proiect tn maner cutit

Universitatea Tehnica din Cluj-Napoca Student: Cotuna Răzvan Facultatea Constructii de masini Indrumator:.Dr.Ing.Păcurar RăzvanSpecializarea T.C.M.

Tema proiectului: mâner de cuţit

Material: ceară

Numar de piese: 10

Fig.1 Forma 3d a piesei Fig.2 Forma 3d a piesei

Fig.3 Forma 2d a piesei Fig.4 Forma 2d a piesei

1


Cuprins1.Tehnologia clasică de fabricare…...……………………………………… 3

1.1 Itinerariul tehnologic necesar fabricării matriţelor din poliesteri armaţi cu

fibre de sticlă…………………………………………….....……………… 3

1.2. Dificultati tehnologice de prelucrare / prindere a matritei…………….. 7

2.Tehnologia neconventională de fabricare.................................................... 8

2.1. Posibilităţi tehnologice neconventionale de realizare a manerului de

cutit……………………………………..……………...................................8

2.2 Argumentarea alegerii tehnologiei VC pentru realizarea piesei ............11

2.3 Firme producatoare de echipamente de turnare sub vid si caracteristicile

acestora……………………………………………………………………. 11

2.4. Principiul de lucru la Vacuum casting.................................................. 15

2.5. Parametri tehnologici de baza care influenteaza tehnologia de turnare

sub vid………………………………………………………..……..…… . 17

3. Compararea tehnologiei clasice cu tehnologia neconvenţională..............25

4. Concluzii……………….………...……………………………………...26

5.Bibliografie…………………………………………………………….....27

2


1. Tehnologia clasica de fabricare [1]

1.1 Itinerariu tehnologic necesar fabricării matriţei din poliesteri armaţi cu

fibre de sticlă

Am ales să prezint această metodă convenţională de fabricaţie, realizarea matriţei

din poliesteri armaţi cu fibre de sticlă, deoarece, această matriţă, in raport cu matriţele

clasice,din metal brut, are o rezistenţă mai scăzută, ceea ce înseamnă un număr mai mic

de piese care se pot produce cu o singură matriţă. În cadrul proiectului, acest lucru

reprezintă un avantaj, deoarece numarul de piese care îl avem de realizat este de 10

bucăţi. Un alt factor care m-a determinat alegerea acestei tehnologii clasice il reprezintă

faptul că, materialele si costul de fabricaţie al unei asemenea matriţe este mai scăzut in

raport cu alte tehnologii clasice.

În funcţie de procedeul de formare adoptat pentru execuţia unui produs sunt

necesare următoarele dispozitive de formare:

- matriţă deschisă (la formarea manuală şi la formarea cu sac sub vid);

- matriţă exterioară şi matriţă de închidere (la formarea cu poanson şi matriţă şi la

formarea prin injecţie sub vid).

Matriţele destinate fabricaţiei de produse din materiale plastice armate pot fi

confecţionate dintr-o mare diversitate de materiale: metalice, materiale plastice armate cu

fibre de sticlă, ghips, lemn, etc. Durata de exploatare a matriţelor variază în funcţie de

materialul din care sunt confecţionate, de tehnologia de formare aplicată cum şi de

solicitările la care este supusă matriţa.

La proiectarea matriţelor trebuie să se ţină seama ca matriţa să nu prezinte raze de

curbură prea mici, căutându-se raza de curbură cea mai mare care poate fi tolerată.

Trebuie evitate unghiurile ascuţite, pentru că este aproape imposibilă umplerea lor

uniformă cu răşină şi fibră de sticlă, ceea ce dă naştere la apariţia punctelor slabe în piesă.

Matriţa trebuie să aibă un profil şi o conicitate care să permită extragerea cât mai uşoară a

produselor finite.

Pentru fiecare reper în parte se vor proiecta matriţele corespunzător geometriei

piesei ce trebuie realizate şi tehnologiei de execuţie.

3


Matriţele sunt prevăzute din proiect cu o margine de 10-15 cm. Pentru

semimatriţele exterioară şi de inchidere, folosite la formarea sub presiune sau prin

injecţia răşinii, marginile se prevăd într-un plan de închidere şi etanşare a celor două

matriţe în timpul formării. Execuţia matriţei se face plecând la modelul realizat în

prealabil din lemn, aluminiu, ipsos, etc. Se varealiza mai întâi matriţa exterioară după

care cea de închidere.

