Universitatea Gh. Asachi, Iasi

Facultatea CMMI

Tema de casa

Sisteme flexibile de fabricatie

Student : xXx

Prezentare piesa

Piesa studiata este prezentata in Fig.1 :

Fig.1

Tipul piesei

Piesa este prelucrat prin procedeul de frezare. Din punct de vedere al prelucrabilitii prin frezare, al materialului utilizat (oel laminat de calitate OLC 35, STAS 1097/2-91) i al formei constructive, piesa data prin tema prezinta o tehnologicitate medie.

La alegerea semifabricatului se au in vedere urmatoarele :

- materialul piesei ;

- forma si dimensiunile piesei ;

- numarul pieselor din lot.

Piesa din tema fiind executata din OLC 35 vom adopta semifabricat laminat n form

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

dimensiunile finite.

OLC 35 STAS 1097/2-91

Unde:

- Rm, rezistenta la rupere, reprezinta raportul dintre sarcina maxima Fmax suportata de catre

epruveta si aria A0 a sectiunii transversale initiale a epruvetei ;

- Rp0.2, limita de curgere conventionala sau tehnica, reprezinta efortul unitar corespunzator

sectiunii initiale a epruvetei, pentru care lungirea specifica remanenta plastica p

, atinge valoarea

prescrisa de 0.2%, care se mentioneaza ca indice al efortului unitar ;

- A5 , lungirea specifica la rupere standardizata;

- KCU 300/2, rezilienta Charpy pe epruveta cu crestatura in U, reprezinta raportul dintre lucrul

mecanic L necesar ruperii dintr-o singura lovitura a unei epruvete crestate in U si aria A0 a sectiunii

transversale initiale a epruvetei date in dreptul crestaturii;

- Z gatuirea specifica la rupere standardizata;

- HB, duritateBrinell, reprezinta raportul dintre sarcina de incercare aplicata F si aria urmei

sferice, lasata de bila cu diametrul D, pe piesa de incercat;

- KV, duritate Vickers, reprezinta raportul dintre sarcina de incercare aplicata F si aria

suprafetei laterale a urmei produse, aceasta fiind o piramida dreapta cu baza patrata cu diagonala d si

cu un unghi la varf de 1360

ca si penetratorul

Caracteristici mecanice, fizice si elastice (20 0 C)

OTEL

Rm

[N/mm ]

Rp0.2

[N/mm]

A5

[%]

KCU

300/2

[J/cm]

Z

[%]

Duritatea

Tratament

termic [HB] [HV]

OLC 35 530 310 21 60 40 160 187 Imbunatatit

Compozitia chimica (200

C)

OTEL

Cmax

[%]

Mnmax

[%]

Simax

[%]

Crmax

[%]

Pmax

[%]

Almax

[%]

Smax

[%]

OLC35 0.09 0.14 0.15 - 0.035 0.02 0.04

Unde:

-Cmax, concentratia de carbon maxima a otelului;

-Mnmax, concentratia de mangan maxima a otelului;

-Simax, concentratia de siliciu maxima a otelului;

-Crmax, concentratia de crom maxima a otelului;

-Nimax, concentratia de nichel maxima a otelului;

-Cumax, concentratia de cupru maxima a otelului;

-Pmax, concentratia de fosfor maxima a otelului;

-Smax, concentratia de sulf maxima a otelului.

Compozitie chimica

Carbon Mangan Siliciu Crom Fosfor Aluminiu Sulf

Semifabricat

Tipul semifabricatului este prezentat in Fig.2 :

Fig.2

Piesa

Piesa ce trebuie obtinuta este prezentata in Fig.3 :

Fig.3

Tratamente termice

Piesa pentru care este intocmit procesul tehnologic al tratamentelor termice este fabricata din OLC35. Acesta este un otel pentru imbunatatire si pentru obtinerea concomitenta a unor rezistente si

tenacitati ridicate, acestea sunt supuse unor caliri urmate de revenire inalta (imbunatatire).

La otelurile nealiate, OLC35, rezistenta dupa imbunatatire creste odata cu continutul de

carbon. Prezenta manganului imbunatateste si mai mult calibilitatea, ridicand si stabilitatea dupa

revenire. Nichelul creste tenacitatea otelurilor.

