descrie un cerc, iar bolţul o linie dreaptă, însă nici un punct material al bielei nu parcurge un drum circular sau drept, ci toate punctele de pe bielă descriu diferite curbe închise.

Fig. 1.1. Schematizarea mecanismului motor

Părţile principale ale bielei sunt: 

capătul mic (superior);



corpul sau tija;



capătul mare (inferior), conţinînd lagărul cu capacul, butoanele şi piuliţele respective în cazul bielelor deschise. Denumirile clasice ca picior de bielă şi cap de bielă, nu pot fi folosite în practică, deoarece nu corespund cu poziţia pe care o are biela la motorul de automobil. Prin picior se înţelege partea în care stă bolţul, iar capul era partea care cuprinde lagărul. Această nomenclatură s-a aplicat iniţial la maşinile cu abur, locomotive, motoare stabile etc, la care de obicei bielele sunt aşezate în poziţie orizontală. Insă la automobil, unde bielele sunt verticale, cu capul în jos şi cu piciorul în sus s-ar produce desigur confuzii între aceşti termeni, de aceea este mai practic a se spune „capăt mare" la partea care conţine lagărul şi „capăt mic" la partea unde stă bolţul.

Solicitările la care este supusă biela sunt de mai multe feluri, şi anume: - compresie - de către forţele datorite exploziei în regiunea PMS şi de către forţele de inerţie ale pieselor cu mişcare alternativă, în poziţiile din zona PMI; - tracţiune - de către forţele de inerţie ale pieselor cu mişcare alternativă în zona PMS; - încovoiere - datorită forţelor de inerţie ale mişcării alternative oscilante a corpului bielei şi diferenţelor de aliniere în timpul solicitărilor; - flambaj (îndoire cînd compresiile sunt excesive). Avînd în vedere vitezele mari cu care se mişcă o bielă, cum şi schimbările bruşte ale sensului de mişcare, este necesar ca orice bielă de motor de automobil să fie cât mai uşoară. Capătul mic suferă aceleaşi variaţii de viteză ca şi pistonul. Caracteristicile principale ale unei biele sînt: - lungimea L;

- greutatea; - diametrul locaşului pentru lagăr; - diametrul ochiului pentru bucşa bolţului; - lăţimea locaşului de lagăr; - lăţimea ochiului pentru bucşa bolţului. Forma bielei variază atât ca dimensiuni, cât şi ca execuţie. Capătul mic poate avea diferite forme. În ce priveşte corpul, majoritatea motoarelor de automobil au biele cu secţiunea în dublu T. Rareori se întâlnesc biele tubulare cu secţiunea circulară sau ovală. Aproape totdeauna tija bielei este mai subţire sus lângă bolţ şi mai groasă jos. Bielele în dublu T sunt mai uşor de fabricat şi prin forma lor, transmit efortul la lagăr pe o bază mai largă. Majoritatea bielelor de automobil sunt „deschise" adică lagărul este compus din două jumătăţi separate, dintre care una face corp comun cu tija bielei, iar cealaltă demontabilă, este capacul bielei sau capacul de lagăr. La unele motoare (de ex: de motocicletă), care au lagăre cu rulmenţi, se folosesc biele „închise" sau inelare; lagărul nu este demontabil, fiind executat dintr-o singură bucată. Astfel de biele se pot scoate prin demontarea arborelui cotit. Capacul se fixează în majoritatea cazurilor prin două şuruburi de oţel special. Şuruburile respective pot fi demontabile sau executate dintr-o bucată cu biela prin forjare. Şuruburile demontabile sunt adeseori executate cu degajare şi cu filet rulat. Bielele care au şuruburi nedemontabile prezintă avantajul că sunt mai uşoare, în schimb ele nu mai pot fi folosite când un şurub s-a rupt, de exemplu prin strângere exagerată. Tot în scopul realizării unor biele cât mai uşoare, aceste şuruburi se plasează foarte aproape de suprafaţa lagărului. Uneori şuruburile sunt atât de aproape de maneton, încât cuzineţii de lagăr au câte o crestătură pentru trecerea lor. Foarte rar se găsesc biele la care capacul este strâns cu patru şuruburi. Acestea se folosesc în special la motoare mari, unde capacitatea unui cilindru depăşeşte 1 000 cm3. Capacul de bielă şi şuruburile respective sunt supuse la solicitări mari.

La turaţii înalte, forţele de inerţie în zona PMS, create de piston şi de bielă, sînt preluate de şuruburile şi de capacul bielei. In vederea acestor solicitări mari, majoritatea capacelor sunt înzestrate cu nervuri exterioare, pentru întărire. Cele mai multe capace au o singură nervură la mijloc, altele au două nervuri în părţile laterale. S-au constatat cazuri de încovoiere a capacelor de bielă din cauza nervurilor insuficiente la unele automobile, ale căror motoare au fost menţinute la turaţie înaltă. Fixarea capacului pe bielă într-o poziţie precisă şi fără joc este foarte importantă. Jocurile corecte la lagăr sunt de câteva sutimi de milimetru; deci este absolut necesar ca poziţia capacului să nu se poată schimba între două demontări. În acest scop, găurile capacului se fac cu o toleranţă strânsă faţă de şuruburile respective. La majoritatea bielelor, capacele nu se pot apropia sau depărta decât bătând uşor cu coada ciocanului. Mai rar, asigurarea poziţiei capacului se face prin praguri sau ştifturi între bielă şi capac. In scopul unei asamblări cât mai rigide, suprafeţele de strângere ale capacului trebuie să fie perfect plane, atât la bielă, cît şi la capac. La unele motoare de construcţie veche, se găsesc între aceste suprafeţe câteva mici distanţiere, de tablă de alamă, de 0,1 şi 0,2 mm, în vederea unor ajustări rapide ale lagărelor. La motoarele înzestrate cu lagăre de bielă demontabile, denumite cuzineţi, pe suprafeţele de strângere se află câte o mică scobitură, unde se fixează pragurile sau pintenii cuzineţilor, care îi împiedică să se deplaseze. In legătură cu modul de ungere, se deosebesc: 

capace cu linguriţă pentru barbotaj;



capace fără linguriţă;



biele cu conductă;



biele fără conductă. Sistemul de ungere al lagărelor de bielă prin barbotaj este astăzi aproape complet părăsit; de aceea, capacele cu linguriţe se întâlnese numai la unele motoare vechi. Bielele fără conductă şi cu capac fără linguriţă au o întrebuinţare tot mai mare, ungerea făcându-se sub presiune numai pentru lagăr, dar nu şi pentru bolţ.