Matriţele se vor executa prin formare manuală din răşină poliesterică armată cu

mat de fibre de sticlă. Pentru realizare unor matriţe corespunzătoare este necesar să se

asigure o atmosferă de lucru la temperatură constantă de 18-25°C şi o umiditate scăzută

sub 70%.

Etapele realizării matriţei:

Pregatirea suprafetelor active ale modelului

↓

↓

Aplicarea gel-coatului

↓

Formarea matritei

↓

Polimerizarea totala

↓

Consolidarea matritei

↓

Extragerea modelului si finisarea matritei

↓

Realizarea matritei de inchidere

4

Demularea suprafetei pentru a asigura

extragerea modelului din matrita


↓

Realizarea canalelor pentru garnituri si a

orificiilor pentru injectie si vidare

↓

↓

I. Pregătirea suprafeţelor active ale modelului

Pentru realizarea matriţei se va pregăti o suprafaţă plană pe care se va monta

modelul, în vederea realizării marginilor matriţei. După montarea modelului se va face un

ultim controlul dimensional al acesteia. Suprafaţa modelului care va fi copiată de către

matriţă, trebuie să fie lustruită cu pastă de lustruit, astfel încât să aibă un aspect neted şi

să nu prezinte porozităţi (să fie lucioasă). Calitatea produselor ce se vor produce cu

această matriţă va fi direct influenţată de suprafaţa modelului din matriţă.

II. Demularea suprafeţei pentru a asigura extragerea modelului din matriţă.

Se utilizează un agent de demulare tip ceară care se aplică în

minim patru straturi şi se lasă trei ore între straturi pentru uscare.

După care se aplică un ultim strat de alcool polivinilic care se lasă să

se usuce 15-20 min.

III. Aplicarea gel-coatului.

Pentru realizarea stratului de gel se folosesc gel-coaturi speciale

pentru matriţe şi se activează cu peroxizi de calitate în proporţie de

max 2%. Aplicarea stratului de gel se va realiza prin spreiere în două

straturi. Se vor aplica două straturi de gel-coat de grosimi diferite.

IV. Formarea matriţei.

Se aplică primul strat de mat de fibre de sticlă şi se impregnează manual cu răşină

poliesterică, lăsându-se un timp de 20-24 ore să se polimerizeze Se impregnează în

5

Pregatirea suprafetei active

Tratarea matritei

Universitatea Tehnica din Cluj-Napoca Student: Cotuna Răzvan Facultatea Constructii de masini Indrumator:.Dr.Ing.Păcurar RăzvanSpecializarea T.C.M.acelaşi mod, minim 5 straturi de material de armare din mat de fibre de sticlă, pentru

fiecare strat timpul de polimerizare de 20-24 ore trebuie respectat. La confecţionarea

matriţelor este necesar să se obţină o grosime a peretelui de aproximativ 6 mm. Această

operaţie are o importanţă deosebită, deoarece, in funcţie de cât de omogene sunt straturile

de răşină turnate, cu atât vom avea o rezistenţă mai bună a matriţei.

V. Polimerizarea totală.

După ultimul strat se lasă un timp de două săptămâni matriţa pe

model pentru postpolimerizarea răşinii. Respectarea acestui itinerariu

tehnologic este obligatoriu pentru a asigura matriţei rezistenţă, astfel

ca în timpul utilizării, să nu sufere deformări.

Dezavantajul acestei operaţii ar fi timpul îndelungat pe care îl

necesită pentru polimerizarea răşinii.

VI. Consolidarea matriţei.

După maturarea matriţei se face o consolidare a matriţei cu ranforsări (din lemn,

din PAFS sau din ţeavă rectangulară, funcţie de cât de rezistentă se doreşte a fi matricea),

care se fixează la exteriorul matriţei cu chituri poliesterice. Ultima dată se aplică un strat

de răşină protector şi se lasă să polimerizeze.