Aschiabilitatea cea mai favorabila o au cele nealiate pana la 0,45 % C.

Calire obisnuita- consta in racirea otelului, adus in prealabil in domeniul austenitic, intr-un

singur mediu de calire (apa sau ulei). Efectul de racire este intensificat, prin agitarea puternica a

pieselor in mediul de calire. Fiind o metoda simpla, se preteaza la o automatizare avansata. Calirea

intr-un singur mediu asigura o racire energica, cu o viteza mult mai mare decat viteza critica de

calire. Acest tratament nu se recomanda in cazul otelurilor cu continut mare de carbon (C > 0.77 %).

In Fig.4 sunt prezentate curbele de racire, caracterizand diferite metode de calire.

Fig.4

Mrimea lotului

Producia are caracter de productie de serie mic, realizndu- se doar 30 buc. Piesa va fi executat

pe MU CNC 3 axe (existent n secia de prelucrare, nejustificndu-se o investiie ntr-o main nou).

Operaiile tehnologice realizate (degroare, semifiniie, finiie), regimurile de

achiere alese.

Introducerea parametrilor regimului de achiere la degroare n CATIA V5.

Fig.5

Introducerea parametrilor regimului de achiere la finisare n CATIA V5.

Fig.6

Simulare proces de degroare n CATIA V5.

Fig.7

Simulare proces de finisare n CATIA V5.

Fig.8

Pentru operaia de degroare am ales o frez frontal din carbur solid cu regimul de achiere

prezentat n Fig.9

Regimul de achiere pentru OLC 35(degroare)

Fig.9

Turaia rezult din formula:

= 1000

=

150 1000

3,14 10= 4777,07 /

Avansul pe dinte este:

= 0,004 = 0,004 10 = 0,04 /

Pentru operaia de finisare am ales o frez cilindro- frontal cu cap sferic cu regimul de achiere

prezentat n Fig.10

Regimul de achiere OLC 35 (finisare)

Fig.10

Turaia rezult din formula:

= 1000

=

200 1000

3,14 10= 6369,42 /

Avansul pe dinte este:

= 0,004 = 0,01 4 = 0,04

Sculele utilizate pentru operaiile de degroare i finisare au fost alese din catalogul companiei

SACO i sunt prezentate n Fig.11 si Fig.13

Frez cilindro frontal pentru degroare(SECO)

Fig.11

Introducere parametrii frez 10mm degroare

Fig.12

Frez cilindro frontal pentru finisare(SECO)

Fig.13

Introducere parametrii frez 4 mm finisare

Fig.14

Sistemul hardware de monitorizare a strii sculei i algoritmul de detectare a

deteriorrii i gradului de uzur (TCM)

Sistemele senzoriale de supraveghere i diagnostic pot fi mprite, dup modul de culegere a

datelor n:

- Sisteme de supraveghere i diagnostic cu msurare continu;

- Sisteme de supraveghere i diagnostic cu msurare intermitent;

Pentru sistemele cu msurare continu variabil monitorizat este disponibil i nregistrarea

pe tot parcursul procesului de prelucrare. La sistemele cu msurare intermitent, variabila este

nregistrat, variabila este nregistrat numai pe anumite intervale din procesul de prelucrare. Sistemele

cu msurare continu sunt capabile s detecteze orice modificare n semnalul msurat i pot astfel s

sesizeze orice variaie brusc, cum ar fi, de exemplu, deteriorarea tiului sculei i s aib, n

consecin, o reacie corespunztoare ntr-un interval de timp scurt.

Metodele directe au ca principiu msurarea geometriei sculei achietoare, ele evalund limea

uzurii pe faa de aezare principal (VB) i secundar (VA), adncimea craterului de uzur pe faa de

degajare (KT), distana de la vrful sculei pna la centrul craterului (KM), limea craterului (KB),

distana de la vrful sculei la originea craterului (KL).