Tot în legătură cu particularităţile de ungere se mai pot găsi la bielă o serie de orificii şi anume: deasupra bolţului şi deasupra lagărului. Orificiile de deasupra bolţului au rolul de a capta o parte din picăturile de ulei ce cad de pe fundul pistonului pentru ungerea bucşei şi a bolţului. Spre a putea prinde cît mai multe picături, aceste orificii au o formă conică. Orificiile de deasupra lagărului sunt de mai multe feluri: pentru ungerea cilindrului respectiv, pentru a contribui la ungerea bolţului şi pentru a unge cilindrul opus (la motoarele în V). Cilindrii se ung prin stropii de ulei care scapă pe lângă lagăre şi paliere. Aceşti stropi urmează traiectorii apropiate de forma spirală, având acelaşi sens de învârtire ca al arborelui cotit; rezultă că partea din dreapta a cilindrilor este stropită mai abundent decât partea din stânga (privind de la manivelă). In primele minute după o pornire la rece, din cauza viscozităţii uleiului rece, această ungere prin stropi de ulei este aproape inexistentă. Pentru a remedia acest dezavantaj, unele biele sunt prevăzute cu orificii E de circa 2 mm în partea de sus a lagărului, în apropierea zonei de legătură cu tija. La unele biele există un astfel de orificiu numai în partea stângă, spre a unge zona cilindrului care primeşte mai puţini stropi de ulei. La acestea, direcţia orificiului este înclinată mult faţă de corpul bielei. La altele se găsesc două orificii de fiecare parte a bazei tijei. Când ele sunt dirijate drept în sus, paralel cu corpul bielei, rolul lor este dublu: ungerea cilindrului şi a bolţului în primele minute, după o pornire la rece. La unele motoare în V, aceste orificii sunt îndreptate aproape perpendicular pe bielă, având rolul de a stropi, după pornire, cilindrul de alături.

1.1.2 Conditii tehnice impuse piesei finite prin desenul de executie Asigurarea unei rezistente inalte in oboseala si rigiditatea corespunzatoare determina conditii tehnice specifice pentru executie. In ceea ce priveste geometria bielei, se prevede ca axele alezajelor sa fie in acelasi pla si paralele; abaterile de la coplaneitate si paralelism se admit de maximum 0,03 ...

0,06mm/100mm din lungimea bielei; abaterile privind distanta intre axele alezajelor nu vor depasi 0,05 ... 0,1 mm. Se limiteaza ovalitatea si conicitatea alezajului din piciorul bielei la 0,005 ... 0,010 mm iar a acelui din capul bielei la 0,008 ... 0,012 mm. Bataia fetelor frontale maximum 0,1 mm. Abaterea de la perpedicularitatea axei gaurii pentru suruburi fata de suprafata de imbinare a capacului bielei cel mult 0,1/100 m; capacul bielei trebuie sa se aseze pe intreaga suprafata de imbinare, nu se admite joc. Referitor la rugozitatea suprafetelor prelucrate se indica valorile Ra=1,6 µm pentru suprafata alezajului piciorului inaintea presarii bucsei; Ra=0,8 µm dupa presarea si prelucrarea definitiva a bucsei; Ra=3,2 ... 1,6 µm pentru suprafata alezajului capului inainte de montarea cuzinetului; Ra=3,2 µm pentru suprafetele frontale ale capului si piciorului bielei. Pentru a asigura uniformitatea echilibrajului diferenta de masa a bielelor montate la un motor se recomanda sa nu depaseasca 1...2% si in general 7 ... 22 g. Pentru a evita socurile, la montajul cu bolt flotant se prescriu la piciorul bielei jocuri foarte stranse de ordinul 5 ... 10 µm. Acestea se pot obtine prin sortarea bielelor in grupe dimensionale dupa tolerantele de executie a alezajului piciorului bielei. La biela asamblata cu cuzinet in imbinarea cu fusul maneton, pentru asigurarea conditiilor de ungere hidrodinamica, trebuie respectat jocul in limitele Δc=( 0,00045...0,0015)dm unde dm este diametrul fusului maneton. De exemplu la motorul D 2156 HMN acest joc este de 0,06...0,13 mm. Pentru a reduce scaparile de ulei jocul axial in lungul manetonului se limiteaza la 0,15 ... 0,35 mm. La montarea capacului de biela o atentie deosebita trebuie sa se acorde strangerii suruburilor de biela, deoarece in cazul unor deceleratii este posibila o uzura inegala sau chiar ruperea suruburilor. Strangerea trebuie facuta cu cheia dinamometrica dupa prescriptiile uzinei cosntructoare. ( De exemplu, cuplul de strangere la motorul DACIA 1300 este de aprox. 45 Nm). Axa gaurilor Φ30, Φ35 si Φ80 trebuie sa fie in acelasi plan cu exactitate de 0.06:100; Ovalitatea si conicitatea alezajului Φ 35 mm cel mult 0,015; Ovalitatea si conicitatea alezajului Φ 30 mm cel mult 0,008; Ovalitatea si conicitatea alezajului Φ 80 mm cel mult 0,012; Abaterea de la perpedicularitatea axei gaurii pentru suruburi fata de suprafata de impreunare a capacului bielei cel mult 0,1:100;

Capacul bielei trebuie sa culce pe biela strans. Nu se admite joc; Strangerea buloanelor capacului bielei se va face cu un moment egal cu 16...18 kgf; Diferenta de greutate pentru un complet de biele pe un motor se admite max. 30g. Greutatea ceruta se obtine prin indepartarea materialului la inceput in locurile „A” pe urma, dupa necesitate, in locul „B”, nedepasind limitele indicate. Gaurile pentru ungerea axului pistonului dupa prelucrare se vor curati de span; Muchiile ascutite se vor tesi.

