tehnologii noi de fabricatie in industria auto

user

Rectangle

��

�

��

�

Cuprins

1� Tendinţe actuale in domeniul tehnicilor şi tehnologiilor speciale de fabricare şi reparare a autovehiculelor ........................................................................................................................... 9�

1.1� Materiale utilizate în construcţia autovehiculelor moderne ......................................... 9�

1.2� Tratamente termice neconvenţionale şi tehnologii moderne de prelucrare a pieselor de automobile ........................................................................................................................ 12�

1.3� Proiectarea şi fabricarea asistată de calculator în domeniul autovehiculelor ............ 14�

1.4� Sisteme flexibile de fabricaţie şi montaj în construcţia de autovehicule ................... 17�

1.5� Autoevaluare .............................................................................................................. 23�

2� Tehnologii moderne şi neconvenţionale de reparare a autovehiculelor ............................ 24�

2.1� Tehnologii moderne de reparare a autovehiculelor ................................................... 24�

2.2� Tehnologii neconvenţionale în industria românească de autovehicule ...................... 25�

2.3� Tehnologii moderne de prelucrare a semifabricatelor şi pieselor de autovehicule .... 30�

2.4� Autoevaluare .............................................................................................................. 32�

3� Metode speciale de turnare ................................................................................................ 33�

3.1� Turnarea sub presiune ................................................................................................ 33�

3.2� Turnarea centrifugală ................................................................................................. 38�

3.3� Turnarea cu modele gazificabile ................................................................................ 39�

3.3.1� Confecţionarea modelelor ................................................................................... 40�

3.4� Turnarea cu modele fuzibile ...................................................................................... 45�

3.5� Turnarea în forme coji ............................................................................................... 45�

3.6� Formarea în vid .......................................................................................................... 47�

3.7� Autoevaluare .............................................................................................................. 48�

4� Procedee speciale de prelucrare a semifabricatelor prin deformare la rece ..................... 49�

4.1� Procedee speciale de ambutisare ................................................................................ 50�

4.1.1� Ambutisarea cu ajutorul cauciucului .................................................................. 50�

4.1.2� Ambutisarea hidraulică ....................................................................................... 50�

4.1.3� Ambutisarea cu încălzire sau răcire criogenică locală a semifabricatului. ......... 51�

4.2� Prelucrarea prin extrudare la rece .............................................................................. 54�

4.2.1� Aspecte ale extrudării la rece a pieselor de autovehicule ................................... 55�

4.3� Presarea volumică de mare precizie ........................................................................... 58�

4.3.1� Procedee de realizare a roţilor dinţate şi a pieselor canelate prin presare volumică la rece ................................................................................................................ 62�

��

�

4.4� Autoevaluare .............................................................................................................. 63�


5.1� Deformarea plastică şi placarea cu explozivi brizanţi sau amestecuri de gaze combustibile .......................................................................................................................... 64�

5.1.1� Deformarea plastică cu explozivi brizanţi .......................................................... 65�

5.1.2� Placarea cu explozivi brizanţi ............................................................................. 68�

5.1.3� Mecanismul de formare a legăturii dintre cele două metale ............................... 70�

5.1.4� Deformarea prin detonarea unui amestec de gaze combustibile ........................ 71�

5.2� Deformarea electrohidraulică ..................................................................................... 72�

5.3� Deformarea electromagnetică .................................................................................... 73�

5.4� Autoevaluare .............................................................................................................. 78�

6� Metode speciale de deformare plastică la cald .................................................................. 79�

6.1� Matriţarea de precizie ................................................................................................ 80�

6.2� Rularea la cald a roţilor dinţate .................................................................................. 80�

6.3� Matriţarea prin extrudare ........................................................................................... 81�

6.4� Matriţarea prin electrorefulare ................................................................................... 83�

6.5� Matriţarea metalului lichid ......................................................................................... 85�

6.6� Metode fizico-chimice de pregătire a semifabricatelor şi pieselor uzate pentru prelucrare sau recondiţionare ................................................................................................ 87�

6.6.1� Tobarea ............................................................................................................... 87�

6.6.2� Lepuirea cu jet .................................................................................................... 89�

6.6.3� Sablarea .............................................................................................................. 90�

6.6.4� Debavurarea termică ........................................................................................... 91�

6.6.5� Spălarea şi degresarea pieselor ........................................................................... 92�

6.7� Autoevaluare .............................................................................................................. 95�

7� Procedee neconvenţionale de sudare a pieselor de autovehicule ...................................... 96�

7.1� Sudarea prin frecare ................................................................................................... 96�

7.2� Sudarea cu arc rotitor ............................................................................................... 106�

7.3� Autoevaluare ............................................................................................................ 108�

8� Tehnologia fabricării pieselor sinterizate din pulberi metalice pentru autovehicule ...... 109�

8.1� Elaborarea, dozarea şi omogenizarea pulberilor metalice ....................................... 111�

8.2� Formarea pieselor din pulberi metalice .................................................................... 114�

8.2.1� Formarea prin presare ....................................................................................... 115�

8.2.2� Formarea prin extrudare, laminare şi sintematriţarea pulberilor metalice ........ 116�

��

�

8.2.3� Turnarea în forme de ipsos ............................................................................... 118�

8.3� Autoevaluare ............................................................................................................ 120�

9� Obținerea pieselor prin sinterizare .................................................................................. 121�

9.1� Sinterizarea semifabricatelor din pulberi metalice .................................................. 121�

9.2� Repere din pulberi metalice sinterizate folosite în construcţia autovehiculelor ...... 122�

9.3� Autoevaluare ............................................................................................................ 128�

10� Electrotehnologii de prelucrare a pieselor de autovehicule .......................................... 129�

10.1� Prelucrarea pieselor de autovehicule prin electroeroziune ...................................... 130�

10.1.1� Fenomene fizico-chimice şi fizico-mecanice la prelucrarea prin electroeroziune... ............................................................................................................. 130�

10.1.2� Prelucrarea prin electroeroziune cu electrod profilat........................................ 131�

10.1.3� Prelucrarea prin electroeroziune cu electrodul filiform .................................... 134�

10.2� Procedee electrochimice folosite la prelucrarea pieselor de autovehicule ............... 135�

10.2.1� Bazele fizico-chimice ale procedeului .............................................................. 136�

10.2.2� Prelucrarea electrochimică prin depasivizare naturală ..................................... 136�

10.2.3� Prelucrarea electrochimică prin depasivizarea hidraulică ................................ 137�

10.3� Tehnologia prelucrării cu ultrasunete a pieselor de autovehicule ............................ 138�

10.3.1� Fenomene fizico-mecanice la prelucrarea cu ultrasunete ................................. 138�

10.4� Autoevaluare ............................................................................................................ 140�

11� Prelucrarea pieselor folosind ultrasunete ...................................................................... 141�

11.1.1� Instalaţii de prelucrare cu ultrasunete ............................................................... 141�

11.1.2� Procedee tehnologice de prelucrare cu ultrasunete ........................................... 144�

11.2� Tehnologia prelucrării pieselor de autovehicule cu ajutorul plasmei termice ......... 151�

11.2.1� Consideraţii generale ........................................................................................ 151�

11.2.2� Prelucrarea prin aşchiere cu ajutorul plasmei termice ...................................... 154�

11.3� Autoevaluare ............................................................................................................ 155�

12� Procedee de sudare ....................................................................................................... 156�

12.1.1� Sudarea cu plasmă a pieselor metalice ............................................................. 156�

12.1.2� Metalizarea cu plasmă ...................................................................................... 159�

12.2� Tehnologia prelucrării pieselor de autovehicule cu fascicul de electroni ................ 161�

12.2.1� Bazele fizice ale prelucrării .............................................................................. 161�

12.2.2� Sudarea cu fascicul de electroni ....................................................................... 164�

12.2.3� Alte aplicaţii ale fasciculului de electroni ........................................................ 168�

12.3� Autoevaluare ............................................................................................................ 169�

��

�

13� Tehnologia prelucrării pieselor de autovehicule cu laseri ............................................ 170�

13.1� Mecanismul producerii laserului .............................................................................. 171�

13.2� Instalaţii laser folosite la prelucrări termice ............................................................. 173�

13.2.1� Generatoare cu mediu activ solid ..................................................................... 173�

13.2.2� Generatoare cu mediu activ gazos .................................................................... 175�

13.3� Prelucrări tehnologice cu laser a pieselor autovehiculelor ...................................... 176�

13.3.1� Tratamente termice ........................................................................................... 177�

13.3.2� Tratamente termice speciale cu fascicul laser .................................................. 180�

13.3.3� Vitrificarea – glazurarea cu laser ...................................................................... 181�

13.3.4� Sudarea cu laser ................................................................................................ 181�

13.3.5� Prelucrarea aliajelor cu fascicul laser ............................................................... 184�

13.4� Autoevaluare ............................................................................................................ 185�

14� Uzinajul cu jet de apă ................................................................................................... 186�

14.1� Principii. Istoric ........................................................................................................ 187�

14.2� Configuraţia instalaţiei ............................................................................................. 189�

14.2.1� Generatorul de înaltă presiune .......................................................................... 189�

14.2.2� Duza .................................................................................................................. 189�

14.2.3� Fluidul ............................................................................................................... 190�

14.2.4� Reglaje şi funcţionare ....................................................................................... 193�

14.3� Parametri de lucru .................................................................................................... 194�

14.3.1� Rugozitatea suprafeţei ...................................................................................... 195�

14.3.2� Conicitatea ........................................................................................................ 195�

14.4� Caracteristicile jetului de apă şi structura acestuia .................................................. 196�

14.4.1� Polimeri ............................................................................................................ 197�

14.4.2� Abrazivi ............................................................................................................ 198�

14.5� Autoevaluare ............................................................................................................ 200�

15� Răspunsuri .................................................................................................................... 201�

16� Bibliografie ................................................................................................................... 211�

��

�

Introducere

Acest curs îşi propune să îmbunătăţească nivelul de cunoştinţe al studentului, în

domeniul realizării şi reparării pieselor de autovehicule, folosind metode noi,

neconvenţionale, care permit economii de timp, material.

Pentru a satisface exigenţele manifestate faţă de calitatea, costul şi performanţele

autovehiculelor, preocupările specialiştilor sunt îndreptate în direcţia valorificării în practică

a celor mai noi cuceriri ale ştiinţei prin elaborarea de tehnologii revoluţionare în domeniul

metalurgiei metalelor şi aliajelor feroase şi neferoase, prelucrării metalelor şi nemetalelor prin

procedee neconvenţionale, automatizării şi robotizării proceselor de fabricaţie şi montaj,

conceperii şi realizării unor sisteme de proiectare, încercare, reparare şi control al producţiei

asistate de calculator.

Prin aplicarea tehnicilor şi tehnologiilor moderne la conceperea, fabricarea şi testarea

autovehiculelor moderne se asigură îmbunătăţirea randamentelor motoarelor şi transmisiilor,

reducerea componentelor poluante din gazele de eşapament, afirmarea caroseriilor cu forme

aerodinamice din materiale rezistente la acţiunea agenţilor corozivi, în condiţiile ameliorării

confortului, creşterii sarcinii utile şi simplificării operaţiilor de întreţinere şi exploatare.

Obiectivele cursului La sfârşitul acestui curs studentul va fi capabil să:

–prezinte tehnologiile de prelucrare a pieselor de autovehicule;

–prezinte metodele speciale de turnare;

–prezinte mecanismul deformării la rece şi a pieselor care se pot obţine prin această

metodă;

–prezinte electrotehnologiile folosite la prelucrarea pieselor;

–prezinte tehnologia prelucrării pieselor utilizand ultrasunete, laser.

Structura cursului Cursul este strucuturat pe 14 unităţi de învăţare, fiecare unitate de învăţare conţinând

atât partea teoretică cât şi exemple şi teste de autoevaluare.

Răspunsurile la Testele de Autoevaluare conţinute de fiecare Unitate de Învăţare se

găsesc la sfârşitul materialului de curs.

��

Durata medie de studiu individual Fiecare unitate de învăţare este astfel structurată încât, parcurgerea părţii teoretice şi a

testelor de autoevaluare să poată fi realizată în 2, maxim 3 ore.

�

��

Unitatea de învățare nr. 1

1 Tendinţe actuale in domeniul tehnicilor şi tehnologiilor speciale de fabricare şi reparare a autovehiculelor

1� Tendinţe actuale in domeniul tehnicilor şi tehnologiilor speciale de fabricare şi reparare a autovehiculelor ........................................................................................................................... 9�

1.1� Materiale utilizate în construcţia autovehiculelor moderne ......................................... 9�

1.2� Tratamente termice neconvenţionale şi tehnologii moderne de prelucrare a pieselor de automobile ........................................................................................................................ 12�

1.3� Proiectarea şi fabricarea asistată de calculator în domeniul autovehiculelor ............ 14�

1.4� Sisteme flexibile de fabricaţie şi montaj în construcţia de autovehicule ................... 17�

1.5� Autoevaluare .............................................................................................................. 23�

Obiective:

După parcurgerea acestei unități de învățare, studentul va fi capabil să:

� Descrie principalele materiale utilizate în construcţia autovehiculelor moderne

� Enumerare şi să descrierie tratamentele termice neconvenţionale şi tehnologiile

moderne de prelucrare a pieselor de automobile

� Descriere metodele de proiectare asistată de calculator

� Descriere sistemele flexibile de fabricaţie şi montaj în construcţia de autovehicule

Durata medie de parcurgere a acestei unități de învățare este de 2-3 ore.

1.1 Materiale utilizate în construcţia autovehiculelor moderne

O tendinţă ce se manifestă, în domeniul materialelor din care se execută piesele de

autovehicule este aceea a înlocuirii fontei cu aluminiul şi aliajele sale, masele plastice şi

materialele compozite (ponderea greutăţii materialelor ce intrau în construcţia unui autoturism

produs de General Motors in anul 1988 se prezenta astfel: fontă 10,5 %, oţel 60%, aluminiu

��

��

6,7%, plumb 0,7%, cupru 1,0%, zinc 0,3%, sticlă 2,7%, cauciuc 2,8%, materiale plastice 9,0%

alte materiale 6,3%).

Pentru modelele de viitor, marile firme producătoare de autoturisme extind

nomenclatorul reperelor ce vor fi realizate din materiale neconvenţionale. Astfel, dacă la

autoturismele europene de clasă medie aflate în producţie (Volkswagen Golf si Audi 100)

greutatea pieselor de aliaje uşoare şi materiale plastice reprezintă 8...10%, iar la cele japoneze

16% (Datsun), aceasta va ajunge în viitorii ani la 20...35% (Renault, la modelul experimental

EVE, utilizează piese din aliaje uşoare şi materiale plastice a căror greutate reprezintă 35%

din cea a autoturismului; Peugeot, pe prototipul experimental VERA foloseşte 167 kg piese

din materiale plastice şi compozite; Porsche 928 are in construcţie 70 de repere din aluminiu,

cântărind 265 kg, ceea ce reprezintă 29% din masa totală; Fiat a inclus în concepţia modelului

VSS piese din materiale plastice, care deţin 25% din greutatea vehiculului).

Datorită posibilităţilor de obţinere economică, prin procedee moderne de turnare şi

prelucrare, bunei rezistenţe la coroziune, conductibilităţii termice ridicate, aspectului plăcut şi

greutăţii reduse, a reperelor din aluminiu, o serie de piese cum sunt blocurile motoarelor,

chiulasele, pistoanele, cilindrii (Mercedes foloseşte tehnologia elaborată de Reynolds Metals

la turnarea blocului motor din aliaj supereutectic pe bază de aluminiu cu 17% siliciu;

pistoanele şi cilindrii se execută din aluminiu tratat special împotriva coroziunii; cămăşile

cilindrilor sunt finisate după lepuire cu scule diamantate şi supuse ulterior decapării

electrochimice), radiatoarele, carcasele cutiilor de viteze, ambreiajelor, diferenţialelor,

punţilor şi alternatoarelor, accesoriilor sistemelor de frânare şi direcţie; elementele de

caroserie şi ornamentele, jantele etc. se execută din aliajele acestui material.

Temperatura ridicată din exploatare şi aciditatea crescută a uleiurilor întrebuinţate la

ungerea motoarelor diesel de mare turaţie impun folosirea unui aliaj special aluminiu-siliciu

(Al-11 Si-1 Cu) pentru lagărele de alunecare ale arborelui cotit. Aliajul acesta este superior

celui cu staniu (Al-20 Sn-Cu).

Comparând rezultatele mecanice şi densităţile diferitelor materiale, rezultă că o piesă

din aluminiu cu masa de 1kg poate înlocui una din fontă de 2,2kg. Dacă se mai adaugă la

aceasta şi economiile de 0,5kg material care se obţin prin efectele dependente (uşurarea

motorului, transmisiei, suspensiei etc.), reiese că unui kilogram de aluminiu utilizat în

construcţia unui automobil, îi corespunde o reducere a greutăţii totale a acestuia cu 1,7kg.

Un salt în modernizarea autovehiculelor l-a constituit introducerea materialelor

plastice, mai întâi ca înlocuitoare ale celor tradiţionale (piele, materiale textile naturale, arcuri

metalice), iar o data cu apariţia ABS-ului, poliuretanului, policarbonaţilor, poliacetatului,

��

��

fluorocarbonului, răşinilor acrilice etc. ca elemente de bază pentru piese cu rol decorativ şi

funcţional.

Această evoluţie a continuat cu soluţii îndrăzneţe, care au condus la apariţia unor

materiale cu proprietăţi complet noi, obţinute prin combinarea răşinilor cu fibrele sintetice de

mare rezistenţă şi foliile metalice.

Printre reperele reprezentative fabricate din materiale plastice şi compozite se pot

menţiona uşile, aripile, capotele motorului şi portbagajului, planşeul pavilionului,

paraşocurile, grilele, ornamentele, volanul, tabloul şi accesoriile panoului de bord, consola,

scaunele, tapiţeria interioară, arborii de acţionare (realizaţi din fibre de aramid 70% şi răşini

epoxidice 30%), geamurile spate şi laterale (din Lusita SAR- Super Abrasive Resistent

Schelet), reflectoarele şi dispersoarele farurilor (din policarbonat transparent acoperit cu o

peliculă de lac rezistent la abraziune), axele punţilor spate (65% fibre de sticlă şi 35% SMC –

Sheet Molding Compound), lămpile de poziţie şi semnalizare, circuitele electrice flexibile,

bacurile şi separatoarele acumulatoarelor electrice, rezervoarele, conductele sistemelor de

alimentare şi de frânare, ventilatoarele, lagărele de alunecare şi rostogolire, bazinele

radiatoarelor, rotulele şi calotele sistemului de direcţie, filtrele de aer, combustibili şi

lubrifianţi, pinioanele, bielele motoarelor, arcurile, barele de torsiune, arborii cardanici etc.

(fig1.1).

Fabricarea în serie a automobilelor construite numai din materiale plastice este în

prezent o viziune în curs de materializare. În acest sens, deja au fost explorate noi concepţii

constructive în care oţelul constituie suportul panourilor caroseriei, elementelor de acţionare,

roţilor şi habitaclului din polimeri.

Materialele plastice şi compozite pătrund în construcţia motoarelor. Astfel motorul

HOLTZBERG (fabricat in SUA) cu 4 cilindri şi puterea de 234kW are 60% din piese

(colectorul de admisie, bielele, fustele pistoanelor, părţi ale supapelor, carterele, capacele,

pinioanele) fabricate din materiale plastice speciale (TORLON – un polimer cu rezistenţă

foarte ridicată la tracţiune): motorul model 234 al firmei Polimotor Research (SUA), cu putere

de 130kW la 5800rpm (4 cilindri, cilindreea totala 2,3 dm3, 16 supape) introdus în fabricaţia

de serie, are blocul şi chiulasa din materiale plastice.

Materialele ceramice, cum sunt nitrurile şi carburile de siliciu, carburile şi nitrurile de

bor, titanatul de aluminiu, oxidiul de zirconiu, silicatul de magneziu-aluminiu, etc., datorită

conductibilităţii şi dilatării termice reduse, bunei porozităţi şi calităţilor antifricţiune

acceptabile, precum şi simplităţii tehnologiilor de execuţie a pieselor, se extind ca înlocuitoare

ale celor tradiţionale în construcţiile supapelor, scaunelor şi ghidurilor de supape, camerelor

�

de ardere divizate, izolatorul

rotoarelor turbinei.

Pentru confecţionarea

(protejată galvanic prin zinc

protectoare de pulbere de fier

un sistem bistrat aplicat co

(DACROMET), cu grosimea

elemente principale acidul cro

bogată in zinc, special studiată

Fig. 1.1. Piese din materiale plasticde joasă presiune, polivinilclorid

fluor) folosite în co

1.2 Tratamente termice ne

pieselor de automobile

Domeniul tratamentel

microprocesoarele joacă un

reprezentând elementul chei

Performanţe spectaculoase, în

aplicarea la nivelul industrial

tratamentelor termice în vid etc

În domeniul călirii, se

aplică acest tratament la cămăş

polimeri de tip polivinilpirolid

��

lui termic al capului pistonului, colectoar

caroseriilor automobilelor moderne se folose

care pe una din feţe şi acoperită pe ceala

şi aliaj de zinc) sau cea ZINCROMETAL.

ontinuu pe o tablă de oţel laminată la

a de 2µm, este realizat dintr-o soluţie apo

omic şi pudra de zinc, iar al doilea (ZINCROM

ă pentru a permite sudarea prin rezistenţă.

ce (poliacetat, polipropilenă de mare densitate, polid, polibutiletereftalat, polietiletereftalat, materiale onstrucţia autoturismelor moderne (punctele înneg

convenţionale şi tehnologii moderne de pre

or termice se află în plină modernizare

rol prioritar în dirijarea şi controlul p

ie în noile sisteme de tratament termic

domeniu, se obţin prin extinderea nitrurării ş

a procedeelor de aliere superficială prin imp

c.

impun tot mai mult tratamentele termice cu

şile cilindrilor). Pe viitor apa şi uleiul de răcir

don.

relor de evacuare,

eşte tabla Monogal

altă cu o pelicula

Zincrometalul este

rece. Primul strat

oasă ce conţine ca

MET) este o răşină

ipropilenă, polietilenă plastice pe bază de

grite).

elucrare a

e. Computerele şi

proceselor, roboţii

şi termodinamic.

şi carburării ionice,

plantare ionică şi a

laseri (firma MAN

re se vor înlocui cu

��

��

Printre tehnologiile moderne folosite la fabricarea diverselor componente ale

sistemelor autovehiculelor se află şi cea a metalurgiei pulberilor.

Avantajele aceste tehnologii, în comparaţie cu turnarea, sunt foarte mari. Astfel, daca

pentru 1000 piese uzinate se consuma la turnare până la 3000 tone metal, pentru cele

sinterizate, se foloseşte de două ori mai puţină materie primă, iar suprafeţele productive se

reduc cu 30%.

Piesele sinterizate pot fi atât pinioane, arbori şi lagăre de alunecare, cât şi cămăşi de

cilindri. Cămăşile de cilindri, presate izostatic, sunt mai ieftine cu 20...40% faţă de cele

turnate centrifugal şi prelucrate mecanic. Deşeurile se reduc în acest caz cu 50...80%.

Procedeele speciale de turnare, cum sunt turnarea sub presiune, în forme vidate, sau cu

modele gazificabile, folosite pentru piesele din materiale şi aliaje cu compoziţii chimice şi

structurale deosebite, au o largă aplicabilitate în industria de autovehicule.

Extrudarea la rece de mare precizie a supapelor, plunjerelor pompelor de injecţie,

corpurilor pulverizatoarelor etc., se extinde datorită creşterii de 1,5...3,0 ori faţă de metodele

clasice, a coeficientului de utilizare a oţelurilor aliate.

Dacă în prezent la procedeele convenţionale de prelucrare mecanică s-a ajuns la viteza

de aşchiere de 500m/min si de avans de 80mm/s, pentru viitor se prefigurează atingerea unor

valori ale acestora de 1000m/min, respectiv 250mm/s, prin utilizarea sculelor abrazive din

nitruri ionice, sau cu diamante sintetice monogranulare.

Electrotehnologiile bazate pe prelucrările prin electroeroziune, eroziune

electrochimică, cu ultrasunete, fascicul de electroni, plasmă şi laseri îşi lărgesc aria de acţiune

în industria de autovehicule.

Laserii sunt însă prea puţini valorificaţi faţă de posibilităţile pe care le oferă.

Domeniile insuficient exploatate sunt: tratamentele termice, operaţiile de debitare, sudare şi

control al calităţii.

Să ne reamintim!

� O tendinţă ce se manifestă, în domeniul materialelor din care se execută piesele de

autovehicule este aceea a înlocuirii fontei cu aluminiul şi aliajele sale, masele plastice

şi materialele compozite

� Datorită posibilităţilor de obţinere economică, prin procedee moderne de turnare şi

prelucrare, bunei rezistenţe la coroziune, conductibilităţii termice ridicate, aspectului

plăcut şi greutăţii reduse, a reperelor din aluminiu, o serie de piese cum sunt blocurile

��

��

motoarelor, chiulasele, pistoanele, cilindrii se execută din aluminiu tratat special

împotriva coroziunii, radiatoarele, carcasele cutiilor de viteze, ambreiajelor,

diferenţialelor, punţilor şi alternatoarelor, accesoriilor sistemelor de frânare şi direcţie;

elementele de caroserie şi ornamentele, jantele etc. se execută din aliajele acestui

material.

1.3 Proiectarea şi fabricarea asistată de calculator în domeniul autovehiculelor

Dacă nu cu mult timp în urmă proiectarea asistată de calculator se mărginea la analiza

de element finit şi la pachete de programe care rezolvau probleme specifice organelor de

maşini sau rezistenţei materialelor, în prezent se înglobează în acelaşi concept, comunicaţia

om-sistem prin intermediul graficii interactive, sisteme de gestiune a datelor grafice, metode

şi programe aplicative.

Grafica interactivă, care cuprinde modele şi tehnici de colectare a datelor, pe şi la un

display grafic, prin intermediul calculatorului, s-a dovedit a fi mijlocul cel mai eficient de

comunicare a omului cu calculatorul. Ea a permis conceperea unui dialog între om şi

calculator, care să ţină seama de importanţa factorilor umani în acceptarea sau respingerea

unui sistem de proiectare asistată de calculator, să furnizeze secvenţe de interacţiune simple,

consistente, evitând saturarea utilizatorului cu prea multe opţiuni şi stiluri de comunicare cu

programele, să îndrume beneficiarul asupra interacţiunii adecvate în fiecare etapă a procesului

de prelucrare, să-i furnizeze reacţii corespunzătoare, permiţându-i în cazul unei manipulări

eronate, să reia cu uşurinţă şi fără pierderi mari programul.

Sistemele de proiectare asistată de calculator (CAD – Computer Aided Design sau

CAO – Conception Assistée par Ordinateur) reprezintă ansamblul de ajutoare informatice

utilizate în toate fazele concepţiei unui produs (creaţiei, calcule, desen).

Sistemul cu unul sau mai multe calculatoare, care preia o serie de sarcini făcând parte

din pregătirea, organizarea si comanda execuţiei pe maşinile unelte cu comandă numerică

(MUCN) este cunoscut sub prescurtarea CAM (Computer Aided Manufacturing) sau FAO

(Fabrication Assistée par Ordinateur).

Atunci când atât concepţia cât şi fabricaţia sunt asistate de calculator sistemul se

întâlneşte sub denumirea CAD-CAM sau CAO-FAO. (Fig. 1.2)

Inginerul proiectant foloseşte, în cadrul sistemului CAD, ecranul de vizualizarea al

computerului ca planşetă de desen.

Proiectantul vizualizează, de regulă, numai segmentul pe care doreşte să-l prelucreze.

Bineînţeles, ansamblul poate fi prezentat în întregime, dar la o scară adecvata.

��

��

Dacă se doreşte scoaterea în evidenţă a unui detaliu, acesta va fi vizualizat cu ajutorul unui

reticul. Viteza de apariţie depinde de capacitatea de calcul a computerului. Desenul nu poate

să apară daca nu a fost stocat în memoria de imagini a calculatorului.

Când se dispune de un program corespunzător, diferitele elemente pot fi reprezentate

şi tridimensional, modificându-se dacă se doreşte unghiul din care sunt privite.

Fig.1.2. Schema structurală a sistemului CAD/CAM

Conectând instrumentele grafice (plotterele) la calculator se pot obţine cu rapiditate

desene cu o precizie de zecimi de milimetru.

Inversând operaţiile, se poate introduce direct in computer, cu ajutorul unui program

adecvat şi o machetă a ansamblului. În acest scop, prin fotogrametrie calculatorul preia

numeric coordonatele diverselor puncte caracteristice ale machetei. Suprafeţele se modelează

matematic si eventualele neregularităţi sunt corectate. Sub forma unui stoc de date,

calculatorul dispune de o machetă virtuală mai precisă ca cea originală. Această machetă va fi

etalonul pentru proiectanţi şi tehnologi. Pe baza datelor înmagazinate, calculatorul elaborează

programele pentru maşinile unelte şi mijloacele de control.

În condiţiile în care problemele de concepţie devin din ce în ce mai complexe,

necesitând luarea în considerare şi prelucrarea unei enorme cantităţi de date, asistarea

��

��

proiectării şi fabricaţiei de către calculator apare ca oportună şi de neevitat, dacă se doreşte o

scurtare a timpului de inovare – perfecţionarea produselor cu grad sporit de complexitate ce

trebuiesc adaptate continuu programului tehnic.

Această urgenţă este reclamată şi de faptul că, în prezent, 60% din timpul de lucru din

birourile de studii şi proiectări este consumat pentru pregătirea documentelor de fabricaţie,

plecându-se de la proiectele existente, 30% este consacrat noilor variante şi doar 10% este

folosit pentru creaţie. Daca in costul unui produs concepţia nu participă, in medie, decât cu

10%, rezultă că 70% din aceasta depinde de valoarea proiectului iniţial.

O aplicaţie directă a proiectării asistate de calculator este cea a conceperii şi studierii

caroseriilor de autoturisme. Pentru aceasta trebuie să se dispună de sisteme software

corespunzătoare.

Studiul aerodinamic, la scara 1:1, al noilor modele, trebuie sa-l completeze pe primul

(instalaţii adecvate pentru astfel de încercări au în Europa Volkswagen, Daimler-Benz,

Pinifarina, Institutul St. Syr, MIRA-Motor Industry Research Association).

Prin conceperea motoarelor cu ajutorul calculatorului, în scopul optimizării proceselor

de formare a amestecului şi arderii, electronizarea sistemelor de alimentare şi aprindere,

echiparea cu microprocesoare a grupurilor motopropulsoare, introducerea de materiale

moderne in construcţia elementelor de bază al mecanismului motor, şi aplicarea tehnologiilor

neconvenţionale la fabricarea şi montajul acestora se vor putea asigura performanţe maxime

de putere, cuplu şi economicitate, în condiţiile reducerii la minimum a poluării chimice şi

sonore.

Necesitatea creşterii eficienţei tehnice-economice în activitatea industrială a

determinat utilizarea calculatorului şi în pregătirea tehnologică (CAPP – Computer Aided

Planing), controlul calităţii (CAQ – Computer Aided Quality), activitatea de service (CAS –

computer Aided Service) şi reparaţii (CAR – Computer Aided Repairs).

Aceste sisteme împreună cu cele de proiectare şi fabricare (CAD/CAM) sunt

componente ale fabricaţiei integrate cu calculatorul (CIM – Computer Integrated

Manufacturing).

Conceptul CIM este un sistem complex, cu reacţie în buclă închisă, în care intrările

primare sunt necesităţile privind ansamblurile ce trebuiesc realizate şi parametrii lor tehnico-

funcţionali, iar ieşirile sunt produse finite, montate, controlate şi gata pentru a fi date în

exploatare. Sistemul este o combinaţie de programe şi echipamente în cadrul căruia se

realizează proiectarea produselor şi proceselor de fabricaţie, planificarea şi comanda

��

��

producţiei. El presupune folosirea calculatorului în toate domeniile activităţii industriale

(uzină complet automatizată).

În cadrul conceptului CIM, ca o perspectiva de viitor, se prevede transferul spre

calculator a tuturor activităţilor umane prin utilizarea metodologiilor de vârf specifice

inteligenţei artificiale. Prin aceasta, proiectarea şi fabricaţia integrată cu calculatorul va deveni

un domeniu propice pentru implementarea de sisteme EXPERT orientate spre rezolvarea unor

probleme de decizie şi diagnoză.

Avantajele introducerii sistemelor EXPERT constau în faptul că ele oferă mijloace

evoluate de planificare, testare, simulare şi diagnoză mergând până la explicarea cauzelor

posibile ale defecţiunilor care îi sunt semnalate.

1.4 Sisteme flexibile de fabricaţie şi montaj în construcţia de autovehicule

Cerinţele pieţii fiind cele care determină tipurile şi variantele constructive de

autovehicule ce trebuiesc fabricate, se impune dezvoltarea şi implementarea de sisteme de

producţie capabile să asigure prelucrarea unor loturi mici de piese în condiţii de calitate,

economicitate şi productivitate ridicate.

Calea pentru îndeplinirea acestor obiective este trecerea de la agregatele flexibile de

fabricaţie (AFF) la integrarea acestora într-un flux de materiale şi informaţii condus cu

ajutorul calculatorului.

Sistemul flexibil de fabricaţie (SFF) poate fi definit ca un sistem cibernetic ale cărui

elemente sunt coordonate de calculator în scopul autoreglării şi optimizării prelucrărilor

mecanice. El se compune din două sau mai multe celule flexibile de fabricaţie (CFF) legate

printr-un sistem automat de transport (vehicule automate ghidate electromagnetic sau optic,

macarale comandate de calculator etc.), care deplasează palete, piese şi scule de la o maşină la

alta, sau şi de la depozitele de piese şi scule.

Celula flexibilă de fabricaţie (CFF – Fig.1.3) este o unitate care are una sau mai multe

maşini unelte cu comandă numerică (MUCN), de obicei cel puţin un centru de prelucrare,

magazine cu mai multe palete, schimbătoare automate de palete şi scule, echipament automat

de măsură. Toate elementele, cât şi operaţiile ce se execută în cadrul celulei sunt comandate

de un computer (CND – comandă numerică directă), care la rândul său este conectat la un

calculator principal.

Diversitatea şi complexitatea problemelor ce apar în conducerea sistemelor flexibile

impun ca rezolvarea lor să se facă prin configuraţii flexibile de hardware şi software,

structurate ierarhic.

��

�

Parcul internaţional de SFF complexe este redus. Astfel, în anul 1987, acesta număra

350 de unităţi (50 în stadiul de livrare pentru montaj), din care cele mai multe se aflau în

Japonia – 100, SUA – 47, Germania – 35, Italia – 25, Olanda – 25, Franţa – 17, Elveţia – 11.

1.3. Celulă flexibilă de prelucrare a pieselor de tip disc sau ax: 1 – strung paralel cu comandă numerică; 2 – maşină de rectificat cu comandă numerică; 3 – dispozitiv tip „carusel”; 4 – maşină de frezat cu comandă

numerică; 5 – palete etajate cu semifabricate şi piese prelucrate; 6 – maşină de găurit.

��

�

Producţia de SFF este asigurată de 55 de firme din SUA, Japonia, Marea Britanie,

Franţa, Italia, Germania, Belgia, Olanda şi Elveţia.

Domeniul în care SFF găsesc o largă aplicare este cel al industriei de autovehicule

(peste 49% din SFF sunt folosite la prelucrarea de piese şi sisteme pentru autovehicule).

Sistemul flexibile de fabricaţie permit aplicarea unor tehnologii computerizate pe

maşini unelte cu CN sau CNC, tipizate, cu număr minim de operaţii, fără reglări şi intervenţia

operatorilor umani în procesul de producţie.

Sistemele de fabricaţie capabile să funcţioneze fără supraveghere umană dispun de

senzori şi traductoare care oferă informaţii privind dimensiunile pieselor şi calitatea

prelucrărilor. Palpatoarele de evaluare dimensională prin contact fac parte dintr-o primă

categorie de tehnici de măsurare. Perspective deosebite deschide însă optoelectronica. Această

tehnică presupune folosirea unei camere de luat vederi care reţine profilul piesei prelucrate şi

îl compară cu cel aflat, sub formă numerizată, în memoria calculatorului de proces.

Informaţii privind dimensiunile piesei şi calitatea prelucrării pot fi oferite şi de o rază

laser sau de un fascicul de electroni, care urmăreşte conturul acestuia. Raza laser transmite

date ce sunt prelucrate de echipamentul CNC al maşinii, care la rândul său introduce corecţii

corespunzătoare în programele de prelucrare.

În perspectivă, ca o condiţie esenţială pentru lărgirea utilizării SFF se prevede

standardizarea şi unificarea ansamblurilor mecanice, electrice şi a interfeţelor, precum şi a

modalităţilor de funcţionare din punct de vedere matematic.

În condiţiile tehnologiilor convenţionale, manopera corespunzătoare montajului

reprezintă până la 55% din cea necesară realizării produsului finit. Prin modernizarea

tehnologiilor de montaj, se pot asigura creşteri importante ale productivităţii muncii în

condiţiile îmbunătăţirii substanţiale a calităţii. Aceasta se poate materializa prin introducerea

tehnologiilor flexibile de montaj (Fig. 1.4), care valorifică rezultatele a două direcţii de

cercetare: abordarea tehnologiei ca sistem şi folosirea informaticii în domeniul montajului.

Consecinţa directă este cea a trecerii comenzii sistemului tehnologic de la operatorul

uman la echipamentul electronic de comandă.

Un exemplu concret în domeniul sistemelor de montaj deservite de roboţi este cel

realizat de Deutsche Gardner-Denver GMBH pentru asamblarea motoarelor autoturismelor

AUDI. Linia de montaj, cu o lungime de 125m, are în componenţă 27 de posturi automatizate.

Capacitatea liniei este de 650 motoare pe schimb.

��

��

Sisteme flexibile de montaj ale motoarelor deservite de roboţi există şi în fabricile

firmelor Yamaha, SAAB (linia are o capacitate anuală de 135.000 motoare în 30 variante

constructive), etc.

Linii robotizate pentru montajul final al autoturismelor deservite de robocare inductive

echipează fabricile firmelor Ford, Volvo, Fiat, Audi, etc. De asemenea, robocarele se folosesc

şi la asamblarea motoarelor cu transmisia (pe o linie cu lungimea de 820m, a firmei Opel, se

pot monta 80 de modele de motoare cu 20 de tipuri de transmisii in 600 de variante; ea este

deservită de 100 de robocare inductive) sau a cutiilor de viteze (SAAB – Scania).

Un sistem flexibil de montaj integrat într-un sistem flexibil de producţie este structurat

pe mai multe nivele (Fig. 1.5). Primul etaj cuprinde echipamentele de transfer, depozitare şi

orientare, roboţii de montaj, manipulatoarele, diferitele maşini de asamblare, echipamentele

de testare şi comandă. Celelalte etaje cuprind elementele care asigură integrarea sistemului de

montaj în CIM.

O caracteristică funcţională a sistemului de montaj este aceea a legăturilor directe ale

echipamentului de comandă cu sistemele superioare sau paralele.

Efectele economice ale sistemelor flexibile sunt multiple şi pentru a beneficia de ele

este necesară o strategie pe termen lung adoptată în comun cu furnizorii şi utilizatorii

acestora.

��

��

Fig. 1.4. Sistem flexibil de montare a motoarelor de autovehicule: 1 – dispozitiv pentru acţionarea benzii; 2 – robot staţionar (IRB 1000) cu deplasare liniară şi magazie de palete; 3 – robot staţionar (IRB 6, IRB 60, IRB 90) sau sistem cu masă rotativă şi europalete; 4 – picupuri manuale pe linie; 5 – staţie de montaj

manual în afara liniei; 6 – staţie de montaj pe linie

��

��

Fig. 1.5. Sistem de montaj integrat în CIM; MAGISTRALA LA� – mijloace de comunicare între diferite sisteme şi subsisteme; AP – automat programabil; PC – calculator personal.

��

��

Implementarea judicioasă a sistemelor flexibile de fabricaţie asigură o eficienţă care se

traduce prin: reducerea cu 50...70% a duratei ciclului de fabricaţie, diminuarea cu 20...50% a

timpilor de prelucrare, îmbunătăţirea nivelului calitativ al pieselor, creşterea gradului de

utilizare a maşinilor cu 40...50%, mărirea productivităţii muncii cu 200...400%, economisirea

forţei de muncă 50...75%, reducerea numărului de maşini, utilaje si SDV-uri specializate în

producţie cu 40...50%, micşorarea suprafeţelor productive cu 20...40% şi a rebuturilor cu

10...20%. În acelaşi timp se asigură o majorare cu 32...42% a timpilor de funcţionare în

program a maşinilor unelte cu comandă numerică şi centrelor de prelucrare, iar durata de

schimbare a sculelor ajunge la 4% la sistemele flexibile, faţă de 18% la maşinile cu comandă

numerică şi 12% la centrele de prelucrare.

Să ne reamintim!

� Sistemul flexibil de fabricaţie (SFF) poate fi definit ca un sistem cibernetic ale cărui

elemente sunt coordonate de calculator în scopul autoreglării şi optimizării

prelucrărilor mecanice

� Conceptul CIM este un sistem complex, cu reacţie în buclă închisă, în care intrările

primare sunt necesităţile privind ansamblurile ce trebuiesc realizate şi parametrii lor

tehnico-funcţionali, iar ieşirile sunt produse finite, montate, controlate şi gata pentru a

fi date în exploatare. Sistemul este o combinaţie de programe şi echipamente în cadrul

căruia se realizează proiectarea produselor şi proceselor de fabricaţie, planificarea şi

comanda producţiei. El presupune folosirea calculatorului în toate domeniile activităţii

industriale (uzină complet automatizată).

1.5 Autoevaluare

1. Care este tendinţa actuală în domeniul industiriei constructoare de maşini?

2. Care sunt avantajele metalurgiei pulberilor în comparaţie cu turnarea?

3. Care sunt avantajele conceprii motoarelor cu ajutorul calculatorului?

4. Care sunt componentele unui sistem flexibil de fabricaţie?

��

��


2 Tehnologii moderne şi neconvenţionale de reparare a autovehiculelor

�

2� Tehnologii moderne şi neconvenţionale de reparare a autovehiculelor ............................ 24�

2.1� Tehnologii moderne de reparare a autovehiculelor ................................................... 24�

2.2� Tehnologii neconvenţionale în industria românească de autovehicule ...................... 25�

2.3� Tehnologii moderne de prelucrare a semifabricatelor şi pieselor de autovehicule .... 30�

2.4� Autoevaluare .............................................................................................................. 32�

Obiective:


� Identifice tehnologiile moderne de reparare a autovehiculelor

� Enumere tehnologiile neconvenţionale utilizate în industria auto românească

� Identifice tehnologiile moderne de prelucrare a semifabricatelor


2.1 Tehnologii moderne de reparare a autovehiculelor

Criza de energie şi materii prime tradiţionale a determinat intensificarea cercetărilor în

direcţia conceperii unor tehnologii eficiente care să sporească durata de exploatare a

diverselor organe de maşini.

Prin aplicarea metodelor moderne de recondiţionare, cum sunt cele ale treptelor de

reparaţie, compensatorilor, înlocuirii unei părţi din piesă sau reducerii la dimensiunile iniţiale,

se pot introduce în exploatare peste 70% din piesele uzate.

În aceste condiţii, investiţiile în întreprinderile de reparaţii auto sunt de 5...10 ori mai

mici decât în cele constructoare, costul unei reparaţii ajunge la 50...60% din valoarea

autovehiculului nou, iar consumurile de metal sunt de 10...15 ori mai mici.

Procedeele noi de recondiţionare, ca metalizarea şi sudarea cu jet de plasmă, refularea

electromecanică, sudarea cu fascicul de electroni şi prin frecare, acoperirile galvanice şi cu

��

��

materiale termoplastice de mare rezistenţă, permit majorarea duratei de folosire a pinioanelor

şi arborilor din cutiile de viteze, arborilor cotiţi, arborilor cu came, culbutorilor, supapelor,

elementelor sistemelor hidraulice, de alimentare, răcire şi ungere ş.a.

Studierea posibilităţilor de aplicare a celor mai eficiente soluţii de recondiţionare a

pieselor uzate, proiectarea proceselor tehnologice de recondiţionare specifice reperelor

caracteristice, precum şi analiza diverselor scheme organizatorice care permit efectuarea unei

reparaţii de calitate într-un interval minim de timp constituie obiectul de studiu al unei noi

ştiinţe de graniţă – TEROTEHNOLOGIA.

2.2 Tehnologii neconvenţionale în industria românească de autovehicule

Răspunzând tendinţelor manifestate pe plan mondial, industria românească

constructoare de autovehicule este supusă înnoirilor, atât în domeniul concepţiei noilor

produse, cât şi în cel al tehnologiilor de fabricare.

În condiţiile unor dotări materiale care nu s-au situat la nivelul cerinţelor mondiale,

prin efortul, pasiunea şi capacitatea de creaţie a oamenilor de ştiinţă români şi a specialiştilor

din institutele de cercetare, proiectare, producţie şi exploatare s-au obţinut autovehicule

capabile să satisfacă cotele înaltelor exigenţe.

Încercarea de a prezenta toate realizările deosebite din industria românească de

autovehicule nu poate fi realizată, deoarece multitudinea lor ar necesita un spaţiu considerabil,

iar pe de altă parte, înnoirile se succed cu o rapiditate aşa de mare, încât ce este deosebit în

momentul de referinţă poate deveni cotidian peste câteva luni.

Totuşi, o imagine de ansamblu asupra rezultatelor din domeniul industriei de

autovehicule se poate forma pornind fie numai de la faptul ca autovehiculele româneşti, care

au o istorie ce nu depăşeşte 40 de ani, ating sau uneori depăşesc performanţele produselor

unor firme cu tradiţie.

Tehnologiile moderne de prelucrare prin eroziune electrochimică, electroeroziune, cu

ultrasunete, prin deformare plastică, cu impulsuri electromagnetice şi cu ajutorul

explozibililor brizanţi, sudură cu jet de plasmă şi prin frecare, extrudarea la rece ş.a., sunt

aplicate în prezent în toate întreprinderile constructoare de autovehicule sau sisteme auxiliare.

Din realizările notabile în domeniu, câteva merită a fi prezentate. Astfel, pentru a

satisface cerinţele industriilor prelucrătoare, Institutul de Tehnică de Calcul şi Informatică

(ITCI) Bucureşti, a executat şi implementat un „sistem la cheie” (ISOLDA) pentru proiectarea

asistata de calculatoare.

��

��

Scopul final al unei sesiuni ISOLDA este crearea unui desen oricât de complex,

memorarea sa pe un suport magnetic, într-o formă care să-i permită reutilizarea, precum şi

postprocesarea (obţinerea desenului la plotter-ul aflat în configuraţia sistemului, sau a

programului pentru o maşină cu comandă numerică).

Reducerea timpului necesar pregătirii documentaţiei de execuţie este posibilă prin

elaborarea de pachete de programe pentru trasarea automată a desenelor pieselor. În acest

sens, la ICSITMU – Titan s-au elaborat programe care permit desenarea automată a roţilor

dinţate, arborilor, camelor, piuliţelor, reductoarelor etc.

Tot la ICSITMU, s-a conceput un procesor (ROM-APT) pentru programarea automată

a maşinilor cu comandă numerică. El poate fi folosit atât la programarea maşinilor unelte, cât

şi ca instrument de proiectare la elaborarea unor programe de calcul pentru camele etalon şi

şablon ale maşinilor de rectificat arbori cu came.

Colectivele mixte de ingineri şi matematicieni de la I.N.M.T., I.P. Bucureşti şi

I.C.S.I.T.A. Piteşti au elaborat setul de programe pentru corectarea, definirea formei

caroseriei de autoturism şi matematizarea acesteia, pornind de la macheta de stil, la scara 1:5

sau 1:3, optimizată în tunelul aerodinamic.

În scopul reducerii muncii de rutină a tehnologiilor şi normatorilor, obiectivizarea şi

uniformizarea normării, eliminarea verigilor intermediare umane folosite la prelucrarea

datelor tehnologice primare pentru elaborarea documentaţiei secundare de lansare, la ICTCM

Bucureşti, s-a realizat un sistem de pregătire tehnologică a fabricaţiei asistată de calculator.

Pentru optimizarea soluţiilor energetice ale motoarelor de autovehicule, la

Universitatea din Braşov şi INMT au fost dezvoltate sisteme hardware (Fig. 2.1) şi software

capabile să rezolve atât problemele achiziţiei parametrilor cu variaţia rapidă sau lentă din

timpul cercetărilor, cât şi cele ale prelucrării, listării şi afişării grafice a diverselor mărimi.

��

��

Fig. 2.1. Schema bloc a sistemului de achiziţie şi prelucrare a parametrilor cu variaţie rapidă al proceselor

din motor: 1 – butelie cu aer la presiunea de referinţă; 2 – electrovalvă; 3 – distribuitor; 4 – unitate de calibrare; 5 – amplificatoare; 6 – punte Wheatstone; 7 – unitate de control; 8 – amplificatoare cu 2 şi 4

canale; 9 – circuite de întârziere; 10 – osciloscop; 11 – sistem de reţinere automată pe peliculă fotosensibilă a oscilogramelor; 12 – amplificator bază de timp; 13 – bază de timp; 14 – trigger; 15 – plotter; 16 – osciloscop digital cu memorie; 17 – display; 18 – microcalculator; 19 – casetofon; 20 –

calculator prelucrare; 21 – imprimantă grafică

Folosind un sistem de achiziţie şi prelucrare a informaţiilor rezultate în urma încercării

pe cale a transmisiilor autovehiculelor, Universitatea din Braşov si ICSITA Piteşti au elaborat

programe de calcul capabile să uşureze proiectarea cutiilor de viteze şi cercetarea comportării

acestora pe stand prin introducerea unor solicitări identice cu cele din exploatare.