Diagrama de soluii pentru supravegherea uzurii sculei

Fig.15

Diagrama de soluii pentru supravegherea uzurii sculei

Fig.16

Metodele indirecte evalueaz caracteristicile de uzur ale sculei, fr msurare direct

a acestora, prin efectele pe care le are uzura asupra preciziei dimensionale a piesei sau asupra variaiei

n timp a unor variabile care pot caracteriza desfurarea procesului de prelucrare prin achiere.

n figura 1.17., este prezentat diagrama de soluii pentru supravegherea uzurii sculei. Din

analiza acesteia se observ ponderea important (42%) ocupat de controlul uzurii sculei i a piesei

prelucrate, dei controlul se aplic n afara procesului i nu permite detectarea deteriorrii sau fisurrii

tiului n timpul procesului.

Mrimea uzurii se msoar cu ajutorul unui palpator fix

sau mobil avnd un singur grad de libertate (fig. 1.19). Scula

de prelucrat se aduce prin deplasare n comanda numeric la un

punct ale crui coordonate se cunosc (sunt memorate).

Valoarea deplasrii palpatorului este transformat ntr-un

semnal electric al crui valoare este comparat cu valoarea de

etalonare sau cu cea obinut pentru o scul nou.

Algoritm de control deteriorare scul cu traductor pneumatic

Fig.17

Metoda de inspecie a calitii piesei pe main (OMM). Inspecia calitii

piesei n afara mainii (CMM).

Main de msurat n coordonate CMM CRYSTA- Apex S 700

Fig.18

Sistem de msurare pe centru de prelucrare

Fig.19

Scul de msurare touch- probe

Fig.20

Inspecia calitii pe maina se realizeaz cu ajutorul unor scule de msurare (touch-probe).

1- tij de msurare;

2- cap de msur;

3- corp scul;

4- con de fixare;

5- corp de transmisie semnal;

6- cuplaj inductiv;

7,8- bloc emisie- recepie;

9- arbore.

Factori perturbatori ai preciziei de prelucrare i metode de reducere i compensare

La programarea mainilor-unelte cu comand numeric valorile parametrilor regimului de achiere

se determin cu relaiile empirice sau se adopt din tabele sau norme i reprezint valori orientative

pentru aceti parametri. Prin acest mod de stabilire a acestor parametri nu se poate atinge un optim

tehnic al procesului de achiere, deoarece valorile sunt prezentate n limite largi, iar n timpul

prelucrrii apar o serie de factori pertubatori care nu sunt cunoscui dinainte ca natur i mrime.

Principalii parametri pertubatori ai procesului de achiere sunt:

variaia adaosului de prelucrare, ceea ce duce la variaia adncimea de achiere;

variaia prelucrabilitii materialului piesei determinat de modificri de duritate, de

structur cristalin, de incluziuni i goluri n material;

vibraiile sistemului tehnologic main-unealt-scul-dispozitiv-pies;

deformaiile elastice ale sistemului tehnologic;

variaia forelor de stngere etc.

Sarcina sistemului de comand adaptiv const n modificarea parametrilor regimului de achiere

n funcie de perturbaiile parametrice ce intervin n procesul de achiere astfel nct s se obin, n

orice moment, o desfurare dorit a acestui proces, din punct de vedere al performanelor

(productivitate, calitate a suprafeei, pre de cost, ncrcare a mainii-unelte etc.). Sistemele de

comand care ndeplinesc aceste funcii se numesc sisteme de comand adaptiv limitat (ACC-

Adaptive Control Constrait) i sisteme de comand adaptiv optimal (ACO Adaptive Control

Optimal).

Un sistem adaptiv se bazeaz pe realizarea

unor algoritmi care s integreze informaiile de la

mai muli traductori inteligeni, termen prin care

definim o colecie de traductori convenionali,

tehnici de procesare a semnalului i de calcul al

unor caracteristici. Realizarea unui sistem adaptiv

de prelucrare este o extensie a mainilor unelte cu

comand numeric si o condiie a realizrii unor

sisteme de prelucrare.

a. Fenomenele dinamice din sistemul tehnologic (vibraiile)

Realizarea procesului de prelucrare n cadrul ST necesit asigurarea unei anume poziii relative

ntre scul i semifabricat. Sub aciunea unor factori de natur dinamic care apar n timpul procesului,

aceast poziie poate fi modificat, sub forma vibraiilor.