1.2 Alegerea justificata a materialului pentru executia piesei Bielele se execută din oţel forjat şi duraluminiu. Cel mai adecvat material pentru bielele de motoare de automobile şi tractoare este oţelul de îmbunătăţire, cu conţinut mediu de carbon (0,35 - 0,45%). Se utilizează în acest scop oţelul carbon de calitate, mărcile OLC 45 X, OLC 50 X, STAS 880-79, sau oţelurile aliate (crom, mangan, molibden, nichel, vanadiu), mărcile 40 C10, 41 MoCll, 41 VMoC17, STAS 791-79. Şuruburile de bielă se confecţionează din aceleaşi oţeluri aliate de îmbunătăţire. Cu aplicabilitate limitată se încearcă utilizarea fontei maleabile cu structură perlitică şi tratată termic. În cazuri deosebite pentru motoare de mare turaţie bielele se execută din aliaje speciale de aluminiu care sunt mai uşoare însă mult mai scumpe faţă de cele din oţel. Materialul ales, pe baza indicatiilor este OLC – 45S. Semifabricate Semifabricatele pentru bielă se pot executa în două variante: în prima variantă corpul bielei şi capacul se execută independent constituind două piese separate; în a doua variantă corpul şi capacul bielei fac corp comun, orificiul capului bielei are o formă eliptică, urmând ca în cursul procesului tehnologic de prelucrare mecanică, să aibă loc separarea capacului. La fabricaţia în serie mare s-au dezvoltat linii de forjare cu flux continuu în cadrul cărora operaţiile de încărcare-descărcare, transportul prin instalaţia de încălzire, deplasarea materialului între utilajele de forjare şi presare se execută automat.

După forjare procesul tehnologic continuă cu operaţii de tratament termic, normalizare urmată de călire şi revenire, după care se execută operaţiile de curăţire şi ecruisare cu alice. După matriţare, corpul bielei nu mai suferă nici o prelucrare în afară de cea necesară indepărtării bavurilor şi şlefuirii racordurilor. Suruburile de biela se confecţioneaza din aceleasi oţeluri aliate de imbunătăţire. Bucşele din piciorul bielei se confecţionează din bronz cu aluminiu, bronz cu plumb sau bronz fosforos care au o buna rezistenţă la uzura şi la oboseală. Bielele de duraluminiu folosite numai rareori până în prezent în fabricaţia normală, prezintă următoarele avantaje: -

sunt cu circa 20% mai uşoare;

-

asigură o răcire mai bună pentru lagăr şi bolţ la turaţii înalte. În schimb jocul lagărului creşte mult la cald. Bielele turnate din bronz special se folosesc numai la unele motoare mici în doi timpi (pentru bărcile cu motor). Greutatea unei biele depinde de alezajul, de cursa, de turaţia şi de presiunile maxime pe care le supoertă pistonul respectiv. La motoarele de automobile, greutatea bielei creşte proporţional cu alezajul la puterea 2,4. Temperatura de regim la care lucrează biela este în funcţie de turaţia şi de încărcătura motorului. La regimuri joase, căldura se transmite de la bolţ spre lagăr. Când motorul este menţinut la turaţia înaltă, căldura generată de lagăr devine preponderentă. Răcirea principală a bielei este aceea care se face prin circuitul uleiului de ungere şi prin radiaţie. Temperatura uleiului de ungere poate depăşi 140C, când motorul este menţinut mult timp la turaţia corespunzătoare puterii maxime. În astfel de cazuri, temperatura de regim a bielei va fi de circa 150C.

1.3 Calculul ritmului si productivitatii liniei tehnologice. Stabilirea preeliminara a tipului (sistemului) de productie

Calculul fondului annual real de timp (Fr) Fr= [Zc-(Zd+Zs)]*ns*ts*kp =[365-(104+6)]*3*8*0.96 = 5875.2 ore/an Zc – numarul zilelor calendaristice dintr-un an; Zd – numarul zilelor libere de la sfarsitul saptamanii dintr-un an; Zs – numarul zilelor sarbatorilor legale; ns – numarul de schimburi, dat prin tema; ( din tema ns=3 schimburi/zi) ts – durata unui schimb; kp – coeficinet care tine seama de pierderile de timp de lucru datorita reparatiilor executate in timpul normal de lucru al schimbului respective. Pentru 3 schimburi se recomanda kp=0.96;

Calculul planului productiei de piese Npp = Np*n+Nr+Nrc+Nri = 110000*4+0+300000+3000 = 743000 biele/an Np – planul de productie pentru produsul (ansamblul )respective, dat prin tema ( in cazul de fata Np=110000 autovehicule/an); n – numarul de piese de acelasi tip de produs ( in cazul de fata n=4 biele de autovehicul); Nr – numarul de piese de rezerva, livrate odata cu produsul. In majoritatea cazurilor, Nr=0; Nrc – numarul de piese de rezerva livrate la cerere (pentru reparatii). Se adopta in functie de durabilitatea piesei intre 0 si 200…300 % din (Np*n). Se adopta pentru proiectul present Nrc=100% *(Np*n)=300000 biele; Nri – numarul de piese rebutate la prelucrare din cauze inevitabile. Se adopta in functie de dificultatea proceselor tehnologice presupuse a fi utilizate intre 0,1 … 1 % din (N p*n+Nr+Nrc). In acest caz Nri=0.5%* (Np*n+Nr+Nrc)=3000 biele.