Tehnica modernă de calcul este valorificată de ICSITA Piteşti atât în conceperea,

modelarea şi execuţia machetelor caroseriilor autoturismelor, cât şi la proiectarea matriţelor şi

proceselor tehnologice.

Laserii şi-au găsit aplicaţii in tehnicile şi tehnologiile de aliniere, centrare, axare şi

control al calităţii în industria mijloacelor de transport, elaborate de Institutul Central de

Fizică şi în evaluarea distribuţiei tensiunilor mecanice din elementele mecanismului motor,

prin intermediul interferometriei holografice (Universitatea din Braşov).

În domeniul sistemelor flexibile de fabricaţie a ICSITMU a elaborat proiectul complex

al unei linii automate cu strunguri verticale pentru prelucrarea prin strunjire a pieselor de tip

flanşă, roată dinţată, tambur de frână (Fig. 2.2) etc.

Linia, executată la Întreprinderea de Maşini Unelte Bacău, este dimensionată pentru o

producţie anuală de 250.000 repere în două schimburi, respectiv cu o productivitate de un

��

�

tambur de frână pe minut. Pe această linie se execută în regim automat următoarele operaţii:

prelucrarea semifabricatelor, transferul reperelor de la o operaţie la alta, prelucrările mecanice

de strunjire, degroşare şi filetare, spălarea, degresarea, conservarea, stocarea pieselor,

prelucrarea şi predarea containerelor.

Fig. 2.2. Linie automată flexibilă pentru prelucrarea tamburilor de frână: 1 – strunguri verticale cu

platou SV 1/5; 2 – strunguri verticale cu două platouri SV 2/5; 3 – agregat de găurit şi filetat; 4 – manipulatoare MP 150; 5 – manipulatoare MP 300; 6 – manipulator MS 150; 7 – manipulator MEP 1001;

8 – instalaţie de conservare pe termen lung; 9 – instalaţie de conservare pe termen scurt; 10 – sistem de transport; 11 – staţie de paletare; 12 – sisteme de control şi comandă

În structura liniei intră 13 unităţi funcţionale, din care 9 celule flexibile automate şi 4

grupuri funcţionale automate, controlate de 16 echipamente de comandă numerică şi 13

automate programabile. Ea este deservită de 5 operatori umani, faţă de 89 cât ar fi fost

necesari în cazul realizării aceleiaşi producţii pe maşini unelte convenţionale.

Pentru fabricarea pieselor de tip carcasă există la I.M. Mârşa un sistem flexibil, având

la bază un centru de prelucrare tip YBN-30 N. De asemenea, pentru prelucrarea pieselor din

familia bolţuri funcţionează la I.M. Medgidia o celulă flexibilă.

Dezvoltarea sistemelor flexibile automate de prelucrare şi montaj este condiţionată de

existenţa tuturor elementelor componente. În acest sens, la ICTCM se desfăşoară un program

care are drept obiectiv realizarea de sisteme de transport-manipulare interoperaţional cu

robocare inductive (R.I.160, R.I.320, R.I.630, R.I.1250).

Din numărul mare al instalaţiilor, tehnicilor şi tehnologiilor moderne aplicate în marile

întreprinderi constructoare de autovehicule, se pot menţiona: liniile automate şi celulele

flexibile de prelucrare a blocului motor şi chiulase de la Tractorul U.T.B. S.A. Braşov şi

Roman S.A. Braşov, complexele de maşini unelte deservite de roboţi industriali programabili

de la Autoturisme Dacia S.A. Colibaşi, Oltcit S.A. Craiova, Hidromecanica S.A. Braşov,

Tractorul U.T.B. S.A. Braşov (robotul are o viteză a braţului de 1m/s, 5(6) grade de

mobilitate, o precizie de poziţionare de ±0,5mm şi proprietatea de a realiza mişcări de

��

�

translaţie pe o distanţă de 800mm; poate fi folosit la deservirea maşinilor agregat, efectuarea

sudurilor de precizie, realizarea montajelor pretenţioase, găuriri, polizări, debitări sau aşezarea

miezurilor în forme), liniile robotizate de asamblare a caroseriei, de la Autoturisme Dacia

S.A. Colibaşi şi Oltcit S.A. Craiova, de vopsire şi control automat al formei acesteia de la

Oltcit S.A. Craiova, sistemele computerizate de depozitare şi gestionare a pieselor şi

subansamblurilor de la Tractorul U.T.B. S.A. Braşov, Roman S.A. Braşov, Oltcit S.A.

Craiova, Autoturisme Dacia S.A. Colibaşi, Aro S.A. Câmpulung Muscel ş.a.

Echipamentele de comandă pentru roboţi (NUMEROM 770) sunt realizate de

Institutul de Cercetare Ştiinţifică şi Inginerie Tehnologică pentru Automatizări (IPA). Pentru

comanda sistemelor flexibile de montaj se pot folosi calculatoarele de proces ECAROM 886

S şi microcalculatorul universal Felix-PC.

Pentru proiectarea asistata de calculator în domeniul autovehiculelor se poate folosi

programul AUTOCAD existent şi la Centrul de Calcul al Catedrei de Autovehicule şi

Motoare a Universităţii „Transilvania” din Braşov.

Infografia sau creaţia de imagini cu calculatorul în domeniul autovehiculelor permite

verificarea ipotezelor de calcul, accelerarea procesului de creaţie, reducerea costurilor şi

detaliilor de punere la punct a fabricaţiei, ameliorarea calităţii produsului la toate nivelele,

studierea micşorărilor şi operaţiilor care trebuiesc realizate de roboţii industriali, cercetarea

proceselor din motor, conceperea grupului motopropulsor, simularea influenţei elementelor

estetice ale autovehiculului asupra preţului acestuia pe piaţă. În acest sens, cercetătorii de la

Renault dispun în prezent de un supracalculator Cray XMP 18, care permite efectuarea de

calcule complexe cu ajutorul unor programe specializate (Fig. 2.3).

Fig. 2.3. Sisteme CAD şi aplicaţiile lor la Renault

�

��

��

2.3 Tehnologii moderne de prelucrare a semifabricatelor şi pieselor de autovehicule

Fabricarea de autovehicule ale viitorului cu performanţe superioare este posibilă prin

valorificarea tuturor programelor actuale din domeniile fizicii, chimiei, matematicii şi

informaticii.

Pentru aceasta, în ţările dezvoltate industrial (S.U.A., Japonia, Rusia, Franţa, Anglia,

Germania) se desfăşoară intense cercetări fundamentale şi aplicative în scopul realizării de noi

materiale metalice, ceramice, plastice şi compozite, precum şi în cel al folosirii tehnologiilor

neconvenţionale la obţinerea şi prelucrarea semifabricatelor.

Edificatoare sunt în acest sens progresele întocmite, pentru anul 2000, de Ministerul

Japonez al Comerţului Exterior şi al Industriei. Ele arată că în domeniul materialelor,

ponderea polimerilor şi compozitelor va creşte de 10 ori, a materialelor ceramice superioare

de 19 ori, iar a noilor metale (amorfe) de 39 de ori.

În perspectiva pe termen scurt şi mediu, în ţara noastră sunt prevăzute programe de

cercetare la nivel naţional, care să focalizeze eforturile creatoare ale specialiştilor români

pentru realizarea de:

- noi oţeluri nealiate şi slab aliate laminate cu caracteristici superioare sau identice cu cele

ale oţelurilor aliate din prezent;

- metale amorfe şi cu memoria formei, noi aliaje pe bază de aluminiu şi magneziu;

- piese turnate cu pereţi subţiri din noi tipuri de fonte cu grafit nodular, slab aliate şi aliate,

precum şi din superaliaje;

- produse ale metalurgiei pulberilor din materiale metalice feroase şi neferoase;

- componente cu performanţe ridicate din materiale ceramice elastice, precum şi din fibre

ceramice, grafit turnat şi sinterizat, oxizi de aluminiu şi zirconiu, nitruri şi carburi de

siliciu;

- noi repere din poliolefine, polimeri vinilici, polimeri şi copolimeri stirenici, poliesteri,

poliamide, poliacetaţi, poliuretani, materiale plastice armate cu fibre de sticlă sau carbon;

- elemente din elastomeri stirenici, nitrilici, cloroprenici, halogenaţi, cauciucuri acrilice,

poliuretanice, siliconice ş.a.;

- noi tipuri de materiale stratificate;

- tehnologii avansate în domeniile turnării şi matriţării de precizie, metalurgiei pulberilor,

extrudării la cald şi la rece;

- progrese în sectorul tehnologiilor neconvenţionale combinate de fabricare (ştanţare cu

prelucrare laser) şi de recondiţionare;

��

��

- utilaje apte să asigure aplicarea în producţie a noilor tehnologii;

- tehnici avansate de analiză şi control.

Pornind de la aceste direcţii de cercetare, care sunt în concordanţă cu preocupările

specialiştilor pe plan mondial, vor fi analizate toate tehnologiile de vârf ce pot sau sunt

aplicate la prelucrarea şi recondiţionarea pieselor de autovehicule din materiale clasice sau

neconvenţionale (Schema 2.1).

Sche

ma

1.1

��

��

Să ne reamintim!

� Prin aplicarea metodelor moderne de recondiţionare, cum sunt cele ale treptelor de

reparaţie, compensatorilor, înlocuirii unei părţi din piesă sau reducerii la dimensiunile

iniţiale, se pot introduce în exploatare peste 70% din piesele uzate.

� Procedeele noi de recondiţionare, ca metalizarea şi sudarea cu jet de plasmă, refularea

electromecanică, sudarea cu fascicul de electroni şi prin frecare, acoperirile galvanice

şi cu materiale termoplastice de mare rezistenţă, permit majorarea duratei de folosire a

pinioanelor şi arborilor din cutiile de viteze, arborilor cotiţi, arborilor cu came,

culbutorilor, supapelor, elementelor sistemelor hidraulice, de alimentare, răcire şi

ungere ş.a.

2.4 Autoevaluare

1. Prezentați metodele noi de recondiționare şi avantajele lor.

��

��


3 Metode speciale de turnare �

3� Metode speciale de turnare ................................................................................................ 33�

3.1� Turnarea sub presiune ................................................................................................ 33�

3.2� Turnarea centrifugală ................................................................................................. 38�

3.3� Turnarea cu modele gazificabile ................................................................................ 39�

3.3.1� Confecţionarea modelelor ................................................................................... 40�

3.4� Turnarea cu modele fuzibile ...................................................................................... 45�

3.5� Turnarea în forme coji ............................................................................................... 45�

3.6� Formarea în vid .......................................................................................................... 47�

3.7� Autoevaluare .............................................................................................................. 48�

Obiective:


� Explice turnarea sub presiune

� Explice turnarea centrifugală

� Explice turnarea cu modele gazeificabile

� Explice turnarea în forme coji


Creşterea producţiei de piese turnate şi a exigenţelor impuse semifabricatelor ce se

obţin prin această tehnică au determinat dezvoltarea unor procedee noi, cum sunt turnarea sub

presiune, centrifugală, cu modele gazificabile sau volatile, în forme coji, în forme întărite cu

bioxid de carbon, în forme cu modele fuzibile şi formarea în vid.

3.1 Turnarea sub presiune

Metoda constă în introducerea metalului sub presiune într-o cochilă, executată din

două bucăţi.

Se aplică la execuţia unor semifabricate complexe (bloc motor, chiulasă, piston, carter

cutie de viteze, carter ambreiaj, corp carburator ş.a. – Fig. 3.1), cu precizie indicată (grosimea

��

��

pereţilor: 0,5...3,0 ±0,03...0,15mm; rugozitatea: 0,8...6,3µm; diametre minime ale găurilor:

1,0...2,5mm; abateri de la perpendicularitate: ±0,05...0,12mm, de la paralelism:

±0,02...0,10mm, de la concentricitate: ±0,02...0,05mm).

Fig. 3.1. Semifabricate turnate sub presiune: a) chiulasă; b) bloc motor; c) piston

Turnarea sub presiune permite realizarea de piese cu consumuri reduse de material şi

evitarea, în mare măsură, a prelucrărilor mecanice ulterioare. De asemenea, se pot executa

repere armate sau bimetalice.

Dezavantajele se datorează limitării metodei la turnarea unor aliaje neferoase cu punct

de topire sub 1300K (aliaje pe bază de Zn, Mg, Al sau Cu), uzurii rapide a matriţei şi costului

relativ ridicat al cochiliei şi a instalaţiei de tehnicitate avansată.

Fig. 3.2. Maşini de turnat sub presiune joasă: a) maşină de turnat cu cilindru şi piston; 1 – cilindru; 2 – metal lichid; 3 – cameră de

prelucrare; 4 – canal de alimentare; 5 – formă;

b) maşină cu cameră de compresie mobilă: 1 – comanda sistemului pneumatic de acţionare;

2 – vas încălzit; 3 – cameră mobilă; 4 – forma.

��

��

Instalaţiile pot fi cu cameră de presiune rece, pentru aliajele cu punct de fuziune mai

ridicat, şi cu cameră de presiune caldă, pentru materialele cu temperatură scăzută de topire.

După presiunea de injectare a materialului topit, maşinile de turnat pot fi cu presiuni

joase (1...10MPa) sau înalte (100...200MPa).

Viteza de injectare a materialului în formă este de 20...60m/s. La piesele cu pereţi

subţiri aceasta poate ajunge la 100m/s.

Maşinile de turnat sub presiune trebuie să asigure menţinerea în stare caldă a

materialului lichid, dozarea şi introducerea lui în formă la presiunea stabilită, răcirea cochiliei,

deschiderea şi închiderea automată a matriţei şi evacuarea piesei.

Schemele de principiu ale maşinilor de turnat sub presiune joasă sunt prezentate în

Figura 3.2.

Procesul tehnologic la turnarea sub presiune este automatizat. El începe prin

transferarea metalului, aflat în stare topită, din cuptorul pentru alimentat instalaţia în cilindrul

de lucru. La introducerea metalului lichid în camera de presiune, contrapistonul astupă

orificiile de comunicare cu cochilia (Fig. 3.3, a). Când pistonul presează metalul fluid, se

produce deplasarea contrapistonului, care deschide orificiile de alimentare ale cochiliei,

permiţând injectarea. După umplerea cavităţii cochiliei, pistonul mai acţionează câteva

fracţiuni de secundă, asupra materialului lichid, pentru a realiza ultima fază de îndesare.

Cantitatea de metal rămasă între piston şi contrapiston, la sfârşitul procesului, se solidifică.

Concomitent cu retragerea pistonului, contrapistonul se deplasează, astupă orificiile de

alimentare şi ridică restul de metal solidificat la suprafaţa cilindrului. După întărirea

metalului, cochilia se deschide. Prin deplasarea semimatriţei mobile, placa cu extractoare vine

în contact cu un opritor. Extractoarele acţionând asupra piesei vor asigura eliminarea din

cochilie a ei şi a reţelei de turnare.

De regulă, instalaţiile folosesc două cuptoare, unul pentru topirea metalului şi altul

pentru menţinerea acestuia în stare fluidă şi alimentarea camerei de presiune. La încălzirea

cuptoarelor se poate folosi energia electrică, cea a combustibililor lichizi sau a gazelor.

Cochiliile se execută din oţeluri de scule aliate. La conceperea cochiliilor, se vor evita

soluţiile cu plan de separare în trepte, iar miezurile fixate vor fi dispuse, pe cât posibil, în

semimatriţa mobilă. Pentru evacuarea aerului şi gazelor din forme se prevăd canale cu

adâncimea de 0,1...0,2mm şi lăţimea de 10...20mm, a căror secţiune totală ajunge la cca. 50%

din suprafaţa orificiului de intrare a metalului.

��

��

Fig. 3.3. Principiul de funcţionare al unei maşini de format cu presiune înaltă: a) înainte de presare; b)

umplerea formei; c) evacuarea: 1 – piston superior; 2 – metal lichid; 3 – cilindru; 4 – piston inferior; 5 – arc; 6 – semicochilă fixă; 7 – semicochilă mobilă; 8 – extractoare; 9 – opritor; 10 – material în exces; 11 –

curea; 12 – piston.

În scopul menţinerii cochiliilor la o anumită temperatură, în acestea se prevăd canale

pentru circulaţia apei (Fig. 3.4).

Fig. 3.4. Cochilă pentru turnarea pistoanelor: 1 – partea centrală a miezului; 2,9 – părţile laterale ale

miezului; 3,8 – părţile exterioare ale cochiliei; 4,7 – împingătoare; 5,6 – miezuri pentru locaşurile bolţului; a – la turnare, b – după turnare.

Înainte de turnare, se pot prinde în cochile piese din alte materiale (alamă sau oţel),

care au rolul de a majora rezistenţa mecanică în zonele intens solicitate.

O variantă a metodei prezentate este turnarea sub presiune în vid (Fig. 3.5).

��

��

Fig. 3.5. Turnarea sub presiune în vid: 1 – matriţă; 2 – cameră de injectare; 3 – metal topit (aluminiu); 4 –

tub de alimentare; 5 – capac

Performanţele de putere ale motoarelor pot fi îmbunătăţite, printre altele, prin

supraalimentare. Majorarea cantităţii de aer reţinută în cilindrii motorului la sfârşitul

proceselor de schimb de gaze permite creşterea debitului de combustibil injectat pe ciclu. Ca

urmare se intensifică solicitările mecanice şi termice ale elementelor mecanismului motor.

Încercările au arătat că pistoanele din aliaje de aluminiu, în construcţie clasică, au atins

limitele superioare ale puterii specifice (40kW/dm2). În plus, la pistoanele din AlSi,

caracteristicile de rezistenţă scad la temperaturi înalte. O soluţie modernă de piston pentru

motoarele supraalimentate este cea care are prevăzută în partea superioară unul sau mai multe

canale toroidale prin care circulă uleiul de răcire sub presiune (Fig. 3.1, c).

Tehnologia actuală prevede turnarea în cochilă sub presiune a acestor pistoane.

Miezurile pentru canalele de răcire se execută dintr-un amestec de metasilicat de sodiu (Na2O

şi O2) şi bisilicat de sodiu (Na2O2 şi O2), în cazul turnării sub presiune, la temperatura de

1300K, din săruri topite şi sare cristalină, cu silicat de sodiu ca element de legătură, când se

toarnă la temperatura de 350K într-o cochilă încălzită la 300...330K (întărirea se face în 5...7

minute prin insuflare de CO2), sau din sare cu adaosuri (max. 10%) de borax, talc şi oxid de

magneziu prin presare la rece, urmată de sinterizarea la temperatura de 620...1000K şi

presiunea de 25...75MPa.

Înainte de turnare, miezurile se preîncălzesc până la temperatura de 820K. Dizolvarea

miezurilor, după turnarea pistoanelor, se face în 30...40 minute cu ajutorul apei. Miezurile de

sare sinterizată au diametrul maxim de 90...400mm.

��

�

Pistoanele cu canale de răcire obţinute cu ajutorul miezurilor din sare asigură o bună

evacuare a căldurii de la partea superioară a capului, comparativ cu cele la care acestea se

realizează prin introducerea în cochilă a unei serpentine din oţel sau a unui miez de nisip.

Inconvenientele se datorează necesităţii spălării îndelungate cu apă fierbinte pentru

îndepărtarea miezurilor şi asperităţilor ce rămân pe suprafeţele interioare ale canalelor şi care

pot determina apariţia fisurilor în exploatare.

Să ne reamintim!

� Turnarea sub presiune constă în introducerea metalului sub presiune într-o cochilă,

executată din două bucăţi

� Se aplică la execuţia unor semifabricate complexe (bloc motor, chiulasă, piston, carter

cutie de viteze, carter ambreiaj, corp carburator), cu precizie indicată (grosimea

pereţilor: 0,5...3,0 ±0,03...0,15mm; rugozitatea: 0,8...6,3µm; diametre minime ale

găurilor: 1,0...2,5mm; abateri de la perpendicularitate: ±0,05...0,12mm, de la

paralelism: ±0,02...0,10mm, de la concentricitate: ±0,02...0,05mm).

� Turnarea sub presiune permite realizarea de piese cu consumuri reduse de material şi

evitarea, în mare măsură, a prelucrărilor mecanice ulterioare. De asemenea, se pot

executa repere armate sau bimetalice.�

� Dezavantajele se datorează limitării metodei la turnarea unor aliaje neferoase cu punct

de topire sub 1300K (aliaje pe bază de Zn, Mg, Al sau Cu), uzurii rapide a matriţei şi

costului relativ ridicat al cochiliei şi a instalaţiei de tehnicitate avansată.�

3.2 Turnarea centrifugală

Acest procedeu constă în turnarea metalului în forme metalice aflate în mişcare de

rotaţie. Metoda se aplică la turnarea cămăşilor de cilindri (Fig. 3.6), bucşelor din care se

uzinează segmenţii de piston şi a semifabricatelor din bronzuri, pentru cuzineţi mono sau

bimetalici.

Calitatea piesei depinde de viteza de rotaţie a formei. Ea are o mare influenţă asupra

densităţii materialului, rezistenţei mecanice, omogenităţii compoziţiei în direcţie axială şi

exactităţii formei suprafeţei libere a semifabricatului.

��

�

În comparaţie cu turnarea în forme de nisip sau

metalice, procedeul asigură posibilitatea turnării unor piese cu

pereţi subţiri sau bimetalice, economie de material, prin

eliminarea reţelelor de turnare şi maselotelor (indicele de

utilizare a materialului ajunge la 0,95), obţinerea unei

structuri dense, apropiată de a pieselor matriţate, fără

porozităţi şi oxizi, reducerea volumului de cheltuieli pentru

formare şi turnare cu peste 500%, creşterea productivităţii şi

diminuarea rebuturilor de 8...10 ori.

În schimb, apare pericolul segregării materialului. De

asemenea, nu pot fi realizate orificii cu dimensiuni exacte în

piesele turnate fără miez.

Turnarea se poate realiza în forme cu axe de revoluţie verticală (Fig. 3.7 b) sau

orizontală (Fig. 3.7 a).

Fig. 3.7. Turnarea centrifugă în forme cu axe de revoluţie: a) orizontală: 1 – semifabricat; 2 – capac lingotieră; 3 – jgheab de turnare; 4 – strat termoizolant; 5 – tijă şi piston de împingere; b) verticală: 1 –

capac; 2 – semifabricat; 3 – forma rotativă.

3.3 Turnarea cu modele gazificabile

Procedeul presupune turnarea metalului lichid peste un model gazificabil (volatil) din

polistiren, fenopolistiren, polimetilmetacrilat (PMMA) sau stirenacrilonitril, care a fost în

prealabil împachetat cu nisip uscat, fără liant într-o formă.

Larga extindere a procedeului în ultimii 10 ani (în anul 1986 existau peste 100 de

turnătorii integrate ale unor firme de renume din S.U.A. – Ford şi General Motors, Italia –

Fig. 3.6 Cămașă de cilindru

��

��

TEKSID şi FIAT, Canada, Germania, Rusia, Franţa – Peugeot şi Citroën, Spania, Austria,

Brazilia) se datorează unor multiple înlesniri tehnologice şi economice, cum sunt: dispariţia

suprafeţei de separaţie şi a bavurilor; posibilitatea plasării modelelor în orice poziţie de

turnare în condiţiile obţinerii unor semifabricate cu configuraţii complexe şi toleranţe

dimensionale restrânse; eliminarea miezurilor, lemnului din modele şi operaţiilor de

demulare; creşterea indicelui de scoatere cu 3...18%; diminuarea substanţială a rebuturilor;

micşorarea cu 40% a manoperei de curăţare şi finisare şi reducerea cu 75% a costului

formelor.

Defecte de turnare apar numai la piesele de oţel cu conţinut scăzut de carbon. Acestea

prezintă, la interfaţa cu forma, o structură perlitică, urmată de o zonă feritică, dispusă acicular.

Structura anormală determină o importantă reducere a rezistenţei. De asemenea, la

temperaturi ridicate de turnare, grosimea stratului carburat nu este uniformă pe perimetrul

peretelui piesei, fapt ce creează probleme la operaţiile următoare de prelucrare.

3.3.1 Confecţionarea modelelor

Modelele se pot executa, pentru producţia de serie mică sau unicate, prin decuparea

plăcilor sau blocurilor din polistiren expandat, cu ferăstraie de tip panglică sau cu fir de

nichelină încălzit până la incandescenţă (diametrul firului 0,5...1,5mm) şi asamblarea părţilor

componente cu ajutorul unor adezivi.

În cazul producţie de serie mare, modelele se realizează prin expandarea în matriţă.

Materia primă pentru modele o reprezintă granulele de polistiren, cu densitatea

aparentă de 600...700gr/dm3, care sunt supuse unui tratament de preexpandare în camere cu

vapori de apă. În urma contactului cu vaporii de apă, cu temperatura de 380...390K, densitatea

granulelor ajunge la 15...30g/dm3.

După uscare, granulele preexpandate sunt injectate, la temperatura de 430...490K, în

forme metalice prevăzute cu orificii prin care pătrund vaporii de apă, aflaţi la temperatura de

380...390K şi presiunea de 33...175KPa. În aceste condiţii se realizează sudarea granulelor de

polistiren între ele. La terminarea procesului de sudare, matriţele se răcesc până când

temperatura modelelor ajunge la 310...320K şi pot fi extrase.

Modelele din polistiren sunt depozitate 190...450 ore pentru relaxarea tensiunilor

interne acumulate de granulele de expandare, eliminarea umidităţii, de 6...8%, provenită de la

aburul de expandare condensat sau apa de răcire şi stabilizarea compoziţiei chimice prin

eliminarea unor componente volatile de tipul pentanului.

��

��

Asamblarea modelelor, ataşarea reţelelor şi maselotelor se poate face prin lipire cu

adezivi, lipire cu topire locală a suprafeţei de contact sau lipire cu aport de căldură şi presare.

Depunerea adezivului prin pulverizare pe suprafeţele de contact, scufundarea

semimodelului într-o baie cu adeziv cald (360K) sau „tipărirea” cu ajutorul unei benzi suport

speciale cu strat de adeziv foarte precis dozat, astfel încât să nu rezulte bavuri în zonele de

îmbinare, se execută pe linii robotizate de asamblare şi acoperire (Ford, General Motors, Fiat).

În acest caz, un robot poate asambla într-o oră 150 de modele din patru componente.

Acoperirea modelelor de polistiren cu vopsea refractară pentru realizarea unei

membrane elastice şi permeabile la interfaţa aliaj-model care se gazeifică – nisip fără liant,

reprezintă operaţia care asigură calitatea piesei turnate.

Depunerea acoperirii refractare se face mecanizat sau automatizat, prin pensulare,

scufundare sau pulverizare.

Vopselele pot fi alcoolice (20% praf de grafit în soluţie de etanol – concentraţie 40%;

70...90% zirconiu; 10...30% nisip cuarţos şi 1...3% răşină fenolică în metanol), cu apă sau pe

bază de răşini şi material refractar pulverulent (praf de magnezită în emulsie de dextrină în

raport 7,75:1 părţi; praf de zirconiu; oxid de aluminiu; oxid de fier cu emulsie de răşină

fenolică sau dextrină).

Întărirea vopselei se face în timp de 20...90 minute prin evaporare, la cele pe bază de

alcooli, autoîntărire, în cazul celor cu răşini şi prin uscare, în cuptoare cu temperatură

controlată, la cele cu apă.

Polistirenul expandabil trece în stare de curgere la temperatura de 430...440K şi începe

să se gazeifice la 490...520K.

Modelele din polistiren cu precizie dimensională ridicată şi cu o netezime superioară a

suprafeţelor se obţin pentru debite ale materialului injectat de 200...250 x 10-6m3/s şi viteze

ale coloanei de 30 x 10-6m/s.

Corpurile din polistiren expandat injectat au rezistenţa la rupere prin compresiune de

91...140KN/m2. Cenuşa rezultată prin gazeficarea lor nu depăşeşte 1%.

În polistirenul neexpandat se pot introduce elemente de aliere sub formă de pulberi sau

granule, care vor fi injectate în matriţa de expandare cu aburul tehnologic. Alierea superficială

se poate realiza şi prin acoperirea modelului din polistiren cu o pastă din pulbere de ferocrom

(66,98% Cr; 5,45% C) şi răşină fenolică (pentru un strat de pastă gros de 5mm, la piesele din

oţel, s-a obţinut o suprafaţă aliată pe o adâncime de 1mm şi o duritate de 500HV faţă de

100HV în axa piesei).

��

��

Modele injectate se execută pe instalaţii tip carusel, adoptate din industria materialelor

plastice. Ciclul de execuţie a unui model de mărime mijlocie, complicat, cu grosimi ale

pereţilor de 5...13mm este de 80...90 secunde.

Matriţele pentru modele se pot fabrica din aluminiu, prin procedee clasice, sau din

mase plastice termorezistenţe, cu suprafeţele active metalizate prin electrodepuneri (Fig. 3.8).

Fig. 3.8. Fazele procesului

tehnologic de obţinere a matriţelor din mase plastice placate prin

electrodepunere

Formarea şi gazificarea

modelului

Formarea cuprinde:

aşezarea modelului, centrat, în

cutia de formare; acoperirea

lui cu nisip uscat, fără liant, şi

îndesarea acestuia pentru a se

realiza o mulare cât mai bună (Fig. 3.9).

Fig. 3.9. Turnarea în formă cu modele gazificabile: 1 – model; 2 – vibrator; 3 – formă; 4 – amestec de

formare; 5 – vas cu metal lichid; 6 – metal lichid; 7 – strat poros; 8 – pâlnie pentru amestecul de formare; 9 – canal de turnare.

Pentru formare se folosesc cutii metalice tip container, cilindrice sau poligonale,

turnate sau sudate, care pot fi manipulate de sisteme automate. De exemplu, pentru turnarea

blocului unui motor cu patru cilindri, cu reţeaua de turnare centrală, se folosesc cutii de

��

��

formare cu diametrul de 750mm, înălţimea de 1000mm, capacitatea de 1000kg nisip, din tablă

de oţel cu grosimea de 8,0...9,5mm.

Manipularea, plasarea şi ambalarea modelelor, precum şi completarea cu nisip a

formelor sunt automatizate, în scopul asigurării unei productivităţi ridicate şi realizării unor

piese turnate de mare precizie.

Nisipul din cutie trebuie să se afle la temperatura maximă de 348K şi să ocupe sub

50% din volumul util al ramei, pentru a nu deteriora modelul. Tasarea gravitaţională a

nisipului este completată prin vibrare, scuturare, presare şi vidare. Vidarea este obligatorie în

cazul pieselor cu cavităţi.

Îmbunătăţirea calităţii suprafeţelor exterioare ale modelelor se poate obţine prin

aplicarea unei folii, din material plastic, pe pereţii activi şi matriţei.

Aplicarea unei depresiuni, de 10...70kPa, amestecul din cutia de formare asigură

majorarea rigidităţii formei şi scăderea presiunii din aceasta în timpul gazeficării modelului,

ca urmare a absorbţiei vaporilor de stirol.

În formele de turnare se introduce nisip cuarţos obişnuit (min. 85% SiO2) cu indicele

de fineţe cuprins între 25...50 unităţi APS.

Reţelele de turnare din polistiren se concep pe baza principiilor clasice de proiectare.

Sub acţiunea căldurii metalului lichid turnat are loc gazificarea modelului. Cantitatea

de gaze degajate este dependentă de sortul de polistiren şi de temperatura de turnare.

La contactul cu metalul lichid, modelul din polistiren suferă următoarele transformări:

distrucţia termică, topirea, vaporizarea (gazificarea) şi arderea.

În timpul turnării nu există (Fig. 3.10) un contact direct între aliajul lichid şi stratul de

nisip al formei şi nici între metal şi modelul din polistiren. Spaţiul care le separă poartă

numele de „volum de control”.

Prin degajarea gazelor, rezultate în urma distrucţiei modelului, se realizează o

fragmentare mecanică a dendritelor de cristalizare. De asemenea, produsele carbonice din

timpul gazificării au un efect modificator, care contribuie la finisarea structurii aliajelor

turnate.

��

��

Fig. 3.10. Schematizarea proceselor metalurgice care au loc la turnarea cu modele gazificabile: a)

ansamblu; b) detaliu

Să ne reamintim!

� Acest procedeu constă în turnarea metalului în forme metalice aflate în mişcare de

rotaţie. Metoda se aplică la turnarea cămăşilor de cilindri, bucşelor din care se

uzinează segmenţii de piston şi a semifabricatelor din bronzuri, pentru cuzineţi mono

sau bimetalici.

� În comparaţie cu turnarea în forme de nisip sau metalice, metoda turnării centrifugale

asigură posibilitatea turnării unor piese cu pereţi subţiri sau bimetalice, economie de

material, prin eliminarea reţelelor de turnare şi maselotelor, obţinerea unei structuri

dense, apropiată de a pieselor matriţate, fără porozităţi şi oxizi, reducerea volumului

de cheltuieli pentru formare şi turnare cu peste 500%, creşterea productivităţii şi

diminuarea rebuturilor de 8...10 ori

� Turnarea cu modele gazeificabile presupune turnarea metalului lichid peste un model

gazificabil (volatil) din polistiren, fenopolistiren, polimetilmetacrilat (PMMA) sau

stirenacrilonitril, care a fost în prealabil împachetat cu nisip uscat, fără liant într-o

formă.

�

��

��

3.4 Turnarea cu modele fuzibile

Procedeul presupune parcurgerea următoarelor etape:

- confecţionarea modelelor şi a reţelei de turnare prin injectarea în matriţe metalice a unui

amestec uşor fuzibil din stearină, parafină, ceară de albine, cerezină, etilceluloză,

colofoniu, polistiren, polietilenă şi novolac modificat cu colofoniu;

- extragerea modelelor din matriţe după solidificarea şi răcirea amestecului;

- ambalarea modelelor în ciorchine şi scufundarea acestuia într-o suspensie formată din

silicat de sodiu şi praf de cuarţ;

- acoperirea suprafeţelor exterioare cu materiale refractare (nisip cuarţos, oxid de aluminiu,

etc.) şi scufundarea ciorchinelui, timp de 90…120s, într-o soluţie de clorură de amoniu;

după uscare se mai aplică în mod similar 4…12 straturi în funcţie de rezistenţa mecanică

pe care trebuie să o posede forma;

- eliminarea modelului fuzibil prin introducerea acestuia într-un bazin cu apă fierbinte sau

în autoclave cu aburi;

- uscarea şi calcinarea la temperatura de 1200…1300 K;

- turnarea aliajelor în formele calde scoase din cuptorul de uscare şi calcinarea pentru

prevenirea spargerii formelor; la tunarea pieselor mijlocii şi mari, modelele se

împachetează înainte de turnare, în nisip cuarţos cu granulaţie mare.

Prin acest procedeu se pot executa piese cu configuraţii complexe fără plan de separare

şi bravuri, cu abateri dimensionale de ±0,5…±0,3% şi rugozităţi ale suprafeţelor de

0,4…6,3µm, cum sunt agenţii motoarelor, carcaselor pompelor de injecţie, rotoarele şi

aparatele directoare ale turbocompresoarelor etc., in condiţiile unei producţii complet

automatizate.

3.5 Turnarea în forme coji

Forma de turnare rezultă din asamblarea a două coji subţiri din amestec refractar

(nisip cuarţos 92…95% şi o răşină termoreactivă – fenol-formaldehidică pulverulentă care

policondensează la 520…620K şi se întăreşte definitiv).

Succesiunea operaţiilor la confecţionarea semiformelor coji este următoarea

(Fig.3.11):

- placa model încălzită într-un cuptor la temperatura de 520…570K se aduce, timp de

20…30 secunde, în contact cu materialul termoreactiv (Fig. 3.11 a, b); prin înmuierea

răşinii sintetice pe placa model se formează o coajă cu grosimea de 4…15 mm;

��

��

- restabilirea poziţiei iniţiale a rezervorului cu material pulverulent, scoaterea plăcii model

şi introducerea ei, timp de 2…6 secunde într-un cuptor cu temperatura de 570…620K

(Fig. 3.11 c);

- extragerea formelor coji de pe modele (Fig. 3.11 d) şi asamblarea acestora cu miezurile

prin şuruburi, cleme elastice sau prin lipire (Fig. 3.11 e);

- introducerea formelor coji într-o cutie de formare umplută cu alice metalice sau cu

amestec de formare şi turnarea metalului lichid (Fig. 3.11 f).

Procedeul se aplică la turnarea semifabricatelor din fontă cenuşie maleabilă sau grafit

nodular (arbori cotiţi – Fig. 3.11 g, arbori cu came), oţel şi aliaje de aluminiu sau de cupru.

Grosimea pereţilor pieselor turnate poate ajunge la 3…5 mm, rugozitatea suprafeţelor de

12,5…25µm, iar greutatea de 2,3…100kg.

Fig. 3.11. Operaţiile principale la turnarea în forme coji (a, b, c, d, e, f): 1-placă model; 2-rezervor; 3-amestec; 4-coajă; 5-model; 6-tijă; 7-nisip cu alice; 8-cutie de formare; g-arbore cotit turnat în forme coji.

��

��

3.6 Formarea în vid

Formarea în vid se realizează cu material de formare fără liant. Legăturile dintre

granulele de nisip sunt asigurate datorită vidului. Procesul tehnologic la formarea în vid poate

fi structurat astfel (Fig. 3.12):

- montarea modelului pe o placă de construcţie specială, care este racordată la o cameră cu

vid (Fig. 3.12 a);

- acoperirea modelului cu o folie de material termoplasat, cu grosimea de 0,05…0,1mm şi

încălzirea ei prin trimiterea unui jet de aer cald (Fig. 3.12 b);

- cuplarea plăcii la instalaţia de vidare prin mularea foliei din plastic pe model (Fig. 3.12

c);

- aşezarea ramei superioare pe model şi umplerea acesteia cu nisip (Fig. 3.12 d, e);

- realizarea pâlniei de turnare, acoperirea părţii superioare a ramei cu o folie din plastic şi

vidarea incintei (Fig. 3.12 g);

- executarea semiformei interioare prin aceeaşi metodă;

- asamblarea semiformelor şi turnarea materialului lichid (Fig. 3.12 h) şi întreruperea

contactului cu camera de vid se realizează după solidificarea şi răcirea piesei (Fig. 3.12 i).

Fig. 3.12. Fazele procesul tehnologic la formarea în vid

��

�

Metoda de formare în vid asigură formarea unor piese complexe,de precizie ridicată,cu

suprafeţe foarte curate,în condiţiile în care un număr mare de operaţii sunt executate de roboţi.

De asemenea se reduce substanţial consumul de energie, se asigură recircularea a 95…98%

din nisip şi este uşurată dezbaterea si curăţirea.

Să ne reamintim!

� Procedeul presupune turnarea metalului lichid peste un model gazificabil (volatil) din

polistiren, fenopolistiren, polimetilmetacrilat (PMMA) sau stirenacrilonitril, care a fost

în prealabil împachetat cu nisip uscat, fără liant într-o formă.

� În cazul producţie de serie mare, modelele se realizează prin expandarea în matriţă.

� Formarea modelului cuprinde: aşezarea modelului, centrat, în cutia de formare;

acoperirea lui cu nisip uscat, fără liant, şi îndesarea acestuia pentru a se realiza o

mulare cât mai bună

� Forma de turnare rezultă din asamblarea a două coji subţiri din amestec refractar

(nisip cuarţos 92…95% şi o răşină termoreactivă – fenol-formaldehidică pulverulentă

care policondensează la 520…620K şi se întăreşte definitiv)

� Formarea în vid se realizează cu material de formare fără liant. Legăturile dintre

granulele de nisip sunt asigurate datorită vidului

3.7 Autoevaluare

1. Avantajele/dezavantajele turnării sub presiune.

2. Metoda turnării centrifugale.

3. Principiul turnării cu modele gazeificabile

4. Metode de execuție a modelelor.

5. Structura metodei formării în vid.

��

�


4 Procedee speciale de prelucrare a semifabricatelor prin deformare la rece

�


4.1� Procedee speciale de ambutisare ................................................................................ 50�

4.1.1� Ambutisarea cu ajutorul cauciucului .................................................................. 50�

4.1.2� Ambutisarea hidraulică ....................................................................................... 50�

4.1.3� Ambutisarea cu încălzire sau răcire criogenică locală a semifabricatului. ......... 51�

4.2� Prelucrarea prin extrudare la rece .............................................................................. 54�

4.2.1� Aspecte ale extrudării la rece a pieselor de autovehicule ................................... 55�

4.3� Presarea volumică de mare precizie ........................................................................... 58�

4.3.1� Procedee de realizare a roţilor dinţate şi a pieselor canelate prin presare volumică la rece ................................................................................................................ 62�

4.4� Autoevaluare .............................................................................................................. 63�

Obiective:


� Identifice procedeele speciale de prelucrare prin deformare plastică

� Explice procedeul de ambutisare

� Explice procedeul de extrudare

� Explice procedeul de presare de mare precizie


Tehnologia care asigură folosirea cu eficienţă maximă a materialelor şi energiei,

creşterea productivităţii muncii şi economicităţii este deformarea plastică. Deşi importanţa

pieselor matriţate din oţel din construcţia autovehiculelor tinde să scadă cu o rată medie

anuală de 0,5%, prin redimensionări şi utilizarea pieselor turnate din fontă cu grafit nodular,

totuşi ponderea cea mai mare de matriţate o consumă acest sector. Astfel industria de

automobile din Marea Britanie foloseşte 75% din piesele matriţate, iar cele din Germania

64%, Spania 70%, Suedia 59%, SUA 35%. Semifabricatele ce se prelucrează prin presare în

matriţe sunt produse laminate şi trase sub formă de table, benzi, profile, bare, ţevi şi sârme.

��

��

Din grupa procedeelor speciale de prelucrare prin deformare plastică fac parte

ambutisarea cu ajutorul cauciucului, hidraulică şi cu încălzirea sau răcirea criogenică a

semifabricatului; extrudarea la rece de mare precizie, presarea volumică la rece, placarea şi

matriţarea cu ajutorul explozivilor brizanţi sau a unor amestecuri de gaze combustibile;

asamblarea, etanşarea, gâtuirea, evazarea şi bordurarea cu impulsuri electromagnetice sau

electrohidraulice ş.a.

Prin aceste procedee se pot executa piese cu configuraţii complexe, într-o gamă largă

de forme şi dimensiuni, cu rigidităţi mari, precizii dimensionale ridicate şi greutăţi reduse, pe

instalaţii automatizate de mare productivitate.

Dezavantajele se datorează complexităţii proiectării şi execuţiei matriţelor, precum şi

posibilităţilor limitate de aplicare la producţia de serie mică.

4.1 Procedee speciale de ambutisare

Ambutisarea unor materiale cu prelucrabilitate redusă, sau a pieselor cu forme

complexe (elemente de capotaj şi caroserie) se poate executa cu poanson sau placă activă din

cauciuc, hidraulic sau cu încălzirea sau răcirea criogenică locală a semifabricatului, rotativ sau

prin tragerea pe calapod.

4.1.1 Ambutisarea cu ajutorul cauciucului

Metoda se aplică la confecţionarea pieselor cave din tablă subţire. Ambutisările

moderne se pot realiza cu poanson din cauciuc (Fig. 4.1 a, b), în cazul pieselor cu adâncime

mică ori la profilarea unor semifabricate plane, sau cu placă activă din elastomeri. La

ambutisarea cu placă activă din elastomeri, rolul plăcii e preluat de o piesă din cauciuc

introdusă într-o carcasă metalică. Procedeul permite realizarea unor presiuni girostatice mari,

reducerea subţierii materialului şi a tensiunilor de întindere, evitarea formării cutelor,

îngroşarea flanşei şi marginilor piesei.

4.1.2 Ambutisarea hidraulică

Deformarea materialului, în cazul ambutisării hidraulice, este realizată de un lichid sub

presiune, care acţionează direct sau prin intermediul unei membrane elastice asupra

semifabricatului. Ea poate avea loc în matriţe cu placă de ambutisare rigidă (rolul poansonului

este preluat de lichid), sau cu poanson rigid.

Prima metoda se foloseşte la prelucrarea dintr-o singură trecere a pieselor sferice,

conice sau parabolice. Ambutisarea clasică impune mai multe operaţii pentru piesele cu astfel

de configuraţii.

��

��

Ambutisarea hidraulică în matriţe cu placă rigidă (Fig. 4.1 c, d) se poate executa prin

introducerea lichidului cu presiune ridicată (5...20MPa) în zona de lucru. Cea de a doua

metodă se foloseşte pentru ambutisarea dintr-o singură trecere a pieselor cu adâncime foarte

mare. Ea este asemănătoare cu ambutisarea cu poanson din cauciuc.

4.1.3 Ambutisarea cu încălzire sau răcire criogenică locală a semifabricatului.

Din analiza procesului de ambutisare, rezultă că odată cu creşterea diferenţei dintre

rezistenţa mecanică a peretelui deja ambutisat şi cea de formare a flanşei ce urmează a fi

ambutisată, se pot obţine grade mai mari de deformare la o singură operaţie. Această diferenţă

se poate majora prin creşterea temperaturii flanşei sau răcirea bruscă e peretelui deja

ambutisat.

Încălzirea locală a zonei flanşei asigură micşorarea coeficientului de ambutisare

proporţional cu creşterea temperaturii. Pentru a se putea dirija încălzirea numai în zona

flanşei, în timpul ambutisării are loc răcirea părţii centrale a semifabricatului (Fig. 4.2).

Procedeul se aplică la ambutisarea aliajelor de magneziu (temperatura în zona flanşei

570...620K), titan (570...670K) şi aluminiu (600...650K).

Proprietăţile metalice ale metalelor şi ale aliajelor neferoase se modifică în funcţie de

temperatură. Odată cu micşorarea temperaturii, rezistenţa la rupere, limita de curgere,

rezistenţa de rupere la oboseală şi durata cresc, plasticitatea se reduce foarte puţin, iar

rezilienţa se micşorează simţitor existând pericolul ca materialele să devină casante. Astfel, la

reducerea temperaturii de la 290K la 85K rezistenţa la tracţiune creşte de 1,25...1,95 ori,

rezistenţa la oboseală se majorează cu 150...300%, iar rezilienţa este de 4...26 de ori mai mică

(Fig. 4.3.).

Dacă prin răcirea locală se realizează o creştere a rezistenţei mecanice în zonele unde

apare pericolul ruperii sau fisurării, procesul de ambutisare poate continua, fapt ce determină

creşterea înălţimii ambutisate (Fig. 4.4.). Pentru ca operaţia să reuşească este necesar ca

temperatura în apropierea flanşei şi racordările să nu se reducă. În aceste condiţii plasticitatea

materialului în zonele de racordare nu se modifică, iar gradul de deformare a materialului

creşte cu 25...30% faţă de ambutisarea clasică. Drept agenţi de răcire se folosesc azotul lichid

(temperatura de fierbere 78K) şi aerul lichid (temperatura de fierbere 90K).

��

��

Fig. 4.1. Ambutisarea cu elemente elastice: a, b – în matriţe cu poanson din cauciuc:1-placă activă, 2-

semifabricatul, 3-inel de reţinere, 4-poanson din cauciuc, 5-port-poanson, 6-piesă ambutisată; c – hidraulic în matriţe cu placă activă rigidă: 1-placa suport, 2-placă de poziţionare, 3-garnitură, 4-placă de ambutisare, 5-ştift, 6-element elastic; d – hidraulic în matriţe cu husă de cauciuc, 1-placă de ambutisare,

2-inel de reţinere, 3-husă din cauciuc, 4-placă de fixare

. Fig. 4.2. Ambutisarea cu încălzirea locală a flanşei semifabricatului: 1-poanson, 2-rezistenţă electrică, 3-

inel de reţinere, 4-placă de ambutisare

�

Fig. 4.3: Influenţa răcirii criogenrelative:

Fig. 4.4. Ambutisarea cu răcirea lreţinere, 4-placă de ambutisare

stocar

�

�

��

nice asupra rezistenţelor la rupere şi la oboseală, re: 1-OL37, 2-OLC45, 3-OLC60, 4-30MoCr�i20

ocală a zonei centrale a piesei: 1-poanson, 2-tub de

e, 5-tub de evacuare a lichidului criogenic, 6-mediu re Dewar, 8-reductor, 9-butelie cu azot lichid

ezilienţei şi alungirii

alimentare, 3-inel de de răcire, 7-vas de

��

��

Să ne reamintim!

� Ambutisarea cu ajutorul cauciucului se aplică la confecţionarea pieselor cave din tablă

subţire.

� Deformarea materialului, în cazul ambutisării hidraulice, este realizată de un lichid sub

presiune, care acţionează direct sau prin intermediul unei membrane elastice asupra

semifabricatului. Ea poate avea loc în matriţe cu placă de ambutisare rigidă (rolul

poansonului este preluat de lichid), sau cu poanson rigid

� Încălzirea locală a zonei flanşei asigură micşorarea coeficientului de ambutisare

proporţional cu creşterea temperaturii.

