Proiect Duritatea Materialelor [PDF]

Zitiervorschau

UNIVERSITATEA “TRANSILVANIA” DIN BRAŞOV

Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor Specializarea Ingineria şi Managementul Materialelor Avansate - Metalice, Ceramice și Compozite

Profesor coordonator: Prof. Dr. Ing: Varga Bela

Intocmit de : Avanu Monica-Florentina

2013-2014 1

Volan Primele automobile erau conduse cu ajutorul unor leviere atasate direct la axul roții. Abia in 1894, in Franta, la startul cursei ParisRouen, apare primul automobil echipat cu volan ( Panhard ), conceptul apartinand lui Alfred Vacheron. Volanul era format dintr-o bara de fier rulata, sudata si atasata de un centru filetat cu ajutorul unei tije drepte care se prindea de coloana de directie, aflata in centru masinii, cu ajutorul unei prinderi surubpiulita. In 1898 volanul intra in dotarea standard a masinilor Panhard et Levassor devenind prima productie in serie a volanului iar la sfarsitul anului 1903 apare modelul Rambler Model E echipat cu volanul pozitionat in fata soferului avand forma standard din prezent. Din 1894 si pana in prezent, forma volanului a suferit cateva mici schimbari ergonomice insa principiul si forma au ramas aceleasi.

2

In prezent fiecare companie producatorare de automobile are propria sectie de proiectare si executare a volanului astfel pe piata existand mii de modele de volan. Una din firmele care se ocupa si de producerea volanului, in afara de sisteme de siguranta pentru diferite

marci de masini este firma Autoliv.

Cateva din modele existente:

3

I Structura de rezistenta a unui volan

Poate fii confectionata in serie prin doua metode: 1 – Prin debitarea, rularea, sudarea unei bare dintr-un aliaj. 2 – Prin Turnarea sub presiune a diferitelor aliaje topite.

Materialele folosite sunt aluminiu, aliaje de aluminiu cu zinc, magneziu, siliciu; aliaje nichel, crom, fier Ni-Cr-Fe.

Itinerarul tehnologic al primei metode : Materialul folosit la crearea cadrului prin aceasta metoda este aliajul Ni-Cr-Fe. Mai jos sunt prezentate componentele materialului folosit pentru asemenea aplicatii.

Rata coroziunii e prezentata in milimetri pe an ( mpy ). Pentru a crea miezul volanului, itinerarul tehnologic e urmatorul : Se cumpara placi de grosimea dorita Debitare material din placi Rectificare placa pe masina de rectificat plan ; Prelucrare pe masina de gaurit in coordonata, unde se dau gaurile pentru fixarea spre butuc si gaura pentru fixarea butucului de coloana de directie si a claxonului pe exterior( mijlocul volanului ) - Lacatuserie, unde se finiseaza anumite neregularitati aparute in procesul de fabricatie. -

4

Itinerarul tehnologic pentru fabricarea partii exterioare a volanului : - Achizitionare bara ( diametru potrivit – 15mm ) - Debitare bara la lungimea dorita ( 450 mm ) - Bara este curbata dupa o ‘matrita’, aceasta operatiune efectuandu-se pe o presa - Se verifica planeitatea barii ( exteriorul volanului ). - Se sudeaza bara, obtinandu-se exteriorul volanului. - Cele 2 parti ( miezul volanului si exteriorul volanului ) se sudeaza .

II Itinerarul tehnologic al turnarii sub presiune

Materialele folosite sunt aliaje de aluminiu cu magneziu, nichel, crom, sau zinc ; in diferite procentaje, in functie de cerintele clientului. ATSi 12, ATSi 12 Fe, ADC 12, Al 226. Itinerarul tehnologic TSP : - Se topesc lingourile de aliaj in cuva de topire a masinii de turnat

5

- Se inchide matrita montata pe coloanele masinei de turnat.

- Se „injecteaza” aliajul topit cu ajutorul unui piston in matrita.

-

Se deschide matrita, iar un brat robotizat ia piesa fiebinte din cuib si o aseaza pe un suport unde sub actiunea unui aer rece este racita.

6

- Dupa racire semifabricatul este introdus intr-o presa de debavurare.

- Dupa debavurare, semifabricatul este ejectat pe o banda transportatoare care il transfera spre sectia de injectare mase plastice, tamplarie ( insertii lemnoase) sau atelier , pentru acoperirea acestuia cu piele.