VII. Extragerea modelului şi finisarea matriţei

După întărire matriţa este extrasă de pe model (decofrare) cu grijă, folosind pene

de extracţie flexibile din material plastic, astfel încât suprafaţa activă a matriţei să nu

sufere zgârieturi sau defecte de orice natură. Finisarea matriţei constă în operaţii de

decupare a marginilor, de debavurare şi slefuire a lor; prelucrarea găurilor pentru

asamblarea elementelor matriţei.

VIII. Realizarea matriţei de închidere.

Matriţa de închidere se va executa prin copiere după matriţa

exterioară. Pentru a asigura între cele două matriţe spaţiul de formare

având grosimea proiectată se va folosi ceră calibrată.

IX. Realizarea canalelor pentru garnituri şi a orificiilor pentru injecţie şi

vidare.

6

Universitatea Tehnica din Cluj-Napoca Student: Cotuna Răzvan Facultatea Constructii de masini Indrumator:.Dr.Ing.Păcurar RăzvanSpecializarea T.C.M.Pentru matriţele utilizate la procedeul de formarea prin injecţie sub vid sau la procedeul

de formare cu sac sub vid, se vor realiza orificiile pentru injecţie şi vidare şi se vor

prelucara prin găurire orificiile. Această operaţie este destul de difcilă, dimensiunile

găurilor si orificiilor sunt mici şi au o lungime destul de mare în raport cu diametrul lor.

X . Pregătirea suprafeţei active.

După realizarea matriţelor, suprafaţa activă a matriţei trebuie finisată progresiv, astfel

încât să se asigure în final o suprafaţă lucioasă.

XI. Tratarea matriţei.

După îndepărtarea imperităţilor prin spălare şi uscarea suprafeţelor se aplică pe

suprafeţele active ceară demulantă în 4 straturi succesive astfel:

1.3Concluzii

Din motive de eficienţă economică, realizarea din poliesteri armaţi cu fibre de

sticlă este cea mai avantajoasă pentru realizarea pieselor de serie mijlocie prin

tehnologiile de formare manuală, prin injecţie, sub vid şi prin presare uşoară având o

durată de exploatare de 1000-3000 de buc/ matriţă.

1.2. Dificultati tehnologice de prelucrare / prindere a matritei

Pentru evitarea unor probleme in construcţia matriţelor se recomandă ca să nu

avem raze de curbură prea mici şi nici unghiuri ascuţite. Acest lucru fiind un impediment

în fabricarea pieselor mai complexe. La fabricarea mânerului de cuţit, după cum se poate

vedea in Fig.3.2, avem unghiuri ascuţite care pot fi un impediment în fabricaţia acestuia

prin această metodă clasică de fabricaţie.

7


Fig.3.2 Zone ale mânerului de cuţit unde avem unghiuri ascuţite

O altă zonă care ar putea pune prbleme fabricaţiei mânerului de cuţit, este zona

canalului din interiorul mânerului.(Fig.4.2)

Fig.4.2 Canalul din interiorul mânerului

2.Tehnologii neconvenţionale de fabricaţie

2.1. Posibilităţi tehnologice neconventionale de realizare a manerului de

cutit

Dintre tehnologiile neconvenţionale de fabricaţie, se poate fabrica un mîner de

cuţit din ceară cu următoarele tehnologii:

Fabricaţia prin sinterizare selectivă cu laser (SLS)

Această metodă foloseşte materiale aflate sub formă de pulbere fina, din plastic,

pulbere metalică sau ceramică. Sinterizarea are loc in formă solidă.

8


Fig.5 Schema de principiu a procedeului SLS [2]

Fig.6 Piese fabricate prin procedeul SLS, din ceară

Această metodă prezintă unele avantaje în comparaţie cu alte metode de fabricaţie

rapidă a pototipurilor cum ar fi:

Se pot crea modele în forma finală, făra ajutorul altor tehnologii.

Se pot fabrica modele complexe.

Are o temperatură joasă de topire.

Se poate obţine piese în serii mici de producţie la costuri scăzute.

Ceara pe care o foloseşte masina de sinterizare selectivă cu laser are o serie de

beneficii in raport cu alte materiale:

Crearea de piese complexe fără suduri sau nituri.

Modelede din ceară se pot asambla si repara usor.

Sunt fabricate rapid si se folosesc in testarea formelor şi produselor noi.

Temperatura de topire este scăzută.