4.2 Prelucrarea prin extrudare la rece

Extrudarea este o operaţie de deformare plastică a unui material metalic sau nemetalic,

prin presarea puternică a acestuia în orificiul profilat al unei filiere, în vederea obţinerii unei

piese cu pereţi subţiri şi diverse forme în secţiunea transversală. Dimensiunile pe orizontală

ale pieselor extrudate sunt cuprinse între 3 şi 150mm, înălţimea lor poate fi de 2...450mm, iar

grosimea pereţilor de 0,1...20mm. În practica tehnologică extrudarea poate fi directă, inversă,

combinată, radială şi hidrostatică.

La extrudarea directă materialul curge în sensul de deplasare al poansonului (Fig. 4.5).

Procedeul se aplică la fabricarea tuburilor cu capăt închis sau deschis. Lungimea produsului

nu depinde de cea a poansonului.

În cazul extrudării inverse materialul curge prin orificiul calibrat sau prin jocul

existent între poanson şi placa de extrudare, în sens opus mişcării filierei (Fig. 4.5 b).

Fig. 4.5. Prelucrarea prin extrudare: a-directă, b-inversă, c-combinată, d-radială, e-hidrostatică; 1-

cilindru de lucru, 2-piston, 3-inel de etanşare, 4-fluid sub presiune, 5-semifabricat, 6-filieră (placă activă), 7-produsul extrudat

��

��

Extrudarea combinată (Fig. 4.5 c) este caracterizată prin deplasarea simultană, în

ambele sensuri, a materialului semifabricatului presat de poanson. La extrudarea radială

materialul semifabricatului curge perpendicular pe direcţia de deplasare a poansonului (Fig.

4.5 d). Extrudarea hidrostatică se realizează prin aplicarea unei stări de compresiune spaţială

semifabricatului ce trebuie extrudat (Fig. 4.5 e). Ca urmare plasticitatea materialului creşte,

iar la trecerea lui prin zona activă a plăcii de extrudare se deplasează şi o peliculă de fluid,

care va asigura o bună lubrifiere. Presiunea ridicată aplicată mediului de lucru care poate fi

ulei de ricin, ulei mineral, amestec de ulei şi petrol sau apă, poate preveni formarea şi

extinderea microfisurilor. Piesele prelucrate prin acest procedeu au rugozitatea de

0,10...0,32µm şi precizia corespunzătoare treptelor 6...8 ISO.

Se recomandă folosirea extrudării pentru producţia de serie mare a pieselor cu

configuraţie simetrică (Fig. 4.6 a, b, c). Atunci când este necesar, în condiţii mai grele, se pot

executa şi piese care nu au forme de revoluţie (Fig. 4.6 d).

Fig. 4.6. Configuraţii ale pieselor

obţinute prin extrudare: a-piese pline cu diferite forme la capăt sau la tijă, b-

piese cave cu baza deformată, c-piese cave cu suprafaţa interioară şi

exterioară în trepte, d-formele pieselor în secţiune transversală

4.2.1 Aspecte ale extrudării la rece a pieselor de autovehicule

Ţevile cu pereţi subţiri, inelele de rulmenţi, cheile tubulare, buteliile, pistonaşele, roţile

dinţate, piuliţele speciale, elementele aparaturii de injecţie, componentele mecanismului de

distribuţie al motorului, repere ale sistemelor de răcire, ungere şi aprindere, piese din

construcţia sistemelor de direcţie şi frânare etc. se pot executa din orice metal (aliaje

antifricţiune: Al-Si-Cu-Mg, AlSn6CuNi; oţeluri de extrudare: OE-C10 X, OE 180CN20, Ma-

8, Q-St32-3; oţeluri cu conţinut scăzut sau mediu de carbon: OLC 10, OLC15, OLC35, 15Cr

08, 18NoCN 10) care posedă o anumită plasticitate.

Elementele aparaturii de injecţie, care se pretează a fi prelucrate prin extrudare sunt

bucşele de aliaj antifricţiune, cilindrii şi pistonaşele pompelor de injecţie, pulverizatoarele,

��

��

piuliţele injectoarelor. Alte piese caracteristice, din construcţia sistemelor auxiliare ale

motorului sau autovehiculului, ce se pot prelucra prin acest procedeu sunt: talerele şi galeţii

arcurilor de supapă, tacheţii, autocamerele motoarelor cu injecţie indirectă, dopurile şi

pistonaşele supapelor pompelor de ulei, reducţiile, bucşele şi pistonaşele cilindrilor receptori

de frână, corpurile bujiilor, etc.

Procesul tehnologic de fabricare a bucşelor din aliaje antifricţiune constă în debitarea

prin frezare a barelor turnate în cochilă, ungerea pastilelor debitate cu stearat de zinc şi

extrudare inversă. Prelucrarea după această tehnologie asigură o compactare mai bună a

materialului turnat, creşterea durităţii cu 50%, îmbunătăţirea caracteristicilor fizico-mecanice

şi importante economii de materiale şi manoperă. Tehnologiile de grup pentru extrudarea unor

repere caracteristice sunt constituite din următoarele faze de lucru (Fig. 4.7):

Fig. 4.7. Structura proceselor tehnologice la prelucrarea prin extrudare la rece a: 1-talerului arcului

supapei, 2-părtii superioare a tachetului, 3-corpului bujiei

- debitarea prin forfecare cu dispozitive ce funcţionează după principiul debitării

semideschisă cu strângere pasivă;

- recoacerea de înmuiere a pastilelor debitate, la temperatura de 920K, pentru obţinerea

unor structuri care să permită deformarea materialului;

��

��

- acoperirea prin fosfatare, cu un strat gros de 5...15µm a zonelor ce urmează a fi

prelucrate, în scopul realizării unei depuneri între suprafaţa metalică în contact şi

eliminării gripărilor şi uzurilor anormale;

- lubrifierea, care constă în aplicarea unui strat de soluţie de săpun de rufe (60...80g/dm³),

bisulfură de molibden (MoS2) sau stearat de potasiu peste suprafaţa pregătită prin

fosfatare în scopul reducerii frecării dintre piesă şi sculă;

- extrudarea şi perforarea;

- recoacerile intermediare de recristalizare între diferitele etape ale procesului, pentru a se

restabili capacitatea de deformare a materialului;

- prelucrarea finală pe maşini de rectificat pentru piesele de precizie ridicată.

Semifabricatele, debitate prin diferite tehnici, sunt caracterizate de următoarele

precizii:abaterea de la paralelismul forţelor transversale mai mică de 3°; ovalizarea la distanţă

de 0,5mm de suprafaţa frontală, inferioară valorii de 0,8mm; abaterea de la

perpendicularitatea suprafeţelor sub 1,5°; gradul de ondulare, în zona de rupere, maxim

0,5mm.

Deoarece presiunea la interfaţa semifabricat-matriţă poate atinge 25MPa, pentru

extrudare se folosesc piese metalice cu excentric special de 2500...4000KN, cu alimentare

automată, prese cu genunchi de 4000KN, cu alimentare manuală, sau maşini automate de

extrudat cu mai multe posturi de lucru (maşina automată tip GB-35-5, pentru extrudarea

corpurilor de bujii, are cinci posturi de lucru).

Dacă pe maşinile automate de extrudat se obţin 4500...5000 piese/h (cadenţa reală de

lucru a maşinii GB-35-5 este de 63...65 lovituri/minut), iar pe presele cu alimentare automată

se realizează 2500...3000 piese/h, pe utilajele cu alimentare manuală nu se extrudează decât

450...500 piese/h. Înlocuirea tehnologiilor de prelucrare prin aşchiere cu extrudarea la rece

asigură reducerea cu 300...350% a consumului de metal, creşterea productivităţii muncii cu

350...400%, diminuarea consumurilor energetice cu 50...70%, majorarea rezistenţei de rupere

la oboseală cu 40...120%, mărirea durităţii cu 40...120% şi a alungirii la rupere cu 80...200%,

în condiţiile unei execuţii de calitate superioară (rugozitatea suprafeţelor este identică cu cea a

pieselor prelucrate prin rectificare fină şi lepuire).

Pornind de la multiplele avantaje ale acestui procedeu, în comparaţie cu metodele

clasice de prelucrare, s-a extins la 150 nomenclatorul pieselor din construcţia unor

autovehicule (tab. 4.1).

��

�

Să ne reamintim!

� Extrudarea este o operaţie de deformare plastică a unui material metalic sau nemetalic,

prin presarea puternică a acestuia în orificiul profilat al unei filiere, în vederea

obţinerii unei piese cu pereţi subţiri şi diverse forme în secţiunea transversală.

� Procesul tehnologic de fabricare a bucşelor din aliaje antifricţiune constă în debitarea

prin frezare a barelor turnate în cochilă, ungerea pastilelor debitate cu stearat de zinc şi

extrudare inversă

4.3 Presarea volumică de mare precizie

Procedeele speciale de presare volumică, apărute din necesitatea prelucrării unor piese

cu grade mari de deformare de precizie ridicată, sunt aplicate la deformarea plastică volumică

orbitală şi la prelucrarea roţilor dinţate, pieselor canelate şi filetelor.

Deformarea plastică volumică orbitală se realizează aplicând o presiune determinată

prin intermediul unui cap de presare ce se deplasează ciclic pe suprafaţa semifabricatului.

Presiunea de lucru nu se aplică pe toată suprafaţa ce urmează a fi deformată, ci numai pe o

zonă ce reprezintă 20...30% din aceasta. Prin rotirea părţii superioare a matriţei cu

150...200rot/min si înclinarea capului cu 1°...2°, se deformează integral volumul din zona ce

trebuie prelucrată (Fig. 3.8). Prin deformare plastică volumică orbitală se obţin piese ce nu pot

fi realizate prin metode clasice de deformare plastică la rece, la dimensiuni finite sau cu

adaosuri de prelucrare foarte mici, cu suprafeţe de calitate superioară şi cu economii

importante de materiale, manoperă, utilaje şi suprafeţe productive (tab. 4.2).

Structura procesului tehnologic la deformarea plastică volumică orbitală este

prezentată în Figura 4.5. El poate fi complet automatizat. În acest caz asigurându-se o

reducere a manoperei cu 30% şi a consumului de energie cu 40%. Roţile dinţate şi piesele

canelate de precizie medie şi ridicată cu nodule N = 2,0...0.4mm se pot executa în condiţiile

producţiei de serie mare şi masă prin deformare plastică la rece (tab. 4.3.).

Această tehnologie permite înregistrarea unei productivităţi de 5...10 ori mai mari faţă

de prelucrarea prin aşchiere, în condiţiile obţinerii unui fibraj avantajos orientat şi a unor

rezistenţe la uzură şi la oboseală superioare cu 15...140% pieselor executate prin procedeele

convenţionale.

Prelucrarea filetelor prin deformare plastică la rece asigură un fibraj corespunzător, o

duritate superficială superioară, o creştere a rezistenţelor la rupere cu 20%, la oboseală cu

25% şi la uzură cu 50% şi o productivitate foarte mare.

��

�

Fig. 4.8. Deformarea plastică orbitală: 1-capul de presare orbitală, 2-semimatriţa superioară oscilantă, 3-

piesa, 4-semimatriţa inferioară, 5-aruncător.

Tabelul 4.1. Repere executate prin extrudare la rece

��

��

��

��

Tabelul 4.2. Repere executate prin deformare plastică volumică orbitală

Fig. 4.9. Structura procesului tehnologic la deformarea plastică volumică orbitală.

��

��

4.3.1 Procedee de realizare a roţilor dinţate şi a pieselor canelate prin presare

volumică la rece

Presare volumică cu role profilate: 1-role profilate, 2-

roată dinţată;

- semifabricatul are mişcarea de avans axială;

- rolele sunt antrenate in mişcare de rotaţie;

- se utilizează pentru module mici şi mijlocii.

Extrudarea la rece: 1-poanson, 2-semifabricat, 3-placă

activă, 4-piesă cu dantură sau caneluri;

- se utilizează pentru piese canelate sau roţi dinţate;

- după prelucrare se taie la dimensiuni corespunzătoare

lăţimii roţii.

Rulare cu cremaliere (roto-flo): 1-cremaliere, 2-

semifabricatul

- sculele au forma unor cremaliere prevăzute cu o zonă

de atac şi una de calibrare; ele se deplasează paralel în

sensuri opuse;

- se pot obţine piese danturate cu dantură dreaptă sau

înclinată, cu diametrul sub 700mm şi lăţimi mai mici

de 200mm.

Rularea cu role melcate: 1-semifabricat, 2-role melcate.

- două role melcate, diametral opuse, execută

deformarea semifabricatului sub formă de bară;

- semifabricatul este obligat să avanseze axial,

executând simultan şi o mişcare de rotaţie.

Prelucrarea coroanelor danturate la exterior: 1-

matriţacare realizează dantura, 2-semifabricat, 3-

cilindru calibrat, 4-role pentru presare din exterior.

��

��

Procedeul Grob: 1,2-capete rotative, 3-semifabricatul.

- deformarea se realizează cu ajutorul a două role,

având în secţiune profilul corespunzător golului dintre

dinţi; ele sunt montate excentric pe două capete

rotative;

- semifabricatul are mişcarea de avans axial şi circular

continuu sau intermitent.

Deformarea radială locală: 1, 2 ,3 ,4 ,5 ,6-elemente

active sub formă de segmente, 7-semifabricat, 8-bucşă

elastică, 9, 10-role conice, 11-volant.

- rolele conice sunt deplasate radial de volant;

- se foloseşte la prelucrarea arborilor canelaţi.

Să ne reamintim!

� Procedeele speciale de presare volumică, apărute din necesitatea prelucrării unor piese

cu grade mari de deformare de precizie ridicată, sunt aplicate la deformarea plastică

volumică orbitală şi la prelucrarea roţilor dinţate, pieselor canelate şi filetelor.

� Deformarea plastică volumică orbitală se realizează aplicând o presiune determinată

prin intermediul unui cap de presare ce se deplasează ciclic pe suprafaţa

semifabricatului. Presiunea de lucru nu se aplică pe toată suprafaţa ce urmează a fi

deformată, ci numai pe o zonă ce reprezintă 20...30% din aceasta�

4.4 Autoevaluare

1. Prezentați metoda ambutisării folosind cauciucul.

2. Ce este extrudarea?

��

��


5 Procedee speciale de prelucrare a semifabricatelor prin deformare la rece

�


5.1� Deformarea plastică şi placarea cu explozivi brizanţi sau amestecuri de gaze combustibile .......................................................................................................................... 64�

5.1.1� Deformarea plastică cu explozivi brizanţi .......................................................... 65�

5.1.2� Placarea cu explozivi brizanţi ............................................................................. 68�

5.1.3� Mecanismul de formare a legăturii dintre cele două metale ............................... 70�

5.1.4� Deformarea prin detonarea unui amestec de gaze combustibile ........................ 71�

5.2� Deformarea electrohidraulică ..................................................................................... 72�

5.3� Deformarea electromagnetică .................................................................................... 73�

5.4� Autoevaluare .............................................................................................................. 78�

�

Obiective:


� Explice procedeul de deformare plastică cu explozivi

� Explice procedeul de deformare electrohidraulică

� Explice procedeul de deformare electromagnetică


5.1 Deformarea plastică şi placarea cu explozivi brizanţi sau amestecuri de gaze

combustibile

Deformările plastice produse de detonarea explozivilor brizanţi sau de undele de

presiune rezultate în urma arderii unor amestecuri de gaze combustibile se produc cu viteze

foarte mari. Reţeaua cristalină a semifabricatelor prelucrate prin aceste procedee, fiind supusă

la solicitări intense într-un interval scurt de timp, capătă o configuraţie specială, care conferă

pieselor noi proprietăţi.

��

��

5.1.1 Deformarea plastică cu explozivi brizanţi

Acest tip de deformare a găsit numeroase aplicaţii datorită unor proprietăţi ale

explozivilor ca: energii specifice mari, durate scurte ale timpilor de transformare, viteze foarte

mari de propagare a undei de presiune, presiuni ridicate de detonaţie (tabelul 5.1.):

Tabelul 5.1. Caracteristicile explozivilor brizanţi

Explozivul Viteza de

detonaţie [m/s]

Presiunea de

deformaţie [mPa]

Plasticul 7500 14

Nobilitul 2000 2

Astrolitul 1600 0,56

Carbonitul 1500 0,45

Mecanismul deformării plastice cu explozivi este rezumat în Fig. 5.1.

La detonarea amestecului exploziv se produce o undă de şoc cu grosimea de 0,02mm.

Aceasta atingând semifabricatul îi cedează o parte din energia ei, şi provoacă deformarea în

10-9s. Unda de presiune, care se dezvoltă ulterior, pornind de la bula gazoasă, are un rol

secundar. Presiunea din frontul undei se poate determina cu următoarea relaţie: p = K �� Vd

(5.1), unde: m-masa explozivului; L-distanţa de la sursa detonată la piesa de prelucrat; Vd-

viteza de detonaţie; K, a, b – constante.

Din analiza relaţiei (5.1) rezultă că viteza de detonaţie este factorul preponderent.

Pentru realizarea unei bune deformări ea trebuie să fie mai mare de 6000m/s (plastic,

hexogen, penthrit, trotil, nitromonit, hexolit şi pentalit). Masele de exploziv ajung până la

100kg, în cazul formării rezervoarelor de 50.000dm³. Distanţa de la exploziv la partea

superioară a matriţei trebuie să fie suficientă pentru a permite o repartizare uniformă a

presiunilor. Deformarea produsă de frontul undei de şoc are un caracter unidirecţional, ceea ce

o diferenţiază de alte procedee de deformare. Ea realizează o majorare a densităţii metalului

(Fig. 5.2) prin translaţia unei interfeţe bidimensionale. Fierul poate, sub acţiunea unei unde de

şoc de 40GPa să fie durificat mai bine ca prin laminarea la rece, cu o infimă reducere

dimensională. Materialul suferă o tranziţie de fază care lasă, după revenirea la presiunea

atmosferică, o microstructură complexă asemănătoare martensitei fără carbon.

��

��

După natura agentului în care are loc transmiterea undei de presiune, procedeul se

poate aplica în medii gazoase (aer) – (Fig. 5.3 a), lichide (apă) – (Fig. 5.3 b), sau pulverulente

(nisip).

Metoda a găsit o largă aplicare la execuţia rezervoarelor mari, lonjeroanelor şi

traverselor şasiurilor autovehiculelor grele şi elementelor componente ale benelor

autobasculantelor de mare tonaj. Cercetările recente au arătat că prin deformare plastică cu

explozivi brizanţi se pot realiza semifabricate pentru pinioanele tubulare din transmisiile

autovehiculelor.

Fig. 5.1Mecanismul deformării plastice cu explozivi brizanţi: 1-încărcătura de exploziv, 2-semifabricat, 3-

matriţa, 4-bulă de gaz după detonaţie

Tehnologiile clasice permit obţinerea semifabricatelor pentru pinioanele tubulare prin

matriţare deschisă la cald (Fig. 5.4 a) după care acestea sunt supuse prelucrărilor prin

aşchiere. Noua tehnologie permite lărgirea (Fig. 5.4 b) sau restrângerea (Fig. 5.4 c) în matriţă

a unui semifabricat tubular.

��

��

Fig. 5.2Variaţia densităţii metalelor deformate cu explozivi brizanţi (1) şi prin presare (2)

Fig. 5.3Schemele principale de matriţare simplă sau dublă în medii gazoase (a) sau lichide (b): 1-bazin, 2-

matriţă, 3-piesă, 4-exploziv, 5-absorbant, 6-piesă de strângere

. Fig. 5.4. Soluţii de deformare plastică a semifabricatelor pentru arborii tubulari ai transmisiilor tractoarelor: a-matriţare la cald, 1,2-semimatriţe; b-lărgirea semifabricatului prin explozie, 1,2-

semimatriţe, 3-detonator, 4-exploziv brizant, 5-inele de reţinere, 6-tampon din material nemetalic, 7-semifabricatul; c-restrângerea semifabricatului prin explozie, 1-dorn, 2-capsă pentru detonare, 3-exploziv

brizant, 4-incintă din material nemetalic, 5-inel din material nemetalic

��

�

Fig. 5.5. Arbore tubular din transmisia tractorului: a-piesa prelucrată, b-semifabricat matriţat la cald; c-

semifabricat deformat cu explozivi brizanţi

Prin aplicarea noii tehnologii la deformarea semifabricatului unui arbore tubular al

transmisiei tractoarelor (Fig. 5.5) s-au înregistrat, faţă de tehnologia convenţională, economii

de materiale (3,015kg), operatori umani (1) şi timp de execuţie (5,59 minute). Totodată, s-a

redus numărul de operaţii (5), utilaje (5), operatori umani (6) şi costul prelucrării (178,1lei)

piesei, în condiţiile creşterii productivităţii muncii cu 246% şi simplificării procesului

tehnologic.

5.1.2 Placarea cu explozivi brizanţi

Explozivul necesar placării se aplică sub formă de folie, praf fin, uniform distribuit,

sau cordon detonant pe suprafaţa exterioară a plăcii acoperitoare. Viteza de detonaţie,

densitatea şi grosimea explozivului sunt determinate astfel încât să se realizeze propulsia sau

aplicarea violentă a unei plăci din metal protector (oţel inoxidabil, cupru, aluminiu, titan) pe

un suport mai puţin costisitor (oţel). Natura şi rezistenţa legăturii depind de condiţiile de

operare. În acest sens, placa de protecţie poate fi înclinată (Fig. 5.6 a) sau paralelă cu suportul

(Fig. 5.6 b).

În primul caz, presiunea exercitată la trecerea undei detonate are ca efect modificarea

unghiului static (α) până la unul dinamic (β) şi accelerarea plăcii până se atinge viteza de

placare (Vp). Între cele două plăci se formează un jet metalic care pregăteşte suprafeţele ce

vor veni în contact.

��

�

Fig. 5.6 Placarea cu explozivi brizanţi: a-placa acoperitoare înclinată, b-plăci paralele:1-exploziv, 2-

absorbant, 3-placă acoperitoare, 4-placă suport, 5-soclu, 6-detonator

Deoarece viteza de detonaţie (VD) are sensul plăcii acoperitoare, între aceasta şi viteza

de legătură există următoarea relaţie (Fig. 5.7.): VL= VD ��

�� .

Fig. 5.7

Viteza de placare este: VP=VD �sin(� � ��. Viteza jetului de metal este dependentă de

cele de legătură şi placare. S-a constatat experimental că unghiul format de direcţia jetului cu

placa acoperitoare este mai mic ca �� fără a deveni însă nul. Pentru valori bine determinate

ale vitezei de placare şi unghiului static de înclinare se pot obţine, pe suprafeţele de contact,

unde sinusoidale care conferă legăturii o rezistenţă specială.

La plăcile paralele, formarea undelor este mai dificilă datorită lipsei parametrului α.

Pentru realizarea unei legături foarte bune este necesară o riguroasă reglare a distanţei dintre

plăci,în funcţie de natura materialelor. De regulă, rezistenţa legăturii este mai mică decât cea

stabilită prin metoda plăcilor înclinate. Rezultate foarte bune ale placărilor s-au înregistrat

pentru perechile de materiale: cupru-oţel, aluminiu-oţel, titan-oţel, oţel-inox, oţel-carbon.

Pentru viteze de detonaţie mai mari de 5500m/s unghiul static este cuprins între 4° şi

5°30’. În cazul plăcilor cu grosimea de 0,8...1,0mm, unghiul (β-α) este situat între 7°40’ şi

11°10’. Viteza de legătură are valoarea optimă de 4000m/s.

��

��

Legătura dintre plăci are tendinţa de a se deteriora progresiv pentru lungimi ale

îmbinării mai mari de 500mm. Acest fenomen este cauzat de variaţia parcursului şi energiei

cinetice a plăcii acoperitoare, formarea unor unde supersonice în piese şi rămânerea unor bule

de aer între elementele ce se sudează. Examenul micrografic arată, de altfel, o reducere

progresivă a frecvenţei undelor create la suprafaţa de contact pe măsura creşterii distanţei faţă

de punctul de amorsare. Pentru viteze de detonaţie reduse (2800m/s) se reţin următoarele

condiţii de plasare: α=2°, β-α=10°, VL=2340m/s. Respectând aceste condiţii se pot efectua

suduri pe suprafeţe de câţiva metri pătraţi, în cazul aplicării unui strat de protecţie, din oţel

inoxidabil, cu grosimea de 0,8...1,2mm.

5.1.3 Mecanismul de formare a legăturii dintre cele două metale

În urma cercetării legăturii dintre placa de bază şi stratul de protecţie a rezultat că

metalul se comportă, în vecinătatea punctului de joncţiune, ca un fluid nevâscos, suportul

fiind incompresibil dar deformabil. Se produce astfel o acumulare de metal înaintea punctului

de impact, ceea ce determină o rămânere în urmă a vitezei de legătură faţă de viteza sunetului

în suport odată cu creşterea unghiului de incidenţă şi lungimii sudurii. Studiul structurii

metalografice a legăturii arată că zona de îmbinare are grosimea de 1...100µm. După proporţia

fiecăruia din metale în zona de legătură se disting două grupe de cupluri de materiale. Pentru

prima grupă, din care fac parte cuplurile: cupru-oţel, molibden-wolfram, oţel-inox, oţel-

carbon, în compoziţia zonei de legătură, proporţia unuia din metale în celălalt variază de la 0

la 100%, independent de solubilităţile lor reciproce. La a doua grupă (titan-oţel, aluminiu-

oţel), compoziţia legăturii este constantă. Sudurile astfel realizate au o rezistenţă ridicată.

Existenţa compuşilor intermediari constituie obstacolul principal în obţinerea unor

legături rezistente prin metode clasice. Zona învecinată cu cea de legătură, are, în general, o

duritate mai mare ca o metalelor de bază, ca urmare a puternicei deformări plastice produse în

momentul impactului. În plus, în ciocnire se eliberează o cantitate mare de căldura, care

determină topirea locală a materialelor.

Calitatea legăturii poate fi apreciată prin rezultatele încercărilor de smulgere sau de

forfecare. Acestea arată că ruptura se produce de regulă, în exteriorul zonei de legătură.

Procedeul se poate aplica, cu rezultate deosebite, la placarea interioară a rezervelor

autocisternelor care transportă produse alimentare, la protejarea pieselor ce lucrează în medii

intens corozive precum şi a celor care sunt supuse la solicitări mecanice şi termice intense sau

la uzuri de cavitaţie.

��

��

5.1.4 Deformarea prin detonarea unui amestec de gaze combustibile

Deformarea pieselor mici şi medii se poate

realiza în spaţii închise prin detonarea unui amestec

de gaze combustibile (metan şi oxigen, acetilenă şi

oxigen) (Fig. 5.8).

Fig. 5.8 Ambutisarea cu amestecuri de gaze carburante: 1-

bujie, 2-intrare amestec exploziv, 3-cilindru, 4-piston intermediar, 5-orificiu pentru ieşirea aerului, 6-lichid, 7-

conductă de introducere a lichidului, 8-corp de legătură, 9-semifabricat, 10-inel de distanţare, 11-matriţă, 12-conductă

de vidare

Să ne reamintim!

� Deformările plastice produse de detonarea explozivilor brizanţi sau de undele de

presiune rezultate în urma arderii unor amestecuri de gaze combustibile se produc cu

viteze foarte mari. Reţeaua cristalină a semifabricatelor prelucrate prin aceste

procedee, fiind supusă la solicitări intense într-un interval scurt de timp, capătă o

configuraţie specială, care conferă pieselor noi proprietăţi.

� Deformarea plastică cu explozivi brizanți a găsit o largă aplicare la execuţia

rezervoarelor mari, lonjeroanelor şi traverselor şasiurilor autovehiculelor grele şi

elementelor componente ale benelor autobasculantelor de mare tonaj

� În cazul placării cu explozibili brizanți, explozivul necesar placării se aplică sub formă

de folie, praf fin, uniform distribuit, sau cordon detonant pe suprafaţa exterioară a

plăcii acoperitoare. Viteza de detonaţie, densitatea şi grosimea explozivului sunt

determinate astfel încât să se realizeze propulsia sau aplicarea violentă a unei plăci din

metal protector (oţel inoxidabil, cupru, aluminiu, titan) pe un suport mai puţin

costisitor (oţel).

��

��

5.2 Deformarea electrohidraulică

Bazată pe acelaşi principiu ca şi formarea prin explozie, deformarea prin descărcări

electrohidraulice se realizează cu ajutorul unei unde de şoc obţinută în urma producerii

plasmei între doi electrozi (Fig. 5.9). Unda de şoc este transmisă către semifabricat printr-un

mediu lichid. Pentru realizarea deformării, energia electrică este stocată într-o baterie de

condensatoare cu capacitatea de 50...1500µF, la un potenţial de 5...40KV. La închiderea

circuitului, un curent de mai multe mii de amperi trece prin spaţiul dintre electrozi în 0,1ms,

dând naştere unei plasme termice, care evoluând vaporizează apa în jurul electrozilor. Se

acumulează astfel o mare cantitate de energie în aburul supraîncălzit, care o eliberează sub

formă de undă de presiune în lichid.

Fig. 5.9 Deformarea electrohidraulică.

Distanţa dintre electrozi şi piesă, rezistenţa electrică a mediului şi natura lichidului din

cavitate sunt parametrii ce influenţează puterea de deformare. Dezvoltarea undei de presiune

în lichid se poate iniţia printr-o descărcare electrică sub formă de scânteie între cei doi

electrozi, sau prin intermediul unui fir conductor. Prima metodă este mai comodă pentru

deformarea cu explozii repetate. Însă descărcarea este instabilă, iar puterea undei nu este

constantă. La a doua variantă deformarea este mai puternică şi mai uniformă iar distanţa între

electrozi se poate majora.

Performanţele sunt, de asemenea, dependente de forma firului conductor. Prin

folosirea unui conductor din fibre metalice se obţine o putere electrică de deformare de 10 ori

mai mare ca cea dintr-o cavitate normală.

Presiunea ce se realizează (p) la descărcarea bateriei de condensatoare se poate

determina cu relaţia: p=�� !"#$�%&��'( , unde: C-capacitatea bateriei de condensatoare,

d-distanţa dintre electrozi, R-rezistenţa electrică a circuitului de descărcare.

Distanţa optimă dintre electrozi se evaluează cu relaţia: dopt =� �)�$*��+��,- �. / 0�1�2 �

334 [mm], unde: S-suprafaţa electrozilor în contact cu lichidul.

��

��

Prin acest procedeu se pot executa deformări locale şi ştanţări ale semifabricatelor

plane. De asemenea, se pot asambla ţevile cu plăcile tubulare ale schimbătoarelor de căldură

(Fig. 5.10).

Suprafeţele prelucrate au precizie ridicată, cu deformări medii de 5,6...12%.

Fig. 5.10. Schimbătoare de căldură asamblate prin deformare electro-hidraulică

5.3 Deformarea electromagnetică

Deformarea electromagnetică sau magnetoformarea este produsă de energia electrică

acumulată într-o baterie de condensatoare, care se descarcă pe înfaşurarea unei bobine.

Curentul care parcurge spirele bobinei produce un câmp magnetic. Dacă se plasează în

câmpul magnetic al bobinei o piesă, din material electroconductor, atunci în acesta se induce

un curent Foucault de sens contrar celui din circuitul inductor. Curentul indus dă naştere, la

rândul său, unui câmp magnetic propriu care se opune câmpului inductor, conform legii lui

Lentz. Forţele electromagnetice, care se exercită între bobină şi piesă, dau naştere unei

presiuni care depăşind limita de curgere a materialului produce deformarea acestuia (fig 5.11).

Tensiunea într-un circuit oscilant RLC este dată de relaţia:

2 5 6 7 8 / 9 7 &:&; / <

" 7 = 8>?; � (5.7)

unde:

R – rezistenţa circuitului;

L – inductivitatea globală a circuitului;

C – capacitatea bateriei de condensatoare.

Rezolvând ecuaţia (5.7) cu ajutorul transformării Laplace se obţine expresia curentului

în circuitul de descărcare:

��

��

� (�� ?

8�?� 5 � $�7@*ABCD 7 ?, (5.8)

unde: D 5�!� EF!�7" – pulsaţia curentului; G 5 (

� H"� - factorul de amortizare.

Frecvenţa curentului prin circuitul oscilant este cuprinsă între 1 şi 60 kHz.

Curentul maxim I(t) se determină pentru timpul ? 5 �@�IJ � ��@

( :

8�?)max = 2H"� �K

LMFN . (5.9)

Pentru dimensionarea optimă a instalaţiei de deformare cu impulsuri electromagnetice

este necesar ca factorul de amortizare să fie cât mai mic. Ca urmare, D 5� �!�7"�� ? 5 � O!�7"� ��

iar:

8�?� 5 2H"� �3 � O7(

% H"��P (5.10)

Curentul calculat cu relaţia (5.10) trebuie să fie egal cu cel necesar pentru a produce

deformarea: InecQ� �RH� �S 7 6" 7 TC��3 � ;

U�� (5.11)

unde: N – numărul de spire al bobinei; l – lungimea bobinei; µ - permeabilitatea mediului; Rc

– rezistenţa de curgere a materialului piesei; t – grosimea peretelui; r – raza piesei tubulare.

Fig. 5.11. a) Principiul deformării electromagnetice: 1 – sursa de alimentare; 2 – baterie de

condensatoare; 3 – întrerupător; 4 – întrerupător; 5 – piesa de deformat; 6 – bobina; b) Contracţia electromagnetic a unui tub; c) Placarea electromagnetică.

��

��

Energia câmpului electric se determină cu relaţia:

��V 5 � �� 7 . 7 2�, (5.12)

Egalând relaţia (5.10) cu (5.11) se determină tensiunea de încărcare a bateriei de

condensatoare. Înlocuind valoarea acesteia în relaţia (5.12) se deduce expresia energiei

necesare deformării:

V Q � �W�F<F(XY�� Z[�

SRF�O(!" �%!�� . (5.13)

Forţa electromagnetic creată pe suprafaţa piesei este:

\ 5 � ]F-Ô ��

unde: B – inducţia magnetic; S – suprafaţa piesei.

Presiunea normal produsă pe suprafaţa semifabricatului ca urmare a interacţiunii dintre

câmpul magnetic şi curenţii peliculari este:

_ 5 � `- 5 ]FÔ 5 �SR�F

Ô 5 �Sab�FÔ , (5.14)

unde: B – intensitatea câmpului magnetic.

Viteza de deformare, se poate calcula cu expresia:

c 5 ]%!O&, (5.15)

unde: d – densitatea materialului semifabricatului.

Adâncimea de pătrundere a câmpului magnetic în materialul de prelucrat se determină

cu relaţia:

d 5 H eSOf , (5.16)

unde: g - resitivitatea; ν – frecvenţa.

Este necesar ca pătrunderea câmpului magnetic în semifabricat să fie inferioară, ca

valoare, grosimii materialului. Dacă h este mai mare ca t, apare un efect contrar de deplasare

numit “presă magnetic”, care împiedică deformarea.

Bobina folosită la deformarea cu impulsuri magnetice se înfăşoară pe un suport numit

concentrator de câmp (Fig. 5.12) din bronz, beriliu sau aluminiu. Forma lui este determinate

de configuraţia piesei şi de locul unde trebuiesc concentrate forţele de deformare.

Concentratorul de câmp se concepe ca o spiră în scurtcircuit care amplifică fenomenul de

inducţie electromagnetică în piesa de prelucrat.

��

��

Fig. 5.12 Bobină cu concentrator de câmp; 1 – carcasa bobinei; 2 – înfăşurarea bobinei primare; 3 – concentrator de câmp; 4 –

piesa cu care se va asambla semifabricatul tubular; 5 – semifabricatul; 6 – fanta de despicare a concentratorului.

Capacitatea bateriei de condensatoare se alege în funcţie de forţele de deformare

necesare. Ea poate fi de 10…300µF. Tensiunea de încărcare a condensatoarelor depinde de

construcţia lor şi de modul de cuplare, fiind cuprinsă între 5 şi 30kV. Intensitatea curentului

ajunge la 100kA, frecvenţa descărcărilor la 10kHz, iar durata impulsului de descărcare a

bateriei de condensatoare este de 10…100µs.

Instalaţiile actuale pot asigura presiuni de deformare foarte mari. Astfel, dacă o folie

de aluminiu cu grosimea de 3,8mm, este plasată în faţa unei bobine plane, care generează un

câmp magnetic cu inducţia de 30T, atunci aceasta produce pe suprafaţa semifabricatului o

presiune de 400MPa.

La grosimea indicată, greutatea aluminiului este de 10kg/m2. Sub acţiunea câmpului

magnetic, folia suferă o accelerare de 40x106 m/h�P După un timp de 10µs, de la închiderea

circuitului, folia va atinge o viteză de 400m/s. Dacă se interpune, pe traiectoria foliei, o

matriţă la distanţa de 0,5mm, aceasta este supusă acţiunii unei presiuni medii de 1400MPa.

Randamentul magnetoformării este de numai 20…60%. El este dependent de

conductibilitatea materialelor, parametrii constructivi ai bobinei şi concentratorului de câmp,

intensitatea şi frecvenţa curentului şi temperaturile bobinei şi semifabricatului.

Datorită avantajelor sale procedeul se poate folosi, cu rezultate remarcabile, în operaţii

de asamblare, etanşare şi deformare a pieselor tubulare sau plane. Întrucât vitezele de

deformare sunt foarte mari, iar timpii de lucru sunt extreme de reduşi, nu se produce, practic,

modificarea grosimii materialului în timpul deformării şi nu apar modificări structural sau

ecruisări ale straturilor superficial.

În construcţia de autovehicule, operaţia de sudare a articulaţiei cardanice cu arborele a

fost înlocuită cu o sertizare electromagnetică. Încercările la torsiune ale arborilor cardanici,

asamblaţi prin acelaşi procedeu, au arătat că nu se produc modificări ale legăturii mecanice

pentru cupluri de forţe mai mici de 3700Nm. De la această valoare a cuplului, arborele se

��

��

torsionează, dar îmbinarea nu cedează. Magnetoformarea asigură în acest caz, creşterea

productivităţii muncii şi evitarea apariţiei deformaţiilor la cardan şi cruce.

Procedeul se poate aplica la fixarea furtunelor de cauciuc, folosite la sistemele de

frânare şi hidraulice, pe racoardele de metal, cu ajutorul unor inele de aluminiu, la etanşarea

burdufurilor de protecţie pe arbori (Fig. 5.13 a) sau la etanşări cu garnituri metalice (Fig. 5.13

b, c).

Fig. 5.13. Fixarea prin magnetoformare a burdufurilor din cauciuc pe un arbore de comandă (a), a

colierelor metalice, fără (b), sau cu (c) garnitură de etanşare; sertizarea prin magnetoformare a rotulei sistemului de direcţie (d: 1 - axul rotulei; 2 – manşon; 3 – inel de reţinere a manşonului; 4 –lagăr din

material plastic; 5 – carcasă; 6 – arc de cauciuc; 7 – strat de acoperire) şi a crucii cardanice (e).

O aplicaţie puţin cunoscută a deformării electromagnetice este cea a calibrării interne a

cilindrilor cu diametru redus. Prin aplicarea acestei metode se elimina o operaţie de uzinare

costisitoare cum este rodarea.

Şi alte piese, cum sunt articulaţiile mecanismului de direcţie (Fig. 3.22 d) pot fi

asamblate prin acest procedeu, cu condiţia ca încă din faza de concepţie să fie vizată această

tehnică de montaj.

Deşi încă insuficient exploatată (în anul 2005 existau peste 2400 maşini, din care peste

85% în SUA), tehnica deformării şi asamblării cu impulsuri electromagnetice poate fi

automatizată şi robotizată prin eliminarea contactului direct dintre sculă şi semifabricat,

��

�

lubrifiantului de formare a pieselor în mişcare, în condiţiile folosirii unui utilaj simplificat,

care asigură dozări precise şi repetitive de energie, presiune de deformare uniformă pentru

execuţia unor repere cu forme geometrice complexe şi toleranţe strânse, fără prelucrări

ulterioare, al preţuri reduse şi consumuri minime de energie.

Să de reamintim!

� Bazată pe acelaşi principiu ca şi formarea prin explozie, deformarea prin descărcări

electrohidraulice se realizează cu ajutorul unei unde de şoc obţinută în urma producerii

plasmei între doi electrozi. Unda de şoc este transmisă către semifabricat printr-un

mediu lichid.

� Distanţa dintre electrozi şi piesă, rezistenţa electrică a mediului şi natura lichidului din

cavitate sunt parametrii ce influenţează puterea de deformare

� Deformarea electromagnetică sau magnetoformarea este produsă de energia electrică



câmpul magnetic al bobinei o piesă, din material electroconductor, atunci în acesta se

induce un curent Foucault de sens contrar celui din circuitul inductor. Curentul indus

dă naştere, la rândul său, unui câmp magnetic propriu care se opune câmpului

inductor, conform legii lui Lentz. Forţele electromagnetice, care se exercită între

bobină şi piesă, dau naştere unei presiuni care depăşind limita de curgere a

materialului produce deformarea acestuia

5.4 Autoevaluare

1. Avantajele deformării plastice cu explozivi brizanți.

2. Mecanismul deformării plastice cu explozivi brizanți

3. Metoda placării cu explozivi brizanți.

4. Metoda deformării electromagnetice.

��

�


6 Metode speciale de deformare plastică la cald

6� Metode speciale de deformare plastică la cald .................................................................. 79�

6.1� Matriţarea de precizie ................................................................................................ 80�

6.2� Rularea la cald a roţilor dinţate .................................................................................. 80�

6.3� Matriţarea prin extrudare ........................................................................................... 81�

6.4� Matriţarea prin electrorefulare ................................................................................... 83�

6.5� Matriţarea metalului lichid ......................................................................................... 85�

6.6� Metode fizico-chimice de pregătire a semifabricatelor şi pieselor uzate pentru prelucrare sau recondiţionare ................................................................................................ 87�

6.6.1� Tobarea ............................................................................................................... 87�

6.6.2� Lepuirea cu jet .................................................................................................... 89�

6.6.3� Sablarea .............................................................................................................. 90�

6.6.4� Debavurarea termică ........................................................................................... 91�

6.6.5� Spălarea şi degresarea pieselor ........................................................................... 92�

6.7� Autoevaluare .............................................................................................................. 95�

Obiective:


� Explice procedeele speciale de deformare la cald

� Explice fazele matrițării de precizie

� Indice fazele obținerii roților dințate prin rulare la cald

� Explice modul de obținere a pieselor prin extrudare

� Explice procesul tehnologic de matrițare prin electrorefulare

� Explice procesul tehnologic de matrițare a metalului lichid

� Indice şi să explice metodele fizico-chimice de pregătire a semifabricatelor şi

pieselor uzate pentru prelucrare sau recondiționare


��

�

Pentru reducerea consumului energetic, creşterea productivităţii muncii, diminuarea

consumului de metal şi îmbunătăţirea calităţii produselor, la execţia pieselor de automobile se

aplică o serie de procedee speciale de deformare plastică la cald, cum sunt: rularea la cald a

roţilor dinţate, matriţarea prin electrorefulare, matriţarea metalului lichid etc.

6.1 Matriţarea de precizie

Dacă semifabricatul deformat plastic la cald este supus unei noi matriţări, într-un locaş

de precizie ridicată se pot îmbunătăţi precizia de execuţie şi calitatea suprafeţelor prelucrate

odată cu diminuarea adaosurilor.

Reperele realizate prin matriţarea de precizie au abateri dimensionale de ±0,1...0,6mm.

De regulă, acestea sunt supuse numai prelucrării prin rectificare si lustruire.

Aplicarea matriţării de precizie la execuţia roţilor dinţate şi pinioanelor, asigură

creşterea cu 40...60% a coeficientului de utilizare a materialului, reducerea cu 70...80% a

timpului de prelucrare şi mărirea fiabilităţii cu 20...30%.

Fazele de lucru ale matriţării de precizie sunt următoarele: debitarea materialului;

curăţirea semifabricatului prin sablare sau strunjire; încălzirea semifabricatului în cuptoare cu

atmosferă de protecţie contra oxidării şi decarburării; matriţarea în locaşul primar;

debavurarea; matriţarea în locaşul final; debavurarea şi îndreptarea (Fig. 6.1).

Fig. 6.1. Etapele procesului tehnologic la matriţarea unui pinion satelit.

6.2 Rularea la cald a roţilor dinţate

Evoluţia tehnologiilor în domeniul deformărilor plastic a impus la scară industrial,

execuţia danturii brute prin rulare la cald.

Dacă roţile dinţate cu modul m = 2,0…4,0mm se pot executa prin deformare plastică

la rece, cele cu modul mai mare se laminează la cald.

Rularea danturii se face pe maşini speciale. Semifabricatul se fixează într-un dispozitiv

special care este pus în mişcare de rotaţie şi presat cu o forţă de 350...450kN pe 2 cilindrii

��

�

care imprimă dantura (Fig. 6.2). Deformarea danturii are loc prin angrenarea sculei reci cu

piesa încălzită prin inducţie până la temperatura de 1330…1370K.

Procesul tehnologic are următoarea structură: debitarea materialului; curăţirea

semifabricatului; matriţarea roţii dinţate; tratamentul termic primar; sablarea; încălzirea prin

inducţie; rularea danturii; curăţirea de oxizi; prelucrarea mecanică; tratamentul termic final şi

rectificarea profilului danturii.

Procedeul permite execuţia roţilor dinţate cilindrice şi conice, cu module cuprinse între

3 şi 10mm, pinioanelor conice cu diametre de 175…350mm, tijelor canelate, precum şi roţilor

dinţate conice elicoidale.

Fig 6.2. a) Schema de principiu la rularea cu avans continuu a roţilor dinţate: 1 – suport împingător

hidraulic; 2 – semifabricat; 3 – inductor inelar de încălzire cu curenţi de înaltă frecvenţă a semifabricatului; 4,7 – scule de rulare; 5 – contra – piesă rulată; 6 – piesa rulată; b) Dispozitiv de rulare a

danturii unui pinion planetar: 1 – ax principal superior; 2 – roată dinţată de sincronizare; 3 – sculă de rulare; 4 – praguri interioare; 5 – semifabricat rulat; 6 – disc de strângere; 7 – ax de antrenare; 8 – roata

de sincronizare.

Semifabricatele necesită adaosuri de prelucrare de 2,0...2,8mm.

Măsurătorile şi înregistrările statistice arată că prin rularea la cald a roţilor dinţate,

ciclul de fabricaţie se scurtează cu 60% (într-o oră se pot prelucra 25...30 roţi dinţate conice

cu diametrul exterior 175...350mm, lungimea maximă a dinţilor de 50mm şi înălţimea de

20mm), rezistenţa la oboseală creşte cu 15...20%, iar costul se diminuează cu 40...60% faţă de

cel al pinioanelor prelucrate prin procedee clasice.

6.3 Matriţarea prin extrudare

Matriţarea prin extrudare este un procedeu avansat de prelucrare prin deformare la

cald, deoarece el permite realizarea unor piese de precizie ridicată, cu forme apropiate de cele

ale produselor finite, din materiale cu deformabilitate scăzută.

��

�

Semifabricatele matriţate prin extrudare pot avea diferite forme specifice (Fig. 6.3).

Din ele se obţin prin prelucrări mecanice ulterioare, pinioane cu dinţi drepţi sau elicoidali, roţi

dinţate, supape, arbori din cutiile de viteze, arbori planetari, semiarborii transmisiilor

homocinetice etc. (Fig. 6.4).

Dimensiunile semifabricatului şi numărul de faze de matriţare sunt determinate de

forma şi cotele piesei finite, precum şi de condiţiile de deformare. Astfel, raportul dintre

lungimea şi diametrul acestuia nu trebuie să depăşească 2,5...2,8, iar adaosurile de prelucrare

pentru aşchiere sunt cuprinse între 0,3...2,5 mm.

Soluţiile tehnologice folosite la extrudarea la rece sunt aplicabile şi în acest caz.

Numărul fazelor da matriţare este determinat de complexitatea pieselor şi de calităţile de

curgere ale materialului semifabricatului.

Fig. 6.3. Forme specifice ale pieselor finisate prin extrudare.

Fig. 6.4. Fazele procesului tehnologic la matriţarea prin extrudare a semiarborelui homocinetic (1,2,3,4,5) şi condiţiile tehnice impuse semifabricatului.

��

�

Să ne reamintim!

� Dacă semifabricatul deformat plastic la cald este supus unei noi matriţări, într-un locaş de precizie ridicată se pot îmbunătăţi precizia de execuţie şi calitatea suprafeţelor prelucrate odată cu diminuarea adaosurilor

� Rularea danturii se face pe maşini speciale. Semifabricatul se fixează într-un dispozitiv special care este pus în mişcare de rotaţie şi presat cu o forţă de 350...450kN pe 2 cilindrii care imprimă dantura (Fig. 6.2). Deformarea danturii are loc prin angrenarea sculei reci cu piesa încălzită prin inducţie până la temperatura de 1330…1370K.

� Matriţarea prin extrudare este un procedeu avansat de prelucrare prin deformare la cald, deoarece el permite realizarea unor piese de precizie ridicată, cu forme apropiate de cele ale produselor finite, din materiale cu deformabilitate scăzută.

6.4 Matriţarea prin electrorefulare

Matriţarea prin electrorefulare consta în încălzirea electrică a semifabricatului şi

deformarea plastică a acestuia, până se refulează un anumit volum de material sub acţiunea

unei forţe.