III Invelisul exterior al volanului

Poate fi fabricat prin 3 metode: - Injectie de mase plastice. - Acoperirea cu piele, manual sau pe masina de cusut, cu insertii lemnoase. - Acoperirea cu material lemnos. 1.

Pentru un volan acoperit cu mase plastice, se introduce structura de rezistenta intr-o matrita montata pe masina de injectare si se injecteaza materialul plastic printr-un extruder direct pe structura metalica, apoi matrita se raceste cu ajutorul agentului termic din reteaua matritei dupa care este ejectat si inspectat.

2.

Acoperirea cu piele si insertii lemnoase – se iau scanduri de anumite dimensiuni de nuc, artar, abanos sau cires 7

- Se prind prin suctiune (pentru a prevenii zgarierea pieselor) pe masa masinii de taiat si sunt taiate in forma volanului.

- Piesele taiate sunt lipite pe structura de rezistenta a volanului cu un adeziv de culoarea lemnului luand forma rudimentara a volanului.

- Ansamblul este prins pe bancul unei freze care aschiaza materialul lemnos dandu-i forma finala.

8

- Lemnul proaspat aschiat este polisat manual, deoarece lemnul are densitati diferite iar finisarea pe o masina ar fi imprecisa. Dupa care acestuia ii este aplicat un tratament, pentru a umple golurile, un strat subtire de vopsea, pentru a nu se pierde nuanta lemnului, apoi un strat de vopsea transparenta urmat de un strat de lac protector impotriva razelor UV. Aplicarea se face tot manual pentru a preveni imperfectiunile.

- Dupa uscare este inspectat si trimis urmatoarei sectii unde se acopera partile metalice cu un polistiren si piele urmat de departamentului electronic unde i se monteaza diferite componente (airbag, butoane).

9

1.

Acoperirea cu material lemnos se face exact ca procedeul anterior, numai ca structura de rezistenta este acoperita complet in totalitate cu lemn.

IV Variante Constructive

Varianta 1: aliaj aluminiu-magneziu – imbracat in piele

10

Varianta 2: ATSi 12, material plastic si fibra de carbon.

Avantaje: greutate redusa cu rezistenta mare (fibra de carbon). Dezavantaje: forma neergonomica.

11

Varianta 3 : Ni-Cr-Fe, Material plastic si cauciuc.

Avantaje: simplitate – volan sport fara comenzi electronice; o aderenta mai buna datorata cauciucului. Dezavantaje: nu are airbag; nu are forma ergonomica.

12

Varianta 1 este cea aleasa pentru fabricare.

13

Varianta aleasa – 1 –proces tehnologic

Structura de rezistenta a variantei 1 este formata prin turnare sub presiune pe masina de turnat sub presiune GKL cu forte cuprinse intre 160 tf. si 400 tf., din aliaj de aluminiu - magneziu, cu ajutorul SDV –urilor (matritelor) fabricate in prealabil. SDV – urile necesita atat o proiectare laborioasa cat si materiale, prelucrari, tratamente, scule si executie mai pretentioase. Materialele folosite sunt oteluri de diferite calitati – W1.2344, W1.2343, 1.1730, 1.2311, materiale de cementare, etc. Materialul folosit pentru zonele active este otel de calitate. Itinerarul tehnologic este specific pentru fiecare componenta a matritei de turnat. Pentru placile componente ale pachetului superior si inferior, itinerarul tehnologic este urmatorul : turnarea materialului in placi de diferite grosimi ; debitare materialului din placile turnate; rabotarea placii la dimensiunile dorite rectificarea placii pe masina de rectificat plan ; prelucrare pe masina de gaurit in coordonate, unde se dau gaurile pentru coloane, gaurile pentru miezuri, etc - frezare locasurilor pastilelor sau cuiburilor, daca este nevoie ; - lacatuserie, unde se finiseaza anumite neregularitati aparute in procesul de fabricatie. -

Pentru coloanele si bucsele de ghidare itinerarul teghnologic este urmatorul : - debitarea materialului - strunjirea materialului la dimensiunile date pe desenul de executie ; - tratament termic pentru imbunatatirea duritatii ; - rectificare (exterioara pentru coloane, si exterioara si interioara pentru bucsele de ghidare ); - montarea acestora in placile aferente. - dupa montarea bucselor de ghidare in placa, acestea se rectifica pana ajung la nivelul placii pentru a nu impiedica matrita sa se inchida perfect. 14