9


Conţinut redus de cenuşă reziduală ( mai puţin de 0,02%)

Descrierea procesului in fabricarea pieselor din ceară:

Crearea modelui cu maşina SLS

↓

Infiltrarea modelului in ceară de

turnatorie

↓

Lustruirea modelului

↓

Finisarea modelului folosind

tehnici clasice de turnătorie

Ceara folosită la fabricarea pieselor prin sinterizare selectivă cu laser are o

temperatură de topire de 63oC, modul de elasticitate: 1604 MPa. Piesele obţinute cu

maşina SLS au o rugozitate de 13 μm, iar dacă piesele se for finisa, rugozitatea poate să

scadă pâna la 3 μm.

Turnarea sub vid în matriţe de cauciuc siliconic (Vacuum casting)

Turnarea sub vid este una dintre cele mai interesante şi spectaculoase aplicaţii de

utilizare a modelelor RP la dezvoltarea de noi produse. Timpul este un factor crucial în

dezvoltarea de noi produse industriale. Competiţia industrială se intensifică odată cu

globalizarea pieţei. Proiectanţii trebuie sa dezvolte mereu idei noi de produse

modernizate, pentru a răspunde cerinţelor tot mai exigente.

Turnarea sub vid este o tehnică modernă care şi-a dovedit oportunitatea şi

eficienţa tocmai în această etapă de dezvoltare a produselor noi, etapă în care trebuie

utilizate prototipurile pieselor complexe, pentru fabricarea seriei mici(30-50 bucăţi),

pentru testarea funcţionalitaţii noului produs şi/sau testarea pieţei privind marketingul

noului produs.

10


În aceste condiţii, turnarea sub vid oferă metodă rapidă, precisă si necostisitoare

de fabricare a pieselor complexe in serii de 30-50 bucăţi.(Fig.7)

Fig.7 Piese din ceară fabricate prin Vacuum casting

Piesele executate prin vacuum casting pot avea forme foarte complexe, şi nu mai

necesită prelucrări după extragerea pieselor din matriţă. Pentru fabrica o piesă prin

această metodă, este nevoie de un model master fabricat anterior printr-o altă metodă de

fabricare rapidă a prototipurilor ( FDM, LOM, SLS etc).

Piesele obţinute prin vacuum casting au o rezistenţă mai mare deoarece acestea

sunt executate sub vid. Acest lucru elimină riscul de a avea incluziuni de aer in structura

internă a materialului.

2.2. Argumentarea alegerii tehnologiei VC pentru realizarea piesei

Pentru fabricarea a 10 bucăţi de mânere de cuţit din ceară, am ales metoda

neconvenţională de fabricaţie: turnare sub vid în matriţe din cauciuc siliconic

(Vacuum casting), această metodă având câteva avantaje importante faţă de tehnologia

de sinterizare selectivă cu laser (SLS).

Un prim factor care m-a determinat alegerea acestei tehnologii este fapul că

fabricarea cu ajutorul cauciucului siliconic este o soluţie ieftină pentru producerea de

cantităţi mici de piese funcţionale într-un timp scurt. Al doilea factor fiind piesele

rezultate, care au o calitate foarte bună şi nu mai necesită prelucrări ulterioare.

Un ultim factor care m-a determinat alegerea acestei tehnologii se datorează

varietăţii de materiale din care se poate fabrica piesele.

11


2.3. Firme producatoare de echipamente de turnare sub vid si caracteristicile acestora

1.INDUTHERM

Fig.8 Logo Indutherm [3]

Indutherm este o firmă înfinţată în anul 1996, în Germania. Această companie

produce o gamă largă de masini de turnare sub vid, masini care sunt vândute în întreaga

lume. Dintre aceste maşini face parte si masina VC 480 V

VC 480 V este echipat cu sistemul de vibraţii INDUTHERM , acest sistem este

cel mai important dintre toate caracteristicile tehnice ale masinii, deoarece reduce

porozitatea (Fig.9, Fig.10) si ajută la optimizarea formei piesei.