Prin electrorefulare se pot realiza atât semifabricate care urmează a fi deformate

plastic ulterior într-o alta matriţă (electrorefularea liberă Fig. 6.5 a) cât şi piese cu forme finale

(electrorefularea în matriţă Fig. 6.5 b).

Fig. 6.5 a) Electrorefulare liberă: 1 – păpuşă mobilă; 2 – semifabricat; 3 – contact mobil; 4 – taler de refulare; 5 – capul maşinii de refulare; 6 – semifabricat matriţat; b) Electrorefulare în matriţă: 1 – păpuşă mobilă; 2 – semifabricat; 3 – contact mobil; 4 – matriţă; 5 – suportul matriţei; 6 – semifabricat matriţat.

Procedeul se aplică la refularea supapelor motoarelor (Fig. 6.6) şi arborilor planetari.

��

�

Calitatea electrorefulării este dependentă de tensiunea electrică, valoarea forţei de

refulare, distanţa iniţială dintre electrozi şi viteza de deplasare a electrodului de ghidare.

Tensiunea electrică (2...6V) se alege astfel încât încălzirea semifabricatului să se facă

rapid, evitându-se supraîncălzirea. Forţa de refulare (30...900kN) este dependentă de

deformarea materialului şi de rezistenţa la deplasarea semifabricatului prin electrodul de

ghidaj. Distanţa iniţială între electrozi se recomanda a fi de 3...5mm. Viteza de deplasare a

electrodului de ghidaj (0,8...0,05mm/s) este funcţie de diametrul şi lungimea semifabricatului,

precum şi de configuraţia piesei ce urmează a se uzina.

Fig. 6.6. Fazele tehnologice la realizarea supapelor pe maşina de forjat orizontală (a) şi prin

electrorefulare şi matriţare (b) : 1 – semifabricat; 2 – electrorefulare; 3 – matriţare pe presa cu şurub.

Aplicarea matriţării prin electrorefulare asigură încălzirea rapidă, până la 1530K în

15...80s, fără carbonizare marginală, reducerea arsurilor (0,4% faţă de 2,5% în cazul încălzirii

în cuptoare), o bună orientare a fibrajului şi eliminare a poluării chimice şi sonore. De

asemenea, procesul tehnologic poate fi automatizat complet.

Pe de altă parte, procesul necesită semifabricate (bare sau profile) cu abateri

dimensionale minime şi suprafeţe exterioare curate.

Procedeul permite recondiţionarea pieselor cu fusuri cilindrice pentru rulmenţi, dacă

uzura radială nu depăşeşte 0,25mm iar ovalitatea 0,05mm. Tot odată, cresc duritatea

straturilor superficiale de 1,5...2,5 ori şi rezistenţa la oboseală cu 55...75 % iar rugozitatea se

îmbunătăţeşte cu 2...4 clase.

După refulare se recomandă o prelucrare electromecanică a suprafeţei piesei, prin

netezirea acesteia cu o sculă activă având zona de lucru rotunjită cu o rază de 80...100mm.

Prin netezire se obţine precizia de prelucrare solicitată şi rugozitatea suprafeţei de

0,63...0,16mm.

��

�

6.5 Matriţarea metalului lichid

Această tehnică îmbină turnarea sub presiune cu matriţarea la cald. Se poate

îmbunătăţii astfel calitatea pieselor şi reduce preţul de cost.

Procedeul are următoarea structură: alimentarea matriţei cu metal lichid, umplerea

locaşului cu metal lichid ca urmare a acţiunii poansonului, cristalizarea sub presiune a

metalului, deformarea plastică a semifabricatului în faza solidă şi evacuarea piesei (Fig. 6.8).

Primele trei etape corespund turnării sub presiune, iar a patra matriţării la cald.

Piesele matriţate din metal lichid (pistoanele motoarelor) au structura mai fină,

compactitatea superioară, precizia ridicată, rezistenţa la rupere, duritatea şi alungirea relativă

mai mari cu 10...30%, faţă de cele turnate în cochilă sau sub presiune. Pe de altă parte,

coeficientul de utilizare a metalului este de 95%.

Dezavantajele procedeului sunt determinate de posibilitatea apariţiei fisurilor în piese,

în etapa deformării plastice, dificultăţile apărute la dozarea metalului lichid şi de aderenţa

acestuia la pereţii matriţei.

Calităţile pieselor matriţate din metal lichid sunt influenţate de presiunea din timpul

cristalizării, temperaturile metalului şi matriţei, durata menţinerii metalului în matriţa şi viteza

de presare.

Comprimarea metalului lichid în timpul cristalizării contribuie la cristalizarea gazelor

şi favorizează formarea centrelor de cristalizare. Dacă presiunile sunt mici (30...60MPa)

caracteristicile pieselor nu diferă de ale celor turnate sub presiune. La presiuni mari

(100...150MPa) apare şi etapa deformării plastice, caracteristicile mecanice apropiindu-se de

cele ale semifabricatelor matriţate (Fig. 6.7).

Pentru a elimina pătrunderea metalului prin jocurile dintre poanson şi matriţă este

necesar ca temperatura acestuia, la turnarea în matriţă, să fie cât mai redusă (850...900K

pentru aliaje Al-Si).

Dacă temperatura matriţei este cuprinsă între 470...520K, pentru aliajele din Al,

520..570K în cazul aliajelor din Cu şi 570...620K pentru oţel, iar a poansonului cu 50K mai

coborâtă se pot realiza piese cu performanţe superioare.

Timpul scurs din momentul umplerii matriţei cu metal până la presarea acestuia nu

trebuie să depăşească 2...3s, iar viteza de deplasare a poansonului este necesar să fie

0,2...0,3m/s la matriţarea pieselor mari şi 0,1m/s la executarea semifabricatelor de dimensiuni

reduse.

��

�

Fig. 6.7. Variaţia rezistenţei la rupere (1) şi alungirii relative (2) in funcţie de prsiunea de matriţare pentru un aliaj de aluminiu (8,8 % Si; 0,22 Fe).

Fig. 6.8. Schema matriţării pieselor din metal lichid: 1 – echipament de transfer; 2 – cuptor cu inducţie; 3 – jgheab; 4 – matriţa inferioară; 5 – poanson.

�

�

�

�

Să ne reamintim!

� Matriţarea prin electrorefulare consta în încălzirea electrică a semifabricatului şi

deformarea plastică a acestuia, până se refulează un anumit volum de material sub

acţiunea unei forţe.

� Prin electrorefulare se pot realiza atât semifabricate care urmează a fi deformate

plastic ulterior într-o alta matriţă (electrorefularea liberă Fig. 6.5 a) cât şi piese cu

forme finale (electrorefularea în matriţă Fig. 6.5 b).

��

�

� Matrițarea metalului lichid îmbină turnarea sub presiune cu matriţarea la cald. Se

poate îmbunătăţii astfel calitatea pieselor şi reduce preţul de cost.

� Piesele matriţate din metal lichid au structura mai fină, compactitatea superioară,

precizia ridicată, rezistenţa la rupere, duritatea şi alungirea relativă mai mari cu

10...30%, faţă de cele turnate în cochilă sau sub presiune.

6.6 Metode fizico-chimice de pregătire a semifabricatelor şi pieselor uzate pentru

prelucrare sau recondiţionare

La un mare număr de repere de autovehicule se prevăd condiţii tehnice referitoare la

calitatea suprafeţelor fără a se impune precizii dimensionale sau de formă. Tehnologiile

speciale, cum sunt tobarea, lepuirea cu jet, sablarea şi debavurarea termică sau electrochimică,

permit realizarea de rugozităţi superioare în condiţiile unei productivităţi ridicate şi la un preţ

de cost scăzut.

6.6.1 Tobarea

Prin tobare se asigură debavurarea, curăţirea şi rotunjirea colţurilor, netezirea şi

lustruirea suprafeţelor.

Operaţiile din primele două grupe pot înlocui prelucrarea prin rectificare (suprafeţele

tobate au rugozităţi de 1,25...0,20µm), iar cele din a treia lustruire normală.

Instalaţia constă (Fig. 6.9) dintr-o tobă, octogonală în secţiune, în care se introduc

piesele şi materialul de adaos. La rotirea tobei, materialul se ridică la o anumită înălţime şi se

formează stratul de alunecare, care realizează şlefuirea. Este necesar ca turaţia tobei să nu

depăşească acele limite care ar produce separarea componentelor.

Ca materiale de tobare se aleg, în funcţie de gradul de netezire ce se doreşte a se

realiza şi de structurile straturilor superficiale ale pieselor de prelucrat, minereuri, materiale

metalice (oxizi de aluminiu) şi nemetalice. Dimensiunile particulelor sunt determinate de

configuraţia, mărimea şi tipul reperelor ce sunt supuse tobării. Astfel, la unele piese materialul

care şlefuieşte este necesar să vină în contact cu toate suprafeţele acestora, iar la altele

trebuiesc evitate anumite zone sau alezaje interioare. De aceea, dimensiunile materialelor de

tobare variază între 0,5 şi 50mm. Pentru a asigura o netezire corespunzătoare este necesar ca

particulele să nu posede colţuri ascuţite şi să îşi păstreze neschimbate proprietăţile fizico-

mecanice în timpul procesului de prelucrare.

Durata de tobare este funcţie de materialele ce se folosesc şi de calitatea solicitată. O

debavurare simplă se realizează după o oră, o netezire în 12 ore, iar lustruirea cu bile de oţel

după 1...2 ore.

��

În funcţie de gradul de curăţire al pieselor înainte de tobare, se face o spălare a

acestora. Apoi, după fiecare treaptă de tobare urmează o spălare abundentă pentru a îndepărta

materialul desprins de pe piese.

O tehnică nouă de debavurare, raionare, netezire şi lustruire a pieselor fragile, care nu

suportă prelucrări prin vibroabraziune sau şocuri mecanice este smuritropia (WALTER -

TROWAL).

Pentru prelucrare, piesele sunt prinse în mandrine speciale (12...60), care primesc o

mişcare de rotaţie (7,1...30rot/min). Masa cu capetele de lucru coboară până când

semifabricatele pătrund complet în incinta cu corpuri abrazive, de diferite forme (cilindri,

conuri, piramide, prisme etc.) şi dimensiuni şi adezivi chimici adecvaţi (NaOH, LAC, F).

Cuva în care se află produsele abrazive are o mişcare de rotaţie şi una vibratorie (Fig. 4.6.2).

În urma interacţiunii dintre particulele abrazive, produsele chimice şi semifabricate se

obţin suprafeţe exterioare de calitate ale celor din urmă cu randamente superioare cu 40...60%

faţă procedeele clasice, în condiţiile reproductivităţii dimensionale, automatizării complete a

procesului şi unei bune flexibilităţi a producţiei.

Prin această metodă s-au putut debavura şi lustrui chiulasele din fontă ale motoarelor

(18...36 piese/ciclu: 1 ciclu = 2x10 minute, alternând sensul de rotaţie al cuvei), roţile dinţate

ale transmisiei (36 piese/ciclu: 2x7,5 min), arborii din cutiile de viteze şi pistonaşele

distribuitoarelor hidraulice (60 piese/ciclu: 2x5 min).

Fig. 6.9. Instalaţie de prelucrare prin smuritropie; 1 – sistem de ridicare şi coborâre a capetelor de lucru;

2 – motor de antrenare a capetelor de lucru; 3 – sistem mecanic de antrenare a mandrinelor; 4 – mandrine speciale în care se prind piesele; 5 – toba cu material abraziv; 6 – motor vibrator.

�

��

6.6.2 Lepuirea cu jet

Metoda constă în aşchierea cu ajutorul unor granule abrazive libere antrenate cu viteze

mari de un jet fluid. Amestecul, format din granule abrazive, apă şi aer comprimat, trece

printr-un pulverizator care-l dirijează pe suprafaţa piesei de prelucrat. La locul de impact

dintre granulele abrazive şi semifabricat, energia cinetică a particulelor este transformată în

energie de aşchiere.

Pe suprafaţa piesei apar microadâncituri. Prin aspectul prelucrării procedeul se

deosebeşte de celelalte, deoarece urmele granulelor nu sunt sub formă de traiectorii.

Amestecul apă-granule abrazive poate fi format separat şi adus ulterior în jetul de aer

comprimat, sau în aceeaşi incintă. În ambele variante energia cinetică a particulelor este

imprimată de aerul comprimat.

Intensitatea de aşchiere este influenţată de prezenţa lichidului. Datorită asperităţilor

piesei, pe suprafaţa ei se depune un strat de lichid, deasupra lui apărând vârfurile reziduurilor.

Granulele abrazive trebuind sa străpungă acest strat pentru a atinge suprafaţa piesei, sunt

frânate. Se produce astfel o aşchiere mai intensă a vârfurilor şi numai după îndepărtarea lor se

uniformizează intensitatea de aşchiere (Fig. 6.10).

Productivitatea procesului creşte odată cu diametrul orificiului pulverizatorului. Valori

optime se obţin pentru presiuni ale amestecului de 0,7MPa, granulaţia abrazivului de

15...20µm, unghiul de atac de 45º, distanţa dintre pulverizator şi piesă de 50mm şi diametrul

duzei de 3...7mm.

Ca material abraziv se foloseşte siliciul carbid sau electrocorundul. Calitatea

suprafeţelor este funcţie de granulaţia abrazivului (Fig. 6.11).

Productivitatea prelucrării este influenţată de concentraţia amestecului în granule

abrazive. Încercările efectuate cu diverse concentraţii de granule abrazive, arată că atunci

când ponderea granulelor abrazive este sub 6% intensitatea de aşchiere este redusă. Peste 6%,

ea creşte rapid şi atinge un maxim la 10%, după care se stabilizează.

La concentraţii mai mari de 10% apar dificultăţi cu privire la diametrul necesar al

pulverizatorului şi uzuri rapide în instalaţie.

Lepuirea cu jet se aplică pentru debavurare şi pentru îmbunătăţirea calităţii

suprafeţelor pieselor în vederea majorării rezistenţei la uzură, ameliorării condiţiilor de ungere

şi măririi rezistenţei la solicitări mecanice

��

�

Fig. 6.10. Principiul lepuirii cu jet: 1 – lichid; 2 – piesa. Fig. 6.11. Influenţa granulaţiei materialului

abraziv asupra netezirii suprafeţelor lepuite cu jet

6.6.3 Sablarea

Sablarea este un procedeu eficace, care se aplică la piesele turnate, laminate sau

forjate, pentru îndepărtarea ruginei, ţunderului, nisipului sinterizat de la turnătorie, straturilor

vechi de vopsea sau a altor impurităţi solide.

Curăţirea se desfăşoară sub acţiunea abrazivă a particulelor de nisip sau a aliajelor de

fontă, oţel sau corindan proiectate pe suprafaţa metalică cu un jet de aer comprimat sau de aer,

aflat la presiunea de 0,2...0,6MPa. Pentru ca sablarea să fie eficientă, piesele trebuie degresate

şi uscate în prealabil.

Utilajul folosit la sablare are în componenţă un rezervor pentru material abraziv,

conducte, dispozitiv de proiectare a agentului de lucru, recuperator de produs abraziv şi

instalaţia de aer comprimat (Fig. 6.12).

Ca agent de lucru se foloseşte nisip de cuarţ cu muchiile ascuţite, a cărui granulaţie

este cuprinsă între 1,0mm şi 2,5mm, în funcţie de natura materialului care se sablează şi de

dimensiunile piesei, alice rotunde din fontă, sparte de oţel, sau bucăţi, cu lungimea de

0,3...1,7mm, din sârmă de oţel.

Distanţa dintre pulverizator şi piesă este de 150...300mm.

Sablarea se recomandă numai pentru piesele la care modificarea dimensiunilor,

datorită acţiunii abrazive a nisipului sau alicelor nu este contraindicată din punct de vedere

funcţional.

��

�

Fig. 6.12. Instalaţie de sablare: 1 – buncăr de alimentare; 2,5 – drosele; 3 – piesă de sablat; 4 – aruncător centrifugat cu alice; 6 – motor electric; 7 – transmisia aruncătorului; 8 – colector elevator; 9 – buncăr de

încărcare; 10 – buncăr de alice sparte; 11 – buncărul separatorului.

�

6.6.4 Debavurarea termică

Debavurarea termică este un procedeu de natură fizico-chimică, care constă în arderea

instantanee, la volum constant, a unui amestec de combustibil gazos şi oxigen, într-o cameră

de presiune în care s-au introdus piesele ce urmează a fi prelucrate (Fig. 6.13). Căldura

produsă arde bavurile, care au o masă mică în raport cu cea a piesei. Deoarece gazele pătrund

în toate cavităţile se pot elimina toate bavurile interioare, inaccesibile altor procedee.

Combustibilul gazos se amestecă cu oxigenul, la o anumită presiune (oţel –

1,0...0,2MPa; CH4 + 1,5...2,5MPa O2; fontă cenuşie – 1,0...1,5MPa; CH4 + 1,5...2,0MPa O2;

zinc – 0,3...0,7MPa; CH4 + 0,5...1,2MPa O2) şi într-un raport variabil (2N i� CH4+ 1N i�

O2; 2,5 N i� C2H4+ 1N i� O2; 5 N i� C3H8+ 1N i� O2; 6,5 N i� C4H10+ 1N i� O2; 0,5 N

i� H2+ 1N i� O2), în funcţie de natura materialului piesei ce urmează a fi debavurată.

Amestecul de gaze se aprinde electric de la o bujie. În urma arderii, care se produce în

2...3ms, temperaturile gazelor arse ajung la 3800...4300K. Ca urmare, bavurile se

supraîncălzesc şi se topesc. Oxidul de metal rezultat prin ardere se depune sub forma unui

strat uniform, pe suprafeţele tuturor pieselor aflate în camera de debavurare. Dacă reperele nu

sunt supuse unui tratament termic ulterior ele vor fi decapate chimic sau spălate cu detergenţi.

Efectul debavurării termice creşte odată cu diminuarea conductibilităţii materialului

piesei. Presiunea din cameră în timpul arderii este de 15...20 ori mai mare ca cea a

amestecului iniţial.

��

�

Procedeul se aplică, cu rezultate notabile, la debavurarea capacelor, lagărelor paliere,

cilindrilor receptori de frână, corpurilor pompelor centrale de frână şi pompelor de alimentare

ale sistemelor de injecţie, cămăşilor de cilindrii etc.

Prin acest procedeu se poate efectua debavurarea interioară şi exterioară a pieselor de

dimensiuni mici şi medii, indiferent de seria şi variantele de fabricaţie, de mărimea, forma şi

orientarea bavurilor. Debavurarea nu este influenţată de poziţia suprafeţelor şi de toleranţele

acestora, ea putându-se aplica la repere, care prin configuraţia lor, fac imposibilă folosirea

altor procedee. Consumul energetic este mai redus ca la metodele mecanice sau electro-

chimice, iar productivitatea creşte de peste 20 de ori faţă de debavurarea manuală.

Fig. 6.13. Instalaţie de debavurare termică: 1 –sistem de dozare a oxigenului şi combustibilului gazos; 2 –

cameră de lucru; 3 – piesă; 4 – suportul piesei.

6.6.5 Spălarea şi degresarea pieselor

După spălarea exterioară a autovehiculelor introduse în unităţile de reparaţii auto şi

golirea carterelor de lubrifianţi se procedează la demontarea elementelor componente ale

tuturor subansamblurilor. Piesele mici se aşează în containere metalice speciale ce sunt

transportate de conveiere la instalaţiile de spălare şi degresare, iar cele mari sunt aşezate

individual pe benzi. În instalaţiile de curăţire tip tunel, piesele trec succesiv prin patru

compartimente (Fig. 6.14). În primul se face o degresare cu soluţie alcalină; în al doilea se

procedează la o încălzire cu abur; în al treilea se execută o spălare cu apă caldă, iar în al

patrulea are loc uscarea cu abur.

Degresarea pieselor metalice se face cu soluţii, încălzite la temperatura de 340…350K,

formate din: sodă caustică (25g/dm3 apă), carbonat de sodiu (35g/dm3 apă), silicat de sodiu

(1,5g/dm3 apă) şi săpun lichid (25g/dm3 apă) sau sodă calcinată (4%), silicat de sodiu sau

potasiu (1,5%) şi apă (94,5%). La spălarea pieselor din aluminiu soluţiile pot fi formate din:

��

�

carbonat de sodiu (19g/dm3 apă), silicat de sodiu (9g/dm3 apă) şi săpun lichid (10g/dm3 apă),

sau carbonat de sodiu (1,45g/dm3 apă), hidroxid de sodiu (1,3g/dm3 apă), fosfat acid de sodiu

(1,45g/dm3 apă) şi praf de săpun (1g/dm3 apă). După degresare şi încălzire cu abur, piesele se

spală cu apă conţinând 0,1…0,3% bicarbonat de potasiu.

Fig. 6.14. Instalaţie de spălare tip tunel: 1 – schimbătoare de căldură; 2 – linie pentru transportul

containerelor cu piese; 3 – platformă; 4 – conducte; 5,6 – pompe pentru injectatea soluţeie de spălare; 7 – tubulatură; 8 – tunelul de spălare.

Calamina depusă pe pereţii camerei de ardere din chiulasă, capul pistonului şi supape

se poate îndepărta cu alcool, petrol sau electrochimic cu un electrolit care conţine 10g sodă

caustică şi 117g carbonat de sodiu la 1dm3 de apă. Rezultate foarte bune se obţin cu soluţie

ABOMARC.

Piatra din sistemul de răcire se înlătură cu o soluţie formată din soda caustică

(70…80g/dm3 apă) şi petrol (15g la un dm3 de soluţie alcalină).

Procesele de degresare şi curăţire se pot accelera cu ajutorul ultrasunetelor. Curăţirea

şi debavurarea fină cu ultrasunete reprezintă rezultatul cavitaţiei ultrasonore, acţiunii chimice

a lichidului din baie şi undelor de presiune produse de vibraţiile ultrasonice.

Ponderea cea mai mare o are fenomenul de cavitaţie ultrasonoră, care în urma

impulsurilor bulelor, dă naştere la presiuni de până la 1,6MPa, ce determina erodarea

superficială a suprafeţei corpului aflat în lichid (Fig. 6.15).

Gradul de erodare depinde de durata aplicării şi frecvenţa ultrasunetelor, natura,

temperatura şi nivelul lichidului de lucru din cuvă, intensitatea undelor formate, forma şi

dimensiunile pieselor şi de modul de dispersarea acestora în baie.

��

�

Ca lichide de lucru se folosesc lichide apoase conţinând detergenţi, silicaţi, fosfaţi,

acizi activi sau inhibaţi, alcoolul, benzenul, clormetilenul, tricloretilena, acetona, etc.

temperatura lichidului din baie poate fi de 320…370K. Durata de imersie într-un

compartiment (15s…30min) este determinată de natura soluţiei de curăţire şi de tipul

impurităţilor ce trebuiesc îndepărtate.

Fig. 6.15. Procesul de lucru la decaparea în câmp ultrasonic: 1 – lichid de spălare; 2 – bule de cavitaţie; 3

– strat de material aderent; 4 – piesa.

Procedeul se aplică la îndepărtarea impurităţilor mecanice (pulberi, microaşchii,

emailuri de protecţie, resturi de arsuri), grăsimilor şi produselor de coroziune din zonele greu

accesibile şi cu distanţe mici între pereţi (elemente componente ale pompelor de injecţie,

injectoarelor, carburatoarelor, rulmenţii, etc.).

Instalaţiile de curăţire – spălare cu ultrasunete (Fig. 6.16) sunt compartimentate.

Această soluţie se adoptă pentru a se asigura depunerea unei cantităţi importante de impurităţi

în prima baie şi în scopul evitării deteriorării suprafeţei piesei ca urmare a atacării ei de

componentele solide desprinse. Impurităţile conţinute în lichidul din baie sunt reţinute într-o

baterie de filtre. Aplicarea procedeului nu conduce la apariţia microfisurilor de suprafaţă. De

asemenea, el asigură o productivitate mai mare ca procedeele clasice în condiţiile unei durate

reduse de operaţie şi cu cheltuieli de investiţii foarte mici.

Fig. 6.16. Instalaţie de curăţire cu ultrasunete: 1 – motor electric pentru rotirea braţelor; 2 – incintă; 3 – pilon; 4 – bucşă; 5,13 – limitatoare electrice; 6 – braţe; 7 – suportul setarelor cu piese; 8 – baie; 9 – bloc

ultrasonic; 10 – motor electric pentru mişcarea pieselor în sertare; 11 – bară de sisţinere a motorului electric; 12 – placă de bază; 14 – sistem de pârghii; 15 – motor electric pentru ridicarea braţelor; 16 –

generator ultrasonic.

��

�

Să ne reamintim!

� Tehnologiile speciale de prelucrare cum sunt tobarea, lepuirea cu jet, sablarea şi

debavurarea termică sau electrochimică, permit realizarea de rugozităţi superioare în

condiţiile unei productivităţi ridicate şi la un preţ de cost scăzut

� Prin tobare se asigură debavurarea, curăţirea şi rotunjirea colţurilor, netezirea şi

lustruirea suprafeţelor.

� Lepuirea constă în aşchierea cu ajutorul unor granule abrazive libere antrenate cu

viteze mari de un jet fluid

� Sablarea este un procedeu eficace, care se aplică la piesele turnate, laminate sau

forjate, pentru îndepărtarea ruginei, ţunderului, nisipului sinterizat de la turnătorie,

straturilor vechi de vopsea sau a altor impurităţi solide.

� Debavurarea termică este un procedeu de natură fizico-chimică, care constă în arderea

instantanee, la volum constant, a unui amestec de combustibil gazos şi oxigen, într-o

cameră de presiune în care s-au introdus piesele ce urmează a fi prelucrat.

6.7 Autoevaluare

1. Etapele matrițării de precizie.

2. Avantajele/dezavantajele matrițării metalului lichid.

3. Prezentarea procesului de tobare.

4. Avantajele/dezavantajele debavurării termice.

5. Metode de accelerare a procesului de curațire/degresare.

��

�


7 Procedee neconvenţionale de sudare a pieselor de autovehicule �

7� Procedee neconvenţionale de sudare a pieselor de autovehicule ...................................... 96�

7.1� Sudarea prin frecare ................................................................................................... 96�

7.2� Sudarea cu arc rotitor ............................................................................................... 106�

7.3� Autoevaluare ............................................................................................................ 108�

Obiective:


� Enumere metodele neconvenționale de sudură

� Explice tehnica sudurii prin frecare

� Prezinte avantajele/dezavantajele sudurii prin frecare

� Explice tehnica sudurii cu arc rotitor


Din grupa procedeelor moderne de sudare fac parte cele care asigură îmbinarea

nedemontabilă a diferitelor elemente cu ajutorul fasciculelor de electroni sau laseri,

ultrasunetelor, explozivilor brizanţi, curenţilor de înaltă frecvenţă, prin difuziune, frecare, sau

cu arc electric rotitor.

7.1 Sudarea prin frecare

Acest tip de sudură este rezultatul transformării energiei mecanice de frecare dintre

componentele îmbinate în căldură.

Procesul de sudare cuprinde: antrenarea uneia din componentele de sudare într-o

mişcare de rotaţie, cu o viteză constantă sau variabilă şi presarea pe ea a celeilalte

componente fixe; încălzirea capetelor elementelor în contact şi refularea zonelor încălzite în

vederea sudării, după încetarea mişcării relative (Fig. 7.1).

��

�

După modul în care se dezvoltă energia cinetică de frecare se disting următoarele

variante ale procesului de bază: sudarea prin frecare continuă (puterea specifică la sudare este

de 12…15W/mm2); sudarea prin frecare HUP (Heat Under Power); sudarea prin frecare cu

impulsuri; sudarea prin frecare orbitală; sudarea prin frecare cu încălzire suplimentară prin

inducţie a componentelor ce trebuie îmbinate; sudarea prin frecare cu materiale de adaos;

sudarea prin frecare indirectă.

Mecanismul formării sudurii poate fi structurat în patru faze (Fig. 7.2).

Fig. 7.1. Fazele procesului de sudare Fig. 7.2. Variaţia turaţiei (n), presiunii axiale (pa),

prin frcare HUP: 1 – Arbore de antrenare; momentului de frecare (Mf) şi scurtării axiale (�l)

2 – Volant cuplat cu piesa în rotaţie; în timpul procesului de sudare prin frecare

3 – Piesa în mişcare de rotaţie; 4 – Piesa fixă.

Faza I. Componenta fixă se aduce în contact cu cea aflată în mişcare de rotaţie,

presâdu-le axial. Datorită vitezei relative de rotaţie în zonele de contact se formează punţi

metalice care încep să se dezvolte. Punţile metalice se rup, asigurând astfel un transfer

continuu de metal de la o componentă la alta. Transferarea particulelor de metal determină o

majorare a momentului de frecare şi a temperaturii care fac ca materialul să devină plastic.

Metalul plastificat se amesteca existând doua componente, în mişcare relativă, separate de un

strat vâscos.

Faza II. Materialul plastificat şi localizat într-o zona inelară, se extinde şi cuprinde

întreaga suprafaţă de contact, ceea ce determină o diminuare a momentului de frecare. În

continuare el este eliminat, sub forma unei bavuri, spre exterior. Odată cu formarea bavurii

cele doua componente se apropie, deplasarea fiind denumită „scurtarea axială”.

��

Faza III. Particulele metalice din ambele componente sunt transferate în metalul

plastifiat şi amestecate cu acesta până devin şi ele plastice. În această fază se generează cea

mai mare parte din căldură.

Faza IV. În această fază, ce durează sub o secundă, viteza scade la zero.

La începutul fazei (înainte ca turaţia să scadă sub 250rot/min) se aplică o frânare

moderată (125rad/s2), iar după aceea una puternică pentru a asigura deplasarea materialului

plastificat, fără a forfeca sudura.

Parametrii regimului de sudare prin frecare sunt:

viteza relativă dintre componente (0,6…3m/s);

presiunea de frecare (la sudarea pieselor din acelaşi oţel sau calităţi apropiate, timpul

de frecare poate varia in limite largi – 10…40s, în schimb la sudarea semifabricatelor

din materiale diferite, aceasta are valori strânse – 2…8s);

timpul de refulare (este apropiat de cel de frecare);

scurtarea axială (se recomandă ca parametru de control al procesului la sudarea

pieselor care nu au capete suficient de curate).

Valorile parametrilor regimului de lucru la sudarea prin frecare a unor repere din

construcţia autovehiculelor sunt date în Tabelul 7.1. Tabelul 7.1

Componenta

de sudat

Diametrul

în planul

sudurii

[mm]

Secţiune

de sudat

[mm]

Materiale

de sudat

Parametrii regimului de sudare

Turaţia

[rot/min]

Viteza

periferi-

că

[m/s]

Timpul

de

sudare

[s]

Presiun

ea de

frecare

[MPa]

Presiu-

nea de

refulare

[MPa]

Arbore

cardanic

21,5 363 SAE 11417

SAE 1020

4400 4,9 4 84,5 120

Arbore de

transmisie

24,3 463,8 SAE 11417

SAE1010

4400 5,6 5 56 112

Arborele

primar din

cutia de viteze

24

452,4

30MoCr10

+

30MoCr10

1500

1,88

12

187

373

Arbore

planetar

42,5 1419 SAE1037+

SAE1037

2200 4,7 21 84,5 169

Pinion de atac 64,0 3217 17MoCr�i

15

18MnCr10

1500 5,0 41,5 98,9 123,9

��

Din punct de vedere al dimensiunilor componentelor de sudat procedeul nu limitează

domeniul de aplicare. Astfel, se pot suda pe plăci de oţel fire cu diametrul de numai 0,75mm,

dar şi bare din oţel cu diametrul de 150mm sau ţevi cu diametrul de 1200mm (tab. 7.2).

În timpul mişcării relative a componentelor de sudat apar vibraţii. Pentru a le diminua se

recomandă ca lungimea liberă să fie aproximativ egală cu diametrul componentei.

În scopul scurtării duratei procesului de sudare şi îmbunătăţirii calităţii acestuia trebuie ca

suprafeţele capetelor componentelor să fie curăţite de grăsimi, rugină, zgură sau alte

impurităţi.

Se pot suda prin frecare materiale diferite din punct de vedere al compoziţiei chimice

(cuprul cu aluminiul, aluminiul cu oţelul, oţelul cu cupru ş.a.) şi temperaturi de topire (tantal

cu oţel, titan cu magneziu ş.a.).

Calitatea sudurilor prin frecare se reflectă în rezultatele încercărilor la oboseală. Astfel,

la solicitări de oboseală prin încovoiere rotativă barele din oţel sudate prin frecare şi tratate

termic se comportă mai bine ca materialul de bază.

Tabelul 7.3. Caracteristicile maşinilor de sudat prin frecare

Tip maşină P

[kw]

Turaţia

[rot/min]

Forţa de

frecare

[k�]

Forţa de

refulare

[k�]

Diametrul piesei [mm] Lungime

[mm] Oţel

aliat

Oţel

nealiat

Ţevi

MSF5 15 1500 50 50 12…2

2

12…30 12…4

5

200

MSF17.08A� 17 1500 80 80 15…2

5

- - 400

MSF10 22 1500 100 100 14…3

0

14…36 14…4

5

200

*MSF30S-AP 40 1460 150 300 - - - -

*Maşină specializată pentru realizarea din două componente (una forjată şi

celaltă laminată) a arborelui primar din cutia de viteze a autoturismului DACIA 1300.

În cazul sudării oţelului cu aliaje de aluminiu se produc îmbinări care au rezistenţă la

oboseală superioară celei a aluminiului. Acest fenomen se datorează lipsei de constituenţi

fragili la sudarea prin frecare.

Sudarea prin frecare se execută pe maşini automate sau semiautomate (Fig. 7.3).

Procedeul se foloseşte la fabricarea antecamerelor bimetalice ale motoarelor cu

aprindere prin compresie, supapelor, arborilor cotiţi, rotoarelor de turbină, arborilor din cutiile

��

��

de viteze, arborilor transmisiilor cardanice, arborilor planetari cu flanşă sau lalea, barelor

sistemului de direcţie (Fig. 7.4).

Tabelul 7.2. Îmbinări realizate prin sudură prin frecare

��

��

Fig. 7.3. a) Schema de principiu a unei maşini de sudat prin frecare continuă: 1 – motor de antrenare; 2 – transmisie prin curele; 3 – cuplaj; 4 – lagăr principal; 5 – mandrină; 6 – componente de sudat; 7 – sanie; 8

– ghidaje; 9 – cilindru hidraulic.

b) Maşina MSF-10 de sudat prin frecare: 1 – batiu; 2 – dispozitiv de prindere şi rotire a piesei; 3 – instalaţia de ungere şi răcire; 4 – sania cu bacurile de prindere a piesei fixe; 5 – coloane de ghidare; 6 – panoul hidraulic; 7 – pupitrul de comandă hidraulică; 8 – cilindri de acţionare a saniei; 9 – cilindrul de acţionare a bacurilor; 10 – cilindri de acţionare a mandrinei hidraulice; 11 – conducte de legătură; 12 –

motorul electric de antrenare în mişcare de rotaţie; 13 – postul de alimentare; 14 – pupitrul de comandă.

��

��

Fig. 7.4. repere din construcţia autovehiculelor îmbinate prin sudură prin frecare: a) – arbore conducător; b) – arbore primar; c) – arbore canelat; d) – bucşă demaror; e) – arbore planetar.

Aplicarea sudării prin frecare este însoţita de o serie de avantaje, concretizate prin:

rezistenţe la tracţiune şi la oboseala mai mari ca ale materialului de bază, deoarece structura

îmbinării este superioară ca omogenitate; precizii ridicate ale asamblărilor; posibilităţi de

sudare a metalelor cu temperaturi de topire si compoziţii diferite; productivitate mare a

��

��

maşinilor de sudat automat (la piese mici se pot atinge cadenţe de 600 piese/oră); economii de

manoperă şi energie (tab. 7.4 si 7.5).

Tabelul 7.4. Piese bimetalice din transmisia autocamioanelor roman asamblate prin sudurǎ prin frecare

Schiţele

semifabricatelor îmbinate

prin sudură prin frecare

Caracteristicile

piesei –

tehnologie

clasică

Caracteristicile

semifabricatelor

sudate prin

frecare

Economii realizate prin aplicarea

tehnologiei neconvenţională

De

materiale

in val.

absol.

[kg/buc]

Materiale

deficitare

[kg/buc]

Financiare

[lei/buc]

Pinion de atac

89.35.101.0155

Material

17Cr�iMo15

Masa 8.8kg

Arborele 1 se

prelucrează din

18MnCr10

Are masa de

5.05kg

Piesa 2 care se

va dantura este

din 17Cr�iMo15

Masa 3.2Kg

0.55 5.6

17Cr�iMo15

= 13.05lei/kg

18MnCr10=

6.25lei/kg

Economie

totală

41.52 lei/buc

Arbore conducător

89.32.205.0002

Material

17Cr�iMo15

Masa

10.2kg

Arborele 1 se

executa din

18MnCr10

Are masa de

4.33kg

Piesa 2 se

realizează din

17Cr�iMo15

Masa 5.42kg

0.45 4.78 35.31

Caracteristicile structurale ale îmbinărilor fac ca mijloacele clasice de control (raze X,

ultrasunete) să fie puţin eficiente. Dar, caracteristicile mecanice ale tuturor îmbinărilor sudate

trebuiesc controlate. De aceea, s-a recurs la verificarea capacităţii pieselor de a suporta un

anumit nivel de solicitare statică, prin încercarea sistematică a acestora pe un stand montat pe

linia de fabricaţie şi la supravegherea şi controlul parametrilor sudurii cu ajutorul

calculatorului.

Un asemenea sistem de control permite repetarea oricărui regim de lucru, caracterizat

prin parametrii ciclului de deformare, în funcţie de dimensiunile semifabricatelor şi

��

��

caracteristicilor materialelor din care acestea sunt executate. Conducerea procesului de sudare

şi controlului regimului de lucru cu ajutorul calculatorului asigură execuţia unor piese finite

cu toleranţe de lungime de ±0.15mm.

Sudarea prin difuzie este un procedeu care asigură îmbinarea ca urmare a interacţiunii

atomice dintre materiale şi difuzia reciprocă de particule prin suprafaţa de separare.

Aproprierea pieselor se face sub acţiunea unei forţe exterioare, care realizează o deformare

plastică microscopică. Pentru accelerarea procesului de difuzie, care are loc în vid sau in

atmosferă de gaz protector, componentele se încălzesc la o temperatură inferioară celei de

topire.

Procedeul se caracterizează prin eliminarea fazei topite din îmbinare, ceea ce îl face

aplicabil la asamblarea pieselor din materiale greu fuzibile sau a celor cu caracteristici fizico-

chimice diferite (oţel-aluminiu, aluminiu-material ceramic; oţel-material ceramic). De

asemenea, el nu modifică esenţial caracteristicile structurale în zona îmbinării, care are

dimensiuni reduse, şi nu produce deformări macroscopice şi dimensionale ale componentelor.

Forma şi dimensiunile semifabricatelor în zona de îmbinare nu sunt limitate.

Tabelul 7.5. Semifabricate îmbinate prin sudurǎ prin frecare

Schiţele semifabricatelor

asamblate prin sudură prin frecare

Denumirea

semifabricatului si

materialul

Parametrii regimului de sudare

D [mm] tfrec.

[Mpa]

tref.

[Mpa]

tfrecv

[s]

tref [s]

Supapă

1. Taler supapă

2. Tijă supapă

40MoCr�i15

18 180 195 10.0 3.0

Arbore cardanic

1. Furcă OLC 45

2. Piesă de

legătură

OLT 35

3. Arbore 40Cr10

50

50

35

31 80 12.2 1.2

Arbore din cutia de viteze

1. Pinion

OLC 60

2. Arbore

OLC 60

38 105 210 4.2 3.2

��

��

Dezavantajele se datoresc exigenţelor impuse calităţii suprafeţelor de îmbinat,

necesităţii folosirii unui mediu de protecţie în zona de sudare şi timpilor ridicaţi de operare.

Procesul tehnologic la sudare prin difuzie cuprinde următoarele etape:

a) Pregătirea componentelor. La sudarea materialelor de aceiaşi natură se recomandă o

pregătire a componentelor prin polizare şi şlefuire ( rugozitatea suprafeţelor 0.5 ... 2µm).

Pentru semifabricatele cu proprietăţi plastice mult diferite (oţel – aluminiu) suprafeţele se

strunjesc cu rugozităţi mai mari (10 ... 40µm).

Îndepărtarea straturilor superficiale de oxizi se face prin decapare cu acizi sau baze, iar a

straturilor absorbante de gaze (apă sau substanţe organice) cu solvenţi organici

(tetraclorură de carbon). Tehnologiile moderne prevăd curăţirea suprafeţelor cu ajutorul

ultrasunetelor, bombardamentului cu fascicul de ioni, prin intermediul unei descărcări

luminiscente sau al încălzirii în vid.

După curăţirea suprafeţelor acestea sunt protejate cu ajutorul unor medii de protecţie (vid

sau gaze inerte).

b) Poziţionarea componentelor şi apăsarea lor cu o anumită forţă, care se menţine constantă

în timpul procesului de sudare.

Îmbinarea se execută în camere de sudare cu vid înaintat (10-2 ... 10-3Pa) vid parţial

(1...0.1Pa) sau cu protecţie gazoasă (argon, heliu, hidrogen, bioxid de carbon, azot) cu

ajutorul unor sisteme mecanice, hidraulice sau pneumatice, care asigură poziţionarea şi

presarea relativă a componentelor (0.1...40MPa).

c) Încălzirea materialului la temperatura de sudare (400 ... 2300K, funcţie de materialul de

bază) prin inducţie, radiaţie sau bombardament cu fascicul de electroni, cu laser sau cu

fascicul de lumină şi menţinerea în această stare un anumit interval de timp (0.5...60min).

La sudarea prin difuzie se poate introduce între suprafeţele de îmbinat material de adaos

(nichel, cupru, titan, beriliu, argint, zirconiu), sub formă de folii, cu grosimea de

1...100µm sau prin depunere electrochimică.

Cremalieră sistem de direcţie

1. Tijă OLC 35

2. Cremalieră

40Cr10

38 93 174 4.6 3.4

��

��

Parametrii regimurilor de sudare prin difuzie pentru câteva cupluri de materiale sunt

prezentate în tabelul 7.6.

Procedeul se aplică la sudarea garniturilor de frână pe suporţi metalici şi a camerelor de

ardere din materiale ceramice din pistoanele de aluminiu (Fig. 7.5).

Tabelul 7.6.

Parametrii regimului de sudare prin difuzie

Materialele ce

se sudează

Temp. de

încălzire

[K]

Presiune

[MPa]

Timp de

încălzire

[min]

Oţel-aluminiu 820 5 10

OLC15-

OLC45

1220-

1270 6-10 15

Oţel fontă 1200 15 6

Fig. 7.5. Piston din aliaj de bază de

aluminiu cu izolaţie ceramică: 1-material ceramic; 2-corpul pistonului; 3-inserţie din

fontă

7.2 Sudarea cu arc rotitor

La acest procedeu încălzirea pieselor se face cu un arc electric care se roteşte, pe

suprafeţele frontale ale pieselor ce se sudează, sub acţiunea unui câmp magnetic exterior.

După ce temperatura materialului din zona de îmbinare a atins o anumită valoare, capetele

încălzite sunt refulate pentru a se obţine sudarea (Fig. 7.6).

Îmbinările realizate prin sudare cu arc

rotitor sau caracteristici macro şi

microscopice asemănătoare cu cele obţinute

la sudarea electrică sub presiune. Rezistenţa

la rupere a îmbinării este egală cu cea a

metalului de bază, iar la îndoirea cu 180o nu

apar fisuri. Înălţimea bavurii sudurii nu

depăşeşte 0.5δ (δ – grosimea peretelui), Fig. 7.6. Principiul sudării cu arc electric rotitor: 1-piese; 2-arc electric; B-inducţia magnetică; F-

forţa electromagnetică; R-sensul de rotaţie al arcului electric

iar scurtarea pe lungime este de

1.5...5.0mm. Datorită încălzirii masive a

metalului, la sudarea în regim moale (timpi

��

��

de încălzire mai mari de 5s) neregularităţile superficiale ale pieselor se elimină în bavură,

astfel că probabilitatea de apariţie a defectelor de legătură este redusă.

Pentru reducerea conţinutului de oxigen şi azot din structura materialului din zona

îmbinării trebuie ca sudarea să se desfăşoare in atmosferă protectoare.

Fazele procesului tehnologic constau in: prinderea automată sau manuala a pieselor pe

bancuri, amorsareaarcului, rotirea arcului electric sub acţiunea câmpului magnetic şi refularea.

Parametrii regimului de sudare sunt: curentul de sudare specific (1.2...5A/mm2),

presiunea de refulare (60...200MPa), timpul de sudare (2 ... 20s), inducţia magnetică în

interior (0.02...0.10T), tensiunea arcului (20...26V), întrefierul (2.0 ± 0.5mm), timpul de

refulare (0...2s), curentul de refulare (300...600A), viteza de refulare (50...200mm/s).

Aplicarea sudării cu arc rotitor este recomandată în cazul producţiei de serie pentru

îmbinarea ţevilor de diverse profile sau a arborilor cu flanşe (arbore planetar).

Să ne reamintim!

� Sudura prin frecare este rezultatul transformării energiei mecanice de frecare dintre

componentele îmbinate în căldură

� Procesul de sudare cuprinde: antrenarea uneia din componentele de sudare într-o

mişcare de rotaţie, cu o viteză constantă sau variabilă şi presarea pe ea a celeilalte

componente fixe; încălzirea capetelor elementelor în contact şi refularea zonelor

încălzite în vederea sudării, după încetarea mişcării relative

� După modul în care se dezvoltă energia cinetică de frecare se disting următoarele

variante ale procesului de bază: sudarea prin frecare continuă; sudarea prin frecare

HUP (Heat Under Power); sudarea prin frecare cu impulsuri; sudarea prin frecare

orbitală; sudarea prin frecare cu încălzire suplimentară prin inducţie a componentelor

ce trebuie îmbinate; sudarea prin frecare cu materiale de adaos; sudarea prin frecare

indirectă.

� Sudarea prin frecare se foloseşte la fabricarea antecamerelor bimetalice ale motoarelor

cu aprindere prin compresie, supapelor, arborilor cotiţi, rotoarelor de turbină, arborilor

din cutiile de viteze, arborilor transmisiilor cardanice, arborilor planetari cu flanşă sau

lalea, barelor sistemului de direcţie

� Avantajele sudării prin frecare: rezistenţe la tracţiune şi la oboseala mai mari ca ale

materialului de bază, deoarece structura îmbinării este superioară ca omogenitate;

��

��

precizii ridicate ale asamblărilor; posibilităţi de sudare a metalelor cu temperaturi de

topire si compoziţii diferite; productivitate mare a maşinilor de sudat automat;

economii de manoperă şi energie

� Sudarea prin difuzie este un procedeu care asigură îmbinarea ca urmare a interacţiunii

atomice dintre materiale şi difuzia reciprocă de particule prin suprafaţa de separare

� Procedeul se caracterizează prin eliminarea fazei topite din îmbinare, ceea ce îl face

aplicabil la asamblarea pieselor din materiale greu fuzibile sau a celor cu caracteristici

fizico-chimice diferite

7.3 Autoevaluare

1. Realizați schema şi explicați fazele procesului de sudare HUP.

2. Parametrii regimului de sudare

3. Principiul de realizare al sudurii prin difuzie.

4. Principiul sudării cu arc electric rotitor.

��

��


8 Tehnologia fabricării pieselor sinterizate din pulberi metalice pentru autovehicule

�

8� Tehnologia fabricării pieselor sinterizate din pulberi metalice pentru autovehicule ...... 109�

8.1� Elaborarea, dozarea şi omogenizarea pulberilor metalice ....................................... 111�

8.2� Formarea pieselor din pulberi metalice .................................................................... 114�

8.2.1� Formarea prin presare ....................................................................................... 115�

8.2.2� Formarea prin extrudare, laminare şi sintematriţarea pulberilor metalice ........ 116�

8.2.3� Turnarea în forme de ipsos ............................................................................... 118�

8.3� Autoevaluare ............................................................................................................ 120�

�

Obiective :


� Cunoașterea structurii tehnologiei de fabricare a pieselor sinterizate din pulberi

metalice

� Cunoașterea metodelor de obținere a pulberilor metalice

� Cunoașterea metodelor de formare a pieselor din pulberi metalice

� Principalele repere din industria auto obținute din pulberi metalice


Tehnologia de fabricare a pieselor din pulberi metalice are următoarea structură (Fig.

8.1):

- Elaborarea, prin diverse metode a pulberilor de fier, cupru , staniu, plumb, grafit,

lubrifianţi, lianţi;

- Dozarea şi omogenizarea amestecului de pulberi de compoziţie prestabilită;

- Formarea pieselor;

- Presinterizarea sau sinterizarea semifabricatelor în atmosferă protectoare;

- Calibrarea, prelucrarea mecanică de finisare şi impregnarea cu lubrifianţi sau aliaje

uşor fuzibile a pieselor sinterizate;

��

��

- Tratamente termice sau termochimice.

Metalurgia pulberilor asigură produselor sinterizate o compoziţie precisă şi uniformă,

cu o mare constanţă a proprietăţilor, în condiţiile înlocuirii materialelor scumpe şi deficiente

cu altele mai ieftine şi existente în cantităţi suficiente şi a eliminării complete a deşeurilor.