15

V Masinile pentru turnatorii de model GKL Ele sunt caracterizate printr-un sistem inovator brevetat al mecanismului cu parghii cotite, care permite atingerea de curse ale placii mobile mult mai mari decat cele de la masinile obisnuite, chiar pastrand o rigiditate mecanica ridicata. O geometrie speciala a sistemului permite de asemenea viteze de fixare-deschidere mai mari decat cele de la masinile obisnuite; in timpul deschiderii sistemul face ca tijele de conectare sa se incline in afara, astfel incat capul de cruce se intoarce la placa de reactiune, obtinandu-se astfel curse mai lungi. Asigurarea formei este o faza de incetinire din timpul fixarii, potrivita pentru inserarea de suporturi mecanice pe forma: acest dispozitiv permite franarea si plasarea fina a formelor la sfarsitul fixarii. Controlul programarii libere, atat la includereaexcluderea in ciclul masinii, cat si in secventa, al extractoarelor hidraulice pe placa mobila si cea fixa. Ungere automata punct cu punct: prin intermediul unui circuit special, toate miscarile masinii sunt lubrifiate in mod automat -articulatii, mecanism cu parghii, angrenaje, ghidaje. Aceasta unitate este echipata cu rezervor central, contor programabil de ciclu pentru frecventa ungerii, regulator pentru verificarea duratei ciclului si un semnalizator de avarie. Utilizarea de cilindri aliati nitrurati pentru miscarile masinii, fixare injectare. Reglare automata a inaltimii matritei cu ajutorul unui motor hidraulic: acest dispozitiv -reglat printr-un traductor potentiometric pentru a gasi pozitia exacta a inaltimii matritei opereaza in mod uniform pe toate îmbinarile celor 4 bare de legatura, pentru a regla precis fixarea matritei. Cilindrul de deschidere-fixare este alimentat prin furtunuri de inalta presiune conectate la un distribuitor cu actionare proportionala, proiectat in scopul obtinerii celei mai bune liniaritati a miscarii si franarii progresive.

16

Materialul folosit la structura de rezistenta a volanului este un aliaj aluminiu-magneziu. Magneziul este un metal foarte usor (dMg =1740kg/cm³)de culoare alba-stralucitoare. Se topeste la 650°C, insa incalzit in aer se autoaprinde cu flacara luminoasa., defectul putand fi corectat cu adausuri mici de beriliu.Are conductitate termica si electrica de cateva ori mai mica decat a metalelor conductibile ( Au, Ag, Cu). Este moale , insa are o plasticitate mai redusa decat alte metale. Nu se foloseste singur, din cauza posibilitatii de autoaprindere. Prin aliere cu aluminiu, zinc, mangan se obtin aliaje ultrausoare cu baza de magneziu. Aliajele aluminiu-magneziu se caracterizeaza, in primul rand, prin densitatea mica si proprietati de rezistenta la coroziune ridicate, atat in mediu atmosferic obisnuit cat si in mediu marin. In acelasi timp, aliajele aluminiu-magneziu prezinta proprietati mecanice ridicate. Un mare dezavantaj al acestor aliaje este faptul ca ele se oxideaza puternic in stare lichida, ceea ce a impiedicat extinderea lor in tehnica. Piesele care se pot turna din aceste aliaje pot avea forme geometrice complexe, diferente mai mari intre grosimile peretilor. Se toarna piese de forma armaturilor, piese de legatura, aparatura chimica, piese din industria alimentara. In prezent, datorita metodelor moderne de turnare, aceste aliaje sunt din ce in ce mai folosite in industria constructoare de masini, mai ales in constructii navale, in aviatie etc. Dupa turnare semifabricatul este dus la departamentu electronic unde ii este montat airbagul si clacsonul. In final structura este acoperita cu o spuma poliuretanica urmata de pielea tabacita, cusuta manual pentru o calitate mai buna.

