TEHNOLOGIA DE EXECUTIE A REPERULUI ARBORE

STUDIUL MATERIALULUI

Rolul functional si solicitarile principale ale piesei

Arborii sunt organe de masini simple aflate in miscare de rotatie, solidarizate cu piesele montate pe acestea (roti, volanti) si care se sprijina prin intermediul lagarelor pe structuri relativ fixe (sasiuri, batiuri, carcase).

Aceasta piesa este solicitata la torsiune si incovoiere. Pentru solicitari medii sunt recomandate otelurile de calitate OLC 35, OLC 45, OLC50 imbunatatite, avand avantajul tehnologicitatii superioare; in plus, prin tratamente termice de calire si revenire joasa se poate obtine o rezistenta ridicata la rupere (de peste 800 MPa).

T    pentru arbori cu importanta redusa se pot folosi otelurii de uz general OL 50, OL 60, rezultand arbori fara tratament termic;

T    pentru arbori de importanta crescuta se folosesc oteluri de imbunatatire.

T    daca arborele are tronsoane expuse la uzura se folosesc oteluri de imbunatatire cu continut redus de C, OLC15, OLC35, pentru a se putea aplica un tratament termic de durificare superioara

T    pentru arbori fara zone expuse la uzura se folosesc oteluri cu continut mediu de C, OLC45, si un tratament de Calire + Revenire joasa sau medie.

T    pentru arbori puternic solicitati se folosesc oteluri aliate.

T    pentru arbori de dimensiuni mari pentru care nu se pot gasi laminate prefabricate se pot confectiona prin turnare.

T    pentru arbori cu configuratii complexe cu solicitari si viteze reduse se folosesc fonte cu grafit nodular (Fgn).

Semifabricatele utilizate : - cel mai frecvent sunt cele laminate, care se gasesc intr-o gama larga de tipodimensiuni, iar prelucrarea se face prin prinderea semifabricatului intre varfuri prin strunjire, rectificare, etc.

Arborii cu tratament de imbunatatire sunt cei mai frecventi si au avantajul ca pot fi prelucrati final prin strunjire dupa tratatamentul termic. Aceasta tehnologie se foloseste pentru arbori de uz general.

Pentru arbori de importanta deosebita semifabricatul se obtine prin forjare. Are avantajul obtinerii unei continuitati a fibrajului ceea ce confera o rezistenta mai mare in zona de trecere dintre tronsoane.

In conditiile mecanicii fine si mecatronicii se mai folosesc si alte tipuri de materiale cum ar fi materiale plastice, arborii obtinuti prin injectie fiind adesea monobloc cu rotile.

Elementele de fixare si transmitere a momentelor : canale de pana, caneluri, se executa prin frezare.

Conform desenului de executie piesa din lucrare este confectionata din OLC 45 STAS 880 - 88 ; cu urmatoarele caracteristici conform [   ].

Cele mai folosite semifabricate sunt :

semifabricate laminate

semifabricate turnate

semifabricate forjate     - liber

-in matrita

semifabriate matritate

semifabricate sinterizate

semifabricate sudate

La alegerea semifabricatelor se au in vedere urmatoarele:

materialul piesei

forma si dimensiunile piesei

numarul pieselor din lot

Piesa din lucrare fiind executata din OLC 45 putem adopta pentru un semifabricat laminat, forjat sau matritat.

Forma si dimensiunile semifabricatului trebuie sa fie cat mai apropiate de forma si dimensiunile piesei finite.

Avand in vedere ca piesa are forma de arbore adoptam semifabricat laminat de sectiune rotunda STAS 333.

Compozitia chimica

Arborele este confectionat din OLC45 - otel carbon de calitate cu 0,45%C.

In compozitia acestui otel intra : Fier (Fe), Carbon (C) in proportie de 0,45%.

Pe langa aceste elemente, in compozitia otelului mai pot aparea : Mn, Si, Al care se introduc in procesul de elaborare si turnare, si Pb, P, S care imbunatatesc aschiabilitatea. Continutul de S si P este limitat sub 0,45%.

Datorita faptului ca C este in proportie de 0,45%, acest otel este hipoeutectoid.

In tabelul 1 este prezentata compozitia chimica a OLC45.