Calculul ritmului si productivitatii liniei tehnologice

Ritmul liniei tehnologice Rλ, are implicatii majore asupra asigurarii sincronizarii operatiilor (pentru liniile cu flux continuu), prin divizarea procesului tehnologic in operatii si faze, alegerea utilajelor, SDV-urilor si a structurii fortei de munca. Rλ = Fr*60/Npp = 5875.2*60/743000 = 0.47 min/piesa Productivitatea liniei tehnologice reprezinta inversul ritmului liniei: Qλ = Npp/ Fr= 60/Rλ = 127.7 piese/ora

Stabilirea preliminara a tipului (sistemului) de productie

Tipul de productie reprezinta ansamblul de factori productive dependent, conditionati in principal de: stabilitatea in timp a productiei, complexitatea constructive si tehnologica a acesteia si de volumul productiei. Tipul de productie influenteaza: caracterul si amploarea pregatirii tehnice a productiei, nivelul de specializare si structura de productie, formele de organizare si de programare a productiei, economicitatea fabricatiei. Intrucat in aceasta etapa nu se cunosc timpii normati, acestia pot fi adoptati preliminar, prin analiza unui process tehnologic similar existent sau la stabilirea timpului de productie, se va utilize un criteriu orientativ (mai putin precis), bazat numai pe ritmul mediu al liniei tehnologice, Rλ, astfel: Rλ < 1min/buc – se adopta productie de masa. In cazul frecvent intalnit in constructia pieselor auto, al productiei de serie se pune si problema determinarii marimii optime a lotului de piese fabricate (N lot). Se poate utiliza relatia orientativa: Nlot = Npp* Zr/ Zl = 743000*5/255 = 14568.6 piese/lot Zr – numarul de zile pentru care trebuie sa existe rezerva de piese (Z r =5 zile pentru piese marunte); Zl – numarul anual de zile lucratoare (Zl= Zc- (Zd+ Zs)=255 zile/an ).

Bibliografie - Capitolul 1 1. Iozsa, D. si Bejan, N. – Fabricarea si repararea industriala a autovehiculelor. Indrumar de proiect. Litografia UPB, 1995; 2. Gaiginschi, R. si Zatreanu, Ghe. – Motoare cu ardere interna. Constructie si calcul. Ed. Gh. Asachi, Iasi, 1995; 3. Marincas, D. si Abaitancei, D. – Fabricarea si repararea autovehiculelor rutiere, Ed. Didactica si Pedagogica, Bucuresti, 1982

Capitolul 2 Alegerea variantei optime a metodei si procedeului de obtinere a semifabricatului 2.1 Analiza comparativa a metodelor si procedeelor concurente si adoptarea variantei optime După ce s-a studiat desenul piesei, pentru care trebuie să proiecteze procesul tehnologic de prelucrare, precum şi rolul acesteia în componenţa produsului din care face parte şi numărul de bucăţi care trebuie executat în unitatea de timp, se, trece la alegerea celui mai economic semifabricat. Este necesar să se prevadă mai multe variante, urmând ca apoi (după cea proiectat şi variantele proceslui tehnologic de prelucrare a piesei), pe baza unui calcul economic să rezulte varianta cea mai economică. Un semifabricat se poate realiza în general prin mai multe metode şi procedee diferite ca volum de muncă şi cost de fabricaţie. Întrucât costul semifabricatului intră în costul piesei finite, se impune o analiză atentă şi o alegere raţională a metodei şi a procedeului de elaborare. Factorii care determină alegerea metodei şi procedeului de elaborare a semifabricatului sunt: materialul impus piesei, dimensiunile piesei, forma constructivă, caracterul producţiei, precizia necesară, volumul de muncă necesar, costul prelucrărilor mecanice, utilajul existent sau posibil de procurat. Având în vedere caracterul producţiei ( productie de masa ), forma şi dimensiunile piesei, precum şi materialul din care este confecţionată biela se va alege un semifabricat matriţat. Sunt cateva procedee prin care se poate obtine semifabricatul prin matritare:  Matritarea pe masini cu valturi-asigura o productivitate mare si este indicata la productia de serie mare si de masa a pieselor de dimensiuni mici si mijlocii de diferite configuratii.Particularitatea acestui procedeu este faptul ca se realizeaza o angrenare intre matrita si semifabricat,ceea ce conduce la faptul ca va trebui sa se conceapa o matrita astfel incat la extragerea semifabricatului sa nu il deterioreze.Pentru aceasta metoda se alege varianta in care capul bielei se va fabrica separat.Figura 2.1(dupa [1])



Matritare la ciocan-se bazeaza pe principiul metalelor deformate plastic la ciocan,in general prin presare sub actiunea unor forte exterioare pana la umplerea completa a locasurilor matritei.Semifabricatul brut debitat la dimensiunile necesare si incalzit la temperatura optima este asezat in locas si lovit de catre organele in miscare a ciocanului.Procedeul se adreseaza productiei de masa.Acest procedeu permite conceperea semifabricatului bielei cu tot cu capacul acesteia.Separarea facandu-se ulterior.Figura 2.2(dupa [2]) In urma analizei celor doua metode,s-a decis sa se utilizeze metoda matritarii la ciocan,intrucat a fost

considerata mai eficiente intrucat nu necesita un alt dispozitiv unelta special pentru realizarea capacului bielei. Se poate menţiona că pentru producţiile de serie mare şi de masă se pot face investigaţii care să permită realizarea de semifabricate cu adaosuri de prelucrare cât mai mici (semifabricate de precizie ridicată).

2.2 Stabilirea pozitiei semifabricatului

in forma sau matrita si a

planului de separatie Intrucat s-a adoptat utilizarea metodei prin matritare cu ciocan,planul de separatie se va alege astfel incat semifabricatul sa poata sa iasa cat mai usor din locasul matritei,si umplerea locasului matritei sa aiba loc prin refulare.Pentru aceasta se adopta ca regula generala ca planul de separatie sa treaca prin sectiunea piesei cu dimensiunile de gabarit cele mai mari.O alta regula pentru alegerea planului de separatie este aceea ca pierderile de material din cauza inclinatiei de matritare sa fie minime.Pentru aceasta suprafata de separatie se prevede la mijlocul inaltimei piesei in pozitie de asezare in matrita.In figura 2.3 este prezentat modul alegere a locasurilor de intindere al matritelor.