Fig.9 Porozitate cu sistem de vibraţii [3] Fig.10 Porozitate fara sistem de vibraţii [3]

Riscul de apariţie al unor fisuri ale piesei este redus, deoarece dimensiunile

graunţilor sunt cu pâna la 50% mai mici.(Fig.11), (Fig.12)

Fig.11 Grăunţi făra vibraţii [3] Fig.12 Grăunţii cu vibraţii [3]

12


Fig.13 Parametrii tehnologigi si funcţionali ai maşinii VC 480 V [6]

Temperatura maximă pe care o poate atinge maşina VC 480 V este 1600oC si presiunea

maximă de 1,5 bari.(Fig.13)

2. RENISHAW

Fig.14 Logo Renishaw [4]

Un echipament produs de către cei de la Renishaw este 5/01 PLC

5/01 PLC este cel mai mic echipament de turnare sub vid fabricat de Renishaw si

beneficiază de controlul proceselor de fabricaţie la fel ca şi masinile mai mari si de

13

Universitatea Tehnica din Cluj-Napoca Student: Cotuna Răzvan Facultatea Constructii de masini Indrumator:.Dr.Ing.Păcurar RăzvanSpecializarea T.C.M.aceeaşi interfaţă. Acest echipament poate utiliza o gamă largă de materiale, de la răşini,

pană la materiale extrem de vâscoase.

5/01 PLC are urmatoarele caracteristici si beneficii:

Se poate utiliza in ateliere, datorită dimensiunilor mici.

Asigură turnarea in mod continuu, datorita sistemului automat.

Dispune de o cupă încălzită, adecvată pentru turnarea modelelor master de

înaltă calitate din ceară.

Fig.15 Date tehnice ale echipamentului 5/01 PLC [4]

Din punctul meu de vedere, echipamentul firmei Indutherm, VC 480 V, are unele

avantaje in raport cu maşina produsă de cei de la Renishaw, 5/01 PLC. Cel mai important

factor care influenţează performanţele maşinii VC 480 V, este sistemul de vibraţii

Indutherm. Acest sistem determină obţinerea unor piese cu suprafeţe mai fine şi

rezistenţe mai mari, deoarece prin această tehnologie graunţii de material sunt cu pâna la

50 % mai mici, materialul devenind automat mai omogen. Un alt factor care determină ca

performanţele maşinii VC 480 V, să fie mai bune, este capacitatea de turnare, aceasta

fiind de 2,5 l la VC 480 V, comparativ cu 0,8 l la 5/01 PLC de la Renishaw.

2.4. Principiul de lucru la Vacuum casting (Fig.16)

14


Fig. 16 Etapele de lucru la Vacuum casting

La începutul operaţiei vom avea nevoie de un model master, fabricat printr-o

tehnologie 3d printing.(Fig.17)

Fig.17 Model master pentru Vacuum casting, fabricat prin FDM

După ce avem modelul master, acesta se va încorpora în cauciuc siliconic. După

extragerea modelului master din cauciucul siliconic vor rezulta 2 semimatriţe, care se vor

putea utiliza pentru fabricare mai multor piese prin vacuum casting.(Fig.18)

15


Fig.18 Semimatriţe din cauciuc siliconic

După ce avem cele două matriţe se va putea injecta material topit in ele, pentru a

obţine piesele dorite. Odată injectat, materialul se va lăsa o perioadă pentru polimerizare,

după care piesele se for putea extrage din matriţă.(Fig.19)

Fig.19 piese extrase din matriţă de cauciuc siliconic

Utilizarea matriţelor la turnarea sub vid a pieselor [7]

1. Curăţarea cavităţii şi acoperirea suprafeţei cu o substanţă ce previne lipirea piesei.

(Fig.25)

2. Asamblarea matriţelor si fixarea pâlniei de fixare.

16


3. Pregatirea materialului care se utilizează la turnarea pieselor.

4. Programarea maşinii pentru a executa automat următoarele operaţii:

Turnarea întăritorului peste componentul de bază.

Realizarea vidului programat în incintă.

Amestecarea automată.

Turnarea amestecului în matriţă (până iese materialul prin găurile de

aerisire).

Eliberarea treptată a vidului.

5. Solidificarea piesei în cuptor.

7. Extragerea piesei din matriţă

8. Se taie piesele din plastic rămase datorită găurilor de aerisire si pâlniei de turnare.

9. Se verifică precizia piesei obţinute prin turnarea sub vid

2.5. Parametri tehnologici de baza care influenteaza tehnologia de turnare

sub vid.