Tabelul 1 

Starea de livrare a semifabricatului, prelucrari, tratamente termice anterioare

Semifabricatul din care se realizeaza piesa este livrat sub forma de bara laminata sau trasa la rece, cu profil rotund cu 65, in stare :

bruta deformare la cald si decapat ;

bruta deformare la cald si prelucrat mecanic grosier;

Din punct de vedere al tratamentelor termice primare otelul poate fi livrat sub forma normalizata sau calit si revenit.

Corelarea dintre forma constructiva si tratamentul termic cerut

Drept criterii pentru stabilirea parametrilor tipici si tehnologici si pentru alegerea caracteristicilor constructive si functionale ale utilajelor se poate folosi rolul (obiectivul) ,tratamentului termic sau termochimic care la randul sau determina locul acestuia in fluxul de fabricatie prin care se realizeaza, pornindu-se de la semifabricat, produs forjat sau turnat, forma finita, functionala a piesei sau sculei respective.

In general piesele de tipul arborilor asupra carora caracteristicile de exploatare specifice, depind de structura si respectiv tipul de tratament termic aplicat, sunt supuse calirii martensitice si revenire, tratamente care determina schimbari structurale in toata masa piesei.

Datorita faptului ca in urma calirii in structura materialului apar tensiuni interne mari, forma piesei are o mare insemnatate pentru reusita tratamentului(fig.1).

Figura 1 Structura materialului (inainte si dupa calire) [2]pag.28

Forma ideala din punct de vedere al schimbului de caldura in procesele de incalzire - racire presupune o distributie rationala a masei metalice in toate portiunile piesei in asa fel incat in fiecare punct al suprafetei vitezele de incalzire si de racire sa fie egale ( in practica foarte apropiate, deoarece doar forma sferica indeplineste conditia de egalitate a vitezelor ).

Rezulta un ansamblu de proprietati implicand in miez constituenti cu plasticitate ridicata si duritate scazuta ( ferita si perlita sau sorbita ) iar la suprafata constituenti cu duritate ridicata ( martensita ) care are si o plasticitate foarte scazuta rezulta in urma tratamentului termic.

Avand in vedere cele de mai sus, piesa va fi supusa tratamentului termic imediat dupa debitarea din semifabricat, urmand ca operatiile de aschiere pentru obtinerea formei piesei sa se execute ulterior tratamentului termic

Piesa nu va fi prelucrata la dimensiunea finala,doar dupa aplicarea tratamentului termic final.

1.4 Modul de indicare a tratamentului termic pe desenul de executie

Pe desenele de executie a pieselor indicatiile tratamentului termic se vor referi la caracteristicile mecanice finale ale materialului.Ex :adancimea stratului tratat,duritatea,rezistenta la rupere care trebuie sa fie obtinuta  in urma aplicarii intregului proces de tratament termic.

Se admite introducerea procesului de tratament termic numai daca acesta este singurul care asigura obtinerea caracteristicilor mecanice prescrise sau numai daca rezultatele acestuia nu sunt supuse controlului (detensionare,imbatranire).Pe desenele de ansamblu se vor inscrie numai indicatiile care se refera la ansamblul intreg ( detensionare dupa sudare).Caracteristicile finale ale materialului se indica astfel :

-intervale de valori h=0,7. . . 0,9 ;HRC=40 . . . 44

-valori nominale si abateri limita h=0,8+0,1 ;HRC=42+4

-valori limita h>0,7 ;HRC>40

10.            OPERATIILE CARE TREBUIE EXECUTATE INAINTE DE

TRATAMENTELE TERMICE

1.      PREGATIREA SUPRAFETEI PIESELOR INAINTE DE EXECUTAREA TRATAMENTELOR TERMICE

Inainte de executarea oricarui tratament termic trebuie sa se inlature de pe suprafata pieselor praful, acoperirile de suprafata, lubrifiantii de formare, fluidele de marcare sau orice fel de materiale straine care pot cauza coroziunea pe suprafata pieselor sau care pot prejudicia procesarea ulterioara.

Dupa degresare piesele trebuie sa fie manipulate in asa fel incat sa previna orice transfer de grasimi sau amprente digitale pe suprafata lor.

      MONTAREA PIESELOR INAINTE DE EXECUTAREA TRATAMENTELOR TERMICE

Montarea pieselor trebuie sa fie executata in asa fel incat in timpul tratamentelor termice sa apara cat mai

putine distorsionari.