Figura 2.3. Pozitia semifabricatului in matrita

2.3 Stabilirea preliminara a adaosurilor de prelucrare si executarea desenului semifabricatului Mărimea adaosului de prelucrare se stabileşte în condiţii concrete de fabricaţie astfel încât să se asigure produsului o calitate superioară la un preţ de cost minim. În ceea ce priveşte adaosul de prelucrare se deosebesc următoarele noţiuni: -adaos de prelucrare total ce reprezintă stratul total de metal necesar pentru efectuarea tuturor operaţiilor de prelucrare mecanică a suprafeţei considerate de la semifabricat la piesa finită; -adaosul de prelucrare intermediar reprezintă stratul de material ce se îndepartează la faza sau operaţia respectivă; -adaosurile simetrice sunt cele prevăzute la prelucrarea suprafeţelor exterioare şi interioare; -adaosurile asimetrice sunt cele care au valori diferite pentru suprafeţele opuse ce se prelucrează în faze diferite sau adaosuri prevăzute numai pentru una din suprafeţele opuse, cealaltă ramânând neprelucrată. În cadrul producţiei de masa adaosurile de prelucrare se determină prin calcul analitic, acesta bazând-se pe analiza factorilor ce influenţează mărimea adaosurilor, determinarea elementelor componente şi însumarea lor. Astfel se asigură obţinerea unor dimensiuni intermediare optime la toate operaţiile precum şi la un număr minim de operaţii şi faze de prelucrare. Semifabricatele prezintă o serie de abateri dimensionale şi de formă, abateri de la poziţia reciprocă a suprafeţelor, defecte de suprafaţă şi neregularităţi. Reducerea abaterilor în limite admisibile sau înlăturarea lor se face progresiv, ceea ce determină executarea prelucrării în operaţii şi faze. La fiecare fază piesa trebuie prelucrată cu un adaos cel puţin egal cu marimea abaterilor ce trebuie înlăturate. Adasoul de prelucrare maxim A,cerut de a fi pus pe suprafata unei piese ce nesita operatii de prelucrare prin aschiere si rectifacare se poate stabili cu urm relatie: A= A1+A2+A3 Unde A1 este adaosul corespunzator unei prelucrari prin degrosare,A2 adaos suplimentar unei prelucrari de finisare prin aschiere si A3 adaos suplimentar unei prelucrari de finisare prin rectificare. Pentru calcularea A1 se folosesc diferite relatii stabilite experimental:A1=0.4+0.015Hp+0.0015Lp,(dupa [2]) Unde Hp inaltimea maxime a piesei matritate si Lp lungimea piesei matritate. Conform desenului de executie Hp=50 mm si L=328.5mm.

Astfel A1=1,64mm.Se va alege adaos de 2mm. Adaosul de prelucrare A2 se prevede atunci cand dupa degrosare urmeaza operatie de finisare. A2=δ1+a2,unde δ1=0.1...0.2 mm-abaterea negativa(la gauri pozitiva) la prelucrarea prin degrosare,a2=0.2...0.3 mm-adaos minim necesar pentru prelucrarea de finisare. Adaosul de prelucrare A3 se stabileste cand dupa finisarea prin aschiere se prevede o prelucrare de finisare prin rectificare. A3= δ2+a3,unde δ2=0.05,a3=0.2...0.3mm Asadar A va avea valoarea de 2.55mm. Intrucat productia este de masa se alege clasa de precizie I. Conform STAS 7670-66 se indica valoarea de 1.5mm adaos conform unei prelucrari prin aschiere de degrosare.Tabel 1. Pentru suprafetele cilindrice ale bielei:adaosul de prelucreare pentru S1(fiind suprafata interioara a piciorului bielei) va fi de 1.5mm.Se va mai adauga 0.5mm,pentru ca ; Ra=1.6 µm.Astfel adaosul va fi de 2mm.Pentru S2,fiind suprafata interioara a capului bielei,adaosul este de 1.75 mm.

Figura 2.4. Desenul de executie al semifabricatului

2.4

Intocmirea planului

de operatii

pentru executarea

semifabricatului

Semifabricatele se obtin exclusiv prin forjare in matrita in mai multe etape pentru a se putea realiza ( prin poansonare), cele doua alezaje ale bielei. Acest procedeu permite sa se creeze fibre continue de material deci o repartizare mai judicioasa a eforturilor in sectiunea bielei. Corpul si capaul bielei sunt matritate ca piesa unica avand insa alezajul din cap de forma eliptica, axa mare a elipsei fiind perpediculara pe suprafata de separatie a capacului de corp si lungimea ei fiind egala cu diametrul alezajului din capul bielei finite plus adaosul de prelucrare egal cu grosimea frezei disc care va taia capacul de corp. Dupa matritare, semifabricatul este supus unui tratament termic care este o imbunatatire (calire plus revenire) pentru oteluri, apoi urmeaza curatirea bielelor de otel prin decapare sau sablare pentru indepartarea stratului de oxid format la incalzirea materialului. Ultima operatie pe semifabricat este indepartarea lui la rece cu ajutorul unei matrite inchise la presa cu excentric. In industria moderna, petrnu motoarele de serie, matritarea semifabricatului bielei se face pe linii automate de forjare in flux continuu. Nr. crt.

Operația de semifabricare

Fazele operației

Mașini, utilaje, instalații, SDV-uri

Materiale auxiliare

Prindere semifabricat

1

2

Debitare semifabricat

Control defectoscopic nedistructiv

Debitare semifabricat cu flacara oxiacetilenica

Control prin ultrasunete

Parametrii Tehnologici -

Utilaj de taiere cu flacara oxiacetilenica, menghina, rigla

Aparat de control cu ultrasunete

-

-

Tabelul 2.1. Planul de operatii pentru obtinerea semifabricatului

-

Nr. crt.