Cu ajutorul tehnologiei de vacuum casting s-au facut mai multe cercetări, pe

materialul ceară, pentru determinarea anumitor parametrii.

Departamentul de inginerie mecanică de la Universitatea Tehnică Sharif, din

Tehran, Iran, au făcut o cercetare care vizează investigarea posibilităţilor de aplicare a

tehnologiilor de fabricare rapidă a prototipurilor şi pregătirea rapidă a fabricaţiei pe

modelele din ceară şi determinarea contracţiilor după solidificarea piesei.

Cei de la Universitatea Tehnică din Tehran au facut cercetarea pe furca de la cutia

de viteze de la motoarele Peugeot.(Fig.20)

Fig.20 Furca de la cutia de viteze de la motoarele Peugeot [8]

17


S-a pornit de la un model 3d făcut in softul Catia si analizat cu ajutorul soft-ului

MoldFlow, pentru a vede care sunt condiţiile ideale si cele optime pentru în timpul

procesului de injectare cu material. Cu ajutorul unei masini de vacuum casting(MCP 006)

s-a creat un model din ceară. Experimentul a fost concentrat pe optimizarea parametrilor

de turnare, temperatură si presiune, pentru a obţine o precizie dimensională cât mai buna

a modelului din ceară.

Fig.21 Parametrii modelului din ceară [8]

În matriţarea tradiţională, contracţiile materialelor ce vor fi turnate, metal sau

ceară, trebuie luate în considerare in momentul când vom face cavitatea interioară a

matriţei. Dimensiunile cavitaţii matriţei vor fi mai mari decât dimensiunile nominale ale

piesei, pentru a compensa contracţiile modelului din ceară. Contracţiile pieselor din ceară

depind de conductivitatea termică a matriţei şi de rata de solidificare a modelului din

ceară.

Cu ajutorul softului CAE s-au realizat mai multe simulări pentru a putea vedea

eventualele probleme de proiectare, parametri de injectare şi alte dificultaţi care pot să

apară în timpul operaţiilor de fabricare.

Simularea procesului de injectarea cu ceară s-a realizat cu ajutorul softului

MoldFlow, pentru a vedea diferite scenarii şi pentru a găsi soluţia optimă a designului si a

parametrilor de injectare a piesei. În cadrul soft-ului s-au setat urmatorii parametri:

timpul de injectare de 10 s si timpul de solidificare de 30 s. După mai multe simulări s-a

ajuns la concluzia că in cel mai favorabile condiţii se pot produce 100 de bucaţi într-o

oră, in timp ce printr-o tehnologie clasică, s-ar produce până la 300 de bucaţi pe oră.

18


După efectuarea mai multor simulări au putuu fi identificate şi unele probleme în

procesul de injectare cu ceară, după cum se poate vedea şi în figura 22.

Fig.22 zone sensibile ale piesei [8]

Procesul de umplere s-a dovedit a fi un proces complicat. Figura 23 indică faptul

că timpul de umplere a cavităţii matriţei a fost de 10,21 s, iar figura 24 indică temperatura

care o are piesa după ce injectarea de material s-a oprit.

Fig.23 Timpul de turnare [8]

19


Fig.24 Distribuţia temperaturii modelului din ceară [8]

Pentru fabricarea pieselor, simulările făcute in laborator au fost duse la o firma

pentru a face şi experimental operaţiile de injectare a materialului in matriţă, înainte de a

produce forma finală a piesei. Astfel s-au fabricat 5 piese la temperatura de 80oC si la

presiunea de 2 bari.

Matriţele au fost duse la o alta firmă, Poladir, pentru a produce piesele în forma

lor finită. Cu ajutorul maşinii MV 30 şi folosind parametrii folosiţi la simulările realizate

de către cei de la Universitatea Tehnică Sharif, s-a fabricat 100 de furci de la cutia de

viteze a motoarelor Peugeot. Pe parcursul procesului de injectare, presiunea şi

temperatura din matriţă au fost monitorizate folosind diferite tehnologii. Temperatura de

topire la ceară a fost de 65oC şi presiunea a fost de 5 bari.(Fig 25)

20


Fig.25 Forma finală a piesei [8]

Din calcule a rezultat că nivelul contracţiilor in lungime ar trebui să fie în jur de

1.5% şi de 2.5% în grosime, aceste estimări au fost confirmate după cum se poate observa

şi in figura 26.