17

VI Măsurarea, analiza și îmbunătățirea Este o etapă importantă în analiza performanțelor SMC implementat, având ca obiective demonstrarea conformității produsului, asigurarea conformității SMC și îmbunătățirea eficacității SMC. Procesele corespunzătoare acestei etape sunt: monitorizarea și evaluarea proceselor SMC urmărește utilizarea metodelor care să demonstreze capabilitatea proceselor SMC de a obține rezultatele planificate;  monitorizarea și evaluarea produselor trebuie trebuie efectuată în timpul procesului de realizare a produsului, pentru verificarea îndeplinirii cerințelor specificate pentru produs. Trebuie menținute dovezile conformității cu cerințele de acceptare;  auditul intern (vezi secțiunea "Auditul intern al sistemului de management al calității", în acest articol);  ținerea sub control a produselor neconforme. Este necesară elaborarea de proceduri documentate pentru identificarea și prevenirea utilizării, livrării sau procesării neintenționate (inadvertente) a produselor neconforme;  analiza datelor trebuie să demonstreze eficacitatea și posibilitățile de îmbunătățire continuă a eficacității. Datele rezultă din activitățile de monitorizare și evaluare;  îmbunătățirea continuă a eficacității SMC este posibilă prin stabilirea și aplicarea acțiunilor corective pentru eliminarea cauzelor neconformităților, precum și prin aplicarea de acțiuni preventive pentru a preveni apariția neconformităților potențiale. Trebuie menținute înregistrări ale rezultatelor acțiunilor corective și preventive întreprinse. Problematica îmbunătățirii continue este dezvoltată pe larg în secțiunea "Îmbunătățirea calității". Metodele și tehnicile pentru îmbunătățirea calității utilizate de compania Autoliv de-a lungul proceselor tehnologice sunt cunoscute sub denumirea de "instrumentele managementului calității", fiind utilizate pentru rezolvarea etapelor procesului de îmbunătățire. Se deosebește un grup de instrumente clasice (tradiționale) ale calității, denumite și instrumente "de prima generație" și un grup de "instrumente noi", care constituie "cea de-a doua generație". 

18

Instrumentele clasice se bazează pe metode statistice de control și implică cunoștințe de statistică pentru tratarea datelor numerice. Instrumentele clasice ale calității sunt: diagrama "cauză-efect" (diagrama Ishikawa);  histograma;  fișa de inspecție;  diagrama de corelație;  fișa de urmărire a datelor;  grafice pentru reprezentarea datelor; ed emargaid‫٭‬control, de exemplu: diagrama Xm-R, diagrama p, diagrama np etc. 

Instrumentele clasice pot rezolva cea mai mare parte dintre problemele calității și se utilizează pentru :   

ordonarea și sintetizarea datelor referitoare la calitate; luarea deciziilor asupra calității loturilor de produse (piese), pe baza analizei eșantionului prelevat; controlarea stabilității unui proces, în scopul atingerii nivelului de calitate impus.

Cele șapte instrumente noi, adaptate la rezolvarea problemelor de management, sunt denumite și "instrumente pentru managementul calității și au fost create de specialiștii japonezi, în decada anilor 1970. Prezentate în 1977 de către JUSE (Japanese Union of Scientists and Engineers), cele șapte instrumente noi au fost aplicate în numeroase întreprinderi japoneze și apoi au început să fie utilizate în SUA în 1986, iar în Europa începând din 1988. Cele șapte instrumente noi sunt următoarele:       

diagrama afinităților ("diagrama KJ", elaborată de Kawakita Jiro); diagrama de relații; diagrama-arbore; diagrama matriceală; diagrama-săgeată; diagrama deciziilor de acțiune (PDPC - Process Decision Program Chart; analiza factorială a datelor (matrix data analysis).