Operația de semifabricare

Fazele operației

Mașini, utilaje, instalații, SDV-uri

Materiale auxiliare

Incalzire la temperatura

3

Tratament termic initial

Mentinere la temperatura

Incalzire 20 min Cuptor cu gaz

termocuplu

Racire lenta

4

Pregatirea in vederea forjarii

5

Incalzire la temperature de inceput de matritare

6

Preforjare in matrita

7

Reincalzire la temperature de matritare

8

Forjare in matrita

9

Debavurare

10

Curatire

Curatire cu flacara oxiacetilenica

12

Tratament termic final

Control final

850°C Racire 30 min -

Utilaj de taiere cu flacara oxiacetilenica

Lichid degresant

Cuptor cu gaz

termocuplu

Matrite, aparat de matritat pe ciocane

-

Cuptor cu gaz

termocuplu

Forjare in matrita

Matrite, aparat de matritat pe ciocane

-

-

Debavurare

Matrita, Poanson

-

-

Curatire cu alice din fonta

Aparat de curatire cu alice din fonta

Alice din fonta

Decapare, degresare Incalzire

Forjare in matrita

Incalzire

5 min

Recoacere de imbunatatire

11

Parametrii Tehnologici

Mentinere la temperatura

1200°C 2°C/min

1200°C 2°C/min

Pana la curatire Incalzire 20 min

Cuptor cu gaz

termocuplu

850°C

Racire lenta

Racire 30 min

Control vizual

-

Masurare Control prin ultrasunete

Micrometru, aparat de control cu ultrasunete

-

-

Tabelul 2.1. Planul de operatii pentru obtinerea semifabricatului (continuare)

Bibliografie - Capitolul 2 [1] I. Dragan,Tehnologia Deformarilor Plastice,Editura Didactica si Pedagocica,Bucuresti-1976 [2] V.Chirita Matritarea la cald a metalelor si aliajelor,Editura Tehnica,Bucuresti 1979 [3] G. Amza, Tratat de tehnologia materialelor,Editura Academiei Romane, Bucuresti 2002 [4] G. Amza, Indrumar de proiect la tehnologia materialelor, Editura Academiei Romane, Bucuresti 2001

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

3.1 Analiza proceselor tehnologice similar existente Intocmirea planului de operatii Nr. operaţie

Denumirea operaţiei

2

Rectificarea simultană a supraleţelor plane a capului şi piciorului bielei pe o lată, întoarcerea piesei şi rectificarea feţelor opuse in mai multe treceri. Demagnetizare

3

Prelucrarea alezajului din piciorul bielei prin burghiere-alezare.

1

4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

Retezarea capacului de bielă de corpul acesteia Rectificarea simultană a suprafeţei de îmbinare (corp şi capac). Prima strunjire a alezajului din capul bielei la o prindere pereche a corpului şi capacului. Executarea găurilor pentru şuruburi in capacul şi corpul bielei. Filetarea găurilor pentru şuruburi din corpul bielei. Controlul intermediar Asamblarea bielei cu capacul. Strunjirea simultană a alezajelor din capul şi piciorul bielei cu respectarea antraxului. Presarea bucşei în alezajul piciorului bielei Strunjirea de finisare a alezajelor din capul şi piciorul bielei cu controlul efectiv al dimensiunilor. Control intermediar Demontarea capacului bielei. Frezarea locaşului pentru pintenul cuzinetului simultan la corp şi capac. Asamblarea bielei cu capacul. Cîntărire şi marcarea masei suplimentare. Frezarea adaosului de material de la capul şi piciorul bielei. Cintărirea şi sortarea pe grupe masice, marcare. Control final Conservare

Maşina-unealtă Maşină de rectificat plan cu platou magnetic Dispozitiv de demagnetizare cu bandă Agregat de găurit Agregat de retezat cu disc Maşină de rectificat plan Strung paralel Maşină de găurit cu cap multiaxe Maşină de filetat Aparatură de control Banc de montaj Maşină specială de strunjit Banc de montaj Maşină specială de strunjit Aparatură de control Banc de montaj Maşină de frezat universală Banc de montaj Cîntar Maşină de frezat Cîntărire, banc, de lucru Aparatură de control Baie de conservare

Caracteristic la prelucrarea bielei este înalta precizie de execuţie a alezajelor din capul şi piciorul bielei şi a feţelor frontale perpendiculare a acestora. Biela şi capacul bielei nu sînt interschimbabile, deoarece ele sînt supuse unor prelucrări definitive în stare asamblată, la fel ca şi bucşele de bielă, care se prelucrează definitiv după presare, pentru asigurarea preciziei înalte a dimensiunilor şi a poziţiilor reciproce.

Fig. 3.1 – Frezarea simultana a suprafetelor frontale ale bielei

La prelucrarea bielei se disting în general următoarele etape : alegerea şi prelucrarea bazelor de aşezare, respectiv a suprafeţelor

frontale plane; -

prelucrarea alezajelor din capul şi piciorul bielei;

-

prelucrarea suprafeţelor plane de separaţie ale capului şi capacului bielei;

-

prelucrarea găurilor pentru şuruburile de bielă;

-

prelucrarea definitivă a alezajelor;

-

ajustarea şi sortarea bielelor pe grupe masice;

-

operaţii de control. Alegerea şi prelucrarea bazelor de aşezare Pentru realizarea unor suprafeţe plane de reazem, de calitate, procesul tehnologic începe cu prelucrarea feţelor frontale ale capului şi piciorului bielei. Se recomandă ca la prinderea piesei, să se respecte poziţia de matriţare a bielei pentru a avea o repartizare

uniformă a adaosurilor de prelucrare. O asemenea metodă de aşezare asigură obţinerea unor feţe frontale prelucrate, ale capului şi piciorului la distanţele date de planul de simetrie al semifabricatului. Prelucrarea feţelor frontale se execută prin frezare, broşare sau rectificare plană. In cazul frezării se pot prelucra separat suprafeţele capului şi piciorului. bielei sau la o singură aşezare se prelucrează toate cele patru feţe frontale, utilizîndu-se în acest scop, maşini speciale de frezat multiaxe. Broşarea feţelor frontale poate fi aplicată atît la bielele cu lungimea capului şi piciorului diferită cît şi la bielele cu lungimea acestor elemente, egală. În primul caz, prelucrarea se efectuează în mod succesiv prin broşarea ambelor feţe frontale ale capului şi ambelor feţe frontale ale piciorului bielei, pe maşini verticale de broşat. În cazul al doilea se efectuează simultan prelucrarea feţelor frontale de pe o parte pe agregate orizontale de broşat.