Capacitatea ST de a-i pstra stabilitatea fa de vibraii se numete precizie dinamic. Precizia

dinamic este dependent de rigiditatea sistemului tehnologic, dar nu se poate stabili cu exactitate o

legtur de proporionalitate ntre cele dou caracteristici. Astfel, un sistem tehnologic cu rigiditate

foarte mare poate avea o precizie dinamic sczut n anumite condiii de prelucrare.

Factorii care provoac vibraiile unui ST pot fi asociai fiecrui element al acestuia, respectiv:

roile dinate, rulmenii sau arborii neechilibrai ai lanului cinematic principal, privind

MU;

forma constructiv a sculei (n special a celei cu micare de rotaie);

neechilibrarea dispozitivului sau a semifabricatului.

Vibraiile din cadrul ST care afecteaz precizia dinamic a acestuia sunt de trei feluri: vibraii

libere, vibraii forate i autovibraii.

Vibraiile libere apar sub aciunea unor fore perturbatoare de scurt durat i sunt asociate

proceselor tranzitorii din sistem: pornirea motoarelor de acionare, accelerarea i frnarea micrii

subansamblurilor mobile, inversarea sensului de micare etc.

Datorit faptului c aceste vibraii sunt de scurt durat i c se amortizeaz n mbinrile

sistemului tehnologic, influena lor asupra preciziei de prelucrare poate fi considerat neglijabil.

Vibraia forat este vibraia sculei i a semifabricatului n jurul poziiei lor relative datorit aciunii

unor fore perturbatoare periodice, externe ST (ocuri i vibraii primite de la alte surse perturbatoare)

sau interne ST. De exemplu, n cazul prelucrrilor prin achiere, forele perturbatoare dependente de

procesul de achiere pot fi generate de variaia periodic a duritii materialului sau a adaosului de

prelucrare, variaia periodic a seciunii achiei (de exemplu, la prelucrarea prin frezare) etc. Aceste

vibraii dispar rapid dup nlturarea perturbaiei care le-a generat (vibraii amortizate).

Autovibraiile sunt vibraii neamortizate ale sculei sau semifabricatului care sunt determinate i

ntreinute de procesul de prelucrare. Aceste vibraii nu dispar odat cu ncetarea perturbaiei ce le-a

provocat, ci se amplific i se autogenereaz. Astfel, perturbaia iniial nu face dect s amorseze

vibraia, rolul acestei perturbaii n dezvoltarea ulterioar a procesului autovibrator fiind neglijabil.

n funcie de factorii perturbatori, autovibraiile pot fi cauzate de:

interaciunea dintre fora de achiere i deplasarea relativ a sculei fa de semifabricat;

modificarea coeficientului de frecare dintre scul i pies, respectiv dintre scul i

achie;

defazajul dintre variaia forei de achiere i cea a deplasrii relative scul

semifabricat.

b. Deformarea termic a semifabricatului.

n timpul procesului de transformare, semifabricatului i revine o cantitate de cldur mai mare sau

mai mic, n funcie de: schema de prelucrare, valorile parametrilor regimului de lucru, geometria i

materialul sculei, natura materialului semifabricatului, forma i masa semifabricatului. Aceast

cantitate de cldur este semnificativ n urmtoarele cazuri: prelucrarea prin achiere a gurilor (n

special a celor adnci), prelucrarea semifabricatelor cu perei subiri etc.

c. Deformarea termic a sculei de prelucrare.

Din cantitatea de cldur degajat n procesul de lucru o bun parte este preluat de scul. De

exemplu, n cazul strunjirii, distribuia aproximativ a cldurii degajate este urmtoarea: 50 86% n

achii, 10 40% n scul, 3 9% n semifabricat i 1% n mediu.

Pe parcursul procesului de lucru, scula se nclzete mai pronunat la partea sa activ (zona de

contact cu semifabricatul), o parte din cldur transmindu-se i corpului sculei. n cazul n care zona

de lucru nu este rcit, dependena temperatur durata prelucrrii, respectiv deformare termic

durata prelucrrii.