Totodată, prin această tehnologie se obţin materiale, cu o porozitate fină, uniformă şi

dirijabilă, care nu pot fi elaborate prin procedee clasice, pe utilaje automatizate sau robotizate,

cu o largă universitate şi de mare productivitate (25 ... 30 semifabricate/min).

Domeniul limitat de aplicare a metalurgiei pulberilor se datoreşte: preţului de cost

ridicat al pulberilor metalice; limitelor impuse complexităţii formei geometrice şi

dimensiunilor pieselor; valorii mari a matriţelor, care se amortizează numai la serii mari de

fabricaţie; compactităţii mai mici şi fragilităţii mai mari ale reperelor sinterizate, faţă de cele

turnate sau deformate plastic; diminuării rezistenţei la tracţiune, alungirii, durităţii şi

rezilienţei odată cu creşterea porozităţii.

Fig. 8.1. Schema procesului tehnologic de fabricare a pieselor sinterizate din pulberi metalice

111

8.1 Elaborarea, dozarea şi omogenizarea pulberilor metalice

Pulberile metalice sunt alcătuite din particule de diferite dimensiuni (1µm…0.4mm).

Ele se obţin din metale pure (fier, cupru, staniu, plumb, cobalt, nichel), aliaje sau compuşi

intermetalici (tab. 8.1), prin metode mecanice (aşchiere, măcinare în diverse tipuri de mori,

pulverizarea metalelor sau aliajelor topite) sau fizico-chimice (reducerea metalelor din oxizi,

electroliza soluţiilor apoase sau a sărurilor topite, descompunerea carbonililor de metal.

Pulberile trebuie să posede o înaltă compactitate, proprietăţi bune de curgere, variaţii

dimensionale minime în procesul de sinterizare, rezistenţe mecanice ridicate si compoziţie

chimică uniformă.

Dezintegrarea prin aşchiere se aplică foarte rar deoarece compoziţia chimică a

diferitelor sorturi de aşchii este variabilă, măcinarea şpanului de oţel cu conţinut scăzut de

carbon este dificilă, pulberea din fontă are un procent ridicat de carbon, siliciu si fosfor fapt ce

nu permite fabricarea unor piese sinterizate de bună calitate.

Măcinarea în mori vibratoare cu bile a materialelor casante şi prealiajelor (carburi,

feroaliaje, aliaje Al-Fe, Al-Si-Fe, catozi poroşi şi fragili rezultaţi în urma electrolizei) se

aplică la elaborarea pulberilor fine şi foarte fine.

Pentru măcinarea fină a unor cantităţi reduse de materiale se folosesc morile planetare

cu bile şi atritoarele (Fig. 8.2). La atritoare efectul intens de măcinare se realizează prin

rotirea amestecătorului cu bare. Funcţionarea continuă a instalaţiei este asigurată prin

folosirea materiei prime sub forma unei suspensii.

Tabelul 8.1

Tipul

pulberii

Denumire

comercială

Compoziţia chimică [%] Dimensiune

a granulei

[mm]

Densitatea

aparentă

[Kg/m3]

Densitatea

pieselor

formate

[kg] Fe C SiO2 P S Mn �2

Co

min

�i

min

Pulbere

pură de

fier

FREM

S400-24

97.

5 0.05 0.35 0.025 0.025 0.4 0.5 - - 0.06 .. 0.4 2350 6800

FREM

S400-28

97.

5 0.05 0.35 0.025 0.025 0.4 0.5 - - 0.06 .. 0.4 2750 6800

Pulbere de

cobalt

PC-01 0.2 - - - - - 0.4 98.00 1.0 0.09 1300 ..

2000 6900

PC-02 0.3 0.05 0.05 - 0.05 0.05 0.3 98.93 0.1 0.045 1000 ..

2000 6900

Pulbere de

nichel

Pni 1 1.0 0.1 0.02 - 0.05 0.01 - - 98.4 0.04 2900 ..

4000 7100

Pni 2 0.1 - 0.01 - - 0.01 - - 99.4 0.04 2000 ..

3300 7100

112

Pulverizarea din faza lichidă a unor metale sau aliaje cu ajutorul fluidelor aflate sub

presiune (Fig. 8.3), are o productivitate ridicată (3...10t/h), dar forma granulelor (apropiată de

cea asferică) nu asigură proprietăţi satisfăcătoare pulberilor.

Fig 8.2. Principiul de funcţionare al unui atrior: 1-manta de răcire; 2-vas de măcinare; 3-bile; 4-bare; 5-amestecător cu bare; 6-amestecător de

emulsie; 7-rotor cu palete; 8-pompă cu membrană

Fig. 8.3. Instalaţie de pulverizare din fază

lichidă: 1-oală de transport; 2,4-metal topit; 3-creuzet de turnare; 5-cap de

pulverizare cu duză inelară; 6-cameră de pulverizare; 7-bazin de apă; 8-pulbere

metalica

Atomizarea (pulverizarea) metalului topit, ce se scurge printr-o duză din ceramică, se

produce sub acţiunea unui jet de aer, argon sau alt gaz inert, puternic comprimat (0.5...3MPa),

care curge cu viteze ridicate (300...500m/s). Picăturile fine de metal se solidifică şi cad in apa

de la baza turnului de pulverizare de unde sunt evacuate. În instalaţiile mari se foloseşte

frecvent, ca agent de pulverizare, apa la presiune ridicată (10...13MPa).

Ulterior pulberile sunt centrifugate şi uscate în mediu neoxidant, după care urmează o

recoacere în atmosferă reducătoare (hidrogen sau amoniac disociat) pentru îmbunătăţirea

compoziţiei chimice, formei, structurii interne, calităţii şi mărimii granulelor, densităţii

aparente de umplere , precum şi a altor proprietăţi fizice şi tehnologice.

Reducerea oxizilor la temperaturi ridicate cu agenţi solizi (carbon Fig. 8.4) sau gazoşi

(hidrogen, oxid de carbon sau azot Fig. 8.5) este o metodă ce se aplică la fabricarea pulberilor

de fier, cupru, cobalt, wolfram, molibden. Un ciclu complet de reducere cuprinde o

preîncălzire (45 ore), menţinerea la temperatura de 1500K (30 ore) şi răcirea (40 ore).

113

Fig. 8.4. Schema fluxului tehnologic de

fabricare a pulberilor de fier prin reducere cu carbon

Fig. 8.5. Schema fluxului tehnologic de fabricare

a pulberilor metalice prin reducere cu gaza

Fig. 8.6. Schema instalaţiei de reducere pentru

fabricarea pulberilor de fier prin procedeul FREM: 1-flacăra; 2-cuptor de reducere;3-răcitor cu apă; 4-uşă de scoatere; 5-pompă de recirculare; 6-filtre; 7-

săcitor; 8-uşă de alimentare

În ţara noastră se aplică, la

combinatul Metalurgic Câmpia Turzii,

procedeul FREM (Fig. 8.6). Acesta constă

în reducerea cu gaz metan a oxizilor

măcinaţi în mori cu bile, amestecaţi cu

6...8% negru de fum şi apoi brichetaţi.

Pentru unele sortimente de pulberi se aplică

un tratament termochimic cu amoniac

disociat.

O altă metodă de fabricare a

pulberilor este cea electrochimică. La

trecerea curentului electric continuu prin

114

soluţiile apoase ale unor săruri (Cu, Sn, Fe, Ag) sau prin topiturile (Ta, U, Mb, Ti, Zr) aflate la

temperaturi ridicate, metalul sau aliajul se depune la catod sub formă de pulbere. Aceste

pulberi se caracterizează prin puritatea ridicată şi proprietăţi de presare şi sinterizare foarte

bune.

Consumul de curent la electroliză este de 1.5...4kWh/Kg pulbere, iar costul este de

3...6 ori mai ridicat ca al pulberilor reduse.

Metoda carbonil (Fig. 8.7) permite obţinerea unor pulberi de mare puritate şi cu

granulaţie foarte fină din metale (Fe, Ni, Co, Cr, W, Mo) care formează cu oxidul de carbon

carbonili. Datorită procesului complicat de fabricaţie, aceste pulberi sunt de 7...15 ori mai

scumpe ca cele realizate prin reducere, motiv pentru care sunt folosite numai atunci când se

cer produse de înaltă puritate.

Pentru creşterea compactităţii

pulberilor, diminuarea presiunii de

ejecţie, eliminarea defectelor fizice

din semifabricate, reducerea frecărilor

dintre particule, poansoane si pulbere,

matriţă şi pulbere şi diminuarea uzurii

sculelor, în pulberi se introduc, în

proporţie de 0.2 ... 1% lubrifianţi şi. Fig. 8.7. Schema procedeului carbonil de fabricare a pulberilor metalice

lianţi (stearaţi de zinc, calciu, aluminiu, magneziu,

plumb sau litiu, acid stearic, oleic sau benzoic, parafină,

bisulfură de molibden, grafit, melamină, amelină etc.).

Amestecurile se realizează prin omogenizarea, în

instalaţii speciale (Fig. 8.8), a două sau mai multor

sorturi de pulberi cu ingrediente nemetalice. Dozarea

componentelor se face prin cântărire sau volumetric

conform reţelei prescrise.

8.2 Formarea pieselor din pulberi metalice

În urma compactării amestecurilor de pulberi

rezultă semifabricate poroase cu rezistenţe mecanice

foarte mici. Formarea trebuie astfel condusă încât să se Fig. 8.8. Amestecătoare pentru pulberi

metalice

115

asigure stabilitatea mecanică a formei până la introducerea în cuptoarele de sinterizare.

Compactitatea şi rezistenţa mecanică a semifabricatelor depind de proprietăţile

pulberilor, mărimea presiunii şi modul de aplicare a forţelor de presare, forma şi dimensiunile

piesei şi temperatura la care se execută formarea.

Formarea semifabricatelor se poate realiza prin compactare (presare, sintermatriţare,

extrudare, laminare), turnare în forma de ipsos sau presărare fără tasare.

8.2.1 Formarea prin presare

Presarea pulberilor în matriţe de otel se poate face la rece (unilateral, bilateral sau

izostatic) sau la cald.

La presarea unidirecţională cu simplă acţiune poansonul şi matriţa sunt fixe. Forţa de

comprimare se aplică numai prin intermediul poansonului superior (Fig. 8.9 a). Procedeul

asigură o repartizare neuniformă a densităţii pulberii presate în matriţă, iar compactarea scade

cu creşterea distanţei faţă de poansonul activ.

În cazul presării bilaterale (Fig. 8.9 b) se deplasează ambele poansoane cu viteze

egale, asigurându-se astfel o omogenitate mult mai mare a densităţii şi durităţii.

Prin această metodă se pot presa piese cu raportul h/D (înălţime/diametru) cuprins

între 2 şi 4. Aproximativ la mijlocul înălţimii semifabricatelor rezultă o zonă neutră cu

densitate mai mică, care se restrânge în timpul sinterizării.

Se recomandă ca valoarea presiunii de compactare să nu depăşească 60...70MPa.

Presarea izostatică cu pungă umedă a formei cu înveliş elastic, umplută in prealabil cu

amestec de pulbere, se realizează sub acţiunea unui lichid comprimat la presiuni de

300...500MPa (Fig. 8.9 c). Deoarece aerul dintre granulele de pulbere nu se poate îndepărta în

timpul presării, formele flexibile sunt în prealabil vidate si închise.

Fig. 8.9. Formarea prin presare: a-unidirecţională cu simplă acţionare; b-unidirecţională cu dubla

acţiune; c-izostatică (1-dop; 2-pulbere; 3-înveliş; 4-cameră de presare; 5-ulei); d-explozie (1-exploziv; 2-piston; 3-capac; 4-pulbere; 5-înveliş; 6-ulei)

116

Mediul de transmitere a presiunii pentru presare la rece poate fi apa, uleiul sau

glicerina, iar pentru cea la cald gazele inerte încălzite la temperaturi ridicate.

Presarea izostatică cu pungă se execută în forme din material elastic (cauciuc, mase

plastice) aşezate în matriţe obişnuite din oţel.

O variantă a presării izostatice este cea prin explozie (Fig. 8.9 d).

Procedeul permite fabricare pe instalaţii simple, cu cheltuieli minime, a unor repere ce

nu pot fi obţinute prin alte metode, cu aceleaşi rezistenţe mecanice în toate secţiunile, fără

goluri şi tensiuni interne, cu compactităţi (10...16%), rezistenţe mecanice (30...60%) şi

alungiri la rupere (20...60%) mai mari ca ale celor executate prin presare unidirecţională.

Dezavantajele se datoresc imposibilităţii respectării riguroase a formei şi dimensiunilor

semifabricatului, productivităţii mici şi durabilităţii reduse a sculei.

La presarea semifabricatelor cu presiuni mari de compactizare, apare o deformare

plastică la rece, şi ca urmare o ecruisare puternică a granulelor de pulbere, fenomen ce

determină micşorarea plasticităţii şi creşterea durităţii. Dacă se supune semifabricatul presat

unui tratament termic de recoacere de recristalizare la temperaturi joase (presinterizare) se

anulează efectul negativ al deformării plastice la rece, produsul devenind din nou moale şi

uşor deformabil. Aplicarea unei noi presări şi sinterizarea finală vor asigura o densitate finală

mult mai mare fără a fi necesare presiuni exagerate de comprimare.

Execuţia automată a pieselor din pulberi metalice este asigurată pe prese mecanice sau

hidraulice de mare productivitate (10...30 piese/min).

Dacă in timpul presării pulberilor metalice are loc încălzirea materialului până la

temperatura de sinterizare (Fig. 8.10), presiunile de compactizare necesare sunt mai mici ca

cele aplicate la presare la rece.

8.2.2 Formarea prin extrudare, laminare şi sintematriţarea pulberilor metalice

Formarea prin extrudarea pulberilor la cald sau la rece, se aplică la produsele cu

secţiune uniformă, lungimi mari şi proprietăţi constante. Prin ea se pot prelucra pulberi

aşezate liber întru-un container încălzit, lingouri sinterizate sau pulberi ambalate într-un

înveliş metalic (Fig. 8.11).

Prin extrudare rezultă simultan creşterea densităţii şi reducerea secţiunii de 6...100 ori

la temperaturi mai coborâte ca cele necesare sinterizării sau presării la cald.

Laminarea pulberilor se realizează între doi cilindri rotativi aşezaţi într-un plan

orizontal sau vertical. Cilindrii antrenează pulberea şi o introduc în zona de lucru unde o

compactează într-o bandă continuă de grosime redusă (Fig. 8.12). Produsele laminate din

117

pulberi, la ieşirea dintre cilindri nu au o rezistenţă mecanică suficientă, de aceea ele sunt

supuse sinterizării.

Fig. 8.10. Schema ciclului de presare la cald a pieselor din pulberi metalice: a-lubrifierea

matriţei; b-alimentarea cu pulbere; c-comprimarea; d-poziţionare – lubrifiere; e-

presare finală; f-ejecţia

Fig. 8.11. Metode de extrudare a pulberilor metalice: a-pulbere liberă; b-lingou sinterizat; c-pulbere compactată

într-un înveliş

Procedeul asigură fabricarea produselor

sinterizate de mare puritate cu respectarea riguroasă

a compoziţiei chimice prescrise şi execuţia benzilor bi sau trimetalice de porozitate şi

dimensiuni dorite (lagărele de alunecare autolubrifiate) cu investiţii relativ reduse).

Sintermatriţarea este un procedeu nou de formare a pulberilor metalice, care are următoarea

structură (Fig. 8.13): presarea pulberilor în matriţe; presinterizarea; forjarea la cald în matriţe

de oţel; răcirea în tunele cu atmosferă controlată.

118

Tehnologia asigură realizarea de piese complexe (biele, pinioane, segmenţi) cu compactităţi

foarte bune (peste 98%), structuri omogene, fără defecte şi cu rezistenţe mecanice excelente,

în condiţiile unei producţii complet automatizate.

Fig. 8.12. Schema de principiu a laminării pulberilor metalice: a-laminarea cu cilindri aşezaţi în plan

orizontal; b-cilindri aşezaţi în plan vertical, cu alimentare din pâlnie curbată; c-alimentare laterală forţată cu melc; d-laminarea unei benzi bimetalice; e-laminarea unei benzi trimetalice; 1-cilindri; 2-pâlnii

şi dispozitive de alimentare; 3-produsului laminat din pulberi; 4-pereţi despărţitori în pâlnia de alimentare; 5-bandă plecată de ambele părţi

Fig. 8.13. Schema fluxului tehnologic la sintermatriţarea unui pinion satelit: a-semifabricat presat şi

presinterizat; b-începutul matriţării; c-fazele intermediare ale matriţării (1-poanson; 2-miez; 3-matriţă; 4-poanson inferior; 5-semifabricat presinterizat; 6-roată dinţată); d-faza finală a matriţării (1,2,3-forme

intermediare ale semifabricatului în cursul matriţării); e-produs finit

8.2.3 Turnarea în forme de ipsos

Metoda constă din turnarea unei suspensii de pulbere metalică (barbotină) într-o formă

cu pereţi poroşi, executată dintr-un material absorbant (ipsos). Particulele de pulbere din

suspensie sunt antrenate de curenţii din lichid spre pereţii formei absorbante, unde se depun şi

119

se compactează, legându-se puternic între ele. În funcţie de grosimea dorită a pereţilor, durata

formării sedimentului de barbotină se înlătură (Fig. 8.14)

Formele, înainte de turnare, sunt uscate până când conţinutul de apă ajunge la 5...10%,

după care suprafeţele interioare sunt umectate cu o soluţie formată din săpun, grafit, talc,

bentonită şi caolină, care va uşura dezlipirea semifabricatului.

Barbotinele se prepară

din pulberi metalice foarte fine

(granule cu diametru de

1...3µm), în proporţie de

40...70% din greutate, şi

lichidul suspensiei (apă sau

alcool etilic). Pentru defloculare

şi reglarea pH-ului în suspensie

se mai dizolvă hidroxid de

sodiu, hidroxid de potasiu şi

alginat de amoniu sau de sodiu.

Pentru a se evita

fisurarea şi deformarea

semifabricatului, cauzate de o

Fig. 8.14. Principiul formării prin turnare în forme de ipsos: a-formarea pieselor cu secţiune plină; b-formarea pieselor cu gol

interior; 1-vas cu barbotină; 2-formă de ipsos; 3-semifabricat; 4-tavă

uscare rapidă şi neuniformă acesta se lasă în formă, după turnare, timp de 10...16 ore.

Semifabricatele scoase din forme sunt supuse sinterizării.

Turnarea suspensiilor din pulberi metalice permite execuţia, în condiţiile seriilor reduse, a

unor piese cu configuraţii complexe.

Să ne reamintim!

� Metalurgia pulberilor asigură produselor sinterizate o compoziţie precisă şi uniformă,

cu o mare constanţă a proprietăţilor, în condiţiile înlocuirii materialelor scumpe şi

deficiente cu altele mai ieftine şi existente în cantităţi suficiente şi a eliminării

complete a deşeurilor. Totodată, prin această tehnologie se obţin materiale, cu o

porozitate fină, uniformă şi dirijabilă, care nu pot fi elaborate prin procedee clasice, pe

utilaje automatizate sau robotizate, cu o largă universitate şi de mare productivitate

(25-30 semifabricate/min)

120

� Domeniul limitat de aplicare a metalurgiei pulberilor se datoreşte: preţului de cost

ridicat al pulberilor metalice, limitelor impuse complexităţii formei geometrice şi

dimensiunilor pieselor, valorii mari a matriţelor, care se amortizează numai la serii

mari de fabricaţie, compactităţii mai mici şi fragilităţii mai mari ale reperelor

sinterizate, faţă de cele turnate sau deformate plastic, diminuării rezistenţei la

tracţiune, alungirii, durităţii şi rezilienţei odată cu creşterea porozităţii.

� Pulberile metalice sunt alcătuite din particule de diferite dimensiuni (1µm…0.4mm).

� Ele se obţin din metale pure (fier, cupru, staniu, plumb, cobalt, nichel), aliaje sau

compuşi intermetalici, prin metode mecanice (aşchiere, măcinare în diverse tipuri de

mori, pulverizarea metalelor sau aliajelor topite), fizico-chimice (reducerea metalelor

din oxizi, electroliza soluţiilor apoase sau a sărurilor topite, descompunerea

carbonililor de metal sau electrochimice

� Formarea semifabricatelor se poate realiza prin compactare (presare, sintermatriţare,

extrudare, laminare), turnare în forma de ipsos sau presărare fără tasare.

� Presarea se poate executa la rece sau la cald

� Formarea prin extrudarea pulberilor la cald sau la rece, se aplică la produsele cu

secţiune uniformă, lungimi mari şi proprietăţi constante.

� Laminarea pulberilor se realizează între doi cilindri rotativi aşezaţi într-un plan

orizontal sau vertical

8.3 Autoevaluare

1. Formarea pieselor prin presare.

2. Formarea pieselor prin extrudare.

3. Formarea pieselor prin laminare.

4. Turnarea în forme de ipsos.

121


9 Obținerea pieselor prin sinterizare

9 Obținerea pieselor prin sinterizare .................................................................................. 121

9.1 Sinterizarea semifabricatelor din pulberi metalice .................................................. 121

9.2 Repere din pulberi metalice sinterizate folosite în construcţia autovehiculelor ...... 122

9.3 Autoevaluare ............................................................................................................ 128

Obiective:


� Definească sinterizarea � Prezinte avantajele/dezavantajele pieselor sinterizate � Prezinte piese executate prin sinterizare


9.1 Sinterizarea semifabricatelor din pulberi metalice

Sinterizarea este un tratament termic executat într-o atmosferă controlată la o

temperatură inferioară celei de topire a componentului principal, dar superioară cele de

recristalizare. Prin sinterizare se majorează compactarea şi rezistenţa mecanică a

semifabricatului ca urmare a creşterii suprafeţelor de contact dintre particule. Granulele de

pulbere îşi pierd individualitatea şi dispar suprafeţele de separaţie dintre ele, apărând limitele

noilor grăunţi. In acelaşi timp, se accentuează creşterea proporţiei porilor mari şi dispariţia

celor mici. Pe durata desfăşurării procesului au loc şi alte transformări, cum sunt: topirea, în

unele cazuri, a unui component secundar, reacţii chimice între componenţii amestecului, sau

între aceştia şi gazele protectoare, recristalizarea, alierea etc.

La începutul sinterizării, prin încălzire creşte energia cinetică şi mobilitatea atomilor.

Apoi se manifestă fenomenul de difuzie de suprafaţă prin deplasarea atomilor cu mobilitate

maximă. Concomitent se iniţiază şi difuzia intergranulară. Cu mărirea temperaturii devine

predominantă difuzia de volum şi apar germeni noi de cristalizare în zonele puternic ecruisate,

prin care începe recristalizarea şi creşterea grăunţilor nou formaţi.

122

Sinterizarea se realizează în atmosferă protectoare în trei faze (încălzire la temperatură

disociat, oxid de carbon si gaz metan ars parţial), carburanţi (propan sau alte hidrocarburi) şi

de nitrurare (NH3).

Alegerea atmosferelor protectoare se face în funcţie de materialul supus sinterizării.

Pentru realizarea unor piese din pulberi metalice cu proprietăţi fizico-mecanice

satisfăcătoare cuptoarele de sinterizare trebuie să asigure temperaturi optime, riguros

controlabile în fiecare zonă, viteze de încălzire şi răcire reglabile, alimentare continuă cu gaze

de protecţie , siguranţă mare în funcţionare, productivitate ridicată, consum redus de energie.

Cuptoarele de sinterizare pot fi tubulare, cu bandă (Fig. 9.1) sau role transportoare, cu

clopot, cu inducţie, sau cu tub de grafit.

Fig. 9.1. Cuptor tabular de sinterizare cu bandă

transportoare cu trecere continuă cu două zone de încălzire şi una de răcire: 1-platformă de încărcare;

2-perdea de flacără; 3-hotă de aspiraţie; 4-termocuple; 5-mecanism pentru uşa intermediară; 6-uşă de scoatere; 7-bandă transportoare; 8-tambur; 9-

răcitor; 10-cameră de lucru; 11-elemente de încălzire; 12-antecameră; 13-elemente de

preîncălzire; 14-mecanism de avans

După sinterizare, la unele produse

se mai aplică operaţii complementare pentru

a se îmbunătăţi unele proprietăţi. Acestea

sunt calibrarea, îmbibarea cu lubrifianţi

lichizi, prelucrarea prin aşchiere,

tratamentele termice, infiltrarea cu metale

sau aliaje topite.

Impregnarea reperelor sinterizate

cu lubrifianţi lichizi se face pentru a se

obţine proprietăţi de autolubrifiere. Ea se

realizează prin fierberea pieselor in ulei

până la încetarea degajării bulelor de aer sau

prin imersarea elementelor vidate în

prealabil in ulei cald.

9.2 Repere din pulberi metalice sinterizate folosite în construcţia autovehiculelor

Beneficiarul principal al pieselor sinterizate este industria constructoare de

autovehicule (peste 50% din producţia mondială).

Marile firme producătoare de autoturisme echipează noile lor modele cu peste 100-120

de componente realizate prin tehnica sinterizării. Aceste componente intră în componenţa

motoarelor (cuzineţi, biele, lagăre oscilante ale culbutorilor, pinioane pentru antrenarea

distribuţiei), sistemele de ungere (rotoare, roţi dinţate, ghiduri de supape, pistoane plunjer),

răcire (garnitura de etanşare a pompei de apă) şi alimentare (cama carburatorului, pistonul

123

pompei de acceleraţie, lagărele pompelor de injecţie), ambreiajelor (garnituri de fricţiune,

butuc disc ambreiaj), cutiilor de viteze (conuri sincronizatoare, bucşe pentru roţile dinţate),

diferenţialelor (pinioane), amortizoarelor (pistoane, corp supapă amortizor, ghidaj tijă

amortizor), sistemelor de frânare (pistoane, suport pedală pentru frâna disc, piuliţe şi sectoare

dinţate pentru mecanismul de reglare a frânei), mecanismelor de direcţie (furci şi cuzineţi

pentru cremaliera şi pinionul mecanismului de direcţie), alternatoarelor (piese polare, bucşe

distanţiere), demaroarelor (piese polare, lagăre autolubrifiante), ruptorului-distribuitor

(contacte, lagăre, came, contragreutăţi, regulator centrifugal), instalaţiilor de climatizare

(cuzineţi motor, butuc şi coroana roţii de curea), ştergătorul de parbriz (pinion ştergător,

lagăre autolubrifiante), mecanismelor de manevrare a uşilor şi geamurilor (pinionul

dispozitivului de manevră, cremaliere uşi), elementelor interne ale caroseriei (piesă de blocare

a centurii de siguranţă, bucşe şi pinioane pentru scaunele rabatabile) etc. (Fig. 9.2).

În ţara noastră, odată cu dezvoltarea industriei constructoare de autovehicule, s-au

asimilat şi dezvoltat, la Întreprinderea „SINTEROM” din Cluj-Napoca, tehnologii moderne

ale metalurgiei pulberilor.

Fig. 9.2. Sisteme ale autoturismelor care au în componenţă piese din pulberi sinterizate: 1-sistem de frânare; 2-suspensia; 3-sistemul de direcţie; 4-ambreajul şi cutia de viteze; 5-motorul cu sistemele sale

(alimentare, aprindere, ungere, răcire); 6-instalaţia de climatizare; 7-elemente interioare ale caroseriei; 8-mecanismele de manevrare a uşilor şi geamurilor; 9-ştergatoarele de parbriz

Dintre produsele poroase, lagărele metalice sinterizate pe bază de pulberi de fier (Fe-

Cu-grafit) sau de bronz (bronz cu plumb 60 Cu/40 Pb, bronz grafitat cu 1.75...3.50% grafit,

124

bronz sinterizat cu politetrafluoretilenă) au găsit o largă aplicabilitate în construcţia de

autovehicule. Datorită impregnării cu ulei a porilor (10 .. 30% din volumul piesei) la rotirea

axului în lagărul autolubrifiant, apare un efect de aspiraţie care determină apariţia unui film de

lubrifiant între piesele în mişcare. La oprirea, datorită forţelor capilare, filmul de ulei este

absorbit în pori.

Pentru condiţii de funcţionare uscată porii lagărelor pot fi impregnaţi cu

politetrafluoretilenă. Impregnarea se face cu metale topite. În cazul condiţiilor grele de

exploatare (viteze mai mari de 1.5 m/s şi temperaturi mai înalte de 360K), lagărele pot fi

prevăzute cu ungere suplimentară cu ulei sau cu lubrifiant solid (grafit, bisulfură de

molibden).

Faţă de lagărele fabricate prin procedee clasice (turnare şi prelucrare mecanică), cele

executate din pulberi metalice sinterizate au coeficienţi de frecare reduşi (0.004...0.1) sunt

rezistente la uzare şi solicitări statice (0...15MPa) şi dinamice, pot funcţiona la turaţii ridicate

(30000rot/min) şi temperaturi cuprinse între 210K şi 720K, în medii abrazive, au tendinţă

mică de gripare, durată lunga de exploatare (3000...5000 ore) şi un preţ de cost redus. Forma

lagărelor sinterizate autolubrifiante poate fi cilindrică, cilindrică cu guler sau sferică (Fig.

9.3).

Fig. 9.3. Forme ale lagărelor sinterizate autolubrifiante a-lagăr cilindric cu guler; b-lagăr cilindric; c-

lagăr sferic

Tehnologia de fabricare a lagărelor autolubrifiante este prezentată în Fig. 9.4.

O tehnologie modernă în domeniul metalurgiei pulberilor este aceea de fabricare a

cuzineţilor prin sinterizarea pulberilor metalice pe suportul de oţel (Fig. 9.5).

125

Procesul tehnologic de fabricare a cuzineţilor din aliaje antifricţiune depuse pe benzi

de oţel prin plecare sau sinterizare decurge conform scheme din Figura 9.6.

Fig. 9.4. Tehnologie de fabricare a lagărelor autolubrifiante: a-formarea bucşei (1-matriţă; 2-poanson superior; 3-poanson inferior; 4-miez); b-calibrarea bucşei (1-matriţă; 2-poanson superior; 3-poanson

inferior; 4-miez)

1. Material FUE 8 Fe 20-63 conţine pulberi de bronz 90/10 şi 20% Fe. Lubrifiantul

pentru presare este steorat de zinc, 0.8%

2. Formarea se execută pe prese mecanice de 200 KN în matriţă. Semifabricatul

format are înălţimea de 15.07...15.21mm; masa 5.9...6.1g; densitatea

6.15…6.25g/cm3.

3. Sinterizarea se execută în cuptor tunel cu bandă transportoare, în atmosferă endogaz

cu punct de rouă 273…283K la temperatură de 1090±10K; viteza benzii

126

transportoare 8m/h. Semifabricatul sinterizat are diametrul exterior 15.1…15.3mm

şi rezistă la o forţă de comprimare de 3200N.

4. Calibrarea lagărului se execută pe prese mecanice de 250KN. Produsul finit are

densitatea de 6.2g/cm3, rezista la o forţă de comprimare de 3500N şi are suprafeţele

lucioase.

5. Impregnarea cu ulei se execută în vid (-50KPa) la temperatură de 330…350K, timp

de o oră.

Fig. 9.5. Procesul tehnologic de fabricare a benzii bimetalice sinterizate: 1-bandă de oţel; 2-dozator

pulbere Cu-Pb; 3- cuptor cu atmosferă neutră; 4-laminare; 5- bandă bimetalică sinterizată

Fig. 9.6. Schema procesului tehnologic de fabricare a benzilor bimetalice pentru cuzineţi: 1-colaci de

bandă de oţel; 2-masă de control; 3-derulator; 4-instalaţie de sudare cap la cap a benzilor metalice; 5-instalaţie pentru avansul benzii de oţel; 6-instalaţie pentru depunerea pulberii şi sinterizare; 7-hotă de

aerisire; 8-instalaţie de răcire a benzii bimetalice; 9-instalaţie pentru tragerea benzii bimetalice; 10-colaci cu bandă bimetalică; 11-laminor (urmează a doua sinterizare şi laminare); 12-depozit colaci bandă

bimetalică

Piesele mecanice de rezistenţă (pinioane, pistoane, arbori, biele) se execută din pulberi

pe bază de fier cu un conţinut de 0.2…1% carbon şi 3…8% cupru sau materiale pe bază de

fier prealiate cu nichel şi molibden. Structura tehnologiei aplicată la fabricarea unui pinion de

pompă de ulei este prezentată în Figura 9.7.

Un alt domeniu în care pulberile metalice sunt intens folosite este cel al garniturilor de

fricţiune. Materialele de fricţiune sinterizate realizate din pulberi pe bază de fier, cupru sau

bronz şi componenţi metalici (până la 35% grafit, SiO2, Al2O3, carbură de siliciu , azbest), au

coeficienţi de frecare ridicaţi (0.20…0.45), bună conductibilitate termică, rezistenţă mare la

uzare, coeficienţi reduşi de dilatare şi suportă temperaturi ridicate.

127

Stratul de fricţiune cu grosimea de 3 .. 12mm, se aplică pe suportul din tablă de oţel

prin presare (180…220MPa). Sinterizarea se face sub sarcină (1.0…1.2MPa) la temperaturi

de 1020…1120 K, în atmosferă reducătoare (amoniac disociat, gaz metan cracat).

Suportul de oţel se cuprează electrolitic înainte de sinterizare (grosimea stratului de

cupru 3…15µm), pentru a favoriza aderenţa materialului de fricţiune.

Execuţia pieselor autovehiculelor din pulberi metalice sinterizate este urmată de o

reducere substanţială a costurilor de fabricaţie, de importante economii de materiale şi energie

(Fig. 9.8). Astfel, pentru producerea a 1000t bucşe din bronz turnat sunt necesare 930 000 ore

manoperă, iar pentru 640 t bucşe sinterizat, care le înlocuiesc, numai 51 000h. Rezultă o

creştere a productivităţii muncii de 6.1 ori prin reducerea a 400 operatori umani şi 165 de

maşini unelte şi o economie de 23 000t metal la 1000t piese sinterizate (coeficientul de

utilizare a materialului variază între 22% şi 40% la tehnologiile clasice, pe când la cea a

pulberilor metalice ajunge la 98…99%).

Fig. 9.9. Arbore cu came tip TOYOTA: 1- came; 2- camă pentru pompa de benzină; 3-pinion; 4-fusuri de

reazem

Execuţia arborelui cu came prin această tehnologie este urmată de reducerea greutăţii

acestuia cu 25%. Îmbunătăţirea rezistenţei la uzură a camelor, simplificarea sistemului de

ungere şi o diminuare cu 20% a prelucrărilor mecanice ale camelor.

Să ne reamintim

� Sinterizarea este un tratament termic executat într-o atmosferă controlată la o

temperatură inferioară celei de topire a componentului principal, dar superioară cele

de recristalizare. Prin sinterizare se majorează compactarea şi rezistenţa mecanică a

semifabricatului ca urmare a creşterii suprafeţelor de contact dintre particule.

� Pentru realizarea unor piese din pulberi metalice cu proprietăţi fizico-mecanice

satisfăcătoare cuptoarele de sinterizare trebuie să asigure temperaturi optime, riguros

128

controlabile în fiecare zonă, viteze de încălzire şi răcire reglabile, alimentare continuă

cu gaze de protecţie , siguranţă mare în funcţionare, productivitate ridicată, consum

redus de energie

� Faţă de lagărele fabricate prin procedee clasice cele executate din pulberi metalice

sinterizate au coeficienţi de frecare reduşi, sunt rezistente la uzare şi solicitări statice și

dinamice, pot funcţiona la turaţii ridicate şi temperaturi cuprinse între 210K şi 720K,

în medii abrazive, au tendinţă mică de gripare, durată lunga de exploatare şi un preţ de

cost redus.

� Componentele sinterizate intră în componenţa motoarelor (cuzineţi, biele, lagăre

oscilante ale culbutorilor, pinioane pentru antrenarea distribuţiei), sistemele de ungere

(rotoare, roţi dinţate, ghiduri de supape, pistoane plunjer), răcire (garnitura de etanşare

a pompei de apă) şi alimentare (cama carburatorului, pistonul pompei de acceleraţie,

lagărele pompelor de injecţie), ambreiajelor (garnituri de fricţiune, butuc disc

ambreiaj), cutiilor de viteze (conuri sincronizatoare, bucşe pentru roţile dinţate),

diferenţialelor (pinioane), amortizoarelor (pistoane, corp supapă amortizor, ghidaj tijă

amortizor), sistemelor de frânare (pistoane, suport pedală pentru frâna disc, piuliţe şi

sectoare dinţate pentru mecanismul de reglare a frânei), mecanismelor de direcţie

(furci şi cuzineţi pentru cremaliera şi pinionul mecanismului de direcţie),

alternatoarelor (piese polare, bucşe distanţiere), demaroarelor (piese polare, lagăre

autolubrifiante), ruptorului-distribuitor (contacte, lagăre, came, contragreutăţi,

regulator centrifugal), instalaţiilor de climatizare (cuzineţi motor, butuc şi coroana

roţii de curea), ştergătorul de parbriz (pinion ştergător, lagăre autolubrifiante),

mecanismelor de manevrare a uşilor şi geamurilor (pinionul dispozitivului de

manevră, cremaliere uşi), elementelor interne ale caroseriei (piesă de blocare a centurii

de siguranţă, bucşe şi pinioane pentru scaunele rabatabile)

9.3 Autoevaluare

1. Prezentați procedeul de obținere a pieselor prin sinterizare

2. Prezentați operațiile complementare care pot fi aplicate pieselor sinterizate.

129


10 Electrotehnologii de prelucrare a pieselor de autovehicule

10 Electrotehnologii de prelucrare a pieselor de autovehicule............................................. 129

10.1 Prelucrarea pieselor de autovehicule prin electroeroziune ...................................... 130

10.1.1 Fenomene fizico-chimice şi fizico-mecanice la prelucrarea prin electroeroziune..... ........................................................................................................... 130

10.1.2 Prelucrarea prin electroeroziune cu electrod profilat........................................ 131

10.1.3 Prelucrarea prin electroeroziune cu electrodul filiform .................................... 134

10.2 Procedee electrochimice folosite la prelucrarea pieselor de autovehicule ............... 135

10.2.1 Bazele fizico-chimice ale procedeului .............................................................. 136

10.2.2 Prelucrarea electrochimică prin depasivizare naturală ..................................... 136

10.2.3 Prelucrarea electrochimică prin depasivizarea hidraulică ................................ 137

10.3 Tehnologia prelucrării cu ultrasunete a pieselor de autovehicule ............................ 138

10.3.1 Fenomene fizico-mecanice la prelucrarea cu ultrasunete ................................. 138

Obiective:


� Explice metodele de prelucrare a piesekor de autovehicule prin electroeroziune � Prezinte etapele prelucrării prin electroeriziune cu electrod profilat � Prezinte etapele prelucrării prin electroeriziune cu electrod filiform � Prezinte metodele de prelucrare a pieselor de autovehicule prin procedee

electrochimice � Prezinte tehnologia prelucrării cu ultrasunete a pieselor de autovehicule


Din grupul electrotehnologiilor fac parte acelea la care energia transmisă agentului de

lucru, se prezintă sub formă electrică, electrochimică, magnetică, termică, ultrasonică,

radiantă sau combinaţii ale acestora.

130

10.1 Prelucrarea pieselor de autovehicule prin electroeroziune

10.1.1 Fenomene fizico-chimice şi fizico-mecanice la prelucrarea prin electroeroziune

Prelucrarea prin electroeroziune EDM (Electrical Discharge Maschining) se realizează

prin microdescărcările electrice sub formă de impulsuri intre două elemente (scula si piesa de

prelucrat) ce sunt cufundate într-un lichid dielectric.

Fig. 10.1. Instalaţie pentru prelucrare prin electroeroziune: 1-sculă; 2-piesă; 3-cuvă; 4-dispozitiv de avans; 5-motor electric; 6-analizor de proces; 7-pompă; 8-filtru electrostatic; 9-rezervor cu dielectric (petrol, apă

dedurizată, uleiuri minerale); 10-generator de impulsuri

Fenomenele fizice ce caracterizează trecerea energiei şi materialului dintr-o stare în

alta au loc cu mici explozii, care dau naştere la unde de şoc mecanice ce favorizează

îndepărtarea produselor electroerozice din microcraterele care se formează (Fig. 10.2).

Fig. 10.2. Modelul formării microcanalelor de descărcare: a-orientarea liniilor de câmp electric (E); b-străpungerea spaţiului dintre electrozi; c-lărgirea canalului de descărcare şi producerea exploziei; d-formarea undelor de şoc şi îndepărtarea produselor electroerozive; U-tensiunea scânteii; I-curentul de

erodare

131

Procesul de descărcare are loc în două etape:

- Formarea canalelor de microdescărcare, în 10-9 .. 10-7 s;

- Descărcarea energiei prin canal, în 10-6 .. 10-2 s, în funcţie de forma impulsului.

Distanţa dintre cei doi electrozi nu trebuie să depăşească o anumită valoare

(0.6…0.01mm), in funcţie de regimul de prelucrare.

Deplasările electrodului sculă, necesare pentru păstrarea mărimii reglate a

interstiţiului, se realizează automat, folosindu-se în acest scop un motor pas cu pas.

Prin electroeroziune se pot executa prelucrări cu electrod profilat şi cu electrod

filiform.

10.1.2 Prelucrarea prin electroeroziune cu electrod profilat

Prin electroeroziune cu electrod profilat se pot prelucra piese cu forme complexe de

precizie ridicată (Fig. 10.3)

Fig. 10.3. Variante ale procedeului de prelucrare prin electroeroziune: a) prelucrare spaţială cu electrod sculă profilat: 1-generator; 2-dispozitiv de avans; 3-sculă; 4-piesă; 5-masă de lucru; 6-masă planetară cu mişcare suplimentară; b) prelucrarea spaţială cu sculă mobilă sau cu electrod filiform: 1-generator; 2-

dispozitiv de avans; 3-piesă; 4-sculă; 5-sârmă de tăiat; 6-safir de conducere; 7-sistem de tragere a sârmei

132

Calitatea şi productivitatea prelucrării prin acest procedeu sunt dependente de

materialul din care se execută piesa şi complexitatea acestuia, precum şi de valorile

parametrilor regimului de lucru.

Parametrii tehnologici se evaluează cu ajutorul următoarelor relaţii:

- putere de erodare:

Vme ≈ (KA/ ηf) · ti Tf [mm3/min]; (10.1)

- rugozitatea medie a suprafeţelor prelucrate:

Ra ≈ KR t10.3

(If)0.3

[µm]; (10.2)

- uzura relativă a electrodului sculă:

u ≈ Ku ti-0.1 (If)

-0.2 · 100 [%]; (10.3)

- diametrul mediul al craterului:

D ≈ KD ti0.1 (If)

0.5 [µm]. (10.4)

unde: KA , KR , Ku – constante dimensionale dependente de calitatea materialului prelucrat: ti

[s] – durata impulsului; If – curentul de erodare [A]; Ku – constantă ce depinde de materialul

sculei, ηf = iTjklj�m� %j�kăTkăT��

iTjklj�m� ��op;�p;p� qj�jT�:rTp;p� = factorul de umplere.

Încercările experimentale au permis stabilirea următorilor parametri tehnologici pentru

prelucrarea, cu o sculă din cupru, a unor piese din oţel aliat (56 Ni Cr MoV): If = 42.5; ti =

100 µm; ηf = 0.91; presiunea de spălare – ps = 5Kpa; Vme = 240 mm3/min; u = 5.0%; Ra = 3.3

µm /51/.

Procesul de prelucrare prin electroeroziune este puternic influenţat de natura

dielectricului. Acesta trebuie să fie stabil în timp şi să nu-şi modifice caracteristicile sub

influenţa descărcărilor electrice, să posede o conductibilitate electrica şi viscozitate scăzute, să

aibă un punct de inflamabilitate ridicat, să nu fie toxic şi să se evaporeze cât mai puţin în

timpul prelucrării, să dispună de o mare capacitate de ionizare şi de o pasivitate chimică

ridicată în raport cu materialul electrozilor.

Dielectricul poate fi introdus în zona de prelucrare prin injecţie, absorbţie, tangenţial

sau combinat, în funcţie de tipul prelucrării, materialul piesei, forma şi dimensiunile acestei,

regimul de lucru.

Costul electrodului profilat poate ajunge, în cazul execuţiei unor repere de mare

complexitate, la 40…60% din valoarea totală a prelucrării. De aceea, el se va realiza din

materiale ieftine şi cu procedee cât mai economice.

133

Pentru confecţionarea electrodului sculă se pot folosi materiale feroase şi aliaje lor

(cuprul electrolitic, alame, aluminiul, wolframul, aliaje Cu-W, Cu-Cd, W-Ag), materiale

nemetalice (grafitul) sau combinaţii ale acestora (cupru-grafit).

Parametrii procesului tehnologic de prelucrare se aleg în funcţie de calitatea impusă

suprafeţelor. Acestea sunt mate datorită microcraterelor formate prin descărcări electrice.

Alveolele formate pe suprafeţele prelucrate asigură menţinerea peliculei de ulei.

În stratul deformat termic, la prelucrarea de finisare, s-au constatat doua zone:

- una exterioară, cu grosimea de 0.05mm, având duritate ridicată ca urmare a unei căliri

superficiale cauzată de scăderea bruscă a temperaturii la sfârşitul descărcării electrice;

- una situată sub prima, cu grosimea de 0.08…0.12mm, cu o duritate mai redusă faţă de

cea iniţială, ca rezultat al creşterii şi scăderii temperaturii în procesul de prelucrare.

Eroarea de prelucrare de finisare poate fi de 0.03…0.05mm, iar în condiţii speciale ea

poate ajunge de 0.01…0.025mm.

Prin suprapunerea

mişcărilor verticale si

orizontale ale maşinilor se

pot realiza forme geometrice

complexe (Fig. 10.4).

Această tehnică poartă

denumirea de erodare

planetară. Maşinile care

realizează astfel de prelucrări

sunt cu comandă numerică

(Fig. 10.5).

Această tehnică se

poate aplica la prelucrarea

rotoarelor si statoarelor

pompelor de injecţie cu

distribuitor rotativ,

pistonaşelor şi bucşelor

pompelor de injecţie cu

pistonaşe plonjoare,

Fig. 10.4. Erodare planetară (mişcările electrodului sculă şi ale piesei)

134

injectoarelor motoarelor cu aprindere prin compresie si distribuitoarelor instalaţiilor

hidraulice.

Astfel, într-o duză de injector cu grosimea pereţilor de 0,75mm, se pot executa, în timp de 4

minute, 8 găuri cu diametrul de 0,173…0,178 mm, cu o eroare medie a coordonatelor mai

mică de 25µm.

Fig. 10.5. Instalaţie cu comandă numerică de prelucrare prin electroeroziune: 1-cap revolver axial; 2-

piesă; 3-magazie de scule; 4-cap revolver radial; 5-maşină cu comandă numerică

10.1.3 Prelucrarea prin electroeroziune cu electrodul filiform

Prin execuţia unor piese cu forme complexe ca: poansoane, extractoare, duze calibrate,

profile, etc., se apelează la electroeroziunea cu electrod filiform (Fig. 10.3 a).

Procedeul permite înlocuirea electrodului sculă cu unul filiform, realizarea unor repere

de precizie ridicată cu un utilaj simplu, care poate fi automatizat şi diminuarea simţitoare a

cantităţii de material erodat la prelucrare.

El poate fi însă aplicat numai pentru decupări şi debitări ale pieselor cu grosimea

maximă de 150 mm.

Deoarece procedeul este lent (viteza de deplasare pe contur -0,2…1mm/min) şi puţin

productiv (10…16 mm3/min), pentru creşterea performanţelor electrodul se poate roti şi vibra

sau se pot crea suprapresiuni în spaţiul de lucru.

Ca sculă se foloseşte o sârmă din alamă, cupru, wolfram sau oţel aliat, cu diametrul de

0,02…0,2mm si lungimea de 7000…10000m. Forţa de întindere a sârmei este de 0,015…3N,

iar viteza de derulare de 1…3,5m/s. Ca dielectric se foloseşte apa dedurizată.

135

Suprafeţele prelucrate au rugozitatea maximă de 2…20µm. Toleranţele la execuţia

contururilor sunt de ±0,01…0,05mm.

Prin comanda numerică a mişcării sculei în plan orizontal şi înclinarea piesei în plan

vertical se pot executa piese complexe.

Comanda maşinii poate fi asigurată de un microcalculator încorporat – DCNC (Direct

Computer Numerical Control).

Să ne reamintim!

� Prelucrarea prin electroeroziune EDM (Electrical Discharge Maschining) se realizează

prin microdescărcările electrice sub formă de impulsuri intre două elemente (scula si

piesa de prelucrat) ce sunt cufundate într-un lichid dielectric.

� Prin electroeroziune cu electrod profilat se pot prelucra piese cu forme complexe de

precizie ridicată

� Costul electrodului profilat poate ajunge, în cazul execuţiei unor repere de mare

complexitate, la 40…60% din valoarea totală a prelucrării. De aceea, el se va realiza

din materiale ieftine şi cu procedee cât mai economice

� Prin execuţia unor piese cu forme complexe ca: poansoane, extractoare, duze calibrate,

profile, etc., se apelează la electroeroziunea cu electrod filiform

� Procedeul permite înlocuirea electrodului sculă cu unul filiform, realizarea unor repere

de precizie ridicată cu un utilaj simplu, care poate fi automatizat şi diminuarea

simţitoare a cantităţii de material erodat la prelucrare

10.2 Procedee electrochimice folosite la prelucrarea pieselor de autovehicule

Aceste procedee îşi bazează funcţionarea pe principiul dizolvării anodice (trecerea în

soluţie a metalului din care este confecţionat anodul).