Piesele trebuie sa fie montate individual, in asa fel incat intre ele sa existe o libera circulatie a mediilor de

incalzire si de racire. Orientarea pieselor trebuie sa evite orice fel de degradare a sarjei din cauza

supraincalzirii unei parti si a racirii celeilalte.

Pentru a obtine o deformare minima a produselor extrudate in timpul operatiei de calire acestea trebuie sa fie montate intr-o pozitie cat mai aproape de pozitia verticala.

Pentru ca in timpul calirii sa existe un efect minim de deformare, dispozitivele de fixare si distantierele necesare pentru executarea tratamentului termic de punere in solutie trebuie sa fie astfel proiectate si executate incat la calire suprafata de impact sa fie minima (o linie sau un punct).

Marimea sarjei pentru executarea tratamentului termic de punere in solutie trebuie sa fie limitata astfel incat in timpul calirii temperatura apei sa nu depaseasca limita maxim admisa  (40 ^oC).

11.            CONTROLUL TRATAMENTELOR TERMICE

Cerintele de inspectie impuse pentru tratamentele termice aplicate aliajelor de aluminiu sunt urmatoarele:

INAINTE DE EXECUTAREA TRATAMENTELOR TERMICE

Inspectorul de proces trabuie sa verifice componenta fiecarui lot de tratament termic si sa identifice toate piesele si epruvetele din acest lot. Metodele de inspectie includ, dar nu limiteaza, controlul marcarii pieselor si a epruvetelor, a bonurilor de material si a documentelor insotitoare.

Inspectorul de proces trebuie sa controleze curatirea si degresarea pieselor si a epruvetelor.

Inspectorul de proces trebuie sa controleze curatirea baii de calire si sa verifice temperatura mediului de calire a carei valoare trebuie sa corespunda cu valoarea impusa de specificatia de material care trebuie sa fie tratat termic.

Inspectorul de proces trebuie sa inscrie pe hartia inregistratoare a cuptorului urmatoarele:

-         Numar lot de tratament termic

-         Marcajul epruvetelor

-         Date si ora la care a inceput tratamentul termic

-         Domeniul de temperatura impus pentru tratamentul termic care trebuie sa fie executat.

Inspectorul de proces trebuie sa verifice daca pe documentele de lucru insotitoare este mentionata starea aliajului inainte si dupa executarea tratamentului termic. De asemenea el trebuie sa completeze in registrul cuptorului toate datele cuprinse in fisa tehnologica.

DUPA EXECUTAREA TRATAMENTELOR TERMICE

Inspectorul de proces trebuie sa inscrie pe hartia inregistratoare a cuptorului timpul de mentinere si temperatura pentru fiecare lot de tratament termic.In cazul in care acesti parametrii corespund cu valorile impuse, inspectorul de proces va stampila hartia inregistratoare la inceputul si la sfarsitul ciclului de tratament termic. Piesele care au fost tratate termic trebuie sa fie controlate numai dupa ce au fost facute toate inregistrarile mentionate mai sus.

NOTA: Toate hartiile inregistratoare de la cuptoare, trebuie sa fie arhivate si pastrate timp de 10 ani de catre Compartimentul de Inspectie.

Inspectorul de proces trebuie sa execute controlul vizual pentru depistarea eventualelor defecte de suprafata.

Inspectorul de proces trebuie sa trimita piesele tratate termic acceptate dupa controlul vizual impreuna cu documentele insotitoare stampilate, la Compartimentul NDT pentru verificarea conductivitatii electrice.

Inspectorul de proces trebuie sa trimita epruvetele impreuna cu "Cererea de testare" la Laboratorul Romaero pentru executarea incercarilor mecanice. Dupa primirea rezultatelor inspectorul de proces analizeaza rezultatele obtinute stabilind acceptarea pieselor.

Inspectorul de proces trebuie sa completeze toate datele in registrul cuptorului

1.5 Caracteristici fizico - chimice, mecanice si tehnologice la diferite stari structurale

In anumite conditii de incalzire si de racire, adica de transfer de energie si de masa in produsul metalic, corp geometric cu anumite forme ti dimensiuni, evolutia structurii in timpul tratamentului termic si in final caracteristicile structurale si starea de tensiuni in care a fost adus produsul depind de proprietati specifice materialului metalic.