Fig.26 Contracţiile piesei [8]

După efectuarea studiului s-a ajuns la concluzia că, folosind metode de fabricare

rapidă a prototipurilor si de pregătire rapidă a fabricaţiei, costurile de producţie au scăzut

cu 60%, iar procesul da fabricaţie a durat cu pâna la 50% mai puţin.

O altă universitate din Melbourne, Australia, a studiat comportamentul modelelor

din ceară la turnare.

Pentru modelarea piesei din ceară aceştia au luat în calcul temperatura la care se

injectează material, temperatura camerei de turnare, mărimea si geometria piesei, regimul

21

Universitatea Tehnica din Cluj-Napoca Student: Cotuna Răzvan Facultatea Constructii de masini Indrumator:.Dr.Ing.Păcurar RăzvanSpecializarea T.C.M.de racire, etc. Pentru determinarea acestor factori au folosit diverse teorii, cum ar fi:

Teoria dilatării şi contracţiilor materialelor solide, teoria transferului de căldură, după

care au simulat transferul de căldură folosind sinstemul Pro/Thermal pentru a găsi cel mai

nefericit mod al transferului de căldură. (Fig.27)

Fig.27 Distribuţia căldurii in cel mai rău caz [9]

După ce au terminat această simulare, au ma făcut şi o simulare a transferului de

căldura în mod numeric.(fig.28)

Fig.28 Distribuţia temperaturii după simulatea numerică [9]

După analiza experimentală, folosind acelaşi material ca şi la simulări, a rezultat

că folosind o temperatură de injectare a materialului de 61oC, contracţiile finale ale piesei

sunt de 1,4%.

22


Datorită grosimii componentelor si al timpului relativ scurt al ciclului de

fabricaţie, s-a observat că o mare parte din suprafaţa piesei fabricate, la momentul de

scoatere din matriţă, aceasta avea temperatura apropiată cu temperatura de injectare a

materialului. Acest lucru se poate sesiza in Fig. 29 , care arată un model din ceară, exact

dupa ce a fost scos din matriţă. Aceasta, arata deasemenea şi dimensiunea stratului real

solidificat, de ampoximativ 4 mm. După ce materialul moale a fost îndepărtat, grosimea

peretelui de 4-5 mm a fost evidentă.

Fig.29 Piesă extrasă din matriţă [9]

Mai multe modele au fost deschise în timpul experimentelor, şi în fiecare caz, s-a

observat că cea mai mare parte a interiorului modelului a fost încă moale.

În figura 30 se prezintă un grafic care prezinta lungimea contracţiilor dupa ce

piesa a fost extrasă din matriţă. Pentru a obţine aceste date, fiecare model a fost măsurat

imediat după extragere cu ajutorul unui şubler cu vernier cu o precizie de 0.03 mm. Acest

grafic arată ca 30% din contracţia piesei se produce în momentul când piesa este extrasă

din matriţă.

În figura 31 se arată curba contracţiilor materialului în raport cu timpul care s-a

scurs după extragerea piesei.

23


Fig.30 Contracţia piesei după extragerea din matriţă [9]

Fig.31 Curba contracţiilor [9]

Pe baza observaţiilor de la experimentul efectuat, s-a constatat că pentru tipul de

ceară utilizată, grosimea constantă a modelului din ceară la extragerea din matriţă, a fost

de 5 mm.

Specialiştii de la Universitatea din Melbourne au ajuns la concluzia că, rezultatele

de la piesa pe care au făcut experimentul nu sunt rezultate ce se pot aplica pe toate piesele

din ceară, materialul având un comportament diferit de la piesă la piesă, depinzând de

nivelul de complexitate al acesteia.

Rezultatele indică faptul că modelarea asistată de calculator poate fi folosită

pentru a preconiza problemele care pot apărea în timpul fabricării unei piese din ceară,

pentru a vedea care sunt eventualele contracţii ale piesei după turnare şi pentru a alege

parametrii optimi astfel incât să obţinem contracţii cât mai mici.