Datorită posibilităţii prelucrării materialelor de orice duritate şi lipsei uzurii

electrodului sculă, aceste procedee au largi aplicaţii la găurirea pieselor metalice dure cu

diametre foarte mici şi pe adâncimi relativ mari (15…20 diametre).

Deşi prin electroeroziune se pot realiza aceleaşi prelucrări, chiar la precizii mai

ridicate, din păcate este necesar câte un electrod pentru fiecare perforare, iar productivitatea

este foarte mică.

136

10.2.1 Bazele fizico-chimice ale procedeului

În baia electrolitică, ionii metalici proveniţi din anod (piesa) reacţionează cu ionii

negativi din soluţie dând naştere la hidroxizi metalici, mai mult sau mai puţin solubili (Fig.

10.6).

Procesul electrochimic este însoţit de o pasivizare a suprafeţei electrozilor. Din această

cauză se limitează viteza de prelucrare anodică. Acest fenomen apare atunci când viteza de

trecere a ionilor în soluţie rămâne în urma procesului de evacuare a electronilor din anod în

circuitul exterior, acumulându-se un exces de sarcini pozitive care conduc la modificarea

potenţialului anodic.

Depasivizarea se poate realiza natural (degajări de gaze sau dizolvare) sau forţat, pe

cale chimică, hidrodinamică, electrică (schimbarea periodică a polarităţii electrozilor) sau

mecanică.

10.2.2 Prelucrarea electrochimică prin depasivizare naturală

În condiţiile depasivizării naturale, se îndepărtează de pe suprafaţa piesei cantităţi mici

de material.

Dintre variantele tehnologice ale procedeului debavurarea, lustruirea, marcarea,

decaparea), cea mai largă aplicaţie o are lustruirea electrochimică.

Ca efect al eroziunii electrochimice, în golurile asperităţilor piesei se acumulează materialul

dizolvat, iar intensitatea curentului pe vârfurile rizurilor creşte foarte mult. În urma dizolvării

rapide a

microneregularităţilor

suprafaţa piesei capătă

un luciu pronunţat.

Tensiunea electrică de

lucru se alege în funcţie

de rezistenţa electrică a

electrolitului. Astfel,

pentru electroliţii pe

bază de acid fosforic

sau sulfuric sunt

necesare tensiuni de

4…25V, iar pentru

Fig. 10.6. Schema proceselor la prelucrarea electrochimică

137

electroliţii formaţi din acid percloric şi substanţe organice, tensiunile de lucru sunt de

50…220V.

Temperatura electrolitului trebuie menţinută în limitele prescrise (340K – la

prelucrarea oţelurilor aliate) pentru a se realiza prelucrări de calitate superioară.

Catozii trebuie confecţionaţi din materiale care să nu fie atacate de electroliţi şi pe care

nu aderă peliculele dielectrice. Pentru a micşora rezistenţa electrică a băii şi a facilita reglarea

procesului prin intermediul tensiunii de alimentare, suprafaţa activă a catozilor trebuie să fie

cât mai mare.

10.2.3 Prelucrarea electrochimică prin depasivizarea hidraulică

La acest tip de prelucrare depasivizarea se realizează prin circulaţia forţată a

electrolitului (Fig. 10.7).

Datorită dependenţei dintre cantităţile de material desprins şi distanţa dintre electrozi

este posibilă generarea suprafeţelor prin copiere, electrodul catod având o formă bine

determinată în funcţie de suprafaţa de prelucrat, electrolitul folosit şi parametrii regimului de

lucru.

Catodul nu este în contact cu piesa de prelucrat (distanţa dintre electrozi

0,01…1,5mm), fiind doar parţial supus acţiunii electrolitului de unde rolul său de purtător de

informaţie a geometriei suprafeţei de prelucrat şi de element care asigură transportul energiei

în zona de lucru.

Electroliţii folosiţi sunt soluţii apoase ale unor compuşi anorganici puternic corozivi

(soluţii apoase de clorură de sodiu cu adaosuri de acid boric sau soluţii apoase de fluoruri şi

acid fluorhidric). Ei sunt dirijaţi în spaţiul dintre electrozi cu presiuni de 0,7…1,4MPa (în

unele cazuri 2,4…2,8MPa) şi viteze de 6…60m/s. Viteza de avans a sculei este de

0,5…10mm/min, iar densitatea de curent de 0,1…2A/mm2.

Un debit mare de electrolit (400 dm3/min) previne încălzirea locală a pieselor şi

polarizarea electrozilor.

Catozii se execută din oţeluri inoxidabile, aliaje anticorozive, cupru, alamă, bronzuri,

aluminiu şi aliajele sale. Ei pot fi şi din mase plastice, lemn sau materiale ceramice cu

suprafeţele exterioare acoperite cu un strat de material electroconducător.

Datorită unor fenomene complexe ce apar în spaţiul dintre electrozi, cum sunt reacţiile

secundare la anod şi degajarea de hidrogen la catod, între geometria sculei şi forma finală a

piesei apar diferenţe. Pentru a se obţine o abatere minimă este necesară corectarea formei

electrozilor.

138

Fig. 10.7. Principiul procedeului de prelucrare electrochimică cu depasivizare hidraulică : 1-generator de curent; 2-maşina de prelucrat; 3-rezervor de electrolit; 4-pompă; 5-motor pentru deplasarea catodului;

6-catod; 7-anod

Prin acest procedeu se pot prelucra tripodele semiaxelor planetare şi profilul

frontal al danturii pinioanelor de cuplare cu sincronizatoarele din cutiile de viteze ale

autovehiculelor.

Piesele prelucrate prin eroziune electrochimică au suprafeţele fără tensiuni

superficiale, modificări structurale sau microfisuri, ceea ce le conferă o mare rezistenţă la

oboseală, la uzură şi în unele cazuri la agenţi corozivi.

10.3 Tehnologia prelucrării cu ultrasunete a pieselor de autovehicule

10.3.1 Fenomene fizico-mecanice la prelucrarea cu ultrasunete

Ultrasunetele, cu energie mecanică ridicată, sunt oscilaţii elastice, cu frecvenţa de

20…100KHz, care se propagă în mediul material.

Atunci când energia acustică este suficient de mare pentru a produce modificări

structurale ale mediului în care se propagă, aplicaţiile se numesc active sau tehnologice. Ele

se bazează pe următoarele efecte ale câmpului ultrasonic.

Efectul de „înmuiere acustică”. El se manifestă prin reducerea tensiunii statice

necesară deformării plastice a metalului la creşterea densităţii de energie acustică.

Ultrasunetele au acelaşi efect, în cazul deformării plastice, ca şi energia termică.

Aceste fenomene sunt cauzate de creşterea mobilităţii dislocaţiilor datorită tensiunilor

acustice periodice.

- Efectul de „durificare acustică” se caracterizează prin creşterea tensiunii statice

necesară pentru deformarea plastică. El apare ca rezultat al schimbării structurii specifice de

dislocaţii în materialul supus acţiunii undelor ultrasonice.

139

- Efectul termic, constă în încălzirea puternică a materialului metalic (în special în

zona ventrelor) odată cu creşterea intensităţii undelor ultrasonice şi a timpului de activare.

- Efectul de reducere a frecării de contact apare la prelucrarea unor materiale metalice

cu scule activate ultrasonic.

Prelucrările dimensionale cu ultrasunete se fac prin desprinderea materialului din piesa

supusă prelucrării prin intermediul unor particule abrazive activate ultrasonic. Particulele se

pot afla într-o suspensie (Fig. 10.8 a) sau pot fi încorporate în materialul sculei (Fig. 10.8 b).

În cazul primului procedeu, în spaţiul dintre piesă şi suprafaţa activă a sculei este

introdusă prin stropire, aspiraţie sau injecţie o suspensie abrazivă cu concentraţia în greutate

de 50% particule abrazive (carburi de siliciu

– SiC, carburi de bor – B4C, particule de

diamant).

În acest procedeu, scula activată

ultrasonic apasă asupra piesei cu o presiune

de 0,04…0,45MPa. Oscilaţiile au frecvenţa

de 18…30KHz şi amplitudinea maximă de

120µm.

În al doilea caz scula cu material

abraziv este activată ultrasonic cu frecvenţe

de 20…30KHz. Amplitudinea oscilaţiilor

este de 15µm, iar presiunea pe suprafeţele

active ale sculei de 2…3MPa.

Distrugerea materialului în zona de

lucru se produce ca urmare a transmiterii

energiei cinetice de la sculă la particulele

abrazive. Acţiunea este însoţită de ciocnirea

particulelor abrazive, cu energie cinetică

ridicată, de suprafaţa piesei; desprinderea

particulelor de material din zona de acţiune;

ciocnirea particulelor abrazive cu cele de

material şi între ele, în spaţiul dintre sculă şi

piesă; cavitaţia acustică şi coroziunea chimică.

Fig. 10.8. Principiul prelucrării dimensionale cu ultrasunete: a-cu suspensie abrazivă; 1-scula; 2-suspensie

abrazivă; 3- piesa; b-cu sculă abrazivă; 1-scula; 2-lichid de răcire; 3-piesa

140

Viteza de prelucrare depinde de presiunea exercitată de sculă asupra piesei, factorul de

formă a sculei, viscozitatea lichidului purtător de granule abrazive, dimensiunile suprafeţei

prelucrate, adâncimea de prelucrare, precizia şi calitatea suprafeţei supusă prelucrării.

Să ne reamintim!

� Prelucrarea electrpchimică îşi bazează funcţionarea pe principiul dizolvării anodice

(trecerea în soluţie a metalului din care este confecţionat anodul).

� Datorită posibilităţii prelucrării materialelor de orice duritate şi lipsei uzurii

electrodului sculă, aceste procedee au largi aplicaţii la găurirea pieselor metalice dure

cu diametre foarte mici şi pe adâncimi relativ mari (15…20 diametre).

� Procesul electrochimic este însoţit de o pasivizare a suprafeţei electrozilor. Din această

cauză se limitează viteza de prelucrare anodică. Acest fenomen apare atunci când

viteza de trecere a ionilor în soluţie rămâne în urma procesului de evacuare a

electronilor din anod în circuitul exterior, acumulându-se un exces de sarcini pozitive

care conduc la modificarea potenţialului anodic.

10.4 Autoevaluare

1. Care este principiul executării prelucrării electroeroziune?

2. Procedee electrochimice de prelucrare a pieselor de autovehicule.

141


11 Prelucrarea pieselor folosind ultrasunete

11 Prelucrarea pieselor folosind ultrasunete ..................................................................... 141

11.1.1 Instalaţii de prelucrare cu ultrasunete ............................................................... 141

11.1.2 Procedee tehnologice de prelucrare cu ultrasunete ........................................... 144

11.2 Tehnologia prelucrării pieselor de autovehicule cu ajutorul plasmei termice ......... 151

11.2.1 Consideraţii generale ........................................................................................ 151

11.2.2 Prelucrarea prin aşchiere cu ajutorul plasmei termice ...................................... 154

11.3 Autoevaluare ............................................................................................................ 155

Obiective:


� Prezinte instalaţiile de prelucrare a pieselor folosind ultrasunete � Prezinte procedeele tehnice de prelucrare a pieselor folosind ultrasunete � Prezinte thnologia prelucrării folosind plasma termică


11.1.1 Instalaţii de prelucrare cu ultrasunete

Maşinile-unelte ultrasonice pot fi universale sau speciale (destinate executării numai

anumitor tipuri de profile).

Cele universale execută

operaţii de găurire, retezare,

profilare, frezare,

rectificare, filetare, strunjire,

broşare, honuire, lepuire,

sudare, lipire.

Din punct de vedere

constructiv, instalaţiile de

prelucrare cu ultrasunete se

Fig. 11.1 Elementele componente ale instalaţiei de prelucrare cu ultrasunete

142

compun din: generatorul de frecvenţă ultrasonică, blocul ultrasonic, sistemul de alimentare cu

suspensie abrazivă şi sistemul de avans al capului de lucru (Fig. 11.1).

Schema de principiu a unei instalaţii de prelucrare cu ultrasunete se prezintă în figura

11.2.

Generatorul de frecvenţă ultrasonică are rolul de a transforma frecvenţa industrială

(50Hz) a curentului alternativ în frecvenţă ultrasonică (18…35KHz).

Generatoarele industriale de frecvenţă ultrasonică au puterea de 0,1…4KW, dar uneori

aceasta poate fi şi de 10…15KW

Blocul ultrasonic (Fig. 11.3) transformă energia electrică, cu frecvenţă ultrasonică, în

energie mecanică concentrată în zona de acţiune a sculei asupra piesei.

Transductorul este componenta principală a blocului ultrasonic. El este format dintr-un

element activ (vibratorul) şi din unul pasiv (transformatorul de lucru).

După natura mediului în care lucrează, transductoarele pot fi imersibile şi neimersibile.

În funcţie de natura mediului de propagare a oscilaţiilor şi de valoarea şi natura

energiei ultrasonice, transductoarele pot fi electromecanice (electromagnetice,

magnetostrictive, piezoelectrice), aerodinamice, hidrodinamice sau mecanice.

Transductoarele magnetostrictive îşi bazează funcţionarea pe proprietatea unor

materiale feromagnetice (ferite, invar, nichel, permendur) de a-şi modifica dimensiunile sub

acţiunea câmpului magnetic.

Generatoarele piezoelectrice lucrează pe principiul modificării dimensiunilor unor

cristale naturale sau artificiale (cuarţ, titanat de bariu, zirconat de plumb) sub acţiunea unor

câmpuri electrice.

În prezent se extind transductoarele piezoelectrice compuse, alcătuite dintr-un element

piezoelectric ataşat la unul sau mai multe materiale nepiezoelectrice (oţel).

Amplificarea vibraţiilor transductorului poate fi obţinută prin executarea pieselor

marginale din materiale cu densităţi şi constante elastice diferite (Fig. 11.4).

Generatorul de vibraţii se cuplează cu concentratorul ultrasonic, care transferă energie

ultrasonică spre locul prelucrării, concentrează şi focalizează energia ultrasonică în zona de

lucru, măreşte amplitudinea vibraţiilor sculei şi contribuie la îmbunătăţirea randamentului

execuţiei.

Din punct de vedere constructiv, lungimea concentratorului trebuie să fie egală cu un

număr întreg de jumătate de lungime de undă a vibraţiei produse de generator.

143

Fig. 11.2. Schema de principiu a instalaţiei de prelucrare cu ultrasunete: 1-batiul maşinii; 2-sania

transversală; 3-sania longitudinală; 4-piesa de prelucrat; 5-cuva de lucru; 6-pompa pentru suspensia abrazivă; 7-suspensie abrazivă; 8-circuit de transfer; 9-rezervor; 10-agitator de uniformizare a suspensiei

abrazive; 11-concentrator; 12-scula de prelucrat; 13-generator; 14-transformator; 15-redresor; 16-bobină de joc; 17-condensator; 18-sistem de avans; 19-sistem

de poziţionare a capului de lucru; 20-sistem de echilibrare; 21-transductor; 22-carcasa blocului

ultrasonic.

Fig. 11.3. Blocul ultrasonic: 1-izolaţie acustică; 2-transductor; 3-lichid de răcire; 4-carcasa

blocului ultrasonic; 5-flanşa nodală; 6-coloana intermediară; 7-concentrator; 8-scula.

Forma concentratorului poate fi: conică, cilindrică, în trepte, exponenţială, catenoidală,

în serie Fourier, cilindrică cu exponenţială, sub formă de combinaţii de diferite forme

(cilindrică-conică-exponenţială), în trepte, cu suprafaţa exterioară cilindrică şi cu cea

interioară variabilă axial după o lege exponenţială, cu secţiune transversală dreptunghiulară

variabilă axial după o lege exponenţială.

Concentratoarele ultrasonice se confecţionează din oţeluri rezistente la oboseală (OLC

45, OSC 8, etc.). Asamblarea lor cu generatorul de vibraţii se face prin lipire sau înşurubare.

Sistemul de alimentare cu suspensie abrazivă este compus dintr-o pompă

centrifugală, tuburi flexibile şi o pompă de aspiraţie. El asigură realizarea unor cicluri de

144

absorbţie, injecţie sau stropire a suspensiei abrazive din sau în zona de lucru, la presiuni de

0,1…0,3MPa.

Sistemul de avans al capului de lucru are rolul de a crea şi menţine presiunea

specifică dintre sculă şi piesa supusă prelucrării.

Mecanismul

de avans trebuie să

asigure o precizie

ridicată de

deplasare, în strânsă

corelaţie cu

toleranţele de

prelucrare impuse şi

să posede o

sensibilitate ridicată

în vederea

menţinerii presiunii

statice, în anumite

Fig. 11.4. Schema de principiu a unui transductor piezoelectric: 1-generator de frecvenţă ultrasonoră; 2-emiţător ultrasonic; 3-element de fixare mecanică cu

izolare acustică; 4-element de adaptare acustică; 5-concentrator de energie acustică; 6-cuplaj acustic; 7-element de transfer (sculă); 8-piesa de prelucrat.

limite, astfel încât viteza de prelucrare să fie maximă.

Sistemele de avans pot fi gravitaţionale, hidraulice, pneumatice, electromecanice.

11.1.2 Procedee tehnologice de prelucrare cu ultrasunete

Datorită avantajelor pe care le au procedeele de prelucrare cu ultrasunete cum sunt:

mărirea durabilităţii sculelor aşchietoare cu 100…600%; reducerea câmpului termic şi a

tensiunilor remanente; creşterea vitezei de prelucrare şi a productivităţii; diminuarea forţelor

şi momentelor de aşchiere; eliminarea arsurilor şi microfisurilor din straturile superficiale,

acestea şi-au extins gama de aplicabilitate la strunjire, frezare, găurire, alezare, broşare,

filetare, rectificare, şlefuire, honuire, lepuire, sudare, tratamente termice, spălare, decapare,

etc.

Prelucrările ultrasonice cu scule sau suspensii abrazive se pot aplica la execuţia

oricăror tipuri de suprafeţe, de la cele mai simple la cele mai complexe (cavităţi de diferite

forme, orificii străpunse, caneluri, suprafeţe reglate de diferite profile (Fig. 11.5).

145

Fig. 11.5. Tipuri de suprafeţe prelucrate ultrasonic cu scule sau suspensii abrazive

Strunjirea în câmp ultrasonic

La strunjirea în câmp ultrasonic poate fi activată ultrasonic, cu oscilaţii longitudinale,

radiale sau combinaţii ale acestora, piesa (Fig. 11.6 a) sau scula (Fig.11.6 b)

În cazul prelucrării prin acest procedeu a unor materiale metalice (oţeluri carbon,

oţeluri aliate, aluminiu, bronz, alamă, etc.), forţele de aşchiere se reduc de 0,5…2.5 ori.

Găurirea în câmp ultrasonic

Procedeul (Fig. 11.7) se aplică la practicarea găurilor cu diametrul de 0,2…80 mm în

piese cu grosimea de 20…30mm. În cazuri speciale se pot realiza găuri cu lungimi de

180…350mm.

Găurirea se poate executa cu blocul ultrasonic staţionar sau rotativ prin activarea

ultrasonică, cu oscilaţii longitudinale, torsionale, sau complexe, a sculei, piesei sau a ambelor

elemente.

146

Aplicarea acestui procedeu la găurirea pieselor din oţeluri carbon, oţeluri aliate,

bronzuri, aluminiu, etc., a avut ca urmare reducerea cu 40…85% a forţei de aşchiere axială şi

a momentului de torsiune, datorită uşurării desprinderii materialului ca efect al şocurilor

periodice ale sculei.

Prin folosirea unor regimuri optime de activare ultrasonică se pot obţine creşteri de

3…4 ori a durabilităţii sculelor aşchietoare, deoarece scula nu mai este în contact permanent

cu materialul piesei şi se îmbunătăţesc condiţiile de răcire a ei.

Cu toate că prin creşterea amplitudinii vibraţiilor ultrasonice se reduc eforturile prin

aşchiere, totuşi valorile maxime ale acesteia sunt limitate.

Depăşirea amplitudinii critice are ca rezultat desprinderea de particule de pe tăişul

sculei şi micşorarea durabilităţii ei.

Deoarece la găurirea ultrasonică a alezajelor străpunse apar în zonele suprafeţelor de

intrare şi de ieşire a sculei din piesă anumite abateri de la cilindricitate, se impune prevederea

unor adaosuri de prelucrare în vederea executării de operaţii ulterioare de rectificare.

Găurirea cu scule activate ultrasonic se aplică la execuţia orificiilor din duzele

injectoarelor motoarelor cu aprindere prin compresie, a elementelor pompelor de injecţie şi a

jicloarelor carburatoarelor.

Alezarea în câmp ultrasonic

La acest tip de prelucrare scula are oscilaţii longitudinale şi torsionale, pentru a se

permite o cât mai bună pătrundere a lichidului de răcire-spălare în zona de lucru şi diminuarea

presiunilor specifice.

Prin activarea ultrasonică a alezoarelor se reduce forţa axială de aşchiere cu 25…65%,

se micşorează de 3…4 ori momentul de torsiune, durabilitatea sculelor creşte de 4…6 ori,

rugozitatea suprafeţelor se îmbunătăţeşte simţitor (Fig. 11.8), iar precizia de prelucrare este

superioară celei realizate prin procedee clasice.

147

Fig. 11.6. Principiul strunjirii în câmp

ultrasonic prin introducerea vibraţiilor ultrasonice în piesa (a) sau în scula (b): 1-piesa supusă prelucrării; 2-concentratorul

ultrasonic; 3-flanşa nodală; 4-transductorul magnetostrictiv; 5-izolator acustic; 6-scula de

prelucrare.

Fig. 11.7. Schema de principiu a găuririi în câmp ultrasonic: 1-generator de ultrasunete; 2-convertor de ultrasunete; 3-concentrator cu canal de absorbţie; 4-scula; 5-piesa; 6-prindere magnetică; 7-dispozitiv de

absorbţie; 8-pompa de material abraziv; 9-ghidaj; 10-dispozitiv de reglare a înclinării

Fig. 11.8. Variaţia rugozităţii suprafeţelor alezate în funcţie de avansul sculei, la prelucrarea clasică şi cu

scule activate ultrasonic

Filetarea în câmp ultrasonic

Introducerea vibraţiilor ultrasonice longitudinale şi torsionale în scula de filetat (filieră

sau tarod) este urmată de o diminuare a frecării de contact pe flancurile profilului acesteia

(momentul de torsiune se reduce cu 4…30%), eliminarea posibilităţilor de apariţie a

microsudurilor dintre piesă şi sculă, creşterea durabilităţii sculei cu 40…150%, diminuarea

puterii necesară aşchierii cu 7…30% şi îmbunătăţirea rugozităţii suprafeţei realizate.

148

Frezarea şi broşarea în câmp ultrasonic

În cazul frezării în câmp ultrasonic se înregistrează majorarea durabilităţii sculei de

3…4 ori, se îmbunătăţeşte calitatea suprafeţelor prelucrate ca urmare a diminuării vibraţiilor

sistemului tehnologic şi creşte productivitatea.

La broşare, vibraţiile ultrasonice se introduc numai prin intermediul sculei supuse

prelucrării. Ca urmare, productivitatea prelucrării creşte cu 40…60%, forţele la aşchiere se

reduc cu 35…50%, durabilitatea sculelor se majorează de 3…4 ori, calitatea suprafeţelor

realizate se îmbunătăţeşte, tensiunile remanente din stratul superficial se diminuează, iar

durabilitatea piesei se măreşte cu 40…50%.

Procedeul se aplică, cu rezultate deosebite, la execuţia canelurilor şi danturilor

arborilor şi pinioanelor din cutiile de viteze.

Rectificarea suprafeţelor în câmp ultrasonic

Vibraţiile ultrasonice, la rectificarea în câmp ultrasonic, pot fi transmise atât pietrei,

cât şi piesei care poate vibra în direcţia avansului, tangenţial sau normal la suprafaţa sculei

(Fig. 11.9).

Procedeul asigură obţinerea unei precizii dimensionale de ± 0,02mm şi a unei

rugozităţi de 0,2µm.

Fig. 11.9. Rectificarea în câmp ultrasonic: 1-transductorul; 2-flanşa

nodală; 3-concentratorul; 4-portscula; 5-piatra de rectificat; 6-piesa de prelucrat; 7-izolatorul acustic; 8-lichidul de răcire.

Sudarea cu ultrasunete

Îmbinarea sudată se

realizează fără material de

adaos şi la temperaturi de

adaos şi la temperaturi mai

coborâte ca cele de topire a

componentelor ce se

solidarizează, ca efect al

fenomenelor de difuziune,

cavitaţie acustică şi absorbţie.

Introducerea energiei ultrasonice în zona de lucru se face prin: oscilaţii longitudinale şi

transversale, oscilaţii de încovoiere sau forfecare

Sudarea cu ultrasunete se poate face în puncte sau în linie.

149

Parametrii tehnologici la realizarea îmbinărilor sudate sunt : frecvenţa de lucru

18…45KHz, amplitudinea oscilaţiilor 20…120µm, forţa de apăsare 15…1000N, timpul de

sudare 0,05…3s.

Prin acest procedeu se pot obţine îmbinări sudate ale unor cupluri de materiale cu

proprietăţi mecanice şi caracteristici fizico-chimice diferite, cum sunt: Cu-Al; Al-sticlă; Al-

ceramică.

Datorită eliminării supraîncălzirii pieselor în toată masa (degajarea de căldură se

produce numai în zona de sudare) şi posibilităţii realizării îmbinării reperelor din materiale

diferite, ultrasunetele sunt frecvent utilizate la sudarea materialelor plastice.

Sudarea ultrasonică a materialelor plastice se produce ca urmare a topirii unui strat

superficial dintre suprafeţele aflate în mişcare relativă şi a realizării unor puternice legături

moleculare în interiorul acestuia.

Prin sudare ultrasonică pot fi îmbinate piese din materiale termoplastice ca: polistiren,

polipropilenă, polietilenă, policlorură de vinil, policarbonat, ABS, poliamide armate cu fibre

de sticlă, etc.

Un alt domeniu de utilizare a ultrasunetelor este şi armarea materialelor plastice prin

sudarea acestora cu cele metalice în vederea realizării unor piese cu rigiditate sporită

(elemente ale caroseriei autovehiculelor).

Sudarea cu ultrasunete se aplică la îmbinarea elementelor din materiale ceramice ale

camerelor divizate şi colectoarelor de evacuare ale motoarelor cu aprindere prin compresie.

La aceste motoare, semicamerele de ardere şi colectoarele de evacuare nu pot fi

executate dintr-o singură piesă. De aceea, pentru formarea celor două semipiese se injectează,

în forme de ipsos un amestec de pudră ceramică şi material organic termoplast. După întărirea

în forme a materialului injectat, semifabricatele se extrag. Urmează apoi asamblarea

semipieselor prin sudură cu ultrasunete (Fig. 11.10) şi calcinarea.

Piesele executate prin aceasta tehnică au suprafeţele interioare foarte netede, iar

abaterea de la grosimea prestabilită a pereţilor nu depăşeşte 0,01 mm.

150

Fig. 11.10. Fazele sudării cu ultrasunete a pieselor din materiale

ceramice: 1-introducerea în semiforme speciale a celor două jumătăţi de piese; 2-închiderea dispozitivului şi aplicarea unui efort

uşor; 3-sudarea cu ultrasunete; 4-răcirea zonei de sudură şi extragerea piesei

7.3.4 Proiectarea tehnologiei

de prelucrare cu ultrasunete

Proiectarea tehnologiei

de prelucrare implică alegerea

instalaţiei ultrasonice,

determinarea formei şi

dimensiunilor sculelor

aferente şi stabilirea

regimurilor de lucru în

concordanţă cu precizia de

prelucrare şi calitatea impuse

suprafeţelor.

Forma şi dimensiunile

sculei se stabilesc în funcţie

de cele ale suprafeţei

prelucrate, tipul operaţiei ce

se execută şi materialul din

care se confecţionează piesa.

Sculele se execută din materiale uşor prelucrabile, prin aşchiere, cu proprietăţi

mecanice superioare (OLC 45, în cazul unor producţii de serie mare se pot utiliza şi scule din

carburi metalice sinterizate).

În suspensiile abrazive se introduc granule sau micropulberi cu duritate ridicată (8…11

unităţi pe scara Mohs), fragilitate redusă şi indice relativ de aşchiere mare (0,16…1,1), din

diamant, bronzon, carbură de bor, carbură de siliciu şi electrocorund.

Alegerea abrazivului se face în funcţie de materialul de prelucrat, de tipul operaţiei

executate şi de granulaţie (STAS 1730-82).

Particulele abrazive se amestecă cu un lichid (apă, ulei de transformator, ulei de in,

petrol) în proporţie de 20…50%.

Amplitudinea oscilaţiilor ultrasonice are valori de 40…50µm la degroşare şi de

20…40µm la finisare. Gama de frecvenţă care se recomandă este de 20…25KHz.

Precizia dimensională a suprafeţelor prelucrate este funcţie de dimensiunile medii ale

particulelor abrazive. Astfel, precizia cea mai ridicată (± 0,03mm) se obţine în cazul folosirii

micropulberilor cu dimensiuni medii ale particulelor de 3…7µm.

151

Datorită anumitor valori ale parametrilor de lucru şi uzurii sculelor, în mod curent, se

obţin suprafeţele cu precizie de prelucrare de ± 0,006…0,040mm, rugozitate de 0,16…3,5µm

şi conicitatea alezajelor de 45’…3º.

Să ne reamintim!

� Maşinile-unelte ultrasonice pot fi universale sau speciale (destinate executării numai

anumitor tipuri de profile). Cele universale execută operaţii de găurire, retezare,

profilare, frezare, rectificare, filetare, strunjire, broşare, honuire, lepuire, sudare, lipire

� Prelucrările ultrasonice cu scule sau suspensii abrazive se pot aplica la execuţia

oricăror tipuri de suprafeţe, de la cele mai simple la cele mai complexe (cavităţi de

diferite forme, orificii străpunse, caneluri, suprafeţe reglate de diferite profile

� Operaţii executate cu ultrasunete: strunjire, găurire, alezare, filetare, frezare, broşare,

rectificare, sudare

11.2 Tehnologia prelucrării pieselor de autovehicule cu ajutorul plasmei termice

11.2.1 Consideraţii generale

Plasma este un gaz sau un amestec de gaze puternic ionizate, cvasineutru din punct de

vedere electric. Ea se caracterizează prin conductibilitate electrică ridicată, posibilitatea

interacţiunii cu câmpurile electrice şi magnetice şi prin aceea că poate genera radiaţii

electromagnetice cu spectru larg.

La o anumită temperatură, plasma se află într-un echilibru dinamic – ionii şi electronii

se unesc în permanenţă pentru a forma atomi, iar aceştia la rândul lor se descompun, în urma

ciocnirilor, în electroni şi ioni.

În plasma izotermă prin care nu trece nici un curent electric particulele componente

sunt într-o continuă mişcare termică. Datorită ciocnirilor ele îşi schimbă permanent direcţia.

Când asupra plasmei termice acţionează un câmp electric repartiţia vitezelor se

modifică. Între două ciocniri, câmpul accelerează particulele, imprimându-le o anumită viteză,

cu care se deplasează spre electrozi.

Pentru ionizare, în vederea obţinerii plasmei termice, se foloseşte arcul electric. La

descărcarea arcului electric între electrozi, în zona anodului, se formează o flacără anodică. În

urma încălzirii, la o temperatură de 4000…8000K, se produce fenomenul de disociere a

moleculelor. Acest proces este însoţit de absorbţia unei însemnate cantităţi de căldură, ceea ce

contribuie la creşterea energiei absorbite de arc. Când temperatura atinge 10.000K apar

152

fenomenele de ionizare. La depăşirea temperaturii de 20.000K se produc ionizări repetate ale

atomilor.

Dacă arcul electric nu arde liber, ci este constrâns să treacă print-un curent de gaz,

acesta din urmă se transformă în plasmă. Contracţia puternică a coloanei arcului şi prin

urmare creşterile temperaturii maxime şi gradientului ei radial se obţin prin răcirea intensă a

straturilor periferice ale acesteia.

La comprimarea plasmei concură doua efecte: unul termodinamic, iar celălalt de

strangulare magnetică.

Generatorul de plasmă poartă denumirea de plasmotron. Acesta poate fi cu arc de

plasmă (Fig. 11.11 a) sau cu jet de plasmă (Fig. 11.11 b). De asemenea, el poate avea un

singur arc sau un arc dublu de plasmă (Fig. 11.11 c).

Generatoarele de plasmă pot fi răcite cu aer sau cu apă.

Stabilizarea arcului electric se poate face cu gaze, cu apă, şi pe cale magnetică.

În primul caz, prin insuflarea axială sau turbionistă a gazului, stratul rece din jurul

coloanei produce strangularea acesteia. Stabilizarea turbională se utilizează la tăiere, iar cea

axială la sudare.

Dacă stabilizarea se realizează cu ajutorul unui jet de apă, vaporii formaţi servesc

drept mediu plasmogen, iar temperatura coloanei atinge 50.000K.

Stabilizarea magnetică se face cu un câmp magnetic longitudinal, care comprimă coloana

arcului. Procesul asigură reglarea gradului de comprimare al coloanei, independent de debitul

gazului plasmogen.

Electrozii plasmotroa-nelor pot să fie consumabili (grafit), protejaţi (wolfram) sau cu

peliculă de protecţie (zirconiu).

Majoritatea plasmotroanelor folosesc curentul continuu cu polaritate directă. Astfel,

cea mai mare parte din căldură este evacuată prin coloana arcului şi pata anodică.

Generatoarele de plasmă de curent alternativ se folosesc la sudarea aluminiului şi aliajelor

sale.

Pentru a avea o înaltă conductibilitate termică şi durată mare de funcţionare ajutajele

se confecţionează din cupru.

153

Fig.11.11. Scheme ale generatoarelor de plasmă:

a-generator cu arc de plasmă: 1-piesa; 2-admisie lichid; 3-admisie argon; 4-electrod infuzibil din wolfram; 5-arc de plasmă; R-

rezistenţă adiţională; S-sursa de curent; b-generator cu jet de plasmă: 1-jet de plasmă; 2-admisie lichid de

răcire; 3-admisie gaz inert; 4-electrod infuzibil; c-generator cu arc dublu de plasmă: 1-electrod; 2-ajutaj; 3-gaz

plasmogen; 4-ajutaj exterior; 5-gaz pentru protecţia băii metalului topit; 6-piesa; 7-arcul de plasmă; 8-jet de plasmă; S1,S2-surse de

alimentare

,

Mediile plasmogene pot fi inerte (Ar, He), reducătoare (H2, NH3), oxidante (O2) sau

active (aer).

Proprietăţile deosebite ale arcului de plasmă au deschis perspective largi unor

tehnologii moderne de tăiere, sudare şi metalizare a pieselor metalice.

154

11.2.2 Prelucrarea prin aşchiere cu ajutorul plasmei termice

Căldura dezvoltată de jetul de plasmă este folosită pentru încălzirea şi topirea

metalului, precum şi la amorsarea unor reacţii chimice în materialul topit.

Dacă viteza de tăiere depăşeşte o anumită limită jetul de plasmă nu mai poate

străpunge placa de metal. Ca urmare, are loc îndepărtarea metalului topit numai din zona de

suprafaţă. Prin poziţionarea înclinată a plasmotronului, se evită aruncarea metalului topit în

craterul rămas în spatele jetului. Se pot realiza astfel şanţuri şi caneluri cu diferite forme şi

dimensiuni în funcţie de parametrii regimului de lucru (Fig. 11.12).

Când operaţia se repetă, cu o decalare a poziţiei generatorului, la fiecare trecere rezultă

o prelucrare a stratului superficial de metal printr-un proces asemănător rabotării.

Fig. 11.12. Cantitatea de metal înlăturat şi forma canelurilor rezultate în cazul prelucrării cu plasmă, în funcţie de puterea

generatorului (viteza de avans 1,5 m/mm)

Aplicarea procedeului la

prelucrarea corpurilor de

revoluţie a permis realizarea

„strunjirii cu plasmă” (Fig.

11.13). Procedeul asigură

creşterea productivităţii de

8…10 ori faţă de tehnologiile

clasice.

Fig. 11.13 Soluţii de poziţionare a plasmotronului la „strunjirea cu

plasmă”

Toleranţele de execuţie, starea suprafeţei şi calitatea metalurgică a pieselor depind de

valorile parametrilor de lucru (avansul plasmotronului, viteza de rotaţie a piesei, grosimea

stratului îndepărtat, puterea şi unghiul de poziţionare ale sursei).

155

Să ne reamintim!

� Plasma este un gaz sau un amestec de gaze puternic ionizate, cvasineutru din punct de

vedere electric. Ea se caracterizează prin conductibilitate electrică ridicată,

posibilitatea interacţiunii cu câmpurile electrice şi magnetice şi prin aceea că poate

genera radiaţii electromagnetice cu spectru larg.

� Electrozii plasmotroa-nelor pot să fie consumabili (grafit), protejaţi (wolfram) sau cu

peliculă de protecţie (zirconiu).

� Căldura dezvoltată de jetul de plasmă este folosită pentru încălzirea şi topirea

metalului, precum şi la amorsarea unor reacţii chimice în materialul topit

� Dacă viteza de tăiere depăşeşte o anumită limită jetul de plasmă nu mai poate

străpunge placa de metal. Ca urmare, are loc îndepărtarea metalului topit numai din

zona de suprafaţă. Prin poziţionarea înclinată a plasmotronului, se evită aruncarea

metalului topit în craterul rămas în spatele jetului. Se pot realiza astfel şanţuri şi

caneluri cu diferite forme şi dimensiuni în funcţie de parametrii regimului de lucru

11.3 Autoevaluare

1. Operaţii executate cu ultrasunete.

2. Prelucrări executate cu ajutorul plasmei.

156


12 Procedee de sudare

12 Procedee de sudare .......................................................................................................... 156

12.1.1 Sudarea cu plasmă a pieselor metalice ............................................................. 156

12.1.2 Metalizarea cu plasmă ...................................................................................... 159

12.2 Tehnologia prelucrării pieselor de autovehicule cu fascicul de electroni ................ 161

12.2.1 Bazele fizice ale prelucrării .............................................................................. 161

12.2.2 Sudarea cu fascicul de electroni ....................................................................... 164

12.2.3 Alte aplicaţii ale fasciculului de electroni ........................................................ 168

12.3 Autoevaluare ............................................................................................................ 169

Obiective:


� Prezinte metoda sudurii cu plasmă � Prezinte procedeul de metalizare cu plasmă � Prezinte tehnologia prelucrării pieselor de autovehicule cu fascicul de electroni � Prezinte aplicaţii ale sudurii cu fascicul de electroni


12.1.1 Sudarea cu plasmă a pieselor metalice

Trăsătura esenţială a generatoarelor de plasmă moderne este cea a constrângerii arcului

electric într-un orificiu cu un diametru relativ redus. Prin aceasta se asigură o concentrare

energetică ridicată, densitate mare de curent şi un aspect columnar al arcului, caracterizat

printr-o stabilitate deosebită.

Sudarea cu arc de plasmă (SP), faţă de procedeul WIG (Wolfram Inert Gas), are

următoarele avantaje:

- o bună dirijare a fluxului termic spre piese datorită nedeformabilităţii arcului de

plasmă;

157

- nu apar salturi ale piciorului arcului pe proeminenţele pieselor şi este posibilă

efectuarea îmbinărilor de colţ;

- concentrarea energetică ridicată (500…600W/mm2) permite realizarea îmbinărilor,

cu grosimea de 10…15mm, dintr-o singură trecere cu viteză de sudare mare (0,8m/min);

- curenţii de sudare sunt mai mici, datorită acţiunii ionizante a arcului pilot;

- calitatea îmbinărilor este mai puţin influenţată de denivelarea relativă sau de alinierea

incorectă a suprafeţelor pieselor ce se sudează;

- poziţionarea generatorului de plasmă poate fi realizată cu toleranţe mai mari;

- se evită contaminarea băii de metal topit cu material din electrodul incandescent,

datorită construcţiei speciale a generatorului de plasmă.

Dezavantajele constau în aceea că plasmotroanele sunt constructiv mai complexe, mai

scumpe şi mai mari cu arzătoarele WIG.

Faţă de sudarea MAG (Metal Activ Gas), cea cu plasmă cu metal de adaos (SPMA)

are o serie de avantaje, cum sunt:

- intensitatea curentului şi cantitatea de metal depus se reglează independent, astfel

încât rezultă o cusătură plană, aspectuoasă;

- nu apar oxizi pe suprafaţa cusăturii;

- deformarea pieselor sudate este minimă;

- nu sunt necesare prelucrări ulterioare ale cusăturii;

- capul de sudare nu este supus acţiunii stropilor de metal topit, deoarece acesta nu este

împroşcat.

Costurile ridicate ale echipamentului de sudare şi gazelor plasmogene fac ca procedeul

să fie mai scump ca MAG.

Sudarea cu plasmă se poate realiza prin topire progresivă („melt plasma welding”) şi

prin jet penetrant („tehnica găurii de cheie”).

La table subţiri (sub 3 mm grosime) se aplică sudarea prin topire progresivă. Cusătura

se obţine prin avansul băii de metal topit şi solidificarea ulterioară a acestuia. În acest caz,

intensitatea curentului şi debitul de gaz au valori reduse (20…140A; 5…15dm3N/min).

Pentru piese mai groase (3…15mm) se foloseşte sudura cu jet penetrant (Keyhole

Welding). Jetul de plasmă este suficient de puternic pentru a străpunge piesa, fără a sufla însă

metalul topit din baia formată (300…450A; 25…50dm3N/min). Energia cinetică ridicată a

plasmei permite menţinerea unui orificiu înconjurat de o baie inelară de metal topit, care se

mişcă împreună cu arcul. În spatele arcului, metalul topit se solidifică, rezultând cusătura.

158

În scopul realizării unor îmbinări sudate de calitate se protejează baia de metal topit

printr-o pernă de flux ceramic, o panglică specială adezivă de fibre de sticlă sau cu un curent

de gaz inert.

Perfecţionarea tehnicii sudării cu arc de plasmă a fost posibilă prin utilizarea

„curentului pulsant” (În locul unui singur nivel de curent se introduc două sau trei. Fiecare

nivel este menţinut un timp bine stabilit).

Procedeul permite realizarea unei penetraţii mai mari, scurtarea duratei de menţinere a

metalului la temperaturi ridicate, reducerea lăţimii cusăturii şi a zonei de influenţă termică şi

sudarea tablelor subţiri.

Un alt procedeu de sudare cu arc de plasmă este cel întâlnit sub denumirea de

PLASMAMING. La acest procedeu partea inferioară a electrodului fuzibil nu mai este

înconjurată de o perdea rece de gaz protector, ci se află în curentul de gaz ionizat al plasmei

(Fig. 12.1). Practic se obţine un arc într-un arc. Protecţia gazoasă optimă asigură stabilitatea

arcului şi elimină împroşcările de metal topit.

Aplicaţiile majore ale procedeului sunt sudura de colt şi acoperirea pieselor metalice.

O altă variantă perfecţionată a sudarii cu plasmă este şi cea cu fir cald. În acest caz, în

spaţiul arcului de plasmă se introduc 1-2 sârme electrod încălzite prin efectul Joule-Lenz cu

curent alternativ. Rezultă astfel o creştere o vitezei de depunere a metalului (27kg/h) şi o

reducere a aportului energetic.

Aplicaţiile tehnologice ale sudării cu arc de plasmă sunt concretizate prin sudarea cap

la cap, dintr-o singură trecere, a tablelor cu grosimi de 5…10 mm pentru oţeluri nealiate, 7...8

mm pentru oţeluri austenitice şi 1…6 mm pentru aluminiu şi aliajele sale.

Sudarea oţelurilor aliate, în special a celor înalt aliate, constituie domeniul în care se

recomandă aplicarea procedeului.

În ultimii ani se conturează tendinţa de a valorifica avantajele acestui procedeu la

sudarea oţelurilor obişnuite. Preţul ridicat al echipamentului şi gazelor inerte limitează aria

aplicării lui. De aceea, se recomandă folosirea sudării cu arc de plasmă numai

atunci când productivitatea trebuie să fie deosebit de ridicată, iar calitatea cusăturii trebuie să

corespundă unor mari exigenţe.

La autovehicule, procedeul este folosit la îmbinarea talerului cu tija amortizorului.

Aplicarea sudării cu plasmă la amortizoarele de autoturisme asigură o capacitate

portantă a îmbinării, fără defecte,de 40…45KN, o deformare radială redusă a tijei (max.

80µm) şi abaterea la poziţionarea talerului pe tijă de max. 0,1mm.

159

Fig. 12.1 Procedeul de sudare FLASMAMI�G: 1-arc de plumb; 2-arc MIG

12.1.2 Metalizarea cu

plasmă

Metalizarea prin

pulverizare este un

procedeu de depunere a

unor straturi superficiale,

groase de 0,1…10mm, cu

proprietăţi speciale, pe

suprafeţele unor piese

metalice sau nemetalice.

Ea asigură recondiţio-

narea pieselor uzate şi

permite ca unele repere,

sau numai anumite părţi

ale acestora, care trebuie

să posede rezistenţă

sporită la uzură, şocuri

Fig. 12.2 Generator de plasmă folosit la metalizare

termice, oxidare sau coroziune, să fie acoperite cu straturi din materiale care sa corespundă

solicitărilor.

160

Metoda constă în trecerea unui material, sub formă de pulbere sau sârmă, prin jetul de

plasmă, topirea şi antrenarea particulelor incandescente ale acestuia, de către gazul plasmogen

(Fig. 12.2) spre suprafaţa piesei ce urmează a fi metalizată.

La ciocnirea particulelor topite cu suprafaţa ce trebuie acoperită, energia lor cinetică se

transformă în energie de deformare şi căldură.

Temperatura particulelor metalice este necesar să fie superioară celei de plastifiere.

Dacă temperatura particulelor este sub această valoare, atunci acestea nu aderă la suprafaţă.

Aderenţa creşte proporţional cu rugozitatea suprafeţei pe care se depun particulele de

material pulverizat. Ea se datoreşte atât ancorării mecanice cât şi forţelor de atracţie

moleculară, microsudurilor şi fenomenului de difuziune între metalul de bază şi cel al stratului

depus.

Pentru majoritatea aderenţei pe suprafaţa piesei de metalizat se depune un strat de

molibden, care are o mare capacitate de difuzie.

Generatoarele se plasmă folosite la metalizare au puterea de 25…50KW şi lucrează cu

gaze plasmogene aflate la presiuni de 0,3…0,4MPa.

Procesul tehnologic de metalizare este compus din următoarele operaţii:

- pregătirea prin procedee fizico-chimice (decaparea cu paste acide sau alcaline şi

degresarea electrochimică cu solvenţi), sau mecanice (sablarea cu alice, strunjirea, filetarea,

dăltuirea, moletarea) a suprafeţelor ce urmează a fi metalizate;

- acoperirea suprafeţei cu un strat intermediar dintr-un material foarte aderent;

- încălzirea piesei la temperatura de 420…450K;

- depunerea stratului de material de aport;

- prelucrarea mecanică a stratului depus (rectificarea cu disc abraziv).

Pentru obţinerea unor straturi de calitate superioară, viteza de depunere trebuie să fie

scăzută, nu însă sub limitele care ar putea determina o supraîncălzire a materialului depus,

deoarece pot sa apară fisuri în acesta.

Randamentul metalizării cu jet de plasmă, în condiţii normale de lucru, este de

50…70%. La materiale cu punct de topire ridicat el scade, iar la metale ajunge la 80…90%.

Prin acest procedeu se pot depune carburi de zirconiu, niobiu, titan, wolfram, oxizi de

zirconiu, magneziu, beriliu, bor, aluminiu, precum şi wolfram, molibden, fier si crom.

În industria de autovehicule, procedeul se aplică la depunerea de molibden sau bronz

pe suprafeţele inelelor sincronizatoarelor şi furcilor din cutiile de viteze, recondiţionarea

arborilor cotiţi, arborilor cu came, culbutorilor, supapelor, pârghiilor de debreiere ale

ambreiajelor, etc.

161

Să ne reamintim!

� Avantajele sudurii cu plasmă: o bună dirijare a fluxului termic spre piese datorită

nedeformabilităţii arcului de plasmă, nu apar salturi ale piciorului arcului pe

proeminenţele pieselor şi este posibilă efectuarea îmbinărilor de colţ, concentrarea

energetică ridicată (500…600W/mm2) permite realizarea îmbinărilor, cu grosimea de

10…15mm, dintr-o singură trecere cu viteză de sudare mare (0,8m/min), curenţii de

sudare sunt mai mici, datorită acţiunii ionizante a arcului pilot, calitatea îmbinărilor

este mai puţin influenţată de denivelarea relativă sau de alinierea incorectă a

suprafeţelor pieselor ce se sudează, poziţionarea generatorului de plasmă poate fi

realizată cu toleranţe mai mari, se evită contaminarea băii de metal topit cu material

din electrodul incandescent, datorită construcţiei speciale a generatorului de plasmă.