19

Cele șapte instrumente noi ale managementului calității sunt folosite pentru tratarea datelor nenumerice, pentru identificarea cauzelor posibile ale problemelor de calitate și stabilirea soluțiilor de rezolvare a problemelor; sunt utilizate pentru a găsi răspunsuri la întrebările: cine, ce, unde, când, cum, de ce. Cele șapte instrumente clasice și cele șapte instrumente noi sunt complementare și se recomandă utilizarea ambelor categorii. Pentru identificarea oportunităților de îmbunătățire a calității și a soluțiilor necesare au fost elaborate și alte metode, cum sunt: QFD (Quality Function Deployment -Desfășurarea Funcției Calității), cunoscută și sub denumirea de "Casa calității;  Kaizen -strategie japoneză care în traducere aproximativă înseamnă "îmbunătățire continuă" (KAI = a schimba, ZEN =mai bine);  FMEA (Failure mode and effects analysis -Analiza modurilor de defectare și a efectelor lor); în limba franceză: AMDEC. O extindere a acesteia este FMECA în care s-a adăugat și analiza criticității defectelor;  Metoda Six Sigma (în l.română -"Șase sigma"); această metodă combină metodele Controlului Statistic al Procesului, Proiectarea experimentelor (DOE - Design of Experiments) și FMEA într-un cadru general de îmbunătățire continuă a calității;  Ciclul PDCA -(Plan-Do-Check-Act), denumit și ciclul Deming; a fost conceput și reprezentat grafic de W.E.Deming și este considerat ciclul de bază al oricărei acțiuni de îmbunătățire ;  Analiza câmpului de forțe (Force field analysis -l.engl.) -metodă utilizată pentru identificarea forțelor pozitive și forțelor negative care influențează o problemă. Originea acestei metode este atribuită lui Kurt Lewin (1890-1947), un psiholog germano-american.  Metodele Taguchi -bazate pe metode statistice; acestea includ construirea calității prin proiectarea robustă a produselor, funcția de pierderi a calității (quality loss function) și specificații-țintă ale caracteristicilor de calitate Metodele Taguchi au condus la dezvoltarea Sistemului Taguchi al Ingineriei Calității; 

Cercurile calității sau "cercurile de control al calității" -grupuri de salariați voluntari pentru rezolvarea problemelor în grup; au apărut în Japonia începând cu anul 1957. Organizațiile trebuie să examineze cu atenție care dintre metodele de îmbunătățire să fie adoptate și firește că nu se pune problema să fie adoptate toate metodele menționate. Standardul SR EN ISO 9004:2001 prezintă unele linii directoare pentru metodele de îmbunătățire a calității. 

20

VII Documentația tehnologică în construcția de volane Procesele tehnologice sunt descrise și reprezentate grafic într-o serie de documente tehnologice, cum sunt: 

Nomenclator care include evidența elementelor componente ale produsului, în vederea urmăririi fabricației, întocmirii consumurilor specifice sau a listei de materiale etc.;



Itinerar tehnologic cuprinde stabilirea pe întreprindere a succesiunii secțiilor sau atelierelor care participă la fabricarea componentelor produsului;



Fișă tehnologică -formular specific care cuprinde toate indicațiile pentru executarea operațiilor unui proces tehnologic, pentru o anumită piesă;



Plan de operații -stabilește desfășurarea procesului tehnologic, cu indicarea tuturor datelor necesare executării operațiilor pe faze. Se elaborează plane de operații pentru prelucrări mecanice, pentru tratamente termice, pentru procese tehnologice de turnare etc. Se folosește la fabricația de serie, precum și pentru fabricarea de unicate a unor piese complicate din punct de vedere tehnologic;



Tehnologie de control al calității este inclusă în fișa de control sau într-un document intitulat „Instrucțiuni pentru operații de control”. Cuprinde toate datele referitoare la tehnologia de verificare a produsului;



Fișă pentru calculul normei de timp (de muncă) se întocmește în vederea stabilirii tehnico-științifice a normelor de timp pentru fazele de lucru indicate în planul de operații;



Fișă de calcul pentru mașini-unelte semiautomate sau automate;



Desen de execuție pentru semifabricat: stabilirea formei, dimensiunilor, materialului și a altor condiții tehnice pentru semifabricatele pieselor executate prin procedee de turnare, matrițare etc.;



Desene de execuție pentru scule, dispozitive, verificatoare; 21



Fișă de consum specific de materiale -document tehnologic care stabilește consumul de materiale necesare pentru fabricarea unității de produs;



Lista utilajelor include evidența centralizată a utilajelor (mașinilor) necesare fabricării produsului;

Documentație pentru piese prelucrate pe mașini-unelte cu comandă numerică: scheme de reglaj, fișa de programare, banda port-program etc. Documentația tehnologică completă pentru procese tehnologice în construcția de mașini este cuprinsă în STAS 6269-90. 

22

Bibliografie 1.ASRO (2006).SR EN ISO 9000:2006. Sisteme de management al calității. Principii fundamentale și vocabulary 2. SR ISO 3534-2:1996. Statistică.Vocabular și simboluri. Partea 2. Controlul statistic al calității 3. STAS 6909-75. Organizarea și normarea muncii.Terminologie 4. https://europalavolan.wordpress.com

23