Aceste caracteristici de material sunt definite si exprimate in directa legatura cu procesele care se desfasoara in produsul metalic: variatii ale energiei libere, germinarea si cresterea cristalelor noi in masa de cristale vechi, evolutia structurii reticulare, submicroscopice, microscopice si macroscopice, contractii si dilatari care conduc la aparitia de tensiuni interne, formarea de fisuri, interactiunea intre mediu si materialul metalic.

Atat marimile fizice cat si caracteristicile mecanice in stare normalizata si calita urmata de revenire au valori informative si sunt prezentate in tabelele 2, 3, 4, 5.

Duritatea prescrisa dupa normalizare: HB = 207 (1 pag.314,315)

a)     marimi fizice

b ) caracteristici mecanice in stare normalizata

c)      caracteristici mecanice in stare calita si revenita

Analiza: Specificatie tehnica - fitinguri canalizare sudate din pvc Document online: Constructii sigure la cutremure - antecalculare statica a caselor din manta din beton pentru zonele seismice

d)     caracteristici tehnologice

Are capacitatea de taiere si prelucrabilitate in stare inmuiata.

Prelucrabilitatea prin aschiere si deformare plastica la rece buna dupa normalizare.

Sudabilitate buna, fara preancalzire,

Nu este necesar un tratament termic post sudare - coroziune. Atacabil in oxigen si apa la temperatura camerei. In general este atacat de acizi  dar rezista satisfacator la temperaturi normale in mediu alcalin.

Pentru produse cu grosimi intre 10 mm si 160 mm gradul de refulare la cald trebuie sa fie de 66% (reducere la 1/3 din inaltimea initiala).

Tab.2 : Caracteristici fizice si termofizice ale otelurilor

Tab.3 : Caracteristicile mecanice ale otelurilor carbon de calitate livrate in stare trasa

Tab.4  Caracteristicile mecanice ale otelurilor pentru piese tratate chimic

Tab.5: Influenta structurii, a vitezei de aschiere si a tipului de prelucrare mecanica asupra prelucrabilitatii prin aschiere a otelurilor

Tab.6 : Indicatori de prelucrabilitate

Tab.7 : Caracteristicile mecanice ale otelurilor pentru piese tratate termic in functie de diametrul piesei si tratamentul termic aplicata 5i

Tratamentul termic indicat este : C-calire ; R-revenire inalta.

In cazul otelurilor cu continut mediu de carbon (oteluri pentru imbunatatire) structurile perlitice (lamelare sau globulare) le corespund forte necesare pentru aschiere mai mici decat structurilor sorbitice, forma cristalelor de ferita avand o influenta secundara.

4. Puncte critice, diagrame CCT sau TTT, curbe de calibilitate.

Caracteristicile tehnologice de tratament termic se exprima prin valori ale unor caracteristici termodinamice sau cinetice ale transformarilor in stare solida:temperaturi la care sau intre care se produc anumite transformari, viteze de racire sau respectiv grade de subracire la care anumite transformari se produc sau nu se mai pot produce, viteze de incalzire sau racire la care tensiunile termice si structurale formate pot provoca deformatii iremediabile sau fisuri.

Tab.8: Temperaturile critice de transformare in stare solida pentru OLC 45:

             

STABILIREA TRASEULUI TEHNOLOGIC

Pentru intocmirea unui traseu tehnologic se pot face urmatoarele recomandari

La inceputul procesului tehnologic se prelucreaza suprafetele care devin baze de asezare ( suprafete frontale si gauri de centrare,gaura pentru dorn , pentru prinderea cu dorn ,suprafata pentru lineta ).

Gaurile se executa catre sfarsitul procesului tehnologic cu exceptia acelora care care devin baze de asezare.

Operatiile la care exista un procent mare de rebuturi se executa la inceputul tehnologic.

Rectificarea se executa dupa tratamentul termic.

Odata stabilita succesiunea operatiilor si a fazelor din cadrul lor in continuare se alege tipul masinii unelte pe care se executa fiecare operatie , se rezolva problema bazarii si ficsarii semifabricatului , intocmindu - se si schita fixarii si in sfsrsit se stabilesc sculele si verificatoarele necesare executarii fiecarei faze.

In cazul in care pentru prelucrarea unei suprafete piesa trebuie prinsa in dipozitv special sau nu este scula standardizata , se mentioneaza necesitatea proiectarii dispozitivului sau sculei.