24


3. Compararea tehnologiei clasice cu tehnologia

neconvenţională Tehnologia neconvenţională de Vacuum casting prezintă o serie de avantaje in

raport cu tehnologia clasică de fabricare, turnare in matriţă din poliesteri armaţi cu fibre

de sticlă. Aceste avantaje sunt:

Se poate controla temperatura la care are loc injectarea materialului.

Este o metodă mai prietenoasă cu mediul decât cea convenţională.

Calitatea suprafeţelor este foarte bună, după extragerea din matriţă, şi nu

mai necesită prelucrări ulterioare.

Fiind un material flexibil, cauciucul siliconic permite obţinerea pieselor cu

subtăieri, fără a fi necesare miezuri laterale suplimentare care ar complica

matriţa.

Se pot turna piese care înglobează inserţii metalice direct din faza de

turnare.

La tehnologiile convenţionale, timpul in care se fabrică o piesă poate

depăşi 2,3 zile, în timp ce la tehnologia prin vacuum casting se pot obţine

mai multe piese intr-o oră.

Costurile pentru producerea unei piese prin Vacuum casting pot ajunge şi

cu 50% mai mici decât la tehnologia clasică, la seriile mici de fabricaţie.

Un avantaj pe care îl are tehnologia clasică asupra tehnologiei

neconvenţionale, este faptul că matriţa din poliesteri armati cu fibre de sticlă este

mai rezistentă, ceea ce înseamnă un număr mai mare de piese cu o singură

matriţă, dar în cazul de faţă acest lucru nu constituie un avantaj, deoarece numărul

de piese care este prevazut este mic, 10 bucăţi.

Un dezavantaj al folosirii tehnologiei clasice in acest caz, este faptul ca nu se

recomanda folosirea razlor şi unghiurilor ascuţite la formarea matriţei.

25


4. ConcluziiSculele din silicon pot fi cu precădere folosite pentru matriţarea câtorva piese

înainte de a deveni necesară înlocuirea lor.Numărul depinde de cerinţele de precizie şi

calitate şi de geometria specifică produsului.Este posibilă realizarea mai multor piese

simple dintr-o singură matriţă din cauciuc siliconic, dar 10-12 piese sunt reprezentative

dacă acestea au o formă mai complexă.

În general apare necesitatea unor modificări in proiect pe parcursul dezvoltării

unui produs nou, până la trecerea testelor funcţionale şi la omologarea produsului

respectiv. Costul schimbărilor necesare este cu atât mai mare cu cât necesitatea

schimbărilor respective apar mai târziu într-un ciclu de dezvoltare al produsului (dupa

fabricarea matriţelor necesare).

Atât costurile cât şi timpul de dezvoltare al produselor noi sunt mai mici în

varianta utilizării tehnologiilor neconvenţionale.

26


5. Bibliografie[1] http://www.utgjiu.ro/conf/8th/S3/32.pdf

[2] http://rapidprototypingservicescanada.com/selective-laser-sintering-sls.php

[3] http://www.indutherm.de/en/products/VC480V.php?thisID=6850[4] http://www.renishaw.com/en/5-01-plc-vacuum-casting-machine--15270[5] Nicolae Bâlc, Tehnologii NeconvenŃionale - 2001, Editura Dacia

[6] http://www.indutherm.de/share/PDFengl_de/Tab_VC%20480%20V_engl.pdf

[7] Balc N., Csaba G., Berce P., Proiectare pentru fabricatia competitiva, Editura

AlmaMater.Cluj-Napoca, 2006

[8] http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1007021409700768

[9] http://www.springerlink.com/content/pf52r9fmv12g1093/

27

http://www.springerlink.com/content/pf52r9fmv12g1093/

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1007021409700768

http://www.indutherm.de/share/PDFengl_de/Tab_VC%20480%20V_engl.pdf

http://www.renishaw.com/en/5-01-plc-vacuum-casting-machine--15270

http://www.indutherm.de/en/products/VC480V.php?thisID=6850

http://rapidprototypingservicescanada.com/selective-laser-sintering-sls.php

http://www.utgjiu.ro/conf/8th/S3/32.pdf

proiect tn maner cutit

Documents