Influena acestei deformri a sculei asupra preciziei de prelucrare se analizeaz pentru cazuri

concrete. De exemplu, n cazul strunjirii cu avans longitudinal fr rcirea zonei de lucru, suprafaa

generat rezult cu urmtoarele abateri tehnologice: abatere dimensional dmax = 2lmax i abatere

de la forma cilindric.

d. Deformaiile elastice ale sistemului tehnologic

n timpul procesului de prelucrare, sub aciunea unei fore F (for de greutate, de inerie, de fixare,

de prelucrare sau o combinaie a acestora), pri ale sistemului tehnologic sufer anumite deformaii

. Deformaia poate fi: deformaie elastic, deformaie plastic, deplasare cauzat de jocurile din

mbinri sau o rezultant a acestora. Partea de sistem solicitat de fora F poate fi: batiul utilajului,

sania transversal, semifabricatul, scula, ntreg sistemul tehnologic.

e. Uzura sculei achietoare

n timpul procesului tehnologic de prelucrare mecanic, datorit unor factori tribologici i termici

ntre pies i scul sau ntre scul i achie apare fenomenul uzurii sculei achietoare care influeneaz

precizia dimensional i calitativ. Se cunoate c uzura sculei, n afara preciziei de prelucrare, mai

influeneaz i condiiile de achiere nrutindu-le prin producerea nclzirii sculei, ducnd la marirea

consumului de energie.

Estimarea costului pentru fiecare operaie tehnologic, scul folosit i tip

main

Tabel Costuri

Nr.

crt.

COSTURI PRE

1 Costuri cu materii prime i materiale 30 LEI

2 Costuri aferente consumului de energie 0,60 LEI

3 Costul sculelor utilizate 30 LEI

4 Costuri pentru realizarea operaiei de degroare 0,30 LEI

5 Costuri pentru realizarea operaiei de finisare 0,76 LEI

6 Costul total de prelucrare a lotului (30 piese) 11,8 LEI

7 Cost control lot 70 LEI

8 Costuri de mentenan 25 LEI

9 Salariu operator 50 LEI

Cost total prelucrare lot 218,46 LEI

Tabel 1.7. Preuri de achiziie.

Nr.

crt.

PRE

1 Preul de achiziie MU 110 000 LEI

2 Preul de achiziie a echipamentului de control 30 000 LEI

3 Preul de achiziie a dispozitivul de prindere 1200 LEI

Costul materiilor prime si materialelor

= Cost semifabricat + Costuri de transport-aprovizionare = 30 LEI

Calculul costului de prelucrare

Costuri pentru realizarea operaiei de degroare = Timp de prelucrare * Costul orar de

prelucrare = 219" * 5 LEI = 0,30 LEI (1pies)

Costuri pentru realizarea operaiei de finisare = Timp de prelucrare * Costul orar de prelucrare

= 548" * 12 LEI = 0,76 LEI (1pies)

Costul total de prelucrare a lotului (30 piese)= 30* (0,30+0,76)= 11,8 LEI

Calculul costului cu energia

Consumul de energie al MU = 0,75 Kw/ h

0,75 KW..............3600"

x KW..................767"

x= 0,75767

3600= 0,159

Consumul de energie pentru prelucrarea unei singure piese este de 0,159 Kw.

Consumul de energie pentru prelucrarea ntregului lot de piese este de 4,77 Kw.

CT energie = 4,77* 0,548= 2,61 RON= 0,60 LEI

Bibliografie

Freze din carbur solid. Catalog i ghid tehnic 2008. Disponibil la:

http://www.secotools.com/CorpWeb/Service_Support/machining_navigator/CEE/Romania/Fianl_LR

_Jabro_RO.pdf accesat la 01.06.2013.

Sisteme de fabricaie asistate de calculator (SiFAC). Disponibil la:

http://www.icms.ro/sifac/SiFAC_curs_3_4_2k12_stud.pdf accesat la 01.06.2013.

CARATA, E., ZETU, D. Modelarea i simularea sistemelor de fabricaie. Editura JUNIMEA,

Iai, 2001.

Curs Sisteme Flexibile de Fabricaie- CARATA, E. Iai, 2013