� Sudarea cu plasmă se poate realiza prin topire progresivă („melt plasma welding”) şi

prin jet penetrant („tehnica găurii de cheie”)

� Aplicaţiile tehnologice ale sudării cu arc de plasmă sunt concretizate prin sudarea cap

la cap, dintr-o singură trecere, a tablelor cu grosimi de 5…10 mm pentru oţeluri

nealiate, 7...8 mm pentru oţeluri austenitice şi 1…6 mm pentru aluminiu şi aliajele

sale.

� Metalizarea prin pulverizare este un procedeu de depunere a unor straturi superficiale,

groase de 0,1…10mm, cu proprietăţi speciale, pe suprafeţele unor piese metalice sau

nemetalice.

12.2 Tehnologia prelucrării pieselor de autovehicule cu fascicul de electroni

12.2.1 Bazele fizice ale prelucrării

Prelucrarea cu fascicul de electroni se bazează pe transformarea energiei cinetice, de

mare densitate, a unui fascicul de electroni puternic acceleraţi într-un tun electronic (Fig.

12.3), în energia termică, la impactul cu suprafaţa piesei. În zona de lucru se produce

încălzirea, topirea sau vaporizarea materialului.

Electronii sunt emişi de un filament de wolfram, tantal sau toriu, încălzit până la

incandescenţă într-o incintă vidată (10-4…10-5Pa) prin trecerea unui curent de mare

intensitate. Ei sunt puternic acceleraţi între anod şi catod (vmax = 150m/s), după ce au fost

focalizaţi electrostatic cu un câmp electric. La ieşirea prin orificiul anodului fasciculul suferă

162

fenomenul de împrăştiere. El este din nou concentrat (diametrul fasciculului poate ajunge la

10…30 µm) de câmpul magnetic al bobinei de condensare. Distanţa punctului de focalizare se

poate regla prin modificarea curentului care străbate bobina de deflexie.

Prin polarizarea negativă a bobinei Wehnelt se poate regla intensitatea fasciculului.

Dacă tensiunea de polarizare este suficient de ridicată intensitatea devine nulă. Această

proprietate este valorificată la accelerarea fasciculului.

Bobinele de deflexie (patru la fiecare nivel), plasate echidistant, permit modularea

fasciculului liniar sau circular.

Fig. 12.3. Elementele componente ale tunului electronic: 1-catod; 2-electrod de comandă; 3-anod; 4-sistem de deviere dublă pentru centrarea fasciculului; 5-sistem stigmatic de

corecţie; 6-fanta 1 de formare a fasciculului; 7-bobina 1 de condensare; 8-sistem de deviere pentru formarea secţiunii transversale a fasciculului; 9-bobina 2 de condensare; 10-

sistem de deviere ca barieră de fascicul; 11-fanta 2 de formare a fasciculului; 12-sistem de deviere pentru

măsurarea intensităţii fasciculului (bobina Wehnelt); 13-sistem stigmatic; 14-bobină de mişcare; 15-fanta; 16-sistem

stigmatic; 17-sistem de deviere; 18-bobină obiectiv de focalizare fină; 20-piesa; A-orificiul (pata) generatorului de

fascicul; B-secţiune transversală a fasciculului, formată parţial; C-prima imagine a petei; D-secţiunea transversală a

fasciculului (prima imagine a fantei de formare a fasciculului); E-a doua imagine a petei; F-imaginea fantei de

formare a fasciculului; G-a treia imagine a petei; H-secţiunea transversală a fasciculului pe suprafaţa piesei

În afara de aceasta, tunurile electronice posedă

echipamente pentru controlul parametrilor fasciculului

(centrarea, forma, poziţia).

Dispozitivele speciale pot realiza fascicule

electronice cu secţiuni programate (ex. un dreptunghi

cu raport lăţime/lungime variabil). Astfel de secţiuni,

cu densitate de energie uniformă (105…106 W/cm2), se

obţin prin copierea optoelectronică a unor fante de

configuraţie precisă.

La prelucrări tehnice, imaginea petei

fasciculului pe suprafaţa de prelucrat este de formă

circulară (diametrul de 10µm), cu o distribuţie

163

normală a densităţii energiei (106…109W/cm2).

Filamentul de wolfram se află într-o incintă vidată nu numai pentru a evita amorsajul

între electrozi dar şi pentru a elimina devierea şi frânarea electronilor de atomi de gaz.

La ciocnirea cu suprafaţa piesei, energia cinetică a electronilor (Ec) este transformată

în căldură (W):

Uk = hs�2 t = t 1� J = 7 1� = u (12.1)

unde: m - masa electronului; v - viteza electronilor; n - numărul de electroni emişi; Ua -

tensiunea de accelerare; e - sarcina electrică a unui electron; I - intensitatea curentului

Adâncimea până la care electronii pătrund în materialul de prelucrat se poate calcula

cu relaţia:

ℎ = 2,25 10��$ 1��f [µm] (12.2)

în care : ρ – densitatea materialului [kg/dm3]

Instalaţiile de prelucrare cu fascicul de electroni (Fig. 12.4) sunt de complexitate

ridicată. Ele sunt echipate, în afara tunului electronic, cu sisteme de reglare şi comandă a

fasciculului de electroni şi a suportului pe care se aşează piesa de prelucrat, precum şi cu un

echipament de vidare.

Din cauza fenomenelor care apar la impactul fasciculului de electroni cu suprafaţa piesei de

prelucrat, numai 60…95% din energia acestuia se transformă în căldură, restul distribuindu-se

sub formă de lumină, raze Röentgen, atomi, ioni, electroni retrodifuzaţi, electroni secundari şi

vapori metalici.

În funcţie de densitatea de putere (q) realizată, fasciculul de electroni este folosit la

următoarele operaţii de prelucrare:

q < 104 W/cm2 – tratamente termice;

104 < q < 106 W/cm2 – sudare şi aliere superficială;

q > 106 W/cm2 – prelucrări dimensionale (găurire, tăiere).

Parametrii reglabili de lucru ai intensităţilor sunt: tensiunea de accelerare a electronilor

(15…150KV), durata impulsurilor (5µs…50ms), frecvenţa de repetare a impulsurilor

(50…10.000Hz), puterea fasciculului (100W…4KW)

164

Fig. 12.4. Instalaţie de prelucrare cu

fascicul de electroni1: 1-

camera de ioni; 2-catod filiform; 3-catod masiv; 4-

electrod de focalizare; 5-anod; 6-sistem auxiliar de

centrare a fasciculului; 7-

fereastră de obturare; 8-sertar

transversal; 9-sistem degnetic de

deviere a fasciculului; 10-

lentilă magnetică; 11-rezistenţă de

curgere; 12-racord pompa vid; 13-

rezistenţă de curgere; 14-lentilă

magnetică; 15-racord pompa vid;

16-izolator; 17-racord de cabluri

12.2.2 Sudarea cu fascicul de electroni

Penetrarea electronilor din fascicul în materialul pieselor ce trebuie îmbinate este

infimă. Unirea prin sudură a metalelor se explică prin aceea că încălzirea este foarte puternică

(6000 K) în punctul de impact al fasciculului cu piesa. Ca urmare a încălzirii violente se

produce nu numai fuziunea unei mici cantităţi de metal dar şi vaporizarea unei părţi din

acesta. Vaporii sub presiune îndepărtează metalul lichid la periferia zonei topite formând un

fund de crater care bombardat fiind de electroni se topeşte la rândul lui. Procesul continuă

până la traversarea completă a piesei din metal dacă puterea sursei este suficient de mare.

Metalul lichid aderă prin capilaritate şi este menţinut în orificiul creat datorită presiunii

165

gazelor care se degajă. Fuziunea este întreţinută de electronii care ricoşează către extremitatea

canalului.

Dacă piesa şi fasciculul suferă o deplasare relativă, atunci acesta încălzeşte puternic

faţa cilindrului lichid. Sub acţiunea vaporilor metalul lichid este aruncat înapoi formând o

suprafaţă solidă care topeşte la rândul ei, chiar dacă cele două valuri de metal lichid sunt

deplasate în spatele fasciculului şi se solidifică. În felul acesta se realizează o sudură îngustă

pe toata înălţimea piesei.

Atunci când fasciculul este aplicat în planul de joncţiune a doua piese, care trebuiesc

unite, se obţine prin fuziune un canal de metal topit pe toată grosimea. După răcire rezultă un

cordon de sudură a cărui dimensiune este comparabilă cu fanta dintre piese.

Una din trăsăturile dominante ale sudurii cu fascicul de electroni este determinată de

căldura care se dezvoltă în planul joncţiunii. La alte procedee de sudură prin fuziune sursa de

căldură este plasată în apropierea pieselor de sudat, iar energia termică este transferată în zona

de îmbinare prin conductibilitate. La sudura cu fascicul de electroni, conductibilitatea termică

a pieselor ce trebuiesc asamblate este un factor secundar, deoarece, datorită energiei specifice

a fasciculului, viteza de sudură este superioară celei de transmitere a căldurii. În plus, la

grosimi egale ale pieselor de îmbinat, volumul de material este mai redus la sudura cu fascicul

de electroni şi, prin urmare, şi consumul energetic este mai mic.

Din punct de vedere teoretic, cele mai bune suduri se obţin cu un fascicul foarte fin de

electroni acceleraţi puternic şi focalizaţi pe o suprafaţă redusă.

În realitate, datorită acţiunii unor factori, ca geometria pieselor şi precizia maşinilor şi

utilajelor, diametrul secţiunii transversale a fasciculului trebuie sa fie mai mare.

Îmbinarea cu fascicul de electroni asigură o sudură profundă, îngustă şi cu secţiune

constantă, fără defecte fizice (golfuri, sufluri, porozităţi) şi canal lateral, precum şi o încălzire

redusă şi o deformare minimă a pieselor.

Datorită aportului de energie în planul de îmbinare sudurile de mare penetraţie rezultă

dintr-o singură trecere.

Zona de influenţă termică redusă şi încălzirea rapidă pot provoca şocuri termice şi

contracţii cu gradient foarte ridicat.

În urma cercetării mecanismului uzurii a reieşit că densitatea de energie a fasciculului

trebuie să aibă o distribuţie normală şi nu una omogenă.

Dacă se doreşte ca procedeul să fie rentabil este necesar ca suprafeţele care trebuie

îmbinate să fie rectificate (toleranţele pieselor ± 50µm).

166

Sudura cu fascicul de electroni, datorită densităţii mari de energie, focalizării precise şi

penetrării puternice asigură îmbinarea unor materiale cu temperaturi de topire foarte înalte sau

mult diferite. Se pot suda, fără material de adaos, piese cu grosimea de 0,05…300 mm, cu

viteze de 15…20 m/min.

Exemple de aplicare a sudurii cu fascicul de electroni

Performanţele superioare ale sudurii cu fascicul de electroni au impus acest procedeu

la asamblarea roţilor dinţate de pe arborii secundari şi a arborilor intermediari din cutiile de

viteze (Fig. 12.5 a, b)

Asamblarea prin sudură cu fascicul de electroni a pinioanelor şi arborilor din transmisie

determină îmbunătăţirea performanţelor şi reducerea preţului de cost, deoarece prelucrarea

danturii este mai uşoară, gabaritul roţilor dinţate se micşorează, greutatea devine mai mică,

productivitatea creşte prin automatizarea prelucrării, se descompune un reper complex în

elemente mai simple şi se pot folosi materiale care să corespundă solicitărilor diverse.

Deformările maxime ale pieselor din cutiile de viteze sudate cu fascicul de electroni

(puterea sursei 2KW, viteza de sudare 2,5m/min), măsurate după două direcţii perpendiculare,

mai mici de 0,05…0,08mm.

Tot prin această tehnică, se pot asambla, din mai multe elemente, arborii rotoarelor

turbosuflantelor (Fig. 12.6).

O alta grupă de piese, la care se poate aplica procedeul, este cea a pistoanelor care au

prevăzute în partea superioară a capului canale toroidale pentru circulaţia uleiului de răcire.

Soluţia convenţională de execuţie a acestor canale constă în introducerea unui torr de

fier turnat în cochilă şi dizolvarea ulterioară a acestuia cu acid. Datorită duratei mari a

operaţiei de dizolvare a fierului apar golfuri în camera inelară.

Realizarea pistonului din două elemente (Fig. 12.5 c) facilitează prelucrarea, iar

asamblarea lor prin sudura cu fascicul de electroni îmbunătăţeşte calitatea produsului.

Materialul de bază pentru piston poate fi un aliaj de aluminiu (AT Si 12 CuMgNi).

Pentru a se evita apariţia defectelor, se recomandă ca sudura să se realizeze în

două treceri, cu următorii parametrii de lucru: Ua = 50KV; I = 110…300mA; viteza de sudare

1,0…3,5m/min.

167

Fig. 12.5 Repere din construcţia autovehiculului asamblate prin sudura cu fascicul de electroni: a-arbore

intermediar; b-roată dinţată de pe arborele secundar; c-piston

Atunci când motoarele trebuie să lucreze în medii cu temperaturi ridicate o atenţie

deosebită trebuie acordată garniturii de chiulasă. Îmbunătăţirea legăturii dintre chiulasă şi

blocul motor se obţine prin sudarea acestora cu fascicul de electroni. În acest caz chiulasa este

turnată în vid din oţel cu crom şi molibden.

Fig. 12.6. Rotorul turbosuflantei

168

Din realizările recente în domeniul prelucrării cu fascicul de electroni fac parte:

- comanda prin ordinator a proceselor de sudare şi tratament termic;

- echiparea tunului electronic cu un sistem de control al descărcării, eliminându-se

astfel eventualele întreruperi în transportul energiei;

- realizarea de noi aliaje pentru catozi (durata de viaţă a crescut 10…50 ori faţa de cea

a materialelor tradiţionale).

Automatizarea şi înalta performanţă a sudurii cu fascicul de electroni fac din acest

procedeu o tehnică de vârf pentru producţia de masă. Fasciculul de electroni este deja capabil

să identifice automat piese cu forme complexe prin repararea unor puncte caracteristice, de a

transmite informaţia computerului, care apelând la un program adecvat va comanda

asamblarea piesei în condiţii optime.

12.2.3 Alte aplicaţii ale fasciculului de electroni

Fasciculul de electroni se poate folosi, cu rezultate deosebite, la operaţii de perforare.

Găurirea se execută prin vaporizare superficială sau prin vaporizarea şi topirea materialului

(Fig. 12.7).

Găurile cu diametrul de 0,01…2mm se pot practica în materiale cu grosimea de

1…10mm în monopuls şi de 10…20mm în regim multipuls.

Cu ajutorul fasciculului de electroni se pot aplica materiale dure pe suprafeţele unor

piese, în vederea măririi rezistenţei la uzură sau eroziune. De asemenea, se pot realiza

tratamente termice, aluminizarea unor suprafeţe (reflectoarele farurilor), alierea superficială

prin difuziune, etc.

Domeniul de aplicabilitate al procedeului este limitat de posibilităţile instalaţiilor

specializate.

169

Fig. 12.7. Succesiunea fazelor şi modul deîndepărtare a materialului la găurireacu fasciculul de electroni

Să ne reamintim

� Prelucrarea cu fascicul de electroni se bazează pe transformarea energiei cinetice, de mare densitate, a unui fascicul de electroni puternic acceleraţi într-un tun electronic (Fig. 12.3), în energia termică, la impactul cu suprafaţa piesei. În zona de lucru se produce încălzirea, topirea sau vaporizarea materialului

� În funcţie de densitatea de putere (q) realizată, fasciculul de electroni este folosit la

următoarele operaţii de prelucrare: tratamente termice, sudare şi aliere superficială,

prelucrări dimensionale (găurire, tăiere).

12.3 Autoevaluare

1.Avantajele sudurii cu arc de plasmă (SP), faţă de procedeul WIG (Wolfram Inert Gas).

2. Avantajele sudurii cu arc de plasmă faţă de sudarea MAG (Metal Activ Gas).

3. Domeniul de aplicabilitate a metodei metalizării cu plasmă.

4. Operații care pot fi executate cu fascicul de electroni.

170


13 Tehnologia prelucrării pieselor de autovehicule cu laseri

13 Tehnologia prelucrării pieselor de autovehicule cu laseri ........................................... 170

13.1 Mecanismul producerii laserului .............................................................................. 171

13.2 Instalaţii laser folosite la prelucrări termice ............................................................. 173

13.2.1 Generatoare cu mediu activ solid ..................................................................... 173

13.2.2 Generatoare cu mediu activ gazos .................................................................... 175

13.3 Prelucrări tehnologice cu laser a pieselor autovehiculelor ...................................... 176

13.3.1 Tratamente termice ........................................................................................... 177

13.3.2 Tratamente termice speciale cu fascicul laser .................................................. 180

13.3.3 Vitrificarea – glazurarea cu laser ...................................................................... 181

13.3.4 Sudarea cu laser ................................................................................................ 181

13.3.5 Prelucrarea aliajelor cu fascicul laser ............................................................... 184

13.4 Autoevaluare ............................................................................................................ 185

Obiective:


� Definească laserul

� Prezinte principalele tipuri de instalații de prelucrare cu laser

� Prezinte principalele prelucrări tehnologice care se pot executa pieselor de

autovehicule folosind laser

� Prezinte metode de tratamente termice speciale utilizând laser


171

Laserul este un sistem în care se produce amplificarea luminii prin stimularea emisiei

de radiaţii electromagnetice pe baza inversiei de populaţie.

13.1 Mecanismul producerii laserului

Pentru a prezenta efectul laser se porneşte de la legea lui Beer, care arată că, dacă într-

un mediu oarecare, de lungime L, se trimite o radiaţie de intensitate iniţială Io, intensitatea la

ieşire va fi dată de expresia:

I = Io e Kλ L

unde Kλ – coeficientul de absorbţie al mediului.

Atunci când Kλ are valori pozitive rezultă o amplificare a radiaţiei la trecerea prin

mediu. Laserul este cel care valorifică această posibilitate.

Radiaţia, cu lungimea de undă λ, ia naştere ca urmare a unei tranziţii între două nivele

energetice E1 si E2 (E2 > E1). Valoarea coeficientului de absorbţie depinde de numărul de

electroni care se află, in medie, pe aceste nivele (aşa numitele „populaţii” n1 şi n2 ale nivelelor

E1 şi E2), de densitatea de radiaţie ρ ( λ ) [J/m3], de timpul de viaţă τ1 al nivelului E1, de

lungimea de unde λ şi de ponderile nivelelor g1 si g2.

Absorbţia poate fi aproximată prin relaţia:

Kλ = C1 ρ ( λ ) (n2-n1) – C2 ��y� (13.1)

În ultima relaţie, primul termen apreciază absorbţia (n1>n2) sau lumina stimulată

(n2>n1), iar al doilea ţine seama de emisia spontană (el nu poate fi decât negativ).

Pentru a se realiza condiţia Kλ>0, trebuie ca primul termen din relaţia 13.1 să fie

pozitiv şi mai mare ca al doilea. Acesta se obţine crescând densitatea câmpului de radiaţie în

care are loc emisia laser.

Satisfacerea acestor condiţii este dificilă. Aceasta deoarece, în condiţii normale de

temperatură, pentru o diferenţă de energie ce corespunde tranziţiilor optice, n2 reprezintă 10-4

din n1. Pentru a se înregistra o inversie de populaţie (n2>n1) este necesar ca in mediul

respectiv să se pompeze energie. În acest

fel primul termen, care estimează emisia

stimulată, devine preponderent.

Majorarea densităţii de radiaţie este

rezultatul emiterii într-o cavitate

rezonantă.

Schematic, un laser se compune Fig. 13.1 Schema unui laser

172

dintr-un mediu activ, închis între două oglinzi paralele, în care se pompează energie pentru

realizarea inversiei de populaţie (Fig. 13.1).

Coeficientul de reflexie (R) al oglinzilor paralele este definit prin:

R = 9Tz� < 1, unde:

I0 – radiaţia incidentă (13.1)

Ir – radiaţia reflectată.

Transmisia prin oglinzi este :

T = 1 – R – A,

unde:

R – reflectivitatea; (13.3)

A – absorbţia oglinzii

Ameliorarea performanţelor oglinzilor se obţine prin aplicarea pe suprafeţele

reflectoare a unor depuneri dielectrice, în locul celor metalice, care au absorbţie mult mai

mică (A ≈ 0).

Dacă din vecinătatea oglinzii O1 porneşte o rază cu intensitatea I0 care ajunse în

dreptul oglinzii O2 cu intensitatea I(L) = I0 · e Kλ · L, atunci în mediu este reflectată de oglinda

O2 o radiaţie cu intensitatea IR, iar complementara I(1-R) va fi „radiaţia laser” care părăseşte

mediul. Pentru simplificare, s-a constatat ca ambele oglinzi au acelaşi coeficient de reflexie şi

absorbţie nula (A = 0).

Dispozitivul se afla în pragul emisiei laser dacă, pe parcursul L, câştigul în intensitate

este cel puţin egal cu radiaţia care părăseşte mediul trecând prin oglindă. Sistemul încetează în

a mai emite radiaţie laser atunci când pierderea prin transmisie depăşeşte amplificarea. Deci,

emisia are loc atunci când:

I – Io > I (1 – R) (13.4)

Din relaţiile 13.1 si 13.4 rezultă:

Kλ L > 1 – R (13.5)

Pentru majoritatea tranziţiilor laser, Kλ L < < 1 şi deci eKλ L ≈ 1 + Kλ L. Sunt însă

cazuri în care Kλ L poate ajunge supraunitar, când laserul funcţionează chiar cu R ≈ 0 (fără

oglinzi). Regimul este cunoscut sub denumirea de superradianţă. Laserul cu azot sau linie

infraroşie 3.39µm a laserului He – Ne sunt exemple de linii superradiante.

Neglijând emisia spontană rezultă:

n2 – n1 > (n2 – n1) prag = C �� '

d (|)� (13.6)

173

Relaţia 13.6 arată că efectul laser nu poate apare decât dacă inversia de populaţie

depăşeşte o anumită valoare de prag (n2–n1)prag. Pragul poate fi coborât lungind mediul activ,

mărind reflexia oglinzii sau majorând densitatea radiaţiei.

Mediile laser sunt gazoase (bioxid de carbon, azot si heliu) sau solide (solid amorf sau

cristalin în care sunt disipaţi ioni de neodium).

Introducerea energiei iniţiale în mediu (energia de „pompaj”) se face prin descărcări în

gaze, inducţia magnetica la laserii gazoşi si prin iradiere optică la cei solizi. Pompajul optic se

realizează aşezând într-o cavitate reflectoare, de tip eliptic, un flash. În cele două focare sunt

dispuse paralel flash-ului şi bara laser. Cavitatea reflectoare are rolul de a concentra lumina

flash-ului pe bara laser. Pentru mediile active lichide, inversarea de populaţie se obţine în

urma unor reacţii chimice de disociaţie si pompaj chimic.

Radiaţiile laser se caracterizează prin proprietăţile sale specifice: coerenţa,

direcţionalitate, monocromaticitate, distribuţie temporală, intensitate, strălucire, si polarizare.

Pentru prelucrările termice, proprietăţile care interesează sunt puterea şi energia.

Laserii cu funcţionare continuă au puteri de la 10-3...1012KW, iar cei pulsanţi au

energii cuprinse intre 1 şi 100J.

De cele mai multe ori, fasciculul laser este focalizat cu ajutorul unui sistem de lentile

şi oglinzi, obţinându-se densităţi uzuale de putere de 104 ... 1010W/cm2 şi de energie de

102...108 J/cm2.

13.2 Instalaţii laser folosite la prelucrări termice

Generatoarele laser utilizate la prelucrări tehnologice (tratamente termice, sudură,

găurire, tăiere) realizează puteri specifice ridicate, au sisteme optice de dirijare şi concentrare

a radiaţiilor pe suprafeţele pieselor de prelucrat şi folosesc medii active sub formă solidă sau

gazoasă.

13.2.1 Generatoare cu mediu activ solid

Mediile active pot fi excitate pentru obţinerea unui fascicul laser cu eficienţa ridicată

sunt rubinul, sticla dopată cu ioni de neodim şi YAO (Y1 A13 I12) dopat cu ioni de neodim.

Dintre laserii cu mediu activ solid, cel mai utilizat este cel cu sticlă dopată cu neodim.

Aceasta furnizează energii mari pe puls (1...100J) la temperatura mediului ambiant.

Un astfel de laser este construit dintr-o bară de material dopat cu neodim de formă

cilindrică (diametru de 5...15mm ăi lungimea de 30...1200mm). Capetele barei sunt prelucrate

optic şi acoperite cu straturi reflectante pentru a realiza cavitatea rezonantă (Fig 13.2). Paralel

cu mediul activ se află o sursă (lampă cu descărcare în vapori de metal, lampă cu filament,

174

dioda semiconductoare, sistem solar de pompare) care realizează pompajul optic al sediului

activ (puterea sursei 1...15000W).

Alimentarea lămpilor de pompaj se face la surse electrice speciale, în care sunt incluse

condensatoare (130...800µF) si impedanţe (7...111µH) capabile de a înmagazina şi restitui

energia (700...2230J) în corelaţie cu o anumită durată (100µs...1ms) şi tensiuni de descărcare

(2430...3280V).

O parte din energia radiată de sursa de pompaj este absorbită de mediul activ care

determină apariţia unei inversii de populaţie. Pentru ca radiaţia emisă de flash să lumineze cât

mai eficient mediul activ, întreg ansamblul este montat intr-un reflector cilindric cu secţiune

eliptica (cavitate de pompaj).

Corpul cavităţii de pompaj se execută din aluminiu, cupru sau oţel inoxidabil. Pereţii

interiori se execută cu un înalt grad de reflectivitate prin lustruire şi depunere în vid de straturi

de aluminiu, argint, aur.

Temperatura mediului activ trebuie sa fie cât mai scăzută pentru ca laserul să

funcţioneze la o frecvenţă rezonabilă. Pentru aceasta se folosesc instalaţii speciale de răcire

care după fiecare puls laser preiau energia calorică pe care lampa o emite odată cu energia de

pompaj.

Randamentul scăzut la transformarea energiei electrice în cea luminoasă (35...40%),

utilizarea incompletă a energiei absorbite de bastonul laser (6...14%) şi pierderile din cavitatea

de pompaj (30...70%) sunt elemente ce determină eficienţa scăzută a laserilor cu mediu activ

solid (0.1...5%).

Caracteristicile fasciculelor laser depind şi de elementele optice care formează

cavitatea de rezonanţă (oglinzi, prisme). Rezonatorul poate fi cu oglinzi plan-paralele, cu

oglinzi cu raza mare de curbură, confocal, sferic, cu oglinzi cu raze diferite de curbură,

convex-concav sau semiconfocal.

Laserele cu mediu activ solid (sticla, Nd şi YAG) pot realiza în regim pulsat relaxat un

tren de impulsuri cu durata totală de 0,1...1ms şi energia de 0,1...20J (puterea de impuls

1...50KW), în regim pulsat declanşat un singur impuls cu durata de 10...50ns şi energia de

0,01...0,2J (putere de impuls 1...20KW),€ iar în regim continuu pot emite fascicul cu puterea

de 1...100W.

Instalaţiile de prelucrare cu laser pot fi prevăzute cu comandă numerică a deplasării

(cu motoare pas cu pas) piesei de prelucrat, precum şi cu alte echipamente, cum sunt cele de

realizarea a unei atmosfere controlate în incinta de lucru şi de urmărire cu monitor TV a zonei

de acţiune a fasciculului.

175

Principalele tipuri de prelucrări ce se pot executa cu aceste lasere sunt: găurirea de

mare fineţe, pe adâncimi de 3...4mm, sudura prin puncte (adâncimea de pătrundere 0,3mm),

tăierea materialelor metalice cu grosimi de 0,5...10mm, tratamentele termice ale pieselor

metalice de mari dimensiuni.

Fig. 13.2 Schema de principiu a unei instalaţii de prelucrare cu laser: 1-Generator laser, 2-Sisteme de

modulare şi deviere a fasciculului, 3-Sisteme de focalizare a radiaţiilor, 4-Piesa de prelucrat, 5-Sistem

de poziţionare a piesei, 6-Echipament de comandă numerică, 7-Dispozitiv de programare a emisiei laser, 8-Sistem de comandă şi sincronizare a emisiei laser, 9-

sursă de alimentare cu energie electrică, 10-Sistem TV cu circuit închis, 11-Dispozitiv de control şi

măsură a fasciculului laser

13.2.2 Generatoare cu mediu activ gazos

La laserele cu gaz, datorită densităţii scăzute a mediului activ şi nivelurilor energetice

înguste, inversia de populaţie se obţine prin ciocniri electronice sau transfer rezonant de

energie şi, uneori, prin pompaj optic sau reacţii chimice.

Prelucrarea metalelor se poate face cu trei tipuri de lasere cu gaz, atomice, ionice şi

moleculare.

Mediul activ al laserului cu gaz ocupă un volum cilindric (diametrul cilindrul

3...30mm) închis la capete de două oglinzi (Fig. 13.3). Una din oglinzi este parţial

transparentă deoarece prin ea iese fasciculul laser.

Fig. 13.3 Schema constructivă a unui laser cu mediu activ gazos. 1-Fascicul laser, 2-fereastră din �aCl, 3-5-Oglinzi, 4-Tub laser, 6-Sistem de alimentare cu amestec gazos (CO2+He+�2), 7-Sistem de evacuare a gazului folosit, 8-Dispozitiv de formare a amestecului gazos, 9-Pompă de vid, 10-Sursă de alimentare cu

energie electrică

176

Amestecul gazos (gazele se pot afla într-un raport (1 vol. CO2, 1 vol. N2, 8 vol. He),

care formează mediu activ, este realizat de gazele aflate în butelii. Presiunea amestecului

(2...2,6KPa) este ajustată cu ajutorul unei pompe de vid. În cilindru are loc o descărcare

luminiscentă, între anod si catod, care va fi sursa laser. Rolul descărcării în gaz este acela de a

excita nivelul inferior. Celelalte gaze ajută la realizarea inversiei şi eventual la răcirea

amestecului sau la micşorarea impedanţei electrice. Curentul descărcării electrice ajunge la

10...100mA, ceea ce determină dezvoltarea unei mari cantităţi de căldura. De aceea, este

necesar ca aceste lasere să funcţioneze într-o incintă răcită cu apă.

Laserele cu mediu activ gazos pot fi cu bioxid de carbon, heliu, neon, CO2+N2+He si

argon ionizat. Ele pot atinge randamente de 10 – 35%.

Să ne reaminitm!

� Laserul este un sistem în care se produce amplificarea luminii prin stimularea emisiei

de radiaţii electromagnetice pe baza inversiei de populaţie.

� Schematic, un laser se compune dintr-un mediu activ, închis între două oglinzi

paralele, în care se pompează energie pentru realizarea inversiei de populaţie

� Radiaţiile laser se caracterizează prin proprietăţile sale specifice: coerenţa,

direcţionalitate, monocromaticitate, distribuţie temporală, intensitate, strălucire, si

polarizare.

� Generatoarele laser utilizate la prelucrări tehnologice (tratamente termice, sudură,

găurire, tăiere) realizează puteri specifice ridicate, au sisteme optice de dirijare şi

concentrare a radiaţiilor pe suprafeţele pieselor de prelucrat şi folosesc medii active

sub formă solidă sau gazoasă

13.3 Prelucrări tehnologice cu laser a pieselor autovehiculelor

Tehnologiile de prelucrare cu laser oferă soluţii avantajoase la execuţia pieselor de

precizie ridicată, cu rezistenţe mecanice superioare, în condiţiile diminuării timpului de lucru,

eliminării deformaţiilor şi tensiunilor termice care ar putea apare în urma uzinării. Ele asigură

realizarea reperelor cu configuraţie complexă, în spaţii care nu necesită atmosfere controlate

(se pot fabrica şi piese aflate în incinte transparente), pe instalaţii automatizate sau robotizate

comandate de computere.

Laserele de mare putere şi-au găsit largi aplicaţii in domeniile tratamentelor termice,

alierilor de suprafaţă, sudurii, debitării si găuririi.

177

13.3.1 Tratamente termice

Pentru ameliorarea caracteristicilor mecanice ale pieselor metalice prin modificarea

constituenţilor metalografici structurali trebuie ca materialul să fie adus în stare de

suprasaturare. Aceasta se realizează încălzind metalul, cu ajutorul fasciculului laser, până la

anumite temperaturi, după care acesta se răceşte rapid pentru a se împiedica apariţia

fenomenului de difuzie.

Temperatura suprafeţei piesei şi adâncimea de pătrundere pot fi variate prin reflectarea

puterii fasciculului şi vitezei de baleiere. Puterea radiaţiilor nu trebuie să depăşească anumite

valori critice (la oţel 180KW/cm2 pentru o durată a impulsului de 100ns) pentru a nu se

produce în material transformări de fază.

Tratamentul termic cu laser se poate executa prin deplasarea piesei, ce urmează a fi

călită, prin câmpul de radiaţie laser, focalizat la diametre ale spotului de 1...4mm. Rezultă

astfel benzi călite cu o lăţime egală cu diametrul spotului.

Realizarea de suprafeţe călite cu dimensiuni mai mari este posibilă prin suprapunerea

parţială a benzilor sau prin oscilarea fasciculului laser intr-un plan perpendicular pe direcţia

de deplasarea a piesei (Fig. 13.4).

Spotul laser, cu diametrul de 5mm, este deviat de oglinda mobilă pe lentila

semisferica. Diametrul spotului poate fi redus până la 0,8mm cu ajutorul lentilei. Oglinda

mobilă se roteşte cu turaţia de 2000rot/min. Piesa este fixată pe masa mobilă, care se poate

deplasa după direcţiile X şi Y cu viteza de 0,2...3cm/s.

Transformările produse de fasciculul laser în material au un caracter neomogen,

datorită maximului de energie în centrul fasciculului. Ca urmare, duritatea în centru este

foarte mare (800µHV la OTC 45), iar spre margini ea se micşorează (350µHV).

Evoluţia durităţii în adâncime respectă aceeaşi lege (Fig. 13.5).

Influenţa determină asupra tratamentului termic o putere a adiaţiilor şi durata de

acţiune a fasciculului laser (Fig. 13.6).

Un alt parametru de care depinde duritatea stratului tratat este mărimea defocalizării

fasciculului laser (Fig. 13.7).

Pentru realizarea unor tratamente termice de calitate este necesară corelarea densităţii

de putere cu diametrul spotului şi durata impulsului (Fig. 13.8).

178

Fig. 13.4Schema de principiu a instalaţiei de tratament termic cu laser. 1-Camă, 2-Radiometru laser, 3-

Oglindă mobilă, 4-Oglindă, 5-Oglindă divizoare, 6-Lentilă, 7-Fascicul laser, 8-Piesă, 9-Masa mobilă.

Fig. 13.5 Variaţia microdurităţii într-o bandă de OLC 45: 1-Bandă călită la o singură trecere, 2- Bandă călită la două treceri prin suprapunere totală (puterea sursei

400W; lăţimea benzii 2,5 mm; viteza de deplasare a piesei 1,5cm/s)

Fig. 13.7 Influența mărimii defocalizării asupra durității stratului superficial

Fig. 13.8 Variaţia densităţii optime de putere în funcţie de durata impulsului pentru călirea oţelurilor cu un conţinut de carbon sub 0,4% (1. Diametrul petei fasciculului pe piesa 0,2 mm. 2. df=0,4mm. 3. df=1mm)

Fig. 13.6 Variaţia durităţii în funcţie de densitatea de putere şi de durata

impulsului. 1-σi= 6,5 · 10-3s şi 2-σi= 1,5 · 10-3s

179

Folosirea laserelor cu mediu activ gazos (CO2+N2+He) care emit in regim continuu,

cu puteri ale radiaţilor de 140...400W şi cu viteze ale pieselor în faţa fasciculului de

5...25mm/s, asigură încălzirea uniformă a unor suprafeţe cu geometrie complexă şi obţinerea

de constituenţi structurali ce conduc la creşteri semnificative ale durităţii.

Valorile optime ale parametrilor regimului de lucru (puterea radiaţilor, viteza de

deplasare a piesei), pentru lasere cu emisie

continuă, în funcţie de adâncimea de penetrare

se pot determina cu ajutorul unor nomograme

(Fig 13.9).

Prin acest procedeu au putut fi călite, în

timp de 25s, roţi dinţate din oţel 34 MoCrNi

15, cu diametrul de divizare de 150mm,

grosimea de100 mm şi înălţimea dinţilor de

20mm. Puterea sursei laser a fost de 650 W.

Durificarea prin călire cu fascicul laser

a oglinzii cămăşilor de cilindri de către MAN cu

instalaţii de mare putere în condiţiile încălzirii riguros controlate, eliminării agentului de

răcire şi obţinerii structurii martensitice până la o adâncime de 1,5mm în zonele intens

solicitate termic, eroziv şi coroziv, a permis diminuarea uzurii cu 70–75% faţă de cea

înregistrată. În aceleaşi condiţii, la cămăşile pe care s-au aplicat tratamente termice

convenţionale sau nitrurări, aplicarea acestui procedeu a fost determinată de faptul că reducea

frecările din sistemul tribologic „oglinda cilindrului – lubrifianţi - segmenţi” doar că

perfecţionarea sistemelor de ungere este limitata. Prin durificarea suprafeţelor de contact se

reduc si se uniformizează uzurile pe circumferinţa segmenţilor şi oglinda cilindrilor şi se

asigură un control mai riguros al consumului de ulei.

Durificarea oglinzii cilindrului se poate mări prin creşterea procentului de elemente de

aliere. Dar limita superioară a durităţii ce trebuie să rezulte după turnare nu poate depăşi

240...250UHB, deoarece prelucrarea mecanică devine dificilă.

De aceea, pentru creşterea durităţii stratului superficial se pot aplica acoperiri

galvanice cu Cr sau Ni sau se pot face nitrurări pe adâncimi de 0,1...0,3 mm şi tratamente

termice cu laser.

Cercetările experimentale au arătat că rezistenţa la uzură este mult mai bună la

cămăşile durificate cu fascicul laser faţă de cele nitrurate adâncimi de 0,1...0,3mm şi

tratamente termice cu laser.

Fig. 13.9 Variația adâncimii penetrării în funcție de viteza de deplasare şi de puterea radiației

180

Cercetările experimentale au arătat că rezistenţa la uzură este mult mai bună la

cămăşile durificate cu fascicul laser faţă de cele nitrurate. Aceasta deoarece straturile nitrurate

sunt foarte dure dar prea subţiri, astfel încât ele se uzează rapid în zona punctului mort

superior.

Dacă segmenţii de compresie se durifică cu fascicul laser, atunci uzura acestora se

reduce cu 30–60% faţă de cei prelucraţi cu tehnologii convenţionale.

Cu acest procedeu, GM tratează termic, pe anumite linii de fabricaţii elemente ale

transmisiei şi direcţiei, precum şi cămăşile de cilindrii din fontă pentru motoarele MAC.

Durificarea cu laser se aplică cu succes şi la călirea superficială a fusurilor arborilor

cotiţi şi arborilor cu came, elementelor aparaturii de injecţie, etc.

13.3.2 Tratamente termice speciale cu fascicul laser

Din categoria tratamentelor speciale fac parte topirea superficială a metalului, alierea

de suprafaţă, călirea prin şoc şi vitrificarea-glazurarea cu laser.

Topirea locală rapidă a stratului superficial (10...300µm) al unui material metalic

urmată de resolidificare cu viteze de răcire ridicate (105...106K/s) produce în piese creşteri

granulare şi modificări ale microstructurii. Ca urmare, se ameliorează caracteristicile

materialului tratat.

Acest procedeu de tratament termic este materializat prin 4 variante:

- Încălzirea cu fascicul laser a stratului superficial deasupra punctului de topirea al

materialului, urmat de revenire.

- Alierea superficială prin topirea unei pelicule subţiri (2...15µm) dintr-un material

cu proprietăţi superioare celui din care este realizat reperul respectiv.

- Acoperirea de protecţie cu o peliculă, cu grosimea de 20...50µm dintr-un material

rezistent la acţiunea agenţilor corozivi sau abrazivi.

- Dispersia unei particule inerte într-un substrat material topit.

Dintre procedeele de topire locală a stratului superficial, alierea superficială cu laser

prezintă cel mai mare interes. Ea permite formarea la suprafaţa pieselor din oţeluri slab aliate

ale unor aliaje metalice cu structură omogenă.

Astfel, prin topirea cu radiaţii emise continuu de un laser CO2 (λ = 10,6µm) în

condiţiile unei densităţi de putere de 100MW/cm2 şi viteze de baleiaj de 500 ... 1000 m/s, a

unui strat de crom cu grosimea de 5...16µm aplicat electrolitic pe suprafaţa unei piese din

oţel-carbon, s-a format un amestec omogen oţel-carbon-crom până la adâncimea de 320µm.

181

Formarea amestecului omogen în stratul superficial se datorează faptului că

temperatura scade, iar tensiunea de suprafaţă creşte de la punctul de impact al razei laser spre

marginile picăturii de metal topit. Ca urmare, are loc o deplasarea a metalului lichid spre

margine, determinând o cavitate in picătură. Diferenţa de presiune statică rezultată din aceasta

curbare produce o reîntoarcere, sub forma de curent de adâncime, în picătura metalica, de la

periferie spre centru (Fig. 13.10). Aceste fenomene explica şi aspectul caracteristic cu

neregularităţi uşor ondulate ale suprafeţei solidificate, ce apare la materialele aliate superficial

cu laser.

Pentru a obţine o structura cvasiuniforma a stratului tratat este necesar ca zonele

iradiate să se suprapun intre ele pe o treime din lăţimea cordonului.

Fig. 13.10 Mecanismul formării zonelor ondulate după resolidificarea metalului topit cu laser:

a-Picătura de metal topit este imobilă

b-Picătura de metal topit se deplasează

c-Formarea ondulaţiilor la suprafaţa metalului

resolidificat;

d, e-Contracţia metalului topit şi formarea

ondulaţiilor după solidificare.

Prin călirea superficială prin şoc a

unor piese din oţel (puterea radiaţilor 200...780MW/cm2 şi durate ale impulsurilor de 100µs)

duritatea stratului tratat creşte de peste 3 ori faţă de a celui de baza.

13.3.3 Vitrificarea – glazurarea cu laser

Se obţine prin încălzirea locala a suprafeţelor metalice cu

fascicule cu densităţi ale puterii de 10...40MV/cm2 şi durate ale

impulsului de 0,1...5µs. După răcirea rapidă a metalului topit,

structura cristalină a stratului superficial se transformă în amorfă-

sticloasă cu duritate foarte mare.

13.3.4 Sudarea cu laser

Sudarea prin topire este un procedeu prin care laserul şi-a

găsit aplicaţii multiple. Posibilitatea concentrării fasciculului laser

pe suprafeţele dure asigură realizarea unor densităţi de putere de

peste 1000 de ori mai mari decât la procedeele convenţionale (Fig.

13.11).

Fig. 13.11 Densitatea de putere la sudarea cu

diferite procese

182

Datorită progreselor tehnologice înregistrate in tehnica laserelor mai mult de 100 de

echipamente sunt folosite la tratamente termice, sudări, găuriri, debitări si control în uzinele

de producţie ale GM (pe plan mondial se precizează că vânzările de lasere industriale vor

ajunge la 3000 în 1990 şi 8000 în 1984; în Franţa, la sfârşitul anului 1985 se aflau 78 de lasere

industriale, din care 58 cu CO2 şi 20 cu YAG). Alţi beneficiari ai acestei tehnici de vârf sunt:

Ford, Fiat, Renault, Mercedes-Benz, Volkswagen. Pentru realizarea

asamblărilor sudate, durata de acţiune a radiaţiei laser se alege astfel încât penetrarea frontului

de topire în material să se producă înaintea evaporării stratului superficial al acestuia. Prin

acest procedeu se pot asambla piese din materiale cu puncte de fuziune diferite (oţel-aluminiu,

oţel-cupru, oţel-bronz, aluminiu-aluminiu), cu viteze de sudare foarte mari (120...140m/min)

şi penetrare profundă (raportul adâncime/lăţime cordon = 10...15/1), obţinându-se îmbinări cu

rezistenţe mecanice superioare celor executate prin metode clasice. Deoarece durata de

execuţie a sudurii este foarte mică, zona de influenţă termică este minimă. Sudarea cu laser

poate profita de avantajele ordinatoarelor care permit efectuarea unui control automat ai

tuturor parametrilor de lucru la intervale <20ms, înregistrarea lor şi semnalarea abaterilor faţă

de situaţia normală, precum şi verificarea vitezei de deplasare a piesei şi sculei (Fig. 13.12).

Fig. 13.12 Sistem de sudare laser cu comandă electronică: 1. Circuit de apă cu răcire; 2. Laser; 3. Fascicul

laser; 4. Robot; 5. Rezervod CO2; 6. Butelie de gaz cu protecție a cordonului de sudură; 7. Piesa de prelucrat; 8. Instalație electronică de comandă; 9. Instalație de alimentare cu energie electrică; 10.

Instalație de condiționare a aerului

Posibilitatea de deplasare cu viteza luminii a fasciculului laser de la un punct la altul,

situate la distanţe apreciabile, conferă acestui procedeu de sudare, o mare flexibilitate în

producerea de serie.

183

La sudarea pieselor metalice, acestea se pot afla cap la cap sau pot fi suprapuse (Fig.

13.13).

Fig. 13.13 Posibilităţi de realizarea a îmbinărilor cu fascicul laser. a-cap la cap, b-două margini suprapuse, c-sudare prin suprapunere, d-sudare in T, e-sudare fire pe placă, f,g-sudare in colţ, h-îmbinare in

T cu fantă, i-sudare tip flanşă

Fig. 13.14 Toleranţele de poziţionare şi direcţia forţelor de apăsare la sudarea cu fascicul laser.

Fig. 13.15 Domeniul optim de reglare al densităţii de putere şi duratei impulsului în funcţie de adâncimea de

topire al materialului.

Fig. 13.16 Procesul tipic de găurire la metale: 1-Plasmă, 2-Front de vaporizare, 3-Front de încălzire, 4-

Material, 5-Front de topire.

Pentru a executa îmbinări sudate de calitate este necesar ca piesele să fie curăţate în

prealabil de oxizi şi impurităţi, să fie poziţionate corespunzător una faţă de alta (Fig. 13.14) şi

sa fie presate în zona de legătură.

Procedeul asigură îmbinarea pieselor cu grosimea de 0,05...1,5mm. În condiţii speciale

se pot realiza suduri cu penetrare profundă până la adâncimi de 15...18mm.

184

Parametrii de lucru (densitatea de putere, durata de acţionare şi modul de acţionare) se

aleg în funcţie de adâncimea pe care trebuie să se producă topirea (Fig. 13.15).

Sudarea cu fascicul laser se aplică la realizarea, din două sau trei bucăţi a arborilor din

cutiile de viteze (Ford), la îmbinarea nedemontabilă a elementelor caroseriei, etc.

Sudarea maselor plastice se execută în mod curent cu fascicul laser. Lungimea de undă

recomandată este de 10,6µm, deoarece radiaţia este mai puternic absorbită decât cea a

laserelor în vizibil.

13.3.5 Prelucrarea aliajelor cu fascicul laser

Prelucrarea aliajelor cu fascicul laser îşi dezvăluie performanţele atunci când trebuiesc

practicate găuri cu diametre mici (0,015...1,5mm) şi lungimi reduse (12...14mm) în materiale

foarte dure sau fragile (materiale ceramice).

La găurirea cu fascicul laser nu există contact fizic cu piesa de prelucrat, iar tensiunile

interne şi deformaţiile sunt eliminate. De asemenea, se pot executa prelucrări de mare precizie

ale aliajelor pieselor din orice material, în condiţiile reducerii zonei de influenţă termica, pe

instalaţii complet automatizate.

Procesul de găurire debutează cu o fază cvasistatică de încălzirea a materialului care

trece, intr-un interval scurt de timp (10ns) într-o alta faza dinamică, de topire, vaporizare si

expulzare a produselor gazoase, solide si lichide rezultate. Produsele antrenate, acţionând

asupra materialului piesei, în sensul opus radiaţiilor laser, măresc dimensiunile cavităţii în

formare (Fig. 13.16).

Densitatea de putere la aceste prelucrări este de 4...50MV/cm2, iar durata impulsurilor

de 9...50ms.

În funcţie de forma impulsurilor şi modul de focalizarea a radiaţiilor pot rezulta găuri

cu diverse forme (cilindrice, conice, semisferice, etc.).

Cu toate că domeniile de aplicare ale acestei tehnici în construcţia de autovehicule sunt

restrânse (Rolls-Royce foloseşte tehnica găuririi prin trepanare la prelucrarea rotoarelor

turbinelor), totuşi se anticipă ca ea va fi folosită la prelucrarea componentelor instalaţiilor de

alimentare a MAC precum şi a altor instalaţii care au în componenţa elemente de precizie

ridicată.

Să ne reamintim!

� Laserele de mare putere şi-au găsit largi aplicaţii in domeniile tratamentelor termice,

alierilor de suprafaţă, sudurii, debitării si găuririi

185

� Din categoria tratamentelor speciale fac parte topirea superficială a metalului, alierea

de suprafaţă, călirea prin şoc şi vitrificarea-glazurarea cu laser.

� Sudarea prin topire este un procedeu prin care laserul şi-a găsit aplicaţii multiple.