Rectificarea se aplică bielelor simetrice care au lungimea capului egală cu lungimea piciorului şi ale căror feţe frontale se află în acelaşi plan. Se rectifică simultan feţele frontale de pe o parte, urmează întoarcerea şi execuţia aceloraşi operaţii pe partea opusă. Se utilizează maşini de rectificat plan cu platou magnetic

Fig. 2.2 – Brosarea suprafetelor frontale ale capului si piciorului bielei. Rectificarea suprafetelor frontale

Broşa

Fig. 3.3 – Prelucrarea alezajului din piciorul bielei. Prelucrarea suprafetelor plane de separatie ale capului bielei.

Prelucrarea prealabilă a alezajelor din capul şi piciorul biele în cazul prelucrării bielelor forjate separat alezajul din piciorul bielei se execută prin burghiere, orientînd piesa după conturul piciorului, cu strîngere pe faţa frontală. Operaţia de burghiere este urmată de alezare din aceeaşi prindere, pe maşini de găurit cu mai multe axe. La bielele forjate cu capac aşezîndu-le pe feţele frontale prelucrate, se execută burghierea alezajului din piciorul bielei pe maşini de găurit cu capete multiaxe şi strunjirea alezajului din capul bielei pe strunguri paralele, apoi se face secţionarea capului. Prelucrarea suprafeţelor plane de separaţie ale capului bielei Cînd biela şi capacul sînt semifabricate distincte, suprafeţele plane de separaţie se prelucrează în mod obişnuit prin broşare pe maşini verticale de broşat şi mai rar se frezează pe maşini orizontale de frezat. La prelucrarea bielelor forjate cu capacul făcînd corp comun se face mai întîi secţionarea capului bielei şi apoi broşarea sau rectificarea suprafeţelor de separaţie pe maşini

verticale de broşat, respectiv, pe maşini de rectificat plan. În ambele cazuri, de obicei, în dispozitiv se prind piesele perechi.

Fig. 2.4 – Prelucrarea gaurilor pentru suruburile de biela. Prelucrarea de finisare a alezajelor din capul si piciorul bielei

Prelucrarea găurilor pentru şuruburile de bielă Prelucrarea găurilor pentru şuruburi, atît în corpul bielei, cît şi în capac, se execută concomitent prin operaţii de burghiere, lărgire, teşire, alezare, filetare (cînd este cazul) pe maşini de găurit cu capete multiaxe şi masă rotativă sau agregat de găurit. Piesa se orientează după alezajele din piciorul şi capul bielei cu apăsare pe suprafaţa frontală a capacului şi corpului. Soluţia de prelucrare a găurilor de şuruburi separat la cele două piese este folosită foarte rar şi numai cu condiţia ca ultimele operaţii de alezare să se execute împreună pentru a asigura o centrare exactă a capacului şi corpului bielei cu ajutorul şuruburilor. Prelucrarea de semifinisare a alezajelor din capul şi piciorul biele. Semifinisarea alezajelor se execută după asamblarea corpului cu capacul bielei cu ajutorul şuruburilor. Prelucrarea constă, de obicei, din operaţii de strunjire interioară din mai multe treceri şi mai rar din operaţii de adîncire şi alezare. Pentru asigurarea paralelismului axelor şi distanţei dintre cele două alezaje semifinisarea se realizează concomitent pentru capul şi piciorul bielei pe, agregate speciale cu

două axe, piesele fiind mai întîi centrale pe cele două găuri şi apoi strînse pe feţele frontale laterale. La bielele prevăzute cu bucşe se prelucrează prin strunjire de finisare alezajul din piciorul bielei după care se presează bucşa. Apoi se execută prelucrarea de finisare a celor două alezaje concomitent din mai multe treceri, folosind aceleaşi baze de aşezare şi prindere ca în cazul semifinisării, asigu-rîndu-se în acest mod condiţii pentru respectarea paralelismului axelor alezajelor, preciziei distanţei între axe, perpendicularităţii axelor alezajelor pe feţele laterale etc. În unele procese tehnologice prelucrarea de finisare a alezajului din capul bielei se execută prin honuire, procedeu care evident măreşte costurile de producţie.

Ajustarea şi sortarea bielelor pe grupe masice

Operaţia de ajustare a masei bielelor se execută prin frezare pe maşini de frezat orizontale şi constă din îndepărtarea de pe suprafeţele celor două capete a cantităţilor de metal suplimentare, în scopul obţinerii masei prescrise. înainte de frezare piesele se cintărasc pe cîntare speciale, atît piciorul bielei, cît şi capul bielei, independent, eu marcarea adaosului în grame. În cadrul tuturor etapelor de prelucrare un rol însemnat îl au operaţiile de control tehnic de calitate intermediar şi final, în cadrul procesului, fiind precizate puncte de control dotate cu dispozitive şi aparate speciale de verificare. Procesul tehnologic similar existent este prezentat prin aspectele sale principale in tabelul 3.1.

Nr. operaţie

Denumirea operaţiei

Maşina-unealtă

1

Rectificarea simultană a supraleţelor plane a capului şi piciorului bielei pe o lată, întoarcerea piesei şi rectificarea feţelor opuse in mai multe treceri.

Maşină de rectificat plan cu platou magnetic

2

Demagnetizare

Dispozitiv de demagnetizare cu bandă

3

Prelucrarea alezajului din piciorul bielei prin burghiere-alezare.