Posibilitatea concentrării fasciculului laser pe suprafeţele dure asigură realizarea unor

densităţi de putere de peste 1000 de ori mai mari decât la procedeele convenţionale

� La găurirea cu fascicul laser nu există contact fizic cu piesa de prelucrat, iar tensiunile

interne şi deformaţiile sunt eliminate. De asemenea, se pot executa prelucrări de mare

precizie ale aliajelor pieselor din orice material, în condiţiile reducerii zonei de

influenţă termica, pe instalaţii complet automatizate

13.4 Autoevaluare

1. Generatoare cu mediu activ solid.

2. Tratamente speciale cu laser

3. Sudarea cu laser.

4. Prelucrarea aliajelor cu fascicul laser.

186


14 Uzinajul cu jet de apă

14 Uzinajul cu jet de apă .................................................................................................. 186

14.1 Principii. Istoric ........................................................................................................ 187

14.2 Configuraţia instalaţiei ............................................................................................. 189

14.2.1 Generatorul de înaltă presiune .......................................................................... 189

14.2.2 Duza .................................................................................................................. 189

14.2.3 Fluidul ............................................................................................................... 190

14.2.4 Reglaje şi funcţionare ....................................................................................... 193

14.3 Parametri de lucru .................................................................................................... 194

14.3.1 Rugozitatea suprafeţei ...................................................................................... 195

14.3.2 Conicitatea ........................................................................................................ 195

14.4 Caracteristicile jetului de apă şi structura acestuia .................................................. 196

14.4.1 Polimeri ............................................................................................................ 197

14.4.2 Abrazivi ............................................................................................................ 198

14.5 Autoevaluare ............................................................................................................ 200

Obiective:


� Definieascü principiul de uzinaj cu apă

� Identifice principalele metode de prelucrare cu jet de apă

� Identifice şi sü explice principalele componente a unei maşini de decupat cu apă


187

14.1 Principii. Istoric

Brevetul uzinajului cu apă există din anul 1970. El aparţine societăţilor americane

FLOW SYSTEMS şi INGERSOLL RAND. După aceea au apărut şi alţi furnizori de pompe

bipolare şi constructori de instalaţii complete.

Principial, procedeul constă în faptul că se poate realiza o decupare la rece a

materialului, fără a-l deteriora şi deforma termic.

Procedeul a evoluat mult după apariţia sa. Astfel în anii 1980 firmele americane, care

au pus bazele procedeului, au propus un jet de apă cu particule abrazive:

- Ingersoll (maşină hidroabrazivă);

- Flow Systems (maşină pentru particule abrazive „Stream Erosion”).

- 1986 – BHRG (British’ Hydraulics Research), pune la punct un dispozitiv ce

permite injecţia, la o presiune de 70MPa a unui amestec de apă şi abraziv, ce

permite decuparea cu randament ridicat.

- 1987 – JET EDGE (USA) – perfecţionează pompele de putere foarte mare

utilizate pentru operaţii de decupare şi decapare, precum şi articulaţii turnate de

mare viteză de rotaţie;

- 1990 – Principalele companii aeriene americane încep să se doteze cu sisteme

cu jet de apă de înalta presiune pentru efectuarea decapajului motorului de

avion, înlocuind băile chimice foarte poluante;

- 1993 – Prima aplicaţie de uzinare cu jet de apă abraziv la separarea elementelor

din centralele nucleare.

În anul 1991, existau 3000 de instalaţii în funcţiune, din care 145 in Franţa pentru

decuparea diverselor materiale (lemn, carton, textile, metale, plastice, ceramice, piele, etc.).

Această tehnică utilizează acţiunea mecanică a unui jet fin de lichid aflat la presiune

înaltă (200-500MPa) şi cu viteză mare (~1000m/s). Materialul este decupat prin depăşirea

limitei de elasticitate.

În prezent procedeul permite, deja, decuparea şi presarea în condiţii industriale.

Unele laboratoare desfăşoară cercetări pentru utilizarea jetului de apă la frezare şi

strunjire. În particular, Flow Research (SUA) a reuşit strunjirea unei bare de la Ø25,4mm la

Ø6,4mm, cu ajutorul unui jet cu viteza de 600m/s şi avansul de 10mm/min. Jetul a fost

orientat tangenţial la generatoarea barei. Suprafaţa rezultată este destul de rugoasă şi nu poate

fi considerată ca una de finiţie.

188

Fig. 14.1 Mașina de decupat cu apă

Maşina de decupat cu jet de apă se compune din (Fig. 14.1):

- Un multiplicator hidraulic de presiune a apei (apa este eventual tratată şi filtrată);

- O conductă de distribuţie la foarte înaltă presiune;

- Un rezervor cu material abraziv (grenat, corindon);

- Unul sau mai multe capete de lucru, cu câte o duză din safir (diametrul orificiului

0,08...0,5mm);

- O instalaţie de alimentare cu polimeri;

- Un dispozitiv de recuperare şi tratare a apei după decupare.

Spaţiul unde este plasată maşina este dotat cu:

- Un sistem de aspiraţie a vaporilor de apă;

- Echipamentul electric necesar;

- O incintă pentru diminuarea zgomotului;

- Instalaţie standard de alimentare cu apă de la reţea.

Una din caracteristicile decupării cu jet de apă este capacitatea sa de a distribui mai

multe jeturi cu aceeaşi sursă de energie şi de a efectua tăieri simultane în materiale diferite, pe

mai multe posturi de lucru.

Traiectoria decupării este asigurată prin deplasarea relativă a utilajului şi a piesei. Mai

multe variante sunt posibile:

- Jetul este fix si piesa se deplasează;

- Jeturile sunt mobile după o axă şi piesa se deplasează după axa perpendiculară;

- Jetul se deplasează în spaţiu utilizând un robot pentru realizarea decupărilor in 3D.

189

14.2 Configuraţia instalaţiei

14.2.1 Generatorul de înaltă presiune

Presiunea este generată printr-un sistem de 2 etaje:

- etajul de medie presiune cu ulei hidraulic; uleiul este la o presiune de 10...20MPa

şi acţionează pe suprafaţa frontală a unui piston cu secţiunea transversală foarte

mare (puterea 30...75kW);

- etajul de înaltă presiune cu un amplificator cu dublu efect, care generează

presiunea dorită. Un raport al suprafeţelor de 40 cu o presiune a uleiului de 10MPa

generează o presiune a apei de 400MPa. În principiu, acest etaj este foarte simplu

dar tehnologia de realizare este foarte complexă din cauza etanşărilor ce trebuie

realizate.

Se poate reţine faptul că apa se comprimă cu 15...18% la 400MPa.

Apa este vehiculată prin intermediul unui furtun flexibil (oţel) sau elemente tubulare

rigide cu articulaţii având încheieturi circulare. Încheieturile de înaltă presiune au o durată

medie de viaţă de 1000 ore în medie.

Zgomotul produs de instalaţie este de ordinul a 90dB, pentru apă pură si de 120dB

pentru apă cu încărcătură de abraziv.

14.2.2 Duza

Duza este elementul care focalizează jetul pe piesa de decupat.

Avansul materialului ce trebuie decupat poate să se realizeze în mai multe variante:

- duza este fixă, iar piesa se deplasează;

- duza se deplasează după axa „x”, iar piesa se deplasează după axa „y”;

- duza se deplasează după axele x şi y (x-y – clasic);

- duza se deplasează după axele x-y-z cu orientare pentru a realiza un contur 3D.

Electronica pilotajului este de tip CNC, foarte rapidă, cu posibilităţi de cuplare cu

sisteme CAD-CAM clasic.

Ţinând seama de fineţea jetului (0,1...0,3mm), debitul de lichid este relativ scăzut

(câţiva litri pe minut. Exemplu: 2 l/min la 250MPa pentru o duză cu diametrul de 0,3mm).

Debitul redus întreţine pierderile mici de încărcătură din circuit. Datorită acestora şi dilatării

materialelor canalizaţiilor de aducere a apei la duză conductele nu pot fi prea lungi. Deci, dacă

tablele ce trebuie decupate sunt de dimensiuni mari, trebuie să se separe grupul hidraulic şi

posturile de decupare în mai multe locuri. La fel, grupa de alimentare.

190

De regulă sunt necesare mai multe duze. De exemplu un debit de 4,5l/min poate

alimenta 2 duze cu Ø0,25 mm sau 8 duze cu Ø0,12 mm (Tabelul 14.1).

Diametrul duzei

[mm]

Debit apă la 300 MPa

[l/min]

Putere jet la 300 Mpa

[kW]

0,10 0,26 1,9

0,13 0,41 3,0

0,15 0,59 4,3

0,18 0,81 5,9

0,20 1,06 7,7

0,23 1,34 9,7

0,25 1,65 12,0

0,28 2,00 14,5

0,30 2,38 17,3

0,33 2,79 20,3

0,36 3,23 23,3

Tabelul 14.1: Corelaţii între diametrul duzei, debit şi putere

Fig. 14.2 Duza

În cazul utilizării abrazivilor, care sunt direct introduşi la nivelul duzei, aceasta posedă

o cameră de amestecare (funcţionează prin depresiune) şi un canon (piesă profilată) de

localizare a jetului încărcăturii.

Această piesă (Fig. 14.2) este intens supusă la uzură şi de aceea este periodic

schimbată.

14.2.3 Fluidul

Fluidul de lucru este apa. Uneori se pot utiliza şi alte lichide (ex. uleiuri). Apa este

filtrată deoarece particulele de mari dimensiuni riscă să obtureze diferite circuite. În unele

191

cazuri, poate fi necesară tratarea apei de la reţea deoarece ea nu este dedurizată. Ea nu trebuie

să fie nici prea curată întrucât o apa extrem de pură poate avea un efect coroziv asupra

materialelor.

Sunt utilizate trei metode de filtrare:

- microfiltrarea (10µm, 1µm la 0,1µm);

- dedurizarea;

- osmoza inversă.

Se recomandă a fi utilizată apă care nu conţine mai mult de 25ppm calciu, fier sau

reziduuri minerale.

Astfel aceasta poate avea următoarea compoziţie:

- filtrare: 1µm

- concentraţie în solide ≤ 500mg/l;

- duritatea in carbonat de calciu ≤ 25mg/l;

- concentraţia în fier ≤ 0,2mg/l;

- concentraţia în magneziu ≤ 0,1mg/l;

- concentraţia în clor ≤ 100mg/l;

- clor liber ≤1,0mg/l;

- turbiditate maximă – 5NTU;

- 6,5 ≤ pH ≤ 7,5.

În unele cazuri ce încorporează:

- Dopanţi, uleiuri sau polimeri cu fibre lungi, pentru ameliorarea concentraţiei

jetului, fapt ce produce divergenţa jetului la distanţe mai mari. Aceştia reduc

uzura duzei şi articulaţiile circulare.

- Agenţi specifici (ex. acidul citric) pentru sterilizare, în cazul echipamentelor

alimentare

În funcţie de fluidul utilizat (apă pură sau cu încărcături), parametrii tipici sunt (Fig.

14.3):

Fig. 14.3

192

- Decuparea cu apă pură sau încărcături din polimeri:

- presiunea 250...400MPa;

- viteza lichidului la ieşire din duză: 900m/s;

- distanţa duză – piesă 5...10mm (până la 80mm pentru materialele fibroase).

- Decupare cu abraziv:

- presiunea 200..300MPa;

- diametrul duzei: 0,2...0,5mm;

- abraziv de tip granat sau oliviu (minerale) – granulometrie 0,1...0,5mm;

- debit: 300g/min

Când se utilizează abrazivi (Tabelul 14.2), durata de viaţă a duzei este de 80...150 ore.

Cercetările sunt făcute cu duze din carbonitrură de bor pentru creşterea durităţii (ele sunt

adesea din safir).

Abraziv Compoziţia Densitate [Kg/ m3] Duritatea

Grenat

Trisilicat de aluminiu,

magneziu, calcit, oxid

de fier, mangan sau

oxid de crom

3,4...4,3

7,5 Mohs

1350 Knoop

Oxid de aluminiu

99,5...99,9% alumină

pură cu siliciu şi

diverse impurităţi

minerale

3,95...4,00

8...9 Mohs

2100 Knoop

Carbură de siliciu Carbură de siliciu 3,2 9 Mohs

2500 Knoop

Particule de oţel

Fier cu 0,85% carbon,

0,4% silicon, 0,6%

mangan

8,7

400...800 Knoop

2isip de siliciu Dioxid de siliciu 2,2...2,65 700 Knoop

Tabelul 14.2: Caracteristicile abrazivilor utilizaţi la decuparea cu jet de apă

Dacă apa are încărcături de abraziv, decuparea provine din impactul, cu viteze mari, al

particulelor dure cu suprafaţa piesei. Apa, în acest caz, nu serveşte decât pentru vehicularea

abrazivului.

193

Un jet de apă pură care iese din duză, este compus din mai multe zone:

- cea de lucru, unde jetul este perfect continuu;

- altele periferice, unde jetul începe să se fragmenteze în mai multe, cu un capăt de o

anumită lungime, când aceasta devine un ansamblu de picături.

Mediul din zona maşinii este foarte umed, de aceea piesele nu trebuie stocate lângă

aceasta. În caz contrar există riscul corodării celor metalice sau al absorbţiei de apă în cazul

polimerilor.

Recuperarea apei se face sub piesele care sunt aşezate pe un pat de bile de oţel sau pe

o tablă cu structură alveolară. Apa este reciclată după decantare şi tratament.

14.2.4 Reglaje şi funcţionare

Parametrii de reglaj sunt:

1. Pentru apă pură:

- Diametrul duzei;

- Presiunea de lucru;

- Distanţă duză-piesă;

- Viteza de avans;

2. Pentru apa cu polimeri se adaugă:

- Natura polimerului;

- Proporţia polimerului;

3. Pentru apa amestecată cu abraziv, se adaugă:

- Natura abrazivului;

- Granulometria;

- Debitul de abrazivi;

- Diametrul tubului de focalizare a abrazivilor din jet.

Funcţionarea economică este asigurată de o duză cu diametrul mic şi o presiune mai

mare. Puterea jetului în zona de impact este mare si smulgerea materialului este brutală. Deci,

daca o duză fină şi o presiune foarte mare dau un impact precis localizat, atunci utilizarea unei

duze cu diametru mare şi o presiune mai mică, asigură în multe cazuri o prelucrare mai

netedă. Referitor la încorporarea abrazivilor, se poate gândi că dacă procentul de abraziv este

mare, atunci tăierea este mai profundă. Există însă o valoare de la care eficienţa începe să se

diminueze deoarece apa transferă o parte din energia sa abrazivului. Ori daca această energie

este destul de mare, jetul pierde din puterea sa si devine prea slab (Error! Reference source

not found.).

194

Fig. 14.4

Fenomenele de tăiere sunt studiate foarte precis. Ele sunt aşa de rapide încât tăiere

rezultă din succesiunea avansului jetului în grosimea materialului. Înainte de decupare pe

toată grosimea, jetul penetrează în material, iar particulele de apă sunt respinse treptat şi

erodează marginile tăiate care devin uneori în formă de striuri lejer curbate.

Alte analize oferă explicaţii referitoare la modul în care se restrânge lăţimea tăieturii

între feţele atacate şi felul în care iese jetul în zona din spate. În zona decupată rezultă o

conicitate, mai importantă, atunci când grosimea este mai redusă. Ea poate fi de 6...8º pentru

1mm de grosime şi mai mică de 1º pentru materiale cu grosimea de 15mm.

Distanţa de atac influenţează profunzimea tăieturii: distanţele obişnuite sunt de

5...20mm. O valoare prea îndepărtată de cea optimă implică o diminuare a calităţii şi creşterea

lărgimii decupării. Calitatea tăieturii se îmbunătăţeşte cu presiunea jetului şi diametrul duzei.

Ea se diminuează dacă se măresc viteza de avans, grosimea sau duritatea materialului.

Pe de altă parte, profunzimea tăieturii este direct proporţională cu presiunea oferită

lichidului de pompă. Ea creşte în general, cu diametrul jetului şi dacă se majorează viteza de

avans. Precizia de uzinare este dată de mecanismele purtătoare ale jetului. Astfel, o maşină

clasică, cu decupare plană (x-y) oferă o precizie de ordinul 0,1mm. Există maşini cu 6 axe,

care decupează un contur al unei piese in 3D, care asigură precizii de 0,5mm.

Toleranţa decupării este 0,1...0,2mm pe seria de piese identice cu aceeaşi parametri de

reglaj.

14.3 Parametri de lucru

Valorile parametrilor de lucru depind de materialul ce trebuie decupat, presiunea

fluidului şi diametrul duzei (Error! Reference source not found.).

195

Fig. 14.5

14.3.1 Rugozitatea suprafeţei

Fig. 14.6

Rugozitatea depinde de profunzimea decupării. Această variaţie se explică prin

reducerea diametrului jetului în funcţie de penetraţia sa şi prin diminuare eficacităţii

impactului abraziv datorat săriturilor şi deviaţiei jetului (Error! Reference source not

found.).

14.3.2 Conicitatea

Extragerea se produce la fel, perpendicular pe două direcţii ale decupării şi progresiv

pe toată profunzimea canalului deoarece jetul este cilindric.

Fig. 14.7

Dacă viteza de tăiere este mare, atunci în material se obţine forma de „V”.

Pentru viteze de tăiere mici, tăietura are forma „A”.

196

Fig. 14.8

Tăietura se lărgeşte odată cu uzura duzei. Lărgimea tăieturii poate creşte cu majorarea

penetrării pentru cupluri de materiale nemetalice sau relativ ductile.

14.4 Caracteristicile jetului de apă şi structura acestuia

Rolul duzei este de a transforma energia potenţială a presiunii apei în energie cinetică.

Puterea absorbită: P~ = ��V�� [kW]

Viteza jetului: � = �V, [m/s]

Debitul apei: Q=60- 2� � [dm3/min]

unde: P- presiunea [105N/m2];

η - randamentul mecanic (0,7 pentru o duză cu diametrul de 0,25mm);

C- coeficientul orificiului (~0,72);

S- secţiunea jetului [cm2]

Valorile caracteristice calculate pentru un jet ce este creat de o duza cu diametrul de

0,25mm sunt următoarele:

P [bar] 2500 3000 3500

Puterea [kW] 9,1 12 15,1

Debitul [dm3/mm] 1,5 1,64 1,77

Viteza [m/s] 509 557 601

Un jet de apă poate fi descompus în trei zone distincte:

- regiunea iniţială;

- regiunea principală;

- regiunea finală.

În ceea ce priveşte natura scurgerii, jetul cuprinde:

- o zonă de curgere continuă, care corespunde regiunii iniţiale la o parte a regiunii

principale;

- o zona în care curgerea începe să se fragmenteze şi care corespunde restului din

regiunea principală;

197

- o zonă în care jetul nu este ca un turbion.

Regiunea iniţială în care curgerea este continuă se compune din:

Fig. 14.9

- o parte centrală potenţială, corespunde zonei active a jetului în care acesta este

coerent;

- o regiune de tranziţie.

Jetul este înconjurat de straturi de picături create prin turbionarea aerului de la

suprafaţa acestuia.

În privinţa distribuţiei vitezelor de curgere ale jetului aceasta este constantă pe toată

secţiunea de ieşire a duzei. Treptat, pe măsura îndepărtării de duză, viteza se diminuează

radial, rămânând constantă în axa de propagare a jetului până la debutul regiunii principale.

Deci, viteza se diminuează axial şi radial. De asemenea, regiunea principală este caracterizată

printr-o diagramă de distribuţie a vitezelor, care prin formă, se apropie de o curbă gaussiană.

14.4.1 Polimeri

După filtrare, apa este adiţionată cu polimeri plastici sub formă de polimeri lungi în

proporţie de 0,2...0,4%.

O pompă primară debitează fluidul la presiunea de 14x105N/m2 la intrarea în pompa

principală.

Creşterea tensiunii superficiale a lichidului obţinută prin adaosul polimerilor asigură

un număr de avantaje:

- mărirea lungimii jetului înainte de divergenţă;

- majorarea duratei de viaţă a duzei (1,5...2 ori);

- lubrifierea articulaţiilor turnate ale instalaţiei;

- diminuarea umidităţii reziduale din piesele decupate.

198

14.4.2 Abrazivi

Un jet de apă cu încărcătură de abrazivi este capabil de a decupa metale (oţel, titan,

aluminiu, etc.) şi materiale foarte dure (ceramică, sticlă, kevlar, etc.)

Sistemul de decupare cu abraziv, cuprinde:

- un injector de abraziv;

- un dozator de abraziv.

Injectorul se montează în extremitatea tubului port duză. El cuprinde:

- o cameră de amestecare, cu efect Venturi;

- un canar din carbură de wolfram, menţine cu un cleşte cu trei braţe un dispozitiv

de centrare a jetului.

Apa pulverizată expulzată la traversarea orificiului de safir formează un jet coerent cu

viteză foarte mare.

Jetul de apă şi abrazivul sunt introduse intr-un tub de amestecare din wolfram şi

accelerate.

Transferul mişcării cantitative între jetul de apă şi particulele de abraziv este un

fenomen complex. Unul dintre mecanismele acestui fenomen asigură prin picăturile jetului de

apă coerent iniţial, accelerarea particulelor solide. Un al doilea mecanism corespunde forţelor

hidrodinamice impuse de apă particulelor.

În urma acţiunii jetului cu abraziv asupra piesei se produce decuparea. Acesta este

rezultatul eroziunii, tăierii şi microuzinajului în funcţie de materialul decupat.

Caracteristicile abrazivilor

Particulele abrazive pot fi caracterizate prin:

- duritate;

- dimensiuni (granulometrie);

- materialul din care provin (compoziţie);

- formă.

Materialul particulelor determină proprietăţile mecanice şi formele lor.

Duritatea unui corp este caracterizată prin proprietatea sa de a-l zgâria pe altul. Dintre

toate durităţile, în particular, se fac referiri la scara MOHS, care are zece clase de duritate

(1...10). Cifra 1este atribuită talcului iar 10 diamantului.

Granulometria

În Tabelul 14.3 se dau dimensiunile din standardele americane, ale sitelor pentru

ciuruirea abrazivului din acelaşi material.

199

�umărul

Sitei

Mărimea ochiului

[µm]

Grăunţi trecuţi

[%]

Grăunţi reţinuţi

[%]

16 1191 100,0 0,0

20 841 100,0 0,0

30 594 100,0 0,0

40 419 98,9 1,1

50 297 59,5 39,4

60 249 23,0 36,5

80 178 5,9 17,1

100 150 3,3 2,6

140 104 1,1 2,2

170 89 0,5 0,6

200 74 0,3 0,2

Tabelul 14.3

Tipuri şi caracteristici

Proprietăţile utile şi compoziţia chimică a abrazivilor sunt date în Tabelul 14.2.

Forme

În funcţie de originea abrazivilor particulele au forme de grăunţi sau sunt relativ

rotunde. Materialele de origine fluvială care sunt grăunţi relativ rotunzi sunt puţin eficace

pentru decuparea materialelor cu alungiri importante (aluminiu sau cupru). Pentru materialele

metalice abrazivii cu grăunţi unghiulari sunt recomandaţi.

Să ne reamintim!

� procedeul de uzinaj cu apă constă în faptul că se poate realiza o decupare la rece a

materialului, fără a-l deteriora şi deforma termic.

� Această tehnică utilizează acţiunea mecanică a unui jet fin de lichid aflat la presiune

înaltă (200-500MPa) şi cu viteză mare (~1000m/s). Materialul este decupat prin depăşirea

limitei de elasticitate

� se poate realiza şi operaţia de strunjire, dar rugozitatea obţinută nu poate fi considerată ca

una de finiţie

200

� Maşina de decupat cu jet de apă se compune din: multiplicator hidraulic de presiune a

apei, o conductă de distribuţie la înaltă presiune, un rezervor cu material abraziv, unul sau

mai multe capete de lucru, o instalaţie de alimentare cu polimeri, un dispozitiv de

recuperare şi tratare a apei după decupare.

� Presiunea este generată printr-un sistem de 2 etaje: etajul de medie presiune (10...20Mpa)

şi etajul de înaltă presiune (400 Mpa).

� Duza este elementul care focalizează jetul pe piesa de decupat.

� Duza este intens supusă la uzură şi de aceea este periodic schimbată

� Fluidul de lucru este apa. Uneori se pot utiliza şi alte lichide (ex. uleiuri).

� Principalii parametri de reglaj sunt:diametrul duzei, presiunea de lucru, distanţă duză-

piesă, viteza de avans;

� Rugozitatea suprafeţei depinde de profunzimea decupării;

� Procedeul de decupare cu jet de apă facilitează execuţia unor prelucrări de fineţe în

materiale sintetice, ceramice, plastice sau composite.

14.5 Autoevaluare

1. Care este avantajul uzinajului cu apă:

a) temperatura mare a materialului

b) temperatura mică a materialului

c) consum mare de lichid

2. Enumerați variantele de decupare cu jet de apă.

3. Descrieți procesul de generare al presiunii fluidului în generator.

4. Care sunt caracteristicile abrazivilor?

201

15 Răspunsuri

Răspunsuri unitatea de învățare 1

1. Tendinţa actuală este aceea de a înlocui fonta cu aluminiul şi aliajele sale, masele plastice şi

materialele compozite.

2. Avantajele aceste tehnologii, în comparaţie cu turnarea, sunt foarte mari. Astfel, daca

pentru 1000 piese uzinate se consuma la turnare până la 3000 tone metal, pentru cele

sinterizate, se foloseşte de două ori mai puţină materie primă, iar suprafeţele productive se

reduc cu 30%

3. Prin conceperea motoarelor cu ajutorul calculatorului, în scopul optimizării proceselor de

formare a amestecului şi arderii, electronizarea sistemelor de alimentare şi aprindere,

echiparea cu microprocesoare a grupurilor motopropulsoare, introducerea de materiale

moderne in construcţia elementelor de bază al mecanismului motor, şi aplicarea tehnologiilor

neconvenţionale la fabricarea şi montajul acestora se vor putea asigura performanţe maxime

de putere, cuplu şi economicitate, în condiţiile reducerii la minimum a poluării chimice şi

sonore.

4. El se compune din două sau mai multe celule flexibile de fabricaţie (CFF) legate printr-un

sistem automat de transport (vehicule automate ghidate electromagnetic sau optic, macarale

comandate de calculator etc.), care deplasează palete, piese şi scule de la o maşină la alta, sau

şi de la depozitele de piese şi scule


1.Metodele noi de recondiţionare, ca metalizarea şi sudarea cu jet de plasmă, refularea

electromecanică, sudarea cu fascicul de electroni şi prin frecare, acoperirile galvanice şi cu

materiale termoplastice de mare rezistenţă, permit majorarea duratei de folosire a pinioanelor

şi arborilor din cutiile de viteze, arborilor cotiţi, arborilor cu came, culbutorilor, supapelor,

elementelor sistemelor hidraulice, de alimentare, răcire şi ungere ş.a.


1. Turnarea sub presiune permite realizarea de piese cu consumuri reduse de material şi

evitarea, în mare măsură, a prelucrărilor mecanice ulterioare. De asemenea, se pot executa

repere armate sau bimetalice.

202

Dezavantajele se datorează limitării metodei la turnarea unor aliaje neferoase cu punct

de topire sub 1300K (aliaje pe bază de Zn, Mg, Al sau Cu), uzurii rapide a matriţei şi costului

relativ ridicat al cochiliei şi a instalaţiei de tehnicitate avansată.

2. Acest procedeu constă în turnarea metalului în forme metalice aflate în mişcare de rotaţie.

Metoda se aplică la turnarea cămăşilor de cilindri (Fig. 2.6), bucşelor din care se uzinează

segmenţii de piston şi a semifabricatelor din bronzuri, pentru cuzineţi mono sau bimetalici.

3. Procedeul presupune turnarea metalului lichid peste un model gazificabil (volatil) din

polistiren, fenopolistiren, polimetilmetacrilat (PMMA) sau stirenacrilonitril, care a fost în

prealabil împachetat cu nisip uscat, fără liant într-o formă.

4. Modelele se pot executa, pentru producţia de serie mică sau unicate, prin decuparea plăcilor

sau blocurilor din polistiren expandat, cu ferăstraie de tip panglică sau cu fir de nichelină

încălzit până la incandescenţă (diametrul firului 0,5...1,5mm) şi asamblarea părţilor

componente cu ajutorul unor adezivi. În cazul producţie de serie mare, modelele se realizează

prin expandarea în matriţă.

5. Formarea în vid se realizează cu material de formare fără liant. Legăturile dintre granulele

de nisip sunt asigurate datorită vidului. Procesul tehnologic la formarea în vid poate fi

structurat astfel:

- montarea modelului pe o placă de construcţie specială, care este racordată la o cameră cu

vid;

- acoperirea modelului cu o folie de material termoplasat, cu grosimea de 0,05…0,1mm şi

încălzirea ei prin trimiterea unui jet de aer cald;

- cuplarea plăcii la instalaţia de vidare prin mularea foliei din plastic pe model;

- aşezarea ramei superioare pe model şi umplerea acesteia cu nisip;

- realizarea pâlniei de turnare, acoperirea părţii superioare a ramei cu o folie din plastic şi

vidarea incintei;

- executarea semiformei interioare prin aceeaşi metodă;

- asamblarea semiformelor şi turnarea materialului lichid şi întreruperea contactului cu

camera de vid se realizează după solidificarea şi răcirea piesei.

203


1. Metoda se aplică la confecţionarea pieselor cave din tablă subţire. Ambutisările moderne se

pot realiza cu poanson din cauciuc (Fig. 4.1 a, b), în cazul pieselor cu adâncime mică ori la

profilarea unor semifabricate plane, sau cu placă activă din elastomeri. La ambutisarea cu

placă activă din elastomeri, rolul plăcii e preluat de o piesă din cauciuc introdusă într-o

carcasă metalică. Procedeul permite realizarea unor presiuni girostatice mari, reducerea

subţierii materialului şi a tensiunilor de întindere, evitarea formării cutelor, îngroşarea flanşei

şi marginilor piesei

2. Extrudarea este o operaţie de deformare plastică a unui material metalic sau nemetalic, prin

presarea puternică a acestuia în orificiul profilat al unei filiere, în vederea obţinerii unei piese

cu pereţi subţiri şi diverse forme în secţiunea transversală. Dimensiunile pe orizontală ale

pieselor extrudate sunt cuprinse între 3 şi 150mm, înălţimea lor poate fi de 2...450mm, iar

grosimea pereţilor de 0,1...20mm. În practica tehnologică extrudarea poate fi directă, inversă,

combinată, radială şi hidrostatică.


1. Prin această metodă se pot realiza, faţă de tehnologia convenţională, economii de materiale,

operatori umani şi timp de execuţie, reducerea numărului de operații, utilaje şi cost al

prelucrării piesei, în condiţiile creşterii productivităţii muncii şi simplificării procesului

tehnologic.

2. La detonarea amestecului exploziv se produce o undă de şoc cu grosimea de 0,02mm.

Aceasta atingând semifabricatul îi cedează o parte din energia ei, şi provoacă deformarea în

10-9s. Unda de presiune, care se dezvoltă ulterior, pornind de la bula gazoasă, are un rol

secundar. Presiunea din frontul undei se poate determina cu următoarea relaţie: p = K �∙��∙� Vd

(5.1), unde: m-masa explozivului; L-distanţa de la sursa detonată la piesa de prelucrat; Vd-

viteza de detonaţie; K, a, b – constante.

3. Explozivul necesar placării se aplică sub formă de folie, praf fin, uniform distribuit, sau

cordon detonant pe suprafaţa exterioară a plăcii acoperitoare. Viteza de detonaţie, densitatea

şi grosimea explozivului sunt determinate astfel încât să se realizeze propulsia sau aplicarea

violentă a unei plăci din metal protector (oţel inoxidabil, cupru, aluminiu, titan) pe un suport

mai puţin costisitor (oţel). Natura şi rezistenţa legăturii depind de condiţiile de operare. În

acest sens, placa de protecţie poate fi înclinată (Fig. 5.6 a) sau paralelă cu suportul (Fig. 5.6

b).

204

4. Deformarea electromagnetică sau magnetoformarea este produsă de energia electrică



câmpul magnetic al bobinei o piesă, din material electroconductor, atunci în acesta se induce

un curent Foucault de sens contrar celui din circuitul inductor. Curentul indus dă naştere, la

rândul său, unui câmp magnetic propriu care se opune câmpului inductor, conform legii lui

Lentz. Forţele electromagnetice, care se exercită între bobină şi piesă, dau naştere unei

presiuni care depăşind limita de curgere a materialului produce deformarea acestuia (fig 5.11).


1. Fazele de lucru ale matriţării de precizie sunt următoarele: debitarea materialului; curăţirea

semifabricatului prin sablare sau strunjire; încălzirea semifabricatului în cuptoare cu

atmosferă de protecţie contra oxidării şi decarburării; matriţarea în locaşul primar;

debavurarea; matriţarea în locaşul final; debavurarea şi îndreptarea (Fig. 6.1)

2. Piesele matriţate din metal lichid (pistoanele motoarelor) au structura mai fină,

compactitatea superioară, precizia ridicată, rezistenţa la rupere, duritatea şi alungirea relativă

mai mari cu 10...30%, faţă de cele turnate în cochilă sau sub presiune. Pe de altă parte,

coeficientul de utilizare a metalului este de 95%.

Dezavantajele procedeului sunt determinate de posibilitatea apariţiei fisurilor în piese,

în etapa deformării plastice, dificultăţile apărute la dozarea metalului lichid şi de aderenţa

acestuia la pereţii matriţei. Calităţile pieselor matriţate din metal lichid sunt influenţate de

presiunea din timpul cristalizării, temperaturile metalului şi matriţei, durata menţinerii

metalului în matriţa şi viteza de presare.

3. Prin tobare se asigură debavurarea, curăţirea şi rotunjirea colţurilor, netezirea şi lustruirea

suprafeţelor.

Instalaţia constă (Fig. 6.9) dintr-o tobă, octogonală în secţiune, în care se introduc

piesele şi materialul de adaos. La rotirea tobei, materialul se ridică la o anumită înălţime şi se

formează stratul de alunecare, care realizează şlefuirea. Este necesar ca turaţia tobei să nu

depăşească acele limite care ar produce separarea componentelor.

Ca materiale de tobare se aleg, în funcţie de gradul de netezire ce se doreşte a se

realiza şi de structurile straturilor superficiale ale pieselor de prelucrat, minereuri, materiale

metalice (oxizi de aluminiu) şi nemetalice. Dimensiunile particulelor sunt determinate de

configuraţia, mărimea şi tipul reperelor ce sunt supuse tobării. Astfel, la unele piese materialul

care şlefuieşte este necesar să vină în contact cu toate suprafeţele acestora, iar la altele

205

trebuiesc evitate anumite zone sau alezaje interioare. De aceea, dimensiunile materialelor de

tobare variază între 0,5 şi 50mm. Pentru a asigura o netezire corespunzătoare este necesar ca

particulele să nu posede colţuri ascuţite şi să îşi păstreze neschimbate proprietăţile fizico-

mecanice în timpul procesului de prelucrare.

4. Prin acest procedeu se poate efectua debavurarea interioară şi exterioară a pieselor de

dimensiuni mici şi medii, indiferent de seria şi variantele de fabricaţie, de mărimea, forma şi

orientarea bavurilor. Debavurarea nu este influenţată de poziţia suprafeţelor şi de toleranţele

acestora, ea putându-se aplica la repere, care prin configuraţia lor, fac imposibilă folosirea

altor procedee. Consumul energetic este mai redus ca la metodele mecanice sau electro-

chimice, iar productivitatea creşte de peste 20 de ori faţă de debavurarea manuală.

5. Procesele de degresare şi curăţire se pot accelera cu ajutorul ultrasunetelor. Curăţirea şi

debavurarea fină cu ultrasunete reprezintă rezultatul cavitaţiei ultrasonore, acţiunii chimice a

lichidului din baie şi undelor de presiune produse de vibraţiile ultrasonice.

Ponderea cea mai mare o are fenomenul de cavitaţie ultrasonoră, care în urma

impulsurilor bulelor, dă naştere la presiuni de până la 1,6MPa, ce determina erodarea

superficială a suprafeţei corpului aflat în lichid (Fig. 6.15).


1. Vezi capitolul 7.1

2. Parametrii regimului de sudare prin frecare sunt:

- viteza relativă dintre componente (0,6…3m/s);

- presiunea de frecare (la sudarea pieselor din acelaşi oţel sau calităţi apropiate, timpul

de frecare poate varia in limite largi – 10…40s, în schimb la sudarea semifabricatelor

din materiale diferite, aceasta are valori strânse – 2…8s);

- timpul de refulare (este apropiat de cel de frecare);

scurtarea axială (se recomandă ca parametru de control al procesului la sudarea pieselor care

nu au capete suficient de curate).

3. Sudarea prin difuzie este un procedeu care asigură îmbinarea ca urmare a interacţiunii

atomice dintre materiale şi difuzia reciprocă de particule prin suprafaţa de separare.

Aproprierea pieselor se face sub acţiunea unei forţe exterioare, care realizează o deformare

plastică microscopică. Pentru accelerarea procesului de difuzie, care are loc în vid sau in

atmosferă de gaz protector, componentele se încălzesc la o temperatură inferioară celei de

topire.

206

4. La acest procedeu încălzirea pieselor se face cu un arc electric care se roteşte, pe

suprafeţele frontale ale pieselor ce se sudează, sub acţiunea unui câmp magnetic exterior.

După ce temperatura materialului din zona de îmbinare a atins o anumită valoare, capetele

încălzite sunt refulate pentru a se obţine sudarea (Fig. 7.6).


1. Presarea pulberilor în matriţe de otel se poate face la rece (unilateral, bilateral sau izostatic)

sau la cald.

La presarea unidirecţională cu simplă acţiune poansonul şi matriţa sunt fixe. Forţa de

comprimare se aplică numai prin intermediul poansonului superior (Fig. 8.9 a). Procedeul

asigură o repartizare neuniformă a densităţii pulberii presate în matriţă, iar compactarea scade

cu creşterea distanţei faţă de poansonul activ.

În cazul presării bilaterale (Fig. 8.9 b) se deplasează ambele poansoane cu viteze egale,

asigurându-se astfel o omogenitate mult mai mare a densităţii şi durităţii.

2. Formarea prin extrudarea pulberilor la cald sau la rece, se aplică la produsele cu secţiune

uniformă, lungimi mari şi proprietăţi constante. Prin ea se pot prelucra pulberi aşezate liber

întru-un container încălzit, lingouri sinterizate sau pulberi ambalate într-un înveliş metalic

(Fig. 8.11).

Prin extrudare rezultă simultan creşterea densităţii şi reducerea secţiunii de 6...100 ori la

temperaturi mai coborâte ca cele necesare sinterizării sau presării la cald.

3. Laminarea pulberilor se realizează între doi cilindri rotativi aşezaţi într-un plan orizontal

sau vertical. Cilindrii antrenează pulberea şi o introduc în zona de lucru unde o compactează

într-o bandă continuă de grosime redusă (Fig. 8.12). Produsele laminate din pulberi, la ieşirea

dintre cilindri nu au o rezistenţă mecanică suficientă, de aceea ele sunt supuse sinterizării.

4. Metoda constă din turnarea unei suspensii de pulbere metalică (barbotină) într-o formă cu

pereţi poroşi, executată dintr-un material absorbant (ipsos). Particulele de pulbere din

suspensie sunt antrenate de curenţii din lichid spre pereţii formei absorbante, unde se depun şi

se compactează, legându-se puternic între ele. În funcţie de grosimea dorită a pereţilor, durata

formării sedimentului de barbotină se înlătură (Fig. 8.14)


1. Sinterizarea este un tratament termic executat într-o atmosferă controlată la o temperatură

inferioară celei de topire a componentului principal, dar superioară cele de recristalizare. Prin

sinterizare se majorează compactarea şi rezistenţa mecanică a semifabricatului ca urmare a

207

creşterii suprafeţelor de contact dintre particule. Granulele de pulbere îşi pierd individualitatea

şi dispar suprafeţele de separaţie dintre ele, apărând limitele noilor grăunţi. In acelaşi timp, se

accentuează creşterea proporţiei porilor mari şi dispariţia celor mici. Pe durata desfăşurării

procesului au loc şi alte transformări, cum sunt: topirea, în unele cazuri, a unui component

secundar, reacţii chimice între componenţii amestecului, sau între aceştia şi gazele

protectoare, recristalizarea, alierea etc.

La începutul sinterizării, prin încălzire creşte energia cinetică şi mobilitatea atomilor. Apoi se

manifestă fenomenul de difuzie de suprafaţă prin deplasarea atomilor cu mobilitate maximă.

Concomitent se iniţiază şi difuzia intergranulară. Cu mărirea temperaturii devine

predominantă difuzia de volum şi apar germeni noi de cristalizare în zonele puternic ecruisate,

prin care începe recristalizarea şi creşterea grăunţilor nou formaţi.

2.Operaţiile complementare care pot fi aplicate pieselor obţinute prin sinterizare sunt:

calibrarea, îmbibarea cu lubrifianţi lichizi, prelucrarea prin aşchiere, tratamentele termice,

infiltrarea cu metale sau aliaje topite.


1. Prelucrarea prin electroeroziune EDM (Electrical Discharge Maschining) se realizează prin

microdescărcările electrice sub formă de impulsuri intre două elemente (scula si piesa de

prelucrat) ce sunt cufundate într-un lichid dielectric.

2. Aceste procedee îşi bazează funcţionarea pe principiul dizolvării anodice (trecerea în

soluţie a metalului din care este confecţionat anodul).

Datorită posibilităţii prelucrării materialelor de orice duritate şi lipsei uzurii

electrodului sculă, aceste procedee au largi aplicaţii la găurirea pieselor metalice dure cu

diametre foarte mici şi pe adâncimi relativ mari (15…20 diametre).

Deşi prin electroeroziune se pot realiza aceleaşi prelucrări, chiar la precizii mai

ridicate, din păcate este necesar câte un electrod pentru fiecare perforare, iar productivitatea

este foarte mică.


1. Operaţii executate cu ultrasunete: strunjire, găurire, alezare, filetare, frezare, broşare,

rectificare, sudare

2. Căldura dezvoltată de jetul de plasmă este folosită pentru încălzirea şi topirea

metalului, precum şi la amorsarea unor reacţii chimice în materialul topit.

208

Dacă viteza de tăiere depăşeşte o anumită limită jetul de plasmă nu mai poate

străpunge placa de metal. Ca urmare, are loc îndepărtarea metalului topit numai din zona de

suprafaţă. Prin poziţionarea înclinată a plasmotronului, se evită aruncarea metalului topit în

craterul rămas în spatele jetului. Se pot realiza astfel şanţuri şi caneluri cu diferite forme şi

dimensiuni în funcţie de parametrii regimului de lucru (Fig. 11.12).

Când operaţia se repetă, cu o decalare a poziţiei generatorului, la fiecare trecere rezultă

o prelucrare a stratului superficial de metal printr-un proces asemănător rabotării.

Aplicarea procedeului la prelucrarea corpurilor de revoluţie a permis realizarea „strunjirii cu

plasmă” (Fig. 11.13). Procedeul asigură creşterea productivităţii de 8…10 ori faţă de

tehnologiile clasice.

Toleranţele de execuţie, starea suprafeţei şi calitatea metalurgică a pieselor depind de

valorile parametrilor de lucru (avansul plasmotronului, viteza de rotaţie a piesei, grosimea

stratului îndepărtat, puterea şi unghiul de poziţionare ale sursei).


1. Sudarea cu arc de plasmă (SP), faţă de procedeul WIG (Wolfram Inert Gas), are

următoarele avantaje:

- o bună dirijare a fluxului termic spre piese datorită nedeformabilităţii arcului de

plasmă;

- nu apar salturi ale piciorului arcului pe proeminenţele pieselor şi este posibilă

efectuarea îmbinărilor de colţ;

- concentrarea energetică ridicată (500…600W/mm2) permite realizarea îmbinărilor,

cu grosimea de 10…15mm, dintr-o singură trecere cu viteză de sudare mare (0,8m/min);

- curenţii de sudare sunt mai mici, datorită acţiunii ionizante a arcului pilot;

- calitatea îmbinărilor este mai puţin influenţată de denivelarea relativă sau de alinierea

incorectă a suprafeţelor pieselor ce se sudează;

- poziţionarea generatorului de plasmă poate fi realizată cu toleranţe mai mari;

- se evită contaminarea băii de metal topit cu material din electrodul incandescent,

datorită construcţiei speciale a generatorului de plasmă.

2. Faţă de sudarea MAG (Metal Activ Gas), cea cu plasmă cu metal de adaos (SPMA)

are o serie de avantaje, cum sunt:

- intensitatea curentului şi cantitatea de metal depus se reglează independent, astfel

încât rezultă o cusătură plană, aspectuoasă;

209

- nu apar oxizi pe suprafaţa cusăturii;

- deformarea pieselor sudate este minimă;

- nu sunt necesare prelucrări ulterioare ale cusăturii;

- capul de sudare nu este supus acţiunii stropilor de metal topit, deoarece acesta nu este

împroşcat

3. Ea asigură recondiţio-narea pieselor uzate şi permite ca unele repere, sau numai anumite

părţi ale acestora, care trebuie să posede rezistenţă sporită la uzură, şocuri termice, oxidare

sau coroziune, să fie acoperite cu straturi din materiale care sa corespundă solicitărilor

4. Tratamente termice, sudare şi aliere superficială, prelucrări dimensionale (găurire, tăiere).,


1. Mediile active pot fi excitate pentru obţinerea unui fascicul laser cu eficienţa ridicată sunt

rubinul, sticla dopată cu ioni de neodim şi YAO (Y1 A13 I12) dopat cu ioni de neodim.

Dintre laserii cu mediu activ solid, cel mai utilizat este cel cu sticlă dopată cu neodim.

Aceasta furnizează energii mari pe puls (1...100J) la temperatura mediului ambiant.

Un astfel de laser este construit dintr-o bară de material dopat cu neodim de formă cilindrică

(diametru de 5...15mm ăi lungimea de 30...1200mm). Capetele barei sunt prelucrate optic şi

acoperite cu straturi reflectante pentru a realiza cavitatea rezonantă (Fig 13.2). Paralel cu

mediul activ se află o sursă (lampă cu descărcare în vapori de metal, lampă cu filament, dioda

semiconductoare, sistem solar de pompare) care realizează pompajul optic al sediului activ

(puterea sursei 1...15000W).

2. Din categoria tratamentelor speciale fac parte topirea superficială a metalului, alierea de

suprafaţă, călirea prin şoc şi vitrificarea-glazurarea cu laser.

3. Sudarea prin topire este un procedeu prin care laserul şi-a găsit aplicaţii multiple.

Posibilitatea concentrării fasciculului laser pe suprafeţele dure asigură realizarea unor

densităţi de putere de peste 1000 de ori mai mari decât la procedeele convenţionale (Fig.

13.11).

4. Prelucrarea aliajelor cu fascicul laser îşi dezvăluie performanţele atunci când trebuiesc

practicate găuri cu diametre mici (0,015...1,5mm) şi lungimi reduse (12...14mm) în materiale

foarte dure sau fragile (materiale ceramice).

La găurirea cu fascicul laser nu există contact fizic cu piesa de prelucrat, iar tensiunile interne

şi deformaţiile sunt eliminate. De asemenea, se pot executa prelucrări de mare precizie ale

aliajelor pieselor din orice material, în condiţiile reducerii zonei de influenţă termica, pe

instalaţii complet automatizate.

210


1 – a

2.Traiectoria decupării este asigurată prin deplasarea relativă a utilajului şi a piesei. Mai multe

variante sunt posibile:

- Jetul este fix si piesa se deplasează;

- Jeturile sunt mobile după o axă şi piesa se deplasează după axa perpendiculară;

- Jetul se deplasează în spaţiu utilizând un robot pentru realizarea decupărilor in 3D.

-

3. Presiunea este generată printr-un sistem de 2 etaje:

- etajul de medie presiune cu ulei hidraulic; uleiul este la o presiune de 10...20MPa

şi acţionează pe suprafaţa frontală a unui piston cu secţiunea transversală foarte

mare (puterea 30...75kW);

- etajul de înaltă presiune cu un amplificator cu dublu efect, care generează

presiunea dorită. Un raport al suprafeţelor de 40 cu o presiune a uleiului de 10MPa

generează o presiune a apei de 400MPa. În principiu, acest etaj este foarte simplu

dar tehnologia de realizare este foarte complexă din cauza etanşărilor ce trebuie

realizate.

4. Particulele abrazive pot fi caracterizate prin:

- duritate;

- dimensiuni (granulometrie);

- materialul din care provin (compoziţie);

- formă.

211

16 Bibliografie

1. Chiru, A. şi Marincaş, D. Tehnologii speciale de fabricare şi separare a autovehiculelor,

Universitatea Transilvania din Braşov, 1991.

2. Walker, M. I. Handbook of Manufacturing engineering. Mared Dekker, Inc. New York,

1996.

3. *** Manufacturing. ATTCE 2001, Barcelona, 1-3 ret 2001. SAE Internaţional, Warrendale,

PA, U.S.A.

4. Tarasov, L. Laser Pgisics and Aplications. Mir Pubichers, Moscow, 1985.

5. Donţu, O. Tehnologii de prelucrare cu laser. Ed. Tehnică, Bucureşti, 1985.

6. *** Aluminum Use for Vehicle Design. SAE Intermational, Warrndale, PA. U.S.A., 1996.

7. Fenton, I. Handbook of Vehicle Design. Anaefsis. SAE International, Warrndale, PA.

U.S.A., 1996.

RI-CIDIFR-11/12

tehnologii noi de fabricatie in industria auto

Documents

prelucrare a pieselor

prelucrare a semifabricatelor

1 procedee speciale

1 tehnologii moderne