Agregat de găurit

4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

Retezarea capacului de bielă de corpul acesteia Agregat de retezat cu disc Rectificarea simultană a suprafeţei Maşină de rectificat plan de îmbinare (corp şi capac). Prima strunjire a alezajului din capul bielei la o Strung paralel prindere pereche a corpului şi capacului. Executarea găurilor pentru şuruburi in capacul şi Maşină de găurit cu corpul bielei. cap multiaxe Filetarea găurilor pentru şuruburi din Maşină de filetat corpul bielei. Controlul intermediar Aparatură de control Asamblarea bielei cu capacul. Banc de montaj Strunjirea simultană a alezajelor din capul Maşină specială şi piciorul bielei cu respectarea antraxului. de strunjit Presarea bucşei în alezajul piciorului bielei Banc de montaj Strunjirea de finisare a alezajelor din capul şi piciorul Maşină specială bielei cu controlul efectiv al dimensiunilor. de strunjit Control intermediar Aparatură de control Demontarea capacului bielei. Banc de montaj Frezarea locaşului pentru Maşină de pintenul cuzinetului simultan la corp şi capac. frezat universală Asamblarea bielei cu capacul. Banc de montaj Cîntărire şi marcarea masei suplimentare. Cîntar Frezarea adaosului de material de la capul şi piciorul Maşină de frezat bielei. Cintărirea şi sortarea pe grupe masice, marcare. Cîntărire, banc, de lucru Control final Aparatură de control Conservare Baie de conservare Tabelul 3.1. – Succesiunea principalelor operatii la prelucrarea mecanica a bielei

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

Suprafetele ce trebuie prelucrate mecanic sunt prezentate in figura urmatoare iar procedeele alese sunt prezentate in tabelul urmator Figura

Nr. Supra -feței

3.1.

Suprafetele prelucrate

Condiții tehnice impuse Tipul suprafeței

Dimensiunea și precizia

Abateri de formă și poziție

Rugozitate

Procedee posibile de aplicat

Analiza comparativă a procedeelor - satisfacerea cerințelor Tehnice

Economice

De productivi -tate

Concluzii (procedeu adoptat)

S1

S2

Plana

3,2

Cilindrica interioara

3,2

S3

Suprafata de separatie

S4

Cilindrica exterioar a

Φ82

S5

Filetata

M10

S6

Plana

S7

S8

S9

Nr. Supra -feței

45°

fara joc

-

-

3,2

Plană

3,2

Cilindrică interioară

-

Cilindrica interioara

Tipul suprafeței

-

1,6

Condiții tehnice impuse

Frezare de finisare Rectificare de finisare Frezare de finisare Rectificare de degrosare

2

3

3

3

2

2

3

2

3

1

3

3

Spargere Frezare de degrosare Rectificare de degrosare Cu tarodul Frezare de finisare Rectificare de finisare Frezare de finisare Rectificare de finisare Alezare de finisare Frezare de finisare Rectificare de degrosare Alezare de finisare Frezare foarte fina Rectificare de degrosare

Procedee posibile de aplicat

*

*

* 2

3

3

3

2

2

*

* 2

3

3

3

2

2

2

3

3

3

2

2

1

3

3

3

2

2

2

3

3

1

3

3

3

2

2

2

3

3

Analiza comparativă a procedeelor - satisfacerea cerințelor

*

*

*

*

Concluzii (procedeu

adoptat) Dimensiu -nea și precizia

S10 S11

Aba-teri de formă și poziție

Rugozita -te

Plană

3,2

Adancitura

2

-

-

S12

Cilindrică interioară

∅4

-

-

S13

Semisferic a

R10

-

-

S14

S15

S16

Tesitura

1x45°

Teșitură

Adancitura

-

1x45°

1

-

-

-

3,2

-

Frezare de finisare Rectificare de finisare Amprentare Burghiere Alezare de degroșare Frezare de degrosare Frezare de degrosare Rectificare de degrosare Frezare de finisare Alezare de degroșare Fresare de degrosare

Tehni ce

Economice

De productivita -te

2

3

3

3

2

2

2

3

3

3

2

2

*

* *

* 2

3

3

3

2

2

3

1

2

2

3

3

-

-

-

*

*

*

Tab. 3.2 Suprafetele de prelucrat

3.3. Stabilirea succesiunii logice a operatiilor de prelucrare mecanica, tratament termic (termochimic) si control 3.3.1. Stabilirea succesiunii logice, economice, a operatiilor de prelucrare mecanica pentru fiecare suprafata Pentru stabilirea succesiunii operatiilor ce preced procedeul de prelucrare final, pentru fiecare suprafata, se utilizeaza un algoritm bazat pe criteriul realizarii coeficientilor globali de precizie

(  g ) si T

de rugozitate (  g ): R

 gT = Ts,d / Tf,d unde

Ts,d este toleranta la dimensiunea d a semifabricatului;

(3.1)

Tf,d este toleranta finala a piesei la aceeasi dimensiune;

 gR = Rs,d / Rf,d

(3.2)

Unde Rs,d si Rf,d sunt rugozitatile suprafetelor cu dimensiunea d, la semifabricat, respectiv la piesa finita. Algoritmul presupune ca, pornind de la ultimul procedeu aplicat (in ordine inversa) sa se prevada procedee de prelucrare din ce in ce mai putin precise, pentru care (cunoscand precizia si rugozitatea realizabile), sa se calculeze coeficientii de precizie si rogizitate partiali:

 iT = Ti-1,d / Ti,d

(3.3)

Unde indicii i-1 si i se refera la operatia precedenta (ulterioara, ca ordine a stabilirii), respectiv la cea curenta. Similar, se defineste

 iR .

Se considera o succesiune a operatiilor ca fiind completa in momentul in care aceasta poate realiza trecerea de la conditiile semifabricatului pana la cele ale piesei finite, deci:

in1  iT   gT

(3.4)

in1  iR   gR In

aceasi

timp

pentru

   1,05   n i 1

T i

evitarea

“excesului

de

precizie”,

se

T g

urmareste

ca

:

(3.5)

in1  iR  1,05   gR Se aplica metoda coeficientilor globali de rugozitate pentru suprafata S1. Rugozitatea la sfarsitul operatiei de matritare este de 12,5 μm. Mai intai se allege o frezare de degrosare. Rugozitatea la sfarsitul acestei operatii va fi 6,3 μm. Coeficientul de rugozitate partial va avea valoarea:

 1R = 12,5 / 6,3=1,988 Urmeaza frezarea de finisare. Rugozitatea la sfarsitul acestei operatii va fi 3,2 μm. Coeficientul de rugozitate partial va fi:

 2R = 6,3 / 3,2=1,968

Produsul coeficientilor partiali va fi:

 in1  iR  1,988*1,968=3,91. Coeficientul global de rugozitate este:

 gR =12,5/3,2=3,90. Produsul coeficientilor globali este cuprins intre limitele recomandate: 3,90 Vi (deci mi calculat